KR102060760B1 - 압전소자 방식 공작기계 가진 시스템 및 이를 이용한 공작기계 가진 방법 - Google Patents

압전소자 방식 공작기계 가진 시스템 및 이를 이용한 공작기계 가진 방법 Download PDF

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Abstract

상기 압전소자 방식 공작기계 가진 시스템 및 이를 이용한 공작기계 가진 방법에서, 상기 압전소자 방식 공작기계 가진 시스템은 제1 및 제2 측들 각각이 제1 및 제2 조인트들 각각에 회전 가능하도록 결합되는 회전축, 상기 회전축에 고정되어, 상기 회전축에 진동을 인가하는 선형 액추에이터, 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 조인트에 결합되며, 테이블에 고정되는 베이스 및 상기 제2 조인트에 결합되며, 공구홀더에 고정되는 고정부를 포함하며, 상기 회전축은 회전하여 상기 제1 방향, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 수직인 제3 방향 중 어느 하나의 방향을 따라 연장되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

압전소자 방식 공작기계 가진 시스템 및 이를 이용한 공작기계 가진 방법{MACHINE TOOL EXCITER SYSTEM HAVING A PIEZOELECTRIC ACTUATOR AND METHOD FOR EXCITING MACHINE TOOL USING THE SAME}
본 발명은 공작기계 가진 시스템 및 이를 이용한 공작기계 가진 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공작기계에 대하여 X축, Y축 및 Z축에 대한 가진을 용이하게 셋업하여 가진 시험을 수행할 수 있으며, 각각의 방향으로의 얼라인(align)의 정확도를 상대적으로 용이하게 파악할 수 있는 압전소자 방식 공작기계 가진 시스템 및 이를 이용한 공작기계 가진 방법에 관한 것이다.
공작기계는 공구를 이용하여 공작물을 가공하기 위한 장치로서, 공작기계를 이용한 공작물의 가공시에는, 가공공정에 의한 정동적 부하에 의해 구조물에 진동이 발생한다. 이러한 가공중에 발생하는 진동은 최대 가공성능을 제한할 뿐만 아니라 가공품의 측면에서도 정밀도를 떨어뜨리는 문제가 있다.
이러한 공작기계의 진동특성을 파악하기 위해 공작기계용 가진(Exciter) 시험 장치가 개발되었다. 가진 시험 장치는 공구와 공작물 간에 이러한 이상 진동을 주파수별로 인위적으로 발생시킴과 동시에 상대적인 부하를 측정하는 장치를 의미하며, 그 적용 분야와 목적에 따라 다양한 형태로 개발되었다.
공작기계의 진동 특성을 파악하기 위하여, 3축(x축, y축 및 z축) 각각에 대한 가진 시험을 수행하여야 하는데, 종래의 가진 시험장치에서는 하나의 액추에이터를 통해 하나의 축으로만 가진 시험을 수행할 수 있어 3축 각각에 대한 가진 시험을 수행하기 위해서는 최소 3개 이상의 액추에이터를 필요로 한다.
예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2012-0126815호는 3축 각각에 대한 가진 시험을 수행하기 위해, 시편의 반대방향을 향해 x축, y축 및 z축에 각각 마련된 제1 내지 제3의 선형 액추에이터, 상기 제1 내지 제3의 선형 액추에이터의 각각에 마련된 한 쌍의 유연 조인트, 상기 제1 내지 제3의 선형 액추에이터를 각각 고정하는 제1 내지 제3의 액추에이이터 마운트 등을 포함한다.
이와 같은 3자유도 가진 시험을 수행하는 시험 장치는 대형화를 필요로 하며 구조설계가 복잡하고 제작비용이 증가하는 문제가 있다.
