KR20180027935A - 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하기 위한 다축 제어 기계 및 그의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법 - Google Patents

인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하기 위한 다축 제어 기계 및 그의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법 Download PDF

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양승한
이광일
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경북대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법은, 상기 인덱스 테이블을 제1 위치에 놓은 후, 더블 볼바(double ballbar)의 하나의 볼인 제1 볼을 상기 다축 제어 기계의 공구 끝단 위치에 장착시키고 상기 더블 볼바의 다른 하나의 볼인 제2 볼을 상기 인덱스 테이블에 장착시키는, 더블 볼바 장착 단계; 및 상기 인덱스 테이블의 제 1위치에서 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 상기 인덱스 테이블을 특정 각도만큼 회전시켜 제 2위치에 놓은 후 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 거리 측정에 의해 획득된 2개의 측정 데이터를 사용하여 기하학적 오차 중 하나인 옵셋(offset) 오차를 측정하는, 옵셋 오차 측정 단계;를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 저비용이면서도 작업 현장에서 쉽게 구할 수 있는 더블 볼바를 이용하여 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있음은 물론 정량적인 평가를 수행할 수 있다.

Description

인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하기 위한 다축 제어 기계 및 그의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법{Multi-axis machines to measure geometric errors of index table and method to measure the geometric errors thereof}
인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하기 위한 다축 제어 기계 및 그의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법이 개시된다. 보다 상세하게는, 저비용이면서도 작업 현장에서 쉽게 구할 수 있는 더블 볼바를 이용하여 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있음은 물론 정량적인 평가를 수행할 수 있는, 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하기 위한 다축 제어 기계 및 그의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법이 개시된다.
일반적으로 다축 제어 기계는 2개 이상의 구동축을 포함하는 기계 장치를 의미하는 것으로, 다축 공작기계, 다축 관절로봇, CMM 등을 예로 들 수 있다. 이러한 다축 제어 기계는 일반적으로 하나 이상의 직선축과 하나 이상의 회전축을 포함한다. 대표적인 예로써, 5축 공작 기계를 들 수 있는데, 보통 5축 공작 기계는 3개의 직선축과 2개의 회전축으로 구성되어 복잡한 곡면이나 형상의 가공을 수행한다.
그러나 이러한 다축 제어 기계의 직선축과 회전축 간에는 물리적 불완전과 조립의 한계에 의하여 기하학적 오차가 필연적으로 존재한다. 특히, 직선축과 회전축 간의 기하학적 오차는 직선축과 회전축의 조합으로 인한 구조적인 문제로 인하여 기하학적 정확도를 결정하는 중요한 요인이 된다.
기하학적 오차는 구동량에 종속적인 위치종속오차변수(position dependent geometric error parameters; PDGEPs)와 구동량에 독립적인 위치독립오차변수(position independent geometric error parameters; PIGEPs)로 구분된다. 상기 위치종속오차변수에는 3개의 위치 오차(1 displacement, 2 straightness)와 3개의 각도 오차(roll, pitch, yaw)가 있으며, 위치독립오차변수에는 직각도 오차(squareness error)와 오프셋 오차(offset error)가 있다.
한편, 이러한 다축 제어 기계의 회전축으로는 로터리 테이블(rotary table) 또는 인덱스 테이블(index table)이 사용될 수 있다. 이 중 로터리 테이블의 경우, 회전축으로서 가공 공정에서 공작물을 연속적으로 회전시키는 역할을 수행한다. 필요한 경우, 특정 각도에서 로터리 테이블에 공작물을 고정시키고 가공 공정을 수행할 수 있다. 그런데 이러한 로터리 테이블의 경우 경로를 계획하는 데 어려움이 생길 수 있다.
반면에, 인덱스 테이블은 회전축의 일종이지만 공작물을 특정 각도로 회전한 후 고정한 상태에서 가공을 수행하기 때문에 전술한 로터리 테이블과는 차이점이 있다.
