KR20150015522A - 공작 기계의 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 회전 속도를 추산하는 방법 및 이러한 공작 기계 - Google Patents

Abstract

회전 스핀들(2) 및 스핀들 상에 장착된 툴(3)의 이미지들을 획득하는 시각 시스템(7)을 포함하는 공작 기계(1)에서, 스핀들의 공칭 회전 속도 값(VN)에 중심을 두는 사전선택된 회전 속도 값들의 구간(ICN)의 각각의 값(VC)에 대해 이미지 획득 주기(TA)가 결정되고, 이는 시각 시스템과 양립할 수 있고 그 사전선택된 속도 값에 대해 계산된 스핀들의 회전 주기(TR)의 배수이며, 스핀들이 공칭 회전 속도로 회전하고 있는 동안 이미지 획득 주기로 서로 시간적으로 이격되는 툴 이미지들의 대표 커플이 얻어지고, 유사성 규칙에 기초하여 서로 가장 유사한 이미지들의 대표 커플이 대응하는 그 사전선택된 속도 값을 선택함으로써 공칭 속도 값에 연계되는 추산된 속도 값(VS)을 얻는다.

Description

공작 기계의 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 회전 속도를 추산하는 방법 및 이러한 공작 기계{METHOD FOR ESTIMATING THE ROTATIONAL SPEED OF A TOOL MOUNTED ON A ROTATING SPINDLE OF A MACHINE TOOL AND SUCH A MACHINE TOOL}

본 발명은 공작 기계(machine tool)의 회전 스핀들(rotating spindle) 상에 장착된 툴(tool)의 회전 속도를 추산하는 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 유리하게는 쉐도우 캐스팅(shadow casting), 시각 시스템에 의해 실행되는 툴의 자동 측정 공정에 적용될 수 있지만, 전적인 것은 아니며, 이에 대해서는 본 명세서에서 일반성을 잃지 않고 명확하게 언급될 것이다.

통상적으로 알고 있는 바와 같이, 수치 제어 공작 기계는 대상물들을 기계가공하는 툴을 운반하고 이를 회전하게 하는 스핀들, 및 3 이상의 이동축을 따르는 스핀들 변위들 및 툴 회전 속도를 정밀하게 제어하는 전자 제어 유닛을 갖는 기계적 구조체를 포함한다.

공작 기계의 툴은, 일단 스핀들 상에 장착되면 그 유효 치수(effective dimension)들을 결정하거나 얼마간의 작동 시간 후에는 그 마모(wear)를 결정하기 위해, 그 축을 중심으로 빠르게 회전하고 있는 경우에도 측정되어야 한다. 이를 위해, 공작 기계들에는 그 자신의 축을 중심으로 회전하고 있는 동안에 치수들을 포함한 툴의 기하학적 특징들을 측정할 수 있는 자동 측정 시스템이 구비된다.

쉐도우 캐스팅 시각 시스템을 포함하는 자동 측정 시스템이 알려져 있으며, 상기 시각 시스템은 포커스되지 않은 광의 소스 및 상기 광 소스의 앞에 소정 거리 떨어져서 배치된 2-차원 이미지 센서, 예를 들어 CCD 센서를 포함한다. 사용되는 경우, 측정될 툴은 그 자신의 축을 중심으로 회전하고 있는 동안, 이미지 센서가 툴 쉐도우의 이미지를 획득할 수 있는 방식으로 이미지 센서의 가시 필드(visual field) 내에서 광 소스와 이미지 센서 사이에 배치되어야 한다. 툴의 기하학적 특징들은 시각 시스템에 의해 획득되는 이미지들에 기초하여 측정된다.

원하는 측정들을 수행하기 위해, 시각 시스템은 소정 각도 단차(angular step)의 서로 이격되어 있는 상이한 각도 위치(angular position)들에서, 회전축을 중심으로 회전하고 있는 툴의 이미지들을 획득하여야 한다. 측정될 툴의 회전 주기는 통상적으로 이미지 센서의 프레임 획득(frame acquisition) 주기보다 훨씬 더 짧다. 그러므로, 원하는 각도 단차로 회전 툴의 이미지들을 얻기 위해, 시각 시스템은 획득 주기에 따라 이미지들을 획득하여, 툴이 2 개의 연이은 획득 사이에서 소정 정수 수의 완전한 회전(revolution)에 원하는 각도 단차와 동일한 일부의 회전을 더하여 수행하도록 한다.

