KR101552879B1 - 자동으로 공차보정이 가능한 가공장치 및 이를 이용한 공차보정 방법 - Google Patents

자동으로 공차보정이 가능한 가공장치 및 이를 이용한 공차보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동으로 공차보정이 가능한 가공장치 및 이를 이용한 공차보정 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 가공장치의 공차를 자동으로 측정하여 저장하고, 가공시 저장된 공차를 적용하여 가공함으로써 설계한 대로 정밀한 가공이 가능한 가공장치와, 이를 이용한 공차보정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가공장치는 테두리부를 가지며, 가공대상물이 고정되는 워크부; 상기 워크부에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하는 가공부; 및 상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나의 움직임을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나를 움직이면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리부에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 공차를 측정할 수 있다.

Description

자동으로 공차보정이 가능한 가공장치 및 이를 이용한 공차보정 방법{DEVICE FOR MANUFACTURING AUTOMATICALLY CALIBRATING ERROR AND METHOD FOR CALIBRATING ERROR USING THE SAME}
본 발명은 자동으로 공차보정이 가능한 가공장치 및 이를 이용한 공차보정 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 가공장치의 공차를 자동으로 측정하여 저장하고, 가공시 저장된 공차를 적용하여 가공함으로써 설계한 대로 정밀한 가공이 가능한 가공장치와, 이를 이용한 공차보정 방법에 관한 것이다.
치아의 외상 또는 우식으로 인하여 발치를 해야 할 경우, 치간 유두 및 치은 형성을 적절하게 유지하기 위해 치아 보철물을 사용하고 있다. 치아 보철물은 의치 또는 가치라고도 하며, 자연 치아와 그에 연관된 조직이 결손 되었을 때, 인공적으로 대치하는 보철물을 의미한다.
이러한 치아보철물은 석고 등과 같은 가공대상물에 음각의 치아보철물 형상을 만들고 그 음각의 치아보철물 형상에 유동성 보철재료를 부어 주조하는 방법으로 제조되거나, 또는 보철재료를 직접 가공하는 방법으로 제조될 수 있다.
위와 같은 방법으로 제조되는 치아보철물은 매우 정밀하게 제조되어야 하기 때문에, 석고 등과 같은 가공대상물에 음각 또는 양각의 치아보철물 형상을 가공하는 경우에는 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치가 이용된다.
도 1은 치아보철물을 제조하는 과정의 일 예를 개략적으로 설명하는 도면이다.
먼저, 석고 등과 같은 가공대상물(1)에 음각의 치아보철물(2) 형상을 설계하여 모델링한 후(도1(a)), CAM software를 이용하여 가공대상물(1)에 음각의 치아보철물(2) 형상을 가공하기 위한 절삭공구의 이동경로를 계산하면(도1(b)), 도1(c)에서와 같은 가공을 위한 NC코드가 생성될 수 있으며, 이러한 NC코드를 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치에 입력하면(도1(d)), 가공장치는 입력된 NC코드에 따라 절삭공구(3)를 이동시키면서 가공대상물(1)을 가공하게 되며(도1(e)), 그러면 최종적으로 도1(f)에서 보이는 바와 같이 가공대상물(1)에 모델링된 음각의 치아보철물(2) 형상을 형성시킬 수 있게 된다.
여기서, CAM software를 이용한 NC코드 생성은 설계된 가공장치의 정보를 기초로 이루어지게 된다. 그러나, 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치들은 부품들의 제조, 조립 또는 마모 등에 의하여 실제 가공장치에서는 설계된 정보와 비교하여 공차가 필연적으로 발생하기 때문에, 설계된 가공장치의 정보를 기초로 생성된 NC코드에 따라 가공되어 완성된 치아보철물(2)은 모델링된 그대로의 치수 정밀도를 갖추기 힘들다.
일반적으로 밀링머신 등과 같은 정밀가공장치들은 제작시 부품들을 정밀하게 제조한 후 조립하여도 최종 조립체 어셈블리에서는 제조 및 조립 공차가 발생하여 설계된 대로의 정밀도를 갖추기 어려우며, 이러한 주요 공차 발생요인으로는 부품물 제작시 부품들의 형상 오차, 전체 제품 조립시의 조립 공차, 동작요소 부품의 동작시 발생시키는 오차(ex. 센서오차 등) 등이 있다.
위와 같은 요소들로 인해 제조된 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치들이 가지는 주요공차 변수는 크게 옵셋오차(offset error), 스케일오차 등이 있다.