그런데 이러한 인덱스 테이블은 불연속적으로 회전을 하기 때문에 회전축이 어느 위치에서 어느 방향에 있느냐가 중요한 기하학적 오차가 된다. 이를 측정하기 위해 현재는 작업자가 다이얼게이지 등과 같은 장비를 사용하여 주관적으로 측정하고 조립하고 있는 실정이다. 따라서 측정의 개념이 도입되지 않아서 작업 결과가 작업자의 기술에 의존적이고 아울러 정량적 관리가 없다는 한계가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 저비용이면서도 작업 현장에서 쉽게 구할 수 있는 더블 볼바를 이용하여 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있음은 물론 정량적인 평가를 수행할 수 있는, 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하기 위한 다축 제어 기계 및 그의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 더블 볼바를 이용하여 인덱스 테이블의 각 특정 각도에서 원호 경로를 반복적으로 수행하여 직선축의 오차 영향을 수학적으로 제거할 수 있으며 이를 통해 인덱스 테이블의 순수한 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있는, 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하기 위한 다축 제어 기계 및 그의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법은, 상기 인덱스 테이블을 제1 위치에 놓은 후, 더블 볼바(double ballbar)의 하나의 볼인 제1 볼을 상기 다축 제어 기계의 공구 끝단 위치에 장착시키고 상기 더블 볼바의 다른 하나의 볼인 제2 볼을 상기 인덱스 테이블에 장착시키는, 더블 볼바 장착 단계; 및 상기 인덱스 테이블의 제 1위치에서 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 상기 인덱스 테이블을 특정 각도만큼 회전시켜 제 2위치에 놓은 후 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 거리 측정에 의해 획득된 2개의 측정 데이터를 사용하여 기하학적 오차 중 하나인 옵셋(offset) 오차를 측정하는, 옵셋 오차 측정 단계;를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 저비용이면서도 작업 현장에서 쉽게 구할 수 있는 더블 볼바를 이용하여 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있음은 물론 정량적인 평가를 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 옵셋 오착 측정 단계 후, 상기 제1 위치에 대응되는 제3 위치에서 상기 인덱스 테이블에 수직 길이를 갖는 보조 테이블을 장착한 후, 상기 공구 끝단 위치에 위치된 상기 더블 볼바의 상기 제1 볼을 상기 다축 제어 기계의 직선 이송축을 이용하여 수직 길이만큼 이송시키고 상기 제2 볼을 상기 보조 테이블에 위치시키는, 더블 볼바 포지셔닝 단계; 및 상기 인덱스 테이블의 제 3위치에서 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 인덱스 테이블을 특정 각도만큼 회전시켜 제 4위치에 놓은 후 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 제 2볼의 거리를 측정하고 2개의 측정 데이터를 사용하여 기하학적 오차 중 하나인 직각도(squareness) 오차를 측정하는, 직각도 오차 측정 단계;를 더 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 인덱스 테이블의 상기 제1 위치와 상기 제2 위치에서 동일한 원호 경로를 반복적으로 추종하여 원호 경로 생성에 사용된 수평 직선축과 수직 직선축의 오차 영향을 수학적으로 제거할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 수평 직선축은 상기 인덱스 테이블을 수평 방향으로 선형 이동시키는 축이고, 상기 수직 직선축은 상기 공구 끝단 위치가 장착된 부분을 상기 수평 방향의 가로 방향으로 선형 이동시키는 축이어서, 상기 수평 직선축 및 상기 수직 직선축의 상호 연동에 따른 상기 제1 볼 및 상기 제2 볼의 원호 경로를 추종함으로써 기하학적 오차를 측정할 수 있다.
