KR20020035048A - Cylindricity measurement machine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원통의 기하오차, 즉, 원통도, 직진도, 평행도, 진원도, 흔들림 등을 측정하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring the geometrical error of a cylinder, i.e., cylindricalness, straightness, parallelism, roundness, shaking, and the like.
도 1은 종래기술에 의한 측정장치의 측정방법을 설명하기 위한 개략 사시도이다. 이에 따르면 원통형의 피측정물(1)은 척(2)에 의해 고정되며 척에는 제어용 회전모터가 구비되어 있어 척의 회전각, 회전속도 등이 제어된다. 직선운동 가이드(3)가 가이드 이송축(z'축)이 척의 회전축(z축)과 서로 평행하며 동일 평면상에 존재하도록 설치되며, 이 직선운동 가이드에는 동력장치 및 이송 제어장치가 구비되어 있어 변위센서(4)가 피측정물의 길이 방향을 따라 이송되며 이송위치, 이송속도 등이 제어된다.1 is a schematic perspective view for explaining a measuring method of a measuring apparatus according to the prior art. According to this, the cylindrical measurement object 1 is fixed by the chuck 2 and the chuck is provided with a controlling rotation motor to control the rotation angle, rotation speed and the like of the chuck. The linear motion guide (3) is installed such that the guide feed axis (z 'axis) is parallel to each other and parallel to the rotation axis (z axis) of the chuck, and the linear motion guide is provided with a power unit and a feed control device. The displacement sensor 4 is conveyed along the longitudinal direction of the object to be measured and the conveying position, the conveying speed and the like are controlled.
상술한 바와 같은 장치를 이용한 원통의 기하오차 측정방법은 다음과 같다.The geometric error measurement method of the cylinder using the apparatus as described above is as follows.
변위센서(4)를 측정하고자 하는 단면의 위치로 이송시킨 후 정지시키고, 피측정물(1)을 1회전 시키면서 회전각에 따른 반경의 변화를 측정하여 단면의 진원도와 흔들림을 도출한다.The displacement sensor 4 is moved to the position of the cross section to be measured and stopped, and the roundness and the shaking of the cross section are derived by measuring the change in the radius according to the rotation angle while rotating the measured object 1 once.
피측정물(1)의 회전을 정지시키고 변위센서(4)를 피측정물의 길이 방향으로이송시키면서 길이 방향 위치에 따른 반경의 변화를 측정하여 원통면의 진직도를 도출한다.The rotation of the object to be measured 1 is stopped and the displacement sensor 4 is moved in the longitudinal direction of the object to be measured, thereby measuring the change in radius according to the longitudinal position to derive the straightness of the cylindrical surface.
서로 다른 두 회전각에 대하여 상술한 피측정물(1)의 길이 방향 위치에 따른 반경의 변화를 측정하여 원통면 위에 있는 두 직선 사이의 평행도를 도출한다.The change in radius according to the longitudinal position of the measurement object 1 described above with respect to two different rotation angles is measured to derive the parallelism between the two straight lines on the cylindrical surface.
피측정물(1)의 원통면 위에 있는 많은 점들에 대한 반경의 변화를 측정하여 원통의 원통도를 도출한다.The change in the radius of many points on the cylindrical surface of the object to be measured 1 is measured to derive the cylinder degree of the cylinder.
