KR102047098B1 - 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기 - Google Patents

이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기 Download PDF

Info

Publication number
KR102047098B1
KR102047098B1 KR1020170118282A KR20170118282A KR102047098B1 KR 102047098 B1 KR102047098 B1 KR 102047098B1 KR 1020170118282 A KR1020170118282 A KR 1020170118282A KR 20170118282 A KR20170118282 A KR 20170118282A KR 102047098 B1 KR102047098 B1 KR 102047098B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
mobile machine
error
gravity
workpiece
Prior art date
Application number
KR1020170118282A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190030819A (ko
Inventor
김창주
노승국
박천홍
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020170118282A priority Critical patent/KR102047098B1/ko
Publication of KR20190030819A publication Critical patent/KR20190030819A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102047098B1 publication Critical patent/KR102047098B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/013—Control or regulation of feed movement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/12—Adaptive control, i.e. adjusting itself to have a performance which is optimum according to a preassigned criterion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q9/00—Arrangements for supporting or guiding portable metal-working machines or apparatus
    • B23Q9/0014—Portable machines provided with or cooperating with guide means supported directly by the workpiece during action
    • B23Q9/0042—Portable machines provided with or cooperating with guide means supported directly by the workpiece during action the guide means being fixed only on the workpiece

Abstract

이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법은 이동형 가공기의 직교 좌표 각 방향으로 작용하는 3개의 중력 에러 성분 및 상기 이동형 가공기의 무중력 상태의 키네매틱(kinematic) 에러 성분을 판단하는 단계, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분을 이용하여 상기 이동형 가공기의 모든 오리엔테이션에 따른 기하학적 에러 모델을 생성하는 단계 및 상기 기하학적 에러 모델을 기초로 상기 이동형 가공기의 가공 동작을 보상하는 단계를 포함한다.

