KR20140086046A - 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법 - Google Patents

원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 가공 환경 변화에 영향을 받지 않고 실제 발생하는 변위량을 직접 측정하여 실시간 보상하는 방식을 사용함으로써 이송계에 사용되는 볼 스크류의 열 변위 오차량 보정의 신뢰성을 향상시켜 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 이송 테이블이 결합된 볼 스크류의 일측 끝단은 베어링 고정부에 의해 고정되고, 타측 끝단은 베어링 지지부에 의해 지지되는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치에 있어서, 베어링 지지부측의 볼 스크류에 설치되어 볼 스크류의 열 변위량을 센싱하는 변위 센서; 볼 스크류의 기준 길이가 미리 입력되고, 변위 센서로부터 얻은 볼 스크류의 변위량을 입력받아 위치 보상 정보를 계산하는 위치 보상 제어부; 위치 보상 제어부로부터 입력받은 위치 보상 정보가 반영된 회전수 정보를 출력하는 수치 제어부; 및 수치 제어부로부터 입력받은 회전수 정보에 기초하여 볼 스크류를 회전시켜 이송 테이블의 이송 위치를 보정하는 서보 모터를 포함하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법을 개시한다.

Description

원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법{Thermal displacement correction device of machine tools ball screw using cylinderical capacitor displacement sensor and method thereof}
본 발명은 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치는 스핀들 베어링 온도검출센서(T1), 절삭유 온도검출센서(T2), 스핀들 모터 온도검출센서(T3), 주축이송용 볼 스크류 온도검출센서(T4), 프래그래머블 로직 컨트롤러(10), 제어부(20) 및 모터 드라이버(30)로 이루어진다. 도면 중 부호 SM은 서보 모터이다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법은 공작 기계 주축의 각부 온도 측정 단계(S1), 주축의 열팽창 거리 산출 단계(S2), 주축 이송용 볼 스크류의 리드에 열 팽창 거리 감산 단계(S3) 및 주축 이송용 서보 모터 제어 단계(S4)로 이루어진다.
여기서, 공작 기계의 각 열원에 다수의 온도검출센서를 부착하고, 이송계의 볼 스크류에 변위센서를 부착하여 이송계를 일정시간 동작시켜 열을 발생시키고 이때 변화된 온도와 변위의 상관 관계를 정의하여 제어부에 미리 입력시켜 놓는다.
또한, 실제 가공에서 보정을 수행할 때는 온도센서로부터의 온도 변화량을 제어부에 입력값으로 주고 선 수행된 실험에서 정의된 상관 관계를 이용하여 열 변위 발생량을 추정한다. 추정된 열 변위 발생량 및 보정값을 공작기계에서 수신하여 볼 스크류에 연결된 서보 모터를 제어하여 열 변위에 의한 오차량을 보정한다
그러나, 이와 같이 미리 수행한 실험에서 온도와 변위의 상관 관계를 정의하여 실제 가공에서 온도를 입력값으로 하여 변위를 추정하는 방식은 실가공에서의 온도 변화 양상이 선 수행된 실험에서의 온도 변화를 벗어날 경우 열 변위 발생 추정값에 오차가 커지게 되고 이송계의 위치 보정 성능이 저하되는 문제가 있다.
