KR101184310B1 - Active compensated spindle, rotational accuracy compensating method using the same, and machining device having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스핀들 하우징과, 상기 스핀들 하우징 내에 상대 회전 가능하게 설치되며 구동기에 의해 회전 구동되는 샤프트와, 상기 스핀들 하우징과 샤프트의 사이에 설치되며 전기신호의 인가에 의해 상기 스핀들 하우징과 샤프트 사이에 자기력을 발생시키는 전자석 유닛과, 상기 샤프트의 일측에 설치되며, 상기 샤프트의 회전 구동시 상기 샤프트의 회전 각도를 측정하는 로터리 센서와, 상기 샤프트의 회전 각도에 따른 회전 정밀도의 보정 정보를 포함하는 데이터부, 및 상기 샤프트의 회전 각도마다 상기 회전 각도에 대응되는 제어력이 상기 샤프트에 인가되도록 상기 로터리 센서 및 데이터부의 정보를 근거로 상기 전자석 유닛에 제어 신호를 인가하는 제어부를 포함하는 능동 보정형 스핀들 및 이를 구비하는 가공장치에 관한 것으로서, 샤프트의 회전 각도마다 샤프트에 계속적으로 제어력을 인가함으로써 스핀들의 회전 정밀도를 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a spindle housing, a shaft rotatably installed in the spindle housing, the shaft being driven by a driver, and installed between the spindle housing and the shaft and between the spindle housing and the shaft by application of an electrical signal. Electromagnet unit for generating a; and a rotary sensor installed on one side of the shaft, the rotary sensor for measuring the rotational angle of the shaft during the rotational drive of the shaft, and a data portion including correction information of the rotational precision according to the rotational angle of the shaft And a controller configured to apply a control signal to the electromagnet unit based on the information of the rotary sensor and the data unit such that a control force corresponding to the rotation angle is applied to the shaft at each rotation angle of the shaft. The present invention relates to a processing apparatus provided with a shaft By each angle of rotation is applied to continuously control the shaft it is possible to improve the rotational accuracy of the spindle.
Description
본 발명은 샤프트의 회전 구동시 회전 정밀도의 향상을 위해 샤프트에 제어력을 인가하도록 구성되는 능동 보정형 스핀들과 이를 이용한 회전 정밀도 보정 방법, 및 이를 구비하는 가공장치에 관한 것이다.The present invention relates to an active correction spindle configured to apply a control force to the shaft to improve the rotational accuracy during rotational drive of the shaft, a rotational precision correction method using the same, and a machining apparatus having the same.
선반 등의 가공장치에 사용되는 스핀들은 가공대상을 설정된 속도로 회전시키기 위한 장치를 말한다. 예를 들어, 선반의 경우 공작물을 스핀들에 고정시켜 회전시키고, 공구대에 설치된 가공 툴에 절삭 깊이와 이송을 주어 공작물을 절삭하게 된다.The spindle used in a machining apparatus such as a lathe refers to an apparatus for rotating a machining object at a set speed. For example, in the case of a lathe, the workpiece is fixed to the spindle and rotated, and the cutting depth and the feed are given to the machining tool installed on the tool bar to cut the workpiece.
최근 가공대상의 크기가 초소형화됨에 따라 스핀들의 회전 정밀도가 중요한 문제로 부각되고 있다. 회전 정밀도의 향상을 위해 공기 베어링 등을 사용하고 있으나, 공기 베어링 등을 사용한다고 하여도 제작상의 오류나 기술에 따라 어느 정도의 회전 오차의 발생을 피할 수 없다.Recently, as the size of the object to be processed is miniaturized, the rotational accuracy of the spindle has emerged as an important problem. Air bearings and the like are used to improve rotational accuracy. However, even when air bearings and the like are used, a certain amount of rotational errors cannot be avoided due to manufacturing errors or techniques.
