KR100463125B1 - 작업기계 및 그 통신방법 - Google Patents

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KR100463125B1
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에누티엔지니아링구 가부시키가이샤
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Abstract

작업기계(10)는, 공작기(14)와, 상기 공작기(14)의 스핀들(16)로/로부터 착탈이 자유로운 툴 홀더(18)와, 상기 툴 홀더에 설치되는 송수신기구(20)와, 이 송수신기구(20)와 무선통신에 의해 교신하는 컨트롤러(22)를 구비한다. 송수신기구(20)를 구성하는 안테나선(82)은, 툴 홀더(18)의 외주로부터 사이가 떨어진 상태로, 전파투과성 부재(84) 및 커버 부재(86)에 의해 둘러싸여 장착된다. 이와 같은 구성으로, 툴 홀더(18)과 외부의 컨트롤러(22) 사이의 무선통신이 수행될 수 있다.

Description

작업기계 및 그 통신방법{WORKING MACHINE AND ITS COMMUNICATION METHOD}
통상, 머시닝센터(machining center) 등에 있어서, 자동 공구교환기구(ATC)에 의해 여러 공구를 자동으로 교환하는 작업이 행해지고 있다. 이런 종류의 작업에서는, 소위 ATC 생크(shank)를 갖는 툴 홀더가 사용되고 있으며, 이 툴 홀더를 스핀들(spindle)에 대하여 자동으로 착탈하는 구성이 일반적으로 채용되고 있다.
한편, 툴 홀더에 설치된 도구의 상황, 예를 들면 바이트(bite)의 가공상황을 검출하여, 이 바이트 위치조정 작업을 외부의 컨트롤러(controller)에서 제어했으면 하는 요청이 있다. 그래서, 일반적으로는 적외선을 사용하여 툴 홀더에 제어신호를 광통신으로 전송하는 방법이 고려된다.
그러나, 상기와 같이 제어신호를 적외선으로 행할 때에는, 발광소자(發光素子)와 수광소자(受光素子)를 상호 위치(位置)맞춤하거나 위상(位相)맞춤할 필요가 있어서, 이런 종류의 작업이 상당히 번잡한 것으로 되고 만다. 더욱이, 광학렌즈를 사용하기 때문에 냉각제(coolant)나 절삭 찌꺼기가 이 광학렌즈에 부착되기 쉬워, 오동작(誤動作)이나 통신불능이 발생한다고 하는 문제가 지적되고 있다.
본 발명은, 이런 종류의 문제를 해결하는 것으로서, 툴 홀더와 외부의 컨트롤러를 무선통신에 의해 확실하면서도 고정밀도(高精密度)로 송수신 가능한 작업기계 및 그 통신방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은, 도구(道具)가 장착된 툴 홀더(tool holder)를 외부로부터 제어하는 작업기계 및 그 통신방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 관한 작업기계의 전체 사시설명도,
도 2는, 상기 제1실시형태에 관한 작업기계를 구성하는 툴 홀더의 종단면설명도,
도 3은, 상기 툴 홀더에 내장된 검출기구의 회로구성도,
도 4는, 여러 재질로 형성된 절연부품에 따른 두께와 전송거리 및 수신 감도(感度)와의 관계도,
도 5는, 상기 툴 홀더에 내장된 기동스위치회로의 설명도,
도 6은, 상기 툴 홀더에 내장된 LED 구동회로의 설명도,
도 7은, 상기 제1실시형태에 관한 작업기계를 구성하는 컨트롤러의 회로구성설명도,
도 8은, 상기 컨트롤러와 상기 툴 홀더에 의한 무선통신의 설명도,
도 9는, 상기 컨트롤러와 상기 툴 홀더에 의한 센서(sensor)구동시 무선통신의 설명도,
도 10은, 본 발명의 제2실시형태에 관한 작업기계를 구성하는 툴 홀더의 종단면설명도,
도 11은, 상기 제2실시형태에 관한 툴 홀더에 내장된 검출기구의 일부 정면설명도,
도 12는, 본 발명의 제3실시형태에 관한 작동기계를 구성하는 검출기구의 일부 종단측면도,
도 13은, 상기 제3실시형태에 관한 툴 홀더에 내장된 검출기구의 일부 정면설명도,
도 14는, 본 발명의 제4실시형태에 관한 작업기계의 전체 설명도,
도 15는, 상기 제4실시형태에 관한 작업기계를 구성하는 툴 홀더의 종단면설명도,
도 16은, 상기 툴 홀더에 내장된 검출기구의 회로구성도,
도 17은, 상기 툴 홀더에 장착된 측정헤드의 종단면설명도,
도 18a∼도 18e는, 다른 안테나의 설명도.
