KR0143500B1 - 씨엔씨-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정방법 - Google Patents
씨엔씨-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정방법Info
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- KR0143500B1 KR0143500B1 KR1019940035204A KR19940035204A KR0143500B1 KR 0143500 B1 KR0143500 B1 KR 0143500B1 KR 1019940035204 A KR1019940035204 A KR 1019940035204A KR 19940035204 A KR19940035204 A KR 19940035204A KR 0143500 B1 KR0143500 B1 KR 0143500B1
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Abstract
본 발명은 볼-링크를 이용하여 씨엔씨(Computerize Numerical Controll)-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차를 측정하는 방법에 관한 것으로써, 한개의 볼-링크를 사용하여 CNC-공작기계 스핀들의 위치오차에 크게 영향을 미치는 백-래쉬 오차와 아울러 스핀들의 3차원 위치오차를 정확하게 분리측정할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 볼과 접촉되는 두개의 컵(Cup), 길이를 측정하기 위한 전기 마이크로미터(LVDT), 및 연결튜브가 구비되어 있는 볼-링크를 준바하는 단계; 일정한 거리를 두고 두개의 볼이 구비되어 있는 교정다이를 준비하고, 볼중심간의 거리를 측정하여 교정거리(L)를 구하는 단계; 상기 볼-링크를 상기 교정다이의 볼과 볼사이에 끼워 볼-링크의 기준길이를 설정하는 단계; 오차를 측정하고자 하는 공작기계의 테이블과 스핀들에 볼막대를 설치하는 단계; 상기와 같이 기준길이를 설정한 볼-링크를 상기 볼막대의 볼에 끼우는 단계; 상기 테이블상의 볼을 중심으로 하는 반구상에서 두볼의 중심간의 길이가 교정거리(L)과 동일하게 되도록 상기 스핀들을 이동시키면서, 상기 반구상의 여러점에 대한 공간길이(L1')를 볼-링크에 의해 측정하는 단계; 상기 스핀들을 상기한 이동방향과 반대방향으로 이동시키면서 상기한 반구상의 각점에 대한 공간길이(L2')를 볼-링크에 의해 측정하는 단계;
상기와 같은 측정된 공간길이(L1')과 (L2')를 이용하여 하기식(1)과 같이 백-래쉬 오차(B)를 구하는 단계;
B=L1'-L2' (1)
상기와 같이 측정된 공간길이 (L1')과 (L2')의 평균공간길이(L')를 구하는 단계; 및 상기 평균공간길이(L')와 교정거리(L)를 비교하여 3차원 길이오차(dL)를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 CNC-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정방법을 그 요지로 한다.
Description
제1도는 종래의 볼-링크 및 이를 이용한 길이오차 측정 결과를 나타내는 모식도.
제2도는 본 발명의 볼링크를 나타내는 개략도.
제3도는 수개의 볼이 구비되어 있는 교정다이의 개략도.
제4e도는 교정다이에 본 발명의 볼-링크가 삽입되어 있는 상태를 나타내는 개략도.
제5도는 본 발명의 볼-링크가 스핀들에 끼워져 있는 상태를 나타내는 개략도.
제6도는 본 발명에 따른 CNC-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬오차를 측정하는 방법을 나타내는 모식도.
제7도는 기준 볼-링크 길이 100mm를 사용하여 측정점의 앞, 뒤 양방향에서 접근시키고, 테이블 볼을 중심으로 X-Y평면에서 회전시키면서 원주방향으로 15°간격의 측정점을 따라 측정된 볼-링크방향의 3차원오차를 나타내는 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20:볼-링크23:연결튜브
21a,21b:컵30:교정다이
22:전기마이크로미터(LVDT)31a,31b:볼
42:스핀들
본 발명은 볼-링크를 이용하여 씨엔씨(Computerize Numerical ControllCNC라고도 칭함) 공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차를 측정하는 방법에 관한 것이다.
CNC-공작기계의 가공오차는 작업자의 숙련도 이외에 공작기계 자체의 오차요인이 심각하다. 가공오차는 공작기계의 공구(Tool)가 부착되는 스핀들의 위치가 작업자의 요구대로(NC-Programing) 이동되지 못하기 때문에 발생한다. 상기 가공오차에는 스핀들 위치에 대한 3차원 길이오차와 백-래쉬 오차등이 포함되어 있다.