그럼에도 수십 나노미터 이하의 가공정밀도를 요구하는 경우에는 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 능동적인 보정이 필요하며, 이러한 스핀들의 능동 보정에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.Nevertheless, if a precision of several tens of nanometers or less is required, active calibration is required to overcome these technical limitations, and various studies on active compensation of such a spindle have been conducted.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 샤프트의 회전 각도마다 샤프트에 계속적으로 제어력을 인가함으로써 스핀들의 회전 정밀도를 향상시키기 위한 것이다.The present invention has been made in view of the above, and is intended to improve the rotational accuracy of the spindle by continuously applying a control force to the shaft at every rotational angle of the shaft.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 스핀들 하우징과, 상기 스핀들 하우징 내에 상대 회전 가능하게 설치되며 구동기에 의해 회전 구동되는 샤프트와, 상기 스핀들 하우징과 샤프트의 사이에 설치되며 전기신호의 인가에 의해 상기 스핀들 하우징과 샤프트 사이에 자기력을 발생시키는 전자석 유닛과, 상기 샤프트의 일측에 설치되며, 상기 샤프트의 회전 구동시 상기 샤프트의 회전 각도를 측정하는 로터리 센서와, 상기 샤프트의 회전 각도에 따른 회전 정밀도의 보정 정보를 포함하는 데이터부, 및 상기 샤프트의 회전 각도마다 상기 회전 각도에 대응되는 제어력이 상기 샤프트에 인가되도록 상기 로터리 센서 및 데이터부의 정보를 근거로 상기 전자석 유닛에 제어 신호를 인가하는 제어부를 포함하는 능동 보정형 스핀들 및 이를 구비하는 선반을 개시한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a spindle housing, a shaft rotatably installed in the spindle housing and driven by a driver, and installed between the spindle housing and the shaft and by the application of an electrical signal. An electromagnet unit for generating a magnetic force between the spindle housing and the shaft, a rotary sensor installed at one side of the shaft, and measuring a rotational angle of the shaft during the rotational drive of the shaft, and a rotational precision according to the rotational angle of the shaft. A data unit including correction information, and a controller configured to apply a control signal to the electromagnet unit based on the information of the rotary sensor and the data unit such that a control force corresponding to the rotation angle is applied to the shaft for each rotation angle of the shaft. Active compensation spindle and lathe with same It discloses.
상기 전자석 유닛은 상기 스핀들 하우징의 내벽에 설치되며 코일에 의해 감겨진 자기코어와, 상기 샤프트의 외주면에 설치되며 상기 제1자기코어와 마주하는 위치에 배치되는 자성 물질의 로터코어를 포함하고, 상기 제어부는 상기 코일에 인가되는 전류량 또는 전류의 방향을 조절하여 상기 자기코어에서 발생하는 자기장의 세기 또는 방향을 조절하도록 구성 가능하다.The electromagnet unit includes a magnetic core installed on an inner wall of the spindle housing and wound by a coil, and a rotor core installed on an outer circumferential surface of the shaft and disposed at a position facing the first magnetic core. The controller may be configured to adjust the strength or direction of the magnetic field generated in the magnetic core by adjusting the current amount or the direction of the current applied to the coil.
상기 자기코어의 선단에는 상기 로터코어에 대해 기준 자기력을 발생시키는 링 형태의 영구자석이 추가적으로 설치될 수 있다.At the front end of the magnetic core may be additionally provided with a ring-shaped permanent magnet for generating a reference magnetic force for the rotor core.
상기 제어부에는 상기 구동기에 제어 신호를 인가하는 구동기 제어부가 추가로 연결될 수 있으며, 이러한 경우, 구동기 제어부는 상기 로터리 센서의 측정 정보를 인가받아 상기 제어부로 인가하도록 구성될 수 있다.The controller may be further connected to the controller for applying a control signal to the driver, in this case, the driver controller may be configured to receive the measurement information of the rotary sensor to apply to the controller.
상기 스핀들 하우징의 선단에는 상기 로터 코어와 마주하도록 설치되는 자성체 재질의 커버가 설치될 수 있다.A cover made of a magnetic material may be installed at the front end of the spindle housing so as to face the rotor core.
