KR100245042B1

KR100245042B1 - 수치제어시스템

Info

Publication number: KR100245042B1
Application number: KR1019970031268A
Authority: KR
Inventors: 정병철
Original assignee: 김덕중; 사단법인고등기술연구원연구조합
Priority date: 1997-07-07
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2000-03-02
Also published as: KR19990009013A

Abstract

본 발명은 C.N.C.(COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL)를 이용하여 슬라이더의 운동을 제어하는 수치제어시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 수치제어시스템에 의하면 슬라이더의 위치를 감지하여 C.N.C.에 입력하는 경로에 보상수단을 설치함으로써 슬라이더의 피치오차 및 온도변화에 따른 슬라이더의 위치변화값을 보상할 수 있어 정확한 슬라이더의 위치감지가 수행됨으로써 수치제어시스템의 정밀도를 향상시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Description

수치제어시스템 {The system of computerized numerical control}

본 발명은 C.N.C.(COMPUTERIZED NUMERICAL CONTROL)를 이용하여 슬라이더의 운동을 제어하는 수치제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수치제어시스템은 자동선반이나 밀링머신과 같은 공작기계의 자동이송장치에 적용되는 것으로서, 종래기술에 의한 수치제어시스템은 도 1에 도시한 바와같이 서보모터(320)의 회전에 따라 연동회전되는 관둘레에 볼스쿠류가 형성된 이송기구(500)와, 상기 이송기구(500)의 회전에 따라 직선운동하도록 상기 이송기구(500)의 일측면을 감싸 나사결합되는 슬라이더(430)와, 상기 슬라이더(430)의 변위를 검출하여 슬라이더(430)의 위치를 감지하는 감지부(400)와, 상기 서보모터(320)의 회전각변위에 따라 이에 상응하는 펄스를 출력하는 위치검출수단(310)과, 운전조건을 설정하기위해 키조작신호를 출력하는 키조작부(100)와, 상기 키조작부(100)로부터 키조작신호 및 상기 감지부(400)로부터 감지신호 그리고 상기 위치검출수단(310)으로부터 펄스를 인가받아 정해진 프로그램에 의해 구동제어신호를 출력하는 C.N.C.(200)와, 상기 C.N.C.(200)로부터 출력되는 구동제어신호를 인가받아 상기 서보모터(320)를 구동하기위한 P.W.M.(PULCE WIDTH MODULATION)신호를 출력하는 모터구동부(300)로 이루어져 있다.

상기와 같이 구성된 종래기술에 의한 수치제어시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 키조작부(100)를 통해 운전조건을 설정하여 키조작신호를 출력하면 C.N.C.(200)는 이에 상응하는 구동제어신호를 출력하고, 모터구동부(300)는 상기 구동제어신호를 인가받아 P.W.M.신호를 출력한다.

이에 따라 서보모터(320)는 회전하고, 이송수단(500)은 연동회전하며, 슬라이더(430)는 일정 변위만큼 직선운동을 한다.

한편, 감지부(400)는 슬라이더(430)의 변위를 검출하여 C.N.C.(200)에 출력하고, C.N.C.(200)는 상기 감지신호를 분석하여 슬라이더(430)의 위치를 파악하고, 또한 위치검출수단(310)으로부터 서보모터(320)의 회전각변위에 따른 펄스를 인가받아 서보모터(320)의 구동상태를 파악하여 이에 상응하는 구동제어신호를 출력하여 서보모터(320) 및 슬라이더(430)의 동작을 제어한다.