일반적으로 옵셋오차는 고정오차 성분을 말하는 것으로서, 도 2를 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치에는 움직임의 기준이 되는 홈센서(4)가 구비되는데, 절삭공구(3)를 이동시키는 이동부(5)가 소정의 축(6) 위에서 움직일 때 기준위치를 홈센서(4)에서 감지된 소정의 위치로 설계상 정했다 하더라도 실제 상황에서는 센서의 동작오차(히스테리시스, 신호지연, 센서 부착위치를 결정하는 고정홀 위치의 가공오차, 센서가 감지하는 이동부 특정 위치의 가공오차에 따른 치수 오차 등등)나 기타 다른 고정적 오차 요인으로 인해 항상 일정 성분만큼 설계상 위치와 차이를 가지게 되며, 이러한 고정적인 오차성분을 옵셋오차라고 말할 수 있다.
예를 들어, 도 2에서 보이는 바와 같이, 홈센서(4)에서 x mm 떨어진 지점을 설계상의 기준위치(C)이라고 할 때, 실제 조립된 가공장치에서 이동부가 홈센서의 감지에 따라 기준위치(C)로 이동한 경우의 실제위치(C')는 설계상의 기준위치(C)와 차이가 발생하게 되며, 이러한 차이를 옵셋오차라고 말할 수 있다.
도 3은 스케일오차를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
스케일오차는 주로 구동부 기어비 오차, 풀리벨트비 오차 등으로 인해 움직임에 비례하여 오차가 커지는 성분을 말한다.
예를 들어, 도 3에서 보이는 바와 같이, 실제 구동부 모터를 x번 회전해서 이동부(5)가 이동한 거리(L')는 설계상 구동부 모터를 x번 회전하면 이동부(5)가 이동해야 할 거리(L)와 비교하여 소정의 거리차(a)가 발생하며, 이러한 거리차(a)는 구동부 모터의 x번 회전에 따른 이동부(5)의 스케일 오차가 누적된 차이로서, 해당 축의 이송 스케일오차 즉, 회전당 오차거리는 a/x가 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 가공장치의 오차 요인으로 인하여 별도의 공차보정 없이 갓 조립된 가공장치를 이용하여 가공작업을 하게 되면, 원래 의도했던 대로의 정밀도의 가공품을 얻을 수 없게 된다.
따라서, 조립완료된 가공장치는 설계 치수와 비교하여 위와 같은 각각의 오차들이 얼마인지 측정하여 이를 보완하는 작업 즉, 캘리브레이션(calibration) 과정이 필수적으로 행해져야 하는데, 이러한 캘리브레이션 과정은 작업자에 의해 수작업으로 행해지고 있는 실정이다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치의 캘리브레이션(calibration) 과정을 자동으로 수행할 수 있는 가공장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 가공장치의 공차를 자동으로 측정하여 저장하고, 가공시 저장된 공차를 적용하여 가공함으로써 설계한 대로 정밀한 가공이 가능한 가공장치 및 이를 이용한 공차보정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 가공장치는 테두리부를 가지며, 가공대상물이 고정되는 워크부; 상기 워크부에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하는 가공부; 및 상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나의 움직임을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나를 움직이면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리부에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 공차를 측정할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는, 전원부; 공차측정모드시 상기 워크부 또는 상기 절삭공구를 상기 전원부에 연결하는 릴레이 스위치; 공차측정모드시 상기 워크부와 상기 절삭공구의 접촉에 의해 발생하는 전기신호를 감지하는 감지부; 상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나의 움직임에 따른 상기 감지부에 의한 전기신호를 이용하여 공차를 측정하는 공차측정부; 및 상기 측정된 공차를 저장하는 저장부;를 포함할 수 있다.
다른 측면에서의 본 발명에 따른 가공장치는 테두리부와 상기 테두리부 내측에 가공대상물이 고정되는 공간을 가지는 워크부; 상기 워크부의 공간에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하는 가공부; 및 상기 절삭공구의 이동을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 절삭공구를 상기 공간의 설계상 중심위치에 위치시킨 후 상기 절삭공구를 x축과 y축 각각으로 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 공간의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차를 측정할 수 있다.