일측에 따르면, 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 회전시킬 때 상기 특정 각도는 180도이고, 상기 제3 위치로부터 상기 제4 위치로 회전시킬 때 상기 특정 각도는 180도일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 다축 제어 기계는, 수평 방향 중 일 방향으로 이동 경로를 형성하는 제1 수평 프레임에 이동 가능하게 장착되며 인덱스 테이블이 회전 가능하게 장착되는 수평 직선축; 상기 제1 수평 프레임에 가로 방향으로 연결되어 타 방향으로 이동 경로를 형성하는 제2 수평 프레임에 이동 가능하게 장착되는 수직 직선축; 상기 수직 직선축에 형성된 수직 방향으로의 이동 경로를 따라 이동 가능하게 장착되며 공구 끝단 위치가 장착되는 직선 이송축; 및 상기 공구 끝단 위치에 장착되는 제1 볼 및 상기 인덱스 테이블에 장착되는 제2 볼을 갖는 더블 볼바를 포함하며; 상기 인덱스 테이블이 회전되어 특정 각도에서 고정되었을 때 상기 제1 볼 및 상기 제2 볼이 상기 수평 직선축 및 상기 수직 직선축의 연동에 의해 원호 경로를 추종함으로써 기하학적 오차를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 저비용이면서도 작업 현장에서 쉽게 구할 수 있는 더블 볼바를 이용하여 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있음은 물론 정량적인 평가를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 더블 볼바를 이용하여 인덱스 테이블의 각 특정 각도에서 원호 경로를 반복적으로 수행하여 직선축의 오차 영향을 수학적으로 제거할 수 있으며 이를 통해 인덱스 테이블의 순수한 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덱스 테이블을 포함한 다축 제어 기계의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 인덱스 테이블의 설계 자세를 나타내는 도면이다.
도 3은 인덱스 테이블의 실제 자세를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에서 옵셋 오차를 평면적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법의 순서도이다.
도 6은 도 5의 순서도에 따른 인덱스 테이블 및 더블 볼바의 상호 작용을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 측정 과정을 평면적으로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
전술한 것처럼, 인덱스 테이블은 회전축의 일종으로서 공작물을 특정 각도로 회전한 후 고정한 상태에서 가공을 수행한다. 따라서 설계 자세와 실제 자세 사이의 오차가 발생될 수 있다. 위치독립오차변수 중 옵셋 오차 및 직각도 오차가 발생될 수 있는데, 이는 정밀구의 위치에 영향을 미칠 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인덱스 테이블을 포함한 다축 제어 기계의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 인덱스 테이블의 설계 자세를 나타내는 도면이고, 도 3은 인덱스 테이블의 실제 자세를 나타내는 도면이며, 도 4는 도 3에서 옵셋 오차를 평면적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 기준 좌표계인 {R}과 y축이 일치됨을 알 수 있다. 즉, 설계 자세에서는 오차가 발생되지 않는다. 그런데, 인덱스 테이블의 실제 자세에서는 도 3에 도시된 것처럼 오차가 발생되는데 이 오차로 인해 정밀구(precision sphere)(본 실시예에서는 제2 볼)의 위치에 영향이 미칠 수 있는 것이다. 도 3을 참조하면, 인덱스 테이블의 실제 자세는 기준 좌표계 {R}의 원점에서 (oxb, ozb)만큼 떨어진 위치에서 기준 좌표계 {R}의 y축과 (sxb, szb)의 각도를 나타낼 수 있다. 여기서 sxb는 b축이 x축에 대한 회전각이다.
도 4를 참조하면, zx평면에서, 인덱스 테이블의 설계 위치(기준 좌표계 {R}의 원점)에 정밀구를 설치하면 정밀구는 인덱스 테이블의 실제 위치(oxb, ozb)를 중심으로 특정 각도 bj (Index angle bj)의 회전을 하게 된다. 한편, y축의 방향으로 h만큼 옵셋(offset)을 가진 zx평면에서는 인덱스 테이블의 실제 위치(oxb-hszb, oyb+hsxb)를 중심으로 정밀구가 회전을 하게 된다.
