KR20240082066A - 수치제어 코드를 처리하는 치과용 보철 가공 장비 및 방법 - Google Patents

수치제어 코드를 처리하는 치과용 보철 가공 장비 및 방법 Download PDF

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KR20240082066A
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Abstract

보철물의 가공 시간을 효율적으로 감소시킬 수 있도록 수치제어 코드를 처리하는 치과용 보철 가공 장비 및 방법이 개시된다. 상기 치과용 보철 가공 장비는, 보철물의 가공을 위해 제공된 수치제어(NC) 코드의 가공부 이동 속도(F)를, 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값에 따라, 속도 변경 범위 내에서 변경하여 후처리된 NC 코드를 출력하는 연산부(10); 상기 연산부에서 후처리된 NC 코드에 따라 가공 장비 제어 신호를 출력하고, 해당 NC 코드에 의해 수행된 가공 정보를 얻는 모션 제어부(20); 및 상기 모션 제어부(20)의 제어 신호에 따라 소정의 목표 가공 위치값으로 보철물을 가공하는 가공부(30)를 포함하며, 상기 모션 제어부(20)에서 얻어진 가공 정보에 따라, 후처리된 NC 코드의 가공부 이동 속도(F)를 변경하는 속도 변경 범위를 갱신한다.

Description

수치제어 코드를 처리하는 치과용 보철 가공 장비 및 방법{Dental prosthesis processing device and method for processing numerical control code}
본 발명은 치과용 보철 가공 장비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 보철물의 가공 시간을 효율적으로 감소시킬 수 있도록 수치제어 코드를 처리하는 치과용 보철 가공 장비 및 방법에 관한 것이다.
치과용 보철물의 가공에 사용되는 장비는 일반적으로 스텝 모터를 이용하는 수치제어(Numerical Control: NC) 장비로서, 치아 형상 데이터와 CAD/CAM 시스템을 이용해서 얻은 가공 데이터(data), 즉, 수치제어(Numerical Control: NC) 코드에 의해 가공기를 제어하여 보철물을 가공한다(특허등록 10-1854730호 참조).
일반적으로 산업용 CNC (Computer Numerical Control) 장비 (터닝 센터, 머시닝 센터, 방전 가공기 등)에 있어서는, 고속 및 고정밀 서보 제어 기술을 이용하며, 각 서보 기술의 성능에 부합하는 NC 데이터를 통해 정확하고 빠르게 장비를 동작시킨다. 이러한 고성능 NC 기술을 구현하기 위해서는 많은 비용이 소모되며, 치과용 장비의 경우에도, 고성능 NC 기술을 이용한 고가의 치과 기공소용 장비가 사용되고 있으며, 정밀 NC 데이터를 얻기 위한 고가의 소프트웨어(SW)도 판매되고 있다. 반면 저가의 치과용 보철물 가공 장비에서는, 보철물의 특징에 따라, 제한된 기능과 이에 따른 상대적으로 낮은 비용의 제어 장비가 사용된다. 낮은 비용의 제어 장비는, 일반적인 상용 CNC 서보 제어기를 사용하지 않는 장비 또는 서보 제어기 중 특정 제어 기능이 없는 저가의 제어 장비를 의미하며, 여기서는 편의상 저가 제어기로 표현한다.