그런데, 상기와 같은 종래의 수치제어시스템은 슬라이더(430)의 위치를 감지하여 C.N.C.(200)에 전달하는 과정에서 슬라이더(430)의 변위를 보상할 수 있었으나, 온라인(ON-LINE)에서 슬라이더(430)의 피치오차 또는 온도변화에 따른 슬라이더(430)의 위치 변화값을 보상할 수 없으므로 정확한 슬라이더(430)의 위치를 감지할 수 없어 수치제어시스템의 정밀도가 저하된다는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 수치제어시스템은 각축의 위치보상기능만 가지고 있기 때문에 수치제어시스템이 다축으로 구성될 경우 각 각 축의 운동오차에 의해 형성된 3차원오차(VOLUMATRIC ERROR)를 보상할 수 없다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 온라인보상이 가능하며 3차원오차의 보상도 가능한 정밀도가 향상된 수치제어시스템을 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 수치제어시스템은 C.N.C.머신에 있어서, 슬라이더의 위치와 관련된 물리량을 검출하고 이를 보상알고리즘에 따라 연산처리하여 온라인으로 보상된 신호를 출력하는 보상수단과, 상기 보상수단의 보상신호를 입력받아서 사용자로부터 입력된 운전조건과 상기 슬라이더의 운동을 일치하도록 제어하는 제어수단과, 상기 제어수단으로부터 신호를 인받아 상기 슬라이더를 작동시키는 이송계구동부로 이루어진 것을 특징으로한다.

특히, 본원발명에서 상기 보상수단은 온라인으로 상기 슬라이더의 위치결정에 영향을 미치는 물리량을 검출하는 감지부와, 상기 감지부로부터 출력되는 감지신호를 인가받아 보상알고리즘에 따라 연산처리하여 보상량을 결정해주는 연산처리기와, 상기 연산처리기로부터 출력되는 신호를 상기 제어수단에 입력하기에 적합한 신호로 변환하는 신호입력부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래기술에 의한 수치제어시스템의 구성도,

도 2는 본발명의 일실시예에 의한 수치제어시스템의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 키조작부 200 : C.N.C.

300 : 모터구동부 310 : 위치검출수단

320 : 서보모터 330 : 제어수단

430 : 슬라이더 500 : 이송기구

510 : 이송계구동부 600 : 보정수단

610 : 감지부 620 : 연산처리기

630 : 신호입력부

이하, 본 발명의 일실시예에 의한 수치제어시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본발명의 일실시예에 의한 수치제어시스템의 구성도로서, 사용자로부터 입력된 운전조건과 슬라이더(430)의 운동을 일치하도록 제어하는 제어수단(330)은 키조작부(100)와, C.N.C.(200), 및 위치검출수단(310)으로 구성된다.

상기 키조작부(100)는 운전조건을 설정하기 위해 키조작신호를 출력하는 기능을 하고, 상기 C.N.C.(200)는 상기 키조작부(100)에 의해 설정된 운전조건과, 후술되는 위치검출수단(310)로부터 출력되는 위치에 상응하는 신호와, 후술되는 보상수단(600)으로부터 출력되는 보상된 감지신호를 인가받아 내장된 프로그램에 의해 구동제어신호를 출력한다.

상기 모터구동부(300) 및 서보모터(320) 및 이송기구(500)로 구성된 이송계구동부(510)는 상기 C.N.C.(200)로부터 출력되는 구동제어신호를 인가받아 이에 상응하는 슬라이더의 변위를 생성한다.

예컨대, 슬라이더변위생성의 한예로서, 모터구동부(300), 서보모터(320), 및 이송기구(500)로 구성된 이송계구동부(510)에서 이송기구로 볼스쿠류(BALL-SCREW)가 채용될 경우, 상기 C.N.C.(200)로부터 출력되는 구동제어신호를 서보앰프(미도시됨)에서 증폭하여 P.W.M.의 방식으로 서보모터(320)에 인가되면 서보모터(320)는 볼스쿠류를 회전시켜 슬라이더(430)의 변위를 생성시키게 된다.

