KR20190102442A - Method for measuring geometric errors of 4-axis machine tools - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 4축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 개의 기준볼의 중심점 좌표를 이용하여 위치에 관계없이 일정한 7가지 오차를 측정할 수 있는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a geometric error measuring method of a four-axis machine tool, and more particularly, geometric error of a four-axis machine tool that can measure a constant seven errors regardless of the position by using the coordinates of the center of the two reference balls It relates to a measuring method.
직선축 3개와 회전축 1개로 구성된 4축 공작기계에서, 위치에 관계없이 일정한 기하오차는 7개로 정의되며, 이는 직선축간 직각도 오차 (3개) 및 회전축의 직각도 오차 (2개), 회전축의 옵셋 오차 (2개)를 의미한다.In a four-axis machine tool consisting of three linear axes and one rotary axis, a constant geometric error is defined as seven regardless of position, which means that the linearity error (3) and the perpendicularity error (2) of the rotary axis between the linear axes It means offset error (2).
실제 공작기계의 경우 이런 기하오차에 의해 장비 정밀도가 저하되고 공구와 공작물간의 상대오차를 발생시켜 가공오차로 나타나게 된다. 따라서 가공오차를 줄이기 위해서는 이와 같은 기하오차를 측정하여 보정해야만 한다.In the case of a real machine tool, such a geometric error lowers the precision of the equipment and generates a relative error between the tool and the workpiece, resulting in a machining error. Therefore, in order to reduce the machining error, such geometric error must be measured and corrected.
기하오차를 측정하기 위한 기존 방법은 직각도 미러, 레이저 간섭계, 더블 볼바, R-Test, 가공시편 에 의한 방법이 있다.Conventional methods for measuring geometric errors include rectangular mirrors, laser interferometers, double ballbars, R-tests, and specimens.
직각도 미러에 의한 방법은 직각도 미러 및 변위센서가 필요하고, 직각도 오차를 개별적으로 측정해야 하는 번거로움이 있다. 레이저 간섭계에 의한 방법도 고가의 장비가 필요하고 한번에 하나의 직각도 오차만 측정 가능하며, 직각도 측정을 위한 레이저 정렬 또한 매우 어렵다. 이와 같은 방법들은 모두 직각도 오차만 측정가능하고, 회전축에 관계된 기하오차는 측정할 수 없다.The rectangular mirror method requires a rectangular mirror and a displacement sensor, and it is cumbersome to measure the rectangular error separately. The method using a laser interferometer also requires expensive equipment, and can measure only one squareness error at a time, and the laser alignment for the squareness measurement is very difficult. All of these methods can only measure the squareness error, not the geometric errors related to the axis of rotation.
더블 볼바, R-Test, 가공시편에 의한 방법으로는 한 번에 여러 개의 기하오차 측정이 가능하나, 위에서 정의한 7가지 기하오차를 모두 측정하지는 못한다. 더블 볼바를 이용한 오차 측정은, 더블 볼바를 이용하여 하나의 볼은 스핀들 쪽에, 다른 볼은 테이블 쪽에 설치하며, 양쪽 볼 중심 사이의 거리는 장비의 기하학적 오차에 의해 변화하므로 이를 측정하여 오차를 분리한다. 그러나, 측정거리에 제한이 있으며, 모든 오차를 분리하기 위해서는 여러 번의 측정 셋업을 거쳐야만 한다.Double ballbar, R-Test, and machining specimens can measure several geometric errors at once, but not all of the seven geometric errors defined above. In the error measurement using the double ball bar, one ball is installed on the spindle side and the other ball is installed on the table side using the double ball bar, and the distance between the two ball centers is changed by the geometric error of the equipment, so the error is separated and measured. However, there are limitations to the measurement distance and several measurement setups are required to isolate all errors.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, the object of the present invention is as follows.
첫째, 본 발명은 직선축 3개와 회전축 1개로 구성된 4축 공작기계에서 위치에 관계없이 일정한 기하오차를 동시에 측정 및 분리할 수 있는 오차 측정 방법을 제공하고자 한다. First, the present invention is to provide an error measuring method capable of simultaneously measuring and separating a certain geometric error regardless of position in a four-axis machine tool consisting of three linear axes and one rotation axis.
둘째, 본 발명은 측정오차를 줄일 수 있는 4축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법을 제공하고자 한다.Second, the present invention is to provide a geometric error measuring method of a four-axis machine tool that can reduce the measurement error.
셋째, 본 발명은 장비 초기 설치 시나 사용환경이 변화된 경우, 오차 보정을 위한 장비의 기하학적 오차의 주기적인 측정 방법을 제공하고자 한다.Third, the present invention is to provide a method for periodically measuring the geometric error of the equipment for error correction when the initial installation of the equipment or when the use environment is changed.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 높이가 서로 다른 두 개의 기준볼인 제 1 기준볼과 제 2 기준볼 및 계측부를 이용하여 4축 공작 기계의 기하학적 오차를 측정하는 방법에 있어서, 기준좌표계 구성 단계, 오차 정의 단계, 제 1 실제 엔코더값 산출 단계, 제 2 실제 엔코더값 산출 단계 및 오차 분리 단계를 포함하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of measuring the geometric error of a four-axis machine tool using a first reference ball, a second reference ball and two measuring balls having different heights. Provided are a geometric error measuring method of a four-axis machine tool including a step, an error definition step, a first real encoder value calculation step, a second real encoder value calculation step, and an error separation step.
상기 기준좌표계 구성 단계에서는 기준좌표계를 구성한다.In the step of configuring the reference coordinate system, a reference coordinate system is configured.
상기 오차 정의 단계에서는 4축 장비에 대해 위치와 관계없이 일정한 기하오차를 정의한다.In the error definition step, a certain geometric error is defined for the 4-axis equipment regardless of the position.
