KR20060080200A - 광 빔을 이용하여 기계 부품의 위치를 체킹하는 방법 및시스템 - Google Patents

Abstract

체킹 방향(X)을 따르는 기계 부품(2), 예를 들어 선반의 툴의 위치를 체킹하는 방법 및 시스템은 레이저 빔(7) 및 상기 빔의 차단을 검출하기 위한 센서(8)을 구비한 광전자 디바이스(1)를 채용한다. 체킹 영역(13)내의 광전자 디바이스와 체킹될 부품간의 상호 변위들은 검사 위치들(Pi;P1-P4)에서의 그리고 체킹 방향에 수직한 방향(Z)을 따른 직선 검사 움직임(30)을 포함하는 시퀀스에 따라 제어된다. 검사 위치들은 검색된 위치(PN)으로 수렴되는 시퀀스에 따라, 점진적으로 감소되는 상호간의 거리(D)에서 체킹 방향을 따라 이격된다.

Description

광 빔을 이용하여 기계 부품의 위치를 체킹하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CHECKING THE POSITION OF A MECHANICAL PART WITH A LIGHT BEAM}

본 발명은 체킹 방향과 횡방향의 궤적을 따라 광 빔을 생성시키는 디바이스, 광 빔의 차단(interruption)을 검출하는 센서, 및 체킹 방향과 횡방향의 검사 방향 및 체킹 방향을 따라 기계 부품과 광 빔 사이의 상호 변위를 야기하는 디바이스를 포함하는 장치에 의하여 1이상의 체킹 방향을 따라 기계 부품의 위치를 체킹하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 기계 툴의 터릿(turret)과 커플링되는 툴의 위치를 체킹하는 시스템에 관한 것이다.

위치 또는 무결성(integrity)을 자동적으로 체킹하는 장치들은, 툴이 회전 스핀들에 커플링되는 경우 실제 기계가공 단계의 과정에서 툴의 콘디션이 체킹될 수 있는 수치제어 머시닝센터로서 다양한 타입의 공작기계에서 흔히 활용된다.

공지된 장치 및 방법들은 이러한 타입의 체킹들을 수행한다. 즉, 툴과 접촉하는 필러 또는 예를 들어 광선 또는 빔을 채용하는 광학시스템인 무접촉 시스템을 활용함으로써, 툴의 존재, 위치, 치수 및 있을지도 모를 파손들을 결정한다.

미국특허 제US-A-3912925호는 툴의 세기를 체킹하는 디바이스들은 제한된 두께를 갖는 횡방향 광 빔을 활용하는 드릴링머신에 대해 개시하고 있다. 상기 빔들 은, 툴들의 피드 방향과 실질적으로 공면(coplanar)이다. 툴의 특정 위치에서 광 빔의 비-차단(non-interruption)이 검출되고 툴의 유사 조건을 알린다.

선험적으로(a priori) 정밀하게 알려진 것이 아닌 프로파일을 갖는 비-회전 툴의 위치 및/또는 치수를 체킹하는 광학 또는 광전자 시스템의 상이한 적용은 특정한 문제들을 나타낸다. 이는, 예를 들어, 체킹 툴들이 선반의 툴-홀더("터릿")에 배치되고, 이들 툴들의 커팅 에지의 위치를 정확하게 체킹할 필요가 있는 경우이다.

툴(예를 들어, "섀도우-캐스팅" 시스템)의 전체 프로파일을 검출 및 분석할 수 있는 동등하게 두꺼운 광 빔을 채용하는 두꺼운 선형 센서들을 구비한 고가의 섬세한 디바이스가 사용될 수 없을 때마다, 그리고 제한된 두께를 갖는 광 빔(예를 들어 레이저 빔)의 차단이 간단히 검출되는 장치를 활용하는 것이 요망될 때마다, 특정 문제가 발생된다. 툴의 전체 프로파일을 따르는 해당 치수(significative dimension)의 위치가 선험적으로 알려지지 않기 때문에, 상기 문제는 체킹될 해당 치수에서 툴이 광 빔을 간섭할 수 있는 툴과 광 빔간의 정확한 구성을 찾는 것이다.

예를 들어, 미국특허 제US-A-3749500호(도 17, 16 칼럼, 4-21줄)에 제안된 해법은 체킹될 치수의 방향과 실질적으로 수직한, 체킹될 툴의 프로파일을 포함하는 평면내에 빔이 놓이는 방식이 되도록 광전자 장치를 구성하는 것이다. 많은 경우에, 이러한 가능 해법은 가용 공간이 불충분하다는 이유로 적용불가능하다. 또한, 이러한 해법은, 상이한 툴들 - 예를 들어, 동일 터릿상의 상이한 위치들에 장 착되는 툴들 - 의 체킹을 수행할 수 없기 때문에 실제로 플랙서블하지 않으며, 상기 툴의 해당 프로파일, 즉 체킹될 커팅 에지를 포함하는 프로파일은 상이한 평면내에 놓여 있다. 따라서, 프로파일의 평면과 수직하게 또는 그 역으로 빔을 변위시키는 가능성을 예측함으로써 시스템에 복잡성(complexity)을 부가시키고, 상기 방향으로 추가적인 스캔을 수행함으로써 정확한 위치를 식별할 필요가 있다.

