KR20220144217A - 공작물 가공 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

공작물 가공 장치 및 방법이 개시된다. 이에 의한 공작물 가공 장치는, 변위 가능한 측정부; 와, 디스플레이부; 와, 상기 공작물 가공장치 내에 배치된 공작물의 3차원 이미지를 캡쳐하여 상기 디스플레이부에 표시하는 심도 카메라; 및 좌표계 설정을 위한 측정유형 및 상기 측정유형에 대응하는 소정 측정기준점들이 선택되면, 상기 소정 측정기준점들로 상기 측정부를 이동시키고, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정하는 제어부를 포함하되, 상기 소정 측정기준점들은, 상기 3차원 이미지로부터 획득되고, X축 좌표와 Y축 좌표 및 Z축 좌표로 구성될 수 있다.

Description

공작물 가공 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF MACHNING WORKPIECE}
본 발명은 공작물 가공 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 깊이 카메라를 이용하여 자동으로 작업물 좌표계를 설정할 수 있는 공작물 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.
공작기계를 사용하여 공작물을 제조 및 가공하는 경우, 정확한 가공을 위해 공작기계 내에서의 공작물의 위치를 결정할 필요가 있다. 이 경우, 작업 테이블 상에서의 공작물의 위치를 정확하게 알 수 없기 때문에, 공작물의 정확한 위치 정보를 알 수 있게 하는 기준좌표가 필요하다.
기준좌표는 제어 프로그램에 의해 자동으로 결정되거나, 사용자의 입력에 의해 수동으로 결정될 수 있다. 기준좌표가 자동으로 결정되는 경우, 공작기계의 프로그램이 자체적으로 기준좌표를 결정한다는 점에서 편리하지만, 프로그램 구동을 위한 매개변수는 사용자가 직접 입력해야 하고 프로그램 구동에 많은 시간이 걸린다는 단점이 존재한다. 반면, 기준좌표가 수동으로 결정되는 경우, 기준좌표를 결정하는데 요구되는 프로그램에 의한 복잡한 연산은 필요 없지만, 사용자가 기준좌표를 정확하게 입력하는 것이 어렵고 숙련된 경험이 요구된다는 문제점이 존재한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 미국공개특허공보 제2019-0047106호에서는 공작물의 기준좌표를 결정하는 개선된 방법을 제안하고 있다. 이에 의하면, 가공할 공작물의 위쪽 방향에 위치한 2D 카메라가 공작물을 캡쳐하여 디스플레이를 통해 사용자에게 보여주고, 사용자는 가공물 좌표(x좌표와 y좌표)를 설정할 가공물 가장자리를 사람-기계 인터페이스(Human Machine Interface: HMI)를 통해 입력한다. 이 경우, 제어 소프트웨어가 측정 프로브의 계측 시작점을 자동으로 계산하고, 계측 시작점으로 프로브를 이동시켜 측정함으로써 가공물의 가공물 좌표계를 획득한다. 이에 의하면, 디스플레이 된 이미지를 통해 사용자에 의해 X-Y 디스플레이 좌표가 선택 및 입력되고, 이후 Z 기준좌표가 자동화된 방식으로 결정된다. 즉, X-Y-Z 기준 좌표는 자동화된 방식으로 결정된 Z 기준좌표 및 사용자에 의해 입력된 X-Y 디스플레이 좌표에 기초하여 결정되게 된다.
그러나, 이 경우 X-Y 디스플레이 좌표만 입력될 뿐 Z 디스플레이 좌표는 입력되지 않고, 나아가 2D 카메라를 사용하므로 Z 디스플레이 좌표는 정확하게 알 수 없다. 만일, Z 디스플레이 좌표를 입력하려면, 사용자가 직접 입력해야 한다.
나아가, 프로브가 계측 시작점으로 이동하는 경우, 계측 시작점의 깊이(Depth(z))를 알 수 없으므로, 프로브가 빠르게 이동하지 못한다는 문제점이 존재한다.