상기 제 1 실제 엔코더값 산출 단계와 제 2 실제 엔코더값 산출 단계는 각각 상기 기준좌표계에 대한 상기 기준볼의 좌표값을 구하는 기준볼 좌표 산출 과정, 상기 기준좌표계에 대한 계측부의 좌표값을 구하는 계측부 좌표 산출 과정, 오차가 없는 경우의 이상적 엔코더값을 구하는 이상적 엔코더값 산출 과정, 상기 기준좌표계에 대한 기준볼의 좌표값과 상기 기준좌표계에 대한 계측부의 좌표값을 비교하여 계측부에 대한 기준볼 중심의 상대적 오차량에 따른 엔코더값을 구하는 오차량에 따른 엔코더값 산출 과정, 상기 이상적 엔코더값에 상기 오차량에 따른 엔코더값을 더하여 실제 엔코더값을 구하는 실제 엔코더값 산출 과정을 포함하며, 이를 상기 제 1 기준볼과 상기 제 2 기준볼에 대하여 각각 실행하여 상기 제 1 기준볼과 상기 제 2 기준볼의 실제 엔코더값을 산출한다.The first actual encoder value calculation step and the second actual encoder value calculation step, respectively, the reference ball coordinate calculation process for obtaining the coordinate value of the reference ball for the reference coordinate system, the measurement unit coordinates for obtaining the coordinate value of the measurement unit for the reference coordinate system Calculation process, the process of calculating the ideal encoder value when there is no error, the relative value of the reference ball center to the measurement unit by comparing the coordinate value of the reference ball for the reference coordinate system with the coordinate value of the measurement unit for the reference coordinate system Calculating an encoder value according to an error amount to obtain an encoder value according to an error amount, and calculating an actual encoder value by adding an encoder value according to the error amount to the ideal encoder value to obtain an actual encoder value. The ball of the first reference ball and the second reference ball by executing the ball and the second reference ball respectively The encoder value is calculated.
상기 오차 분리 단계에서는 상기 실제 엔코더값 산출 단계로부터 산출된 제 1 기준볼과 제 2 기준볼에 대한 실제 엔코더값으로부터 복수의 오차 성분을 분리한다.In the error separation step, a plurality of error components are separated from actual encoder values for the first reference ball and the second reference ball calculated from the actual encoder value calculating step.
상기 오차 분리 단계에서는 상기 제 1 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 C축의 X축에 대한 직각도 오차, C축의 Y축에 대한 직각도 오차, X축과 Y축의 직각도 오차를 산출할 수 있다.In the error separation step, a right angle error with respect to the X axis of the C axis, a right angle error with respect to the Y axis of the C axis, and a right angle error between the X axis and the Y axis may be calculated from the actual encoder value of the first reference ball.
그리고, 상기 C축의 X축에 대한 직각도 오차, 상기 C축의 Y축에 대한 직각도 오차, 상기 X축과 Y축의 직각도 오차는 상기 제 1 기준볼 및 상기 제 2 기준볼에 대하여 각각 산출된 값의 평균일 수 있다.The perpendicularity error with respect to the X axis of the C axis, the perpendicularity error with respect to the Y axis of the C axis, and the perpendicularity error between the X axis and the Y axis are respectively calculated with respect to the first reference ball and the second reference ball. It can be the average of the values.
또한, 상기 오차 분리 단계에서는 상기 제 1 기준볼과 상기 제 2 기준볼로부터 산출된 실제 엔코더값으로부터 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차, C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차, X축과 Z축의 직각도 오차 및 Y축과 Z축의 직각도 오차를 산출할 수 있다.In the error separation step, the offset error in the X direction of the C axis, the offset error in the Y direction of the C axis, the perpendicularity of the X axis and the Z axis from the actual encoder value calculated from the first reference ball and the second reference ball. Error and the squareness error of the Y-axis and the Z-axis can be calculated.
상기 계측부가 설치된 Z축의 이동 거리가 기 설정된 값보다 긴 경우 상기 제 2 기준볼의 높이를 변경하여 실제 엔코더값을 여러지점에서 측정한 후 기하오차를 산출하고 이를 평균화하여 사용하면 직각도 오차에 대한 측정정확도를 향상시킬 수 있다.If the moving distance of the Z-axis in which the measurement unit is installed is longer than the preset value, the actual encoder value is measured at various points by changing the height of the second reference ball, and then the geometric error is calculated and averaged to use for the squareness error. It can improve the measurement accuracy.
상기 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차는 상기 제 1 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차와 상기 제 2 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차의 평균값이 될 수 있다.The offset error in the X direction of the C axis is offset in the X direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the first reference ball and the offset in the X direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the second reference ball. It can be the mean value of the errors.
상기 C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차는 상기 제 1 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차와 상기 제 2 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차의 평균값이 될 수 있다.The offset error in the Y direction of the C axis is offset in the Y direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the first reference ball and the offset in the Y direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the second reference ball. It can be the mean value of the errors.
상기 복수의 오차 성분을 구하기 위하여 필요한 상기 제 1, 2 기준볼의 설치 반경, 설치 높이, Y 방향 설치 오차는 실제 엔코더값으로 부터 구할 수 있다.The installation radius, the installation height, and the Y-direction installation error of the first and second reference balls required to obtain the plurality of error components may be obtained from actual encoder values.
상기 복수의 오차 성분은 상기 제 1 기준볼 및 상기 제 2 기준볼의 여러 지점으로부터 측정하고, 이를 평균하여 최종 오차 성분을 산출하여 측정 오차를 최소화할 수 있다.The plurality of error components may be measured from various points of the first reference ball and the second reference ball, and averaged to calculate a final error component to minimize the measurement error.
상기 제 1 기준볼 및 제 2 기준볼은 동시에 사용하지 않고, 제 1 기준볼만을 사용하되 높이를 변경하여 제 2 기준볼로 사용하여 순차적으로 측정할 수 있다.The first reference ball and the second reference ball may not be used at the same time, but only the first reference ball may be used, but the height may be sequentially measured using the second reference ball by changing the height.
상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.Referring to the effects of the present invention configured as described above are as follows.
첫째, 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작기계의 기하학적 오차 측정 방법에 의하면 한번의 측정으로 4축 공작기계에서 위치에 관계없이 일정한 기하오차를 동시에 측정 및 분리할 수 있다.First, according to the method for measuring the geometric error of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, a single geometric error may be simultaneously measured and separated regardless of the position of the four-axis machine tool by one measurement.