실제로 원하는 각도 위치들에서 이미지들을 얻기 위해, 툴의 회전 속도는 높은 정밀도로 알려져야 한다. 즉, 공칭(nominal) 또는 알려진 속도와 실제 속도 간의 10000분의 1(1 part over 10000)의 차이도 큰 획득 오차들을 초래, 즉 원하는 각도 위치들로부터 멀리 떨어진 각도 위치들에서 이미지들을 얻게 할 수 있는 것을 실험적으로 알 수 있다.

지금까지, 공칭 속도로부터의 실제 속도 값의 가능한 편차들을 해결하기 위해 본질적으로 두 방법들이 알려져 있다. 알려진 제 1 방법은 최소 수의 획득에 비해 매우 과다한(redundant) 많은 획득을 수행하는 것으로 이루어진다. 이 제 1 방법은 흔히, 측정 사이클을 수행하는 데 허용되는 시간과 비교하여 너무 많은 실행 시간이 필요하기 때문에 실현가능하지 않다. 알려진 제 2 방법은 항상 업데이트되고 신뢰가능한 속도 실시간 데이터가 이용가능한 방식으로, 예를 들어 스핀들 상에 배치된 속도 또는 위치 센서를 이용하는 것으로 이루어진다. 이 제 2 방법은 많은 경우에 너무 침입적(invasive)인 것으로 간주되어 선호되지 않는다.

본 발명의 목적은, 앞서 설명된 애로사항들이 없고 동시에 저가로 쉽게 구현될 수 있는, 공작 기계의 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 회전 속도를 정밀하게 결정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 첨부된 청구항들에서 주장되는 바에 따라, 공작 기계의 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 회전 속도를 추산하는 방법, 공작 기계의 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 이미지들을 획득하는 방법, 및 공작 기계가 제공된다.

이제, 제한적이지 않은 예시들에 의해 주어진 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 설명된다:
도 1은 공작 기계의 스핀들 상에 장착된 툴의 회전 속도를 추산하기 위한, 본 발명이 제공되는 방법을 구현하는 시각 시스템을 포함한 수치 제어 공작 기계를 나타내는 도면; 및
도 2는 본 발명의 방법에 의해 추산되는 회전 속도의 함수로서 계산되는 시간적 카덴스(temporal cadence)에 따라 툴의 이미지들을 획득하기 원하는 각도 위치들의 일 예시를 나타내는 도 1의 툴의 매우 개략적인 확대 단면도이다.

수치 제어("NC") 공작 기계가 일반적으로 도 1에서 참조번호 1로 도시되며, 툴(3)이 장착되어 있는 스핀들(2) 및 공작 기계(1)의 수치 제어를 실시하는 제 1 전자 제어 유닛(4)을 포함한다. 제 1 전자 제어 유닛(4)은 적어도 하나의 변위 축선을 따라, 통상적으로는 그 자체로 알려져 있어서 예시되지 않는 전용 액추에이터들을 통해 3 개의 데카르트(Cartesian) 축선들(X, Y 및 Z)을 따라 스핀들(2)의 이동들을 제어하고, 스핀들(2)의 회전 속도를 제어할 수 있다.

변위 축선들을 따르는 스핀들(2)의 이동들의 시작 및 정지는 일반적으로 제 1 제어 유닛(4)에 의해 제어된다. 하지만, 변위 축선들을 따르는 스핀들(2)의 이동들의 정지는 대안적인 절차에 따라, 일반적으로 "스킵 입력부(skip input)"라고 하는 제 1 제어 유닛(4)의 특정 입력부(5)를 통해 외부 유닛에 의해 제어될 수도 있다. 또한, 제 1 제어 유닛(4)은 예를 들어 상기 입력부(5)에서의 신호의 함수로서 변위 축선들을 따라 스핀들(2)의 위치를 기록하도록 셋업(set up)된다. 제 1 제어 유닛(4)은 통신 인터페이스(6), 예를 들어 이더넷 네트워크의 포트(port)를 더 포함한다.