도구가 고착되는 툴 홀더에 설치된 송수신기구와 컨트롤러 사이에서 전자파(電磁波)에 의한 무선통신이 행해진다. 여기서, 송수신기구는, 툴 홀더의 전기양도체부로부터 전파투과성 부재를 경유하여 일정거리 만큼 사이가 떨어져 감겨있는 안테나를 구비한다. 이 때문에, 전기양도체부, 즉 전파흡수체인 철계(鐵系) 재료나 알루미늄 재료등으로 구성되는 툴 홀더 자체의 영향 없이, 송수신기구와 컨트롤러 사이에서 무선통신에 의한 송수신이 확실히 수행된다.
그 때, 컨트롤러로부터 툴 홀더로 전자파에 의해 소정의 작용신호가 공급되면, 이 툴 홀더로부터 상기 컨트롤러로 작용확인용 전자파가 반신(返信)된다. 이로 인해, 툴 홀더에 소정의 작용신호가 공급된 것을 확실히 검출할 수 있어서, 송수신의 오동작을 회피하여 무선통신에 의한 제어를 고정밀도로 수행할 수 있게 된다.
더욱이, 송신측으로부터 기본전자파와 식별성(識別性)을 갖는 신호파가 동시에 송신되면, 수신측에서는 상기 기본전자파 및 상기 신호파의 쌍방을 수신할 때에만, 상기 신호파에 응하는 소정의 작용이 행해진다. 따라서, 오동작을 확실히 저지함과 동시에, 여러 작용을 고정밀도로 수행할 수 있다.
또, 안테나를 둘러싸는 전파투과성 커버(cover)부재를 구비한다. 이 때문에, 안테나를 냉각제 등으로부터 효과적으로 보호할 수 있게 된다.
더욱이, 툴 홀더에는, 컨트롤러로부터의 무선통신에 의해, 전원으로부터 상기 툴 홀더 내의 소정의 작용부에 전기에너지를 공급할 수 있게 하기 위한 기동스위치회로가 내장된다. 이로 인하여, 툴 홀더 사용중 필요한 경우에만, 전원을 켤 수 있어서, 상기 전원을 효율적으로 사용하여 상기 전원의 소모를 효과적으로 저지할 수 있게 된다. 여기서, 툴 홀더에는, 기동스위치회로에 의해 구동되는 상태표시 수단이 장착되어 있어, 상기 툴 홀더의 작용상태를 직접 확인할 수 있으므로 신뢰성 향상이 도모된다.
더욱이, 툴 홀더에는 보정헤드(head) 또는 계측헤드가 장착되어 있어, 이 보정헤드에 의한 도구의 위치조정상태나, 계측헤드에 의한 피가공물의 가공상태를 무선통신에 의해 컨트롤러를 통해 자동으로 검출할 수 있게 된다.
도 1은, 본 발명의 제1실시형태에 관한 작업기계(10)의 전체 사시설명도이다.
이 작업기계(10)는, 공작기(14)와, 상기 공작기(14)의 스핀들(16)에 착탈이 자유로운 툴 홀더(18)와, 상기 툴 홀더에 설치된 송수신기구(20)와, 이 송수신기구(20)와 전자파에 의해 무선통신을 행하는 컨트롤러(22)를 구비한다.
스핀들(16)은, 도시되지 않은 회전구동원에 연결되어 가동베이스(movable base,24)에 회전가능하게 지지됨과 동시에, 화살표 A방향(수평방향), 화살표 B방향(연직방향) 및 화살표 D방향(축방향)으로 이동이 자유롭다.