또한, 미국특허 제US-A-3749500호에 개시된 해법을 수행할 수 있도록 하는 체킹들은 해당 프로파일 평면을 따르는, 즉 광 빔에 수직한 단일 방향으로 제한된다. 이는, 복수의 광 빔들을 여타의 방법으로 구성하지 않는 한, -흔히 발생되는 바와 같이- 해당 프로파일 평면을 따르는 상이한 방위들을 갖는 개념적으로 펑티폼한(punctiform) 작동 영역을 포함하는 커팅 에지들을 구비한 툴의 체킹의 배제(preclusion)를 의미한다.

따라서, 광 빔은 툴 프로파일의 평면에 대해 횡방향(보다 특별하게는, 수직 방향)으로 놓인 광전자 장치의 상이한 구성에 의지하는 것이 선호된다.

도 1은 x 방향을 따르는 끝단점(C)을 포함하는 기계 부품(U)의 평면(X-Z)을 따른 단면도를 개략적으로 나타내고 있으며, 그것의 위치는 동일 방향(x)(체킹 방향)을 따라 체킹되도록 되어 있다. 도 1은 또한, 평면(X-Z)에 대해 수직한 방향(Y)을 따라 구성되는 광 빔(R)의 동일 평면(X-Z)을 따르는 단면도를 나타내고 있다. 기계 부품(U)은, 예를 들어 선반의 터릿에 장착되고, 선험적으로 알려지지 않은 평면(X-Z)을 따르는 하나의 위치에서 커팅 에지(C)를 포함하는 툴을 개략적으로 나타내고 있는데, 이 커팅에지의 위치는 X 방향을 따라 배치되도록 되어 있다.

체킹을 수행하는 방법은 프로파일의 포인트 스캔에 의해 단면을 따르는 부품(U)의 프로파일(B)-프리오리가 알려지지 않음-의 트렌드 식별을 예측한다. 체킹될 툴이 선반의 터릿에 배치된다면, 예를 들어 공지된 타입의 시퀀스에 따라 X 및 Z 방향을 따라서 터릿을 변위시키고, 프로파일(B)의 복수의 포인트들에서의 광 빔(R)의 차단들을 검출하고, 예를 들어 빔(R)에 의해 "접촉되지" 않는 프로파일(B)의 포인트들을 배치시키는 보간을 포함하는, 역시 공지된 타입의 프로세싱들을 실행함으로써 스캔이 수행된다.

이러한 공지된 방법은, 선택된 스캔 간격, 스캔의 타입(보다 많거나 보다 적은 체킹될 포인트들의 개수 및 그에 따른 보다 길거나 짧은 관련 시간) 및 그에 따라 필요한 프로세싱들로 한정된(bound to) 신뢰성의 문제들을 일으킨다. 실제로, 프로파일의 부정확성하거나 또는 불완전한 검출은, 그것의 위치가 체킹되어야만 하는, -상술된 예시에서- X방향으로의 최대 돌출부 포인트(C)의 잘못된 식별을 야기할 수도 있다.

어떠한 경우이든, 공지된 방법은 시간 소모적이며 복잡한 프로세싱들과 연루되어 있다.

본 발명의 목적은 툴의 위치를 체킹하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이며, 보다 구체적으로는, 프로파일이 선험적으로 알려져 있지 않은, 툴의 커팅에지, 즉, 공지된 방법들 및 시스템들에서 나타나는 단점들을 극복하는 간단하고 신뢰성 있는 툴의 커팅에지를 제공하는 것이다.

이 목적과 여타의 목적 및 장점들은 청구항 제1항 또는 제11항에 따른 방법 및 청구항 제13항에 따른 시스템에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법 및 그와 연관된 시스템들에서 제공되는 장점들 중에는, -동일한 장치에 의해 극히 단순하고 신속한 방법으로- 툴의 작동 영역들의 위치, 즉 상이한 방향들을 따르는 기계가공을 수행하도록 배향되는 커팅에지의 포인트들을 식별할 가능성 및 실행가능한 체킹들의 괄목할 만한 속도가 있다.

이하, 본 발명이, 예시로 제한하기 위해 주어진 것이 아닌 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 방법에 의하여 체킹될 기계 부품의 개략적 부분도;

도 2는 본 발명에 따른 시스템을 실행시키는 공작기계상의 적용에 대해 간략하게 나타낸 도;

도 3은 도 2의 Y방향을 따라, 도 2의 공작기계의 툴의 부분확대도;

도 4는 본 발명에 따른 방법의 다양한 단계들을 나타내는 블록들을 갖는 다이어그램;

도 5는 본 발명에 따른 체킹 방법에서 변위들의 시퀀스의 그래픽적 표현을 포함하는, 도 3에 도시된 툴의 추가적인 부분확대도이다.

