KR101480210B1 - Method to measure geometric error of linear feed system - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법은, 직선 이송계의 기하학적 오차를 추정하기 위해, 볼바 측정 경로를 계획하고 생성함으로써 볼바를 측정하는, 볼바 측정 단계; 및 매개변수화된 기하학적 오차를 오차 합성 모델에 대입하고 최적 매개변수를 계산하여 상기 기하학적 오차를 추정하는 기하학적 오차 추정 단계;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 저가의 볼바와 간단한 치구(fixture)를 사용하여 짧은 시간에 직선 이송축의 전체 영역에서 모든 기하학적 오차를 추정할 수 있으면서도, 측정 오차의 영향을 최소화하여 기하학적 오차를 정확하게 추정할 수 있다.A method of measuring a geometrical error of a linear transport system according to an embodiment of the present invention includes: measuring a ball bar by planning and generating a ball bar measurement path to estimate a geometrical error of a linear transport system; And a geometric error estimating step of estimating the geometrical error by substituting the parameterized geometrical error into an error synthesis model and calculating an optimal parameter. According to this configuration, a low-priced ball bar and a simple fixture can be obtained. It is possible to estimate all the geometrical errors in the entire region of the linear transport axis in a short time and to accurately estimate the geometrical errors by minimizing the influence of the measurement errors.
Description
직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 볼바를 사용하여 직선 이송계의 기하학적 오차를 전체 영역에서 모두 추정할 수 있는 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법이 개시된다.
A method for measuring a geometrical error of a linear transfer system is disclosed. More particularly, the present invention discloses a method of measuring a geometrical error of a linear transport system that can estimate a geometrical error of a linear transport system in the entire area using a ball bar.
고정도, 고품위 가공물의 수요 증가로 인해, 이를 가공하는 공작기계 또한 고정밀도 이송과 같은 고성능이 요구된다. 현재 공작기계 산업이 비약적으로 발전하였지만, 완성한 공작기계에는 여전히 각종 오차들이 발생한다.Due to the increased demand for high-precision and high-quality workpieces, machine tools for processing them require high performance such as high-precision transfer. Although the machine tool industry has developed remarkably, various errors still occur in the finished machine tools.
이러한 오차들을 줄이기 위해 부품의 수정 가공 및 재 조립의 하드웨어적인 개선 방법도 적용하지만, 하드웨어적인 개선 방법은 작업자의 숙련도에 의존하기에 일정 수준 이상의 개선에는 한계가 있기 때문에 기하학적인 오차의 경우 오차를 측정하여 소프트웨어적으로 보정하는 방법이 널리 적용되고 있다.In order to reduce these errors, a hardware improvement method is also applied to the correction and reassembling of the parts. However, since the hardware improvement method depends on the skill of the operator, there is a limit to improvement over a certain level. And a software correction method is widely applied.
한편, 직선 이송계의 기하학적 오차를 측정하기 위해 레이저 간섭계가 사용되고 있는데, 이러한 레이저 간섭계는 여러 기하학적 오차 중에서 롤 오차를 측정할 수 없다. 또한, 이러한 레이저 간섭계를 이용한 직선 이송계의 오차 측정은, 전문가더라도 18개 오차 측정 시 최소 10시간 이상이 걸릴 정도로 많은 시간이 소요되며 또한 측정이 매우 어렵고 시스템 구축에 많은 비용이 소요된다. 또한 레이저 간섭계의 셋업 때문에 이송계의 전체 영역에서 측정이 어렵다는 한계도 있다.
On the other hand, a laser interferometer is used to measure the geometrical error of a linear transport system. Such a laser interferometer can not measure roll error among various geometrical errors. In addition, error measurement of a linear transport system using such a laser interferometer requires a minimum of 10 hours or more for measuring 18 errors even for an expert, and it is very difficult to measure and it takes a lot of cost to construct a system. There is also a limit to the difficulty of measurement in the entire region of the transfer system due to the setup of the laser interferometer.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 저가의 볼바와 간단한 치구(fixture)를 사용하여 짧은 시간에 직선 이송축의 전체 영역에서 모든 기하학적 오차를 정확하게 추정할 수 있으며, 또한 측정 오차의 영향을 최소화하여 기하학적 오차를 정확하게 추정할 수 있는 측정 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of embodiments of the present invention to accurately estimate all geometric errors in the entire area of a linear transport axis in a short time using a low cost ball bar and a fixture and to minimize geometric errors And to provide a measurement method capable of accurately estimating the error.
