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회전축 중심, 작은 실수가 큰 오차를 낳아 – 하이덴하인의 회전축 중심 보정 솔루션 KinematicsOpt

가장 이상적인 것은 물리적으로 완벽하게 정밀한 장비이다. 하지만 현실적으로는 요구되는 정밀도를 얻기 위해 가장 효율적인 방안을 모색할 수밖에 없다. 컨트롤러를 이용한 공간 오차 보정이 현실적인 대안이다.

5축 가공에서 가장 신경을 써야하는 부분이 피벗 센터(pivot center), 즉 회전축 중심이다. 좌표계를 정확히 연산하기 위해서는 컨트롤러가 알고 있는 회전축 중심과 실제 중심이 일치해야 한다. 하지만 시간이 흐르고 장비가 열변형을 일으키면서 회전축 중심 역시 조금씩 틀어지게 마련이다. 이는 육안으로 확인하기 힘든 수준이지만, 축이 회전하는 반경 자체가 달라지기 때문에 가공 결과에 큰 영향을 미친다.

틀어진 회전축 중심을 제대로 맞추기 위해 과거에는 회전축 중심에 캘리브레이션 볼을 달고 핸드로 돌려가면서 중심값을 측정 및 세팅했다. 번거롭기도 번거롭지만 그 과정이 복잡해, 일단 회전축이 틀어지면 사용자는 장비 업체에 도움을 요청할 수밖에 없었다.

이러한 불편함을 해소하기 위해 컨트롤러 업체들이 내놓은 것이 터치프로브 사이클로 회전축 중심을 정확히 측정 및 보정하는 기능이다. TCP, TCPM(Tool Center Point Manegement), 키네마틱 모델 등 기능명은 업체에 따라 다르며, 터치프로브 제조사에서는 주로 매크로 형태로 지원하고 있다. 회전축 중심을 측정하기 위해서는 터치프로브와 기준 공구가 필요하다. 컨트롤러에서 사이클을 실행하면 회전축이 돌아가면서 터치프로브가 캘리브레이션 볼을 찍는다. 진원도 측정을 떠올리면 된다. 이 때 중심은 회전축의 중심을 기준으로 했을 때 늘 같은 값이 나와야 한다. 측정한 값이 서로 다르다면 컨트롤러는 자동으로 그 편심량을 측정해 회전축 중심을 보정해 준다.

KinematicsOpt 기능은 3D 터치프로브와 캘리브레이션 볼을 이용해서 측정한다.
KinematicsOpt 기능은 3D 터치프로브와 캘리브레이션 볼을 이용해서 측정한다.

5축/5면 가공기를 위한 공간오차 보정 – 하이덴하인 KinematicsOpt
동시 5축의 가장 기본이 되는 회전축의 회전 중심을 잡아주는 기능이 하이덴하인의 KinematicsOpt 이다. 3축 가공과는 달리 동시 5축 또는 5면 가공기의 경우는 NC가 회전축의 중심 정보를 가지고 계산을 통해 가공하기 때문에 작업자가 수동으로 오차를 보정하기 어려웠다. 이로 인해 ‘5축 가공기는 정밀도가 떨어진다’는 것이 통설이었다. 회전축에 대해 NC가 알고 있는 회전축의 중심과 실제 중심과의 차이가 있는 경우 가공 오차가 발생한다. 이 경우 중심 위치만 다시 세팅하면 오차가 없어지는데 기존의 수동 방법은 번거롭고 보정치 입력 과정의 어려움도 컸다. KinematicsOpt 기능은 캘리브레이션 볼과 터치프브를 이용하여 터치프브가 자동으로 측정하면 실제 중심과 연산 값과의 오차를 자동으로 보정해준다. 단, 3D 방식의 터치프브를 사용해야만 가능하다.

현장에서.. 활발하게 사용 중
5축 장비에서 회전축의 중심 위치는 가장 주요한 보정 요소이며, KinematicsOpt는 이를 손쉽게 보정할 수 있는 작업자용 사이클이다. 예를들어 A-C 테이블 구조의 5축 장비에서는 A축의 Y0A, Z0A C축의 X0C, Y0C가 이에 해당한다. 사실 이 기능은 5축 장비에서 반드시 설정해야만 하는 기본 파라미터로 수동 측정 방식이나 특수 매크로를 써서도 가능했으나, 보정이 어렵고 제한적이었다.

KinematicsOpt는 한 발 더 나아가 회전 중심축이 대각선으로 기울어진 경우에 발생 하는 오차를 찾아내고 보정한다. C축의 경우 A0C, B0C 값이 이에 해당하며, 보정 되어야할 오차 값이 공작물 설치 위치 및 공구의 위치에 따라 달라지므로 벡터 방식의 계산으로만 보정이 가능하다. KinematicsOpt 기능은 사이클로 지정되어 있어 사용자는 주기적으로 측정할 수도 있다. 또한 측정에 최대 5분가량 걸릴 수 있으므로 기준이 되는 온도가 있으면 측정 작업은 생략하고 보정 데이터만 적용해 시간을 절약할 수도 있다. 공작기계 메이커의 엔지니어 도움 없이도 수시로 정밀도 보정이 가능해 옵션으로 제공되는 기능이지만 거의 모든 사용자가 구매하고 있을 정도로 동시 5축 장비의 공간 오차 보정에서 필수적인 기능으로 저변이 확대되고 있다.

측정이 완료된 KinematicsOpt 데이터를 15개까지 저장 할 수 있고, 필요에 따라 바로 불러와 활성화할 수 있는 450번 사이클 화면.
측정이 완료된 KinematicsOpt 데이터를 15개까지 저장 할 수 있고, 필요에 따라 바로 불러와 활성화할 수 있는 450번 사이클 화면.
KinematicsOpt 측정 사이클 화면(451번). 측정 타입이나 위치 등에 대한 다양한 기능이 포함되어 있으며, 측정 리포트 파일을 자동 생성해 주어 작업자는 장비 정밀도를 쉽게 확인할 수 있다.
KinematicsOpt 측정 사이클 화면(451번). 측정 타입이나 위치 등에 대한 다양한 기능이 포함되어 있으며, 측정 리포트 파일을 자동 생성해 주어 작업자는 장비 정밀도를 쉽게 확인할 수 있다.
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About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.