도 2는 기계 부품(2)을 체킹하는 과정에서 광전자 장치(1)를 포함하는 체킹시스템, 보다 특별하게는 장치(1)가 커플링되는 선반(4)의 터릿(3)에 배치되는 툴 을 매우 개략적인 형태로 예시한 도이다. 통상적으로, 터릿(3)은 도 1의 개략도에 도시되지 않은 여타 툴들을 지탱한다(carry). 상기 장치(1)는 에미터(emitter;6), 즉 광 빔(7), 예를 들어 Y 방향과 실질적으로 평행한 횡방향 궤적을 따라 레이저 빔을 발생시키는 장치, 및 리시버(receiver;8), 즉 상기 궤적으로 따라 배치되고, 광 빔(7)의 정확한 수용 및 상기 광 빔(7)의 차단으로 인한 광의 비-수용을 검출하는 센서를 포함한다. 프로세싱 유닛(9)은 에미터(6) 및 리시버(8)에 전기적으로 연결된다. 상기 시스템은 알려져 있으나 도면에는 도시되지 않은 적절한 작동 디바이스에 의하여 공지된 방식으로 툴(2)을 지탱하는 터릿(3)의 평면(X-Z)에서의 선반(4)의 기계가공 움직임을 제어하기 위해 프로세싱 유닛(9)에 연결된 제어유닛(10)을 포함한다. 간명히 하기 위해 그리고 본 발명의 목적을 넘는다는 점에서, 예를 들어 Y방향으로 배치된, 체킹될 피스를 유지하는 공지된 타입의 스핀들은 예시되지 않았다.

툴(2) 위치의 체킹 영역(13)이 제1직선 간격(X1) 및 제2직선 간격(Z1)에 의하여 제한되어 있는 도 3에는, 평면(X-Z)에서의 툴(2)의 표면 윤곽(contour) 및 프로파일이 도시되어 있다. 체킹 방향(X) 및 검사 방향(Z)을 따르는 제1직선 간격(X1) 및 제2직선 간격(Z1)은, 각각 대략적으로 알려진 툴(2)의 공칭 치수를 토대로 정의되고, 후술되는 바와 같이 툴(2) 및 광 빔(7)이 체킹의 과정에서 취할 수 있는 상호 위치들의 한계를 결정한다. 영역(13)의 정확한 구성 및 치수는 체킹 사이클의 초기 단계에서 정의되며, 이에 대해서도 후술된다.

도 4의 다이어그램의 블록들은 X방향을 따르는 툴(2)의 작동 영역(11)의 위 치를 체킹하는 절차를 지칭한다. 전체적으로 유사하고 대칭적인 방식으로 -후술되지는 않음- Z방향을 따르는 툴(2)의 작동 영역(12)의 위치의 체킹이 이행된다. 상기 절차의 다양한 단계들 및 툴(2)과 광 빔(7)간의 상호 움직임들은, 예를 들어 제어유닛(10)에 의하여 체킹될 수 있다.

도 4에 나타낸 블록들의 의미에 대해 간략하게 후술하면 다음과 같다.

블록 18 - 체킹 사이클의 시작;

블록 19 - 예를 들어, 선반(4)의 제어유닛(10)에 의한, 허용공차 값(W) 및 툴(2)의 대략적인 공칭 치수와 관련된 데이터 획득, 그리고 그에 따른 체킹 영역(13)의 세팅의 획득(acquisition);

블록 20 - 빔(7)을 체킹 영역(13) 주변부의 사전설정된 제1꼭지점(first predetermined vertex;14)으로 가져가기 위한 툴(2)과 빔(7)간의 변위들;

블록 21 - 상기 꼭지점(14)에서 빔(7)의 차단 또는 비-차단에 대한 테스트;

블록 22 - 체킹 영역(13) 및 상호 구성 툴(mutual arrangement tool;2)/빔(7)의 수정;

블록 23 - 꼭지점(14, 15, 16)으로부터 시작되는 체킹 영역(13)의 주변부를 따르는 툴(2)과 빔(7)간의 변위들;

블록 24 - 후속 꼭지점(15, 16, 17)의 도달(reaching)과 관련한 테스트;

블록 25 - 빔(7)의 차단에 대한 테스트;

블록 26 및 27 - (꼭지점 16과 17 사이에서) 진행중인(in-progress) 변위가 최종 예측치인지의 여부를 결정하기 위한 테스트;

블록 28 - 체킹 방향(X)을 따르는 후속 변위들의 저감 팩터(reduction factor:FR)의 값 이외에, 바로 이전 체킹 결과의 지표(T0), 체킹 방향(X)을 따르는 다음 변위 센스의 지표(indicator;V), 다음 변위의 양(D)과 같은 절차 파라미터들의 초기화;

블록 29 - 빔(7)을 결정된 검사 위치(Pi)로 가져가기 위한 툴(2)과 광 빔(7)간의 변위; 이 변위는 센스(V)의 양(D)의 체킹 방향(X)을 따른 구성요소를 포함한다;

블록 30 - 직선 간격(Z1)의 제2방향(Z)을 따르는 툴(2)과 빔(7)간의 직선 검사 움직임;

블록 31 - 전체 선형 간격(Z1)의 검사 움직임의 완료를 결정하기 위한 테스트;

블록 32 - 검사 움직임의 과정에서 빔(7)의 차단을 결정하기 위한 테스트;

블록 33 - 검사 움직임의 과정에서 빔(7)의 비-차단의 지시(indication)(T=0);

블록 34 - 검사 움직임의 과정에서 빔(7)의 차단의 지시(T=1);

블록 35 - 인디케이터(T 및 T0)의 값들간의 비교;

블록 36 - 체킹 방향(X)을 따르는 다음 변위의 센스(V)의 확인;

블록 37 - X 방향으로의 빔(7)과 툴(2)간의 최근의 상호간 위치들 사이의 거리(D)와 허용공차 값(W)의 비교를 토대로 한 검색 단계의 종료를 결정하기 위한 테스트;

블록 38 - 체킹 방향(X)을 따르는 다음 변위의 센스(V)의 반전;

블록 39 - 몇몇 파라미터들의 업데이팅(T0←T; D←D/FR);

블록 40 - 상기 검색 단계의 종료시 체킹 방향(X)으로의 빔(7)의 검사 위치(PN)와 캘리브레이션 단계에서 정의되는 대응 위치간의 비교;

블록 41 - 체킹 사이클의 종료.

