KR20210101996A - 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공프로그램에 따라 워크피스의 교환이나 셋업을 위한 스테이션, 복수의 팔레트, 이송부 및 자동팔레트교환장치를 구비하는 자동워크피스교환장치;수치제어부; 상기 자동워크피스교환장치를 구동시키는 PLC; 표시부를 구비하고, 상기 자동워크피스교환장치의 구동에 따라 상기 팔레트에 안착되는 워크피스의 교환을 수행하도록 조작명령을 입력하거나 출력하는 HMI; 및 상기 수치제어부, 상기 PLC, 또는 상기 HMI와의 통신을 통해 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 상기 표시부에 실시간으로 동기화하여 표시하는 것을 제어하는 워크피스교환 제어부;를 포함하는 공작기계의 자동 워크피스 교환 제어장치에 관한 것이다.

Description

공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법{Auto workpiece change control apparatus of machine tool and method thereof}

본 발명은 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 워크피스 교환시에 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작화면과 자동워크피스교환장치의 현재의 작동상태를 표시부에 실시간으로 동기화된 상태로 표시하여 사용자가 직관적으로 장비의 상태를 확인하고 조작할 수 있는 그래픽 기반의 사용자 인테페이스 화면을 갖는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 툴 매거진이나 터렛이 사용된다. 툴 매거진(Tool Magazine, TM)은 다수의 공구를 수납하고, 수치제어와 후술하는 자동공구교환장치를 통해 스핀들에 장착된 가공공구와 교환공구를 자동으로 교환한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 툴을 툴 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Pallet Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다.

일반적으로 공작기계에 사용되는 팔레트(pallet)란 가공된 공작물 또는 가공전 공작물인 워크피스(workpiece)를 교환하기 위한 일종의 공작물 받침대를 의미한다.

또한, 오늘날의 공작기계는 복수의 팔레트를 구비하고, 각 팔레트마다 해당 워크피스를 안착시키고 야간이나 작업자가 없어도 또는 작업자가 있어도 무인으로 해당 팔레트를 가공프로그램의 가공순서에 따라 팔레트를 공작기계의 가공영역에 인접하게 설치되는 자동팔레트교환장치(APC)로 공급하고 가공이 완료된 워크피스를 배출하고, 가공전 워크피스를 해당 팔레트에 안착시는 셋업작업을 자동으로 수행하는 자동워크피스교환장치(Auto wrokpiece changer)을 구비한다. 이러한 다중 팔레트 시스템은 여러개이 팔레트를 구비하고, 다수의 워크피스를 셋팅하여 가공순서에 해당하는 워크피스가 설치된 팔레트를 이송부장치로 이송시키면서 연속적으로 다량의 워크피스를 가공할 수 있는 장치이다.

종래 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법은 자동워크피스교환장치와 공작기계 자체가 매우 복잡하고 대형으로 형성되고, 특히 이러한 AWC가 생산성 향상을 위해 복수의 팔레트를 구비하고, 가공프로그램에 따라 팔레트의 이동경로와 워크피스 셋업 조작이 매우 복잡할 뿐만아니라, 해당 가공프로그램에 맞게 자동워크피스교환장치를 조작하기 위한 정보가 모두 텍스트로만 표시됨에 따라 불편함을 초래하고, 장비 오작동에 따라 공구나 워크피스가 손상되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법은 공구 오작동 등에 의해 장비나 워크피스가 손상됨에 따라 공작기계의 유지비용이 증가하고, 손상된 공구나 워크피스를 폐기처분함에 따라 자원이 낭비되는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법은 이송정보와 셋업정보를 장비 자체의 학습기능을 통해 설정하거나 변경할 수 없어 워크피스 교환을 위한 이송시간과 이송거리가 길어짐에 따라 비가공시간 증가에 의해 생산성이 저하되고, 정확한 이송정보를 확인할 수 없어 안전사고의 위험성이 증가하고 작업자의 불편을 증가시키는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 특허등록공보 제10-0761190호는 사이클 타임에 기초하여 팔레트 상태와 공작기계의 상태를 표시하고, 가공프로그램 정보 등을 모니터링하면서 워크피스의 가공을 제어하는 발명을 개발하였다.

그러나, 이러한 종래 공작기계의 워크피스교환 제어장치와 이의 제어방법은 워크피스 교환시에 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작화면과 자동워크피스교환장치의 현재의 작동상태를 표시부에 실시간으로 동기화된 상태로 표시할 수 없어, 가공프로그램에 따른 가공순서에 의해 팔레트와 워크피스의 교환이 정상적으로 이루어지는지와 가공이 정상적으로 수행되고 있는지를 직관적으로 알 수 없고, 워크피스 교환을 위한 조작화면에 표시되는 정보 및 교환대상이 미흡하고, 팔레트정조, 셋업정보, 이송정보, 가공순서, 가공프로그램, 워크피스번호, 스테이션상태정보 등이 미흡하고, 오류 유무를 직접적으로 표시하지 않아 사용자의 불편을 초래하고, 공작기계의 안정성과 신뢰성을 저하하는 문제점이 있다.

이에 따라 워크피스 교환을 위해 작동하는 자동워크피스교환장치의 작동상태와 워크피스교환정보, 팔레트상태정보, 스테이션상태정보, 셋업정보, 이송정보, 장비의 이상유무, 오류유무 등을 실시간으로 동기화하여 그래픽으로 표시하여 사용자에게 직관적으로 인식시킬 수 있는 기술개발이 시급한 실정이다.

