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문제 정의
- 본 연구에서는 특징형상기반 기계상 자동측정 시스템의 개발과 측정된 데이터의 품질관리 기법을 개발함으로서 기계상 측정 시스템에 대한 신뢰도를 향상시키기 위한 것이며, 3차원 솔리드 모델러인 UniGraphics를 기반으로 접촉식 probe를 사용한 측정 알고리즘 및 프로그램을 개발하였다. 위치 정보 추출 모듈과 형상 정보 추출 모듈을 개발하여 접촉식 측정이 가능한 형상에 적용이 가능하도록 하고, 종전 방식과 달리 사용자 중심의 Interface 를 개발, 측정 경로 생성의 신속화, 측정의 시뮬레이션 및 측정 데이터의 정량적 품질관리, 치수공차 및 기하공차 모듈의 개발로 설계정보와 대응되도록 하여 측정데이터의 분석 및 판정이 용이하도록 하였다.
가설 설정
- C7 : minimum of Measured Data 이다.
제안 방법
- (2) 공작기계에 3차원 측정기 (C3rdinate Measuring Machine)가 갖는 측정 기능을 추가하여 기상측정의 범위를 확대시켰다.
- (4) CAD 데이터와 측정 데이터간의 비교 분석으로 가공정밀도를 용이하게 분석할 수 있도록 하였다.
- Fig. 10(a), (b)에 도시한 바와 같이 진직도 측정시 기하공차 모듈을 이용하여 측정 데이터들의 LSM 함수를 구하고, 데이터들을 대표하는 line을 reference curve로 하여 각각의 데이터들의 오차범위를 표시하면서 진직도, 평면도를 평가할 수 있도록 하였다.
- CAD Data 와 Measured Data간에 발생하는 오차의 최대 및 최소량을 이용하여, Line / Surface의 윤곽도를 계산한다. Fig.
- 또한 효율적인 측정 데이터의 관리를 위하여 측정데이터의 품질관리 (Measured Data Quality Control : MDQC) 프로그램을 개발하여 측정데이터를 기준으로 가공의 양/부 판정을 할 수 있게 하였다. 그리고 측정 부위별 입력인자를 사용자가 입력하도록 프로그래밍하여 분석의 유연성을 기하였다. 측정 프로그램에 의한 결과는 가공에 대한 평가서 역할을 하여 금형 가공의 신뢰도를 높일 수 있었다.
- 기본적으로 측정데이터 분석 프로그램에서 입력된 데이터를 기준으로 UCL(Upper Critical Line) 및 LCL(Lower Critical Line)을 생성하지만 특정 부위별 허용공차가 다 르기 때문에 사용자가 직접 士 공차를 입력하여 측정 데이터에 대한 평가를 할 수 있도록 하였다. 그래프는 CAD 데이터와 측정 데이터를 비교한 것으로 사용자가 정의한 공차를 기준으로 측정데이터가 한계 공차 범위 내에 존재하는지 판단하여 가공의 양부를 판정하게 된다.
- 측정에 사용된 센서는 접촉식 probe인 영국 Renishaw사의 MP700을 이용하였다. 또한 pre-processor와 post-processor를 개발하여 측정 공정의 안정 및 신속화를 구현하였고, 사용자 중심의 GUI를 개발하여 사용의 용이성 및 측정공정의 단순화를 기하였다.
- 본 연구에서는 솔리드 모델러를 이용한 특징 형상기반 자동측정용 소프트웨어를 개발하고, 이를 통하여 측정된 데이터의 신뢰도를 향상시키고, 측정 데이터의 분포 경향을 용이하게 분석할 수 있도록 측정데이터의 품질관리 기법을 적용하였다. 또한 응용 예로서 각종 금형의 핵심부품의 측정 등에 원활히 사용할 수 있도록 하기 위하여 gap측정 모듈, 분할면 측정 모듈 개발을 통하여, 이용 효율을 높일 수 있도록 알고리즘을 개발하고 프로그래밍하였다. 측정에 사용된 센서는 접촉식 probe인 영국 Renishaw사의 MP700을 이용하였다.
- 측정 대상이 정의되면 측정 루틴에 의한 제어 포인트의 추출과 그에 대한 법선 벡터를 추출하여 측정 점들을 정의하여 NC 데이터를 생성한다. 또한 접촉식 프로브에 대한 설정을 자동화하여 변경 또는 교체시 필요한 시간을 단축시켰다.
- 측정데이터의 분석 및 신뢰도 확보를 위한 측정데이터 분석시스템(Measuring Data Analysis System : MDAS)을 개발하여 공작기계로부터 전송된 데이터를 필터링하고 분석시스템에 적합하도록 변환 및 전송한다. 또한 효율적인 측정 데이터의 관리를 위하여 측정데이터의 품질관리 (Measured Data Quality Control : MDQC) 프로그램을 개발하여 측정데이터를 기준으로 가공의 양/부 판정을 할 수 있게 하였다. 그리고 측정 부위별 입력인자를 사용자가 입력하도록 프로그래밍하여 분석의 유연성을 기하였다.
