KR20230157712A - 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치 및 보정방법 - Google Patents

공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치 및 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작기계 회전테이블의 진동신호와 회전신호를 기반으로 불평형 량을 연산해 내고, 이를 기반으로 회전 불평형 보정 파라미터를 산출함으로써 공작기계 회전테이블의 불평형 보정을 정확하고 신속하게 수행할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 회전테이블의 불평형을 보정함에 있어, 한 지점뿐만 아니라 적어도 두 지점에 대한 보정 파라미터를 용이하게 산출하여 한번에 불평형을 보정할 수 있게 함으로써, 회전테이블의 구조나 회전테이블 상에 거치된 공작물의 위치에 구애 받지 않고 회전테이블의 불평형을 보정할 수 있다.

Description

공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치 및 보정방법{Machine tool rotary table unbalance compensation device and compensation method}
본 발명은 공작기계 회전테이블의 회전 시 불평형을 보정하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 회전테이블의 불평형을 검출하고, 검출한 불평형을 보정하기 위한 보정 질량과 보정 질량의 설치 위치를 결정하는 장치 및
복합 가공기는 테이블에 공작물을 고정시킨 상태에서 공구가 장착된 스핀들을 회전 또는 이동시키거나 테이블을 전후 또는 죄우로 왕복 이동시켜 공작물을 가공하는 밀링 가공을 주로 한다. 최근 들어서는 공작기계가 더욱 고도화 되면서 밀링 가공을 주로 하는 공작기계에서 공작물이 장착되는 테이블을 회전테이블로 구성하고, 이 회전테이블을 회전시켜 선삭 가공도 하기에 이르렀다.
이러한 회전테이블 방식의 공작기계에서는 회전테이블이 회전하면서 회전테이블에 거치된 공작물의 거치 위치에 따라, 회전테이블의 회전중심과 공작물의 무게중심의 불일치에 의해 회전 불평형이 발생한다. 이러한 회전 불평형은 공작물을 포함하여 공작기계에 진동을 유발하고, 그로 인해 공작물의 가공 정밀도를 저하시킬 뿐만 아니라, 공작기계의 내구성에도 심대한 문제를 일으키게 된다.
이와 같이 회전테이블을 회전 불평형으로 인한 진동문제를 해결하기 위해서는 회전 불평형이 발생하는 위치와 불평형 질량을 식별하고, 이러한 불평이 발생하는 회전테이블의 반대 측 위치에 동일한 질량을 부착함으로써 해결 할 수 있다.
이러한 문제를 해결하는 수단으로 공작기계에 진동센서를 설치하고, 진동센서로부터 검출되는 진동의 크기를 파악하여 회전 불평형의 크기를 가늠하고, 더미(dummy) 질량을 회전 불평형이 일어나는 회전테이블의 반대 측에 설치하여, 재차 회전테이블을 회전시켜 진동센서로부터 검출되는 진동의 크기를 관찰하여 더미 질량의 크기와 위치를 변경하여 불평형 량을 근사 치에 맞추는 형태로 불평형을 보정해 왔다.
그러나 이러한 방식은 공작물을 가공할 때 마다 회전 불평형이 일어나는 위치와 불평형 질량을 검출해내는 어렵고 복잡한 절차를 거쳐야 하며, 이로 인한 생산성 저하의 문제도 감수해야 한다.
한편, 인용발명 1에서는 회전체의 편심을 보정하는 편심 보정 장치로, 회전체의 하부에 회전체의 하중을 측정하는 복수의 센서를 설치하고, 회전체의 편심을 보정하기 위한 보정추와, 상기 센서가 측정한 각각의 하중 데이터에 기초하여 보정추의 보정 회전각도 및 보정 이동거리를 산출하는 제어부와, 상기 보정 회전각도 및 보정 이동거리만큼 상기 보정추를 이동시키는 이동 수단을 구비한다.
그러나 이와 같은 회전체 편심 보정장치는 회전 연마장치, 컴팩트 디스크 플레이어 등의 디스크 형상의 저장장치, 반도체 소자의 스핀 코팅 장치와 같은 초경량 기기에서 회전체의 편심을 검출하기 위해 회전체의 하부에 적어도 3 개 이상의 하중 감지 센서를 취부하고, 이들 하중 감지용 센서를 통해 회전체의 편심을 측정하는 점에 있어서, 공작기계의 경우 회전테이블 하부 구조상 회전테이블의 하부에 회전테이블의 편심 하중을 측정하는 여러 개의 센서를 취부하는 것이 여의치 않다는 점에서 이 분야 통상의 기술자라도 용이하게 적용할 수 없는 것이다.
