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KR101019508B1 - 회전구동축의 준정적 오차 측정장치 - Google Patents

회전구동축의 준정적 오차 측정장치 Download PDF

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Publication number
KR101019508B1
KR101019508B1 KR1020090041713A KR20090041713A KR101019508B1 KR 101019508 B1 KR101019508 B1 KR 101019508B1 KR 1020090041713 A KR1020090041713 A KR 1020090041713A KR 20090041713 A KR20090041713 A KR 20090041713A KR 101019508 B1 KR101019508 B1 KR 101019508B1
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KR
South Korea
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splitter
laser
position sensor
drive shaft
error
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KR1020090041713A
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양승한
박성령
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경북대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

본 발명은 회전하는 구동축의 회전시 X,Y,Z축 방향에 대한 각각의 위치 오차와 각오차를 하나의 측정장치로 모두 구할 수 있는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 레이저 구동장치로부터 출력되는 레이저를 제 1스플리터, 제 2스플리터 및 리플렉터가 분광 출력 또는 반사하여 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서에 입력되도록 함으로써 입력되는 레이저의 입력 위치 변화 데이터를 통해 회전하는 구동축의 X,Y,Z축 방향의 위치 오차와 각오차에 대한 모든 오차 정보를 획득할 수 있는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 레이저의 입력위치를 감지하는 위치감지센서를 통해 회전하는 구동축의 X,Y,Z축 방향으로 각각 발생되는 위치 오차 및 X,Y,Z축에 대한 각오차를 측정하는 준정적 오차 측정장치에 있어서, 구동축의 상부면중심에 배치되며 레이저의 입력위치를 감지하는 제 1위치감지센서와; 상기 구동축의 상부측 연장선상으로 제 1위치감지센서와 일정간격 이격 배치되며 구동축과 고정결합되어 동반회전하고 입력되는 레이저를 직진방향과 수평방향으로 분광 출력시켜 상기 제 1위치감지센서가 직진방향의 레이저를 입력받도록 하는 제 1스플리터와; 제 1스플리터로부터 분광 출력되는 수평방향의 레이저를 입력받기 위해 제 1스플리터의 수평 분광방향에 일정간격 이격배치되며 구동축과 고정결합되어 동반회전하는 제 2위치감지센서와; 상기 구동축의 상부측 연장선상에 위치하되 제 1스플리터 상부로 이격배치 되며 입력되는 레이저를 직진방향과 하부 수직방향으로 분광시키는 제 2스플리터와; 상기 제 2스플리터로부터 직진방향의 분광 레이저를 입력받아 상기 제 1위치감지센서로 반사시키는 리플렉터와; 제 2스플리터 및 리플렉터의 동일 배치선상에 위치하며 제 2스플리터를 기준으로 리플렉터의 대향위치에 배치되어 제 2스플리터로 레이저를 조사하는 레이저구동장치; 및 상기 제 2스플리터의 직진방향 또는 수직방향의 분광레이저를 선택적으로 차단하기 위한 차단판;을 포함하여 이루어진다.
준정적 오차, 각오차, 위치 오차, 구동축, 회전체

Description

회전구동축의 준정적 오차 측정장치{Measurement Apparatus of quasi-static error in Rotating Shaft}
본 발명은 회전하는 구동축의 회전시 X,Y,Z축 방향에 대한 각각의 위치 오차와 각오차를 하나의 측정장치로 모두 구할 수 있는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 레이저 구동장치로부터 출력되는 레이저를 제 1스플리터, 제 2스플리터 및 리플렉터가 분광 출력 또는 반사하여 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서에 입력되도록 함으로써 입력되는 레이저의 입력 위치 변화 데이터를 통해 회전하는 구동축의 X,Y,Z축 방향의 위치 오차와 각오차에 대한 모든 오차 정보를 획득할 수 있는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치에 관한 것이다.