공작 기계(1)에는, 공작 기계(1)가 스핀들(2)을 그 자신의 회전축(2a)을 중심으로 회전하게 유지하는 동안 툴(3)의 기하학적 특징들, 예를 들어 치수들을 측정하도록 구성되는 시각적 시스템(visual system: 7)이 제공된다. 더 구체적으로, 시각적 시스템(7)은 광 소스(8) 및 상기 광 소스(8)의 앞에 소정 거리 떨어져서 배치되는 이미지 센서(9)를 포함한다. 이미지 센서(9)는 변위 축선들을 따르는 스핀들(2)의 이동에 의해 광 소스(8)와 이미지 센서(9) 사이에 툴이 배치되는 경우, 툴(3)의 이미지들, 더 구체적으로는 툴(3)의 쉐도우의 이미지들을 획득하도록 구성된다. 광 소스(8) 및 이미지 센서(9)는 공유 지지 프레임(7a) 상에 장착된다. 광 소스(8)는 포커스되지 않은 광 빔을 생성하고, 이미지 센서(9)는 예를 들어 CCD 디지털 센서를 포함한다.

이미지 센서(9)의 가시 필드는 툴(3)에 대한 측정 영역을 정의한다. 실제로, 툴(3)은 이미지 센서(9)의 가시 필드 내에 회전 툴(3)을 배치하고, 가시 필드의 이미지들을 획득하며, 획득된 이미지들로부터 예를 들어 툴(3)의 치수들을 계산함으로써 측정된다.

본 발명에 따르면, 시각적 시스템(7)은 제 1 제어 유닛(4)에 연결되어 제 1 제어 유닛(4)에 제어신호(controls)를 보내고 제 1 제어 유닛(4)과 데이터를 교환하는 제 2 전자 제어 유닛(10)을 포함한다. 더 구체적으로, 제 2 제어 유닛(10)은 제 1 제어 유닛(4)의 입력부(5)에 연결가능한 출력부(11), 및 제 1 제어 유닛(4)의 통신 인터페이스(6)에 연결가능한 통신 포트(12)를 포함한다. 도 1에서, 제 2 제어 유닛(10)은 지지 프레임(7a)에 물리적으로 통합된 것으로서 도시되지만, 대안적으로 이는 지지 프레임(7a)과 물리적으로 별개일 수 있다.

제 1 및 제 2 제어 유닛들(4 및 10)은 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 회전 속도를 추산하는 방법을 구현하기 위해 프로그램되며, 이 방법에 본 발명이 제공되고, 이 방법은 이후 설명된다.

스핀들(2)의 회전 속도의 공칭 값(VN) 또는 공칭 속도 값(VN)에 실질적으로 중심을 두는(centred on) 회전 속도의 사전선택된 값들(VC) 또는 사전선택된 속도 값들(VC)의 구간이 정의된다. 각각의 이미지 획득 주기(TA)가 사전선택된 값들(VC) 각각에 대해, 그 사전선택된 값(VC)에 대해 계산되는 바와 같은 스핀들(2)의 한 회전 주기(TR)의 배수와 같고 시각적 시스템(7)과 양립, 즉 이미지 센서(9)의 최대 이미지 속도(또는 "프레임 속도")와 양립할 수 있도록 결정된다. 공칭 값(VN)은 제 1 제어 유닛(4)에서 선택가능한 속도이다. 간명함을 위해, 공칭 속도 값(VN)에 중심을 두는 사전선택된 속도 값들(VC)의 구간은 때때로, 이후 간단히 값들의 제 1 구간(ICN)이라고 칭해진다. 10000 rpm 공칭 값을 가정하면, 제 1 구간(ICN)은 예를 들어 1 rpm 단차로 9900 rpm과 10100 rpm 사이의 모든 속도 값들을 포함한다.

