KR20000008349A - Error measuring spherical ball at work space of computer numerical controlling machine tool and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 컴퓨터 수치제어(CNC) 공작기계의 작업공간에 걸쳐 다르게 존재하는 기하학적 구조와 조립에 의한 기하오차 및 절삭가공 중에 발생하는 열에 의한 열변형오차를 작업자의 도움없이 신속하게 측정할수 있는 측정구(Spherical Ball Artifact) 및 이 측정구를 이용하여 오차를 측정하는 측정방법에 관한 것이다.The present invention is a measuring tool that can quickly measure the geometrical error that exists differently throughout the working space of a computer numerical control (CNC) machine tool and the thermal deformation error due to heat generated during cutting processing without the help of an operator. (Spherical Ball Artifact) and a measuring method for measuring an error using the measuring sphere.
더욱 상세하게는, 한 번의 셋업으로 공작기계가 가지고 있는 기하오차와 열변형오차를 3차원으로 측정하는데 기준이 되는 측정구 및 이 측정구를 이용하여 모든 오차를 신속하게 측정할수 있는 방법을 제공 하므로써 머시닝센터(수평형, 수직형 포함)를 포함한 컴퓨터 수치제어 공작기계 뿐만 아니라 3차원 측정기의 오차측정 및 오차보상(Calibration) 분야에도 유용하게 사용할수 있도록 한 컴퓨터 수치제어 공작기계의 작업공간에 존재하는 오차 측정구 및 그 측정방법에 관한 것이다.More specifically, it provides a measuring instrument that can be used to measure the geometric and thermal deformation errors of a machine tool in three dimensions in a single set-up and a method for quickly measuring all errors using the measuring instrument. It can be used not only in computer numerical control machine tools including machining centers (including horizontal type and vertical type) but also in the work space of computer numerical control machine tool which can be used in the field of error measurement and calibration of 3D measuring machine. The present invention relates to an error measuring instrument and a measuring method thereof.
일반적으로 컴퓨터 수치제어 머시닝센터와 같은 공작기계는 기하학적인 구조와 조립에 의해 발생하는 기하오차 및, 장시간의 절삭가공시 발생하는 열에 의한 열변형오차가 존재하게 된다.In general, machine tools such as computer numerical control machining centers have geometrical errors caused by geometrical structures and assembly, and thermal deformation errors due to heat generated during prolonged cutting operations.
이중, 기하오차는 기계의 정밀도와 조립성에 관계되는 것으로 어떠한 기종이라도 주축의 회전정밀도, 테이블과 새들 등 운동부위의 평활도, 운동의 진직도, 운동과 주축 중심선과의 평행도 및 직각도와 같은 기계본체의 정적 및 동적인 기하학적 정밀도에 따라 좌우되며, 기계에 따라 그 값이 대략 정해져 있다.Of these, geometric errors are related to the precision and assemblability of the machine, and any type of machine body, such as the rotational accuracy of the spindle, the smoothness of the movement parts such as the table and the saddle, the straightness of the movement, the parallelism between the movement and the spindle axis It depends on the static and dynamic geometrical precision, and the value is roughly fixed by the machine.
그러나, 열변형오차는 공작기계의 절삭가공이 장시간 지속됨에 따라 기계의 온도가 점진적으로 올라가서 발생하는 오차로서 공작기계의 특성에 의해 시간 및 장소에 따라 다르며, 공작기계의 정도에 상당한 영향을 주게 된다.However, the thermal deformation error is an error caused by the temperature of the machine gradually increasing as the cutting process of the machine tool lasts for a long time. It depends on the characteristics of the machine tool in time and place, and it has a significant influence on the degree of the machine tool. .
따라서, 공작기계의 열변형을 방지하기 위해서는 열원의 제거와 함께 열대칭을 꾀하고, 온도를 균일하게 분포시킬 필요가 있다.Therefore, in order to prevent thermal deformation of the machine tool, it is necessary to achieve a tropical symmetry with the removal of the heat source and to distribute the temperature uniformly.
