지능형 기계요소 기술 개발 Development of a Technology for Machine Elements of Intelligent type
보고서 정보
주관연구기관
한국기계연구원 Korea Institute of Machinery and Materials
발행국가
대한민국
언어
한국어
발행년월
1996-12
주관부처
과학기술부 Ministry of Science and Technology
등록번호
TRKO200200050464
DB 구축일자
2013-04-18
초록▼
Ⅰ. 제목 지능형 기계요소 기술개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근들어 좀더 효율적이고 지능적인 기계에 대한 수요가 상당히 인식되고 있다. 이러한 지능형 기계는 부분적 혹은 전체적으로 한일층 진보된 기계전자학의 연장선상에 놓여있다고 볼 수 있다. 더욱이 지능형 기계는 통합되고 복잡한 하드웨어와 소프트웨어의 형태로 되어져 있다. 보다 학문적인 입장에서 보면 지능형 기계의 정의는 아직 정립되었다고 볼수 없으나 예를들어 본다면 지능형 로봇정도를 상상해 볼 수 있다. 본 연구에서는 이러한 지능형 기계의 구성요소로서 5-축
Ⅰ. 제목 지능형 기계요소 기술개발 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 최근들어 좀더 효율적이고 지능적인 기계에 대한 수요가 상당히 인식되고 있다. 이러한 지능형 기계는 부분적 혹은 전체적으로 한일층 진보된 기계전자학의 연장선상에 놓여있다고 볼 수 있다. 더욱이 지능형 기계는 통합되고 복잡한 하드웨어와 소프트웨어의 형태로 되어져 있다. 보다 학문적인 입장에서 보면 지능형 기계의 정의는 아직 정립되었다고 볼수 없으나 예를들어 본다면 지능형 로봇정도를 상상해 볼 수 있다. 본 연구에서는 이러한 지능형 기계의 구성요소로서 5-축 CNC 임펠러 가공 기술, 슬릿 빔 프로젝트를 이용한 3차원 측정기술 그리고 지능형 공작기계를 위한 주축 예압기구의 설계기술에 대해 연구하였다. 임펠러는 보통 높은 속도와 높은 온도 그리고 높은 압력에서 구동되므로 임펠러의 5-축 가공 방법이 용접에 의한 방법보다 휠씬 낫다. 또한 로봇의 응용을 최대화하기위하여 지적 시각 기능 부여하기 위한 삼차원 물체의 영상인식 기술에 대해 연구하였다. 이는 금형가공의 CAD/CAM기술의 응용과 관련된 시작품모델 및 가공금형의 삼차원 정밀 형상치수의 측정 분야에 매우 유용하다. 더군다나 가변적 예압 주축기술로서 임펠러가공시 보다 나은 형상과 조도를 얻을 수 있다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 본 연구는 임펠러의 모델링과 후처리 과정 그리고 임펠러의 5-축 가공을 위한 CAM 소프트웨어 개발에 대해 연구하였다. 그리고 레이저 슬릿광을 이용한 3차원 측정 시스템의 설계와 제작에 대해 논의 하였다. 즉 카메라보정, 슬릿광보정 방법의 구현 설계변수에 따른 측정시스템의 설계 및 슬릿광의 영상처리방법 개발등이다. 기계부가 저속에서 고속으로 사용될 때 주축의 강성이 문제가 된다. 이러한 경우 가변적 예압 스핀들은 매우 효과적이다. 따라서 고정된 위치 예압 경우에 예압의 증분에 대해 해석하였다. Ⅳ. 연구개발결과 및 활용계획 본 연구에서는 임펠러 블레이드를 허브 및 쉬라우드 곡선으로부터 모델링한다. 볼 엔드밀 공구의 반경은 블레이드와 몸체면이 만나는 블렌딩 면의 곡률반경으로 결정하였다. 5-축 NC 파트 프로그램의 창성을 위한 포스트 프로세싱에서 공구축 방향벡터는 블레이드의 룰드 곡면의 직선벡터로 결정하였다. 공구축방향 벡터상의 공구위치 벡터는 수정된 z-map방법을 이용하여 공구의 볼 부분과 임펠러 몸체면의 간섭 체크로 결정 하였다. 임펠러 전용 CAM 소프트웨어는 visual BASIC 3.0 프로그램 언어로 구성하였으며, 본 연구의 설계 및 포스트 프로세싱 이론을 적용하여 CL-데이터를 검토한 결과 신뢰성 있는 NC-code를 얻게 되었다. 이러한 사실로부터 본 연구에서 제안된 임펠러 가공용 알고리즘은 실제가공에 적용가능함을 보여준다. 또한 레이저 슬릿광을 이용한 3차원 측정 시스템의 설계와 제작기법은 접촉식 삼차원측정기의 대체될 수 있다.그리고 이는 가공금형, 기계부품의 측정 및 로봇의 지능화를 위한 삼차원 영상인식 방법을 제공한다. 5-축 가공 센터의 고속 스핀들의 경우에 약간의 예압스위칭과 가변 기구가 설계되었으며 벤치 테스트가 기구의 성능을 테스트 하기위해 수행되었다. 이러한 설계와 테스트를 통해서 가변 예압 기구가 예압 스위칭 기구보다 예압 제어 및 지능형 기계 가공에 대해 휠씬 성능이 우수함이 입증되었다.