둘째, 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에 의하면 기하오차를 측정값의 평균으로부터 계산하여 측정오차를 줄일 수 있다.Second, according to the geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention can calculate the geometric error from the average of the measured value to reduce the measurement error.
셋째, 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에 의하면 기준볼과 계측부는 가격이 저렴하고 측정 시간도 짧으며, 비전문가라도 측정하기 쉽기 때문에 장비 설치 시 또는 사용 환경이 변화된 경우 본 실시예의 측정 방법을 활용하여 주기적으로 기하오차를 측정 및 보정에 활용함으로써 장비의 정밀도를 초기 수준으로 유지할 수 있다.Third, according to the method for measuring the geometric error of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, the reference ball and the measuring part have a low price, a short measuring time, and are easy to measure even by non-professionals. In this case, by using the measurement method of the present embodiment periodically by using the geometric error in the measurement and correction it is possible to maintain the precision of the equipment to the initial level.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법을 위한 제 1 기준볼, 제 2 기준볼 및 계측부의 구성을 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법을 전체적으로 나타내는 순서도;
도 3은 4축 공작기계의 기준좌표계 구성 및 축 구성을 나타내는 도면;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 직선 3축간 직각도 오차를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 회전축에 관계된 기하오차를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법의 일곱 개의 오차를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법 중 실제 엔코더값 산출 단계를 나타내는 순서도;
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법의 원리를 나타내는 도면;
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에서 제 1 기준볼의 Y 방향 설치 오차를 나타내는 도면;
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에서 회전축이 일정 각도씩 회전 할 때 구 기준물의 측정 위치를 나타내는 도면이다.The above summary as well as the detailed description of the preferred embodiments of the present application described below will be better understood when read in connection with the accompanying drawings. Preferred embodiments are shown in the drawings for the purpose of illustrating the invention. However, it should be understood that the present application is not limited to the precise arrangements and instrumentalities shown.
1 is a view showing the configuration of the first reference ball, the second reference ball and the measuring unit for the geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention;
2 is a flow chart generally showing a geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram illustrating a reference coordinate system configuration and an axis configuration of a four-axis machine tool;
4 is a view showing the perpendicularity error between three straight axes of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention;
5 is a view showing a geometric error associated with a rotation axis of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention;
6 is a view showing seven errors of the method for measuring the geometric error of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention;
7 is a flowchart illustrating a step of calculating an actual encoder value in a geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an exemplary embodiment of the present invention;
8 is a view showing the principle of the geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention;
9 is a view showing the installation error in the Y direction of the first reference ball in the geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention;
10 is a view showing a measuring position of the spherical reference when the rotation axis rotates by a predetermined angle in the method for measuring the geometric error of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the accompanying drawings are only described in order to more easily disclose the contents of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the scope of the accompanying drawings that will be readily available to those of ordinary skill in the art. You will know.
그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.In describing the embodiments of the present invention, the same components and the same reference numerals are used for the components having the same functions, and are not completely identical to the components of the prior art.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Also, the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법을 위한 제 1 기준볼, 제 2 기준볼 및 계측부의 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing the configuration of the first reference ball, the second reference ball and the measuring unit for the geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기하학적 오차 측정 방법은 높이가 서로 다른 두 개의 기준볼인 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120) 및 기준볼의 중심을 측정할 수 있는 계측부(200)를 이용하여 기하학적 오차를 측정하는 방법이다.As shown in Figure 1, the geometric error measuring method according to an embodiment of the present invention is the center of the
이하에서는 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)을 이용하여 오차를 측정하는 방법에 대하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 기준볼을 이용하여 먼저 일정 높이에서 첫 번째 측정값을 구하고, 높이를 변경한 후 다시 측정하여 두 번째 측정값을 구할 수도 있다.Hereinafter, a method of measuring an error using the
4축 기계장비는 X-Y-Z-C축으로 구성되므로 C축에 설치된 기준볼의 높이를 축 구동만으로는 변경할 방법이 없다. 따라서 Z축과 X축의 직각도 오차, Z축과 Y축의 직각도 오차, C축의 X 방향으로의 오프셋 오차, C축의 Y 방향으로 오프셋 오차를 구하기 위해서는 높이가 다른 두 개의 볼을 사용해야만 한다.Since 4-axis machine is composed of X-Y-Z-C axis, there is no way to change the height of the reference ball installed on C axis by simply driving the axis. Therefore, two balls of different heights must be used to obtain the squareness error of the Z-axis and the X-axis, the squareness error of the Z-axis and the Y-axis, the offset error of the C-axis in the X direction, and the offset error of the C-axis in the Y direction.