Description

이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기{METHOD OF COMPENSATING GEOMETRIC ERROR OF MOBILE MACHINE AND MOBILE MACHINE FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이동형 가공기의 위치 및 각도에 따라 발생하는 자중에 의한 기하학적 에러를 보상하여 가공 정밀도를 향상시키는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기에 관한 것이다.
전통적으로 가공기 또는 공작기계는 공작물을 가공하는 공구를 고정하며, 상기 공구를 공작물 상에서 필요한 위치로 이송시키기 위한 고정 프레임, 이송 가이드 등의 기계 구조물을 포함한다. 이 경우, 공구와 공작물이 모두 이동이 가능한 베드 구조를 포함하도록 구성될 수도 있으나, 이러한 경우에도 고정된 형태의 기계 구조물을 필수적으로 포함한다.
이상과 같이, 공작기계가 기계 구조물을 포함함에 따라, 특히, 대형 공작물을 가공하는 경우, 공작기계의 기계 구조물이 커져야 하는 문제가 있으며, 나아가 복합 가공을 수행하여야 하는 경우, 매 가공시마다 해당 공작기계에 좌표를 일치시켜야 하는 등의 문제가 있어, 보다 효과적인 가공의 수행에 어려움이 있다.
이러한 전통적인 공작기계를 통한 가공 상의 문제를 해결하기 위해, 특히 대형 공작물의 가공이나, 복합 가공 등이 필요한 경우, 기존의 공작기계의 기계 구조물을 생략한 이동형 가공기가 개발되고 있다.
특히, 이동형 가공기의 경우 공작물 상에 탈부착이 가능한 형태로 공작물에 대한 가공을 수행하므로, 공작물의 크기에 제한이 없으며 다중 가공모듈로 동시에 공작물의 가공을 수행할 수 있는 등의 장점이 있다.
예를 들어, 미국 특허공개 US 2011/0194906호에서와 같이 공작물 상면에 부착된 복수의 다리부들에 의해 지지되는 형태의 공구 고정부에 공구가 고정되어 상기 공작물에 대한 가공을 수행하는 가공기가 개발되고 있다.
다만, 공작물에 대한 가공시 공구에는 상대적으로 큰 절삭력이 인가되는데 이러한 절삭력에 의해 공구가 영향 받지 않을수록 정밀하고 정확한 가공이 가능하게 된다. 그러나, 상기와 같은 가공기의 경우 절삭력이 증가함에 따라 가공기의 안전성이 저하되어 정밀하거나 정확한 가공이 어려운 문제가 있다.
또한, 대형 공작물 위에서 이동하면서 가공하는 이동형 가공기는 위치에 따라 장비에 작용하는 중력의 방향이 변할 수 있다.
상대적으로 경량 설계되는 이동형 가공기는 구조적인 강성이 낮으므로 중력에 의한 구조 변형으로 발생하는 기하학적 에러가 가공 정밀도에 큰 영향을 주는 문제가 있다.
미국 공개특허 US 2011/0194906호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 이동형 가공기의 위치 및 각도에 따라 발생하는 기하학적 에러를 보상하여 가공 정밀도를 향상시키는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법을 수행하는 이동형 가공기를 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법은 이동형 가공기의 직교 좌표 각 방향으로 작용하는 3개의 중력 에러 성분 및 상기 이동형 가공기의 무중력 상태의 키네매틱(kinematic) 에러 성분을 판단하는 단계, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분을 이용하여 상기 이동형 가공기의 모든 오리엔테이션에 따른 기하학적 에러 모델을 생성하는 단계 및 상기 기하학적 에러 모델을 기초로 상기 이동형 가공기의 가공 동작을 보상하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기하학적 에러 모델은 상기 이동형 가공기의 위치 벡터 및 상기 이동형 가공기의 중력 방향 벡터에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이동형 가공기의 중력 방향 벡터는 상기 이동형 가공기에 배치되는 자이로 센서에 의해 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기하학적 에러 모델은
Figure 112017089667839-pat00001
일 수 있다.
Figure 112017089667839-pat00002
는 상기 이동형 가공기의 상기 위치 벡터일 수 있다.
Figure 112017089667839-pat00003
는 상기 이동형 가공기의 상기 중력 방향 벡터일 수 있다. eK는 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분일 수 있다. eGX, eGY 및 eGZ는 상기 3개의 중력 에러 성분일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 키네매틱 에러 성분은
Figure 112017089667839-pat00004
,
Figure 112017089667839-pat00005
,
Figure 112017089667839-pat00006
,
Figure 112017089667839-pat00007
및
Figure 112017089667839-pat00008
에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 키네매틱 에러 성분은
Figure 112017089667839-pat00009
,
Figure 112017089667839-pat00010
,
Figure 112017089667839-pat00011
및
Figure 112017089667839-pat00012
로 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 키네매틱 에러 성분은
Figure 112017089667839-pat00013
에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112017089667839-pat00014
는 이동형 가공기의 특정 위치 좌표를 의미하고,
Figure 112017089667839-pat00015
는 상기 특정 위치 좌표 및 n개의 오리엔테이션에서 측정된 기하학적 에러를 의미할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 이동형 가공기는 상부유닛, 상하이송유닛, 하부유닛, 가공유닛 및 제어부를 포함한다. 상기 상부유닛은 일 방향으로 연장된 상부 가이드를 포함한다. 상기 상하이송유닛은 상기 상부유닛에 연결되며, 공작물의 표면에 탈부착되는 고정모듈을 포함한다. 상기 하부 유닛은 상기 상부유닛의 하부에 위치하며, 상기 상부유닛의 연장 방향과 교차하도록 연장된 하부 가이드, 및 상기 공작물의 표면에 탈부착되는 하부 고정모듈을 포함한다. 상기 가공유닛은 상기 고정모듈에 고정되어 상기 공작물을 가공한다. 상기 제어부는 이동형 가공기의 직교 좌표 각 방향으로 작용하는 3개의 중력 에러 성분 및 상기 이동형 가공기의 무중력 상태의 키네매틱(kinematic) 에러 성분을 판단하고, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분을 이용하여 상기 이동형 가공기의 모든 오리엔테이션에 따른 기하학적 에러 모델을 생성하며, 상기 기하학적 에러 모델을 기초로 상기 가공유닛의 가공 동작을 보상한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상하이송유닛은 상기 상부유닛의 일 끝단에 연결된 제1 상하이송유닛 및 상기 상부유닛의 다른 끝단에 연결된 한 쌍의 제2 및 제3 상하이송유닛들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가공유닛은 상기 제1 상하이송유닛의 고정모듈에 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하부유닛은 상기 상부유닛에 대하여 상대적으로 회전 가능하도록 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이동형 가공기는 상기 상부유닛과 상기 하부유닛에 동시에 연결되며, 회전축을 중심으로 회전함에 따라 상기 상부유닛과 상기 하부유닛을 상대적으로 회전시키는 회전슬라이딩 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 회전슬라이딩 유닛은 상기 상부 가이드를 따라 슬라이딩되는 상부 슬라이딩부, 상기 하부 가이드를 따라 슬라이딩되는 하부 슬라이딩부 및 상기 상부 슬라이딩부 및 상기 하부 슬라이딩부가 고정되며 상기 회전축에 대하여 회전하는 몸체부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 일 방향으로 연장된 상부유닛과 상기 상부유닛에 교차하도록 연장된 하부유닛에 의해 평면 또는 곡면 상에서 임의의 위치로 이송이 가능하며, 이에 따라 다양한 형상의 공작물에서 임의의 위치에서 가공을 수행할 수 있다.
즉, 상하이송유닛이 공작물에 부착된 상태에서 상부유닛 및 하부유닛을 필요한 위치로 이송시킬 수 있어, 임의의 위치에서의 공작물 가공을 용이하게 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 상하이송유닛은 공작물 상에 3점으로 접착되므로 평면은 물론 곡면 형상의 공작물 상에서도 용이하게 고정될 수 있다.
