KR19990054144A - 쇼트 볼-바 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 NC 공작기계(밀링머신, 터닝머신 등), 3차원좌표 측정기, 로봇 등 3축 NC 기계의 정밀도를 검사하는 볼-바(Ball-Bar)장치에 관한 것으로서, LVDT 트랜스듀서를 2개의 마스터볼 사이에 고정한 종래의 볼-바 장치와는 달리 LVDT 트랜스듀서를 바깥쪽으로 하므로서 볼-바의 길이를 짧게 할 수 있는 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

본 발명은 볼-바(Ball-Bar)장치에 있어서, 이동부재와 고정부재에 각각 고정되는 두개의 마스터 볼; 그 내부에 상기 마스터 볼이 이동 가능하고 또한그 길이가 상기 두개의 마스터 볼의 직경을 더한 값 보다 크게 형성된 내부홀을 갖고, 그리고 그 상,하부 면에 상기 마스터볼이 수용될 수 있고,상기 내부홀과 관통되도록 형성된 관통홀을 갖는 몸체부; 상기 몸체부의 한쪽 단부에 유지되어 있는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer, 전자 마이크로미터)트랜스듀서;및 컵부가 내부홀을 향하도록 상기 몸체부의 한쪽단부에 고정되는 고정 마그네틱 컵과 컵부가 내부홀을 향하도록 LVDT 트랜스듀서에 고정되는 이동 마그네틱 컵를 포함하여 구성 되는 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치를 그 요지로 한다.

Description

쇼트 볼-바 장치

본 발명은 NC 공작기계(밀링머신, 터닝머신 등), 3차원좌표 측정기, 로봇 등 3축 NC 기계의 정밀도를 검사하는 볼-바(Ball-Bar)장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LVDT 트랜스듀서를 바깥쪽으로 하여 LVDT 트랜스듀서 자체 길이에 의해 Ball-Bar길이 변화의 한계가 되는 문제를 해결한 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치에 관한 것이다.

볼-바(Ball-Bar)는 NC 공작기계(밀링머신, 터닝머신 등), 3차원좌표 측정기, 로봇 등 3축 NC 기계의 정밀도를 검사하는 장치로서 레이저 인터페로미터(Laser Interferometer)등 다른 측정기에 비하여 사용상의 간편성과 경제적인 이유로 많이 사용하고 있다.

통상의 볼-바(Ball-Bar)는 도 1에 나타난 바와 같이 마스터 볼(11,12),LVDT(Linear Variable Differential Transformer, 전자 마이크로미터)트랜스듀서(transducer)(13), 및 마그네틱 컵(magnetic cup)(14)를 포함하여 구성된다.

상기 볼-바의 사용방법은 1개의 마스터볼은 스핀들(또는 위치 이송대)에 다른 1개의 마스터볼은 작업테이블 또는 움직이지 않는 고정대에 장착한다. 다음으로 스핀들과 베이스볼사이에 Ball-Bar를 장착하고 NC제어기에서 도 2(a)와 같은 측정위치로 이동되도록 프로그래밍하여 스핀들을 이동시킨다. 도 2(b)와 같이 이동시킨 원운동과 Ball-Bar의 LVDT 트랜스듀서로 측정된 길이를 비교하면 NC공작기계의 원운동특성(Contouring Test)을 측정할수 있다.

측정방법은 먼저 베이스볼의 중심위치를 NC 제어기의 측정원점(0,0,0)으로 하고 NC제어기에 입력시킨다. 다음으로 스핀들의 위치를 원운동하게 프로그래밍하여 각 측정점의 NC제어기상의 좌표 (Xi,Yi,Zi)로 표시하면 2개의 마스터볼 사이의 이론적인 공간상 길이 즉, NC제어기에서 지시된 공간길이 R은 다음과 같이 된다.