제 1 제어 유닛(4)의 제어 하에, 스핀들(2)은 공칭 속도 값(VN)으로 회전되고 시각적 시스템(7)의 가시 필드 내에 위치된다. 이러한 회전 동안, 시각 시스템(7)에 의해 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들이 얻어지고, 이 이미지들은 각각의 대표 커플 내에서 사전선택된 속력 값들(VC) 중 하나에 대응하는 이미지 획득 주기(TA)로 서로 시간적으로 이격된다. 공칭 속도 값(VN)과 연계될 추산된 속도 값(VS)이 모든 사전선택된 속도 값들(VC) 사이에서 선택되는 그 사전선택된 속도 값으로서 결정되며, 여기에 유사성 규칙(similarity rule)에 기초하여 서로 가장 유사한 이미지들의 대표 커플이 대응한다. 즉, 각각의 이미지들의 대표 커플에 대해 두 이미지들 간의 유사성의 정도를 설명하는 유사 지수(similarity index)의 각각의 값이 계산되고, 추산된 속도 값(VS)은 유사성 규칙에 기초하여 서로 가장 유사한 이미지들의 대표 커플이 대응하는 그 사전선택된 속도 값으로 나타내어진다.

유사성 규칙은 예를 들어 다음의 처리를 포함한다. 이미지들의 각 대표 커플의 각각의 이미지에 대해, 실수(real number)들의 각각의 매트릭스 A, B가 정의되고, 실수들 각각은 이미지의 각 픽셀의 밝기(brightness)를 대표한다. 이미지들의 각 대표 커플에 대해, 이미지들의 대표 커플의 두 이미지들에 대한 2 개의 매트릭스 A 및 B의 요소마다의 차이로서 차분 매트릭스(difference matrix: C)가 얻어지고, 차분 매트릭스(C)의 놈(norm: N)의 값이 계산된다. 추산된 속도 값(VS)은 모든 사전선택된 속도 값들(VC) 사이에서 선택되어, 놈(N)의 최소 값을 제공하는 이미지들의 대표 커플에 대응하는 그 사전선택된 속도 값으로 나타내어진다. 이때, 유사 지수는 놈(N)으로 나타내어진다.

이미지 획득 주기(TA), 차분 매트릭스(C), 및 놈(N)의 연산(computation), 및 추산된 속도 값(VS)의 추산은, 예를 들어 제 2 제어 유닛(10)에 의해 실행된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제 1 및 제 2 제어 유닛들(4 및 10)은 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 이미지들을 획득하는 방법을 구현하도록 셋업되고, 이는 아래에서 설명되는 방식으로 툴의 회전 속도를 추산하는 상기 방법에 기초한다.

스핀들(2)은 공칭 속도 값(VN)으로 회전되고, 스핀들(2)의 실제 회전 속도 값(VE)이 결정된다. 툴(3)의 이미지들은 시각 시스템(7)을 통해 실제 속도 값(VE)의 함수로서 계산되는 시간적 카덴스(TM)에서 획득되며, 툴(3)이 2 개의 연이은 획득 사이에서 정수 수의 완전한 회전에 원하는 각도 단차(β)와 동일한 일부의 회전을 더하여 수행하도록 한다. 그러므로, 획득된 이미지들은 각도 단차(β)로 서로 이격되는 상이한 각도 위치들에서 축(2a)을 중심으로 회전하고 있는 툴(3)을 나타낸다. 이러한 방식으로 획득된 이미지들은 그 후, 예를 들어 툴(3)의 기하학적 특징들을 측정하는 데 사용될 수 있다.

예시에 의해, 툴(3)의 축(2a)에 수직인 매우 개략적인 단면도인 도 2에서, 참조 번호 13은 축(2a)에 의해 정의된 평면들의 다발(sheaf)에 속하는 몇몇 평면들을 나타내며, 이들은 각도에 있어서 각도 단차(β)(도 2에 따르면 45 °, 제한적이지 않은 예시로서 간주됨)로 서로 이격되어 있다. 이에 따라, 획득된 이미지들은 길이방향 평면들(13)에 의해 정의된 각도 위치들에서의 툴(3)을 나타낼 것이다. 즉, 길이 방향 평면들(13)은 툴(3)의 이미지들을 획득하는 프레임 평면들을 정의한다.

본 발명에 따르면, 툴(3)의 이미지들을 획득하는 방법은 앞서 설명된 회전 속도를 추산하는 방법에 의해 공칭 속도 값(VN)과 연계되는 제 1 추산된 속도 값(VS1)을 제공하기 위해, 캘리브레이션 단계, 즉 회전 속도 값을 캘리브레이션하는 사전준비 단계를 포함한다. 실제 속도 값(VE)은 제 1 추산된 속도 값(VS1)의 함수로서 결정된다.