상기 열원을 제거하는 방법으로는 열발생원인 모터 등을 기계본체와 분리시키고, 윤활유를 냉각시키거나 주축냉각용 오일을 냉각시키기 위한 쿨러를 갖추며, 또다른 열발생원인 칩(Chip)을 냉각시키기 위해 다량의 절삭액을 이용하여 칩을 신속하게 배제하고, 실내온도의 변화와 기계에 가해지는 직사광선 및 통풍 등 기계의 설치환경을 정비할 필요가 있다.The method of removing the heat source is to separate a motor, such as a heat generating source, from the machine body, and to have a cooler for cooling lubricating oil or cooling the spindle cooling oil, and to cool another heat generating chip. It is necessary to quickly remove chips by using a large amount of cutting fluid and to maintain the installation environment of the machine, such as a change in room temperature and direct sunlight and ventilation applied to the machine.
또한, 열대칭을 꾀하고 온도분포를 균일하게 유지하기 위해서는 발열원을 기계본체에 적당히 배치하여 균형을 잡고 열적대칭성을 갖도록 설계하며, 열팽창의 기점을 적절히 선택하여 열팽창 대상물의 길이를 짧게 하는 것 등이 있다.In addition, in order to achieve tropical symmetry and to maintain a uniform temperature distribution, a heating source is properly arranged on the machine body to balance and thermally symmetrically designed. have.
그러나, 상기의 모든 방법을 갖춘 기계라 할지라도 근본적으로 기계에 존재하는 기하오차와 열변형오차를 완전히 제거할 수는 없으며, 오히려 이들 기하오차와 열변형오차를 정확히 측정하여 공작물에 반영하는 것이 바람직하다 할 것이다.However, even a machine equipped with all of the above methods cannot fundamentally eliminate geometric and thermal deformation errors existing in the machine. Rather, it is desirable to accurately measure and reflect these geometric and thermal deformation errors on the workpiece. Will do.
종래, 컴퓨터 수치제어 공작기계의 기하오차를 측정하는 방법으로는 레이저간섭계를 이용하는 방법과, 회전원판 시험법(Circular Test) 및, 더블 볼바(Double Ball Bar)를 이용한 방법 등이 있었다.Conventionally, methods for measuring geometric errors of computer numerically controlled machine tools include a method using a laser interferometer, a circular test method, and a method using a double ball bar.
이중, 레이저간섭계의 경우는 각각의 단위오차(위치오차, 각변위오차, 진직도, 직각도 등 약 21개에 달하는 오차)를 측정한 후 별도의 오차모델을 사용하여 공간상의 오차를 구하는 것으로서 측정시간이 약 1일 이상 소요되어 현장에서는 사용하지 못하고, 주로 공작기계를 제작하는 제작업체의 표준실에서만 이용하는 정도이다.In the case of laser interferometer, measure each unit error (approximately 21 errors such as position error, angular displacement error, straightness, right angle), and then calculate the spatial error using a separate error model. It takes about 1 day or more and cannot be used in the field. It is mainly used only in the standard room of a manufacturer that manufactures machine tools.
또한, 회전원판 시험법과 더블 볼바를 이용한 방법은 비교적 오차측정이 간단하나, 정해진 특정위치의 오차측정만 가능하고 공간상의 오차측정은 곤란한 문제점이 있으며, 열변형오차는 측정할 수 없다는 단점이 있다.In addition, the rotation disc test method and the method using the double ball bar is relatively easy to measure the error, but only the error measurement of a predetermined specific position, there is a problem that it is difficult to measure the error in space, there is a disadvantage that can not measure the heat deformation error.
그리고, 이들 방법들은 비용면에서 매우 고가인 결점이 있다.And these methods have the disadvantage of being very expensive in terms of cost.
한편, 컴퓨터 수치제어 공작기계의 열변형오차는 공작기계에서 발생하는 오차의 약 60∼70% 정도를 차지하고 있다.On the other hand, thermal deformation errors of computer numerically controlled machine tools account for about 60 to 70% of errors occurring in machine tools.