또 다른 측면에서의 본 발명에 다른 가공장치는 프레임; 테두리부와 상기 테두리부 내측에 가공대상물이 고정되는 공간을 가지는 워크부와, 상기 워크부를 상기 프레임에 고정하며 상기 워크부를 적어도 어느 하나의 방향으로 회전시키는 링크부를 포함하는 워크어셈블리; 상기 워크부의 공간에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하며, 상기 절삭공구가 상기 워크부 전방에 위치하도록 상기 프레임에 구비되는 가공부; 및 상기 워크부의 회전과 상기 절삭공구의 이동을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 워크부를 설계상 회전 중심에 위치시킨 상태에서 상기 절삭공구를 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리부에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 워크부의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 공차보정 방법은 테두리부를 가지며 가공대상물이 고정되는 워크부와, 상기 워크부에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하는 가공부와, 상기 워크부의 회전과 상기 절삭공구의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는 가공장치를 이용한 공차보정 방법에 있어서, 상기 제어부가 상기 워크부 또는 상기 절삭공구를 전원부에 연결하는 단계; 상기 제어부가 상기 절삭공구를 상기 공간의 설계상 중심위치에 위치시킨 후 상기 절삭공구를 x축과 y축 각각으로 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 공간의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차를 측정하는 단계; 상기 제어부가 상기 워크부를 설계상 회전 중심에 위치시킨 상태에서 상기 절삭공구를 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리부에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 워크부의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정하는 단계; 및 상기 공간의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차와 상기 워크부의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 저장하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 가공장치에 의하면, 자동으로 공차를 측정하여 저장하고 가공시 저장된 공차를 적용하여 가공함으로써 설계한 대로 정밀한 가공이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 한 가공장치는 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치의 캘리브레이션(calibration) 과정이 자동으로 수행될 수 있어서 편리하다.
도 1은 치아보철물을 제조하는 과정의 일 예를 개략적으로 설명하는 도면이고,
도 2는 옵셋오차를 개략적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 3은 스케일오차를 개략적으로 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 가공장치를 나타내는 사시도이고,
도 5는 본 발명에 따른 가공장치를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 공차보정 방법을 나타내는 도면이고,
도 7은 워크부 공간의 실제 중심점 옵셋오차를 측정하는 방법에 대한 일실시 예를 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 워크부의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정하는 방법에 대한 일실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 이외의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 가공장치를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 가공장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 가공장치(10)는 프레임(11), 가공대상물(12)이 고정되는 워크어셈블리(20), 가공대상물(12)을 가공하는 가공부(30), 워크어셈블리(20)와 가공부(30)를 제어하는 제어부(100)를 포함한다.
워크어셈블리(20)는 가공대상물(12)이 고정되는 워크부(40)와, 워크부(40)를 프레임(11)에 고정하며 워크부(40)를 적어도 어느 하나의 방향으로 회전시키는 링크부(22)를 포함하며, 워크부(40)는 내측에 가공대상물(12)이 고정되는 공간(42)을 형성하는 테두리부(45)를 가지며, 테두리부(45)에는 공간(42)에 위치하는 가공대상물(12)을 고정하기 위한 고정수단이 구비될 수 있다.
또한, 워크부(40)는 도면에서 보이는 바와 같이 원형의 형상으로 이루어질 수도 있으나, 본 발명은 그에 한정하지 않으며 사각형 또는 다각형의 형상으로도 이루어질 수 있다. 그에 따라 테두리부(45)의 형상도 원형, 사각형 또는 다각형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 테두리부(45)의 내측에 형성된 공간(42)에 고정되는 가공대상물(12)의 형상도 대략 워크부(40)와 테두리부(45)의 형상에 따라 원형, 사각형 또는 다각형의 형상으로 이루어질 수 있다.
가공부(30)는 워크부(40)의 전방에 위치하도록 프레임(11) 일측에 구비되어 워크부(40)에 고정된 가공대상물(12)을 가공하는 구성으로서, 가공대상물(12)을 가공하는 절삭공구(32)가 끝단에 구비되는 스핀들(34)을 포함한다.
제어부(100)는 입력된 설계값에 따라 스핀들(34)의 끝단에 구비된 절삭공구(32)가 가공대상물(12)을 가공하도록 가공부(30)를 제어하며, 또한 정밀한 가공이 가능하도록 워크어셈블리(20)의 워크부(40)와 가공부(32)의 절삭공구(32)의 움직임을 제어할 수 있다.
도 4에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 가공장치(10)는 x, y, z축 이동 및 A, B방향 회전 가능하도록 즉, 5축 구동 가능하게 구성될 수 있다.
예를 들어, 절삭공구(32)가 x, y, z축 이동 가능하게 구성되고, 워크부(40)가 A, B방향으로 회전 가능하게 구성될 수 있다. 이 경우, 절삭공구(32)의 이동은 가공부(30)의 스핀들(34)이 x, y, z축 이동 가능하게 구성됨에 의해 수행될 수 있으며, 워크부(40)의 A, B방향 회전구동은 링크부(22)에 의해 수행될 수 있으며, 이를 위해 가공부(30)에는 스핀들(34)을 이동시키기 위한 이동부(미도시)가 구비되고, 링크부(22)에는 A방향과 B방향으로 각각 회전시키는 2개의 회전모터(미도시)가 구비될 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한정하지 않으며, 워크부(40)가 A, B방향 회전뿐만 아니라 x축 이동 가능하게 구성되고, 절삭공구(32)는 y, z축 이동이 가능하게 구성될 수도 있으며, 또는 워크부(40)의 회전구동이 A, B방향 중 어느 하나만 이루어질 수도 있으며, 또는 워크부(40)는 고정되고, 가공부(30)의 절삭공구(32)가 x, y, z축 이동 및 A, B방향으로 회전 가능하게 구성될 수도 있다.
