KR101013749B1 - 비젼시스템을 구비한 씨엔씨 공작기계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비젼시스템을 구비한 CNC 공작기계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공작물을 절삭 가공하기 위한 일련의 과정을 별도로 제공되는 비젼시스템에 의해 보다 손쉽고 정밀하게 작업할 수 있도록 한 비젼시스템을 구비한 CNC 공작기계에 관한 것이다. 그리고, 두 개 이상인 별개 작업 공간에서 진행중인 피가공물에 대한 가공 공정을 카메라를 통한 영상취득 및 제어 과정을 수행하는 PC를 하나만 가지고 수행할 수 있도록 구성한 CNC 공작기계에 관한 것으로서, 이에 의할 경우에는 CNC 제어 정밀성 및 기계 간편성을 제고할 수 있는 효과를 가진다.

비젼시스템, CNC, 공작기계, 제어, 카메라

Description

비젼시스템을 구비한 씨엔씨 공작기계 {CNC Machinery tool having vision system}

본 발명은 비젼시스템을 구비한 CNC 공작기계에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공작물을 절삭 가공하기 위한 일련의 과정을 별도로 제공되는 비젼시스템에 의해 보다 손쉽고 정밀하게 작업할 수 있도록 한 비젼시스템을 구비한 CNC 공작기계에 관한 것이다.

CNC(computer numerical control)는 여러 분야의 기계에 적용되어 사용되고 있으며 특히 현대사회의 급격한 정보화, 전문화에 따른 다품종 소량생산 체제가 요구되고 원가절감 및 생산성 향상으로 경쟁력을 갖추기 위해 NC 공작기계가 널리 사용되고 있으며 여러 대의 CNC 공작기계에 공작물이나 공구 등을 운반하는 자동 반송 장치와 자동화 창고, 로봇 등과 연결해서 이들을 computer로 관리하는 공장 자동화도 급속도로 보급되고 있다.

그런데, 종래에는 상기 테이블 이송을 행하기 위해서는 기본적으로 좌우 및 상하, 전후의 구동범위에 해당되는 X축, Y축, Z축 이송핸들이 제공되며, 그 X축, Y축, Z축으로 이동시키기 위한 각각의 서보모터가 제공되어 공작물을 원하는 위치로 이송시키게 된다.

그러나, 상기와 같이 이송핸들을 수동조작하여 절삭가공을 하는 경우에는 작업자가 공작물의 가공 부분을 직접 육안으로 확인하면서 이송핸들을 조작하기 때문에, 간단한 절삭작업은 가능하나 형상이 복잡한 사선가공/원호가공 등은 작업 자체가 번거롭고 정밀도가 저하되어 효율적인 절삭 가공을 수행하지 못했다.

이에 따라, 최근에는 각종 프로그램을 입력하거나 절삭조건을 설정하는 조작패널이 별도 구비되고 컴퓨터를 통해 절삭 공정을 제어하는 CNC 공작기계의 보급에 의하여 복잡한 밀링공정을 자동으로 행할 수 있게 되었다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 CNC 공작기계는 공작물을 가공할 수 있는 가공 툴 등이 구비된 툴(tool)이 제공되며, 베이스(12)를 가진 프레임(14); 상기 베이스(12)에 대해 직립되게 설치되어 Z축 방향(상하)으로 왕복 이동되게 설치되는 상하이송부재(16); 상기 상하이송부재(16)의 상면에 대해 X축 방향(좌우)으로 왕복 이동되게 설치되는 테이블부재(18); 상기 테이블부재(18)의 슬라이딩 방향과 교차되는 Y축방향(전후)으로 왕복 이동 가능하도록 상기 프레임(14)에 설치된 전후이송부재(20); 본체 측면부위에 공작물의 가공작업에 필요한 각종 데이터 설정값 입력을 위한 키이입력부(32); 가공 툴의 회전속도워크 테이블의 이송방향 및 이송속도와 X축, Y축, Z축을 각각 선택하는 등의 절삭 가공작업에 필요한 구동조작을 실행하기 위한 기능조작반(34)이 구비된 조작패널(30)로 구성되며, 작업자는 그러한 조작패널(30)의 각종 버튼 조작을 통해 자동으로 X축, Y축, Z축 방향으로 워크 테이블을 이송시키고, 가공 툴의 회전속도 등을 설정하여 절삭공정을 자동으로 수행하였다.

