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축차 2점법을 이용한 회전체의 진원도 프로파일 측정에 관한 연구
A Study on the Measurement of Roundness Profile for Rotating Object Using Two Points in Succession Measuring Method 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.34 no.8=no.299, 2010년, pp.1029 - 1034  

이민기 (충북대학교 기계공학부) ,  이응석 (충북대학교 기계공학부)

초록
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본 논문은 회전체의 진원도 및 흔들림 정밀도 측정에 관한 연구이다. 일반적으로 가공물 진원도 측정은 정밀한 회전테이블 또는 기준 원형 디스크를 필요로 하여, 고가의 비용이 소요된다. 축차2점법은 2개의 변위센서를 사용하여 직선가이드 등에서진직도 측정을 위하여 사용되었으며, 본 연구에서는 이 방법을 회전체에 적용하였다. 한 개의 디스크를 이용하여 측정된 회전체 변위 측정값에서 장치의 회전시 흔들림 오차를 제거하여 회전체의 순수한 진원도 프로파일을 측정하였다. 본 연구는 정밀한 기준 디스크 (Artifact)를 사용하지 않고 원형 가공물의 진원도 프로파일 측정에 유용할 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we present the roundness profile and run-out error measurement for a rotating shaft. The devices for measuring the roundness require a precision rotation table which is used as a reference to obtain the circular profile. Therefore, the roundness measuring system is expensive and requi...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 이때 회전 테이블의 정밀도가 좋지 못하면 회전 오차(run-out)가 측정된 probe 데이터에 포함되어 가공물의 정밀한 진원도 측정이 불가능하게 된다.(3~5) 본 연구에서는 2개의 probe를 사용하는 축차 2점을 사용하여 기준체의 오차를 제거하고 정밀한 원형 가공물의 프로파일 및 진원도 측정방법을 연구하였다. 본 연구에서 사용된 방법으로 정밀한 회전 테이블 없이 고속으로 회전하는 원형물(shaft)의 원형 프로파일, 진원도 측정이 가능함을 보였다.
  • 100㎛ 간격의 단위로 측정한 결과 fiber optics 변위 센서는 DC 전압 300mV를 출력하였으며 1,000㎛ 측정범위에서 최대 두 센서의 차이는 1㎛ 이내의 오차값이 측정 되었다. Fig.5에서는 기준 길이(1,000㎛)에 대한 두 센서는 최대 8%의 linearity 오차를 보였으며 본 실험에서는 각 센서의 최소 linearity 구간을 설정하여 실험하였다.
  • 의 6rpm 정속회전 장치이며 측정센서는 본 실험과 동일한 한 개의 fiber optics 변위센서를 사용하였다. 데이터 수집장치도 본 실험과 동일한 NI-USB-6008 (A/D) 본 실험에서 사용된 fiber optics 센서의 정밀도를 감안하여 회전체 디스크 주위에 금속성 테이프를 불규칙하게 접착하여 가공의 진원도 프로파일을 제작하였으며 진원도 밴드의 폭은 최대 424㎛로 측정되었다.
  • 본 실험을 실시하기 전 fiber optic 변위 센서의 교정을 위하여 Mahr사의 접촉식 LVDT (분해능 0.1㎛)를 사용하여 비교 측정을 하였다. 측정 결과는 Fig.
  • 일반적인 방법인 원형 가공물의 진원도를 측정하는 진원도 측정장치는 정밀한 기준 회전 테이블을 필요로 한다. 한 개의 probe를 이용하여 정밀 회전 테이블상에서 회전하는 원형물의 회전방향 프로파일을 측정한다. 이때 회전 테이블의 정밀도가 좋지 못하면 회전 오차(run-out)가 측정된 probe 데이터에 포함되어 가공물의 정밀한 진원도 측정이 불가능하게 된다.

대상 데이터

  • 의 6rpm 정속회전 장치이며 측정센서는 본 실험과 동일한 한 개의 fiber optics 변위센서를 사용하였다.

이론/모형

  • 본 연구에서는 측정된 데이터로부터 센서와 축의 중심 오차를 제어하기 위하여 Fig. 8(b)에서와 같이 hi-pass filtering 방법을 사용하였다. 중심 오차에 의하여 측정된 데이터에는 한 개의 sine 곡선이 존재하기때문이다.
  • Fig. 9에서와 같이 원형좌표계로 표시된 진원도 프로파일의 오차값은 least squares circle (LSC) 방법으로 425㎛로 계산되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
진원도 측정장치는 무엇을 필요로 하는가? (1,2) 따라서 원형 부품을 가공하는 공작 기계는 정확하게 제작해야 할 뿐만 아니라 생산한 제품을 정확히 검사하여야 하는 매우 엄격한 공정 관리를 필요로 한다. 일반적인 방법인 원형 가공물의 진원도를 측정하는 진원도 측정장치는 정밀한 기준 회전 테이블을 필요로 한다. 한 개의 probe를 이용하여 정밀 회전 테이블상에서 회전하는 원형물의 회전방향 프로파일을 측정한다.
원형 부품의 형상이 진원으로부터 벗어났을 경우에 일어나는 일은? 가장 작은 마이크로 머신의 축에서부터 자동차의 실린더 헤드 및 기어의 동력전달장치와 원자력발전소의 동력기관에 이르기까지 회전부품으로 구성되지 않은 것이 없다. 이와 같이 원형 부품의 형상이 진원으로부터 벗어났을 경우 축 부품 부분에서의 마찰과 소음, 진동이 발생하게 되어 동력의 손실 및 마모에 의한 기계의 수명감소, 회전 및 부정밀한 이송 등 다양한 문제가 발생된다.(1,2) 따라서 원형 부품을 가공하는 공작 기계는 정확하게 제작해야 할 뿐만 아니라 생산한 제품을 정확히 검사하여야 하는 매우 엄격한 공정 관리를 필요로 한다.
진원도 측정장치의 측정방법은? 일반적인 방법인 원형 가공물의 진원도를 측정하는 진원도 측정장치는 정밀한 기준 회전 테이블을 필요로 한다. 한 개의 probe를 이용하여 정밀 회전 테이블상에서 회전하는 원형물의 회전방향 프로파일을 측정한다. 이때 회전 테이블의 정밀도가 좋지 못하면 회전 오차(run-out)가 측정된 probe 데이터에 포함되어 가공물의 정밀한 진원도 측정이 불가능하게 된다.
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참고문헌 (6)

  1. ASME B89.3.4M, 1985, "Axes of Rotation - Methods for Specifying & Testing." 

  2. Martin, D. L., 1995, "Precision Spindle and Beasring Error Analysis," Int. J. Mach. Tools Manufac,. Vol. 35, No.2, pp. 187-193. 

  3. Lee, E. S., Kim, J. G. and Shin, Y. G., 2000, "A Study on the Minimum Zone Algorithm for the Calculation of Roundness," Journal of the KSPE, Vol. 17, No. 7, pp. 156-161. 

  4. LEE, E. S., 1996, "Z-Approaching Minimum Zone Method for Flatness and Straightness Error Measurement," IJSME, Vol. 39, No. 3, pp. 667-670. 

  5. Scarr, A. T., 1968, "Use of the Least Squares Line and Plane in the Measurement of Straitness and Flatness," Proc. Inst. Mech. Engrs, Vol. 182, Pt. 1, No. 23, pp. 531-536 

  6. Park, J. H., 2001. "Precision Measurement System Engineering," YaJeongMunHwaSa, pp. 219-221, 243-256, 323-329 

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