KR20170054091A - 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템 - Google Patents

공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템에 관한 것으로, 스핀들상 각각의 지점에서의 열변위 환산 신호값을 샘플링하고 평균하여 보다 정밀한 열변위량을 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템{Measuring system and method for a thermal deformation of tool machine's spindle}
본 발명은 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열변위 환산 신호값를 샘플링하고 평균하여 스핀들상의 각 지점에서의 정밀한 열변위량을 측정하기 위한 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템에 관한 것이다.
일반적으로 자동차, 공장설비 등에 적용되는 부품을 가공하기 위하여 공작기계를 사용한다. 대체로 공작기계는 주축 스핀들의 일측단부에 공구가 장착되고, 주축 스핀들이 소재의 여러 측면을 이동하면서 사용자가 원하는 제품의 형상을 만든다.
특히 절삭가공시에는 주축 스핀들이 회전하면서 소재를 원하는 형상으로 절삭하게 된다. 이때 주축 스핀들은 고속으로 회전하게 되며, 회전동작 중에 상당한 열이 발생하게 된다.
이러한 열은 주축 스핀들에 열변위(thermal deformation)를 발생시키게 된다. 주축 스핀들의 열변위는 주축 스핀들의 각 지점마다 국부적인 과열로 인해 서로 다른 값을 나타낸다. 즉 어떤 부분에서는 과열이 심하여 열변위가 상대적으로 많이 발생되고, 반대로 다른 부분에서는 상대적으로 열변위가 적게 발생되기도 한다.
주축 스핀들의 열변위는 공작기계의 가공 정밀성을 떨어뜨리므로, 이는 해결되어야 할 문제이며, 이를 위해서는 우선 주측 스핀들의 각 부위에서의 정확한 열변위값을 측정할 수 있어야 한다.
종래 관련 선행문헌으로는 국내특허 등록번호 : 제 1546617 호가 있다.
본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 스핀들상 각각의 지점에서의 열변위 환산 신호값을 샘플링하고 평균하여 보다 정밀한 열변위량을 측정하는 시스템 및 방법을 제공하는데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템에 관한 것으로, 본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법에 있어서, 스핀들의 열변위값을 전기적 신호값으로 지정하는 신호값 지정단계와 상기 전기적 신호를 스핀들에 부여하는 신호입력단계 및 스핀들의 복수개의 지점에서 부여된 전기적 신호값들을 측정하고 취합하는 샘플링단계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 샘플링단계 이후에, 샘플링된 전기적 신호값들을 평균하여 신호 편차를 보정하는 편차보정단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 편차보정단계 이후에, 편차 보정된 전기적 신호값을 기 설정된 스핀들의 열변위값으로 환산하는 열변위값 환산단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 열변위값 환산단계 이후에, 스핀들의 각 지점에서 측정되고 편차 보정된 열변위 데이터값을 저장하는 데이터 저장단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 신호값 지정단계는, 상기 전기적 신호값이 - 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 내측으로 변위가 발생된 것이고, 상기 전기적 신호가 + 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 외측으로 변위가 발생된 것으로 구성되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 샘플링단계에서의 샘플링의 주기는 2초가 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 샘플링단계는 1주기당 스핀들의 8000포인트 지점에서 전기적 신호를 획득하도록 구성될 수 있다.
본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템은 스핀들의 열변위값을 전기적 신호값으로 지정하는 신호값 지정부와 상기 전기적 신호를 스핀들에 인가하는 신호입력부 및 스핀들의 복수 지점에 부여된 전기적 신호값들을 측정하고 취합하는 샘플링부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 샘플링된 전기적 신호값들을 평균하여 신호 편차를 보정하는 편차 보정부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 편차 보정된 전기적 신호값을 기 설정된 스핀들의 열변위값으로 환산하는 열변위값 환산부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 스핀들의 각 지점에서 측정되고 편차 보정된 열변위 데이터값을 저장하는 데이터 저장부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 신호값 지정부는, 상기 전기적 신호값이 - 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 내측으로 변위가 발생된 것이고, 상기 전기적 신호가 + 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 외측으로 변위가 발생된 것으로 입력되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 샘플링부에서 수행하는 샘플링의 주기는 2초가 되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 샘플링부는 1주기당 스핀들의 8000포인트 지점에서 전기적 신호를 획득하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 공작기계의 스핀들상에 열변위 환산 신호값를 인가하고, 이를 샘플링하고 평균함으로써, 스핀들상의 각 지점에서의 오차가 적은 보다 정밀한 열변위량을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템의 제어도.
도 2는 본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템의 제어도이다. 도 1를 참고하면, 본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템은 신호값 지정부(10), 신호입력부(20), 샘플링부(30), 편차보정부(40), 열변위 환산부(50) 및 데이터 저장부(60)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선 상기 신호값 지정부(10)는 스핀들의 특정 열변위값을 특정 전기적 신호값으로 지정하는 기능을 수행하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 상기된 전기적 신호값을 볼트(V) 단위로 선정할 수 있으며, 1V 값은 열변위 50um 값으로 지정할 수 있다.
