KR102264337B1 - 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 hmi 장치 - Google Patents

공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 hmi 장치 Download PDF

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서상준
이윤곤
이경태
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현대위아 주식회사
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Abstract

본 발명은 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치에 관한 것으로, 작업테이블과 스핀들을 포함한 공작기계의 구동 시, 충돌 위험이 있는 구조물 형상, 공작물 가공에 사용될 공구 형상, 작업자가 공작기계에 설정한 워크옵셋 위치, 공작기계에 설정된 소프트웨어리밋 위치, 소프트웨어리밋 간섭 여부의 판단 기준이 되는 스핀들 원점 위치, 및 충돌이나 간섭이 발생된 부분을 표시하는 작업영역 표시부; 스핀들 또는 테이블의 위치와 자세를 변경하기 위한 정보를 입력받아 표시하는 이송정보 표시부 및 공구방위 표시부; 5축 가공 시 공구 자세에 따라 기계좌표계 상에서 이동되는 소재원점 정보를 입력받아 표시하는 소재원점 표시부; 공구 길이에 따라 달라지는 스핀들 원점 위치를 계산하기 위한 공구 정보를 입력받아 표시하는 공구정보 표시부; 및 상기 이송정보 표시부, 공구방위 표시부, 소재원점 표시부, 및 공구정보 표시부에 표시하도록 입력받은 정보에 기초하여 구조물 형상, 공구 형상, 워크옵셋 위치, 소프트웨어리밋 위치, 스핀들 원점 위치, 및 충돌이나 간섭이 발생된 부분을 상기 작업영역 표시부에 출력하는 HMI 구동부;를 포함한다.

Description

공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치{HUMAN MACHINE INTERFACE APPARATUS FOR CHECKING COLLISION AND INTERFERENCE OF MACHINE TOOL}
본 발명은 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI(Human Machine Interface) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작기계에서 공작물의 가공을 시작하기 전 짧은 시간 내에 장비 충돌 및 소프트웨어 리밋(Limit) 간섭 여부를 HMI 화면을 통해 확인할 수 있도록 하는, 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치에 관한 것이다.
일반적으로 공작기계는 공작물을 각종 공구를 이용하여 가공하는 기계이다.
예컨대 대표적인 공작기계로서 NC(Numerical Control), CNC(Computerized Numerical Control) 등이 있다. 특히 CNC 밀링에 공구를 자동으로 교체해주는 장비(ATC : Automatic Tool Changer)까지 포함되면 머시닝센터(MCT)라고 불린다.
따라서 이하 본 실시예에서는 상기 머시닝센터(MCT)까지 포함하는 개념으로써 공작기계라고 통칭하여 기재하기로 한다.
그런데 상기 공작기계는 운영 중 여러 가지 운영상의 문제점이 있다.
대표적인 첫 번째 문제점으로서 장비 충돌 문제점이 있으며, 이는 그 어떤 문제보다도 심각한 결과를 초래하게 된다.
예컨대 최근에는 복잡한 형상 가공을 위한 다축 공작기계 사용과 고속 스핀들 개발에 따른 고속 가공기 사용이 증가하고 있는 데, 이에 따라 장비 충돌에 대한 우려도 증가하고 있다. 이러한 우려들을 해결하기 위해, 장비(즉 공작기계)를 가상으로 구성하여 시뮬레이션을 통해 공작물의 가공을 시작하기 전에 충돌을 예측하는 방법이 연구되고 있다.
이에 따라 종래에는 사전 시뮬레이션 충돌 확인 기능을 구비함으로써, 공작물의 가공을 시작하기 전에 가공의 전체 경로(즉, 공작기계에서의 전체 가공 과정)를 따라 시뮬레이션을 수행하기도 하였으나, 이 방법은 전체 가공 과정을 모두 시뮬레이션 해야 하기 때문에 충돌 예측에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
그리고 또 다른 충돌 확인 방법으로서 장비(즉, 공작기계)에서 실제 가공하는 위치(즉, 실제 가공하는 단계)보다 일정 단계(또는 일정 블록) 앞에서 먼저 시뮬레이션을 수행하여 충돌 여부를 미리 판단해주는 실시간 시뮬레이션 방법이 공개되기도 하였으나, 이 방법 역시 충돌을 방지할 수는 있지만 충돌이 예상될 경우 현재 수행하고 있던 공작물의 가공을 중단시켜야 하기 때문에 공작물의 가공 불량이 발생하는 문제점이 있었다.