따라서 하나의 액추에이터를 이용하여 x축, y축 및 z축 등 다양한 축으로 가진을 수행할 수 있는 기술이 필요한 상황이다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0126815호 대한민국 공개특허 제10-2012-0133656호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 공작기계에 대하여 X축, Y축 및 Z축에 대한 가진을 용이하게 셋업하여 가진 시험을 수행할 수 있으며, 각각의 방향으로의 얼라인의 정확도를 상대적으로 용이하게 파악할 수 있는 압전소자 방식 공작기계 가진 시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 압전소자 방식 공작기계 가진 시스템을 이용한 공작기계 가진 방법에 관한 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 상기 공작기계 가진 시스템은, 제1 및 제2 측들 각각이 제1 및 제2 조인트들 각각에 회전 가능하도록 결합되는 회전축, 상기 회전축에 고정되어, 상기 회전축에 진동을 인가하는 선형 액추에이터, 제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 조인트에 결합되며, 테이블에 고정되는 베이스 및 상기 제2 조인트에 결합되며, 공구홀더에 고정되는 고정부를 포함한다.
상기 회전축은 회전하여 상기 제1 방향, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 수직인 제3 방향 중 어느 하나의 방향을 따라 연장되도록 위치하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 회전축은 상기 제1 조인트에 대하여 회전하여 상기 베이스와 수직하거나 평행하게 위치하고, 상기 제2 조인트에 대하여 회전하여 상기 고정부와 수직하거나 평행하게 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 선형 액추에이터는 상기 회전축이 연장되는 방향과 동일한 방향으로 진동을 전달할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 조인트들은 구(球) 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축의 제1 및 제2 측들 각각의 외면은 상기 제1 및 제2 조인트들 각각에 접촉되는 오목한 구면 형상일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 측들 각각이 상기 제1 및 제2 조인트들 각각에 결합되고, 상기 제1 및 제2 조인트들의 얼라인을 측정하는 얼라인 측정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 얼라인 측정부는 상기 제1 및 제2 측들 각각에 형성되며, 상기 제1 및 제2 조인트들 각각의 외면에 결합되는 제1 및 제2 연결부재들 및 상기 제1 및 제2 연결부재들의 사이를 연결하는 연장축 및 상기 연장축에 부착되며 얼라인을 측정하는 센싱부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 연결부재들 각각의 외면은 상기 제1 및 제2 조인트들 각각에 접촉되는 오목한 구면 형상일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 센싱부재는 상기 제1 및 제2 조인트들이 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향으로 정렬되는 가의 여부를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 회전축에 고정되어 상기 액추에이터에 인가되는 힘을 측정하는 힘 센서를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 상기 공작기계 가진 시스템을 이용한 공작기계 가진 방법에서, 테이블에 고정된 베이스에 제1 조인트를 결합시킨다. 고정부를 공구홀더에 고정하고 상기 고정부에 제2 조인트를 결합시킨다. 선형 액추에이터가 고정된 회전축의 제1 및 제2 측들 각각에 상기 제1 및 제2 조인트들 각각을 결합시킨다. 상기 선형 액추에이터가 제1 방향, 제2 방향 및 제3 방향 중 어느 하나의 방향을 따라 연장된 상기 회전축에 진동을 인가한다.
일 실시예에서, 상기 고정부에 상기 제2 조인트를 결합시키는 단계 이후에, 얼라인 측정부의 양 측을 각각 상기 제1 및 제2 조인트들에 결합시켜, 상기 제1 및 제2 조인트들의 얼라인을 측정한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 회전축이 제1 및 제2 조인트들과 회전 가능하도록 결합되며, 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향을 따라 위치하도록 회전이 가능함에 따라, 회전축에 고정되는 선형 액추에이터는 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로만 셋업되어 해당 방향으로 용이하게 가진을 수행할 수 있다.
특히, 상기 제1 및 제2 조인트들은 구(sphere) 형상으로 형성됨으로써 상기 회전축이 상기 제1 및/또는 제2 조인트에 대하여 상기 볼 조인트의 외면에서 자연스럽게 움직여 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로 상기 회전축의 연장 방향을 변경할 수 있다.