그러나, 이 열변형오차는 비선형적(Non-Linear)인 특성을 가지고 있기 때문에 지금까지 여러 가지 방법이 연구되고 있으나, 아직 생산현장에는 직접 실용화되지 못하고 있는 실정이다.However, since this thermal deformation error has a non-linear characteristic, various methods have been studied so far, but it is not yet practically used in the production field.
상기 열변형오차를 측정하는 방법으로는 테스트바(Test Bar)와 다이알게이지(Dial gage)를 조합하여 이용하는 방법과, 기준품〔Artifact, 측정기준으로 사용하는 기준품으로서 콘(Corn)형태, 사각형태, 제품모델〕을 이용하는 방법 등이 있다.As a method of measuring the thermal deformation error, a method using a combination of a test bar and a dial gage, and a cone-shaped or rectangular shape as a reference product used as a reference product [Artifact, a measurement standard] Form, product model].
도 1은 테스트바(270)와 다이알게이지를 이용한 방법을 나타낸 것으로 공작기계의 베드(210) 전면에 테이블(260)을 구비하는 프레임(250)이 설치되고, 상기 베드 상단에는 새들(220), 칼럼(230)이 위치하며, 상기 칼럼에 주축(240)이 설치된 통상의 공작기계에 있어, 상기 주축(240) 하단에 테스트바(270)를 테이블(260)과 수직하게 부착한 후 다이알게이지를 통하여 테스트바의 오차변화를 연속적으로 측정하는 것이다.1 shows a test bar 270 and a method using a dial gauge, a frame 250 having a table 260 in front of a bed 210 of a machine tool is installed, and a saddle 220 at the top of the bed. In the general machine tool in which the column 230 is located and the main shaft 240 is installed in the column, the test bar 270 is vertically attached to the table 260 at the lower end of the main shaft 240, and then the dial gauge is mounted. It is to continuously measure the change in error of the test bar.
이 방법은 공작기계를 생산하는 업체에서 공작기계를 제작 및 조립한 후 공작기계의 제반 오차특성을 측정하기 위한 목적으로 사용하며, 주로 측정실에서만 이루어진다.This method is used to measure all the error characteristics of machine tools after manufacturing and assembling them in a company that manufactures machine tools.
또한, 이 방법은 한 번의 셋업으로 5∼6시간 정도의 오차변화를 연속적으로 측정해야 하기 때문에 측정시간이 길고, 측정 중에는 다른 작업이 곤란하다는 단점이 있으며, 항온 및 항습조건을 갖춘 측정실과 작업현장의 측정조건이 다르기 때문에 측정결과를 그대로 작업현장에 적용하기에는 문제가 있다.In addition, this method has a long measurement time because it is necessary to continuously measure the change in error of about 5 to 6 hours in one setup, and it is difficult to perform other work during measurement. Because of the different measurement conditions, it is problematic to apply the measurement results directly to the work site.
그리고, 기준품을 이용한 방법은 기준품과 동일한 제품을 가공한후 기준품과 가공물의 좌표값을 비교하여 오차를 측정하는 방법으로서 기하오차를 측정하는데 사용되며, 이 엮시 측정을 위해서는 제품가공이 필수적이기 때문에 측정시간이 많이 소요된다는 문제와 함께 3차원의 공간상에 존재하는 오차측정은 할수 없다는 결점이 있다.In addition, the method using the reference product is used to measure the geometric error by measuring the error by comparing the coordinates of the reference product and the workpiece after processing the same product as the reference product. Product processing is essential for the measurement. Because of this, there is a problem that it takes a lot of measurement time, and there is a drawback that it is not possible to measure errors existing in the three-dimensional space.
또한, 3차원 측정기를 이용하여 공작기계에서 가공된 제품의 좌표값과 기준품의 좌표값을 비교하는데 장시간이 소요된다는 문제점도 함께 가지고 있다.In addition, there is also a problem that it takes a long time to compare the coordinate value of the reference product and the coordinate value of the product processed in the machine tool using a three-dimensional measuring machine.