Abstract▼
I. Title Development of a Technology for Machine Elements of Intelligent type II. Objectives and Significances In recent years, the necessity of more efficient and intelligent machines is being greatly recognized. These intelligent machines could be, not all of them, but in part, laid on the exte
I. Title Development of a Technology for Machine Elements of Intelligent type II. Objectives and Significances In recent years, the necessity of more efficient and intelligent machines is being greatly recognized. These intelligent machines could be, not all of them, but in part, laid on the extension of the development in the advanced mechatronics. In addition, the intelligent machine could be in the form of the hareware and software - integrated complex. From academic point of view, the definition of the intelligent machine is not fixed as yet; however, its image could be given by, for instance, the robot of intelligent type. In this study, we will study on the technology for the 5-axis CNC machining of impeller, 3-dimension measurement using slit beam projection and variable preloading spindles of high speed machine tools as the constitution elements of intelligent-type machine. Impellers are usually worked in high speed, high temperature and high pressure, the 5-axis machining method in the manufacturing of impeller is better than welding method. And in order to robot application, we studed on the image recognition of 3-dimensional object with intellgent visual function. It is very useful the field of Measurement of 3-dimensional precision size of Prototype model and die processing relative to application of CAD/CAM technology. Moreover by variable preloading spindles the better shape and roughness can be achieved in machining of impellers. III. Contents and Scope This study researched about the modelling of impeller, post processing, CAM software development for the 5-axis machining of impeller. We discussed on the design and manufacture of 3-dimensional measurement system by slit beam projection. That is, the realization of camera calibration, slit beam calibration and the design of measurement system and the development of image processing method for slit beam according to design factors, When the machine is used at a low speed range to a high speed range, it is assume that main-spindle rigidty may become a problem. With this case, the use of a variable preloading spindle will be effective. Thus in the case of fixed position preload, preload increment was analyzed. IV. Results and Application Plans In this study, the impeller blade was modeled from the ruled surface consisted of hub curve and shroud curve. The radius of ball end mill cutter is defined with the curvature radius of blending surface between blade surface and body surface. In post processing for the generation of 5-axis NC part program, the cutter axis direction vector is the vector of straight line on ruled surface. The position of ball center in ball end mill cutter is decided on the interference check between blade surface and body surface using with the modified z-map method that z axis is the same of cutter axis direction vector. In this study, CAM software was developed on visual BASIC version 3.0, programming language. The CL-data driven from the CAM software developed in this study was very harmonious with the geometry of the given impeller. The fact signifies that the suggested algorithm for the 5-axis machining of impeller can be applied to the actual manufacturing. And, the method of the design and manufacture of a 3-dimensional measurement system by slit beam projection can be substituted for a 3-dimensional measurement system of touch type. This provides the techique of a measurement for processing die and machine element and a 3-dimension image recogntion for intelligent robot. For the high speed spindle of 5-axis machining centers, some preload switching and variable preloading devices are designed and a bench test was carried out to test the performance of the devices. Through the design and test, it is found that variable preloading devices are better than preloading switching devices for preload control and intelligent machine tools.
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