KR20220023270A - Method for measuring geometric errors of vertical 5-axis machine tools - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수직형 5축 공작기계에 장착된 계측기로 측정한 기준볼의 중심점 측정값을 이용하여 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차를 규명할 수 있는 측정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring the geometric error of a vertical 5-axis machine tool, and more particularly, to a vertical 5-axis machine tool using the center point measurement value of a reference ball measured with a measuring instrument mounted on the vertical 5-axis machine tool. It relates to a measurement method that can identify the geometric error of
직선축 3개와 회전축 2개로 구성된 수직형 5축 공작기계에서, 5개의 이송축의 위치에 관계없이 일정한 값을 가지는 11개의 기하학적 오차가 발생하며, 이는 세 직선축에서 발생하는 세 개의 직각도 오차와 각 회전축에서 발생하는 두 개의 직각도 오차와 두 개의 회전축 오차로 구성된다. In a vertical 5-axis machine tool consisting of 3 linear axes and 2 rotating axes, 11 geometric errors with constant values occur regardless of the positions of the 5 feed axes, which are the three perpendicularity errors and the angles generated by the three linear axes. It consists of two perpendicularity errors and two rotation axis errors that occur on the rotation axis.
5축 공작기계에서는 실제로, 이러한 기하학적 오차에 의해 장비의 정밀도가 저하되고, 공구와 공작물 간의 상대오차에 의해 가공품질이 저하된다. 따라서, 가공품질을 향상시키기 위해서는 이러한 기하학적 오차를 측정하여 보정하는 작업을 수행해야 한다.In fact, in a 5-axis machine tool, the precision of the equipment is lowered due to these geometric errors, and the machining quality is lowered due to the relative error between the tool and the work piece. Therefore, in order to improve processing quality, it is necessary to measure and correct these geometrical errors.
이러한 기하학적 오차를 측정할 수 있는 기존의 방법으로는 레이저 간섭계, 직각도 미러, 더블 볼바, R-Test, 가공시편에 의한 방법이 있다.Existing methods that can measure these geometric errors include a laser interferometer, a perpendicularity mirror, a double ball bar, R-Test, and a method using a processed specimen.
그러나, 레이저 간섭계 및 직각도 미러에 의한 방법은 직선축의 직각도 오차에 대해서만 개별적으로 측정이 가능하고 회전축과 관련된 기하학적 오차 측정에는 한계가 있다. 더블 볼바 및 R-Test에 의한 방법은 대부분 회전축과 관련된 기하학적 오차만 측정이 가능하며, 이를 위해서는 여러 번의 측정 셋업을 거쳐야만 하는 한계가 있다. 가공시편에 의한 방법은 5축 공작기계에서 다수의 가공 패턴을 가공하고, 가공오차를 측정 및 분석하여 기하학적 오차를 규명하는 것으로, 시편 가공 및 측정 분석을 위한 추가 작업을 요구한다.However, the method using the laser interferometer and the perpendicularity mirror can individually measure only the perpendicularity error of the linear axis, and there is a limit in measuring the geometrical error related to the rotation axis. Most of the methods by the double ball bar and R-Test can measure only the geometrical error related to the rotation axis, and for this, there is a limitation that several measurement setups must be performed. The method using the processed specimen is to process a number of processing patterns on a 5-axis machine tool, measure and analyze the processing error to identify the geometrical error, and requires additional work for specimen processing and measurement analysis.
따라서, 수직형 5축 공작기계에서 축의 이송 위치와 관계없이 일정한 11개 기하학적 오차를 간단하고 정확하게 측정할 수 있는 측정방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a measurement method that can simply and accurately measure 11 geometrical errors that are constant regardless of the feed position of the axis in a vertical 5-axis machine tool.
본 발명의 일 측면은, 직선축 3개와 회전축 2개로 구성된 수직형 5축 공작기계에서, 5개의 이송축의 이송위치에 관계없이 일정한 값을 가지는 11개의 기하학적 오차를 계측기와 기준볼을 이용하여 간단하면서도 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제공하고자 한다. 또한 수직형 5축 공작기계 초기 설치 시나 사용환경이 변화된 경우 기하학적 오차 보정을 위한 공작기계의 기하학적 오차의 주기적인 측정 방법을 제공하고자 한다.In one aspect of the present invention, in a vertical 5-axis machine tool consisting of three linear axes and two rotational axes, 11 geometric errors having a constant value regardless of the transfer positions of the five transfer axes are measured using a measuring instrument and a reference ball. We want to provide a way to measure accurately. In addition, we intend to provide a periodic measurement method for geometrical errors of machine tools to compensate for geometrical errors during initial installation of vertical 5-axis machine tools or when the operating environment is changed.
본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법은, 수직형 5축 공작기계의 서로 수직한 두 회전축을 중심으로 회전하는 회전 테이블에 설치된 기준볼과, 상기 기준볼의 위치를 측정하는 계측기를 이용하여 상기 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차를 측정하는 방법으로서, 상기 5축 공작기계의 기준 좌표계를 설정하는 기준 좌표계 설정 단계; 상기 5축 공작기계의 복수의 기하학적 오차 및 측정변수를 정의하는 오차 정의 단계; 상기 기준 좌표계에 대한 상기 기준볼의 좌표값 및 상기 계측기의 좌표값을 각각 수식적으로 모델링한 모델링 좌표값을 이용하여, 상기 복수의 기하학적 오차가 포함된 상기 기준볼의 실제 측정값을 산출하는 모델링 단계; 및 상기 두 회전축을 복수의 위치로 회전시키면서 상기 계측기로 측정한 상기 기준볼의 실제 측정값으로부터 상기 복수의 기하학적 오차를 분리하는 오차 분리 단계;를 포함하며, 상기 오차 분리 단계에서, 상기 실제 측정값은 두 회전축 중 하나의 회전축을 소정 각도 회전한 세 지점에서 각각, 두 회전축 중 다른 회전축을 일정한 각도 간격으로 1회전한 복수의 지점에서 측정한다. The method for measuring geometrical error of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention includes a reference ball installed on a rotary table rotating about two mutually perpendicular rotation axes of a vertical 5-axis machine tool, and the reference ball A method of measuring a geometric error of the vertical 5-axis machine tool using a measuring instrument for measuring a position, the method comprising: a reference coordinate system setting step of setting a reference coordinate system of the 5-axis machine tool; an error definition step of defining a plurality of geometric errors and measurement variables of the 5-axis machine tool; Modeling that calculates the actual measurement value of the reference ball including the plurality of geometric errors by using the modeling coordinate values that mathematically model the coordinate values of the reference ball and the coordinate values of the measuring instrument with respect to the reference coordinate system, respectively step; and an error separation step of separating the plurality of geometric errors from the actual measurement values of the reference ball measured with the instrument while rotating the two rotation axes to a plurality of positions, wherein in the error separation step, the actual measurement values is measured at three points at which one of the two rotary shafts is rotated by a predetermined angle, respectively, and at a plurality of points where the other of the two rotary shafts is rotated by one rotation at regular angular intervals.