따라서, 오차 측정을 위해서는 회전하는 평판(100)에 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)을 설치한다. 여기서, 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)은 서로 높이가 다르게 설치된다. 그리고, 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)은 180도 간격으로 설치될 수 있다. 여기서, 제 1 기준볼(110)은 0도에, 제 2 기준볼(120)은 180도에 설치될 수 있다. 그리고, 이후 제 1 기준볼(110)을 위주로 오차 계산이 이루어지며, 제 2 기준볼(120)은 높이차를 이용한 오차 유도 및 오프셋 오차 계산에 사용될 수 있다.Therefore, in order to measure the error, the
본 실시예에서는 오차 측정의 편의를 위하여 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)이 180도 간격으로 설치되는 것을 예로 들었으나, 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120) 사이의 각도가 반드시 180도일 필요는 없으며, 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)의 높이가 다르다면 임의의 각도로 설치되어도 무방하다. 여기서, 평판(100)이 회전하는 축이 C축이 되며, 직선 이동하는 3축이 각각 X, Y, Z축이 될 수 있다.In the present exemplary embodiment, the
또한, 본 실시예에서는 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)이 설치되며 C축을 중심으로 회전하는 평판(100)이 Y 방향으로 이동 가능하게 구비되며, 제 1 기준볼(110) 및 제 2 기준볼(120)의 중심점 위치를 측정하기 위한 계측부(200)가 구비되어 X 및 Z 방향으로 이동이 가능하다. 계측부(200)로는 터치프로브나 Position INSPECTOR (MT-check) 등이 적용될 수 있다. 터치프로브는 기준볼의 구 표면을 여러 위치에서 측정하여 중심점 좌표를 계산할 수 있으며, Position INSPECTOR는 3개의 변위센서가 트리니티(Trinity) 형태로 구성되어 있어 한 번에 중심점 좌표를 측정할 수 있다. In addition, in the present embodiment, the
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법을 전체적으로 나타내는 순서도이다. 2 is a flow chart generally showing a geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기하학적 오차 측정 방법은 기준좌표계 구성 단계(S110), 오차 정의 단계(S120), 제 1 실제 엔코더값 산출 단계(S130), 제 2 실제 엔코더값 산출 단계(S140) 및 오차 분리 단계(S150)를 포함한다.As shown in Figure 2, the geometric error measuring method according to an embodiment of the present invention comprises the step of configuring the reference coordinate system (S110), the error definition step (S120), the first actual encoder value calculation step (S130), the second actual An encoder value calculating step S140 and an error separation step S150 are included.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작기계의 기준좌표계 구성을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 직선 3축간 직각도 오차를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 회전축에 관계된 기하오차를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a reference coordinate system configuration of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a view showing the perpendicularity error between the three straight axes of the four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention 5 is a view showing a geometric error related to the axis of rotation of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
기준좌표계 구성 단계(S110)에서는 기준좌표계를 구성한다. 여기서, 도 4 에 도시된 바와 같이 직선 이송축 Y를 기준으로 직선 이송축 X를 나타나기 위해 X축의 Y축에 대한 직각도 오차인 γXY를 사용할 수 있다. 또한, 직선 이송축 Z는 직각도 오차 βZX, αZY 를 이용하여 모델링할 수 있다. 즉, 직선 이송축 X, Y 를 사용하여 기본 평면을 구성하고, 이에 대한 직선 이송축 Z의 방향을 나타내어 기준좌표계를 구성할 수 있다. 본 실시예에서는 좌표계를 단순화 하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 초기상태에서의 C축(회전축) 테이블 상면의 중심점에 기준좌표계를 둘 수 있다.In the reference coordinate system configuration step S110, a reference coordinate system is configured. Here, as shown in FIG. 4, γ XY , which is a perpendicularity error with respect to the Y axis of the X axis, may be used to represent the linear feed axis X based on the linear feed axis Y. In addition, the linear feed axis Z can be modeled using the squareness errors β ZX and α ZY . That is, the basic plane may be configured using the linear feed axes X and Y, and the reference coordinate system may be configured by indicating the direction of the linear feed axes Z. In this embodiment, in order to simplify the coordinate system, as shown in FIG. 3, the reference coordinate system may be placed at the center point of the upper surface of the C-axis (rotation axis) table in the initial state.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법의 일곱 개의 오차를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a view illustrating seven errors of a geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an exemplary embodiment of the present invention. FIG.
오차 정의 단계(S120)에서는 기준좌표계에 대하여 총 일곱 개의 오차가 정의된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일곱 개의 오차는 각각 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차(δCX), C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차(δCY), C축의 X축에 대한 직각도 오차(βCX), C축의 Y축에 대한 직각도 오차(αCY), Z축의 X축에 대한 직각도 오차(βZX), X축의 Y축에 대한 직각도 오차(γXY), Z축의 Y축에 대한 직각도 오차(αZY)로 정의될 수 있다.In the error definition step S120, a total of seven errors are defined with respect to the reference coordinate system. As shown in FIG. 6, the seven errors are offset errors (δ CX ) in the X direction of the C axis, offset errors (δ CY ) in the Y direction of the C axis, and right angle errors (β) with respect to the X axis of the C axis, respectively. CX ), orthogonality error with respect to Y axis of C axis (α CY ), orthogonality error with respect to X axis of Z axis (β ZX ), orthogonality error with respect to Y axis of X axis (γ XY ), Y axis of Z axis Can be defined as the squareness error α ZY .
회전축(C축)이 탑재된 직선축(Y축)과 회전축 사이에는 기준좌표계 중심과 회전축 중심사이의 X 방향과 Y 방향의 중심 오프셋오차 δCX, δCY로 회전축 중심위치가 정의되며, 직선축 Y, X에 대한 회전축(C축)의 자세는 두 직각도 오차 αCY, CX로 정의될 수 있다.The center position of the axis of rotation is defined by the center offset error δ CX , δ CY between the center of the reference coordinate system and the center of the axis of rotation between the linear axis (Y axis) on which the axis of rotation (C) is mounted and the axis of rotation. The attitude of the axis of rotation (C axis) relative to Y and X is two squareness error α CY , Can be defined as CX .
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법 중 실제 엔코더값 산출 단계를 나타내는 순서도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법의 원리를 나타내는 도면이다.7 is a flowchart illustrating a step of calculating an actual encoder value in a geometric error measuring method of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a geometric error measurement of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention. A diagram showing the principle of the method.
도 7에 도시된 바와 같이, 도 2의 제 1 실제 엔코더값 산출 단계(S130)는 기준볼 좌표 산출 과정(P131), 계측부 좌표 산출 과정(P133), 이상적 엔코더값 산출 과정(P135), 오차량에 따른 엔코더값 산출 과정(P137), 실제 엔코더값 산출 과정(P139)을 포함한다.As shown in FIG. 7, the first actual encoder value calculating step S130 of FIG. 2 includes a reference ball coordinate calculation process P131, a measurement unit coordinate calculation process P133, an ideal encoder value calculation process P135, and an error amount. The encoder value calculation process (P137) according to, and the actual encoder value calculation process (P139).