따라서, zx평면(h=0)에서는 옵셋 오차(oxb, ozb)가 정밀구의 위치에 영향을 미치고 zx평면(h≠0)에서는 옵셋 오차 (oxb, ozb) 와 직각도 오차(sxb,szb)가 정밀구의 위치에 영향을 미칠 수 있다.
이처럼, 인덱스 테이블의 실제 자세와 설계 자세는 차이가 발생될 수 있기 때문에 오차를 측정하는 것이 중요하다. 그런데, 전술한 것처럼, 종래에는 작업자가 다이얼게이지 등과 같은 장비를 사용하여 주관적으로 오차를 측정한 후 조립을 하였기 때문에 작업 결과가 작업자의 기술에 의존적이고 아울러 정량적 관리가 없다는 한계가 있었다.
그런데, 후술할 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법은 작업 현장에서 구할 수 있는 더블 볼바를 사용하여 전술한 오차들을 정량적으로 측정하고 정확하게 보정할 수 있다.
이러한 오차 측정 방법은 모든 구조의 다축 제어 기계에 의해서 구현되는데, 측정 방법을 설명하기에 앞서 다축 제어 기계의 구성에 대해 먼저 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 제어 기계(100)는, 제1 수평 프레임(110)에 이동 가능하게 장착되며 인덱스 테이블(150)이 회전 가능하게 장착되는 수평 직선축(120)과, 제2 수평 프레임(130)에 이동 가능하게 장착되는 수직 직선축(140)과, 수직 직선축(140)의 높이 방향을 따라 이동 가능하게 장착되며 공구 끝단 위치를 구비한 스핀들(161)이 장착되는 직선 이송축(160)과, 공구 끝단 위치에 장착되는 제1 볼(171)과 인덱스 테이블(150)에 장착되는 제2 볼(173)을 갖는 더블 볼바(170, double ballbar)를 포함할 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 인덱스 테이블(150)이 회전되어 특정 각도에서 고정될 때 제1 볼(171) 및 제2 볼(173)이 수평 직선축(120) 및 수직 직선축(140)의 연동에 의해 각각의 원호 경로(CP, 도 7 참조)를 반복적으로 추종함으로써 기하학적 오차를 측정할 수 있다.
각 구성을 보다 구체적으로 설명하면, 먼저, 제1 수평 프레임(110)은 x축 방향으로 이동 경로(111)가 형성되어 수평 직선축(120)이 x축 방향을 따라 선형 이동 가능하도록 한다.
수평 직선축(120)에는 인덱스 테이블(150)이 장착되는데, 인덱스 테이블(150)은 제자리에서 회전 가능하다. 전술한 것처럼 인덱스 테이블(150)은 설계 자세와 실제 자세에 있어서 차이가 발생될 수 있는데, 수평 직선축(120) 및 수직 직선축(140)의 선형 이동과, 더블 볼바(170)의 상호 연동을 이용하여 설계 자세와 실제 자세의 차이인 기하학적 오차를 측정할 수 있는 것이다.
한편, 제2 수평 프레임(130)은 제1 수평 프레임(110)과 같은 평면 상에서 제1 수평 프레임(110)에 가로 방향으로 형성된다. 이러한 제2 수평 프레임(130)에는 z축 방향으로의 이동 경로(131)가 형성되어 수직 직선축(140)은 z축 방향을 따라 선형 이동할 수 있다.
수직 직선축(140)은 높이 방향, 즉 y축 방향을 따라 이동 경로(141)가 형성되어 있으며, y축 방향으로의 이동 경로(141)를 따라서 직선 이송축(160)이 선형 이동할 수 있다. 이러한 이동 구조에 의해서 인덱스 테이블(150)의 볼 장착 위치를 높이 방향으로 어느 정도 위치시키는 경우 이에 대응되게 직선 이송축(160)의 위치 역시 조절할 수 있어 기하학적 오차 중 직각도 오차를 구할 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술하기도 한다.