현재 통상적으로 원주형의 기계 가공품, 모터의 회전축, 공작기계의 주축이 회전할 경우 정위치 상태에서 X,Y,Z축 방향으로 변위가 얼마나 이동하여 회전하는지에 대한 위치 오차와 X,Y,Z축 방향으로 각각 얼마나 비틀려서 회전하는지에 대한 각오차가 발생하게 된다.
이러한 위치 오차 및 각오차를 보정하기 위해서는 측정장치를 통해 오차값의 측정이 선행되어야 하는데 종래 다양한 형태의 위치 오차 및 각오차 측정장치가 개시되어 있다.
하지만, 일반적인 측정장치의 경우 상기에서 기술한 회전 구동축의 6가지 오차 요소 즉, X,Y,Z축 방향에 대한 각각의 위치 오차, 각오차를 모두 하나의 측정장치로 측정가능한 기술에 대해서는 개시된 바가 없어 목적하는 측정 오차 대상에 따라 이에 맞는 측정장치를 선택하거나 모든 오차 요소에 대해 측정하고자 할 경우 2가지 이상의 측정장치를 통해 측정하고 있는 실정이다.
이에 따라 6가지 오차 요소를 하나의 장치로서 측정가능함으로써 오차 측정이 용이하고 신속한 준정적 오차 측정장치의 개시가 시급하다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 레이저 구동장치로부터 출력되는 레이저를 제 1스플리터, 제 2스플리터 및 리플렉터가 분광 출력 또는 반사하여 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서에 입력되도록 함으로써 입력되는 레이저의 입력 위치 변화 데이터를 통해 회전하는 구동축의 X,Y,Z축 방향의 위치 오차와 각오차에 대한 모든 오차 정보를 획득할 수 있는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
레이저의 입력위치를 감지하는 위치감지센서를 통해 회전하는 구동축의 X,Y,Z축 방향으로 각각 발생되는 위치 오차 및 X,Y,Z축에 대한 각오차를 측정하는 준정적 오차 측정장치에 있어서, 구동축의 상부면중심에 배치되며 레이저의 입력위치를 감지하는 제 1위치감지센서와; 상기 구동축의 상부측 연장선상으로 제 1위치감지센서와 일정간격 이격 배치되며 구동축과 고정결합되어 동반회전하고 입력되는 레이저를 직진방향과 수평방향으로 분광 출력시켜 상기 제 1위치감지센서가 직진방향의 레이저를 입력받도록 하는 제 1스플리터와; 제 1스플리터로부터 분광 출력되는 수평방향의 레이저를 입력받기 위해 제 1스플리터의 수평 분광방향에 일정간격 이격배치되며 구동축과 고정결합되어 동반회전하는 제 2위치감지센서와; 상기 구동 축의 상부측 연장선상에 위치하되 제 1스플리터 상부로 이격배치되며 입력되는 레이저를 직진방향과 하부 수직방향으로 분광시키는 제 2스플리터와; 상기 제 2스플리터로부터 직진방향의 분광 레이저를 입력받아 상기 제 1위치감지센서로 반사시키는 리플렉터와; 제 2스플리터 및 리플렉터의 동일 배치선상에 위치하며 제 2스플리터를 기준으로 리플렉터의 대향위치에 배치되어 제 2스플리터로 레이저를 조사하는 레이저구동장치; 및 상기 제 2스플리터의 직진방향 또는 수직방향의 분광레이저를 선택적으로 차단하기 위한 차단판;을 포함하여 이루어진다.
여기서 상기 준정적 오차 측정장치는 상기 차단판이 상기 제 2스플리터와 상기 리플렉터 사이에 위치하여 상기 제 2스플리터로부터 분광 출력되는 수평방향의 레이저를 차단함에 따라 제 2스플리터로부터 출력되는 수직방향의 레이저가 제 1스플리터를 통해 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서로 입력되는 제 1단계와, 상기 차단판이 상기 제 2스플리터와 상기 제 1스플리터 사이에 위치하여 상기 제 2스플리터로부터 분광 출력되는 수직방향의 레이저를 차단함에 따라 리플렉터를 통해 레이저가 제 1위치감지센서로 입력되는 제 2단계를 순차적으로 수행하여 측정한다.