또한, 특허문헌 2는 공작기계 회전테이블 편심 보정방법으로, 회전테이블을 일정한 각도로 회전시키며, 토크센서로부터 회전토크를 검출하여 회전테이블의 부하량을 계산하고, 부하량으로부터 편심 보정 위치와 편심량을 산출하는 방식이다.
그러나 이러한 방식은 공작기계 회전테이블의 구동 속성상 회전테이블이 편심에 따른 회전토크의 변화가 매우 미미하여 이를 기반으로 편심 위치와 편심량을 산출하는 것은 매우 부정확한 문제점이 있다.
또한, 특허문헌 3은 회전테이블을 지지함과 동시에 틸팅 구동할 수 있도록 연결된 틸팅모터에 회전테이블이 회전함에 따라 틸팅방향으로 가해지는 회전력에 대응하여, 틸팅모터의 회전을 억제하도록 틸팅모터에 가해지는 부하를 검출하고, 검출된 부하가 미리 정해진 허용범위보다 클 경우 회전테이블이 불균형 회전상태인 것으로 판단하고 회전테이블의 회전을 정지시키거나 알람 신호를 출력하는 것이다.
그러나 특허문헌 3은 회전테이블의 회전 불균형만을 검출할 뿐, 그 보정방법에 대해서는 해결책을 제시하지 않는 것이다.
한국 공개특허 10-2012-0121489호 한국 등록특허 10-1654740호 한국 공개특허 10-2020-0092602호
상기한 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 공작기계 회전테이블에 최소한의 검출수단만을 설치하여 회전 불평형을 검출하고, 이를 기반으로 회전 불평형 보정 위치와 보정 질량을 산출하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 회전테이블의 구조에 따라서 불평형을 보정하는 보정 질량을 복수의 위치에 설치할 경우 위치와 보정량을 손쉽게 산출하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치는,
공작기계 테이블 바디 상부에 테이블모터에 의해 회전 가능하게 설치되는 회전테이블과,
상기 테이블 바디의 일측에 설치되어 상기 회전테이블의 진동을 검출하는 진동센서와, 상기 회전테이블의 회전수를 검출하는 근접센서와,
상기 진동센서와 근접센서로부터 검출되는 신호를 분석하여 상기 회전테이블의 불평형 정보를 분석하는 신호처리장치와,
상기 신호처리장치로부터 상기 회전테이블의 불평형 정보를 제공 받아 출력하는 출력부와, 상기 불평형 정보에 대응하여 상기 회전테이블의 불평형을 보정하기 위한 파라미터들을 입력하며, 상기 입력한 파라미터를 미리 정해진 수식에 적용하여 입력하지 않은 나머지 파라미터들을 계산하여 그 결과를 출력하는 입출력표시부를 포함하는 제어부를 포함한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치에서, 상기 신호처리장치는 상기 회전테이블이 미리 정해진 기준 회전속도로 회전할 때, 회전테이블의 특정 위상각도의 반경 거리에 생성되는 불평형 질량을 분석하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치에서, 상기 제어부의 출력부는 상기 회전테이블의 불평형 위치와 보정 위치를 표시하는 회전테이블 표시부와, 불평형 위상각도와 보정 위상각도를 표시하는 위상각 표시부와, 속도진동의 크기를 표시하는 속도진동 표시부와, 회전테이블의 회전속도를 표시하는 회전속도 표시부와, 회전테이블의 불평형 크기가 미리 정해진 범위를 초과할 경우 알람 메시지를 표시하는 알람표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치에서, 상기 제어부의 입출력표시부는 미리 입력된 회전테이블의 반경에 해당하는 불평형 거리와 상기 신호처리장치에서 계산된 불평형 질량과 불평형 위상각도가 표시되고, 상기 불평형을 보정하기 위해 입력하는 파라미터들은 보정거리, 보정질량, 보정 위상각도 중에서 선택적으로 입력할 수 있으며, 이들 입력 파라미터들 중에서 하나 또는 두 개의 파라미터를 입력할 경우 다른 파라미터들은 미리 저장된 수식에 의해 계산되어 출력되어 표현되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법은,
미리 정한 기준 회전속도로 회전테이블을 회전시키는 회전테이블 회전단계(S10);
진동센서와 근접센서를 통해 회전테이블 진동신호와 회전수를 인가 받아, 상기 진동신호는 신호처리 과정을 통해 속도진동으로 변환하고, 상기 속도진동과 회전수를 기반으로 회전테이블의 불평형량을 산출하는 신호분석단계(S20);
상기 신호분석단계(S20)에서 분석한 속도진동을 미리 정한 기준속도진동과 비교하여, 회전테이블의 속도진동이 기준속도진동보다 작은 경우는 회전테이블의 불평형 보정작업을 종료하고, 회전테이블의 속도진동이 기준속도진동보다 큰 경우는 회전테이블의 불평형 보정을 위한 다음단계를 진행하는 보정여부 판단단계(S30);
상기 보정여부 판단단계(S30)에서 회전테이블의 속도진동이 기준속도진동보다 큰 경우, 상기 불평형량을 보정하기 위한 보정질량과 보정거리와 보정위상각도를 산출하는 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40):
상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 산출한 상기 보정질량, 보정거리, 보정위상각도에 따라 회전테이블에 보정질량을 설치하고, 회전테이블을 미리 정해진 기준속도로 회전시켜 상기 신호분석단계(S20)로 복귀시키는 불평형 보정단계(S50)를 포함 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법은, 상기 신호분석단계(S20)에서 상기 회전테이블의 불평형량은 아래 수식 1을 통해 산출하는 것을 특징으로 한다.