본 실시예의 더블 볼바(170)는, 제1 볼(171)과 제2 볼(173)을 포함하는데, 이 중 제1 볼(171)은 직선 이송축(160)에 장착된 공구 끝단 위치에 장착되고, 제2 볼(173)은 인덱스 테이블(150)의 중앙에 장착되는 볼 장착부(151, 도 6 참조)에 장착된다. 그리고 제1 볼(171)과 제2 볼(173)은 볼 연결부재(175)에 의해서 연결되는데, 볼 연결부재(175)는 길이 조절이 가능하여 수평 직선축(120) 및 수직 직선축(140)의 이동에 따른 제1 볼(171) 및 제2 볼(173) 사이의 거리 측정이 가능해진다.
이러한 더블 볼바(170)는 작업 현장에서 일반적으로 사용하는 것으로서 종래에는 다축 제어 기계(100)의 인덱스 테이블(150)의 오차 측정을 위해서는 사용되지 않는 구성이었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예의 경우, 작업 현장에서 일반적으로 구할 수 있는 더블 볼바(170)를 이용하여 인덱스 테이블(150)의 오차를 정량적으로 측정할 수 있을 뿐만 아니라 신속하게 측정할 수 있고, 아울러 다축 제어 기계(100)의 정확도를 향상시킬 수 있고 가공 성능을 크게 개선할 수 있어 고품질의 정밀 부품 가공 및 생산성 향상을 기대할 수 있게 한다.
한편, 이하에서는 전술한 구성을 갖는 다축 제어 기계(100)를 이용하여 인덱스 테이블(150)의 기하학적 오차를 측정하는 방법에 대해서 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법의 순서도이고, 도 6은 도 5의 순서도에 따른 인덱스 테이블 및 더블 볼바의 상호 작용을 순차적으로 도시한 도면이며, 도 7은 도 6의 측정 과정을 평면적으로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다축 제어 기계(100)의 인덱스 테이블(150)의 기하학적 오차 측정 방법은, 제1 위치에 인덱스 테이블(150)을 위치시킨 후 인덱스 테이블(150) 및 다축 제어 기계(100)에 더블 볼바(170)를 장착시키는 더블 볼바 장착 단계(S100)와, 더블 볼바(160) 및 축(120, 140)들의 상호 작용에 의해 제1 위치(도 6의 첫째 도면에서의 인덱스 테이블의 위치) 및 제2 위치(도 6의 둘째 도면에서의 인덱스 테이블의 위치)에서 각각 원호 경로를 추종함으로써 제1 위치에서의 제1 데이터 및 제2 위치에서의 제2 데이터를 토대로 기하학적 오차 중 하나인 옵셋 오차를 측정하는 오차 측정 단계(S200)와, 제1 위치에 대응되는 제3 위치(도 6의 셋째 도면에서의 인덱스 테이블의 위치)에서 더블 볼바(170)의 제1 볼(171)을 공구 끝단 위치에 위치시키고 제2 볼(173)을 인덱스 테이블(150)에 놓이는 보조 테이블(180)에 위치시키는 더블 볼바 포지셔닝 단계(S300)와, 더블 볼바(160) 및 축(120, 140)들의 상호 작용에 의해 제3 위치(도 6의 셋째 도면에서의 인덱스 테이블의 위치) 및 제4 위치(도 6의 넷째 도면에서의 인덱스 테이블의 위치)에서 각각 원호 경로를 추종함으로써 제3 위치에서의 제3 데이터 및 제4 위치에서의 제4 데이터를 토대로 기하학적 오차 중 하나인 직각도 오차를 측정하는 오차 측정 단계(S400)를 포함할 수 있다.