- 본 연구에서는 솔리드 모델러를 이용한 특징 형상기반 자동측정용 소프트웨어를 개발하고, 이를 통하여 측정된 데이터의 신뢰도를 향상시키고, 측정 데이터의 분포 경향을 용이하게 분석할 수 있도록 측정데이터의 품질관리 기법을 적용하였다. 또한 응용 예로서 각종 금형의 핵심부품의 측정 등에 원활히 사용할 수 있도록 하기 위하여 gap측정 모듈, 분할면 측정 모듈 개발을 통하여, 이용 효율을 높일 수 있도록 알고리즘을 개발하고 프로그래밍하였다.
- 설계도면에 기입된 기하공차에 대한 측정데이터의 분석을 위한 모듈로서 NC 데이터 생성 시스템에서 형상기반 측정(feature) 모듈로 측정된 데이터를 설계정보과 대응시켜서 가공 정밀도의 양부를 판정할 수 있도록 한다. 금형의 특정 부위별 형상 정밀도를 요하는 경우, 그에 따른 기하공차를 분석 및 평가한다.
- 통합측정 시스템을 이용하여 금형 부품의 선의 윤곽도와 면의 윤곽도를 측정한다. 시스템의 효율적인 운영을 위하여 측정 모듈과 분석 모듈을 상호 연동하여 작동할 수 있도록 개발하였다. 선과 면의 윤곽도를 측정하기 위하여 Fig.
- 본 연구에서는 특징형상기반 기계상 자동측정 시스템의 개발과 측정된 데이터의 품질관리 기법을 개발함으로서 기계상 측정 시스템에 대한 신뢰도를 향상시키기 위한 것이며, 3차원 솔리드 모델러인 UniGraphics를 기반으로 접촉식 probe를 사용한 측정 알고리즘 및 프로그램을 개발하였다. 위치 정보 추출 모듈과 형상 정보 추출 모듈을 개발하여 접촉식 측정이 가능한 형상에 적용이 가능하도록 하고, 종전 방식과 달리 사용자 중심의 Interface 를 개발, 측정 경로 생성의 신속화, 측정의 시뮬레이션 및 측정 데이터의 정량적 품질관리, 치수공차 및 기하공차 모듈의 개발로 설계정보와 대응되도록 하여 측정데이터의 분석 및 판정이 용이하도록 하였다.
- 측정데이터의 분석 및 신뢰도 확보를 위한 측정데이터 분석시스템(Measuring Data Analysis System : MDAS)을 개발하여 공작기계로부터 전송된 데이터를 필터링하고 분석시스템에 적합하도록 변환 및 전송한다. 또한 효율적인 측정 데이터의 관리를 위하여 측정데이터의 품질관리 (Measured Data Quality Control : MDQC) 프로그램을 개발하여 측정데이터를 기준으로 가공의 양/부 판정을 할 수 있게 하였다.
- 통합측정 시스템을 이용하여 금형 부품의 선의 윤곽도와 면의 윤곽도를 측정한다. 시스템의 효율적인 운영을 위하여 측정 모듈과 분석 모듈을 상호 연동하여 작동할 수 있도록 개발하였다.
- 프로브의 변경 사용 시 설정치를 프로그래밍하여 보정 알고리즘이 적용되도록 설계하였다.
- 5는 프로브 및 스타일러스의 종류와 setting menu를 도시한 것이다. 프로브의 이동에 따른 시뮬레이션과 간섭체크 기능을 구현하였으며 측정 포인트가 분석 프로그램과 대응할 수 있도록 측정영역을 디스플레이 하는 기능을 개발하였다. 전처리기의 기능과 목적은 프로브의 설정의 자동화와 접촉식 프로브의 이동을 virtual reality 기법을 적용하여 이동 경로에 대한 시뮬레이션을 구현함과 동시에 프로브 이동시 몸체 보호 모드, 즉 간섭을 체크하는 것이다.
대상 데이터
- 또한 사용자 인터페이스를 개발하여 사용의 편의를 기하였다. 측정 대상이 정의되면 측정 루틴에 의한 제어 포인트의 추출과 그에 대한 법선 벡터를 추출하여 측정 점들을 정의하여 NC 데이터를 생성한다. 또한 접촉식 프로브에 대한 설정을 자동화하여 변경 또는 교체시 필요한 시간을 단축시켰다.
- 또한 응용 예로서 각종 금형의 핵심부품의 측정 등에 원활히 사용할 수 있도록 하기 위하여 gap측정 모듈, 분할면 측정 모듈 개발을 통하여, 이용 효율을 높일 수 있도록 알고리즘을 개발하고 프로그래밍하였다. 측정에 사용된 센서는 접촉식 probe인 영국 Renishaw사의 MP700을 이용하였다. 또한 pre-processor와 post-processor를 개발하여 측정 공정의 안정 및 신속화를 구현하였고, 사용자 중심의 GUI를 개발하여 사용의 용이성 및 측정공정의 단순화를 기하였다.