그리고 상기 신호값 지정부(10)는 상기 전기적 신호값이 - 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 내측으로 변위가 발생된 것이고, 상기 전기적 신호가 + 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 외측으로 변위가 발생된 것으로 입력되도록 구성될 수 있다.
예를 들어 스핀들의 특정 지점에서 +5V 의 전기적 신호값이 입력된 경우에는 그 특정 지점에서의 열변위 환산값은 +250um 이고, 그 만큼 스핀들의 외측으로 열에 의한 변위가 발생된 것이며, -10V 의 전기적 신호값이 입력된 경우에는 그 특정 지점에서의 열변위 환산값은 -500um 이고, 그 만큼 스핀들의 내측으로 열에 의한 변위가 발생된 것이다.
다음 상기 신호입력부(20)는 상기 전기적 신호를 스핀들상의 복수 지점에 인가하는 기능을 수행하며, 상기 샘플링부(30)는 상기 신호입력부(20)에 의해 스핀들의 복수 지점에 부여된 상기 전기적 신호값들을 측정하고 취합하는 기능을 수행한다.
본 발명의 실시예에서는 상기 샘플링부(30)가 수행하는 샘플링의 주기는 2초일 수 있으며, 상기 샘플링부(30)는 1주기당 스핀들의 8000포인트 지점에서 전기적 신호값을 획득하도록 구성될 수 있다. 물론 상기된 샘플링의 주기 또는 1주기당 스핀들의 측정 지점의 갯수는 작업환경에 따라 변경될 수 있다.
그리고 상기 편차 보정부(40)는 상기 샘플링부(30)에 의해 취합된 전기적 신호값을 평균하여 신호 편차를 보정하는 기능을 수행한다. 상기 샘플링부(30)에서 수행하는 샘플링 작업은 스핀들상에서 복수 지점에 중복하여 이뤄진다.
이는 스핀들상 각각의 지점을 1회 측정하여 열변위값을 획득하는 것보다는, 스핀들상 각각의 지점을 복수회에 걸쳐 중복측정하여 평균하는 것이, 보다 정확한 열변위값을 획득할 수 있기 때문이다.
상기 편차 보정부(40)에서는 중복되어 획득한 전기적 신호값을 평균함으로써, 각각의 측정시마다 발생될 수 있는 미세한 오차를 보정하여, 보다 정밀한 스핀들상의 특정 지점에서의 열변위값을 얻어내게 된다.
다음 상기 열변위 환산부(50)는 상기 편차 보정부(40)에서 평균되어 편차 보정된 전기적 신호값을 기 설정된 스핀들의 열변위값으로 환산하여 상기 데이터 저장부(60)로 송신하게 된다. 본 발명의 실시예에서는 상기한 바와 같이 열변위 환산값은 1V 당 50um 이다.
그리고 상기 데이터 저장부(60)는 상기 열변위 환산부(50)로부터 스핀들의 특정 지점에서의 열변위값들을 송신받아 데이터 베이스화하여 저장하는 기능을 수행한다.
본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템의 구성은 상기와 같으며, 이하에서는 상기 구성에 의한 측정방법을 살펴보도록 한다.
도 2는 본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법의 순서도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명인 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법은 신호값 지정단계(S1), 신호입력단계(S2), 샘플링단계(S3), 편차보정단계(S4), 열변위값 환산단계(S5) 및 데이터 저장단계(S6)를 포함하여 구성될 수 있다.
우선 상기 신호값 지정단계(S1)은 상기 신호값 지정부(10)에서 스핀들의 열변위값을 전기적 신호값으로 지정하는 단계일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기된 바와 같이 전기적 신호값을 볼트(V) 단위로 선정하며, 1V 값은 열변위 50um 값으로 지정한다. 그리고 전기적 신호값이 - 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 내측으로 변위가 발생된 것이고, 상기 전기적 신호가 + 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 외측으로 변위가 발생된 것이다.
작업자는 측정을 용이하게 하기 위해 열변위값을 전기적 신호값으로 지정하여 전기적 신호를 스핀들에 인가하고, 보다 쉽게 스핀들의 각 지점에서의 신호값을 획득하게 된다.
다음 상기 신호입력단계(S2)는 상기 신호입력부(20)에서 전기적 신호를 스핀들에 인가하는 단계일 수 있다. 스핀들에 인가된 전기적 신호는 스핀들의 각 지점에서 열변위량에 따라 서로 다른 볼트(V)값을 나타내게 된다.
그리고 상기 샘플링단계(S3)는 상기 샘플링부(30)가 스핀들의 복수 지점에서 인가된 전기적 신호값을 측정하고 취합하는 단계일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기된 바와 같이 샘플링의 주기는 2초이며, 상기 샘플링부(30)는 1주기당 스핀들의 8000포인트 지점에서 전기적 신호값을 획득하게 된다.
상기 샘플링부(30)에서 취합된 전기적 신호는 상기 편차보정부(40)로 송신되게 된다. 이후 상기 편차보정단계(S4)는 상기 편차보정부(40)가 샘플링된 전기적 신호값들을 평균하여 신호 편차를 보정하는 단계일 수 있다.
여기서 상기 샘플링부(30)에서 수행하는 샘플링 작업은 스핀들상에서 복수 지점에 중복하여 이뤄지며, 상기된 바와 같이 그 이유는 스핀들상 각각의 지점을 1회 측정하여 열변위값을 획득하는 것보다는, 스핀들상 각각의 지점을 복수회에 걸쳐 중복측정하여 평균하는 것이, 보다 정확한 열변위값을 도출할 수 있기 때문이다.
즉 상기 편차보정단계(S4)에서는 중복되어 획득한 전기적 신호값을 평균함으로써, 각각의 측정시마다 발생될 수 있는 미세한 오차를 보정함으로써, 보다 정밀한 스핀들상의 특정 지점에서의 열변위값을 얻어내게 된다.
이제 상기 편차보정단계(S4)를 거쳐 편차 보정된 전기적 신호값은 상기 열변위값 환산단계(S5)에서 상기 열변위값 환산부(50)에 의해 기 설정된 스핀들의 열변위값으로 환산되게 된다. 본 발명의 실시예에서는 1V 당 50um 로 환산된다.
따라서, 편차 보정된 볼트(V)값이 예를 들어 +4.5V 라면, 환산 결과 스핀들의 특정 지점에서 외측으로 225um 의 열변위량이 발생된 것이다.
환산된 열변위량 데이터는 상기 데이터 저장단계(S6)에서 상기 데이터 저장부(60)에 의해 데이터 베이스화되어 저장되게 된다.
작업자는 상기와 같은 단계를 거쳐 스핀들의 각 지점에서의 편차 보정된 정밀한 열변위값을 측정하고, 이를 데이터베이스화하여 관리할 수 있게 된다.
본 발명은 상기와 같은 구성 및 작동과정을 통해 스핀들상 각각의 지점에서의 열변위 환산 신호값을 샘플링하고 평균하여 보다 정밀한 열변위량을 측정할 수 있는 것이다.
이상의 사항은 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법 및 측정시스템의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
10:신호값 지정부 20:신호입력부
30:샘플링부 40:편차 보정부
50:열변위 환산부 60:데이터 저장부