각각의 단계적 구성에 대해 설명하면, 먼저 본 실시예의 더블 볼바 장착 단계(S100)는, 기하학적 오차를 측정하기 위하여 더블 볼바(170)를 다축 제어 기계(100)에 장착하는 단계로서, 더블 볼바(170)의 볼 중 제1 볼(171)을 제3축(160)의 공구 끝단 위치에 장착시키고 더블 볼바(170)의 제2 볼(173)을 인덱스 테이블(150)의 볼 장착부(151)에 장착시키는 단계이다. 전술한 것처럼 제1 볼(171) 및 제2 볼(173)은 볼 연결부재(175)에 의해 연결되어 제1 볼(171) 및 제2 볼(173) 사이의 거리가 선형적으로 멀어지거나 가까워질 수 있다.
그리고 본 실시예의 옵셋 오차 측정 단계(S200) 시, 기하학적 오차 중 옵셋 오차를 측정하는 단계로서, 도 6에서의 최초 위치인 제1 위치에서 먼저 원호 경로 추종을 통한 제1 데이터를 획득한다. 도 7을 참조하면, ΔR11k 를 구하는 것이다. 그리고, 인덱스 테이블(150)을 특정 각도만큼 회전시켜 제2 위치에서 고정시킨 후(도 6의 두 번째 도면) 제2 위치에서의 제2 데이터를 획득한다. 도 7을 참조하면, ΔR12k 를 구하는 것이다. 그리고 제1 데이터(ΔR11k) 및 제2 데이터(ΔR12k)의 값을 토대로 기하학적 오차 중 하나인 옵셋 오차를 측정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 예를 들어 제1 위치에서 제1 볼(171) 및 제2 볼(173) 사이의 거리는 R이다. 그런데, 수평 직선축과 수직 직선축을 사용하여 원호 경로(CP)를 생성시키면, 제1 볼(171)과 제2 볼(173) 사이의 거리는 R+ΔRijk가 된다. 여기서, i=1은 h=0, i=2는 h0, j는 인덱스 각, k는 원호 경로의 회전각 θk을 의미한다.
이 때, 제1 위치 및 제2 위치에서 제2 볼(173)에 대한 제1 볼(171)의 원호 경로(CP)를 추종할 수 있는 것은 전술한 것처럼 수평 직선축(120) 및 수직 직선축(140)의 선형 이동이 연동하여 이루어지기 때문이고, 아울러 제1 볼(171) 및 제2 볼(173)을 연결하는 볼 연결부재(175)가 거리를 측정할 수 있는 구조를 갖고 있기 때문이다.
이처럼, 제1 위치와 제2 위치에서 원호 경로를 반복적으로 수행하면서 제1 볼(171) 및 제2 볼(173) 사이의 위치 및 거리를 측정할 수 있고, 이를 제1 데이터 및 제2 데이터의 값으로 정량화할 수 있어 기하학적 오차 중 옵셋 오차를 정확하면서도 신속하게 측정할 수 있다.
한편, 기하학적 오차 중 직각도 오차를 측정하기 위해서는 전술한 더블 볼바 장착 단계(S100) 및 옵셋 오차 측정 단계(S200) 이외에도 제1 위치 및 제2 위치와는 다른 위치에서 더블 볼바(170)를 재장착한 후 인덱스 테이블(150)을 회전시킴으로써 직각도 오차를 측정하는 추가적인 단계가 필요로 된다.
이를 위해, 본 실시예에서는, 더블 볼바 포지셔닝 단계(S300) 및 직각도 오차 측정 단계(S400)를 포함하는데, 이 중 더블 볼바 포지셔닝 단계(S300)는, 옵셋 오차 측정 단계(S200) 후 제1 위치에 대응되는 제3위치(제1 위치와는 높이는 다르되 수직 방향에 있는 위치)에서 인덱스 테이블(150)에 수직 길이를 갖는 보조 테이블(180)을 장착한 후, 공구 끝단 위치에 위치된 더블 볼바(170)의 제1 볼(171)을 직선 이송축의 직선축을 사용하여 수직 길이만큼 이동시키고 제2 볼(173)을 보조 테이블(180)의 중앙 부분에 장착하는 단계이다.