따라서 Ball-Bar의 LVDT에서 측정되는 길이와 윗식의 R의 비교하면 NC공작기계의 원주 운동상의 공간길이오차를 알 수 있다. Contouring Test는 NC공작기계의 성능검사에 사용되는 기준장치로 공작기계 규정으로 권장되기도 하며, 백레쉬, 위치오차, NC제어기의 여러 가지의 성능 등을 분석하는 주요한 수단으로 사용된다. 현재의 Ball-Bar장치는 도1과 같은 구조로 되어 있기 때문에 LVDT의 길이로 최소한 LVIT길이와 마스터볼의 직경을 합한 길이이상의 공간길이 측정 만이 가능하다. 이러한 경우 원주방향의 오차에는 Ball-Bar 길이에 기인되는 공작기계의 길이오차가 포함되어 정확한 Contorring Test의 결과를 얻지 못하는 문제점이 있다. 또한 NC선반과 같이 협소한 공간에서 짧은 길이의 Contouring Test가 필요한 경우 Ball-Bar의 길이로 인한 사용상의 제한이 있어 문제점으로 지적되어 왔다.

본 발명은 LVDT 트랜스듀서를 2개의 마스터볼 사이에 고정한 종래의 볼-바 장치와는 달리 LVDT 트랜스듀서를 바깥쪽으로 하므로서 볼-바의 길이를 짧게 할 수 있는 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 마그네틱 컵을 사용한 종래의 볼-바(Ball-Bar)장치를 나태는 구성도

도 2는 종래의 볼-바(Ball-Bar)장치를 공작기계에 셋-업하여 측정한 테이블과의 각도 α에서의 볼-바 측정점, 및 측정데이타의 극좌표 표시도

도 3은 본 발명에 부합되는 쇼트 볼-바(Short Ball-Bar) 장치의 일례를 나타낸 구성도

도 4는 본 발명에 부합되는 쇼트 볼-바장치를 공작기계에 장착한 상태를 나타내는 모식도

도 5는 본 발명에 부합되는 쇼트 볼-바장치를 사용하여 공간길이를 측정하는 방법을 설명하기 위한 모식도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20.....쇼트 볼-바장치, 21,22.....마스터볼, 23..... LVDT(Linear Variable Differential Transformer)트랜스듀서, 24.....마그네틱 컵, 25.....몸체부

본 발명은 볼-바(Ball-Bar)장치에 있어서,

이동부재와 고정부재에 각각 고정되는 두개의 마스터 볼;

그 내부에 상기 마스터 볼이 이동 가능하고 또한그 길이가 상기 두개의 마스터 볼의 직경을 더한 값 보다 크게 형성된 내부홀을 갖고, 그리고 그 상,하부 면에 상기 마스터볼이 수용될 수 있고,상기 내부홀과 관통되도록 형성된 관통홀을 갖는 몸체부;

상기 몸체부의 한쪽 단부에 유지되어 있는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer, 전자 마이크로미터)트랜스듀서;및

컵부가 내부홀을 향하도록 상기 몸체부의 한쪽단부에 고정되는 고정 마그네틱 컵과 컵부가 내부홀을 향하도록 LVDT 트랜스듀서에 고정되는 이동 마그네틱 컵를 포함하여 구성 되는 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치에 관한 것이다.

이하,본 발명을 도면에 의해 상세히 설명한다.

본 발명의 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치(20)는 도3에 나타난 바와 같이,이동부재와 고정부재에 각각 고정되는 두개의 마스터 볼(21,22), 그 내부에는 내부홀(25a)이 그리고 그 상,하부 면에는 관통홀(25b)이 형성되어 있는 몸체부(25), 상기 몸체부(25)의 한쪽 단부에 유지되어 있는 LVDT트랜스듀서(23), 및 상기 몸체부(25)의 한쪽단부에 고정되는 고정 마그네틱 컵(24a) 과 LVDT 트랜스듀서(23)에 고정되는 이동 마그네틱 컵(24b)를 포함하여 구성된다.

상기 마스터 볼(21,22)중의 하나는 스핀들(또는 위치 이송대)등에, 다른 1개의 마스터볼은 작업테이블 또는 움직이지 않는 고정대에 장착된다.

상기 몸체부(25)의 내부홀(25a)은 상기 마스터 볼(21,22)이 이동 가능하고 또한그 길이가 상기 두개의 마스터 볼의 직경을 더한 값 보다 크게 형성되어야 한다.