예를 들어, 실제 속도 값(VE)은 제 1 추산된 속도 값(VS1) 또는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제 2 추산된 속도 값(VS2)과 일치하며, 제 2 추산된 속도 값은 값들의 제 1 구간(ICN) 대신에, 이후 값들의 제 2 구간(ICS)이라고 하는 제 1 추산된 속도 값(VS1)에 실질적으로 중심을 두는 사전선택된 속도 값들(VC)의 제 2 구간에 대해 회전 속도를 추산하는 방법을 적용함으로써 얻어진다. 다시 말하면, 앞서 설명된 추산 방법은 공칭 속도 값(VN)이 제 1 추산된 속도 값(VS1)으로 치환되고 값들의 제 1 구간(ICN)이 값들의 제 2 구간(ICS)으로 치환되는 방식으로 수정되어 적용된다.

전형적으로, 값들의 제 2 구간(ICS)은 값들의 제 1 구간(ICN)보다 좁으며, 유리하게는 제 1 구간(ICS)의 사전선택된 속도 값들(VC)이 제 2 구간(ICN)보다 적은 양으로 서로 이격될 수 있다. 실시예의 일 예시에 따르면, 앞서 언급된 제 1 구간(ICN)은 서로 1 rpm으로 이격되는 약 200 개의 사전선택된 속도 값들(VC)을 포함하는 한편, 제 2 구간(ICS)은 서로 0.5 rpm으로 이격되는 약 40 개의 사전선택된 속도 값들을 갖는다.

회전 속도 값을 캘리브레이션하는 단계는 제 1 제어 유닛(4)에 의해 스핀들(2)에 할당된 공칭 속도 값(VN)과 툴(3)이 실제로 회전하는 속도 간의 오차를 대부분 보정할 수 있게 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 값들의 제 2 구간(ICS)에 대해 회전 속도를 추산하는 방법을 적용함으로써 상이한 각도 위치들에서 툴 이미지들을 획득하는 단계의 처음에 수행되는 실제 속도 값(VE)을 결정하는 단계는 단기간에 걸쳐 가능한 속도 변동들을 보정할 수 있게 한다.

유리하게는, 본 발명의 가능한 선택사항들 중 하나에 따르면, 연산 시간을 감소시키기 위해 제 2 추산된 속도 값(VS2)은 제 2 구간(ICS)의 모든 사전선택된 속도 값들(VC)을 분석하지 않고 얻어질 수 있다. 더 구체적으로, 이미지 획득 주기(TA)의 결정, 이미지들의 각 대표 커플의 입수, 및 유사성 규칙의 처리를 포함한 절차가 2 개의 단부 값들을 포함하고 서로 인접하는 적어도 3 개의 사전선택된 속도 값들(VC)의 그룹들에서 수행된다. 상기 절차는, 소정 사전선택된 속도 값들(VCc), 즉 그룹 내에서 서로 가장 유사한 이미지들의 대표 커플이 대응하는, 그룹의 두 단부 값들과 상이한 사전선택된 속도 값(VC)을 포함하는 소정 그룹이 발견되는 경우에 중지된다. 그룹의 중심 값일 수 있고, 여하한의 경우 그룹의 최저 및 최고 사전선택된 속도 값들(VC) 중 어느 것도 아닌 소정 사전선택된 속도 값(VCc)이 원하는 제 2 추산된 속도 값(VS2)을 정의한다. 더 구체적으로, 시간당 3 개의 값들(VC)의 그룹들에서 수행되는 제 2 구간(ICS)의 분석은, 3 개의 값들(VC)의 그룹이 발견되어 이러한 3 개의 값들의 중심이 놈(N)의 최소 값의 특징을 갖는 경우에 중지된다.