한편, 본 발명은 상기 능동 보정형 스핀들을 이용한 회전 정밀도의 보정 방법에 있어서, 상기 샤프트의 회전 각도에 따른 편심 오차를 측정하여 회전 정밀도의 보정 정보를 산출하는 단계와, 상기 샤프트를 회전 구동시키고, 상기 샤프트의 회전 구동시 상기 샤프트의 회전 각도를 측정하는 단계, 및 상기 로터리 센서 및 데이터부의 정보를 근거로 상기 샤프트의 회전 각도마다 상기 회전 각도에 대응되는 제어력을 상기 샤프트에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들을 이용한 회전 정밀도의 보정 방법을 개시한다.On the other hand, the present invention in the rotation accuracy correction method using the active correction type spindle, the step of calculating the correction information of the rotation accuracy by measuring the eccentric error according to the rotation angle of the shaft, and drives the shaft to rotate, Measuring a rotational angle of the shaft when the shaft is rotated, and applying a control force corresponding to the rotational angle to each of the rotational angles of the shaft based on information of the rotary sensor and the data unit; Disclosed is a method for correcting rotation accuracy using an active correction spindle.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 샤프트의 회전 각도마다 그에 대응되는 제어력이 가변적으로 인가될 수 있는 바, 회전 정밀도의 보정 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention having the above configuration, the control force corresponding to the rotation angle of the shaft can be applied variably, it is possible to improve the correction performance of the rotation accuracy.
또한, 상기와 같은 구성의 의하면, 전자석 유닛의 각 코일에 인가되는 전류들을 조절함으로써 샤프트에 가해지는 3축 방향 제어력의 정밀한 제어가 가능하다.In addition, according to the configuration as described above, it is possible to precise control of the three-axis direction control force applied to the shaft by adjusting the currents applied to each coil of the electromagnet unit.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 보정형 스핀들의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 능동 보정형 스핀들의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 보정형 스핀들의 블록 구성도.
도 4는 전자석 유닛이 장착된 선단 하우징을 후방에서 바라본 도면.
도 5는 도 2에 도시된 전자석 유닛의 확대 단면도.
도 6은 샤프트의 회전 각도에 따른 편심 오차를 나타내는 그래프.1 is a perspective view of an active calibrated spindle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the active calibrated spindle shown in FIG. 1. FIG.
Figure 3 is a block diagram of an active correction spindle according to an embodiment of the present invention.
4 is a view from the rear of the tip housing to which the electromagnet unit is mounted;
5 is an enlarged cross-sectional view of the electromagnet unit shown in FIG. 2.
6 is a graph showing an eccentric error according to the rotation angle of the shaft.
이하, 본 발명과 관련된 능동 보정형 스핀들과 이를 이용한 회전 정밀도 보정 방법, 및 이를 구비하는 선반에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, an active correction spindle according to the present invention, a rotation precision correction method using the same, and a lathe having the same will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 보정형 스핀들의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 능동 보정형 스핀들의 단면도이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동 보정형 스핀들의 블록 구성도이다.1 is a perspective view of an active compensation spindle according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the active compensation spindle shown in FIG. And, Figure 3 is a block diagram of an active correction spindle according to an embodiment of the present invention.
도 1 내지 3을 참조하면, 능동 보정형 스핀들(100)은 스핀들 하우징(110), 샤프트(120), 구동기(130), 전자석 유닛(140), 로터리 센서(150), 데이터부(160), 및 제어부(170)를 포함한다.1 to 3, the
스핀들 하우징(110)은 스핀들의 외관을 구성하며, 샤프트(120)를 회전 가능하게 수용하는 기능을 한다. 스핀들 하우징(110)은 실린더 형태의 복수의 하우징들이 조립되어 구성될 수 있으며, 본 실시예는 제1 및 제2중간 하우징(111,112), 선단 하우징(113), 및 후단 하우징(114)이 조립된 형태를 예시하고 있다. 제1중간 하우징(111)의 하측에는 스핀들 하우징(110)을 지지하기 위한 서포트(116)가 설치된다. 서포트(116)는 가공장치 또는 측정장치 등의 설치면에 고정될 수 있는 구조를 가진다.The
샤프트(120)는 스핀들 하우징(110) 내에 상대 회전 가능하게 설치되며, 샤프트(120)의 일단은 공작물과 결합될 수 있게 구성된다. 샤프트(120)가 회전함에 따라 공작물도 샤프트(120)와 함께 회전되게 된다. The
샤프트(120)와 제1중간 하우징(111)의 사이에는 저널 베어링(117)이 설치될 수 있으며, 제1 및 제2중간 하우징(111,112)에는 샤프트(120)의 축 방향(Z축 방향) 하중을 지지하는 스러스트 베어링(118)이 설치될 수 있다.The journal bearing 117 may be installed between the
구동기(130)는 샤프트(120)의 일단에 설치되며, 샤프트(120)를 회전 구동시킨다. 구동기(130)는 전기 모터의 형태로서, 샤프트(120) 단부의 외주면에 결합되게 된다. The
전자석 유닛(140)은 스핀들 하우징(110)과 샤프트(120)의 사이에 설치되며, 전기신호의 인가에 의해 스핀들 하우징(110)과 샤프트(120) 사이에 자기력을 발생시키는 기능을 한다. 구동기(130)가 샤프트(120)의 일단에 설치되는 경우, 전자석 유닛은 샤프트의 타단에 설치 가능하다. 예를 들어, 구동기(130)는 제1중간 하우징(111)의 후단 쪽에 설치될 수 있으며, 전자석 유닛(140)은 구동기(130)의 반대쪽, 즉, 선단 하우징(113)에 설치 가능하다.The
도 4는 전자석 유닛이 장착된 선단 하우징을 후방에서 바라본 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 전자석 유닛의 확대 단면도이다.4 is a rear view of the tip housing on which the electromagnet unit is mounted, and FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the electromagnet unit shown in FIG. 2.