상기의 설명에서와 같이 종래의 기하오차 및 열변형오차를 측정하는 방법은 전용 측정기를 이용해야 하고, 측정을 위해서는 공작기계를 정지시킨 후 작업자가 측정기를 공작기계에 설치하여 정확한 셋업상태를 확인한 후 측정작업을 수행해야 하기 때문에 상대적으로 작업시간이 길어질 수 밖에 없으며, 측정시에는 작업을 계속적으로 수행할 수 없다는 문제점이 있었다.As described in the above description, the conventional method of measuring geometric error and thermal deformation error should use a dedicated measuring device.After the measurement, the operator stops the machine tool and the operator installs the measuring device on the machine tool to check the correct setup state. Since the measurement work must be performed, the working time is relatively long, and there is a problem in that the work cannot be continuously performed during the measurement.
또한, 열변형오차를 측정하기 위한 방법이 수학적인 해석이나 모델링을 이용하는 방법 밖에는 없고, 이 방법의 경우도 실험실 수준에 머물러 있어 아직까지 생산현장의 공작기계를 대상으로는 거의 이용하지 못하고 있는 실정이며, 설사 이용한다 하더라도 그 값이 의문시 되어 신뢰성을 기대할수 없는 단점이 있었던 것이다.In addition, the only method for measuring the thermal deformation error is to use mathematical analysis or modeling, and this method is also at the laboratory level, which is rarely used for machine tools in the production field. Even if it is used, even if it is used, its value is questioned, so there was a disadvantage that reliability cannot be expected.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 기술적인 과제는 한 번의 셋업으로 공작기계가 가지고 있는 기하오차와 열변형오차를 신속하고 정확히 측정할수 있는 측정구 및 측정방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and a technical problem thereof is to provide a measuring instrument and a measuring method capable of quickly and accurately measuring geometric and thermal deformation errors of a machine tool in one setup.
또한, 하나의 측정구를 통하여 기하오차와 열변형오차를 모두 측정할수 있도록 하여 측정시간을 대폭 줄이고, 측정실 뿐만 아니라 생산현장에서도 작업에 지장을 주지 않으면서 오차를 측정할수 있도록 함에 있다.In addition, it is possible to measure both geometrical error and thermal deformation error through a single measuring instrument, greatly reducing the measurement time and measuring errors without disturbing the work in the production room as well as the measurement room.
도 1은 종래 측정방법의 일예를 도시한 컴퓨터 수치제어 공작기계의 정면도1 is a front view of a computer numerical control machine tool showing an example of a conventional measuring method
도 2는 본 발명에 따른 수직형 측정구의 사시도2 is a perspective view of a vertical measuring instrument according to the present invention
도 3은 본 발명에 따른 수평형 측정구의 사시도3 is a perspective view of a horizontal measuring sphere according to the present invention
도 4는 본 발명에 따른 기준판의 평면도4 is a plan view of a reference plate according to the present invention;
도 5는 본 발명에 따른 기준판의 측면도5 is a side view of a reference plate according to the present invention;
도 6은 본 발명의 시스템을 나타낸 개략도6 is a schematic diagram illustrating a system of the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
10 : 팔렛 20 : 치구10: pallet 20: jig
30 : 기준판 31 : 직선운동가이드30: reference plate 31: linear motion guide
32 : 지지부 40 : 바32: support 40: bar
50 : 구 60 : 접촉식프로브50: old 60: contact probe
70 : 스핀들 80 : 측정값 검출유니트70: spindle 80: measured value detection unit
90 : 온도검출장치 100 : 데이터처리기90: temperature detection device 100: data processor
110 : 공작기계 제어기110: machine tool controller
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 측정구는 컴퓨터 수치제어 공작기계의 팔렛 위에 설치되는 수직 또는 수평형의 치구와, 상기 수직 또는 수평형의 치구에 직선운동이 가능하도록 사선방향으로 설치되는 기준판과, 상기 기준판에 바(Bar)를 통하여 3차원적으로 배열되게 설치되는 복수개의 고진구도를 갖는 구(Ball)와, 상기 구의 전방에 위치하며 공작기계의 스핀들에 설치되는 접촉식프로브로 구성된다.The measuring tool of the present invention for achieving the above object is a vertical or horizontal jig to be installed on the pallet of a computer numerical control machine tool, and a reference plate installed in a diagonal direction to enable a linear movement to the vertical or horizontal jig. And a ball having a plurality of high true spheres arranged to be three-dimensionally arranged through a bar on the reference plate, and a contact probe positioned in front of the sphere and installed on a spindle of a machine tool. do.