도 2에 도시된 바와 같이, 툴 홀더(18)는, 일단부(一端部)에 스핀들(16)에 끼워져 설치되는 생크부(26)를 갖고, 타단부에는 바이트(도구, 28)가 설치된다. 이 툴 홀더(18)는, 바이트(28)의 위치를 스핀들(16)의 반경방향(화살표 C방향)으로 위치조정할 수 있는 보정헤드(30)와, 이 보정헤드(30)를 구동하기 위한 구동기구(32)와, 상기 보정헤드(30)의 조정상태를 검출하기 위한 검출기구(34)와, 전지(DC전원, 35)를 구비한다.
구동기구(32)는, 툴 홀더(18)에 내장된 정역회전 가능한 DC모터(36)를 갖고, 이 DC모터(36)의 구동축에 감속기(38)가 연결된다. 이 감속기(38)는, 큰 감속비로 설정되어 있다. 감속기(38)의 출력축(40)에는, 드라이브 어댑터(drive adapter, 42)가 연결되고, 이 드라이브 어댑터(42)의 선단측에 축선방향(화살표 D방향)으로 연장되어 형성된 슬릿(slit, 44)에는, 핀(pin, 46)을 경유하여 원추모양 테이퍼 드라이브축(48)이 축방향으로 진퇴가 자유롭게 계합(係合)한다. 테이퍼 드라이브축(48) 외주면에는, 복수(複數)의 롤러(roller, 50)가 약간의 경사를 갖고케이지(cage, 52)를 경유하여 전동(轉動)이 자유롭게 배설(配說)됨과 동시에, 상기 롤러(50) 외측에는, 파워 유닛(power unit, 54)이 설치되어 있다.
파워 유닛(54)은, 그 내주측에 테이퍼 드라이버축(48)의 외주면에 대응하는 테이퍼면(56)이 형성되는 한편, 그 외주면은 축방향으로 동일 치수(직선 외주)로 설정된다. 파워 유닛(54)은, 양단측(兩端側)으로부터 각각 한 쌍의 슬릿(미도시)이 상호 근접하여 설치되어 있고, 테이퍼 드라이브축(48)이 회전될 때, 이 테이퍼 드라이브축(48)과 롤러(50)가 회전하면서 전후로 전동(轉動)함으로써, 소정의 범위내에서 확장ㆍ축소 할 수 있다.
파워 유닛(54)의 외주에는, 헤드 하우징(head housing, 58)이 배설된다. 헤드 하우징(58)은, 대략 통상(筒狀)을 갖고 있으며, 그 외주면에 S자 모양의 슬릿(60)이 형성된다. 헤드 하우징(58)은, 상기와 같이 파워 유닛(54)이 직경을 넓힐 때, 직경 외방향(外方向)으로 눌려 S자 모양의 슬릿(60)을 경유하여 화살표 C1방향으로 변위한다.
검출기구(34)는, 헤드 하우징(58)의 화살표 C방향의 보정변위를 검출하는 변위검출센서(리니어센서, 62)를 구비한다. 이 센서(62)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 자기차폐체(磁氣遮蔽體, 64) 내에 배설된 권선코일(66)을 갖고, 이 권선코일(66)이 외장(外裝)된 가이드(guide)부(68)를 따라서 측정코어(measuring core, 70)가 진퇴가 자유롭다. 측정코어(70)는, 접촉부(72)에 설치됨과 동시에, 가이드부(68)는 고정재(73)를 경유하여 파워 유닛(54)의 한 방향의 확축반편(擴縮半片, contracting/enlarging half piece)에 나사체결되어 고정된다. 센서누름부(75)가, 접촉부(72)에 대향하여 파워 유닛(54)의 다른 방향의 확축반편에 나사체결되어 고정되고, 상기 접촉부(72)와 상기 센서 누름부(75)는, 항상 누름상태를 유지하며 헤드 하우징(58)과 일체로 화살표 C방향으로 이동한다.
접촉부(72)에는, 금속제 벨로즈 캡슐(bellows capsule, 74)의 일단(一端)이 고정되고, 이 벨로즈 캡슐(74)에 의해 권선코일(66) 및 자기차폐체(64)가 덮여있다. 벨로즈 캡슐(74)은, 검출기구(34) 전체를 방수(防水)하는 기능을 갖고 있는 것으로서, 이 목적을 달성할 수 있는 것이라면, 다른 부재, 예를 들면 오링(O ring)을 갖는 통(筒), 또는 고무커버 등을 채용해도 좋다.