Claims (14)

  1. 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법에 있어서,
    스핀들의 열변위값을 전기적 신호값으로 지정하는 신호값 지정단계;
    상기 전기적 신호를 스핀들에 부여하는 신호입력단계; 및
    스핀들의 복수개의 지점에서 부여된 전기적 신호값들을 측정하고 취합하는 샘플링단계;
    를 포함하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링단계 이후에, 샘플링된 전기적 신호값들을 평균하여 신호 편차를 보정하는 편차보정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 편차보정단계 이후에, 편차 보정된 전기적 신호값을 기 설정된 스핀들의 열변위값으로 환산하는 열변위값 환산단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열변위값 환산단계 이후에, 스핀들의 각 지점에서 측정되고 편차 보정된 열변위 데이터값을 저장하는 데이터 저장단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 신호값 지정단계는, 상기 전기적 신호값이 - 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 내측으로 변위가 발생된 것이고, 상기 전기적 신호가 + 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 외측으로 변위가 발생된 것으로 구성되는 것을 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 샘플링단계에서의 샘플링의 주기는 2초인 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 샘플링단계는 1주기당 스핀들의 8000포인트 지점에서 전기적 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정방법.
  8. 스핀들의 열변위값을 전기적 신호값으로 지정하는 신호값 지정부;
    상기 전기적 신호를 스핀들에 인가하는 신호입력부; 및
    스핀들의 복수 지점에 부여된 전기적 신호값들을 측정하고 취합하는 샘플링부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    샘플링된 전기적 신호값들을 평균하여 신호 편차를 보정하는 편차 보정부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    편차 보정된 전기적 신호값을 기 설정된 스핀들의 열변위값으로 환산하는 열변위값 환산부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    스핀들의 각 지점에서 측정되고 편차 보정된 열변위 데이터값을 저장하는 데이터 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 신호값 지정부는, 상기 전기적 신호값이 - 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 내측으로 변위가 발생된 것이고, 상기 전기적 신호가 + 인 경우 스핀들의 기준표면에서 스핀들 외측으로 변위가 발생된 것으로 입력되도록 하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 샘플링부에서 수행하는 샘플링의 주기는 2초인 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 샘플링부는 1주기당 스핀들의 8000포인트 지점에서 전기적 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 열변위 측정시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111240268A (zh) * 2020-01-14 2020-06-05 重庆大学 基于slstm神经网络的轴系统热误差建模方法和热误差补偿系统

Cited By (1)

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CN111240268A (zh) * 2020-01-14 2020-06-05 重庆大学 基于slstm神经网络的轴系统热误差建模方法和热误差补偿系统

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