또한, 하부유닛도 3점 접착되는 하부 고정모듈을 포함함으로써, 다양한 형상의 공작물 상에서 위치 고정이 가능하며, 특히 상부유닛 및 하부유닛이 모두 공작물 상에 단단하게 고정될 수 있으므로, 가공유닛에 의해 공작물이 가공되는 경우 절삭력이 증가하더라도 절삭력에 의해 가공유닛이 위치가 변화하거나 진동을 인가받는 등의 영향을 최소화할 수 있다.
이 경우, 가공유닛은 이동형 가공기의 일 끝단에 해당되는 제1 상하이송유닛에 고정되므로, 이동형 가공기의 구조에 의해 가공유닛의 위치가 간섭되는 것을 최소화할 수 있으며 가공이 필요한 공작물의 위치로의 접근이 용이할 수 있다.
나아가, 회전슬라이딩 유닛이 상부유닛과 하부유닛 상에서 슬라이딩되며, 상부유닛과 하부유닛의 교차방향을 다양하게 가변할 수 있으므로, 다양한 형상의 공작물 상에서 임의의 위치에서의 가공을 용이하게 구현할 수 있다.
한편, 고정모듈 또는 하부 고정모듈은 3개의 진공패드에 의해 공작물에 안정적으로 공작물의 형상과 무관하게 탈부착이 가능한 것은 물론이며, 진공패드가 연결부 또는 중심축에 대하여 회전이 가능하도록 연결됨으로써, 다양한 형상의 공작물에 용이하게 고정이 가능할 수 있다.
또한, 탄성부가 상기 프레임부의 편심에 의한 회전을 방지하여 상기 하부연결부와 상기 진공패드 간의 평행을 유지시킨다.
또한, 이동형 가공기의 위치 및 각도에 따라 발생하는 기하학적 에러를 보상하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이동형 가공기를 도시한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2f들은 도 1의 이동형 가공기의 동작순서의 예를 도시한 사시도들이다.
도 3은 도 1의 이동형 가공기의 고정모듈을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 하부 고정모듈을 절단한 단면을 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 하부 고정모듈의 회전상태의 예를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 이동형 가공기의 기하학적 에러 모델을 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 1의 이동형 가공기의 에러 측정에 사용될 수 있는 볼 플레이트를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 1의 이동형 가공기의 기하학적 에러 벡터를 나타내는 개념도이다.
도 9는 여러 위치에서의 도 1의 이동형 가공기의 중력 벡터, 측정된 기하학적 에러 및 에러 보상 후의 레지듀얼(residuals)을 나타내는 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 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. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이동형 가공기를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 이동형 가공기(10)는 상부유닛(100), 제1 상하이송유닛(200), 제2 상하이송유닛(300), 제3 상하이송유닛(400), 하부유닛(500), 회전슬라이딩유닛(600) 및 가공유닛(700)을 포함한다.
상기 이동형 가공기(10)는 도시하지는 않았으나, 공작물의 상면 상에 고정된 상태에서 상기 가공유닛(700)을 통해 상기 공작물을 가공한다.
나아가, 도시하지는 않았으나, 상기 이동형 가공기(10)는 별도의 무선 또는 유선 통신모듈을 더 포함하여, 상기 무선 또는 유선 통신모듈을 통해 외부의 제어부와 통신하며 상기 가공유닛(700)의 위치나 자세에 관한 데이터를 전송하여, 상기 공작물에서 가공이 필요한 위치로 상기 가공유닛(700)을 이송시켜 가공을 수행할 수 있다.
상기 상부유닛(100)은 제1 상부프레임(110), 제1 상부가이드(120), 제2 상부프레임(130), 제2 상부가이드(140), 제1 상하가이드(150), 제2 상하가이드(160), 제3 상하가이드(170) 및 상부 고정프레임(180)을 포함한다.
상기 제1 상부프레임(110) 및 상기 제2 상부프레임(130)은 서로 이격되어 사이에 제1 이송공간(101)을 형성하며, 각각 제1 방향(X)을 따라 서로 평행하게 연장된다.
이 경우, 도 1에서는 상기 제1 및 제2 상부프레임들(110, 130)이 상기 제1 방향으로 연장되는 것을 도시하였으나, 상기 제1 및 제2 상부프레임들(110, 130)의 연장 방향은 다양하게 변경될 수 있다.
상기 제1 상부가이드(120)는 상기 제1 상부프레임(110)의 내측에 고정되며, 상기 제1 상부프레임(110)의 연장방향과 평행한 방향으로 연장된다. 이 경우, 상기 제1 상부가이드(120)는 후술되는 상기 회전슬라이딩유닛(600)의 슬라이딩을 위한 가이드 역할을 수행한다.
상기 제2 상부가이드(140)는 상기 제2 상부프레임(130)의 내측에 고정되며, 상기 제2 상부프레임(130)의 연장방향과 평행한 방향으로 연장된다. 이 경우, 상기 제2 상부가이드(140)는 상기 제1 상부가이드(120)와 함께 후술되는 상기 회전슬라이딩유닛(600)의 슬라이딩을 위한 가이드 역할을 수행한다.
상기 제1 상하가이드(150)는 상기 제1 및 제2 상부프레임들(110, 130)의 일 끝단에서, 상기 제1 및 제2 상부프레임들(110, 130)을 동시에 고정한다.
또한, 상기 제1 상하가이드(150)는 후술되는 상기 제1 상하이송유닛(200)에 대하여 상하방향(즉, 제3 방향(Z))으로 이송된다. 이를 위해, 상기 제1 상하가이드(150)에는 도시된 바와 같은 소정의 슬라이딩 홈 또는 슬라이딩 면이 형성될 수 있다.
한편, 상기 상하방향인 제3 방향(Z)은 도 1에서 설명을 위해 방향을 정의한 것으로, 실제 공작물의 표면이 곡면으로 형성되는 경우 상기 제3 방향은 공작물의 해당 표면에 수직인 방향으로 이해하는 것이 바람직하다.
상기 제2 상하가이드(160)는 상기 제1 상부프레임(110)의 다른 끝단에 상기 제1 상부프레임(110)의 연장방향에 수직인 방향으로 고정되며, 상기 제2 상하가이드(160)는 후술되는 상기 제2 상하이송유닛(300)에 대하여 상하방향으로 이송된다.
이를 위해, 상기 제2 상하가이드(160)에도 도시된 바와 같은 소정의 슬라이딩 홈 또는 슬라이딩 면이 형성될 수 있다.
상기 제3 상하가이드(170)는 상기 제2 상부프레임(130)의 다른 끝단에 상기 제2 상부프레임(130)의 연장방향에 수직인 방향으로 고정되며, 상기 제3 상하가이드(170)는 후술되는 상기 제3 상하이송유닛(400)에 대하여 상하방향으로 이송된다.
이를 위해, 상기 제3 상하가이드(170)에도 도시된 바와 같은 소정의 슬라이딩 홈 또는 슬라이딩 면이 형성될 수 있다.
상기 상부 고정프레임(180)은 상기 제1 및 제2 상부프레임들(110, 130)의 다른 끝단에서 상기 제1 및 제2 상부프레임들(110, 130)을 고정한다. 그리하여, 상기 제1 및 제2 상부프레임들(110, 130), 및 상기 제1 및 제2 상부가이드들(120, 140)은 서로 결합 및 고정된 상태를 유지하게 된다.
상기 제1 상하이송유닛(200)은 제1 연결부(210), 제1 가이드프레임(220) 및 제1 고정모듈(230)을 포함한다.
상기 제1 가이드프레임(220)은 상기 제1 상하가이드(150)와 슬라이딩 되도록 결합되고, 이에 따라, 상기 제1 상하가이드(150)는 상기 제1 가이드프레임(220)을 따라 상하방향(즉, 제3 방향)으로 상대적으로 슬라이딩된다.
상기 제1 고정모듈(230)은 공작물의 상면 상에 부착 또는 탈착되어, 상기 제1 상하이송유닛(200)을 상기 공작물 상에 고정시키거나 상기 공작물로부터 탈착시킨다.
이 경우, 상기 제1 고정모듈(230)의 상세한 구조에 대하여는 후술한다.
상기 제1 연결부(210)는 상기 제1 고정모듈(230)과 상기 제1 가이드프레임(220)을 서로 연결한다.
이 경우, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 연결부(210)는 소정의 공간을 형성하고, 그리하여, 상기 제1 연결부(210) 상에 상기 제1 고정모듈(230)을 관통하도록 상기 가공유닛(700)이 고정된다.
상기 가공유닛(700)은 상세한 도시는 생략하였으나, 공구 홀더가 상기 제1 연결부(210)를 관통하여 하부방향으로 노출되도록 고정되며, 상기 공구 홀더에 의해 공구(Tool)가 고정되어, 상기 공구는 하부에 위치한 상기 공작물을 가공하게 된다.
이 경우, 도시는 생략하였으나, 상기 공구홀더 및 상기 공구는 유선 또는 무선으로 연결되어, 외부로부터 가공을 위한 제어신호를 전달받을 수 있다.
상기 제2 상하이송유닛(300)은 제2 연결부, 제2 가이드프레임(320) 및 제2 고정모듈(330)을 포함한다.
상기 제2 가이드프레임(320)은 상기 제2 상하가이드(160)와 슬라이딩 되도록 결합되고, 이에 따라, 상기 제2 상하가이드(160)는 상기 제2 가이드프레임(320)을 따라 상하방향으로 상대적으로 슬라이딩된다.
상기 제2 고정모듈(330)은 공작물의 상면 상에 부착 또는 탈착되어, 상기 제2 상하이송유닛(300)을 상기 공작물 상에 고정시키거나 상기 공작물로부터 탈착시킨다.