본 발명의 실시예에 따른 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법은, 직선 이송계의 기하학적 오차를 추정하기 위해, 볼바 측정 경로를 계획하고 생성함으로써 볼바를 측정하는, 볼바 측정 단계; 및 매개변수화된 기하학적 오차를 오차 합성 모델에 대입하고 최적 매개변수를 계산하여 상기 기하학적 오차를 추정하는 기하학적 오차 추정 단계;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 저가의 볼바와 간단한 치구(fixture)를 사용하여 짧은 시간에 직선 이송축의 전체 영역에서 모든 기하학적 오차를 추정할 수 있으면서도, 측정 오차의 영향을 최소화하여 기하학적 오차를 정확하게 추정할 수 있다.A method of measuring a geometrical error of a linear transport system according to an embodiment of the present invention includes: measuring a ball bar by planning and generating a ball bar measurement path to estimate a geometrical error of a linear transport system; And a geometric error estimating step of estimating the geometrical error by substituting the parameterized geometrical error into an error synthesis model and calculating an optimal parameter. According to this configuration, a low-priced ball bar and a simple fixture can be obtained. It is possible to estimate all the geometrical errors in the entire region of the linear transport axis in a short time and to accurately estimate the geometrical errors by minimizing the influence of the measurement errors.
일측에 의하면, 상기 볼바 측정 단계 시, 상기 직선 이송계의 전체 영역에서 상기 볼바 측정 경로를 계획하는 방법에 따라 추정된 기하학적 오차에 대한 측정 오차의 영향이 달라지므로 상기 측정 경로는 상기 직선 이송계의 이송축 방향으로 생성될 수 있으며, 이를 통해 상기 측정 오차 영향을 최소화할 수 있어 추정된 기하학적 오차의 정확도를 개선할 수 있다.According to one aspect of the present invention, since the influence of the measurement error on the geometrical error estimated according to the method of planning the ball bar measurement path in the entire region of the linear transport system changes during the ball bar measurement step, Can be generated in the direction of the transport axis, thereby minimizing the influence of the measurement error and improving the accuracy of the estimated geometric error.
일측에 의하면, 상기 볼바 측정 단계 시, 상기 볼바 측정 경로에 의하여 매개변수화된 오차 사이의 특이해 문제가 발생 가능하며, 상기 오차 중 롤 오차는 반구상의 나선형 볼바 측정 경로 생성을 통해 해결하며, 여기서 상기 특이해 문제는 매개변수화된 오차가 상기 오차의 측정 데이터에 동일한 영향을 미침에 따라 상기 오차를 상기 오차의 측정 데이터에 분리 및 추정할 수 없는 문제이며, 상기 특이해 문제를 해결할 수 있다.According to one aspect of the present invention, during the ballbar measuring step, a specific problem between parameterized errors may occur due to the ballbar measuring path, and the roll error among the errors is solved through generation of a hemispherical spiral ballbar measuring path, The peculiar problem is that the error can not be separated and estimated to the measurement data of the error as the parametrized error has the same effect on the measurement data of the error, and the peculiar problem can be solved.
일측에 의하면, 상기 볼바 측정 단계 시, 상기 볼바 측정 경로에 의하여 매개변수화된 오차 사이의 특이해 문제가 발생 가능하며, 상기 오차 중 롤 오차는 반구상의 나선형 볼바 측정 경로 생성을 통해 해결할 수 있다.According to one aspect of the present invention, during the ballbar measuring step, a specific problem between parameterized errors may occur due to the ballbar measuring path, and the roll error among the errors can be solved through generation of a hemispherical spiral ballbar measuring path.