본 발명에 따른 방법의 가능한 실시예를 나타내는 도 4의 절차를 따름으로써 X방향을 따르는 툴(2)의 작동 영역(11) 위치의 체킹은 다음의 방식으로 발생된다.

첫번째로(블록 19), 공작기계의 기준 시스템에 대한, 툴(2)의 대략적인 공칭 치수의 값들 및 터릿(3)에서의 툴(2)의 공지된 구성에 따라, 툴(2)과 빔(7)간의 체킹 변위가 제한되는 체킹 영역(13)을 배치시키는 제1직선 간격(X1) 및 제2직선 간격(Z1)이 정의된다.

그 다음, 세팅된 직선 간격(X1 및 Z1)이 체킹의 정확한 수행을 가능하게 하는지를 증명하기 위한 예비 증명 단계가 이어진다. 이를 이행하기 위하여, 툴(2) 및 빔(7)이 서로에 대해 변위되어(블록 20), 상기 빔을 영역(13)의 경계를 결정하는 직사각형의 꼭지점(14)으로 가져갈 수 있도록 한다. 꼭지점(14)에서 빔(7)의 차단(블록 21)이 관찰되면, 그것은 체킹 영역(13)이 정확하게 선택되지 않았다는 것을 의미한다. 결과적으로, 예비 단계가 차단되고, 빔(7)을 명확히 영역(13) 외부의 위치로 가져가기 위해 툴(2)의 변위들이 제어되며, 새로운 직선 간격(X1 및 Z1)(블록 22)이 세팅된다. 빔(7)의 차단이 관찰되지 않으면, 영역(13)의 경계를 결정하는 직사각형의 측면들을 따라 꼭지점(14, 15, 16)으로부터의 빔(7)이 후속하는 꼭지점 (15, 16, 17)을 향해 가도록 하기 위해 상호 직선 변위들(블록 23)이 차례로 제어된다. 모든 변위에서, 후속 꼭지점이 도달되었는지의 여부가 증명된다(블록 24). 이상(anomalies)이 발생될 때는 언제나, 예비 단계가 차단되고, 체킹 영역(13)의 한계들이 리세팅된다(블록 22). 상기 이상은, 꼭지점(15 및 16)을 향한 변위의 과정(블록 25 및 27)에서 빔(7)의 비-차단 및 꼭지점(17)의 도달(블록 24 및 26)에 의하여, 또는 최종 예측된 변위-즉, 꼭지점(16)으로부터 시작하는 Z방향으로의 검사 움직임-에서 빔(7)의 차단에 의하여 신호처리된다. 그렇지 않으면, 빔(7)이 꼭지점(16)으로부터 시작되는 검사 움직임의 과정(블록 27)에서 정확하게 차단되는 경우, 증명 예비 단계는 포지티브하게 끝난다.

연속하는 실제 체킹 단계에서 활용되는 몇몇 파라미터들의 초기값 또는 절대값들이 설정된다(블록 28). 이후, 파라미터들에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

T0: 진행중인 검사에 대해 바로 이전의 검사의 결과를 나타낸다. 즉, 툴(2)과 빔(7)간의 이전 검사 움직임 과정에서 빔의 차단이 일어나는지(T0=1) 또는 일어나지 않는 지(T0=0)를 나타낸다. 첫번째로, 또한 증명 단계의 결과를 토대로 하여, T0는 값 1로 설정된다.

V: 체킹 방향(X)의 구성요소가 관련되는 한, 툴(2)과 빔(7)간의 다음의 상호 변위의 센스를 나타낸다(다음의 설명 참조). 도 3을 참조하면, V=1 및 V=0는, 예를 들어 각각 우측 및 좌측으로의 변위들을 나타낸다. 첫번째 V는, 예를 들어 값 1로 설정된다.

D: V가 지칭하는 방향(X)을 따르는 변위의 양이다. 먼저 D는, 예를 들어 저감 팩터(FR)(이후 기술됨)에 의하여 저감되는 간격(X1)의 길이에 대응되는 값으로 설정된다.

FR: 체킹 시퀀스로 이어지는 X방향으로의 각 변위와 관련된 저감 팩터이다. 일반적으로, 그것은 고정된 값이다. 본 명세서에서 기술된 예시(FR=2)에서, 즉 X를 따르는 변위의 양은 매 번 동일 방향(X)을 따르는 이전 변위에 대해 절반이다.