그러나 이상에서 설명한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 지적된다. 즉, 척(2)이 회전할 때 회전축(z축)에 흔들림이 발생할 경우, 척의 회전축(z축)과 변위센서(4)의 이송축(z'축) 사이에 평행도 오차가 존재할 경우, 변위센서가 이송 중에 흔들릴 경우, 이것들이 모두 원통의 기하오차 측정결과에 직접적으로 오차를 초래한다는 것이다.However, the following problems are pointed out in the prior art as described above. That is, when the chuck 2 rotates when the rotational axis (z-axis) is shaken, when the parallelism error exists between the rotational axis (z-axis) of the chuck and the feed axis (z 'axis) of the displacement sensor 4, displacement If the sensors are shaken during transport, they all cause errors directly in the cylinder's geometric error measurement results.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 피측정물 원통면의 기하오차를 측정할 때 피측정물의 회전축(z축) 흔들림이나, 그 회전축(z축)과 센서 이송축(z'축) 사이의 평행도 오차, 센서의 이송 중 흔들림 등이 측정 결과에 미치는 부정적 영향을 감소시키고, 기하오차 측정에 소요되는 시간을 단축시키는 원통의 기하오차 측정장치를 제공하는데 있다.The present invention for solving the above problems is the rotation axis (z-axis) of the measurement object when measuring the geometric error of the cylindrical surface of the object, or between the rotation axis (z axis) and the sensor feed axis (z 'axis) The present invention provides a cylindrical geometric error measuring apparatus that reduces the negative effects of parallelism error, shaking during transport of the sensor, and shortens the time required for geometric error measurement.
도 1은 종래기술에 의한 원통의 기하오차 측정장치의 구성을 보인 개략 사시도.1 is a schematic perspective view showing the configuration of a cylindrical geometric error measuring apparatus according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 원통의 기하오차 측정장치의 제1실시예의 구성을 보인 개략 사시도.Figure 2 is a schematic perspective view showing the configuration of a first embodiment of a cylindrical geometric error measuring apparatus according to the present invention.
도3은 도2에 보인 평면광을 이용한 비접촉식 직경측정센서를 사용한 직경측정의 예를 보인 사시도.3 is a perspective view showing an example of diameter measurement using a non-contact diameter measuring sensor using the plane light shown in FIG.
도 4는 본 발명에 의해 측정된 피측정물 길이방향 위치에서의 단면 반경을 보인 측면도.Figure 4 is a side view showing the cross section radius in the longitudinal position of the object measured by the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 측정값으로부터 진직도를 도출하는 설명도.5 is an explanatory diagram for deriving straightness from measured values according to the present invention;
도 6은 본 발명에 의한 측정값으로부터 평행도를 도출하는 설명도.6 is an explanatory diagram for deriving parallelism from the measured value according to the present invention;
도 7은 본 발명에 의한 측정값으로부터 진원도를 도출하는 설명도.7 is an explanatory diagram for deriving roundness from a measured value according to the present invention;
도 8는 본 발명에 의한 원통의 기하오차 측정장치의 제2실시예의 구성을 보인 개략 사시도.8 is a schematic perspective view showing the configuration of a second embodiment of a cylindrical geometric error measuring apparatus according to the present invention;
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
4: 변위센서 5: 베이스 플레이트4: displacement sensor 5: base plate
6: 피측정물 7: 척6: object 7: chuck
8: 비접촉식 직경측정센서(발광센서) 8': 비접촉식 직경측정센서(수광센서)8: Non-contact diameter measuring sensor (light emitting sensor) 8 ': Non-contact diameter measuring sensor (light receiving sensor)
9: 직선운동가이드 10: 평면광9: linear motion guide 10: plane light
13,13': 회전바퀴(종동측) 14,14': 회전바퀴(구동측)13,13 ': rotating wheel (drive side) 14,14': rotating wheel (drive side)
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원통 형상을 갖는 피측정물의 일단을 파지하고 회전시키기 위한 회전수단과, 상기 피측정물의 일측에 구비되어평행한 직선광으로 이루어진 평면광을 제공하는 발광부와 상기 피측정물의 타측에 구비되어 상기 평면광을 감지하기 위한 수광부를 포함하는 비접촉식 직경측정센서, 및 상기 피측정물의 일측에서 상기 비접촉식 직경측정센서와 연결되고, 상기 비접촉식 직경측정센서를 상기 회전수단의 회전 중심축과 평행하게 이동시키기 위한 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통의 기하오차 측정장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object, the light emitting means for providing a planar light consisting of a rotating means for holding and rotating one end of the object to be measured having a cylindrical shape, and parallel linear light is provided on one side of the object to be measured A non-contact diameter measuring sensor including a light receiving unit for sensing the planar light provided on the other side of the object and the object to be measured, and connected to the non-contact diameter measuring sensor at one side of the object to be measured, and rotating the non-contact diameter measuring sensor to the rotation. It provides a cylindrical geometric error measuring device comprising a drive means for moving in parallel with the central axis of rotation of the means.