일측에 의하면, 상기 볼바 측정 단계에서 상기 기하학적 오차 생성을 위해, 다항식을 생성하고 생성된 다항식의 모델링을 통해 상기 기하학적 오차를 생성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, in order to generate the geometric error in the ballbar measuring step, a polynomial may be generated and the geometric error may be generated through modeling of the generated polynomial.
일측에 의하면, 상기 볼바 측정 단계는, 상기 기하학적 오차를 생성한 후, 원호 경로를 생성하는 측정 장비를 이용하여 상기 볼바 측정 경로를 생성한 다음, 생성된 상기 볼바 측정 경로를 이용한 계산을 통해 상기 오차 합성 모델을 생성할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the ballbar measuring step may include generating the ballbar measuring path using a measuring instrument that generates the circular path after generating the geometric error, and then, using the generated ballbar measuring path, A composite model can be generated.
일측에 의하면, 상기 오차 합성 모델 단계에서 상기 볼바 측정 경로를 생성하는 상기 측정 장비는, 상기 이송축에 장착되는 공작물 볼(WB)과, 상기 공작물 볼에 연결된 연결부재의 단부에 결합되는 툴 볼(TB)을 포함하며, 상기 공작물 볼 및 상기 툴 볼의 볼바 방정식은, According to one aspect, in the error synthesis modeling step, the measuring equipment for generating the ballbar measuring path includes a workpiece ball WB mounted on the transporting shaft, a tool ball (not shown) coupled to an end of the connecting member connected to the workpiece ball, TB), wherein a ball bar equation of the workpiece ball and the tool ball includes:
일측에 의하면, 상기 기하학적 오차 추정 단계에서 상기 기하학적 오차 추정 시, 동차변환행렬을 이용하여 오차 합성 모델링을 하여 체적 오차를 계산한 상기 매개변수와 상기 측정 데이터의 관계를 결정한 다음, 최소자승법을 이용하여 매개변수 계산 및 상기 기하학적 오차를 추정할 수 있다.
According to one aspect of the present invention, in the geometric error estimation step, when the geometric error estimation is performed, an error synthesis modeling is performed using a homogeneous transformation matrix to determine a relationship between the parameter and the measurement data, The parameter calculation and the geometric error can be estimated.
본 발명의 실시예에 따르면, 저가의 볼바와 간단한 구조의 치구(fixture)를 사용하여 짧은 시간에 직선 이송축의 전체 영역에서 모든 기하학적 오차를 정확하게 추정할 수 있으면서도 측정 오차의 영향을 최소화하여 기하학적 오차를 정확하게 추정할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, it is possible to accurately estimate all the geometrical errors in the entire region of the linear transport axis in a short time by using a fixture of a low-priced ball bar and a simple structure while minimizing the influence of measurement errors, Can be accurately estimated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법이 적용되는 직선 이송계를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법의 순서도이다.
도3a 및 도 3b는 직선 이송계의 기하학적 오차를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 공간좌표 상에서 평면 방향 또는 입체 방향으로 생성되는 볼바 측정 경로를 나타낸 그래프들이다.
도 5는 볼바 방정식을 이용하여 직선 이송계의 기하학적 오차를 추정하는 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법을 통해 구한 위치 오차를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 각도 오차를 나타내는 그래프이다.FIG. 1 is a view showing a linear transport system to which a geometrical error measurement method of a linear transport system according to an embodiment of the present invention is applied.
2 is a flowchart of a measurement method according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are diagrams showing geometrical errors of a linear transport system.
Figs. 4A to 4D are graphs showing a ball bar measurement path generated in a plane direction or a three-dimensional direction on spatial coordinates.
5 is a view schematically showing an apparatus for estimating a geometric error of a linear transport system using a ballbar equation.