또한, 얼라인 측정부를 포함하여, 상기 회전축 대신 상기 얼라인 측정부를 상기 제1 및 제2 조인트들에 결합시켜 상기 제1 및 제2 조인트들의 얼라인을 측정함으로써, 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향 각각으로의 얼라인의 정확도를 용이하게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공작기계 가진 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1의 공작기계 가진 시스템이 각각 x축, y축 및 z축으로 가진 시험을 수행하는 상태를 도시한 모식도들이다.
도 3은 도 1의 공장기계 가진 시스템의 얼라인 측정부를 도시한 모식도이다.
도 4는 도 1의 압전소자 방식 공장기계 가진 시스템을 이용한 공작기계 가진 방법을 도시한 흐름도이다.
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 공작기계 가진 시스템을 도시한 사시도이다. 도 2a 내지 도 2c는 도 1의 공작기계 가진 시스템이 각각 x축, y축 및 z축으로 가진 시험을 수행하는 상태를 도시한 모식도들이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 공작기계 가진 시스템(10)은 회전축(100), 선형 액추에이터(200), 베이스(400), 고정부(500), 힘센서(600) 및 얼라인 측정부(700)를 포함한다.
상기 회전축(100)은 일 방향으로 연장되며 상기 선형 액추에이터(200)를 관통하고, 상기 선형 액추에이터(200)는 상기 회전축(100)에 고정된다.
상기 선형 액추에이터(200)는 상기 공작기계 가진 시스템(10)이 장착되는 기구에 직선운동, 즉 일 방향의 진동을 인가하기 위한 것으로, 응답특성이 우수한 VCM(voice coil motor) 또는 압전소자일 수 있다. 상기 선형 액추에이터(200)는 X/Y/Z축 중 어느 하나의 축을 따라 직선 운동할 수 있도록 구성되어 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
한편, 상기 회전축(100)의 양 측, 즉 제1 측(11) 및 제2 측(12)에는 각각 제1 조인트(310) 및 제2 조인트(320)가 회전 가능하도록 접촉되며 결합된다. 즉, 상기 회전축(100)은 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 사이에 회전가능 하도록 고정된다.
보다 구체적으로, 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 각각은 구(sphere) 형상으로 형성된 볼 조인트(ball joint)일 수 있다. 이에 따라, 상기 회전축(100)의 제1 및 제2 측들(11, 12) 각각은 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 각각의 외면에 면 또는 선 접촉되면서 자유로운 회전이 가능할 수 있다.
이를 위해, 상기 회전축(100)의 상기 제1 및 제2 측들(11, 12)의 외면은 상기 구 형상의 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)의 외면에 각각 면 또는 선 접촉이 가능하도록 오목한 구면 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
그리하여, 상기 제1 측(11)과 상기 제1 조인트(310)는 오목 구면 및 돌출 구면이 서로 접촉하며 결합되고, 상기 제2 측(12)과 상기 제2 조인트(320)도 오목 구면 및 돌출 구면이 서로 접촉하며 결합된다.
다만, 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)로 상기 볼 조인트 이외에 상기 회전축(100)을 자유롭게 회전시킬 수 있는 다양한 조인트 장치들을 이용하는 것도 가능하다.
여기서, 본 실시예는 상기 회전축(100)의 제1 및 제2 측들(11, 12) 각각이 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 각각에 대하여 회전되는 것으로 예시하고 있으나, 이와 달리, 상기 회전축(100) 및 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)이 서로 회전 가능하도록 결합하여 상기 회전축(100)이 회전될 수 있는 것이라면 제1 및 제2 조인트들(310, 320)도 상기 회전축(100)에 대하여 회전시키는 것도 가능하다.
한편, 상기 제1 조인트(310)에는 상기 베이스(400)가 결합된다. 도시된 바와 같이, 상기 베이스(400)의 일단인 바닥면은 설치될 테이블(미도시)에 고정되고, 타단인 상단부는 상기 제2 조인트(320)에 결합된다.
