KR100406153B1 - 볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 엔씨 공작기계의3차원 위치오차 보정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평 및 수직의 볼 막대와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 보정할 수 있는 볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법에 관한 것으로서, 그 방법을 설명하면 다음과 같다.

다수의 볼이 장착되어 있는 수직 볼 막대와 수평 볼 막대를 준비하는 단계; 3차원 좌표측정기를 통해 상기 볼 막대의 볼 중심의 3차원 좌표를 측정하여 볼막대의 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정하는 단게; NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착하는 터치 프로브 장착단계; NC 공작기계 테이블의 X,Y평면상에서 상기 수평 볼 막대를 반시계 방향으로 순서적으로 이동시키면서 각 볼 중심값을 측정하고, 이와 동시에 볼 막대가 수평을 이루는 시점에서의 2가지경우에서 볼 막대의 좌표값을 보상하며, 다음 상기 사각으로 측정된 각모서리 부분에서 테이블의 상면에 수직 볼막대를 세워 수직 볼막대의 각 볼의 중심값을 측정하는 단계; 상기 직육면체 상으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체상으로 설정된 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터(ex,ey,ez)를 계산하여 3차원 오차를 설정하는 단계; 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계를 포함을 특징으로 하는 방법을 특징으로 하는 것이다.

Description

볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 엔씨 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법{Compensation method of NC measure three-dimensional position error}

본 발명은 볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 수평 및 수직의 볼 막대와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 보정할 수 있는 볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법에 관한 것이다.

일반적으로 NC(Numerical Control) 공작기계라 함은, 각종 수단을 통해 입력되는 수치정보를 통해 기계를 구성하는 각종 수단을 자동제어(自動制御)하는 기계를 총징하는 것이다. 따라서, 본 발명의 NC 공작기계에 있어서, 공작물이 올려지는 테이블과 주축을 포함하는 각 이송축의 3차원 위치오차를 수시로 측정한 후, 이를기준으로 하여 공작기계의 오차를 보정하는 방법과 장치에 관한 것이다.

이에, NC 공작기계의 오차는 공간오차와 구조적인 오차로 나누어지는데, 구조적인 오차로는 각도 오차인 피치(pitch)오차와 흔들림 오차인 요(yaw)오차 및 롤링(rolling)오차 등이 있다.

따라서, 도 8은 공작기계의 각도오차에 따른 가공물의 영향 정도를 나타낸 것으로서, 각도 오차의 영향으로 인하여 테이블과 가까운 부분의 오차정도보다 상대적으로 테이블 보다 상대적으로 거리가 먼 부분의 오차정도가 커지게 되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 종래에는 상기와 같은 공간오차와 구조적인 오차들을 측정할 경우에는 각각의 오차를 부분적으로 측정하는 여러 종류의 장치가 필요한 문제점을 가지고 있었다.

또한 상기한 오차를 동시에 측정할 수 있는 장비는, 레이져 측정기(Laser interferometer)가 알려져 있으나, 이를 사용할 경우에는 고가의 비용과 많은 시간이 낭비되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 수평 및 수직의 볼 막대와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 측정 한 후 이를 보정할 수 있는 NC공작기계의 3차원 위치오차 보정방법 및 장치를 제공함을 목적으로 한다.

이에 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다수의 볼이 장착되어있는 수직 볼 막대와 수평 볼 막대를 준비하는 단계; 3차원 좌표측정기를 통해 상기 볼 막대의 볼 중심의 3차원 좌표를 측정하여 볼막대의 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정하는 단게; NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착하는 터치 프로브 장착단계; NC 공작기계 테이블의 X,Y평면상에서 상기 수평 볼 막대를 반시계 방향으로 순서적으로 이동시키면서 각 볼 중심값을 측정하고, 이와 동시에 볼 막대가 수평을 이루는 시점에서의 2가지경우에서 볼 막대의 좌표값을 보상하며, 다음 상기 사각으로 측정된 각모서리 부분에서 테이블의 상면에 수직 볼막대를 세워 수직 볼막대의 각 볼의 중심값을 측정하는 단계; 상기 직육면체 상으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체상으로 설정된 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터(ex,ey,ez)를 계산하여 3차원 오차를 설정하는 단계; 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계를 포함을 특징으로 하는 방법을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 보정방법이 적용되는 볼 막대를 나타낸 것으로서,

도 1a는 수직 볼 막대를,

도 1b는 수직 볼 막대를 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 볼 막대에 장착된 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정하는 단계를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 따른 수평 볼 막대를 X,Y평면상에서 측정하는 단계를 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 X,Y평면상의 오차를 측정하는 단계를 나타낸 도면.

도 5는 본 발명에 따른 수직 볼 막대를 측정하는 단계를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명에 따른 수평 및 수직 측정값을 이용하여 3차원 오차를 설정하는 단계를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명에 따른 3차원 오차좌표와 표준좌표간의 오차정도를 파악하는 오차지도를 나타낸 사시도.

도 8은 공작기계의 각도오차에 따른 가공물의 영향 정도를 나타낸 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 수직 볼 막대

11 : 기대

12 : 볼

13 : 수평 베이스

2 : 수평 볼 막대

21 : 수평대

22 : 볼

23 : 수직 받침대

이하, 본 발명의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 보정방법이 적용되는 볼 막대를 나타낸 것으로서, 먼저, 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 볼 막대는 수직 볼 막대(1)와 수평 볼 막대(2)를 필요로 하는 것이다.