아울러 상기 준정적 오차 측정장치는 상기 제 1단계에서 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서에 측정된 레이저 입력위치 변화 데이터를 통해 각각 X축과 Y축 방향으로 발생되는 위치 오차를 획득하며, 상기 제 2단계에서 제 1위치감지센서에 측정된 레이저 입력위치 변화 데이터를 통해 Z축 방향으로 발생되는 위치 오차를 획득한다.
또한 상기 준정적 오차 측정장치는 상기 제 1단계에서 측정된 제 1위치감지 센서와 제 2위치감지센서 간의 레이저 입력위치 변화 데이터의 조합을 통해 X축 및 Y축 방향에 대한 각오차를 획득하고, 제 1단계와 제 2단계를 통해 측정된 각각의 제 1위치감지센서의 레이저 입력위치 변화 데이터의 조합을 통해 Z축 방향에 대한 각오차를 획득한다.
여기서 상기 준정적 오차 측정장치는 다음의 수식을 통해 X,Y,Z축 방향에 대한 위치 오차와, X,Y,Z축 방향에 대한 각오차를 획득한다.
Figure 112009028707861-pat00001
(여기서,
Figure 112009028707861-pat00002
Figure 112009028707861-pat00003
,
Figure 112009028707861-pat00004
θ : 회전 구동축의 회전각도
β : 리플렉터로부터 반사되는 분광레이저의 제 1위치감지센서 입사각
a : 리플렉터로부터 반사되는 분광레이저의 제 1위치감지센서 입사지점과 제 1위치감지센서 중심점 간의 거리
H1 : 구동축과 제 2위치감지센서 간의 최단거리
H2 : 구동축에서 제 2위치감지센서 간의 최단지점과 구동축 중심지점 간의 최단거리
εx, εy, εz : X,Y,Z축 각 방향에 대한 각오차
δx, δy, δz : X,Y,Z축 각 방향에 대한 위치 오차
x1 : 제 1단계에서 제 1위치감지센서의 X방향 출력값
y1 : 제 1단계에서 제 1위치감지센서의 Y방향 출력값
x2 : 제 2단계에서 제 1위치감지센서의 X방향 출력값
y2 : 제 2단계에서 제 1위치감지센서의 Y방향 출력값
x3 : 제 1단계에서 제 2위치감지센서의 X방향 출력값
z3 : 제 1단계에서 제 2위치감지센서의 Z방향 출력값)
본 발명에 따르면 레이저 구동장치로부터 출력되는 레이저를 제 1스플리터, 제 2스플리터의 레이저 분광 조합을 이용하여, 구동축의 회전시 발생하는 각 X,Y,Z축 방향에 대한 위치 오차와 각오차를 즉 6개의 준정적 오차를 하나의 측정장치로 구할 수 있게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 준정적 오차 측정장치에 대해 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 회전구동축의 준정적 오차 측정장치의 제 1단계의 측정과정을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 회전구동축의 준정적 오차 측정장치의 제 2단계의 측정과정을 나타내는 도면이며, 도 3은 Z축 방향에 대한 위치 오차를 설명하는 도면이고, 도 4는 X축 및 Y축 방향에 대한 위치 오차를 설명하는 도면이다.
또한 도 5는 X축 방향에 대한 각오차를 설명하는 도면이며, 도 6은 Z축 방향에 대한 각오차를 설명하는 도면이고, 도 7은 Y축 방향에 대한 각오차를 설명하는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 준정적 오차 측정장치(100)는 구동축(10), 제 1위치감지센서(20), 제 1스플리터(30), 제 2위치감지센서(40), 제 2스플리터(50), 리플렉터(60), 레이저구동장치(70), 차단판(80)으로 구성된다.
