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KR102781135B1 - 연삭기 센터링 게이지 - Google Patents

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KR102781135B1
KR102781135B1 KR1020247017360A KR20247017360A KR102781135B1 KR 102781135 B1 KR102781135 B1 KR 102781135B1 KR 1020247017360 A KR1020247017360 A KR 1020247017360A KR 20247017360 A KR20247017360 A KR 20247017360A KR 102781135 B1 KR102781135 B1 KR 102781135B1
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fork
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티모시 더블유. 하익스
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파이브 랜디스 코포레이션
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)

Abstract

연삭기용 작업편 센터링 게이지는 연삭기와 결합하도록 구성된 제1 피봇을 갖는 링크; 제1 피봇에서 링크의 각도를 측정하는 제1 인코더; 링크에 포함된 제2 피봇; 세장형 작업편의 외부 표면과 해제 가능하게 접촉하도록 구성된 측정 포크; 작업편 직경을 측정하는 측정 포크에 포함된 변환기를 갖는 표면 필러; 측정 포크에 대한 링크의 각도 위치를 측정하는 제2 인코더를 포함하고; 제1 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 제2 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 및 측정된 작업편 직경은 중심선으로부터의 세장형 작업편의 편차를 결정하는 데 사용된다.

Description

연삭기 센터링 게이지
본 출원은 작업편 연삭에 관한 것이며, 특히 연삭기를 사용하여 작업편 위치를 측정하는 것에 관한 것이다.
연삭기를 사용하여 세장형 작업편의 외부 표면을 성형할 수 있다. 예를 들어, 크랭크샤프트와 같은 세장형 작업편은 헤드스톡(headstock)과 풋스톡(footstock)으로 유지될 수 있다. 세장형 작업편은 정의된 양의 재료를 제거하고 정밀하게 성형된 표면을 생성하기 위해 하나 이상의 연삭 휠이 작업편의 외부 표면과 맞물릴 때 단단히 유지되고 회전될 수 있다. 기계에 의해 수행되는 연삭 프로세스에는 세장형 작업편과 연삭 휠(들)을 모두 정밀하게 위치시키는 작업 및 작업편의 표면에 대한 연삭 휠의 위치를 제어하여 재료를 매우 정확하게 제거하고 표면을 생성하는 작업이 수반된다. 그러나, 연삭 휠(들)과 헤드스톡 및 풋스톡의 공간적 위치에 대한 정확한 지식이 있어도, 약간의 오류가 존재할 수 있다. 이 오류를 감소시킨 시스템을 구현하는 것이 도움이 될 것이다.
일 구현에서, 연삭기용 작업편 센터링 게이지는 연삭기와 결합되도록 구성된 제1 피봇을 갖는 링크; 제1 피봇에서 링크의 각도를 측정하는 제1 인코더; 링크에 포함된 제2 피봇; 세장형 작업편의 외부 표면과 해제 가능하게 접촉하도록 구성된 측정 포크; 작업편 직경을 측정하는 측정 포크에 포함된 변환기를 갖는 표면 필러(feeler); 측정 포크에 대한 링크의 각도 위치를 측정하는 제2 인코더를 포함하고; 제1 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 제2 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 및 측정된 작업편 직경은 중심선으로부터의 세장형 작업편의 편차를 결정하는 데 사용된다.
다른 구현에서, 하나 이상의 연삭 휠을 갖춘 연삭기는 세장형 작업편을 해제 가능하게 유지하고 세장형 작업편을 종방향 축을 중심으로 회전시키도록 구성된 작업편 홀더; 및 작업편 센터링 게이지를 포함하고, 작업편 센터링 게이지는, 연삭기와 결합하도록 구성된 제1 피봇을 갖는 링크; 제1 피봇에서 링크의 각도를 측정하는 제1 인코더; 링크에 포함된 제2 피봇; 작업편의 외부 표면과 해제 가능하게 접촉하도록 구성된 측정 포크; 작업편 직경을 측정하는 측정 포크에 포함된 변환기; 및 측정 포크에 대한 링크의 각도 위치를 측정하는 제2 인코더를 포함하고, 제1 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 제2 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 및 작업편 직경 크기는 중심으로부터의 세장형 작업편의 편차를 결정하는 데 사용된다.
