KR102224333B1 - An inspection system of spindle run-out in cnc machines and a method thereof - Google Patents

Abstract

본 발명은 CNC공작기계에서 스핀들모터의 고유진동수와 조화진동수에서의 진동크기를 활용하여 스핀들 주축의 런아웃을 검사하는 방법이다.
구체적으로 공작기계의 CNC로부터 RPM를 획득하여 고유진동수를 구하고 관련 조화진동수를 구한 후에 가속도계센서를 활용하여 공작기계의 이송방향별로 각 고유진동수와 조화진동수에 발생하는 진동 크기를 구한 후에 스핀들 주축에 발생하는 런아웃량을 산출한다. 그리고 상기 산출된 런아웃량을 기준 런아웃값과 비교하여 양부(良否)를 진단하게 한다.
또한 상기 기술로 고안된 장치를 가공작업 전에 또는 가공작업 중에 CNC공작기계의 런아웃 검사에 활용할 수 있다.The present invention is a method of inspecting the runout of a spindle spindle in a CNC machine tool by utilizing the magnitude of vibration at the natural frequency and harmonic frequency of a spindle motor.
Specifically, after obtaining the RPM from the CNC of the machine tool to obtain the natural frequency and the related harmonic frequency, the accelerometer sensor is used to determine the magnitude of the vibration generated in each natural frequency and harmonic frequency for each direction of machine tool feed, and then generated on the spindle spindle. Calculate the amount of runout to be performed. Then, the calculated runout amount is compared with a reference runout value to diagnose good or bad.
In addition, the device devised by the above technology can be utilized for runout inspection of a CNC machine tool before or during a machining operation.

Description

CNC공작기계 스핀들주축의 런아웃 검사장치 및 검사방법{AN INSPECTION SYSTEM OF SPINDLE RUN-OUT IN CNC MACHINES AND A METHOD THEREOF}Run-out inspection device and inspection method of spindle spindle of CNC machine tool {AN INSPECTION SYSTEM OF SPINDLE RUN-OUT IN CNC MACHINES AND A METHOD THEREOF}

본 발명은 CNC공작기계의 RPM 정보와 스핀들에 부착한 가속도계센서를 활용하여 공작기계의 스핀들이 무부하 상태에서 발생시키는 런아웃을 검사하는 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 구체적으로, CNC로부터 스핀들의 RPM를 획득하고, 획득한 RPM에서 계산한 스핀들모터의 고유진동수를 활용하여 스핀들에 부착된 가속도계센서의 진동시그널을 FFT처리함으로써 고유진동수와 조화주파수에서 발생하는 진동시그널의 크기를 찾고 적용함으로써 스핀들의 런아웃을 검사하는 장치 및 방법이다. The present invention relates to an apparatus and a method for inspecting runout generated by a spindle of a machine tool in a no-load state by using RPM information of a CNC machine tool and an accelerometer sensor attached to the spindle. Specifically, by obtaining the RPM of the spindle from the CNC and using the natural frequency of the spindle motor calculated from the obtained RPM, FFT processing the vibration signal of the accelerometer sensor attached to the spindle. A device and method for checking the runout of a spindle by finding and applying the size.

이상적인 회전시스템은 완전한 진원회전운동을 하도록 설계된다. 그러나 실제 회전시스템은 의도하지 않은 방향으로 흔들림이 발생하게 되는데 이를 런아웃이라고 한다. 이러한 런아웃의 발생은 베어링의 마모 및 손상, 베어링 조립 시 틀어짐, 의도되지 않은 하중 등을 원인으로 한다.The ideal rotating system is designed to perform a full circular rotational motion. However, in the actual rotating system, vibration occurs in an unintended direction, which is called runout. The occurrence of such runout is caused by wear and damage of the bearing, distortion during assembly of the bearing, and unintended load.

일반적으로, 런아웃은 정밀 회전공작기계의 경우 가공정밀도를 저하시키는 문제를 야기하고, 잦은 고장으로 인한 유지 보수의 어려움을 야기시킨다. 이러한 런아웃은 CNC공작기계의 성능에 있어 치명적인 악영향을 끼친다는 점에서 가장 우선적으로 측정 및 평가되어야 할 항목이다.In general, runout causes a problem of lowering the processing precision in the case of a precision rotary machine tool, and causes difficulty in maintenance due to frequent failures. This runout is the first item to be measured and evaluated in that it has a fatal adverse effect on the performance of CNC machine tools.

이처럼 스핀들 런아웃은 공작기계 자체의 오차이기 때문에 실제 가공작업 전에 런아웃 검사를 하여 가공작업 진행 여부를 결정하게 된다. As such, spindle runout is an error of the machine tool itself, so it is determined whether to proceed with the machining operation by performing a runout inspection before the actual machining operation.