전자석 유닛(140)은 스핀들 하우징(110)의 내벽에 설치된 자기코어(141 내지 144)와, 샤프트(120)의 외주면에 설치되는 로터코어(145)를 포함할 수 있다.The
자기코어(141 내지 144)는 선단 하우징(113)의 내벽에 설치되며, 샤프트(120) 방향으로 연장되는 로드의 형태를 갖는다. 자기코어(141 내지 144)는 코일(141a 내지 144a)에 의해 감겨지며, 코일(141a 내지 144a)에 전류가 흐름에 따라 자기장을 발생시킨다. 자기코어(141 내지 144)는 철심 형태로 형성되거나, 자성 물질이 적층된 적층형 코어의 형태로 형성 가능하다.The
자기코어(141 내지 144)는 Y축 방향을 따라 한 쌍으로 설치되는 제1 및 제2자기코어(141,142)와, X축 방향을 따라 한 쌍으로 설치되는 제3 및 제4자기코어(143,144)를 포함한다. 제1 및 제2자기코어(141,142)는 Y축 방향을 따라 샤프트(120)의 양측에 배치되고, 제3 및 제4자기코어(143,144)는 X축 방향을 따라 샤프트(120)의 양측에 배치된다. The
로터코어(145)는 자기코어(141 내지 144)와 마찬가지로 자성 물질로 형성되며, 자기코어(141 내지 144)와 마주하는 위치에 배치된다. 로터코어(145)는 샤프트(120)의 외주면을 감싸는 링 형태로서, 샤프트(120)의 외주면에 고정된다. 샤프트(120)가 회전함에 따라, 로터코어(145)는 자기코어(141 내지 144)에 대해 상대회전하는 구조를 갖는다.The
자기코어(141 내지 144)에 감겨진 코일(141a 내지 144a)에 전류가 흐름에 따라 자기코어(141 내지 144)에 자기장이 발생하게 되며, 자기코어(141 내지 144)와 로터코어(145) 사이에 자기장에 의한 인력이 발생하며, 이는 샤프트(120)에 대한 외력으로서 작용한다. As a current flows in the
도 4 및 5에 따르면, 제1 및 제2자기코어(141,142)에 의해 발생하는 자기장(B1)이 표시되어 있다. 제1 및 제2자기코어(141,142)에서 발생한 자기장은 샤프트(120)의 외곽을 따르는 루프 형태로 형성된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제3 및 제4자기코어(143,144)도 이와 유사한 형태의 자기장을 발생시킨다.4 and 5, the magnetic field B1 generated by the first and second
코일(141a 내지 144a)에 흐르는 전류를 조절함으로써 자기코어(141 내지 144)와 로터코어(145) 사이의 인력을 조절할 수 있다. 제1 및 제2자기코어(141,142)에 감겨진 코일(141a,142a)에 인가되는 전류량, 전류의 방향을 조절함으로써 Y축 방향의 외력의 크기 및 방향을 조절할 수 있다. 또한, 제3 및 제4자기코어(143,144)에 감겨진 코일(143a,144a)에 인가되는 전류량, 전류의 방향을 조절함으로써 X축 방향의 외력의 크기 및 방향을 조절할 수 있다. The attractive force between the
자기코어(141 내지 144)의 선단에는 로터코어(145)에 대해 기준 자기력을 발생시키는 영구자석(148)이 설치될 수 있다. 본 실시예는 영구자석(148)이 원형 링 형태로 형성된 것을 예시하고 있다. 영구자석(148)은 그 양면에 각각 N극과 S극을 갖는다. 영구자석(148)은 자기코어(141 내지 144) 및 코일(141a 내지 144a)에 전류가 인가되지 않는 경우에도 일정 크기의 자기장을 발생하고 있다.