따라서 공작물의 가공을 시작하기 전에 짧은 시간 안에 공작기계 내에서의 공작물의 충돌을 미리 확인할 수 있는 방법이 필요한 상황이다.
또한 두 번째 문제점으로써, 복잡한 형상 가공을 위해 도입되는 다축 가공기(즉, 다축 공작기계)에서는 가공 시 다수의 축이 동시에 움직여 장비 이송 가능 영역(소프트웨어 리밋)을 벗어나는 경우가 발생하는 문제점(즉, 소프트웨어 리밋 간섭 문제점)이 있다. 이러한 간섭 문제점을 방지하기 위하여 작업자(또는 사용자)는 수동으로 장비를 움직이며(즉, 수동으로 공작기계를 제어하며) 가공 영역이 장비 이송 가능 영역 안에 들어오는지를 일일이 수동으로 확인해야 하는 불편함이 있다.
물론 상기 간섭 문제점을 해결하기 위한 방법으로서, 종래의 사전 시뮬레이션 기능을 이용해 간섭 여부를 확인할 수 있지만, 장비(즉, 공작기계)에서는 워크옵셋과 공구길이가 자주 바뀌기 때문에 많은 시간이 소요되는 사전 시뮬레이션 기능을 매번 수행하기가 어려운 실정이다.
따라서 공작물의 가공을 시작하기 전에 짧은 시간 안에 소프트웨어 리밋 간섭을 미리 확인할 수 있는 방법이 필요한 상황이다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2019-0071885호(2019.06.25. 공개, 공작기계의 충돌방지장치 및 충돌방지방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 공작기계에서 공작물의 가공을 시작하기 전 짧은 시간 내에 장비 충돌 및 소프트웨어 리밋(Limit) 간섭 여부를 HMI 화면을 통해 확인할 수 있도록 하는, 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 공작기계에서 공작물의 가공을 시작하기 전 공작기계에 설정된 워크옵셋 및 공구길이 등의 파라미터를 이용하여 가공영역 내 공작기계의 충돌 및 간섭 여부를 확인할 수 있도록 하는, 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치는, 작업테이블과 스핀들을 포함한 공작기계의 구동 시, 충돌 위험이 있는 구조물 형상, 공작물 가공에 사용될 공구 형상, 작업자가 공작기계에 설정한 워크옵셋 위치, 공작기계에 설정된 소프트웨어리밋 위치, 소프트웨어리밋 간섭 여부의 판단 기준이 되는 스핀들 원점 위치, 및 충돌이나 간섭이 발생된 부분을 표시하는 작업영역 표시부; 스핀들 또는 테이블의 위치와 자세를 변경하기 위한 정보를 입력받아 표시하는 이송정보 표시부 및 공구방위 표시부; 5축 가공 시 공구 자세에 따라 기계좌표계 상에서 이동되는 소재원점 정보를 입력받아 표시하는 소재원점 표시부; 공구 길이에 따라 달라지는 스핀들 원점 위치를 계산하기 위한 공구 정보를 입력받아 표시하는 공구정보 표시부; 및 상기 이송정보 표시부, 공구방위 표시부, 소재원점 표시부, 및 공구정보 표시부에 표시하도록 입력받은 정보에 기초하여 구조물 형상, 공구 형상, 워크옵셋 위치, 소프트웨어리밋 위치, 스핀들 원점 위치, 및 충돌이나 간섭이 발생된 부분을 상기 작업영역 표시부에 출력하는 HMI 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 HMI 구동부는 제어부로서 기능하며, 작업자로부터 상기 이송정보 표시부, 공구방위 표시부, 소재원점 표시부, 및 공구정보 표시부에 표시하기 위한 정보를 입력받거나, NC(Numerical Control)를 통해 미리 저장된 상기 이송정보 표시부, 공구방위 표시부, 소재원점 표시부, 및 공구정보 표시부에 표시하기 위한 정보를 로딩하거나 호출하는 역할을 하는 수치 입력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 HMI 구동부는, 이송할 공구의 3축(X, Y, Z) 좌표 정보를 입력받거나 로딩하여 상기 이송정보 표시부를 통해 표시하고, 공구의 자세나 방위 값을 입력받거나 로딩하여 상기 공구방위 