그리고, 도 8에 도시된 바와 같이 초기 측정상태에서 C축을 중심으로 회전하는 평판(100)의 상면 중심에 기준좌표계(Ref.)를 설정하고 계측부(200)가 평판(100) 위에 설치된 제 1 기준볼(110) 중심의 좌표를 측정할 경우 기준좌표계(Ref.)로부터 제 1 기준볼(110)의 중심점과 계측부(200)의 위치를 동차변환행렬(Homogeneous Transformation Maxtrix)을 이용하여 각각 수식적으로 표현할 수 있다. 도 7의 기준볼 좌표 산출 과정(P131)에서는 기준좌표계에 대한 제 1 기준볼(110)의 좌표값을 구할 수 있다. 제 1 기준볼(110)의 좌표값은 아래의 [수학식 1]과 같다.In addition, as shown in FIG. 8, a reference coordinate system (Ref.) Is set at the center of the upper surface of the
이 때, C축이 움직이는 Y축 상에 설치되므로 기준좌표계의 원점은 초기 상태에서의 C축의 중심으로 설정하여 고정해야 하며, 기준좌표계의 XY평면 구성 시 Y축을 기준으로 하여 직각도 오차 γXY만을 이용하여 구성할 수 있다. C축에 대한 제 1 기준볼(110)의 위치를 나타내는 벡터에서, H1은 제 1 기준볼(110)의 높이이고, ΔwY1은 제 1 기준볼(110)의 Y 방향 설치 오차(도 9 참조), R1은 제 1 기준볼(110)의 설치 반경이다. X 방향의 설치오차 ΔwX1은 반경 R1에 포함되므로 따로 오차를 정의하지는 않는다.At this time, since the C axis is installed on the moving Y axis, the origin of the reference coordinate system should be set and fixed as the center of the C axis in the initial state. When constructing the XY plane of the reference coordinate system, only the perpendicular error γ XY is determined based on the Y axis. It can be configured using. In the vector representing the position of the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에서 제 1 기준볼(110)의 Y축 설치 오차를 나타내는 도면이다.9 is a view showing the Y-axis installation error of the
또한, 계측부 좌표 산출 과정(P133)에서는 기준좌표계에 대한 계측부(200)의 좌표값을 구할 수 있다.In addition, in the measurement unit coordinate calculation process P133, the coordinate value of the
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법에서 회전축이 일정 각도씩 회전 할 때 기준볼의 측정 위치를 나타내는 도면이다.10 is a view showing the measurement position of the reference ball when the rotation axis rotates by a predetermined angle in the method for measuring the geometric error of a four-axis machine tool according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이. 제 1 기준볼(110)이 설치된 평판(100)이 일정 각도씩 회전하는 경우, 각 측정위치에서 제 1 기준볼(110)의 중심을 계측부(200)로 각각 측정할 수 있다.As shown in FIG. When the
계측부(200)의 좌표값은 아래의 [수학식 2]와 같이 산출될 수 있다.The coordinate value of the
계측부 좌표 산출 과정(P133)에서도 마찬가지로, C축이 움직이는 Y축 상에 설치되므로 기준좌표계의 원점은 초기 상태에서의 C축의 중심으로 설정하여 고정해야 하며, 기준좌표계의 XY평면 구성 시 Y축을 기준으로 하여 직각도 오차 γXY만을 이용하여 구성할 수 있다. 또한, 여기서 (tX, tY, tZ)는 Z축에 대한 계측부(200)의 좌표점으로, C축 중심에 기준좌표계를 두고 모든 좌표축과 계측부를 일치시켰으므로 모두 0이 될 수 있다.Similarly in the measurement unit coordinate calculation process (P133), since the C axis is installed on the moving Y axis, the origin of the reference coordinate system should be set and fixed to the center of the C axis in the initial state, and when the XY plane of the reference coordinate system is configured, Can be configured using only the squareness error γ XY . In addition, (t X , t Y , t Z ) is a coordinate point of the
이하, 상기와 같이 산출된 제 1 기준볼(110)의 좌표 및 계측부(200)의 좌표를 이용하여 X, Y, Z축의 엔코더값을 유도할 수 있다. 여기서 엔코더값은 계측부(200)가 제 1 기준볼(110)을 터치하기 위하여 필요한 각 축의 이동량을 의미할 수 있다.Hereinafter, the encoder values of the X, Y, and Z axes may be derived by using the coordinates of the
먼저, 이상적 엔코더값 산출 과정(P135)에서는 오차가 존재하지 않는 경우의 엔코더값을 구한다. 이상적인 경우, 즉 오차가 없는 경우에는 제 1 기준볼(110)의 위치와 계측부(200)의 위치가 일치해야 한다. [수학식 3]과 [수학식 4]는 각각 기준좌표계에 대한 제 1 기준볼(110)의 위치 및 계측부(200)의 위치이다.First, in the ideal encoder value calculation process (P135), the encoder value when no error exists is obtained. In an ideal case, that is, when there is no error, the position of the
오차가 없는 경우에는 이 두 값이 일치해야 한다. 즉, RPbc,1=RPprobe가 성립해야 한다. 따라서, 제 1 기준볼(110)에 대한 계측부(200)의 상대적인 위치인 probePbc,1는 아래의 [수학식 5]와 같다.If there are no errors, these two values must match. That is, R P bc, 1 = R P probe must be established. Therefore, probe P bc, 1, which is a relative position of the
따라서, 계측부(200)를 제 1 기준볼(110)에 일치시키기 위해 필요한 각 축의 이상적인 이동량은 [수학식 6]과 같다.Therefore, the ideal amount of movement of each axis required to match the
이를 오차 벡터의 관점에서 접근하면 제 1 기준볼(110)에 대한 계측부(200)의 상대적인 위치인 probePbc,1는 아래의 [수학식 7]과 같다.Approaching this from the perspective of the error vector, probe P bc, 1, which is a relative position of the
이상적인 경우, 즉 오차가 존재하지 않는 경우에는 probePbc,1값이 0이 되어야 하므로, 오차 벡터의 관점에서 접근하여도 결과적으로 [수학식 5] 및 [수학식 6]이 도출될 수 있다.In an ideal case, that is, when there is no error , the value of probe P bc, 1 should be 0, so that Equation 5 and Equation 6 can be derived as a result of approaching from the viewpoint of the error vector.