여기서 상기 구동축(10)은 회전시 X,Y,Z축 방향으로 변위가 얼마나 발생되는지에 대한 위치 오차와 X,Y,Z축 방향으로 얼마나 비틀어지는지에 대한 각오차를 구하기 위한 대상물로서 단순히 구동축(10)일 수도 있으며, 구동축(10)에 고정결합되는 회전체일 수도 있으나, 본 실시예에서는 구동축(10)으로 가정하여 설명한다.
이러한 상기 구동축(10) 상에는 제 1위치감지센서(20)가 각각 중심점이 일치되도록 고정 배치되는데, 상기 제 1위치감지센서(20)는 입력되는 레이저의 위치 변 화를 수집하여 이를 데이터로 저장하기 위해 마련되며 이러한 제 1위치감지센서(20)로는 PSD(Position Sensitive Detector)가 바람직하다.
상기 제 1위치감지센서(20)에 입력되는 레이저는 제 1스플리터(30)의 직진방향 분광레이저와 리플렉터(60)의 반사 출력되는 레이저가 입력되게 된다.
한편 상기 제 1위치감지센서(20)의 수직방향 상에는 일정간격 이격배치된 제 1스플리터(30)가 구동축(10)과 고정결합되는데, 이러한 고정결합을 위해 별도의 고정바 또는 고정프레임이 구동축(10)과 제 1스플리터(30) 간을 결합시키도록 구성할 수 있다.
이러한 제 1스플리터(30)는 레이저 구동장치(70)로부터 출력되는 레이저가 제 2스플리터(50)에 의해 분광되는 수직방향 성분의 레이저를 입력받아 이를 다시 수평방향 성분의 레이저와 직진방향 성분의 레이저로 분광하기 위해 마련된다.
전술한 바와 같이 제 1스플리터(30)에서 분광된 직진방향 성분의 레이저는 제 1위치감지센서(20)로 입력되게 된다.
또한 구동축(10)이 회전하지 않는 경우에 제 1스플리터(30)로부터 분광되는 직진방향 성분의 레이저는 제 1위치감지센서(20)의 중심점에 입력될 수 있도록 제 1위치감지센서(20)의 중심점과 제 1스플리터(30)의 중심점은 정 수직방향에 배치되어야 함은 물론이다.
아울러 상기 제 1스플리터(30)로부터 분광된 수평방향 성분의 레이저는 제 1스플리터(30)의 수평 분광방향에 일정간격 이격배치되며 구동축(10)과 고정결합되어 동반회전하는 제 2위치감지센서(40)에 입력되는데, 이러한 제 2위치감지센 서(40) 또한 구동축(10)이 회전하지 않는 경우 제 1스플리터(30)로부터 분광되는 수평방향 성분의 레이저가 제 2위치감지센서(20)의 중심점에 입력될 수 있도록 제 2위치감지센서(20)의 중심점과 제 1스플리터(30)의 중심점은 정 수평방향에 배치되어야 할 것이다.
한편 상기 제 1스플리터(30)에 레이저를 입력시킬 수 있도록 상기 제 1스플리터(30) 상부에는 일정간격 이격 배치되는 제 2스플리터(50)가 구비되는데, 제 2스플리터(50) 또한 입력되는 레이저를 직진방향 성분의 레이저와 수직방향 성분의 레이저로 분광시키게 되며, 수직방향 성분의 레이저가 제 1스플리터(30)에 입력되게 된다.
상기 레이저 구동장치(70)와 제 2스플리터(50)는 수평방향 상에 배치되며 레이저 출력 중심점과 제 2스플리터(50)의 중심점은 정 수평방향 상에 위치하며 제 2스플리터(50), 제 1스플리터(30), 제 1위치감지센서(20), 구동축(10) 각각의 중심점이 정 수직방향 상에 배치되도록 위치설정됨은 물론이다.