미국공개특허공보 제2019-0047106호(2019.02.14)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 깊이 카메라를 이용하여 자동으로 작업물 좌표계를 설정할 수 있는 공작물 가공 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 제어 프로그램에 의해 깊이 카메라가 측정한 카메라 좌표에 기초하여 공작물 원점에서 기계 원점까지의 거리를 도출하고, 이에 기초하여 공작물 좌표계를 설정할 수 있는 공작물 가공 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 공작물 가공장치는, 변위 가능한 측정부; 와, 디스플레이부; 와, 상기 공작물 가공장치 내에 배치된 공작물의 3차원 이미지를 캡쳐하여 상기 디스플레이부에 표시하는 심도 카메라; 및 좌표계 설정을 위한 측정유형 및 상기 측정유형에 대응하는 소정 측정기준점들이 선택되면, 상기 소정 측정기준점들로 상기 측정부를 이동시키고, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정하는 제어부를 포함하되, 상기 소정 측정기준점들은, 상기 3차원 이미지로부터 획득되고, X축 좌표와 Y축 좌표 및 Z축 좌표로 구성될 수 있다.
상기 공작물 가공장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 심도 카메라가 측정한 3차원 좌표인 제1좌표를 변환하여 상기 공작물의 원점인 제2좌표로 변환하고, 상기 제2좌표 및 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정할 수 있다.
상기 공작물 가공장치에 있어서, 상기 측정부는, 상기 소정 측정기준점들과의 접촉을 감지하는 방식으로 상기 소정 측정기준점들의 좌표를 측정하는 측정 프로브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 공작물 가공장치에 있어서, 상기 디스플레이부에는, 상기 측정유형에 대응하는 형상이 표시되고, 상기 제어부는, 상기 형상을 정의하기 위한 특징점들과 깊이 측정점으로 구성되는 상기 소정 측정기준점들을 표시하고, 상기 소정 측정기준점들에 대응하여 터치 입력이 수신되면 상기 소정 측정기준점들이 선택된 것으로 인식할 수 있다.
상기 공작물 가공장치에 있어서, 상기 심도 카메라는, 적외선을 이용하여 이미지를 인식하는 적외선 카메라인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 공작물 가공방법은, 심도 카메라에 의해 공작물 가공장치 내에 배치된 공작물의 3차원 이미지를 캡쳐하여 디스플레이부에 표시하는 단계; 와, 좌표계 설정을 위한 측정유형 및 상기 측정유형에 대응하는 소정 측정기준점들이 선택되는 단계; 와, 상기 소정 측정기준점들로 상기 공작물 가공장치의 측정부를 이동시키는 단계; 및 상기 측정부에 의해 측정된 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정하는 단계를 포함하되, 상기 소정 측정기준점들은, 상기 3차원 이미지로부터 획득되고, X축 좌표와 Y축 좌표 및 Z축 좌표로 구성될 수 있다.
상기 공작물 가공방법에 있어서, 상기 심도 카메라가 측정한 3차원 좌표인 제1좌표를 변환하여 상기 공작물의 원점인 제2좌표로 변환하고, 상기 제2좌표 및 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정할 수 있다.
상기 공작물 가공방법에 있어서, 상기 측정부가 상기 소정 측정기준점들과의 접촉을 감지하는 방식으로 상기 소정 측정기준점들의 좌표를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 공작물 가공방법에 있어서, 상기 디스플레이부에는, 상기 측정유형에 대응하는 형상이 표시되고, 상기 형상을 정의하기 위한 특징점들과 깊이 측정점으로 구성되는 상기 소정 측정기준점들을 표시하고, 상기 소정 측정기준점들에 대응하여 터치 입력이 수신되면 상기 소정 측정기준점들이 선택된 것으로 인식할 수 있다.
상기 공작물 가공방법에 있어서, 상기 심도 카메라는, 적외선을 이용하여 이미지를 인식하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 깊이 카메라를 이용하여 자동으로 작업물 좌표계를 설정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제어 프로그램에 의해 깊이 카메라가 측정한 카메라 좌표에 기초하여 공작물 원점에서 기계 원점까지의 거리를 도출하고, 이에 기초하여 공작물 좌표계를 설정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공작물 가공장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 NC 가공에서의 좌표계를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 공작물 좌표계를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 좌표계 변환을 수행하여 공작물 원점을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따라 프로브 측정 매크로를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 어플리케이션을 통해 좌표계를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 의해 측정유형별로 형상정의점을 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 매크로 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
본 발명에서는 공작물의 좌표계 설정에 깊이(Depth) 카메라를 사용한다. 즉, 3차원 깊이 카메라를 사용하여 Z 좌표를 포함하는 3차원 좌표를 측정한다. 이 경우, 측정된 3차원 좌표에 기초하여 프로브 측정점들이 설정될 수 있다. 기존과는 달리, 실제 측정된 Z 좌표에 기초하여 프로브 측정점들을 설정하므로, 보다 정확한 좌표 설정이 가능해진다.