데이터처리
- (7) 데이터 분석 프로그램의 치수/기하공차의 분석으로 설계-가공-측정 공정을 통합화하였다.
- PC에 전달된 데이터는 ASCII방식이며 측정 데이터의 분석을 위하여 변환된다. 입력된 측정데이터를 분석하여 가공정밀도를 평가한다.
이론/모형
- 금형의 특정 부위별 형상 정밀도를 요하는 경우, 그에 따른 기하공차를 분석 및 평가한다. 독립형/조합형 기하공차로 분류하여 독립형 기하공차의 경우, 단순히 측정 데이터만으로 가공 상태를 분석 및 판단하고, 조합형 기하공차의 경우, 금형의 기준이 되는 부분을 측정하고 데이터에 의한 LSMCLeast Square Method)함수를 구하여 그에 따른 분석 및 판단을 한다.
성능/효과
- (1) 위치 정보 및 형상 정보 측정 모듈의 개발로 접촉식 probe의 이송 경로를 추출하는 시간을 최소화할 수 있었다.
- (5) 측정의 안정성 및 정확성을 극대화하였다.
- 기계상 측정 시스템의 측정 시뮬레이션을 위한 전 처리기를 개발하여 측정시 소요되는 시간 손실을 줄일 수 있었다. Fig.
- 측정 프로그램에 의한 결과는 가공에 대한 평가서 역할을 하여 금형 가공의 신뢰도를 높일 수 있었다. 또한 자동 NC 데이터 생성 프로그램과 함께 인터페이스를 구축하여 신속한 데이터 통신 및 신뢰도 향상을 위한 분석 모듈을 개발하여 특징 형상 모듈과 기하공차 모듈을 통합한 프로세스를 진행할 수 있었다. MDAS는 기본적으로 ASCT 방식의 데이터와 엑셀 타입의 데이터입력이 가능하고 편집모드 실행이 가능하다.
- 그리고 측정 부위별 입력인자를 사용자가 입력하도록 프로그래밍하여 분석의 유연성을 기하였다. 측정 프로그램에 의한 결과는 가공에 대한 평가서 역할을 하여 금형 가공의 신뢰도를 높일 수 있었다. 또한 자동 NC 데이터 생성 프로그램과 함께 인터페이스를 구축하여 신속한 데이터 통신 및 신뢰도 향상을 위한 분석 모듈을 개발하여 특징 형상 모듈과 기하공차 모듈을 통합한 프로세스를 진행할 수 있었다.
후속연구
- CNC Milling Machine이나 Machining Center 또는 전용 가공기 등에 의한 부품 가공시 공작기계에 설치된 접촉식 센서에 의하여 공작물을 측정할 수 있고 또한 가공 부위의 형상을 파악하고 평가할 수 있다면 가공 및 검사의 일관된 자동화를 통하여 제품의 고품질화, 납기의 단축 및 저 코스트화를 주진하는데 유효한 수단이 될 수 있을 것이다.
- 본 연구를 통하여 개발된 시스템은 현재 금형업체의 현업에 적용되고 있으며, 앞으로 CMM 환경이나 무인 생산시스템에서 강력한 기능을 발휘할 수 있고, CNC 공작기계를 사용하여 금형을 제작하는 업체의 신속화, 생산공정의 단축 및 저 코스트화를 구현하는데 검사 및 측정 시스템으로써 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 향후 시스템간의 통합 및 보다 다양한 제품의 금형에 대한 현장검증이 이루어짐으로써 보다 사용이 쉽고, 신뢰도 높은 측정시스템으로서 발전할 수 있을 것으로 사료 된다.
- 본 연구를 통하여 개발된 시스템은 현재 금형업체의 현업에 적용되고 있으며, 앞으로 CMM 환경이나 무인 생산시스템에서 강력한 기능을 발휘할 수 있고, CNC 공작기계를 사용하여 금형을 제작하는 업체의 신속화, 생산공정의 단축 및 저 코스트화를 구현하는데 검사 및 측정 시스템으로써 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 향후 시스템간의 통합 및 보다 다양한 제품의 금형에 대한 현장검증이 이루어짐으로써 보다 사용이 쉽고, 신뢰도 높은 측정시스템으로서 발전할 수 있을 것으로 사료 된다.
- 후 처리기는 공작기계로부터 전송된 측정 데이터를 기준으로 설계 정보와 측정 정보를 비교함으로써 가공 정밀도를 파악하고 시각적으로 최대/최소 오차 지역을 감지하고 측정 번호와 실제 측정 번호를 대응시켜 정확한 오차를 파악할 수 있다. 또한 측정 데이터를 기준으로 과 절삭 및 미절삭 정보를 사용자에게 제공한다.
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