대한민국 특허공개공보 제10-2005-0067687호 대한민국 특허공개공보 제10-2009-0059731호 대한민국 특허공개공보 제10-2011-0002578호 대한민국 특허등록공보 제10-0761190호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 워크피스 교환시에 모드조작부의 모드선택에 따라 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작화면과 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램, 팔레트상태정보 등과 같은 워크피스교환정보를 맵핑된 데이터로 표시하거나, 자동워크피스교환장치의 워크피스가 안착된 팔레트와 스테이션의 이송정보, 셋업정보, 오류정보 등과 같은 작동상태와 운영정보를 표시부에 실시간으로 동기화된 상태로 표시하여 사용자가 직관적으로 팔레트, 워크피스의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 편의성을 향상하고, 사용자의 오작동이나 오입력을 방지하여 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화할 수 있는 사용자 인테페이스 그래픽 기반의 화면을 갖는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 워크피스 교환을 위해 사용자 인테페이스 그래픽 기반의 화면을 갖는 표시부를 통해 자동워크피스교환장치의 팔레트 이송을 위한 이송부의 이송정보를 학습기능을 부가하여 조작하고 팔레트 이송 최적화를 통해 공구와 워크피스 및 다른 장비의 손상을 방지하여 공작기계의 유지비용을 절감하고, 공구손상이나 파손에 따른 가공정밀도 감소를 미연에 방지하여 자원낭비를 감소하고, 이송최적화에 따른 비가공시간 감소에 따라 공작기계의 생산성을 극대화하고, 초보자도 이송정보 조작을 학습기능을 통해 쉽게 조작할 수 있어 작업자의 불편을 감소시킬 수 있는 있공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치는 가공프로그램에 따라 워크피스의 교환이나 셋업을 위한 스테이션, 복수의 팔레트, 이송부 및 자동팔레트교환장치를 구비하는 자동워크피스교환장치; 수치제어부; 상기 자동워크피스교환장치를 구동시키는 PLC; 표시부를 구비하고, 상기 자동워크피스교환장치의 구동에 따라 상기 팔레트에 안착되는 워크피스의 교환을 수행하도록 조작명령을 입력하거나 출력하는 HMI; 및 상기 수치제어부, 상기 PLC, 또는 상기 HMI와의 통신을 통해 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 상기 표시부에 실시간으로 동기화하여 표시하는 것을 제어하는 워크피스교환 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 상기 HMI는 워크피스교환을 위한 데이터를 입력하거나 출력하는 처리부; 및 상기 워크피스교환 제어부로부터 전달받은 신호에 의해 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 상기 팔레트상태정보 또는 상기 워크피스교환정보와 상기 스테이션상태정보를 실시간으로 연동하여 그래픽으로 전환하기 위한 사용자 그래픽 가이던스 프로그램을 저장하는 화면표시 프로그램 저장부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 상기 HMI는 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 상기 팔레트상태정보 또는 상기 워크피스교환정보와 상기 스테이션상태정보를 표시하는 데이터를 맵핑하는 맵핑 프로그램 저장부; 및 워크피스교환을 위해 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 팔레트상태정보, 스테이션상태정보, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램, 및 복구프로그램을 저장하는 데이터 베이스부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 상기 워크피스교환 제어부는 기준 가공횟수 및 기준 가공부하를 저장하는 기준데이터 저장부; 상기 자동워크피스교환장치, 상기 수치제어부, 상기 PLC, 및 상기 HMI에서 출력된 신호를 수신하는 착신부; 상기 처리부를 통해 워크피스교환 신호가 입력된 경우 데이터 베이스부에 저장된 가공순서, 가공프로그램, 팔레트상태정보의 설정여부를 검출하는 검출부; 상기 검출부의 검출결과 이상이 없을 경우 가공영역으로 가공순서에 해당하는 워크피스의 이송 유무를 확인하는 확인부; 상기 확인부의 확인결과 이상이 없을 경우 가공영역에서 가공진행 여부를 판단하는 판단부; 상기 판단부의 판단결과 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에는 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 가공부하와 현재 가공부하를 비교하고, 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에는 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 가공횟수와 현재 가공횟수를 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교결과 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에 현재 가공부하가 기준 가공부하를 초과하는 경우 또는 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에 현재 가공횟수가 기준 가공횟수를 초과하는 경우에 상기 스테이션과 상기 팔레트 및 상기 워크피스와 연동하여 상기 표시부에 오류 정보를 표시하도록 독출 신호를 전송하는 분석부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 상기 표시부는 기능조작부; 및 워크피스교환을 위한 표시, 리스트, 편집, 및 알림리셋 모드선택이 가능한 모드조작부;를 포함하고, 상기 모드조작부의 조작에 따라 제1 스크린부, 제2 스크린부, 또는 제3 스크린부 중 어느 하나가 상기 표시부에 표시할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 상기 제1 스크린부는 상기 모드조작부에서 상기 리스트 모드 선택시에 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작정보와 워크피스교환정보를 표시하고, 상기 제1 스크린부는 상기 스테이션에 현재 배치되는 워크피스번호를 표시하는 워크피스번호 표시영역; 워크피스 가공을 위한 가공프로그램을 표시하는 가공프로그램 표시영역; 워크피스교환을 위해 워크피스의 가공순서를 표시하는 가공순서 표시영역; 상기 스테이션에 현재 배치되는 팔레트 상태를 표시하는 팔레트상태 표시영역; 상기 스테이션에 현재 배치되는 팔레트번호를 표시하는 팔레트번호 표시영역; 상기 스테이션에 배치되는 워크피스의 자동교환 유무를 결정하는 자동조절부; 및 상기 워크피스의 셋업 여부를 결정하는 셋업조절부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 상기 제2 스크린부는 상기 모드조작부에서 상기 표시 모드 선택시에 상기 스테이션상태정보를 표시하고, 상기 제2 스크린부는 상기 분석부의 분석결과에 따라 상기 스테이션에 배치되는 상기 팔레트에 안착되는 워크피스의 이상유무를 표시하는 스테이션상태 표시영역;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 상기 제3 스크린부는 상기 모드조작부에서 상기 편집 모드 선택시에 상기 이송부의 위치제어를 위한 조작화면과 이송정보와 셋업정보를 표시하고, 상기 제3 스크린부는 워크피스교환을 위해 상기 이송부의 조그이송, 워크이송, 및 학습이송 모드선택이 가능한 이송모드 조절부; 상기 이송모드 조절부에서 학습이송 모드 선택시에 상기 이송부의 이송위치를 제어하기 위한 학습위치 조작부; 및 상기 이송부의 전후진 이동 또는 승하강 이동을 통해 상기 이송부의 위치를 조작할 수 있는 위치조작부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법은 워크피스교환을 위해 자동공구교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 표시부에 실시간으로 동기화하여 표시하기 위한 데이터를 저장하는 단계; 워크피스교환을 위한 정보를 전달받는 단계; 전달받은 워크피스교환정보를 통해 가공순서, 가공프로그램, 팔레트상태정보의 설정여부를 검출하는 단계; 상기 검출 결과에 따라 가공영역으로 가공순서에 해당하는 워크피스의 이송 유무를 확인하는 단계; 상기 확인 결과에 따라 가공영역에서 가공진행 여부를 판단하는 단계; 상기 판단 결과에 따라 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에는 기준 가공부하와 현재 가공부하를 비교하고, 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에는 기준 가공횟수와 현재 가공횟수를 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에 현재 가공부하가 기준 가공부하를 초과하는 경우 또는 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에 현재 가공횟수가 기준 가공횟수를 초과하는 경우에는 상기 스테이션과 상기 팔레트 및 상기 워크피스와 연동하여 상기 표시부에 오류 정보를 표시하도록 독출 신호를 전송하도록 분석하는 단계; 및 독출된 신호를 수신하여 기저장된 사용자 그래픽 가이던스 프로그램을 통해 사용자 인터페이스 그래픽을 상기 표시부에 표시하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법의 바람직한 일 실시예에서, 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법은 상기 분석 단계 이후에, 상기 분석 결과에 따라 가공영역에서의 가공을 중단하고 상기 자동팔레트교환장치의 작동을 정지하는 단계; 및 복구프로그램을 구동하여 복구하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법은 자동워크피스교환장치의 워크피스가 안착된 팔레트와 스테이션의 이송정보, 셋업정보, 오류정보 등과 같은 작동상태와 운영정보를 표시부에 실시간으로 동기화된 상태로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 편의성을 향상하고, 초보자도 쉽게 사용할 수 있도록 표시하여 사용자의 만족도를 극대화며, 안전사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법은 워크피스 교환시에 모드조작부의 모드선택에 따라 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작화면과 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램, 팔레트상태정보 등과 같은 워크피스교환정보를 맵핑된 데이터로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 오작동이나 오입력을 방지하여 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화고 가공정밀도를 향상할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법은 워크피스 교환을 위해 사용자 인테페이스 그래픽 기반의 화면을 갖는 표시부를 통해 자동워크피스교환장치의 팔레트 이송을 위한 이송부의 이송정보를 학습기능을 부가하여 조작하고 팔레트 이송 최적화를 통해 공구와 워크피스 및 다른 장비의 손상을 방지하여 공작기계의 유지비용을 절감하고, 공구손상이나 파손에 따른 가공정밀도 감소를 미연에 방지하여 자원낭비를 감소할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법은 이송학습 기능을 통해 이송정보와 셋업정보를 사용자 인테피이스 그래픽 기반의 화면을 통해 쉽게 조작하고 변경할 수 있어 이송최적화에 따른 비가공시간 감소에 따라 공작기계의 생산성을 극대화하고, 초보자도 이송정보 조작을 학습기능을 통해 쉽게 조작할 수 있어 작업자의 불편을 감소할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 개념도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 예시도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다.
도 4은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI와 워크피스교환 제어부의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부를 캡처한 제1 스크린부의 예시도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부를 캡처한 제2 스크린부의 예시도를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부를 캡처한 제3 스크린부의 예시도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법의 절차도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치 및 이의 제어방법의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 개념도를 나타내고, 도 2는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 예시도를 나타낸다. 도 3은 본 발명에 의한 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 구성에 대한 블럭도를 나타내고, 도 4은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI와 워크피스교환 제어부의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다. 도 5는 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부를 캡처한 제1 스크린부의 예시도를 나타내고, 도 6은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부를 캡처한 제2 스크린부의 예시도를 나타내며, 도 7은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부를 캡처한 제3 스크린부의 예시도를 나타낸다. 도 8은 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법의 절차도를 나타낸다.