측정 좌표값을 획득하기 위하여 매크로에 따라 프로브를 측정점으로 이동시키는데, 매크로는 측정유형(measure type)에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 꼭지점 좌표를 위한 3pt, 사각형 중심점을 위한 4pt 등 다양하게 설정될 수 있다.
프로브가 측정할 위치는 사용자가 터치로 입력 가능하다. 본 발명에서, 프로브 측정점은 X 평면, Y 평면 및 깊이 측정 포인트 등에 의해 설정될 수 있다.
프로브는 공작물로 이동하고, 매크로에 따른 자동 측정을 하여 공작물 좌표계를 설정한다. 일 실시예에 의하여, CNC(Computer Numerical Control) 가공에 있어서는, G54 좌표를 설정할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 공작물과 작업물 및 가공물은 동일한 의미를 가지며, 서로 혼용되어 사용될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 공작물 가공장치에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 공작물 가공장치는 측정부, 디스플레이부, 심도 카메라 및 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
측정부는 변위 가능하며, 소정 위치로 이동하여 측정을 수행할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 측정부는 접촉을 감지하는 방식으로 측정을 수행하는 측정 프로브로 구현될 수 있다. 이 경우, 공작물의 기준좌표는 측정 프로브를 이용하여 공작물 표면의 측정 포인트 또는 다중 측정 포인트들을 스캐닝함으로써 결정될 수 있다. 측정부는 소정 측정기준점들과의 접촉을 감지하는 방식으로 상기 소정 측정기준점들의 좌표를 측정할 수 있다.
디스플레이부는 영상이나 이미지를 표시한다. 이 경우, 디스플레이부에는, 측정유형에 대응하는 형상이 표시될 수 있다.
심도 카메라는 공작물 가공장치 내에 배치된 공작물의 3차원 이미지를 캡쳐하여 디스플레이부에 표시할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 심도 카메라는, 적외선을 이용하여 이미지를 인식하는 적외선 카메라일 수 있다. 이 경우, 가시광 조도에 의한 영향을 배제한 상태에서 측정을 수행하게 되어, 측정의 정확성 및 신뢰도를 높일 수 있다.
제어부는 좌표계 설정을 위한 측정유형 및 상기 측정유형에 대응하는 소정 측정기준점들이 선택되면, 상기 소정 측정기준점들로 측정부를 이동시키고, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 공작물의 좌표계를 설정할 수 있다. 여기서, 소정 측정기준점들은, 3차원 이미지로부터 획득되고, X축 좌표와 Y축 좌표 및 Z축 좌표로 구성될 수 있다.
제어부는, 심도 카메라가 측정한 3차원 좌표인 제1좌표를 변환하여 공작물의 원점인 제2좌표로 변환하고, 상기 제2좌표 및 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 공작물의 좌표계를 설정할 수 있다.
제어부는 형상을 정의하기 위한 특징점들과 깊이 측정점으로 구성되는 소정 측정기준점들을 표시하고, 상기 소정 측정기준점들에 대응하여 터치 입력이 수신되면 상기 소정 측정기준점들이 선택된 것으로 인식할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 공작물 가공장치의 구성 및 동작을 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공작물 가공장치의 구성을 도시한 도면이다.
가공 테이블(1) 상에는 가공 대상인 공작물(2)이 배치된다. 공작물(2)은 플레이트형 기판(3)과 돌출된 원기둥(4)을 포함하여 구성된다.
공작물(2)의 위쪽에는 깊이 카메라(5)가 배치된다. 여기서, 깊이 카메라(5)는 이미지의 각 픽셀의 깊이값을 계산하여, 3차원 이미지로 표시할 수 있다.