이하 본 발명에 의한 측정장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the measuring device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저 본 발명에 의한 제1실시예를 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2를 참조하면, 베이스 플레이트(5)에는 원통 형상을 갖는 피측정물(6)을 장착하고 회전시키기 위한 척(7)이 구비되어 있다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 회전 모터와 같은 제1구동부가 베이스 플레이트(5)의 하부에 구비되어 척(7)을 회전시키기 위한 회전력을 제공한다. 척의 일측에는 피측정물(6)의 기하오차를 측정하기 위한 비접촉식 직경측정센서(8,8')를 상하 구동시키기 위한 직선운동가이드(9)가 척의 중심축(z)에 평행한 축(z')을 따라 구비되며, 비접촉식 직경측정센서는 직선운동가이드를 따라 상하 구동된다. 이때, 비접촉식 직경측정센서(8,8')는 볼 스크류 방식과 같은 직선 이동 방식에 의해 상하 이동이 가능하며, 베이스 플레이트(5)의 하부에는 비접촉식 직경측정센서를 상하 구동하기 위한 회전모터와 같은 제2구동부(미도시)가 구비된다. 또한, 베이스 플레이트(5)에는 척(7)의 회전각과 회전 속도 및 비접촉식 직경측정센서(8,8')의 상하 위치와 이동 속도를 제어하기 위한 제어부(미도시)가 구비되어 있다.First, the first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. Referring to FIG. 2, the base plate 5 is provided with a chuck 7 for mounting and rotating the measuring object 6 having a cylindrical shape. Here, although not shown, a first driving unit such as a rotating motor is provided below the base plate 5 to provide a rotational force for rotating the chuck 7. On one side of the chuck, a linear movement guide 9 for vertically driving the non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 'for measuring the geometric error of the measured object 6 is parallel to the central axis z of the chuck. And a non-contact diameter measuring sensor is driven up and down along the linear motion guide. At this time, the non-contact diameter measuring sensor (8,8 ') can be moved up and down by a linear movement method, such as a ball screw method, the lower portion of the base plate (5) such as a rotary motor for driving up and down non-contact diameter measuring sensor A second driving unit (not shown) is provided. In addition, the base plate 5 is provided with a control unit (not shown) for controlling the rotation angle and rotation speed of the chuck 7 and the vertical position and the movement speed of the non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 '.
도 3를 참조하여 도 2에 보인 본 발명에 의한 장치에서 구비하고 있는 비접촉식 직경측정센서(8,8')의 측정원리를 설명한다. 평행한 직선광으로 이루어진 평면광(10)(이하 '평면광'이라 한다)이 발광센서(8)로부터 방사되어 수광센서(8')에 도달한다. 수광센서(8')에는 미세한 광 감지소자가 배열되어 있어 미세 간격으로 광의 도달 여부를 검출한다. 따라서 발광센서(8)와 수광센서(8') 사이에 피측정물(6)을 그것의 중심축이 평면광(10)과 직교하도록 위치시키면 평면광의 폭 중 피측정물의 직경길이 만큼이 수광센서에 도달하지 못하므로 수광센서에 배열되어있는 광 감지소자로부터 광이 도달하지 못한 부분의 길이를 측정하여 피측정물(6) 원통면의 직경을 측정한다.With reference to FIG. 3, the measuring principle of the non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 'provided in the apparatus by this invention shown in FIG. 2 is demonstrated. Planar light 10 (hereinafter referred to as' plane light ') made of parallel linear light is emitted from the light emitting sensor 8 to reach the light receiving sensor 8'. The light receiving sensor 8 'is arranged with a fine light sensing element to detect whether light reaches at a fine interval. Therefore, if the object 6 is placed between the light emitting sensor 8 and the light receiving sensor 8 'such that its central axis is orthogonal to the plane light 10, the light receiving sensor is as much as the diameter length of the object to be measured. Since it does not reach, the diameter of the cylindrical surface of the object to be measured (6) is measured by measuring the length of the portion where the light does not reach from the light sensing element arranged in the light receiving sensor.
