KR20230123782A - 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

공작기계의 공구포트에 축계를 형성하는 착탈식 툴홀더를 추가하고, 추가한 툴홀더의 축계 제어를 위해 수치제어장치의 가공프로그램에 툴홀더 제어 명령어를 기록하고, 이를 마이크로컨트롤러를 경유하여 툴홀더와 블루투스 통신을 통해 전달함으로써 공작기계를 정지시키거나 작업자가 대기하지 않고 툴홀더 제어를 할 수 있다. 또한, 본 발명은 툴홀더의 제어가 정상적으로 이루어지는지, 또 툴홀더와 마이크로컨트롤러, 수치제어장치 간에 통신이 정상적으로 이루어지는 자체적으로 체크할 수 있도록 함으로써 툴홀더 제어의 신뢰도를 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 독립적으로 구동되는 툴홀더의 배터리 전원을 손쉽게 점검함으로써 동작의 안정성을 확보할 수 있다.

Description

착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치 및 제어 방법{Wireless communication control device and control method of detachable tool holder}
본 발명은 공작기계의 착탈식 툴홀더에 관한 것으로, 상세하게는 툴홀더를 무선통신 방식으로 제어하는 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
공작기계에서 일정한 방향으로 공구나 공작물을 회전시키거나 이송시키는 것을 축계라 하며, 복합 공작기계는 다수의 축계로 구성하여 공작물을 공작기계에 한번 셋팅하여 선삭과 밀링, 드릴링, 텝핑 등 다양한 가공을 수행한다. 그러나 축계가 많은 복합 공작기계일 수록 구조가 복잡해지고 가격도 고가이다.
따라서 적은 축계를 가진 공작기계에 하나의 축계를 단순히 더 추가함으로써, 고가의 다축 공작기계를 구입하지 않고도 다축 공작기계와 같은 기능을 확보할 수 있다. 이를 위해 기존 공작기계에 하나의 축계를 추가할 수 있는 툴홀더를 장착함으로써 기존 공작기계의 가공 기능을 확장할 수 있다.
이와 같이 추가로 장착되는 툴홀더(20)는 도 1에 도시한 것처럼 기존 공작기계의 터렛(10)의 공구포트(11)에 장착 또는 탈거할 수 있는 구조이다. 바람직하게는 이러한 착탈식 툴홀더(20)는 기존 공작기계의 터렛(10)에 회전공구(12)를 장착하는 공구포트(11)에 장착함으로써 독립된 축계를 구성할 수 있다.
또한, 이러한 툴홀더(20)는 도 2에 도시한 것처럼, 선단에는 공구(12)를 장착하여 공작기계 본체로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하지만, 공작기계 본체의 축계와 다른 방향으로 독립된 축계 동작을 하기 위해 자체적인 구동수단과, 외부로부터 구동수단을 제어하는 제어신호를 인가 받게 된다.
지금까지 공개된 툴홀더(20)의 제어는 수치제어장치(50)에 의해 구현되는 가공프로그램 상에 툴홀더(20)의 제어가 필요한 부분에 공작기계의 가공을 정지시키는 프로그램코드(G코드 M00)를 기입하여 공작기계를 멈추게 하고, 공작기계가 동작을 멈추면 작업자는 툴홀더(20)와 블루투스 통신에 의해 무선 접속되는 입력장비(주로 전용 어플리케이션이 설치된 스마트폰)을 이용하여 툴홀더(20)의 축계 회동 지령을 내리고, 이후에 툴홀더(20)의 조작이 완료되면 수치제어장치를 재가동시켜 이어지는 가공프로그램을 수행하게 한다.
이와 같이 공구포트(11)에 장착된 툴홀더(20)를 제어하기 위해서는 작업자가 공작기계 근처에 대기하고 있다가 공작기계가 입력된 가공프로그램에 의해 정지되었을 때, 무선 입력장치를 사용하여 툴홀더(20)에 제어 명령을 인가할 수 있다. 따라서 작업자는 항시 공작기계의 근처에 대기하고 있어야 하고, 이로 인해 작업의 지연과 작업자의 번거로움이 야기되는 문제가 있었다.
한편, 선행기술로 소개하는 특허문헌 1에서는 피가공물을 절삭 가공하는 선반의 바이스에 피가공물의 밀링이나 드릴링 작업을 실시할 수 있도록 선반 보조가공기를 나사 고정하되, 상기 보조가공기는 모터에 의해 구동되는 회전축과, 상기 회전축에 축설되며 선단에 툴홀더가 설치되는 구조를 게시하고 있다. 그러나 이러한 구조는 단순히 하나의 축을 축설한 것에 불과한 것으로, 축계의 제어를 위한 제어 기능이 없는 구조이다.