깊이 카메라(5)는 공작물(2)을 캡쳐하여 디스플레이부(6)를 통해 사용자에게 보여준다. 이 경우, 사용자는 공작물(2)의 좌표계를 설정하기 위하여, 인터페이스를 통해 측정유형 및 상기 측정유형에 대응하는 소정 측정기준점들을 입력할 수 있다. 소정 측정기준점들은, 깊이 카메라(5)가 캡쳐한 3차원 이미지로부터 획득되고, X축 좌표와 Y축 좌표 및 Z축 좌표로 구성될 수 있다. 즉, 소정 측정기준점들은 3차원 좌표로 표시될 수 있다. 여기서, 인터페이스는 사람-기계 인터페이스(HMI)일 수 있다.
제어부(미도시)는 제어 프로그램에 의해 소정 측정기준점들의 순서를 정렬하고 계측 시작점(7)을 얻는다. 이 경우, 제어부(미도시)는 프로브(8)를 계측 시작점(7)으로 이동시키고, 소정 측정기준점들을 순차적으로 이동하며 측정을 수행함으로써 공작물 좌표계를 얻는다.
도 2는 NC 가공에서의 좌표계를 도시한 도면이다.
NC(Numerical Control) 가공에서는 기계 좌표계 및 공작물 좌표계를 포함하는 2개의 좌표계가 정의된다.
기계 좌표계(machine coordinate system)는 기계의 기준점으로 기계 원점이라고도 한다. 이러한 기준점은 공구대가 항상 일정한 위치로 복귀하는 고정점으로서, 공작물의 프로그램 원점과의 거리를 알려 줄 때 기준이 되는 점이다.
공작물 좌표계(work coordinate system)는 프로그램 작성 시 절대 좌표계의 기준이 되는 점으로, 프로그램 원점 또는 공작물 원점이라고도 한다.
도 2를 참조하면, 좌측 도면에는 기계 원점(M)(210)이 도시되고, 우측 도면에는 공작물 원점(W)(220)이 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 공작물 좌표계를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
공작물 좌표계를 설정하는 것은, 공작물 원점(프로그램 원점)에서 기계 원점까지의 거리를 CNC 가공기계에 알려주는 작업을 의미한다. 기존에는, 이러한 거리를 프로그래머가 공작기계 및 계측기로 직접 측정하여 설정하였다.
본 발명에서는 제어 프로그램에 의해 깊이 카메라가 측정한 카메라 좌표에 기초하여 공작물 원점에서 기계 원점까지의 거리를 도출할 수 있다. 이에 기초하여, 공작물 좌표계를 설정할 수 있게 된다.
일 실시예에 의하면, 공작물 가공장치의 제어부는 CNC 가공을 제어하는 CNC 제어기(300)로 구현될 수 있다. 이 경우, CNC 제어기(300)는 커넬부(302)와 PLC 부(304)로 구성될 수 있다.
커넬부(302)는 깊이 카메라(310)와 통신을 수행하여 깊이 카메라(310)가 촬영한 3차원 이미지를 획득하고, 이에 기초하여 카메라 좌표계를 설정할 수 있다. 이 경우, 커넬부(302)는 설계 치수에 기초하여 카메라 좌표계로부터 기계 원점을 도출할 수 있다. 여기서, 설계 치수는 깊이 카메라(310)와 공구대가 복귀하는 고정점간의 거리로서, 장치의 설계규격에 따라 정해질 수 있다.
PLC 부(304)는 프로브가 가공물에 접촉되어 측정을 수행하도록 제어할 수 있다. 이 경우, PLC 부(304)는 카메라 좌표계로부터 작업물 원점까지의 거리를 측정할 수 있다.
최종적으로, CNC 제어기(300)는 기계 원점과, 카메라 좌표계로부터 작업물 원점까지의 거리에 기초하여, 작업물 원점으로부터 기계 원점까지의 거리(오프셋)를 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 3차원 좌표계 변환을 수행하여 공작물 원점을 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 카메라 측정 좌표에 기초하여 작업물 원점을 획득할 수 있다. 구체적으로, 카메라 측정 좌표를 3차원 좌표계 변환식에 의해 작업물 원점으로 변환할 수 있다. 이를 위해서는, 3차원 좌표계 변환식과 좌표계가 정의되어야 한다.