상기 수직형 5축 공작기계는 세 개의 직선축인 X축, Y축, Z축을 포함하고, 상기 두 회전축은 상기 X축에 대해 회전하는 A 회전축, 및 상기 Z축에 대해 회전하는 C 회전축을 포함하며, 기준 좌표계 설정 단계에서, 상기 기준 좌표계의 원점은 상기 X축의 중심위치와 상기 A 회전축의 교점으로 설정하고, 상기 기준 좌표계는 상기 수직형 5축 공작기계의 상기 X축, Y축, Z축을 기반으로 정의할 수 있다.The vertical 5-axis machine tool includes three linear axes, an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis, and the two rotation axes include an A rotation axis rotating about the X axis, and a C rotation axis rotating about the Z axis and, in the reference coordinate system setting step, the origin of the reference coordinate system is set to the intersection of the central position of the X-axis and the A rotation axis, and the reference coordinate system is the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the vertical 5-axis machine tool can be defined based on
상기 오차 정의 단계에서, 상기 복수의 오차는, 상기 X축에 대한 상기 Y축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 Z축의 직각도 오차, 상기 X축에 대한 상기 Z축의 직각도 오차, 상기 Z축에 대한 상기 A 회전축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 A 회전축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 C 회전축의 직각도 오차, 상기 X축에 대한 상기 C 회전축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 A 회전축의 오프셋 오차, 상기 Z축에 대한 상기 A 회전축의 오프셋 오차, 상기 X축에 대한 상기 C 회전축의 오프셋 오차, 및 상기 Y축에 대한 상기 C 회전축의 오프셋 오차를 포함할 수 있다.In the error definition step, the plurality of errors include: a perpendicularity error of the Y-axis with respect to the X-axis, a perpendicularity error of the Z-axis with respect to the Y-axis, a perpendicularity error of the Z-axis with respect to the X-axis, and the Z A perpendicularity error of the A rotation axis with respect to the axis, a perpendicularity error of the A rotation axis with respect to the Y axis, a perpendicularity error of the C rotation axis with respect to the Y axis, a perpendicularity error of the C rotation axis with respect to the X axis, an offset error of the rotation axis A with respect to the Y axis, an offset error of the rotation axis A with respect to the Z axis, an offset error of the rotation axis C with respect to the X axis, and an offset error of the rotation axis C with respect to the Y axis can do.
상기 모델링 단계에서, 상기 복수의 기하학적 오차가 포함된 상기 기준볼의 실제 측정값은, 상기 복수의 기하학적 오차가 없는 경우의 이상 측정값과, 상기 복수의 기하학적 오차로 인한 상기 기준볼과 상기 계측기 간의 상대변위를 더하여 산출할 수 있다.In the modeling step, the actual measurement value of the reference ball including the plurality of geometric errors is an abnormal measurement value in the absence of the plurality of geometric errors, and between the reference ball and the measuring instrument due to the plurality of geometric errors. It can be calculated by adding the relative displacement.
상기 오차 분리 단계에서, 상기 실제 측정값은 상기 기준볼의 위치를 상기 A 회전축을 중심으로 0도를 포함하여 (+) 및 (-) 방향으로 동일한 소정 각도로 회전한 세 지점에서, 상기 C 회전축을 중심으로 일정한 각도 간격으로 1 회전한 복수의 지점에서 측정하여 11개 기하학적 오차를 도출할 수 있다.In the error separation step, the actual measured value is the position of the reference ball at three points rotated by the same predetermined angle in the (+) and (-) directions including 0 degrees around the A rotation axis, the C rotation axis 11 geometrical errors can be derived by measuring at a plurality of points rotated by 1 at regular angular intervals around the .
상기 측정변수는, 측정 초기 위치에서, 상기 C 회전축 중심점에서 상기 기준볼까지의 상기 X축 방향 거리인 회전반경, 상기 C 회전축 중심점에서 상기 기준볼의 위치까지의 상기 Y축 방향의 거리인 설치오차, 및 상기 C 회전축의 상기 회전 테이블 상면에서 상기 기준볼의 중심점까지의 상기 Z축 방향의 거리인 기준볼의 높이를 포함할 수 있다.The measurement variable is, in the initial measurement position, the rotation radius, which is the distance in the X-axis direction from the central point of the C rotation axis to the reference ball, and the installation error that is the distance in the Y-axis direction from the center point of the C rotation axis to the position of the reference ball , and a height of the reference ball, which is a distance in the Z-axis direction from the upper surface of the rotation table of the C rotation axis to the center point of the reference ball.
상기 오차 분리 단계에서, 상기 회전반경, 상기 설치오차, 및 상기 기준볼의 높이를 산출할 수 있다.In the error separation step, the rotation radius, the installation error, and the height of the reference ball may be calculated.
상기 오차 분리 단계에서, 상기 회전반경 및 상기 설치오차를 이용하여 상기 복수의 기하학적 오차 중 상기 X축, Y축, Z축, A 회전축, 및 B 회전축의 직각도 오차를 산출할 수 있다.In the error separation step, a perpendicularity error of the X-axis, the Y-axis, the Z-axis, the A rotation axis, and the B rotation axis among the plurality of geometric errors may be calculated using the rotation radius and the installation error.
상기 오차 분리 단계에서, 상기 기준볼의 높이를 이용하여 상기 복수의 기하학적 오차 중 상기 A 회전축 및 C 회전축의 오프셋 오차를 산출할 수 있다.In the error separation step, an offset error of the rotation axis A and the rotation axis C among the plurality of geometric errors may be calculated using the height of the reference ball.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수직형 5축 공작기계에서 3가지 측정 패턴에 의해 직선축과 회전축의 기하학적 오차 11개를 동시에 분리할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, 11 geometrical errors of the linear axis and the rotary axis can be simultaneously separated by three measurement patterns in a vertical 5-axis machine tool.