도 1은 작업편 센터링 게이지를 갖는 연삭기의 구현을 도시하는 사시도이고;
도 2는 작업편 센터링 게이지를 갖는 연삭기 구현의 일부를 도시하는 사시도이고;
도 3은 작업편 센터링 게이지를 갖는 연삭기의 구현을 도시하는 다른 사시도이고;
도 4는 작업편 센터링 게이지를 갖는 연삭기의 구현의 일부를 도시하는 다른 사시도이고;
도 5는 작업편 센터링 게이지의 구현을 도시하는 부분 분해도이고;
도 6은 작업편 센터링 게이지의 구현을 도시하는 프로파일도이고;
도 7은 작업편 센터링 게이지의 구현을 도시하는 다른 프로파일도이고;
도 8은 작업편 센터링 게이지의 구현에 의해 결정된 측정 방식을 도시하는 수학적 도면이고;
도 9는 작업편 센터링 게이지의 구현을 도시하는 다른 프로파일도이다.
연삭기는 원위 단부에 측정 포크가 부착되어 있는, 고정된 위치에 장착된 연결 장치를 포함하는 작업편 센터링 게이지를 포함할 수 있다. 측정 포크에는 작업편 크기를 결정하기 위한 변환기를 갖는 표면 필러가 포함된다. 작업편 센터링 게이지에는 적어도 링크, 측정 포크, 표면 필러, 및 적어도 2개의 피봇 가능한 조인트가 포함되며, 각각의 조인트에는 인코더가 통합된다. 예를 들어, 작업편 센터링 게이지는 링크의 일 단부에서 연삭기에 고정식으로 부착된 제1 피봇을 포함할 수 있다. 링크의 원위 단부에 위치된 제2 피봇은 측정 포크에 피봇 가능하게 부착될 수 있으며, 측정 포크는 작업편의 표면과 접촉하여 작업편 중심선의 실제 위치를 결정한다. 작업편 센터링 게이지는 복수의 인코더와 표면 필러를 사용하여, 축방향 위치에서 작업편의 실제 크기와 작업편의 실제 중심선을 매우 정확하게 결정할 수 있다. 작업편 센터링 게이지는 표면 필러로 축방향 위치에서 작업편의 크기를 측정할 수 있으며, 실제 측정된 크기를 사용하여, 각각의 인코더의 상대 각도를 결정하여 결정된 각도, 측정된 작업편 크기, 및 링크의 기지의 길이를 고려하여 작업편 중심선의 극 좌표를 계산할 수 있다. 작업편 크기를 측정한 후, 작업편 센터링 게이지는 작업편 중심선에서 벗어난 위치를 결정할 수 있다. 또한, 링크는 단일 동작 평면 내에서 피봇을 중심으로 이동하도록 구성될 수 있다.
측정된 작업편 표면을 사용하여 작업편 중심선의 실제 위치를 결정하는 것은 연삭기의 헤드스톡 및 풋스톡에 의해 맞물려 있는 상태에서 약간 처지거나 형상이 변경되는 경향이 있을 수 있는 대형의 세장형 작업편을 연삭할 때 특히 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 길이가 1.5 미터(m) 이상인 크랭크샤프트는 작업대를 사용하여 헤드스톡과 풋스톡 사이에서 크랭크샤프트의 하나 이상의 섹션을 지지해서 크랭크샤프트가 처지거나 이상적이지 않은 형상을 취하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 연삭기는 작업편 중심선의 이론적인 위치로 프로그램될 수 있지만, 특히 대형의 세장형 작업편에 대해서는, 이론적인 위치는 작업편 중심선의 실제 위치와 적지 않게 상이할 수 있다. 예를 들어, 이론적인 위치와 실제 위치는 2 밀리미터(mm) 이상 상이할 수 있다. 작업편 중심선의 실제 위치는 작업편 중심선의 이론적인 또는 원하는 위치와 비교될 수 있으며, 작업대는 작업편 중심선, 및 그에 따른 작업편 표면을 이론적인 또는 원하는 위치에 배치하여 처짐이나 왜곡을 보상하는 방식으로 작업편을 지지하도록 3개의 축을 따라 기계적으로 조절될 수 있다. 여기서는 일부 실시예가 크랭크샤프트를 참조하여 설명되지만, 여기에 개시된 내용은 다른 세장형 작업편에도 마찬가지로 적용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 4는 작업편 표면의 공간적 위치를 측정하는 작업편 센터링 게이지(12)를 포함하는 연삭기(10)를 도시한다. 본 실시예에서, 연삭기(10)는 크랭크샤프트 작업편의 외부 표면을 연삭하도록 설계된 궤도 연삭기이다. 더 구체적으로, 궤도 연삭기는 하나 이상의 연삭 휠(14)을 사용하여 크랭크샤프트(16)에 저널 표면 및 크랭크핀 표면을 생성할 수 있다. 이러한 구현에서, 궤도 연삭기(10)는 작게는 1.5 미터(m)이고 길게는 12 m인 크랭크샤프트를 수용할 수 있다. 이러한 연삭기(10)의 구현에는 Fives Landis LT2HHe 또는 LT3e 궤도 크랭크샤프트 연삭기가 포함된다. 그러나, 상이한 유형의 작업편 또는 연삭기를 사용하는 다른 실시예에서는 위치 측정 게이지를 사용하여 작업편 표면의 위치를 결정할 수 있다.