카메라 좌표계는 3차원 좌표계로서 (X, Y, Z)로 구성될 수 있다. 여기서, 광학축 방향이 Z 축, 오른쪽이 X 축, 아래쪽이 Y축이 된다. 이 경우, 카메라 측정 좌표는 카메라가 측정한 좌표로서, (Xc, Yc, Zc)로 표시된다.
카메라 틸팅 각도는 카메라가 기울어진 정도로서,
Figure pat00001
로 표시된다. 여기서,
Figure pat00002
는 카메라가 X 축상에서 기울어진 각도이고,
Figure pat00003
는 카메라가 Y축 상에서 기울어진 각도이고,
Figure pat00004
는 카메라가 Z 축상에서 기울어진 각도이다.
작업물 좌표계는 공구헤드 좌표계 및 세계(월드) 좌표계와 동일하다. 즉, 다음 [식 1]과 같은 관계가 성립한다.
[식 1] 작업물 좌표계 = 공구헤드 좌표계 = 세계(월드) 좌표계
여기서 세계 좌표계는 프로그램이 표시하고자 하는 물체의 크기를 나타내는 좌표계이다.
작업물 좌표계는 3차원 좌표계로서 (X, Y, Z)로 구성될 수 있다. 여기서, 지면 상에 X 축 및 Y 축이 정의되고, 위쪽 방향은 Z축이 된다.
카메라 원점은 작업물 좌표계를 기준으로 카메라 좌표계의 원점의 위치로서, (X1, Y1, Z1)로 표시된다.
한편, 카메라 측정 좌표에 기초하여 작업물 원점을 획득하기 위한 3차원 좌표계 변환식은 다음 [식 2]와 같이 정의된다.
[식 2]
Figure pat00005
여기서, 입력값은 카메라 측정 좌표 (Xc, Yc, Zc)이다. 출력값은 작업물 원점 좌표 (X, Y, Z) 이다.
이 경우, X, Y, Z 각각을 얻기 위한 식을 정리하면 다음 [식 3] 내지 [식 5]와 같다.
[식 3]
Figure pat00006
[식 4]
Figure pat00007
[식 5]
Figure pat00008
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 따라 프로브 측정 매크로를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
프로브 측정 매크로는 좌표 측정을 위해 프로브가 이동하는 경로이다. 이 경우, 프로브 측정 매크로는 좌표계 설정을 위한 소정 측정기준점 들을 소정 순서에 따라 순차적으로 경유하도록 구성될 수 있다.
좌표계 설정을 위한 측정유형은 실시예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 이 경우, 측정유형별로 소정 측정기준점들은 달라질 수 있다.
측정유형은 사각 형상, 2개의 모서리 형상, 1개의 모서리 형상, 원 형상 및 포인트 형상을 포함하는 특정 형상에 따라 정해질 수 있다.
이 경우, 사용자에 의해 디스플레이를 통해 특정 형상이 임의로 설정되고, 각 특정 형상에 적합한 소정 측정 기준점들이 입력된다. 소정 측정 기준점들은 제어 프로그램에 의해 계산되어, 사용자에게 가이드 될 수 있다.
소정 측정 기준점들이 설정되면, 프로브를 작동시킨다. 설정사항 및 소정 측정 기준점을 기준으로 프로브를 이동시켜 위치를 측정하고, 기준좌표 설정 프로그램에 좌표값을 전달할 수 있다.
한편, 도 5a 내지 도 5d에서는 카메라의 Z 축 방향이 월드 좌표계와 동일한 경우를 가정한다. 또한, 기준 포인트는 화살표로, Depth 기준 위치는 붉은 원으로 도면 상에 도시하였다.
구체적으로, 도 5a는 사각 형상이 설정되는 경우이다. 사각 형상의 경우, 임의의 기준 포인트와 Depth 기준 위치를 포함하는 5개의 측정 기준점들이 입력되어야 한다. 이 경우, Depth 기준 위치와 관련하여 내부 및 외부 위치 이동 관련 옵션이 필요하다.