스핀들 위치에 대한 3차원 길이 오차는 백-래쉬(Back-Lash)오차와 함께 공작기계의 여러 가지 가공오차를 해석하기 위한 유용한 데이타로 사용되고 있다. 백-래쉬오차는 보통 공작기계에 사용되는 스쿠류의 기어와 기어사이에서 이송체가 정확하게 밀착되지 못하여 발생하며, 이것은 스핀들 위치가 접근방향에 따라 변화하는 오차로 나타난다. 따라서 백-래쉬오차는 공작기계의 마모에 따라 그 오차가 심화되고, 주기적으로 측정, 검사하여야 한다.
상기 가공오차를 측정하는 방법으로는 제1도(a)에서와 같이 볼-링크(10)를 이용한 3차원 작업공간에서의 길이측정 및 비교방법이 사용되고 있다.
제1도(a)에서, 부호 11은 볼을, 12는 전기마이크로(이하, LVDT라고함)를, 13은 연결튜브를 나타낸다.
이 방법은 작업공간에서 길이측정기구(여기서는 볼-링크)를 이용하여 스핀들이 실제 움직인 거리를 정밀하게 측정하고, 측정된 거리를 공작기계의 콘트롤러에서 보여주는 형식상 거리와 비교하여 사용된 공작기계의 스핀들이 이동한 거리에 대한 오차를 구하는 방법이다. 즉, 제1도(a)의 볼-링크를 이용한 종래의 방법은 공작기계의 위치 이송프로그래밍 기능(원호 보간기능)을 이용하여 단지 임의의 측정점 한곳에서 스핀들을 원형궤적으로 운동하게 하므로써 그때 측정된 원형궤적이 공작기계로 지령한 원형궤적과 일치하는가를 비교하여 원형의 중심에서부터 스핀들까지의 공간길이 오차만을 측정하였다. 제1도(b)는 종래의 볼-링크에 의해 측정된 3차원 길이오차를 보이고 있다.
그러나, 제1도(a)의 볼-링크를 사용하여 공작기계의 스핀들 위치에 대한 3차원길이 오차를 측정한 결과인 제1도(b)에서도 알 수 있듯이, 백리쉬 오차가 3차원길이오차에 포함되어 두오차를 분리하여 측정할 수 없는 단점이 있다. 즉, 종래에는 스핀들의 접근방향이 180도 바뀌면서 발생하는 백래쉬 오차를 제1도(a)와 같은 구조를 갖는 볼-링크(10)에 의해 동시에 측정하지 못하고, 별도의 다이얼 게이지(dial gauge) 등을 이용해서 측정하였다.
이에, 본 발명자들은 상기 한종래의 볼-링크방법의 문제점을 개선하기 위하여 연구를 행하고 그결과에 기초하여 본 발명을 제안하게 된것으로써, 본 발명은 한개의 볼-링크를 사용하여 CNC-공작긱계 스핀들의 위치오차에 크게 영향을 미치는 백-래쉬오차와 아울러 스핀들의 3차원 위치오차를 정확하게 분리측정할수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 불과 접촉되는 두개의 컵(Cup), 길이를 측정하기 위한 전기 마이크로미터(LVDT), 및 연결튜브가 구비되어 있는 볼-링크를 준비하는 단계; 일정한 거리를 두고 두개의 볼이 구비되어 있는 교정다이를 준비하고, 볼중심간의 거리를 측정하여 교정거리(L)를 구하는 단계; 상기 볼-링크를 상기 교정다이의 볼과 볼사이에 끼워 볼-링크의 기준길이를 설정하는 단계; 오차를 측정하고자 하는 공작기계의 테이블과가 스핀들에 볼막대를 설치하는 단계; 상기와 같이 기준길이를 설정한 볼-링크를 상기 볼막대의 볼에 끼우는 단계; 상기 테이블상의 볼을 중심으로 하는 반구상에서 두볼의 중심간의 길이가 교정거리(L)과 동일하게 되도록 상기 스핀들을 이동시키면서, 상기 반구상의 여러점에 대한 공간길이(L1')를 볼-링크에 의해 측정하는단계; 상기 스핀들을 상기한 이동방향과 반대방향으로 이동시키면서 상기한 반구상의 각점에 대한 공간길이(L2;)를 볼-링크에 의해 측정하는 단계;
상기와 같이 측정된 공간길이(L1')과 (L2')를 이용하여 하기식(1)과 같이 백-래쉬 오차(B)를 구하는 단계;
B=L1'-L2' (1)
상기와 같이 측정된 공간길이(L1')과 (L2')의 평균공간길이(L')를 구하는 단계; 및 상기 평균공간길이(L)와 교정거리(L)를 비교하여 3차원 길이오차(dL)를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 CNC-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따라 CNC-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원길이 오차를 측정하기 위해서는 본 발명의 볼-링크를 준비하여야 한다.
