KR19980044963A - 공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉식 변위센서와 컴퓨터를 이용하여 공작기계 주축의 회전정밀도를 측정하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 공작기계 주축에 비접촉식 변위센서를 설치하여 감지한 변위신호를 컴퓨터로써 처리하고 출력함으로써 현장에서 즉각적으로 용이하게 주축의 회전정밀도에 대한 정보를 습득하여 이용할 수 있도록 한다. 이를 위해, 본 발명의 장치는 비접촉식 변위센서, 신호증폭기, A/D변환기, 컴퓨터 및 오실로스코프로 구성된다. 본 발명의 장치는 회전형 공작기계를 사용하는 산업현장에서 이용할 수 있다.

Description

공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치

본 발명은 공작기계 주축의 회전정밀도를 측정하는 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 비접촉식 변위센서와 컴퓨터를 이용하여 공작기계 주축의 회전정밀도를 측정하는 장치에 관한 것이다.

공작기계는 일반적으로 주축을 회전시켜서 공작물을 가공하는 기계인데, 이 공작기계 주축의 회전정밀도는 최종 가공된 공작물의 진원도와 표면 거칠기에 절대적인 영향을 미친다. 특히, 주축에 가해지는 예압은 주축의 강성에 영향을 미치기 때문에, 주축의 회전정밀도를 좌우하는 중요한 인자가 된다[참조: K. Kim and S. S. Kim, Int. J. Mach. Tools Manufact., 29(1);99-105(1989)]. 따라서, 공작기계 주축의 회전정밀도 측정은 공작기계의 성능평가 측면에서 뿐만 아니라 최종 가공물의 형상을 예측하는 데에도 중요한 역할을 한다.

종래에, 공작기계 주축의 회전정밀도를 측정하기 위해서 다이알게이지를 이용한 측정방법이 있다. 다이알게이지의 촉침을 공작기계 주축의 표면에 밀착시킨 상태에서 주축을 손으로 또는 저속으로 회전시키면서 촉침의 떨림을 측정하여 주축의 회전정밀도를 판단하는 방법으로서, 측정이 쉽고 별도의 측정장비가 불필요하다는 장점이 있다.

그러나 이 방법에서는, 공작기계 주축과 다이알게이지 촉침간에 정확한 접촉을 이루기가 사실상 불가능하고, 다이알게이지의 측정 응답시간이 늦어 고속회전시의 회전정밀도를 측정할 수 없었고 측정데이타를 기록하기도 곤란한 문제점이 있다. 다시 말해서, 공작기계 주축의 저속회전시의 정적특성을 측정할 수는 있지만, 고속회전시 나타나는 주축 자체의 불균형에 의한 떨림, 구동부·동력전달부·주축 지지부 등의 결함으로 인한 떨림은 측정할 수 없다.

이에, 본 발명자들은 종래의 공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치가 갖는 문제점을 극복하기 위해 예의 연구 노력한 결과, 공작기계 주축에 비접촉식 변위센서를 설치하여 감지한 변위신호를 컴퓨터로써 처리하고 출력함으로써 현장에서 즉각적으로 용이하게 주축의 회전정밀도에 대한 정보를 습득하여 이용할 수 있도록 하는, 공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치를 개발하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

결국, 본 발명의 목적은 비접촉식 변위센서를 이용하여 주축의 회전정밀도를 측정하여 컴퓨터로써 분석하여 현장즉응성(卽應性)을 향상시키는, 공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치를 제공하는 것이다.

제1도는 본 발명의 장치의 구성도이다.

제2도는 본 발명의 장치에 의해 측정하여 계산한 자료를 나타내는 예시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:비접촉식 변위센서 탐침(probe)

2:공작기계 주축3:탐침 지지대

4:제어부5:신호증폭기

6:A/D변환기7:컴퓨터

8:출력장치9:오실로스코프

10:측정자료의 예시11:출력된 극좌표계의 예시

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치(이하, 본 발명의 장치라 함)의 구성과 작용을 설명한다. 제1도는 본 발명의 장치의 구성을 나타내는 그림으로서, 공작기계 주축에 설치된 비접촉식 변위센서 탐침(1)과 이 탐침(1)에 의해 감지된 변위신호를 처리하는 계통을 나타낸다. 제2도는 본 발명의 장치로 측정한 자료를 출력한 예시도이다.

제1도를 보면, 본 발명의 장치는 공작기계 주축(2)에 일정한 간극을 두고 설치된 비접촉식 변위센서 탐침(1); 탐침(1)을 지지하는 지지대(3); 탐침(1)으로 감지한 변위신호를 증폭하는 신호증폭기(5); 신호증폭기(5)에서 나온 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기(6); A/D변환기(6)에서 나온 디지탈 신호를 받아 소정 프로그램에 따라 처리하는 컴퓨터(7); 및, A/D변환기(6)에서 나오는 신호를 영상으로 표시하는 오실로스코프(9)로 구성된다.

