KR0129051B1 - 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계에서 가공된 물체의 3차원좌표를 측정하는 3차원좌표 측정기의 오차를 측정하는 방법에 관한 것으로써, 한 개의 홀-플레이트와 전자레벨을 사용하여 빠른 시간에 3차원좌표 측정기의 구조적인 오차를 모두 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 다수개의 홀을 갖는 홀-플레이트를 준비하는 단계 : 상기와 같이 준비된 홀-플레이트의 홀 중심간 거리를 측정하여 교정거리를 구하는 단계 ; 오차를 측정하고자 하는 CMM테이블상에 X,Y,Z(높이)의 3차원 직각좌표를 만드는 단계 ; 상기 홀-플레이트 상기 3차원 직각좌표의 X-Y기준면에 위치시킨 다음 CMM프로브(probe)에 의해 홀 중심간의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심간거리 오차(홀 중심위치 오차)를 구하는 단계 : 상기 홀-플레이트를 X-Y기준면에서 홀-플레이트의 한변의 길이 만큼 평행이동시킨 다음, CMM프로브에 의해 홀 중심간의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심간 거리 오차를 구하는 단계 : 상기한 전 두단계를 X-Y평면 및 Y-Z평면에 대하여 수행하여 각각의 홀 중심간 거리 오차를 구하는 단계 ; 및 상기와 같이 구한 홀 중심간거리 오차를 이용하여 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차를 측정하는 단계를 포함하여 구성되는 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차 측정방법을 그 요지로 한다.

Description

3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차 측정방법

제1도는 본 발명을 구현하기 위한 홀-플레이트의 일례를 나타내는 개략도.

제2도는 3차원 좌표측정기의 작업테이블에 홀-플레이트가 위치되어 있는 상태를 나타내는 모식도.

제3도는 본 발명에 따라 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차중 요(Yaw), 피치(pitch) 및 롤(Roll) 오차를 측정하는 방법을 설명하기 위한 모식도.

제4도는 롤 오차를 측정하기 위하여 전자레벨이 설치되어 있는 홀-플레이트의 사시도.

제5도는 본 발명에 따라 X-Z축을 직각도 오차를 측정하는 방법을 설명하기 위한 모식도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10,20 : 홀-플레이트 12 : 중공부

11,21 : 홀 형성부 13 : 골격부

11a,21a : 홀

본 발명은 공작기계에서 가공된 물체의 3차원 좌표를 측정하는 3차원 좌표 측정기의 오차를 측정하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 홀-플레이트(hole-plate)를 이용하여 3차원 좌표측정기(coordinate Measuring Machine:이하 CMM이라고도 칭함)의 구조적인 오차를 측정하는 방법에 관한 것이다.

공작기계에서 가공된 물체의 3차원 측정을 위하여, CMM의 사용이 필수적이다, CMM은 그 측정 정밀도가 생명이며, 따라서 주기적으로 CMM자체의 오차를 검사하여야 한다. CMM의 구조적인 오차종류는 백-레쉬오차를 제외하고, 보통 21개로 구분하며, X,Y,Z 3측에서의 위치 오차 3개, 축방향 수직인 진직도 오차 각축에 2개, 각도 오차인 피치(Pitch), 요(Yaw) 및 롤(Roll)-오차 각축에 3개, 마지막으로 x-y, x-z 및 x-z축의 직각도오차 3개이다.

상기한 CMM의 구조적인 오차를 측정하는 방법으로는 미국특허 제 4,939,678호, 및 4,819,195호 등을 들 수 있다. 그러나, 상기한 방법들은 구조적 오차를 부분적으로 밖에 측정할 수 없어 여러 측정 기구들을 사용해야 한는 단점이 있다.

