KR100386876B1 - Ｃｎｃ용 형상측정 센서시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNC 장비에서 절삭되어진 공작물의 치수를 측정하는 장치에 관한 것으로, 기계가공 후 고가의 삼차원 측정기를 이용하여 가공정밀도를 계측하고 있으나 이러한 계측을 위해 고가의 계측 장치 및 계측을 위한 장비의 정지 시간이 소요되며 계측 후 제어기에 수작업에 의한 보정이 이루어진 후 다음 가공공정을 실시함으로서 장비의 가용시간 단축으로 인한 생산성 저하현상이 발생된다. 본 발명은 장비의 가용시간 증가를 위해 가공장비의 좌표계를 활용 할 수 있는 센서시스템을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 머시닝센터에 부착된 센서시스템의 접촉자(18)에 계측용 공작물이 접촉한 경우 머시닝센터의 몸체를 도선으로 하여 전기접촉 신호를 발생하며, 전기 접점신호를 인터페이스 모듈에 의한 CNC 제어기의 원격제어회로 전달되며 CNC 장비의 제어기에 내장된 형상계측용 매크로 프로그램에 의해 형상을 계측한 후 새로운 계측정보가 주어지는 것을 특징으로 한다.

Description

ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템 {Measurable Profile Sensor System for CNC Machine}

본 발명은 CNC 장비에서 사용되는 ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템에 관한 것이다.

종래의 CNC 장비에서 사용되는 계측용 터치센서 시스템은 접촉자와 장비의 도통상태를 발광다이오드의 발광 점을 육안으로 계측하여 확인할 수 있으나, 수동 계측이므로 CNC 장비의 좌표계를 확인하여 각 위치를 계산하고 수동으로 제어기에 입력하는 문제점이 있었다.또한 자동으로 입력되는 터치프르브는 유도코일 이나 결합 콘덴서를 이용하여 측정 변위에 따른 전압차를 계측하여 내부의 연산회로를 이용함으로서 측정정밀도가 매우 낮은 실정이다.일본특허공보 특개평6-170698, 특개소62-26485 등이 터치프르브의 내부전원이용을 측정시간동안의 한정 타이머 등을 이용하여 내부건전지 절약에 관한 내용은 있으나, 측정정밀도에 대한 내용은 없는 실정이다.또한 일본 공개실용신안 공보 소63-140348은 터치프르브의 복원 정밀도를 결정하는 볼지지좌부에 전기스위치 역할을 통해 좌부 3점 중 1점이상의 신호가 단락된 상태를 NAND 회로를 이용해 인식시키는 구조로서 각각의 좌부에 유도전류가 흐르는 상태(Normal Close)에서 프르브 변위에 의해 스위치를 단락 시키는 구조로서, 접점에 유도된 전류로 인해 프르브의 변위오차가 상시개방스위치(Normal open)에 비해 측정정밀도가 낮다.

소63-140348의 구조상에서는 측정프르브 상에 발생되는 평행도 및 직각도를 교정할 수 없는 구조로 계측시 평행도 및 직각도에 따른 기기 오차가 발생되는 구조이다.

이러한 터치센서의 단점을 개선하기 위하여 계측기 내부 발광부의 발광체를 머시닝센터 몸체의 부착되어있는 수광부를 통하여 접촉점을 계측할 수 있는 장치를 개발하였으나, 접촉자의 변형계측을 통한 계측오차와 주위의 광원에 의해 측정 오차가 발생되는 실정이며 발, 수광부의 외란에 따른 측정오차를 방지하기 위해 삼차원 측정기에 사용되는 프르브 시스템을 사용하고 있으나, 프르브 시스템이 고가로서 적용이 어려운 실정으로 실험실 내에서 사용되는 장치로서 가공장치에 부착하여 사용되므로 내구성에 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해결 하고자 예의 검토한 결과 측정 정밀도를 높이기 위해 외란에 발생 요인인 발, 수광장치를 사용하지 않으면서 전기접점형 계측시스템으로 사용에 따른 접촉자(18)의 조절나사(2)에 의한 교정이 가능한 구조이다.또한 CNC장비의 도통신호를 고속 감지할 수 있는 인터페이스 모듈의 이용과 CNC장비의 이용에 적합한 파형 생성을 목표로 하며, 센서의 형상정보를 전기접점식 공구측정장치에 의해 교정이 가능한 측정회로를 구성한다.이러한 센서시스템은 CNC 가공장치에 설치되어 열악한 환경에서 사용되므로 충분한 내구성을 갖는 구조를 제공함에 그 목적이 있다.

제 1 도는 본 발명에 따른 ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템의 센서를 나타내 보인 측면도

제 2 도는 도 1의 센서의 측단면도

제 3 도는 도 1의 센서의 분해도제 4 도는 본 발명에 따른 ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템의 구성을 나타내 보인 회로도제 5 도는 도 4의 상세회로도제 6 도는 본 발명에 따른 ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템의 계측과정을 나타내 보인 순서도

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 고정캡 2 : 조절나사 3 : 조절판 4 : 고정핀 5 : 니이들베어링 6 : 하우징 7 : 고정나사 8 : 조절핀 9 : 지지판 10 : 보호캡 11 : 고정너트 12 : 지지축 13 : 풀스터드 14 : 생크 15 : 고정나사 16 : 고정나사 17 : 볼축 18 : 접촉자 19 : 고정너트 20 : 조절볼 21 : 절연축 22 : 고정나사 23 : 제한나사 24 : 커넥터 25 : 압축스프링 26 : 하부몸체 27 : 지지볼 28 : 밀착축 29 : 접지판 30 : 조절판 31 : 고정너트 T : 절삭공구 S1 : 측정방법선택스위치 S2 : 출력모드선택스위치 S3 : 센서교정스위치

본 발명은 제1∼6도에 예시한 바와 같이 접촉자(18)에 도체 공작물에 접촉 시 접촉점을 검출할 수 있으며, 접촉자(18) 변형의 복원을 위해 지지축(12)에 압축스프링(25)이 탄설 되어있고 생크(14)와 접촉자(18)의 절연특성을 유지하기 위해 절연축(21)을 설치하여 상하절연 특성을 유지한다.장시간 센서 사용에 따른 위치교정을 위해 조절나사(2)에 의해 조절볼(20)이 상, 하로 이동되며 고정나사(15)에 의해 정렬시킬 수 있는 구조이다.