도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치(1)를 설명한다. 도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치(1)는 자동워크피스교환장치(100), 수치제어부(200), PLC(300), HMI(400), 및 워크피스교환 제어부(500)를 포함한다.

자동워크피스교환장치(100, AWC, auto workpiece changer)는 가공프로그램에 따라 워크피스의 교환이나 셋업을 위한 스테이션(110), 복수의 팔레트(120), 이송부(130) 및 자동팔레트교환장치(140, APC, auto pallet changer)를 구비한다.

동일한 워크피스 또는 개개의 워크피스가 복수의 팔레트에 안착 설치된다.

스테이션(110)은 복수의 팔레트가 배치되어 가공 프로그램에 따라 해당 워크피스가 안착 설최든 팔레트를 자동팔레트교환장치로 이송할 수 있도록 이동시키는 장소를 제공하고, 워크피스 가공이나 이동 또는 셋업중에 팔레트의 대기장소를 제공한다.

복수의 팔레트(120)가 스테이션(110)에 이동가능하게 설치된다. 각각의 팔레트(120)에 워크피스가 안착된다.

이송부(130)는 갠트리로더, 리프터, 컨베이어 등으로 구성되어 가공프로그램에 따라 가공순서에 해당하는 가공전 워크피스가 안착된 팔레트를 자동팔레트교환장치로 이동시키고, 가공영역(10)에서 가공이 완료된 워크피스가 안착된 팔레트를 자동팔레트교환장치가 교환한 후에 이를 자동워크피스교환장치로 이송시키는 기능을 수행한다. 또한, 가공이 완료된 워크피스가 안착된 팔레트를 셋업영역으로 이동시켜, 셋업영역에서 자동워크피스교환장치의 외부로 배출할 수 있게하고, 셋업영역에서 가공전의 워크피스가 안착된 팔레트를 자동워크피스교환장치의 내부로 이송시키는 기능을 수행한다.

또한, 본 발명이 명세서상에서 "가공영역"이란 공구로 워크피스를 가공하는 모든 공작기계를 의미한다.

자동팔레트교환장치(140)는 가공영역에 인접하게 설치되어 자동워크피스교환장치를 통해 공급되는 가공전 워크피스가 안착된 팔레트를 가공영역에 공급하고, 가공영역에서 가공이 완료된 워크피스가 안착된 팔레트를 자동워크피스교환장치로 배출하는 기능을 수행한다.

수치제어부(200)는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 수치제어부(300)에는 서보 모터의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 수치제어부(200)는 PLC(300), HMI(400), 워크피스교환 제어부(500), 및 자동워크피스교환장치(100)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

또한, 수치제어부(200)는 자동워크피스교환장치(100)의 스테이션(110), 자동팔레트교환장치(140), 또는 이송부(130)의 구동에 사용되는 서보 모터와 통신을 수행하고, 서보모터로부터 피드백 정보를 전달 받는다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 수치제어부(200)는 주조작부를 포함하고, 이러한 주조작부는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.

PLC(Programmable Logic Controller, 300)는 자동워크피스교환장치(100), 수치제어부(200), HMI(400), 또는 워크피스교환 제어부(500)와 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC(400)는 수치제어부(200), HMI(400), 또는 워크피스교환 제어부(500)의 수치 제어 프로그램에 따라 자동워크피스교환장치(100)를 구동시킨다.

또한, 자동워크피스교환장치(100), 수치제어부(200), HMI(400), 또는 워크피스교환 제어부(500)로부터 제어명령을 전달받아 이를 수행한 후에 PLC(300)는 이를 수치제어부(100)나 HMI(400)로 출력하여 이를 표시부(510)에 출력할 수 있다.