<수식1>
여기서 U : 불평형량[kg·m], V : 속도진동(1x 성분의 RMS 값)[m/s], Ω : 회전테이블의 회전속도[min-1], C : 상수, αn : 계수이다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법에서, 상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 상기 보정질량은 아래 수식 2를 통해 산출하고, 보정위상각도는 아래 수식 3을 통해 산출하며, 보정거리는 회전테이블의 반경 거리로 정하는 것을 특징으로 한다.
<수식2>
U = mr 이고, 따라서 m =U/r 이다
여기서 U : 불평형량[kg·m], m : 불평형 질량[kg], r : 불평형 질량의 반경방향 거리로 회전테이블의 반경 거리이다.
<수식3>
여기서 ε0 : 보정질량의 위상각도[deg], T0 : 속도진동 신호의 최대 피크 간 시간 차이[sec], TT : 회전테이블의 1회전의 주기[sec],θv: 진동센서에서 검출된 가속도에서 속도 변환에 따른 쉬프팅 위상각도[deg]이다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법은, 상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 산출된 상기 보정질량을 회전테이블 상에 두 곳으로 분할하되, 두 곳으로 분할되는 보정질량의 백터 합은 상기 불평형량과 균형을 이루는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법에서, 상기 보정질량을 두 곳으로 분할하는 것은,
상기 신호분석단계(S20)에서 산출한 보정질량보다 작은 무게의 제1보정질량을 임의로 정하고, 상기 불평형 위상각도와 대략 180도 대향되는 위치로부터 인접한 슬롯의 각도를 제1위상각도로 정하며, 제1보정질량을 설치할 제1보정거리를 임의로 특정하여 입력하는 제1보정 파라미터 선정단계(S41)와,
상기 제1보정 파라미터 선정단계(S41)에서 입력한 상기 제1보정질량과의 백터 합이 상기 불평형량에 근접하도록 미리 정의된 수식에 의해 제2보정질량과 제2보정거리와 제2위상각도를 산출하는 제2보정 파라미터 선정단계(S42)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법에서, 상기 제2보정 파라미터 선정단계(S42)는 상기 제2보정거리를 특정하여 미리 정의된 수식에 입력함으로써 상기 제2보정질량과 상기 제2위상각도를 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법에서, 상기 제2보정 파라미터 선정단계(S42)는 상기 제2보정질량을 특정하여 미리 정의된 수식에 입력함으로써 상기 제2보정거리와 상기 제2위상각도를 산출하는 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법에서, 상기 제2보정 파라미터 선정단계(S42)는 상기 제2보정질량과 상기 제2위상각도를 특정하여 미리 정의된 수식에 입력함으로써 상기 제2보정거리를 산출하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법에서, 상기 제2보정질량은 미리 규격화된 보정질량 중에서 택일하며, 상기 제2위상각도는 미리 정해진 회전테이블의 슬롯을 기준으로 선정하며, 상기 산출된 제2보정거리는 회전테이블의 반경 거리로 제한하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 공작기계 회전테이블의 진동신호와 회전신호를 기반으로 불평형 량을 연산해 내고, 이를 기반으로 회전 불평형 보정 파라미터를 산출함으로써 공작기계 회전테이블의 불평형 보정을 정확하고 신속하게 수행할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 회전테이블의 불평형을 보정함에 있어, 한 지점뿐만 아니라 적어도 두 지점에 대한 보정 파라미터를 용이하게 산출하여 한 번에 불평형을 보정할 수 있게 함으로써, 회전테이블의 구조나 회전테이블 상에 거치된 공작물의 위치에 구애 받지 않고 회전테이블의 불평형을 보정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예로서, 공작기계 회전테이블의 불평형 검출 및 보정 장치 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예로서, 회전테이블 불평형 보정 장치의 제어부 화면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로서, 회전테이블의 불평형 요소의 속성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예로서, 회전테이블의 속도진동과 회전 펄스 신호를 이용한 불평형 보정질량의 위상 산출 원리를 제공하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예로서, 회전테이블의 불평형 보정 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예로서, 회전테이블에서 한 지점을 이용한 불평형 보정 개념도이다.
