7-프로브 오차분리법을 이용한 스핀들의 5자유도 오차 운동의 정밀 측정

Abstract

본 연구에서는 회전 장치가 작동 시 발생하는 5자유도의 오차 운동을 정밀하게 측정하기 위해 새로운 측정 기술을 제안하였다. 기존 측정 시스템이 실제 경우에는 설치 불편성 등 문제에 대해서 새로운 7-프로브 측정 시스템을 개발하였다. 제안된 측정 시스템의 구조가 2층 구조로 설계되고 설치 및 작용 편리성 좋은 장점을 가지고 있다. 정밀 측정하기 위해 측정 과정에서 표면 형상 성분을 Fourier model 기반 오차 분리법으로 계산하고 제거한 후에 5자유도의 오차 운동을 계산하는 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘의 적용 가능성과 표면 형상 분리 효과를 검증하기 위해 모사 실험을 진행하였다. 모사 실험을 통해서 제안된 알고리즘이 오차 운동을 제대로 계산할 수 있는 것을 확인하였다. 그리고 개발된 측정 시스템이 실제 환경에서의 측정 성능을 확인하기 위해 시제품 실험을 진행하였다. 시제품 실험에서 표면 형상 성분을 통해 감도 분석을 이용해서 오차 운동의 반복 정밀도를 예측하였다. 예측된 반복 정밀도의 정확성을 검증하기 위해서 5번 반복 실험을 진행하여 검증하였다. 시제품 실험의 결과에 따라서 개발된 측정 시스템이 실제 환경에서 측정 반복성이 있는 것을 확인하였다. 본 연구에서 개발된 회전 장치의 5자유도 오자 운동 정밀 측정 기술이 정밀 회전 장치에 대한 제작 및 구동 상태 모니터링기술, 정밀 회전 오차의 보상 또는 제어 기술 등 영역에서 사용할 수 있는 것을 예상한다.|In this study, a new measurement technology was proposed to precisely measure the error motion of 5 degrees of freedom that occurs when the rotating device is operated. In the case of the existing measurement system, a new 7-probe measurement system was developed for problems such as installation inconvenience. The structure of the proposed measurement system is designed as a two-layer structure and has the advantage of good installation and operation convenience. For precise measurement, an algorithm was developed to calculate the error motion of 5 degrees of freedom after calculating the surface shape component by the Fourier model-based error separation method and removing it in the measurement process. A simulation experiment was conducted to verify the applicability of the developed algorithm and the effect of surface shape separation. Through simulation experiments, it was confirmed that the proposed algorithm can properly calculate the error motion. And a prototype experiment was conducted to confirm the measurement performance of the developed measurement system in the actual environment. In the prototype experiment, the repetition accuracy of error motion was predicted using sensitivity analysis through surface shape components. In order to verify the accuracy of the predicted repetition accuracy, a 5-year repetition experiment was conducted and verified. According to the results of the prototype experiment, it was confirmed that the developed measurement system had measurement repeatability in the actual environment. It is expected that the precision measurement technology of 5-freedom typo motion developed in this study can be used in areas such as fabrication and driving state monitoring technology for precision rotational devices, compensation or control technology for precision rotational errors, etc