이러한 더블 볼바 포지셔닝 단계(S300)는 전술한 더블 볼바 장착 단계(S100)와 유사한 단계로서, 다만 오차를 측정하기 위한 수직 위치가 다르게 적용된다는 차이점이 있다.
본 실시예의 직각도 오차 측정 단계(S400) 시, 먼저 제3 위치에서 수평 직선축과 수직 직선축을 사용하여 원호 경로 추종을 통한 제3 데이터를 획득한다. 도 7을 참조하면, ΔR21k를 구하는 것이다. 그리고 인덱스 테이블(150)을 특정 각도(예를 들면 180도)만큼 회전시켜 제2 위치에 대응되는 제4 위치에서 고정시킨 다음 제4 위치에서 수평 직선축과 수직 직선축을 사용하여 제4 데이터를 획득한다. 도 7을 참조하면, ΔR22k를 구하는 것이다. 그리고 제3 데이터(ΔR21k) 및 제4 데이터(ΔR22k)의 값을 토대로 기하학적 오차 중 하나인 직각도 오차를 측정할 수 있다.
전술한 내용을 참조하면, 직각도 오차 측정 단계(S400) 시, y축의 방향으로 h만큼 옵셋(offset)을 가진 zx평면에서는 인덱스 테이블(150)의 실제 위치(oxb-hszb, oyb+hsxb)를 중심으로 볼(제2 볼(173))이 회전을 하게 된다. 따라서 zx평면(h0)에서는 옵셋 오차 (oxb, ozb) 와 직각도 오차(sxb, szb)가 제2 볼(173)의 위치에 영향을 미칠 수 있는 것이다. 다른 말로, 제1 위치를 기준으로 제3 위치 및 제4 위치에서는 옵셋 오차 및 직각도 오차 모두가 있을 수 있는 것인데, 이 때 전술한 옵셋 오차 측정 단계(S200)를 통해 구한 옵셋 오차를 이용하여 직각도 오차 측정 단계(S400) 시 직각도 오차를 구할 수 있는 것이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 저비용이면서도 작업 현장에서 쉽게 구할 수 있는 더블 볼바(170)를 이용하여 다축 제어 기계(100)의 인덱스 테이블(150)의 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있음은 물론 정량적인 평가를 수행할 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 더블 볼바(170)를 이용하여 인덱스 테이블(150)의 각 특정 각도에서 원호 경로를 반복적으로 수행하여 직선축의 오차 영향을 수학적으로 제거할 수 있으며 이를 통해 인덱스 테이블(150)의 순수한 기하학적 오차를 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 다축 제어 기계
120 : 수평 직선축
140 : 수직 직선축
150 : 인덱스 테이블
160 : 직선 이송축
161 : 공구 끝단 위치

Claims (9)

  1. 다축 제어 기계에 구비되는 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하는 방법에 있어서,
    상기 인덱스 테이블을 제1 위치에 놓은 후, 더블 볼바(double ballbar)의 하나의 볼인 제1 볼을 상기 다축 제어 기계의 공구 끝단 위치에 장착시키고 상기 더블 볼바의 다른 하나의 볼인 제2 볼을 상기 인덱스 테이블에 장착시키는, 더블 볼바 장착 단계; 및
    상기 인덱스 테이블의 제 1위치에서 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 상기 인덱스 테이블을 특정 각도만큼 회전시켜 제 2위치에 놓은 후 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 거리 측정에 의해 획득된 2개의 측정 데이터를 사용하여 기하학적 오차 중 하나인 옵셋(offset) 오차를 측정하는, 옵셋 오차 측정 단계;
    를 포함하는, 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 옵셋 오착 측정 단계 후, 상기 제1 위치에 대응되는 제3 위치에서 상기 인덱스 테이블에 수직 길이를 갖는 보조 테이블을 장착한 후, 상기 공구 끝단 위치에 위치된 상기 더블 볼바의 상기 제1 볼을 상기 다축 제어 기계의 직선 이송축을 이용하여 수직 길이만큼 이송시키고 상기 제2 볼을 상기 보조 테이블에 위치시키는, 더블 볼바 포지셔닝 단계; 및
    상기 인덱스 테이블의 제 3위치에서 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 상기 인덱스 테이블을 특정 각도만큼 회전시켜 제 4위치에 놓은 후 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 거리 측정에 의해 획득된2개의 측정 데이터를 사용하여 기하학적 오차 중 하나인 직각도(squareness) 오차를 측정하는, 직각도 오차 측정 단계;
