KR100412222B1 - 홀 플레이트를 이용한 엔씨공작기계의 3차원 위치오차보정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일의 홀 플레이트와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 측정 한 후 이를 보정할 수 있는 홀 플레이트를 이용한 NC공작기계의 보정방법 및 장치에 관한 것으로서, 방법과 장치를 설명하면 다음과 같다.

직사각형 주위에 다수의 홀이 형성되고 수평레벨과 온도계가 장착된 홀 플레이트를 준비하는 홀 플레이트 준비단계; 3차원 좌표측정기를 통해 각 홀의 중심간격을 측정하여 각 홀들의 2차원 좌표를 기록하고 이때의 홀 플레이트의 온도를 측정한 다음, 상기 측정된 각 홀들의 좌표를 계측기 표준교정온도인 20도의 조건으로 보정하여 기준좌표를 설정하는 기준좌표 설정단계; NC 공작기계의 공구홀더에 터치프로브를 장착하는 터치프로브 장착단계; NC 공작기계의 테이블 상에서 X,Y,Z의 3차원 좌표를 구성하여 이 X,Y,Z의 3차원 좌표 상에 홀 플레이트를 상하 수평과 전후 수직 및 양측 수직의 6가지 경우인 직육면체 상으로 장착하여 각각의 경우에서 상기 터치 프로브를 통해 각 홀의 실측좌표를 측정하고, 측정된 실측좌표를 계측기 표준교정온도인 20도의 교정하여 이를 기억하는 실측좌표 설정한 다음, 상기 실측좌표에서 상기 표준좌표를 감하여 각 측정위치에서 2차원 오차 좌표값을 얻고, 각 측정위치에서 구한 중심좌표값을 기준이 되는 표준온도로 교정하여 2차원 오차값을 정리하는 2차원 오차값 설정단계; 각면에서의 2차원 오차값을 조합하여 직육면체의 측정위치가 되게 하고, 직육면체 모서리부분의 2개의 오차값 중복과 그 이외의 점에서의 1개의 오차값 중복 부분의 오차값의 평균을 정리하여 3차원 오차값을 설정하며, 얻어진 3차원 오차값의 오차좌표와 홀 플레이트의 표준좌표를 비교하여 공작기계의 3차원 오차를 설정하는 3차원 오차 설정단계; 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계로 구성된 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법을 특징으로 한다.

또한, 평판의 형상을 가지며 주위에는 동일한 직경과 이 직경을 간격으로 하는 다수의 홀이 형성되고, 중앙의 주위에는 다수의 공간부가 형성되며, 중앙에는 온도계가 장착되어 있으며, 상기 공간부의 적정위치에는 전자식 수평레벨이 장착되어 있는 홀 플레이트로 구성된 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정장치를 특징으로 한다.

Description

홀 플레이트를 이용한 엔씨공작기계의 3차원 위치오차 보정방법 및 그 장치{Compensation method and Compensation apparatus of NC measure three-dimensional position error}

본 발명은 홀 플레이트를 이용한 NC공작기계의 3차원 위치 보정방법 및 장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 단일의 홀 플레이트와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 측정 한 후 이를 보정할 수 있는 홀 플레이트를 이용한 NC공작기계의 보정방법 및 장치에 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, 이를 기준으로 하여 공작기계의 오차를 보정하는 방법과 장치에 관한 것이다.

그러나 종래에 상기와 같은 위치오차를 측정할 경우에는 각각의 오차를 부분적으로 측정함으로서, 각각의 오차를 측정할 수 있는 여러 종류의 장치가 필요한 문제점을 가지고 있었다.