궤도 연삭기(10)는 헤드스톡(20) 및 풋스톡(22)을 갖는 작업편 홀더(18), 연삭 휠(14)에 결합된 스핀들 조립체(26)를 포함하는 연삭 휠 조립체(24), 및 기계 베드(28)를 포함할 수 있다. 기계 베드(28)는 바닥에 놓이고 연삭기(10)의 요소를 지지하는 비교적 평면형 구조일 수 있다. 예를 들어, 기계 베드(28)는 기계 베드(28)의 표면에 헤드스톡(20)과 풋스톡(22)을 지지하여 크랭크샤프트(16)가 헤드스톡(20) 및 풋스톡(22) 모두와 맞물리고 베드(28) 위로 상승되게 할 수 있다. 기계 베드(28)는 X 축을 따른 길이보다 Z 축을 따른 길이가 더 긴 직사각형일 수 있다. 하나 이상의 연삭 휠 레일(30)은 Z 축을 따른 연삭 휠 조립체(24)의 이동을 용이하게 하기 위해 Z 축을 따른 기계 베드(28)의 표면을 따라 연장될 수 있으므로, 연삭 휠 조립체(24)는 X 축을 따른 특정 축방향 지점에 연삭 휠을 위치시키기 위해 레일(30)을 따라 어느 방향으로든 활주하거나 또는 구르게 된다. 연삭 휠 조립체는 선형 서보모터를 사용하여 Z 축을 따라 레일(30) 위로 이동될 수 있으며, X 축을 따라 연삭 휠(16)의 위치를 식별하기 위해 광학 스케일이 사용될 수 있다.
하나 이상의 작업편 홀더 레일(32)은 연삭 휠 레일(30)로부터 이격되어, 기계 베드(28) 상의 연삭 휠 레일(30)의 반대쪽에 위치되며, Z 축을 따라 연장될 수 있다. 헤드스톡(20)과 풋스톡(22)은 작업편 홀더 레일(32)을 따라 활주하거나 굴러서, 서로 다른 축방향 길이를 갖는 크랭크샤프트에 맞게 조절되고, 크랭크샤프트(16)의 헤드와 크랭크샤프트(16)의 테일을 각각 작업편 홀더(34), 예컨대 척 또는 콜릿과 맞물리게 할 수 있고, 그에 따라 크랭크샤프트(16)가 특정 위치에 유지된다. 헤드스톡(20)의 작업편 홀더(34) 및 풋스톡(22)의 작업편 홀더(34)는 집합적으로 협력하여 크랭크샤프트(16)를 그 종방향 축(C)을 중심으로 360도 운동 범위로 어느 각도 방향으로든 회전시킬 수 있는 전기 모터를 각각 포함할 수 있다. 회전식 인코더는 크랭크샤프트(16)의 각도 위치를 결정하기 위해 헤드스톡(20) 및 풋스톡(22)에서 사용될 수 있다. 헤드스톡(20)과 풋스톡(22)은 각각 서보모터와 랙 드라이브를 사용하여 Z 축을 따라 개별적으로 이동될 수 있다.
연삭 휠 조립체(24)는 연삭 휠 레일(30) 상에 안착되는 베이스(36)를 포함할 수 있다. 스핀들 조립체(26)는 연삭 휠 레일(30) 위에서 Z 축을 따라 이동할 수 있게 베이스(36)에 의해 지지될 수 있으며, 스핀들 조립체(26)에 결합된 연삭 휠(14), 베이스(36)와 스핀들 조립체(26) 사이에 있는 하나 이상의 인피드 레일(40), 선형 서보모터, 광학 스케일, 및 작업편 센터링 게이지(12)를 포함한다. 스핀들 조립체(26)는 궁극적으로 스핀들 샤프트에 결합된 연삭 휠(14)을 회전시키는 스핀들 샤프트를 회전시키는 스핀들 구동 모터를 포함할 수 있다. 연삭 휠(14)은 크랭크샤프트(16)와 접촉하며 스핀들 샤프트 회전축(α)으로부터 외부로 향하는 반경방향 표면(44)을 가질 수 있다. 스핀들 구동 모터는 스핀들 샤프트와 동심일 수 있어, 스핀들 구동 모터(46)의 로터가 스핀들 샤프트와 결합되고 스테이터가 로터와 동심이 되도록 한다. 전방 베어링과 후방 베어링은 동작 중 지지를 제공하는 스핀들 샤프트의 대향 단부에 위치될 수 있다. 베어링은 유정압 베어링으로 구현될 수 있다. 회전식 인코더(58)는 스핀들 샤프트(48)와 연삭 휠(14)의 각도 위치, 속도, 또는 가속도를 결정하기 위해 스핀들 샤프트(48)의 원위 단부에 부착될 수 있다. 인피드 레일(40)은 X 축을 따라 연장될 수 있으며 연삭 휠 레일(30)에 대해 수직으로 위치될 수 있다.