툴(2)의 작동 영역(11)의 위치 검색 단계는, 빔(7)이 제1직선 간격(X1)의 한계를 정하는 꼭지점(16 및 17)에 의해 정의되는 측면상의 포인트에 있는 예비 단계의 끝에서 취해지는 위치로부터 시작되는 툴(2)과 빔(7)간의 변위들을 체킹하는 시퀀스를 예측한다. 본 발명의 설명에 있어, 검색 단계는 본 발명에 따른 방법을 보다 명확하게 설명하는 블록들(20-27)을 참조하여 상술된 예비 단계와 구별된다는 것을 이해해야 한다. 상기 검색 단계는 실제로 실질적인 연속성을 갖는 예비 단계를 따른다.

결정된 상호 위치를 향한 툴(2)과 빔(7)간의 변위(블록 29)는, 파라미터(V 및 D)를 토대로 결정되는 축선(X)을 따른 거리에서, (도 3에 도시된 구성을 기준으로) 체킹 영역(13)의 하부측상의 결정된 검사 위치(Pi)에 대해 빔(7)이 변위되도록 제어된다. 보다 특별하게는, 꼭지점(16)에 대한 X방향으로의 제1변위의 센스(V) 및 양(D)은 이미 설정된 것이다(V-1; DX1/FR=X1/2).

간격(X1)의 검사 위치(Pi)에서, 직선 검사 움직임은 Z방향을 따라 제어되고(블록 30), 그것은 2개의 다음 이벤트들 중 하나가, (i) 빔이 직선 움직임으로 전체 간격(Z1)을 이동시킨 경우 체킹 영역(13)의 대향 측면의 도달; 또는 (ii) 광전자 장치(1)에 의해 신호로 보내지는 빔(7)의 차단(블록 32)을 발생시키는 경우를 차단한다. 빔의 발생된 차단(T=1, 블록 34) 또는 비-차단(T=0, 블록 33)과 관련된 이벤트는 바로 이전의 검사에서 발생된 대응 이벤트와 비교되고, 상기 이벤트가 반복적으로 발생되는지의 여부에 따라, X방향을 따르는 후속 변위가 발생될 센스가 각각 유지되거나(V←V, 블록 36) 반전된다(V←invV, 블록 38).

몇몇 파라미터의 값들은 업데이트되고(T0←T, D←D/FR=T1/4, 블록 39), 체킹 시퀀스는 툴(2)과 빔(7)간의 새로운 변위(블록 29)로부터 시작해 새로 결정된 상호 위치를 향하여 반복되어, 상기 빔(7)이 파라미터(V 및 D)의 값들을 토대로 하여 설정된 이전의 검사 위치로부터 소정 거리에서, 체킹 영역(13) 하부측에서의 새로운 검사 위치(Pi)로 변위되도록 한다. Z방향을 따르는 새로운 직선 검사 움직임(블록 30)은 간격(X1)에서의 새로운 검사 위치(Pi)에서 제어된다.

체킹 변위들의 시퀀스는, T≠T0가 증명(블록 35)된 후에, 현재의 위치와, 간격(X1)에서의 빔(7)의 이전의 위치, 보다 상세하게는 바로 이전의 위치간의 거리(D)가 미리정해진(prefixed) 허용공차 값(W)보다 작은 경우 종료된다(블록 37).

체킹 변위들의 시퀀스의 종료시 직선 간격(X1)에서의 광 빔(7)에 의하여 취해지는 최종검사위치(PN)는 체킹될 툴(2)의 작동 영역(11)의 위치를 결정하기 위한 마스터 피스(master piece)상의 이전 캘리브레이션 단계에서 검출된 대응 위치와 비교된다. 캘리브레이션은 선반(4)의 기계 축선들의 절대 위치와 적절한 기준 시스템에서 체킹될 영역(11) 중 하나를 상관시키는 공지된 방법으로 수행된다. 기계 축 선에 대한 마스터 피스의 위치가 알려지면, 본 명세서에서는 간명성을 위해 상세히 기술되지 않은 가능한 캘리브레이션 절차가, 도 4에 도시된 다이어그램의 블록들(19-39)을 참조로 하여 설명된 방식과 실질적으로 동일한 방식으로 마스터 피스상에서 수행될 수 있다.

그 다음, 작동 영역(11)의 위치로부터, 그리고 상술된 바와 같이 공작기계의 기준 시스템에 대한 터릿(3)에서의 툴의 구성을 앎으로써, 체킹 방향(X)으로의 툴(2)의 치수가 결정될 수 있다.

도 5에서는, 체킹 영역(13)이 더욱 확대되어 있으며, (끊어지지 않은 라인인) Z방향을 따르는 직선 검사 움직임 및 (점선과 같이) X방향의 성분을 갖는 변위들이 도시되어 있다. 도 5에 나타낸 예시에서, 허용공차 값(W)은 간격(X1)(X1/10) 넓이(amplitude)의 1/10과 같다고 가정된다. 이 값은 단지 사이클의 설명을 간략히 하려는 목적으로 선택된 것이며, 실제 허용공차 값보다 분명히 더 크다. 또한, 설명을 간략히 하기 위하여, 체킹 영역(13)에서의 광 빔(7)의 이동이 보고되는 한편, 실제 적용들에 있어 빔(7)은 공작기계(4)의 베드에 대해 대체로 정치되어 있고, (영역(13)이 연관된) 툴(2)을 지탱하는 터릿(3)은 평면(X-Z)에서의 움직임들을 수행한다. 이는, 본 발명에 따른 툴(2)과 빔(7)간의 상호 움직임들을 포함하는 방법의 내용(substance)에 대응된다.

