KR20200131727A - 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 - Google Patents

공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법에 따르면, 공작 기계의 이송축의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 위치 피드백을 제공하는 리니어 스케일의 온도를 측정할 수 있다. 상기 리니어 스케일의 온도, 상기 리니어 스케일의 열팽창계수 및 상기 이송축에 의해 이송되는 소재의 열팽창계수를 이용해서 상기 소재를 이송하는 이송축의 위치를 보정할 수 있다. 따라서, 가공된 소재의 오차를 줄일 수가 있다.

Description

공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치{METHOD OF CORRECTING A PROCESS ERROR OF A WORKPIECE IN A MACHINE TOOL}
본 발명은 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 공작 기계의 이송축의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 위치 피드백을 제공하는 리니어 스케일과 가공된 소재 사이의 열팽창계수 차이로 인한 소재의 가공 오차를 보정하는 방법, 및 이러한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 공작 기계는 소재를 가공 위치로 이송시키는 이송축을 포함할 수 있다. 또한, 공작 기계는 공작 기계의 이송축의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 위치 피드백을 제공하는 리니어 스케일을 포함할 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 리니어 스케일과 소재는 서로 다른 열팽창계수들을 가질 수 있다. 즉, 리니어 스케일과 소재 사이에는 열팽창계수 차이가 존재할 수 있다. 이러한 열팽창계수 차이는 가공된 소재의 오차를 발생시키는 요인이 될 수 있다.
본 발명은 스케일과 소재 사이의 열팽창계수 차이로 인한 소재의 가공 오차를 보정하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기된 방법을 수행하기 위한 장치도 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법에 따르면, 공작 기계의 이송축의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 위치 피드백을 제공하는 리니어 스케일의 온도를 측정할 수 있다. 상기 리니어 스케일의 온도, 상기 리니어 스케일의 열팽창계수 및 상기 이송축에 의해 이송되는 소재의 열팽창계수를 이용해서 상기 이송축의 위치를 보정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 리니어 스케일의 온도를 측정하는 것은 상기 리니어 스케일로 공급되는 에어의 온도를 측정하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 에어의 온도를 측정하는 것은 상기 에어의 온도 내에 포함된 노이즈를 제거하여 상기 리니어 스케일의 현재 온도를 추정하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 노이즈를 제거하는 것은 상기 에어를 저역 통과 필터를 통과시키는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 노이즈는 상기 리니어 스케일의 열용량으로 인한 상기 에어와 상기 리니어 스케일의 온도 변동 사이의 지연을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 보정 방법은 상기 소재의 재질이 상기 공작 기계에 입력된 데이터에 존재하는지 여부를 파악하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 보정 방법은 상기 소재의 재질이 상기 데이터 내에 존재하지 않으면, 상기 소재의 재질을 상기 공작 기계에 입력하는 것을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 이송축의 위치를 보정하는 것은 상기 리니어 스케일의 열팽창계수에서 상기 소재의 열팽창계수를 감산한 값에 상기 리니어 스케일의 온도를 곱하여 상기 이송축의 위치 보정량을 산출하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 이송축의 위치를 보정하는 것은 상기 이송축의 위치 보정량을 근거로 상기 이송축을 구동시키는 서보 모터의 위치를 보정하는 것을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 리니어 스케일의 재질은 알루미늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치는 온도 센서 및 보정부를 포함할 수 있다. 