표시부를 통해 표시하며, 소재원점의 3축(X, Y, Z) 좌표 정보를 입력받거나 로딩하여 상기 소재원점 표시부를 통해 표시하고, 공구의 길이와 지름 정보를 입력받거나 로딩하여 상기 공구정보 표시부를 통해 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 공구의 자세나 방위 값을 입력받거나 로딩하여 상기 공구방위 표시부를 통한 표시는, 공구 선단점 제어(TRAORI) 이송인 경우 회전축 회전에 따라 워크옵셋 좌표계 상에서 공구의 선단점 위치는 고정되고 공구의 자세만 변하게 되도록 회전에 따른 이송축 이동이 발생하며, 공구 선단점 제어(TRAORI) 이송이 아닌 경우 회전축 회전에 따라 이송축 이동이 발생하지 않도록 하여, 두 가지 제어 모드에서 충돌이나 간섭이 발생한 부분을 작업자가 시각적으로 확인할 수 있도록 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 공작기계에서 공작물의 가공을 시작하기 전 짧은 시간 내에 장비 충돌 및 소프트웨어 리밋(Limit) 간섭 여부를 HMI 화면을 통해 확인할 수 있도록 하며, 또한 공작기계에서 공작물의 가공을 시작하기 전 공작기계에 설정된 워크옵셋 및 공구길이 등의 파라미터를 이용하여 가공영역 내 공작기계의 충돌 및 간섭 여부를 확인할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 장치의 상세한 구성을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련하여 공작기계에서 충돌이나 간섭이 발생할 수 있는 요소들을 그룹으로 분류한 예시도.
도 4는 상기 도 2에 있어서, HMI 구동부가 공구 선단점 제어를 통한 회전축 이송을 자동으로 계산하고, 그 결과를 작업영역 표시부를 통해 표시하는 동작을 설명하기 위하여 보인 예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치의 조건별 작동 상태를 설명하기 위하여 보인 흐름도.
도 6은 상기 도 5에 있어서, HMI 장치의 조건별 작동 상태를 설명하기 위하여 보인 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치(100)는, 작업영역 표시부(110), 이송정보 표시부(120), 공구방위 표시부(130), 소재원점 표시부(140), 공구정보 표시부(150), 및 HMI 구동부(190)를 포함한다.
상기 작업영역 표시부(110)는, 작업테이블과 스핀들을 포함한 공작기계의 구동 시, 충돌 위험이 있는 구조물 형상, 공작물 가공에 사용될 공구 형상, 작업자가 실제 장비에 설정한 워크옵셋 위치, 실제 공작기계에 설정된 소프트웨어리밋 위치, 소프트웨어리밋 간섭 여부의 판단 기준이 되는 스핀들 원점 위치를 표시함으로써, 작업자가 충돌이나 간섭을 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.
상기 이송정보 표시부(120) 및 공구방위 표시부(130)는, 작업자가 충돌 및 간섭여부를 확인할 수 있도록 하기 위하여, 스핀들 또는 테이블의 위치와 자세(즉, 방위)를 변경하기 위한 정보(또는 값)를 입력받아 표시한다.
상기 소재원점 표시부(140)는, 5축 가공 시 공구 자세(즉, 방위)에 따라 MCS(기계좌표계) 상에서 이동되는 소재원점 정보를 입력받아 표시한다.
상기 공구정보 표시부(150)는, 공구 길이에 따라 달라지는 스핀들 원점 위치를 계산하기 위한 공구 정보를 입력받아 표시한다.
상기 HMI 구동부(190)는, 미리 지정된 알고리즘에 따라, 구조물 형상, 공구 형상, 워크옵셋 위치, 소프트웨어리밋 위치, 및 스핀들 원점 위치를, 상기 복수의 표시부(120 ~ 150)를 통해 입력받은 정보(또는 값)을 이용하여 상기 작업영역 표시부(110)에 출력한다.
즉, 상기 HMI 구동부(190)는 제어부(예 : CPU, 프로세서)로서 기능한다.