또한, 계측기와 기준볼을 이용하므로 타 측정장비에 비해 저렴하고 측정 셋업이 간단하며 측정 자동화가 가능하므로 비전문가도 쉽게 오차를 측정할 수 있다.In addition, since it uses a measuring instrument and a reference ball, it is inexpensive compared to other measuring equipment, and the measurement setup is simple.
또한, 일 회전축에 대한 세 위치에서 측정한 기준볼의 중심점 측정값으로 기하학적 오차를 분리시키기 때문에 수직형 5축 공작기계의 전체의 영역에 대한 정확한 기하학적 오차의 측정이 가능하며, 측정셋업의 변경 없이 단시간에 모든 기하학적 오차를 분리할 수 있으므로 장비 설치 및 사용환경의 변화가 발생한 경우 본 실시예의 측정방법을 기하학적 오차의 주기적인 측정 및 보정에 활용하여 장비의 정밀도를 일정한 수준으로 유지할 수 있다.In addition, since the geometric error is separated by the center point measurement value of the reference ball measured at three positions about one rotation axis, it is possible to accurately measure the geometric error for the entire area of the vertical 5-axis machine tool, and without changing the measurement setup. Since all geometric errors can be separated in a short time, when a change in equipment installation and use environment occurs, the measurement method of this embodiment can be used for periodic measurement and correction of geometric errors to maintain the precision of equipment at a constant level.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법을 위한 기준볼 및 계측기의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법을 전체적으로 나타낸 순서도이다.
도 3은 수직형 5축 공작기계에서 각 축의 구성 및 기준 좌표계를 도시한 도면이다.
도 4는 수직형 5축 공작기계에서 3개의 직선축 간 직각도 오차를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 수직형 5축 공작기계에서 2개의 회전축에 대한 기하학적 오차를 나타내는 도면이다.
도 7은 수직형 5축 공작기계에서 11개의 기하학적 오차를 나타낸 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법에서 측정변수를 정의하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 10은 기준좌표계에 대한 기준볼과 계측기의 좌표를 위한 기구학적 모델링을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계에서 A 회전축의 회전 각도를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계에서 C 회전축의 일정한 회전 각도에 대한 측정위치를 나타내는 도면이다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법의 전체적인 순서 중 오차분리단계를 세분화하여 나타낸 순서도이다.
도 14은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 중 직선축과 회전축의 7개 직각도 오차 분리 과정을 도시한 도면이다.
도 15은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 중 회전축의 4개 오프셋 오차 분리 과정을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating the configuration of a reference ball and a measuring instrument for a method of measuring a geometric error of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart showing the overall geometrical error measurement method of the vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the configuration and reference coordinate system of each axis in the vertical 5-axis machine tool.
4 is a view showing a perpendicularity error between three linear axes in a vertical 5-axis machine tool.
5 and 6 are diagrams showing geometrical errors with respect to two rotation axes in a vertical 5-axis machine tool.
7 is a view showing 11 geometrical errors in a vertical 5-axis machine tool.
8 and 9 are diagrams illustrating a process of defining a measurement variable in a method for measuring a geometric error of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating kinematic modeling for coordinates of a reference ball and a measuring instrument with respect to a reference coordinate system.
11 is a view showing the rotation angle of the axis of rotation A in the vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing a measurement position for a constant rotation angle of the C rotation axis in a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
13 is a flowchart showing a subdivided error separation step among the overall sequence of a method for measuring geometrical errors of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating a process of separating seven perpendicularity errors of a linear axis and a rotation axis among geometric errors of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
15 is a diagram illustrating a process of separating four offset errors of a rotation axis among geometric errors of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art can easily carry out the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar components throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily indicated for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to the illustrated bar.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "indirectly connected" with another member interposed therebetween. In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법을 위한 기준볼 및 계측기의 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating the configuration of a reference ball and a measuring instrument for a method of measuring a geometric error of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법은, 수직형 5축 공작기계의 회전 테이블(100)에 설치된 기준볼(110)과, 기준볼(110)의 위치를 측정할 수 있는 계측기(200)를 이용하여 기하학적 오차를 측정한다.Referring to Figure 1, the geometrical error measuring method of the vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, the
회전 테이블(100)는 두 회전축(A, C)을 중심으로 회전하며(도 3 참조), 평판 형태를 가질 수 있다. 기준볼(110)은 회전 테이블(100) 상에 설치된다. 계측기(200)는 기준볼(110)의 위치를 측정하기 위한 구성으로, 기준볼(110)에 접촉하여 기준볼(110)의 중심점의 위치를 측정할 수 있다. 본 명세서에서 기준볼(110)의 위치라 함은 기준볼(110)의 중심점을 의미한다. 기준볼(110)은 회전 테이블(100) 상에 바(bar) 형태의 지지대와 연결된 형태로 설치되어 회전 테이블(100) 기준면에서의 거리인 높이(H)를 가질 수 있다.The rotary table 100 rotates about two rotation axes A and C (see FIG. 3 ), and may have a flat plate shape. The
이하에서는 기준볼(110) 및 계측기(200)를 이용하여 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차를 측정하는 방법을 설명한다. 본 설명에서는 계측기(200)의 예시로서 터치 트리거 프로브(Touch Trigger Probe)를 이용하여 기준볼(110)의 위치를 측정하는 경우를 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 기준볼의 위치를 측정할 수 있는 계측기는 Position inspector(Trinity probe)와 같은 다른 계측장비도 포함될 수 있다. 또한, 본 설명에서는 대표적인 수직형 5축 공작기계의 구조를 바탕으로 설명하지만, 이송축 구성이 다른 형태의 수직형 5축 공작기계에 대해서도 동일한 방법이 적용될 수 있다.Hereinafter, a method of measuring the geometrical error of a vertical 5-axis machine tool using the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법을 전체적으로 나타낸 순서도이고, 도 3은 수직형 5축 공작기계에서 각 축의 구성 및 기준 좌표계를 도시한 도면이다.Figure 2 is a flowchart showing the overall geometrical error measurement method of the vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view showing the configuration and reference coordinate system of each axis in the vertical 5-axis machine tool.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법은, 기준 좌표계 설정 단계(S100), 오차 정의 단계(S200), 모델링 단계(S300), 및 오차 분리 단계(S400)를 포함한다.Referring to Figure 2, the geometrical error measuring method of the vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, the reference coordinate system setting step (S100), the error definition step (S200), the modeling step (S300), and the error Separation step (S400) is included.