기존 런아웃검사 방식은 CNC기계가공을 수행하기 전에 스핀들 주축에 정밀하게 가공된 보링바 등을 장착하고 특정 RPM으로 스핀들을 회전시키면서 런아웃 게이지를 사용하여 스핀들 주축의 런아웃과 특정한 공구위치별 런아웃 검사를 수행한다. 그러나 작업자의 숙련도에 의해서 런아웃 검사의 정밀도가 큰 영향을 받게 되고, 또한 수작업 검사이기 때문에 특정 RPM(예시로 50RPM, 300RPM 등을 특정하는 지침에 의해서)에서만 매우 제한적으로 런아웃 검사를 수행할 수밖에 없었다. 이와 같이 런아웃 검사가 수작업 방식이기 때문에 공작기계 스핀들의 RPM 전범위에 대해서 런아웃 검사를 충분하게 수행하지 못했다.Existing runout inspection method performs a runout of the spindle spindle and runout by specific tool position using a runout gauge while installing a precisely machined boring bar on the spindle spindle and rotating the spindle at a specific RPM before performing CNC machining. . However, the precision of the runout inspection is greatly affected by the skill level of the operator, and since it is a manual inspection, the runout inspection has to be performed very limitedly only at a specific RPM (for example, according to the guidelines specifying 50RPM, 300RPM, etc.). In this way, because the run-out inspection is a manual method, the run-out inspection was not sufficiently performed for the entire range of RPM of the machine tool spindle.

스핀들 주축의 런아웃은 가공정밀도의 유지관리를 위해서 중요한 작업 절차이지만 시간이 소요되는 번거로운 작업으로 여겨지는 탓에 작업자들이 생략하는 경우가 있지만 가공 오차 등이 발생하면 기본적으로 다시 수행해야 하는 필수 검사이다. Spindle spindle runout is an important work procedure for maintenance of machining precision, but it is considered a time-consuming and cumbersome work, so workers sometimes omit it, but it is a mandatory inspection that must be performed again when machining errors occur.

이에 본 발명의 발명자들은 CNC로부터 RPM 정보를 OPC 등으로 획득하고, 획득한 RPM 정보에서 스핀들모터의 고유진동수를 구하며, 스핀들에 부착한 가속도계센서에서 획득한 진동시그널을 스핀들모터의 고유진동수와 조화진동수를 기반으로 고속퓨리에변환 처리하여 상기 주파수에서 발생하는 진동의 크기를 활용함으로써 스핀들의 런아웃의 정도를 검사하는 방법을 고안하였다.Accordingly, the inventors of the present invention obtain RPM information from CNC by OPC, etc., obtain the natural frequency of the spindle motor from the obtained RPM information, and use the vibration signal obtained from the accelerometer sensor attached to the spindle to the natural frequency and harmonic frequency of the spindle motor. Based on the high-speed Fourier transform process, a method of inspecting the degree of runout of the spindle was devised by utilizing the magnitude of the vibration generated at the frequency.

이 기술에서 사용하는 주요기술은 CNC정보를 개방적으로 활용할 수 있게 해주는 OPC(Open Platform Communication)와 진동시그널을 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 변환하여 스핀들모터의 진동특성을 분석할 수 있게 해주는 고속퓨리에변환(FFT, Fast Fourier Transform)기술이다. The main technologies used in this technology are OPC (Open Platform Communication), which enables open use of CNC information, and high-speed Fourier transform (OPC), which converts vibration signals from time domain to frequency domain to analyze the vibration characteristics of spindle motors. FFT, Fast Fourier Transform) technology.

이 기술들은 CNC를 장착한 공작기계의 스핀들에서 발생하는 런아웃을 검사하는 것, 특히 스핀들모터와 스핀들 주축 베어링에서 발생하는 진동특성에 의한 런아웃의 검사에 매우 유용하게 적용된다. These technologies are very useful to check the runout occurring in the spindle of a CNC-equipped machine tool, especially the runout due to the vibration characteristics generated in the spindle motor and spindle spindle bearings.

선행문헌 1. 한국특허등록공보 10-1772026 (2017. 08. 22. 등록)Prior Documents 1. Korean Patent Registration Publication 10-1772026 (registered on August 22, 2017)

본원 발명은 CNC공작기계의 스핀들 주축에서 발생하는 런아웃을 신속하면서도 정확하게 검사하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method for quickly and accurately inspecting runout occurring in a spindle spindle of a CNC machine tool.