한편 상기 제 2스플리터(50)로부터 분광 출력되는 직진방향 성분 즉, 수평방향 성분의 레이저는 구동축(10)이 회전하지 않는 경우 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제 1위치감지센서(20)의 중심점으로부터 a만큼 이격된 지점에 조사되도록 리플렉터(60)에 입력되어 반사출력되는데, 이러한 리플렉터(60) 또한 상기 레이저 구동장치(70)와 제 2스플리터(50)의 수평방향 연장선 상에 배치되며 제 2스플리터(50)를 기준으로 레이저 구동장치(70)의 대향방향에 배치됨은 물론이다.
상기 리플렉터(60)로부터 반사되는 레이저와 제 1스플리터(30)로부터 출력되 는 레이저는 모두 제 1위치감지센서(20)에 입력되게 됨으로써 본 발명에 따른 준정적 오차 측정장치(100)에는 제 1위치감지센서(20)의 입력 레이저가 중복되지 않도록 각각 선택적으로 입력받기 위해 차단판(80)이 구비된다.
이러한 차단판(80)은 제 1위치감지센서(20)의 선택적 입력을 위해 상기 제 2스플리터(50)의 직진방향 또는 수직방향의 분광레이저를 선택적으로 차단하도록 배치되게 된다.
이와 같이 본 발명에 따른 준정적 오차 측정장치(100)는 구동축이 가지는 위치 오차와 비틀림에 따른 각오차에 의해 그 오차값이 어느 정도인지 측정하기 위한 것으로서, 보다 구체적으로 말하면 상기 준정적 오차 측정장치(100)에서 구동축(10)이 회전하지 않을 경우에는 레이저 구동장치(70)로부터 출력되는 레이저가 제 1단계에서는 제 1위치감지센서(20)와 제 2위치감지센서(40)의 중심점에 입력되고 제 2단계에서는 중심점으로부터 a만큼 이격되어 입력되게 되나, 구동축(10)이 회전하게 되면 구동축(10)이 가지는 준정적 오차에 의해 레이저의 입력 위치가 변하게 된다.
이러한 레이저 입력 위치 변화 데이터를 획득하여 그 변화값을 산출함으로써 구동축(10)이 X,Y,Z축 방향에 대해 얼마나 변위 이동하였는지, 비틀린 정도는 어떠한지 측정하게 된다.
여기서 상기 위치 오차는 X,Y,Z축 방향으로 각각 발생될 수 있는데, X,Y축 방향으로의 위치 오차측정은 제 1단계에서 제 1위치감지센서(20)와 제 2위치감지센서(40)에 측정된 레이저 입력위치 변화 데이터를 통해 측정할 수 있으며 Z축 방향 으로의 위치 오차측정은 제 2단계에서 제 1위치감지센서(10)에 측정된 레이저 입력위치 변화 데이터를 통해 측정할 수 있다.
또한 X,Y,Z축 방향으로 구동축이 어느 정도 비틀려 있는지를 측정하는 각오차 측정은 X축 방향 각오차와 Y축 방향 각오차의 경우 제 1단계에서 측정된 제 1위치감지센서(20)와 제 2위치감지센서(40) 간의 레이저 입력위치 변화 데이터의 조합을 통해 획득하고, Z축 방향 각오차의 경우 제 1단계와 제 2단계를 통해 측정된 각각의 제 1위치감지센서(20)의 레이저 입력위치 변화 데이터의 조합을 통해 획득할 수 있게 된다.
물론 X,Y,Z 방향 중 하나의 방향으로만 각오차가 존재할 경우에는 각 측정데이터의 조합을 통해 획득할 필요없이 X축의 경우 제 2위치감지센서(40)의 Z축 방향의 위치변화, Y축 방향의 경우 제 2위치감지센서(40)에서의 X축 방향의 위치 변화값만 획득하면 될 것이고, Z축 방향의 경우 제 2단계에서 제 1위치감지센서(20)에서의 위치 변화값만 획득하면 될 것이다.