그러나, 실제로는 오차가 존재하기 때문에 오차량에 따른 엔코더값 산출 과정(P137)에서는 기준좌표계에 대한 제 1 기준볼(110)의 좌표값과 기준좌표계에 대한 계측부(200)의 좌표값을 비교하여 계측부(200)에 대한 제 1 기준볼(110) 중심의 상대적 오차량에 따른 엔코더값을 구할 수 있다.However, since an error actually exists, the encoder value calculation process according to the error amount (P137) compares the coordinate value of the
오차가 있는 경우에도 실제 엔코더값을 구하기 위해서는 계측부(200)가 제 1 기준볼(110)을 터치해야 하므로, 기준좌표계에 대한 제 1 기준볼(110)과 계측부(200)의 위치는 동일해야 한다. 즉, RPbc,1=RPprobe이다. [수학식 7]을 참조하여 이를 식으로 나타내면 아래의 [수학식 8]과 같다. 여기서 x1, y1, z1은 계측부(200)가 제 1 기준볼(110)을 터치하기 위해 필요한 각 축의 이동량, 즉 엔코더값을 의미한다고 볼 수 있다.Even if there is an error, in order to obtain the actual encoder value, the
다른 방법으로 접근해보면, 오차가 존재하는 경우 계측부(200)에 대한 제 1 기준볼(110)의 상대적인 오차량인 probePbc,1을 구한 후, 이 값만큼 추가로 움직여서 각 축의 이동량을 계산할 수 있다. [수학식 7]을 참조하여 이를 식으로 나타내면 아래의 [수학식 9]와 같다.In another approach, if there is an error, the probe P bc, 1, which is a relative error amount of the
[수학식 9]의 probePbc,1은 계측부(200)에 대한 제 1 기준볼(110) 중심의 상대적 오차량을 의미하는 것으로, 이상적인 경우 이 값은 0이지만, 실제로는 기하 오차에 의해 이 값만큼 추가 오차량이 발생할 수 있다. 즉, 계측부(200)가 제 1 기준볼(110)을 터치하려면 이 값만큼 추가로 움직여야 한다. Probe P bc, 1 in [Equation 9] refers to the relative error amount of the center of the
실제 엔코더값 산출 과정(P139)에서는 이상적 엔코더값에 오차량에 따른 엔코더값을 더하여 실제 엔코더값을 구할 수 있다. 다시 말하면, 이상적인 엔코더 값을 mideal,1이라 하고, 기하오차에 의해 각 축이 추가로 움직여야 하는 값을 Δm1이라 하고, 실제 엔코더 값을 mreal,1이라 할 때, mreal,1= mideal,1+ Δm1이 될 수 있다. mideal,1, Δm1 , mreal,1은 [수학식 10], [수학식 11], [수학식 12]로 나타낼 수 있다.In the actual encoder value calculation process (P139), the actual encoder value may be obtained by adding the encoder value according to the error amount to the ideal encoder value. In other words, when the ideal encoder value is m ideal, 1 and the value that each axis needs to move additionally by geometric error is Δm 1 , and the real encoder value is m real, 1 , m real, 1 = m ideal, 1 + Δm 1 . m ideal, 1, Δm 1 , m real, 1 may be represented by Equation 10, Equation 11, and Equation 12.
단, 여기서 기하오차에 의해 각 축이 추가로 움직여야 하는 값을 구할 때, 제 1 기준볼(110)과 계측부(200)가 어느 축에 설치되었는가를 고려해야 한다. 도 3에서와 같이 계측부(200)가 X 와 Z 방향으로만 이동이 가능한 경우, Y 방향으로 움직이기 위해서는 계측부(200)가 아닌 C축에 설치된 기준볼이 움직여야만 한다. 따라서 계측부(200)가 Y 방향으로 움직여야하는 값인 Δm1을 구할 때는 - probePbc,1,y을 이용해야 한다.However, when obtaining a value that each axis should be further moved by the geometric error, it should be considered in which axis the
[수학식 12]에서 산출된 값이 기준좌표계에 대해 정의되어 계측부가 제 1 기준볼(110)을 측정하기 위해 움직여야 하는 X, Y, Z 축의 엔코더 값이며, 이 세 개의 엔코더값에 구하고자 하는 7개 기하오차 성분이 모두 포함되어 있다. The value calculated in [Equation 12] is defined for the reference coordinate system and is the encoder value of the X, Y, and Z axes that the measurement unit must move to measure the
이하, 제 2 기준볼(120)에 대해서도 제 1 기준볼(110)의 실제 엔코더 값을 구한 것과 같이 제 2 실제 엔코더값 산출 단계(S140)를 실시하여 실제 엔코더 값을 산출할 수 있다. 제 2 기준볼(120)의 실제 엔코더 값을 구하는 과정은 제 1 기준볼(110)의 엔코더 값을 구하는 것과 동일하므로 이에 대한 상세한 계산식은 생략한다.Hereinafter, the actual encoder value may be calculated by performing the second actual encoder value calculating step S140 in the same manner as the actual encoder value of the
제 2 기준볼(120)에 대한 실제 엔코더 값은 아래의 [수학식 13]과 같다.The actual encoder value for the
그리고, 오차 분리 단계(S150)에서는 [수학식 12] 및 [수학식 13]에서 산출된 제 1 기준볼(110) 및 제 2 기준볼(120)에 대한 실제 엔코더 값으로부터 일곱 개의 오차 성분을 분리해낼 수 있다.In the error separation step S150, seven error components are separated from actual encoder values of the
먼저, X축의 Y축에 대한 직각도 오차(γXY)는 [수학식 12]에 [수학식 14]와 같은 삼각함수 공식을 적용하면 [수학식 15]와 같이 산출될 수 있다. First, the squareness error (γ XY ) of the X-axis to the Y-axis can be calculated as shown in [Equation 15] by applying a trigonometric formula such as [Equation 14] to [Equation 12].