본원발명은 CNC에서 공작기계의 스핀들모터 RPM 전범위에 대해서 획득할 수 있고, 스핀들에 부착한 가속도계센서는 상기 RPM에 의해서 가진되는 공작기계의 스핀들 주축에서 발생하는 진동특성, 특히 런아웃의 직접적 원인이 되는 고유진동수와 조화진동수에서의 진동크기를 산출함으로써 스핀들의 런아웃의 정도를 계산하는 아웃런 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention can be obtained from the CNC for the entire range of RPM of the spindle motor of the machine tool, and the accelerometer sensor attached to the spindle is caused by the vibration characteristics generated by the spindle spindle of the machine tool, especially the direct cause of runout. An object of the present invention is to provide an outrun inspection apparatus that calculates the degree of runout of a spindle by calculating the magnitude of vibration at the natural frequency and harmonic frequency.

상기에서 상술한 문제를 해결하기 위해서, 본 발명은 In order to solve the above-described problem, the present invention

CNC공작기계의 스핀들 주축 런아웃 검사방법에 있어서,In the spindle spindle runout inspection method of a CNC machine tool,

CNC공작기계의 스핀들 주축에 가속도계센서를 장착하고, 무부하상태로 임의의 rpm으로 회전시켜서 스핀들 주축의 이송되는 방향인 X축상과 Y축상에서 발생하는 진동을 검출하는 단계(S1);Mounting an accelerometer sensor on the spindle spindle of a CNC machine tool and rotating at an arbitrary rpm in a no-load state to detect vibrations occurring on the X-axis and Y-axis, which are the transport directions of the spindle spindle (S1);

상기 가속도계센서를 통해서 검출되는 아날로그 진동시그널을 DAQ에 의해 디지털 시그널로 변환하는 단계(S2);Converting the analog vibration signal detected through the accelerometer sensor into a digital signal by DAQ (S2);

상기 변환된 디지털 시그널을 FFT처리하여 스핀들모터의 고유진동수와 조화진동수에서 각각의 진동크기를 추출하는 단계(S3);FFT processing the converted digital signal to extract respective vibration amplitudes from the natural frequency and harmonic frequency of the spindle motor (S3);

상기 산출된 각각의 진동크기에 의하여 스핀들주축의 런아웃총량을 산출하는 단계(S4);를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNC 공작기계의 스핀들주축 런아웃검사방법을 제공하는 것이다. It is to provide a spindle spindle run-out inspection method of a CNC machine tool comprising a; step (S4) calculating the total amount of run-out of the spindle spindle by the calculated vibration magnitude.

바람직하게, 스핀들주축의 런아웃총량을 산출하는 단계(S4)는, 하기 논리연산식에 의해서, 산출하는 것을 특징으로 하는 CNC 공작기계의 스핀들주축 런아웃검사방법이다. Preferably, the step (S4) of calculating the total amount of runout of the spindle spindle is a method for inspecting the runout of the spindle spindle of a CNC machine tool, characterized in that it is calculated by the following logical calculation equation.

[논리연산식][Logical calculation formula]

X축 SM런아웃 양 = X축 SM고유진동수 진동크기+X축 SM조화진동수 진동크기X-axis SM runout amount = X-axis SM natural frequency vibration size + X-axis SM harmony frequency vibration size

Y축 SM런아웃 양 = Y축 SM고유진동수 진동크기+Y축 SM조화진동수 진동크기Y-axis SM runout amount = Y-axis SM inherent frequency vibration size + Y-axis SM harmonic frequency vibration size

여기서 SM는 스핀들모터(Spindle Motor)를 말하며, SM고유진동수는 스핀들모터의 RPM를 60으로 나눈 값이고, SM조화진동수는 스핀들모터의 고유진동수의 2배, 3배, 4배, 5배에 해당하는 진동수를 말한다. Here, SM refers to the spindle motor, the SM natural frequency is the value obtained by dividing the RPM of the spindle motor by 60, and the SM harmonic frequency corresponds to 2, 3, 4, and 5 times the natural frequency of the spindle motor. It refers to the frequency to be performed.

상기와 같이 이루어진 본원 발명은 CNC공작기계의 스핀들주축에 대한 런아웃 검사를 전범위 RPM에 걸쳐서 수행하는 것이 가능하다.In the present invention made as described above, it is possible to perform a runout test on the spindle spindle of a CNC machine tool over a full range of RPM.