도 7은 본 발명의 실시예로서, 회전테이블에서 두 지점을 이용한 불평형 보정 시 보정질량과 보정거리, 보정위상각에 대한 계산 테이블이다.
도 8은 본 발명의 실시예로서, 회전테이블에서 두 지점을 이용한 불평형 보정 개념도이다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1에 도시한 것처럼, 공작기계의 회전테이블 불평형 보정장치는 공작기계 테이블 바디(10) 상부에 테이블모터(13)에 의해 회전하는 회전테이블(11)이 설치된다. 상기 회전테이블(11)은 상부에 치구나 팔레트(14)를 포함하여 공작물을 거치한다.
상기 회전테이블(11)은 상기 테이블 바디(10) 상에서 수평 방향으로 설치되며, 수직 방향의 회전축을 기준으로 하부에 서보모터로 구성되는 테이블모터(13)에 의해 고속 회전 및 각도분할 회전을 수행한다.
또한, 상기 회전테이블(11)은 테이블 바디(10)의 일측에 설치되는 틸팅모터(15)에 의해 상기 회전테이블(11)의 회전축이 일정 각도 범위 내에서 틸팅 되기도 한다.
한편, 상기 테이블 바디(10)의 일측에는 상기 회전테이블(11)의 진동을 검출하는 진동센서(20)와, 상기 회전테이블(11)의 회전수를 검출하는 근접센서(30)를 설치한다. 상기 진동센서(20)는 회전테이블(11)이 회전할 때 진동 측정이 용이한 위치의 테이블 바디(10)에 부착한다.
상기 근접센서(30)는 회전테이블(11)에 인접한 위치에 설치하되, 상기 근접센서(30)와 인접한 회전테이블(11)의 회전부 외곽에는 상기 근접센서(30)에 근접했을 때 근접센서(30)에 펄스 신호가 발생되게 하는 도그(미도시)를 설치한다. 따라서 회전테이블(11)이 1회전 할 때마다 근접센서(30)는 한번의 펄스를 출력하여 회전테이블(11)의 회전수를 계수할 수 있도록 한다.
또한, 공작기계의 회전테이블 불평형 보정장치는 CPU가 내장되어 상기 진동센서(20)와 근접센서(30)로부터 검출되는 신호를 고속으로 분석하여 회전테이블(11)의 불평형 속성 정보를 분석하는 신호처리장치(40)를 포함한다.
상기 신호처리장치(40)에서 분석하는 상기 불평형 속성 정보는 회전테이블(11)이 미리 정해진 기준 회전속도(보통 1x 성분인 100RPM)로 회전할 때, 회전테이블(11)의 특정 위상각도의 반경 거리에 생성되는 불평형 질량을 의미한다.
또한, 공작기계의 회전테이블 불평형 보정장치는 상기 신호처리장치(40)로부터 회전테이블(11)의 불평형 정보를 제공 받아 출력하고, 상기 불평형 정보에 대응하여 상기 회전테이블(11)의 불평형을 보정하기 위한 파라미터들을 입력하며, 상기 입력된 파라미터들을 적용하여 불평형 보정 파라미터들을 계산해내는 제어부(50)를 구비한다.
한편, 상기 제어부(50)는 도 2에 도시한 것처럼, 상기 신호처리장치(40)로부터 회전테이블(11)의 불평형 정보를 제공 받아 출력하는 출력부(51)와, 회전테이블(11)의 불평형을 보정하기 위한 미리 정해진 파라미터를 입력하고, 상기 입력한 파라미터를 미리 정해진 내부 수식에 적용하여 입력하지 않은 나머지 파라미터들을 계산하여 그 결과를 출력하는 입출력표시부(57)를 구비한다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(50)의 출력부(51)는 회전테이블(11)의 불평형 위치와 보정 위치를 표시하는 회전테이블 표시부(52)와, 불평형 위상각도와 보정 위상각도를 표시하는 위상각 표시부(53)와, 속도진동의 크기를 표시하는 속도진동 표시부(54)와, 회전테이블(11)의 회전속도를 표시하는 회전속도 표시부(55)와, 회전테이블(11)의 불평형 크기가 미리 정해진 범위를 초과할 경우 알람 메시지를 표시하는 알람표시부(56)를 포함한다.
한편, 상기 제어부(50)의 입출력표시부(57)에는 미리 입력된 회전테이블(11)의 반경에 해당하는 불평형 거리와 상기 신호처리장치(40)에서 계산된 불평형 질량과 불평형 위상각도가 표시되고, 또한 불평형을 보정하기 위해 입력하는 파라미터들은 보정거리, 보정질량, 보정 위상각도 중에서 선택적으로 입력할 수 있으며, 이들 입력 파라미터들 중에서 하나 또는 두 개의 파라미터를 입력할 경우 다른 파라미터들은 미리 저장된 수식에 의해 계산되어 출력되어 표현된다.
