KR100413126B1 - How to determine the machining range of a workpiece in an automatic engraving machine - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로 프로세서와 수치제어 프로그램에 의하여 동작하는 조각기에서, 개략적인 크기와 형상이 알려져 있는 가공재료의 가공면의 정확한 위치 및 형상을 자동으로 측정하여 가공범위를 결정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining a machining range by automatically measuring the exact position and shape of a machining surface of a workpiece in which an engraver operated by a microprocessor and a numerical control program is known in rough size and shape.

이를 위하여 본 발명은 탐침의 한쪽 끝에 끝이 좁아지는 원뿔형상으로 성형한 접촉부를 부착하여 접촉부의 한 부위에 물체가 닿아 탐침의 축방향으로 접촉부의 반대방향의 외력이 작용할 때 이를 감지할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 접촉검출장치와 인장의 가공면상의 가공위치를 결정함에 있어서, XY평면상에서 일직선상에 위치하는 세점을 선택하되 한점은 가공면에 포함되지 않고, 다른 두점은 가공면에 포함되도록 하여 가공면에 포함되지 않는 점에서 탐침의 접촉부의 측면부가 가공재료의 모서리에 걸려 감지되는 삼차원상의 좌표값과 나머지 두점에서 탐침어셈블리의 접촉부의 끝이 가공면에 닿아 감지되는 삼차원상의 좌표값으로부터 가공재료의 모서리상의 한 점의 삼차원상의 좌표를 연산해 내는 방식으로 가공면의 형상을 특징짓는 특정 점들의 좌표를 결정한 후, 그 좌표값들을 기초로 하여 가공면의 정확한 위치와 형상을 파악하여 가공위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 가공위치 결정방법으로 구성되어 있다.To this end, the present invention attaches a contact portion formed in a conical shape in which one end of the probe is narrowed so that when an object touches a part of the contact portion, an external force in the opposite direction of the contact portion acts in the axial direction of the probe. In determining the machining position on the machined surface of the contact detection device and the tension, select three points located in a straight line on the XY plane, one point is not included in the machining surface, the other two points are included in the machining surface From the three-dimensional coordinate values detected by the side of the contact part of the probe caught on the edge of the workpiece at the point not included in the machining surface, and the three-dimensional coordinate values detected by touching the tip of the probe assembly on the remaining two points. Characterizing the shape of the machined surface by computing the three-dimensional coordinates of a point on the edge of After determining the coordinates of the defined points, and in that on the basis of coordinate values identify the exact location and shape of the working surface consists of a machining location characterized in that for determining the machining position.

본 발명은 가공물상의 특정 점의 위치를 측정함에 있어서, 단순히 위에서 아랫방향으로 눌러보는 것만으로 위치를 측정할 수 있기 때문에 기존의 접촉식 측정방식에 비해 가공면의 거칠기나 표면상태, 측면의 각도등에 영향을 받지 않고 정확한 좌표 값을 측정해 낼 수 있게되며, 가공면에 흠집을 내지 않을 뿐 아니라 그 기구적 구성이 간단하여 고장의 위험이 적게 되는 것이다.In the present invention, in measuring the position of a specific point on the workpiece, since the position can be measured simply by pressing downward from the top, compared to the roughness or surface state of the machining surface, and the angle of the side surface compared to the conventional contact measurement method. It is possible to measure accurate coordinate values without being affected, not only to scratch the machining surface, but also to simplify the mechanical configuration, thereby reducing the risk of failure.

Description

자동조각기에서 가공물의 가공범위를 결정하는 방법{omitted}How to determine the machining range of a workpiece in an automatic engraving machine {omitted}

본 발명은 마이크로 프로세서와 수치제어 프로그램에 의하여 동작하는 자동조각기에 관한 것으로 특히 특정위치에 고정되고 그 개략적인 크기와 형상이 알려져 있는 가공물의 표면에 이미지나 문자, 마크등을 조각하고자 할 때, 가공면의 형상을 특징짓는 부위들의 위치를 조각기에 내장된 프로그램에 의하여 자동으로 측정함으로써 원하는 가공내용을 가공물의 특정 위치에 정확하게 가공할 수 있게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an automatic engraving machine operated by a microprocessor and a numerical control program. Especially, when engraving an image, text, mark, etc. on a surface of a workpiece that is fixed at a specific position and its rough size and shape are known. The present invention relates to a method and an apparatus for automatically measuring the position of portions characterizing the shape of a surface by a program embedded in the engraver so that desired machining contents can be accurately processed at a specific position of the workpiece.

