KR101495553B1 - 회전체의 오차측정장치 - Google Patents

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이동혁
김민규
조남규
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한양대학교 에리카산학협력단
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Abstract

본 발명은 회전체의 오차측정장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 회전체의 오차측정장치는 회전 대상물의 오차를 측정하는 제1 변위센서, 제2 변위센서, 및 제3 변위센서를 포함하고, 상기 제1 변위센서와 상기 제2 변위센서의 사잇각(Φ)과 상기 제1 변위센서와 상기 제3 변위센서의 사잇각(ψ)은 하기 단계로 산출하는 회전체의 오차측정장치:
A) 4πR/d보다 큰 자연수 c값을 설정하는 단계(R은 회전 대상물의 반경이고, d는 변위센서의 측정 면적 직경임);
B) c값을 최소공배수로 갖는 자연수 A1과 자연수 A2를 선택하는 단계; 및
C) A1과 서로소인 자연수 B1을 선택하고, A2와 서로소인 자연수 B2를 선택하여 하기 식을 만족하는 Φ와 ψ를 산출하는 단계.
Figure 112014024985704-pat00016

Description

회전체의 오차측정장치{Error mesurement apparatus of rotating body}
본 발명은 회전체의 오차측정장치에 관한 것으로, 특히 회전체의 진원도 및 오차에 관한 측정 신뢰도를 높인 회전체의 오차측정장치에 관한 것이다.
기계적 운동은 크게 직선 운동, 반복 운동 및 회전 운동으로 분류할 수 있다. 그 중에서도 회전 운동은 공작기계의 스핀들, 엔진 샤프트, 모터, 플라이휠의 축 등 광범위한 대상의 동작에 적용되어 우리의 생활을 윤택하게 하고 있다. 이에 관한 기술이 발전함에 따라, 회전 대상물의 오차를 검출 분석하여 각종 회전기기의 회전 정밀도를 더욱 향상시키고 있다. 이러한 회전기기의 정밀도 향상을 통해, 초정밀 공작기계의 발전을 통한 가공정밀도 향상, 엔진 샤프트 및 플라이휠의 축의 정밀 가공을 통한 회전/구름성 향상, 모터 회전 대상물의 오차운동 측정 등과 같은 기반기술의 발전이 이루어지고 있다.
그러나, 회전 대상물의 오차운동을 측정하기 위해서, 회전하고 있는 축 또는 기준물에 변위센서를 사용하여 측정하는 경우, 변위센서의 출력에는 축 또는 기준물의 형상오차, 센터링 오차, 오차운동이 포함되어 있다.
따라서, 이 센서의 출력으로부터 사용자가 유용한 정보를 얻기 위해서는 각각의 원인별 오차운동 성분으로 분리하는 기술이 매우 중요하다. 변위센서의 출력을 분리하는 기술로는 반전법(Reversal method)과 멀티프로브법(Multi-probe method)을 예로 들 수 있다.
반전법은 멀티프로브법에 비해 적은 수의 변위센서를 필요로 하지만, 기준물을 180도 회전시키기 위한 특별한 기구가 추가로 필요하고, 결과적으로 제작 및 장착에 의한 기구의 정밀도가 최종 신호의 분리결과에 직접적으로 영향을 미치게 되며, 측정단계 역시 크게 2단계로 나뉘어져 반복측정이 이루어지게 되므로, 실시간 측정을 적용하기에는 어려움이 있다.
그리고, 최소 3개의 변위센서를 필요로 하는 멀티프로브법은 선행기술문헌에 기재된 바와 같이 회전체에 추가적인 교정기구를 부착할 필요가 없고, 일측 방향으로의 회전측정으로부터 획득되는 데이터의 연산처리만으로도 오차분리가 가능해, 현장에서의 실시간 측정 등에 유리하게 적용할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 종래의 멀티프로브법은 3개의 변위센서에 관한 배치조건에 따라 오차분리 성능이 영향을 받아, 이러한 신뢰성의 문제를 해결하기 위한 해결책이 제시되지 않고 있다.
따라서, 종래의 멀티프로브법은 실험자의 경험을 기반으로 한 불확실한 배치조건에 의존하고, 측정시스템의 설계조건에 대한 제약으로 작용하고 있으며, 결과의 신뢰에도 문제점이 있다.
특허문헌 1: 등록특허공보 제10-1336391호
본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 회전 대상물의 진원도 및 오차에 관한 측정 신뢰도를 향상시킨 회전체의 오차측정장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 회전 대상물의 진원도 및 오차에 관한 측정 신뢰도를 향상시킨 회전체의 오차측정장치를 이용한 회전체의 오차측정방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치는 회전 대상물의 오차를 측정하는 제1 변위센서, 제2 변위센서, 및 제3 변위센서를 포함하고, 상기 제1 변위센서와 상기 제2 변위센서의 사잇각(Φ)과 상기 제1 변위센서와 상기 제3 변위센서의 사잇각(ψ)은 하기 단계로 산출하는 회전체의 오차측정장치:
A) 4πR/d보다 큰 자연수 c값을 설정하는 단계(R은 회전 대상물의 반경이고, d는 변위센서의 측정 면적 직경임);
B) c값을 최소공배수로 갖는 자연수 A1과 자연수 A2를 선택하는 단계; 및
C) A1과 서로소인 자연수 B1을 선택하고, A2와 서로소인 자연수 B2를 선택하여 하기 식을 만족하는 Φ와 ψ를 산출하는 단계.
Figure 112014024985704-pat00001
