KR20150133493A - 공작기계용 공작물 인식 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비교적 낮은 가격으로 산업용 로봇의 그립하는 공작물을 인식하도록 구성하여 잘못된 로딩에 의하여 발생하는 불량을 방지하는 공작기계용 공작물 인식 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, CNC형의 공작기계와 상기 공작기계에 가공을 위한 공작물을 로딩하고, 가공이 완료된 제품을 언로딩하는 산업용 로봇에 장착되어 공작물의 크기를 인식하는 공작기계용 공작물 인식 장치에 있어서, 상기 공작기계의 동작을 제어하는 가공제어부; 상기 산업용 로봇의 동작을 제어하는 로봇제어부; 및 상기 산업용 로봇의 그리퍼에 장착되어 그리퍼가 그립하는 공작물의 크기를 감지하는 리니어 스케일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공작기계용 공작물 인식 장치{Work inspect device for machine tools}

본 발명은 공작기계용 공작물 인식 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 산업용 로봇을 이용한 공작기계용 공작물 인식 장치에 관한 것이다.

근래 제어기술의 급격한 발달에 힘입어 수치제어장치를 이용한 다양한 공작기계들이 개발되어 산업현장에 적용되고 있다. 상기 수치제어 공작기계는 프로그램을 통하여 공작물을 가공하여 높은 생산성을 가지면, 또한 균일한 품질의 제품을 가공할 수 있는 강점이 있어 다양한 분야에 사용되고 있다.

한편, 수치제어 공작기계는 표준 작업에 효율적으로 제작되어 있으므로, 특수한 공작물의 가공을 위해서는 별도의 보조 장치들이 부가되어야 하며, 상기과 같은 보조 장치들 역시 다양한 형태로 제안되고 있다.

예를 들면, 등록특허 제558691호에는 터릿에 결합되는 장착대와 홀딩부재, 탄성부재를 구비하는 수치제어 공작기계용 가공소재 홀딩장치에 있어서, 상기 장착대의 일단에 형성되고 중앙에 축공이 천공된 원형 오목홈을 구비하는 결합부와, 상기 원형 오목홈에 끼워져 축볼트에 의해 한쌍의 홀딩판이 각각 회전가능토록 결합되도록 하기 위한 원형 삽입부와 가공소재 홀딩홈을 구비하는 홀딩부재와, 상기 홀딩부재에 탄성을 부여하기 위해 가공소재 홀딩홈의 반대편에 형성되는 탄성부재로 구성되어진 수치제어 공작기계용 가공소재 홀딩장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 가공소재의 직각방향에서 클램핑하도록 하여 터릿의 회전반경과 작업범위를 최대화하여 가공소재의 가공효율 및 생산효율을 극대화시킬 수 있는 수치제어 공작기계용 가공소재 홀딩장치의 구성이 개시되어 있다.

또한, 등록특허 제1189036호에는 서보모터에 의해 구동되는 서보 테이블에 결합된 링기어와, 오르비트(Orbit)모터와 체결된 엔코더기어가 연결되어, 상기 오르비트모터에 항상 예압을 걸어 웜과 웜기어의 백래시를 제거하는 수치제어 공작기계용 백래시 방지장치가 개시되어 있다.

또한 등록특허 제313306호에는 공작물에 대하여 단일 기계로 여러가지 공정을 수행할 수 있는 수치제어 공작기계에서 여러가지 공구를 장착한 공구교환홀더를 방사형으로 설치한 공구 자동 교환장치에 있어서, 공구메거진 내측에 설치되는 부착판에 설치된 가이드에 끼워져 슬라이드 작동하는 주가동체와 홀더작동체를 연결봉으로 연결하고 상부의 주가동체와 부착판간에는 링크와 코일스프링을 장치하여 헤드에 부착된 가이드의 승강에 의해 링크가 작동하여 하부의 홀더작동체를 승강시키게 하고 홀더작동체의 삽입홈에는 공구교환홀더의 돌부가 끼워지게 하여 홀더작동체의 승강에 의해 공구교환홀더가 개폐되게 하므로서 헤드와 공구교환홀더간의 직접적인 접촉을 방지하는 공작기계용 자동공구 교환장치의 공구 교환홀더의 구성이 개시되어 있다.