대한민국 특허공개공보 제10-2000-0047076호(2000.07.25)
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다양하고 혹독한 공작기계의 가공 환경에서 온도변화를 이용한 변위 추정 방식에서 오는 오차 및 성능 저하 문제를 회피하기 위하여 가공 환경 변화에 영향을 받지 않고 실제 발생하는 변위량을 직접 측정하여 실시간 보상하는 방식을 사용함으로써 이송계에 사용되는 볼 스크류의 열 변위 오차량 보정의 신뢰성을 향상시켜 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 이송 테이블이 결합된 볼 스크류의 일측 끝단은 베어링 고정부에 의해 고정되고, 타측 끝단은 베어링 지지부에 의해 지지되는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치에 있어서, 상기 베어링 지지부측의 볼 스크류에 설치되어 볼 스크류의 열 변위량을 센싱하는 변위 센서; 상기 볼 스크류의 기준 길이가 미리 입력되고, 상기 변위 센서로부터 얻은 볼 스크류의 변위량을 입력받아 위치 보상 정보를 계산하는 위치 보상 제어부; 상기 위치 보상 제어부로부터 입력받은 위치 보상 정보가 반영된 회전수 정보를 출력하는 수치 제어부; 및 상기 수치 제어부로부터 입력받은 회전수 정보에 기초하여 상기 볼 스크류를 회전시킴으로써, 상기 이송 테이블의 이송 위치를 보정하는 서보 모터를 포함한다.
상기 볼 스크류에는 원주면을 따라 요홈부가 형성되고, 상기 변위 센서는 상기 요홈부의 외측에 설치된 원통형 캐패시터일 수 있다.
상기 변위 센서는 상기 베어링 지지부 외측에 설치될 수 있다.
상기 볼 스크류의 길이는 상기 변위 센서를 중심으로 수축하거나 팽창할 수 있다.
상기 위치 보상 제어부는 상기 수치 제어부로부터 상기 이송 테이블의 현재 위치 정보를 입력받고, 상기 위치 보상 정보가 반영된 위치로 상기 이송 테이블을 이송하도록 상기 수치 제어부에 상기 위치 보상 정보가 반영된 회전수 정보를 출력할 수 있다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 이송 테이블이 결합된 볼 스크류의 일측 끝단은 베어링 고정부에 의해 고정되고, 타측 끝단은 베어링 지지부에 의해 지지되는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법에 있어서, 상기 베어링 지지부측의 볼 스크류에 대한 열 변위량을 센싱하고, 이에 따른 볼 스크류의 현재 길이를 계산하는 단계; 상기 볼 스크류의 현재 길이와 미리 입력된 기준 길이가 일치하는지 판단하는 단계; 상기 현재 길이와 기준 길이가 일치하지 않을 경우, 현재 이송 테이블의 위치를 확인하는 단계; 상기 열 변위량에 따른 상기 볼 스크류의 현재 길이를 이용하여, 상기 이송 테이블의 위치 보정값을 계산하는 단계; 및 상기 위치 보정값에 따라 상기 이송 테이블을 이송하는 단계를 포함한다.
상기 볼 스크류에는 원주면을 따라 요홈부가 형성되고, 상기 볼 스크류의 열 변위량은 상기 요홈부의 외측에 설치된 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용하여 센싱할 수 있다.
상기 원통형 캐패시터 변위 센서는 상기 베어링 지지부 외측에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법은 가공 환경 변화에 영향을 받지 않고 실제 발생하는 변위량을 직접 측정하여 실시간 보상하는 방식을 사용함으로써 이송계에 사용되는 볼 스크류의 열 변위 오차량 보정의 신뢰성을 향상시켜 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 이송계에 사용하는 볼 스크류를 지지하는 베어링의 구성 방법 중 한쪽 끝단은 고정 방식으로, 다른 한쪽 방향은 단순 지지 방식을 사용하는 이송계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 방법에 있어서, 기존의 온도 변화량을 이용한 열 변위의 발생량을 추정하는 방식을 사용하지 않고, 볼 스크류의 끝단에서 실시간으로 변위량을 측정하여 현재 이송 테이블 위치에서의 오차량을 계산하여 보정함으로써, 이송계에 사용되는 볼 스크류의 열 변위 오차량 보정의 신뢰성을 향상시켜 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법의 구성을 도시한 순서도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 중 볼 스크류의 축 방향에서 바라 본 볼 스크류와 캐패시터 변위 센서의 형상을 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 열에 의한 볼 스크류의 수축 및 팽창 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법의 구성을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 공작 기계는 기본적으로 지지대(101)의 사이에 베어링 고정부(102) 및 베어링 지지부(103)가 설치되고, 베어링 고정부(102)와 베어링 지지부(103)에 각각 베어링(102a,103a)이 설치되며, 이러한 두개의 베어링(102a,103a) 사이에 볼 스크류(104)가 회전 가능하게 결합되어 있다. 더불어, 볼 스크류(104)는 베어링(103a)을 관통하여 외측 방향으로 일정 길이 더 연장되어 있다. 또한, 볼 스크류(104)에는 너트(도시되지 않음)를 통하여 이송 테이블(105)이 결합되어 있으며, 이는 볼 스크류(104)의 회전에 따라 수평 방향으로 움직일 수 있도록 되어 있다.