    를 더 포함하는, 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블의 상기 제1 위치와 상기 제2 위치에서 동일한 원호 경로를 반복적으로 추종함으로써, 원호 경로 생성에 사용된 수평 직선축과 수직 직선축의 오차 영향을 수학적으로 제거하는, 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수평 직선축은 상기 인덱스 테이블을 수평 방향으로 선형 이동시키는 축이고, 상기 수직 직선축은 상기 공구 끝단 위치가 장착된 부분을 상기 수평 방향의 가로 방향으로 선형 이동시키는 축이어서, 상기 수평 직선축 및 상기 수직 직선축의 상호 연동에 따른 상기 제1 볼 및 상기 제2 볼의 원호 경로를 추종함으로써 기하학적 오차를 측정하는, 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 회전시킬 때 상기 특정 각도는 180도이고,
    상기 제3 위치로부터 상기 제4 위치로 회전시킬 때 상기 특정 각도는 180도인, 다축 제어 기계의 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정 방법.
  6. 제2항에 따른 오차 측정 방법을 이용하여 인덱스 테이블의 기하학적 오차를 측정하는 다축 제어 기계에 있어서,
    수평 방향 중 일 방향으로 이동 경로를 형성하는 제1 수평 프레임에 이동 가능하게 장착되며 인덱스 테이블이 회전 가능하게 장착되는 수평 직선축;
    상기 제1 수평 프레임에 가로 방향으로 연결되어 타 방향으로 이동 경로를 형성하는 제2 수평 프레임에 이동 가능하게 장착되는 수직 직선축;
    상기 수직 직선축에 형성된 수직 방향으로의 이동 경로를 따라 이동 가능하게 장착되며 공구 끝단 위치가 장착되는 직선 이송축; 및
    상기 공구 끝단 위치에 장착되는 제1 볼 및 상기 인덱스 테이블에 장착되는 제2 볼을 갖는 더블 볼바를 포함하며;
    상기 인덱스 테이블이 회전되어 특정 각도에서 고정되었을 때 상기 제1 볼이 상기 수평 직선축 및 상기 수직 직선축의 연동에 의해 원호 경로를 추종함으로써 기하학적 오차를 측정하는, 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정을 위한 다축 제어 기계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블의 제 1위치에서 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 상기 인덱스 테이블을 특정 각도만큼 회전시켜 제 2위치에 놓은 후 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 거리 측정에 의해 획득된 2개의 측정 데이터를 사용하여 기하학적 오차 중 하나인 옵셋(offset) 오차를 측정하는, 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정을 위한 다축 제어 기계.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블의 제 3위치에서 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 상기 인덱스 테이블을 특정 각도만큼 회전시켜 제 4위치에 놓은 후 상기 더블 볼바를 사용하여 상기 제 1볼과 상기 제 2볼의 거리를 측정하고 거리 측정에 의해 획득된2개의 측정 데이터를 사용하여 기하학적 오차 중 하나인 직각도(squareness) 오차를 측정하는, 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정을 위한 다축 제어 기계.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 회전시킬 때 상기 특정 각도는 180도이고,
    상기 제3 위치로부터 상기 제4 위치로 회전시킬 때 상기 특정 각도는 180도인, 인덱스 테이블의 기하학적 오차 측정을 위한 다축 제어 기계.
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WO2020122321A1 (ko) * 2018-12-13 2020-06-18 경북대학교 산학협력단 기상측정장치의 측정방법
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