센서(62)의 권선코일(66)은, 발진변조기(76)에 접속됨과 동시에, 이 발진변조기(76)가 툴 홀더(18)에 내장된 기판(78)(도 2참조)에 설치되어 있다. 발진변조기(76)로부터 송신기(80)에 MHz(메가헤르쯔)대의 고주파가 보내지는 한편, 이 송신기(80)에 안테나선(82)이 접속된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 안테나선(82)은, 툴 홀더(18)의 외주에 전파투과성 부재(84) 및 커버 부재(86)에 둘러싸여져 장착되어 있고, 이에 따라 송수신기구(20)가 구성된다.
구체적으로는, 툴 홀더(18)는 철계 재료나 알루미늄 재료등의 전파흡수체(전기양도체부)로 구성되어 있고, 이 툴 홀더(18)의 외주에는 합성수지, 합성섬유, 합성고무, 글래스(glass)재, 종이재료(紙材), 목재 및 도자기 등의 전파를 투과하는 재료로 이루어지는 전파투과성 부재(84)가 장착되어 있으며, 이 전파투과성 부재(84)를 경유하여 상기 툴 홀더(18)의 단부로부터 일정거리(H, 1∼20mm, 보다 바람직한 것으로는, 3∼8mm)정도 사이가 떨어져서 안테나선(82)이 돌려 감겨져 있다.
도 4a에는, 송신기로서, 철제 툴 홀더(18)에 종이, 합성수지 및 도기재료로 이루어지는 전파투과성 재료(84)를 여러 두께로 설정하여 끼워 장착할 때, 안테나선(82)으로부터의 전자파 전송거리가 도시되어 있다. 여기서, 툴 홀더(18)에 안테나선(82)을 직접 감아 설치할 때에는, 전송거리가 거의 얻어지지 않는다. 한편, 도 4b에는, 수신기로서, 상기와 마찬가지 조건으로 툴 홀더(18)에 전파투과성 부재(84)를 끼워 장착하는 경우, 안테나선(82)에 의한 수신감도(受信感度)가 도시되어 있다.
안테나선(82)의 외주에는, 전파투과성 부재(84)와 마찬가지로 전파를 투과하는 재료로 이루어지는 커버 부재(86)가 고착되어 있다. 이 커버 부재(86)는, 더욱이 인성(靭性) 및 방수성에 있어서 우수한 것이 필요한데, 바람직하게는 합성수지류로 구성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 안테나선(82)에 수신기(90)가 접속되고, 이 수신기(90)는, 전지(35)에 의해 구동되는 펄스(pulse)발생회로(92)에 접속된 펄스전원회로(94)를 경유하여 구동된다. 수신기(90)에 의해 수신되는 신호는, 신호복조회로(信號複調回路)(96)로부터 신호확인 트리거(trigger)회로(98)로 보내지고, 더욱이 기동스위치회로(100)로 보내진다. 기동스위치회로(100)에는 기동스위치구동확인회로(101) 및 변조기(103)가 접속되고, 이 변조기(103)는 송신기(80)에 접속된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 기동스위치회로(100)에는, DC모터(36)에 정역회전신호를 공급하기 위한 제1 및 제2 수신복조회로(102,104)와, 상기 DC모터(36)를 제어하기 위한 정역회전 선택회로를 구비한 모터구동회로(106)가 접속되어 있다. 모터구동회로(106)에는, 모터구동확인회로(107)를 경유하여 변조기(103)가 접속된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 기동스위치회로(100)에는, 더욱이 LED 스위치회로(108) 및 펄스발생회로(110)가 접속되어 있다. 펄스발생회로(110)에 변조회로(112)가 접속되고, 이 변조회로(112)가 LED스위치회로(108)에 구동신호를 보냄과 동시에, 상기 LED스위치회로(108)에 LED(상태표시수단, 114)가 접속된다. LED(114)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 툴 홀더(18)의 외주로부터 중심방향으로 형성된 공부(孔部, 115)에 고정되고, 그 선단이 상기 툴 홀더(18)의 외주면과 대략 동일 면상(面上)에 배치되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(22)는, 송신기(80)의 안테나선(82)으로부터 보내지는 전자파를 안테나선(116)으로부터 수신하는 수신기(118)를 구비하고, 이 수신기(118)가 상기 전자파를 복조기(120)에 공급한다. 복조기(120)에는, 카운트부(count unit, 122), 기동스위치구동확인회로(123) 및 모터구동확인회로(125)가 접속되어 있다.