또한 도 2와 도 3를 참조하여 피측정물의 반경을 측정하는 방법을 설명한다. 도 2에 보인 장치에 초정밀 표준원통을 그것의 중심축이 척(7)의 회전축(z)과 일치되도록 척에 장착한다. 이 표준원통의 직경을 비접촉식 직경측정센서(8,8')로 측정하며 이때 수광센서(8') 위에 평면광(10)이 도달하지 않은 부분의 중앙점 Q의 위치를 확인한다. 이점 Q는 척(7)의 회전축(z)이 평면광(10)에 의해 수광센서(8')에 투사된 점이다. 따라서 원통형 피측정물을 측정할 때 Q점으로부터 수광센서(8')에 평면광이 도달하지 않은 양 끝점까지의 거리 r, r'을 측정하면 이 값이 각각 원통면 상의 두점 A, A'의 반경이 된다.Also, a method of measuring a radius of an object to be measured will be described with reference to FIGS. 2 and 3. In the device shown in Fig. 2, an ultra-precision standard cylinder is mounted on the chuck such that its central axis coincides with the axis of rotation z of the chuck 7. The diameter of the standard cylinder is measured by non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 ', and at this time, the position of the center point Q of the part where the plane light 10 has not reached on the light receiving sensor 8' is checked. The advantage Q is that the axis of rotation z of the chuck 7 is projected onto the light receiving sensor 8 'by the plane light 10. Therefore, when measuring the cylindrical object, the distances r and r 'from the Q point to the two end points where the plane light does not reach the light receiving sensor 8' are measured. Radius.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 반경측정 방법의 종래기술에 비교한 장점은 다음과 같다. 도 2를 참조하여 설명하면, 비접촉식 직경측정센서(8,8')가 평면광의 방사방향(y방향)으로 흔들리거나 척(7)의 회전축(z)이 y-z 평면상에서 α회전방향으로 기울어져 있어도 반경측정 결과에는 아무런 오차를 초래하지 않는 이점이 있다. 또한 본 발명에 의한 측정은 한 측정 위치에서 중심축에 대칭되는 두 점의 반경을 동시에 측정하므로, 한 측정위치에서 한 점의 반경만을 측정하는 종래 기술에 비해 측정에 소요되는 시간이 단축되는 이점이 있다.Advantages compared to the prior art of the radius measuring method according to the present invention as described above are as follows. Referring to FIG. 2, even if the non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 ′ are shaken in the radial direction (y direction) of the plane light or the rotation axis z of the chuck 7 is inclined in the α rotation direction on the yz plane. The radius measurement result has the advantage of not causing any error. In addition, since the measurement according to the present invention simultaneously measures the radius of two points symmetrical to the central axis at one measurement position, the time required for the measurement is shortened compared to the prior art of measuring only one radius at one measurement position. have.
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 측정방법을 이용하여 원통의 기하오차를 도출하는 방법은 아래와 같다.The method of deriving the geometrical error of the cylinder using the measuring method according to the present invention as described above is as follows.