이 경우, 상기 제2 고정모듈(330)의 상세한 구조에 대하여도 후술한다.
상기 제2 연결부는 상기 제2 고정모듈(330)과 상기 제2 가이드프레임(320)을 서로 연결한다. 이 경우, 상기 제2 연결부는 전체적으로 상기 제1 상부 프레임(110)의 연장방향에 수직인 방향으로 연장될 수 있다.
상기 제3 상하이송유닛(400)은 제3 연결부(410), 제3 가이드프레임(420) 및 제3 고정모듈(430)을 포함한다.
상기 제3 가이드프레임(420)은 상기 제3 상하가이드(170)와 슬라이딩 되도록 결합되고, 이에 따라, 상기 제3 상하가이드(170)는 상기 제3 가이드프레임(420)을 따라 상하방향으로 상대적으로 슬라이딩된다.
상기 제3 고정모듈(430)은 공작물의 상면 상에 부착 또는 탈착되어, 상기 제3 상하이송유닛(400)을 상기 공작물 상에 고정시키거나 상기 공작물로부터 탈착시킨다.
이 경우, 상기 제3 고정모듈(430)의 상세한 구조에 대하여는 후술한다.
상기 제3 연결부(410)는 상기 제3 고정모듈(430)과 상기 제3 가이드프레임(420)을 서로 연결한다.
이상과 같이, 상기 상부유닛(100)은 상기 제1 내지 제3 상하이송유닛들(200, 300, 400)에 의해 가이드되며, 상하방향으로 슬라이딩될 수 있으므로 상기 상부유닛(100)은 공작물의 표면 형상과 무관하게 소정의 위치에 고정될 수 있다.
특히, 상기 상부유닛(100)은 상기 제1 내지 제3 상하이송유닛들(200, 300, 400)에 의해 3점 지지를 통해 상기 공작물 상에 고정되므로, 상기 공작물이 곡면 형상 등 다양한 표면 형상을 가지더라도 안정적으로 고정될 수 있다.
나아가, 상기 상부유닛(100)은 일 끝단 및 다른 끝단의 양측에서 상기 제1 내지 제3 상하이송유닛들(200, 300, 400)에 의해 가이드되며 독립적으로 상하방향으로의 위치가 결정될 수 있으므로, 상기 공작물이 다양한 형상의 표면 형상을 가지더라도 안정적으로 고정될 수 있다.
상기 하부유닛(500)은 제1 하부프레임(510), 제1 하부가이드(520), 제2 하부프레임(530), 제2 하부가이드(540), 제1 하부고정모듈(550), 제1 하부연결부(551), 제2 하부고정모듈(560), 제2 하부연결부(561), 제3 하부고정모듈(570) 및 제3 하부연결부(571)를 포함한다.
상기 제1 하부프레임(510) 및 상기 제2 하부프레임(530)은 서로 이격되어 사이에 제2 이송공간(501)을 형성하며, 각각 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향(Y)을 따라 서로 평행하게 연장된다.
이 경우, 도 1에서는 상기 제1 및 제2 하부프레임들(510, 530)이 상기 제2 방향으로 연장되는 것을 도시하였으나, 상기 제1 및 제2 하부프레임들(510, 530)의 연장 방향은 다양하게 변경될 수 있음은 당연하다.
상기 제1 하부가이드(520)는 상기 제1 하부프레임(510)의 내측에 고정되며, 상기 제1 하부프레임(510)의 연장방향과 평행한 방향으로 연장된다. 이 경우, 상기 제1 하부가이드(520)는 후술되는 상기 회전슬라이딩유닛(600)의 슬라이딩을 위한 가이드 역할을 수행한다.
상기 제2 하부가이드(540)는 상기 제2 하부프레임(530)의 내측에 고정되며, 상기 제2 하부프레임(530)의 연장방향과 평행한 방향으로 연장된다. 이 경우, 상기 제2 하부가이드(540)는 상기 제1 하부가이드(520)와 함께 후술되는 상기 회전슬라이딩유닛(600)의 슬라이딩을 위한 가이드 역할을 수행한다.
상기 제1 하부고정모듈(550)은 상기 제1 및 제2 하부프레임들(510, 530)의 일 끝단에 고정되며, 이 경우, 상기 제1 하부 연결부(551)를 통해 상기 제1 및 제2 하부프레임들(510, 530)의 일 끝단과 상기 제1 하부고정모듈(550)이 연결된다.
상기 제1 하부고정모듈(550)은 공작물의 상면 상에 부착 또는 탈착되어, 상기 하부유닛(500)을 상기 공작물 상에 고정시키거나 상기 공작물로부터 탈착시킨다.
상기 제2 하부고정모듈(560)은 상기 제1 하부프레임(510)의 다른 끝단에 고정되며, 상기 제2 하부연결부(561)를 통해 상기 제2 하부고정모듈(560)은 상기 제1 하부프레임(510)의 다른 끝단에 고정된다.
이 경우, 상기 제2 하부연결부(561)는 전체적으로 상기 제1 하부프레임(510)의 연장방향에 수직인 방향으로 연장되며 상기 제2 하부고정모듈(560)이 연결될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2 하부고정모듈(560)도 공작물의 상면 상에 부착 또는 탈착되어, 상기 하부유닛(500)을 상기 공작물 상에 고정시키거나 상기 공작물로부터 탈착시킨다.
상기 제3 하부고정모듈(570)은 상기 제2 하부프레임(520)의 다른 끝단에 고정되며, 상기 제3 하부연결부(571)를 통해 상기 제3 하부고정모듈(570)은 상기 제2 하부프레임(520)의 다른 끝단에 고정된다.
이 경우, 상기 제3 하부연결부(571)는 전체적으로 상기 제2 하부프레임(520)의 연장방향에 수직인 방향으로 연장되며 상기 제3 하부고정모듈(570)이 연결될 수 있다.
마찬가지로, 상기 제3 하부고정모듈(570)도 공작물의 상면 상에 부착 또는 탈착되어, 상기 하부유닛(500)을 상기 공작물 상에 고정시키거나 상기 공작물로부터 탈착시킨다.
이상과 같이, 상기 제1 내지 제3 하부고정모듈들(550, 560, 570)을 통해 상기 하부유닛(500)은 상기 공작물 상에 고정되거나 상기 공작물로부터 탈착될 수 있다.
특히, 상기 하부유닛(500)은 3점 지지를 통해 상기 공작물 상에 고정되므로, 상기 공작물이 다양한 곡면 형상을 가진다 하더라도, 안정적으로 상기 하부유닛(500)을 상기 공작물 상에 고정시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 내지 제3 하부고정모듈들(550, 560, 570) 각각의 구조에 대하여는 후술한다.
상기 회전슬라이딩유닛(600)은 몸체부(610), 회전축(620), 상부 슬라이딩부(630) 및 하부 슬라이딩부(640)를 포함한다.
상기 몸체부(610)는 상기 상부유닛(100)에 의해 형성되는 제1 이송공간(101) 및 상기 하부유닛(500)에 의해 형성되는 제2 이송공간(501)을 관통하도록 연장되며, 상기 회전축(620)을 중심으로 회전한다.
즉, 상기 몸체부(610)가 상기 회전축(620)을 중심으로 회전함에 따라, 상기 몸체부(610)에 고정된 상기 상부유닛(100) 및 상기 하부유닛(500)은 상대적으로 회전하게 되며, 이에 따라 상기 상부유닛(100)의 연장방향과 상기 하부유닛(500)의 연장방향은 서로 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 상기 상부 슬라이딩부(630)는 상기 몸체부(610)에 고정되며 동시에 상기 제1 및 제2 상부 가이드들(120, 140) 상에서 슬라이딩된다. 그리하여, 상기 상부 슬라이딩부(630)는 상기 제1 이송공간(101) 상에서 상기 제1 및 제2 상부 가이드들(120, 140)을 따라 슬라이딩되며, 이에 따라, 상기 회전슬라이딩유닛(600)에 고정된 상기 하부유닛(500)이 상기 상부유닛(100)에 대하여 이송이 가능하게 된다.
또한, 상기 하부 슬라이딩부(640)도 상기 몸체부(610)에 고정되며 동시에 상기 제1 및 제2 하부 가이드들(520, 540) 상에서 슬라이딩된다. 그리하여, 상기 하부 슬라이딩부(640)는 상기 제2 이송공간(102) 상에서 상기 제1 및 제2 하부 가이드들(520, 540)을 따라 슬라이딩되며, 이에 따라, 상기 회전슬라이딩유닛(600)에 고정된 상기 상부유닛(100)이 상기 하부유닛(500)에 대하여 이송이 가능하게 된다.
이상과 같이, 상기 회전슬라이딩유닛(600)이 상기 상부유닛(100)과 상기 하부유닛(500)에 동시에 연결되며, 상기 회전축(620)을 중심으로 회전하므로, 상기 상부유닛(100)과 상기 하부유닛(500)은 상대적으로 회전이 가능하다. 또한, 도 1에 도시된 예에서와 같이, 상기 상부유닛(100)은 제2 방향으로, 상기 하부유닛(500)은 제1 방향으로 이동이 가능할 수 있다. 이 경우, 상기 상부유닛(100) 및 상기 하부유닛(500)의 이송 방향은 상기 회전슬라이딩유닛(600)의 회전에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 당연하다.
상기 가공유닛(700)은 앞서 설명한 바와 같이 상기 제1 상하이송유닛(200) 상에 고정되며, 도시된 바와 같이, 전체적으로 상기 이동형 가공기(10)의 일 측부 내지 일 끝단부에 위치하게 된다.
그리하여, 상기 가공유닛(700)은 상대적으로 상기 상부유닛(100) 및 상기 하부유닛(500)을 포함한 상기 이동형 가공기(10)의 구성요소들에 의해 위치 간섭이 최소화되며, 이에 따라 보다 용이하고 안정적으로 상기 공작물에 대한 가공을 수행할 수 있다.
도 2a 내지 도 2f들은 도 1의 이동형 가공기의 동작순서의 예를 도시한 사시도들이다.
도 2a는, 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)이 상기 공작물의 표면에 부착됨에 따라 상기 상부유닛(100)이 고정되고, 상기 제1 내지 제3 하부 고정모듈들(550, 560, 570)이 상기 공작물의 표면에 부착됨에 따라 상기 하부유닛(500)이 고정된 상태를 나타낸다.