예를 들어, 제 2 구간(ICS)이 2n+1 개의 속도 값들을 포함한다고 가정하면, 제 2 구간(ICS)의 속도 값들에는 자연수 어레이의 값들을 모두 가정하는 인덱스(index)

[-n, ..., -2, -1, 0, 1, 2, ..., n]

가 제공되고, 인덱스 i=0이 제 1 추산된 속도 값(VS1)과 동일한 중심 속도 값을 식별하고, 중심 값(i=0)으로부터 분석이 시작되는 경우, 사전선택된 속도 값들의 제 1 그룹은 인덱스들 [-1, 0, 1]에 의해 식별된다. 놈(N)은 인덱스 i=[-1, 0, 1]에 의해 식별되는 이미지들의 3 개의 대표 커플들에 대해 계산된다: 인덱스 i=0에 관련된 놈(N)의 값이 (그룹의 단부 값들에 대응하는) 다른 두 인덱스에 대한 놈(N)의 값들보다 낮은 경우, 인덱스 i=0에 대한 놈(N)의 값은 최소이고 중심 속도 값은 원하는 제 2 추산된 속도 값(VS2)이다. 그렇지 않은 경우, 인덱스 i=[-2, -1, 0]에 의해 식별되는 사전선택된 속도 값들의 제 2 그룹으로 분석이 진행된다. 사전선택된 속도 값들의 제 2 그룹에 대해서도 놈(N)의 최소 값이 중심 값(인덱스 i=-1)에 대응하지 않는 경우, 인덱스 i=[0, 1, 2]에 의해 식별되는 사전선택된 속도 값들의 제 3 그룹으로 분석이 진행되고, 최악의 경우 제 2 구간(ICS)의 모든 값들을 분석할 정도까지 계속된다.

유리하게는, 회전 속도 값을 캘리브레이션하는 단계가 복수의 공칭 속도 값들(VNj)에 대해 수행되어, 대응하는 복수의 추산된 속도 값들(VSj)을 얻는다. 각각의 공칭 속도 값(VNj)에 앞서 설명된 추산 방법에 의해 얻어진 대응하는 추산된 속도 값(VSj)을 연계시킴으로써, 공칭 및 추산된 속도 값들(VNj, VSj)의 커플들의 테이블이 채워지고, 제 2 제어 유닛(10)의 내부 데이터 저장소에 기록될 수 있다. 이러한 테이블은 입력으로서 공칭 속도 값(VN)을 이용함으로써 - 실제 속도 값(VE)을 결정하는 단계 동안 - 제 1 추산된 속도 값(VS1)을 얻는 데 사용된다.

예를 들어, 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들을 얻는 작동에 관하여, 제한적이지 않은 간단한 예시들에 의해 지금까지 설명되고 예시된 것에 대한 변형예들이 가능하다. 스핀들(2)의 회전 동안 툴(3)의 매우 작은 비율 또는 널(null)을 나타낼 수 있는 이미지들로 인해 가능한 문제들을 상쇄하기 위해서, 시각 시스템(7)에 의해 툴(3)의 이미지들의 트라이얼(trial) 커플들의 세트들이 획득되고, 더 구체적으로는 사전선택된 속도 값들(VC) 중 하나에 대응하는 각각의 이미지 획득 주기(TA)마다 트라이얼 커플들의 일 세트가 획득된다. 각각의 세트 내에서, 상이한 트라이얼 커플들이 관련(relative) 이미지 획득 주기(TA)의 일부(fraction)로 서로 시간적으로 이격되고, 각각의 트라이얼 커플의 이미지들은 상기 이미지 획득 주기(TA)로 서로 시간적으로 이격된다. 그 후, 신뢰성 지수(reliability index)가 각각의 트라이얼 커플에 할당될 수 있으며, 이는 이미지들의 관련 트라이얼 커플에서 실제로 보기 쉬운 툴(3)의 비율에 의존하는 지수이다. 본 발명의 이 상이한 실시예에 따르면, 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들 각각은, 예를 들어 상기 신뢰성 지수들에 기초하여 트라이얼 커플들 중 하나를 선택함으로써, 또는 소위 누적 이미지(cumulative image)들의 대표 커플을 정의함으로써 일 세트의 트라이얼 커플들로부터의 하나로부터 얻어지며, 이때 각각의 누적 이미지는 한 세트의 트라이얼 커플들의 이미지들 - 각각의 트라이얼 커플로부터 하나의 이미지 - 의 함수로서, 예를 들어 가중 평균으로서 계산될 수 있으며, 바람직하게는 관련 신뢰성 지수들을 고려한다.