기존의 가공면 측정방법은 먼저 감지센서를 가공물의 상면 중심부에서 가공물이 감지되는 위치까지 수직 이동한 후 그 수평위치를 원점으로 하여 감지센서의 접촉부를 가공물의 상면에 접촉시킨 상태에서 감지센서를 원점에서 멀어지는 수평방향으로 이동해 가면서 더 이상 감지되지 않는 위치를 파악하여 그 위치를 기초로 하여 가공물의 위치나 면적을 계산해 내는 방식을 사용하고 있다.Conventional surface measuring method first moves the sensing sensor vertically from the center of the upper surface of the workpiece to the position where the workpiece is detected.Then, the horizontal position is the origin, and the contact of the sensing sensor is brought into contact with the upper surface of the workpiece. It moves to the horizontal direction away from, and finds the location that is no longer detected and calculates the location or area of the workpiece based on the location.

그러나 이와 같은 방식으로는 수평좌표상의 위치는 비교적 정확하게 측정해 낼 수 있지만 수직위치는 별도로 측정하여야 하며 이 때, 감지센서의 접촉부의 기계적 오차 때문에 감지센서의 끝 부분을 정확하게 가공물의 경계면에 일치시킬 수 없기 때문에 가공물의 수직위치는 약간의 오차를 가지게 된다.In this way, however, the position on the horizontal coordinate can be measured relatively accurately, but the vertical position must be measured separately. At this time, the end of the sensor can be exactly matched to the boundary of the workpiece due to the mechanical error of the contact of the sensor. Because of this, the vertical position of the workpiece will have some error.

또한 가공하고자 하는 범위내의 가공물의 표면이 매우 거칠거나, 가공물의 재질이 무른 경우 종래의 방법을 사용하여 측정하려 하면 작동에 무리가 있거나 가공물에 상처를 낼 수도 있다.In addition, when the surface of the workpiece within the range to be processed is very rough, or the material of the workpiece is soft, if you try to measure by using a conventional method may be unreasonable to operation or may damage the workpiece.

한편 도 5에서와 같이 단면으로 볼 때 상면이 아래쪽보다 좁은 사다리꼴로테이퍼진 가공물을 측정할 경우 실제보다 약간 크게 측정되는 경향이 있는데, 이는 가공물의 상면 표면이 거칠거나 상면에 수평방향으로 약간의 경사가 있을 경우에 그 높낮이의 변화가 가공물의 끝단으로 오인식되지 않도록 하기 위해서는 감지됨과 아니됨을 구분 짓는 경계높이(11)를 최초에 가공물이 감지된 감지위치(12)보다 약간 여유를 두어 낮게 책정해야 하는데, 테이퍼진 가공물에 있어서는 그 여유분이 감지위치에 반영되어 실제크기(13)보다 측정된 크기(14)가 약간 크게 나타나는 현상이다.On the other hand, when viewed in cross section as shown in Figure 5, when the workpiece is tapered in a trapezoidal shape narrower than the lower side tends to be measured slightly larger than the actual one, which is rough or slightly inclined horizontally on the upper surface of the workpiece In order to prevent the height change from being misidentified as the end of the workpiece, the boundary height (11) that distinguishes between detected and undetected should be set slightly lower than the detected position (12) where the workpiece is first detected. In the tapered workpiece, the margin is reflected in the sensing position, and the measured size 14 is slightly larger than the actual size 13.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 그 크기와 형상이 개략적으로 알려져 있는 가공물에 있어서, 가공물의 상면과 측면이 만나는 모서리상의 가공물의 형상을 특징짓는 특정 점들의 좌표를 측정하기 위하여 탐침의 끝을 가공물의 표면에 접촉한 상태에서 가공면의 직각방향으로 이동하지 않고, 단지 접촉시켜 보는 것만으로 형상을 특징짓는 특정 점들을 찾아내어 전체 위치와 면적을 계산할 수 있는 방법과 그 장치를 제공하여 가공물의 표면상태나 측면상태와는 무관하게 전체 위치와 면적을 계산할 수 있도록 하여 가공내용을 가공물의 특정 위치에 정확하게 가공할 수 있게 하는데 목적이 있다.In the present invention, in order to solve the above problems, the size and shape of the workpiece is roughly known, the end of the probe to measure the coordinates of the specific points that characterize the shape of the workpiece on the corner where the upper and side surfaces of the workpiece meet Provides a method and apparatus for calculating the overall position and area by finding specific points that characterize the shape by simply touching it without moving in the direction perpendicular to the processing surface in contact with the surface of the workpiece. The aim is to be able to calculate the overall position and area irrespective of the surface state or the side state of the machine, so that the processed contents can be precisely machined at a specific position of the workpiece.