이렇게 구성된 본 발명의 측정구는 구의 중심좌표를 접촉식프로브로 측정하고, 이 측정값과 3차원 측정기의 오차보상 값을 이용하여 기하오차와 열변형오차의 해석이 가능하다.The measuring sphere of the present invention configured as described above measures the center coordinates of the sphere with a contact probe, and by using the measured value and the error compensation value of the three-dimensional measuring machine, it is possible to analyze the geometrical error and the thermal deformation error.
본 발명의 방법은 공작기계의 팔렛 위에 측정구를 설치하여 이 측정구의 구가 X, Y, Z축에 대하여 3차원적으로 배열되게 설치하고, 접촉식프로브를 사용하여 상기 구의 중심좌표를 측정한 후 이 측정값을 측정값 검출유니트를 통하여 데이터처리기에 보내며, 공작기계의 발생온도는 온도검출장치를 통하여 데이터처리기에 보내므로써 상기 데이터처리기에서 측정구의 측정값을 이용하여 오차를 해석하고, 그 해석결과를 공작기계제어기로 보내 기하오차 및 열변형오차의 보정에 사용되도록 하는 것이다.According to the method of the present invention, a measuring sphere is installed on a pallet of a machine tool, and the sphere of the measuring sphere is installed in three dimensions with respect to the X, Y, and Z axes, and the center coordinate of the sphere is measured using a contact probe. The measured value is then sent to the data processor through the measured value detection unit, and the generated temperature of the machine tool is sent to the data processor through the temperature detector to analyze the error using the measured value of the measuring tool in the data processor. The results are sent to the machine tool controller for use in the correction of geometric and thermal strain errors.
본 발명의 측정방법의 의하면, 기하오차는 열원이 발생하기 전의 구가 갖고 있는 중심좌표 값과 3차원 측정기의 오차보상 값을 이용하여 공작기계의 각 위치에 따라 다르게 존재하는 기하오차를 측정할수 있다.According to the measuring method of the present invention, the geometric error can measure the geometric error existing differently according to each position of the machine tool by using the central coordinate value of the sphere before the heat source is generated and the error compensation value of the three-dimensional measuring machine. .
또한, 열변형오차는 절삭작업시 발생하는 열원에 의해 공작기계가 공간적으로 변형되기 때문에 구의 중심좌표가 변하는 변화량과 3차원 측정기의 오차보상 값을 이용하여 측정할수 있다.In addition, the thermal deformation error can be measured by using the amount of change in the center coordinate of the sphere and the error compensation value of the three-dimensional measuring instrument because the machine tool is spatially deformed by the heat source generated during cutting.
이하에서 본 발명을 첨부된 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2와 도 3은 본 발명에 따른 수직형 및 수평형 측정구의 사시도를 나타낸 것이다.2 and 3 show a perspective view of the vertical and horizontal measuring sphere according to the present invention.
도시한 바와 같이 본 발명의 측정구는 공작기계의 팔렛(10) 위에 설치되는 수직 또는 수평형의 치구(20)와;As shown, the measuring tool of the present invention is a jig 20 of the vertical or horizontal type installed on the pallet 10 of the machine tool;
상기 치구에 측정구를 임의의 방향에 대해서 용이하게 설치 가능하도록 사선방향으로 설치되는 기준판(30)과;A reference plate (30) installed in an oblique direction so that the measuring tool can be easily installed in any direction on the jig;
상기 기준판에 길이가 다른 복수개의 바(40)를 통하여 3차원적으로 배열되게 설치되는 복수개의 고진구도를 갖는 구(50)와;A sphere having a plurality of high true composition installed in the reference plate three-dimensionally arranged through a plurality of bars 40 having different lengths;
상기 구의 전방에 위치하며 공작기계의 스핀들(70)에 설치되는 접촉식프로브(60)로 구성된다.It consists of a contact probe 60 located in front of the sphere and installed on the spindle 70 of the machine tool.