HMI(400, Human-Machine Interface)는 사용자 인터페이스 기반의 그래픽 화면을 갖는 표시부(510, Graphic User Interface, GUI)를 구비하고, 자동워크피스교환장치의 구동에 따라 팔레트에 안착 설치되는 워크피스의 교환을 수행하도록 조작명령을 입력하거나 출력한다. 즉, HMI(400)는 수치제어부(200), PLC(400), 워크피스교환 제어부(500), 또는 자동워크피스교환장치(100)와 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 자동워크피스교환장치에서의 팔레트에 안착 설치된 워크피스 교환이나 자동워크피스교환장치의 작동이나 조작을 위한 다양한 조작 설정을 위한 화면과 실시간 작동상태를 그패픽 표시하고, 사용자로부터 조작 명령을 입력받고 이를 다양한 형태의 정보로 출력한다. 또한, 출력된 각종 정보를 수치제어부, PLC, 워크피스교환 제어부, 및 자동워크피스교환장치로 전송한다.

표시부(410)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 표시부(410)은 워크피스교환정보나 사용자의 조작 명령을 입력받고 입력받은 조작명령이나 워크피스교환정보를 수치제어부, PLC, 워크피스교환 제어부, 또는 자동워크피스교환장치로 출력할 수 있는 터치스크린 형태로 형성될 수 있다. 이러한 터치스크린을 위한 각종 조작명령이나 공구교환정보인 공구번호, 포트번호, 공구상태정보, 기본데이터 등을 입력하거나 출력할 수 있는 터치스크린으로 구현될 수 있다.

워크피스교환 제어부(500)는 자동워크피스교환장치(100), 수치제어부(200), PLC(300), 또는 HMI(400)와의 통신을 통해 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 표시부(410)에 실시간으로 동기화하여 표시하는 것을 제어하도록 독출신호를 출력하고 이를 제어한다.

이러한 워크피스교환 제어부(500)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세스(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치는 자동워크피스교환장치의 워크피스가 안착된 팔레트와 스테이션의 이송정보, 셋업정보, 오류정보 등과 같은 작동상태와 운영정보를 표시부에 실시간으로 동기화된 상태로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 편의성을 향상하고, 초보자도 쉽게 사용할 수 있도록 표시하여 사용자의 만족도를 극대화며, 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치는 워크피스 교환시에 모드조작부의 모드선택에 따라 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작화면과 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램, 팔레트상태정보 등과 같은 워크피스교환정보를 맵핑된 데이터로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 오작동이나 오입력을 방지하여 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화고 가공정밀도를 향상할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치(1)의 HMI(500)는 처리부(420), 화면표시 프로그램 저장부(430), 맵핑 프로그램 저장부(440), 및 데이터 베이스부(450)를 포함한다.

처리부(420)는 워크피스교환을 위한 데이터를 입력하거나 출력한다. 구체적으로 처리부(420)는 워크피스교환을 위한 워크피스교환정보인 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램 등에 대한 정보를 입력하거나 출력하고, 자동워크피스교환장치의 조작을 위해 사용자로부터 조작 명령을 입력받고, 입력받은 조작명령이나 워크피스교환정보를 출력하는 기능을 수행한다.

이처럼, 처리부(420)가 표시부(410)에 일체로 터치스크린으로 구현됨에 따라 공작기계의 워크피스교환 제어장치의 소형화를 구현하고, 작업자의 편의를 극대화할 수 있다.

화면표시 프로그램 저장부(430)는 워크피스교환 제어부로부터 전달받은 신호에 의해 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 팔레트상태정보 또는 워크피스교환정보와 스테이션상태정보를 실시간으로 연동하여 그래픽으로 전환하기 위한 사용자 그래픽 가이던스 프로그램을 저장한다. 이러한 화면표시 프로그램 저장부(430)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기일 수 있다.

맵핑 프로그램 저장부(440)는 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 팔레트상태정보 또는 워크피스교환정보와 스테이션상태정보를 표시하는 데이터를 맵핑(mapping)하는 맵핑 프로그램을 저장한다. 즉, 맵핑 프로그램 저장부(440)는 맵핑 프로그램을 통해 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 팔레트상태정보 또는 워크피스교환정보와 스테이션상태정보를 표시하는 데이터를 어드레스 맵핑을 통해 일정한 코드를 부여하여 표시부에 표시하여 직관적 인식과 시인성을 향상하고, 사용자의 편의성을 향상할 수 있다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 맵핑 프로그램 저장부는 일예로, 가공순서를 부여하는 맵핑 프로그램은 가공순서는 워크피스가 탑재된 순서대로 팔레트에 1부터 1씩 증가하는 양의 정수(1, 2, 3, ....)를 가지는 순서번호를 부여한다. 또한, 가공영역에서 해당 워크피스의 가공이 완료된 경우에는 가공이 완료된 워크피스가 탑재된 순서대로 팔레트에 -1부터 1씩 감소하는 음의 정수(-1, -2, -3, ...)를 가지는 순서번호를 부여하는 방식으로 형성된다.

데이터 베이스부(450)는 워크피스교환을 위해 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 팔레트상태정보, 스테이션상태정보, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램, 및 복구프로그램을 저장한다. 이러한 데이터 베이스부(450)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기일 수 있고, 인터넷(internet)상에서 데이터 베이스부(450)의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)일 수도 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치(1)의 워크피스교환 제어부(500)는 기준데이터 저장부(510), 착신부(520), 검출부(530), 확인부(540), 판단부(550), 비교부(560), 및 분석부(570)를 포함한다.

기준데이터 저장부(510)는 워크피스의 가공전 또는 가공중에 워크피스를 가공하거나 가공하기 위한 공구의 파손유무를 검출하여 워크피스의 배출을 검출하기 위한 공구의 기준 가공횟수 및 가공시에 공구에 가해지는 기준 가공부하를 저장한다.

착신부(520)는 자동워크피스교환장치(100), 수치제어부(200), PLC(300), 및 HMI(400)에서 출력된 신호를 수신한다. 또한, 이러한 착신부(520)는 필요에 따라 자동워크피스교환장치(100), 수치제어부(200), PLC(300), 또는 HMI(400)와 통신모듈 등을 통해 소정의 유/무선 통신을 수행할 수 있다. 이러한 통신모듈은 이동통신을 위한 기술표준들 또는 통신방식(예를 들어, GSM(Global System for Mobile communication), CDMA(Code Division Multi Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), HSUPA(High Speed Uplink Packet Access), LTE(Long Term Evolution), LTE-A(Long Term Evolution-Advanced) 등에 따라 구축된 이동 통신망 상에서 기지국, 외부의 단말(100), 임의의 서버 중 적어도 하나와 무선 신호를 송수신할 수 있다.

또한, 통신모듈은 WLAN(Wireless LAN), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), WiBro(Wireless Broadband), WiMAX(World Interoperability for Microwave Access) 등의 무선 통신방식으로도 무선 신호를 송수신할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 통신모듈은 근거리 무선 통신방식으로 무선 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 통신모듈은, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여 근거리 통신을 지원할 수 있고, 이에 한정되지 않는다.