보다 구체적으로, 상기 베이스(400)는 제1 베이스부재(410) 및 제2 베이스부재(420)를 포함한다.
상기 제1 베이스부재(410)는 상기 공작기계 가진 시스템(10)이 위치되는 테이블에 대해 평면을 이루는 부분으로 판재 형상으로 형성되고, 설치될 테이블에 밀착된 상태에서 너트와 같은 고정수단(미도시)을 이용하여 테이블에 고정될 수 있으며, 이를 위해 상기 제1 베이스부재(410)에는 상기 고정수단이 관통되는 다수의 구멍들이 형성될 수 있다.
상기 제2 베이스부재(420)는 상기 제1 베이스부재(410)의 상면으로부터 연장 형성된다. 이 경우, 상기 제2 베이스부재(420)는 상부로 갈수록 내경이 좁아지고, 상단부에 결합공이 형성되는 중공 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 베이스부재(420)의 상기 결합공은 상기 제1 조인트(310)가 결합 고정되는 것으로, 상기 제1 조인트(310)의 일부가 수용될 수 있는 크기로 형성된다.
또한, 상기 제1 및 제2 베이스부재(420)들은 상기 공작기계 가진 시스템(10)이 장착되는 기구의 가진 주파수와 공진 주파수를 회피하며 충분한 강성을 보장하는 재질로 형성될 수 있다.
상기 고정부(500)는 상기 제2 조인트(320)에는 결합 고정된다. 이 경우, 상기 고정부(500)는 수직방향으로 연장 형성되며, 하면은 상기 제2 조인트(320)에 결합되고 상면은 공구홀더(미도시)에 장착된다.
상기 힘센서(600)는 상기 회전축(100)에 상기 선형 액추에이터(200)와 소정 거리 이격되도록 고정되며, 상기 선형 액추에이터(200)로부터 상기 회전축(100)에 인가되는 힘(즉, 액추에이터(200)의 구동에 따른 상기 회전축(100)의 직선왕복운동의 정도)이 전달되는 경우, 이를 센싱하여 상기 선형 액추에이터(200)의 힘을 측정할 수 있다.
이와 같이 구성된 상기 공작기계 가진 시스템(10)에서, 상기 선형 액추에이터(200)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(100)이 제1 방향(X축)을 따라 연장되는 경우, 상기 X축을 따라 진동하여 가진될 수 있다.
즉, 상기 선형 액추에이터(200)는 상기 제1 방향(X)을 따라 연장되도록 위치하며, 상기 회전축(100)을 가진하여 변위를 발생시킬 수 있다.
이 경우, 상기 베이스(400)는 상기 선형 액추에이터(200)에 수직한 음의 제3 방향(-Z축)으로 연장되어 테이블에 고정되고 상기 고정부(500)는 상기 선형 액추에이터(200)에 수직한 양의 제3 방향(+Z축)으로 연장되어 상기 공구홀더에 고정된다.
이상과 같이, 도 2a에 도시된 방향으로 상기 회전축(100) 및 상기 선형 액추에이터(200)가 연장된 상태에서 상기 고정부(500)가 상기 공구홀더에 고정되면, 상기 선형 액추에이터(200)의 가진에 따라 상기 제1 방향(X)으로 상기 회전축(100)은 가진되며, 이를 통해 상기 공구홀더에 상기 제1 방향(X축)으로의 가진을 수행할 수 있다.
그리하여, 상기 공구홀더에 대한 제1 방향(X)으로의 가진이 수행되며, 이를 통해 상기 공구홀더의 상기 제1 방향(X)에 따른 공진 주파수 등의 진동 정보를 획득할 수 있다.
이와 달리 도 2b를 참조하면, 상기 선형 액추에이터(200)는 도시된 바와 같이 상기 회전축(100)이 제2 방향(Y축)을 따라 연장되는 경우, 상기 Y축을 따라 진동하여 가진될 수 있다.