FIG. 6A is a graph showing a position error obtained through a measuring method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a graph showing an angle error.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다._ Hereinafter, configurations and applications according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The following description is one of many aspects of the claimed invention and the following description forms part of a detailed description of the present invention. _
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail for the sake of clarity and conciseness.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법이 적용되는 직선 이송계를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법의 순서도이고, 도3a 및 도 3b는 직선 이송계의 기하학적 오차를 나타내는 도면이고, 도 4a 내지 도 4d는 공간좌표 상에서 평면 방향 또는 입체 방향으로 생성되는 볼바 측정 경로를 나타낸 그래프들이며, 도 5는 볼바 방정식을 이용하여 직선 이송계의 기하학적 오차를 추정하는 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 방법을 통해 구한 위치 오차를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 각도 오차를 나타내는 그래프이다.FIG. 1 is a view showing a linear transport system to which a geometrical error measurement method of a linear transport system according to an embodiment of the present invention is applied, FIG. 2 is a flowchart of a measurement method according to an embodiment of the present invention, FIG. 4A to 4D are graphs showing a ball bar measurement path generated in a plane direction or a three-dimensional direction on spatial coordinates, and FIG. 5 is a graph showing a ball bar measurement path generated in a plane direction or a three- FIG. 6A is a graph showing a position error obtained through a measuring method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a graph showing an angular error.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직선 이송계의 기하학적 오차를 위한 볼바 측정 방법은, 직선 이송계(100)의 기하학적 오차를 평가하기 위해 볼바 측정 경로를 계획하고 생성함으로써 볼바를 볼바 측정 단계(S100)와, 매개변수화된 기하학적 오차를 오차 합성 모델에 대입하고 매개변수를 계산하여 상기 기하학적 오차를 추정하는 기하학적 오차 추정 단계(S200)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 1 and 2, a method for measuring a ballbar for a geometric error of a linear transport system according to an embodiment of the present invention includes planning and generating a ballbar measurement path to evaluate a geometric error of the
먼저, 본 실시예의 볼바 측정 단계(S100)는, 도 2에 도시된 것처럼, 원호 경로를 생성하는 측정 장비를 이용하여 볼바 측정 경로를 생성(S110)한 다음, 생성된 볼바 측정 경로를 이용한 계산을 통해 오차 합성 모델을 생성(S120)함으로써 볼바를 측정(S130)할 수 있다.First, in the ballbar measuring step S100 of the present embodiment, a ballbar measuring path is created (S110) by using a measuring instrument that generates a circular path as shown in FIG. 2 (S110), and a calculation using the generated ballbar measuring path is performed (S130) by generating the error synthesis model (S120).
그리고, 본 실시예의 기하학적 오차 추정 단계(S200)는, 최소자승법을 적용(S210)하여 볼바 측정 단계(S100)를 통해 얻은 기하학적 오차를 추정(S220)할 수 있다.The geometric error estimation step S200 of the present embodiment can estimate the geometric error obtained through the ballbar measurement step S100 by applying the least square method (S210).
일반적으로, 직선 3축 공작기계에서 공구와 공작물 사이의 체적 오차는 21개의 기하학적 오차를 사용하여 모델링하며, 체적 오차는 각각의 오차를 측정 및 평가하여 최소화한다. 직선 이송축의 오차 측정에는 레이저 간섭계, 정전용량 센서와 스트레이트에지, 전자레벨을 사용한다. 그리고 21개의 오차는 여러 측정 장비를 사용하여 측정한다.Generally, in a linear three-axis machine tool, the volume error between the tool and the workpiece is modeled using 21 geometric errors, and the volume error is minimized by measuring and evaluating each error. Laser interferometers, capacitive sensors, straight edges, and electronic levels are used to measure the error of the linear feed axis. And 21 errors are measured using several measuring instruments.