스핀들 조립체(26)는 인피드 레일(40) 위에서 X 축을 따라 크랭크샤프트(16)에 더 가까이, 그리고 그로부터 더 멀리 활주할 수 있다. 선형 모터는 X 축을 따라 연삭 휠 조립체(24)의 위치를 식별하는 인코더를 사용하여 X 축을 따라 인피드 레일(40) 위에서 연삭 휠 조립체(24)를 이동시킬 수 있다.
하나 이상의 작업대 조립체(70)는 크랭크샤프트(16)의 형상 왜곡을 방지하는 지지를 위해 크랭크샤프트(16) 아래에 배치될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 헤드스톡(20)과 풋스톡(22) 사이에 유지되는 더 긴(예를 들어, >1.5m) 길이의 크랭크샤프트는 중력, 온도, 또는 기타 환경 요인의 영향으로 인해 형상이 변경되거나 처질 수 있다. 작업대 조립체(70)는 처짐이나 형상 왜곡을 방지하기 위해 크랭크샤프트(16) 아래에 위치될 수 있다. 작업대 조립체(70)는 크랭크샤프트(16) 아래의 원하는 지점에서 XZ 평면에 위치될 수 있으며, 크랭크샤프트(16)와 맞물리고 크랭크샤프트(16)를 정의된 높이에 배치하기 위해 작업편 중심선의 실제 결정에 기초하여 제어되는 서보모터를 사용하여 XY 평면에서 높이가 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 작업대 조립체(70)는 3개의 축을 따라 조절될 수 있다. 작업대 조립체(70)는 크랭크샤프트(16)의 외부 표면과 맞물리도록 서로 더 가까이 또는 서로에게서 더 멀리 이동될 수 있는 조절 가능한 암을 포함할 수 있다. 암은 크랭크샤프트(16)의 다양한 직경과 형상을 수용하도록 조절 가능하다. 작업대 조립체(70)는 크랭크샤프트(16)의 크랭크핀과 맞물리도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 작업대 조립체(70)는 X 방향 및 Z 방향으로 연장되는 기계 베드(28) 상의 레일을 따라 활주할 수 있다. 일부 구현에서, 레일은 역더브테일(inverted dovetail) 단면 형상을 가질 수 있다. 즉, 기계 베드(28)는 작업대 조립체(70)에 포함된 장부(tenon)를 수용하는 세장형 장붓구멍(mortise) 슬롯을 포함할 수 있다. 작업대 조립체(70)는 슬롯 내에서 기계 베드(28)의 표면을 따라 활주할 수 있다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 연삭기(10)에 의해 운반될 수 있는 작업편 센터링 게이지(12)의 구현이 도시되어 있다. 이러한 구현에서, 작업편 센터링 게이지(12)는 제1 피봇(58)에 동축인 제1 인코더(60)를 갖는 제1 피봇(58) 및 제2 피봇(62)에 동축인 제2 인코더(64)를 갖는 제2 피봇(62)을 포함한다. 작업편 센터링 게이지(12)는 링크(66)에 연결된 제1 피봇(58)에서 연삭 휠 조립체(24)에 부착될 수 있다. 링크(66)는 연삭기(10)로부터 멀리 연장되고 제2 피봇(62)에서 링크(66)의 원위 단부에 있는 측정 포크(68)에 부착되는 세장형 부재일 수 있다. 측정 포크(68)는 크랭크샤프트(16)의 외부 표면과 해제 가능하게 맞물리는 2개의 대향하는 평면 표면을 갖는 V 형상 단부를 포함할 수 있다.