한편, 상기한 구조적인 오차를 모두 측정할 수 있는 방법으로는 레이져 측정기 (laser interferometer)가 사용되고 있는데, 이 방법의 경우에는 시간이 많이 소요되는 단점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 종래의 단점을 개선하기 위하여 연구를 행하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 한 개의 홀-플레이트와 전자 레벨만을 사용하여 빠른시간에 CMM의 21개의 구조적인 오차를 모두 측정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 다수개의 홀을 갖는 홀-플레이트를 준비하는 단계 : 상기와 같이 준비된 홀-플레이트의 홀 중심간 거리를 측정하여 교정거리를 구하는 단계 : 오차를 측정하고자 하는 CMM테이블상 X,Y,Z(높이)의 3차원 직각좌표를 만드는 단계 : 상기 홀-플레이트 상기 3차원 직각좌표의 X-Y기준면에 위치시킨 다음, CMM프로브(Probe)에 의해 홀 중심간의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심거리 오차(홀 중심위치 오차)를 구하는 단계 : 상기 홀-플레이트를 X-Y기준면에서 홀-플레이트의 한변의 길이 만큼 평행이동시킨 다음, CMM프로브에 의해 홈 중심간의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심간 거리 오차를 구하는 단계 : 상기한 전 두단계를 X-Z평면 및 Y-Z평면에 대하여 수행하여 각각의 홀 중심간 러리 오차를 구하는 단계 : 및 상기와 같이 구한 홀 중심간거리 오차를 이용하여 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차를 측정하는 단계를 포함하여 구성되는 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차 측정방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기한 3차원 좌표 측정기의 오차 측정 방법에 있어서, 상기한 구조적인 오차가 다음과 같은 단계 즉, 상기한 X-Y평면에 대하여 구한 거리 오차값들에 의해 X방향의 길이 오차(위치오차), 또는 Y방향의 길이 오차, Y측에서 X방향의 진직도 오차, X측에서 Y방향 진직도 오차, X측에서의 요오차, Y측에서의 요오차, 및 X,Y측의 직각도 오차를 구하는 단계 : 상기한 X-Z 평면에 대하여 구한 거리 오차값들에 의해 Z방향의 길이 오차 또는 X방향의 길이오차, Z축에서 X방향의 진직도 오차, X축에서 Z방향 진직도 오차, Z피치오차, X피치오차 및 X,Z축의 직각도 오차를 구하고, 그리고 전자레벨에 의해 측정된 기울기값과 거리오차 값에 의해 X를 오차, 및 Z를 오차를 구하는 단계 : 및 상기한 Y-Z평면에 피하여 구한 거리오차 값들에 의해 Y방향 길이오차 또는 Z방향 길이오차, Z요오차, Y축에서의 Z축에서의 Y방향 진직도 오차, Y,Z축 직각도 오차를 구하고, 그리고 전자레벨에 의해 측정된 기울기 값과 거리오차값에 의해 Y를 오차를 구하는 단계에 의해 구해지는 것을 특징으로 한는 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차 측정방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 3차원 좌표 측정기의 오차를 측정하기 위해서는 우선, 본 발명의 홀-플레이트를 제작하여야 하는데, 이를 제1도에 의해 설명한다.

도1a 나타난 바와 같이, 홀-플레이트는 다수개의 홀(11a)이 형성되어 있는 홀 형성부(11), 중공부(12) 및 골격부(13)로 이루어진 정사각형 형상을 갖는 홀-플레이트(10)나 또는 제1도(b)에 나타난 바와 같이, 다수개의 홀(11a)이 형성되어 있는 홀 형성부(21) 및 중공부(22)로 이루어진 정사각형 형상을 갖는 홀-플레이트(20)가 바람직하다.

상기한 홀-플레이트이 재질로는 열팽창 효과를 줄이기 위하여 티타늄 또는 세라믹 등을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 홀 내부 및 진원도를 위하여 홀 정밀 가공하거나 또는 내부에 정밀 가공, 연마된 베어링 부쉬(Bush)등을 끼우는 것이 바람직하다.

상기 홀-플레이트의 재질이 세라믹인 경우에는 세라믹을 성형한후 홀 내부를 연마하여 가공정도를 높이하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 홀의 크기는 CMM의 프로브로 중심의 위치로 구하기 위한 원의 모양을 얻기 위하여 프로브로 7-8점을 접촉할 수 있을 정도로 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 홀-플레이트의 홀수는 진직도의 측정에 요구되는 직선이 되기 위한 데이터를 고려하면 5개 이상이 바람직하며, 사용목적에 따라 변화될 수 있다.