이 후, 도 2b를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 하부고정모듈들(550, 560, 570)은 공작물에 부착된 상태에서, 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)이 상기 상부유닛(100)에 대하여 상부방향으로 슬라이딩되며 상기 공작물로부터 탈착된다.
이 후, 도 2c를 참조하면, 상기 회전슬라이딩유닛(600)이 회전됨에 따라 상기 상부유닛(100)과 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)은 상기 하부유닛(500)에 대하여 회전하여 필요한 위치로 위치하게 된다.
이 경우, 상기 상부유닛(100) 및 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)은 상기 하부유닛(500)에 대하여 회전하는 것 외에, 상기 제2 이송공간(501) 상에서 상기 하부유닛(500)의 연장방향을 따라 이송될 수도 있다.
이 후, 도 2d를 참조하면, 상기 상부유닛(100)이 필요한 위치로 이동된 상태에서, 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)이 상기 상부유닛(100)에 대하여 하부방향으로 슬라이딩되어 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)이 상기 공작물의 표면에 부착된다.
이 후, 도 2e를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)에 대하여 상기 상부유닛(100) 및 상기 하부유닛(500)이 상부방향으로 슬라이딩되며 상기 제1 내지 제3 하부고정모듈들(550, 560, 570)이 공작물로부터 탈착된 후, 상기 회전슬라이딩유닛(600)이 회전됨에 따라 상기 하부유닛(500)이 상기 상부유닛(100)에 대하여 회전하며, 상기 회전슬라이딩유닛(600)이 상기 제1 이송공간(101) 상에서 상기 상부유닛(100)의 연장방향을 따라 이송될 수 있다.
이와 같이, 상기 하부유닛(500)은 필요한 위치로 회전 및 이송하게 된다.
이 후, 도 2f를 참조하면, 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430)에 대하여 상기 상부유닛(100) 및 상기 하부유닛(500)이 하부방향으로 슬라이딩되며 상기 제1 내지 제3 하부고정모듈들(550, 560, 570)이 상기 공작물의 표면상에 부착된다.
상기에서 설명한 바와 같은 순서로, 본 실시예에 의한 이동형 가공기(10)는 공작물에 대한 가공이 필요한 위치로 자유롭게 이동될 수 있게 된다.
도 3은 도 1의 이동형 가공기의 고정모듈을 도시한 사시도이다. 도 4는 도 3의 하부 고정모듈을 절단한 단면을 도시한 사시도이다. 도 5는 도 3의 하부 고정모듈의 회전상태의 예를 도시한 사시도이다.
본 실시예에 의한 상기 이동형 가공기(10)에서, 상기 제1 내지 제3 고정모듈들(230, 330, 430) 각각은, 및 상기 제1 내지 제3 하부고정모듈들(550, 560, 570) 각각은 도 3 내지 도 5에 도시한 고정모듈과 실질적으로 동일하다. 이 경우, 상기 연결부는 다양하게 변경될 수 있으며, 도면에서는 제2 하부연결부(561)가 연결된 것을 도시하였다.
이에, 이하에서는 제2 하부고정모듈(560)을 예로 들어 설명하고, 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 제2 하부고정모듈(560)은 상기 제2 하부연결부(561) 외에, 프레임부(562), 함입부(563), 중심축(564), 탄성부(565), 함입프레임(566), 연결유닛(567) 및 진공패드(568)를 포함한다.
상기 프레임부(562)는 상기 제2 하부연결부(561)가 연결되며, 상기 진공패드(568)가 고정된다.
상기 프레임부(562)는 예를 들어, 원형 플레이트 형상을 가질 수 있으며, 상기 프레임부(562)의 중앙에는 함입프레임(566)이 형성된다.
상기 함입프레임(566)은 상기 프레임부(562)의 중앙에서 상기 프레임부(562)의 높이보다 낮게 함입되어 함입부(563)를 형성한다. 이에 따라, 상기 프레임부(562) 및 상기 함입프레임(566)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전체적으로 'V'자 홈을 형성할 수 있다.
상기 진공패드(568)는 상기 프레임부(562)에 원주방향으로 복수개가 고정되며, 도시된 바와 같이, 예를 들어 3개의 진공패드가 고정될 수 있다.
이 경우, 상기 진공패드(568)가 3개가 고정되어, 상기 공작물과 3점 접착을 함에 따라, 다양한 곡면 형상의 공작물에도 상기 진공패드(568)가 안정적으로 부착될 수 있다.
한편, 상기 진공패드(568)는 진공흡착 방식으로 상기 공작물과 부착되거나 탈착될 수 있다.
상기 중심축(564)은 상기 제2 하부연결부(561)와 연결되어 상기 함입부(563)를 향해 하부방향으로 연장된다. 상기 중심축(564)은 삼각뿔의 형상으로 하부방향으로 갈수록 반경이 좁아질 수 있다. 그리하여, 상기 'V'자 형상의 함입부(563)의 내면과 접촉하지 않는다.
또한, 상기 중심축(564)의 내부에는 중앙을 관통하는 중심홀(569)이 형성된다.
상기 중심축(564)의 외면에는 상기 탄성부(565)가 고정된다. 그리하여, 상기 중심축(564)과 상기 함입프레임(566) 간에 탄성력을 인가하여 상기 진공패드(568)가 공작물에서 탈착된 상태에서 상기 제2 하부고정모듈(560)의 자세가 바뀌더라도 소정의 압력으로 편심에 의한 회전을 방지하고 서로의 평행을 유지시킨다.
상기 연결유닛(567)은 일 끝단은 상기 중심홀로 인입되어 상기 중심축(564)과 고정되고, 다른 끝단은 상기 함입프레임(566)에 회전가능하도록 연결된다.
이 경우, 상기 연결유닛(567)의 다른 끝단은 구형 형상을 가질 수 있으며, 이를 위해 상기 함입프레임(566) 상에는 상기 연결유닛(567)의 고정을 위한 구형 홈이 형성될 수 있다.
이와 같이, 상기 연결유닛(567)에 의해 상기 중심축(564)과 상기 함입프레임(566)이 연결되며, 상기 중심축(564)과 상기 함입프레임(566)은 상대적으로 회전이 가능하도록 결합된다.
그리하여, 도 5에 예시된 바와 같이, 상기 함입프레임(566)을 통해 고정된 상기 진공패드(568)가 상기 공작물의 형상과 무관하게 다양한 형상의 공작물의 표면에 용이하게 접착될 수 있다.
도 6은 도 1의 이동형 가공기의 기하학적 에러 모델을 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 이동형 가공기(10)는 이동형 가공기(10)의 직교 좌표 각 방향으로 작용하는 3개의 중력 에러 성분 및 상기 이동형 가공기(10)의 무중력 상태의 키네매틱(kinematic) 에러 성분을 판단하고, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분을 이용하여 상기 이동형 가공기(10)의 모든 오리엔테이션에 따른 기하학적 에러 모델을 생성하며, 상기 기하학적 에러 모델을 기초로 상기 가공유닛(700)의 가공 동작을 보상하는 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 제어부는 상기 가공유닛(700)에 연결되어, 상기 가공유닛(700)의 동작을 제어할 수 있다.
만약 이동형 가공기(10)가 회전축에 의해 회전하는 동작을 하지 않고, 열변형에 의한 에러 및 이동형 가공기(10)의 비선형 동작이 무시될 수 있는 수준이라면, 상기 이동형 가공기(10)의 기하학적 에러는 키네매틱(kinematic) 에러 성분 및 중력 에러 성분으로 표시될 수 있다. 상기 이동형 가공기(10)의 기하학적 에러는 아래 수학식 1과 같다.
[수학식 1]
Figure 112017089667839-pat00016
여기서,
Figure 112017089667839-pat00017
,
Figure 112017089667839-pat00018
및
Figure 112017089667839-pat00019
는 각각 상기 이동형 가공기(10)의 로컬 좌표계에 의해 정의된다. 상기 이동형 가공기(10)의 로컬 좌표계는 도 6에 X, Y, Z로 표기되어 있다.
상기 키네매틱 에러 벡터 eK는 상기 이동형 가공기(10)의 가공 동작이 무중력 상태에서 노미널 포지션(nominal position)으로부터 공간적으로 벗어나는 정도를 의미한다. 예를 들어, 상기 키네매틱 에러는 주로 이동형 가공기(10)의 미스얼라인이나, 상기 이동형 가공기(10)의 부품의 제조 에러로부터 발생할 수 있다.
상기 중력 에러 eGX, eGY 및 eGZ는 상기 이동형 가공기(10)가 중력에 의해 노미널 포지션으로부터 공간적으로 벗어나는 정도를 의미한다. 여기서 중력의 방향은 상기 이동형 가공기(10)의 로컬 좌표계에 의해 정의될 수 있다.
위치 벡터 p는 상기 이동형 가공기(10)의 위치 좌표를 의미한다. 유닛 방향 벡터 g는 상기 이동형 가공기(10)가 기울어진 상태에서의 중력의 방향을 의미한다. 예를 들어, 상기 유닛 방향 벡터 g는 상기 이동형 가공기(10)에 배치된 자이로 센서(gyroscopic sensor)에 의해 측정될 수 있다.