측정 포크(68)는 작업편 직경, 및 선택적으로 작업편 표면 형상을 측정하는 표면 필러(100)를 포함할 수 있다. 표면 필러(100)는 측정 포크(68)에 의해 활주 가능하게 수용되는 피스톤(102)을 포함할 수 있다. 피스톤(102)은 스프링 또는 기타 편향 부재에 의해 측정 포크(68)로부터 멀리 크랭크샤프트(16)를 향해 편향될 수 있다. 피스톤(102)은 측정 포크(68)에 대한 피스톤(102)의 선형 이동을 측정하는 변환기와 동작 가능하게 맞물릴 수 있다. 측정 포크(68)가 메인 베어링과 같은 크랭크샤프트(16)의 표면과 맞물리도록 이동됨에 따라, 피스톤(102)은 작업편 표면과 맞물리고 평면 표면이 크랭크샤프트(16)와 접촉할 때까지 스프링의 힘을 극복하여 측정 포크(68)에 대해 선형적으로 활주한다. 변환기는 평면 표면이 작업편 표면과 접촉하고 피스톤(102)이 측정 포크(68)에 대한 이동을 정지할 때까지 피스톤(102)이 크랭크샤프트(16)와 접촉할 경우의 지점으로부터 측정 포크(68)에 대한 피스톤(102)의 선형 이동량을 컴퓨터 프로세서(74)에 통신할 수 있다. 표면 필러(100)는 메인 베어링과 같은 주어진 지점에서 크랭크샤프트(16)의 직경의 실제 측정값을 연삭기(10)에 제공할 수 있다. 이 지점에서 피스톤(102)과 측정 포크(68)가 작업편 표면과 맞물린 상태에서 크랭크샤프트(16)를 회전시키는 것도 가능하다. 측정 포크(68)에 대한 피스톤(102)의 이동을 모니터링하여 크랭크샤프트(16)의 표면 형상을 결정할 수 있다.
링크(66)와 측정 포크(68)의 이동은 선형 피스톤과 같은 다양한 메커니즘을 사용하여 실행될 수 있다. 예를 들어, 링크 피스톤(70)은 연삭 휠 조립체(24) 및 링크(66)에 피봇 가능하게 부착될 수 있다. 링크 피스톤(70)이 길이가 확장됨에 따라, 링크(66)의 각도 위치는 제1 피봇(58)을 중심으로 연삭 휠 조립체(24)에 대해 변경될 수 있다. 제1 인코더(60)는 제1 피봇(58)에 대한 링크(66)의 각도 위치를 검출할 수 있다. "피스톤"이라는 용어는 볼 스크류 또는 유압 피스톤과 같은 임의의 선형 작동기로 광범위하게 해석될 수 있지만, 링크(66) 및 측정 포크(68)를 이동시키기 위한 다른 기계적 메커니즘도 가능하다. 예를 들어, 제1 피봇(58)과 제2 피봇(62)은 스테퍼 모터를 사용하여 링크(66)와 측정 포크(68)를 연삭 휠 조립체(24)에 대해 이동시킬 수 있다. 포크 제한 로드(rod)(72)는 연삭 휠 조립체(24)와 측정 포크(68)에 피봇 가능하게 부착될 수 있다. 측정 포크(68)가 크랭크샤프트(16)를 향해 이동됨에 따라, 제2 피봇(62)에 대한 측정 포크(68)의 각도 위치가 제한될 수 있다. 제2 인코더(64)는 제2 피봇(62)에 대한 측정 포크(68)의 각도 위치를 검출할 수 있다.
링크(66)와 측정 포크(68)가 크랭크샤프트(16)의 외부 표면(76)과 맞물리도록 피봇(58, 62)을 중심으로 이동되고 크랭크샤프트(16)의 직경이 측정된 후에, 작업편 센터링 게이지(12)는 제1 인코더(60)와 제2 인코더(64)를 사용하여 피봇(58, 62)에서의 그리고 그 사이에서의 상대 각도를 측정할 수 있다. 다수의 서로 상이한 유형의 인코더를 사용하여 제1 인코더(60) 또는 제2 인코더(64)를 구현할 수 있다. 작업편 센터링 게이지(12)는 작업편 중심선에서 작업편 홀더(18)에 마스터 직경(master diameter)을 장착함으로써 교정될 수 있다. 측정 포크(68)는, 제1 인코더(60)가 각도를 측정하고 제2 인코더(64)가 각도를 측정하는 동안, 마스터 직경의 외부 표면과 맞물려서 기지의 데이터 지점을 제공할 수 있다. 마스터 직경과 접촉할 때 표면 필러(100)로부터의 데이터는 마스터 직경의 직경을 결정하기 위해 게이지(12)에 의해 측정된 각도와 조합될 수 있다. 측정 포크(68)가 마스터 직경과 맞물린 상태에서 제1 인코더(60)와 제2 인코더(64)에 의해 결정된 각도는 작업물 중심선에 대해 게이지(12)를 교정할 수 있다. 계산된 직경 또는 마스터 직경의 중심선이 기지의 직경 또는 중심선과 일치하지 않으면, 향후 측정이 정확하도록 게이지(12)가 조절될 수 있다. 일 구현에서, Heidenhain 타입 ECN413 인코더가 사용될 수 있다. 측정된 각도는 크랭크샤프트(16)의 실제 중심을 결정하기 위해 링크(66)와 측정 포크(68)의 기지의 길이뿐만 아니라 측정 포크(68)의 치수와 함께 사용될 수 있다. 다른 구현에서, 2개 초과의 피봇과 2개 초과의 인코더를 사용하는 것이 가능하다.