기준 좌표계 설정 단계(S100)에서는 기준 좌표계를 설정한다. 수직형 5축 공작기계에서 두 회전축(A, C)의 중심선을 각 회전축의 회전 이송의 평균선이라고 설정하면, 기준 좌표계의 원점(Ref., 도 3 참조)은 X축의 중심위치와 A 회전축의 교점으로 설정할 수 있다. 기준 좌표계 원점(Ref.)에서 C 회전축의 회전 테이블 상면의 중심점까지의 거리를 각 직선축 방향에 따라 OX, OY, OZ 로 설정한다. 기준 좌표계는 기준 좌표계 원점에서 수직형 5축 공작기계의 실제 X 축과 기준 좌표계의 X축을 일치시켜 정의하고, 기준 좌표계 X축과 직각을 이루는 축을 기준 좌표계의 Y축으로 정의한 뒤, 기준 좌표계의 XY평면에 대한 오른손 좌표계 방향으로 기준 좌표계의 Z축을 설정한다. 이와 같이 기준 좌표계가 설정되면, 이에 따라 기하학적 오차가 정의될 수 있다.In the reference coordinate system setting step S100, a reference coordinate system is set. In a vertical 5-axis machine tool, if the center line of the two rotation axes (A, C) is set as the average line of the rotational feed of each rotation axis, the origin of the reference coordinate system (Ref., see Fig. 3) is the intersection of the center position of the X axis and the axis of rotation A can be set to Set the distance from the origin of the reference coordinate system (Ref.) to the center point of the upper surface of the rotation table of the rotation axis C as O X , O Y , O Z according to each linear axis direction. The reference coordinate system is defined by matching the actual X axis of the vertical 5-axis machine tool with the X axis of the reference coordinate system at the origin of the reference coordinate system, and defining the axis perpendicular to the reference coordinate system X axis as the Y axis of the reference coordinate system, Set the Z-axis of the reference coordinate system in the direction of the right-handed coordinate system with respect to the plane. When the reference coordinate system is set in this way, a geometric error may be defined accordingly.
또한, 기준 좌표계는 기준 좌표계 원점에서 수직형 5축 공작기계의 직선축을 기반으로 정의할 수 있다.In addition, the reference coordinate system can be defined based on the linear axis of the vertical 5-axis machine tool at the origin of the reference coordinate system.
여기서, 설정한 기준 좌표계 또한, 수직형 5축 공작기계의 실제 X축과 기준 좌표계의 X축을 일치시켜 기준 좌표계를 설정한다. 이와 같이 기준 좌표계가 설정되면, 이에 따라 기하학적 오차가 정의될 수 있다.Here, the set reference coordinate system also sets the reference coordinate system by matching the actual X-axis of the vertical 5-axis machine tool with the X-axis of the reference coordinate system. When the reference coordinate system is set in this way, a geometric error may be defined accordingly.
도 3을 참조하면, 수직형 5축 공작기계는 서로 수직한 X축, Y축, Z축과, 상기 X축에 대해 회전하는 A 회전축, 및 상기 Z축에 대해 회전하는 C 회전축을 포함한다. 이에 따라, 회전 테이블(100)의 상면에 설치된 기준볼(110)은 두 회전축(A, C)의 회전각도에 따라 위치를 변경할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the vertical 5-axis machine tool includes an X axis, a Y axis, and a Z axis perpendicular to each other, an A axis rotating about the X axis, and a C axis rotating about the Z axis. Accordingly, the
오차 정의 단계(S200)에서는 앞서 설정한 기준 좌표계에 대하여 총 11개의 오차가 정의될 수 있다. In the error definition step S200 , a total of 11 errors may be defined with respect to the previously set reference coordinate system.
도 4는 수직형 5축 공작기계에서 3개의 직선축 간 직각도 오차를 나타내는 도면이다.4 is a view showing a perpendicularity error between three linear axes in a vertical 5-axis machine tool.
도 4를 참조하면, X축을 기준으로 Z축의 직각도 오차를 ZX, Y축을 기준으로 Z축의 직각도 오차를 αZY, X축을 기준으로 Y축의 직각도 오차를 γYX 로 정의할 수 있다. 즉, 3개의 직선축(X, Y, Z)에 대한 3개의 직각도 오차를 정의할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the perpendicularity error of the Z-axis with respect to the X-axis is calculated. ZX , the perpendicularity error of the Z axis with respect to the Y axis can be defined as α ZY , and the perpendicularity error of the Y axis with respect to the X axis can be defined as γ YX . That is, three perpendicularity errors with respect to three linear axes (X, Y, Z) can be defined.
도 5 및 도 6은 수직형 5축 공작기계에서 2개의 회전축에 대한 기하학적 오차를 나타내는 도면이다. 두 개의 회전축(A, B)과 관련해서는 전술한 직각도 오차 외에도 오프셋(offset) 오차가 발생되는데, 회전축의 기하학적 오차는 직선축과의 평행 관계와 중심점 차이로 인해 발생된다.5 and 6 are diagrams showing geometrical errors with respect to two rotation axes in a vertical 5-axis machine tool. In relation to the two rotation axes A and B, in addition to the above-described perpendicularity error, an offset error occurs. The geometric error of the rotation axis is caused by a parallel relationship with the linear axis and a difference in center point.
도 5를 참조하면, Z축을 기준으로 A 회전축의 직각도 오차를 AZ, Y축을 기준으로 A 회전축의 직각도 오차를 γAY 로 정의할 수 있다. 또한, Z축을 기준으로 A 회전축의 오프셋 오차를 δAZ, Y축을 기준으로 A 회전축의 오프셋 오차를 δAY 로 정의할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the perpendicularity error of the A rotation axis with respect to the Z axis is calculated. The perpendicularity error of the A rotation axis with respect to the AZ and Y axes can be defined as γ AY . In addition, the offset error of the A rotation axis with respect to the Z axis may be defined as δ AZ , and the offset error of the A rotation axis with respect to the Y axis may be defined as δ AY .