기동스위치구동확인회로(123) 및 모터구동확인회로(125)는, 상태표시부(127)에 접속되는 한편, 카운트부(122)는 입력신호를 펄스화하여 주파수를 세밀히 분해하고, 보정량표시부(124)에 보정량으로서 변환표시함과 동시에, 연산부(126)에서 보정헤드(30)의 보정변위가 연산된다.
컨트롤러(22)에는, 보정지시부(128)가 설치되고, 이 보정지시부(128)로부터의 플러스(正回轉) 및 마이너스(逆回轉)의 신호가 연산부(126)에 입력된다. 연산부(126)에는, 제1 및 제2스위치(130,132)를 경유하여 제1 및 제2변조송신회로(134,136)가 접속된다. 제1 및 제2변조송신회로(134,136)는, 연산부(126)로부터 보내지는 정회전 또는 역회전 구동신호를 변조기(138)를 경유하여 송신기(140)로 공급함과 동시에, 상기 송신기(140)에는, 발진변조기(142)가 접속된다. 송신기(140)가 켜지면 툴 홀더(18)측의 수신기(90)가 작용하고, DC모터(36)가 정회전 또는 역회전의 보정지시에 응하여 회전구동된다.
이와 같이 구성되는 제1실시형태에 관한 작업기계(10)의 동작에 관하여, 이하에서 설명한다.
툴 홀더(18)는, 스핀들(16)에 장착된 상태에서, 공작기(14)의 작용하에 회전하면서 화살표 A방향, 화살표 B방향 및 화살표 D방향으로 선택적으로 이동하고, 도시되지 않은 피가공물에 소정의 가공(예를 들면, 구멍가공)을 실시한다. 그리고, 가공구멍의 지름이 측정되고, 그 가공구멍의 지름이 공차 내에 없는 경우 등에는, 바이트(28)의 보정이 행해진다.
즉, 일련의 가공이 종료하고, 그 다음 피가공물(미도시)의 가공으로 이행하기까지의 사이에, 스핀들(16)이 소정의 대기위치로 이송되어 툴 홀더(18)가 준비상태에 이른다. 다음으로, 컨트롤러(22)에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 캐리어(carrier) 기본파(f0)에 대하여 식별파인 식별성을 갖는 신호파(f1)가 더해진 변조파(f2)가 발진변조기(142)로부터 송신기(140)를 경유하여 안테나선(116)으로부터 송신된다. 변조파(f2)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 툴 홀더(18)의 안테나선(82)으로부터 수신기(90)로 보내진다.
여기서, 신호파(f1)가, 기동스위치회로(100)를 켜는 기동스위치 ON신호이면, 변조파(f2)가 신호복조회로(96)에서 기본파(f0) 및 기동스위치 ON신호(신호파 f1)로 인식된다. 기본파(f0) 및 신호파(f1)로서 쌍방이 인식된 경우에만, 신호확인트리거회로(98)에 상기 기본파(f0) 및 상기 신호파(f1)가 보내지고, 이 신호확인트리거회로(98)가 구동스위치회로(100)에 상기 기본파(f0) 및 상기 신호파(f1)를 보냄과 동시에, 펄스전원회로(94)를 멸세(滅勢)하여 수신기(90)를 연속적으로 구동시킨다.
기동스위치회로(100)는, 수신한 신호파(f1)에 대응하여 원하는 작용을 행하도록, 전지(35)를 소정의 회로에 접속시킨다. 즉, 신호파(f1)는, 기동스위치구동확인회로(101)를 작동시켜, 도 3에 도시된 바와 같이, 발진변조기(76)를 구동시키고, 송신기(80)을 경유하여 기동스위치 ON확인신호로서 안테나선(82)으로부터 컨트롤러(22)에 반신된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 신호파(f1)는, 복조기(120)를 경유하여 기동스위치구동확인회로(123)로 보내진다. 이로 인하여, 소위 앤서백(answer back)이 형성된다(도 8참조).