하지만, 실제적으로는 X,Y,Z축 방향으로 위치 오차와 각오차가 동시에 발생하게 되고 이러한 각각의 오차들이 서로 상호 연관성이 있으므로 어떤 특정 오차를 획득함에 있어 100% 정확한 오차값 획득방법을 글로 설명할 수 없는 어려움이 있다.
따라서 동시에 각각 발생되는 X,Y,Z축 방향의 각오차 및 위치 오차를 정확하게 설명하기 위해서는 하기에서 유도하는 수식이 가장 적절할 것이다.
이하에서는 이러한 제 1위치감지센서(20), 제 2위치감지센서(40)의 입력 데 이터를 통해 X,Y,Z축 방향에 대한 위치 오차 및 각오차를 구하기 위한 수식 유도 과정을 살펴보도록 한다.
우선 유도 과정에 있어 기본적으로 가정되는 사항은 회전하는 구동축(10)과 제 1위치감지센서(20)의 로컬좌표계를 동일하게 설정하고, 기준좌표계는 입력이 0일 때의 회전 구동축의 로컬좌표계와 동일하게 설정한다.
이에 따라 개략적으로 수식 유도과정을 정리하면 우선 기준좌표계를 설정하고, 기준좌표계에 대해 회전구동축의 오차 모델을 만들고, 각각의 제 1, 2위치감지센서에 대해 평면방정식을 유도한 다음 각각의 제 1, 2위치감지센서에 조사되는 레이저 빔의 직선방정식을 유도한다.
그런 다음 유도한 직선과 평면의 교점을 구하고 구한 교점에 대해 각각의 제 1, 2위치감지센서 로컬좌표계로 변환하면 최종 수식이 유도되게 된다.
이를 구체적으로 설명하면,
회전 구동축(기하학적 오차 포함)이 임의의 각으로 회전한 후의 제 1위치감지센서 로컬 좌표계를 기준 좌표계에 대한 변환 행렬로 구해보면,
Figure 112009028707861-pat00005
(1)
(여기서,
θ : 회전 구동축의 회전각도
εx, εy, εz : X,Y,Z축 각 방향에 대한 각오차
δx, δy, δz : X,Y,Z축 각 방향에 대한 위치 오차)
임을 알 수 있다.
또한 회전 구동축(기하학적 오차 포함)이 임의의 각으로 회전한 후의 제 2위치감지센서 로컬 좌표계를 기준 좌표계에 대한 변환행렬로 구해보면,
Figure 112009028707861-pat00006
(2)
(여기서,
H1 : 구동축과 제 2위치감지센서 간의 최단거리
H2 : 구동축에서 제 2위치감지센서 간의 최단지점과 구동축 중심지점 간의 최단거리)
이다.
여기에 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후 제 1위치감지센서의 평면방정식을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00007
(3)
이며, 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후 제 2위치감지센서의 평면방정식을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00008
(4)
이다.
여기서 제 2스플리터에서 제 1위치감지센서에 이르는 레이저의 직선방정식을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00009
Figure 112009028707861-pat00010
(5)
이며, 리플렉터에서 제 1위치감지센서에 이르는 레이저의 직선방정식을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00011
Figure 112009028707861-pat00012
(6)
(여기서
β : 리플렉터로부터 반사되는 분광레이저의 제 1위치감지센서 입사각
a : 리플렉터로부터 반사되는 분광레이저의 제 1위치감지센서 입사지점과 제 1위치감지센서 중심점 간의 거리)
이며, 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후의 제 1스플리터에서 제 2위치감지센서에 이르는 레이저의 직선방정식을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00013
Figure 112009028707861-pat00014
Figure 112009028707861-pat00015
Figure 112009028707861-pat00016
(7)
이다.