크랭크샤프트(16)의 실제 중심은 도 8에 도시된 다음과 같은 변수 및 아래에서 상세히 설명되는 공식을 사용하여 계산될 수 있다.
이러한 계산을 위한 상수는 다음과 같다:
P(X, Y) ― 측정 위치에 X 축이 있는 제1 피봇 지점;
L1 ― P에서 P'까지의 링크의 길이;
L21 ― 가상의 상부 서브 암의 길이;
L22 ― L21에서 게이지 V형 교차점까지의 가상의 제2 서브 암의 길이;
V ― 측정 포크의 V형 끼인각;
XI(ξ) ― L21과 L22 사이의 각도, 90도로 선택됨.
표면 필러가 측정 포크(68)의 중심에 위치되지 않을 수 있지만, 이러한 계산은 다양한 직경을 갖는 작업편의 중심이 V형의 중심에 의해 정의된 선에서 이동한다는 사실에 기초한다.
2개의 인코더와 표면 필러에 의해 제공되는 변수는 다음과 같다:
Gamma1(1) ― X 축(수평)에서 제1 암까지의 각도;
Gamma4(4) ― 제1 암에서 L21까지의 각도;
C ― 작업물 반경;
L ― 작업물 중심에서 게이지 V형 교차점까지의 치수;
LOP ― P'에서 작업물 중심(O)까지의 거리;
Gamma3(3) ― P'에서 작업물 중심까지의 빗변(LOP)과 제1 암 사이의 끼인각.
크랭크샤프트(16)와 같은 작업편의 중심은 일련의 세 가지 극-직사각형 좌표 변환으로서 도출될 수 있다:
L = C/Sin(V/2);
LOP = SQRT(L21^2+(L22+L)^2);
3 = 4 ― Atan(L22+L)/L21));
P = X1, Y1
P' = X1- L1*Cos(1), Y1+ L1*Sin(1); X2, Y2로 정의됨
O = X2 + LOP*Cos(-1 ― 3) , Y2 ― Sin Cos(-1 ― 3).
제1 피봇(58), 제1 인코더(60), 제2 피봇(62), 및 제2 인코더(64)와, 링크(66)의 기지의 길이(l), 측정 포크(68)의 기지의 치수, 및 크랭크샤프트(16)의 측정된 직경을 사용하여 크랭크샤프트 중심선(O)의 편차를 결정할 수 있는 방법에 대한 예가 이어진다. 크랭크샤프트(16)는 Z 축을 따라 연장될 수 있으며, 크랭크샤프트(16)의 중심(O)은 X 축 또는 Y 축에서 Z 축으로부터 중심이 오프셋되지 않음을 나타내는 이론적인 위치인 (0, 0)이 주어질 수 있다. 크랭크샤프트(16)의 중심선의 이러한 이론적인 위치가 주어지면, 작업편 센터링 게이지(12)는 크랭크샤프트(12)의 외부 표면(74)을 따른 위치와 접촉하도록 이동될 수 있다. 링크 피스톤(70)과 포크 제한 로드(72)는 링크(66)와 측정 포크(68)를 하강시켜서 포크(68)가 크랭크샤프트(16)의 외부 표면에 접촉되게 할 수 있다. 일 예에서, 여러 이론적 계산을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 피봇(58)과 제2 피봇(62) 사이의 거리는 350 mm일 수 있으며, 제2 피봇(62)과 크랭크샤프트(16)의 이론적인 중심(O) 사이의 이론적인 거리는 291.9634 mm일 수 있다. 측정 포크(68)가 크랭크샤프트 표면과 접촉하는 위치에서 크랭크샤프트(16)의 직경은 181.275 mm로 지정되었을 수 있다. 제1 인코더(60)를 사용한 제1 피봇(58)에서의 각도(a)는 180도일 수 있으며, 제2 인코더(64)에서 제2 피봇(62)의 이론적인 각도(b)는 270도(좌표 평면에서 측정)일 수 있다. 측정 포크(68)의 접촉점으로부터 제2 피봇(62)까지의 이론적인 거리는 206.4493 mm일 수 있다.
