KR970005556B1 - Apparatus of shape process - Google Patents
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Abstract
Description
제1도는 일반적인 X-Y 플로터방식 광조형장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a general X-Y plotter type optical molding apparatus.
제2도는 일반적인 광조형장치의 조형동작에 대한 신호 흐름도.2 is a signal flow diagram for a molding operation of a general optical molding apparatus.
제3도는 일반적인 광조형장치에서의 모터속도 파형도.3 is a waveform diagram of a motor speed in a general optical molding apparatus.
제4도는 본 발명의 적용부위를 보인 X-Y 플로터방식 광조형장치의 개략도.Figure 4 is a schematic diagram of an X-Y plotter-type optical molding device showing the application of the present invention.
제5도는 본 발명의 광조형장치를 이용한 입체형상 형성장치의 블록도.5 is a block diagram of a three-dimensional shape forming apparatus using the optical shaping device of the present invention.
제6도의 (a)는 본 발명에 의한 레이저 빔 온, 오프제어 파형도.Fig. 6A is a waveform diagram of a laser beam on and off control according to the present invention.
(b)는 모터속도에 비례한 레이저의 출력제어 파형도.(b) is the output control waveform of the laser in proportion to the motor speed.
제7도의 (a)는 일반적인 광조형장치에 의해 가공된 수지의 경화상태도.Figure 7 (a) is a state of cure of the resin processed by a general optical molding apparatus.
(b)는 본 발명의 광조형장치에 의해 가공된 수지의 경화상태도.(b) is the hardened state of the resin processed by the optical shaping | molding apparatus of this invention.
제8도는 본 발명의 동작 신호 흐름도.8 is a flowchart of an operation signal of the present invention.
제9도는 본 발명의 다른 실시예를 보인 광조형장치의 블록도.9 is a block diagram of an optical molding apparatus showing another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
21 : 콘트롤러 22 : 모터구동기21: controller 22: motor driver
23 : 모터 24 : 레이저빔 발진부23 motor 24 laser beam oscillator
25 : 감쇠기 26 : 주사렌즈25 attenuator 26 scanning lens
본 발명은 광조형장치를 이용하여 3차원 형상을 가공하는 기술에 관한 것으로, 특히 X-Y 플로터타입(Plotter Type)으로 레이저를 특정한 광파장에서 경화되는 수지에 선택적으로 조사하고, 순차적으로 적층시켜 3차원 입체형상을 제작하는 시스템에서 가감속구간에서도 정속운동구간과 같은 수지의 경화정도를 얻도록 한 광조형장치를 이용한 입체형상 형성장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for processing a three-dimensional shape by using an optical molding apparatus. In particular, the laser is selectively irradiated to a resin cured at a specific light wavelength in an XY plotter type, and sequentially laminated to three-dimensional solid. The present invention relates to a three-dimensional shape forming apparatus using an optical molding apparatus to obtain a degree of curing of the resin, such as a constant speed movement section, even in an acceleration / deceleration section in a shape manufacturing system.
제1도는 일반적인 X-Y 플로터방식의 광조형장치의 개략도이고, 제2도는 제1도와 같은 광조형장치의 조형동작에 대한 신호 흐름도로서 제3도를 참조하여 이와 같은 광조형장치의 조형작용을 설명하면 다음과 같다.FIG. 1 is a schematic diagram of a general XY plotter-type optical molding apparatus, and FIG. 2 is a signal flow diagram of a molding operation of the optical molding apparatus as shown in FIG. 1, and the molding operation of such an optical molding apparatus will be described with reference to FIG. As follows.
먼저, 캐드(CAD) 시스템을 이용하여 3차원 형상을 작성한 후 생성된 캐드 데이터를 적절히 변환시켜 순차적으로 가공할 수 있는 데이터 포맷을 형성한다.First, a three-dimensional shape is created using a CAD system, and the generated CAD data is appropriately converted to form a data format that can be processed sequentially.
그리고, 상기 변형된 가공데이터를 이용하여 제1층부터 하기의 순서로 가공작업을 수행한다.Then, the machining operation is performed in the following order from the first layer using the modified processing data.
① 이동하고자 하는 좌표를 X-Y 플로터의 콘트롤러(2)에 전송한다.① Transfer the coordinate to move to the controller (2) of X-Y plotter.