한편, 공작기계는 산업용 로봇과 연계하여 구성하는 경우, 공작물의 로딩 및 언로딩의 자동화를 이룰 수 있어, 인력을 최소한으로 운영할 수 있는 장점이 있다. 상기와 같은 특징에 따라 공작기계와 산업용 로봇을 연계하여 생산 라인을 구성하는 경우가 많다. 예를 들면, 등록특허 제1069381호에는 공작기계 운용을 위한 무인화시스템으로서, 동종 혹은 이종으로 구성되는 다수대의 공작기계들과; 주행바퀴를 갖추어 자율주행되며 바디에 로봇암이 구비되고 상기 바디 내부에는 마이크로프로세서 및 통신기기가 내장되어 공작기계들과의 통신으로 우선순위에 따라 지정된 공작기계로 이동되어 지정된 작업을 하게되는 주행로봇;을 포함하여 구성되어 상기 주행로봇에 의한 제품의 로딩 및 언로딩이 이루어지게 됨을 특징으로 하는 주행로봇을 이용한 공작기계 무인화시스템의 구성이 제안되었다.

또한 공개특허 제1998-0024718호에는 (a)작업장의 구성요소의 공간에서 기하학을 식별하는 미리 선택된 고정입력데이터를 취출하는 단계와, (b)미리 선택된 금속시이트의 작업순서와 미리 선택된 취급하고자 하는 금속시이트의 형상 및 치수로 구성되는 미리 선택된 가변입력데이터의 공작기계로부터 취출하는 단계와, (c)취급하고자 하는 금속시이트의 미리 선택된 궤적을 식별하는 출력데이터를 자동적으로 발생하기 위하여 고정 및 가변입력데이터를 프로세스유니트에서 처리하는 단계와, (d)형태에 의해 선택된 상기한 금속시이트를 취급하도록, 미리 선택된 궤도를 따라 금속시이트를 이동시키기 위하여 상기한 로봇을 구동시키기 위한 로봇의 제어유니트로 출력데이터를 전송하는 단계로 구성되는 공작기계와 로봇으로 구성되는 작업장내에서 금속시트의 취급방법이 개시되어 있다.

상기와 같이 산업용 로봇은 공작물을 그립하여 필요한 공작기계에 공급하는 역할을 하여, 종래 인력에 의하여 수행되는 공작물의 로딩 및 언로딩을 자동으로 수행할 수 있는 장치로 공작기계와 연동되어 사용되는 경우 매우 높은 시너지 효과를 나타내어 많은 자동화 설비에 이용되고 있다.

그러나, 다품종 소량 생산 시스템 하에서는 다양한 공작물이 공급장치에 의하여 로봇에 공급되고, 상기 로봇은 공급된 공작물을 순차적으로 공작기계에 로딩하고, 가공이 완료된 공작물은 언로딩하여 공작물 반출장치로 이동시키는 작업을 수행하나, 일부 잘못된 공작물이 상기 공작물 공급장치로 공급되는 경우가 발생한다. 대부분 잘못된 공작물의 경우, 프로그램 내에 입력된 공작물의 크기가 차이가 크기 않은 것이 대부분이며, 상기 로봇은 그립된 공작물이 정상적인 공작물로 처리하여 공작기계에 공급하고, 공작기계 역시 정상적인 공작물로 인식하여 가공을 진행하므로, 최종 생산된 공작물은 불량으로 처리되는 상황이 종종 발생하였다.