이때, 작업자는 상기 워크 테이블이 해당 서보모터 구동에 따라 X축, Y축, Z축 방향으로 이송될 때, CRT(36)에 나타나는 축의 좌표값을 참조하여 작업하고자 하는 가공물의 위치를 확인하였다.

다시 말해, CNC(컴퓨터 수치제어) 공작기계는 회전하는 날끝을 가진 가공 툴을 사용하여 평면절삭, 곡면절삭, 각종 홈 절삭은 물론 나사, 기어, 캠 등의 절삭 가공을 수행할 수 있는 공작기계로서, 수직 및 수평 밀링작업과 공작물의 평면, 측면 및 사면 가공작업을 병행할 수 있도록 상하 및 전후, 좌우로 구동 범위를 갖는 테이블의 이송을 조절하여 가공물을 가공하는 것이다.

하지만, 상기와 같은 종래의 공작기계에 있어서는, 도 2에서와 같이, 단일 테이블에 피가공물을 안착하고 연속되는 피드부에서 공급되는 피가공물 공정에 대한 컨트롤 및 신호 인가를 위한 PC부를 각각 구비하여야 했었다. 이에 따라서, 다수 테이블 및 다수 CNC 밀링 작업시 제어 어려움 및 설치에 따른 공간 제약성이 뒤따랐다.

그리고, 비젼카메라를 장착한 정밀 제어 시스템 실현 어려움으로 가공 오차 및 공정 불량 등 문제점이 발생하였다.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, CNC 공작기계를 통한 절삭 가공시 X축, Y축, Z축 각각에 대한 워크 테이블의 이송속도, 좌표값 등의 절삭 조건을 설정/제어할 수 있는 제어부를 구비한 PC부를 단일 개수로 구비하면서도 다수 작업 테이블 및 작업 공정을 원격 제어할 수 있도록 함으로써, 설치 공간 효율 및 작업 효율을 향상시키도록 하는 CNC 공작기계를 제공함에 있다.

또한, 비젼카메라를 장착한 비젼시스템을 적용하여 피가공물 정렬 및 보정, 가공 공정시 문제점 등을 작동자가 실시간으로 파악할 수 있도록 함으로써 가공 오차 및 공정 불량을 최소화시킬 수 있도록 하는 데 또 다른 목적이 있다.

아울러, 작업자가 피절삭물을 지그(jig)에 로딩할 때에 발생할 수 있는 오차 부분을 감소시키고, 로딩 시간을 단축시킬 수 있도록 하는 데 또 다른 목적이 있다.

상기한 종래 문제점을 해결하고, 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 컴퓨터수치제어(CNC) 방식의 공작기계는, 기설정된 좌표 입력값에 따라서 워크 테이블에 안착된 공작물을 절삭 가공하도록 X축, Y축, Z축 방향으로 자동 이송시키도록 조작패널이 제공되는 컴퓨터수치제어(CNC) 방식의 공작기계에 있어서, 베이스와; 상기 베이스에 구비되며 가공 대상 피공작물이 안치되어 상기 베이스 상에서 평면 운동을 수행하는 다수 개 작업대와; 상기 베이스에 구비되며 상기 공작물 가공을 위한 다수개 스핀들 및 가공공구가 장착된 헤드부와; 상기 베이스 일측면에 구비되어 상기 헤드부, 스핀들 및 작업대를 제어하기 위한 메인컨트롤러부; 및 상기 작업대에 안치된 피가공물 정렬 위치 및 가공 전 형상을 인식하기 위하여 상기 Z축 지지대에 수직 방향으로 설치되는 다수 카메라부를 포함하는 비젼시스템;을 구비하되, 상기 다수 개 작업대에 안치되는 다수 개 피가공물에 대한 정렬 및 형상 인식에 대한 다수 신호 및 센서 동작을 단일의 PC부에서 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 비젼시스템은 비젼카메라와, 촬영된 영상을 처리하기 위한 영상처리부와 다수 센서 Input 신호 및 액추에이터의 Output 신호를 제어하는 신호제어부 및 다수 Servo 모터 동작을 제어하는 모션제어부로 구성되는 PC부, 다수 입출력 신호를 매개하여 상기 PC부에 제공하기 위한 In/Out 모듈, 및 상기 모듈과 연계되어 전기 공급 및 전송 데이터 처리를 위한 PLC로 구성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