그리고, 이송계구동부(510)의 서보모터(320)는 상기 모터구동부(300)로부터 출력되는 신호 예컨대, P.W.M.신호를 인가받아 회전되는 회전축을 구비하고 있고, 위치검출수단(310)은 엔코더, 리니어스케일(LINEAR SCALE)등이 채용가능한데, 상기 서보모터(320)의 회전각 변위에 따라 이에 상응하는 펄스를 발생하여 상기 C.N.C.(200)에 출력하며, 이송기구(500)는 상기 서보모터(320)의 회전에 따라 연동회전하고, 관둘레에는 볼스쿠류가 형성되어 있으며, 슬라이더(430)는 상기 이송기구(500)의 둘레를 감싸 나사결합되어 상기 이송기구(500)의 회전에 따라 직선운동하며, 보상수단(600)은 슬라이더(430)의 변위 또는 온도와 같은 물리량을 검출하고 이를 보상알고리즘에 따라 연산처리하여 보상된 신호를 출력한다.

상기 보상수단(600)은 상기 슬라이더(430)의 변위를 결정하는데 영향을 미치는 요인이 되는 물리량을 검출하는 감지부(610)와, 상기 감지부(610)로부터 출력되는 감지신호를 인가받아 보상알고리즘에 따라 연산처리하여 보상량을 결정해주는 연산처리기(620)와, 상기 연산처리기(620)로부터 출력되는 신호를 상기 C.N.C.(200)에 입력하기에 적합한 신호로 변환해주는 신호입력부(630)로 이루어져 있다.

상기 물리량을 검출하는 감지부(610)는 볼스쿠류의 온도 또는 온도변화, 볼스쿠류피치의 오차, 다른 기계구조물의 온도변화 또는 온도변화에 따라 발생된 변위, 전체기계를 구성하는 부품들간의 형상 또는 조립오차 등을 각각 측정하는 공지의 센서들을 사용한다.

이와 같이 측정된 물리량으로부터 야기된 슬라이드의 위치오차, 즉 위치오차의 보상량은 당업자에게 잘 알려진 공지의 알고리즘들을 통해 계산 가능한데, 예를 들어 상기 온도모델은 온도변화에 따른 볼스쿠류의 길이변화를 특정한 상수를 써서 수식화 한 것으로서, 상기 온도 모델을 이용해 온도변화에 따른 볼 스쿠류의 길이변화를 계산하고, 상기 볼 스쿠류의 길이변화에 기인한 슬라이드의 위치오차를 연산해냄으로써 볼 스쿠류의 온도변화에 따른 슬라이드의 위치 보상량을 결정할 수 있다.

또한 기계 부품들간의 형상 또는 조립오차로는 2개 이상의 슬라이드 조립시의 조립오차(주로 직각도 오차)를 예로 들수 있으며, 이는 두 개의 슬라이드를 정확하게 직각으로 배치해야만 각각의 슬라이드에 의한 변위가 다른 슬라이드의 변위에 영향을 미치지 않게 되나 현실적으로는 두 슬라이드가 완벽한 직각이 되지 못하기 때문에 두 슬라이드에 의해 결정된 좌표계가 이론적인 좌표계로부터 왜곡됨에 따른 오차이다.

이와 같은 오차는 2차원 공간과 3차원 공간에서 동일하게 발생하는데, 이와 같은 직각도 오차에 다른 슬라이드의 위치오차 보상량은 공지된 오차모델을 이용하여 계산가능하다.

한편 볼스쿠류의 온도모델이나 직각도 오차모델 등을 이용하여 계산된 슬라이드의 위치오차 보상량이 C.N.C 에 입력되면, C.N.C 는 비조작부에 의해 설정된 운전조건과, 위치검출수단으로부터 출력되는 슬라이드의 위치에 상응하는 신호와, 상기 위치오차 보상신호에 근거하여 내장된 프로그램에 의해 구동제어신호를 출력한다.

이와 같이 C.N.C로부터 출력되는 구동제어신호는 슬라이드의 목표이송거리에 상기 위치오차 보상량을 가감한 결과치에 따라 슬라이드를 작동시키게 되며, 이와 같이 목표 이송거리에 위치오차 보상량을 가감하여 공구 이송량을 보상하게 된다.