한편, 도 3을 참조하여 상기 진동센서(20)와 근접센서(30)에서 취득한 신호를 상기 신호처리장치(40)에서 회전테이블(11)의 불평형 정보로 분석하는 과정에 대해 설명한다.
진동센서(20)를 통해 검출된 진동신호는 도 3과 같이, 신호처리를 통해 속도진동, 회전속도, 불평형량의 속성을 가지는 그래프 형태로 나타낼 수 있다. 이러한 진동신호는 보통 100RPM의 기준 회전속도의 주파수에 해당하는 RMS 값으로 변환할 수 있다. 따라서 불평형량은 이러한 회전속도와 속도진동 값을 아래 수식 1의 불평형 근사식에 대입하여 계산할 수가 있다
<수식1>
여기서 U : 불평형량[kg·m], V : 속도진동(1x 성분의 RMS 값)[m/s], Ω : 회전테이블의 회전속도[min-1], C : 상수, αn : 계수이다.
또한, 이러한 불평형량(U)은 회전테이블(11)이 통상 1x 성분의 100RPM으로 회전할 때 회전테이블(11)의 반경 거리에 불평형 질량이 존재하는 것을 의미하므로, 미리 실험식을 통해 속도진동 범위 별로 불평형량(U) 데이터를 산출하여 기록해 두고 이를 활용하도록 한다.
한편, 불평형량(U)은 불평형 질량(m)이 회전테이블(11)의 반경 거리(r)에 존재하는 것을 의미하는 만큼, 아래 수식 2를 통해 불평형량(U)으로부터 불평형 질량을 산출할 수 있다.
<수식2>
U = m r 이고, 따라서 m =U / r 이다
여기서U : 불평형량[kg·m], m : 불평형 질량[kg], r : 불평형 질량의 반경방향 거리로 회전테이블의 반경 거리이다.
다음은 보정질량(m)의 위상각도를 산출하는 과정을 설명한다. 불평형은 회전테이블(11)의 특정 위상 각도의 반경 거리(r)에 불평형 질량(m)에 존재하는 것인 바, 불평형을 보정하기 위해서는 보정질량(m)을 불평형 위상각도로부터 반대되는 위상각도 위치에 설치하여야 한다. 즉, 보정질량 위상각도는 불평형 위상각도로부터 180도 회전한 반대 위치가 된다.
이러한 보정질량 위상각도는 도 4의 그래프에 도시한 것처럼, 진동센서(20)에서 제공되는 진동신호를 신호처리장치(40)를 통해 얻어지는 속도진동 신호(a)를 회전테이블(11)이 1회전할 때 마다 근접센서(30)로부터 발생하는 펄스신호(b)의 피크 간 시간 차이와 비교하여 산출할 수 있다.
구체적으로, 보정질량 위상각도는 회전테이블(11)이 360도 1회전 할 때 발생하는 펄스신호(b)의 주기에 대한 속도진동 신호(a)의 피크 간 시간 차이의 비율을 산출함으로써 얻을 수 있다. 이러한 보정질량의 위상각도는 아래 수식 3과 같이 산출한다.
<수식3>
여기서 ε0 : 보정질량의 위상각도[deg], T0 : 속도진동 신호의 최대 피크 간 시간 차이[sec], TT : 회전테이블의 1회전의 주기[sec], θv : 진동센서(20)에서 검출된 가속도에서 속도 변환에 따른 쉬프팅 위상각도[deg]이다.
상기 수식3에서 보듯이, 보다 정확한 보정질량의 위상각도(ε0)는 진동센서(20)에서 검출된 가속도에서 속도 변환에 따른 쉬프팅 위상각도[deg]를 반영한 값이 된다.
이하에서는 도 5, 6을 참조하여 회전테이블(11)의 불평형을 보정하는 과정에 대해 설명한다. 도 5와 도 6에 도시한 것처럼, 공작물을 거치한 회전테이블(11)에 불평형이 발생하면 이에 대한 보정은, 다음과 같은 과정을 통해 이루어진다.
우선, 회전테이블 회전단계(S10)를 실행한다.
이 단계는 회전테이블(11)에 공작물을 거치한 상태에서 테이블모터(13)를 구동하여 미리 정한 기준 회전속도로 회전테이블(11)을 회전시킨다.
다음으로, 신호분석단계(S20)를 실행한다.