상기와 같은 현상을 방지하기 위해서는 로봇이 그립하는 공작물을 인식하는 장치가 필요하며, 통상 비전 시스템을 통하여 공작물을 인식하는 방식을 적용할 수 있으나, 비전 시스템의 경우에는 처리 속도가 다소 제한적인고, 또한 주변을 비젼 시스템이 적용될 수 있는 환경으로 구성해야 하는 점 등에 따라 높은 설치 비용을 요구하는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술들의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 비교적 낮은 가격으로 산업용 로봇의 그립하는 공작물을 인식하도록 구성하여 잘못된 로딩에 의하여 발생하는 불량을 방지하는 공작기계용 공작물 인식 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, CNC형의 공작기계와 상기 공작기계에 가공을 위한 공작물을 로딩하고, 가공이 완료된 제품을 언로딩하는 산업용 로봇에 장착되어 공작물의 크기를 인식하는 공작기계용 공작물 인식 장치에 있어서, 상기 공작기계의 동작을 제어하는 가공제어부; 상기 산업용 로봇의 동작을 제어하는 로봇제어부; 및 상기 산업용 로봇의 그리퍼에 장착되어 그리퍼가 그립하는 공작물의 크기를 감지하는 리니어 스케일;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 그리퍼는 산업용 로봇 암의 끝단에 장착되는 베이스에 결합하는 복수의 핑거로 구성되며, 상기 복수의 핑거는 베이스 중심에 대하여 서로 대칭형으로 이동하며, 상기 리니어 스케일은 상기 베이스에 장착되는 고정부와 상기 핑거 중 하나에 장착되는 센서부를 포함하고, 상기 핑거의 움직임에 따라 상기 센서부가 상기 고정부 상을 이동하면서 이동거리를 감지하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 리니어 스케일은 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 센서부의 출력을 입력받아 이동 거리를 산정하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 로봇제어부는 상기 제어부의 출력을 이용하여 현재 그리퍼가 그립하는 공작물의 크기를 인식하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 로봇제어부는 상기 가공제어부에 입력된 가공 순서를 이용하여 현재 그립퍼에서 인식된 공작물의 크기를 이용하여 상기 가공장치로 로딩되어야 하는 공작물에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 로봇제어부는 판단 결과 현재 그립된 공작물이 로딩될 공작물과 다른 경우, 회수장치로 그립된 공작물을 이송하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 리니어 스케일은 나머지 핑거에 장착되는 센서부를 더 포함하며, 상기 제어부는 2개의 센서부의 출력을 이용하여 공작물의 크기를 산정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공작기계용 공작물 인식 장치는 산업용 로봇의 그리퍼에 간단한 리니어 스케일 장착하여 그리퍼가 그립하는 공작물의 크기를 인식한 후, 정상적인 공작물의 크기와 대비하여 차이가 일정 이내 이면, 정상적인 공작물로 인식하여 공작기계에 로딩하고, 차이가 일정 이상인 경우에는 비정상적인 공작물로 인식하여 별도의 회수장치로 이동시키는 것을 특징으로 하여 비교적 저가로 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계용 공작물 인식 장치를 적용하기 위한 가공장치 셀의 구성도이며,
도 2는 도 1에 도시된 산업용 로봇에 장착된 그리퍼의 구성도이며,
도 3은 도 1의 각 장치들에 포함된 제어장치들의 통신 관계를 나타내는 구성도이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 공작기계용 공작물 인식 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 공작물을 공급하는 공급장치(10), 공급장치(10)를 통하여 공급된 공작물(1)을 공작기계(50)로 로딩하고, 또한 가공이 완료된 제품(2)을 언로딩하는 산업용 로봇(20), 상기 산업용 로봇(20)을 통하여 공급된 공작물(1)을 제품(2)으로 가공하는 공작기계(50), 가공이 완료된 제품(2)이 반출되는 반출장치(60) 및 상기 산업용 로봇(20)에 의하여 비정상으로 판단된 공작물(1)을 회수하는 회수장치(70)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 공작기계(50)로 공급되는 공작물은 단순히 공작물(1)로 칭하고, 상기 공작기계(50)를 통하여 가공이 완료된 공작물은 제품(2)으로 칭한다.

상기 공급장치(10)는 상기 공작기계(50)가 가공하고자 하는 가공전 공작물(1)을 연속하여 공급하는 장치로 별도의 공급수단을 포함하여 구성되며, 상기 공급수단은 다양한 형태로 구현될 수 있다.

상기 공급장치(10) 상에는 가공 순서별로 공작물(1)이 위치하며, 하나씩 이송되는 경우 별도의 공급수단이 해당하는 공작물(1)을 공급하도록 구성된다.

또한 상기 공급장치(10)는 별도의 제어장치를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 제어장치는 상기 공작기계(50)에서 작업하는 작업 일정을 인식하여 해당하는 공작물(1)을 공급하는 역할을 한다.