도 6을 참조하면, Y축을 기준으로 B 회전축의 직각도 오차를 αCY, X축을 기준으로 C 회전축의 직각도 오차를 CX 로 정의할 수 있다. 또한, Y축을 기준으로 C 회전축의 오프셋 오차를 δCY, X축을 기준으로 C 회전축의 오프셋 오차를 δCX 로 정의할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the perpendicularity error of the B rotation axis with respect to the Y axis is α CY , and the perpendicularity error of the C rotation axis with respect to the X axis is obtained. It can be defined as CX . In addition, the offset error of the C rotation axis with respect to the Y axis may be defined as δ CY , and the offset error of the C rotation axis with respect to the X axis may be defined as δ CX .
도 7은 수직형 5축 공작기계에서 11개의 기하학적 오차를 나타낸 도면이다. 7 is a view showing 11 geometrical errors in a vertical 5-axis machine tool.
도 7을 참조하면, 3개의 직선축(X, Y, Z) 및 2개의 회전축(A, B)로 구성된 수직형 5축 공작기계는 총 11개의 기하학적 오차가 정의될 수 있다.Referring to Figure 7, a vertical 5-axis machine tool consisting of three linear axes (X, Y, Z) and two rotation axes (A, B) can be defined a total of 11 geometric errors.
또한, 오차 정의 단계(S200)에서는 측정변수를 정의할 수 있다.In addition, in the error definition step ( S200 ), a measurement variable may be defined.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법에서 측정변수를 정의하는 과정을 나타낸 도면이다.8 and 9 are diagrams illustrating a process of defining a measurement variable in a method for measuring a geometric error of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 회전 테이블(100), 즉 C 회전축 중심점에서 X축 방향으로 기준볼(110) 중심점까지의 거리를 '회전반경(R)'으로 정의한다. 또한, 측정 초기 위치에서 C 회전축 중심점에서 Y축 방향으로 기준볼(110) 중심점까지의 거리를 '설치오차(ΔwY)'로 정의한다. 이 때, 기준볼(110)의 X축 방향의 설치오차는 회전반경(R)에 포함되어 있다고 가정할 수 있으므로, Y축 방향의 기준볼의 설치오차(ΔwY)만 고려할 수 있다. 또한, 도 9를 참조하면, C 회전축의 회전 테이블 상면에서 기준볼의 중심점까지의 Z축 방향의 거리를 '높이(H)'로 정의한다. 이와 같이, 오차 정의 단계(S200)에서는 3개의 측정변수가 정의될 수 있다.Referring to FIG. 8 , the distance from the center point of the rotation table 100 , that is, the rotation axis C to the center point of the
도 10 에서 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법 중 일부 과정을 나타낸 도면으로, 도 10은 기준좌표계에 대한 기준볼과 계측기의 좌표를 위한 기구학적 모델링을 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계에서 A 회전축의 회전 각도를 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계에서 C 회전축의 일정한 회전 각도에 대한 측정위치를 나타내는 도면이다.10 to 12 are views illustrating some processes of a method for measuring geometrical errors of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a diagram illustrating modeling, and FIG. 11 is a view showing the rotation angle of the axis A in a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a vertical 5-axis according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the measurement position for a constant rotation angle of the C axis of rotation in a machine tool.
모델링 단계(S300)에서는, 앞서 정의한 11개의 기하학적 오차, 및 3개의 측정변수를 이용하여, 기준 좌표계에 대한 기준볼(110)의 좌표값과, 기준 좌표계에 대한 계측기(200)의 좌표값을 각각 수식적으로 모델링할 수 있다.In the modeling step (S300), the coordinate values of the
보다 상세히, 기준 좌표계에 대한 기준볼(110)의 좌표값과 계측기(200)의 좌표값을 각각 수식적으로 모델링한 값을 모델링 좌표값으로 정의한다. 도 10을 참조하면, 기준 좌표계의 원점(Ref.)으로부터 기준볼(110)의 중심점까지의 경로로 동차변환행렬(Homogeneous transformation matrix)을 이용하여 수식적 모델링을 수행할 수 있다. 여기서, T는 동차변환행렬을 나타내고, P는 위치벡터를 나타낸다. 예를 들어, 동차변환행렬 RTX 는 기준 좌표계(Ref.)에 대한 X축의 동차변환행렬이고, CPbc 는 C 회전축에 대한 기준볼의 위치를 나타내는 벡터이다. 이러한 수식적 모델링을 통해 산출된 기준 좌표계에 대한 기준볼(110)의 좌표값이 기준볼(110)의 모델링 좌표값이 된다. 기준볼(110)의 모델링 좌표값은 아래의 (수식 1)과 같이 산출될 수 있다. 여기서 a는 A 회전축의 회전각도를, c는 C 회전축의 회전각도를 의미한다.In more detail, values obtained by mathematically modeling the coordinate values of the
(수식 1)(Formula 1)
또한, 도 10을 참조하면, 기준 좌표계의 원점(Ref.)으로부터 계측기(200)까지의 경로도 동차변환행렬(Homogeneous transformation matrix)을 이용하여 수식적 모델링을 수행할 수 있다. 이러한 수식적 모델링을 통해 산출된 기준 좌표계에 대한 계측기(200)의 좌표값이 계측기(200)의 모델링 좌표값이 된다. 계측기(200)의 모델링 좌표값은 아래의 (수식 2)와 같이 산출될 수 있다.Also, referring to FIG. 10 , a path from the origin Ref. of the reference coordinate system to the measuring
(수식 2)(Equation 2)
한편, 5축 공작기계에서 기하학적 오차가 없는 경우의 기준볼(110)의 측정값, 즉, 기준좌표계 원점(Ref.)에 대해 터치 트리거 프로브(200)가 기준볼(110)을 측정하기 위해 이송해야 하는 각 이송축의 엔코더값을 이상 측정값(mideal)이라 정의하면, 이상 측정값은 기준볼(110)의 중심점과 계측기(200)의 위치가 정확히 일치하는 값이다. 이는 아래의 (수식 3)과 같이 산출될 수 있다.On the other hand, the
(수식 3) (Equation 3)
한편, 5축 공작기계에서 기하학적 오차가 존재하는 경우의 기준볼의 측정값, 즉, 기준 좌표계 원점(Ref.)에 대해 계측기(200)가 기준볼(110)을 측정하기 위해 필요한 각 이송축의 엔코더값을 실제 측정값(mreal)이라 정의하면, 실제 측정값은 이상 측정값에 기준볼(110)과 계측기(200) 사이의 오차로 인한 상대 변위(probePbc)를 더한 값이다. 즉, 실제 측정값은 이상 측정값에 상대 변위로 인한 좌표값(Δm)을 더하여 산출할 수 있다. 실제 좌표값의 수식은 아래의 (수식 4)와 같이 산출될 수 있다. 단, 두 회전축이 직선축 위에 장착되는 구조와 같은 수직형 5축 공작기계와 같은 경우는 이 직선축 방향으로는 기준볼(110)이 터치 트리거 프로브(200)의 방향으로 반대로 이송해야 되므로 상대변위를 반대부호로 더해야 한다.On the other hand, the encoder of each feed axis required for the measuring
(수식 4)(Equation 4)
이에 따라, 계측기(200)를 이용한 기준볼(110)의 실제 측정값(mreal)은 아래의 (수식 5)와 같이 산출될 수 있다.Accordingly, the actual measured value m real of the
(수식 5)(Equation 5)
따라서, 기하학적 오차를 고려한 기준볼의 실제 측정값(mreal)은 두 회전축(A, C)의 회전 각도(a, c)에 의해 변경됨을 확인할 수 있다.Therefore, it can be confirmed that the actual measurement value (m real ) of the reference ball considering the geometrical error is changed by the rotation angles (a, c) of the two rotation axes (A, C).
