CAD 프로파일을 몇 분내로 모션으로 보내는 NI Motion Assistant

정밀한 모션 프로파일은 금속판, 유리, 목재, 거품, 직물 조각/커팅에서 반도체, 생명 과학 및 전기 산업의 스캐닝 어플리케이션에 이르기까지 광범위한 어플리케이션에 필요합니다. CAD (Computer-Aided Design) 및 드래프팅 패키지는 정확한 프로파일 생성을 위한 모든 적합한 도구를 제공하고 있으며 보편적으로 사용됩니다. 과거에는 이러한 프로파일을 실제 하드웨어에 연결하는 일이 시간 소모적이며 수작업이 요구되었습니다. 본 기술백서에서는 NI의 새로운 도구를 사용하면 어떠한 방식으로 과정이 간소화되며, 유연성이 추가되며, 더욱 신속한 운동이 가능해 지는지를 살펴보도록 하겠습니다.

소개

하드웨어에 정밀한 모션 프로파일을 실행하는 머신 빌더들은 장시간을 투자하여 CAD 도면을 모션 하드웨어 컨트롤 도구가 이해하고 따를 수 있는 컨투어 포인트로 전환합니다. 포인트가 전환된 이후에도 정확성 확인을 위해 테스트하는 데 추가의 시간이 소요됩니다. 운동을 변경하거나 추가하는 작업은 시간 집약적인 단계를 반복해야 하므로 유연성이 매우 결여됩니다. CAD 도면에서 하드웨어에 프로파일을 실행으로 옮겨가게 되면 네일링, 시추, 레이저 절단, 플라스마 절단, 수압 절단, 라우터, 선반 등의 개발 시간이 대폭 줄어듭니다.

새로 출시된 내쇼날인스트루먼트의 Motion Assistant 2.0에는 CAD 및 드래프팅 패키지에서 생성된 모션 프로파일을 직접 반입할 수 있는 기능이 추가되었습니다. NI Motion Assistant는 또한 특허받은 스마트 컨투어링 알고리즘이 있어 머신 빌더들은 더욱 신속한 운동을 진행할 수 있으며, 머신 웨어를 줄여줍니다. Motion Assistant는 모션 어플리케이션의 개발 시간을 가속화하기 위해 설계된 독립형 프로토타입 도구입니다. 본 도구는 머신 빌더들이 코드를 작성할 필요없이 모션 어플리케이션을 개발하고 미리 볼 수 있는 구성 기반의 인터페이스를 제공합니다. 버전 2.0 Motion Assistant에서는 널리 사용되는 DXF 파일 포맷을 사용하여 2차원 CAD 도면을 반입할 수 있는 새로운 기능이 소개되었습니다. 개발 시간 절감과 동시에, DXF 파일을 반입할 수 있는 기능을 통해 머신 빌더들은 기존의 프로파일을 편리하게 변경하고, 추가 프로파일을 생성할 수 있는 유연성을 활용하게 됩니다.

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그림 1. NI Motion Assistant를 사용하는 머신 빌더들은 DXF 파일 포맷을 사용하여
CAD 및 드래프팅 환경에서 모션 프로파일을 반입할 수 있으므로 개발이 가속화됩니다.

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모션 프로파일을 반입한 후, NI Motion Assistant로 속도, 가속, 감속 등의 운동 파라미터를 구성할 수 있고, 실제 모션 컨트롤 하드웨어로 파라미터를 테스트할 수 있습니다.

일단 운동이 적절히 테스트되면, Motion Assistant는 어플리케이션을 배포하는 데에 필요한 NI LabVIEW 또는 C 코드를 생성합니다. NI Motion Assistant는 NI 모션 컨트롤러와 긴밀하게 통합하며, 머신 빌더들이 스테퍼, 브러시드 서보, 브러시리스 서보 또는 piezo-electric 모터를 정밀하게 컨트롤하기 위한 유연성을 제공합니다. NI 모션 도구는 또한 NI Vision 및 데이터 수집 도구와 통합되며, 머신 빌더들이 단일 툴 체인을 사용하여 어플리케이션을 구축할 수 있도록 합니다.

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아키텍처 개요

모션 시스템을 구축하는 데에는 주요 두 가지 방법이 있습니다. 첫 번째 아키텍처는 사용자들이 동일 시스템에서 개발과 모션 컨트롤을 진행하는 단일 시스템 셋업입니다. 시스템은 주로 PC 또는 PXI 컨트롤러입니다. 본 셋업은 흔히 실험실에서 사용됩니다. 그림 2는 단일 컴퓨터 시스템의 아키텍처를 나타냅니다.

