KR101815500B1 - 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법 - Google Patents

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Abstract

가공 소재를 가공하기 이전에 가공 소재를 간단한 방법으로 실측을 하고 이를 시뮬레이션에 반영하여 충돌 및 간섭을 정확하게 예측할 수 있도록 한 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법에 관한 것으로서, 가공 대상인 소재를 로터리 테이블에 마련된 바이스 모듈에 장착하여 가공을 준비하는 단계, 5축 가공기의 NC 컨트롤러에서 워크 프로브를 이용하여 상기 소재를 실측하는 단계, 상기 NC 컨트롤러에서 상기 워크 프로브로 측정한 소재 측정정보로 소재 크기 및 소재 좌표를 추출하고, 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보와 소재 크기 및 좌표 정보를 캠 연산 컴퓨터에 전송하는 단계, 상기 캠 연산 컴퓨터에서 상기 소재 크기와 좌표 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 소재 장착 및 바이스 체결 위치를 갱신하는 단계 및 상기 캠 연산 컴퓨터에서 실측한 소재 측정 정보와 바이스 체결 위치 정보를 기반으로 캠 연산을 수행하고, 캠 연산 데이터로 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하여 충돌 또는 간섭 유무를 가공 이전에 예측하는 단계를 포함하여, 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법을 구현한다.

Description

5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법{collision and interference prediction method of 5-axis machine}
본 발명은 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법에 관한 것으로, 특히 가공 소재를 가공하기 이전에 가공 소재를 간단한 방법으로 실측을 하고 이를 시뮬레이션에 반영하여 충돌 및 간섭을 정확하게 예측할 수 있도록 한 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법에 관한 것이다.
금형 산업은 단품 수주생산(A one of kind production)의 대표적 특징을 가지며, 제품설계와 금형설계가 동시에 협력적으로 병행되어 져야 하는 데, 최근 고속 가공과 5축 가공기술이 크게 발전하고 있지만, 숙련기술자의 부족으로 인해 비숙련자에 의해 자동무인화 가공기술 또는 IMS(Intelligent Mold Shop)의 요구가 더욱 높아지고 있다.
한편, 복합곡면 형상을 가진 금형에는 다축 가공기계로 현재 주로 5축 가공기가 사용되고 있다. 5축 가공기는 3개의 직선이송 축에 2개의 회전 이송 축을 추가함으로써, 주어진 공구와 모재의 접촉점(CC; Cutter Contact point) 데이터에 대하여 공구의 자세가 자유롭다. 따라서 3축 가공기로는 가공이 어려운 뒤틀린 형상의 자유 곡면을 갖는 항공기 부품이나, 터빈 블레이드, 임펠러, 3차원 캠 등과 같은 특수한 부품에 대하여 효과적인 가공이 가능하다.
한편, 5축 가공기에서 캠(CAM) 작업 시 가공 소재의 장착 위치, 홀더, 공구의 사양이 실제 기계 가공 조건(장착 위치, 홀더/공구 사양)과 다를 경우, 가공 중 충돌이 발생한다.
이와 같이 가공중 발생하는 충돌이나 간섭 등을 방지하기 위해서, 사전에 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하게 되는 데, 이때 바이스 모듈의 이동 정보나 가공 대상물의 정보를 획득하기 위해 고가의 스캐너를 이용한다. 예컨대, 고가의 스캐너를 이용하여 가공대상물 및 바이스의 이동 정보를 3D 입체 정보로 획득하고, 획득한 3D 입체 정보를 기반으로 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하여 간섭 여부를 사전에 확인하게 된다.
상기와 같이 5축 가공기에서 가공 중 발생하는 충돌을 방지하기 위한 종래의 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 피 작업물, 피 작업물 이외의 치구나 기계 구조물의 식별 가능한 상태의 삼차원 계측 데이터를 취득하고, 취득한 삼차원 계측 데이터를 기반으로 가공 이전에 공구와 피 작업물이 충돌하는지 아닌지에 대한 충돌 판정을 수행한다.