본 발명의 볼-링크(20)는, 제2도에 나타난 바와같이, 크게 볼과 접촉되는 두 개의 컵(21a), (21b), 길이를 측정하기 위한 LVDT(22), 및 연결튜브(23)를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 볼과 접촉되는 부위를 컵모양으로 형성한 것은 볼과의 접촉면적을 보다 크게 하기 위함이다.
또한, 상기 LVDT(22)에는 스프링(22a)이 구비되어 있어 상기 컵(21a), (21b)과 볼이 확고히 접촉되도록 해준다.
상기 연결튜브(22)는 열팽창이 적은 탄소섬유(carbon fiber)등으로 만드는 것이 바람직하다.
다음에 제3도에 나타난 바와같이, 일정한 거리를 두고 두 개의 볼(31a), (31b)이 볼유지구(32a), (32b)에 의해 각각 유지되어 있는 교정다이(30)를 준비하고, 볼중심간의 거리를 측정하여 교정거리(L)를 구한다. (이하, 볼과 볼유지구를 합하여 볼막대(33)라고도 칭함)
상기 교정다이(30)는 열팽창이 작은 금속재질을 사용하여 제작하며,상기 볼(31a)(31b)은 원형정밀도(Roundness)를 유지하기 위하여 정밀한 텅스텐 카바이드 볼등을 사용하는 것이 바람직하다.
교정거리(L)를 구하기 위한 볼중심간의 거리측정은 레이저 인터페로미터 등의 길이 측정기를 사용하여 행한다.
다음에, 제4도에 나타난 바와같이, 상기와 같이 준비된 볼-링크(20)를 상기 교정다이(30)의 볼(31a)과 볼(31b)사이에 끼워 볼-링크의 기준길이를 설정한다.
다음에, 제5도에 나타난 바와같이, 오차를 측정하고자 하는 공작기계의 테이블(41)과 스핀들(42)에 볼막대(33)를 설치한 다음, 상기와 같이 기준길이를 설정한 볼-링크(20)를 상기 볼막대(33)의 볼(31a), (31b)에 끼운다.
다음에, 테이블상의 볼(31a)을 중심으로 하는 반구상에서 두볼의 중심간의 길이가 교정거리(L)과 동일하게 되도록 상기 스핀들을 이동시키면서 상기 반구상의 여러점에 대한 공간길이(L1')를 볼-링크에 의해 측정한다.
다음에, 상기 스핀들을 상기한 이동방향과 반대방향으로 이동시키면서 상기한 반구상의 각점에 대한 공간길이(L2')를 볼-링크에 의해 측정한다.
다음에, 상기와 같은 측정된 공간길이(L1')과 (L2')를 이용하여 히기식(1)과 같이 백-래쉬오차(B)를 구한다.
B=L1'-L2' (1)
백-래쉬는 스핀들 측정위치, 스쿠류의 각 지점마다 그 오차정도가 달라지는데, 스핀들의 위치접근 방향을 같은 점에 대하여 반대로 다시말하면 정방향 및 역방향으로 접근하여 같은 점에 대한 이들 방향에 따른 두 위치의 차이로 부터 측정할 수 있다.
다음에, 상기와 같이 측정된 공간길이(L1')과 (L2')의 평균공간길이(L')를 구한다.
다음에, 상기 평균공간길이(L')와 교정거리(L)를 비교하여 3차원 길이오차(dL)를 구하므로써, 본 발명에 따르는 CNC-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차가 측정된다.
이하에서는 테이블 상의 볼(31a)을 중심으로 하는 반구상에서 두볼의 중심간의 길이가 교정거리(L)과 동일하게 되도록 상기 스핀들을 이동시키면서 상기 반구상의 여러점에 대한 공간길이(L1')(L2')를 볼-링크에 의해 구하는 과정의 일례를 제6도에 의해 설명한다.
제6도(a)에서와 같이, CNC-공작기계의 프로그래밍 기능을 이용하여 볼막대가 부착된 스핀들의 위치를 측정좌표 Pn으로부터 링크방향의 앞(forward), 뒤(backward)로 이동시키면서 이들 두방향에 대한 스핀들 위치의 차이로부터 백-래쉬를 측정한다. 스핀들 위치는 볼-링크가 이동중에도 떨어지지 않고 계속 스핀들에 접촉되게 하기 위하여, 측정점 Pn으로부터 LVDT 센서의 최대측정범위를 벗어나지 않도록 하고, 또한 반대방향에서 Pn으로의 접근시는 센서의 손상을 방지하도록 센서의 최소 측정범위 이하로 내려가지 않도록 스핀들 위치를 프로그래밍하여야 한다. 이때 스핀들은 공작기계의 테이블(X-Y평면)에서 링크로 연결된 테이블상의 베이스볼을 중심으로 회전하고, 원주방향의 일정각도로 구분된 측정점에서는 측정시간 동안 멈춘다. 볼-링크는 공작기계의 테이블에 대하여 임의각도로 기울어져서 스핀들을 따라 회전하고, 회전시작방향은 제6도(b)와 같이 시계 또는 반시계 방향으로 진행될 수 있다.