부연하면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 직선 이송계의 기하학적 오차는 위치 종속적인 기하학적 오차 및 위치 독립적인 기하학적 오차가 있다. 도 2a를 참조하면, 위치 종속적인 기하학적 오차에서는, 다음의 표 1에 기재된 바와 같이, 직선 이송계의 X, Y 및 Z축에 대해 각각 3개 위치 오차와 3개 각도 오차가 발생된다. 그리고, 도 2b를 참조하면, 위치 독립적인 기하학적 오차는 Y축에 대해 1개, Z축에 대해 2개의 오차가 발생되며, 따라서 총 21개의 오차가 발생될 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, the geometrical error of the linear transport system has a position-dependent geometric error and a position-independent geometrical error. Referring to FIG. 2A, for position-dependent geometric errors, three position errors and three angular errors are generated for the X , Y, and Z axes of the linear feed system, respectively, as shown in Table 1 below. Referring to FIG. 2B, a position-independent geometric error is generated for the Y- axis and 2 for the Z- axis, so that a total of 21 errors can be generated.
다음은 기하학적 오차 및 기호를 나타낸 표이다.The following table shows the geometrical errors and symbols.
한편, 본 실시예에서는, 직선 3축 공작기계의 21개 오차 추정을 위하여 볼바 측정 단계(S100)에서 볼바 측정 경로를 생성하고, 기하학적 오차 추정 단계(S200)에서 기하학적 오차를 추정한다.Meanwhile, in this embodiment, a ball bar measurement path is generated in the ball bar measuring step S100 and a geometric error is estimated in the geometric error estimating step S200 for the 21 error estimation of the linear three-axis machine tool.
여기서, 직선 이송계(100) 자체의 오차는 3개의 위치 오차, 
볼바 측정에는 2축 이상의 이송에 의한 원호 측정 경로가 필요하며, 측정 데이터에는 민감도에 따라서 이송축의 여러 오차가 포함된다. 이러한 측정 데이터에서 오차를 분리하기 위해 각각의 오차는 매개변수화하고, 측정 데이터와 오차의 매개변수 관계는 역기구학 해석을 통하여 결정한다. 최종적으로 이송축의 오차는 계산된 매개변수를 사용하여 추정할 수 있다.
한편, 볼바 측정을 위해, 도 5에 도시된 것과 같이, 원호 경로를 생성하는 측정 장비(200), 예를 들면 치구가 구비될 수 있다. 측정 장비(200)는, 직선 이송계(100)에 장착되는 공작물 볼(210, WB)과, 공작물 볼(210)에 연결된 연결부재(230)의 단부에 결합되는 툴 볼(220, TB)을 포함하며, 공작물 볼(210)을 기준으로 툴 볼(220)을 이용하여 원호 경로를 생성할 수 있다.
여기서, 체적 오차 및 셋업 오차에 의해 각각 오차 ΔTB, ΔWB가 발생하며, 최종적으로 측정 데이터, R+ΔR과 툴 볼(220) 및 공작물 볼(210)의 관계를 나타내는 볼바 방적식은 다음의 식 1 및 식 2와 같이 나타낼 수 있다. 여기서 R은 볼바의 기준 길이를 나타내고,
한편, 측정 데이터에 영향을 미치는 측정 오차는 측정 경로에 따라 달라지며, 또한 측정 경로에 의하여 매개변수화된 오차 사이의 특이해 문제가 발생할 수 있다. 이를 고려하여, 측정 경로는 매개변수화된 오차를 보다 안정적으로 평가하기 위하여 이송축 방향으로 생성되고, 롤 오차 사이의 특이해 문제는 반구상의 나선형 측정 경로를 사용하여 해결될 수 있다.Ball bar measurement requires an arc measurement path by more than two axes, and measurement data includes several errors of the feed axis depending on the sensitivity. In order to separate errors from these measurement data, each error is parameterized, and the relationship between the measured data and the error parameter is determined through an inverse kinematic analysis. Finally, the error of the transport axis can be estimated using the calculated parameters.
On the other hand, for ballbar measurement, as shown in Fig. 5, a
Here, the error DELTA TB and DELTA WB arise due to the volume error and the setup error, respectively, and finally, the ballbar spinning equation showing the relationship between the measurement data, R + DELTA R and the
On the other hand, the measurement error affecting the measurement data depends on the measurement path, and there may also be a specific problem between parameterized errors due to the measurement path. In view of this, the measurement path is created in the direction of the transport axis to more stably evaluate the parametrized error, and the singularity problem between roll errors can be solved using a hemispherical spiral measurement path.