영구자석(148)의 형태는 링 형태에 한정되는 것은 아니며, 영구자석(148)은 독립적인 구조(예를 들어, 사각형의 형태)로서 각 자기코어(141 내지 144)의 선단에 각각 설치될 수도 있다. The shape of the
도 5에는 영구자석(148)에 의해 발생하는 자기장(B2,B3)이 표시되어 있다. 이에 의하면, 영구자석(148)의 일면에서 나온 자기력선은 자기코어(141 내지 144), 로터코어(145)를 거쳐 그 타면으로 들어가고 있다. 이와 같은 자기장에 의해, 스핀들 하우징(110)과 샤프트(120) 사이에는 일정한 자기력이 발생하고 있다.5 shows the magnetic fields B2 and B3 generated by the
영구자석(148)은 스핀들 하우징(110)과 샤프트(120)의 사이의 외력 제어에 있어서 필수적인 구성은 아니나, 영구자석(148)을 설치함으로써 자기코어(141 내지 144)에 인가되는 전류량을 줄일 수 있으며, 전류량의 조절 또한 용이하게 할 수 있다.The
자기코어(141 내지 144)와 영구자석(148) 사이에는 자기코어(141 내지 144)의 고정을 위한 고정링(146)이 설치될 수 있으며, 로터코어(145)의 선단에도 고정링(147)이 설치될 수 있다 이들 고정링들(146,147)은 스틸 등의 자성체로 형성 가능하.A fixing
스핀들 하우징(110)의 선단에는 자성체 재질(예를 들어, 스틸 재질)의 커버(115)가 설치된다. 커버(115)는 선단 하우징(113)의 선단에 고정되며, 샤프트(120)는 커버(115)의 외부로 노출된다. 커버(115)는 로터코어(145)가 설치된 부분과 마주하는 면을 갖도록 설치된다. 자기코어(141 내지 144)에서 발생한 자기장들 중 일부는 Z축 방향으로 몰리게 되며, 이에 의해 발생한 자기력은 의해 로터코어(145)와 커버(115) 사이에 상대적인 외력을 발생시킨다. 따라서, 자기코어(141 내지 144)에서 발생하는 자기장을 조절함으로써 샤프트(120)의 Z축 방향 외력 또한 조절 가능하다.A
다시 도 2를 참조하면, 로터리 센서(150)는 샤프트(120)의 일측에 설치되며, 샤프트(120)의 회전 구동시 샤프트(120)의 회전 각도를 측정한다. 로터리 센서(150)는 구동기(130)의 일측에 설치되며, 다양한 형태의 로터리 인코더(rotary encoder)로 구현 가능하다.Referring back to FIG. 2, the
데이터부(160)는 샤프트(120)의 회전 각도에 따른 회전 정밀도의 보정에 관한 정보를 저장하는 기능을 하며, 메모리 등 정보를 저장할 수 있는 형태를 갖는다. 회전 정밀도의 보정 정보는 샤프트(120)의 편심 오차를 미리 측정하여 검출할 수 있다. 샤프트(120)에 센서를 부착하고 구동기(130)로 샤프트(120)를 회전시켜 샤프트(120)의 편심 오차를 측정한다.The
도 6은 샤프트의 회전 각도에 따른 편심 오차를 나타내는 그래프이다. 6 is a graph showing an eccentric error according to the rotation angle of the shaft.