제7도는 수평 CNC-밀링머신 스핀들의 위치를 베이스볼을 중심으로 회전시키면서 제6도의 (b)에서와 같이 어느 한 방향으로 회전시키면서 볼-링크(기준길이 100mm)를 테이블에 대하여 45°기울이고 원주방향으로 15°간격의 각 측정점에서 스핀들 위치의 볼-링크 오차를 측정한 것이다. 제7도의 볼-링크 오차에서 각 점에서의 백-래쉬 오차는 측정점을 중심으로 스핀들의 접근방향을 바꾸어 앞,뒤로 측정된 그 차이값이 되고, 또한 링크 길이방향의 스핀들 위치의 3차원 길이오차는 이들의 중간(평균)값이 될 것이다.
제7도에서 세로좌표의 링크오차'0'은 교정길이 L이 CNC 콘트롤러에서의 형식적인 좌표값과 같은 즉, 스핀들 위치오차가 없는 경우이다. 가로좌표는 볼-링크의 1회전(360°)을 스핀들 위치에서 선형으로 표시한 것이다.
제7도에 나타난 바와같이, 본 발명에 따라 3차원 길이오차 및 백-래쉬오차를 정확하게 분리 측정할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, CNC-공작기계 스핀들의 위치오차에 크게 영향을 미치는 백-래쉬 오차와 아울러 스핀들의 3차원 위치 오차가 한 개의 볼-링크에 의해 정확하게 분리측정될 수 있다.
Claims (1)
- 볼과 접촉되는 두 개의 컵(Cup), 길이를 측정하기 위한 전기 마이크로미터(LVDT), 및 연결튜브가 구비되어 있는 볼-링크를 준비하는 단계; 일정한 거리를 두고 두 개의 볼이 구비되어 있는 교정다이를 준비하고, 볼중심간의 거리를 측정하여 교정거리(L)를 구하는 단계; 상기 볼-링크를 상기 교정다이의 볼과 볼사이에 끼워 볼-링크의 기준길이를 실정하는 단계; 오차를 측정하고자 하는 공작기계의 테이블과 스핀들에 볼막대를 설치하는 단계; 상기와 같이 기준길이를 설정한 볼-링크를 상기 볼막대의 볼에 끼우는 단계; 상기 테이블상의 볼을 중심으로 하는 반구상에서 두볼의 중심간의 길이가 교정거리(L)과 동일하게 되도록 상기 스핀들을 이동시키면서, 상기 반구상의 여러점에 대한 공간길이(L1')를 볼-링크에 의해 측정하는 단계; 상기 스핀들을 상기한 이동방향과 반대방향으로 이동시키면서 상기한 반구상의 각점에 대한 공간길이(L2')를 볼-링크에 의해 측정하는 단계;상기와 같은 측정된 공간길이(L1')과 (L2')를 이용하여 하기식(1)과 같이 백-래쉬 오차(B)를 구하는 단계;B=L1'-L2'(1)상기와 같이 측정된 공간길이 (L1')과 (L2')의 평균공간길이(L')를 구하는 단계; 및 상기 평균공간길이(L')와 교정거리(L)를 비교하여 3차원 길이오차(dL)를 구하는 단계를 포함하여 구성되는 CNC-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정방법.
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|---|---|---|---|
| KR1019940035204A KR0143500B1 (ko) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 씨엔씨-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정방법 |
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| KR1019940035204A KR0143500B1 (ko) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 씨엔씨-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR960024243A KR960024243A (ko) | 1996-07-20 |
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| KR1019940035204A KR0143500B1 (ko) | 1994-12-20 | 1994-12-20 | 씨엔씨-공작기계의 스핀들 위치의 백-래쉬 및 3차원 길이오차 측정방법 |
Country Status (1)
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| KR (1) | KR0143500B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111922783A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-11-13 | 杭州电子科技大学 | 基于杠杆原理的机床多维几何误差测量方法 |
-
1994
- 1994-12-20 KR KR1019940035204A patent/KR0143500B1/ko not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111922783A (zh) * | 2020-07-13 | 2020-11-13 | 杭州电子科技大学 | 基于杠杆原理的机床多维几何误差测量方法 |
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| KR960024243A (ko) | 1996-07-20 |
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