그림 2. 일반적인 단일 시스템 셋업 아키텍처

두 번째 아키텍처는 개별 배포 및 개발 시스템입니다. 개발 및 배포 시스템은 일반적으로 산업용 PC 또는 PXI 컨트롤러입니다. 본 셋업은 사용자가 모션 컨트롤 어플리케이션을 여러 타겟에 배포해야 할 경우에 흔히 사용됩니다. OEM 업체, 통합업체, 어플리케이션 빌더들이 본 아키텍처를 주로 사용합니다. 그림 3은 배포 시스템의 아키텍처입니다.

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그림 3. 일반적인 배포 시스템 셋업 아키텍처

CAD 파일

아키텍처 개요 섹션에서 다루었던 컴포넌트가 아래에 더욱 자세히 설명되어 있습니다.

CAD 파일은 AutoCAD 또는 SolidWorks 등 CAD 어플리케이션에서 생성된 운동의 시퀀스를 포함합니다. Motion Assistant는 다음 포맷으로 된 2차원 CAD 파일을 지원합니다.
· AutoCAD 2004 DXF
· AutoCAD 2000/LT 2000 DXF
AutoCAD DXF (Drawing Interchange Format, 또는 Drawing Exchange Format)는 AutoCAD 및 다른 프로그램간에 데이터 상호운용성(interoperability)을 위한 솔루션으로 개발된 CAD 데이터 파일 포맷입니다. DXF 파일은 ASCII 또는 바이너리 포맷으로 되어 있습니다. Motion Assistant는 ASCII DXF 포맷을 지원합니다.

 

Motion Assistant

내쇼날인스트루먼트의 Motion Assistant는 모션 어플리케이션을 신속하게 개발하기 위한 독립형 구성 기반의 프로토타입 도구입니다. Motion Assistant는 운동을 2, 3차원으로 시각화하고 속도 및 가속 프로파일을 모니터하기 위한 그래픽 인터페이스를 제공하여 모션 어플리케이션 개발시 추측 작업을 수행합니다. Motion Assistant를 사용하면 코드를 작성하지 않고 모션 프로파일을 구축하거나 미리볼 수 있습니다. 머신 빌더는 내장된 직선, 원호 또는 컨투어 운동을 병행 사용하거나 CAD 파일에서 직접 반입하여 Motion Assistant에서 모션 프로파일을 생성할 수 있습니다.

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그림 4a. 편리한 직선 운동 생성


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그림 4b. 원호 운동 추가

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그림 4c. 컨투어 운동 추가

Motion Assistant를 사용하면 NI-Motion 드라이버 API를 사용하여 어플리케이션을 개발하기 위해 LabVIEW 또는 C 코드를 생성할 수 있습니다. 사용자는 C, C++, 또는 Microsoft Visual Basic 등의 텍스트 기반의 언어를 위한 코드 레시피를 생성할 수도 있습니다.

Motion Assistant 2.0부터 사용자는 2차원 CAD 파일을 반입할 수 있게 되었습니다. 반입된 CAD 파일의 데이터를 사용하여, Motion Assistant는 직선, 원호 및 원과 같은 기본적인 운동 유형의 조합으로 구성된 여러 형태를 보유한 CAD 운동을 생성할 수 있습니다.

연결이 되지 않은 형태가 프로파일에 포함된 경우, Motion Assistant는 끊어진 형태를 자동적으로 연결하기 위한 경로를 생성하고 이를 점선으로 디스플레이합니다. Inserted Shapes라고 불리는 이 형태는 일반적으로 단일의 삽입된 직선 운동을 포함합니다. 대부분의 커팅 및 드래프팅 어플리케이션은 두 개의 연결되지 않은 형태사이를 이동할 때 스크라이빙되는 객체의 면에서 벗어나기 위해서 blade 또는 drill을 필요로 합니다. 이를 위해, Motion Assistant에는 Pen Up/Down라 불리는 자동화 기능이 있어 커팅 어셈블리를 위, 아래로 이동시키는 데 사용되는 제 3축을 컨트롤합니다. 다음의 위치 보기 다이어그램에서 모양은 굵은 선으로 표시되며, 삽입된 모양은 띠줄(dashed line)로 표시됩니다.

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그림 5. Motion Assistant는 두 개의 연결이 끊어진 형태 사이에 직선 경로를 자동 생성합니다.
이동 시퀀스는 사용자 구성가능합니다.

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기본적으로 Motion Assistant는 CAD 어플리케이션에서 운동이 생성될 때와 동일한 순서로 운동을 시퀀싱합니다. 커팅 어플리케이션을 최적화하기 위해 Motion Assistant에서는 다른 형태 사이에 시퀀스를 재조정할 수 있습니다. 이같은 특허 출원중인 기능을 사용하면 커팅 시퀀스를 재조정하여 가장 가까이 있는 형태가 따라가도록 함으로써 커팅 또는 스크라이빙 어플리케이션의 속도를 증대할 수 있습니다.