② 콘트롤러(2)에서 이동좌표에 상응되는 펄스를 발생시켜 이를 X-Y 플로터의 모터구동기에 전송한다.② The controller 2 generates a pulse corresponding to the moving coordinate and transmits it to the motor driver of the X-Y plotter.
③ X, Y, Z축 구동기(3), (4), (10)는 서보모터를 구동시켜 각각의 X, Y, Z 축 로봇(6), (5), (9)을 설정된 좌표까지 이동시킨다.③ X, Y, Z axis drivers (3), (4), (10) drive the servo motor to move the respective X, Y, Z axis robots (6), (5), (9) to the set coordinates. Let's do it.
④ 가공형상에 따라 선택적으로 레이저를 발생하거나 차단한다.④ Generate or block the laser selectively according to the processing shape.
⑤ 1층 단면적의 가공이 종료될 때까지 ①∼④의 과정을 반복수행한다.⑤ Repeat the process of ① to ④ until processing of 1st floor cross section is completed.
⑥ 1층의 가공이 종료되면 Z축 로봇(9)을 하강 또는 상승시켜 다음 층 단면적 가공을 위한 수지를 확보한다.⑥ After finishing the first floor, lower or raise the Z-axis robot (9) to secure the resin for the next floor cross-section.
⑦ 균일한 적층을 얻기 위해 밀대장치를 이용하여 수지면을 층 두께를 두고 긁어준다.⑦ Scrape the surface of the water with a thickness using a pusher to get a uniform lamination.
⑧ 밀대운동이 종료되면 다음 층에 대해 ①∼⑦의 과정을 반복수행하여 3차원형상이 적층가공된다.⑧ After the push-up motion is completed, 3D shape is laminated by repeating the process of ①∼⑦ for the next layer.
한편, 상기 서보모터의 동작원리를 설명하면, 콘트롤러(2)에서 X, Y, Z축 구동기(3), (4), (10)에 원하는 위치까지의 이동거리에 상응되는 펄스수를 출력하고, 그 출력펄스 수를 카운트한다.On the other hand, when explaining the operation principle of the servomotor, the controller 2 outputs the number of pulses corresponding to the moving distance from the desired position to the X, Y, Z axis drivers (3), (4), (10) , The output pulse number is counted.
이때, 서보모터의 엔코더는 현재 가지고 있는 펄스를 피드백시키고 그 피드백되는 펄스의 수를 카운트한다.At this time, the encoder of the servo motor feeds back the current pulse and counts the number of pulses fed back.
이후, 상기에서 각기 카운트된 값의 차값을 구하여 그 디지털 차신호를 아날로그 신호로 변환함과 아울러 적정 수준으로 증폭하고 해당 전압을 발생시켜 서보모터를 구동한다.Subsequently, the difference value of each counted value is obtained, the digital difference signal is converted into an analog signal, amplified to an appropriate level, and a corresponding voltage is generated to drive the servomotor.
이때, 서보모터가 구동을 시작하여 정속도에 이르기까지 시간적인 차이가 나타나는데(시정수), 이것을 그래프로 표현한 것이 제3도이다.At this time, the servo motor starts to drive and the time difference appears until the constant speed (time constant).
이와 같은 현상에 의해 스타트 포인트 부근과 엔드포인트 부근에는 가, 감속구간이 나타나게 된다.Due to this phenomenon, acceleration and deceleration sections appear in the vicinity of the start point and the end point.
따라서, 이 구간에서는 레이저 빛이 조사시간이 정속운동구간보다 길어진다.Therefore, the irradiation time of the laser light in this section is longer than the constant speed section.
이와 같이 일반적인 X-Y 플로터 방식의 광조형장치에 있어서는 서보모터의 구동 시작점 부근과 구동 종료점 부근에서 나타나는가, 감속구간에서 레이저 빛의 조사시간이 정속운동구간보다 길어져 조형물이 원치 않는 구조로 변형되는 문제점이 있었다.As described above, in the general XY plotter type optical molding apparatus, there is a problem in that it appears near the driving start point and the driving end point of the servomotor, or the irradiation time of the laser light in the deceleration section is longer than the constant speed movement section, so that the sculpture is deformed into an unwanted structure. .