또한, 특허문헌 2에서는 종속기계의 홀더(3) (부품 번호는 특허문헌 2의 부품번호임, 이하 동일)에 착탈식으로 장착될 수 있는 커팅툴(2)을 구비한다. 상기 커팅툴(2)은 커팅인서트(6)를 가지는 전방부(5)와 상기 종속기계의 홀더(3)에 삽입되는 후방부(7)를 포함한다. 상기 툴(2)은 상기 커팅인서트(6)쪽으로 고압 냉각액제트를 분사하기 위한 목적을 가지는 복수의 노즐(13)을 포함하는 구조이다. 게시된 바와 같이 특허문헌 2의 기술은 단지 종속기계의 홀더(3)에 커팅툴(2)을 삽입하는 것에 불과하여, 제어 가능한 축계로 볼 수 없는 구조이다.
또한, 특허문헌 3에서는 공구에 연관된 센서 신호를 증폭하여 인터페이스를 통해 로컬 컴퓨터에 무선 송신하고 로컬 컴퓨터는 유선으로 메인 컴퓨터에 전달하고, 메인 컴퓨터는 작업자에게 공구 교체시간을 무선으로 알리는 기술이다. 그러나 특허문헌 3은 공구 교체 시간을 무선 방식으로 작업자에게 알리는 것으로, 축계를 추가하거나 추가된 축계를 무선으로 제어하는 기술은 설명된 바 없다.
한국 공개실용신안 1999-0022828호 한국 공개특허 10-2002-0043215호 한국 공개특허 10-2009-0016037호
상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명은, 공작기계의 공구포트에 축계를 형성하는 착탈식 툴홀더를 추가하고, 추가한 툴홀더의 축계 제어를 위해 수치제어장치의 가공프로그램에 툴홀더 제어 명령어를 기록하고, 이를 마이크로컨트롤러를 경유하여 툴홀더와 블루투스 통신을 통해 전달함으로써 공작기계를 정지시키거나 작업자가 대기하지 않고 툴홀더 제어를 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 툴홀더의 제어가 정상적으로 이루어지는지, 또 무선통신과 시리얼통신으로 연결된는 제어계통 간에 통신이 원활하게 이루어지는 자체적으로 점검할 수 있도록 함으로써 툴홀더 제어의 신뢰도를 높이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 독립적으로 구동되는 툴홀더의 배터리 전원을 점검하여 동작의 안정성을 확보하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치는,
공작기계의 공구포트에 탈거 가능하게 장착되며 내부에 구동수단을 구비하고 외부로부터 무선통신으로 제공되는 제어신호를 전송 받아 독립된 축계를 이루는 툴홀더;
상기 툴홀더의 일측에 설치하여 블루투스 통신으로 외부로부터 상기 툴홀더에 제공되는 제어 신호를 수신하며 상기 툴홀더의 피드백 정보를 외부에 블루투스 통신으로 송신하는 블루투스 송수신기;
상기 블루투스 송수신기와 블루투스 통신으로 상기 툴홀더의 제어 정보와 피드백 정보를 송수신하는 마이크로컨트롤러;
상기 마이크로컨트롤러와 시리얼통신으로 교신하며 가공프로그램을 상기 툴홀더의 작동 지령으로 변환하여 상기 툴홀더 제어 정보와 함께 상기 마이크로컨트롤러를 통해 상기 툴홀더에 제공하며 상기 마이크로컨트롤러를 통해 상기 툴홀더에서 피드백되는 정보를 수신하는 수치제어장치;
상기 수치제어장치와 연계하여 상기 툴홀더에 관한 정보를 표시하고 상기 툴홀더를 제어할 가공프로그램 요소 및 제어 파라메터를 입력하는 HMI 화면을 포함한다.