즉, 상기 선형 액추에이터(200)는 상기 제2 방향(Y)을 따라 연장되도록 위치하며, 상기 회전축(100)을 가진하여 변위를 발생시킬 수 있다.
이 경우, 상기 베이스(400)는 상기 선형 액추에이터(200)에 수직한 음의 제3 방향(-Z축)으로 연장되어 테이블에 고정되고 상기 고정부(500)는 상기 선형 액추에이터(200)에 수직한 양의 제3 방향(+Z축)으로 연장되어 상기 공구홀더에 고정된다.
이상과 같이, 도 2b에 도시된 방향으로 상기 회전축(100) 및 상기 선형 액추에이터(200)가 연장된 상태에서 상기 고정부(500)가 상기 공구홀더에 고정되면, 상기 선형 액추에이터(200)의 가진에 따라 상기 제2 방향(Y)으로 상기 회전축(100)은 가진되며, 이를 통해 상기 공구홀더에 상기 제2 방향(Y축)으로의 가진을 수행할 수 있다.
그리하여, 상기 공구홀더에 대한 제2 방향(Y)으로의 가진이 수행되며, 이를 통해 상기 공구홀더의 상기 제2 방향(Y)에 따른 공진 주파수 등의 진동 정보를 획득할 수 있다.
이와 달리 도 2c를 참조하면, 상기 선형 액추에이터(200)는 도시된 바와 같이 상기 회전축(100)이 제3 방향(Z축)을 따라 연장되는 경우, 상기 Z축을 따라 진동하여 가진될 수 있다.
즉, 상기 선형 액추에이터(200)는 상기 제3 방향(Z)을 따라 연장되도록 위치하며, 상기 회전축(100)을 가진하여 변위를 발생시킬 수 있다.
이 경우, 상기 베이스(400)는 상기 선형 액추에이터(200)에 평행한 음의 제3 방향(-Z축)으로 연장되어 테이블에 고정되고 상기 고정부(500)는 상기 선형 액추에이터(200)에 평행한 양의 제3 방향(+Z축)으로 연장되어 상기 공구홀더에 고정된다.
이상과 같이, 도 2c에 도시된 방향으로 상기 회전축(100) 및 상기 선형 액추에이터(200)가 연장된 상태에서 상기 고정부(500)가 상기 공구홀더에 고정되면, 상기 선형 액추에이터(200)의 가진에 따라 상기 제3 방향(Z)으로 상기 회전축(100)은 가진되며, 이를 통해 상기 공구홀더에 상기 제3 방향(Z축)으로의 가진을 수행할 수 있다.
그리하여, 상기 공구홀더에 대한 제3 방향(Z)으로의 가진이 수행되며, 이를 통해 상기 공구홀더의 상기 제3 방향(Z)에 따른 공진 주파수 등의 진동 정보를 획득할 수 있다.
한편, 상기와 같이 상기 회전축(100)은 양 측에 결합되는 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)과의 사이에서 다양한 위치로 위치할 수 있으며, 이에 따라 앞서 설명한 바와 같이 상기 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z)을 따라 각각 평행하게 위치할 수 있다.
그리하여, 상기 회전축(100)과 평행한 방향으로 가진을 수행하는 상기 선형 액추에이터(200)를 통해, 상기 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z) 중 어느 하나의 방향으로만 상기 공구홀더에 대하여 선택적으로 가진을 수행할 수 있다.
나아가, 상기 회전축(100)은 다양한 위치로 위치할 수 있으므로 상기 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 및 제3 방향(Z) 외에도 대각선 방향을 포함한 다양한 으로도 자유롭게 틸팅되어 위치할 수 있으며, 이에 따라 상기 선형 액추에이터(200)도 상기 회전축(100)이 연장되는 방향과 동일하게 다양한 방향으로 상기 공구홀더에 대한 가진을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 도 1의 공장기계 가진 시스템의 얼라인 측정부(700)를 도시한 모식도이다.