도 6의 그래프의 실선은 해당 각도에서 기준 위치(점선)으로부터 편심된 거리를 나타내며, 이에 따르면 샤프트(120)의 회전 각도마다 편심 거리는 불규칙적으로 가변됨을 알 수 있다. 이러한 그래프는 3축 센서를 이용하여 X, Y, Z축 방향에 대해 각각 얻을 수 있다. The solid line in the graph of FIG. 6 represents an eccentric distance from the reference position (dotted line) at the corresponding angle, and accordingly, it can be seen that the eccentric distance varies irregularly for each rotation angle of the
본 발명에 의하면, 상기와 같은 편심 오차를 제거할 수 있도록 샤프트(120)에 외력을 가하여 회전 정밀도를 보상한다. 즉, 샤프트(120)의 회전 각도마다 샤프트(120)의 변위를 미리 산출한 후, 해당 각도마다 샤프트(120)의 편심을 보상할 수 있는 방향으로 외력을 가한다. 도 4와 같은 편심 오차를 근거로 샤프트(120)에 가해 주어야 하는 외력을 X, Y, Z축 방향 별로 산출할 수 있으며, 이로부터 각 코일(141a 내지 144a)에 인가해야 하는 전류량 및 전류 방향을 산출할 수 있다. 이와 같이 산출된 정보는 데이터부(160)에 저장되며, 이는 기설정된 알고리즘에 의해 자동으로 계산되어 저장될 수 있다.According to the present invention, the rotational accuracy is compensated by applying an external force to the
제어부(170)는 로터리 센서(150) 및 데이터부(160)에 전기적으로 연결되며, 이들에서 인가되는 정보를 근거로 전자석 유닛(140)에 제어 신호를 인가한다. The
제어부(170)는 각 코일(141a 내지 144a)에 인가되는 전류량 또는 전류 방향을 조절함으로써, 샤프트(120)의 회전 각도마다 그 회전 각도에 대응되는 제어력이 샤프트(120)에 인가되도록 한다. 여기서, 제어부(170)는 제1 내지 제4자기코어(141 내지 144)에 감긴 코일(141a 내지 144a)에 개별적으로 제어신호를 인가한다. The
참고로, 제어부(170)는 각 코일(141a 내지 144a)에 전류를 공급하는 구성을 포함하는 개념이다. 다만, 제어부(170)와 전자석 유닛(140) 사이에 전류 공급을 위한 전류 공급부가 별도로 구비되는 것도 가능하며, 이러한 경우 제어부(170)는 전류 공급부의 동작을 제어하게 된다.For reference, the
제어부(170)에는 구동기(130)를 제어하기 위한 구동기 제어부(175)가 연결될 수 있다. 구동기 제어부(175)는 샤프트(120)의 회전 구동시 로터리 센서(150)의 측정 정보(회전 각도)를 계속적으로(또는, 일정 각도마다) 인가 받으며, 이를 제어부(170)에 인가한다. 제어부(170)는 로터리 센서(150)에서 인가받은 회전 각도와, 해당 회전 각도에서의 보정 정보(즉, 각 코일에 인가해야 할 전류에 대한 정보)를 매칭시킨 후, 각 회전 각도에 대응되는 전류가 각 코일(141a 내지 144a)에 인가되도록 한다.The
샤프트(120)가 한 바퀴 회전하는 동안 도 6의 그래프와 같이 샤프트(120)의 편심 위치는 불규칙적으로 변하는 경우, 제어부(170)는 샤프트(120)의 회전각에 따라 샤프트(120)에 가변적인 제어력이 지속적으로 가해질 수 있도록 한다.When the eccentric position of the
본 실시예에서는 구동기(130)의 제어를 위한 구동기 제어부(175)가 별도로 구비된 것을 예시하고 있으나, 구동기 제어부(175)가 제어부(170)와 일체로 구성되는 것도 가능하다 할 것이다.In the present exemplary embodiment, the
본 발명의 능동 보정형 스핀들을 이용하여 회전 정밀도를 보정하는 방법은 다음과 같다.The method of correcting the rotation accuracy using the active correction spindle of the present invention is as follows.