상기 홀-플레이트에는 3개정도의 고정 다리를 형성하여 다리(14)를 형성하여 다리로 설치될수 있도록 하는 것이 바람직하며, 또한 룰 오차측정을 위하여 전자 레벨을 올려놓을 수 있도록 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같이 제작된 홀-플레이트를 이용하여 3차원 좌표 측정기의 오차를 측정하는 과정을 제2도- 제5도에 의해 설명한다.

상기와 같이 준비된 홀-플레이트의 홀 중심간 거리를 측정하여 교정거리를 구한다. 일단 홀사이의 거리가 교정되면 각 홀은 고유의 이름이 명시되어야 하는데, 제2도에서는 좌측 아래의 홀을 기준으로 하여 반시계 방향으로 번호를 표시하였다.

다음에, 측정하고자 하는 CMM테이블상에, 제 2도에서와 같이, X,Y,Z(높이)의 3차원 직각 좌표를 만든다.

다음에, 상기 홀-플레이트를 도2a에서와 같이, 상기 3차원 직각좌표이 X-Z기준면에 위치시킨 다음, CMM프로브에 의해 홀 중심산의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심간 거리오차를 구한다.

다음에, 상기 홀-플레이트를 X-Y기준면에서 홀-플레이트의 한 변의 길이만큼 평행이동시킨 후, CMM프로브에 의해 홀 중심간의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심간 거리오차를 구한다.

상기한 두 과정을, 도2b 및 도2c에서와 같이, X-Z평행 및 Y-Z평면에 대하여 실행하여 각각의 홀 중심간 거리오차를 구한다.

다음에, 상기와 같이 구한 홀 중심간 거리오차를 이용하여 CMM의 구조적인 오차를 측정오차를 측정하게 되는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선, CMM구조적인 오차중 X,Y,Z측의 요오차를 구하는 과정을 설명한다.

도3a에서와 같이, 설치 경우 1또는 2를 사용하여 X축의 요-오차를 Y축방향으로 HyD 떨어진 거리의 a,b선상 홀의 X방향 중심위치 오차를 사용하여 H1지점에서의 각도를 구하여 이들의 차이로부터 CMM프로브의 헤드가 H1부터 Xi까지 움직일 도안의 요-오차를 구할수 있으며, 설치 경우 1,2의 Y방향 홀중심오차를 사용하여 동일한 방법으로 Y축의 요-오차를 구할수 있고, 설치 경우 5,6의 Z방향 홀오차를 사용하여 Z축 요-오CKFMF 구할수 있으며, 설치 경우 1,2의 Y방향 홀중심오차를 사용하여 동일한 방법으로 Y축의 요-오차를 구할 수 있고, 설치 경우 5,6의 Z방향 홀오차를 사용하여 Z축 요-오차를 구한다. 피치-오차는 도3b와 같이 설치 경우 5또는 6에서 Y방향의 오차에 의한 각도게산으로 CMM프로브의 해드가 H1부터 Yi까지 움직일 동안의 Y축의 피치-오차를 구한다. X,Z축의 피치-오차도 같은 방법으로 설치 경우 3,4에서 X 및 Z 방향의 홀 중심오차를 사용하여 구한다. 롤-오차의 측정은 제3c도와 같이 설치 경우 5와 6의 홀측정 데이타를 동시에 사용하면 높이방향의 홀 중심오차를 구하여 바닥에 대한 각도차이로부터, CMM프로브해드의 H1부터 Yi까지의 Y축의 롤-오차가 측정될 수 있다. 이때, 홀-플레이트가 설치된 바닥의 상태에따라 두 개 홀-플레이트의 기울기차이가 발생할 것이며, 이것은 실제 CMM 의 오차와는 무관할 것이다.