즉, 일반적으로 스핀들모터는 저속RPM에 토크가 최적화된 분류와 고속RPM에 토그가 최적화된 분류로 나누어져 있다. 종래에는 상기 모터의 특성을 감안해서 특정 RPM에 대해서 런아웃 검사를 수행하고 실제 가공을 수행한다. 그렇지만 실제 가공에서는 상기 특정 RPM에서만 가공작업을 수행하지 않고 상기 특정 RPM를 포함하여 다양한 RPM으로 작업을 수행하고 있다. 그렇기 때문에, 상기 특정 RPM에서 발생하는 런아웃 검사 방식으로는 스핀들 주축의 런아웃을 충분히 검사했다고 할 수 없게 된다. 기존에는 수작업으로 런아웃을 검사해야 하는 제조 환경이어서 상기 방식으로 제한적으로 검사를 수행할 수밖에 없었다.In other words, in general, the spindle motor is divided into a classification in which torque is optimized for low speed RPM and a classification in which torque is optimized for high speed RPM. Conventionally, in consideration of the characteristics of the motor, a runout test is performed for a specific RPM and actual machining is performed. However, in actual processing, the processing operation is not performed only at the specific RPM, but the operation is performed at various RPMs including the specific RPM. Therefore, it cannot be said that the runout of the spindle main shaft has been sufficiently inspected by the runout inspection method generated at the specific RPM. In the past, it was a manufacturing environment in which runout was manually inspected, so the inspection was limited by the above method.

그러나 본원 발명을 활용하면 특정 RPM에 대해서만 런아웃을 수작업 방식으로 검사하는 한계를 극복하고, 공작기계의 스핀들에 대한 전범위 RPM의 런아웃 검사를 수행하여 스핀들 주축의 런아웃 양을 검출할 수 있고, 상기 런아웃 양을 고려하여 절삭조건 등을 설정함으로써 고품질의 절삭가공을 수행할 수 있게 된다. However, by utilizing the present invention, it is possible to overcome the limitation of manually checking the runout for a specific RPM, and to detect the runout amount of the spindle spindle by performing a runout test of the full range RPM for the spindle of a machine tool. By setting the cutting conditions, etc. in consideration of the amount, it is possible to perform high-quality cutting processing.

도 1은 본 발명에 따른 스핀들 주축의 런아웃 검사장치의 기본개념도
도 2는 본 발명에 따른 스핀들 주축의 런아웃 검사방법 순서도
도 3은 도 1의 스핀들 주축의 런아웃 검사장치를 이용한 런아웃 검사방법 개념도1 is a basic conceptual diagram of a runout inspection device of a spindle spindle according to the present invention
Figure 2 is a flow chart of the runout inspection method of the spindle spindle according to the present invention
3 is a conceptual diagram of a runout inspection method using the runout inspection device of the spindle spindle of FIG. 1

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.Hereinafter, in addition to the above objects, other objects and features of the present invention will be clearly revealed through the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein including technical or scientific terms have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하에서는 본 발명에 따른 CNC공작기계에서 스핀들 모터의 런아웃을 스핀들모터의 RPM과 스핀들 모터에 장착된 가속도계센서로 검사하는 방식을 기술적으로 구현하기 위해서 스핀들 주축의 런아웃 검사장치의 기본개념도(도1)와 스핀들 주축의 런아웃 검사방법 순서도(도2 및 도3)를 통해서 설명한다.Hereinafter, in order to technically implement a method of checking the runout of the spindle motor with the RPM of the spindle motor and the accelerometer sensor mounted on the spindle motor in the CNC machine tool according to the present invention, a basic conceptual diagram of the runout inspection device of the spindle main shaft (Fig. 1) And the runout inspection method of the spindle spindle will be described with reference to the flow chart (Figs. 2 and 3).

최근 공작기계 CNC는 OPC(Open Platform Communication)기반의 외부통신을 지원하며, CNC의 상태를 외부 단말기를 통해 실시간으로 모니터링할 수 있도록 지원한다. 본원 발명은 공작기계의 OPC를 활용하여 CNC의 상태와 함께 센서 정보를 동기화한다. 본원 발명은 OPC 기반으로 CNC 상태를 모니터링할 수 있다. CNC 상태로는 공구위치, 공구이송속도, 스핀들 회전속도, 스핀들부하 등을 포함한다. Recently, machine tool CNC supports external communication based on OPC (Open Platform Communication), and supports real-time monitoring of the state of the CNC through an external terminal. The present invention synchronizes sensor information with the state of the CNC by utilizing the OPC of the machine tool. The present invention can monitor the CNC status based on OPC. CNC status includes tool position, tool feed speed, spindle rotation speed, spindle load, etc.