오차 분리 단계(S400)에서는, A 회전축 및 C 회전축을 회전시켜 기준볼의 위치를 이송시키면서 측정한 실제 측정값으로 복수의 오차를 분리한다.In the error separation step ( S400 ), a plurality of errors are separated into actual measurement values measured while rotating the A rotation axis and the C rotation axis to transfer the position of the reference ball.
도 11을 참조하면, A 회전축을 중심으로 0도 및 (+)방향과 (-)방향으로 동일한 소정 각도로 회전한 세 지점에서 기준볼(110)의 위치를 측정할 수 있다.Referring to FIG. 11 , the position of the
도 12를 참조하면, 도 11의 A 회전축의 세 지점 각 위치에서, C 회전축을 중심으로 일정한 각도 간격으로 1회전한 복수의 지점(j=1, 2, 3,??, N)에서 기준볼(110)의 위치를 측정할 수 있다.12, the reference ball at a plurality of points (j = 1, 2, 3, ??, N) rotated once at a constant angular interval about the C rotation axis at each position of the three points of the rotation axis A of FIG. The position of (110) can be measured.
보다 상세히, 도 11 및 도 12를 참조하면, A 회전축을 중심으로 회전한 세 지점, 예를 들어, 0도 위치(도 1의 (a)), a도 위치(도 11의 (b)), 및 -a도 위치(도 11의 (c))에서 각각, 기준볼(110)이 설치된 회전 테이블(100)을 C 회전축을 중심으로 일정한 각도 간격으로 1 회전한 복수의 지점에서 기준볼의 위치를 측정할 수 있다.In more detail, referring to FIGS. 11 and 12 , three points rotated about the A rotation axis, for example, a 0 degree position ((a) of FIG. 1), a position of a ((b) of FIG. 11), and -a degree position (Fig. 11(c)), respectively, the position of the reference ball at a plurality of points where the rotation table 100 on which the
A 회전축을 중심으로 0도 위치에서, C 회전축을 중심으로 일정한 각도 간격으로 회전한 복수의 지점에서 기준볼의 실제 측정값을 mreal(0, c)로 나타내고(괄호 안의 c는 C 회전축에 대한 회전 각도), A 회전축을 중심으로 a도 위치에서의 기준볼의 실제 측정값을 mreal(a, c)로 나타내고, A 회전축을 중심으로 -a도 위치에서의 기준볼의 실제 측정값을 mreal(-a, c)로 나타내면, 각각 아래의 (수식 6), (수식 7), (수식 8)로 산출될 수 있다.The actual measured value of the reference ball is expressed as m real (0, c) at a plurality of points rotated at a constant angular interval about the C axis of rotation at 0 degrees about the axis of rotation A (c in parentheses is the rotation angle), the actual measured value of the reference ball at a degree position around the A axis of rotation is expressed as m real (a, c), and the actual measured value of the reference ball at -a degree around the A axis of rotation is expressed as m When expressed as real (-a, c), it can be calculated as (Equation 6), (Equation 7), and (Equation 8) below, respectively.
(수식 6)(Equation 6)
(수식 7)(Equation 7)
(수식 8)(Equation 8)
도 13는 도 2의 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법의 전체적인 순서 중 오차분리단계(S400)를 세분화하여 나타낸 순서도이다. 13 is a flowchart showing the subdivided error separation step (S400) of the overall procedure of the geometrical error measurement method of the vertical 5-axis machine tool of FIG. 2 .
도 13을 참조하면, (수식 6)에서 (수식 8)까지 산출된 기준볼의 실제 측정값에 아래의 (수식 9)와 같은 삼각함수 1회전 공식을 적용시켜 앞서 정의한 수직형 5축 공작기계의 모든 기하학적 오차(7개 직각도 오차와 4개의 오프셋 오차)의 분리수식을 유도할 수 있다.13, by applying the trigonometric one-turn formula as shown in (Equation 9) below to the actual measurement value of the reference ball calculated from (Equation 6) to (Equation 8), the previously defined vertical 5-axis machine tool A separation equation for all geometric errors (7 squareness errors and 4 offset errors) can be derived.
(수식 9)(Equation 9)
도 14를 참조하여, 5축 공작기계의 7개 직각도 오차를 산출하기 위해 먼저 아래의 (수식 10), (수식 11)과 같이 회전반경(R)와 설치오차(Δwy)을 산출할 수 있다.14, in order to calculate the 7 squareness errors of the 5-axis machine tool, the turning radius (R) and the installation error (Δw y ) can be calculated as shown in (Equation 10) and (Equation 11) below. there is.