치구(20)는 공작기계의 팔렛(10) 상단에 설치된다.The jig 20 is installed on the top of the pallet 10 of the machine tool.
기준판(30)은 막대형상으로서 수직형 또는 수평형 치구의 측면이나 상면에 설치되며, 그 일측에는 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 직선운동을 보장하기 위한 직선운동가이드(31)가 설치된다.The reference plate 30 is installed in the side or upper surface of the vertical or horizontal jig as a rod shape, one side is provided with a linear motion guide 31 to ensure the linear motion as shown in Figures 4 and 5 .
상기 기준판은 화살표와 같이 어느 일측의 기준점을 중심으로 회전이 가능하여 임의의 위치에 설치할 수 있으며, 직선운동가이드는 기준판의 직선운동을 보장하여 미소한 열변형이 발생하더라도 측정구에 미치는 영향을 제거하는 역할을 하게 된다.The reference plate can be installed at an arbitrary position by being able to rotate about a reference point on one side as shown by an arrow, and the linear motion guide ensures the linear movement of the reference plate and thus affects the measuring sphere even if a slight thermal deformation occurs. It will serve to remove.
복수개의 고진구도를 갖는 구(50)는 길이가 다른 복수개의 바(40)를 통하여 기준판(30)에 임의의 간격으로 설치된다.The spheres 50 having a plurality of high true composition are provided at a predetermined interval on the reference plate 30 through a plurality of bars 40 having different lengths.
상기 구(50)는 바(40)의 일단에 고정되고, 바의 타단은 기준판에 끼워져 고정되므로써 각각의 구와 기준판의 거리는 각각 다르게 되어 3차원 공간적으로 배열된다.The sphere 50 is fixed to one end of the bar 40, and the other end of the bar is fitted into the reference plate to be fixed so that the distance between each sphere and the reference plate is different and arranged three-dimensionally.
이때, 바(40)가 끼워지는 기준판의 양측에는 바와 구의 중량에 의한 굽힘모멘트가 발생하지 않도록 하기 위하여 덧살 형식의 지지부(32)를 일체로 형성한다.At this time, both sides of the reference plate to which the bar 40 is fitted are integrally formed with the support part 32 of the tooth shape type in order to prevent the bending moment due to the weight of the bar and the sphere.
접촉식프로브(60)는 상용되는 것으로서 도 6과 같이 공작기계의 스핀들(70)에 설치되어 구(50)를 향하게 된다.The contact probe 60 is commonly used and is installed on the spindle 70 of the machine tool as shown in FIG. 6 to face the sphere 50.
상기 각각의 부품은 외부의 열원에 의한 영향을 최소화 하기 위하여 열팽창계수가 작은 재질이 사용된다.Each of the components is made of a material having a low coefficient of thermal expansion in order to minimize the influence of the external heat source.
상기와 같이 구성된 본 발명의 측정구는 공작기계의 형식(수직형, 수평형)에 따라 수직형 및 수평형의 측정구를 선택하여 치구(20)를 팔렛(10) 위에 설치한다.The measuring tool of the present invention configured as described above selects vertical and horizontal measuring tools according to the type of machine tool (vertical type and horizontal type) and installs the jig 20 on the pallet 10.
측정구의 셋업이 완료되면, 스핀들축에 설치된 접촉식프로브(60)를 이용하여 구(50)의 중심좌표를 측정하고, 이 측정값과 3차원 측정기의 오차보상 값을 이용하여 기하오차와 열변형오차를 해석하면 된다.After the setup of the measuring sphere is completed, the center coordinate of the sphere 50 is measured using the contact probe 60 installed on the spindle axis, and the geometric error and thermal deformation are calculated using the measured value and the error compensation value of the three-dimensional measuring instrument. The error can be analyzed.