본 발명에 따른 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 회전 속도를 추산하는 방법의 주요 장점은, 공작 기계를 수정하거나 보충 디바이스들을 추가할 필요 없이 꽤 신속한 프로세스를 통해 매우 낮은 오차율로 속도 값들을 얻는다는 것이다. 이러한 장점은, 툴의 기하학적 특징들을 측정하기 위해 소정 각도 단차로 서로 이격되는 상이한 각도 위치들에서의 툴 이미지들이 획득되는 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 이미지들을 획득하는 방법에 특히 유용하다.

Claims (13)

1. 회전하고 있는 툴(tool: 3)의 이미지들을 획득하는 시각적 시스템(visual system: 7)을 이용함으로써, 공작 기계(machine tool)의 회전 스핀들(rotating spindle) 상에 장착된 툴의 회전 속도를 추산하는 방법에 있어서:
   상기 스핀들(2)의 회전 속도의 공칭 속도 값(nominal speed value: VN)에 실질적으로 중심을 두는(centred on) 회전 속도의 사전선택된 속도 값들(VC)의 제 1 구간(ICN)을 정의하는 단계;
   상기 사전선택된 속도 값들(VC)의 각각에 대해, 상기 시각적 시스템(7)과 양립할 수 있고, 사전선택된 속도 값(VC)에 대해 계산된 상기 스핀들(2)의 한 회전 주기(TR)의 배수와 동일하도록 각각의 이미지 획득 주기(TA)를 결정하는 단계;
   상기 공칭 속도 값(VN)으로 상기 스핀들(2)을 회전시키고, 상기 시각적 시스템(7)의 가시 필드에 상기 툴(3)을 위치시키는 단계;
   상기 시각적 시스템(7)에 의해, 상기 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들을 얻는 단계 -각각의 대표 커플 내에서 이미지들은 상기 사전선택된 속도 값들(VC) 중 하나에 대응하는 이미지 획득 주기(TA)로 서로 시간적으로 이격됨- ; 및
   유사성 규칙(similarity rule)에 기초하여 서로 가장 유사한 이미지들의 대표 커플이 대응하는, 모든 사전선택된 속도 값들(VC) 사이에서 선택되는 사전선택된 속도 값으로서 상기 공칭 속도 값(VN)과 연계될 추산된 속도 값(VS)을 결정하는 단계
   를 포함하는 회전 속도 추산 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유사성 규칙은:
   이미지들의 각 대표 커플의 각각의 이미지에 대해, 실수(real number)들의 각각의 매트릭스(A, B)를 정의하는 단계 -실수들 각각은 상기 이미지의 각 픽셀의 밝기(brightness)를 대표함- ;
   이미지들의 각 대표 커플에 대해, 이미지들의 대표 커플의 두 이미지들에 대한 2 개의 매트릭스(A, B)의 차이로서 차분 매트릭스(difference matrix: C)를 얻는 단계;
   상기 차분 매트릭스(C)의 놈(norm: N)의 각각의 값을 계산하는 단계; 및
   상기 놈(N)의 최소 값이 대응하는 사전선택된 속도 값(VC)을 추산된 속도 값(VS)으로서 선택하는 단계
   를 포함하는 회전 속도 추산 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 시각적 시스템(7)에 의해, 상기 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들을 얻는 단계는
   상기 시각 시스템(7)에 의해 상기 툴(3)의 이미지들의 트라이얼(trial) 커플들의 세트들을 획득하는 단계 -상기 세트들 각각에서,
   상기 트라이얼 커플들 각각의 이미지들은 관련 사전선택된 속도 값(VC) 중 하나에 대응하는 이미지 획득 주기(TA)로 서로 시간적으로 이격되고,
   상기 트라이얼 커플들은 동일한 이미지 획득 주기(TA)의 일부(fraction)로 서로 시간적으로 이격됨- , 및
   상기 트라이얼 커플들의 세트들 중 하나로부터 상기 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들 중 하나를 각각 얻는 단계
   를 포함하는 회전 속도 추산 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   각각의 트라이얼 커플에 신뢰성 지수(reliability index)가 할당되며, 상기 신뢰성 지수는 상기 트라이얼 커플의 각 이미지에서 실제로 가시적인 상기 툴(3)의 비율에 의존하는 회전 속도 추산 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들 각각은 상기 신뢰성 지수들에 기초하여 트라이얼 커플들의 일 세트로부터 하나를 선택함으로써 얻어지는 회전 속도 추산 방법.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 툴(3)의 이미지들의 대표 커플들 각각은 누적 이미지(cumulative image)들의 대표 커플을 정의함으로써 얻어지고, 상기 누적 이미지들은 일 세트의 트라이얼 커플들의 이미지들 -상기 누적 이미지들 각각에 대해 각각의 트라이얼 커플로부터 하나의 이미지- 의 함수로서 계산되는 회전 속도 추산 방법.