(수식 10)(Equation 10)
(수식 11)(Equation 11)
이렇게 산출된 회전반경(R)과 설치오차(Δwy)를 이용하여 A 회전축이 0도인 위치에서 측정된 기준볼 측정값으로부터 (수식 12)와 같이 직선축 및 회전축의 직각도 오차를 산출할 수 있다.Using the rotation radius (R) and the installation error (Δw y ) calculated in this way, the perpendicularity error of the linear axis and the rotation axis can be calculated from the reference ball measurement value measured at the position where the rotation axis A is 0 degrees as shown in (Equation 12). there is.
(수식 12)(Equation 12)
또한, 회전반경(R)과 설치오차(Δwy)를 이용하여 A 회전축이 +a도 와 -a도 위치에서 측정된 기준볼 측정값으로부터 (수식 13) 과 같이 직선축 및 회전축의 직각도 오차를 산출할 수 있다.In addition, using the rotation radius (R) and the installation error (Δw y ), the linear axis and the perpendicularity error of the rotation axis as shown in (Equation 13) from the reference ball measurement value measured at the +a and -a degrees of the A rotation axis. can be calculated.
(수식 13)(Equation 13)
따라서, (수식 12) 및 (수식 13) 에서 두 직각도 오차로 구성된 오차항은 아래 (수식 14)와 같이 기 산출한 직각도 오차를 이용하여 독립적으로 산출될 수 있다.Therefore, the error term composed of the two squareness errors in (Equation 12) and (Equation 13) can be independently calculated using the previously calculated squareness error as shown in (Equation 14) below.
(수식 14)(Equation 14)
도 13을 참조하여, 수직형 5축 공작기계의 두 회전축과 관련된 4개 오프셋 오차는 A 회전축이 0도, +a도, -a도 에서 측정한 기준볼의 실제 측정값의 1회전 평균값()과 기 산출된 직각도 오차로부터 산출한다. 오프셋 오차는 기준볼의 높이(H)와 연관되어 있으므로 아래의 (수식 15)와 같이 높이(H) 값을 먼저 산출한다.Referring to FIG. 13, the four offset errors related to the two rotation axes of the vertical 5-axis machine tool are the one rotation average value ( ) and the calculated squareness error. Since the offset error is related to the height (H) of the reference ball, the height (H) value is calculated first as shown in (Equation 15) below.
(수식 15)(Equation 15)
도 15를 참조하여, (수식 15)로 산출한 기준볼의 높이(H) 값과 실제 측정값의 1회전 평균값을 이용하여 오프셋 오차항을 산출하면 아래의 (수식 16)과 같다.Referring to FIG. 15, when the offset error term is calculated using the height (H) value of the reference ball calculated by (Equation 15) and the one-turn average value of the actual measured value, it is as shown in (Equation 16) below.
(수식 16)(Equation 16)
(수식 16) 에서 두 오프셋 오차로 구성된 오차항은 아래 (수식 17)과 같이 기 산출한 오프셋 오차를 이용하여 산출한다.The error term composed of the two offset errors in (Equation 16) is calculated using the previously calculated offset error as shown in (Equation 17) below.
(수식 17)(Equation 17)
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법을 이용하여 직선축의 직각도 오차 및 회전축의 직각도 및 오프셋 오차로 구성된 수직형 5축 공작기계의 11개의 기하학적 오차 및 3개의 측정변수를 동시에 분리할 수 있다. 또한, 11개의 기하학적 오차에 대해 A 회전축을 중심으로 0도 위치와 (+)방향과 (-)방향의 동일한 소정 각도로 회전한 세 위치에서 C 회전축을 일정간격으로 1회전시키면서 측정한 총 3회의 측정값으로 수식적으로 계산할 수 있다.In this way, using the geometrical error measurement method of a vertical 5-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, 11 geometrical errors of a vertical 5-axis machine tool consisting of a perpendicularity error of a linear axis and a perpendicularity and an offset error of a rotation axis The error and three measurement variables can be isolated simultaneously. In addition, for 11 geometrical errors, a total of 3 measurements were performed while rotating the C axis of rotation once at regular intervals at the 0 degree position around the A axis and at three positions rotated at the same predetermined angle in the (+) and (-) directions. Measured values can be calculated mathematically.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. It goes without saying that it falls within the scope of the invention.
100 회전 테이블
110 기준볼
200 계측기100 turn table
110 reference ball
200 instruments
Claims (9)
상기 5축 공작기계의 기준 좌표계를 설정하는 기준 좌표계 설정 단계;
상기 5축 공작기계의 복수의 기하학적 오차 및 측정변수를 정의하는 오차 정의 단계;
상기 기준 좌표계에 대한 상기 기준볼의 좌표값 및 상기 계측기의 좌표값을 각각 수식적으로 모델링한 모델링 좌표값을 이용하여, 상기 복수의 기하학적 오차가 포함된 상기 기준볼의 실제 측정값을 산출하는 모델링 단계; 및
상기 두 회전축을 복수의 위치로 회전시키면서 상기 계측기로 측정한 상기 기준볼의 실제 측정값으로부터 상기 복수의 기하학적 오차를 분리하는 오차 분리 단계;
를 포함하며,
상기 오차 분리 단계에서,
상기 실제 측정값은 상기 두 회전축 중 하나의 회전축을 소정 각도 회전한 세 지점에서 각각, 상기 두 회전축 중 다른 회전축을 일정한 각도 간격으로 1회전한 복수의 지점에서 측정하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.Measuring the geometrical error of the vertical 5-axis machine tool using a reference ball installed on a rotary table rotating around two mutually perpendicular rotation axes of the vertical 5-axis machine tool, and a measuring instrument that measures the position of the reference ball As a method,
a reference coordinate system setting step of setting a reference coordinate system of the 5-axis machine tool;
an error definition step of defining a plurality of geometric errors and measurement variables of the 5-axis machine tool;
Modeling that calculates the actual measurement value of the reference ball including the plurality of geometric errors by using the modeling coordinate values that mathematically model the coordinate values of the reference ball and the coordinate values of the measuring instrument with respect to the reference coordinate system, respectively step; and
an error separation step of separating the plurality of geometric errors from the actual measurement value of the reference ball measured by the measuring device while rotating the two rotation shafts to a plurality of positions;
includes,
In the error separation step,
The actual measurement value is measured at a plurality of points where one of the two rotation axes is rotated by a predetermined angle at three points, the other one of the two rotation axes is rotated by one rotation at a constant angular interval, respectively, of a vertical 5-axis machine tool A method of measuring geometrical errors.