본원 발명은 OPC기술에 의하여 CNC공작기계의 컨트롤러에서 주축의 회전 RPM 데이터를 가져온다. 그리고 상기 RPM데이터로 스핀들모터의 가진주파수(고유진동수)를 계산한다. 고유진동수는 rpm/60 이다. 스핀들모터가 회전할 때 스핀들주축에서 진동이 발생하고, 스핀들모터의 가진주파수에 따라서 스핀들주축의 진동특성이 변하게 된다. 고유진동수와 조화주파수에서는 특정한 모드의 진동이 발생하며 이때 진동의 크기가 런아웃의 직접적인 영향을 주게 된다. 상기 진동 시그널의 크기는 FFT처리를 통해서 검출할 수 있다. 고유진동수와 조화진동수에서 발생한 각각의 진동 크기와 패턴을 검출하고, 이를 검교정된 런아웃 게이지의 런아웃값과 상관관계식을 생성한다. 상기 진동 크기와 런아웃의 양을 상관관계식으로 정립하며, 이 상관관계식은 해당 CNC장비의 런아웃 검사에 지속적으로 활용할 수 있다.The present invention obtains the rotational RPM data of the spindle from the controller of the CNC machine tool by OPC technology. And the excitation frequency (natural frequency) of the spindle motor is calculated from the RPM data. The natural frequency is rpm/60. When the spindle motor rotates, vibration occurs in the spindle spindle, and the vibration characteristics of the spindle spindle change according to the excitation frequency of the spindle motor. A specific mode of vibration occurs at the natural frequency and harmonic frequency, and the magnitude of the vibration directly affects the runout. The magnitude of the vibration signal can be detected through FFT processing. The magnitude and pattern of each vibration generated from the natural frequency and the harmonic frequency are detected, and the runout value of the calibrated runout gauge and a correlation equation are generated. The magnitude of the vibration and the amount of runout are established as a correlation equation, which can be continuously used for runout inspection of the corresponding CNC equipment.

먼저 OPC를 기반으로 하는 본원 발명의 스핀들 주축의 런아웃 검사장치는 아래와 같이 구성된다. First, the runout inspection device of the spindle spindle of the present invention based on OPC is configured as follows.

즉, 본원 발명은 CNC공작기계에 장착되는 가속도계센서모듈 을 구비한다. 상기 가속도계센서모듈은 CNC공작기계의 이송방향인 X축상과 Y축상에서 발생하는 진동을 검출할 수 있도록 장착해야 한다. 이때 사용한 가속도계센서는 일방향 센싱이 가능한 1축 센서(도 2의 a)를 기준으로 하지만, 1축센서로 제한되는 것은 아니며, 만일 3축 가속도계센서를 장착시에는 CNC공작기계의 이송방향를 고려하지 않고 임의의 방향으로 장착해도 된다. That is, the present invention includes an accelerometer sensor module mounted on a CNC machine tool. The accelerometer sensor module should be mounted to detect vibrations occurring on the X-axis and Y-axis, which are the conveying directions of the CNC machine tool. The accelerometer sensor used at this time is based on a one-axis sensor capable of one-way sensing (Fig. 2a), but is not limited to a one-axis sensor, and if a three-axis accelerometer sensor is installed, the feed direction of the CNC machine tool is not considered. You may attach it in any direction.

본원 발명은 디지털변환모듈 (DAQ, DATA AQUISITION)을 포함한다. 즉, 상기 디지털변환모듈은 상기 가속도계센서를 통해서 검출되는 대용량의 아날로그 진동시그널을 컴퓨터에 의해서 처리할 수 있는 디지털 진동시그널로 변환하고 저장한다. 도 2의 b는 X축과 Y축에서 발생하는 진동시그널의 raw data의 예이다. 진동의 패턴이 감쇄, 발산, 또는 감쇄와 발산의 반복 등으로 다양하게 나타난다. The present invention includes a digital conversion module (DAQ, DATA AQUISITION). That is, the digital conversion module converts and stores a large-capacity analog vibration signal detected by the accelerometer sensor into a digital vibration signal that can be processed by a computer. 2B is an example of raw data of vibration signals generated in the X-axis and Y-axis. Vibration patterns appear in various ways, such as attenuation, divergence, or repetition of attenuation and divergence.

또한 본원 발명은 FFT처리모듈 을 포함한다. 즉, 상기 디지털변환모듈(DAQ)에서 획득한 디지털 진동시그널은 FFT처리모듈을 거치면서 스핀들모터의 고유진동수와 조화진동수에서 진동크기가 산출된다(도 2의 c). 다시 말하면, 순수하게 스핀들모터의 가진(加振)에 의해서 발생한 스핀들주축의 진동크기를 추출하는 것이다. In addition, the present invention includes an FFT processing module . That is, the digital vibration signal acquired by the digital conversion module (DAQ) passes through the FFT processing module and the vibration amplitude is calculated from the natural frequency and the harmonic frequency of the spindle motor (Fig. 2C). In other words, it extracts the magnitude of vibration of the spindle main shaft purely caused by the excitation of the spindle motor.