검출부(530)는 처리부(520)를 통해 워크피스교환 신호가 입력된 경우 데이터 베이스부에 저장된 가공순서, 가공프로그램, 팔레트상태정보의 설정여부를 검출한다. 구체적으로, 검출부(530)는 처리부(520)를 통해 입력된 워크피스교환 신호에 따른 가공순서, 가공프로그램, 팔래트상태정보 중에서 1개라도 누락된 경우 알람을 표시하고 장비를 정지하고 복구프로그램을 통해 복구를 수행할 수 있도록 입력된 정보에 따른 자동워크피스교환장치의 작동상태와 현재상태에 대한 정보를 비교분석한다.

확인부(540)는 검출부(530)의 검출결과 이상이 없을 경우 가공영역(10)으로 가공순서에 해당하는 워크피스의 이송 유무를 확인한다. 즉, 확인부(540)는 해당하는 워크피스가 안착 설치된 팔레트가 자동워크피스교한장치의 스테이션에 잔존하는지 아니면 자동팔레트교환장치로 배출되었는지를 판단한다. 만약, 자동워크피스교환장치의 스테이션으로로부터 자동팔레트교환장치로 해당 워크피스가 안착 설치된 팔레트가 이송되어 가공영역으로 배출되지 않은 경우 또는 가공이 완료된 워크피스가 안착 설치된 팔레트가 자동팔레트교환장치로 이송되어 스테이션으로 회수되지 않은 경우에는 알람을 표시하고 장비를 정지하고 복구프로그램을 통해 복구를 수행할 수 있도록 워크피스의 이송 유무를 확인한다.

판단부(550)는 확인부(540)의 확인결과 이상이 없을 경우 가공영역(10)에서 가공진행 여부를 판단한다. 즉, 판단부(550)에서 가공유무가 판단된 이후에 자동워크피스교환장치는 해당 워크피스의 가공 동안에 가공이 완료된 워크피스가 안착 설치된 팔레트를 셋업(set up)시키는 동작을 수행한다. 본 발명이 명세서에서 셋업이란 가공이 완료된 워크피스가 안착 설치된 팔레트를 셋업영역으로 이송시켜 가공이 완료된 워크피스를 회수하고, 가공전의 워크피스를 새롭게 해당 팔레트에 안착 설치하는 것을 의미한다.

비교부(560)는 판단부(550)의 판단결과 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공이 가공영역에서 진행중인 경우에는 기준데이터 저장부에 저장된 해당 워크피스의 기준 가공부하와 현재 가공영역에서 가공중인 워크피스의 실제 가공부하를 비교하한다. 또한, 비교부(560)는 판단부(550)의 판단결과 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에는 기준데이터 저장부에 저장된 해당 워크피스의 가공을 위한 가공공구의 기준 가공횟수와 해당 워크피스를 가공하기 위해 대기중인 가공공구의현재 가공횟수를 비교한다.

분석부(570)는 비교부(560)의 비교결과 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에 해당 워크피스의 현재 가공부하가 해당 워크피스의 기준 가공부하를 초과하는 경우이거나 또는 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에 해당 워크피스의 가공을 위한 가공공구의 현재 가공횟수가 해당 워크피스의 가공을 위한 가공공구의 기준 가공횟수를 초과하는 경우에는 스테이션과 팔레트 및 워크피스와 연동하여 표시부에 오류 정보를 표시하도록 독출 신호를 전송한다.

분석부(570)가 오류 정보 독출 신호를 전송하면, 분석부의 신호가 처리부(420)를 통해 수신되고, 해당 신호가 화면표시 프로그램 저장부(430)와 맵핑 프로그램 저장부(440) 및 데이터 베이스부(450)를 거쳐 이에 저장된 그래픽 가이던스 프로그램, 맵핑 프로그램, 각종 워크피스교환정보와 비교를 통해 GUI 그래픽 형태로 전환되어 표시부(410)에 표시된다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스 교환 제어장치는 워크피스의 가공중 또는 가공전에 공구 등의 오류정보와 자동워크피스교환장치의 작동상태와 운영정보를 표시부에 실시간으로 동기화된 상태로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 편의성을 향상하고, 초보자도 쉽게 사용할 수 있도록 표시하여 사용자의 만족도를 극대화며, 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 5 내지 도 7에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스 교환 제어장치의 표시부(410)는 기능조작부(415), 모드 조작부(416), 제1 스크린부(411), 제2 스크린부(412), 및/또는 제3 스크린부(413)을 포함한다.

기능조작부(415)는 워크피스 교환을 위해 표시부(410)의 좌측에 배치되어 전원, 커서 종류, 공작기계 상태, 설정을 선택할 수 있다. 일례로 메인화면, 수도화면, 자동워크피스교환장치의 신호정보화면, 설정화면을 포함하고, 사용자가 커서 종류의 선택에 따라 키보드 또는 마우스와 같은 포인팅 디바이스를 이용하여 각종 모드를 선택하거나 조작명령을 위한 정보를 입력할 수 있다.

모드조작부(416)는 워크피스교환을 위해 표시부(520)의 상부에 배치되어 표시(VIEW), 리스트(LIST), 편집(EDIT), 및 알람리셋(ALARM RESET)의 선택하는 동작을 통해 모드선택이 가능하다.

제1 스크린부(411), 제2 스크린부(412), 또는 제3 스크린부(413)는 모드조작부의 조작에 의해 제1 스크린부(411), 제2 스크린부(412), 또는 제3 스크린부(413) 중 어느 하나만이 선택적으로 표시부에 표시된다.

구체적으로 제1 스크린부(411)는 모드조작부(416)에서 리스트 모드 선택(도 5 참조)시에 표시부에 표시되고, 제1 스크린부를 통해 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작정보와 워크피스교환정보가 표시부에 표시된다.

또한, 제2 스크린부(412) 모드조작부(416)에서 표시 모드 선택시(도 6 참조)에 표시부에 표시되고, 제2 스크린부를 통해 스테이션상태정보가 표시부에 표시된다.