또한 전기접점을 유지하기 위해 커넥터(24)가 설치되었으며 계측시 주축의 회전에 의해 결선의 파손 방지를 위한 니이들베어링(5)이 설치되어 있다.

작업시 툴링(Tooling)된 센서시스템을 머시닝센터의 주축에 거치 시킨 후 가공용 프로그램에서 준비기능 계측 G코드가 실행될 경우 매크로 프로그램(33)을 호출하여 프로그램에 지정된 속도로 이송하면서 계측위치를 접촉하여 도통되면 인터페이스 모듈(32)의 고속포토커플러에 의해 입력된 신호를 파형정형 및 지연회로(35) 통해 CNC장비의 원격제어회로(37)에 위치를 인식시켜 내부 제어기에 내장된 매크로프로그램(38)을 이용해 형상측정 결과를 출력하여 준다.

이러한 센서시스템은 생크(14)와 접촉자(18)의 절연특성을 유지하기 위해 절연축(21)을 설치하고, 계측시스템이 설치된 CNC 장비의 몸체를 도통하여 CNC장비를 내부저항으로 접촉자(18)와 계측용 공작물이 스위치 역할을 하여 정확한 접촉점을 검출할 수 있다.외부 외란 방지를 위한 인터페이스 모듈에서 파형정형 및 지연회로(35)로 CNC제어기의 특성에 알맞은 출력신호를 공급하며 센서의 길이 및 반경을 제4도와 제6도의 전기접점식 공구측정장치(40)에 의해 스위치(S3)의 변경으로 신속하고 정확한 계측결과를 얻을 수 있다.

따라서 상기와 같이 전기 접점식 계측기로서 계측정밀도 및 측정 속도를 향상시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.도면에서 미설명된 참조부호 1은 고정캡이고, 3은 조절판이며, 4는 고정핀이고, 6은 하우징, 7은 고정나사, 8은 조절핀, 9는 지지판, 10은 보호캡, 11은 고정너트, 13은 풀스터드, 16은 고정나사, 17은 볼축, 19는 고정너트, 22는 고정나사, 23은 제한나사, 26은 하부몸체, 27은 지지볼, 28은 밀착축, 29는 접지판, 30은 조절판, 31은 고정너트이다.

상기한 바와 같이 CNC장비에서 센서시스템을 이용하여 공작물의 형상 정보를 정확하게 계측할 수 있어, 계측정밀도 향상 및 신속한 계측이 가능한 장치의 개발이 가능하며 수입 계측장치에 비해 저렴한 비용으로 제작할 수 있다.

또한 정밀도 향상을 위해 외란에 발생요인인 발, 수광장치를 사용하지 않으면서 전기접점형 계측시스템과 계측프로그램의 사용에 의해 정밀도 및 계측신속성을 유지 할 수 있다.장시간 센서 사용에 따른 보정 기능이 있어 접촉자(18)의 정렬을 통해 직각도 및 진원도에 의한 기기 발생 오차를 감소시키며, 전기접점을 전달하기 위한 커넥터(24)에 계측시 주축의 회전 의한 파손방지가 가능하다.인터페이스 모듈은 파형정형 및 지연회로(35)로 CNC제어기의 특성에 알맞은 지연 출력신호를 공급하여 측정특성 향상되고 센서의 형상정보를 전기접점식 공구측정장치(40)에 의해 스위치(S3)의 변경으로 신속하고 정확한 계측결과를 얻을 수 있다.CNC가공장치에 설치되므로 충분한 내구성을 갖는 구조로 기존의 계측 장치의 문제점을 손쉽게 해소할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 머시닝 센터의 주축과 결합되는 풀스터드가 설치된 생크와;

   도체 공작물에 접촉시 접촉점을 검출할 수 있도록 선단이 볼형으로 된 접촉자와;

   상기 접촉자가 지지되게 결합되며 전기적 접속용 커넥터가 설치된 하우징과;

   상기 풀스터드 맞은 편의 상기 생크와 상기 하우징 사이에 결합되어 상기 생크와 상기 하우징 사이를 절연시키는 절연축;을 구비하고,

   상기 접촉자가 상기 도체 공작물에 접촉되었을 때 전류도통경로를 형성시켜 전기적 신호를 출력할 수 있도록 상기 도체 공작물이 안착되는 상기 머시닝 센터의 머시닝 센터 테이블과 상기 커넥터 사이에 접속되는 인터페이스 모듈:을 구비하는 것을 특징으로 하는 ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 커넥터가 상기 하우징에 대해 상대 회전가능하게 상기 하우징과 상기 커넥터 사이에 설치된 니이들 베이링과;

   상기 절연축이 결합되며 상기 절연축과 상기 생크 사이에 설치되되 상기 생크와의 사이에 복수의 조절볼이 안착될 수 있게 설치된 조절판과;

   상기 조절판을 상기 생크에 결합시키는 고정나사와;

   진퇴에 의해 상기 조절볼이 상하로 이동되게 간섭할 수 있도록 상기 생크의 측면에 설치된 복수의 조절나사;를 구비하는 것을 특징으로 하는 ＣＮＣ용 형상측정 센서시스템.
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