도 5 및 이 도면에 나타낸 방위를 참조하면, 체크 영역(13)의 증명(블록 25 및 27)을 위한 예비 단계의 종료시, 빔(7)은 직선 간격(X1)의 경계를 정하는 꼭지점들(16, 17) 사이의 측면에서 툴(2)을 간섭한다. 빔(7)은 Z방향으로의 상향 검사 움직임이 제어되는(블록 30), 검사 위치(P1)까지 D=X1/2 만큼(블록 29) 꼭지점(16)(V=1, 블록 28)에 대해 우측으로 변위되는(블록 28) 체킹 영역(13)의 하부측으로 다시 옮겨진다. 빔(7)의 차단이 다시 검출되기 때문에, 검사 위치(P2)까지 이전 변위에 대해 절반의 양(D=X1/4)인, 하향하며 간격(X1)에서는 우향하는 새로운 변위가 발생된다. P2에서의 후속하는 검사 움직임은, 상이한 이벤트, 즉 체킹 영역(13)의 상부측상에서 간격 Z1의 대향 단부의 포인트(P2')의 도달을 야기한다(블록 31, 33). T(=0)≠T0(=1)이므로, X를 따르는 변위의 센스는 반전되며(V←invV = 0, 블록 38) 빔(7)은 검사 위치(P3)까지 양 D = (X1/4)/2 = X1/8까지 좌측으로 변위되는 체킹 영역(13)의 하부측으로 다시 옮겨진다. P3에서의 후속하는 검사 움직임에서, 상기 이벤트는 다시 변하며(빔(7)의 차단), 따라서, 후속 변위의 센스(V)는 양 D = (X1/8)/2 = X1/16의 체킹 방향(X)으로 P3로부터 떨어져 있는 검사 위치(P4)까지, 영역(13)의 하부측상에서 우측으로 다시 변한다(V←invV = 1, 블록 38). 빔(7)이 포인트 P4'에서 체킹 영역(13)의 상부측에 도달하는 경우 새로운 검사 움직임이 종료된다(블록 31, 33). T≠T0(블록 35)이고 D＜W(X1/16＜X1/10, 블록 37)이므로, 체킹 변위들의 시퀀스는 종료되고, 작동 영역(11)의 위치는 직선 간격(X1)에서 최종 검사 위치(PN=P4)를 토대로 하여 결정된다(블록 41).

나타낸 예시는, 작동 영역(11)의 위치가, 검색된 위치로 수렴되는 시퀀스로 서로에 대해 점진적으로 감소하는 거리(D)에서, 체킹 방향(X)을 따르는 검사 위치에서 횡방향의 검사 방향(Z)으로 제한된 수의 스캔에 의해 어떻게 발견되는지를 명백하게 보여준다. 도 5를 참조하여 나타낸 예시에서 상술된 바와 같이, 허용공차 값(W)은 통상적으로 요구되는 것에 대해 상이한 정도의 크기로 선택되었고, 체킹 사이클을 완료하는데 필요한 체킹 방향(X)을 따르는 변위는 4로 제한된다. 어떤 경우에도, 상기 예시는 체킹 방향(X)을 따른 검사 위치(Pi)의 시퀀스가 검색된 위치(PN)로 얼마나 빨리 수렴되는지를 명확히 입증한다. 실제 예시에서, 간격(X1)이 수 밀리미터로 되어 있고 공차 값(W)이 수 미크론으로 되어 있는 경우, 필요한 검사 움직임들은 일반적으로 10과 같거나 그보다 약간 더 크다.

상술된 절차는 여러 가능한 변형례들을 예측하는 본 발명에 따른 체킹 방법의 예시를 나타낸다. 예를 들어, 증명 단계가 불필요하거나 또는 시간상 상이한 순간에 수행되는 경우에, 체킹 변위들의 시퀀스는 (예비 증명 단계에서 결정되는) 상술된 것과는 상이한 상호 위치로부터 시작될 수 있다. 또한, 체킹 변위들의 시퀀스는 상이한 테스트, 예를 들어 최종의 2개의 연속적인 검사 위치(Pi)와 관련된 이벤트들간의 비교와는 무관하게, 반대 이벤트들이 발생된 최종의 2개의 연속적인 검사 위치(Pi)들간의 거리가 아니라 현재의 것에 반대되는 이벤트가 발생한 최종 검사 위치(Pi)와 현재의 검사 위치(Pi)간의 거리를 갖는 설정된 허용공차(W)의 비교 결과를 토대로 하여 중단될 수 있다.

여타 변형례들은 변위들의 이행과 관련이 있을 수 있다. 예시에서와 마찬가지로, 본 명세서에서 지금까지 설명되고 예시된 것과는 상이한 3가지 가능한 실시형태들이 언급된다.

- 2와 상이한 저감 팩터(FR)가 선택될 수 있는데, 가령 그것은 3이 될 수 있거나, 발생된 이벤트들의 시퀀스를 고려하기 위하여 체킹 사이클의 과정에서 변하 는 값을 취할 수 있다. 하지만, 체킹 방향(X)상의 연속적인 검사 위치들(Pi)이 체킹되어야만 하는 작동 영역의 위치로 수렴되는 방식으로 저감 팩터(FR)가 선택된다.

