KR200247266Y1 - 엔씨 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대 - Google Patents

Abstract

본 고안은 NC 공작기계에 있어 사용중 발생되는 위치오차를 측정할 수 있는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대에 관한 것으로서, 일측에는 길이 방향으로 원호형 홈부가 형성되어 있는 환봉과, 상기 홈부에는 터치프로브에 4개소 이상의 점이 측정되는 다수의 볼이 등간격으로 장착됨을 특징으로 하는 것이다. 그리고 상기 환봉의 하단에는 수평 베이스가 장착되어 수직 볼 막대를 제조하고, 상기 환봉의 양단에 받침대가 추가로 장착되어 수평 볼 막대를 제조함을 특징으로 하는 것이다.

Description

엔씨 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대{boll bar of NC measure three-dimensional position error}

본 고안은 NC 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 NC 공작기계에 있어 사용중 발생되는 위치오차를 측정할 수 있는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대에 관한 것이다.

일반적으로 NC(Numerical Control) 공작기계라 함은, 각종 수단을 통해 입력되는 수치정보를 통해 기계를 구성하는 각종 수단을 자동제어(自動制御)하는 기계를 총징하는 것이다. 따라서, 본 고안의 NC 공작기계에 있어서, 공작물이 올려지는 테이블과 주축을 포함하는 각 이송축의 3차원 위치오차를 수시로 측정한 후, 이를 기준으로 하여 공작기계의 오차를 보정하는 방법과 장치에 관한 것이다.

이에, NC 공작기계의 오차는 공간오차와 구조적인 오차로 나누어지는데, 구조적인 오차로는 각도 오차인 피치(pitch)오차와 흔들림 오차인 요(yaw)오차 및 롤링(rolling)오차 등이 있다.

따라서, 도 10은 공작기계의 각도오차에 따른 가공물의 영향 정도를 나타낸 것으로서, 각도오차의 영향으로 인하여 테이블과 가까운 부분의 오차정도보다 상대적으로 테이블 보다 상대적으로 거리가 먼 부분의 오차정도가 커지게 되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 종래에는 상기와 같은 공간오차와 구조적인 오차들을 측정할 경우에는 각각의 오차를 부분적으로 측정하는 여러 종류의 장치가 필요한 문제점을 가지고 있었다.

또한 상기한 오차를 동시에 측정할 수 있는 장비는, 레이져 측정기(Laser interferometer)가 알려져 있으나, 이를 사용할 경우에는 고가의 비용과 많은 시간이 낭비되는 문제점을 가지고 있었다.

이에 본 고안은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 고안된 것으로, NC 공작기계의 테이블 상에 올려져 터치 프로브를 통해 공작기계의 오차측정이 가능한 볼 막대를 제공함을 목적으로 한다.

또한 환봉에 장착되는 볼의 절반이상을 돌출시켜 측정의 정밀도를 높일 수 있는 목적도 있다.

또 환봉을 수직 또는 수평으로 안정되게 위치시킬 수 있도록 함으로서, 작업공간의 오차측정의 정밀도를 높일 수 있는 목적도 있다.

이에 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 일측에는 길이 방향으로원호형 홈부가 형성되어 있는 환봉과, 상기 홈부에는 터치프로브에 4개소 이상의 점이 측정되는 다수의 볼이 등간격으로 장착됨을 특징으로 하는 것이다.

그리고 상기 환봉의 하단에는 수평 베이스가 장착되어 수직 볼 막대를 제조하고, 상기 환봉의 양단에 받침대가 추가로 장착되어 수평 볼 막대를 제조함을 특징으로 하는 것이다.

도 1은 본 고안의 볼 막대을 나타낸 일부 분해 사시도.

도 2는 상기와 같이 구성된 볼 막대를 수직으로 세워 수직볼 막대를 구성하는 상태를 나타낸 사시도.

도 3은 상기과 같이 구성된 볼 막대를 수평으로 세워 수평 볼 막대를 구성하는 상태를 나타낸 사시도.

도 4는 본 고안에 따른 볼 막대에 장착된 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정하는 단계를 도시한 도면.

도 5는 본 고안에 따른 수평 볼 막대를 X,Y평면상에서 측정하는 단계를 나타낸 도면.

도 6은 본 고안에 따른 X,Y평면상의 오차를 측정하는 단계를 나타낸 도면.

도 7은 본 고안에 따른 수직 볼 막대를 측정하는 단계를 나타낸 도면.

도 8은 본 고안에 따른 평면 및 수직 측정값을 이용하여 3차원 오차를 설정하는 단계를 나타낸 도면.

도 9는 본 고안에 따른 3차원 오차좌표와 표준좌표간의 오차정도를 파악하는 오차지도를 나타낸 사시도.

도 10은 공작기계의 각도오차에 따른 가공물의 영향 정도를 나타낸 도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 환봉

11 : 홈부

2 : 볼

3 : 수평 베이스

4 : 수직 받침대

이하, 본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 볼 막대을 나타낸 사시도로서, 먼저 그 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 볼 막대는, 일측에 길이 방향으로 원호형 홈부(11)가 형성되어 있는 환봉(1)과, 상기 홈부(11)에 장착되어 터치 프로브를 통해 4개소 이상의 점이 측정되는 다수의 볼(2)로 구성됨을 특징으로 하는 것이다.