상기 수직형 5축 공작기계는 세 개의 직선축인 X축, Y축, Z축을 포함하고,
상기 두 회전축은 상기 X축에 대해 회전하는 A 회전축, 및 상기 Z축에 대해 회전하는 C 회전축을 포함하며,
기준 좌표계 설정 단계에서, 상기 기준 좌표계의 원점은 상기 X축의 중심위치와 상기 A 회전축의 교점으로 설정하고, 상기 기준 좌표계는 상기 수직형 5축 공작기계의 상기 X축, Y축, Z축을 기반으로 정의하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 1,
The vertical 5-axis machine tool includes three linear axes, an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis,
The two rotation axes include an A rotation axis that rotates about the X axis, and a C rotation axis that rotates about the Z axis,
In the reference coordinate system setting step, the origin of the reference coordinate system is set as the intersection of the central position of the X-axis and the A rotation axis, and the reference coordinate system is based on the X-axis, Y-axis, and Z-axis of the vertical 5-axis machine tool. Defining method for measuring geometrical errors of vertical 5-axis machine tools.
상기 오차 정의 단계에서,
상기 복수의 오차는, 상기 X축에 대한 상기 Y축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 Z축의 직각도 오차, 상기 X축에 대한 상기 Z축의 직각도 오차, 상기 Z축에 대한 상기 A 회전축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 A 회전축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 C 회전축의 직각도 오차, 상기 X축에 대한 상기 C 회전축의 직각도 오차, 상기 Y축에 대한 상기 A 회전축의 오프셋 오차, 상기 Z축에 대한 상기 A 회전축의 오프셋 오차, 상기 X축에 대한 상기 C 회전축의 오프셋 오차, 및 상기 Y축에 대한 상기 C 회전축의 오프셋 오차를 포함하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.3. The method of claim 2,
In the error definition step,
The plurality of errors may include a perpendicularity error of the Y axis with respect to the X axis, a perpendicularity error of the Z axis with respect to the Y axis, a perpendicularity error of the Z axis with respect to the X axis, and the A rotation axis with respect to the Z axis. a squareness error of the A rotation axis with respect to the Y axis, a perpendicularity error of the rotation axis C with respect to the Y axis, a perpendicularity error of the axis C with respect to the X axis, a perpendicularity error of the axis A with respect to the Y axis Vertical 5-axis, including an offset error of the A rotation axis, an offset error of the A rotation axis with respect to the Z axis, an offset error of the C rotation axis with respect to the X axis, and an offset error of the C rotation axis with respect to the Y axis A method of measuring geometrical errors of machine tools.
상기 모델링 단계에서,
상기 복수의 기하학적 오차가 포함된 상기 기준볼의 실제 측정값은, 상기 복수의 기하학적 오차가 없는 경우의 이상 측정값과, 상기 복수의 기하학적 오차로 인한 상기 기준볼과 상기 계측기 간의 상대변위를 더하여 산출하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 1,
In the modeling step,
The actual measurement value of the reference ball including the plurality of geometric errors is calculated by adding an abnormal measurement value in the absence of the plurality of geometric errors and the relative displacement between the reference ball and the measuring instrument due to the plurality of geometric errors A method of measuring geometrical errors of vertical 5-axis machine tools.
상기 오차 분리 단계에서,
상기 실제 측정값은 상기 기준볼의 위치를 상기 A 회전축을 중심으로 0도를 포함하여 (+) 및 (-) 방향으로 동일한 소정 각도로 회전한 세 지점에서, 상기 C 회전축을 중심으로 일정한 각도 간격으로 1 회전한 복수의 지점에서 측정하여 11개 기하학적 오차를 도출하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.3. The method of claim 2,
In the error separation step,
The actual measured value is the position of the reference ball at three points rotated by the same predetermined angle in the (+) and (-) directions, including 0 degrees around the A rotation axis, at a constant angular interval around the C rotation axis A method of measuring geometrical errors of a vertical 5-axis machine tool that derives 11 geometrical errors by measuring at multiple points rotated by a .
상기 측정변수는,
측정 초기 위치에서, 상기 C 회전축 중심점에서 상기 기준볼까지의 상기 X축 방향 거리인 회전반경, 상기 C 회전축 중심점에서 상기 기준볼의 위치까지의 상기 Y축 방향의 거리인 설치오차, 및 상기 C 회전축의 상기 회전 테이블 상면에서 상기 기준볼의 중심점까지의 상기 Z축 방향의 거리인 기준볼의 높이를 포함하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.6. The method of claim 5,
The measurement variable is
In the initial measurement position, the rotation radius, which is the distance in the X-axis direction from the central point of the C rotation axis to the reference ball, an installation error that is the distance in the Y-axis direction from the center point of the C rotation axis to the position of the reference ball, and the C rotation axis Including the height of the reference ball, which is the distance in the Z-axis direction from the upper surface of the rotary table to the center point of the reference ball, the geometrical error measuring method of a vertical 5-axis machine tool.
상기 오차 분리 단계에서,
상기 회전반경, 상기 설치오차, 및 상기 기준볼의 높이를 산출하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.7. The method of claim 6,
In the error separation step,
A geometrical error measuring method of a vertical 5-axis machine tool for calculating the rotation radius, the installation error, and the height of the reference ball.
상기 오차 분리 단계에서,
상기 회전반경 및 상기 설치오차를 이용하여 상기 복수의 기하학적 오차 중 상기 X축, Y축, Z축, A 회전축, 및 B 회전축의 직각도 오차를 산출하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.8. The method of claim 7,
In the error separation step,
Using the rotation radius and the installation error to calculate the perpendicularity error of the X-axis, Y-axis, Z-axis, A rotation axis, and B rotation axis among the plurality of geometric errors, geometrical error measurement of a vertical 5-axis machine tool method.
상기 오차 분리 단계에서,
상기 기준볼의 높이를 이용하여 상기 복수의 기하학적 오차 중 상기 A 회전축 및 C 회전축의 오프셋 오차를 산출하는, 수직형 5축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법.8. The method of claim 7,
In the error separation step,
Using the height of the reference ball to calculate the offset error of the A rotation axis and the C rotation axis among the plurality of geometric errors, a geometrical error measuring method of a vertical 5-axis machine tool.
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