또한, 제3 스크린부(413)는 모드조작부(416)에서 편집 모드 선택(도 7 참조)시에 표시부에 표시되고, 제3 스크린부를 통해 이송부의 위치제어를 위한 조작화면과 이송정보와 셋업정보가 표시부에 표시된다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치는 작업자나 사용자가 모드조작부의 간단한 조작을 통해 제1 스크린부, 제2 스크린부, 또는 제3 스크린부를 통해 표시부에 표시되는 화면과 정보를 용이하게 변경하고, 자동워크피스교환장치의 워크피스가 안착된 팔레트와 스테이션의 이송정보, 셋업정보, 오류정보 등과 같은 작동상태와 운영정보를 표시부에 제1 스크린부, 제2 스크린부, 또는 제3 스크린부를 통해 실시간으로 동기화된 상태로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 편의성을 향상하고, 초보자도 쉽게 사용할 수 있도록 표시하여 사용자의 만족도를 극대화며, 안전사고를 미연에 방지할 수 있다.

도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부(410)의 제1 스크린부(411)는 워크피스번호 표시영역(411a), 가공프로그램 표시영역(411b), 가공순서 표시영역(411c), 팔레트상태 표시영역(411d), 팔레트번호 표시영역(411e), 자동조절부(411f), 셋업조절부(411g)를 포함한다.

워크피스번호 표시영역(411a)은 스테이션에 현재 배치되는 워크피스번호를 표시한다. 일례로 맵핑 프로그램 저장부를 통해 워크피스번호는 워크1(work1), 워크2(work2), 워크 3(work3),,, 순으로 맵핑되고, 가공영역은 머신(machine), 자동팔레트교환장치는 이송(transfer)로 맵핑될 수 있다.

가공프로그램 표시영역(411b)는 데이터 베이스부(411b)에 저장된 가공프로그램이 맵핑 프로그램 저장부를 통해 맵핑된 형태로 워크피스 가공을 위한 가공프로그램을 표시한다.

가공순서 표시영역(411c)은 데이터 베이스부(411b)에 저장된 가공프로그램이 맵핑 프로그램 저장부를 통해 맵핑된 형태로 워크피스교환을 위해 워크피스의 가공순서를 표시한다.

팔레트상태 표시영역(411d)은 데이터 베이스부(411b)에 저장된 가공프로그램이 맵핑 프로그램 저장부를 통해 맵핑된 형태로 스테이션에 현재 배치되는 팔레트 상태를 표시한다. 일예로, 팔레트상태정보를 부여하는 맵핑 프로그램은 현재 가공중인 경우에는 컷팅(cutting)를 표시하고, 워크피스가 설치되지 않은 경우 엠프티(empty. No order)을 부여하며, 작업대기중인 경우에는 스케쥴(schedule)를 부여하는 방식으로 설정되어 팔레트상태 표시영역에 표시될 수 있다.

팔레트번호 표시영역(411e)은 데이터 베이스부(411b)에 저장된 가공프로그램이 맵핑 프로그램 저장부를 통해 맵핑된 형태로 스테이션에 현재 배치되는 팔레트번호를 표시한다. 일례로 팔레트 1(pallet 1), 팔레트 2(pallet) 순으로 맵핑되어 표시될 수 있다.

자동조절부(411f)는 스테이션에 배치되는 워크피스의 자동교환 유무를 결정한다. 구제적으로, 작업자가 자동조절부(411f)를 통해 자동 시작을 선택한 경우 워크피스 자동 교환이 수행됨과 동시에 표시부에 실시간 워크피스교환정보와 자동워크피스교환장치의 작동상태가 표시된다. 또한, 작업자가 자동조절부(411f)를 통해 자동 중지를 선택한 경우 워크피스 자동 교환이 수행되지는 않으나 표시부에 실시간 워크피스교환정보와 자동워크피스교환장치의 작동상태가 표시된다.

셋업조절부(411g)는 워크피스의 셋업 여부를 결정한다. 구체적으로 셋업조절부는 작업자가 셋업조절부를 선택하여 가공이 완료된 워크피스를 셋업위치로 배출하지 않고 스테이션에 보관하는 상태로 자동워크피스교환장치와 공작기계를 구동할 수 있다. 이는 일반적으로 야간 무인운전시에 사고를 방지하기 위한 것으로 이를 통해 장비 파손이나 손상을 방지하고, 자원낭비를 예방할 수 있다.

도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부(410)의 제2 스크린부(412)는 스테이션 상태 표시영역(412a)과 해당 스테이션 상태 표시영역에 오류표시(412b)를 그래픽 가이던스 프로그램을 통해 직관적으로 표시하여 사용자의 편의를 도모하고, 공구의 손상이나 워크피스의 낭비를 방지하고 안전사고를 미연에 예방한다.

스테이션 상태 표시영역(412a)은 분석부(570)의 분석결과에 따라 스테이션에 배치되는 팔레트에 안착되는 워크피스의 이상유무를 표시한다. 구체적으로 도 6에 도시된 것처럼, 분석부의 분석결과 가공중에 워크피스의 공구의 가공부하가 기준 가공부하를 초과하거나 가공전에 워크피스의 공구의 기준 가공횟수가 현재 워크피스를 가공하느 공구의 기준 가공횟수를 초과하는 경우에 해당 워크피스가 안착 설치된 팔레트에 오류번호와 오류종류 등의 오류정보 표시된다. 또한, 이상이 없는 팔레트와 해당 팔레트에 안착 설치된 워크피스에는 팔레트상태정보, 워크피스번호, 팔레트번호, 가공프로그램 등이 표시된다.

도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치의 HMI의 표시부(410)의 제3 스크린부(413)는 이송모드 조절부(413a), 학습위치 조작부(413b), 및 위치조작부(413c)를 포함한다.

이송모드 조절부(413a)는 워크피스교환을 위해 이송부의 조그이송(JOG OPERATION), 워크이송(WORK TRANSFER), 및 학습이송(I-TEACHING, T-TEACHING) 모드로 구성되고, 터치 형태의 선택 버튼 형태로 형성되어 이송모드 조절이 가능하다. 자동워크피스교환장치의 이송부는 일반적으로 4개의 위치제어가 요구된다. 구체적으로 이송부의 이송정보를 위해 필요한 4개의 위치제어는 대기위치, 공급위치, 가공영역 대기위치, 가공영역 배출위치이다.

위치조작부(413c)는 이송부의 전후진 이동 또는 승하강 이동을 통해 상기 이송부의 위치를 조작할 수 있는 승하강 버튼부(UP, DOWN)와 전후진 버튼부(FWD, REV)로 형성된다.

학습위치 조작부(413b)는 이송모드 조절부에서 학습이송 모드 선택시에 이송부의 이송위치를 제어하기 위한 학습위치 조작 기능을 수행한다. 구체적으로 학습위치 조작부 중에서 학습모드(TEACHING MODE)를 선택하여 누르면 서보드라이브에 위치 설정모드로 변환되고, 이후 후술하는 위치조작부(413c)의 전후진 버튼 또는 승하강 버튼을 조작하여 작업자가 원하는 위치로 이송부를 이동시키고, 해당 위치가 정확한 경우 고정모드(TEACHING SER)를 선택하여 누르면 현재 해당 위치가 설정 위치로 기억된다.