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치에 있어서, 상기 제1 변위센서와 상기 제2 변위센서의 사잇각(Φ)과 상기 제1 변위센서와 상기 제3 변위센서의 사잇각(ψ)의 합은 180°작거나 같다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치에 있어서, 상기 제1 변위센서, 상기 제2 변위센서, 및 상기 제3 변위센서는 상기 회전 대상물의 축 방향에 수직인 하나의 가상평면에 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치에 있어서, 상기 회전 대상물의 일측에 대응하도록 구비된 지지대를 더 포함하고, 상기 제1 변위센서, 상기 제2 변위센서, 및 상기 제3 변위센서는 상기 지지대에 구비된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치에 있어서, 상기 제1 변위센서, 상기 제2 변위센서, 및 상기 제3 변위센서는 상기 지지대의 일측에 구비되고, 상기 지지대의 타측에 구비된 제4 변위센서, 제5 변위센서, 및 제6 변위센서를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치에 있어서, 상기 제4 변위센서, 상기 제5 변위센서, 및 상기 제6 변위센서는 상기 회전 대상물의 축 방향에 수직인 하나의 가상평면에 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치에 있어서, 상기 지지대는, 상기 회전 대상물의 축 방향과 평행하게 연장된 제1 지지부, 및 상기 제1 지지부의 일단으로부터 수직으로 절곡되어, 상기 회전 대상물의 일단과 마주보는 제2 지지부를 포함하고, 상기 제2 지지부에 구비된 축 변위센서를 더 포함한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 3개의 변위센서의 사잇각을 특정한 조건으로 산출하여, 주파수 변조 현상을 방지함으로써, 진원도와 회전 오차 등을 정확하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 양단부에 대한 사잇각이 180°이내의 각도를 갖도록 호형으로 형성된 지지대를 이용하므로, 회전 대상물의 형태에 구애받지 않고 다양한 회전 대상물에 대해 측정이 가능한 효과가 있다.
도 1은 회전 대상물의 오차운동을 측정하는 오차측정장치의 개념도,
도 2는 진원도 프로파일 데이터의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 3은 X축 반경방향 오차운동 진원도 프로파일의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 4는 Y축 반경반향 오차운동 진원도 프로파일의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 5는 비교예 1에서 푸리에 계수의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 6은 비교예 1에서 진원도 프로파일의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 7은 비교예 1에서 X축 반경방향 오차운동의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 8은 비교예 1에서 Y축 반경방향 오차운동의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 9는 비교예 2에서 푸리에 계수의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 10은 비교예 2에서 진원도 프로파일의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 11은 비교예 2에서 X축 반경방향 오차운동의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 12는 비교예 2에서 Y축 반경방향 오차운동의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 13은 실시예에서 푸리에 계수의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 14는 실시예에서 진원도 프로파일의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 15는 실시예에서 X축 반경방향 오차운동의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 16은 실시예에서 Y축 반경방향 오차운동의 회전각에 따른 진폭을 도시한 그래프,
도 17a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 사시도,
도 17b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 측면도,
도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 개념도,
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 사시도, 및
도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 회전 대상물의 오차운동을 측정하는 오차측정장치의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 회전 대상물의 오차운동을 측정하기 위해서 3개의 변위센서를 사용한다. 이와 같이, 3개의 변위센서를 사용하여, 축 오차 운동 데이터(spindle error motion data)와 진원도 프로파일 데이터(artifact roundness profile date)가 조합된 데이터를 얻는다. 여기서, R(θ)은 진원도 프로파일 데이터이고, mA(θ), mB(θ) 및 mC(θ)는 3개의 변위센서 각각에 의해 획득되는 변위(runout) 데이터이다. 식 (1) 내지 식 (3)과 같이, 변위 데이터(mA(θ), mB(θ) 및 mC(θ))는 진원도 프로파일 데이터(R(θ))와 반경방향 오차운동 x(θ)와 y(θ)의 조합으로 이루어진다.
Figure 112014024985704-pat00002