대한민국 공개특허 10-2013-0103597호(2013.09.23. 공개)(공구 충돌방지 시스템 및 공구 충돌방지 방법)
그러나 상기와 같은 일반적인 5축 가공기 및 종래기술들은 가공대상물과 공구 등이 가공 시 충돌이나 간섭이 발생하는지를 사전에 확인하기 위해서 고가의 스캐너(레이저 스캐너)를 이용하여 3차원 계측 데이터를 생성하는 방식이므로, 계측 데이터를 생성하기 위한 고가의 장비로 시뮬레이션 비용이 많이 소요되고, 스캐너를 이용한 계측 데이터 생성 방식이므로 가공대상물의 굴곡이 심하거나 형상이 복잡할 경우 3차원 계측 데이터를 획득하는 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 5축 가공기 및 종래기술에서 3차원 계측 데이터를 생성하는 데 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 가공 소재를 가공하기 이전에 실제 가공 소재를 간단한 방법으로 실측을 하고 이를 시뮬레이션에 반영하여 충돌 및 간섭을 정확하게 예측할 수 있도록 한 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 저가이면서 간단한 워크 프로브를 이용하여 소재를 측정함으로써 바이스의 이동 정보를 정확하게 측정하고, 소재의 계측 시간을 단축할 수 있도록 한 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 로터리 테이블의 조립 공차로 인한 캠 연산 데이터의 부정확성을 해결하여, 정확하게 충돌 및 간섭 발생 유무를 예측할 수 있도록 한 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측 방법은 (a) 가공 대상인 소재를 로터리 테이블에 마련된 바이스 모듈에 장착하여 가공을 준비하는 단계; (b) 5축 가공기의 NC 컨트롤러에서 워크 프로브를 이용하여 상기 소재를 실측하는 단계; (c) 상기 NC 컨트롤러에서 상기 워크 프로브로 측정한 소재 측정정보로 소재 크기 및 소재 좌표를 추출하고, 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보와 소재 크기 및 좌표 정보를 캠 연산 컴퓨터에 전송하는 단계; (d) 상기 캠 연산 컴퓨터에서 상기 소재 크기와 좌표 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보로 소재 장착 및 바이스 체결 위치를 갱신하는 단계; 및 (e) 상기 캠 연산 컴퓨터에서 실측한 소재 측정 정보와 바이스 체결 위치 정보를 기반으로 캠 연산을 수행하고, 캠 연산 데이터로 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하여 충돌 또는 간섭 유무를 가공 이전에 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계는 소재를 측정한 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 기초로 바이스의 이동 정보를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (d)단계는 산출한 바이스의 이동 정보를 기초로 바이스 체결 위치를 갱신하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 (e)단계의 캠 연산 컴퓨터는 실제 소재의 측정값을 캠의 가상 환경에 적용하여, 가상의 캠 작업 환경이 실제 소재가 장착된 기계 환경과 동일하게 만들어, 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측 방법은 (f) 상기 (e)단계의 간섭 체크 시뮬레이션 결과 충돌 또는 간섭 발생이 예측되면, 이를 표시장치를 통해 통보해주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 가공 소재를 가공하기 이전에 실제 가공 소재를 간단한 방법으로 실측을 하고 이를 시뮬레이션에 반영하여 충돌 및 간섭을 예측함으로써, 충돌 및 간섭을 정확하게 예측할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 워크 프로브를 이용하여 소재를 직접 측정함으로써, 기존 레이저 스캐너를 이용하여 3D 정보를 획득하는 것에 비하여 저가로 소재 정보를 획득할 수 있는 장점이 있다.