특히 상기 볼(2)은 터치 프로브의 측정정밀도를 향상시킬 수 있도록 베어링 볼이 사용되는 것이 적당한 것이다.

그리고 상기 원호형 홈부(11)의 삽입되는 볼(2)은 홈부(11)에서 절반 이상이 돌출됨으로서, 3차원 좌표측정기 또는 공작기계의 공구홀더의 장착되는 터치 프로브의 측정 정밀도를 높일 수 있는 것이다.

도 2는 상기와 같이 구성된 볼 막대를 수직으로 세워 수직 볼 막대를 구성하는 상태를 나타낸 사시도로서, 상기 다수의 볼(2)이 장착되어 있는 환봉(1)의 하단에는 공작기계의 테이블 상에 올려져 환봉(1)을 수직으로 직립시키는 수평베이스(3)가 장착되어 구성되는 것이다.

도 3은 상기과 같이 구성된 볼 막대를 수평으로 세워 수평 볼 막대를 구성하는 상태를 나타낸 사시도로서, 상기 다수의 볼(2)이 장착되어 있는 환봉(1)의 양단에는 공작기계의 테이블 상에 환봉(1)을 수평으로 위치시킬 수 있는 수직 받침대(4)가 추가로 장착되어 구성되는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 볼 막대를 이용하여 공작기계의 3차원 위치오차 보정방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 수직 볼 막대와 수평 볼 막대를 준비한다(도 1 내지 도 3참조).

다음 상기 수직, 수평 볼 막대(1,2)를 3차원 좌표측정기(도시않됨)를 통해 상기 볼 막대의 볼 중심의 3차원 좌표를 측정하여 볼 막대의 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이타를 설정한다(도 4참조).

다음 NC 공작기계의 공구홀더에 터치 프로브를 장착하는 터치 프로브 장착한다(도시않됨). 그후 NC 공작기계 테이블의 X,Y 평면상에서 상기 수평 볼 막대를 반시계 방향으로 순서적으로 이동시키면서 각 볼 중심값을 측정한다(도 5참조).

다음 볼 막대가 수평을 이루는 시점에서의 2가지 경우에서 볼 막대의 좌표값을 보상한다(도 6참조).

다음 상기 사각으로 측정된 각 모서리 부분에서 테이블의 상면에 수직 볼막대를 세워 수직 볼막대의 각 볼의 중심값을 측정한다(도 7참조).

다음 상기 직육면체 상으로 측정된 볼 중심의 측정좌표에서 상기 3차원 표준좌표를 기준으로 가상의 직육면체상으로 설정된 볼 중심의 3차원 표준좌표 데이터를 감하여 각 볼의 오차벡터(ex,ey,ez)를 계산하여 3차원 오차를 설정한다. 그리고 상기 3차원 오차 설정하는 단계에서는 3차원 오차좌표와 표준좌표간의 오차정도를 파악할 수 있도록 3차원 오차지도(Error map)를 형성하여, 3차원의 위치오차를 확인하는 것이다(도 8 및 도 9 참조).

최종적으로 상기 설정된 3차원 오차를 NC 공작기계의 제어부에 입력하여 공작기계의 오차를 보정하는 것이다.

상술한 바와 같은 본 고안은, NC 공작기계의 테이블 상에 올려져 터치 프로브를 통해 공작기계의 오차측정이 가능한 볼 막대를 제공함으로서, NC 공작기계의 오차보정을 가능하게 할 수 있는 효과가 있다.

또한 환봉에 장착되는 볼의 절반이상을 돌출시켜 터치프로브의 측정을 쉽게 할 수 있는 효과도 있는 것이다.

또 환봉을 수직 또는 수평으로 안정되게 위치시킬 수 있도록 함으로서, 직육면체 작업공간의 오차측정의 정밀도를 높일 수 있는 효과도 있다.

Claims (4)

1. 일측에는 길이 방향으로 원호형 홈부(11)가 형성되어 있는 환봉(1)과,

   상기 홈부(11)에는 터치프로브에 4개소 이상의 점이 측정되는 다수의 볼(2)이 등간격으로 장착됨을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대.
2. 제 1항에 있어서, 상기 원호형 홈부(11)의 삽입되는 볼(2)은 터치프로브의 측정정밀도를 높일 수 있도록 홈부(11)에서 절반 이상이 돌출됨을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대.
3. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 볼(2)이 장착되어 있는 환봉(1)을 하단에는 공작기계의 테이블 상에 올려져 환봉(1)을 수직으로 직립시키는 수평 베이스(3)가 추가로 장착됨을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼 막대.
4. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 볼(2)이 장착되어 있는 환봉(1)의 양단에는 공작기계의 테이블 상에 환봉(1)을 수평으로 위치시킬 수 있는 수직 받침대(4)가 추가로 장착됨을 특징으로 하는 NC 공작기계의 3차원 위치오차 측정용 볼막대.