따라서, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치는 워크피스 교환을 위해 사용자 인테페이스 그래픽 기반의 화면을 갖는 표시부를 통해 자동워크피스교환장치의 팔레트 이송을 위한 이송부의 이송정보를 학습기능을 부가하여 조작하고 팔레트 이송 최적화를 통해 공구와 워크피스 및 다른 장비의 손상을 방지하여 공작기계의 유지비용을 절감하고, 공구손상이나 파손에 따른 가공정밀도 감소를 미연에 방지하여 자원낭비를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치는 이송학습 기능을 통해 이송정보와 셋업정보를 사용자 인테피이스 그래픽 기반의 화면을 통해 쉽게 조작하고 변경할 수 있어 이송최적화에 따른 비가공시간 감소에 따라 공작기계의 생산성을 극대화하고, 초보자도 이송정보 조작을 학습기능을 통해 쉽게 조작할 수 있어 작업자의 불편을 감소시킬 수 있다.

도 8을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스 교환 제어방법을 설명한다. 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스 교환 제어방법은 데이터 저장 단계(S1), 정보전달 단계(S2), 검출 단계(S3), 확인 단계(S4), 판단 단계(S5), 비교 단계(S6), 분석 단계(S7), 표시 단계(S8), 정지 단계(S9), 및 복구 단계(S10)를 포함한다. 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스 교환 제어방법은 전체적인 작동원리와 구성 등은 상술한 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스 교환 제어장치와 동일한 바 이하에서는 차이점을 중점으로 설명한다.

워크피스교환을 위해 자동공구교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 표시부에 실시간으로 동기화하여 표시하기 위해 한 데이터를 저장한다. 즉, 화면표시 프로그램 저장부, 맵핑 플고그램 저장부, 데이터 베이스부, 및 기준데이터 저장부에 워크피스교환을 위해 자동공구교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 표시부에 실시간으로 동기화하여 표시하기 위해 한 데이터를 저장한다.

데이터 저장 단계(S1) 이후에, 워크피스교환을 위한 정보를 처리부, HMI부, 터치스크린 형태의 표시부 또는 수치제어부 등을 통해 전달받는다.

정보전달 단계(S2) 이후에, 전달받은 워크피스교환정보를 통해 가공순서, 가공프로그램, 팔레트상태정보의 설정여부를 확인부에서 검출한다.

감츨 단계(S3) 이후에, 검출부의 검출 결과에 따라 가공영역으로 가공순서에 해당하는 워크피스의 이송 유무를 확인부에서 확인한다.

확인 단계(S4) 이후에 확인부의 확인 결과에 따라 가공영역에서 가공진행 여부를 판단부에서 판단한다.

판단 단계(S5) 이후에, 판단부의 판단 결과에 따라 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에는 해당 워크피스의 가공공구의 기준 가공부하와 해당 워크피스의 가공공구의 현재 가공부하를 비교하고, 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에는 해당 워크피스의 가공공구의 기준 가공횟수와 해당 워크피스의 가공공구가 총 진행한 현재 가공횟수를 비교부에서 비교한다.

비교 단계(S6) 이후에, 비교부의 비교 결과에 따라 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에 해당 워크피스의 가공공구의 현재 가공부하가 해당 워크피스의 가공공구의 기준 가공부하를 초과하는 경우이거나 또는 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에 해당 워크피스의 가공예정공구의 현재 가공횟수가 해당 워크피스의 가공공구의 기준 가공횟수를 초과하는 경우에는 스테이션과 팔레트 및 워크피스와 연동하여 상기 표시부에 오류 정보를 표시하도록 독출 신호를 분석부에서 전송한다.

분석 단계(S7) 이후에, 분석부에서 독출된 신호를 처리부가 수신하고, 해당 신호를 맵핑 프로그램 저장부, 데이터 베이스부에 맵핑 프로그램 각종 자동워크피스교환정보, 스테이션상태정보, 팔레트 상태 정보 등과 비교하고 화면표시 프로그램 저장부에 기저장된 사용자 그래픽 가이던스 프로그램을 통해 사용자 인터페이스 그래픽을 표시부에 표시한다.

표시 단계(S8) 이후에, 분석부의 분석 결과에 따라 오류가 발생하여 오류정보를 표시하는 경우에는 가공영역에서의 가공을 중단하고 자동팔레트교환장치의 작동을 정지한다.

정지 단계(S9) 이후에, 데이터 베이스부에 저장된 복구프로그램을 구동하여 장비의 복구를 진행한다.

이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법은 자동워크피스교환장치의 워크피스가 안착된 팔레트와 스테이션의 이송정보, 셋업정보, 오류정보 등과 같은 작동상태와 운영정보를 표시부에 실시간으로 동기화된 상태로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 편의성을 향상하고, 초보자도 쉽게 사용할 수 있도록 표시하여 사용자의 만족도를 극대화며, 안전사고를 미연에 방지할 수 있고, 워크피스 교환시에 모드조작부의 모드선택에 따라 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작화면과 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램, 팔레트상태정보 등과 같은 워크피스교환정보를 맵핑된 데이터로 표시하여 사용자가 직관적으로 매거진과 자동공구교환장치의 상태를 확인하고 조작함에 따라 사용자의 오작동이나 오입력을 방지하여 공작기계의 안정성과 신뢰성을 극대화고 가공정밀도를 향상할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 워크피스교환 제어장치, 10 : 가공영역,
100 : 자동워크피스교환장치, 110 : 스테이션,
120 : 팔레트, 130 : 이송부,
140 : 자동팔레트교환장치, 200 : 수치제어부,
300 : PLC, 400 : HMI,
410 : 표시부, 420 : 처리부,
430 : 화면표시 프로그램 저장부, 440 : 맵핑 프로그램 저장부,
450 : 데이터 베이스부, 500 : 워크피스교환 제어부,
510 : 기준데이터 저장부, 520 : 착신부,
530 : 검출부, 540 : 확인부,
550 : 판단부, 560 : 비교부,
570 : 분석부.