본원 발명은 런아웃량 연산모듈 을 포함한다. 런아웃량 연산모듈은 상기 FFT처리모듈에서 추출된 각 X축과 Y축 방향의 스핀들모터의 가진(加振)에 의한 런아웃 량을 구한 후, 각 X축방향 런아웃량과 Y축방향의 런아웃량을 벡터의 합을 이용하여 합산하여 런아웃 총량을 산출한다. The present invention includes a runout amount calculation module . The runout amount calculation module calculates the runout amount by excitation of the spindle motors in the X-axis and Y-axis directions extracted from the FFT processing module, and then calculates the runout amount in the X-axis direction and the run-out amount in the Y-axis direction. The total amount of runout is calculated by summing using the sum of vectors.

본원 발명은 런아웃 양부(良否) 판단모듈 을 포함한다. 상기 런아웃량 연산모듈을 통해서 합산된 전체 런아웃량을 기준 런아웃량과 비교하여 양부를 판단한다. The present invention includes a runout determination module . The total runout amount summed through the runout amount calculation module is compared with a reference runout amount to determine whether or not.

그리고 NC코드 등으로 RPM의 값을 자동적으로 일정 간격으로 증가 또는 감소하도록 코딩하고, 상기 제안 방법을 적용하여 스핀들의 런아웃 검사를 수행하면 공작기계의 RPM 전범위에 걸쳐서 런아웃 검사를 자동적으로 수행할 수 있다. In addition, if the RPM value is automatically increased or decreased at regular intervals with NC code, and the runout test of the spindle is performed by applying the proposed method, the runout test can be automatically performed over the entire range of RPM of the machine tool. have.

도 2는 스핀들 주축의 런아웃 검사를 위한 순서를 도시한 것이다. 2 shows a sequence for a runout inspection of the spindle spindle.

S1 단계 : CNC 스핀들 주축에 장착된 가속도계센서모듈을 통해서 아날로그 진동시그널을 획득한다. X축과 Y축에서 발생하는 진동시그널의 raw data의 예이다. 진동의 패턴이 감쇄, 발산, 또는 감쇄와 발산의 반복 등으로 다양할 수 있다. (도 3의 ①, ② 참조)Step S1: Obtain an analog vibration signal through the accelerometer sensor module mounted on the spindle of the CNC spindle. This is an example of raw data of vibration signals generated in the X and Y axes. The pattern of vibration may vary, such as attenuation, divergence, or repetition of attenuation and divergence. (Refer to ① and ② in Fig. 3)

S2 단계 : DAQ모듈을 통해서 대용량 아날로그 진동시그널을 고속으로 디지털 시그널로 변환한다. (도 3의 ③ 참조)Step S2: Convert a large-capacity analog vibration signal into a digital signal at high speed through the DAQ module. (See ③ in Fig. 3)

S3 단계 : FFT처리모듈을 통해서 스핀들모터의 고유진동수와 조화진동수에 발생하는 진동크기를 추출한다. 즉, CNC 공작기계의 각 축에서 발생하는 진동 중에서 스핀들모터의 가진(加振)에 의해서만 발생하는 진동, 다시 말해 스핀들모터가 스핀들주축의 런아웃에 영향을 미치는 진동만을 추출한다. (도 3의 ④ 참조)Step S3: Through the FFT processing module, the magnitude of vibration generated in the natural frequency and harmonic frequency of the spindle motor is extracted. That is, out of the vibrations generated in each axis of the CNC machine tool, only the vibrations generated by the excitation of the spindle motor, that is, the vibrations that the spindle motor affects the runout of the spindle main axis are extracted. (See ④ in Fig. 3)

S4 단계 : 각 X축과 Y축에서 발생하는 스핀들모터의 가진(加振)에 의한 런아웃 량을 하기의 연산식에 의해서 계산한다. (도 3의 ⑤ 참조)Step S4: Calculate the amount of runout due to excitation of the spindle motor occurring in each X-axis and Y-axis by the following equation. (See ⑤ in Fig. 3)

[논리연산식] [Logical calculation formula]

X축 SM런아웃 량 = X-axis SM runout amount =

X축 SM고유진동수 진동크기+X축 SM조화진동수 진동크기 X-axis SM natural frequency vibration size + X-axis SM harmonic frequency vibration size

Y축 SM런아웃 량 = Y-axis SM runout amount =

Y축 SM고유진동수 진동크기+Y축 SM조화진동수 진동크기 Y-axis SM intrinsic frequency vibration size + Y-axis SM harmonic frequency vibration size

여기서 SM는 스핀들모터(Spindle Motor)를 말하며, SM고유진동수는 스핀들모터의 RPM를 60으로 나눈 값이고, SM조화진동수는 스핀들모터의 고유진동수의 2배, 3배, 4배, 5배에 해당하는 진동수를 말한다. Here, SM refers to the spindle motor, the SM natural frequency is the value obtained by dividing the RPM of the spindle motor by 60, and the SM harmonic frequency is equal to 2, 3, 4, and 5 times the natural frequency of the spindle motor. It refers to the frequency to be performed.