여기서, 베어링 고정부(102)는 기본적으로 베어링(102a) 및 볼 스크류(104)를 고정하며, 이러한 베어링 고정부(102) 쪽으로는 볼 스크류(104)가 길이 방향(또는 수평 방향)으로 열팽창하지 않는 것으로 가정한다. 또한, 베어링 지지부(103)는 기본적으로 베어링(103a) 및 볼 스크류(104)를 단순 지지하며, 이러한 베어링 지지부(103)쪽으로 볼 스크류(104)가 길이 방향(또는 수평 방향)으로 열팽창하는 것으로 가정한다.
더불어, 베어링 고정부(102)를 열 변위량 계산을 위한 기준면으로 정의한다.
한편, 본 발명에 따른 볼 스크류의 열 변위 보정 장치(100)는 변위 센서(110), 증폭부(120), 위치 보상 제어부(130), 수치 제어부(140) 및 서보 모터(150)를 포함한다.
변위 센서(110)는 베어링 지지부(103) 측의 볼 스크류(104)에 설치되어 볼 스크류(104)의 열 변위량을 센싱한다. 즉, 변위 센서(110)는 베어링 고정부(102)가 아닌 베어링 지지부(103)의 외측에 설치됨으로써, 볼 스크류(104)의 열 변위량을 실시간으로 센싱한다. 이를 위해, 변위 센서(110)는 원통형 캐패시터 변위 센서일 수 있으며, 이는 아래에서 다시 설명하기로 한다.
증폭부(120)는 변위 센서(110)로부터 얻은 열 변위량을 증폭하고, 이를 디지털 신호로 변환하여 위치 보상 제어부(130)에 출력한다.
위치 보상 제어부(130)는 볼 스크류(104)의 기준 길이가 미리 입력되어 있고, 변위 센서(110)로부터 얻은 현재의 볼 스크류(104)의 열 변위량을 입력받아 위치 보상 정보를 계산한다.
여기서, 기준 길이는 볼 스크류(104)에 열 변위가 발생하지 않은 상태(통상적으로 상온 20℃)에서 상기 변위 센서(110)를 통해 얻은 값을 의미한다. 즉, 기준 길이는 상온 상태에서 기준면으로부터 볼 스크류(104)에 형성된 요홈(104a)까지의 길이(또는 거리)를 의미한다. 이러한 값을 편의상 L0로 정의한다.
또한, 위치 보상 제어부(130)는 변위 센서(110)로부터 얻은 볼 스크류(104)의 열 변위량을 입력받아 기준면으로부터 볼 스크류(104)에 형성된 요홈(104a)까지의 현재 길이를 계산한다. 즉, 기준면으로부터 볼 스크류(104)의 요홈(104a)까지 실시간 측정 길이로서, 이를 L1으로 정의한다. 실질적으로 공작 기계의 이송 테이블(105)이 동작하게 되면, 베어링(102a,103a), 이송 테이블(105) 등에서의 마찰에 의해 열이 발생하게 되고, 이에 따라 베어링 고정부(102)로부터 베어링 지지부(103)의 방향으로 볼 스크류(104)의 길이가 열팽창하게 된다. 상술한 변위 센서(110)는 이러한 실시간 측정 길이 L1을 측정하게 된다. 이에 따라, 위치 보상 제어부(130)는 L1-L0의 수학식을 통해 길이 변화량을 계산할 수 있게 된다.