위의 값을 고려하면, 크랭크샤프트(16)의 중심선(O)으로부터 제1 피봇(58)까지의 거리가 결정될 수 있다. 이 예에서는, 555.4516566 mm일 수 있다. 제1 피봇(58), 제2 피봇(62), 및 크랭크샤프트(16)의 중심선 사이에는 삼각형 관계가 존재할 수 있다. 제1 피봇(58)에서의 삼각형의 각도(a')는 49.62084375도로 계산될 수 있으며, 제2 피봇(62)에서의 삼각형의 각도(b')는 90.98928877도로 계산될 수 있다. 제1 피봇(58) 및 제2 피봇(62)에 대한 크랭크샤프트(16)의 중심선에서의 각도(c')는 39.38986749도로 계산될 수 있다.
이론적인 값은 교정 표준으로 사용될 수 있으며, 링크(66)와 측정 포크(68)의 기지의 치수가 주어지면 제1 인코더(60), 제2 인코더(64), 및 표면 필러(100)로 측정된 실제 각도 측정에서 도출되는 값과 비교될 수 있다. 이 예에서, 제1 인코더(60)는 179.9869221도의 각도(a)를 측정할 수 있으며, 제2 인코더(64)는 270.98928877도의 각도(b)를 측정할 수 있다. 이들 각도는 이론적인 각도인 180도 및 270도와는 다르다. 제1 인코더(60) 및 제2 인코더(64)에 의해 기록된 각도를 사용하여, 크랭크샤프트(16)의 중심(c)의 위치의 편차가 수직(Y) 방향으로 0.0033 mm 및 수평(X) 방향으로 -0.0039 mm로 계산될 수 있다. 이는 이러한 계산이 어떻게 수행될 수 있는지에 대한 일 예이지만, 다른 방법도 가능하다.
컴퓨터 프로세서(74)는 위에서 식별된 다수의 컴포넌트에 입력을 제공하고 그로부터 피드백을 수신할 수 있다. 예를 들어, 연삭 휠 레일(30)을 따른 기계 베드(28)의 이동, 인피드 레일(40)을 따른 연삭 휠 조립체(24)의 이동, 스핀들 샤프트(48)의 동작 및/또는 헤드스톡(20) 및 풋스톡(22)의 전기 모터뿐만 아니라 제1 인코더(60) 및 제2 인코더(64)를 제어하는 서보모터는 모두 명령된 모터 속도 및 방향과 같은 컴퓨터 프로세서(74)로부터의 입력 신호를 수신할 수 있으며, 또한 실제 각도 위치, 각도 샤프트 속도, 및/또는 각도 방향과 같은 출력 신호를 컴퓨터 프로세서(74)에 제공할 수 있다. 작업편 센터링 게이지(12)는 제1 인코더(60) 또는 제2 인코더(64)에서의 위치를 나타내는 신호의 형태로 컴퓨터 프로세서(74)에 출력을 제공할 수 있다. 컴퓨터 프로세서(74)는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 호스트 프로세서, 제어기, 및 주문형 집적 회로(ASIC)를 비롯하여, 전자 명령어를 처리할 수 있는 임의의 유형의 디바이스일 수 있다. 이는 설명된 방법을 수행하는 데에만 사용되는 전용 프로세서일 수 있거나 또는 연삭기(10)에 의해 수행되는 다른 기능과 공유될 수 있다. 컴퓨터 프로세서(74)는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 소프트웨어 또는 펌웨어 프로그램과 같은 다양한 유형의 디지털 저장된 명령어를 실행한다. 그러나, 이들 요소 중 적어도 일부가 인쇄 회로 보드에 함께 구현될 수 있는 다른 구현도 가능하다는 점을 이해하여야 한다.