도 5b는 2개의 모서리 형상이 설정되는 경우이다. 2개의 모서리 형상의 경우, 교차점의 기준 포인트와 Depth 기준 위치를 포함하는 4개의 위치점이 입력되어야 한다.
도 5c는 1개의 모서리 형상이 설정되는 경우이다. 1개의 모서리 형상의 경우, 라인의 기준 포인트와 Depth 기준 위치를 포함하는 3개의 위치점이 입력되어야 한다.
도 5d는 원 형상이 설정되는 경우이다. 원 형상의 경우, 임의의 기준 포인트와 Depth 기준 위치를 포함하는 5개의 위치점이 입력되어야 한다. 이 경우, Depth 기준 위치와 관련하여 내부 및 외부 위치 이동 관련 옵션이 필요하다.
한편, 포인트 형상이 설정되는 경우에는, Depth와, X, Y 기준이 되는 포인트가 설정되어야 한다.
도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같은 위치점 설정에 의해 프로브를 동작시키는 경우, 좌표 결과값은 G54 좌표로 얻어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의하여 어플리케이션을 통해 좌표계를 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 공작물 가공장치는 작업물 좌표계 측정을 위한 어플리케이션을 구동할 수 있다. 이 경우, 공작물 가공장치는 어플리케이션을 통해 CNC 및 PLC 등의 제어 프로그램, 깊이 카메라나 3차원 카메라, 프로브 등을 이용하여 자동으로 작업물 좌표계를 설정할 수 있다. 프로브 측정이 완료되면, 측정 데이터에 기초하여 최종적인 공작물 좌표계 값을 설정할 수 있다. 즉, 결과점을 공작물 좌표계로 사용할 수 있다. 구체적으로, 측정 좌표값을 확인하고, 좌표계 및 오프셋(Offset) 설정을 입력한 후, 측정값 확인 또는 변경 사용(Offset만 변경) 단계를 거친다.
측정유형(Measure Type)에 대응하여 프로브 측정 위치 설정은 달라질 수 있다. 작업물 좌표계 측정을 위한 어플리케이션은 다음 [표 1]과 같은 측정유형과 측정점을 정의한다. 다음 [표 1]은 측정유형과 이에 대응하는 측정점 및 결과점을 나타낸 표이다.
측정 유형 측정점 결과점
Rectangle 모서리 4개소 정중앙 (X, Y, Z)
Corner 모서리 2개소 교차점 (X, Y, Z)
Parallel Edge 모서리 2개소 중앙점 (X, Z OR Y, Z)
Edge 모서리 1개소 X, Z OR Y, Z
Circle 모서리 4개소 정중앙 (X, Y, Z)
Z Depth 1개소 (X, Y, Z)
Distance 2개소 두 점 사이의 3D 거리
도 6을 참조하면, 먼저 기계 위치를 설정한다(S610). 즉, 측정유형 설정 전에, 작업자는 각 축에서의 이동 버튼(X+, X-, Y+, Y-, Z+, Z-)을 입력하여 카메라 위치를 세팅한다. 이 경우, 측정하고자 하는 위치로 디스플레이 뷰를 세팅할 수 있다. 예를 들어, 가공대상인 작업물이 카메라 중앙에 위치하도록 설정할 수 있다.
측정유형을 선택한다(S620).
측정유형은 Rectangle, Corner, Parallel Edge, Edge, Circle, Z Depth, Distance 등을 포함할 수 있으며, 작업자의 입력에 의해 임의의 측정유형이 선택될 수 있다. 그러나, 측정유형은 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 추가되거나 변경될 수 있다.
측정유형이 선택된 후, 디스플레이 화면 상에서 소재 위치에 마우스를 클릭하여 형상정의점(601)을 지정한다(S630). 여기서, 형상정의점(601)은 측정유형에 대응하는 형상을 구성하기 위한 위치점 일 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 측정유형으로 사각형 형상(Rectangle)이 선택되었으므로, 사각형을 정의하는 4개의 모서리 포인트들이 형상정의점(601)이 된다. 이 경우, 어플리케이션은 측정유형에 적합한 형상정의점(601)을 화면에 표시하여 사용자에게 가이드 할 수 있다.