한편, 센서(62)를 구성하는 가이드부(68)가 파워 유닛(54)의 한 쪽의 확축편부에 고정됨과 동시에, 센서 누름부(75)가 상기 파워 유닛(54)의 다른 쪽 확축편부에 고정되어, 접촉부(72)와 상기 센서 누름부(75)가 항상 누름상태를 유지하고 있다. 이 때문에, 헤드 하우징(58)이 화살표 C방향으로 이동하면, 접촉부(72) 및 센서 누름부(75)를 경유하여 측정코어(70)가 가이드부(64)를 따라 미끌어진다. 그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 권선코일(66)의 총합 컨덕턴스(conductance)가 변화하고, 발진변조기(76)로부터 센서가변고주파(MHz) 신호파(fΔ= f0 + Δs)가 얻어진다. 또, f0는, 센서(62)가 동작하지 않을 때의 고주파신호 주파수가 된다.
이 고주파는, 송신기(80)로부터 안테나선(82)을 경유하여 컨트롤러(22)의 안테나선(116)에서 수신기(118)로 무선수신되고, 복조된 후에 카운트되어 센서(62)의 변위, 즉 보정헤드(30)의 변위가 측정된다.
그 때, 컨트롤러(22)에는, 이 컨트롤러(22)로부터 툴 홀더(18)로 송신된 기본파(f0) 및 신호파(f1)에 대응하는 변조파(f2)가 확인신호로서 상기 툴 홀더(18)로부터 반신된다(도 8참조). 따라서, 컨트롤러(22)로부터 툴 홀더(18)에 소정의 통신이 행해지는 것을 확실히 검출할 수 있고, 무선통신에 의한 제어가 고정밀도로 수행가능하게 된다는 효과가 얻어진다.
컨트롤러(22)에서는, 센서(62)로부터의 무선통신에 의해 보정헤드(30)의 상태가 검출되면, 연산부(126)를 경유하여 DC모터(36)를 정회전 또는 역회전시키기 위해 툴 홀더(18)측으로 무선통신이 행해진다. 예를 들면, 컨트롤러(22)의 연산부(126)로부터 플러스보정(정회전)의 지시가 있으면, 제1스위치(130)가 켜져서 제1변조 송신회로(134) 및 송신기(140)로부터 안테나선(116)을 경유하여, 툴 홀더(18)의 안테나선(82)으로부터 수신기(90)로 정회전신호(정회전변조신호, f3)가 보내진다. 정회전신호는, 제1수신복조회로(102)로부터 모터구동회로(106)로 보내지고, 이 모터구동회로(106)를 경유하여 DC모터(36)가 정회전된다.
한편, 컨트롤러(22)의 연산부(126)로부터 마이너스보정(역회전)이 지시되면,제2스위치(132)가 켜져서 제2변조 송신회로(136) 및 송신기(140)로부터 안테나선(116)을 경유하여, 툴 홀더(18)의 안테나선(82)으로부터 수신기(90)로 역회전신호(역회전변조신호, f4)가 보내진다. 역회전신호는 제2수신복조회로(104)로부터 모터구동회로(106)로 보내지고, 이 모터구동회로(106)를 경유하여 DC모터(36)가 역회전된다.
DC모터(36)의 회전은, 도 2에 도시된 바와 같이, 감속기(38)에 의해 상당히 감속된다. 이로 인하여, 비교적 소형인 DC모터(36)를 사용하여도, 큰 출력(토오크)을 얻을 수 있다. 감속기(38)의 출력축(40)에 연접(連接)된 드라이브 어댑터(42)가 회전하면, 이 드라이브 어댑터(42)에 슬릿(44) 및 핀(46)을 경유하여 계합한 테이퍼 드라이브축(48)이 회전하고, 더욱이 상기 테이퍼 드라이브축(48)의 외주면에 미끄럼 접촉하는 복수의 롤러(50)가 회전한다.