바람직한 실시예로, 상기 구동수단은 툴홀더를 독립된 축계로 이동시키는 서보모터로 이루어지는 구동부와 상기 구동부를 제어하는 드라이버와 배터리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 HMI 화면은 상기 수치제어장치와 상기 마이크로컨트롤러 사이의 시리얼 통신 상태를 표시하는 시리얼통신 상태 표시부와, 상기 마이크로컨트롤러의 동작 상태 정보를 표시하는 마이크로컨트롤러 정보 표시부와, 상기 수치제어장치와 상기 마이크로컨트롤러 사이에서 가공프로그램에 의한 명령 정보 내용을 표시하는 통신문자 표시부와, 상기 블루투스 송수신기의 맥 어드레스(Mac Address), 배터리 잔량, 상기 툴홀더의 이동 위치 좌표를 포함하여 툴홀더와 관련된 정보를 표시하는 툴홀더 정보 표시부와, 공작기계의 일측에 설치된 카메라를 통해 촬영한 툴홀더 영상 정보를 출력하는 툴홀더 영상 표시부와, 상기 툴홀더의 이동 동작 지령 값과 상기 툴홀더의 배터리 전압 점검 요청 주기와 상기 수치제어장치와 상기 마이크로컨트롤러 사이의 시리얼통신 통신 에러 점검주기를 포함하여 상기 툴홀더와 관련된 제어 정보를 입력하는 입력부와, 상기 입력부를 통해 입력한 툴홀더 이동 동작 지령을 가공프로그램으로 작성하여 표시하는 프로그램 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 블루투스 송수신기는 맥 어드레스(Mac Address) 방식으로 툴홀더 및 마이크로컨트롤러와 통신연결 되며, 상기 마이크로컨트롤러의 이이피롬(EEPROM)에 상기 맥 어드레스를 저장함으로서 툴홀더에 전원이 인가되면 자동으로 툴홀더 및 마이크로컨트롤러와 페어링되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법은,
HMI 화면의 입력부를 통해 수치제어장치의 가공 프로그램에 툴홀더의 작동이 필요한 가공 순서에 툴홀더 작동 지령용 M코드를 기입하고, 수치제어장치의 가공프로그램 자동 생성기능을 이용하여 툴홀더 작동 지령이 삽입된 가공프로그램을 작성하는 툴홀더용 가공프로그램 작성단계(S100);
상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 작성한 가공프로그램이 수치제어장치에서 실행되어 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드 실행 순서가 되면, 상기 수치제어장치에서 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드의 내용을 시리얼통신을 통해 마이크로컨트롤러에 전송하고, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 수치제어장치에서 수신한 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드의 내용을 상기 블루투스 송수신기에 무선 전송하는 가공프로그램 실행단계(S200);
상기 블루투스 송수신기에서 수신한 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드의 내용을 툴홀더 구동부의 드라이버에 전송하여 툴홀더 구동부에 의해 툴홀더를 지령된 M코드의 내용 대로 이동시키는 툴홀더 제어 실행단계(S300);
상기 툴홀더 제어 실행단계(S300)에서 미리 정해진 시간 이내에 M코드의 내용 대로 상기 툴홀더가 이동하였는지를 확인하고, 상기 툴홀더의 이동이 확인된 경우 툴홀더 지령 완료 확인 메시지를 블루투스 송수신기를 통해 마이크로컨트롤러에 전송하고, 상기 마이크로컨트롤러는 이 메시지를 수치제어장치에 전송하는 명령 완료 확인단계(S400)를 포함 한다.
바람직한 실시예로, 상기 툴홀더용 가공프로그램 작성단계(S100)는 작성된 가공프로그램을 HMI 화면의 프로그램 표시부에 표시하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 툴홀더용 가공프로그램 작성단계(S100)에서 입력부를 통해 입력되는 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드는 상기 툴홀더 축계의 Y축 방향의 이동 방향과 거리인 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 가공프로그램 실행단계(S200)는 수치제어장치에서 시리얼통신을 통해 상기 마이크로컨트롤러에 전송하는 상기 툴홀더 동작 지령용 M코드의 내용을 상기 HMI 화면의 통신문자 표시부에 표시하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 상기 입력부를 통해 상기 수치제어장치가 상기 마이크로컨트롤러와 상기 블루투스 송수신기를 통해 상기 툴홀더의 배터리 전압 정보를 요청하는 주기와 상기 수치제어장치가 상기 마이크로컨트롤러에 대해 시리얼통신 에러를 점검하는 주기를 입력하고,
상기 툴홀더 제어 실행단계(S300)에서 상기 수치제어장치는 상기 입력한 배터리 전압 정보 요청 주기 마다 상기 마이크로컨트롤러와 상기 블루투스 송수신기를 통해 툴홀더의 배터리 전압 값의 제공을 명령하여 그 값을 제공받고, 상기 제공받은 전압 값은 상기 HMI 화면의 툴홀더 정보 표시부에 표시하고, 상기 제공받은 전압 값이 미리 정한 전압 값보다 작을 경우에는 HMI 화면을 통해 배터리 교체를 알리는 메시지와 알람을 출력하고,
상기 수치제어장치는 상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 상기 입력한 시리얼통신 통신 에러 점검 주기 마다 상기 마이크로컨트롤러에 특정 신호를 요구하여 제공 받고, 상기 제공 받은 특정 신호 값을 상기 HMI 화면의 시리얼통신 데이터 표시부에 표시하고, 상기 마이크로컨트롤러로부터 특정 신호를 정상적으로 제공 받지 못한 경우에는 HMI 화면의 시리얼통신 데이터 표시부를 통해 시리얼통신 에러를 알리는 메시지와 알람을 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 공작기계의 일측에 설치된 카메라를 통해 촬영한 툴홀더 작동 상황 영상 정보를 HDMI 화면의 툴홀더 영상 표시부에 출력하는 것을 더 한다.