또한, 워크 프로브의 사용으로 인해 소재의 계측 시간도 단축할 수 있으며, 실제 가공 소재를 측정함으로써 바이스의 이동 정보도 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 고려하여 캠 연산 데이터를 산출함으로써, 캠 연산 데이터의 산출에 정확성도 도모할 수 있는 장점이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명이 적용된 5축 가공기에서 로터리 테이블 상에 소재를 장착하고 워크 프로브로 소재 정보를 측정하는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법을 보인 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용된 5축 가공기에 사용되는 로터리 테이블(100)을 도시한 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 공지된 5축 가공기(도시하지 않음)의 양측에 위치한 회전축(200)에 장착되어 회전 또는 경사 운동할 수 있도록 구비되는 로터리 테이블(100)에 마련되는 바이스 모듈(130)은 가공대상물인 소형 코어 등과 같은 소형 공작물을 가공시 유동성 없도록 파지한다.
여기서, 로터리 테이블(100)은 공지된 기술적 구성을 가지는 것으로, 통상 5축 가공기의 회전축에 장착되어 경사도를 갖도록 양측에 장착 축(112)이 형성되는 회동블록(110), 상기 장착 축(112) 사이의 회동블록(110) 상에 그 회동블록(110)의 내부에 구비된 공지된 구동수단(도시하지 않음)에 의해 회전되는 회전테이블(120), 상기 회전테이블(120)의 상면에 장착되는 바이스 모듈(130)을 포함한다.
이때, 상기 바이스 모듈(130) 또한 공지된 기술적 구성을 가지는 것으로, 상기 회전테이블(120)에 통상적인 방식에 의해 장착되는 본체(132), 상기 본체(132) 상의 이송스크루 축(134)의 회전에 의해 가공대상물을 파지하는 한 쌍의 조 블록(136), 상기 조 블록(136)의 상면에 장착되어 소형 코어 등과 같은 소형 공작물(소재)을 파지하는 마우스피스(135)로 구성된다.
본 발명은 NC 컨트롤러(도면에는 도시하지 않음)에서 바이스 모듈(130)에 의해 소형 코어 등과 같은 가공 대상물인 소재(1)를 장착하고, 장착한 소재(1)를 워크 프로브(10)와 같은 측정 장비를 이용하여 소재(1)를 실측하여 소재 크기나 소재 좌표 정보를 계측하고, 소재 크기 정보 및 좌표 정보와 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 기반으로 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션을 하여 가공시 충돌 및 간섭을 예측하기 위한 것이다.
도 1에는 도시 하지 않았지만, 5축 가공기는 가공을 제어하는 NC 컨트롤러가 구비되며, 상기 NC 컨트롤러에서 측정된 측정 데이터를 이용하여 캠 연산을 하고, 충돌 및 간섭 시뮬레이션을 수행하는 캠 연산 컴퓨터가 부가된다.
도 2는 본 발명의 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측 방법을 보인 흐름도로서, 상기 NC 컨트롤러와 상기 캠 연산 컴퓨터에서 소프트웨어로 충돌 및 간섭을 예측하는 과정으로서, (a) 가공 대상인 소재(1)를 로터리 테이블(100)에 마련된 바이스 모듈(130)에 장착하여 가공을 준비하는 단계(S10), (b) 5축 가공기의 NC 컨트롤러에서 워크 프로브(10)를 이용하여 상기 소재(1)를 실측하는 단계(S20), (c) 상기 NC 컨트롤러에서 상기 워크 프로브(10)로 측정한 소재 측정정보로 소재 크기 및 소재 좌표를 추출하고, 로터리 테이블(100)의 회전축 중심 위치 정보와 소재 크기 및 좌표 정보를 캠 연산 컴퓨터에 전송하는 단계(S30), (d) 상기 캠 연산 컴퓨터에서 상기 소재 크기와 좌표 정보 및 로터리 테이블(100)의 회전축 중심 위치 정보를 기초로 소재 장착 및 바이스 체결 위치를 갱신하는 단계(S40), (e) 상기 캠 연산 컴퓨터에서 실측한 소재 측정 정보와 바이스 체결 위치 정보를 기반으로 캠 연산을 수행하고, 캠 연산 데이터로 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하여 충돌 또는 간섭 유무를 가공 이전에 예측하는 단계(S70), (g) 상기 (e)단계에서 예측 결과 충돌 또는 간섭이 발생하지 않으면 5축 가공기를 이용하여 가공을 하는 단계(S60)를 포함한다.