이 단계는 신호처리장치(40)에서 진동센서(20)와 근접센서(30)를 통해 공작물과 함께 회전하는 회전테이블(11) 진동신호와 회전수(RPM)를 인가 받아, 상기 진동신호는 신호처리 과정을 통해 속도진동(속도진동은 미리 정한 기준 회전속도의 주파수에 해당하는 RMS 값임)으로 변환하고, 상기 속도진동과 회전수를 기반으로 상기 미리 정한 불평형 근사식 수식 1을 통해 회전테이블(11)의 불평형량을 산출한다.
이어서, 보정여부 판단단계(S30)를 실행한다.
이 단계는 상기 신호분석단계(S20)에서 분석한 속도진동을 미리 정한 기준속도진동과 비교하여, 회전테이블(11)의 속도진동이 기준속도진동보다 작은 경우는 회전테이블(11)의 불평형량이 무시할 정도이므로 불평형 보정작업을 종료하고, 회전테이블(11)의 속도진동이 기준속도진동보다 큰 경우는 회전테이블(11)의 불평형 보정을 위한 다음단계를 진행한다.
이어서, 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)를 실행한다.
이 단계는 상기 보정여부 판단단계(S30)에서 회전테이블(11)의 속도진동이 기준속도진동보다 큰 경우, 상기 신호분석단계(S20)에서 분석한 불평형량을 보정하기 위한 보정질량과 상기 보정질량을 설치할 보정거리와 보정위상각도를 산출한다.
여기서 상기 보정질량은 상기 수식 2를 통해 산출하고, 보정 위상각도는 상기 수식 3을 통해 산출하며, 보정거리는 회전테이블(11)의 반경 거리로 정한다.
한편, 이 단계에서 보정질량의 설치 위치가 적절하지 않을 경우 상기 제어부(50)의 입출력표시부(57)를 통해 보정거리를 임의로 변경하여 입력할 수 있으며, 이 때 변경한 보정거리에 따라 상기 2에 의해 보정질량이 변경되어 산출된다. 변경된 보정질량은 상기 제어부(50)의 입출력표시부(57)를 통해 출력된다.
이어서, 불평형 보정단계(S50)를 실행한다.
이 단계는 상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 산출한 보정 파라미터(보정질량, 보정거리, 보정 위상각도)에 따라 회전테이블(11)에 보정질량을 설치하고, 회전테이블(11)을 미리 정해진 기준속도로 회전시켜 상기 신호분석단계(S20)로 복귀시킨다.
한편, 다른 실시예로, 상기 불평형 보정단계(S50)에서 보정질량은 회전테이블(11)에 일정한 등각도로 형성된 슬롯(12) 상에 설치하는 것이 바람직하나, 보정질량을 설치할 위상각도가 슬롯(12)이 형성된 위치가 아니거나 또는 회전테이블(11)에 거치된 공작물의 구조상 상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 산출된 위치에 보정질량을 설치할 수 없는 경우가 있다. 이 때는 슬롯(12)이 형성되어 보정질량을 회전테이블(11) 상에 설치할 수 있는 두 곳의 위치에 보정질량을 분할하여 설치하되, 두 곳에 분할하여 설치하는 보정질량의 백터 합이 불평형량과 균형을 이루게 함으로써 불평형을 보정할 수 있다.
이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 두 지점에 불평형 보정질량을 분할하여 설치하는 방식에 대해 설명한다.
두 지점에 분할하여 보정질량을 설치하는 방법은,
먼저 제1보정 파라미터 선정단계(S41)를 실행한다.
이 단계는 상기 신호분석단계(S20)에서 산출한 보정질량보다 작은 무게의 제1보정질량을 임의로 정하고, 상기 불평형 위상각도와 대략 180도 대향되는 위치로부터 인접한 슬롯(12)의 각도를 제1위상각도로 정하며, 또한 제1보정질량을 설치할 제1보정거리를 임의로 특정하여 상기 제어부(50)의 입출력표시부(57)에 입력한다.
이어서 제2보정 파라미터 선정단계(S42)를 실행한다.
이 단계는 제1보정 파라미터 선정단계(S41)에서 입력한 제1보정질량과의 백터 합이 상기 불평형량에 근접하도록 미리 정의된 수식에 의해 제2보정질량에 관한 파라미터를 정하는 단계이다. 제2보정질량에 관한 파라미터를 정하는 방법은 미리 설정된 상기 수식 2, 3에 의해 제2보정거리를 특정하여 입력함으로써 제2보정질량과 제2위상각도를 산출하는 방식과, 또는 제2보정질량을 특정하여 입력함으로써 제2보정거리와 제2위상각도를 산출하는 방식과, 또는 제2보정질량과 제2위상각도를 특정하여 입력함으로써 제2보정거리를 산출하는 방식이 있다.
한편, 상기 제2보정질량과 제2위상각도를 특정하여 입력하는 방식은, 도 8에 도시한 바와 같이, 이미 규격화된 보정질량 중에서 택일하여 제2보정질량을 선정하고, 제2위상각도는 미리 정해진 회전테이블(11)의 슬롯(12)을 기준으로 정한다.