여기서, 오차운동 x(θ)와 y(θ)를 제거하기 위해서, 가중치 a와 b를 이용한 3개의 변위 데이터 함수의 선형 조합 함수 M(θ)를 산출한다.
Figure 112014024985704-pat00003
오차 운동 x(θ)와 y(θ)를 제거하기 위해서, 가중치 a와 b는 식 (5)와 식 (6)으로부터 식 (7)과 식 (8)이 유도될 수 있다.
Figure 112014024985704-pat00004
한편, 진원도 프로파일 데이터 R(θ)는 식 (9)와 같이 푸리에 급수로 모델링될 수 있다.
Figure 112014024985704-pat00005
식 (9)를 식 (4)에 대입하여, 3개의 변위 데이터의 선형 조합 함수 M(θ)를 정의하면, 식 (10)과 같다.
Figure 112014024985704-pat00006
식 (12)와 식 (13)과 같이, 두 변수 αK와 βK를 정의하면, 선형 조합 함수 M(θ)는 식 (11)과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014024985704-pat00007

여기서, 변위센서 사잇각 Φ와 ψ의 선정에 따라, αK와 βK의 값이 동시에 0이 되는 k값들이 항상 존재한다. αK와 βK의 값이 동시에 0이 되는 경우, 식 (11)에서 M(θ)는 3개의 변위 데이터의 선형 조합 함수인데 반하여, 오른쪽은 0이 되는 모순이 발생한다. 실제로는, 컴퓨터의 절삭오차에 의해 αK와 βK의 값은, 이론적인 수식 전개와는 달리, 0이 아닌 극소값을 갖게 되고 그에 따라 αK와 βK는 의미 없는 매우 큰 값이 할당된다. 결국, 이것은 주파수 변조 현상을 야기시키고, 진원도와 오차 운동 데이터에 오차가 유입된 형태로 산출되는 문제점이 발생한다.
즉, 변위센서 사이의 각도인 Φ와 ψ의 선정에 따라 주파수 변조현상의 발생현상을 제어할 수 있다.
각도인 Φ와 ψ와 주파수 변조가 나타나는 k값들의 관계를 분석하기 위하여, 와 αK와 βK값을 동시에 0으로 만드는 정수 k를 구해보면, 식 (14)와 식 (15)가 구해진다.
Figure 112014024985704-pat00008
식 (14)와 식 (15)를 k에 대하여 정리하면, 식 (16)과 식 (17)과 같다.
Figure 112014024985704-pat00009
여기서, k1과 k2는 정수이고, n1, n2, n1' 및 n2'는 자연수이므로, A1과 B1은 서로 서로소이고, A2와 B2도 역시 서로 서로소이다.
이때, 식 (16)과 식 (17)을 동시에 만족하는 정수 k값을 표현하기 위해서, A1과 A2의 최소공배수에 해당하는 c값을 이용하여 표현한 수식은 식 (18)과 같다.
Figure 112014024985704-pat00010
식 (18)에서 A1이 12이고, A2가 18이라고 가정하면, 이들의 최소공배수 c는 36이 되며, 최종적으로 k=36n±1이 되고, 이 경우 35와 37 그리고 71과 73 그리고 107과 109 및 143과 145 등 k값이 36의 배수의 앞뒤인 항에서 푸리에 계수 Ak Bk 값이 의미 없는 큰 값으로 계산된다.
c값의 선정은 변위센서의 기계적인 저주파 필터링 효과 영역대를 기준으로 설정이 가능하다. 예를 들어, 변위센서의 측정 면적 직경이 d일 때 회전 대상물의 반경 R이 1회전시 획득이 되는 데이터의 물리적 길이 2πR에 대한 저주파 필터링 차단 주파수 fcutoff 는 식 (19)와 같이 표현된다.
Figure 112014024985704-pat00011
따라서, 물리적 센서의 직경에 의해 정의되는 저주파 필터링 차단 주파수 fcutoff 보다 c값이 커질 수 있도록 하는, 각도 Φ와 ψ의 선정이 필요하다.
결국, 변위센서의 사잇각 Φ와 ψ는 다음 단계들을 거쳐 산출될 수 있다.
1) 우선, 4πR/d보다 큰 자연수 c값을 설정한다(R은 회전 대상물의 반경이고, d는 변위센서의 측정 면적 직경임).
2) 이러한 c값을 최소공배수로 갖는 자연수 A1과 자연수 A2를 선택한다.
3) A1과 서로소인 자연수 B1을 선택하고, A2와 서로소인 자연수 B2를 선택하여 식 (20)과 식 (21)을 만족하는 Φ와 ψ를 산출한다.
Figure 112014024985704-pat00012