한편, 상기 비젼시스템은 템플레이트 정합(Template matching)을 통한 패턴 인식 방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이 때, 상기 패턴 인식을 위한 영상 추출은 상기 템플레이트 및 피가공물의 센터를 인식시켜 정렬 후 윤곽 추출 또는 에지 추출을 사용하여 수행하는 것을 특 징으로 한다.

그리고, 상기 윤곽 추출 또는 에지 추출시 피가공물이 사각 형태인 경우 기울어진 각도 측정을 통하여 보정하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 공작기계를 이용한 밀링 가공시에는 CNC 공작기계를 통한 절삭 가공시 X축, Y축, Z축 각각에 대한 워크 테이블의 이송속도, 좌표값 등의 절삭 조건을 설정/제어할 수 있는 제어부를 구비한 PC부를 단일 개수로 구비하면서도 다수 작업 테이블 및 작업 공정을 원격 제어할 수 있도록 함으로써, 설치 공간 효율 및 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 비젼카메라를 장착한 비젼시스템을 적용하여 피가공물 정렬 및 보정, 가공 공정시 문제점 등을 작동자가 실시간으로 파악할 수 있도록 함으로써 가공 오차 및 공정 불량을 최소화시킬 수 있는 효과를 가진다.

아울러, 작업자가 피절삭물을 지그(jig)에 로딩할 때에 발생할 수 있는 오차 부분을 감소시키고, 로딩 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비젼시스템을 이용한 CNC 공작기계에 대하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 CNC 공작기계 개략 구성도, 도 4는 본 발명에 따른 CNC 공작기계 측면도, 도 5는 본 발명에 따른 CNC 공작기계 정면도, 도 6은 본 발명에 따른 비젼 시스템의 하드웨어 구성도, 도 7은 본 발명에 따른 비젼 시스템 구성도, 도 8은 본 발명에 따른 비젼 시스템에서 패턴 인식 예시도, 도 9는 본 발명에 따른 비젼 시스템에서 패턴 영상 예시도, 도 10은 본 발명에 따른 비젼시스템의 패턴 인식 공정도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공작기계(100) 구성은, 기설정된 좌표 입력값에 따라서 워크 테이블에 안착된 피공작물을 절삭 가공하도록 X축, Y축, Z축 방향으로 자동 이송시키도록 조작 패널이 제공되는 컴퓨터수치제어(CNC) 방식의 공작기계에 있어서, 수평 방향 프레임인 베이스(510)와, 상기 베이스(510)에 수직 방향으로 연결되어 공작기계(100)의 구조적 중추를 담당하는 수직 프레임(520)을 구비하며, 상기 베이스(510) 상면에 설치되어 상하 및 전후 이송 동작이 가능한 다수 개 테이블부재(415)를 구성한다.

상기 테이블부재(415) 상면으로는 가공 대상 피공작물(420)이 안치되어 X축 수평 운동이 가능한 작업대(410)와, 상기 작업대(410)로부터 수직 이격되어 구비되며 상기 피공작물(420) 가공 공정을 수행하기 위한 다수개 스핀들(250) 및 가공 공구(260)가 장착된 헤드부(270)를 구비하며, 상기 베이스(510) 일측면 또는 공작기계(100) 내부에 구비되어 상기 헤드부, 테이블부재(415) 및 작업대(410)를 제어하기 위한 메인컨트롤러부를 구성한다.

상기한 베이스(510) 및 프레임(520)은 주축 유니트를 형성하며, 가공시 상기 스핀들(250) 및 가공 공구(260)가 회전하며, 상기 테이블 부재(415)는 가공 테이블에 각각 피절삭물(420)을 탑재하여 각 테이블(415)마다 하부 구동장치에 의해 개별 전진 또는 후진 가능하도록 구성함이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, X축 Y축 구동 시 교차피드유닛(cross feed unit)을 이루도록 모터 설치 및 제어가 가능하도록 한다.