여기서 설명이 생략된 상기 수치 입력부(200)는 작업자(또는 사용자)로부터 직접 상기 각 구성요소(120 ~ 150)들의 정보(또는 값)를 입력받거나, NC(Numerical Control)(미도시)를 통해 미리 저장된 상기 각 구성요소(120 ~ 150)들의 정보(또는 값)를 로딩(또는 호출)하는 역할을 한다.
따라서 상기 HMI 구동부(190)는 상기 작업영역 표시부(110)를 통해 작업테이블과 스핀들을 포함한 공작기계의 구동 시, 충돌 위험이 있는 구조물 형상, 가공에 사용될 공구 형상, 작업자가 실제 장비에 설정한 워크옵셋 위치, 실제 공작기계에 설정된 소프트웨어리밋 위치, 소프트웨어리밋 간섭 여부의 판단 기준이 되는 스핀들 원점 위치를 표시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HMI 장치의 상세한 구성을 보인 예시도로서, 작업영역 표시부(110), 이송정보 표시부(120), 공구방위 표시부(130), 소재원점 표시부(140), 및 공구정보 표시부(150)를 포함한다.
그리고 제어부로서 기능하는 상기 HMI 구동부(190)는 도시되어 있지 않다.
상기 작업영역 표시부(110)는 작업자가 공작기계 내에서 구조물의 충돌이나 간섭을 시각적으로 직접 확인할 수 있도록 표시하는 것으로서, 각기 다른 각도에서 작업영역을 표시하는 적어도 복수의 영역을 포함하며, 작업테이블, 스핀들, 공구, 소재원점(워크옵셋), 스핀들 원점, 및 소프트웨어리밋 정보를 표시한다.
상기 이송정보 표시부(120)는 이송할 공구의 3축(X, Y, Z) 좌표 정보를 입력(또는 로딩)받아 표시한다.
상기 공구방위 표시부(130)는 공구의 자세(즉, 방위) 값을 입력(또는 로딩)받아 표시한다.
상기 소재원점 표시부(140)에는 소재원점(워크옵셋)의 3축(X, Y, Z) 좌표 정보를 입력(또는 로딩)받아 표시한다.
상기 공구정보 표시부(150)는 공구의 길이(length)와 지름(diameter) 정보를 입력(또는 로딩)받아 표시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 관련하여 공작기계에서 충돌이나 간섭이 발생할 수 있는 요소들을 그룹으로 분류한 예시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 분류1, 분류2, 분류3, 및 분류4의 그룹들은 서로 다른 분류끼리 충돌이나 간섭될 수 있는 그룹이며, 동일한 분류내의 요소들은 서로 고정되어 있기 때문에 상호간 충돌이나 간섭이 발생되지 않는다. 상기 요소 중 일부 요소들(스핀들 이송계, 테이블 이송계)은 상기 작업영역 표시부(110)에 표시됨으로써, 작업자가 충돌과 간섭을 시각적으로 확인할 수 있다.
예컨대 '고정된 구조물'은, 스핀들 이송에 따른 '스핀들 구조물', 및 '공구'와 충돌이 발생할 수 있으며, 또한 테이블 이송에 따른'소재', 및 '작업영역'에서 충돌이 발생할 수 있으며, 또한 '소프트웨어리밋'은 스핀들 이송에 따른 '스핀들 원점' 간섭과 테이블 이송에 따른 '워크옵셋' 간섭이 있을 수 있다. 또한'공구'와 '스핀들원점'은 서로 고정되어 있어 충돌이나 간섭이 발생할 수 없는 반면, 서로 다른 그룹에 있는'공구'와 워크옵셋'은 서로 움직여 충돌과 간섭이 발생할 수 있다.
한편 일부 구성요소(예 : 스핀들 이송계, 테이블 이송계)는 실제 장비에서는 모터의 역할이지만, 본 실시예에서는 이송정보 표시부(120)와 공구방위 표시부(130)에서 입력된 값을 반영하는 요소가 된다.
예컨대 스위블 테이블이 장착된 5축 가공기(즉, 5축 공작기계)의 스핀들 움직임은 3축(X, Y, Z) 값 지령에 따라 이송되고, 테이블 움직임은 A, C값 지령으로 회전으로 하게 된다.