기준 위치 p0 및 기준 중력 방향 g0에서의 기하학적 에러 벡터는 수학식 2와 같이 설정될 수 있다. 여기서, 기준 중력 방향 g0은 예를 들어 (0,0,-1)일 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017089667839-pat00020
도 6은 상기 이동형 가공기(10)의 워킹 볼륨에서의 3차원 에러 맵들의 에러 모델을 나타낸다. 우선 도 6의 4개의 주요 에러 벡터(eGX, eGY, eGZ, eK)를 판단하면, 상기 이동형 가공기(10)의 어떤 오리엔테이션 및 어떤 위치에서의 기하학적 에러든 선형 보간법(linear interpolation)으로 판단할 수 있다.
상기 기하학적 에러 모델을 판단하는 방법 중 첫 번째 방법은 분석적 방법(analytic method)이다. 상기 분석적 방법에서는 반전법(reversal technique)을 이용하여 상기 에러 모델의 주요 에러 벡터를 얻을 수 있다.
아래 수학식 3 내지 수학식 7은 반전법에서 사용되는 대표적인 측정값을 나타낸다. 상기 반전법에서는 상기 이동형 가공기(10)의 대표적인 중력 방향(예컨대, g(1,0,0), g(-1,0,0), g(0,1,0), g(0,-1,0), g(0,0,-1))에서의 에러를 측정하여 상기 주요 에러 벡터를 얻을 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112017089667839-pat00021
[수학식 4]
Figure 112017089667839-pat00022
[수학식 5]
Figure 112017089667839-pat00023
[수학식 6]
Figure 112017089667839-pat00024
[수학식 7]
Figure 112017089667839-pat00025
상기 수학식 3 내지 수학식 7을 연립하여 풀면, 상기 4개의 주요 에러 벡터는 아래 수학식 8 내지 수학식 11과 같이 얻어질 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112017089667839-pat00026
[수학식 9]
Figure 112017089667839-pat00027
[수학식 10]
Figure 112017089667839-pat00028
[수학식 11]
Figure 112017089667839-pat00029
상기 분석적 방법의 장점은 최소한의 측정을 통해 상기 4개의 주요 에러 벡터를 얻을 수 있다는 것이다. 상기 분석적 방법은 상기 이동형 가공기(10) 및 공작물이 비선형적인 동작을 거의 보이지 않을 때에 유용할 수 있다.
상기 기하학적 에러 모델을 판단하는 방법 중 두 번째 방법은 베스트 핏(best-fit) 방법이다. 상기 베스트 핏 방법에서는 에러 측정 횟수를 증가시켜 상기 4개의 주요 에러 벡터 값을 최적화할 수 있다.
상기 베스트 핏 방법에서는 특정 위치(
Figure 112017089667839-pat00030
)에서 상기 이동형 가공기(10)의 오리엔테이션을 변화시키면서 기하학적 에러를 측정할 수 있다. 상기 베스트 핏 방법에서 특정 위치 및 n개의 다른 오리엔테이션에서 측정된 기하학적 에러
Figure 112017089667839-pat00031
와 상기 특정 위치 및 상기 n개의 다른 오리엔테이션에서 계산된 기하학적 에러 e의 차이의 합이 최소가 되는 주요 에러 벡터들을 찾는다. 상기 베스트 핏 방법에서 상기 주요 에러 벡터들은 수학식 12에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112017089667839-pat00032
[수학식 12]
도 7은 도 1의 이동형 가공기의 에러 측정에 사용될 수 있는 볼 플레이트를 나타내는 사시도이다. 도 8은 도 1의 이동형 가공기의 기하학적 에러 벡터를 나타내는 개념도이다. 도 9는 여러 위치에서의 도 1의 이동형 가공기의 중력 벡터, 측정된 기하학적 에러 및 에러 보상 후의 레지듀얼(residuals)을 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 9를 참조하면, 예를 들어, 상기 에러 모델을 검증하기 위해 기준 위치 p0에서 18개의 서로 다른 오리엔테이션을 이용하여 기하학적 에러를 측정할 수 있다. 이 때, 상기 기준 중력 방향 g0는 (0,0,-1)일 수 있다.
예를 들어, 상기 에러 모델의 검증을 위해 상기 이동형 가공기(10)가 마운트되는 패널은 수평면으로부터 60도 기울어질 수 있고, 상기 이동형 가공기(10)는 수직 방향(Y축)으로부터 150도 회전할 수 있다. 이때, 상기 이동형 가공기(10)의 중력 방향 벡터는 상기 이동형 가공기(10)의 로컬 좌표계를 기준으로 (-0.44,0.75,-0.50)일 수 있다. 상기 공작물로부터의 상기 이동형 가공기(10)의 가공유닛(700)의 상대적인 위치는 도 7의 볼 플레이트(800)를 이용하여 판단할 수 있다. 상기 볼 플레이트(800)는 상기 공작물에 고정될 수 있다.
예를 들어, 상기 공작물로부터의 상기 이동형 가공기(10)의 가공유닛(700)의 상대적인 위치는 상기 공작유닛(700)에 배치되는 캐패시티브 센서(capacitive sensor)로 상기 볼 플레이트(800)의 세 개의 볼(810a, 810b, 810c)을 스캐닝하여 판단할 수 있다.
도 8은 예시적인 기하학적 에러 벡터 모델을 나타낸다. 도 8에는 주요 에러 벡터(Principal errors), 측정된 에러 벡터(Measured errors), 계산된 에러 표면(Calculated error surface) 및 중력 벡터 표면(gravity error surface)이 도시되어 있다. 측정된 에러 벡터들은 주요 에러 벡터로부터 수학식 1의 에러 모델을 통해 계산된 결과와 비교된다.
도 8에 나타난 반구형 에러 벡터 그룹은 3 방향의 중력 에러 벡터를 시각화하기 위해 수학식 1을 변형한 수학식 13을 이용하여 계산될 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112017089667839-pat00033
여기서, 상기 기준 중력 방향 g0=(0,0,-1)이므로, eK(p0)=eGZ(p0)이다.
도 9는 X, Y, Z 방향의 측정된 에러 벡터의 크기를 나타내고, 상기 측정된 에러 벡터와 계산된 에러 벡터의 차이의 레지듀얼을 나타낸다. 예를 들어, 측정된 에러 벡터의 평균 크기는 1.3 mm인 반면, 상기 에러 보상 후의 레지듀얼은 0.2 mm이다.
이와 같이, 상기 수학식 1에 따라 계산되는 상기 기하학적 에러 모델은 상기 이동형 가공기(10)의 기하학적 에러 보상에 사용될 수 있다. 상기 수학식 1에 따라 계산되는 상기 기하학적 에러 모델의 값을 이용하여 상기 이동형 가공기(10)의 가공 동작을 보상하면, 상기 이동형 가공기(10)는 정밀한 가공 동작을 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 일 방향으로 연장된 상부유닛과 상기 상부유닛에 교차하도록 연장된 하부유닛에 의해 평면 또는 곡면 상에서 임의의 위치로 이송이 가능하며, 이에 따라 다양한 형상의 공작물에서 임의의 위치에서 가공을 수행할 수 있다.
즉, 상하이송유닛이 공작물에 부착된 상태에서 상부유닛 및 하부유닛을 필요한 위치로 이송시킬 수 있어, 임의의 위치에서의 공작물 가공을 용이하게 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 상하이송유닛은 공작물 상에 3점으로 접착되므로 평면은 물론 곡면 형상의 공작물 상에서도 용이하게 고정될 수 있다.
또한, 하부유닛도 3점 접착되는 하부 고정모듈을 포함함으로써, 다양한 형상의 공작물 상에서 위치 고정이 가능하며, 특히 상부유닛 및 하부유닛이 모두 공작물 상에 단단하게 고정될 수 있으므로, 가공유닛에 의해 공작물이 가공되는 경우 절삭력이 증가하더라도 절삭력에 의해 가공유닛이 위치가 변화하거나 진동을 인가받는 등의 영향을 최소화할 수 있다.
이 경우, 가공유닛은 이동형 가공기의 일 끝단에 해당되는 제1 상하이송유닛에 고정되므로, 이동형 가공기의 구조에 의해 가공유닛의 위치가 간섭되는 것을 최소화할 수 있으며 가공이 필요한 공작물의 위치로의 접근이 용이할 수 있다.
나아가, 회전슬라이딩 유닛이 상부유닛과 하부유닛 상에서 슬라이딩되며, 상부유닛과 하부유닛의 교차방향을 다양하게 가변할 수 있으므로, 다양한 형상의 공작물 상에서 임의의 위치에서의 가공을 용이하게 구현할 수 있다.
한편, 고정모듈 또는 하부 고정모듈은 3개의 진공패드에 의해 공작물에 안정적으로 공작물의 형상과 무관하게 탈부착이 가능한 것은 물론이며, 진공패드가 연결부 또는 중심축에 대하여 회전이 가능하도록 연결됨으로써, 다양한 형상의 공작물에 용이하게 고정이 가능할 수 있다.
또한, 탄성부가 상기 프레임부의 편심에 의한 회전을 방지하여 상기 하부연결부와 상기 진공패드 간의 평행을 유지시킨다.
또한, 이동형 가공기의 위치 및 각도에 따라 발생하는 기하학적 에러를 보상하여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 이동형 가공기는 범용 가공기와 동일하게 공작물의 가공에 사용될 수 있는 산업상 이용 가능성을 갖는다.
10 : 이동형 가공기 100 : 상부유닛
200 : 제1 상하이송유닛 300 : 제2 상하이송유닛
400 : 제3 상하이송유닛 500 : 하부유닛
600 : 회전슬라이딩 유닛 700 : 가공유닛
800 : 볼 플레이트