- 간격(X1)에서의 검사 위치(Pi)는 (도면에 나타낸 구성에 따라) 체킹 영역(13)의 상부측 또는 대안적으로는 하부측 및 상부측에 있을 수 있다. 이러한 후자의 해법은, 예를 들어 빔(7)의 차단이 검출되지 않는 이벤트의 발생에 추가 적용되는 것이 유리할 수 있다. 이 경우, 도 5의 예시에서, 빔(7)은 포인트 P2'로부터, 간격(X1)에서 검사 위치(P3)에 대응되는 영역(13)의 상부측상의 보다 가까운 포인트 P3'로 변위되는 한편, Z방향으로의 후속 직선 검사 움직임은 결과적으로 하향하여 발생된다.

- 도 5에 나타낸 예시에서는, X와 Z 양 방향을 따르는 구성요소들을 포함하는 보간된 움직임들("톱니형 움직임들")을 갖는 검사 움직임을 따르는 변위들이 발생된다. 분명히, 이것은 유일하게 가능한 해법은 아니며, 두 개별 단계들에서 발생될 수 있다(예를 들어: Z를 따르는 움직임에 의해 체킹 영역 측면으로의 복귀에 이어, X를 따라 검사 위치(Pi)로의 직선 움직임이 이어질 수 있음).

상술된 바와 같이, 설명 및 도면들은 축선 X를 따른 위치의 체킹을 가르킨다. 동일한 절차가 수행되도록 함으로써, Z방향을 따르는 또는 평면(X-Z)의 다른 횡방향들을 따르는 작동 영역(도 3에서 영역 12)의 위치를 체킹할 수 있다.

이것은, 연관된 포인트들 또는 상이한 방향으로 배향되는 작동 영역들을 체킹하는 툴의 커팅 에지의 완전성 증명을 수행하는 것이 가능할 때 특히 유리하다. 도 3에서 간략화된 형태로 나타낸 예시에서, 작동 영역 11과 12 둘 모두는, 예를 들어 차례로 간단하고 신속하게 체킹될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 상이한 적용례들에서의 상이한 타입의 툴들 및 일반적으로 다양한 타입의 기계 부품들(예를 들어 기계가공 전 또는 후의 가공물(workpiece)의 체킹을 가능하게 한다.

Claims (13)

1. 체킹 방향(X)에 횡방향인 궤적(Y)을 따라 광 빔(7)을 발생시키는 디바이스(6), 상기 광 빔(7)의 차단을 검출하는 센서(8), 및 기계 부품(2)과, 상기 체킹 방향(X) 및 상기 체킹 방향(X)에 횡방향인 검사 방향(Z)을 따르는 상기 광 빔(7)간의 상호 변위들을 야기하는 디바이스(3)를 포함하는 장치(1)에 의하여 1이상의 체킹 방향(X)을 따라 기계 부품(2)의 위치를 체킹하는 방법에 있어서,

   상기 방법은:

   - 기계 부품(2)과 상기 체킹 방향(7) 및 상기 검사 방향(Z) 각각을 따르는 광 빔(7)간의 상호 위치들의 제1직선 간격(X1) 및 제2직선 간격(Z1)으로서 상기 기계 부품(2)의 체킹 영역을 형성하는 상기 제1직선 간격(X1) 및 상기 제2직선 간격(Z1)을 식별하는 단계,

   - 상기 광 빔(7)을 상기 제1직선 간격(X1)의 검사 위치(Pi;P1-P4)로 가져가기 위한 변위들(29), 및 상기 검사 위치(Pi;P1-P4)에서, 상기 검사 방향(Z)을 따르는 직선 검사 움직임들(30)을 포함하는, 상기 기계 부품(2)과 상기 광 빔(7)간의 변위들을 체킹하는 시퀀스를 제어하는 단계;

   - 상기 검사 방향(Z)을 따르는 상기 직선 검사 움직임들의 과정에서 상기 광 빔(7)의 차단 또는 비-차단을 검출하고(31-34), 따라서 후속 직선 검사 움직임이 제어되는 상기 제1직선 간격(X1)의 후속하는 상기 검사 위치들(Pi;P1-P4)을 선택하는(35, 36, 38) 단계,

   - 이전 검사 위치(Pi; P1-P4)로부터 사전설정된 값(W)보다 작은 거리에 놓인 제1직선 간격(X1)에서의 광 빔(7)의 최종 검사 위치(PN)에서의 변위들을 체킹하는 시퀀스를 중단시키는(37) 단계로서, 상기 제1직선 간격(X1)에서 상기 최종 검사 위치(PN) 및 상기 이전 검사 위치(Pi;P1-P4)의 직선 검사 움직임의 과정에서, 상기 광 빔(7)의 차단(32, 34) 및 비-차단(31, 33) 또는 그 역이 각각 검출되는 단계; 및