한편, 볼바 측정 경로는, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 것처럼, 공간좌표 상에서 다양한 평면 방향 및 입체 방향으로 생성될 수 있으며 이를 통해 오차 합성 모델을 생성함으로써 볼바를 측정할 수 있다.On the other hand, the ball bar measurement path can be generated in various planar directions and three-dimensional directions on the spatial coordinates, as shown in Figs. 4A to 4D, whereby the ball bar can be measured by generating the error synthesis model.
도 4a를 참고하면, 볼바 측정 경로가 공간좌표 상에서 XY 평면 상으로 생성될 수 있다. 이 경우, 볼바 측정 경로 ΔR1 및 ΔR2 는 다음의 식으로 표현할 수 있으며, 이 식을 이용하여 기하학적 오차의 4차 다항식 모델링을 할 수 있고 매개변수 계산을 통해 기하학적 오차를 추정할 수 있다. 다음의 식은 XY 평면에서 공구 이송(L)이 없는 경우 ΔR1 과, 공구 이송(L)이 있는 경우 ΔR2 및 기하학적 오차의 관계를 정의한다.Referring to FIG. 4A, the ball measurement path can be generated on the XY plane on the spatial coordinates. In this case, the ballbar measurement paths ΔR 1 and ΔR 2 can be expressed by the following equation, which can be used to model the fourth order polynomial of the geometric error and to estimate the geometrical error through parameter calculation. The following formulas define the relationship between ΔR 1 for no tool feed (L) in the XY plane, ΔR 2 for geometric tool feed (L) and geometric error.
여기서, L은 공구 이송량 및 공구 옵셋에 해당하는 거리를 나타낸다.
Here, L represents the distance corresponding to the tool feed amount and the tool offset.
그리고, 도 4b를 통해 XZ 평면 상에 생성된 볼바 측정 경로(ΔR3 및 ΔR4 )를 알 수 있으며 다음의 식 4로 나타낼 수 있다. 다음의 식은 XZ평면에서 공구 이송(L)이 없는 경우 ΔR3 과, 공구 이송(L)이 있는 경우 ΔR4 및 기하학적 오차의 관계를 정의한다.4B, the ball bar measurement paths? R 3 and? R 4 generated on the XZ plane can be obtained and can be expressed by the following equation (4). The following equations define the relationship between ΔR 3 in the absence of tool movement (L) in the XZ plane, ΔR 4 in the presence of tool movement (L) and the geometric error.
도 4c를 통해 YZ 평면 상에 생성된 볼바 측정 경로(ΔR5 및 ΔR6 )를 알 수 있으며 다음의 식 5로 나타낼 수 있다. 다음의 식은 YZ 평면에서 공구 이송(L)이 없는 경우 ΔR5 과, 공구 이송(L)이 있는 경우 ΔR6 및 기하학적 오차의 관계를 정의한다.It can be seen a ballbar measurement path (ΔR ΔR 5 and 6) generated in the YZ plane through 4c, and may be represented by the following
또한, 도 4d를 통해 반구상의 나선형 경로를 갖는 볼바 측정 경로(Δ R hel )를 알 수도 있다.It is also possible to know the ballbar measurement path (Δ R hel) having a spiral path on the hemisphere through FIG. 4d.