상술한 바와 같이, 변위센서의 배치조건에 따른 주파수 변조 현상을 검사하기 위해서 시뮬레이션을 수행하였다(비교예 1, 비교예 2, 및 실시예). 이는 3가지 각도 배치조건에 따라 이론적으로 예상되는 c값이 미치는 영향을 분석하기 위함이다. 오차운동 데이터와 진원도 프로파일 데이터를 각각 생성하여 합쳐진 변위 데이터에 대하여 변위센서의 각도 배치조건에 따른 결과를 분석하였다.
각도에 따른 진원도 프로파일의 주파수별 반응(harmonic response)을 살펴보기 위해서 가 0도에서 360도까지인 구간에 대하여 데이터를 생성하였다. 진원도 프로파일을 푸리에 급수로 생성하였고, 푸리에 급수의 k가 2부터 100에 대하여 sin파, cos파에 대한 계수를 모두 1로 정의하였다(식 (24)와 도 2 참조).
오차운동 x(θ), y(θ)는 복원알고리즘의 성능에 주요한 영향을 미치지 않는 것으로 판단되어, 임의로 식 (25), 식 (26)과 도 3, 도 4와 같이 생성하였다.
이때, 변위 데이터 mA(θ), mB(θ) and mC(θ)는 식 (27) 내지 식 (29)와 같다.
Figure 112014024985704-pat00013

< 비교예 1>
변위센서의 사잇각이 Φ=100°, ψ=120°, 360-(Φ+ψ)=140°인 경우, 식 (18)의 c값은 18이다. 도 5는 비교예 1에서 계산된 푸리에 계수를 도시한 것이다. 주파수 변조 현상은 k=18±1, (18x2)±1, (18x3)±1, (18x4)±1에서 발생하였다. 결과적으로, 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 진원도 프로파일 R(θ)과 두 오차운동 x(θ) 및 y(θ)는 실제 진원도 프로파일과 두 오차운동에 비해서 매우 큰 값을 갖는다. 이는 c값인 18이 식 (19)의 필터링 차단 주파수 fcutoff보다 작기 때문이다.
< 비교예 2>
변위센서의 사잇각이 Φ=110°, ψ=120°, 360-(Φ+ψ)=130°인 경우, 식 (18)의 c값은 36이다. 도 9는 비교예 2에서 계산된 푸리에 계수를 도시한 것이다. 주파수 변조 현상은 k=36±1, (36x2)±1에서 발생하였다. 결과적으로, 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 진원도 프로파일 R(θ)과 두 오차운동 x(θ) 및 y(θ)는 실제 진원도 프로파일과 두 오차운동에 비해서 큰 값을 갖는다. 이는 c값인 36이 식 (19)의 필터링 차단 주파수 fcutoff보다 작기 때문이다.
< 실시예 >
변위센서의 사잇각이 Φ=113°, ψ=139°, 360-(Φ+ψ)=108°인 경우, 식 (18)의 c값은 360이다. 도 13은 실시예에서 계산된 푸리에 계수를 도시한 것이다. 파란색 선으로 표시된 실제 데이터는 노이즈의 크기가 매우 작기 때문에 명확하게 보이지 않는다. 또한, 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 진원도 프로파일 R(θ)과 실제 진원도 프로파일, 및 두 오차운동 x(θ) 및 y(θ)와 실제 두 오차운동은 거의 같은 값을 갖는다. 이는 c값인 360이 식 (19)의 필터링 차단 주파수 fcutoff보다 크기 때문이다.
이러한 실시예를 통해서, c값이 식 (19)의 필터링 차단 주파수 fcutoff보다 크게 설정되는 경우, 주파수 변조 현상이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
도 17a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 사시도이고, 도 17b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 측면도이며, 도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 개념도이다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치(100)는 회전 대상물의 일측에 대응하도록 연장된 지지대(101), 지지대(101)에 구비되고, 서로 사잇각을 갖도록 장착된 제1 변위센서(110), 제2 변위센서(120), 및 제3 변위센서(130)를 포함한다. 이때, 제1,2,3 변위센서(110, 120, 130)는 회전 대상물(10)의 축 방향에 수직인 하나의 가상평면에 배치될 수 있다.
추가적으로, 제1,2,3 변위센서(110, 120, 130)로부터 입력되는 신호를 푸리에 변환하고 회전 대상물의 진원도(roundness) 및 오차(error)를 연산 검출하는 제어부(미도시됨), 및 제어부에 연결되어 진원도 및 오차를 디스플레이하기 위한 모니터부(미도시됨)를 포함할 수 있다.
지지대(101)는 호형으로 형성되어, 제1,2,3 변위센서(110, 120, 130)를 지지한다. 이러한 지지대(101)는 곡률을 갖는 곡선 형태로 연장되고, 외부의 곡면을 따라 제1,2,3 변위센서(110, 120, 130)를 장착될 수 있다. 이때, 제1,2,3 변위센서(110, 120, 130)는 지지대(101)를 관통하여 장착될 수 있다.
여기서, 제1 변위센서(110)와 제2 변위센서(120)는 사잇각(Φ)을 갖고, 제1 변위센서(110)와 제2 변위센서(130)는 사잇각(ψ)을 갖는다. 상술한 바와 같이, 제1 변위센서(110)와 제2 변위센서(120)의 사잇각(Φ)과 제1 변위센서(110)와 제3 변위센서(130)의 사잇각(ψ)은 주파수 변조 현상을 방지하기 위해서 다음과 같은 단계로 산출한다.
A) 4πR/d보다 큰 자연수 c값을 설정하는 단계(R은 회전 대상물의 반경이고, d는 변위센서의 측정 면적 직경임);
B) c값을 최소공배수로 갖는 자연수 A1과 자연수 A2를 선택하는 단계; 및
C) A1과 서로소인 자연수 B1을 선택하고, A2와 서로소인 자연수 B2를 선택하여 하기 식을 만족하는 Φ와 ψ를 산출하는 단계.
Figure 112014024985704-pat00014