그리고, 상기 테이블 부재(415)는 진공 상태를 유지하도록 하여 설치되는 공압장치(630)를 이용한 피스톤과 같은 구동 부재 이동 및 흡착이 용이하도록 한다.

그리고, 메인컨트롤부는 기기 구동장치와 각 부재의 구동장치에 제어 신호 및 명령 신호를 인가한다. 이를 위하여, 메인컨트롤러부는 실행 명령을 설정할 수 있는 키패드와 상기 설정 내용 또는 상기 도안의 수치제어 정보를 사용자에게 보여주는 디스플레이로 형성된다. 이러한 메인컨트롤러부는 보통 다수 회로 및 소프트웨어를 구비한 컨트롤 패널(600)에 장착되는 것이 일반적이며, 컨트롤 패널(600)은 CRT, 키입력부 및 기능조작반으로 구성된다.

이 경우, x축/y축/z축 각 축 별로 각각 제어가 가능하도록 할 수도 있고, 동시에 제어가 가능하도록 시스템을 구축함이 바람직하다.

또한, 상기 메인컨트롤러부는 상기 기기의 구동장치와 각 부재의 고동장치에 실행 명령 및 제어 신호를 인가한다. 즉 CAD/CAM으로 설계한 도안의 정보를 수치제어 언어로 변환하고 가동에 따른 테이블 부재(415)와 로봇 부재(미도시됨) 실행 명령을 설정하여 전송한다. 이 경우 테이블 부재(415) 및 로봇 부재 명령은 피가공물(420)인 부품을 작업대(410) 위에 올려놓고 모터를 장착한 이송 부재에 의하여 실행한다.

이 때, 메인컨트롤러부에 연결된 컴퓨터의 CAD/CAM 프로그램에 의해 가공할 상기 도안이 그려지고, 이 도안을 상기 메인컨트롤러부로 전송하는 기술은 자명한 내용이므로 상세한 설명은 생략한다.

그리고, 상기 작업대(410)에 안치된 피가공물(420) 정렬 위치 및 가공 전 형상을 인식하기 위하여 상기 Z축 지지대(530)에 수직 방향으로 설치되는 다수 카메라(300)를 포함하는 비젼시스템을 구비하는데, 이 경우, 상기 다수 개 작업대(410)에 안치되는 다수 개 피가공물(420)에 대한 정렬 및 형상 인식에 대한 다수 신호 및 센서 동작을 단일의 PC부(310)에서 제어할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

더 나아가, 여러 대의 CNC 공작 기계를 한 대의 PC부(310)에 연결시켜 제어하는 system 구축도 가능한데, 이에 따를 경우에는 작업성 및 생산성을 개선함과 동시에 그것을 조합하여 하나의 CNC 공작기계 군으로 운영을 제어 관리할 수 있는 computer와 DNC용 software가 필요하다.

여기에서는, 기존 단일 테이블 구성에서 다수 테이블 구성시 컨트롤러부를 구성하는 PC부(310)를 각각 작업 테이블마다 별도로 구성해야 하는 문제를 단일 PC부(310)에서 제어 가능하도록 구성한 부분을 제외한 기타 공작기계(100) 구성 및 동작은 동일한 바, 기타 공작기계 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이어서, 비젼 카메라(300)를 포함하는 비젼시스템에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

이 경우, 영상 측정은 대략 세 가지 방식으로 나뉜다.

테두리 측정은 부품 테두리를 측정하는 것으로 일반적으로 아래 부분의 테두리 광원을 채택하며, 필요할 경우 표면광을 추가하여 보조 조명으로 쓸 수 있다. 측정물의 테두리선을 선명하게 하여 측정을 유리하게 한다.

표면 측정은 영상 측정의 주요한 기능이다. 볼 수 있는 어떠한 물체 표면 도형의 크기라도 표면광원 조명 아래서 영상측정 기기는 거의 모두 측정할 수 있다. 예를 들어, 회로판 위의 회로동박 크기, IC 회로 등, 측정 물체가 흑색 플라스틱이나 고무일 경우 영상측정 기기는 손쉽게 이 크기를 측정할 수 있다.