바람직한 실시예로, 상기 명령 완료 확인단계(S400)는 상기 수치제어장치에서 미리 정해진 시간 이내에 툴홀더의 지령 완료 확인 메시지가 정상적으로 수신된 경우 가공프로그램 상의 다음 가공 공정을 계속 수행 하도록 하고, HMI 화면의 툴홀더 정보 표시부에 툴홀더의 지령 완료 확인 메시지를 표시하고, 상기 수치제어장치에서 미리 정해진 시간 이내에 툴홀더의 지령 완료 확인 메시지를 수신하지 못한 경우 알람을 발생시키고 HMI 화면의 툴홀더 정보 표시부에 알람 메시지를 표시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 공작기계의 공구포트에 축계를 형성하는 착탈식 툴홀더를 추가하고, 추가한 툴홀더의 축계 제어를 위해 수치제어장치의 가공프로그램에 툴홀더 제어 명령어를 기록하고, 이를 마이크로컨트롤러를 경유하여 툴홀더와 블루투스 통신을 통해 전달함으로써 공작기계를 정지시키거나 작업자가 대기하지 않고 툴홀더 제어를 할 수 있다.
또한, 본 발명은 툴홀더의 제어가 정상적으로 이루어지는지, 또 툴홀더와 마이크로컨트롤러, 수치제어장치 간에 통신이 정상적으로 이루어지는 자체적으로 체크할 수 있도록 함으로써 툴홀더 제어의 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 독립적으로 구동되는 툴홀더의 배터리 전원을 손쉽게 점검함으로써 동작의 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래기술의 실시예로서, 착탈식 툴홀더를 구비한 공작기계의 툴홀더 메커니즘 구성도이다.
도 2는 종래기술의 실시예로서, 툴홀더의 회동(Y축) 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더의 제어 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식의 툴홀더 내부 구조도이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더 제어장치의 HMI 화면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더의 제어 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더의 Y축 회동 동작 상태도이다.
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더의 제어 블럭도이다. 도 4는 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식의 툴홀더 내부 구조도이다. 도 5는 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더 제어장치의 HMI 화면 구성도이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 것 처럼, 본 발명의 착탈식 툴홀더(20)의 무선통신 제어 장치는 공작기계의 공구포트(11)에 탈거 가능하게 장착되며 선단에는 공구(12)를 장착하여 공작기계 본체로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하고, 내부에 구동수단(미도시)을 구비하고 외부로부터 무선통신으로 제공되는 제어신호를 전송 받아 상기 구동수단을 동작시켜 독립된 축계를 이루는 툴홀더(20)를 구비한다.
한편, 상기 툴홀더 내부에 설치되는 구동수단은 툴홀더(20)를 독립된 축계로 이동시키는 서보모터로 이루어지는 구동부(미도시)와 상기 구동부를 제어하는 드라이버(미도시)를 포함한다. 또한, 상기 툴홀더(20)의 내부에는 도 4에 도시한 것처럼, 상기 구동부에 전원을 제공하는 배터리(21)가 내장된다.
또한, 본 발명의 착탈식 툴홀더(20)의 무선통신 제어 장치는 상기 툴홀더(20)의 일측에 블루투스 통신으로 외부로부터 상기 툴홀더(20)에 제공되는 제어 신호를 수신하며 상기 툴홀더(20)의 피드백 정보를 외부에 블루투스 통신으로 송신하는 블루투스 송수신기(30)를 설치한다.
또한, 본 발명의 착탈식 툴홀더(20)의 무선통신 제어 장치는 공작기계의 일측에 상기 블루투스 송수신기(30)와 블루투스 통신으로 상기 툴홀더(20)의 제어 정보와 피드백 정보를 송수신하는 마이크로컨트롤러(40)를 설치한다.
또한, 본 발명의 착탈식 툴홀더(20)의 무선통신 제어 장치는 공작기계의 일측에 상기 마이크로컨트롤러(40)와 시리얼통신으로 교신하며 가공프로그램을 상기 툴홀더(20)의 작동 지령으로 변환하여 상기 툴홀더(20) 제어 정보와 함께 상기 마이크로컨트롤러(40)를 통해 상기 툴홀더(20)에 제공하며 상기 마이크로컨트롤러(40)를 통해 상기 툴홀더(20)에서 피드백되는 정보를 수신하는 수치제어장치(50)를 구비한다.
또한, 본 발명의 착탈식 툴홀더(20)의 무선통신 제어 장치는 공작기계의 일측에 상기 수치제어장치(50)와 연계하여 상기 툴홀더(20)에 관한 정보를 표시하고 상기 툴홀더(20)를 제어할 가공프로그램 요소 및 제어 파라메터를 입력하는 HMI 화면(60)을 포함한다.