한편, 상기 산업용 로봇(20)은 통상의 로봇으로 구성되며, 작업의 편리성을 위해서는 6축 다관절 형태가 바람직하나, 필요한 경우 조립 공정에 사용되는 수평 다관절 형태로 가능하다.

이때 상기 산업용 로봇(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상단 암의 끝단에는 그리퍼(30)가 장착된다.

상기 그리퍼(30)는 슬라이드 형태로 구성되며, 암에 결합하는 베이스(31)와 상기 베이스(31)와 슬라이드로 이동하는 복수의 핑거(32)로 구성되며, 상기 핑거(32)는 중심선 C에 대하여 동일한 거리에 위치하는 형태로 구동되어, 원형 단면의 공작물(1)을 그리핑하는 경우 상기 공작물(1)의 중심이 항상 중심선 C 상에 위치하도록 작동되는 효과를 제공한다.

한편, 상기 그리퍼(30)에는 리니어 스케일(40)이 장착된다. 상기 리니어 스케일(40)은 고정부(41)와 센서부(42) 그리고 제어부(43)로 구성되며, 상기 고정부(41)는 상기 그리퍼(30) 베이스(31)에 고정되고, 상기 센서부(42)는 상기 핑거(32) 중 하나에 부착된다.

따라서 상기 핑거(32)가 이동하는 경우 상기 센서부(42) 역시 동일하게 상기 고정부(41) 상단에서 이동하므로, 이동 거리에 해당하는 신호를 상기 제어부(43)로 출력한다.

상기 제어부(43)는 상기 센서부(32)에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 핑거(42)의 이동치를 산정한다.

또한, 필요한 경우 상기 센서부(42)는 각각의 핑거(42)에 장착하여 2개의 센서부(42) 신호를 통하여 핑거(32)와 핑거(32)의 거리를 정확히 감지하도록 구성할 수도 있다.

그리고, 상기 센서부(42)를 광센서로 구현하고, 상기 고정부(41)는 상기 광센서에 반응하는 표면으로 구성하는 경우, 핑거(32)의 정밀한 이동거리를 측정할 수 있는 장점이 있으나, 다른 방식의 센서로도 구성 가능하다.

한편, 상기 산업용 로봇(20)은 도 3에 도시된 바와 같이, 로봇제어부(29)를 포함하고 있으며, 상기 로봇제어부(29)는 별도의 프로그램에 의하여 산업용 로봇(20)의 로딩 및 언로딩의 동작을 제어한다.

그리고, 상기 제어부(43)는 상기 센서부(42)를 통한 핑거(32)의 거리를 산정하여 산업용 로봇(20)을 제어하는 로봇제어부(29)에 전송하고, 상기 로봇제어부(29)는 가공을 위하여 공작기계(50)에 로딩해야 하는 공작물(1)의 크기 정보와 상기 제어부(43)에 의하여 감지된 실제 공작물(1)의 크기와 대비하여 해당 공작물(1)이 맞는지 판단한다.

상기 감지된 실제 공작물(1)의 크기와 가공을 위하여 공작기계(50)에 로딩해야 하는 공작물(1)의 크기의 차이가 일정 범위 이내인 경우에는 해당 공작물(1)을 공작기계(50)에 로딩하고, 일정 범위 이상인 경우에는 잘못된 공작물(1)의 그리핑으로 판단하여 회수장치(70)로 해당 공작물(1)을 이동시킨다.

이후에는 다시 새로운 공작물(1)을 그리핑하여 상기와 같은 과정을 반복하여 공작물(1)을 상기 공작기계(50)에 로딩한다.

그리고, 공작기계(50)에서 공작물(1)의 가공이 완료되어 제품(2)이 생산된 경우, 상기 제품(2)을 그리핑하여 반출장치(60)로 이송한다.

한편, 상기 공작기계(50) 역시 별도의 가공제어부(51)를 포함하고 있으며, 상기 가공제어부(51)에는 가공해야 하는 제품(2)과 공작물(1)의 정보가 저장되어 있으며, 상기 가공제어부(51)는 상기 정보를 이용하여 가공을 진행한다.