저가 제어기는 그 특성상 CAM에서 작성된 NC 코드(또는 G code)의 후처리 기능이 없거나 제한적인 기능만을 가지는데, 해당 NC 코드는 이미 고도의 연산을 통해 작성된 데이터로 장비의 위치 값과 이동 속도 값이 정의되어 있다. 따라서 후처리 기법을 사용할 경우, 장비 전체에 영향을 미치게 되기 때문에, 저가 제어기에서는 2축 또는 3축 속도 보간법(interpolation) 정도가 사용된다. 스텝 모터를 사용한 장비에서 2축 또는 3축 속도 보간법을 이용할 경우, 장비의 속도가 급격히 증가하는 부분이 발생한다. 이를 해결하기 위해, 저가 제어기에서는 속도 변화의 절대치를 낮추는 방법, 즉 가공 속도를 전체적으로 감소시키는 방법이 사용된다. 일반적인 치과용 보철 가공 장비의 1회 가공 시간은 보통 20분 이내이며, 고성능 가공 장비의 1회 가공 시간은 10분 정도이다. 고성능 가공 장비는 가공 시간을 줄이기 위해, 가공 절삭 공구를 양 방향으로 배치하여 좌우(또는 상하)를 동시에 가공함으로써 가공 시간을 줄이고 있다. 치과용 보철 가공 장비에 있어서, 고비용이 소요되는 추가적인 기구 또는 고가의 제어기를 사용하지 않고, 보철물의 가공에 소요되는 시간을 효율적으로 감소시킬 필요가 있다.
특허등록 10-1854730호
본 발명의 목적은, 보철물의 가공 시간을 효율적으로 감소시킬 수 있도록 수치제어 코드를 처리하는 치과용 보철 가공 장비 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 연산 부담이 작고, 저가의 제어기에서도 수행될 있도록 수치제어 코드를 처리하는 치과용 보철 가공 장비 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 분진과 물에 의한 장비 노후화 등, 보철 가공 장비의 상태에 따라, 수치제어 코드를 처리하여, 장시간 사용자의 수정없이 일정한 가공 시간을 유지할 수 있는 치과용 보철 가공 장비 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 보철물의 가공을 위해 제공된 수치제어(NC) 코드의 가공부 이동 속도(F)를, 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값에 따라, 속도 변경 범위 내에서 변경하여 후처리된 NC 코드를 출력하는 연산부(10); 상기 연산부에서 후처리된 NC 코드에 따라 가공 장비 제어 신호를 출력하고, 해당 NC 코드에 의해 수행된 가공 정보를 얻는 모션 제어부(20); 및 상기 모션 제어부(20)의 제어 신호에 따라 소정의 목표 가공 위치값으로 보철물을 가공하는 가공부(30)를 포함하며, 상기 모션 제어부(20)에서 얻어진 가공 정보에 따라, 후처리된 NC 코드의 가공부 이동 속도(F)를 변경하는 속도 변경 범위를 갱신하는 것인, 치과용 보철 가공 장비를 제공한다.
또한, 본 발명은, 보철물의 가공을 위해 제공된 NC 코드의 가공부 이동 속도(F)를, 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값에 따라, 속도 변경 범위 내에서 변경하여 후처리된 NC 코드를 생성하는 단계(S10); 후처리된 NC 코드에 따라, 보철물을 가공하는 단계(S20); 및 보철물이 가공된 가공 정보에 따라 가공부 이동 속도(F)를 변경하기 위한 속도 변경 범위를 갱신하는 단계(S30)를 포함하며, 상기 갱신된 속도 변경 범위에 따라, 상기 단계들이 반복되는 것인, 치과용 보철 가공 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 치과용 보철 가공 장비 및 방법에 의하면, 보철물의 가공 시간을 효율적으로 감소시킬 수 있으며, 연산 부담이 작고, 저가의 제어기에서도 수행될 있도록 수치제어 코드를 처리한다. 또한, 본 발명에 따른 치과용 보철 가공 장비 및 방법에 의하면, 분진과 물에 의한 장비 노후화 등, 보철 가공 장비의 상태에 따라, 수치제어 코드를 처리하여, 장시간 사용자의 수정없이 일정한 가공 시간을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 보철 가공 장비의 개략적인 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 치과용 보철 가공 장비에 사용되는 수치제어 코드(NC code)의 일 예를 보여주는 도면.
도 3은 수치제어 코드에 따라 보철물을 가공하는 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 NC 코드의 목표 가공 위치값이 급격히 변화함에 따라, 가공부(30) 이동의 감속 위치를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 치과용 보철 가공 장비에 있어서, 후처리된 수치제어 코드(NC code)의 일 예를 보여주는 도면.