즉, 본 발명에 따른 가공장치(10)는 워크부(40)에 고정된 가공대상물(12)을 정밀하게 가공하기 위하여 워크부(40)와 절삭공구(32)가 x, y, z축 이동 및 적어도 하나 이상의 회전운동이 가능하게 구성될 수 있으며, 그 구체적인 구성에 의해 한정하지 않는다. 그리고, 이러한 워크부(40)와 절삭공구(32)의 움직임은 제어부(100)에 의해 제어될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 가공장치(10)는 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치의 캘리브레이션(calibration) 과정을 자동으로 수행하도록 구성되며, 이하에서 그 구체적인 구성에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가공장치(10)에 있어서 상기 캘리브레이션 과정은 제어부(100)에 의해 자동으로 수행되는데, 제어부(100)는 워크부(40)와 절삭공구(42) 중 적어도 어느 하나를 움직이면서 절삭공구(32)가 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 가공장치(10)의 공차를 측정할 수 있다.
예를들어, 가공모드시에는 절삭공구(32)와 워크부(40)가 모두 접지된(earth, 接地)된 상태가 되도록 하고, 공차측정 모드시에는 절삭공구(32)는 그대로 접지된 상태를 유지하지만 워크부(40)는 전원부에 연결되어 접지된 상태가 해제되도록 하면, 공차측정 모드에서 절삭공구(32)가 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉되면 소정의 전기신호가 발생할 수 있으며, 이러한 전기신호를 이용하면 제어부(100)는 절삭공구(32)가 얼마나 이동한 경우에 절삭공구(32)와 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉하는지를 알 수 있어서, 공차를 측정할 수 있게 된다. 반대로 공차측정 모드시 워크부(40)는 그대로 접지된 상태를 유지하고 절삭공구(32)가 전원부에 연결되어 접지된 상태가 해제되도록 할 수도 있으며, 본 발명은 그에 한정하지 않는다.
상세히, 제어부(100)는 전원부(101), 워크부(40) 또는 절삭공구(32)를 공차측정모드시에는 전원부(101)에 연결하고, 가공모드시에는 접지(earth, 接地)시키는 릴레이 스위치(102), 전원부(101)와 릴레이 스위치(102) 사이에 구비되어 공차측정모드시 워크부(40)와 절삭공구(32)의 접촉에 의해 발생하는 전기신호를 감지하는 감지부(103), 워크부(40)와 절삭공구(32) 중 적어도 어느 하나의 움직임에 따른 감지부(103)에 의한 전기신호를 이용하여 공차를 측정하는 공차측정부(104) 및 상기 측정된 공차를 저장하는 저장부(105)를 포함할 수 있다.
또한, 가공부(30)의 절삭공구(32)는 프레임(11)에 연결된 상태로 항상 접지된 상태를 유지할 수 있으며, 워크부(40)는 릴레이스위치(102)에 의해 가공모드에서는 접지된 상태로, 공차측정모드에서는 전원부(101)에 연결된 상태로 변경될 수 있다.
또한, 워크어셈블리(20)와 프레임(11) 사이에는 절연재(27)가 구비되고, 워크부(40)는 릴레이 스위치(102)의 일측 단자(106)와 전기적으로 연결되고, 릴레이 스위치(102)의 다른 일측 단자(107)는 전원부(101)와 연결되고, 릴레이 스위치(102)의 또 다른 일측 단자(108)는 접지부(109)와 연결될 수 있다.
그러면, 제어부(100)는 가공 모드시에는 릴레이 스위치(102)를 스위칭하여 워크부(40)가 접지부(109)에 연결되도록 함으로써 워크부(40)가 접지된 상태를 유지하도록 할 수 있으며, 반대로 공차측정 모드시에는 릴레이 스위치(102)를 스위칭하여 워크부(40)가 전원부(101)에 연결되도록 할 수 있다.