도 1은 대표도1 is a representative view

도 2는 가공물을 측정하기 위한 대기상태의 전체 조립도2 is an overall assembly view of the standby state for measuring the workpiece

도 3는 접촉부가 재료의 높이를 감지하는 상태3 is a state in which the contact senses the height of the material

도 4는 접촉부가 재료면을 벗어난 상태에서 측면을 감지하는 상태4 is a state of sensing the side in a state where the contact is out of the material surface

도 5는 테이퍼진 가공물을 기존의 방식으로 측정할 때의 상태5 shows a state when measuring a tapered workpiece in a conventional manner.

도 6은 측정된 세점의 좌표로부터 측정점의 실제위치를 계산하는 그림6 is a figure for calculating the actual position of the measuring point from the coordinates of the measured three points

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>

1 : 탐침 2 : 접촉부1: probe 2: contact

3 : 센서감지대 4 : 멈춤홈3: sensor detection zone 4: stop groove

5 : 감지센서 6 : 바디5: detection sensor 6: body

7 : 작동버튼 8 : 작동버튼스프링7: Operation Button 8: Operation Button Spring

9 : 스토퍼 10 : 탐침스프링9: stopper 10: probe spring

11 : 감지높이 12 : 경계높이11: detection height 12: border height

13 : 실제크기 14 : 측정된 크기13: actual size 14: measured size

이하 첨부된 도면에 의해 감지장치의 구조 및 작동을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도 1은 가공물의 측면을 측정하기 위한 감지장치의 구조로 탐침(1)의 한 끝단에 특정한 각도와 적절한 지름의 원뿔모양으로 성형된 접촉부(2)가, 반대쪽끝단에는 센서감지대(3)가 고정되어 있으며 그 중간에는 멈춤홈(4)이 파여져 있다. 가공물과 접촉부(2)의 접촉을 감지하는 감지센서(5)는 바디(6)에 고정되어 있으며, 평상시에 탐침이 아래로 내려가지 않도록 붙들어주는 작동버튼(7), 작동버튼(7)을 밀어주는 작동버튼스프링(8), 탐침을 적절한 위치에서 잡아주는 스토퍼(9), 탐침(1)을 바디(6)에 밀착시켜주는 탐침스프링(10)으로 구성된다.Hereinafter, the structure and operation of the sensing device will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1 is a structure of a sensing device for measuring the side of the workpiece, the contact portion (2) formed in the shape of a cone of a certain angle and the appropriate diameter at one end of the probe (1), the sensor end (3) at the opposite end It is fixed in the middle of the stop groove (4) is dug. The detection sensor 5 for detecting contact between the workpiece and the contact part 2 is fixed to the body 6, and normally pushes the operation button 7 and the operation button 7 which hold the probe so that the probe does not go down. The main consists of an operation button spring (8), a stopper (9) for holding the probe in a proper position, and a probe spring (10) for bringing the probe (1) into close contact with the body (6).

공작물을 측정하는 경우 이외에는 탐침(1)에 파여져 있는 멈춤홈(4)이 작동버튼(7)에 걸려 아래로 내려오지 못하도록 되어 있어 탐침(1)이 가공에 방해가 되지 않도록 하고 있다.Except in the case of measuring the workpiece, the stop groove 4 cut into the probe 1 is caught by the operation button 7 so as not to be lowered, so that the probe 1 does not interfere with the machining.

도 2는 가공물을 측정할 때에 조작자가 작동버튼(7)을 누르면 멈춤홈(4)의 록킹이 풀어지면서 탐침스프링(10)의 힘에 의해 탐침(1)이 아래방향으로 내려와 측정을 용이하게 하는 것을 보여준다. 이 때 스토퍼(9)에 의해 탐침이 멈추면 감지센서(5)는 센서감지대(3)를 감지하지 않게 된다.FIG. 2 shows that when the operator presses the operation button 7 while the workpiece is being measured, the locking of the stop groove 4 is released and the probe 1 is lowered by the force of the probe spring 10 to facilitate measurement. Shows that At this time, when the probe is stopped by the stopper 9, the sensor 5 is not detected the sensor detection zone (3).