상기 얼라인 측정부(700)의 양 측인 제1 및 제2 측들(21, 22) 각각은 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 각각에 접촉되며 결합되어 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)의 얼라인(align, 즉 정렬도)을 측정한다.
도 3을 참조하면, 상기 얼라인 측정부(700)는 제1 및 제2 연장부재들(711, 712), 연장축(720) 및 센싱부재(730)를 포함한다.
상기 제1 연장부재(711)는 상기 연장축(720)의 제1 측(21)에 형성되며, 상기 제2 연장부재(712)는 상기 제1 측(21)과 반대인 상기 연장축(720)의 제2 측(22)에 형성된다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 연장부재들(711, 712) 각각은 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 각각에 결합될 수 있는 구조로 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 연장부재들(711, 712) 각각의 외면은 앞서 설명한 상기 회전축(100)의 제1 및 제2 측들(11, 12)의 외면과 동일한 형상으로, 오목한 구면 형상을 가질 수 있다.
즉, 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)이 구(sphere) 형상으로 형성될 경우, 상기 제1 및 제2 연장부재들(711, 712) 각각은 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 각각의 일부분을 수용할 수 있도록 오목한 구면 형상을 갖는 형태로 형성될 수 있다.
상기 연장축(720)은 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)의 사이에서 연장되어 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)을 연결한다. 상기 연장축(720)은 알루미늄 등과 같은 금속 재질 등으로 제작이 가능하다.
상기 센싱부재(730)는 상기 연장축(720)에 부착되어 상기 연장축(720)이 상대적으로 움직이는 거리를 측정하며, 연장축(720)에 수직한 방향으로 제 1 또는 제 2 조인트들(310, 320)을 움직일 때 거리가 최소가 되는 지점을 찾음으로써 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)의 얼라인을 측정할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 회전축(100)은 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향으로 연장되도록 위치할 수 있으며, 이에 따라 상기 회전축(100)에 결합된 제1 및 제2 조인트들(310, 320)도 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향으로 연장되도록 위치하게 되는데, 상기 얼라인 측정부(700)는 이렇게 위치한 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)이 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향으로 정확하게 정렬되며 연장되는 지의 여부를 측정한다.
이와 같이, 상기 회전축(100) 대신 상기 얼라인 측정부(700)를 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)에 결합시켜 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)의 얼라인을 측정함으로써, 상기 선형 액추에이터(200)를 이용하여 가진을 수행하기 전에 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)이 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향으로의 얼라인의 정확도를 용이하게 파악할 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 실시예에 따른 상기 공작기계 가진 시스템(10)을 이용한 공작기계 가진 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 1의 압전소자 방식 공장기계 가진 시스템을 이용한 공작기계 가진 방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 테이블에 고정된 상기 베이스(400)의 제1 베이스부재(410)에 제1 조인트(310)를 결합시킨다(단계 S100). 이 경우, 상기 베이스(400)의 바닥면이 상기 테이블에 접촉되도록 하며, 상기 베이스(400)는 상기 테이블에 밀착된 상태에서 너트와 같은 고정수단(미도시)을 통해 상기 테이블에 고정될 수 있다. 이때, 상기 베이스(400)의 바닥면 전체가 항상 상기 테이블과 면접촉해야 가진 측정에 정확성을 향상시킬 수 있다.
그 다음, 고정부(500)를 공구홀더(미도시)에 고정하고, 상기 고정부(500)에 제2 조인트(320)를 결합시킨다(단계 S200). 이 경우, 상기 공구홀더의 높이를 적절하게 조절하여 상기 고정부(500)의 일단 및 타단이 각각 상기 제2 조인트(320) 및 상기 공구홀더에 결합되도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)의 사이에 회전축(100)이 결합되므로, 상기 회전축(100)이 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 또는 제3 방향(Z)을 따라 연장되도록 상기 회전축(100)의 연장 방향을 고려하여 제1 및 제2 조인트(310, 320)들의 위치를 결정한다.