즉, 측정구를 컴퓨터 수치제어 공작기계의 팔렛(10) 상에 셋업한 후 상용 접촉식프로브(60)를 이용하여 구(50)의 중심좌표를 측정하고, 측정결과를 이용하여 3차원 공간상의 기하오차와 열변형오차를 해석하는 것이다.That is, after setting up the measuring sphere on the pallet 10 of the computer numerical control machine tool, the central coordinate of the sphere 50 is measured using the commercially available contact probe 60, and the measurement result is used to determine the three-dimensional space image. Geometry errors and heat deformation errors are analyzed.
본 발명의 방법은 상기의 측정구와;The method of the present invention comprises the above measuring sphere;
상기 측정구로 부터 측정된 측정값을 검출하여 데이터처리기(100)에 전송하는 측정값 검출유니트(80)와;A measurement value detection unit (80) which detects the measurement value measured from the measurement port and transmits it to the data processor (100);
상기 공작기계의 발생온도를 검출하여 데이터처리기(100)에 전송하는 온도검출장치(90)와;A temperature detection device (90) for detecting the generated temperature of the machine tool and transmitting it to the data processor (100);
상기 측정값 검출유니트와 온도검출장치로 부터 전송받은 데이터를 분석하여 오차를 해석하고, 그 해석결과를 기하오차 및 열변형오차의 보정을 위하여 기 설치된 공작기계의 제어기(110)로 피드백시켜 주는 데이터처리기(100)를 포함하여서 된다.Analyzing the error by analyzing the data transmitted from the measured value detection unit and the temperature detection device, and feeds back the analysis result to the controller 110 of the machine tool installed in order to correct the geometric error and the heat deformation error. The processor 100 may be included.
이와 같이 된 본 발명은 측정방법은 측정구의 측정값이 측정값 검출유니트(80)를 통하여 데이터처리기(100)에 자동 입력되고, 공작기계의 발생온도는 온도검출장치(90)에 의해 검출된 뒤 이를 통하여 데이터처리기(100)에 자동 입력된다.According to the present invention as described above, the measured value of the measuring tool is automatically input to the data processor 100 through the measured value detection unit 80, and the generated temperature of the machine tool is detected by the temperature detector 90. This is automatically input to the data processor 100.
이후, 데이터처리기(100)에서는 측정구의 측정값을 이용하여 오차를 해석하고, 해석결과를 공작기계 제어기(110)에 피드백 시키므로써 기하오차 및 열변형오차의 보정에 사용된다.Thereafter, the data processor 100 analyzes the error using the measured value of the measuring tool and feeds the analysis result back to the machine tool controller 110 to be used for the correction of the geometrical error and the thermal deformation error.
즉, 측정구의 구(50)가 3차원 공간적으로 배열되어 있어 상기 구의 중심좌표에 대한 접촉식프로브(60)의 측정값과 3차원 측정기의 오차보상 값을 이용하여 기하오차와 열변형오차의 측정이 가능한 것이다.That is, the spheres 50 of the measuring sphere are arranged in three-dimensional space, and the geometric and thermal strain errors are measured using the measured values of the contact probe 60 with respect to the center coordinates of the sphere and the error compensation values of the three-dimensional measuring instrument. This would be possible.
본 발명에 의하면, 기하오차는 열원이 발생하기 전에 측정구를 구성하는 각각의 구의 중심좌표 측정값과 3차원 측정기의 오차보상 값을 이용하여 공작기계의 각 위치에 따라 다르게 존재하는 기하오차를 측정한다.According to the present invention, the geometric error is measured by using the center coordinate measurement value of each sphere constituting the measuring sphere and the error compensation value of the three-dimensional measuring instrument before the heat source is generated to measure the geometric error existing according to each position of the machine tool do.