도 6은 가공부 이동 속도(F)의 속도 변화의 일 예를 보여주는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 보철 가공 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 보철 가공 장비의 개략적인 구성을 보여주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 치과용 보철 가공 장비는, 수치제어(Numerical Control: NC) 코드를 처리하는 연산부(10), 상기 연산부(10)에서 처리된 NC 코드에 따라 가공 장비 제어 신호를 출력하는 모션 제어부(20), 및 상기 모션 제어부(20)의 제어 신호에 따라 소정의 목표 가공 위치값으로 보철물을 가공하는 가공부(30)를 포함한다.
상기 연산부(10)는 보철물의 가공을 위해 제공된 수치제어(NC) 코드의 가공부 이동 속도(F)를, 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값에 따라, 속도 변경 범위 내에서 변경하여 후처리된 NC 코드를 출력한다. 도 2는 본 발명에 따른 치과용 보철 가공 장비에 사용되는 수치제어 코드(NC code)의 일 예를 보여주는 도면이다. 상기 NC 코드는, 구동 코드, 가공기(30)의 목표 가공 위치값 및 상기 목표 가공 위치값에 도달하기 위한 가공부(30) 이동 속도를 포함하한다. 예를 들면, 도 2에 도시된 NC 코드는 2개의 가공기(6축 장비)를 구동시키는 코드로서, 제1 열의 N으로 시작하는 라인 번호(Line number)는 구동 코드(일련 번호)이고, 제2 내지 제4 열은 제1 가공기의 목표 가공 위치값(X, Y, Z 좌표값), 제5 내지 제7 열은 제2 가공기의 목표 가공 위치값(U, V, W 좌표값), 제8 열은 목표 가공 위치값에 도달하기 위한 가공부(30) 이동 속도(F, feed rate)를 나타낸다. 상기 NC 코드에서, 각각의 구동 코드(line)는 보철물의 가공 형상에 따라 조밀하게(가공부(30)의 최소 이동 단위로 조밀하게) 제공되거나, 수 mm 단위로 엉성하게 듬성듬성 제공된다. 예를 들어, 보철물의 가공 형상에서, 요철부의 굴곡이 심해지면 가공을 위한 NC 코드가 조밀하게, 즉, 가공부(30)의 이동 거리가 짧도록 제공되고, 가공부(30)의 모터는 NC 코드가 요청한 속도(F: feed rate)로 동작할 수 없는 경우가 있다. 고성능 제어기가 사용되면, 가공부(30)를 각각의 축 방향으로 구동시키는 모터의 특성에 따라 가공 속도를 적절히 감속 또는 가속할 수 있으나, 저가의 제어기가 사용되는 경우, 요청한 속도를 적절히 감속하지 못하여, 누적 가공 오차가 발생한다. 이와 같이 발생한 누적 가공 오차가 일정 값을 넘지 않아야 하므로, 저가의 제어기는 가공 속도를 전체적으로 낮추는 원시적인 해결 방법을 사용한다.
도 3은 수치제어 코드에 따라 보철물을 가공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 A는 보철물(5)의 가공 형상을 보여주며, B는 보철물(5)의 a-a선에 해당하는 형상을 가공하기 위한 목표 가공 위치값을 나타낸다. 도 3의 B에 나타낸 바와 같이, 목표 가공 위치값들의 플롯(plot)은 가공 형상에 따라 조밀하게 제공되거나, 엉성하게 듬성듬성 제공된다. 도 4는 NC 코드의 목표 가공 위치값이 급격히 변화함에 따라, 예를 들면, 좌우 동작 방향 변경 또는 정지에 따라, 가공부(30) 이동 모터의 감속 위치(p1, p2, p3, p4)를 보여주는 도면이다. 이와 같이, NC 코드의 목표 가공 위치값이 변화하므로, 연산부(10)는, 연산부(10)에 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값(예를 들면, 현재 가공 위치에서 목표 가공 위치까지의 거리, 각도 등)에 따라, 속도 변경 범위 내에서, 가공부 이동 속도(F, feed rate)를 변경, 즉, 후처리한다. 예를 들면, 도 2에 도시된 NC 코드는, 도 5에 도시된 바와 같이, 가공부 이동 속도(F, feed rate)가 변경된 NC 코드로 변경, 즉, 후처리될 수 있다.