도 3은 가공면이 감지되는 상태를 보여 주는데, 감지장치가 수직방향으로 내려오거나, 가공물이 수직방향으로 올라와 접촉부(2)가 가공물의 상면에 닿으면 탐침(1)의 반대쪽 끝단에 고정되어 있는 센서감지대(3)가 감지센서(5)를 가려 감지하게 된다.3 shows a state in which the machining surface is detected, which is fixed to the opposite end of the probe 1 when the sensing device descends in the vertical direction or the workpiece rises in the vertical direction and the contact portion 2 contacts the upper surface of the workpiece. The sensor detector 3 detects the sensor 5 by covering it.

도 4는 가공물의 경계면을 감지하는 상태를 보여 주는데, 감지장치가 수직방향으로 내려오거나, 가공물이 수직방향으로 올라와 접촉부(2)의 원뿔면의 측면이 가공물의 모서리에 닿으면 탐침(1)의 반대쪽 끝단에 고정되어 있는 센서감지대(3)가 감지센서(5)를 가려 감지하게 된다.4 shows a state of sensing the interface of the workpiece. If the sensing device descends in the vertical direction, or the workpiece rises in the vertical direction and the side of the conical surface of the contact portion 2 touches the edge of the workpiece, the opposite side of the probe 1 is observed. The sensor detector (3) fixed to the end is detected by covering the detection sensor (5).

실제의 측정과정을 살펴보면, 첫 번째 단계에서는 가공물의 형상 및 가공범위를 특징짓는 가공면의 모서리상의 특정 점들의 위치를 개략적으로 파악하는데, 이는 조작자가 수동으로 입력할 수도 있고 조각경로 생성 프로그램에서 자동으로 도출해 낼 수도 있다. 두 번째 단계에서는 XY평면상에서 가공면에 포함되니 않으나 측정하고자 하는 특정 점으로부터 충분히 가깝게 위치한 점으로 이동한 후 도4와 같이 측정하여 탐침의 접촉부의 측면이 가공물의 모서리에 걸려 측정되는 수직위치를 첫 번째 점의 Z값으로 한다. 세 번째 단계에서는 XY평면상에서 가공면에 포함되고, 측정하고자 하는 특정 점으로부터 충분히 가깝게 위치한 두 번째 점으로 이동한 후 도3과 같이 측정하여 그 높이를 두 번째 점의 Z값으로 한다. 네 번째 단계에서는 XY평면상에서 첫 번째 점과 두 번째 점을 연결한 직선상에 위치하면서 가공면에 포함되고, 측정하고자 하는 특정 점으로부터 두 번째 점보다는 멀리 떨어진 세 번째 점으로 이동하여 도3과 같이 측정하여 그 높이를 세 번째 점의 Z값으로 한다. 다섯번째 단계에서는 삼차원 공간상의 세 점을 포함하는 가상의 평면에서 두 번째 점과 세 번째 점을 지나는 가상의 높이선과 첫 번째 점을 지나고, 탐침의 감지부의 측면의 기울기와 같은 기울기를 가지는 가상의 선과 가상의 높이선이 만나는 점의 X,Y,Z 좌표를 도 6과 같이 기하학적 방법으로 계산한다. 측정하고자 하는 특정점들에 대하여 두 번째 단계에서 다섯 번째 단계를 각각 적용하여 각 특정점들의 좌표를 측정해 낸 후, 마지막 단계에서는 측정된 점들의 X,Y,Z 좌표를 미리 계산하여 알고 있는 보정값으로 보정함으로써 정확한 위치를 계산한다.In the actual measurement process, the first step is to roughly identify the position of specific points on the edge of the machining surface that characterize the shape and the machining range of the workpiece, which can be entered manually by the operator or automatically by the engraving path generator. It can be derived as In the second step, move to the point that is not included in the processing surface on the XY plane but close enough to the specific point to be measured, and measure as shown in Figure 4 to measure the vertical position where the side of the contact of the probe is measured by the edge of the workpiece. The Z value of the first point is used. In the third step, it is included in the processing plane on the XY plane, and is moved to the second point sufficiently close to the specific point to be measured, and then measured as shown in FIG. 3 to make the height as the Z value of the second point. In the fourth step, it is located on the straight line connecting the first point and the second point on the XY plane and is included in the machining surface, and moves to the third point far from the second point from the specific point to be measured as shown in FIG. Measure and set the height as the Z value of the third point. In the fifth step, an imaginary line passing through the second point and the third point in the imaginary plane including three points in three-dimensional space and passing through the first point, and having the same slope as the slope of the side of the sensing part of the probe; The X, Y, Z coordinates of the points where the imaginary height line meets are calculated by a geometric method as shown in FIG. After measuring the coordinates of each specific point by applying the second to fifth steps to the specific points to be measured, the final step calculates the X, Y, and Z coordinates of the measured points in advance. The correct position is calculated by correcting the value.