상기 (d)단계는 소재를 측정한 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 기초로 바이스의 이동 정보를 산출하는 것이 바람직하며, 산출한 바이스의 이동 정보를 기초로 바이스 체결 위치를 갱신하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 (e)단계의 캠 연산 컴퓨터는 실제 소재의 측정값을 캠(CAM)의 가상 환경에 적용하여, 가상의 캠 작업 환경이 실제 소재가 장착된 기계 환경과 동일하게 만들어, 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 단계 S10에서 가공 대상인 소재(1)를 로터리 테이블(100)에 마련된 바이스 모듈(130)의 조 블록(136)을 이용하여 바이스 모듈(130)에 장착하여, 가공을 준비한다.
이어, 가공 준비가 완료되면 단계 S20에서 NC 컨트롤러는 워크 프로브(Work Probe)(10)를 이용하여 상기 소재(1)를 실측하고, 단계 S30에서는 상기 워크 프로브(10)로 측정한 소재 측정정보로 소재 크기, 형상 및 소재 좌표를 추출한다. 아울러 로터리 테이블(100)의 회전축 중심 위치 정보도 추출한다. 여기서 로터리 테이블(100)의 회전축 중심 위치 정보는 추후 로터리 테이블의 조립 공차에 따른 캠 연산 데이터의 오류를 해소하는 데 활용된다. 그리고 이렇게 추출한 소재 크기 정보, 형상 정보, 소재 좌표 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 캠 연산을 수행하는 캠 연산 컴퓨터에 전송한다.
여기서 워크 프로브(10)는 저가의 접촉식 측정장비로서, X축, Y축, Z축의 좌표점을 이용하여 치수 및 형상을 측정한다.
접촉식 방식이므로, 로터리 테이블(100) 상에 놓인 소재(1)와 Z축 선단에 장착된 워크 프로브(10)를 X, Y, Z의 3차원 방향으로 상대 이동시켜 소재(1)와 접촉한 순간을 잡아 이 순간의 전기적 트리거에 의해 각 이송 축 방향의 좌표값을 판독하고, 이 좌표값에 근거하여 치수 및 형상을 계측한다.
이와 같이 본 발명은 실제 가공 대상인 소재(1)를 워크 프로브(10)라는 저가의 측정 장비로 직접 측정하여, 소재 크기 및 좌표, 형상 정보를 계측하기 때문에, 기존 레이저 스캐너를 이용하여 소재를 측정하여 3D입체 정보를 획득하는 기술에 비하여, 소재 정보 획득 시간을 단축할 수 있으며, 저가의 장비로 신뢰성 있는 소재 정보를 획득할 수 있게 되는 것이다.
다음으로, 상기 캠 연산 컴퓨터는 단계 S40에서 상기 NC 컨트롤러에서 전송된 소재 크기 및 좌표 정보, 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보로 소재 장착 및 바이스 체결 위치를 갱신한다. 예컨대, 소재를 측정한 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 기초로 바이스의 이동 정보를 산출하고, 산출한 바이스의 이동 정보를 기초로 바이스 체결 위치를 갱신한다. 여기서 실제 소재(1)를 측정하였기 때문에 바이스 모듈(130)의 이동 정보도 정확하게 측정할 수 있게 되며, 이를 기반으로 소재 장착 및 바이스 체결 위치도 정확하게 갱신하게 되는 것이다.
이어, 단계 S50에서 상기 캠 연산 컴퓨터는 실측한 소재 측정 정보와 바이스 체결 위치 정보를 기반으로 캠 연산을 수행하고, 캠 연산 데이터(NC 데이터)를 이용하여 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하여 충돌 또는 간섭 유무를 가공 이전에 예측한다.