먼저, 앞서 설명된 바와 같이 센서를 이용하여 샤프트(120)의 회전 각도에 따른 편심 오차를 측정하여 회전 정밀도의 보정 정보를 산출한다. 이러한 보정 정보는 샤프트(120)의 회전각도마다 각 코일(141a 내지 144a)에 인가되어야 전류량 및 전류 방향을 포함하며, 이는 데이터부(160)에 저장되어 제어부(170)로 인가된다.First, as described above, the correction information of the rotation precision is calculated by measuring the eccentricity error according to the rotation angle of the
다음으로, 샤프트(120)를 회전 구동시키고, 샤프트(120)의 회전 구동시 샤프트(120)의 회전 각도를 측정한다. 로터리 센서(150)에서 검출된 회전 각도에 대한 정보는 계속적으로(또는, 기설정된 시간 간격을 두고) 제어부(170)에 인가된다.Next, the
다음으로, 데이터부(160)의 보정 정보와 샤프트(120)의 회전 정보를 매칭하여 샤프트(120)의 회전 각도마다 그에 대응되는 제어신호가 전자석 유닛(140)에 인가되도록 함으로써, 각 회전 각도에 대응되는 제어력이 샤프트(120)에 인가되도록 한다. 이러한 과정은 샤프트(120)가 계속 회전할 때마다 계속적으로 반복되게 되며, 회전 각도마다 그에 대응되는 제어력이 가변적으로 인가될 수 있는 바, 회전 정밀도의 보정 성능을 향상시킬 수 있다.Next, the correction information of the
이상에서 설명된 능동 보정형 스핀들(100)은 가공대상을 가공 또는 측정하기 위한 가공장치, 측정장치 등에 적용 가능하다. 가공장치(또는 측정장치)는 능동 보정형 스핀들(100)을 사용하여 가공대상(또는 측정대상)을 회전시키고, 공구모듈(또는 측정모듈)을 사용하여 회전되는 가공대상(또는 측정대상)을 절삭(또는 측정)하는 구조를 갖는다. 본 발명의 능동 보정형 스핀들(100)은 초정밀 선반, 레이저 가공기, 측정기 등 다양한 장치에 적용 가능하다.The
이상에서는 본 발명에 따른 능동 보정형 스핀들과 이를 이용한 회전 정밀도 보정 방법, 및 이를 구비하는 가공장치에 대해 첨부한 도면들을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
In the above described with reference to the accompanying drawings, the active correction spindle according to the present invention, a rotation precision correction method using the same, and a processing apparatus having the same, the present invention is limited by the embodiments and drawings disclosed herein Various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention.
Claims (11)
상기 스핀들 하우징 내에 상대 회전 가능하게 설치되며, 구동기에 의해 회전 구동되는 샤프트;
상기 스핀들 하우징과 샤프트의 사이에 설치되며, 전기신호의 인가에 의해 상기 스핀들 하우징과 샤프트 사이에 자기력을 발생시키는 전자석 유닛;
상기 샤프트의 일측에 설치되며, 상기 샤프트의 회전 구동시 상기 샤프트의 회전 각도를 측정하는 로터리 센서;
상기 샤프트의 회전 각도에 따른 회전 정밀도의 보정 정보를 포함하는 데이터부; 및
상기 샤프트의 회전 각도마다 상기 회전 각도에 대응되는 제어력이 상기 샤프트에 인가되도록 상기 로터리 센서 및 데이터부의 정보를 근거로 상기 전자석 유닛에 제어 신호를 인가하는 제어부를 포함하고,
상기 회전 각도에 대응되는 제어력과 관련된 정보는 기측정된 상기 샤프트의 회전 각도에 대응되는 편심 오차를 근거로 산출되어 상기 데이터부에 미리 저장되며,
상기 제어부는 상기 데이터부에 저장된 상기 제어력과 관련된 정보와 상기 로터리 센서로부터 인가받은 샤프트의 회전 각도를 매칭하여 상기 샤프트의 회전 각도에 대응되는 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.Spindle housing;
A shaft rotatably installed in the spindle housing and rotatably driven by a driver;
An electromagnet unit installed between the spindle housing and the shaft and generating a magnetic force between the spindle housing and the shaft by application of an electrical signal;
A rotary sensor installed at one side of the shaft and measuring a rotation angle of the shaft when the shaft is driven to rotate;
A data unit including correction information of rotation accuracy according to the rotation angle of the shaft; And
A control unit for applying a control signal to the electromagnet unit based on the information of the rotary sensor and the data unit such that a control force corresponding to the rotation angle is applied to the shaft at each rotation angle of the shaft,
Information related to the control force corresponding to the rotation angle is calculated based on an eccentric error corresponding to the rotation angle of the shaft measured in advance, and stored in advance in the data unit,
And the control unit outputs a control signal corresponding to the rotation angle of the shaft by matching the rotation angle of the shaft applied from the rotary sensor with the information related to the control force stored in the data unit.