또한, 상기 몸체부(25)의 상기 관통홀(25b)은 상기 마스터볼(21,22)이 수용될 수 있고,상기 내부홀(25a)과 관통되도록 형성되어야 하며,그 형상은 타원형이 바람직하다.

상기 몸체부(25)는 열팽창계수가 적은 탄소섬유(Carbon Fiber)로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 마그네틱 컵은 마스터볼과의 접촉을 용이하게 하기 위하여 구비된 것으로서,상기 고정 마그네틱 컵(24a)은 컵부가 내부홀(25a)을 향하도록 상기 몸체부(25)의 한쪽 단부에 고정되고,상기 이동 마그네틱 컵(24b)도 컵부가 내부홀(25a)을 향하도록 LVDT 트랜스듀서(23)에 고정된다.

도 4에는 상기와 같이 구성된 본 발명의 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치가 공작기계에 장착되어 있는 상태가 도시되어 있다

이하,상기와 같이 구성된 본 발명의 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치를 사용하여 공간길이를 측정하는 방법에 대하여 설명한다.

우선, 1개의 마스터볼은 스핀들(또는 위치 이송대)에, 다른 1개의 마스터볼은 작업테이블 또는 움직이지 않는 고정대에 장착한다. 다음으로 마스터볼(21,22)을 상기 몸체부(25)의 관통홀(25b)을 통해 내부홀(25a)에 삽입한 다음, 마스터볼(21,22)사이에 기준두께(G)를 갖는 게이지 블록(gage block)를 삽입하여 하기 식과 같이 기준거리(L₀)를 구한다.

기준거리(L₀)= 게이지 블록의 기준두께(G) + 두개의 마스터볼 반경의 합(2R)

다음에, 게이지 블럭을 제거한 다음, 고정대에 고정되어 있는 마스트터볼을 기준으로 이동부재(스핀들)를 원운동시키면서 고정되어 있는 마스트볼에서 이동되는 마스터볼까지의 공간길이를 측정한다.

즉,도 5와 같이 기준 길이로서 게이지 블럭를 사용하여 Short Ball-Bar의 길이를 보정한다. 이 경우 두께 'G'인 게이지 블럭을 사용하여 지시되는 LVDT의 값을 '0'로 리세트(reset)하고 실제 측정되는 Short Ball-Bar의 LVDT의 값에 'G+2R'를 더하면 실제 2개의 마스터볼과의 공간길이가 측정되게 된다.

상술한 바와 같이,본 발명은 LVDT 트랜스듀서를 2개의 마스터볼 사이에 고정한 종래의 볼-바 장치와는 달리 LVDT 트랜스듀서를 바깥쪽으로 하여 LVDT 트랜스듀서 자체 길이에 의해 Ball-Bar길이 변화의 한계가 되는 문제를 해결한 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치를 제공하는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 볼-바( Ball-Bar) 장치에 있어서,

   이동부재와 고정부재에 각각 고정되는 두개의 마스터 볼(21,22);

   그 내부에 상기 마스터 볼이 이동 가능하고 또한그 길이가 상기 두개의 마스터 볼의 직경을 더한 값 보다 크게 형성된 내부홀(25a)을 갖고, 그리고 그 상,하부 면에 상기 마스터볼이 수용될 수 있고,상기 내부홀(25a)과 관통되도록 형성된 관통홀(25b)을 갖는 몸체부(25);

   상기 몸체부(25)의 한쪽 단부에 유지되어 있는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)트랜스듀서(23);

   컵부가 내부홀(25a)을 향하도록 상기 몸체부(25)의 한쪽단부에 고정되는 고정 마그네틱 컵(24a)과 컵부가 내부홀을 향하도록 LVDT 트랜스듀서(23)에 고정되는 이동 마그네틱 컵(24b)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치
2. 제1항에 있어서,상기 몸체부(25)는 열팽창계수가 적은 탄소섬유(Carbon Fiber)로 형성되고, 그리고 상기 관통홀(25b)은 타원형인 것을 쇼트 볼-바( Shot Ball-Bar)장치