이어, 얼라인 측정부(700)의 양 측을 각각 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)에 결합시켜, 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)의 얼라인을 측정한다(단계 S300).
이를 통해 상기 제 1 및 제2 조인트들(310, 320)이 상기 제1 방향(X), 제2 방향(Y) 또는 제3 방향(Z)을 따라 일렬로 오차 없이 배열된 것이 확인되면, 상기 얼라인 측정부(700)를 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)로부터 분해한다.
그 다음, 상기 선형 액추에이터(200)가 고정된 상기 회전축(100)의 제1 및 제2 측들 각각에 제1 및 제2 조인트들(310, 320) 각각을 결합시킨다(단계 S400).
이 경우, 상기 회전축(100)은 상기 베이스(400)와 수직하거나 평행하게 위치하거나, 상기 고정부(500)와 수직하거나 평행하게 위치할 수 있다.
즉, 상기 회전축(100)이 상기 제1 방향 또는 제2 방향을 따라 연장되도록 위치하는 경우, 상기 고정부(500)는 상기 회전축(100)의 연장방향과 수직한 상기 제3 방향을 따라 연장되도록 위치하며, 상기 회전축(100)이 상기 제3 방향을 따라 연장되도록 위치하는 경우, 상기 고정부(500)는 상기 회전축(100)의 연장방향과 평행한 상기 제3 방향을 따라 연장되도록 위치한다.
나아가, 상기 회전축(100)의 연장 방향을 변경하는 경우, 상기 회전축(100)을 상기 제1 조인트(310) 또는 제2 조인트(320)에 대하여 회전시킴으로써 연장 방향을 변경할 수 있으며, 이 경우 상기 제1 및 제2 조인트들(310, 320)은 볼 조인트로 형성될 수 있으므로 상기 회전축(100)은 상기 볼 조인트의 외면에서 자연스럽게 움직여 연장 방향이 변경될 수 있다.
마지막으로, 상기 선형 액추에이터(200)가 상기 회전축(100)에 고정된 상태에서 가진을 수행한다(단계 S500).
이렇게 상기 선형 액추에이터(200)에 의해 상기 회전축(100)에 가진이 수행되면, 상기 인가되는 가진은 상기 힘센서(600)에 의해 측정된다. 또한, 상기 인가되는 가진은 궁극적으로 상기 공구홀더에 인가되는 것으로, 이를 통해 공진 주파수 등을 계측하여, 상기 가진에 따른 공진 주파수의 계측이 가능하다.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 회전축이 제1 및 제2 조인트들과 회전 가능하도록 결합되며, 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향을 따라 위치하도록 회전이 가능함에 따라, 회전축에 고정되는 선형 액추에이터는 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로만 셋업되어 해당 방향으로 용이하게 가진을 수행할 수 있다.
특히, 상기 제1 및 제2 조인트들은 구(sphere) 형상으로 형성됨으로써 상기 회전축이 상기 제1 및/또는 제2 조인트에 대하여 상기 볼 조인트의 외면에서 자연스럽게 움직여 상기 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향 중 어느 하나의 방향으로 상기 회전축의 연장 방향을 변경할 수 있다.
또한, 얼라인 측정부를 포함하여, 상기 회전축 대신 상기 얼라인 측정부를 상기 제1 및 제2 조인트들에 결합시켜 상기 제1 및 제2 조인트들의 얼라인을 측정함으로써, 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향 각각으로의 얼라인의 정확도를 용이하게 파악할 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.