상기 스핀들 하우징의 내벽에 설치되며, 코일에 의해 감겨진 자기코어;
상기 샤프트의 외주면에 설치되며, 상기 자기코어와 마주하는 위치에 배치되는 자성 물질의 로터코어를 포함하고,
상기 제어부는 상기 코일에 인가되는 전류량 또는 전류의 방향을 조절하여 상기 자기코어에서 발생하는 자기장의 세기 또는 방향을 조절하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 1, wherein the electromagnet unit,
A magnetic core installed on an inner wall of the spindle housing and wound by a coil;
Is installed on the outer circumferential surface of the shaft, comprising a rotor core of a magnetic material disposed in a position facing the magnetic core,
And the controller controls the strength or direction of the magnetic field generated in the magnetic core by adjusting the current amount or the direction of the current applied to the coil.
Y축 방향을 따라 한 쌍으로 설치되는 제1 및 제2자기코어; 및
X축 방향을 따라 한 쌍으로 설치되는 제3 및 제4자기코어를 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 내지 제4자기코어에 개별적으로 제어신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 2, wherein the magnetic core,
First and second magnetic cores installed in pairs along the Y-axis direction; And
It includes a third and fourth magnetic core installed in pairs along the X axis direction,
And the controller is configured to apply a control signal to the first to fourth magnetic cores individually.
상기 로터 코어는 상기 샤프트의 외주면을 감싸는 링 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 2,
And the rotor core has a ring shape surrounding the outer circumferential surface of the shaft.
상기 회전 정밀도의 보정 정보는 상기 자기코어에 가해져야 할 전류에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 2,
And the rotation accuracy correction information includes information on a current to be applied to the magnetic core.
상기 자기코어의 선단에 설치되며, 상기 로터코어에 대해 기준 자기력을 발생시키는 영구자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 2,
And a permanent magnet installed at the front end of the magnetic core, the permanent magnet generating a reference magnetic force with respect to the rotor core.
상기 스핀들 하우징의 선단에 상기 로터 코어와 마주하도록 설치되는 커버를 더 포함하고,
상기 커버는 상기 제1 내지 제4자기코어에서 발생하는 자기장 조절을 통해 상기 샤프트의 Z축 방향 외력을 조절할 있도록 자성체 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 3,
Further comprising a cover installed to the front end of the spindle housing facing the rotor core,
The cover has an active compensation spindle, characterized in that having a magnetic material to adjust the external force in the Z-axis direction of the shaft through the magnetic field control generated in the first to fourth magnetic core.
상기 구동기는 상기 샤프트의 일단에 설치되며,
상기 전자석 유닛은 상기 샤프트의 타단에 설치되는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 1,
The driver is installed at one end of the shaft,
And the electromagnet unit is installed at the other end of the shaft.
상기 구동기에 제어 신호를 인가하며, 상기 로터리 센서의 측정 정보를 인가받아 상기 제어부로 인가하는 구동기 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들.The method of claim 1,
And a driver controller for applying a control signal to the driver and receiving the measurement information of the rotary sensor and applying the measured information to the controller.
상기 샤프트의 회전 각도에 따른 편심 오차를 측정하여 회전 정밀도의 보정 정보를 산출하는 단계;
상기 샤프트를 회전 구동시키고, 상기 샤프트의 회전 구동시 상기 샤프트의 회전 각도를 측정하는 단계; 및
상기 데이터부에 저장된 상기 제어력과 관련된 정보와 상기 로터리 센서로부터 인가받은 샤프트의 회전 각도를 매칭하여, 상기 샤프트의 회전 각도마다 상기 회전 각도에 대응되는 제어력을 상기 샤프트에 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 능동 보정형 스핀들을 이용한 회전 정밀도의 보정 방법.In the method of correcting the rotation accuracy using the active correction spindle according to any one of claims 1 to 9,
Calculating correction information of rotation accuracy by measuring an eccentric error according to the rotation angle of the shaft;
Driving the shaft in rotation and measuring a rotational angle of the shaft when the shaft is in rotation; And
And matching a rotation angle of the shaft applied from the rotary sensor with information related to the control force stored in the data unit, and applying a control force corresponding to the rotation angle to the shaft for each rotation angle of the shaft. Rotation accuracy correction method using an active correction type spindle.
상기 가공대상의 가공시 상기 가공대상을 회전시키기 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항을 따르는 능동 보정형 스핀들을 포함하는 가공장치.A tool module for cutting the processing object; And
A processing apparatus comprising an active compensation spindle according to any one of claims 1 to 9 for rotating the object to be processed when the object is to be processed.
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