또한, 열변형오차는 절삭작업으로 인해 발생하는 열원에 의해 공작기계가 공간적으로 변형되기 때문에 구의 중심좌표의 변화량과 3차원 측정기의 오차보상 값을 이용하여 열변형오차를 측정한다.In addition, the thermal deformation error is measured by using the change amount of the center coordinates of the sphere and the error compensation value of the three-dimensional measuring instrument because the machine tool is spatially deformed by the heat source generated by the cutting operation.
그리고, 기하오차와 열변형오차의 측정은 한 번의 셋업으로 기하오차를 측정하고, 측정구가 설치된 상태에서도 작업을 수행할수 있으며, 작업중에는 측정구가 설치된 팔렛을 회전시켜 작업영역과 측정영역을 분리시켜서 절삭작업을 수행할수 있고(수평형), 2개의 팔렛 중에 하나의 팔렛에 측정구를 설치하여 측정할수도 있다(수직형).In addition, measurement of geometrical error and thermal deformation error can be performed by measuring the geometrical error with one set-up, even when the measuring tool is installed, and rotating the pallet where the measuring tool is installed. The cutting operation can be performed (horizontal type), or the measuring tool can be installed on one of two pallets (vertical type).
또한, 절삭작업 중에 발생한 열변형오차는 다시 측정구를 작업영역으로 회전시켜 측정하므로써 공간상의 열변형오차를 측정할수 있다.In addition, the heat deformation error generated during the cutting operation can be measured by rotating the measuring tool back to the work area to measure the heat deformation error in the space.
아울러, 측정구를 구성하고 있는 구, 바 및 기준판이 열팽창계수가 매우 낮은 재질로 되어 있어 작업중에 발생하는 온도변화에 의한 측정구의 영향이 최소화 된다.In addition, the sphere, bar, and reference plate constituting the measuring sphere is made of a material with a very low coefficient of thermal expansion, thereby minimizing the influence of the measuring sphere due to temperature changes occurring during operation.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 컴퓨터 수치제어 공작기계에 측정구를 설치하여 기하오차 및 열변형오차를 공작기계 상에서 측정하기 때문에 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the present invention has the following effects because the measurement tool is installed in the computer numerical control machine tool to measure the geometrical error and the heat deformation error on the machine tool.
첫째, 신속한 오차측정으로 측정시간을 단축시킬수 있다.First, the measurement time can be shortened by quick error measurement.
둘째, 기하오차 및 열변형오차를 모두 측정할수 있다.Second, both geometric and thermal strain errors can be measured.
셋째, 작업중에도 작업자의 도움없이 자동적으로 오차측정이 가능하므로 작업에 방해를 주지 않는다.Third, the error can be measured automatically without the help of the operator during the work, so it does not interfere with the work.
넷째, 상용되는 접촉식프로브를 사용하기 때문에 비용이 저렴하다.Fourth, the cost is low because it uses a commercially available contact probe.
다섯째, 열변형이 거의 없는 재질과 구조로 되어 있고, 진구도가 뛰어난 구를 사용하기 때문에 측정값의 신뢰도가 높다.Fifth, since the material and structure have almost no thermal deformation, and the spherical spherical sphere is used, the reliability of the measured value is high.
여섯째, 측정 대상 공작기계에 신속하게 설치할수 있다.Sixth, it can be quickly installed on the machine tool to be measured.
일곱째, 컴퓨터 수치제어 공작기계의 오차변화를 수시로 감시할수 있고, 이 외에 3차원 측정기의 오차측정도 가능하다.Seventh, it is possible to monitor the change of the error of computer numerical control machine tool from time to time, and besides, it is possible to measure the error of 3D measuring machine.
이 외에도, 본 발명은 컴퓨터 수치제어 공작기계인 오차측정 및 오차보상 분야에 적용할수 있으며, 3차원 측정기의 오차측정 및 오차보상에도 직접 이용할수 있다.In addition, the present invention can be applied to the field of error measurement and error compensation, which is a computer numerical control machine tool, and can be directly used for error measurement and error compensation of a three-dimensional measuring machine.
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