5단계 : 각 X축과 Y축에서 발생하는 런아웃 양에 의해서 발생하는 런아웃 총량을 계산한다. 일반적으로 알려진 벡터의 합을 활용한다. (도 3의 ⑥, ⑦ 참조)Step 5: Calculate the total amount of runout caused by the amount of runout occurring in each X and Y axis. Use the sum of commonly known vectors. (Refer to ⑥ and ⑦ of Fig. 3)

6단계 : 런아웃 총량을 작업지침에 명기된 런아웃 기준량과 비교하여 런아웃의 양부(良否)를 판정한다. (도 3의 ⑦, ⑧ 참조)Step 6: Compare the total runout amount with the runout reference amount specified in the work instructions to determine whether the runout is good or bad. (Refer to ⑦ and ⑧ in Fig. 3)

이에 본 발명은 CNC공작기계의 전범위 RPM에 대해서 런아웃 검사를 수행할 수 있는 이점이 있으며, 작업자의 숙련도에 관계없이 본원 발명의 런아웃검사장치 및 런아웃검사방법에 의해서 런아웃 검사를 수행하는 방식으로 진행하면 균일하면서도 정밀한 런아웃량을 검출할 수 있다. Accordingly, the present invention has the advantage of performing a runout inspection on a full range of RPMs of a CNC machine tool, and proceeds in a manner of performing a runout inspection by the runout inspection apparatus and runout inspection method of the present invention regardless of the skill level of the operator. If so, it is possible to detect a uniform and precise runout amount.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, in the present invention, specific matters such as specific components, etc., and limited embodiments and drawings have been described, but this is provided only to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , If a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, various modifications and variations are possible from these descriptions.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention is limited to the described embodiments and should not be determined, and all things equivalent or equivalent to the claims as well as the claims to be described later belong to the scope of the spirit of the present invention. .

Claims (4)

CNC기계가공을 수행하기 전에 스핀들 주축의 런아웃 검사를 하기 위하여,
CNC 스핀들주축에 장착되어 스핀들 주축의 이송되는 방향인 X축상과 Y축상에서 발생하는 진동을 검출하는 가속도계센서모듈;
무부하 상태에서 스핀들 주축의 회전 RPM 전 범위에 대해 스핀들 주축을 회전시켜 상기 가속도계센서모듈에 의해서 검출된 스핀들 주축의 진동을 디지털 시그널로 변환하는 DAQ모듈;
상기 DAQ모듈에 의해서 변환된 디지털 시그널에서 스핀들모터의 고유진동수와 조화진동수에서 X축과 Y축에서 각각 진동크기로 추출하는 FFT처리모듈;
상기 FFT처리모듈에서 추출된 각 X축과 Y축 방향의 스핀들모터의 가진(加振)에 의한 런아웃 량을 구한 후, 각 X축방향 런아웃량과 Y축방향의 런아웃량을 벡터의 합을 이용하여 합산하여 런아웃 총량을 구하는 런아웃량 연산모듈;
상기 산출된 런아웃량 총량을 기준 런아웃량과 비교하여 양부를 판단하는 아웃 양부(良否) 판단모듈;을 포함하고,
상기 런아웃량 연산모듈은 아래 논리연산식에 의하여 각 X축방향 런아웃량과 Y축방향의 런아웃량을 산출하는 것을 특징으로 하는,
CNC 공작기계의 스핀들주축 런아웃검사장치.

[논리연산식]
X축 SM런아웃 양 = X축 SM고유진동수 진동크기+X축 SM조화진동수 진동크기
Y축 SM런아웃 양 = Y축 SM고유진동수 진동크기+Y축 SM조화진동수 진동크기

여기서 SM는 스핀들모터(Spindle Motor)를 말하며, SM고유진동수는 스핀들모터의 RPM를 60으로 나눈 값이고, SM조화진동수는 스핀들모터의 고유진동수의 2배, 3배, 4배, 5배에 해당하는 진동수를 말한다.
To check the runout of the spindle spindle before performing CNC machining,
An accelerometer sensor module mounted on the CNC spindle main shaft and detecting vibrations occurring on the X-axis and Y-axis, which are the directions in which the spindle main shaft is transported;
A DAQ module for converting the vibration of the spindle spindle detected by the accelerometer sensor module into a digital signal by rotating the spindle spindle over the entire range of rotation RPM of the spindle spindle in a no-load state;
An FFT processing module for extracting the natural frequency and harmonic frequency of the spindle motor from the digital signal converted by the DAQ module as vibration amplitudes in the X-axis and Y-axis, respectively;
After calculating the runout amount due to excitation of the spindle motors in the X-axis and Y-axis directions extracted from the FFT processing module, the runout amount in each X-axis direction and the run-out amount in the Y-axis direction are calculated using the sum of vectors. A run-out amount calculation module that adds up to obtain a total run-out amount;
Including; an out good or bad determination module for determining good or bad by comparing the calculated total amount of runout with a reference runout amount, and
The runout amount calculation module is characterized in that to calculate the runout amount in the X-axis direction and the runout amount in the Y-axis direction according to the following logical calculation equation,
Spindle spindle runout inspection device for CNC machine tools.