한편 상기한 위치오차를 동시에 측정할 수 있는 장비로는, 레이져 측정기(Laser interferometer)가 널리 알려져 있으나, 이를 사용하여 오차를 측정할 경우에는 고가의 비용과 많은 시간이 낭비되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 단일의 홀 플레이트와 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, 직사각형 주위에 다수의 홀이 형성되고 수평레벨과 온도계가 장착된 홀 플레이트를 준비하는 홀 플레이트 준비단계; 3차원 좌표측정기를 통해 각 홀의 중심간격을 측정하여 각 홀들의 2차원 좌표를 기록하고 이때의 홀 플레이트의 온도를 측정한 다음, 상기 측정된 각 홀들의 좌표를 계측기 표준교정온도인 20도의 조건으로 보정하여 기준좌표를 설정하는 기준좌표 설정단계; NC 공작기계의 공구홀더에 터치프로브를 장착하는 터치프로브 장착단계; NC 공작기계의 테이블 상에서 X,Y,Z의 3차원 좌표를 구성하여 이 X,Y,Z의 3차원 좌표 상에 홀 플레이트를 상하 수평과 전후 수직 및 양측 수직의 6가지 경우인 직육면체 상으로 장착하여 각각의 경우에서 상기 터치 프로브를 통해 각 홀의 실측좌표를 측정하고, 측정된 실측좌표를 계측기 표준교정온도인 20도의 교정하여 이를 기억하는 실측좌표 설정한 다음, 상기 실측좌표에서 상기 표준좌표를 감하여 각 측정위치에서 2차원 오차 좌표값을 얻고, 각 측정위치에서 구한 중심좌표값을 기준이 되는 표준온도로 교정하여 2차원 오차값을 정리하는 2차원 오차값 설정단계; 각면에서의 2차원 오차값을 조합하여 직육면체의 측정위치가 되게 하고, 직육면체 모서리부분의 2개의 오차값 중복과 그 이외의 점에서의 1개의 오차값 중복 부분의 오차값의 평균을 정리하여 3차원 오차값을 설정하며, 얻어진 3차원 오차값의 오차좌표와 홀 플레이트의 표준좌표를 비교하여 공작기계의 3차원 오차를 설정하는 3차원 오차 설정단계; 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계로 구성된 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법을 특징으로 한다.

또한, 평판의 형상을 가지며 주위에는 동일한 직경과 이 직경을 간격으로 하는 다수의 홀이 형성되고, 중앙의 주위에는 다수의 공간부가 형성되며, 중앙에는 온도계가 장착되어 있으며, 상기 공간부의 적정위치에는 전자식 수평레벨이 장착되어 있는 홀 플레이트로 구성된 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정장치를 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 홀 플레이트를 나타낸 도면

도 2는 본 발명에 따른 홀 플레이트의 6가지 측정예를 나타낸 도면

도 3은 홀 플레이트 측정값을 이용한 2차원 길이오차(ex,ey)값 도식도

도 4는 2차원 길이오차 데이터를 조합하여 얻어지는 3차원 오차(ex,ey,ez)값 도식도.

도 5는 3차원 오차값을 바탕으로 오차지도를 나타낸 사시도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 홀 플레이트

11 : 홀

12 : 공간부

13 : 온도계

14 : 수평레벨

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 보정방법이 적용되는 장치인 홀 플레이트를 나타낸 것으로서, 먼저 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 홀 플레이트(1)는, 평판의 형상을 가지며 주위에는 동일한 직경과 이 직경을 간격으로 하는 다수의 홀(11)이 형성되고, 중앙의 주위에는 다수의 공간부(12)가 형성되며, 중앙에는 온도계(13)가 장착되어 있으며, 상기 공간부(12)의 적정위치에는 전자식 수평레벨(14)이 장착되어 구성된다.

특히, 상기 홀에는 고정밀도를 가지는 베이링 부시를 삽입함으로서, 홀 플레이트(1)에 형성되는 홀의 정밀도를 향상시켜 오차 측정의 정밀도를 높일 수 있는 것이다.

그리고 상기 홀 플레이트(1)의 재질은, 열 변형으로 최소화 할 수 있도록 열팽창이 적은 재질을 선택하는 것이 바람직하다.

이하, 상기와 같이 구성된 홀 플레이트를 이용하여 3차원 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형 주위에 다수의 홀(11)이 형성되고 수평레벨(14)과 온도계(13)가 장착된 홀 플레이트를 준비한다.

그리고 상기 홀 플레이트를 3차원 좌표측정기(도시않됨)에 장착한 상태에서, 각 홀들의 중심간격을 측정하여 각 홀들의 2차원 좌표를 기록함과 동시에 이때의 홀 플레이트의 온도를 측정한다.

그후 상기 측정된 각 홀들의 좌표를 계측기의 표준교정온도인 섭씨20도의 조건으로 보정하여 기준좌표를 설정한다.

즉 상기와 같이 계측기 표준온도 섭씨20도를 기준으로 하여 보정되는 기준 좌표값을 얻을 경우에는,

측정길이 + 측정길이 × (홀 플레이트의 열팽창계수 × (실측정온도 - 계측기 표준교정온도))

의 식을 적용하는 것이다.

다음, 도 2a,b,c에 도시된 바와같이, NC 공작기계의 공구홀더에 터치프로브를 장착한다(도시않됨).

그후 NC 공작기계의 테이블 상에서 X,Y,Z의 3차원 좌표를 구성하여 이 X,Y,Z의 3차원 좌표 상에 홀 플레이트를 상하 수평과 전후 수직 및 양측 수직의 6가지 경우인 직육면체 상으로 장착하여 각각의 경우에서 상기 터치 프로브를 통해 각 홀의 실측좌표를 측정한다.

그리고 상기와 같이 홀플레이트를 실 측정할 경우에는, 상기 홀 플레이트에 장착되어 있는 전자식 수평레벨을 사용하여 수평을 보상한다.

아울러 상기 측정된 실측좌표를 계측기의 표준교정온도인 섭씨20도를 기준으로 교정하여 이를 기억하여 실측좌표를 설정한다.

한편 상기 홀 플레이트를 테이블의 상부에 수평으로 장착할 경우에는 다수의 동일한 높이를 가지는 받침대가 사용된다.

다음, 도 3에 도시된 바와같이, 상기 실측좌표에서 상기 표준좌표를 감하여 각 측정위치에서 2차원 길이오차 좌표값을 얻고, 각 측정위치에서 구한 중심좌표값을 표준교정온도인 20도로 조건으로 교정하여 2차원 오차값(ex,ey)을 정리 설정한다.

즉 상기와 같이 계측기 표준온도 섭씨20도를 기준으로 하여 2차원 오차 좌표값을 얻을 경우에는,

측정길이 + 측정길이 × (홀 플레이트의 열팽창계수 × (실측정온도 - 계측기 표준교정온도))

의 식을 적용하는 것이다.

다음, 도 4에 도시된 바와같이, 먼저 상기 2차원 오차값을 (X,Y)좌표값2에서 (X,Y)좌표값1을 감하여 얻은 다음, 직육면체 형상의 각면에서 2차원 오차값을 조합하여 직육면체의 측정위치가 되게 하고, 직육면체 모서리부분의 2개의 오차값 중복과 그 이외의 점에서의 1개의 오차값 중복 부분의 오차값의 평균을 정리하여 3차원 오차값(ex,ey,ez)을 설정한다.

그리고 이때 얻어진 3차원 오차값의 오차좌표와 홀 플레이트의 표준좌표를 비교하여 공작기계의 3차원 오차를 설정한다.

즉 도 5에 도시된 바와같이, 상기 3차원 오차 설정할 경우에는 3차원 오차좌표와 표준좌표간의 오차정도를 파악할 수 있도록 3차원 오차지도(Error map)를 형성하여, 3차원의 위치오차를 확인하는 것이다.

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

따라서 상기와 같이 제어부에서 위치를 보정하는 방법으로는, 1차원 보정갑으로 보정하거나, 가공코드를 수정하는 스위치 방법으로 보정하거나, 또는 제어부의 롬(ROM)을 통한 자동보정의 방법이 적용되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 단일의 홀 플레이트와 NC 공작기계의 공구홀더에 장착되는 터치 프로브를 사용하여 NC 공작기계의 위치오차를 신속히 측정 한 후 보정할 수 있는 효과를 가지는 것이다.

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 직사각형 주위에 다수의 홀이 형성되고 수평레벨과 온도계가 장착된 홀 플레이트를 준비하는 홀 플레이트 준비단계;

   3차원 좌표측정기를 통해 각 홀의 중심간격을 측정하여 각 홀들의 2차원 좌표를 기록하고 이때의 홀 플레이트의 온도를 측정한 다음, 상기 측정된 각 홀들의 좌표를 계측기 표준교정온도인 섭씨 20도의 조건으로 보정하여 기준좌표를 설정하는 기준좌표 설정단계;

   NC 공작기계의 공구홀더에 터치프로브를 장착하는 터치프로브 장착단계;

   NC 공작기계의 테이블 상에서 X,Y,Z의 3차원 좌표를 구성하여 이 X,Y,Z의 3차원 좌표 상에 홀 플레이트를 상하 수평과 전후 수직 및 양측 수직의 6가지 경우인 직육면체 상으로 장착하여 각각의 경우에서 상기 터치 프로브를 통해 각 홀의 실측좌표를 측정하고, 측정된 실측좌표를 계측기 표준교정온도인 섭씨 20도의 교정하여 이를 기억하는 실측좌표 설정한 다음, 상기 실측좌표에서 상기 표준좌표를 감하여 각 측정위치에서 2차원 오차 좌표값을 얻고, 각 측정위치에서 구한 중심좌표값을 기준이 되는 표준온도로 교정하여 2차원 오차값을 정리하는 2차원 오차값 설정단계;

   각면에서의 2차원 오차값을 조합하여 직육면체의 측정위치가 되게 하고, 직육면체 모서리부분의 2개의 오차값 중복과 그 이외의 점에서의 1개의 오차값 중복 부분의 오차값의 평균을 정리하여 3차원 오차값을 설정하며, 얻어진 3차원 오차값의 오차좌표와 홀 플레이트의 표준좌표를 비교하여 공작기계의 3차원 오차를 설정하는 3차원 오차 설정단계;

   상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 공작기계 보정단계를 포함함에 있어서,

   상기 기준좌표 설정단계에서 보정되는 실측 좌표값은,

   (X,Y)좌표값1 = 측정길이 + 측정길이 × (홀 플레이트의 열팽창계수 × (실측정온도 - 계측기 표준교정온도))

   의 식으로 얻어짐을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 2차원 오차값 설정단계에서 보정되는 2차원 오차 좌표값은,

   (X,Y)좌표값2 = 측정길이 + 측정길이 × (홀 플레이트의 열팽창계수 × (실측정온도 - 계측기 표준교정온도))

   의 식으로 얻어짐을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 2차원 오차값은,

   2차원 오차값 = (X,Y)좌표값2 - (X,Y)좌표값1

   의 식으로 얻어짐을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
6. 제 3항에 있어서, 상기 실측좌표 설정단계에서 홀 플레이트를 테이블의 상부에 수평으로 장착할 경우에는 다수의 동일한 길이를 가지는 받침대가 사용됨을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
7. 제 3항에 있어서, 상기 3차원 오차 설정단계에서는 3차원 오차좌표와 표준좌표간의 오차정도를 파악할 수 있도록 3차원 에러지도를 형성함을 특징으로 하는 NC공작기계의 3차원 위치오차 보정방법.
8. 평판의 형상을 가지며 주위에는 동일한 직경과 이 직경을 간격으로 하는 다수의 홀이 형성되고, 중앙의 주위에는 다수의 공간부가 형성되며, 중앙에는 온도계가 장착되어 있으며, 상기 공간부의 적정위치에는 전자식 수평레벨이 장착되어 있는 홀 플레이트로 구성됨을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 홀에는 고정밀도를 가지는 베이링 부시가 추가로 삽입됨을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 보정장치.