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한편, 기하학적 오차 추정 단계(S200)에서는 동차변환행렬을 사용하여 오차 합성 모델링을 하고 체적 오차를 계산하며, 상기 식 4와 식 5를 사용하여 매개변수와 측정 데이터의 관계를 결정하고, 최소자승법(Ax=B)을 사용하여 매개변수 계산 및 오차 추정함으로써 이루어질 수 있다.Meanwhile, in the geometric error estimation step S200, the error synthesis is modeled using the homogeneous transformation matrix, the volume error is calculated, the relationship between the parameter and the measurement data is determined using
여기서, 전술한 측정 방법의 타당성을 나타내기 위하여 다음의 표 3에 기재된 것처럼, 초기 셋업 오차는 ±5μm, 위치 오차는 최대 20μm, 각도 오차는 최대 20μm, 직각도 오차는 최대 10μm의 범위에서 생성할 수 있다. 또한 다항식 근사화에 따른 오차는 최대 5μm, 측정 오차는 ±0.5μm의 범위에서 고려될 수 있다. 생성된 오차와 추정한 오차 및 차이는 도 6과 같으며, 직각도 오차는 다음의 표 3과 같다. 이를 토대로 생성된 오차와 추정된 오차의 차이는 잡음 수준임을 알 수 있다.Here, in order to show the validity of the above-described measurement method, as shown in the following Table 3, the initial setup error is ± 5 μm, the position error is maximum 20 μm, the angular error is maximum 20 μm and the squareness error is maximum 10 μm . The error due to the polynomial approximation can be considered in the range of maximum 5μm and the measurement error within ± 0.5μm. The generated error and the estimated error and difference are shown in FIG. 6, and the squareness error is shown in Table 3 below. Based on this, it can be seen that the difference between the error and the estimated error is the noise level.
한편, 도 6a를 통해 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법을 통해 구한 위치 오차를 알 수 있고, 도 6b를 통해 각도 오차를 알 수 있다.
6A, the position error obtained by the geometrical error measuring method of the linear transport system can be known, and the angular error can be found through FIG. 6B.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 직선 3축 공작기계의 기하학적 오차를 추정하기 위해 반구상의 나선형 볼바 측정 경로를 생성함으로써, 저가의 볼바와 간단한 구조의 치구(fixture)를 사용하여 짧은 시간에 직선 이송축의 전체 영역에서 모든 기하학적 오차를 측정할 수 있으며, 또한 측정 오차의 영향을 최소화하여 기하학적 오차를 정확하게 추정할 수 있다.Thus, according to the present embodiment, by generating a hemispherical spiral ball bar measurement path to estimate the geometrical error of a linear three-axis machine tool, a straight line feed can be performed in a short time using a fixture of a low- It is possible to measure all the geometrical errors in the entire region of the axis and also to accurately estimate the geometrical errors by minimizing the influence of the measurement errors.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.
100 : 직선 이송계
200 : 측정 장비
S100 : 볼바 측정 단계
S200 : 기하학적 오차 추정 단계100: Linear feed system
200: Measuring equipment
S100: Ballbar measurement step
S200: Geometric error estimation step
Claims (8)
상기 직선 이송계의 기하학적 오차를 추정하기 위해, 볼바 측정 경로를 계획하고 생성함으로써 볼바를 측정하는, 볼바 측정 단계; 및
매개변수화된 기하학적 오차를 오차 합성 모델에 대입하고 매개변수를 계산하여 상기 기하학적 오차를 추정하는 기하학적 오차 추정 단계;
를 포함하며,
상기 기하학적 오차 추정 단계에서 상기 기하학적 오차 추정 시, 동차변환행렬을 이용하여 오차 합성 모델링을 하여 체적 오차를 계산한 상기 매개변수와 상기 측정 데이터의 관계를 결정한 다음, 최소자승법(Ax=B)을 이용하여 매개변수 계산 및 상기 기하학적 오차를 추정하며,
상기 볼바 측정 단계 시, 상기 볼바 측정 경로에 의해 상기 오차의 측정 데이터에 대한 민감도가 달라지며, 상기 오차를 측정하기 위한 공구의 이송 및 옵셋이 부재한 경우 위치 오차로 인한 영향이 상기 측정 데이터에 반영되고 상기 공구의 이송 및 옵셋이 있는 경우 위치 오차 및 각도 오차의 영향이 측정 데이터에 반영되며,
상기 볼바 측정 단계 시, 상기 볼바 측정 경로에 의하여 매개변수화된 오차 사이의 특이해 문제가 발생 가능하며, 상기 오차 중 롤 오차는 반구상의 나선형 볼바 측정 경로 생성을 통해 해결하며,
여기서 상기 특이해 문제는 매개변수화된 오차가 상기 오차의 측정 데이터에 동일한 영향을 미침에 따라 상기 오차를 상기 오차의 측정 데이터에 분리 및 추정할 수 없는 문제이며, 상기 특이해 문제를 해결하는 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법.