NC 코드의 후처리에 있어서, 가공부 이동 속도(F)를 변경할 때, 속도의 크기(Level)는 조정이 되어야 하지만, 가공부 이동 속도(F)의 변화가 너무 빠르면 모터 제어에서 오류가 발생할 확률이 높다. 따라서 적절한 속도 변화가 이루어져야 한다. 도 6은 가공부 이동 속도(F)의 속도 변화(속도 기울기)의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 6에서, 가로축은 시간, 세로축은 가공부 이동 속도(F)이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 가공부 이동 속도(F)는 큰 가속도로 변화되거나(a1), 중간 가속도로 변화되거나(a2), 낮은 가속도로 변화될 수 있다(a3). NC 코드의 후처리에 있어서, 가공부 이동 속도(F)의 변경은 속도 변경 범위 내에서 수행된다. 상기 속도 변경 범위는, 가공부 이동 속도(F)가 증가하는 최대 가속도(maximum acceleration), 가공부 이동 속도(F)가 감소하는 최대 감속도(maximum deceleration), 최대 가공부 이동 속도(maximum feed rate, max F) 및 최소 가공부 이동 속도(minimum feed rate, min F)를 포함한다. 예를 들면, 연산부(10)는, 가공부 이동 속도(F)가 변화하는 최대 가속도(max acceleration)를 210 mm/ms로 설정하고, 최대 감속도(max deceleration)을 210 mm/ms로 설정하고, 최대 가공부 이동 속도(max F)를 2000 mm/ms로 설정하고, 최소 가공부 이동 속도(min F)를 400 mm/ms로 설정하고, 상기 범위 내에서, 목표 가공 위치값에 따라 가공부 이동 속도(F)를 변경할 수 있다.
후처리된 NC 코드를 이용하여, 모션 제어부(20)가 가공부(30)를 구동시키면, 모션 제어부(20)에는 해당 NC 코드의 가공 정보가 얻어진다. 상기 가공 정보는, (i) 후처리된 NC 코드의 구동 코드(Line Number), (ii) 해당 구동 코드의 목표 가공 위치값(X, Y, Z 등의 입력 좌표), (iii) 해당 구동 코드가 실행된 후, 가공부(30)의 실제 가공 위치값(해당 구동 코드의 동작이 완료된 후, X, Y, Z 등의 실제 가공 위치 좌표), (iv) 위치 편차 강제 조정시의 가공부(30) 이동 속도 등을 포함한다. 상기 모션 제어부(20)는 실시간으로 가공부(30)의 실제 가공 위치값을 검출하며, 검출된 실제 가공 위치값을 저장 및/또는 전송할 수 있다. 또한, 모션 제어부(20)는 가공부(30)의 가공 위치 편차(목표 가공 위치값과 실제 가공 위치값의 차이)를 보정하는 기능을 가지며, 위치 편차를 보정하기 위해 가공부(30)의 이동 속도를 소정의 속도로 자동으로 조절한다. 만일, 상기 가공부(30)의 가공 위치 편차가 자동으로 보정되지 않으면, 가공 오차가 누적되어, 보철물을 원하는 형상으로 가공할 수 없다. 상기 모션 제어부(20)에서 자동 조절된, 즉 위치 편차에 따라 강제로 구동된 가공부(30)의 이동 속도는 다른 가공 정보와 함께 연산부(10)로 전달된다. 즉, 상기 가공 정보는, 각 구동 코드에 해당하는 가공이 완료된 시점에, NC 코드를 후처리하는 연산부(10)로 전송된다. 상기 가공 정보의 전송 시, 데이터의 크기를 감안하여 각 구동 코드의 특정 부분만 선택하여 전송할 수 있다.