본 발명은 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션을 정확하게 수행하기 위해서, 가공 대상물인 소재(1)를 저가의 장비인 워크 프로브(10)로 신속, 정확하게 측정하고자 한 것이며, 실제 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션은 5축 가공기에서 수행하는 방법을 그대로 채택하여 수행하게 되므로, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
여기서 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션은 캠 연산 컴퓨터에서 수행하게 되는 데, 캠 연산 컴퓨터는 실제 소재의 측정값을 캠(CAM)의 가상 환경에 적용하여, 가상의 캠 작업 환경이 실제 소재가 장착된 기계 환경과 동일하게 만들어, 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하므로, 실제 소재를 가공하는 것과 동일하게 간섭 체크 시뮬레이션을 수행할 수 있게 된다.
상기 간섭 체크 시뮬레이션을 수행한 결과, 충돌 또는 간섭 발생이 예측되면, 단계 S70으로 이동하여 충돌 또는 간섭 발생 예측 정보를 표시장치(도면에는 도시하지 않음)를 통해 통보해주어, 사용자가 신속하게 이를 인지하여, 충돌이나 간섭 발생으로 인한 사고를 미리 방지하도록 한다.
또한, 상기 간섭 체크 시뮬레이션 수행 결과, 충돌 또는 간섭이 발생하지 않으면 단계 S60으로 이동하여 5축 가공기를 이용하여 가공을 수행하도록 한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
1: 소재
10: 워크 프로브
100: 로터리 테이블
130: 바이스 모듈
136: 조 블록

Claims (5)

  1. 5축 가공기에서 가공 시 충돌 및 간섭을 예측하는 방법으로서,
    (a) 가공 대상인 소재를 로터리 테이블에 마련된 바이스 모듈에 장착하여 가공을 준비하는 단계;
    (b) 상기 5축 가공기의 NC 컨트롤러에서 워크 프로브를 이용하여 상기 소재를 실측하는 단계;
    (c) 상기 NC 컨트롤러에서 상기 워크 프로브로 측정한 소재 측정정보로 소재 크기 및 소재 좌표를 추출하고, 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보와 소재 크기 및 좌표 정보를 캠 연산 컴퓨터에 전송하는 단계;
    (d) 상기 캠 연산 컴퓨터에서 상기 소재 크기와 좌표 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보로 소재 장착 및 바이스 체결 위치를 갱신하는 단계; 및
    (e) 상기 캠 연산 컴퓨터에서 실측한 소재 측정 정보와 바이스 체결 위치 정보를 기반으로 캠 연산을 수행하고, 캠 연산 데이터로 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하여 충돌 또는 간섭 유무를 가공 이전에 예측하는 단계를 포함하고,
    상기 (d)단계는 소재를 측정한 정보 및 로터리 테이블의 회전축 중심 위치 정보를 기초로 바이스의 이동 정보를 산출하며,
    상기 (e)단계의 캠 연산 컴퓨터는 실제 소재의 측정값을 캠의 가상 환경에 적용하여, 가상의 캠 작업 환경이 실제 소재가 장착된 기계 환경과 동일하게 만들어, 캠 연산 및 간섭 체크 시뮬레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에서, 상기 (d)단계는 산출한 바이스의 이동 정보를 기초로 바이스 체결 위치를 갱신하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에서, (f) 상기 (e)단계의 간섭 체크 시뮬레이션 결과 충돌 또는 간섭 발생이 예측되면, 이를 표시장치를 통해 사용자에게 통보해주는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 5축 가공기의 충돌 및 간섭 예측방법.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101607586B1 (ko) * 2012-04-17 2016-03-30 마키노 밀링 머신 주식회사 공작기계의 간섭판정방법 및 간섭판정장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101607586B1 (ko) * 2012-04-17 2016-03-30 마키노 밀링 머신 주식회사 공작기계의 간섭판정방법 및 간섭판정장치

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