또한, 도 5에서 보이는 바와 같이, 워크부(40)와 전원부(101)의 연결은 소정의 프럽(purup) 저항(110)을 통해 이루어질 수 있다. 그러면, 워크부(40)는 접지된 절삭공구(32)와 접촉되기 전에는 전위값이 전원부(101)와 동일하게 V값을 가진 상태가 되지만, 접지된 절삭공구(32)와 접촉되면 전위값이 V에서 0으로 떨어지는 전기신호가 발생하게 되고, 감지부(103)는 이러한 전기신호를 감지하도록 구성될 수 있다.
다만, 본 발명은 그에 한정하지 않으며, 워크부(40)와 전원부(101)의 연결은 소정의 전류가 흐르도록 이루어지고, 감지부(103)는 접지된 절삭공구(32)가 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉하는 경우에 발생하는 전류의 변화값을 감지하도록 구성될 수도 있다.
이러한 제어부(100)의 구성에 의하면, 공차측정 모드시 접지된 상태의 절삭공구(32)가 전원부(102)에 연결된 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉하면 워크부(40)의 전위값 또는 전류값이 변하게 되고, 이러한 변화값은 감지부(103)에 의해 감지될 수 있으며, 공차측정부(108)는 절삭곡구(32)가 얼마나 이동한 경우에 워크부(40)에 접촉되었는지를 알 수 있어서 그에 기초하여 공차를 측정할 수 있으며, 이와 같이 측정된 공차는 저장부(105)에 저장될 수 있다.
따라서, 제어부(100)는 가공대상물(12)을 가공하기 위한 가공데이터(ex, NC코드)가 입력된 경우에 저장부(105)에 저장된 공차를 적용하여 가공데이터를 보정하고, 보정된 가공데이터를 이용하여 가공대상물(12)을 가공함으로써, 설계된 대로의 정밀한 치수를 갖도록 가공할 수 있다.
이하 위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 가공장치(10)에서의 공차측정 방법에 대한 실시 예들에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 가공장치(100)에 있어서, 공차측정은 옵셋오차 측정 및 스케일오차 측정으로 이루어질 수 있으며, 옵셋오차 측정은 워크부(40)의 공간(42)의 중심위치 옵셋오차 측정(도면에서 x, y축 옵셋오차), 워크부(40)의 회전 옵셋오차 측정(도면에서 A, B방향 회전 옵셋오차) 및 워크부(40)와 가공부(30)의 거리오차 측정(도면에서 z축 옵셋오차) 등으로 이루어질 수 있으며, 스케일오차 측정은 절삭공구(32)의 이동오차 측정(x, y, z축 방향 이동 스케일오차)으로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 공차보정 방법을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 공차보정 방법은 제어부(100)가 워크부(40) 또는 절삭공구(32)를 전원부(101)에 연결하는 단계(S10), 워크부(40) 공간(42)의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차를 측정하는 단계(S20), 워크부(40)의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정하는 단계(S30) 및 상기 공간(42)의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차와 상기 워크부(40)의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 저장하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 공차보정 방법은 상기 워크부(40)의 실제 회전 중심의 옵셋오차 측정 단계(S30) 이후에, 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차를 측정하는 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 공차보정 방법은 상기 공간(42)의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차 측정 단계(S20) 이후에 절삭공구(32)의 x축 및 y축 이동 스케일오차를 측정하는 단계(S60)와, 상기 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차를 측정 단계(S50) 이후에 절삭공구(32)의 z축 이동 스케일오차를 측정하는 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
이하, 각 단계에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 7을 참조하여, 워크부(40)의 공간(42)의 실제 중심위치의 옵셋오차 측정 단계(S20)에 대하여 상세히 설명한다.
워크부(40)의 공간(42)은 가공대상물(12)이 고정되는 공간으로서, 공간(42)의 중심위치는 가공부(30)의 절삭공구(32)가 공간(42)에 고정된 가공대상물(12)을 가공하기 위한 기준위치가 되며, 도면에서 x, y, z축 좌표로 표현될 수 있다.
제어부(100)는 절삭공구(32)를 공간(42)의 설계상 중심위치(51)에 위치시킨 후 절삭공구(32)를 x축과 y축 각각으로 이동시키면서 절삭공구(32)가 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 x, y축 옵셋오차를 측정할 수 있다.
상세히 설명하면, 먼저 제어부(100)는 절삭공구(32)를 공간(42)의 설계상 중심위치(51)로 이동시킨다.
이후, 제어부(100)는 x축의 어느 한 방향으로 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때까지 절삭공구(32)를 이동시켜 제1접촉점(52)의 x축 좌표값을 확인하고, x축의 다른 한 방향으로 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때까지 절삭공구(32)를 이동시켜 제2접촉점(53)의 x축 좌표값을 확인한다.