Z축 측정은 대물렌즈를 추가하고 또한 충분히 조준하여 정밀도를 정할 때, 영상측정 기기는 Z축 측정을 할 수 잇다. 예를 들어, 부품의 층계 높이, 어두운 홀의 깊이 정도를 측정하고, 측정할 때 표면광 조명을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 머신 비젼 시스템은 비접촉식 센싱 메커니즘을 통하여 영상 취득 후 컴퓨터 비젼 프로세스를 실행하는 것을 말한다. 이를 위하여는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서를 장착한 카메라를 이용한 영상취득, PC부 또는 DSP 보드를 이용한 영상처리, 시각적 의사판단 기준을 부여한 영상분석 과정이 필요하다.

여기에서, PC부(310)는 영상처리부(311), 입출력제어부(312), 동작제어부(313)로 구성되며, 영상처리부(311)는 CCD 또는 CMOS 카메라로부터 취득한 영상을 처리하며, 입출력제어부(312)는 센서로부터의 입력과 모터의 출력 동작과 연계되며, 동작제어부(313)는 스텝 서보모터(316)와 PLC(360), 로봇, 터치패널 등과 연결된다. 이 경우 동작제어부(313)는 무선 시리얼 통신(210)을 사용함이 일반적이며, PC부(310)는 외부 네트워크와 연계 가능할 수 있다.

비젼 시스템의 하드웨어적 구성은, 일반적으로 CNC형 비접촉형 영상 측정 기기는 고분해능 CCD 카메라(350), 연속 배율변화 대물렌즈, 모니터, 데이터 측정 소프트웨어, 모터 운동 컨트롤러 등을 구비하여야 한다. 이 경우 2D 측량을 위주로 하며 3D 보조측량을 할 수도 있다. 이것은 전자부품, 정밀금형, 나가가공, 카메라부품, 핸드폰부품 등 각종 정밀가공업에 광범위하게 응용 가능한 시스템으로, 전동형식은 X, Y, Z축 리니어 모터 구동 방식을 사용하며, 카메라를 통하여 얻은 영상을 데이터로 읽어내어 분석처리 한다. 피가공물인 부품은 작업대 위에 올려놓고 움직이지 않게 하며 모터를 통하여 리니어 베어링을 구동시킨다.

도 6은 본 발명에 다른 비젼시스템의 하드웨어 구성을 도시하고 있다. CCD 또는 CMOS 이미지 센서를 장착한 카메라(300)와, 촬영 영상 처리를 위한 비젼 컨트롤러(310)와 모니터부(320), 센서 및 모터 신호 입출력 동작을 매개하는 In / Out 단자(350) 및 이와 연계되는 PLC(360)를 포함하여 구성한다.

그리고, 여기에서, 줌렌즈 줌 범위는 ~, 총 영상주파수 화대율은 ~로 구성함이 바람직하다.

여기에서, 컬러 CCD 카메라(300)는 줌렌즈에서 얻은 영상을 전자신호로 변환하고 다시 단자를 통하여 컬러 모니터로 전송한다. 그리고, 컬러 모니터(320)는 CCD 카메라(300)에서 전송된 영상 신호를 TV 그래픽으로 전환한다. 이 때, 휘도를 조절할 수 있는 LED 광원(305)을 채택하여 조명 효과를 카메라 촬영시 부여하여 더욱 정확한 이미지 인식이 가능하도록 함이 바람직하다.

본 발명에 따른 비젼시스템에서 적용에서 영상 인식은 템플레이트 정 합(template matching)을 통한 패턴 인식 과정을 이용하는데, 여기서 템플레이트 정합은 검사할 영상이 주어졌을 때 미리 주어진 템플레이트 영상을 이용하여 검사할 영상 내부에 있는 유사한 영상 패턴을 찾아내는 것으로, 이 때 템플레이트는 일종의 모델(model) 영상이다.