Claims (10)

1. 가공프로그램에 따라 워크피스의 교환이나 셋업을 위한 스테이션, 복수의 팔레트, 이송부 및 자동팔레트교환장치를 구비하는 자동워크피스교환장치;
   수치제어부;
   상기 자동워크피스교환장치를 구동시키는 PLC;
   표시부를 구비하고, 상기 자동워크피스교환장치의 구동에 따라 상기 팔레트에 안착되는 워크피스의 교환을 수행하도록 조작명령을 입력하거나 출력하는 HMI; 및
   상기 수치제어부, 상기 PLC, 또는 상기 HMI와의 통신을 통해 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 상기 표시부에 실시간으로 동기화하여 표시하는 것을 제어하는 워크피스교환 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 HMI는,
   워크피스교환을 위한 데이터를 입력하거나 출력하는 처리부; 및
   상기 워크피스교환 제어부로부터 전달받은 신호에 의해 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 상기 팔레트상태정보 또는 상기 워크피스교환정보와 상기 스테이션상태정보를 실시간으로 연동하여 그래픽으로 전환하기 위한 사용자 그래픽 가이던스 프로그램을 저장하는 화면표시 프로그램 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 HMI는,
   상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 상기 팔레트상태정보 또는 상기 워크피스교환정보와 상기 스테이션상태정보를 표시하는 데이터를 맵핑하는 맵핑 프로그램 저장부; 및
   워크피스교환을 위해 가공순서, 워크피스번호, 팔레트번호, 팔레트상태정보, 스테이션상태정보, 이송정보, 셋업정보, 가공프로그램, 및 복구프로그램을 저장하는 데이터 베이스부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 워크피스교환 제어부는,
   기준 가공횟수 및 기준 가공부하를 저장하는 기준데이터 저장부;
   상기 자동워크피스교환장치, 상기 수치제어부, 상기 PLC, 및 상기 HMI에서 출력된 신호를 수신하는 착신부;
   상기 처리부를 통해 워크피스교환 신호가 입력된 경우 데이터 베이스부에 저장된 가공순서, 가공프로그램, 팔레트상태정보의 설정여부를 검출하는 검출부;
   상기 검출부의 검출결과 이상이 없을 경우 가공영역으로 가공순서에 해당하는 워크피스의 이송 유무를 확인하는 확인부;
   상기 확인부의 확인결과 이상이 없을 경우 가공영역에서 가공진행 여부를 판단하는 판단부;
   상기 판단부의 판단결과 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에는 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 가공부하와 현재 가공부하를 비교하고, 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에는 상기 기준데이터 저장부에 저장된 기준 가공횟수와 현재 가공횟수를 비교하는 비교부; 및
   상기 비교부의 비교결과 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에 현재 가공부하가 기준 가공부하를 초과하는 경우 또는 상기 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에 현재 가공횟수가 기준 가공횟수를 초과하는 경우에 상기 스테이션과 상기 팔레트 및 상기 워크피스와 연동하여 상기 표시부에 오류 정보를 표시하도록 독출 신호를 전송하는 분석부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 표시부는,
   기능조작부; 및
   워크피스교환을 위한 표시, 리스트, 편집, 및 알림리셋 모드선택이 가능한 모드조작부;를 포함하고,
   상기 모드조작부의 조작에 따라 제1 스크린부, 제2 스크린부, 또는 제3 스크린부 중 어느 하나가 상기 표시부에 표시되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 스크린부는 상기 모드조작부에서 상기 리스트 모드 선택시에 상기 자동워크피스교환장치의 조작을 위한 조작정보와 워크피스교환정보를 표시하고,
   상기 제1 스크린부는,
   상기 스테이션에 현재 배치되는 워크피스번호를 표시하는 워크피스번호 표시영역;
   워크피스 가공을 위한 가공프로그램을 표시하는 가공프로그램 표시영역;
   워크피스교환을 위해 워크피스의 가공순서를 표시하는 가공순서 표시영역;
   상기 스테이션에 현재 배치되는 팔레트 상태를 표시하는 팔레트상태 표시영역;
   상기 스테이션에 현재 배치되는 팔레트번호를 표시하는 팔레트번호 표시영역;
   상기 스테이션에 배치되는 워크피스의 자동교환 유무를 결정하는 자동조절부; 및
   상기 워크피스의 셋업 여부를 결정하는 셋업조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 제2 스크린부는 상기 모드조작부에서 상기 표시 모드 선택시에 상기 스테이션상태정보를 표시하고,
   상기 제2 스크린부는 상기 분석부의 분석결과에 따라 상기 스테이션에 배치되는 상기 팔레트에 안착되는 워크피스의 이상유무를 표시하는 스테이션상태 표시영역;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 제3 스크린부는 상기 모드조작부에서 상기 편집 모드 선택시에 상기 이송부의 위치제어를 위한 조작화면과 이송정보와 셋업정보를 표시하고,
   상기 제3 스크린부는,
   워크피스교환을 위해 상기 이송부의 조그이송, 워크이송, 및 학습이송 모드선택이 가능한 이송모드 조절부;
   상기 이송모드 조절부에서 학습이송 모드 선택시에 상기 이송부의 이송위치를 제어하기 위한 학습위치 조작부; 및
   상기 이송부의 전후진 이동 또는 승하강 이동을 통해 상기 이송부의 위치를 조작할 수 있는 위치조작부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어장치.
   
9. 워크피스교환을 위해 자동공구교환장치의 조작을 위한 조작 화면과 워크피스교환정보 또는 팔레트상태정보와 스테이션상태정보를 표시부에 실시간으로 동기화하여 표시하기 위한 데이터를 저장하는 단계;
   워크피스교환을 위한 정보를 전달받는 단계;
   전달받은 워크피스교환정보를 통해 가공순서, 가공프로그램, 팔레트상태정보의 설정여부를 검출하는 단계;
   상기 검출 결과에 따라 가공영역으로 가공순서에 해당하는 워크피스의 이송 유무를 확인하는 단계;
   상기 확인 결과에 따라 가공영역에서 가공진행 여부를 판단하는 단계;
   상기 판단 결과에 따라 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에는 기준 가공부하와 현재 가공부하를 비교하고, 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에는 기준 가공횟수와 현재 가공횟수를 비교하는 단계;
   상기 비교 결과에 따라 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공중인 경우에 현재 가공부하가 기준 가공부하를 초과하는 경우 또는 가공영역에서 가공순서에 해당하는 워크피스의 가공전인 경우에 현재 가공횟수가 기준 가공횟수를 초과하는 경우에는 상기 스테이션과 상기 팔레트 및 상기 워크피스와 연동하여 상기 표시부에 오류 정보를 표시하도록 독출 신호를 전송하도록 분석하는 단계; 및
   독출된 신호를 수신하여 기저장된 사용자 그래픽 가이던스 프로그램을 통해 사용자 인터페이스 그래픽을 상기 표시부에 표시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 분석 단계 이후에,
    상기 분석 결과에 따라 가공영역에서의 가공을 중단하고 상기 자동팔레트교환장치의 작동을 정지하는 단계; 및
    복구프로그램을 구동하여 복구하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 자동 워크피스교환 제어방법.
    

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