피측정물(6)의 회전을 정지시킨 후 비접촉식 직경측정센서(8,8')를 피측정물의 길이 방향으로 일정 간격씩 이송시키면서 각각의 위치에서 반경을 측정하여 도 4와 같은 측정값을 획득한다.After stopping the rotation of the measured object 6, the non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 'were transferred at regular intervals in the longitudinal direction of the measured object to measure the radius at each position to obtain a measured value as shown in FIG. do.
이 측정값들로부터 도 5에 보인 바와 같은 진직도의 정의에 의해 측정된 원통면 상의 길이방향 직선의 진직도 S를 도출한다. 이와 같은 본 발명에 의한 진직도 측정에서는 도 2에서 보인 α, β의 회전 방향으로 피측정물(6)이 기울어져 있거나, 비접촉식 직경측정센서(8,8')가 평면광의 방사방향(y축 방향)으로 흔들려도 측정결과에는 아무런 오차를 초래하지 않는 이점이 있다.From these measurements, the straightness S of the longitudinal straight line on the cylindrical surface determined by the definition of straightness as shown in Fig. 5 is derived. In the straightness measurement according to the present invention, the measured object 6 is inclined in the rotational directions of α and β shown in FIG. 2, or the non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 ′ are in the radial direction (y-axis) of plane light. Direction), it does not cause any error in the measurement result.
또한 도 6에 보인 바와 같은 평행도 정의에 의하여 중심축에 대하여 대칭인 원통면 상의 길이방향 두 직선 사이의 평행도 P를 도출한다. 이와 같은 본 발명에 의한 평행도 측정에서는 도 2에서 보인 α, β의 회전 방향으로 피측정물(6)이 기울어져 있거나, 비접촉식 직경측정센서(8,8')가 평면광의 방사방향(y축 방향)으로 흔들려도 측정결과에는 아무런 오차를 초래하지 않는 이점이 있다.The parallelism definition as shown in FIG. 6 also derives the parallelism P between two longitudinal straight lines on the cylindrical surface which is symmetrical about the central axis. In the parallelism measurement according to the present invention, the measured object 6 is inclined in the rotation direction of α and β shown in FIG. 2, or the non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 ′ are in the radial direction of the plane light (y-axis direction). ), It does not cause any error in the measurement result.
비접촉식 직경측정센서(8,8')를 피측정물(6) 길이 방향으로 임의의 위치에이송한 후 정지시키고, 피측정물을 회전시키면서 미소 회전각 Δθ 마다 반경을 측정하여 도 7에 보인 바와 같이 피측정물 단면의 형상을 측정하고, 진원도의 정의에 의하여 측정된 단면의 진원도 C를 도출한다.The non-contact diameter measuring sensors 8 and 8 'are moved to an arbitrary position in the longitudinal direction of the measured object 6, and then stopped, and the radius is measured at each minute rotation angle Δθ while rotating the measured object, as shown in FIG. Similarly, the shape of the cross section of the measured object is measured, and the roundness C of the measured cross section is derived by the definition of the roundness.
도 7에 보인 피측정물(6) 단면 회전각에 따른 반경의 최대값 rmax와 최소값 rmin으로부터 측정된 단면의 흔들림 오차 R = rmax- rmin이 도출된다.7 shown in the measured object (6) in a radial cross-section rotates maximum value r max and for each vibration error in the cross section measured from a minimum value r min R = r max - r min is derived.
상술한 바와 같은 방법으로 피측정물(6)의 각각의 미소 회전각에 대하여, 피측정물의 길이 방향 각각의 위치에서의 원통면 반경을 측정하면 피측정물의 원통면이 공간상에 정의되고, 이 값들로부터 원통도의 정의에 따라 원통도 오차를 도출한다.With respect to each micro-rotation angle of the measured object 6 by the above-described method, measuring the cylindrical surface radius at each position in the longitudinal direction of the measured object defines the cylindrical surface of the measured object in space. From the values, the cylinder error is derived according to the definition of the cylinder.