이때 상기 로봇제어부(21)는 상기 가공제어부(51)와 연동되어 있으며, 가공순서와 가공 상태 정보를 서로 공유하여 공작물(1)의 로딩과 제품(2)의 언로딩 시기를 상기 가공제어부(51)를 통하여 인식하여 그리핑을 수행한다.

상기 공작기계(50)는 CNC형태의 어떠한 공작기계도 가능하며, 특히 원형 단면의 제품을 생산하는 선반인 경우에는 공작물(1)의 크기를 인식하기에 유리한다. 그리고 다른 형태의 공작물(1)들 역시 그리핑 지점을 일정하게 유지하는 경우에는 해당 공작물(1)의 크기를 인식할 수 있으므로 활용 가능하다.

한편, 상기 반출장치(60)는 단순한 보관용 박스로 구성될 수 있으나, 필요한 경우 상기 공급장치(10)와 같은 다음 공정으로 이송할 수 있는 이송 수단을 부가하여 자동으로 제품(2)이 이송하도록 구성할 수 있으며, 상기 회수장치(70)는 잘못 이송된 공작물(1)을 보관하는 역할을 하므로, 보관용 박스 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 단일 크기의 공작물(1)을 공급하는 경우, 상기 제어부(43)의 외부에 별도의 알람장치를 부착하고, 제어부(43) 내부에 로딩되어야 하는 공작물(1)의 크기를 사전에 입력하고, 상기 입력된 공작물(1)의 크기와 현재 감지되는 공작물(1)의 크기를 대비하여 일정 수준 이상의 차이가 있는 경우 상기 알람장치를 가동하도록 단순하게도 구현할 수도 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

1: 공작물 2: 제품
10: 공급장치 20: 산업용 로봇
29: 로봇제어부 30: 그리퍼
31: 베이스 32: 핑거
40: 리니어 스케일 41: 고정부
42: 센서부 43: 제어부
50: 공작기계 51: 가공제어부
60: 반출장치 70: 회수장치
100: 공작물 인식 장치

Claims (7)

1. CNC형의 공작기계와 상기 공작기계에 가공을 위한 공작물을 로딩하고, 가공이 완료된 제품을 언로딩하는 산업용 로봇에 장착되어 공작물의 크기를 인식하는 공작기계용 공작물 인식 장치에 있어서,
   상기 공작기계의 동작을 제어하는 가공제어부;
   상기 산업용 로봇의 동작을 제어하는 로봇제어부; 및
   상기 산업용 로봇의 그리퍼에 장착되어 그리퍼가 그립하는 공작물의 크기를 감지하는 리니어 스케일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공작물 인식 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 그리퍼는 산업용 로봇 암의 끝단에 장착되는 베이스에 결합하는 복수의 핑거로 구성되며, 상기 복수의 핑거는 베이스 중심에 대하여 서로 대칭형으로 이동하며, 상기 리니어 스케일은 상기 베이스에 장착되는 고정부와 상기 핑거 중 하나에 장착되는 센서부를 포함하고, 상기 핑거의 움직임에 따라 상기 센서부가 상기 고정부 상을 이동하면서 이동거리를 감지하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공작물 인식 장치.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 리니어 스케일은 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 센서부의 출력을 입력받아 이동 거리를 산정하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공작물 인식 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 로봇제어부는 상기 제어부의 출력을 이용하여 현재 그리퍼가 그립하는 공작물의 크기를 인식하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공작물 인식 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 로봇제어부는 상기 가공제어부에 입력된 가공 순서를 이용하여 현재 그립퍼에서 인식된 공작물의 크기를 이용하여 상기 가공장치로 로딩되어야 하는 공작물에 해당하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공작물 인식 장치.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 로봇제어부는 판단 결과 현재 그립된 공작물이 로딩될 공작물과 다른 경우, 회수장치로 그립된 공작물을 이송하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공작물 인식 장치.
   
7. 청구항 3에 있어서, 상기 리니어 스케일은 나머지 핑거에 장착되는 센서부를 더 포함하며, 상기 제어부는 2개의 센서부의 출력을 이용하여 공작물의 크기를 산정하는 것을 특징으로 하는 공작기계용 공작물 인식 장치.
   

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