앞서 설명한 내용은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 대한 설명이라는 점을 이해하여야 한다. 본 발명은 본 출원에 개시된 특정 실시예(들)에 제한되지 않으며, 오히려 아래의 청구범위에 의해서만 정의된다. 더욱이, 앞서의 설명에 포함된 진술은 특정 실시예에 관한 것이며, 용어 또는 문구가 위에서 명시적으로 정의된 경우를 제외하고는, 본 발명의 범위 또는 청구범위에 사용된 용어의 정의에 대한 제한으로 해석되어서는 안 된다. 개시된 실시예(들)에 대한 다양한 다른 실시예 및 다양한 변경 및 수정이 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 이러한 모든 다른 실시예, 변경, 및 수정은 첨부된 청구범위의 범위 내에 포함되게 하려는 의도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 "예를 들어(e.g.)", "예를 들어(for example)", "예를 들어(for instance)", "~와 같은(such as)", 및 "~같은(like)" 및 동사 "포함하는(comprising)", "갖는(having)", "포함하는(including)", 및 이들의 다른 동사 형태는, 하나 이상의 컴포넌트 또는 기타 항목의 목록과 함께 사용될 때, 각각 해당 목록이 다른 추가 컴포넌트 또는 항목을 제외하는 것으로 고려되지 않음을 의미하는 개방형으로 해석되어야 한다. 다른 용어는 상이한 해석이 필요한 상황에서 사용되지 않는 한 가장 광범위하고 합리적인 의미를 사용하여 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 연삭기용 작업편 센터링 게이지이며,
    연삭기와 결합하도록 구성된 제1 피봇을 갖는 링크;
    제1 피봇에서 링크의 각도를 측정하는 제1 인코더;
    링크에 포함된 제2 피봇;
    세장형 작업편의 외부 표면과 해제 가능하게 접촉하도록 구성된 측정 포크;
    작업편 직경을 측정하는 측정 포크에 포함된 변환기를 갖는 표면 필러; 및
    측정 포크에 대한 링크의 각도 위치를 측정하는 제2 인코더를 포함하고,
    제1 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 제2 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 및 측정된 작업편 직경은 중심선으로부터의 세장형 작업편의 편차를 결정하는 데 사용되는, 작업편 센터링 게이지.
  2. 제1항에 있어서, 연삭기에 대해 링크를 이동시키기 위해 일 단부가 연삭기에 결합되고 다른 단부가 링크에 결합된 링크 피스톤을 더 포함하는, 작업편 센터링 게이지.
  3. 제1항에 있어서, 측정 포크의 각도 이동을 제한하기 위해 일 단부가 링크에 결합되고 다른 단부가 측정 포크에 결합된 포크 제한 로드를 더 포함하는, 작업편 센터링 게이지.
  4. 제1항에 있어서, 극 좌표가 계산되고 나서 데카르트 좌표로 변환되는, 작업편 센터링 게이지.
  5. 제1항에 있어서, 세장형 작업편은 크랭크샤프트인, 작업편 센터링 게이지.
  6. 제1항에 있어서, 연삭기에 마스터 직경이 장착되고, 측정 포크가 마스터 직경의 외부 표면과 맞물리고, 제1 인코더에서 각도가 측정되고, 제2 인코더에서 각도가 측정되는, 작업편 센터링 게이지.
  7. 제1항에 있어서, 세장형 작업편은 1.5 미터(m) 이상인, 작업편 센터링 게이지.
  8. 하나 이상의 연삭 휠을 포함하는 연삭기이며,
    세장형 작업편을 해제 가능하게 유지하고 세장형 작업편을 종방향 축을 중심으로 회전시키도록 구성되는 작업편 홀더; 및
    작업편 센터링 게이지를 포함하고,
    작업편 센터링 게이지는:
    연삭기와 결합하도록 구성된 제1 피봇을 갖는 링크;
    제1 피봇에서 링크의 각도를 측정하는 제1 인코더;
    링크에 포함된 제2 피봇;
    작업편의 외부 표면과 해제 가능하게 접촉하도록 구성된 측정 포크;
    작업편 직경을 측정하는 측정 포크에 포함된 변환기; 및
    측정 포크에 대한 링크의 각도 위치를 측정하는 제2 인코더를 포함하고,
    제1 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 제2 인코더에 의해 측정된 각도 위치, 및 작업편 직경 크기는 중심으로부터의 세장형 작업편의 편차를 결정하는 데 사용되는, 연삭기.
  9. 제8항에 있어서, 연삭기에 대해 링크를 이동시키기 위해 일 단부가 연삭기에 결합되고 다른 단부가 링크에 결합된 링크 피스톤을 더 포함하는, 연삭기.
  10. 제8항에 있어서, 측정 포크의 각도 이동을 제한하기 위해 일 단부가 링크에 결합되고 다른 단부가 측정 포크에 결합된 포크 제한 로드를 더 포함하는, 연삭기.
  11. 제8항에 있어서, 극 좌표가 계산되고 나서 데카르트 좌표로 변환되는, 연삭기.
  12. 제8항에 있어서, 세장형 작업편은 크랭크샤프트인, 연삭기.
  13. 제8항에 있어서, 세장형 작업편은 1.5 미터(m) 이상인, 연삭기.
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