여기에 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후의 레이저와 제 1위치감지센서가 만나는 점(식(3)과 식(5)가 만나는 교점)을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00017
(8)
이며, 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후의 기울어진 레이저와 제 1위치감지센서가 만나는 점(식(3)과 식(6)이 만나는 교점)을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00018
(9)
이며, 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후의 수평 레이저와 제 2위치감지센서가 만나는 점(식(4)와 식(7)이 만나는 교점)을 기준좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00019
Figure 112009028707861-pat00020
Figure 112009028707861-pat00021
Figure 112009028707861-pat00022
(10)
이며, 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후의 수직방향의 레이저와 제 1 위치감지센서가 만나는 점(식(3)과 식(5)가 만나는 교점)을 제 1위치감지센서의 로컬좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00023
(11)
이다.
또한 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후의 기울어진 레이저와 제 1위치감지센서가 만나는 점(식(3)과 식(6)이 만나는 교점)을 제 1위치감지센서의 로컬좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00024
(12)
이며, 회전 구동축이 임의의 각으로 회전한 후 수평방향의 레이저와 제 2위치감지센서가 만나는 점(식(4)와 식(7)이 만나는 교점)을 제 2위치감지센서의 로컬좌표계 기준으로 표현하면
Figure 112009028707861-pat00025
(13)
이다.
이에 따라 식(11), 식(12), 식(13)으로부터 아래와 같은 수식을 얻을 수 있다.
Figure 112009028707861-pat00026
Figure 112009028707861-pat00027
Figure 112009028707861-pat00028
,
Figure 112009028707861-pat00029
(여기서
x1 : 제 1단계에서 제 1위치감지센서의 X방향 출력값
y1 : 제 1단계에서 제 1위치감지센서의 Y방향 출력값
x2 : 제 2단계에서 제 1위치감지센서의 X방향 출력값
y2 : 제 2단계에서 제 1위치감지센서의 Y방향 출력값
x3 : 제 1단계에서 제 2위치감지센서의 X방향 출력값
z3 : 제 1단계에서 제 2위치감지센서의 Z방향 출력값)
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 실시예들로 설명되었으나, 이는 예시적 인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 회전구동축의 준정적 오차 측정장치의 제 1단계의 측정과정을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 회전구동축의 준정적 오차 측정장치의 제 2단계의 측정과정을 나타내는 도면.
도 3은 Z축 방향에 대한 위치 오차를 설명하는 도면.
도 4는 X축 및 Y축방향에 대한 위치 오차를 설명하는 도면.
도 5는 X축 방향에 대한 각오차를 설명하는 도면.
도 6은 Z축 방향에 대한 각오차를 설명하는 도면.
도 7은 Y축 방향에 대한 각오차를 설명하는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 구동축 20 : 제 1위치감지센서
30 : 제 1스플리터 40 : 제 2위치감지센서
50 : 제 2스플리터 60 : 리플렉터
70 : 레이저 구동장치 80 : 차단판
100 : 준정적 오차 측정장치

Claims (6)

  1. 레이저의 입력위치를 감지하는 위치감지센서를 통해 회전하는 구동축의 X,Y,Z축 방향으로 각각 발생되는 위치 오차 및 X,Y,Z축에 대한 각오차를 측정하는 준정적 오차 측정장치에 있어서,
    구동축의 상부면중심에 배치되며 레이저의 입력위치를 감지하는 제 1위치감지센서와;
    상기 구동축의 상부측 연장선상으로 제 1위치감지센서와 일정간격 이격 배치되며 구동축과 고정결합되어 동반회전하고 입력되는 레이저를 직진방향과 수평방향으로 분광 출력시켜 상기 제 1위치감지센서가 직진방향의 레이저를 입력받도록 하는 제 1스플리터와;