도 4는 상기 도 2에 있어서, HMI 구동부가 공구 선단점 제어를 통한 회전축 이송을 자동으로 계산하고, 그 결과를 작업영역 표시부를 통해 표시하는 동작을 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
참고로 일반적인 5축 가공에서는 A, C축 이송은 실제 모터의 A, C축 움직임을 뜻하지 않는다. 즉, A, C축 지령은 공구 방위(자세)를 뜻하며, 이러한 지령은 단순히 A, C축만을 움직이지 않고 지령한 공구 방위를 실현하기 위해 X, Y, Z 이송축이 A, C축과 동시에 움직이게 된다.
이러한 모션 동작을 공구 선단점 제어라 한다.
따라서 공작물의 가공 전에 작업자가 충돌 및 간섭 여부를 쉽게 확인할 수 없는 이유가 상기 공구 선단점 제어에 있다. 즉, 작업자가 상기 공구 선단점 제어로 A, C, X, Y, Z축을 동시에 움직이면서 충돌 및 간섭을 사전에 파악하기에는 공작기계가 어떤 식으로 동작할지 예측이 불가하기 때문에 작업자는 이러한 행위를 하지 못하는 것이다.
여기서 스위블 테이블이 장착된 5축 가공기에서 Px, Py, Pz 위치의 공구를 공구 선단점 제어를 통해 A, C축 회전한 이동은 아래 수학식 1과 같다.
Figure 112019124629200-pat00001
상기 수학식 1의 결과는, 공구 선단점 제어를 통해 A, C 회전 시 공구의 최종 위치를 의미하는데, 작업자는 이러한 계산을 매번 실시할 수 없다.
이에 따라 본 실시예에서는 상기 공구 선단점 제어를 통한 회전축 이송을 상기 HMI 구동부(190)가 자동으로 계산하고, 그 결과를 상기 작업영역 표시부(110)를 통해 표시하는 것이다.
한편 상기 도 2에서 (분류 2)에 포함된 스핀들 구조물, 스핀들 원점, 및 공구의 이송은 다음 수학식 2와 같이 정의된다.
본 예시에서는 모션을 직관적으로 알 수 있는 C축 회전은 편의상 생략한다.
Figure 112019124629200-pat00002
여기서,
P1x, P1y, P1z : WSC(워크 좌표계) + 워크 좌표계에서의 공구 위치,
Ax, Ay : 테이블의 A축 회전 중심,
a : A 이송값,
Ca : COS(a),
Sa : SIN(a),
P2x, P2y, P2z : 이송 후 공구 끝단의 위치를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치의 조건별 작동 상태를 설명하기 위하여 보인 흐름도이고, 도 6은 상기 도 5에 있어서, HMI 장치의 조건별 작동 상태를 설명하기 위하여 보인 예시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, HMI 구동부(190)는 수치 입력부(200)를 통해 미리 입력되어 있는 워크옵셋(또는 소재원점) 값을 로딩(또는 호출)하거나, 작업자로부터 매뉴얼 방식으로 워크옵셋 값을 직접 입력받아 작업영역 표시부(110)에 공구를 가공원점(또는 소재원점)으로 이동시켜 표시한다(S101).
또한 HMI 구동부(190)는 수치 입력부(200)를 통해 미리 입력되어 있는 공구정보(예 : 길이, 지름 등)를 로딩(또는 호출)하거나, 작업자로부터 매뉴얼 방식으로 직접 입력받아 작업영역 표시부(110)에 표시한다(S102).
이에 따라 X,Y,Z 이송량 입력(S106)과 회전축 이송량 입력(S108)하기 전 워크옵셋과 공구정보 만으로 충돌 및 소프트웨어 리밋을 확인(S103)하여 충돌 및 소프트웨어 리밋이 발생한 경우(S103의 아니오), 워크옵셋 값(S104)과 공구정보(S105)를 조정하여 충돌 및 소프트웨어 리밋이 발생하지 않는 값을 실시간 반영되는 작업영역표시부(110)를 통해 장비를 실제 움직이지 않고 최적화할 수 있도록 한다(S103 ~ S105).