그러면, 제어부(100)의 공차측정부(104)는 제1접촉점(52)과 제2접촉점(53)의 중간좌표값(54)을 계산하여 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 x축 옵셋오차(55)를 측정할 수 있다. 즉, 상기 중간좌표값(54)은 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 x축 좌표(54)가 되며, 상기 실제 중심위치(60)의 x축 좌표(54)와 설계상 중심위치(51)의 x축 좌표의 차이가 x축 옵셋오차(55)가 된다.
마찬가지로, 제어부(100)는 공간(42)의 설계상의 중심위치(51)에서 y축의 어느 한 방향으로 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때까지 절삭공구(32)를 이동시켜 제3접촉점(56)의 y축 좌표값을 확인하고, y축의 다른 한 방향으로 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때까지 절삭공구(32)를 이동시켜 제4접촉점(57)의 y축 좌표값을 확인한다.
그러면, 제어부(100)의 공차측정부(104)는 제3접촉점(56)과 제4접촉점(57)의 중간좌표값(58)을 계산하여 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 y축 옵셋오차(59)를 측정할 수 있다. 즉, 상기 중간좌표값(58)은 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 y축 좌표(58)가 되며, 상기 실제 중심위치(60)의 y축 좌표(58)와 설계상 중심위치(51)의 y축 좌표의 차이가 y축 옵셋오차(59)가 된다.
여기서, x축 옵셋오차 측정과 y축 옵셋오차 측정은 서로 순서가 바뀌어도 상관없으며, 어느 하나의 옵셋오차 측정 이후에 다른 하나의 옵셋오차 측정시 공간(42)의 설계상 중심위치(51)로부터 측정하지 않고 상기 측정된 어느 하나의 옵셋오차를 고려한 위치로부터 측정하여도 상관없다.
다음으로, 절삭공구(32)의 x축 및 y축 이동 스케일오차를 측정하는 단계(S60)에 대하여 상세히 설명한다.
상기 절삭공구(32)의 x축 및 y축 이동 스케일오차를 측정하는 단계(S60)는 상기 워크부(40)의 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 옵셋오차 측정 단계(S20) 이후에 이루어진다. 즉, 절삭공구(32)의 x축 및 y축 이동 스케일오차는 워크부(40)의 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 x, y축 옵셋오차 측정 이후에 이루어져야 정확한 측정이 가능하다.
먼저, 제어부(100)는 절삭공구(32)를 상기 단계(S20)에서 측정된 상기 공간(42)의 실제 중심위치(60)에 위치시킨 후, x축의 어느 한 방향으로 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때까지 절삭공구(32)를 이동시킨다.
이때, 설계상 워크부(40)의 반지름을 R이라 하고, 공간(42)의 실제 중심위치(60)로부터 테두리부(45)에 접촉할 때까지 이동한 거리를 r이라고 한다면, 만약 x축 이동 스케일 오차가 존재한다면 R과 r은 동일하지 않으며, 이 경우 x축 이동 스케일오차는 r/R이 된다.
따라서, 제어부(100)는 상기 스케일오차(r/R)를 저장부(105)에 저장한 후, 입력되는 가공데이터의 x축 이동시 상기 스케일오차만큼 보정하여 주면, 정확한 가공이 가능해질 수 있다.
또한, 제어부(100)는 절삭공구(32)를 공간(42)의 실제 중심위치(60)에 위치시킨 후, y축의 어느 한 방향으로 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때까지 절삭공구(32)를 이동시킨다.
이때, 공간(42)의 실제 중심위치(60)로부터 테두리부(45)에 접촉할 때까지 이동한 거리를 r'이라고 한다면, 만약 x축 이동 스케일 오차가 존재한다면 R과 r'은 동일하지 않으며, 이 경우 y축 이동 스케일오차는 r'/R이 된다.
따라서, x축 이동 스케일오차 측정과 마찬가지로 y축 이동 스케일오차를 측정할 수 있게 된다.
다음으로, 도 8을 참조하여, 워크부(40)의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정하는 단계(S30)에 대하여 상세히 설명한다.
본 실시 예에 따른 가공장치(10)는 워크부(40)의 회전이 링크부(22)에 의한 A, B방향 회전으로 이루어지지만, 본 발명은 그에 한정하지 않으며, 어느 하나의 방향으로만 회전될 수도 있다. 또한, 워크부(40)의 A, B방향 각각에 대한 회전 중심의 옵셋오차 측정은 동일한 방법으로 이루어질 수 있으며, 이하에서는 어느 하나의 회전 중심의 옵셋오차 측정에 대하여 설명하기로 한다.
제어부(100)는 워크부(40)를 설계상 회전 중심에 위치시킨 상태에서 절삭공구(32)를 이동시키면서 절삭공구(32)가 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 워크부(40)의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정할 수 있다.