한편, 지지대(101)는 양단부에 대한 사잇각이 180°이내의 각도를 갖는 호형으로 형성된다. 따라서, 도 17 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 회전 대상물(10)을 지지대(101)의 내주면과 마주보도록 장착하는 것이 용이하다. 이러한 지지대(101)에 대응하여, 제1 변위센서(110)와 제2 변위센서(120)의 사잇각(Φ)과 제1 변위센서(110)와 제3 변위센서(130)의 사잇각(ψ)의 합은 180°보다 작거나 같을 수 있다.
도 19는 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 사시도이다. 도 19에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치는 회전 대상물(20)의 일측에 대응하도록 지지대(201)가 구비되고, 이러한 지지대(201)에 제1,2,3 변위센서(210-1, 220-1, 230-1)와 제4,5,6 변위센서(210-2, 220-2, 230-2)가 구비된다. 구체적으로, 제1,2,3 변위센서(210-1, 220-1, 230-1)는 지지대(201)의 일측에 구비되고, 제4,5,6 변위센서(210-2, 220-2, 230-2)는 지지대(201)의 타측에 구비된다. 이때, 제1,2,3 변위센서(210-1, 220-1, 230-1)는 회전 대상물(20)의 축 방향에 수직인 하나의 가상평면에 배치될 수 있고, 제4,5,6 변위센서(210-2, 220-2, 230-2) 역시 회전 대상물(20)의 축 방향에 수직인 다른 하나의 가상평면에 배치될 수 있다.
또한, 회전 대상물(20)의 축 방향을 기준으로 볼 때, 제1 변위센서(210-1)와 제4 변위센서(210-2)는 서로 대응하는 위치에 구비되고, 제2 변위센서(220-1)와 제5 변위센서(220-2)는 서로 대응하는 위치에 구비되고, 제3 변위센서(230-1)와 제6 변위센서(230-2)는 서로 대응하는 위치에 구비될 수 있다. 이러한 구성으로 인하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치는 회전 대상물(20)의 진원도, 회전 오차 및 반경방향 오차와 함께 회전 대상물(20)의 축방향 경사오차까지 추가적으로 검출할 수 있다.
도 20은 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 사시도이다. 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치의 지지대(301)는 회전 대상물(30)의 축 방향과 평행하게 연장된 제1 지지부(301-1)와 제1 지지부(301)의 일단으로부터 수직으로 절곡되어, 회전 대상물(30)의 일단과 마주보는 제2 지지부(301-2)를 포함한다. 또한, 제2 지지부(301-2)에는 축 변위센서(340)가 구비된다.
이와 같이, 제2 지지부(301-2)에 축 변위센서(340)가 구비됨으로써, 본 발명의 제3 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치는 회전 대상물(30)의 진원도, 회전 오차, 반경방향 오차, 및 축방향 경사오차와 함께 회전 대상물(30)의 축방향 오차까지 추가적으로 검출할 수 있다.
한편, 제3 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치는 제2 실시예에 따른 회전체의 오차측정장치와 유사하게, 제1 지지부(301-1)의 일측에는 제1,2,3 변위센서(310-1, 320-1, 330-1)가 구비되고, 제1 지지부(301-1)의 타측에는 제4,5,6 변위센서(310-2, 320-2, 330-2)가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 회전체의 오차측정장치는 3개의 변위센서의 사잇각을 특정한 조건으로 산출하여, 주파수 변조 현상을 방지함으로써, 진원도와 회전 오차 등을 정확하게 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 회전체의 오차측정장치는 양단부에 대한 사잇각이 180°이내의 각도를 갖도록 호형으로 형성된 지지대를 이용하므로, 회전 대상물의 형태에 구애받지 않고 다양한 회전 대상물에 대해 측정이 가능하다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10, 20, 30: 회전 대상물 100: 회전체의 오차측정장치
110: 제1 변위센서 120: 제2 변위센서
130: 제3 변위센서 101, 201, 301: 지지대
210-1, 220-1, 230-1, 310-1, 320-1, 330-1: 제1,2,3 변위센서
210-2, 220-2, 230-2, 310-2, 320-2, 330-2: 제4,5,6 변위센서
301-1: 제1 지지부 301-2: 제2 지지부