여기서, c1은 회전각도, n은 측정 개수(=360/c1), R1은 제 1 기준볼(110)의 설치 반경, ΔwY1은 제 1 기준볼(110)의 Y축 설치 오차를 나타낸다. R1 및 ΔwY1은 마찬가지로 [수학식 12]에 삼각함수 공식을 적용하여 [수학식 16]과 같이 산출된다. R1 은 X축에 대한 엔코더값 및 Y축에 대한 엔코더값으로부터 각각 구할 수 있으며, 이 둘을 평균하여 사용할 수도 있다. Here, c 1 is the rotation angle, n is the number of measurements (= 360 / c 1 ), R 1 is the installation radius of the
또한, C축의 Y축에 대한 직각도 오차(αCY)와 C축의 X축에 대한 직각도 오차( CX)는 [수학식 17] 로부터 산출될 수 있다.Also, the right angle error (α CY ) with respect to the Y axis of the C axis and the right angle error with respect to the X axis of the C axis ( CX ) can be calculated from Equation 17.
또한, X축의 Y축에 대한 직각도 오차(γXY), C축의 Y축에 대한 직각도 오차(αCY)와 C축의 X축에 대한 직각도 오차( CX)는 같은 방법을 이용하여 제 2 기준볼(120)을 이용하여 구할 수도 있으며, 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)에 대해 구해진 값을 평균하여 사용할 수도 있다. In addition, the right angle error (γ XY ) of the X axis of the Y axis, the right angle error of the C axis of the Y axis (α CY ) and the right angle error of the C axis of the X axis ( CX ) may be obtained using the
한편, 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)로부터 측정된 값을 동시에 사용하여 Z축의 X축에 대한 직각도 오차( ZX), Z축의 Y축에 대한 직각도 오차(αZY), C축의 X 방향으로의 오프셋 오차(δCX), C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차(δCY)를 산출할 수 있다.On the other hand, by using the values measured from the
먼저, [수학식 12] 및 [수학식 13]의 mreal,1값과 mreal,2값으로부터 [수학식 18]을 도출할 수 있다.First, Equation 18 may be derived from m real, 1 and m real, 2 values of Equations 12 and 13.
그리고, [수학식 18]으로부터 Z축의 X축에 대한 직각도 오차( ZX), Z축의 Y축에 대한 직각도 오차(αZY)가 계산될 수 있다. Z축의 X축에 대한 직각도 오차( ZX), Z축의 Y축에 대한 직각도 오차(αZY)는 [수학식 19]와 같이 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)의 높이차로부터 구할 수 있다.And, from [Equation 18], the squareness error with respect to the X axis of the Z axis ( ZX ), the squareness error α ZY with respect to the Y-axis of the Z-axis may be calculated. Squareness error with respect to the X axis of the Z axis ( ZX ), the squareness error (α ZY ) with respect to the Y-axis of the Z-axis can be obtained from the height difference between the
[수학식 19]에서 볼 수 있듯이, Z축의 X축에 대한 직각도 오차(βZX), Z축의 Y축에 대한 직각도 오차(αZY)는 높이가 다른 두 기준볼을 이용하여 측정이 가능하며, 수직(Z)축의 이송거리가 기 설정된 값보다 긴 경우 [수학식 20]과 같이 상기 기준볼의 높이를 p번 변경하여 실제 엔코더 값을 여러 지점에서 측정한 후 기하오차를 산출하고 이를 평균하여 사용하면 직각도 오차에 대한 측정정확도를 향상시킬 수 있다. As shown in [Equation 19], the perpendicular error (β ZX ) with respect to the X axis of the Z axis and the perpendicular error (α ZY ) with respect to the Y axis of the Z axis can be measured using two reference balls having different heights. If the feed distance of the vertical (Z) axis is longer than the preset value, change the height of the reference ball p times as shown in [Equation 20], measure the actual encoder value at various points, calculate the geometric error, and average In order to improve the measurement accuracy of the squareness error.
또한, C축의 X 방향으로의 오프셋 오차(δCX), C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차(δCY)는 제 1 기준볼(110)로부터 측정된 값과 제 2 기준볼(120)로부터 측정된 값을 이용하여 각각 산출하거나, 측정오차를 줄이기 위해 이를 평균하여 산출할 수 있다. 먼저, 제 1 기준볼(110)로부터 측정된 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차(δCX), C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차(δCY)는 [수학식 21]과 같으며, 제 2 기준볼(120)로부터 구해진 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차(δCX), C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차(δCY) 또한 이와 동일한 방법으로 계산한다.In addition, the offset error (δ CX ) in the X direction of the C axis and the offset error (δ CY ) in the Y direction of the C axis are measured from the
그리고, 제 1 기준볼(110)과 제 2 기준볼(120)로부터 최종적으로 산출된 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차(δCX), C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차(δCY)는 [수학식 22]와 같이 평균하여 사용할 수 있다.The offset error (δ CX ) in the X direction of the C axis and the offset error (δ CY ) in the Y direction of the C axis are finally calculated from the
이상과 같이 제 1 기준볼(110), 제 2 기준볼(120) 및 계측부(200)를 이용하여 4축 공작 기계의 기하학적 오차를 측정하는 방법에 대하여 살펴보았다.As described above, the method of measuring the geometric error of the four-axis machine tool using the
앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.In addition to the embodiments described above, the fact that the present invention can be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope will be apparent to those skilled in the art. Therefore, the above-described embodiments should be regarded as illustrative rather than restrictive, and thus, the present invention is not limited to the above description and may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.