한편, 위치 보상 제어부(130)는 수치 제어부(140) 또는 다른 부재로부터 이송 테이블(105)의 현재 위치 정보를 수신한다. 즉, 기준면으로부터 이송 테이블(105)까지의 거리인 L2를 수신한다. 이에 따라 위치 보상 제어부(130)는 열 변위량 = (재료별 온도 계수)×(온도 변화량)×(볼 스크류의 전체 길이)의 관계로부터, 열 변위량과 볼 스크류(104)의 전체 길이에 대한 선형 관계를 얻고, 이에 기초하여 기준면으로부터 현재의 이송 테이블(105)까지의 볼 스크류(104)에서 발생한 열 변위량을 계산한다. 물론, 이와 같은 열 변위량 즉, 위치 보상 정보는 수치 제어부(140)에 출력된다.
수치 제어부(140)는 위치 보상 제어부(130)로부터 입력받은 위치 보상 정보가 반영된 회전수 정보를 서보 모터(150)에 출력한다.
서보 모터(150)는 수치 제어부(140)로부터 입력받은 회전수 정보에 기초하여 볼 스크류(104)를 회전시킴으로써, 이송 테이블(105)의 이송 위치를 보정한다.
도 4는 본 발명에 따른 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 중 볼 스크류의 축 방향에서 바라 본 볼 스크류와 캐패시터 변위 센서의 형상을 도시한 도면이다.
도 3a, 도 3b 및 도 4에 도시된 바와 같이, 볼 스크류(104)에는 원주면을 따라 일정 깊이의 요홈(104a)이 형성되어 있고, 상기 요홈(104a)의 주변에 2개의 원통형 캐패시터 변위 센서(110)가 설치되어 있다.
이러한 변위 센서(110)는 볼 스크류(104)에 형성된 요홈(104a)의 위치 변화를 두개의 캐패시터로부터 얻은 면적 변화에 대응하는 전위 변화에 의해 볼 스크류(104)의 열 변위량을 센싱하게 된다.
이러한 캐패시터 변위 센서(110)는 대기 환경하에서 사용할 수 있는 장점이 있을 뿐만 아니라, 검출 대상이 금속이므로 교정 작업을 통하여 기준점을 정확하게 정의할 수 있는 장점이 있다. 또한, 이러한 캐패시터 변위 센서(110)의 검출 가능한 범위가 대략 0.2∼10 ㎜이며, 검출 정밀도가 대략 1∼10 ㎛로 높기 때문에, 볼 스크류(104)의 열 변위량을 정확하게 센싱할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 열에 의한 볼 스크류의 수축 및 팽창 상태를 도시한 도면이다.
상기 볼 스크류(104)의 길이는 상기 변위 센서(110)를 중심으로 수축하거나 팽창할 수 있다. 즉, 도 5a에 도시된 바와 같이 현재의 온도가 상온(대략 20℃)보다 작을 경우 볼 스크류(104)가 일측 방향으로 수축할 수 있고, 또한 도 5c에 도시된 바와 같이 온도가 상온보다 높거나 또는 볼 스크류(104) 등에서 열이 발생할 경우, 볼 스크류(104)가 타측 방향으로 팽창할 수 있다. 더불어, 도 5b에 도시된 바와 같이 상온 상태로서 볼 스크류(104)에 열이 발생하지 않는 상태에서는 볼 스크류(104)의 수축이나 팽창이 없는 상태도 가능하다. 물론, 도 5b에 도시된 상태에서 볼 스크류(104)의 기준 길이 또는 기준 거리가 측정되고, 이 값이 위치 보상 제어부(130)에 미리 입력된다.