따라서, 본 발명의 목적은 서보모터의 동작 특성상 가감속구간에서도 정속운동구간과 같은 수지의 경화 정도를 얻을 수 있도록 하기 위해 서보모터의 구동전압에 비례하여 레이저의 출력을 조절하는 조형장치를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a molding apparatus that adjusts the output of the laser in proportion to the drive voltage of the servomotor in order to obtain a degree of curing of the resin such as the constant speed movement section even in the acceleration / deceleration section due to the operation characteristics of the servomotor. have.
본 발명의 또 다른 목적은 서보모터의 회전수에 비례하여 레이저의 출력을 조절하는 조형장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a molding apparatus for adjusting the output of the laser in proportion to the rotational speed of the servomotor.
제4도는 본 발명의 X-Y 플로터방식의 광조형장치의 개략도로서 이에 도시한 바와 같이, 제1도에서와 달리 콘트롤러(2)와 셧터(14)간에 연결된 레이저 빔 셧터라인을 필요로 하지 않음을 알 수 있다.FIG. 4 is a schematic view of the XY plotter type optical molding apparatus of the present invention, and as shown in FIG. 1, it is understood that, unlike FIG. 1, a laser beam shutter line connected between the controller 2 and the shutter 14 is not required. Can be.
제5도는 본 발명 광조형장치를 이용한 입체형상 형성장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 모터(23)로부터 귀환되는 신호를 근거로 제어펄스를 보정하여 목표속도로 회전되게 하는 콘트롤러(21)와, 상기 콘트롤러(21)에서 출력되는 제어펄스에 따라 모터(23)에 구동전압(Vd)을 공급하는 모터 구동기(23)와, 레이저빔을 발생하는 레이저 발진부(24)와, 상기 구동전압(Vd)에 따라 주사렌즈(26)측으로 출력되는 레이저빔을 감쇠시키는 감쇠기(25)로 구성한 것으로 이와 같이 구성한 본 발명의 작용 및 효과를 첨부한 제6도 내지 제8도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.5 is a block diagram of the three-dimensional shape forming apparatus using the optical shaping device of the present invention, as shown in this figure, the controller 21 for correcting the control pulse on the basis of the signal returned from the motor 23 to rotate at the target speed And a motor driver 23 for supplying a driving voltage Vd to the motor 23 according to the control pulse output from the controller 21, a laser oscillator 24 for generating a laser beam, and the driving voltage ( It will be described in detail with reference to Figures 6 to 8 attached to the operation and effect of the present invention configured as an attenuator 25 that attenuates the laser beam output to the scanning lens 26 side according to Vd) Same as
콘트롤러(21)의 제어를 받아 모터구동기(22)에서 출력되는 구동전압(Vd)에 의해 모터(23)가 해당 속도로 회전되고, 이때, 그 구동전압(Vd)이 감쇠기(25)에 공급되어 그 감쇠기(25)는 레이저 발진부(24)로부터 공급되는 레이저빔을 주사렌즈(26)측으로 전송할 때 그 구동전압(Vd)에 비례하는 레이저가 출력되도록 감쇠시켜 출력하게 된다.Under the control of the controller 21, the motor 23 is rotated at the corresponding speed by the drive voltage Vd output from the motor driver 22, and at this time, the drive voltage Vd is supplied to the attenuator 25. The attenuator 25 attenuates and outputs a laser beam proportional to its driving voltage Vd when the laser beam supplied from the laser oscillator 24 is transmitted to the scanning lens 26 side.
제6도의 (a)는 상기와 같은 작용에 의한 모터와 레이저빔의 온/오프관계를 보인것이며, (b)는 모터의 속도에 비례하는 레이저의 출력이 제어되는 정도를 보인 것이다.(A) of FIG. 6 shows the on / off relationship between the motor and the laser beam by the above-described action, and (b) shows the degree to which the output of the laser is controlled in proportion to the speed of the motor.
이렇게 제어부를 구현함으로써 모터의 가감속구간과 같이 빛의 조사기간이 길어지는 구간에서도 정속운동과 같은 조형 정도를 얻을 수 있게 된다.By implementing the control unit as described above, the molding degree such as the constant speed motion can be obtained even in a section in which the irradiation period of the light is long, such as the acceleration / deceleration section of the motor.
또한, 레이저빔을 차단하기 위한 레이저빔 셧터(14)가 필요없게 되고, X-Y 플로터 운동후 셧터(14)가 닫히는데 걸리는 시간도 최소화할 수 있게 된다.In addition, the laser beam shutter 14 to block the laser beam is not necessary, and the time taken for the shutter 14 to close after the X-Y plotter movement can be minimized.