100: 평판
110: 제 1 기준볼
120: 제 2 기준볼
200: 계측부100: reputation
110: first reference ball
120: second reference ball
200: measurement unit
Claims (10)
기준좌표계를 구성하는 기준좌표계 구성 단계;
4축 장비에 대한 복수의 오차를 정의하는 오차 정의 단계;
상기 기준좌표계에 대한 상기 기준볼의 좌표값을 구하는 기준볼 좌표 산출 과정, 상기 기준좌표계에 대한 계측부의 좌표값을 구하는 계측부 좌표 산출 과정, 오차가 없는 경우의 이상적 엔코더값을 구하는 이상적 엔코더값 산출 과정, 상기 기준좌표계에 대한 기준볼의 좌표값과 상기 기준좌표계에 대한 계측부의 좌표값을 비교하여 계측부에 대한 기준볼 중심의 상대적 오차량에 따른 엔코더값을 구하는 오차량에 따른 엔코더값 산출 과정, 상기 이상적 엔코더값에 상기 오차량에 따른 엔코더값을 더하여 실제 엔코더값을 구하는 실제 엔코더값 산출 과정을 포함하며, 이를 상기 제 1 기준볼과 상기 제 2 기준볼에 대하여 각각 실행하여 상기 제 1 기준볼과 상기 제 2 기준볼의 실제 엔코더값을 산출하는 제 1 실제 엔코더값 산출 단계와 제 2 실제 엔코더값 산출 단계; 및
상기 실제 엔코더값 산출 단계로부터 산출된 제 1 기준볼과 제 2 기준볼에 대한 실제 엔코더값으로부터 복수의 오차 성분을 분리하는 오차 분리 단계;
를 포함하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.In the method of measuring the geometric error of a four-axis machine tool using a first reference ball, a second reference ball and the measuring unit, two reference balls of different heights,
A step of constructing a reference coordinate system constituting the reference coordinate system;
An error definition step of defining a plurality of errors for four-axis equipment;
A reference ball coordinate calculation process for obtaining a coordinate value of the reference ball with respect to the reference coordinate system, a measurement unit coordinate calculation process for obtaining a coordinate value of the measurement unit with respect to the reference coordinate system, an ideal encoder value calculation process for obtaining an ideal encoder value when there is no error A process of calculating an encoder value according to an error amount by comparing the coordinate value of the reference ball with respect to the reference coordinate system and the coordinate value of the measurement unit with respect to the reference coordinate system to obtain an encoder value according to the relative error amount of the reference ball center with respect to the measurement unit. And calculating an actual encoder value by adding an encoder value according to the error amount to an ideal encoder value, and performing the first encoder ball and the second reference ball, respectively, to calculate the actual encoder value. A first actual encoder value calculating step of calculating an actual encoder value of the second reference ball and a second actual encoder value Output stage; And
An error separation step of separating a plurality of error components from actual encoder values for the first reference ball and the second reference ball calculated from the actual encoder value calculating step;
Geometric error measurement method of a four-axis machine tool comprising a.
상기 오차 분리 단계에서는,
상기 제 1 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 C축의 X축에 대한 직각도 오차, C축의 Y축에 대한 직각도 오차, X축과 Y축의 직각도 오차를 산출하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 1,
In the error separation step,
Geometric error measurement method of a four-axis machine tool to calculate the right angle error with respect to the X axis of the C axis, the right angle error with respect to the Y axis of the C axis, the right angle error between the X axis and the Y axis from the actual encoder value of the first reference ball .
상기 C축의 X축에 대한 직각도 오차, 상기 C축의 Y축에 대한 직각도 오차, 상기 X축과 Y축의 직각도 오차는 상기 제 1 기준볼 및 상기 제 2 기준볼에 대하여 각각 산출된 값의 평균인 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 2,
The perpendicularity error with respect to the X axis of the C axis, the perpendicularity error with respect to the Y axis of the C axis, and the perpendicularity error of the X axis and the Y axis are each calculated from the values calculated for the first reference ball and the second reference ball. Method of measuring the geometric error of an average 4-axis machine tool.
상기 오차 분리 단계에서는,
상기 제 1 기준볼과 상기 제 2 기준볼로부터 산출된 실제 엔코더값으로부터 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차, C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차, X축과 Z축의 직각도 오차 및 Y축과 Z축의 직각도 오차를 산출하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 2,
In the error separation step,
Offset error in the X direction of the C axis, offset error in the Y direction of the C axis, orthogonality error of the X and Z axes, and Y and Z axes of the actual encoder values calculated from the first and second reference balls. Method of measuring geometric error of 4-axis machine tool for calculating squareness error.
상기 X축과 Z축의 직각도 오차 및 상기 Y축과 Z축의 직각도 오차는 상기 제 1 기준볼 및 상기 제 2 기준볼의 높이차를 이용하여 산출하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 4, wherein
The perpendicularity error between the X-axis and the Z-axis and the perpendicularity error between the Y-axis and the Z-axis are calculated using the height difference between the first reference ball and the second reference ball.
상기 계측부가 설치된 Z축의 이동 거리가 기 설정된 값보다 긴 경우, 상기 기준볼의 높이를 변경하여 실제 엔코더값을 여러지점에서 측정한 후 기하오차를 산출하고 이를 평균하여 측정 오차를 최소화하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 5,
If the moving distance of the Z-axis in which the measuring unit is installed is longer than a preset value, the four-axis machining is performed by changing the height of the reference ball to measure the actual encoder value at various points, calculating the geometrical error, and averaging it to minimize the measurement error. Method of measuring geometrical error of the machine.
상기 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차는 상기 제 1 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차와 상기 제 2 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 X 방향으로의 오프셋 오차의 평균값인 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 4, wherein
The offset error in the X direction of the C axis is offset in the X direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the first reference ball and the offset in the X direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the second reference ball. Method of measuring the geometric error of a four-axis machine tool, which is the average value of the errors.
상기 C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차는 상기 제 1 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차와 상기 제 2 기준볼의 실제 엔코더값으로부터 산출된 C축의 Y 방향으로의 오프셋 오차의 평균값인 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 4, wherein
The offset error in the Y direction of the C axis is offset in the Y direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the first reference ball and the offset in the Y direction of the C axis calculated from the actual encoder value of the second reference ball. Method of measuring the geometric error of a four-axis machine tool, which is the average value of the errors.
상기 복수의 오차 성분을 구하기 위하여 필요한 상기 제 1, 2 기준볼의 설치 반경, 설치 높이, Y 방향 설치 오차는 실제 엔코더값으로부터 구하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 1,
And a mounting radius, mounting height, and Y-direction mounting error of the first and second reference balls required to obtain the plurality of error components are calculated from actual encoder values.
상기 복수의 오차 성분은 상기 제 1 기준볼 및 상기 제 2 기준볼의 여러 지점으로부터 측정하고, 이를 평균하여 최종 오차 성분을 산출하여 측정 오차를 최소화하는 4축 공작 기계의 기하학적 오차 측정 방법.The method of claim 1,
The plurality of error components are measured from several points of the first reference ball and the second reference ball, the average error is calculated to calculate the final error component to minimize the measurement error geometric error method of a four-axis machine tool.
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