또한 사용자들은 Motion Assistant가 DXF 파일로부터 유닛을 해석하는 방법을 구성할 수 있습니다. DXF 파일로부터의 유닛은 모터의 회전 한 번 또는 엔코더의 카운트 한 번으로 읽혀집니다. 사용자들은 스테퍼 모터의 경우 회전당 스텝 갯수로 구성하고, 서보의 경우 회전당 엔코더 카운트로 구성하여 유닛을 실제 좌표로 전환합니다. 예를 들어 CAD 파일의 하나의 유닛이 1cm를 나타낸다면 사용자는 모션 컨트롤러의 회전당 스텝 수를 모터가 1 cm 이동하는 스텝의 갯수로 설정할 수 있습니다.

참고:
Motion Assistant 2.0은 NI-Motion 7.0 및 그 후 버전과 호환합니다. Motion Assistant 프로토타입에서 LabVIEW 코드를 생성하려면 LabVIEW 7.0 또는 그 후 버전이 반드시 설치되어 있어야 합니다.

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고성능 모션 컨트롤을 위한 10가지 주요 기술

XML

XML (Extensible Markup Language)은 구조적인 정보를 포함한 문서에 필요한 마크업(markup)언어입니다. XML은 태그를 정의하는 포맷 및 태그간 구조적인 관계를 제공합니다. XML 파일은 데이터 및 데이터를 정의하는 태그를 포함합니다. XML 스키마(schema) 파일은 XML 파일의 구조를 설명하며, XML 파일의 빌딩 블록을 정의합니다.

사용자가 CAD 이동에 대한 코드를 생성하면, Motion Assistant는 모든 운동 파라미터를 XML 파일로 저장하고 그 파일을 어플리케이션에서 사용합니다. 추가의 유연성을 위해 머신 빌더들은 커팅 머신이 따라야 하는 각 운동에 대해 XML 파일을 생성할 수 있습니다. 이러한 XML 파일은 그 후 적절한 운동을 선택하기 위해 어플리케이션에서 프로그램적으로 선택되며, 따라서 어플리케이션의 기능을 변경하기가 매우 편리해집니다.

참고:
XML 파일은 LabVIEW 또는 C에서 사용하기 위해 수동으로 편집 또는 생성될 수 있습니다. 사용자가 수작업으로 XML 파일을 변경 또는 생성하고자 할 경우, 제공된 XML 스키마를 반드시 준수해야 합니다. 본 파일은 <Motion Assistant>\bin\mxwPlugins\XMLSchema\CAD.xsd 디렉토리에 위치해 있습니다.

 

프로그래밍 언어

모션 어플리케이션을 프로토타입한 후에 사용자들은 Motion Assistant의 코드 생성 기능을 사용하여 LabVIEW, LabWindows/CVI, 또는 C를 위한 코드를 생성합니다. 코드 레시피는 또한 C, C++, Microsoft Visual Basic과 같은 기타 텍스트 기반의 언어용으로도 생성될 수 있습니다.

생성된 어플리케이션은 개발 환경에서 편리하게 수정됩니다. 사용자들은 또한 어플리케이션을 EXE로 컴파일하고 이를 하나 이상의 타겟 머신에 배포할 수 있습니다.

 

모션 컨트롤러

Motion Assistant 2.0 및 이후 버전은 다음의 모든 모션 컨트롤러와 함께 사용됩니다.
· NI 7350 시리즈 컨트롤러
· NI 7340 시리즈 컨트롤러
· NI 7330 시리즈 컨트롤러
· NI PCI-7390 컨트롤러
· NI SoftMotion 컨트롤러 - Copley Controls Corp. CANopen 드라이브

 

결론

Motion Assistant로 머신 빌더들은 CAD 도면으로부터 모션 프로파일을 생성할 수 있으며, 모션 프로파일을 위한 수정가능한 코드를 생성할 수 있고, 선택한 드라이브 및 모터에 모션 프로파일을 실행할 수도 있습니다. 속도 증대 및 머신 웨어를 줄이고자 하는 경우, Motion Assistant는 특허받은 스마트 컨투어링 기능을 제공합니다. Motion Assistant는 여러 커팅 및 스크라이빙 어플리케이션을 위해 추가의 기능, 유연성, 통합 및 가치를 제공합니다. 머신 빌더들은 Motion Assistant 및 CAD 파일을 사용함으로써 비용을 절감하며, 운동을 최적화하고, 코드를 맞춤생성하며, 어플리케이션을 간소화하고 개발 시간을 대폭 절감할 수 있습니다.

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