측정유형에 따른 형상정의점 지정이 완료되면, 생성된 프로브 측정 위치점(602)을 이동시킨다. 이 경우, 프로브 측정의 기준이 되는 Z 위치에 프로브 측정 위치점(602)을 이동시킬 수 있다.
프로브 형상 아이콘을 클릭하여 매크로를 호출하고, 프로브 측정을 시작한다(S640).
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 의해 측정유형별로 형상정의점을 지정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
프로브 측정 경로를 설정하기 위해서, 측정유형별로 형상정의점이 지정되어야 한다. 디스플레이 화면 상에 측정유형에 대응하는 형상이 표시되면, 사용자는 마우스나 터치 입력을 사용하여 형상정의점을 입력할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 형상정의점은 제어 프로그램에 의해 계산되고, 소정 형상 위에 겹쳐서 표시됨으로써, 사용자에게 가이드 될 수 있다.
도 7a는 측정유형이 Rectangle 형상으로 구성된 경우이다. 이 경우, 사각형을 구성할 수 있도록 형상정의점 4개소가 지정되고, Z 축으로의 좌표인 Z Depth 측정점이 지정된다. 이와 같이 지정된 5개의 점들을 프로브가 측정하고, 이에 기초하여 공작물 좌표 (X, Y, Z)를 설정한다.
도 7b는 측정유형이 Corner 형상으로 구성된 경우이다. 코너를 형성할 수 있도록 형상정의점 3개소가 지정되고, Z 축으로의 좌표인 Z Depth 측정점이 지정된다. 이와 같이 지정된 4개의 점들을 프로브가 측정하고, 이에 기초하여 공작물 좌표 (X, Y, Z)를 설정한다.
도 7c는 측정유형이 Parallel Edge 형상으로 구성된 경우이다. 평행하는 두 개의 선을 정의할 수 있도록 형상정의점 4개소가 지정되고, Z 축으로의 좌표인 Z Depth 측정점이 지정된다. 이와 같이 지정된 5개의 점들을 프로브가 측정하고, 이에 기초하여 공작물 좌표 (0, Y, Z)를 설정한다.
도 7d는 측정유형이 Edge 형상으로 구성된 경우이다. 하나의 선을 정의할 수 있도록 형상정의점 2개소가 지정되고, Z 축으로의 좌표인 Z Depth 측정점이 지정된다. 이와 같이 지정된 3개의 점들을 프로브가 측정하고, 이에 기초하여 공작물 좌표 (0, Y, Z)를 설정한다.
도 7e는 측정유형이 Circle 형상으로 구성된 경우이다. 원을 정의할 수 있도록 형상정의점 4개소가 지정되고, Z 축으로의 좌표인 Z Depth 측정점이 지정된다. 이와 같이 지정된 5개의 점들을 프로브가 측정하고, 이에 기초하여 공작물 좌표 (X, Y, Z)를 설정한다. 실제 원의 작성 시 1번, 2번, 3번 형상정의점만 사용해서 원을 생성할 수 있는데, 이 경우 4번 형상정의점이 어긋나게 원이 나타날 수 있다.
도 7f는 측정유형이 Z - Depth 형상으로 구성된 경우이다. 이 경우, 형상정의점 1개소가 지정되고, 측정값은 Z 깊이만 적용된다.
도 8a와 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 매크로 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
매크로의 동작에 대응하여 프로브 경로가 정해진다. 일 실시예에 의하면, 프로브는 Z-Depth 지점을 먼저 측정한 후, 프로브 위치를 변경하며 측정을 진행할 수 있다. 이 경우, 모든 측정유형에 있어서, Z-Depth 지점을 먼저 측정한다.
구체적으로, 도 8a는 측정유형이 Z-Depth 형상으로 구성된 경우이다. 도 8a을 참조하면, 먼저 Z-Depth 지점을 측정한다. 프로브 이동 순서는 ①번 지점 -> ②번 지점 -> ③번 지점 순이며, ②번 지점에서는 측정을 하지 않고 Skip 신호를 전송하고 위치값을 저장한다.
도 8b는 측정유형이 Rectangle인 경우의 매크로 동작을 도시한다.
도 8b를 참조하면, 가장 먼저 Z-Depth 지점을 측정한다. 이 경우, 프로브는 ①번 지점 -> ②번 지점 -> ③번 지점 -> ④번 지점 -> ⑤번 지점 -> ⑥번 지점 -> ⑦번 지점 순서로 이동하면서 4개소를 반복하여 측정한다. ④번 지점에서는 측정을 하지 않고 Skip 신호를 전송하고 위치값을 저장한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 9의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 작업물 가공장치 일 수 있다.
도 9의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 가공 테이블 2: 공작물
3: 플레이트형 기판 4: 원기둥
5, 310: 깊이 카메라 6: 디스플레이부
7: 계측 시작점 8: 프로브
210: 기계 원점 220: 공작물 원점
300: CNC 제어기 302: 커넬부
304: PLC 부

Claims (10)

  1. 공작물 가공장치에 있어서,
    변위 가능한 측정부;
    디스플레이부;
    상기 공작물 가공장치 내에 배치된 공작물의 3차원 이미지를 캡쳐하여 상기 디스플레이부에 표시하는 심도 카메라; 및
    좌표계 설정을 위한 측정유형 및 상기 측정유형에 대응하는 소정 측정기준점들이 선택되면, 상기 소정 측정기준점들로 상기 측정부를 이동시키고, 상기 측정부에 의해 측정된 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정하는 제어부를 포함하되,
    상기 소정 측정기준점들은,
    상기 3차원 이미지로부터 획득되고, X축 좌표와 Y축 좌표 및 Z축 좌표로 구성되는, 공작물 가공장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 심도 카메라가 측정한 3차원 좌표인 제1좌표를 변환하여 상기 공작물의 원점인 제2좌표로 변환하고, 상기 제2좌표 및 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정하는, 공작물 가공장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 측정부는,
    상기 소정 측정기준점들과의 접촉을 감지하는 방식으로 상기 소정 측정기준점들의 좌표를 측정하는 측정 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공작물 가공장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이부에는, 상기 측정유형에 대응하는 형상이 표시되고,
    상기 제어부는, 상기 형상을 정의하기 위한 특징점들과 깊이 측정점으로 구성되는 상기 소정 측정기준점들을 표시하고, 상기 소정 측정기준점들에 대응하여 터치 입력이 수신되면 상기 소정 측정기준점들이 선택된 것으로 인식하는, 공작물 가공장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 심도 카메라는,
    적외선을 이용하여 이미지를 인식하는 적외선 카메라인 것을 특징으로 하는, 공작물 가공장치.
  6. 공작물 가공방법에 있어서,
    심도 카메라에 의해 공작물 가공장치 내에 배치된 공작물의 3차원 이미지를 캡쳐하여 디스플레이부에 표시하는 단계;
    좌표계 설정을 위한 측정유형 및 상기 측정유형에 대응하는 소정 측정기준점들이 선택되는 단계;
    상기 소정 측정기준점들로 상기 공작물 가공장치의 측정부를 이동시키는 단계; 및
    상기 측정부에 의해 측정된 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정하는 단계를 포함하되,
    상기 소정 측정기준점들은,
    상기 3차원 이미지로부터 획득되고, X축 좌표와 Y축 좌표 및 Z축 좌표로 구성되는, 공작물 가공방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 심도 카메라가 측정한 3차원 좌표인 제1좌표를 변환하여 상기 공작물의 원점인 제2좌표로 변환하고, 상기 제2좌표 및 상기 소정 측정기준점들의 좌표에 기초하여 상기 공작물의 좌표계를 설정하는, 공작물 가공방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 측정부가 상기 소정 측정기준점들과의 접촉을 감지하는 방식으로 상기 소정 측정기준점들의 좌표를 측정하는 것을 특징으로 하는, 공작물 가공방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이부에는, 상기 측정유형에 대응하는 형상이 표시되고,
    상기 형상을 정의하기 위한 특징점들과 깊이 측정점으로 구성되는 상기 소정 측정기준점들을 표시하고, 상기 소정 측정기준점들에 대응하여 터치 입력이 수신되면 상기 소정 측정기준점들이 선택된 것으로 인식하는, 공작물 가공방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 심도 카메라는,
    적외선을 이용하여 이미지를 인식하는 것을 특징으로 하는, 공작물 가공방법.
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