[Logical calculation formula]
X-axis SM runout amount = X-axis SM natural frequency vibration size + X-axis SM harmony frequency vibration size
Y-axis SM runout amount = Y-axis SM inherent frequency vibration size + Y-axis SM harmonic frequency vibration size

Here, SM refers to the spindle motor, the SM natural frequency is the value obtained by dividing the RPM of the spindle motor by 60, and the SM harmonic frequency is equal to 2, 3, 4, and 5 times the natural frequency of the spindle motor. It refers to the frequency to be performed.
삭제delete CNC기계가공을 수행하기 전에 수행하는 CNC공작기계의 스핀들 주축 런아웃 검사방법에 있어서,
CNC공작기계의 스핀들 주축에 가속도계센서를 장착하고, 무부하 상태에서 스핀들 주축의 회전 RPM 전 범위에 대해 스핀들 주축을 회전시켜 스핀들 주축의 이송되는 방향인 X축상과 Y축상에서 발생하는 진동을 검출하는 단계(S1);
상기 가속도계센서를 통해서 검출되는 아날로그 진동시그널을 DAQ에 의해 디지털 시그널로 변환하는 단계(S2);
상기 변환된 디지털 시그널을 FFT처리하여 스핀들모터의 고유진동수와 조화진동수에서 각각의 진동크기를 추출하는 단계(S3);
상기 추출된 각각의 진동크기에 의하여 스핀들주축의 각 X축과 Y축에서 발생하는 런아웃량을 산출하는 단계(S4);
상기 각 X축과 Y축의 런아웃 양을 벡터의 합으로 합하여 런아웃 총량을 계산하는 단계(S5);
상기 런아웃 총량을 런아웃 기준량과 비교하여 런아웃의 양부(良否)를 판정하는 단계(S6);를 포함하되,
스핀들주축의 런아웃 량을 산출하는 단계(S4)는, 아래 논리연산식에 의하여 산출하는 것을 특징으로 하는 CNC 공작기계의 스핀들주축 런아웃검사방법.

[논리연산식]
X축 SM런아웃 양 = X축 SM고유진동수 진동크기+X축 SM조화진동수 진동크기
Y축 SM런아웃 양 = Y축 SM고유진동수 진동크기+Y축 SM조화진동수 진동크기

여기서 SM는 스핀들모터(Spindle Motor)를 말하며, SM고유진동수는 스핀들모터의 RPM를 60으로 나눈 값이고, SM조화진동수는 스핀들모터의 고유진동수의 2배, 3배, 4배, 5배에 해당하는 진동수를 말한다.
In the spindle spindle runout inspection method of a CNC machine tool performed before performing CNC machining,
The step of installing an accelerometer sensor on the spindle spindle of a CNC machine tool and rotating the spindle spindle over the entire range of rotation RPM of the spindle spindle under no load to detect vibrations occurring on the X-axis and Y-axis, which are the transport directions of the spindle spindle. (S1);
Converting the analog vibration signal detected through the accelerometer sensor into a digital signal by DAQ (S2);
FFT processing the converted digital signal to extract respective vibration amplitudes from the natural frequency and harmonic frequency of the spindle motor (S3);
Calculating an amount of runout occurring in each of the X-axis and Y-axis of the spindle main shaft by the extracted respective vibration amplitudes (S4);
Calculating a total runout amount by summing the runout amounts of each of the X-axis and Y-axis by the sum of vectors (S5);
Comprising the step (S6) of comparing the total amount of runout with a reference amount of runout to determine whether or not the runout is good or bad (S6).
The step of calculating the runout amount of the spindle spindle (S4) is a method for inspecting the spindle spindle runout of a CNC machine tool, characterized in that it is calculated by the following logical calculation equation.

[Logical calculation formula]
X-axis SM runout amount = X-axis SM natural frequency vibration size + X-axis SM harmony frequency vibration size
Y-axis SM runout amount = Y-axis SM inherent frequency vibration size + Y-axis SM harmonic frequency vibration size

Here, SM refers to the spindle motor, the SM natural frequency is the value obtained by dividing the RPM of the spindle motor by 60, and the SM harmonic frequency corresponds to 2, 3, 4, and 5 times the natural frequency of the spindle motor. It refers to the frequency to be performed.
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