상기 연산부(10)는, 연산된 가공 데이터(즉, 처리된 NC 코드)와 가공부(30)의 실제 가공 결과(예를 들면, 실제 가공 위치값, 위치 편차에 따른 이동 속도)에 따라, 다음 후처리 연산 단계에서, 가공 시간을 감소시키도록 NC 코드를 처리한다. 즉, 모션 제어부(20)에서 전송된 가공 정보에 따라, 연산부(10)는 후처리된 NC 데이터를 만드는 속도 변경 범위, 예를 들면, 최대 가속도(max acceleration), 최대 감속도(max deceleration), 최대 가공부 이동 속도(max F) 및 최소 가공부 이동 속도(min F)를 갱신한다. 예를 들면, 모션 제어부(20)가 하나의 NC 코드를 구동시킬 때, 위치 편차가 없거나 허용 범위 이내이면, 연산부(10)는 후처리된 NC 데이터를 만드는 최대 가속도(max acceleration), 최대 감속도(max deceleration), 최대 가공부 이동 속도(max F) 및 최소 가공부 이동 속도(min F)를 그대로 사용하거나 증가시키고, 위치 편차가 허용 범위를 초과하면, 연산부(10)는 최대 가속도(max acceleration), 최대 감속도(max deceleration), 최대 가공부 이동 속도(max F) 및 최소 가공부 이동 속도(min F)를 감소시킨다. 따라서, 모션 제어부(20)에서 연산부(10)로 전송하는 가공 정보에 포함된 구동 코드 및 해당 위치의 X, Y, Z 등의 축(Axis) 변화량(좌표 이동 량)에 따라, 모션 제어부(20)에서 자동 조정된 이동 속도를 저장하고, 그에 따라 후처리 조건을 변경하여, 다음 NC 구동 코드의 후처리에 사용한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 치과용 보철 가공 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라, 치과용 보철물을 가공하기 위해서는, 먼저, 보철물의 가공을 위해 제공된 NC 코드의 가공부 이동 속도(F)를, 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값에 따라, 속도 변경 범위 내에서 변경하여 후처리된 NC 코드를 생성(출력)한다(S10). 다음으로, 후처리된 NC 코드에 따라, 보철물을 가공하고(S20), 보철물이 가공된 가공 정보에 따라 가공부 이동 속도(F)를 변경하기 위한 속도 변경 범위를 갱신한다(S30). 이와 같이 갱신된 속도 변경 범위에 따라, 상기 단계들(S10, S20, S30)이 반복된다. 여기서, 상술한 바와 같이, 상기 속도 변경 범위는 가공부 이동 속도(F)가 증가하는 최대 가속도(max acceleration), 가공부 이동 속도(F)가 감소하는 최대 감속도(max deceleration), 최대 가공부 이동 속도(max F) 및 최소 가공부 이동 속도(min F) 등을 포함할 수 있다. 또한, 보철물이 가공된 가공 정보는 (i) 후처리된 NC 코드의 구동 코드(Line Number), (ii) 해당 구동 코드의 목표 가공 위치값, (iii) 상기 구동 코드가 실행된 후, 가공부(30)의 실제 가공 위치값, 및 (iv) 위치 편차 강제 조정시의 가공부(30) 이동 속도 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 속도 보간법에 의해 NC 코드의 가공 속도를 변경하는데 있어서, 보간법 실행시 입력 변수로 사용되는 값, 구체적으로, 최대 가속도(max acceleration), 최대 감속도(max deceleration), 최대 가공부 이동 속도(max F) 및 최소 가공부 이동 속도(min F) 등을 가공 회수마다 자동 갱신(학습 알고리즘)하여, 다음 가공 시 갱신된 변수로 NC 코드를 후처리할 수 있다. 따라서, 사용자가 제어 변수를 수정하지 않고, 장기간 장비를 손쉽게 사용할 수 있다. 예를 들면, 분진과 물 등에 의해 장비가 노후화하거나, 보철 가공 장비의 상태가 변화하더라도, NC code의 후처리 변수를 자동 수정하여, 장시간 사용자의 제어 변수 수정 없이, 일정한 가공 시간을 유지할 수 있다.