상세히 설명하면, 먼저 제어부(100)는 워크부(40)를 설계상 회전의 중심(61)으로 회전시킨다. 여기서 회전의 중심(61)은 회전각도가 0도가 되는 위치일 수 있으며, 워크부(40)의 실제 회전 중심(62)의 옵셋오차는 설계상 회전의 중심(61)과 실제 회전 중심(62)이 틀어져 있는 각도(θ)로 표시될 수 있다.
이후, 제어부(100)는 절삭공구(32)를 소정의 위치로부터 워크부(40)의 테두리부(45)의 일면(63)에 접촉할 때까지 z축 방향으로 이동시켜 상기 일면(63)과의 제1접촉점(64)의 z축 좌표값을 확인한다.
이후, 제어부(100)는 절삭공구(32)를 상기 소정의 위치로 다시 원위치시킨 상태에서 절삭공구(32)가 상기 일면(63)과 마주하는 테두리부(45)의 반대면(65)의 위치와 마주하는 위치로 이동될 수 있도록 x축 또는 y축으로 이동시킨다.
이후, 제어부(100)는 절삭공구(32)를 상기 반대면(65)에 접촉할 때까지 z축 방향으로 이동시켜 상기 반대면(65)과의 제2접촉점(66)의 z축 좌표값을 확인한다.
그러면, 제어부(100)의 공차측정부(105)는 제1접촉점(64)과 제2접촉점(66)의 좌표로부터 z축 거리차(68)을 계산할 수 있으며, 또한 제1접촉점(64)과 제2접촉점(66)의 거리차(67) 즉, 절삭공구(32)가 상기 일면(63)과 마주하는 테두리부(45)의 반대면(65)의 위치와 마주하기 위하여 x축 또는 y축으로 이동한 거리(67)를 알 수 있으므로, 따라서 도 9에서 보이는 바와 같이, 삼각함수를 이용하여 워크부(40)의 실제 회전 중심(62)의 옵셋오차(62) 즉, 설계상 워크부(40) 회전의 중심(61)과 실제 회전 중심(62)이 틀어져 있는 각도(θ)를 계산할 수 있다.
다음으로, 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차를 측정하는 단계(S50)에 대하여 상세히 설명한다.
여기서, 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차는 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 z축 옵셋오차와 동일하다.
상기 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차를 측정하는 단계(S50)는 상기 워크부(40)의 실제 회전 중심의 옵셋오차 측정 단계(S30) 이후에 이루어진다. 즉, 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차는 워크부(40)의 실제 회전 중심의 옵셋오차 측정 이후에 이루어져야 정확한 측정이 가능하다.
제어부(100)는 상기 단계(S30)에서 측정된 워크부(40)의 실제 회전 중심에 위치시킨 상태에서 절삭공구(32)를 이동시키면서 절삭공구(32)가 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차를 측정할 수 있다.
상세히 설명하면, 제어부(100)는 워크부(40)를 실제 회전 중심으로 위치시킨 후, 절삭공구(32)가 상기 워크부(40)의 테두리부(45)에 접촉할 때까지 이동시키고, 상기 접촉점에서의 z축 좌표를 확인한다.
그러면, 제어부(100)의 공차측정부(105)는 설계상 공간(42)의 중심위치(60)의 z축 좌표, 테두리부(45)의 두께 및 상기 접촉점에서의 z축 좌표를 이용하면, 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차 즉, 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 z축 옵셋오차를 측정할 수 있다.
예를 들어, 테두리부(45)의 두께를 t라 한다면, 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 z축 옵셋오차는 설계상 공간(42)의 중심위치(60)의 z축 좌표(z1)와 상기 접촉점에서의 z축 좌표(z2)에 t/2를 합한 것의 차이 즉, [z1 -(z2+t/2)]가 된다.
다음으로, 절삭공구(32)의 z축 이동 스케일오차를 측정하는 단계(S70)에 대하여 상세히 설명한다.
상기 절삭공구(32)의 z축 이동 스케일오차 측정 단계(S70)는 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차를 측정하는 단계(S50) 이후에 이루어진다. 즉, 절삭공구(32)의 z축 이동 스케일오차는 워크부(40)와 절삭공구(32)의 z축 거리 옵셋오차 즉, 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 z축 옵셋오차 측정 이후에 이루어져야 정확한 측정이 가능하다.
먼저, 제어부(100)는 워크부(40)를 상기 단계(S30)에서 측정된 실제 회전 중심으로 회전시킨 후, 절삭공구(32)를 테두리부(45)에 접촉할 때까지 이동시킨다.