따라서 상기 제2보정질량과 제2위상각도를 기준으로 산출된 제2보정거리는 회전테이블(11)의 반경 거리를 초과할 수 있다. 그러나 실제 제2보정질량을 설치할 수 있는 제2보정거리는 회전테이블(11)의 반경 거리를 초과할 수 없으므로, 제2보정거리는 회전테이블(11)의 반경 거리로 제한한다.
따라서 산출된 제2보정거리가 회전테이블(11)의 반경 거리를 초과할 경우, 반경 거리를 초과한 거리만큼 잔류 불평량이 발생할 수 있다. 그러나 이러한 잔류 불평형량은 보정여부 판단단계(S30)에서 불평형을 보정할 필요가 없는 정도의 범위 이내에서는 허용될 수 있으며, 허용 범위를 초과할 경우는 제2보정질량과 제2위상각도를 변경함으로써 잔류 불평형을 최소화 시킬 수 있다.
이어서 상기 불평형 보정단계(S50) 실행을 통해 상기 제1보정 파라미터 선정단계(S41)와 상기 제2보정 파라미터 선정단계(S42)에서 산출한 불평형 보정 파라미터와 같이 제1보정질량과 제2보정질량을 설치함으로써 회전테이블(11)의 불평형을 보정할 수 있다.
상기 실시예들과 같이, 본 발명은 공작기계 회전테이블(11)의 진동신호와 회전신호를 기반으로 불평형 량을 연산해 내고, 이를 기반으로 회전 불평형 보정 파라미터를 산출함으로써, 공작기계 회전테이블(11)의 불평형 보정을 정확하고 신속하게 수행할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 회전테이블(11)의 불평형을 보정함에 있어, 한 지점뿐만 아니라 적어도 두 지점에 대한 보정 파라미터를 용이하게 산출하여 한번에 불평형을 보정할 수 있게 함으로써, 회전테이블(11)의 구조나 회전테이블(11) 상에 거치된 공작물의 위치에 구애 받지 않고 회전테이블(11)의 불평형을 보정할 수 있다.
10 테이블 바디
11 회전테이블
12 슬롯
13 테이블모터
14 팔레트
15 틸팅모터
20 진동센서
30 근접센서
40 신호처리장치
50 제어부
51 출력부
52 회전테이블 표시부
53 위상각 표시부
54 속도진동 표시부
55 회전속도 표시부
56 알람표시부
57 입출력표시부
S10 회전테이블 회전단계
S20 신호분석단계
S30 보정여부 판단단계
S40 불평형 보정 파라미터 산출단계
S41 제1보정 파라미터 선정단계
S42 제2보정 파라미터 선정단계
S50 불평형 보정단계

Claims (13)

  1. 공작기계 테이블 바디 상부에 테이블모터에 의해 회전 가능하게 설치되는 회전테이블과,
    상기 테이블 바디의 일측에 설치되어 상기 회전테이블의 진동을 검출하는 진동센서와, 상기 회전테이블의 회전수를 검출하는 근접센서와,
    상기 진동센서와 근접센서로부터 검출되는 신호를 분석하여 상기 회전테이블의 불평형 정보를 분석하는 신호처리장치와,
    상기 신호처리장치로부터 상기 회전테이블의 불평형 정보를 제공 받아 출력하는 출력부와, 상기 불평형 정보에 대응하여 상기 회전테이블의 불평형을 보정하기 위한 파라미터들을 입력하며, 상기 입력한 파라미터를 미리 정해진 수식에 적용하여 입력하지 않은 나머지 파라미터들을 계산하여 그 결과를 출력하는 입출력표시부를 포함하는 제어부를 포함하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호처리장치는 상기 회전테이블이 미리 정해진 기준 회전속도로 회전할 때, 회전테이블의 특정 위상각도의 반경 거리에 생성되는 불평형 질량을 분석하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부의 출력부는 상기 회전테이블의 불평형 위치와 보정 위치를 표시하는 회전테이블 표시부와, 불평형 위상각도와 보정 위상각도를 표시하는 위상각 표시부와, 속도진동의 크기를 표시하는 속도진동 표시부와, 회전테이블의 회전속도를 표시하는 회전속도 표시부와, 회전테이블의 불평형 크기가 미리 정해진 범위를 초과할 경우 알람 메시지를 표시하는 알람표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부의 입출력표시부는 미리 입력된 회전테이블의 반경에 해당하는 불평형 거리와 상기 신호처리장치에서 계산된 불평형 질량과 불평형 위상각도가 표시되고, 상기 불평형을 보정하기 위해 입력하는 파라미터들은 보정거리, 보정질량, 보정 위상각도 중에서 선택적으로 입력할 수 있으며, 이들 입력 파라미터들 중에서 하나 또는 두 개의 파라미터를 입력할 경우 다른 파라미터들은 미리 저장된 수식에 의해 계산되어 출력되어 표현되는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정장치.