이상 첨부된 도면과 예시적인 실시예들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 도면에 도시된 내용 및 상술한 실시예들로 한정되지 않는다. 하기 청구항에서 이해를 돕기 위하여 도면 부호를 표기하였으나, 하기 청구항의 범위는 도면 부호 및 도면에 도시된 내용에 한정되지 않고, 예시적인 실시예의 변형들, 등가의 구성들 및 기능들을 모두 포괄하도록 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 보철물의 가공을 위해 제공된 수치제어(NC) 코드의 가공부 이동 속도(F)를, 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값에 따라, 속도 변경 범위 내에서 변경하여 후처리된 NC 코드를 출력하는 연산부(10);
    상기 연산부에서 후처리된 NC 코드에 따라 가공 장비 제어 신호를 출력하고, 해당 NC 코드에 의해 수행된 가공 정보를 얻는 모션 제어부(20); 및
    상기 모션 제어부(20)의 제어 신호에 따라 소정의 목표 가공 위치값으로 보철물을 가공하는 가공부(30)를 포함하며,
    상기 모션 제어부(20)에서 얻어진 가공 정보에 따라, 후처리된 NC 코드의 가공부 이동 속도(F)를 변경하는 속도 변경 범위를 갱신하는 것인, 치과용 보철 가공 장비.
  2. 제1항에 있어서, 상기 NC 코드는, 구동 코드, 가공기(30)의 목표 가공 위치값 및 상기 목표 가공 위치값에 도달하기 위한 가공부(30) 이동 속도를 포함하는 것인, 치과용 보철 가공 장비.
  3. 제1항에 있어서, 상기 속도 변경 범위는, 가공부 이동 속도(F)가 증가하는 최대 가속도(max acceleration), 가공부 이동 속도(F)가 감소하는 최대 감속도(max deceleration), 최대 가공부 이동 속도(max F) 및 최소 가공부 이동 속도(min F)를 포함하는 것인, 치과용 보철 가공 장비.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가공 정보는, (i) 후처리된 NC 코드의 구동 코드, (ii) 해당 구동 코드의 목표 가공 위치값, (iii) 해당 구동 코드가 실행된 후, 가공부(30)의 실제 가공 위치값, 및 (iv) 목표 가공 위치값과 실제 가공 위치값의 차이인 위치 편차 강제 조정시의 가공부(30) 이동 속도를 포함하는 것인, 치과용 보철 가공 장비.
  5. 제1항에 있어서, 상기 모션 제어부(20)는 실시간으로 가공부(30)의 실제 가공 위치값을 검출하며, 목표 가공 위치값과 실제 가공 위치값의 차이인 위치 편차를 보정하기 위해 가공부(30)의 이동 속도를 소정의 속도로 자동으로 조절하는 것인, 치과용 보철 가공 장비.
  6. 보철물의 가공을 위해 제공된 NC 코드의 가공부 이동 속도(F)를, 제공된 NC 코드의 목표 가공 위치값에 따라, 속도 변경 범위 내에서 변경하여 후처리된 NC 코드를 생성하는 단계(S10);
    후처리된 NC 코드에 따라, 보철물을 가공하는 단계(S20); 및
    보철물이 가공된 가공 정보에 따라 가공부 이동 속도(F)를 변경하기 위한 속도 변경 범위를 갱신하는 단계(S30)를 포함하며,
    상기 갱신된 속도 변경 범위에 따라, 상기 단계들이 반복되는 것인, 치과용 보철 가공 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 속도 변경 범위는 가공부 이동 속도(F)가 증가하는 최대 가속도(max acceleration), 가공부 이동 속도(F)가 감소하는 최대 감속도(max deceleration), 최대 가공부 이동 속도(max F) 및 최소 가공부 이동 속도(min F)를 포함하는 것인, 치과용 보철 가공 방법.
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