이때, 공간(42)의 실제 중심위치(60)의 z축 좌표를 P라 하고, 절삭공구(32)가 테두리부(45)까지 실제 이동한 거리를 P'라 한다면, 만약 z축 이동 스케일 오차가 존재한다면 (P-t/2)과 P'은 동일하지 않으며, 이 경우 y축 이동 스케일오차는 P'/(P-t/2)가 된다.
따라서, 제어부(100)는 상기 z축 이동 스케일오차를 저장부(105)에 저장한 후, 입력되는 가공데이터의 z축 이동시 상기 z축 이동 스케일오차만큼 보정하여 주면, 정확한 가공이 가능해질 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 치아보철물을 정밀하게 가공하기 위하여 밀링머신 등과 같은 정밀기계가공장치에서 발생하는 오차를 보정하는 캘리브레이션(calibration) 과정을 자동으로 수행할 수 있는 가공장치에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.
10 : 가공장치 11 : 프레임
12 : 가공대상물 20 : 워크어셈블리
30 : 가공부 32 : 절삭공구
34 : 스핀들 40 : 워크부
42 : 공간 45 : 테두리부
100 : 제어부 101 : 전원부
102 : 릴레이 스위치 103 : 감지부
104 : 공차측정부 105 : 저장부

Claims (5)

  1. 테두리부를 가지며, 가공대상물이 고정되는 워크부;
    상기 워크부에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하는 가공부; 및
    상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나의 움직임을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나를 움직이면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리부에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 공차를 측정하는 것을 특징으로 하는 가공장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    전원부;
    공차측정모드시 상기 워크부 또는 상기 절삭공구를 상기 전원부에 연결하는 릴레이 스위치;
    공차측정모드시 상기 워크부와 상기 절삭공구의 접촉에 의해 발생하는 전기신호를 감지하는 감지부;
    상기 워크부와 상기 절삭공구 중 적어도 어느 하나의 움직임에 따른 상기 감지부에 의한 전기신호를 이용하여 공차를 측정하는 공차측정부; 및
    상기 측정된 공차를 저장하는 저장부;를 포함하는 가공장치.
  3. 테두리부와 상기 테두리부 내측에 가공대상물이 고정되는 공간을 가지는 워크부;
    상기 워크부의 공간에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하는 가공부; 및
    상기 절삭공구의 이동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 절삭공구를 상기 공간의 설계상 중심위치에 위치시킨 후 상기 절삭공구를 x축과 y축 각각으로 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 공간의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차를 측정하는 것을 특징으로 하는 가공장치.
  4. 프레임;
    테두리부와 상기 테두리부 내측에 가공대상물이 고정되는 공간을 가지는 워크부와, 상기 워크부를 상기 프레임에 고정하며 상기 워크부를 적어도 어느 하나의 방향으로 회전시키는 링크부를 포함하는 워크어셈블리;
    상기 워크부의 공간에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하며, 상기 절삭공구가 상기 워크부 전방에 위치하도록 상기 프레임에 구비되는 가공부; 및
    상기 워크부의 회전과 상기 절삭공구의 이동을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 워크부를 설계상 회전 중심에 위치시킨 상태에서 상기 절삭공구를 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리부에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 워크부의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정하는 것을 특징으로 하는 가공장치.
  5. 테두리부와 상기 테두리부 내측에 가공대상물이 고정되는 공간을 가지는 워크부와, 상기 워크부의 공간에 고정된 가공대상물을 가공하는 절삭공구를 구비하는 가공부와, 상기 워크부의 회전과 상기 절삭공구의 이동을 제어하는 제어부를 포함하는 가공장치를 이용한 공차보정 방법에 있어서,
    상기 제어부가 상기 워크부 또는 상기 절삭공구를 전원부에 연결하는 단계;
    상기 제어부가 상기 절삭공구를 상기 공간의 설계상 중심위치에 위치시킨 후 상기 절삭공구를 x축과 y축 각각으로 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 공간의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차를 측정하는 단계;
    상기 제어부가 상기 워크부를 설계상 회전 중심에 위치시킨 상태에서 상기 절삭공구를 이동시키면서 상기 절삭공구가 상기 워크부의 테두리부에 접촉할 때 발생하는 전기신호를 이용하여 상기 워크부의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 측정하는 단계; 및
    상기 공간의 실제 중심위치의 x, y축 옵셋오차와 상기 워크부의 실제 회전 중심의 옵셋오차를 저장하는 단계;를 포함하는 공차보정 방법.
KR1020140139833A 2014-10-16 2014-10-16 자동으로 공차보정이 가능한 가공장치 및 이를 이용한 공차보정 방법 KR101552879B1 (ko)

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