따라서, 제4도와 같이 전자레벨을 홀-플레이트에 부착하여, 바닥에 대한 기울기를 각각 측정하여 측정된 롤-오차에서 상쇄시켜야 한다. X축의 위치오차는 설치 경우 1,2또는 3,4로부터, Z축의 위치오차는 설치위치 3,4 또는 5,6으로부터 각각 측정 방향의 홀 중심오차를 사용하여 구할 수 있다. X축의 Y 및 Z방향 진직도 오차는 설치 경우 1,2또는 3,4로부터 각각 축방향에 대한 Y 및 Z방향의 홀중심 오차를 측정하여 구할수 있다. 동일한 방법으로 Y축의 진직도오차는 설치 경우 1,2 및 5,6으로부터, 또한 Z 축의 진직도오차는 설치 겨우 3,4 및 5,6으로부터, 또한 Z축의 전직도오차는 설치 경우 3,4 및 5,6으로부터 측정할수 있다. 마지막으로, 직각도 오차는 제5도와 같이 홀-플레이트의 직각방향의 홀열을 이용하여 각축방향의 홀 중심오차로부터 최소자승법등을 사용하여 최적의 직선을 구하여 양축사이 90^o에서 벗어난 각도를 구한다. 설치 경우 1,2으로부터 X,Y직각도, 설치 경우 3,4으로부터 X-Z직가도, 설치 경우 5,6으로부터 Y-Z직가도 오차를 각각 구할 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차를 간단하고, 신속하게 모두 측정할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 다수개의 홀을 갖는 홀-플레이트를 준비하는 단계 : 상기와 같이 준비된 홀-플레이트의 홀 중심간 거리를 측정하여 교정거리를 구하는 단계 : 오차를 측정하고자 하는 CMM테이블상에 X,Y,Z(높이)의 3차원 직각좌표를 만드는 단계 : 상기 홀-플레이트 상기 3차원 직각좌표의 X-Y기준면에 위치시킨 다음, CMM프로브(probe)에 의해 홀 중심간의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심거리 오차(홀 중심위치 오차)를 구하는 단계: 상기 홀-플레이트 X-Y 기준면에서 홀-플레이트의 한변의 길이 만큼 평행이동시킨 다음, CMM프로브에 의해 홀 중심간의 거리를 측정하고, 이 측정거리와 상기 교정거리를 비교하여 각각의 홀 중심간 거리 오차를 구한는 단계 : 상기한 전 두단계를 X-Y 평면 및 Y-Z평면에 대하여 수행하여 각각의 홀 중심간 거리 오차를 구한는 단계 : 및 상기와 같이 구한 홀 중심간거리 오차를 이용하여 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차를 측정하는 단계를 포함하여 구성되는 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차 측정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기한 구조적인 오차가 다음과 같은 단계, 즉, 상기한 X-Y평면에 대하여 구한 거리 오차값들에 의해 X방향의 길이 오차,(위치오차) 또는 Y방향의 길이 오차 Y축에서 X방향의 진직도 오차, X축에서 Y방향 진직도 오차, X축에서의 요오차, Y축에서의 요오차 및 X,Y축의 직각도 오차를 구하는 단계 : 상기한 X-Z 평면에 대하여 구한 거리 오차값들에 의해 Z방향의 길이 오차 또는 X방향의 길이오차, Z축에서 X방향의 진직도 오차, X축에서 Z방향 진직도 오차, Z피치오차,X피치오차 및 X,Z축의 직각도 오차를 구하고, 그리고 전자레벨에 의해 측정된 기울기값과 거리오차 값에 의해 X를 오차 및 Z를 오차를 구하는 단계 : 및 상기한 Y-Z평면에 대하여 구한 거리오차 값들에 의해 Y방향길이오차 또는 Z방향길이, Z요오차, Y축에서의 Z방향 진직도 오차, Z축에서의 Y방향 진직도 오차, Y,Z축 직각도 오차를 구하고, 그리고 전자레벨에 의해 측정된 기울기 값과 거리오차값에 의해 Y를 오차를 구하는 단계에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기의 구조적인 오차측정방법.