한편, 상기 HMI 화면(60)은, 도 5에 도시한 것처럼, 상기 수치제어장치(50)와 마이크로컨트롤러(40) 사이의 시리얼 통신 상태를 표시하는 시리얼통신 상태 표시부(61)와, 상기 마이크로컨트롤러(40)의 동작 상태 정보를 표시하는 마이크로컨트롤러 정보 표시부(62)와, 상기 수치제어장치(50)와 상기 마이크로컨트롤러(40) 사이에서 가공프로그램에 의한 명령 정보 내용을 표시하는 통신문자 표시부(63)와, 상기 툴홀더(20)의 블루투스 송수신기(30)의 맥 어드레스(Mac Address), 배터리(21) 잔량, 툴홀더(20)의 이동 위치 좌표 등을 포함하여 툴홀더(20)와 관련된 정보를 표시하는 툴홀더 정보 표시부(64)와, 공작기계의 일측에 설치된 카메라(미도시)를 통해 촬영한 툴홀더(20) 영상 정보를 출력하는 툴홀더 영상 표시부(65)와, 상기 툴홀더(20)의 이동 동작 지령 값과 상기 툴홀더(20)의 배터리(21) 전압 점검 요청 주기와 상기 수치제어장치(50)와 상기 마이크로컨트롤러(40) 사이의 시리얼통신 통신 에러 점검주기를 포함하여 상기 툴홀더(20)와 관련된 제어 정보를 입력하는 입력부(66)와, 상기 입력부(66)를 통해 입력한 툴홀더(20) 이동 동작 지령을 가공프로그램으로 작성하여 표시하는 프로그램 표시부(67)를 포함한다.
한편, 상기 툴홀더(20)의 블루투스 송수신기(30)는 맥 어드레스(Mac Address) 방식으로 툴홀더(20) 및 마이크로컨트롤러(40)와 통신연결 되며, 마이크로컨트롤러(40)의 이이피롬(EEPROM)에 맥 어드레스를 저장함으로서 툴홀더(20)에 전원이 인가되면 자동으로 툴홀더(20) 및 마이크로컨트롤러(40)와 페어링된다. 따라서 복수의 툴홀더(20)가 있을 경우 페어링하고자 하는 툴홀더(20)에만 배터리(21)를 통해 전원을 넣고 다른 툴홀더(20)는 배터리(21) 전원을 오프시킴으로써 공구포트(11)에 장착된 툴홀더를 자동으로 인식 시킬 수 있다. 이는 수치제어장치(50)가 켜지면 블루투스 송수신기(30)를 통해 툴홀더(20)를 검색하고 검색된 툴홀더(20)의 이름과 블루투스 송수신기(30)의 맥 어드레스를 통해 페어링을 수행할 수 있게 된다.
따라서 공구포트(11)에 다른 툴홀더(20)를 장착하고자 할 경우에는 마이크로컨트롤러(40)의 이이피롬에 저장된 맥 어드레스를 지우고 다시 연결하고자 하는 툴홀더(20)의 블루투스 송수신기(30)의 맥 어드레스를 검색하여 페어링을 할 수 있게 된다.
한편 상기 실시예와 같이 구성된 본 발명의 착탈식 툴홀더(20)의 무선통신 제어 장치는 다음과 같은 제어 방법으로 제어한다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더의 제어 흐름도이다. 도 7은 본 발명의 실시예로서, 무선통신 방식 툴홀더의 Y축 회동 동작 상태도이다.
도 6에 도시한 것처럼, 먼저 툴홀더(20)용 가공프로그램 작성단계(S100)를 실행한다.
이 단계는 상기 HMI 화면(60)의 입력부(66)를 통해 수치제어장치(50)의 가공 프로그램에 툴홀더(20)의 작동이 필요한 가공 순서에 툴홀더(20) 작동 지령용 M코드(M635)를 기입하고, 수치제어장치(50)의 가공프로그램 자동 생성기능을 이용하여 툴홀더(20) 작동 지령이 삽입된 가공프로그램을 완성한다. 이 때 완성된 가공프로그램은 HMI 화면(60)의 프로그램 표시부(67)에 표시된다. 한편, 입력부(66)를 통해 입력하는 툴홀더(20) 작동 지령용 M코드의 내용은 툴홀더(20)의 축계를 이루는 Y축 방향의 이동 방향과 거리이다.
여기서 툴홀더(20)의 축계의 방향을 임의로 Y축계로 명명하고 Y축 방향으로 최대 이동 범위 내에서 필요한 이동거리 또는 회동각도를 입력한다. 본 실시예에서는 터닝센터에 X축계와 Z축계는 이미 구성되어 있는 만큼, 툴홀더(20)가 기존 X축과 Z축과 다른 방향으로 이동 또는 회동하는 점을 감안하여 Y축으로 임의로 명명하는 것이다. 따라서 필요에 따라 Y축 이외에 다른 축계의 기호로 표시해도 무방하다.
한편, 상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 상기 입력부(66)를 통해 입력되는 또 다른 정보는, 상기 수치제어장치(50)가 상기 마이크로컨트롤러(40)와 상기 블루투스 송수신기(30)를 통해 상기 툴홀더(20)의 배터리(21) 전압 정보를 요청하는 주기와, 상기 수치제어장치(50)가 상기 마이크로컨트롤러(40)에 대해 시리얼통신 에러를 점검하는 주기를 입력한다.