도 6은 본 발명에 따른 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법의 구성을 도시한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법은 열 변위량 센싱 및 볼 스크류 현재 길이 계산 단계(S11)와, 현재 길이가 기준 길이와 같은지 아닌지 판단하는 단계(S12)와, 이송 테이블 위치 확인 단계(S13)와, 위치 보정값 계산 단계(S14)와, 이송 테이블 위치 보정 단계(S15)를 포함한다.
열 변위량 센싱 및 볼 스크류 현재 길이 계산 단계(S11)에서는, 베어링 지지부(103) 측의 볼 스크류(104)에 대한 열 변위량을 센싱하고, 이에 따른 볼 스크류(104)의 현재 길이를 계산한다. 즉, 위치 보상 제어부(130)가 변위 센서(110)로부터 입력된 볼 스크류(104)의 열 변위량을 이용하여 볼 스크류(104)의 현재 길이를 계산한다.
현재 길이가 기준 길이와 같은지 아닌지 판단하는 단계(S12)에서는, 상술한 바와 같이 측정된 볼 스크류(104)의 현재 길이가 미리 입력된 기준 길이와 같은지 아닌지를 판단한다. 즉, 위치 보상 제어부(130)가 계산된 볼 스크류(104)의 현재 길이와 미리 입력된 기준 길이를 비교하여 같은지 아니면 다른지 판단한다.
만약, 볼 스크류(104)의 현재 길이와 미리 입력된 기준 길이가 같다면, 이송 테이블(105)의 위치 보정이 필요없으므로, 단계(S11)으로 복귀한다.
만약, 볼 스크류(104)의 현재 길이와 미리 입력된 기준 길이가 다르다면, 이송 테이블(105)의 위치 보정이 필요하므로, 다음 단계(S13)를 수행한다.
이송 테이블 위치 확인 단계(S3)에서는, 수치 제어부(140) 또는 다른 부재를 통하여 이송 테이블(105)의 현재 위치를 확인한다. 즉, 위치 보상 제어부(130)는 볼 스크류(104)에 결합된 현재의 이송 테이블(105)의 위치를 확인한다. 이러한 이송 테이블(105)의 위치 확인은 실질적으로 서보 모터(150)에 설치된 엔코더 또는 이송 테이블(105)에 직접 설치된 위치 감지 센서를 통하여 가능하며, 이는 당업자에게 자명하므로 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
위치 보정값 계산 단계(S4)에서는, 열 변위량에 따른 볼 스크류(104)의 현재 길이를 이용하여, 이송 테이블(105)의 위치 보정값을 계산한다. 즉, 위치 보상 제어부(130)는 열 변위량에 따른 볼 스크류(104)의 현재 길이와, 현재 이송 테이블(105)의 위치를 참조하여, 이송 테이블(105)의 위치 보정값을 계산한다.
이송 테이블 위치 보정 단계(S5)에서는, 수치 제어부(140)에 위치 보정값을 포함하는 회전수 정보를 전송함으로써, 수치 제어부(140)가 서보 모터(150)를 직접 제어하여, 이송 테이블(105)의 위치가 보정되도록 한다.