따라서 상기 수직 볼 막대(1)는, 수직 상태의 기대(11)와 이 기대(11)의 일측벽에 장착되는 다수의 볼(12) 및 상기 기대(11)의 하부에 장착되어 기대(11)를 수직으로 세우는 수평 베이스(13)로 구성된다.

그리고 상기 수평 볼 막대(2)는, 수평 상태의 수평대(21)와 수평대(21)의 상부에 장착되는 다수의 볼(22) 및 상기 수평대(21)의 양측에 고정되는 수직 받침대(23)로 구성된다.

특히 상기 볼(12,22)은 터치 프로브의 측정정밀도를 향상시킬 수 있도록 베어링 볼이 사용되는 것이 적당한 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 볼 막대을 이용하여 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 일측에 다수의 볼(12)이 등간격으로 장착되어 있으며 하부에는 베이스(13)가 장착된 수직 볼 막대(11)와, 상부에 등간격으로 볼(22)이 장착되어 있으며 양측에 수직 받침대(23)를 가지는 수평 볼 막대(2)를 각각 준비한다(도 1참조).

다음 상기 수직, 수평 볼 막대(1,2)를 3차원 좌표측정기(도시않됨)를 통해 상기 볼 막대의 볼 중심의 3차원 좌표를 측정하여 볼막대의 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정한다(도 2참조).

다음 NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착하는 터치 프로브 장착한다(도시않됨). 그후 NC 공작기계 테이블의 X,Y평면상에서 상기 수평 볼 막대를 반시계 방향으로 순서적으로 이동시키면서 각 볼 중심값을 측정한다(도 3참조).

다음 볼 막대가 수평을 이루는 시점에서의 2가지경우에서 볼 막대의 좌표값을 보상한다(도 4참조).

다음 상기 사각으로 측정된 각 모서리 부분에서 테이블의 상면에 수직 볼막대를 세워 수직 볼막대의 각 볼의 중심값을 측정한다(도 5참조).

다음 상기 직육면체 상으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체상으로 설정된 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터(ex,ey,ez)를 계산하여 3차원 오차를 설정한다. 그리고 상기 3차원 오차 설정하는 단계에서는 3차원 오차좌표와 표준좌표간의 오차정도를 파악할 수 있도록 3차원 오차지도(Error map)를 형성하여, 3차원의 위치오차를 확인하는 것이다(도 6 및 도 7 참조).

최종적으로 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 것이다.

한편, 도 6에 도시된 바와같이, 상기 3차원 오차 설정단계에서는 직사각형 형상의 3차원 공간에서 X,Y,Z축의 각각의 4개축에 평균 오차값을 구하여 NC 공작기계의 각도오차의 보상값을 얻을 수 있는 것이다.

그리고 상기 3차원 오차 설정단계에서 얻어진 직육면체의 작업공간의 오차 벡터 측정값으로 각도오차인 요오차와 피치오차 및 위치오차를 구함으로서, 이를 보정할 수 도 있는 것이다. 즉 표준좌표상의 볼의 위치와 측정된 볼의 위치를 서로 비교하여 오차벡터를 설정함으로서, 상술한 바와 같은 각도오차인 요오차와 피치오차 및 위치오차를 측정할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 수평 및 수직의 볼 막대와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 보정할 수 있는 효과를 가지는 것이다.

Claims (4)

1. 다수의 볼이 장착되어 있는 수직 볼 막대와 수평 볼 막대를 준비하는 단계;

   3차원 좌표측정기를 통해 상기 볼 막대의 볼 중심의 3차원 좌표를 측정하여 볼막대의 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정하는 단게;

   NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착하는 터치 프로브 장착단계;

   NC 공작기계 테이블의 X,Y평면상에서 상기 수평 볼 막대를 반시계 방향으로 순서적으로 이동시키면서 각 볼 중심값을 측정하고, 이와 동시에 볼 막대가 수평을 이루는 시점에서의 2가지경우에서 볼 막대의 좌표값을 보상하며, 다음 상기 사각으로 측정된 각모서리 부분에서 테이블의 상면에 수직 볼막대를 세워 수직 볼막대의 각 볼의 중심값을 측정하는 단계;

   상기 직육면체 상으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체상으로 설정된 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터(ex,ey,ez)를 계산하여 3차원 오차를 설정하는 단계;

   상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계를 포함을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 3차원 오차 설정단계에서는 3차원 오차좌표와 표준좌표간의 오차정도를 파악할 수 있도록 3차원 에러지도를 형성함을 특징으로 하는 볼막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 3차원 오차 설정단계에서는 직사각형 형상의 3차원 공간에서 X,Y,Z축의 각각의 4개축에 평균 오차값을 구하여 NC 공작기계의 각도오차의 보상값을 얻음을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 3차원 오차 설정단계에서 얻어진 직육면체의 작업공간의 오차 벡터 측정값으로 각도오차와 요오차 및 롤링오차를 추가로 구함을 특징으로 하는 볼 막대를 이용한 직육면체의 공간에서의 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.