이 경우, 템플레이트 영상이 검사할 영상에 겹쳐서 나타내는데, 영상의 왼쪽 맨 위의 시작점에 조그마한 템플레이트를 겹쳐 놓고 검사할 영상의 겹쳐진 부분과 템플레이트 영상을 서로 비교하며, 이러한 비교 기준치는 용도에 따라 적당하게 선택할 수 있다. 계산된 비교 기준치를 저장한 후에 다시 템플레이트를 한 픽셀 왼쪽으로 옮긴다. 그리고 다시 검사 영상의 겹쳐진 부분과 템플레이트 영상을 비교한다.

이러한 템플레이트 정합에서는, 피가공물 외부 윤곽 특징을 이용한 영상 처리 과정 응용이 가능한데, 여기서 윤곽은 영상을 특징짓는 선 요소이며, 윤곽 추출은 에지 추출이라고도 하는데 추출한 윤곽을 통하여 특징 오브젝트를 추출한다던지, 면적이나 둘레를 측정하던지, 두 개의 영상 대응점을 구하여 비교 판단할 수 있다.

도 8은 이러한 템플레이트 정합에서 피가공물 정렬시 형상오차 및 위치 정렬 오차의 다양한 유형을 도시하고 있다. 즉, 피가공물이 휴대폰 라벨과 같은 직사각형 형상인 경우, 에지 추출에 따라서 비틀어진 오차 각도 및 형상 오차를 촬영 영상 좌표점에 따라 이를 인식하여 트래킹이 가능하도록 할 수 있게 된다.

도 9는 본 발명에 따른 비젼시스템 공정을 간단하게 도시하고 있다. 이를 참조하여 설명하면, 피가공물을 작업대 위에 위치시키고 카메라를 on(S500)한다. 이어서, 피가공물 영상을 촬영 후 캡쳐(S510)한다. 이어서, 영상 특징 정보를 추 출(S520)하고, 촬영된 캡쳐 영역을 추적(S530)한다. 마지막으로, 템플리트 정합 유무에 대한 판단(S540)을 실행하고, 일치하면 정렬 공정을 마치고(S550), 불일치하면 다시 캡쳐 영역을 추적하게 된다.

도 10은 일 실시 예로 촬영된 피가공물 형상을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 x축 중심좌표 및 y축 중심좌표을 센터점으로 하여 각각의 직경 및 입력 패러미터에 따라서 에러를 수정하고 보정하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 비젼시스템을 적용한 CNC 공작기계 동작 방법에 대하여 간단하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 수평 일직선 유지된 테이블부재(415)에 피절삭물(420)을 탑재시킨다.

이어서, 피절삭물(420) 가공시 사용할 공구(250, 260)를 공구 툴에 탑재 대기시킨다.

이어서, 컴퓨터(PC)로부터 CAD/CAM 데이터를 인계받아 피절삭물(420)에 가공하고자 하는 형상의 도면 정보, 즉, 점, 직선, 원, 원호 및 스플라인 등의 도형에 대한 요소를 정의하고, 이 정의된 도형을 2차원 또는 3차원 도형으로 형성하여 가공할 공구 순번과 함께 수치제어(NC) 언어로 변환한 메인컨트롤러부(600)에서 각 구동장치 및 구동부재에 전송한다.

이어서, 메인컨틀로러부(600)로부터 인가된 명령신호에 따라서 별도 구비된 로봇부재에 의하여 가공 공구를 픽킹하여 이송시킨다.

이어서, 주축 유니트가 로봇부재의 수직 상부 일정 거리를 이격하여 정지시킨다.

이어서, 스핀들(250)에 전자석 ON 및 고압 에어 흡입시켜 가공 준비한 후, 메인컨트롤러부에 의해 전송받은 값에 따라 주축 유니트를 이동하고 상기 스핀들 및 가공 공구를 회전시켜 피절삭물(420)을 가공한다.

이렇게 피절삭물(420)에 대한 가공 공정이 완료되면 작업대(410) 일 측면으로 연계 구성되는 피더부에서 새로운 피가공물(420) 공급이 이루어지며 상기한 밀링 공정이 반복되게 된다.