10 : 공작기계 가진 시스템 100 : 회전축
200 : 선형 액추에이터 310 : 제1 조인트
320 : 제2 조인트 400 : 베이스
410 : 제1 베이스부재 420 : 제2 베이스부재
500 : 고정부 600 : 힘센서
700 : 얼라인 측정부

Claims (12)

  1. 제1 측의 외면은 제1 조인트의 외면에 접촉하며 회전가능하고, 제2 측의 외면은 제2 조인트의 외면에 접촉하며 회전 가능하도록 결합되는 회전축;
    상기 회전축이 관통하도록 상기 회전축 상에 고정되어, 상기 회전축의 연장 방향과 동일한 방향으로 상기 회전축에 진동을 인가하는 선형 액추에이터;
    제1 방향으로 연장되고, 상기 제1 조인트에 결합되며, 테이블에 고정되는 베이스; 및
    상기 제2 조인트에 결합되며, 공구홀더에 고정되는 고정부를 포함하며,
    상기 회전축은 상기 제1 조인트에 대하여 회전하여 상기 베이스와 수직하거나 평행하게 위치하고, 상기 제2 조인트에 대하여 회전하여 상기 고정부와 수직하거나 일렬로 위치하여, 상기 제1 방향, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 수직인 제3 방향 중 어느 하나의 방향을 따라 연장되도록 위치하고,
    상기 회전축의 위치에 따라, 상기 공구홀더와 상기 베이스 사이에 상기 제1 내지 제3 방향들 중 어느 하나의 방향으로 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 조인트들은 구(球) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전축의 제1 및 제2 측들 각각의 외면은 상기 제1 및 제2 조인트들 각각에 접촉되는 오목한 구면 형상인 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    제1 및 제2 측들 각각이 상기 제1 및 제2 조인트들 각각에 결합되고, 상기 제1 및 제2 조인트들의 얼라인을 측정하는 얼라인 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 얼라인 측정부는,
    상기 제1 및 제2 측들 각각에 형성되며, 상기 제1 및 제2 조인트들 각각의 외면에 결합되는 제1 및 제2 연결부재들; 및
    상기 제1 및 제2 연결부재들의 사이를 연결하는 연장축; 및
    상기 연장축에 부착되며 얼라인을 측정하는 센싱부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연결부재들 각각의 외면은 상기 제1 및 제2 조인트들 각각에 접촉되는 오목한 구면 형상인 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 센싱부재는,
    상기 제1 및 제2 조인트들이 제1 방향, 제2 방향 또는 제3 방향으로 정렬되는 가의 여부를 측정하는 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 회전축에 고정되어 상기 액추에이터에 인가되는 힘을 측정하는 힘 센서를 더 포함하는 공작기계 가진 시스템.
  11. 테이블에 고정된 베이스에 제1 조인트를 결합시키는 단계;
    고정부를 공구홀더에 고정하고 상기 고정부에 제2 조인트를 결합시키는 단계;
    선형 액추에이터가 고정된 회전축의 제1 측의 외면에 상기 제1 조인트의 외면을 접촉하며 결합시키고, 상기 회전축의 제2 측의 외면에 상기 제2 조인트의 외면을 접촉하며 결합시키는 단계; 및
    상기 선형 액추에이터가 상기 회전축에 상기 회전축의 연장 방향과 동일한 방향으로 진동을 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 회전축은 상기 제1 조인트에 대하여 회전하여 상기 베이스와 수직하거나 평행하게 위치하고, 상기 제2 조인트에 대하여 회전하여 상기 고정부와 수직하거나 일렬로 위치하여, 제1 방향, 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향, 및 상기 제1 및 제2 방향들에 수직인 제3 방향 중 어느 하나의 방향을 따라 연장되도록 위치하고,
    상기 회전축의 위치에 따라, 상기 공구홀더와 상기 베이스 사이에 상기 제1 내지 제3 방향들 중 어느 하나의 방향으로 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 공작기계 가진 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 고정부에 상기 제2 조인트를 결합시키는 단계 이후에,
    얼라인 측정부의 양 측을 각각 상기 제1 및 제2 조인트들에 결합시켜, 상기 제1 및 제2 조인트들의 얼라인을 측정하는 단계를 더 포함하는 공작기계 가진 방법.
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