이어서 가공프로그램 실행단계(S200)를 실행한다.
이 단계는 수치제어장치(50)에서 가공프로그램이 실행되어 상기 툴홀더(20) 작동 지령용 M코드 실행 순서가 되면, 수치제어장치(50)에서 상기 툴홀더(20) 작동 지령용 M코드의 내용을 시리얼통신을 통해 마이크로컨트롤러(40)에 전송하고, 상기 마이크로컨트롤러(40)는 상기 수치제어장치(50)에서 수신한 툴홀더(20) 작동 지령용 M코드의 내용을 상기 툴홀더(20)의 블루투스 송수신기(30)에 무선 전송한다. 이 때 수치제어장치(50)에서 시리얼통신을 통해 마이크로컨트롤러(40)에 전송하는 툴홀더(20) 동작 지령용 M코드의 내용은 상기 HMI 화면(60)의 통신문자 표시부(63)에 표시된다.
이어서 툴홀더(20) 제어 실행단계(S300)를 실행한다.
이 단계는 상기 툴홀더(20)의 블루투스 송수신기(30)에서 수신한 툴홀더(20) 작동 지령용 M코드의 내용을 툴홀더(20) 구동부의 드라이버에 전송하여 툴홀더(20) 구동부에 의해 툴홀더(20)가 지령된 M코드의 내용 대로 이동하도록 한다. 이 때 툴홀더(20)는 도 7에 도시한 것처럼, M코드의 내용에 따라 Y축 방향으로 지령된 거리 만큼 Y축 방향으로 회동하여 이동하게 된다.
한편, 이 단계에서는, 상기 수치제어장치(50)는 상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 입력부(66)를 통해 입력한 배터리(21) 전압 정보 요청 주기 마다 상기 마이크로컨트롤러(40)와 상기 블루투스 송수신기(30)를 통해 툴홀더(20)의 배터리(21) 전압 값의 제공을 명령하여 그 값을 제공받고, 제공받은 전압 값은 상기 HMI 화면(60)의 툴홀더 정보 표시부(64)에 표시하고, 또한 제공받은 전압 값이 미리 정한 전압 값보다 작을 경우에는 HMI 화면(60)을 통해 배터리(21) 교체를 알리는 메시지와 알람을 출력한다.
또한, 이 단계에서는, 상기 수치제어장치(50)는 상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 입력부(66)를 통해 입력한 시리얼통신 통신 에러 점검 주기 마다 상기 마이크로컨트롤러(40)에 특정 신호를 요구하여 제공 받고, 그 결과 제공 받은 특정 신호 값을 상기 HMI 화면(60)의 시리얼통신 데이터 표시부에 표시하고, 또 상기 마이크로컨트롤러(40)로부터 특정 신호를 정상적으로 제공 받지 못한 경우에는 HMI 화면(60)의 시리얼통신 데이터 표시부를 통해 시리얼통신 에러를 알리는 메시지와 알람을 출력한다.
또한, 이 단계에서는 공작기계의 일측에 설치된 카메라를 통해 촬영한 툴홀더(20) 작동 상황 영상 정보를 HDMI 화면의 툴홀더 영상 표시부(65)에 출력한다. 한편, 툴홀더(20) 작동 상황 영상은 반드시 이 단계부터 출력하지 않고 툴홀더(20)가 가동이 되는 순간부터 계속해서 표시되게 할 수도 있다.
이어서 명령 완료 확인단계(S400)를 실행한다.
이 단계는 상기 툴홀더(20) 제어 실행단계(S300)에서 미리 정해진 시간 이내에 M코드의 내용 대로 툴홀더(20)가 이동하였는지를 확인하고, 툴홀더(20)의 이동이 확인된 경우 툴홀더(20) 지령 완료 확인 메시지를 블루투스 송수신기(30)를 통해 마이크로컨트롤러(40)에 전송하고, 마이크로컨트롤러(40)는 이 메시지를 수치제어장치(50)에 전송한다.
또한, 이 때 상기 수치제어장치(50)는 미리 정해진 시간 이내에 툴홀더(20)의 지령 완료 확인 메시지가 정상적으로 수신된 경우 가공프로그램 상의 다음 가공 공정을 계속 수행 하도록 하고, HMI 화면(60)의 툴홀더 정보 표시부(64)에 툴홀더(20)의 지령 완료 확인 메시지를 표시한다. 반면 상기 수치제어장치(50)는 툴홀더(20)가 미리 정해진 시간 이내에 M코드의 내용 대로 이동하지 못하여 블루투스 송수신기(30)와 마이크로컨트롤러(40)로부터 툴홀더(20)의 지령 완료 확인 메시지를 수신하지 못한 경우 알람을 발생시키고 HMI 화면(60)의 툴홀더 정보 표시부(64)에 알람 메시지를 표시한다.
상기 실시예를 통해 설명한 바와 같이, 본 발명은 공작기계의 공구포트(11)에 축계를 형성하는 착탈식 툴홀더(20)를 추가하고, 추가한 툴홀더(20)의 축계 제어를 위해 수치제어장치(50)의 가공프로그램에 툴홀더(20) 제어 명령어를 기록하고, 이를 마이크로컨트롤러(40)를 경유하여 툴홀더(20)와 블루투스 통신을 통해 전달함으로써 공작기계를 정지시키거나 작업자가 대기하지 않고 툴홀더(20) 제어를 할 수 있다.
또한, 본 발명은 툴홀더(20)의 제어가 정상적으로 이루어지는지, 또 툴홀더(20)와 마이크로컨트롤러(40), 수치제어장치(50) 간에 통신이 정상적으로 이루어지는 자체적으로 체크할 수 있도록 함으로써 툴홀더(20) 제어의 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 독립적으로 구동되는 툴홀더(20)의 배터리(21) 전원을 손쉽게 점검함으로써 동작의 안정성을 확보할 수 있다.
10 터렛
11 공구포트
12 공구
20 툴홀더
21 배터리
30 블루투스 송수신기
40 마이크로컨트롤러
50 수치제어장치
60 HMI 화면
61 시리얼통신 상태 표시부
62 마이크로컨트롤러 정보 표시부
63 통신문자 표시부
64 툴홀더 정보 표시부
65 툴홀더 영상 표시부
66 입력부
67 프로그램 표시부
S100 가공프로그램 작성단계
S200 가공프로그램 실행단계
S300 툴홀더 제어 실행단계
S400 명령 완료 확인단계

Claims (11)

  1. 공작기계의 공구포트에 탈거 가능하게 장착되며 내부에 구동수단을 구비하고 외부로부터 무선통신으로 제공되는 제어신호를 전송 받아 독립된 축계를 이루는 툴홀더;
    상기 툴홀더의 일측에 설치하여 블루투스 통신으로 외부로부터 상기 툴홀더에 제공되는 제어 신호를 수신하며 상기 툴홀더의 피드백 정보를 외부에 블루투스 통신으로 송신하는 블루투스 송수신기;
    상기 블루투스 송수신기와 블루투스 통신으로 상기 툴홀더의 제어 정보와 피드백 정보를 송수신하는 마이크로컨트롤러;
    상기 마이크로컨트롤러와 시리얼통신으로 교신하며 가공프로그램을 상기 툴홀더의 작동 지령으로 변환하여 상기 툴홀더 제어 정보와 함께 상기 마이크로컨트롤러를 통해 상기 툴홀더에 제공하며 상기 마이크로컨트롤러를 통해 상기 툴홀더에서 피드백되는 정보를 수신하는 수치제어장치;
    상기 수치제어장치와 연계하여 상기 툴홀더에 관한 정보를 표시하고 상기 툴홀더를 제어할 가공프로그램 요소 및 제어 파라메터를 입력하는 HMI 화면을 포함하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동수단은 툴홀더를 독립된 축계로 이동시키는 서보모터로 이루어지는 구동부와 상기 구동부를 제어하는 드라이버와 배터리를 포함하는 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 HMI 화면은 상기 수치제어장치와 상기 마이크로컨트롤러 사이의 시리얼 통신 상태를 표시하는 시리얼통신 상태 표시부와, 상기 마이크로컨트롤러의 동작 상태 정보를 표시하는 마이크로컨트롤러 정보 표시부와, 상기 수치제어장치와 상기 마이크로컨트롤러 사이에서 가공프로그램에 의한 명령 정보 내용을 표시하는 통신문자 표시부와, 상기 블루투스 송수신기의 맥 어드레스(Mac Address), 배터리 잔량, 상기 툴홀더의 이동 위치 좌표를 포함하여 툴홀더와 관련된 정보를 표시하는 툴홀더 정보 표시부와, 공작기계의 일측에 설치된 카메라를 통해 촬영한 툴홀더 영상 정보를 출력하는 툴홀더 영상 표시부와, 상기 툴홀더의 이동 동작 지령 값과 상기 툴홀더의 배터리 전압 점검 요청 주기와 상기 수치제어장치와 상기 마이크로컨트롤러 사이의 시리얼통신 통신 에러 점검주기를 포함하여 상기 툴홀더와 관련된 제어 정보를 입력하는 입력부와, 상기 입력부를 통해 입력한 툴홀더 이동 동작 지령을 가공프로그램으로 작성하여 표시하는 프로그램 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 블루투스 송수신기는 맥 어드레스(Mac Address) 방식으로 툴홀더 및 마이크로컨트롤러와 통신연결 되며, 상기 마이크로컨트롤러의 이이피롬(EEPROM)에 상기 맥 어드레스를 저장함으로서 툴홀더에 전원이 인가되면 자동으로 툴홀더 및 마이크로컨트롤러와 페어링되는 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 장치.
  5. HMI 화면의 입력부를 통해 수치제어장치의 가공 프로그램에 툴홀더의 작동이 필요한 가공 순서에 툴홀더 작동 지령용 M코드를 기입하고, 수치제어장치의 가공프로그램 자동 생성기능을 이용하여 툴홀더 작동 지령이 삽입된 가공프로그램을 작성하는 툴홀더용 가공프로그램 작성단계(S100);
    상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 작성한 가공프로그램이 수치제어장치에서 실행되어 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드 실행 순서가 되면, 상기 수치제어장치에서 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드의 내용을 시리얼통신을 통해 마이크로컨트롤러에 전송하고, 상기 마이크로컨트롤러는 상기 수치제어장치에서 수신한 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드의 내용을 상기 블루투스 송수신기에 무선 전송하는 가공프로그램 실행단계(S200);
    상기 블루투스 송수신기에서 수신한 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드의 내용을 툴홀더 구동부의 드라이버에 전송하여 툴홀더 구동부에 의해 툴홀더를 지령된 M코드의 내용 대로 이동시키는 툴홀더 제어 실행단계(S300);
    상기 툴홀더 제어 실행단계(S300)에서 미리 정해진 시간 이내에 M코드의 내용 대로 상기 툴홀더가 이동하였는지를 확인하고, 상기 툴홀더의 이동이 확인된 경우 툴홀더 지령 완료 확인 메시지를 블루투스 송수신기를 통해 마이크로컨트롤러에 전송하고, 상기 마이크로컨트롤러는 이 메시지를 수치제어장치에 전송하는 명령 완료 확인단계(S400)를 포함하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 툴홀더용 가공프로그램 작성단계(S100)는 작성된 가공프로그램을 HMI 화면의 프로그램 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 툴홀더용 가공프로그램 작성단계(S100)에서 입력부를 통해 입력되는 상기 툴홀더 작동 지령용 M코드는 상기 툴홀더 축계의 Y축 방향의 이동 방향과 거리인 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 가공프로그램 실행단계(S200)는 수치제어장치에서 시리얼통신을 통해 상기 마이크로컨트롤러에 전송하는 상기 툴홀더 동작 지령용 M코드의 내용을 상기 HMI 화면의 통신문자 표시부에 표시하는 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 상기 입력부를 통해 상기 수치제어장치가 상기 마이크로컨트롤러와 상기 블루투스 송수신기를 통해 상기 툴홀더의 배터리 전압 정보를 요청하는 주기와 상기 수치제어장치가 상기 마이크로컨트롤러에 대해 시리얼통신 에러를 점검하는 주기를 입력하고,
    상기 툴홀더 제어 실행단계(S300)에서 상기 수치제어장치는 상기 입력한 배터리 전압 정보 요청 주기 마다 상기 마이크로컨트롤러와 상기 블루투스 송수신기를 통해 툴홀더의 배터리 전압 값의 제공을 명령하여 그 값을 제공받고, 상기 제공받은 전압 값은 상기 HMI 화면의 툴홀더 정보 표시부에 표시하고, 상기 제공받은 전압 값이 미리 정한 전압 값보다 작을 경우에는 HMI 화면을 통해 배터리 교체를 알리는 메시지와 알람을 출력하고,
    상기 수치제어장치는 상기 가공프로그램 작성단계(S100)에서 상기 입력한 시리얼통신 통신 에러 점검 주기 마다 상기 마이크로컨트롤러에 특정 신호를 요구하여 제공 받고, 상기 제공 받은 특정 신호 값을 상기 HMI 화면의 시리얼통신 데이터 표시부에 표시하고, 상기 마이크로컨트롤러로부터 특정 신호를 정상적으로 제공 받지 못한 경우에는 HMI 화면의 시리얼통신 데이터 표시부를 통해 시리얼통신 에러를 알리는 메시지와 알람을 출력하는 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법.
  10. 제 5 항에 있어서, 공작기계의 일측에 설치된 카메라를 통해 촬영한 툴홀더 작동 상황 영상 정보를 HDMI 화면의 툴홀더 영상 표시부에 출력하는 것을 더 포함하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법.
  11. 제 5 항에 있어서, 상기 명령 완료 확인단계(S400)는 상기 수치제어장치에서 미리 정해진 시간 이내에 툴홀더의 지령 완료 확인 메시지가 정상적으로 수신된 경우 가공프로그램 상의 다음 가공 공정을 계속 수행 하도록 하고, HMI 화면의 툴홀더 정보 표시부에 툴홀더의 지령 완료 확인 메시지를 표시하고, 상기 수치제어장치에서 미리 정해진 시간 이내에 툴홀더의 지령 완료 확인 메시지를 수신하지 못한 경우 알람을 발생시키고 HMI 화면의 툴홀더 정보 표시부에 알람 메시지를 표시하는 것을 특징으로 하는 착탈식 툴홀더의 무선통신 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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