이와 같이 하여 본 발명은 가공 환경 변화에 영향을 받지 않고 실제 발생하는 변위량을 직접 측정하여 실시간 보상하는 방식을 사용함으로써 이송계에 사용되는 볼 스크류의 열 변위 오차량 보정의 신뢰성을 향상시켜 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 이송계에 사용하는 볼 스크류를 지지하는 베어링의 구성 방법 중 한쪽 끝단은 고정 방식으로, 다른 한쪽 방향은 단순 지지 방식을 사용하는 이송계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 방법에 있어서, 기존의 온도 변화량을 이용한 열 변위의 발생량을 추정하는 방식을 사용하지 않고, 볼 스크류의 끝단에서 실시간으로 변위량을 직접 측정하여 현재 이송 테이블 위치에서의 오차량을 계산하여 보정함으로써, 이송계에 사용되는 볼 스크류의 열 변위 오차량 보정의 신뢰성을 향상시켜 가공 정밀도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100; 볼 스크류의 열 변위 보정 장치
101; 지지대 102; 베어링 고정부
102a; 베어링 103; 베어링 지지부
103a; 베어링 104; 볼 스크류
104a; 요홈 105; 이송 테이블
110; 변위 센서 120; 증폭부
130; 위치 보상 제어부 140; 수치 제어부
150; 서보 모터

Claims (8)

  1. 이송 테이블이 결합된 볼 스크류의 일측 끝단은 베어링 고정부에 의해 고정되고, 타측 끝단은 베어링 지지부에 의해 지지되는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치에 있어서,
    상기 베어링 지지부측의 볼 스크류에 설치되어 볼 스크류의 열 변위량을 센싱하는 변위 센서;
    상기 볼 스크류의 기준 길이가 미리 입력되고, 상기 변위 센서로부터 얻은 볼 스크류의 변위량을 입력받아 위치 보상 정보를 계산하는 위치 보상 제어부;
    상기 위치 보상 제어부로부터 입력받은 위치 보상 정보가 반영된 회전수 정보를 출력하는 수치 제어부; 및
    상기 수치 제어부로부터 입력받은 회전수 정보에 기초하여 상기 볼 스크류를 회전시킴으로써, 상기 이송 테이블의 이송 위치를 보정하는 서보 모터를 포함함을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 스크류에는 원주면을 따라 요홈부가 형성되고,
    상기 변위 센서는 상기 요홈부의 외측에 설치된 원통형 캐패시터인 것을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류이 열 변위 보정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 센서는 상기 베어링 지지부 외측에 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼 스크류의 길이는 상기 변위 센서를 중심으로 수축하거나 팽창함을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치 보상 제어부는
    상기 수치 제어부로부터 상기 이송 테이블의 현재 위치 정보를 입력받고, 상기 위치 보상 정보가 반영된 위치로 상기 이송 테이블을 이송하도록 상기 수치 제어부에 상기 위치 보상 정보가 반영된 회전수 정보를 출력함을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치.
  6. 이송 테이블이 결합된 볼 스크류의 일측 끝단은 베어링 고정부에 의해 고정되고, 타측 끝단은 베어링 지지부에 의해 지지되는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법에 있어서,
    상기 베어링 지지부측의 볼 스크류에 대한 열 변위량을 센싱하고, 이에 따른 볼 스크류의 현재 길이를 계산하는 단계;
    상기 볼 스크류의 현재 길이와 미리 입력된 기준 길이가 일치하는지 판단하는 단계;
    상기 현재 길이와 기준 길이가 일치하지 않을 경우, 현재 이송 테이블의 위치를 확인하는 단계;
    상기 열 변위량에 따른 상기 볼 스크류의 현재 길이를 이용하여, 상기 이송 테이블의 위치 보정값을 계산하는 단계; 및
    상기 위치 보정값에 따라 상기 이송 테이블을 이송하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 볼 스크류에는 원주면을 따라 요홈부가 형성되고,
    상기 볼 스크류의 열 변위량은 상기 요홈부의 외측에 설치된 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용하여 센싱함을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 원통형 캐패시터 변위 센서는 상기 베어링 지지부 외측에 설치된 것을 특징으로 하는 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 방법.
KR1020120156070A 2012-12-28 2012-12-28 원통형 캐패시터 변위 센서를 이용한 공작 기계 볼 스크류의 열 변위 보정 장치 및 그 방법 KR20140086046A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104898413A (zh) * 2015-03-27 2015-09-09 上海大学 大行程高分辨率驱动器系统
CN106624951A (zh) * 2017-01-17 2017-05-10 河南理工大学 一种基于楔形进给水平补偿的z向微位移结构
KR102531188B1 (ko) * 2022-07-14 2023-05-10 티아이씨(주) 열팽창 신장량을 모니터링 가능한 스크류

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