상기 온도 센서는 공작 기계의 이송축의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 위치 피드백을 제공하는 리니어 스케일의 온도를 측정할 수 있다. 상기 보정부는 상기 리니어 스케일의 온도, 상기 리니어 스케일의 열팽창계수 및 상기 이송축에 의해 이송되는 소재의 열팽창계수를 이용해서 상기 이송축의 위치를 보정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 리니어 스케일로 공급되는 에어의 온도를 측정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 보정 장치는 상기 에어의 온도 내에 포함된 노이즈를 제거하는 필터를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 필터는 상기 에어를 통과시키는 저역 통과 필터를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 보정부는 상기 리니어 스케일의 열팽창계수에서 상기 소재의 열팽창계수를 감산한 값에 상기 리니어 스케일의 온도를 곱하여 상기 이송축의 위치 보정량을 산출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 보정부는 상기 이송축의 위치 보정량을 근거로 상기 이송축을 구동시키는 서보 모터의 위치를 보정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 리니어 스케일의 재질은 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 측정된 리니어 스케일의 온도, 리니어 스케일의 열팽창계수 및 소재의 열팽창계수를 이용해서 이송축의 위치를 보정하게 되므로, 가공된 소재의 오차를 줄일 수가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계를 나타낸 사시도들이다.
도 3은 도 1에 도시된 공작 기계에 구비된 소재 가공 오차 보정 장치를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3의 장치를 이용해서 소재의 가공 오차를 보정하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공작 기계를 나타낸 사시도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 공작 기계는 5축 수직형 머시닝 센터를 포함할 수 있다. 5축 수직형 머시닝 센터는 베드(110), 컬럼(120), 헤드(130), 스핀들 모터(140), 스핀들(150), 새들(160), X축 리니어 스케일(170), Y축 리니어 스케일(180) 및 테이블(190)을 포함할 수 있다.
컬럼(120)은 베드(110)의 상부면에 수직하게 배치될 수 있다. 헤드(130)는 컬럼(120)에 승강 가능하게 연결될 수 있다. 스핀들(150)은 헤드(130) 내에 수직축을 중심으로 회전 가능하게 수용될 수 있다. 스핀들 모터(140)가 스핀들(150)을 수직축을 중심으로 회전시킬 수 있다.
새들(160)은 베드(110)의 상부면에 Y축 방향을 따라 이동 가능하게 배치될 수 있다. 테이블(190)은 새들(160)의 상부면에 X축 방향을 따라 이동 가능하게 배치될 수 있다. 테이블(190)은 이송축(175, 도 2 참조)에 의해서 이동될 수 있다. 소재는 테이블(190)의 상부면에 고정될 수 있다. 이송축(175)은 볼 스크류를 포함할 수 있다. 볼 스크류는 서보 모터(165)에 의해 구동될 수 있다.
Y축 리니어 스케일(180)은 베드(110)의 상부면에서 새들(160)의 Y축 방향으로의 변위를 측정하는데 이용될 수 있다. X축 리니어 스케일(170)은 새들(160)의 상부면에서 테이블(190)의 X축 방향으로의 변위를 측정하는데 이용될 수 있다. 이러한 X축 리니어 스케일(170)과 Y축 리니어 스케일(180)은 이송축(175)의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 이송축(175)의 위치 피드백을 제공할 수 있다.
본 실시예에서, X축 리니어 스케일(170)과 Y축 리니어 스케일(180)은 알루미늄을 포함할 수 있다. 그러나, X축 리니어 스케일(170)과 Y축 리니어 스케일(180)은 알루미늄 이외의 다른 재질들을 포함할 수도 있다. 또한, X축 리니어 스케일(170)과 Y축 리니어 스케일(180)은 소재의 열팽창계수와 다른 열팽창계수를 가질 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 공작 기계에 구비된 소재 가공 오차 보정 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 소재의 가공 오차 보정 장치는 온도 센서(210), 필터(220) 및 보정부(230)를 포함할 수 있다.
온도 센서(210)는 X축 및/또는 Y축 리니어 스케일[170, 180, 이하 리니어 스케일(170)]으로 공급된 에어의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(210)에 의해 측정된 리니어 스케일(170)의 온도 데이터는 노이즈를 포함할 수 있다. 예를 들어서, 온도 데이터는 리니어 스케일(170)의 열용량으로 인한 에어와 리니어 스케일(170)의 온도 변동 사이의 지연 등과 같은 노이즈를 포함할 수 있다.