   상기 최종 검사 위치(PN)를 토대로 하여 체킹 방향(X)을 따라 기계 부품(2)의 위치를 식별하는(41) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1직선 간격(X1)의 상기 검사 위치(Pi;P1-P4)는 수렴 시퀀스에 따라 서로 점진적으로 감소하는 거리(D)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1직선 간격(X1)의 상기 검사 위치는 서로 점진적으로 절반이 되어 가는 거리(D)에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 광 빔(7)을 상기 제1직선 간격(X1)의 검사 위치(Pi;P1-P4)로 옮기기 위한 상기 변위들(29)은 2개의 가장 최근의 검사 위치(Pi;P1-P4)에서의 직선 검사 움 직임의 과정에서 상기 광 빔(7)의 차단(32, 34) 또는 비-차단(31,33)의 검출의 시퀀스(35)로서 상기 체킹 방향(X)을 따르는 센스(V) 또는 반대되는 센스로 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 체킹 영역(13)의 사전결정된 포인트들(14, 15, 16, 17) 사이에서 기계 부품(2)과 광 빔(7)간의 변위들을 갖는 상기 체킹 영역(13)의 예비 증명 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 예비 증명 단계는 상기 검사 방향(Z)을 따르는 상기 직선 검사 움직임들 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 검사 방향(Z)을 따르는 상기 직선 검사 움직임들은 상기 광 빔(7)의 차단이 검출되자 마자 차단되는 것(32)을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 광 빔(7)의 궤적(Y) 및 상기 체킹 영역(13)은 실질적으로 수직한 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 체킹 변위들의 시퀀스를 중단시키는(37) 단계에서, 상기 이전 검사 위치(Pi;P1-P4)는 상기 최종 검사 위치(PN)에 대해 바로 앞선 위치인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 광 빔은 레이저 빔(7)인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 체킹 방향(X)에 횡방향인 궤적(Y)을 따라 광 빔(7)을 발생시키는 디바이스(6), 상기 광 빔(7)의 차단을 검출하는 센서(8), 및 기계 부품(2)과, 상기 체킹 방향(X) 및 상기 체킹 방향(X)에 횡방향인 검사 방향(Z)을 따르는 상기 광 빔(7)간의 상호 변위들을 야기하는 디바이스(3)를 포함하는 장치(1)에 의하여 1이상의 체킹 방향(X)을 따라 기계 부품(2)의 위치를 체킹하는 방법에 있어서,

    상기 방법은:

    - 기계 부품(2)과 상기 체킹 방향(7) 및 상기 검사 방향(Z) 각각을 따르는 광 빔(7)간의 상호 위치들의 제1직선 간격(X1) 및 제2직선 간격(Z1)으로서 상기 기계 부품(2)의 체킹 영역을 형성하는 상기 제1직선 간격(X1) 및 상기 제2직선 간격(Z1)을 식별하는 단계,

    - 기계 부품(2)과 광 빔(7)간의 변위들을 체킹하는 다음의 시퀀스, 즉

    (a) (i) 상기 광 빔(7)의 차단(32, 34), 또는

    (ⅱ) 상기 광 빔(7)의 차단 없이 전체 제2직선 간격(Z1)을 커버링(31, 33)하는 이벤트들 중 하나가 발생할 때까지, 체킹 영역(13)내에서 상기 검사 방향(Z)을 따르는 직선 검사 움직임(30),

    (b) 상기 제1직선 간격(X1)에서의 상기 광 빔(7)의 검사 위치(Pi;P1-P4)까지, 결정된 센서(V)로 상기 체킹 방향을 따르는 변위(29),

    (c) (a) 단계에 따라 상기 검사 방향(Z)을 따르는 상기 직선 검사 움직임(30)의 반복,

    (d) 상기 바로 이전의 검사 위치(Pi;P1-P4)에 대한 알려진 거리(D)에서, 상기 제1직선 간격(X1)에서의 상기 광 빔(7)의 새로운 검사 위치(Pi;P1-P4)까지, 가장 최근의 직선 검사 움직임(30)에서 발생된 이벤트 (i) 또는 (ⅱ)가 이전 직선 검사 움직임(30)에서 발생된 것과 동일한지 또는 동일하지 않은지의 여부에 따라서, 이전 변위의 센스(V) 또는 반대되는 센스로의 체킹 방향(X)을 따르는 새로운 변위(29),

    (e) 직선 검사 움직임이 이벤트 (i) 및 (ⅱ) 그리고 각각의 반대되는 이벤트들 중 하나의 발생을 야기하는, 새로운 검사 위치(Pi,PN;P1-P4) 및 이전 검사 위치(Pi;P1-P4)간의 거리(D)가 사전설정된 값(W)보다 작아질 때까지(35, 37), 상기 제1직선 간격(X1)에서의 상기 광 빔(7)의 바로 이전의 검사 위치(Pi;P1-P4)와 새로운 검사 위치(Pi;P1-P4) 간의 점진적으로 감소하는 거리(D)를 갖는, (c) 및 (d) 단계에 따른, 변위들 및 직선 검사 움직임들의 반복의 시퀀스를 제어하는 단계; 및

    - 체킹 변위들의 시퀀스의 종료시 상기 제1직선 간격(X1)에서의 상기 광 빔(7)의 새로운 검사 위치(PN)을 토대로 하여 상기 체킹 방향(X)을 따르는 기계 부품(2)의 위치를 식별하는(41) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

    공작 기계(4)의 터릿(3)에 커플링되는 툴(2)의 작업 영역(11, 12)의 위치 체킹을 특징으로 하는 방법.
13. 공작 기계(4)의 터릿(3)에 커플링되는 툴(2)의 작업 영역(11, 12)의 위치를 체킹하는 시스템에 있어서,

    상기 공작 기계는 제12항에 따른 방법의 단계들을 제어하기 위한 제어 유닛(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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