Claims (13)

  1. 이동형 가공기의 직교 좌표 각 방향으로 작용하는 3개의 중력 에러 성분 및 상기 이동형 가공기의 무중력 상태의 키네매틱(kinematic) 에러 성분을 판단하는 단계;
    상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분을 이용하여 상기 이동형 가공기의 모든 오리엔테이션에 따른 기하학적 에러 모델을 생성하는 단계;
    상기 기하학적 에러 모델을 기초로 상기 이동형 가공기의 가공 동작을 보상하는 단계를 포함하고,
    상기 기하학적 에러 모델은 상기 3개의 중력 에러 성분, 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분, 상기 이동형 가공기의 위치 벡터 및 상기 이동형 가공기의 중력 방향 벡터에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 이동형 가공기의 중력 방향 벡터는 상기 이동형 가공기에 배치되는 자이로 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기하학적 에러 모델은
    Figure 112019039311663-pat00034
    이고,
    Figure 112019039311663-pat00035
    는 상기 이동형 가공기의 상기 위치 벡터이고,
    Figure 112019039311663-pat00036
    는 상기 이동형 가공기의 상기 중력 방향 벡터이며,
    eK는 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분이고,
    eGX, eGY 및 eGZ는 상기 3개의 중력 에러 성분인 것을 특징으로 하는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 키네매틱 에러 성분은
    Figure 112017089667839-pat00037
    ,
    Figure 112017089667839-pat00038
    ,
    Figure 112017089667839-pat00039
    ,
    Figure 112017089667839-pat00040
    및
    Figure 112017089667839-pat00041
    에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 키네매틱 에러 성분은
    Figure 112017089667839-pat00042
    ,
    Figure 112017089667839-pat00043
    ,
    Figure 112017089667839-pat00044
    및
    Figure 112017089667839-pat00045
    로 결정되는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 키네매틱 에러 성분은
    Figure 112017089667839-pat00046
    에 의해 결정되고,
    Figure 112017089667839-pat00047
    는 이동형 가공기의 특정 위치 좌표를 의미하고,
    Figure 112017089667839-pat00048
    는 상기 특정 위치 좌표 및 n개의 오리엔테이션에서 측정된 기하학적 에러를 의미하는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법.
  8. 일 방향으로 연장된 상부 가이드를 포함하는 상부유닛;
    상기 상부유닛에 연결되며, 공작물의 표면에 탈부착되는 고정모듈을 포함하는 상하이송유닛;
    상기 상부유닛의 하부에 위치하며, 상기 상부유닛의 연장 방향과 교차하도록 연장된 하부 가이드, 및 상기 공작물의 표면에 탈부착되는 하부 고정모듈을 포함하는 하부유닛;
    상기 고정모듈에 고정되어 상기 공작물을 가공하는 가공유닛; 및
    이동형 가공기의 직교 좌표 각 방향으로 작용하는 3개의 중력 에러 성분 및 상기 이동형 가공기의 무중력 상태의 키네매틱(kinematic) 에러 성분을 판단하고, 상기 3개의 중력 에러 성분 및 상기 무중력 상태의 키네매틱 에러 성분을 이용하여 상기 이동형 가공기의 모든 오리엔테이션에 따른 기하학적 에러 모델을 생성하며, 상기 기하학적 에러 모델을 기초로 상기 가공유닛의 가공 동작을 보상하는 제어부를 포함하는 이동형 가공기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 상하이송유닛은,
    상기 상부유닛의 일 끝단에 연결된 제1 상하이송유닛; 및
    상기 상부유닛의 다른 끝단에 연결된 한 쌍의 제2 및 제3 상하이송유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 가공유닛은 상기 제1 상하이송유닛의 고정모듈에 고정되는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 하부유닛은 상기 상부유닛에 대하여 상대적으로 회전 가능하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이동형 가공기는
    상기 상부유닛과 상기 하부유닛에 동시에 연결되며, 회전축을 중심으로 회전함에 따라 상기 상부유닛과 상기 하부유닛을 상대적으로 회전시키는 회전슬라이딩 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 회전슬라이딩 유닛은,
    상기 상부 가이드를 따라 슬라이딩되는 상부 슬라이딩부;
    상기 하부 가이드를 따라 슬라이딩되는 하부 슬라이딩부; 및
    상기 상부 슬라이딩부 및 상기 하부 슬라이딩부가 고정되며 상기 회전축에 대하여 회전하는 몸체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동형 가공기.