한편, 밀대 구동을 위해 제8도에서와 같이 피엘씨(PLC)를 적용하고 점점신호를 이용하여 그 피엘씨를 구동시킨다.On the other hand, to drive the push rod as shown in Figure 8 is applied to the PL (PLC) and using the progressive signal to drive the PL.
이렇게 하여 밀대 구동신호 전송 후 밀대가 구동되는 시간동안(약 15초) 다음 층을 가공하기 위해 사용되는 좌표데이터를 모두 콘트롤러(2)의 메모리에 저장시키고, 다음 층 가공시에는 피씨(13)와 통신을 하지 않고 콘트롤러(2)에서 모터에 이르는 폐루프를 구성함으로써 통신에 의한 시간 지연현상이 전면 해소되고, 가공속도를 향상시킬 수 있게 된다.In this way, all the coordinate data used for processing the next layer is stored in the memory of the controller 2 during the time when the pusher is driven (about 15 seconds) after the pusher drive signal is transmitted. By constructing a closed loop from the controller 2 to the motor without communicating, the time delay phenomenon due to communication can be eliminated and the processing speed can be improved.
이와 같은 작용에 의해 반응되는 수지의 물리적 상태를 한층의 가공 초기부터 끝까지 크게 변화되지 않으므로 변형을 줄일 수 있게 된다.Since the physical state of the resin reacted by such an action does not change greatly from the beginning to the end of the processing, deformation can be reduced.
제7도의 (a)는 종래와 같이 레이저빔을 온오프시켜 작업하는 경우 수지의 경화상태를 보인 것이고, (b)는 본 발명에서와 같이 모터의 속도에 비례하여 레이저 출력을 제어하는 방식으로 작업하는 경우 수지의 경화상태를 보인 것으로, 종래와 달리 반응되는 수지의 물리적 상태가 한층의 가공 초기부터 끝까지 크게 변화되지 않았음을 알 수 있다.(A) of FIG. 7 shows the state of curing of the resin when the laser beam is turned on and off as in the prior art, and (b) shows the operation of the laser output in a manner of controlling the laser output in proportion to the speed of the motor. When showing the curing state of the resin, it can be seen that the physical state of the resin reacted unlike the prior art did not change significantly from the beginning to the end of the processing.
한편, 제9도는 본 발명의 다른 실시예를 보인 광조형장치를 이용한 입체형상 형성장치의 블록도로서 이의 작용을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, Figure 9 is a block diagram of a three-dimensional shape forming apparatus using a photoforming apparatus showing another embodiment of the present invention will be described as follows.
콘트롤러(31)의 제어를 받아 모터구동기(32)에서 출력되는 구동전압(Vd)에 의해 모터(33)가 해당 속도로 회전되고, 이때, 모터(33)의 회전수를 감지하는 엔코더(34)의 출력신호(Freq)가 감쇠기(36)에 공급되어 그 감쇠기(36)는 레이저 발진부(35)로부터 공급되는 레이저빔을 주사렌즈(37)측으로 전송할 때 검출된 모터회전수에 비례하는 레이저가 출력되도록 감쇠시켜 출력하게 된다.Under the control of the controller 31, the motor 33 is rotated at a corresponding speed by the driving voltage Vd output from the motor driver 32, and at this time, the encoder 34 for sensing the rotation speed of the motor 33 The output signal Freq is supplied to the attenuator 36 so that the attenuator 36 outputs a laser that is proportional to the motor speed detected when the laser beam supplied from the laser oscillator 35 is transmitted to the scanning lens 37 side. The output will be attenuated as much as possible.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 광조형장치를 이용한 3차원 형상가공시 X-Y 플로터의 속도가 변화됨에 따라 레이저 출력이 자동적으로 조정되게 함으로써 가공하고자 하는 전체 단면적에 대해 일정한 수지의 경화 정도를 얻을 수 있는 효과가 있다.As described in detail above, the present invention allows the laser output to be automatically adjusted as the speed of the XY plotter changes during the three-dimensional shape processing using the optical molding apparatus, thereby obtaining a degree of curing of a resin for the entire cross-sectional area to be processed. It can be effective.
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