도 6의 (a)는 워크옵셋 값 및 공구정보를 입력받아 표시한 화면을 보인 예시도이다. 예시 화면에서는 스핀들 원점이 소프트웨어 리밋 내부에 존재하며 구조물과 이송계의 충돌이 없음을 시각적으로 확인할 수 있다. 만일 공구 길이가 길어 스핀들 원점이 소프트웨어 리밋 밖으로 벗어나게 되면 워크옵셋 값(S104)을 낮추거나 공구길이(S105)를 줄여 실제 장비를 구동없이 소프트웨어 리밋 간섭을 회피할 수 있다.
한편 워크옵셋 값과 공구 정보 설정에 따른 충돌 및 간섭이 없는 경우(S103의 예), 상기 HMI 구동부(190)는 작업자로부터 3축(X, Y, Z) 이송량 정보 및 회전축(A) 이송량 정보를 입력받는다(S106, S108).
이때 상기 3축(X, Y, Z) 이송량 정보 및 회전축(A) 이송량 정보를 입력받기 위해서 가공프로그램의 이송 범위를 참조할 수 있다(S107, S109).
상기와 같이 3축(X, Y, Z) 이송량 정보 및 회전축(A) 이송량 정보가 입력되면, 상기 HMI 구동부(190)는 축과 테이블의 이송 결과를 화면상의 작업영역 표시부(110)에 표시한다(S110).
이때 상기 HMI 구동부(190)는 충돌이나 간섭이 발생한 부분을 표시(도 6 (b)의 (가) 및 (나) 참조)함으로써, 작업자가 충돌이나 간섭이 발생한 부분을 시각적으로 확인할 수 있도록 한다. 즉, 충돌이나 간섭이 발생한 경우(S111의 예), 작업자가 상기 충돌이나 간섭이 발생한 상기 3축(X, Y, Z) 이송량 정보 및 회전축(A) 이송량 정보를 확인하여 대응할 수 있도록 한다.
만약 충돌이나 간섭이 발생하지 않은 경우(S111의 아니오), 상기 HMI 구동부(190)는 상기 단계(S103 ~ S111)를 반복 수행하여 다른 조건(즉, 다른 정보가 입력된 조건)에서 충돌이나 간섭이 발생하는지 체크할 수 있다.
이와 같이 작업자로부터 정보를 입력받는 즉시 상기 HMI 구동부(190)가 작업영역 표시부(110)를 통해 충돌이나 간섭 발생 시 작업자가 시각적으로 확인할 수 있도록 표시함으로써, 5축 가공 시 공구의 자세에 따라 구조물과 스핀들이 어떻게 움직이는지 쉽게 알 수 있도록 한다.
도 6의 (b)는 작업자가 매뉴얼 방식으로 직접 축을 이동할 경우에 구조물과 스핀들의 충돌(가)과 소프트웨어리밋 간섭(나)을 시각적으로 확인하는 화면을 보인 예시도이다. 즉, 도 6의 (b)는 작업자가 수동으로 축을 이동한 화면으로 <가>부위는 구조물과 스핀들 충돌을 확인할 수 있으며, <나>에서는 스핀들이 Z방향 소프트웨어 리밋과 간섭됨을 확인할 수 있다. 따라서 A축(SP_PosA)의 입력 값(예 : 95)에서는 소프트웨어리밋 한계에 도달하고, X축(SP_PosX)의 입력 값(예 : 80)에서는 구조물 간섭이 있음을 확인할 수 있다.
참고로 도 6의 (b)를 참조하면, <바>의 버튼(Axis+, Axis-)이 입력될 경우 <다>에 선택된 축을 일정 값 증가 또는 감소시켜 스핀들을 이송하게 된다. 이때 이송량 정보는 <사>에 나타나게 되며, <사>에 직접 이송량 정보(또는 값)을 입력받을 수도 있다. 또한 <마>의 버튼(A+, A-)이 입력되면 A회전축이 TRAORI 모션(공구 선단점 제어) 동작으로 이동하게 되고, <라>의 버튼(Default)이 입력되면 모든 이송량이 0으로 변경되어 초기 워크위치로 이동하게 된다.