Claims (7)

  1. 회전 대상물의 오차를 측정하는 제1 변위센서, 제2 변위센서, 및 제3 변위센서를 포함하고,
    상기 제1 변위센서와 상기 제2 변위센서의 사잇각(Φ)과 상기 제1 변위센서와 상기 제3 변위센서의 사잇각(ψ)은 하기 단계로 산출하는 회전체의 오차측정장치:
    A) 4πR/d보다 큰 자연수 c값을 설정하는 단계(R은 회전 대상물의 반경이고, d는 변위센서의 측정 면적 직경임);
    B) c값을 최소공배수로 갖는 자연수 A1과 자연수 A2를 선택하는 단계; 및
    C) A1과 서로소인 자연수 B1을 선택하고, A2와 서로소인 자연수 B2를 선택하여 하기 식을 만족하는 Φ와 ψ를 산출하는 단계.
    Figure 112014024985704-pat00015

  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 변위센서와 상기 제2 변위센서의 사잇각(Φ)과 상기 제1 변위센서와 상기 제3 변위센서의 사잇각(ψ)의 합은 180°작거나 같은 회전체의 오차측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 변위센서, 상기 제2 변위센서, 및 상기 제3 변위센서는 상기 회전 대상물의 축 방향에 수직인 하나의 가상평면에 배치되는 회전체의 오차측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전 대상물의 일측에 대응하도록 구비된 지지대;
    를 더 포함하고,
    상기 제1 변위센서, 상기 제2 변위센서, 및 상기 제3 변위센서는 상기 지지대에 구비되는 회전체의 오차측정장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 변위센서, 상기 제2 변위센서, 및 상기 제3 변위센서는 상기 지지대의 일측에 구비되고,
    상기 지지대의 타측에 구비된 제4 변위센서, 제5 변위센서, 및 제6 변위센서를 더 포함하는 회전체의 오차측정장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제4 변위센서, 상기 제5 변위센서, 및 상기 제6 변위센서는 상기 회전 대상물의 축 방향에 수직인 하나의 가상평면에 배치되는 회전체의 오차측정장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 지지대는,
    상기 회전 대상물의 축 방향과 평행하게 연장된 제1 지지부; 및
    상기 제1 지지부의 일단으로부터 수직으로 절곡되어, 상기 회전 대상물의 일단과 마주보는 제2 지지부;
    를 포함하고,
    상기 제2 지지부에 구비된 축 변위센서를 더 포함하는 회전체의 오차측정장치.
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