    제 1스플리터로부터 분광 출력되는 수평방향의 레이저를 입력받기 위해 제 1스플리터의 수평 분광방향에 일정간격 이격배치되며 구동축과 고정결합되어 동반회전하는 제 2위치감지센서와;
    상기 구동축의 상부측 연장선상에 위치하되 제 1스플리터 상부로 이격배치되며 입력되는 레이저를 직진방향과 하부 수직방향으로 분광시키는 제 2스플리터와;
    상기 제 2스플리터로부터 직진방향의 분광 레이저를 입력받아 상기 제 1위치감지센서로 반사시키는 리플렉터와;
    제 2스플리터 및 리플렉터의 동일 배치선상에 위치하며 제 2스플리터를 기준으로 리플렉터의 대향위치에 배치되어 제 2스플리터로 레이저를 조사하는 레이저구 동장치; 및
    상기 제 2스플리터의 직진방향 또는 수직방향의 분광레이저를 선택적으로 차단하기 위한 차단판;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 준정적 오차 측정장치는 상기 차단판이 상기 제 2스플리터와 상기 리플렉터 사이에 위치하여 상기 제 2스플리터로부터 분광 출력되는 수평방향의 레이저를 차단함에 따라 제 2스플리터로부터 출력되는 수직방향의 레이저가 제 1스플리터를 통해 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서로 입력되는 제 1단계와, 상기 차단판이 상기 제 2스플리터와 상기 제 1스플리터 사이에 위치하여 상기 제 2스플리터로부터 분광 출력되는 수직방향의 레이저를 차단함에 따라 리플렉터를 통해 레이저가 제 1위치감지센서로 입력되는 제 2단계를 순차적으로 수행하여 측정하는 것을 특징으로 하는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 준정적 오차 측정장치는 상기 제 1단계에서 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서에 측정된 레이저 입력위치 변화 데이터를 통해 각각 X축과 Y축 방향으 로 발생되는 위치 오차를 획득하는 것을 특징으로 하는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 준정적 오차 측정장치는 상기 제 2단계에서 제 1위치감지센서에 측정된 레이저 입력위치 변화 데이터를 통해 Z축 방향으로 발생되는 위치 오차를 획득하는 것을 특징으로 하는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 준정적 오차 측정장치는 상기 제 1단계에서 측정된 제 1위치감지센서와 제 2위치감지센서 간의 레이저 입력위치 변화 데이터의 조합을 통해 X축 방향 및 Y축 방향에 대한 각오차를 획득하며, 제 1단계와 제 2단계를 통해 측정된 각각의 제 1위치감지센서의 레이저 입력위치 변화 데이터의 조합을 통해 Z축 방향에 대한 각오차를 획득하는 것을 특징으로 하는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치.
  6. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 준정적 오차 측정장치는 다음의 수식을 통해 X,Y,Z축 방향에 대한 위치 오차와, X,Y,Z축 방향에 대한 각오차를 획득하는 것을 특징으로 하는 회전구동축의 준정적 오차 측정장치.
    Figure 112009028707861-pat00030
    (여기서,
    Figure 112009028707861-pat00031
    Figure 112009028707861-pat00032
    ,
    Figure 112009028707861-pat00033
    θ : 회전 구동축의 회전각도
    β : 리플렉터로부터 반사되는 분광레이저의 제 1위치감지센서 입사각
    a : 리플렉터로부터 반사되는 분광레이저의 제 1위치감지센서 입사지점과 제 1위치감지센서 중심점 간의 거리
    H1 : 구동축과 제 2위치감지센서 간의 최단거리
    H2 : 구동축에서 제 2위치감지센서 간의 최단지점과 구동축 중심지점 간의 최단거리
    εx, εy, εz : X,Y,Z축 각 방향에 대한 각오차
    δx, δy, δz : X,Y,Z축 각 방향에 대한 위치 오차
    x1 : 제 1단계에서 제 1위치감지센서의 X방향 출력값
    y1 : 제 1단계에서 제 1위치감지센서의 Y방향 출력값
    x2 : 제 2단계에서 제 1위치감지센서의 X방향 출력값
    y2 : 제 2단계에서 제 1위치감지센서의 Y방향 출력값
    x3 : 제 1단계에서 제 2위치감지센서의 X방향 출력값
    z3 : 제 1단계에서 제 2위치감지센서의 Z방향 출력값)
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