KR1020170118282A 2017-09-15 2017-09-15 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기 KR102047098B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170118282A KR102047098B1 (ko) 2017-09-15 2017-09-15 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170118282A KR102047098B1 (ko) 2017-09-15 2017-09-15 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190030819A KR20190030819A (ko) 2019-03-25
KR102047098B1 true KR102047098B1 (ko) 2019-11-20

Family

ID=65907776

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170118282A KR102047098B1 (ko) 2017-09-15 2017-09-15 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102047098B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110426991B (zh) * 2019-07-30 2021-10-08 苏州行远志成自动化科技有限公司 一种复合位置误差补偿方法和装置
CN112526927B (zh) * 2021-02-18 2021-06-08 成都飞机工业（集团）有限责任公司 面向五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006065716A (ja) 2004-08-30 2006-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 変形誤差の補正方法
KR101255479B1 (ko) 2010-01-19 2013-04-16 경북대학교 산학협력단 다축 제어 기계의 직선축과 회전축 간의 기하학적 오차 평가 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0818635D0 (en) 2008-10-13 2008-11-19 Rolls Royce Plc Machine tool

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006065716A (ja) 2004-08-30 2006-03-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 変形誤差の補正方法
KR101255479B1 (ko) 2010-01-19 2013-04-16 경북대학교 산학협력단 다축 제어 기계의 직선축과 회전축 간의 기하학적 오차 평가 방법

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Compensation of Gravity-induced Errors on Hexapod-type Parallel Mechanism Machine Tools", 2004.03.31.
박종범, "대형 Gantry 5축 가공기의 구조설계 및 기하학적오차 보상에 관한 연구", 2013.08.31.

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190030819A (ko) 2019-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2647477B1 (en) Device for error correction for CNC machines
JP4658337B2 (ja) 座標測定装置の走査ヘッドの回転装置
CN1067932C (zh) 机器人的校准装置及方法
JP6223640B2 (ja) キャリブレーション装置およびこれを用いたロボットシステム
EP1225423B1 (en) Method for evaluating measurement error in coordinate measuring machine and gauge for coordinate measuring machine
US6519860B1 (en) Position feedback control system
CN101573209B (zh) 加工机械中的几何误差的补偿的方法和装置
CN108351203B (zh) 提供精确坐标测量的方法、独立基准模块和坐标测量机
US20160279800A1 (en) Robot, robot control device, and robotic system
EP2729652B1 (en) Method and arrangement for calibrating sensors in drilling equipment
JP2006243983A (ja) パラレルメカニズム機構のキャリブレーション方法、キャリブレーションの検証方法、キャリブレーションの検証プログラム、データ採取方法及び空間位置補正における補正データ採取方法
CN105723182A (zh) 减小在确定工件坐标或加工工件时所采用的旋转设备的误差
JP2017503157A (ja) 慣性センサを使用することでモーションシステムの位置を較正すること
KR102047098B1 (ko) 이동형 가공기의 기하학적 에러 보상 방법 및 이를 수행하는 이동형 가공기
JP2014215079A (ja) 幾何偏差測定方法、及び、幾何偏差計測装置
JP2019516111A (ja) 細長い物品の３ｄ浮動支持システムおよび関連する幾何学形状検出機
EP2998696B1 (en) Method for compensating lobing behaviour of a CMM touch probe
JP7154879B2 (ja) 門形構造の位置決め装置
JP2008008879A (ja) 測定装置、測定基準及び精密工作機械
Schulz et al. Sensor concept for solving the direct kinematics problem of the Stewart-Gough platform
KR102035334B1 (ko) 4축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법
KR102511600B1 (ko) 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법
GB2505558A (en) Calibrating a portable parallel kinematic machine
KR102143462B1 (ko) Ahrs 센서, 그 바이어스 및 스케일 오차 보정 장치 및 방법
CN114353628A (zh) 一种深度测量装置以及方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant