KR100477330B1 - 초정밀 가공기에서 가공시편의 센타 판별 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초정밀 가공기에서 가공되는 기공시편의 센터(중심좌표)를 접촉식 프로브를 이용하여 판별하는 초정밀 가공기에서 가공시편의 센타 판별 장치 및 방법을 공개한다.

본 발명의 장치는 가공시편에 대해 정밀가공을 하기 위한 CNC 공작기계 장치에 있어서, 가공시편에 접촉되어 가공시편을 검출하기 위한 접촉식 프로브; 접촉식 프로브가 검출한 아날로그 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 증폭기의 아날로그 출력을 디지털로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기; 아날로그-디지털 변환기의 출력을 입력받아 가공시편의 센터 좌표값을 산출하고, 공구대의 센터와 일치시키기 위한 보정값을 산출하는 연산수단; 및 연산수단의 보정값에 따라 공작기계를 제어하여 정밀가공을 수행하기 위한 CNC 제어기를 포함한다.

따라서 본 발명은 종래에 가공 후 측정을 통해 작업자가 수작업으로 처리하여 재가공하는 기술에 비해 공정이 간단하고 소요시간이 줄어들어 가공 생산성이 향상되는 이점이 있고, 가공시편의 탈착시 발생할 수 있는 기계좌표의 변동을 보정하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

초정밀 가공기에서 가공시편의 센타 판별 장치 및 방법 { Apparatus and method for discriminating the center of work piece in a CNC machine }

본 발명은 CNC 공작기계와 같은 초정밀 가공기를 이용한 가공기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초정밀 가공기에서 가공되는 기공시편의 센터(중심좌표)를 접촉식 프로브를 이용하여 판별하는 초정밀 가공기에서 가공시편의 센타 판별 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 초정밀 가공에 사용되는 CNC 공작기계는 본체와 NC장치로 이루어지고, 본체는 공작물을 절삭하기 위하여 공구를 장착시키고 이동시키는 공구대(tool post)와, 공작물을 고정시키기 위한 척(chuck), 이송장치(ball screw), 헤드 스톡 등으로 구성되며, NC장치는 각종 서보모터와 위치검출기, 포지션 코더 등으로 구성된다.

이와 같은 초정밀 가공기를 사용하여 가공시편을 정면절삭 가공하는 경우에 통상 가공시편의 센터(중심좌표)와 공구대의 센터(중심좌표)가 일치하지 않아 정밀도가 떨어지는 문제점이 발생한다. 즉, 가공시편을 부착할 때 필연적으로 가공시편의 센터가 공구대의 센터와 상이하게 되어 초정밀 가공시 센터부분의 가공정밀도가 악화되는 현상이 발생하고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 가공시편의 센터를 판별하는 것이 가공정밀도 향상에 필수적인데, 이를 위해 종래에는 기계제작시 측정된 좌표에 대해 가공시편을 가공하고 이를 측정기를 통해 측정하여 조금씩 조정하면서 재가공을 하는 방법을 많이 사용하고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 방법은 가공자의 숙련도와 시간이 필요하고, 실제 가공시 가공시편을 떼어내고 이를 측정한 후 다시 부착하는 과정을 반복해야 하므로 많은 시간이 소요되고 정확성이 떨어지는 문제점이 있다.

도 1은 종래에 가공시편에 대해 정밀 가공하는 절차를 도시한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 초정밀 가공기에 가공시편을 장착한 후 정밀 가공을 수행한다(S1,S2). 일단 가공이 완료되면 가공시편을 탈착한 후 측정기를 이용하여 측정하고 작업자가 표면조도를 관찰하여 양호하면 해당 가공작업을 종료하고, 그렇지 않으면 다시 가공 시편을 장착한 후 상기 과정을 반복한다(S3~S7). 이와 같이 가공시편의 센터가 맞지 않은 상태에서 가공을 하고, 가공시편을 가공기로부터 떼어낸 후 이를 측정기를 통해 측정하여 다시 재가공하는 경우, 작업이 번거롭고 시간도 많이 소요되는 문제점이 있다.

이와 같은 종래의 센터검출방법은 측정기에서 측정하기 위해 가공시편을 가공기로부터 떼어내야 하고, 또한 작업자가 측정기를 이용하여 측정작업을 실시하고 이를 눈으로 보고 판별하여 대체적인 위치를 추정하여 재가공에 들어가야 한다. 따라서 이러한 종래의 방법은 작업자의 숙련도가 필요하며, 작업시간도 많이 소요되고 재가공을 위해 가공시편을 가공기에 부착할 때 시편이 이전의 위치와 동일한 상태로 부착되지 못해 오차를 갖는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 접촉식 프로브를 이용하여 가공시편의 센터를 판별하는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이러한 본 발명은 정면절삭이 진행되는 과정에서 피삭재의 센터가 맞지 않은 상태에서 부착되더라도 피삭재의 센터에 대한 위치를 판별함으로서 초정밀 가공기의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 장치는, 가공시편에 대해 정밀가공을 하기 위한 CNC 공작기계 장치에 있어서, 상기 가공시편에 접촉되어 가공시편을 검출하기 위한 접촉식 프로브; 상기 접촉식 프로브가 검출한 아날로그 신호를 증폭하기 위한 증폭기; 상기 증폭기의 아날로그 출력을 디지털로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기; 상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 입력받아 상기 가공시편의 센터 좌표값을 산출하고, 공구대의 센터와 일치시키기 위한 보정값을 산출하는 연산수단; 및 상기 연산수단의 보정값에 따라 상기 공작기계를 제어하여 정밀가공을 수행하기 위한 CNC 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 가공시편을 고정하는 단계; 접촉식 프로브로 상기 가공시편을 접촉하고 CNC 이송하는 단계; 상기 접촉식 프로브로부터 검출된 신호를 입력받아 상기 가공시편에 대한 현재 좌표값을 검출하는 단계; 상기 검출된 현재 좌표값에 소정 식을 적용하여 상기 가공시편의 센터좌표를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 가공시편의 센터좌표와 공구대의 센터좌표를 일치시키기 위한 보정량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 가공시편의 센타 판별장치를 도시한 구성 블럭도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 센터 판별장치는 접촉식 프로브(24), 증폭기(25), 아날로그-디지털 변환기(ADC: 26), 연산장치(27), CNC 제어기(28)로 구성되어 고정수단(22)에 의해 스핀들(21) 위에 장착된 가공시편(23)의 센터를 판별하도록 되어 있다.

접촉식 프로브(24)는 가공시편(23)에 접촉되어 변위를 측정하게 되고, 접촉식 프로브(23)의 감지신호는 증폭기(25)를 통해 증폭된 후 A/D 변환기(26)에서 디지털로 변환되어 연산장치(27)로 입력된다. 연산장치(27)에서는 접촉식 프로브(24)가 검출한 변위신호를 입력받아 소정의 알고리즘에 따라 가공시편(23)의 센터를 판별한 후 시편의 센터와 공구대의 센터를 일치시키기 위한 보정량을 결정하고, CNC 제어기(28)는 연산장치(27)로부터 입력된 보정량에 따라 보정된 작업을 지시한다.

도 3은 본 발명에 따라 가공시편의 센터를 판별하는 개념을 도시한 개념도이다.

도 3을 참조하면, 원판형 가공시편(23)은 x,y 좌표축의 일사분면에 위치하고 있고, 접촉식 프로브(24)는 가공시편의 점 A1과 점 A2까지의 값을 도 4와 같이 측정하게 된다. 즉, 접촉 프로브(24)는 도 4에서와 같이 시간축(t)상에서 가공시편에 접촉된 지점(A1)부터 변위신호가 높아져 일정하게 유지되다가 가공시편을 벗어난 지점(A2)에서 다시 낮아진다. 따라서 A1지점과 A2지점의 좌표를 구함으로써 가공시편의 센터를 구할 수 있다.

도 3에서 A1지점의 좌표값을 "A1(x1,y1)"이라 하고, A2지점의 좌표값을 "A2(x2,y2)"라 하며, 가공시편의 센터 좌표값을 "O(x,y)"라 할 경우에 센터의 좌표값(x,y)은 다음 수학식1 및 수학식2로부터 구해진다.

상기 A1과 A2에서 y1=y2이고, R은 가공시편의 반지름이며, ∠θ는 삼각형 꼭지점 A1에서의 각도이다.

이렇게 접촉식 프로브를 이용하여 현재 좌표를 측정할 경우, 가공시편(23)의 센터좌표 O(x,y)는 상기 수학식 1과 수학식 2에 의해 결정되며, 이 값은 현재 CNC 제어기(28)에 공구대의 센터와 시편의 센터를 일치시키기 위한 보정값으로 이용할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 초정밀 가공기에서 가공시편의 센터를 판별하는 절차를 도시한 순서도이다.

도 5를 참조하면, 먼저 가공시편을 스핀들축상의 고정수단(22)에 장착하여 고정하고 접촉식 프로브(24)를 접촉하여 CNC 제어기(28)에 의한 이송을 시작한다(501~503). 이송 후 접촉식 프로브(24)로부터의 변위신호를 디지털로 변환하여 연산장치(26)가 각 접촉점의 좌표 데이터를 수집한 후 이를 처리하고, 이로부터 센터위치의 좌표(O(x,y))를 계산하고 공구대의 센터와 시편의 센터를 일치시키기 위한 보정량을 산출하여 이를 CNC 제어기(28)에 전달한다(504~507).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 센터위치를 간단한 접촉식 프로브와 가공기의 CNC 제어기의 이송을 이용하여 측정하는 장치 및 방법으로서, 종래에 가공 후 측정을 통해 작업자가 수작업으로 처리하여 재가공하는 기술에 비해 공정이 간단하고 소요시간이 줄어들어 가공 생산성이 향상되는 이점이 있다. 또한 다품종 다량의 시편을 가공하는 경우, 작업자에 따라 가공시편의 센터의 위치가 변동되고, 또한 가공시편의 탈착시 발생할 수 있는 기계좌표의 변동을 보정하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 초정밀 가공기에서 종래의 가공절차를 도시한 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 가공시편의 센타 판별장치를 도시한 구성 블럭도,

도 3은 본 발명에 따라 가공시편의 센터를 판별하는 개념을 도시한 개념도,

도 4는 본 발명에 따라 접촉식 프로브를 통해 감지된 신호의 예를 도시한 그래프,

도 5는 본 발명에 따라 초정밀 가공기에서 가공시편의 센터를 판별하는 절차를 도시한 순서도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21: 스핀들 22: 시편 고정수단

23: 가공시편 24: 접촉식 프로브

25: 증폭기 26: 아날로그-디지털 변환기

27: 연산장치 28: CNC제어기

Claims (3)

1. 가공시편에 대해 정밀가공을 하기 위한 CNC 공작기계 장치에 있어서,

   상기 가공시편에 접촉되어 가공시편의 변위를 검출하기 위한 접촉식 프로브;

   상기 접촉식 프로브가 검출한 아날로그 신호를 증폭하기 위한 증폭기;

   상기 증폭기의 아날로그 출력을 디지털로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기;

   상기 아날로그-디지털 변환기의 출력을 입력받아 상기 가공시편의 센터 좌표값을 산출하고, 공구대의 센터와 일치시키기 위한 보정값을 산출하는 연산수단; 및

   상기 연산수단의 보정값에 따라 상기 공작기계를 제어하여 정밀가공을 수행하기 위한 CNC 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀 가공기에서 가공시편의 센타 판별장치.
2. 가공시편을 고정하는 단계;

   접촉식 프로브로 상기 가공시편을 접촉하고 CNC 이송하는 단계;

   상기 접촉식 프로브로부터 검출된 신호를 입력받아 상기 가공시편에 대한 현재 좌표값을 검출하는 단계;

   상기 검출된 현재 좌표값에 소정 식을 적용하여 상기 가공시편의 센터좌표를 산출하는 단계; 및

   상기 산출된 가공시편의 센터좌표와 공구대의 센터좌표를 일치시키기 위한 보정량을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀 가공기에서 가공시편의 센타 판별방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 가공시편의 센터 좌표를 산출하는 단계는

   상기 시편의 첫번째 접촉점의 좌표를 A1(x1,y1), 시편의 마지막 접촉점의 좌표를 A2(x2,y2)라 하고, 시편의 센터 좌표를 O(x,y)라 할 경우에 센터의 좌표가 수학식과 수학식 에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 초정밀 가공기에서 가공시편의 센타 판별방법.