본 발명에 의한 바람직한 제2실시예를 도 8에 보인 개략 사시도를 참조하여 설명한다. 도 8을 참조하면, 직선운동가이드(11)가 하부에 수평으로 구비되며, 직선운동가이드의 양단부에는 피측정물(12)을 수평으로 장착하고 회전시키기 위한 종동측 회전바퀴(13,13')와 구동측 회전바퀴(14,14')를 지지하기 위한 제1지지부(15) 및 제2지지부(16)가 구비된다. 구동측 회전바퀴(14,14')는 제2지지부(16)에 장착되는 제1회전모터(17)와 벨트(18) 및 풀리(19)에 의해 강제 회전되며, 피측정물(12)은 구동측 회전바퀴와의 접촉면 마찰에 의해 회전된다. 비접촉식 직경측정센서(20,20')는 제1지지부(15)와 제2지지부(16) 사이에 구비되는 제3지지부(21) 상에 장착되며, 제3지지부는 직선운동가이드(11)를 따라 왕복 운동된다. 제3지지부(21)를 이동시키기 위하여 직선운동가이드(11)에는 일측에제2회전모터(22)가 구비되고, 볼 스크류와 같은 직선운동 방식이 구비된다. 제어부(미도시)에 의해 피측정물(12)의 회전각과 회전속도 및 제3지지부(21)의 이동 위치 및 이동 속도가 제어되며, 앞에서 설명한 바와 같이 피측정물의 기하오차가 도출된다. 이와 같은 제2실시예는 원통형 피측정물이 현장에서 수평으로 놓여져 사용되는 경우, 중력에 의한 처짐 발생 등 실제 사용 조건의 영향이 포함된 상태의 기하오차를 측정할 수 있는 이점이 있다.A second preferred embodiment according to the present invention will be described with reference to the schematic perspective view shown in FIG. Referring to FIG. 8, a linear motion guide 11 is provided horizontally at the lower part, and driven side rotation wheels 13 and 13 ′ for horizontally mounting and rotating the measurement object 12 at both ends of the linear motion guide. And a first support part 15 and a second support part 16 for supporting the driving side rotating wheels 14 and 14 '. The driving side wheels 14 and 14 'are forcibly rotated by the first rotary motor 17 and the belt 18 and the pulley 19 mounted on the second support 16, and the measured object 12 is It is rotated by friction of the contact surface with the driving wheel. The non-contact diameter measuring sensor 20, 20 ′ is mounted on the third support 21 provided between the first support 15 and the second support 16, and the third support includes a linear motion guide 11. Reciprocating along. In order to move the third support 21, the linear motion guide 11 is provided with a second rotary motor 22 on one side, a linear motion method such as a ball screw is provided. By the controller (not shown), the rotation angle and rotation speed of the object to be measured 12 and the moving position and the speed of the third support part 21 are controlled. As described above, the geometric error of the object to be measured is derived. Such a second embodiment has an advantage of measuring the geometrical error in a state that includes the influence of the actual use conditions, such as the occurrence of deflection due to gravity, when the cylindrical object is placed horizontally in the field.
위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 원통의 기하오차 측정장치에 의하면 측정할 때 발생하는 피측정물 회전축의 흔들림, 피측정물 회전축과 센서 이송축 사이의 평행도 오차, 센서의 이송 중 흔들림 등이 원통의 기하오차 측정정밀도에 미치는 부정적 영향을 감소시키는 효과가 있다. 또한 측정에 소요되는 시간을 감소시키는 효과가 있다.According to the geometric error measuring apparatus of the cylinder according to the present invention as described above, the shake of the rotating shaft of the object under measurement, the parallelism error between the rotating shaft of the measuring object and the sensor feed shaft, the shaking during the feeding of the sensor, etc. This has the effect of reducing the negative effect on geometric error measurement accuracy. It also has the effect of reducing the time required for measurement.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art various modifications and variations of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (1)
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