상기와 같은 요소들로 구성된 본 발명의 일실시예에 의한 수치제어시스템에 대한 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

한편, 보상수단(600)은 상기 슬라이더(430)의 변위를 결정하는데 영향을 미치는 물리량, 예컨대 볼스쿠류의 온도 또는 온도변화, 볼스쿠류피치의 오차, 다른기계구조물의 온도변화, 또는 온도변화에 따라 발생된 변위, 전체기계를 구성하는 부품들 간의 형상 또는 조립오차등을 슬라이더(430)에 상기 오차에 따른 슬라이더(430)의 위치변화가 있을 때 이를 보상하여 신호입력부(630)에서 C.N.C.(200)가 입력받을 수 있는 형태의 신호로 변환된 후 C.N.C.(200)에 출력한다.

상기 신호입력부(630)에서는 상기 연산처리기(620)를 통하여 계산된 보상값을 C.N.C.(200)에서 입력받을 수 있는 형태, 예컨대 엔코더신호 또는 보상량에 해당하는 전압, 2진수로 구성된 신호등으로 변환하여 상기 C.N.C.(200)로 출력된다

한편, 상기 신호입력부(630)는 상기 연산처리기(620)로부터 출력된 2진수로 구성된 신호를 엔코더출력(A, A^*, B, B^*, Z, Z^*로 구성됨)으로 변환한다.

또한, 상기 보상수단(600)은 상기 C.N.C.(200)가 연산처리기(620)로부터 출력된 2진수를 바로 받을 수 있을 경우에는 신호입력부(630)가 필요없을 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 수치제어시스템에 의하면 슬라이더의 위치를 감지하여 C.N.C.에 입력하는 경로에 보상수단을 설치함으로써 온라인(ON-LINE)으로 슬라이더의 피치오차 및 온도변화에 따른 슬라이더의 위치변화값을 보상할 수 있고 정확한 슬라이더의 위치를 감지할 수 있어 수치제어시스템의 정밀도가 높아졌다.

또한 본발명의 수치제어시스템은 각 다축으로 구성될 경우 각각 축의 오차에 의해 형성된 3차원오차(VOLUMATRIC ERROR)도 보상할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims

C.N.C.머신에 있어서, 슬라이더의 위치와 관련된 물리량을 검출하고 이를 보상알고리즘에 따라 연산처리하여 온라인으로 보상된 신호를 출력하는 보상수단과, 상기 보상수단의 보상신호를 입력받아서 사용자로부터 입력된 운전조건과 상기 슬라이더의 운동을 일치하도록 제어하는 제어수단과, 상기 제어수단으로부터 신호를 인받아 상기 슬라이더를 작동시키는 이송계구동부로 이루어진 것을 특징으로 하는 수치제어시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 보상수단은 온라인으로 상기 슬라이더의 위치결정에 영향을 미치는 물리량을 검출하는 감지부와, 상기 감지부로부터 출력되는 감지신호를 인가받아 보상알고리즘에 따라 연산처리하여 보상량을 결정해주는 연산처리기와, 상기 연산처리기로부터 출력되는 신호를 상기 제어수단에 입력하기에 적합한 신호로 변환하는 신호입력부로 이루어진 것을 특징으로 하는 수치제어시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 연산처리기의 연산처리는 상기 감지부로부터 입력된 신호를 슬라이더의 위치신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 수치적 조작을 가하는 수치제어시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 신호입력부는 상기 연산처리기로부터 출력된 2진수로 구성된 신호를 엔코더출력으로 변환함을 특징으로 하는 수치제어시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리량은 슬라이더의 피치오차, 요오차, 롤오차, 위치오차, 온도변화에 따른 운동오차로 구성된 군에서 선택된 어느 하나 이상으로 구성됨을 특징으로 하는 수치제어시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느한 항에 있어서, 상기 보상수단은 다수의 슬라이더로 구성된 기계시스템에 적용될 경우 각각의 슬라이더가 조립된 상태에 의해 발생하는 목적부의 3차원 위치를 보상하는 수치제어시스템.