  5. 미리 정한 기준 회전속도로 회전테이블을 회전시키는 회전테이블 회전단계(S10);
    진동센서와 근접센서를 통해 회전테이블 진동신호와 회전수를 인가 받아, 상기 진동신호는 신호처리 과정을 통해 속도진동으로 변환하고, 상기 속도진동과 회전수를 기반으로 회전테이블의 불평형량을 산출하는 신호분석단계(S20);
    상기 신호분석단계(S20)에서 분석한 속도진동을 미리 정한 기준속도진동과 비교하여, 회전테이블의 속도진동이 기준속도진동보다 작은 경우는 회전테이블의 불평형 보정작업을 종료하고, 회전테이블의 속도진동이 기준속도진동보다 큰 경우는 회전테이블의 불평형 보정을 위한 다음단계를 진행하는 보정여부 판단단계(S30);
    상기 보정여부 판단단계(S30)에서 회전테이블의 속도진동이 기준속도진동보다 큰 경우, 상기 불평형량을 보정하기 위한 보정질량과 보정거리와 보정위상각도를 산출하는 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40):
    상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 산출한 상기 보정질량, 보정거리, 보정위상각도에 따라 회전테이블에 보정질량을 설치하고, 회전테이블을 미리 정해진 기준속도로 회전시켜 상기 신호분석단계(S20)로 복귀시키는 불평형 보정단계(S50)를 포함하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 신호분석단계(S20)에서 상기 회전테이블의 불평형량은 아래 수식 1을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
    <수식1>

    여기서 U : 불평형량[kg·m], V : 속도진동(1x 성분의 RMS 값)[m/s], Ω : 회전테이블의 회전속도[min-1], C : 상수, αn : 계수이다.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 상기 보정질량은 아래 수식 2를 통해 산출하고, 보정위상각도는 아래 수식 3을 통해 산출하며, 보정거리는 회전테이블의 반경 거리로 정하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
    <수식2>
    U = m r 이고, 따라서 m = U / r 이다
    여기서 U : 불평형량[kg·m], m : 불평형 질량[kg], r : 불평형 질량의 반경방향 거리로 회전테이블의 반경 거리이다.
    <수식3>

    여기서 ε0 : 보정질량의 위상각도[deg], T0 : 속도진동 신호의 최대 피크 간 시간 차이[sec], TT : 회전테이블의 1회전의 주기[sec], θv : 진동센서에서 검출된 가속도에서 속도 변환에 따른 쉬프팅 위상각도[deg]이다.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 불평형 보정 파라미터 산출단계(S40)에서 산출된 상기 보정질량을 회전테이블 상에 두 곳으로 분할하되, 두 곳으로 분할되는 보정질량의 백터 합은 상기 불평형량과 균형을 이루는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 보정질량을 두 곳으로 분할하는 것은,
    상기 신호분석단계(S20)에서 산출한 보정질량보다 작은 무게의 제1보정질량을 임의로 정하고, 상기 불평형 위상각도와 대략 180도 대향되는 위치로부터 인접한 슬롯의 각도를 제1위상각도로 정하며, 제1보정질량을 설치할 제1보정거리를 임의로 특정하여 입력하는 제1보정 파라미터 선정단계(S41)와,
    상기 제1보정 파라미터 선정단계(S41)에서 입력한 상기 제1보정질량과의 백터 합이 상기 불평형량에 근접하도록 미리 정의된 수식에 의해 제2보정질량과 제2보정거리와 제2위상각도를 산출하는 제2보정 파라미터 선정단계(S42)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제2보정 파라미터 선정단계(S42)는 상기 제2보정거리를 특정하여 미리 정의된 수식에 입력함으로써 상기 제2보정질량과 상기 제2위상각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 제2보정 파라미터 선정단계(S42)는 상기 제2보정질량을 특정하여 미리 정의된 수식에 입력함으로써 상기 제2보정거리와 상기 제2위상각도를 산출하는 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제2보정 파라미터 선정단계(S42)는 상기 제2보정질량과 상기 제2위상각도를 특정하여 미리 정의된 수식에 입력함으로써 상기 제2보정거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제2보정질량은 미리 규격화된 보정질량 중에서 택일하며, 상기 제2위상각도는 미리 정해진 회전테이블의 슬롯을 기준으로 선정하며, 상기 산출된 제2보정거리는 회전테이블의 반경 거리로 제한하는 것을 특징으로 하는 공작기계 회전테이블의 불평형 보정방법.
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