상기와 같이 본 실시예는 공작기계의 구조물 충돌 및 간섭을 공작물의 가공 전에 미리 확인할 수 있는 기능으로서, 모든 가공 경로를 탐색하는 것이 아니라 축들의 이송 범위를 공작물 가공 전에 미리 체크하여 공구 길이 및 워크옵셋 위치 등을 최적화 할 수 있는 효과가 있다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다. 또한 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
100 : HMI 장치
110 : 작업영역 표시부
120 : 이송정보 표시부
130 : 공구방위 표시부
140 : 소재원점 표시부
150 : 공구정보 표시부
190 : HMI 구동부
200 : 수치 입력부

Claims (4)

  1. 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치에 있어서,
    작업테이블과 스핀들을 포함한 공작기계의 구동 시, 충돌 위험이 있는 구조물 형상, 공작물 가공에 사용될 공구 형상, 작업자가 공작기계에 설정한 워크옵셋 위치, 공작기계에 설정된 소프트웨어리밋 위치, 소프트웨어리밋 간섭 여부의 판단 기준이 되는 스핀들 원점 위치, 및 충돌이나 간섭이 발생된 부분을 표시하는 작업영역 표시부;
    스핀들 또는 테이블의 위치와 자세를 변경하기 위한 정보를 입력받아 표시하는 이송정보 표시부 및 공구방위 표시부;
    5축 가공 시 공구 자세에 따라 기계좌표계 상에서 이동되는 소재원점 정보를 입력받아 표시하는 소재원점 표시부;
    공구 길이에 따라 달라지는 스핀들 원점 위치를 계산하기 위한 공구 정보를 입력받아 표시하는 공구정보 표시부; 및
    상기 이송정보 표시부, 공구방위 표시부, 소재원점 표시부, 및 공구정보 표시부에 표시하도록 입력받은 정보에 기초하여 구조물 형상, 공구 형상, 워크옵셋 위치, 소프트웨어리밋 위치, 스핀들 원점 위치, 및 충돌이나 간섭이 발생된 부분을 상기 작업영역 표시부에 출력하는 HMI 구동부;를 포함하되,
    상기 HMI 구동부는,
    이송할 공구의 3축(X, Y, Z) 좌표 정보를 입력받거나 로딩하여 상기 이송정보 표시부를 통해 표시하고,
    공구의 자세나 방위 값을 입력받거나 로딩하여 상기 공구방위 표시부를 통해 표시하며,
    소재원점의 3축(X, Y, Z) 좌표 정보를 입력받거나 로딩하여 상기 소재원점 표시부를 통해 표시하고,
    공구의 길이와 지름 정보를 입력받거나 로딩하여 상기 공구정보 표시부를 통해 표시하며,
    상기 공구의 자세나 방위 값을 입력받거나 로딩하여 상기 공구방위 표시부를 통한 표시는,
    공구 선단점 제어(TRAORI) 이송인 경우 회전축 회전에 따라 워크옵셋 좌표계 상에서 공구의 선단점 위치는 고정되고 공구의 자세만 변하게 되도록 회전에 따른 이송축 이동이 발생하며,
    공구 선단점 제어(TRAORI) 이송이 아닌 경우 회전축 회전에 따라 이송축 이동이 발생하지 않도록 하여,
    두 가지 제어 모드에서 충돌이나 간섭이 발생한 부분을 작업자가 시각적으로 확인할 수 있도록 표시하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 HMI 구동부는 제어부로서 기능하며,
    작업자로부터 상기 이송정보 표시부, 공구방위 표시부, 소재원점 표시부, 및 공구정보 표시부에 표시하기 위한 정보를 입력받거나,
    NC(Numerical Control)를 통해 미리 저장된 상기 이송정보 표시부, 공구방위 표시부, 소재원점 표시부, 및 공구정보 표시부에 표시하기 위한 정보를 로딩하거나 호출하는 역할을 하는 수치 입력부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 충돌 및 간섭 확인을 위한 HMI 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20090058203A (ko) * 2007-12-04 2009-06-09 (주)브이엠에스 솔루션스 다축 가공기계의 수치 제어 데이터 산출시 가공조건자동산출 방법
KR101791073B1 (ko) * 2016-04-26 2017-10-27 창원대학교 산학협력단 앵글헤드 스핀들을 이용한 5축 가공용 포스트 프로세서

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