상기한 공정 중, 본 발명에 따른 비젼 시스템은 피가공물 탑재 후 피가공물 정렬 공정에서 주로 사용된다. 이는, 밀링 정확성을 높이기 위한 것이다. 하지만, 스핀들 및 가공 공구를 이용한 피절삭물 가공 공정 중에 감시 시스템으로 사용할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래 일반적인 CNC 공작기계 사시도

도 2는 종래 CNC 공작기계의 일반적인 구성도

도 3은 본 발명에 따른 CNC 공작기계 개략 구성도

도 4는 본 발명에 따른 CNC 공작기계 측면도

도 5는 본 발명에 따른 CNC 공작기계 정면도

도 6은 본 발명에 따른 비젼 시스템의 하드웨어 구성도

도 7은 본 발명에 따른 비젼 시스템 구성도

도 8은 본 발명에 따른 비젼 시스템에서 패턴 인식 예시도

도 9는 본 발명에 따른 비젼 시스템에서 패턴 영상 예시도

도 10은 본 발명에 따른 비젼시스템의 패턴 인식 공정도

*** 도면의 주요 부분에 대한 설명 ***

100: CNC 공작기계 250: 스핀들

260: 가공공구 300: 카메라

305: 조명장치 310: PC부

320: 모니터 350: 인/아웃 모듈

360: PLC 410: 작업대

415: 테이블부재 420: 피가공물

510: 베이스 520: 수직프레임

600: 컨트롤 패널 630: 공압장치

Claims (8)

1. 기설정된 좌표 입력값에 따라서 워크 테이블(work table)에 안착된 공작물을 절삭 가공하도록 X축, Y축, Z축 방향으로 자동 이송시키도록 조작패널이 제공되는 컴퓨터수치제어(CNC) 방식의 공작기계에 있어서,

   수평 방향 프레임인 베이스와;

   상기 베이스에 수직 방향으로 연결되어 공작기계의 구조적 중추를 담당하는 수직 프레임과;

   상기 베이스 상면에 구비되며 상하 및 전후 이송 동작이 가능한 다수 개 테이블과;

   상기 테이블 상면에 설치되어 가공 대상인 피공작물이 안치되어 X축 평면 수평 운동을 수행하는 다수 개 작업대와;

   상기 작업대로부터 수직 이격되어 구비되며 상기 피공작물 가공을 위한 다수 개 스핀들 및 가공 공구가 장착된 헤드부와;

   상기 베이스 일측면에 구비되어 상기 헤드부, 테이블 및 작업대를 제어하기 위한 메인컨트롤러부; 및

   상기 작업대에 안치된 피가공물 정렬 위치 및 가공 전 형상을 인식하기 위하여 상기 Z축 지지대에 수직 방향으로 설치되는 다수 카메라부를 포함하는 비젼시스템;을 구비하되,

   상기 다수 개 작업대에 안치되는 다수 개 피가공물에 대한 정렬 및 형상 인식에 대한 다수 신호 및 센서 동작을 단일의 PC부에서 제어하며,

   상기 비젼시스템은 비젼카메라와, 촬영된 영상을 처리하기 위한 영상처리부와, 다수 센서 Input 신호 및 액추에이터의 Output 신호를 제어하는 신호제어부, 및 다수 Servo 모터 동작을 제어하는 모션제어부로 구성되는 PC부와, 다수 입출력 신호를 매개하여 상기 PC부에 제공하기 위한 In/Out 모듈 및 상기 모듈과 연계되어 전기 공급 및 전송 데이터 처리를 위한 PLC로 구성되고,

   상기 비젼시스템은 템플레이트 정합(Template matching)을 통한 패턴 인식 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 비젼시스템을 구비한 CNC 공작기계.
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6. 제 1항에 있어서,

   상기 패턴 인식을 위한 영상 추출은 상기 템플레이트 및 피가공물의 센터를 인식시켜 정렬 후 윤곽 추출 또는 에지 추출을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 비젼시스템을 구비한 CNC 공작기계.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 윤곽 추출 또는 에지 추출시 피가공물이 사각 형태인 경우 기울어진 각도 측정을 통하여 보정하는 것을 특징으로 하는 비젼시스템을 구비한 CNC 공작기계.
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