7. 공작 기계의 회전 스핀들 상에 장착된 툴의 이미지들을 획득하는 방법에 있어서:
   상기 스핀들(2)을 공칭 속도 값(VN)으로 회전시키는 단계;
   상기 스핀들(2)의 회전 속도의 실제 속도 값(VE)을 결정하는 단계; 및
   시각적 시스템(7)에 의해 상기 실제 속도 값(VE)의 함수로서 계산되는 시간적 카덴스(temporal cadence: TM)에서 상기 툴(3)의 이미지들을 획득하는 단계 -획득된 이미지들이 각도 단차(angular step: β)로 서로 이격되는 상이한 각도 위치들에서의 상기 툴(3)을 나타내는 방식으로, 상기 툴(3)이 2 개의 연이은 획득 사이에서 1 이상의 완전한 회전(revolution)에 원하는 상기 각도 단차(β)와 동일한 일부의 회전을 더하여 수행하도록 이루어짐-
   를 포함하며, 상기 방법은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 상기 공칭 속도 값(VN)과 연계되는 제 1 추산된 속도 값(VS1)이 얻어지는 캘리브레이션 단계를 포함하고, 상기 실제 속도 값(VE)은 상기 제 1 추산된 속도 값(VS1)의 함수로서 결정되는 이미지 획득 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 실제 속도 값(VE)은 상기 제 1 추산된 속도 값(VS1)과 일치하는 이미지 획득 방법.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 실제 속도 값(VE)은, 상기 공칭 속도 값(VN)이 상기 제 1 추산된 속도 값(VS1)으로 치환되고, 사전선택된 속도 값들의 제 1 구간(ICN)이 실질적으로 상기 제 1 추산된 속도 값(VS1)에 중심을 두는 사전선택된 속도 값들의 제 2 구간(ICS)으로 치환되는 방식으로 수정되는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 이용하여 얻어지는 제 2 추산된 속도 값(VS2)과 일치하는 이미지 획득 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 사전선택된 속도 값들의 제 2 구간(ICS)은 상기 사전선택된 속도 값들의 제 1 구간(ICN)보다 좁은 이미지 획득 방법.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 추산된 속도 값(VS2)은, 이미지 획득 주기(TA)의 결정, 이미지들의 대표 커플의 획득, 및 유사성 규칙의 처리를 포함한 절차가
    2 개의 단부 값들을 포함하고 서로 인접하는 적어도 3 개의 사전선택된 속도 값들(VC)의 그룹들에서 수행되고,
    상기 그룹들 중 일정 그룹(certain group)이 상기 일정 그룹 내에서 서로 가장 유사한 이미지들의 대표 커플이 대응하는, 상기 일정 그룹의 두 단부 값들과 상이한 일정 사전선택된 속도 값을 포함하여 발견되는 경우에 중지되는,
    방식으로 수정되는 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 이용하여 얻어지며,
    상기 일정 사전선택된 속도 값은 상기 제 2 추산된 속도 값(VS2)을 정의하는 이미지 획득 방법.
12. 툴(3)이 장착되는 스핀들(2), 상기 스핀들(2)의 회전 속도를 제어하도록 구성되는 제 1 전자 제어 유닛(4), 및 회전하고 있는 상기 툴(3)의 이미지들을 획득하는 시각적 시스템(7)을 포함하는 공작 기계에 있어서,
    상기 시각적 시스템(7)은 상기 제 1 제어 유닛(4)과 통신하도록 연결되는 제 2 전자 제어 유닛(10)을 포함하고,
    상기 제 1 제어 유닛(4) 및 제 2 제어 유닛(10)은 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 툴의 회전 속도를 추산하는 방법을 구현하도록 구성되는 공작 기계.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 유닛(4) 및 제 2 제어 유닛(10)은 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 툴의 이미지들을 획득하는 방법을 구현하도록 구성되는 공작 기계.

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