A geometrical error measuring method of a linear transport system for estimating a geometrical error of a linear transport system using a ball bar,
Measuring a ball bar by planning and generating a ball bar measurement path to estimate a geometrical error of the linear transport system; And
A geometric error estimation step of substituting a parameterized geometric error into an error synthesis model and calculating a parameter to estimate the geometrical error;
/ RTI >
In the geometric error estimation step, the geometric error estimation is performed using the homogeneous transformation matrix to determine the relationship between the parameter and the measured data by performing the error synthesis modeling, and then using the least squares method (Ax = B) Calculating a parameter and estimating the geometric error,
In the ball bar measuring step, the sensitivity of the error measurement data is changed by the ball bar measuring path. When the tool for measuring the error and the offset are absent, the influence due to the position error is reflected in the measurement data And the influence of the position error and the angular error is reflected in the measurement data when the tool has the feed and offset,
In the ballbar measuring step, a specific problem between parameterized errors may occur due to the ballbar measuring path, and the roll error among the errors is solved through generation of a hemispherical spiral ballbar measuring path,
Here, the peculiarity problem is that the error can not be separated and estimated to the measurement data of the error as the parameterized error has the same effect on the measurement data of the error, and the straight line feed Method of measuring geometric error of system.
상기 볼바 측정 단계 시, 상기 직선 이송계의 전체 영역에서 상기 볼바 측정 경로를 계획하는 방법에 따라 추정된 기하학적 오차에 대한 측정 오차의 영향이 달라지므로 상기 측정 경로는 상기 직선 이송계의 이송축 방향으로 생성되는 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법.
The method according to claim 1,
Since the influence of the measurement error on the geometrical error estimated according to the method of planning the ball bar measurement path in the entire region of the linear transport system changes in the ball bar measurement step, the measurement path is set in the direction of the transport axis of the linear transport system Method of measuring geometric error of linear transport system.
상기 볼바 측정 단계에서 상기 기하학적 오차 생성을 위해, 다항식을 생성하고 생성된 다항식의 모델링을 통해 상기 기하학적 오차를 생성하는 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법.
The method according to claim 1,
And generating the geometric error by modeling the generated polynomial to generate the geometric error in the ballbar measuring step.
상기 볼바 측정 단계는, 상기 기하학적 오차를 생성한 후, 원호 경로를 생성하는 측정 장비를 이용하여 상기 볼바 측정 경로를 생성한 다음, 생성된 상기 볼바 측정 경로를 이용한 계산을 통해 상기 오차 합성 모델을 생성하는 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법.
3. The method of claim 2,
The ballbar measuring step may include generating the geometric error, generating the ballbar measuring path using a measuring instrument that generates a circular path, and then generating the error combining model through calculation using the ballbar measuring path generated A method of measuring geometric error of a linear transport system.
상기 볼바 측정 단계에서 상기 볼바 측정 경로를 생성하는 상기 측정 장비는, 상기 이송축에 장착되는 공작물 볼(WB)과, 상기 공작물 볼에 연결된 연결부재의 단부에 결합되는 툴 볼(TB)을 포함하며, 상기 공작물 볼 및 상기 툴 볼의 볼바 방정식은,
인 직선 이송계의 기하학적 오차 측정 방법.
The method according to claim 6,
The measuring equipment for generating the ballbar measuring path in the ballbar measuring step includes a workpiece ball WB mounted on the transporting shaft and a tool ball TB coupled to an end of the connecting member connected to the workpiece ball , A ball bar equation of the workpiece ball and the tool ball,
A method of measuring geometric error of a linear transport system.
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