위와 같이 구성되는 본 발명의 장치의 작용을 설명한다. 탐침(1)은 주축과 접촉되지 않은 상태에서, 공작기계 주축(2)의 회전에 따른 정보를 감지한다. 비접촉식 변위센서 탐침(1)은 지지대(3)에 의해 고정 설치되는데, 주축의 회전정밀도를 정확히 측정하기 위하여 지지대(3)는 진동으로부터 센서의 오감지를 막기에 적합한 재료와 구조로 설계되어야 한다. 변위센서로는 통상의 간극센서를 이용하는데, 주축과의 거리를 감지하여 전기적 신호로 변환시킨다. 축이 흔들릴 경우에 센서와 주축과의 간극차가 생기기 때문에 이 변위로써 축의 흔들림 정도를 분석할 수 있는 것이다.

비접촉식 변위센서에 의해 감지한, 공작기계 주축(2)의 회전에 따른 축흔들림(run-out) 등의 변위신호는 미약한 신호이기 때문에 신호증폭기(5)에 의해 적절한 레벨로 증폭된다. 여기서, 신호증폭기(5)는 신호대잡음비(S/N비)가 크고 충실도(fidelity)가 큰 증폭기인 것이 바람직하다. 변위신호를 왜곡없이 증폭할 수 있어야 하기 때문이다. 증폭도는 이 변위신호를 처리하는 컴퓨터(7)나 기타 장비가 다룰수 있는 정도이어야 하는데, 보통은 ±5V로 증폭하는 정도의 증폭도가 필요하다.

이렇게 증폭된 변위신호는 컴퓨터(7)에서 취급할 수 있는 디지탈 신호로 변환되어야 하는데, 이는 A/D변환기(6)에 의해 이루어진다. 이 A/D변환기(6) 또한 잡음특성이 양호하고 변환효율이 우수한 것을 쓰는 것이 바람직하다.

디지탈 신호로 변환된 변위신호는 필요에 따라, A/D변환기(6)에서 직접 출력되어 오실로스코프(9)로 표시할 수도 있고, 컴퓨터(7)에 입력되어 데이터 처리할 수도 있다. 즉, 변위신호의 파형을 직접 분석할 필요가 있을 때에는 오실로스코프(9)를 이용하고, 변위신호로써 각종 정보(예를 들면, 변위의 평균값·최대값·최소값, 흔들림, 회전수 등)를 얻기 위해서는 컴퓨터(7)를 이용하여 데이터 처리하여 모니터나 프린터 등의 출력장치(8)로 출력한다.

컴퓨터(7)로는 일반적인 것을 사용하는데, 현장에 이미 설치된 것이 있으면 그것을 그대로 사용해도 좋고, 본 발명의 장치에만 필요한 규격(spec.)의 전용컴퓨터를 제작하여 사용해도 좋지만, 경제적이고 호환성이 우수한 개인용컴퓨터(PC)를 쓸 수 있다면 본 발명의 목적인 현장즉응성 측면에서 보다 더 바람직할 것이다.

컴퓨터(7)로써 데이터 처리하여 출력한 측정자료를 제2도에 예시한다. 그림을 보면, 주축(2)과 센서간의 평균거리(mean distance), 최대·최소간극(maximum and minimum gap), 간극차(gap difference) 및 회전수(rotating speed) 등의 자료(10)가 계산되어 있고, 더불어 주축의 흔들림이 극좌표계(11)로 도시된 것을 볼 수 있다. 이 측정자료는 하나의 예시일 뿐으로, 본 발명의 장치의 기본 원리에 입각하여 실시자의 필요에 따라 적절하게 프로그래밍할 수 있음은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 장치에 따르면, 공작기계 주축과 센서가 접촉하지 않기 때문에 접촉에 따른 영향을 배제할 수 있어, 주축의 정상회전인 고속회전시에 나타나는 주축 자체의 불균형에 의한 떨림, 구동부·동력전달부·주축 지지부 등의 결함으로 인한 떨림 등도 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다. 또한, 측정치를 개인용컴퓨터로써 자동으로 데이터 처리할 수 있기 때문에 현장에서 즉시 회전정밀도 파악이 가능하여 현장즉응성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 비접촉식 변위센서가 설치된 탐침;

   상기 탐침을 지지하는 지지대;

   상기 탐침으로 감지한 변위신호를 증폭하는 신호증폭기;

   상기 신호증폭기에서 증폭된 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기;

   상기 A/D변환기에서 나오는 디지탈 신호를 받아 데이터 처리하는 컴퓨터; 및,

   상기 A/D변환기에서 나오는 신호를 영상으로 표시하는 오실로스코프로 구성된, 공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 비접촉식 변위센서는 간극센서인

   공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 컴퓨터는 개인용컴퓨터인

   공작기계 주축의 회전정밀도 측정장치.