온도 센서(210)를 통과한 에어는 필터(220)를 지나면서, 에어 내의 노이즈가 제거될 수 있다. 따라서, 노이즈가 제거된 에어의 온도 데이터는 리니어 스케일(170)의 현재 온도와 대응될 수 있다. 필터(220)는 에어를 통과시키는 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 이러한 저역 통과 필터는 에어의 온도 데이터로부터 리니어 스케일(170)의 열용량으로 인한 에어와 리니어 스케일(170)의 온도 변동 사이의 지연 등과 같은 노이즈를 제거할 수 있다.
공작 기계의 컨트롤러에는 여러 가지 소재들의 재질들 및 열팽창계수들에 관한 데이터가 저장되어 있을 수 있다. 보정부(230)는 현재 가공된 소재의 재질 및 열팽창계수를 컨트롤러에 저장된 데이터로부터 확인할 수 있다.
보정부(230)는 리니어 스케일(170)의 열팽창계수에서 소재의 열팽창계수를 감산할 수 있다. 보정부(230)는 감산한 값에 온도 센서(210)에 의해 측정되고 노이즈가 제거된 리니어 스케일(170)의 온도를 곱하여 이송축(175)의 위치 보정량을 산출할 수 있다. 또한, 보정부(230)는 산출된 이송축(175)의 위치 보정량을 컨트롤러로 전송할 수 있다. 컨트롤러는 전송된 이송축(175)의 위치 보정량을 근거로 이송축(175)을 구동시키는 서보 모터(165)의 위치를 보정할 수 있다.
공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법
도 4는 도 3의 장치를 이용해서 소재의 가공 오차를 보정하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 단계 ST310에서, 온도 센서(210)가 리니어 스케일(170)로 공급된 에어의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(210)에 의해 측정된 리니어 스케일(170)의 온도 데이터는 노이즈를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 노이즈는 리니어 스케일(170)의 열용량으로 인한 에어와 리니어 스케일(170)의 온도 변동 사이의 지연 등을 포함할 수 있다.
단계 ST320에서, 온도 센서(210)를 통과한 에어는 필터(220)를 통과할 수 있다. 따라서, 필터(220)에 의해서 에어의 온도 데이터로부터 노이즈가 제거될 수 있다. 따라서, 노이즈가 제거된 에어의 온도 데이터는 리니어 스케일(170)의 현재 온도와 대응될 수 있다.
단계 ST330에서, 보정부(230)는 현재 가공된 소재의 재질이 컨트롤러에 입력된 데이터에 존재하는지 여부를 확인할 수 있다.
소재의 재질이 컨트롤러의 데이터에 존재하지 않으면, 단계 ST340에서, 소재의 재질을 컨트롤러에 수동으로 입력할 수 있다. 따라서, 현재 가공 중인 소재의 재질이 컨트롤러의 데이터에 저장될 수 있다.
단계 ST350에서, 소재의 열팽창계수를 검색하여, 소재의 열팽창계수를 파악할 수 있다.
단계 ST360에서, 보정부(230)는 리니어 스케일(170)의 온도, 리니어 스케일(170)의 열팽창계수 및 파악된 소재의 열팽창계수를 이용해서 이송축(175)의 위치 보정량을 산출할 수 있다. 구체적으로, 보정부(230)는 리니어 스케일(170)의 열팽창계수에서 소재의 열팽창계수를 감산할 수 있다. 보정부(230)는 감산한 값에 온도 센서(210)에 의해 측정되고 노이즈가 제거된 리니어 스케일(170)의 온도를 곱하여 이송축(175)의 위치 보정량을 산출할 수 있다.
단계 ST370에서, 보정부(230)는 산출된 이송축(175)의 위치 보정량을 컨트롤러로 전송할 수 있다. 컨트롤러는 전송된 이송축(175)의 위치 보정량을 근거로 이송축(175)을 구동시키는 서보 모터(165)의 위치를 보정할 수 있다. 따라서, 이송축(175)의 위치 보정에 의해서, 공작 기계에 의해 가공된 소재의 오차가 최소화될 수 있다.
한편, 본 실시예들에서는, 소재 가공 오차 보정 방법 및 장치가 5축 수직형 머시닝 센터에 적용되는 것으로 예시하였으나, 본 실시예의 소재 가공 오차 보정 방법 및 장치는 이송축과 리니어 스케일을 포함하는 다른 공작 기계들에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시예들에 따르면, 측정된 리니어 스케일의 온도, 리니어 스케일의 열팽창계수 및 소재의 열팽창계수를 이용해서 이송축의 위치를 보정하게 되므로, 가공된 소재의 오차를 줄일 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 ; 베드 120 ; 컬럼
130 ; 헤드 140 ; 스핀들 모터
150 ; 스핀들 160 ; 새들
165 ; 서보 모터 170 ; X축 리니어 스케일
175 ; 이송축 180 ; Y축 리니어 스케일
190 ; 테이블 210 ; 온도 센서
220 ; 필터 230 ; 보정부