형상을 특징짓는 특정 점들에 대하여 앞에서 개별적으로 앞의 측정방법을 적용하면 가공하고자 하는 재료의 각 부위의 정확한 위치를 파악하고, 가공물의 가공범위를 결정할 수 있다.Applying the previous measurement method separately to specific points that characterize the shape, it is possible to determine the exact position of each part of the material to be processed and determine the processing range of the workpiece.

이상에서 살펴 본 바와 같은 본 발명은, 가공물의 가공면에 원뿔형상으로 성형한 탐침의 접촉부를 접촉시키는 것만으로 가공물의 측면상의 한 점의 좌표를 측정해 냄으로써 가공물 표면에 긁힘자국을 내지 않고 가공물의 위치 및 크기를 파악할 수 있을 뿐 아니라 테이퍼진 재료의 크기도 정확하게 측정해 낼 수 있게 되는 것이다.The present invention as described above, by measuring the coordinates of a point on the side of the workpiece only by contacting the contact surface of the probe formed in the conical shape to the workpiece surface of the workpiece, without scratching the workpiece surface Not only can the location and size be determined, but the size of the tapered material can be accurately measured.

Claims (1)

자동 조각기에서 끝이 좁아지는 원뿔형상으로 성형된 접촉부가 부착된 탐침을 사용하여 가공물의 가공범위를 결정하는 데 있어서, 가공물의 형상을 특징짓는 특정 점들의 좌표를 개략적으로 파악하거나 도출해 내는 단계, XY평면상에서 가공면에 포함되니 않으나 측정하고자 하는 점으로부터 충분히 가깝게 위치한다고 추정되는 점에 대하여 탐침의 접촉부의 원뿔의 측면이 가공물의 모서리에 걸리는 높이를 측정하는 단계, XY평면상에서 가공면에 포함되고, 측정하고자 하는 점으로부터 충분히 가깝게 위치한다고 추정되는 두 번째 점으로 이동한 후 탐침의 접촉부의 끝이 가공물의 가공면에 닿는 높이를 측정하는 단계, XY평면상에서 첫 번째 점과 두 번째 점을 연결한 직선상에 위치하면서 가공면에 포함되고, 측정하고자 하는 점으로부터 두번째 점보다는 멀리 떨어져있다고 추정되는 세 번째 점으로 이동하여 탐침의 접촉부의 끝이 가공물의 가공면에 닿는 높이를 측정하는 단계, 삼차원 공간상의 처음점의 좌표와 탐침의 원뿔면의 기울기 그리고 나머지 두점의 좌표로부터 기하학적 계산으로 측정하고자 하는 점의 삼차원 공간상의 좌표를 계산하는 단계를 각각의 특정점들에 대하여 적용한 후, 마지막으로 측정된 삼차원 공간상의 좌표들을 미리 계산하여 알고 있는 보정값으로 보정함으로써 정확한 위치를 계산하여 가공범위를 결정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는, 자동 조각기에서 가공물의 가공범위를 결정하는 방법.In determining the machining range of a workpiece using a probe with a conical shaped contact narrowed in an automatic engraver, roughly identifying or deriving the coordinates of specific points that characterize the shape of the workpiece, XY Measuring the height of the conical side of the contact of the probe against the edge of the workpiece with respect to the point that is not included in the plane but is estimated to be sufficiently close to the point to be measured, and is included in the plane on the XY plane, After moving to the second point estimated to be close enough to the point to be measured, measure the height that the tip of the probe touches the machined surface of the workpiece.The straight line connecting the first point and the second point on the XY plane. 2 points from the point to be measured and included in the machining surface C) measure the height at which the tip of the probe contacts the machined surface of the workpiece, moving to a third point presumed to be distant, the geometry of the first point in three-dimensional space and the slope of the probe's cone and the coordinates of the remaining two points. After calculating the coordinates of the three-dimensional space of the point to be measured by the calculation for each specific point, and finally calculate the exact position by pre-calculating the measured coordinates in the three-dimensional space with a known correction value Method for determining the processing range of the workpiece in the automatic engraver, characterized in that the step consisting of determining the processing range.