Claims (17)

  1. 공작 기계의 이송축의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 위치 피드백을 제공하는 리니어 스케일의 온도를 측정하고; 그리고
    상기 리니어 스케일의 온도, 상기 리니어 스케일의 열팽창계수 및 상기 이송축에 의해 이송되는 소재의 열팽창계수를 이용해서 상기 소재를 이송하는 이송축의 위치를 보정하는 것을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 리니어 스케일의 온도를 측정하는 것은 상기 리니어 스케일로 공급되는 에어의 온도를 측정하는 것을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 에어의 온도를 측정하는 것은 상기 에어의 온도 내에 포함된 노이즈를 제거하여 상기 리니어 스케일의 현재 온도를 추정하는 것을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 노이즈를 제거하는 것은 상기 에어를 저역 통과 필터를 통과시키는 것을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 노이즈는 상기 리니어 스케일의 열용량으로 인한 상기 에어와 상기 리니어 스케일의 온도 변동 사이의 지연을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 소재의 재질이 상기 공작 기계에 입력된 데이터에 존재하는지 여부를 파악하는 것을 더 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 소재의 재질이 상기 데이터 내에 존재하지 않으면, 상기 소재의 재질을 상기 공작 기계에 입력하는 것을 더 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 이송축의 위치를 보정하는 것은 상기 리니어 스케일의 열팽창계수에서 상기 소재의 열팽창계수를 감산한 값에 상기 리니어 스케일의 온도를 곱하여 상기 이송축의 위치 보정량을 산출하는 것을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 이송축의 위치를 보정하는 것은 상기 이송축의 위치 보정량을 근거로 상기 이송축을 구동시키는 서보 모터의 위치를 보정하는 것을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 리니어 스케일의 재질은 알루미늄을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법.
  11. 공작 기계의 이송축의 위치를 정밀하게 제어하기 위해 위치 피드백을 제공하는 리니어 스케일의 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 리니어 스케일의 온도, 상기 리니어 스케일의 열팽창계수 및 상기 이송축에 의해 이송되는 소재의 열팽창계수를 이용해서 상기 소재를 이송하는 이송축의 위치를 보정하는 보정부를 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 온도 센서는 상기 리니어 스케일로 공급되는 에어의 온도를 측정하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 에어의 온도 내에 포함된 노이즈를 제거하는 필터를 더 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 필터는 상기 에어를 통과시키는 저역 통과 필터를 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 보정부는 상기 리니어 스케일의 열팽창계수에서 상기 소재의 열팽창계수를 감산한 값에 상기 리니어 스케일의 온도를 곱하여 상기 이송축의 위치 보정량을 산출하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 보정부는 상기 이송축의 위치 보정량을 근거로 상기 이송축을 구동시키는 서보 모터의 위치를 보정하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치.
  17. 제 11 항에 있어서, 상기 리니어 스케일의 재질은 알루미늄을 포함하는 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 장치.
KR1020200009303A 2019-05-14 2020-01-23 공작 기계의 소재 가공 오차 보정 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 KR20200131727A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220133409A (ko) 2021-03-25 2022-10-05 주식회사 디엔솔루션즈 공작기계의 가공 오차 보정장치 및 보정방법

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KR20220133409A (ko) 2021-03-25 2022-10-05 주식회사 디엔솔루션즈 공작기계의 가공 오차 보정장치 및 보정방법

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