따라서, 테이퍼 드라이브축(48) 및 복수의 롤러(50)가 전후방향(화살표 D방향)으로 전동(轉動)하여, 파워 유닛(54)이 소정의 범위내에서 확축(화살표 C방향)된다. 이 파워 유닛(54)이 화살표 C방향으로 확축하면, 상기와 같이 센서(62)가 구동되어 컨트롤러(22)로 상기 파워 유닛(54)의 변위, 즉 보정헤드(30)의 변위가 무선통신된다.
이 경우, 제1실시형태에서는, 전파흡수체(전기양도체부)로 구성된 툴 홀더(18)의 외주에 전파투과성 부재(84)가 장착되고, 이 전파투과성 부재(84)를 경유하여 상기 툴 홀더(18)의 단부로부터 일정거리(H, 1∼20mm, 보다 바람직하게는, 3∼8mm)만큼 사이가 떨어져서 안테나선(82)이 돌려 감겨져 있다.
이로 인하여, 송수신기구(20)는 전파흡수체인 툴 홀더(18) 자체의 영향 없이, 컨트롤러(22)와의 사이에서 무선통신에 의한 제어신호의 송수신을 원활하면서도 확실히 행할 수 있게 된다. 특히, 안테나선(82)을 툴 홀더(18)의 단부로부터 3∼8mm만큼 사이를 떨어뜨리면, 3∼5m정도의 이간(離間)거리를 갖고 있어도 무선통신이 가능한 것이 확증되었다(도 4 참조). 또, 전자파의 송수신과 안테나는 일반적으로 상반성이 있고, 송신의 특성은 수신의 특성과도 동일하다.
더욱이, 안테나선(82)의 외주에는, 전파투과성부재(84)와 같이 전파를 투과하는 재료에다 방수성을 갖는 커버부재(86)가 고착된다. 따라서, 송수신기구(20)는 원하는 방수성도 확보할 수 있게 된다.
게다가, 툴 홀더(18)는 컨트롤러(22)로부터의 무선통신에 의해 전지(35)로부터 구동기구(32) 및 검출기구(34)등에 전기에너지를 공급할 수 있도록 하기 위한 기동스위치회로(100)를 구비한다. 이 때문에, 툴 홀더(18)가 스핀들(16)에 장착되어 사용중, 그것도 필요한 경우에만 전지(35)를 사용할 수 있어서 상기 전지(35)를 효율적으로 활용할 수 있게 된다.
여기서, 툴 홀더(18)는 기동스위치회로(100)에 의해 구동되는 상태표시수단인 LED(114)를 구비하고 있다. 그리고, 기동스위치회로(100)에 신호파(f1)가 송신되면, 이 기동스위치회로(100)는 LED스위치회로(108) 및 펄스발생회로(110)에 신호를 보낸다. 따라서, LED스위치회로(108)에는, 기동스위치회로(100)로부터의 신호외에, 펄스발생회로(110)로부터 변조회로(112)에 공급된 신호도 동시에 보내진다. 이로 인하여, LED스위치회로(108)가 LED(114)를 구동한다.
LED(114)가 구동됨으로써, 툴 홀더(18)의 작용상태를 이 툴 홀더(18) 자체에 표시할 수 있어서 상기 툴 홀더의 동작상태를 직접 확인하게 되어 신뢰성 향상이 도모된다. 또, LED(114)의 점멸간격이나 점등색을 변경함으로써, 툴 홀더(18)의 여러 작용상태를 식별하여 표시할 수도 있다.
게다가, 툴 홀더(18)와 컨트롤러(22)가 상호 전자파에 의한 무선통신을 행하여, 소위 앤서백(answer back)방식에 따라 상기 툴 홀더(18)측의 검출기구(34)를 구성하는 센서(62)로부터의 정보에 기초하여, 상기 컨트롤러(22)가 구동기구(32)를 구성하는 DC모터(36)를 구동제어한다. 따라서, 보정헤드(30)의 보정작업이 고정밀도로 확실히 수행된다고 하는 효과가 있다.
또, 툴 홀더(18)에서는, 기본파(f0) 및 신호파(f1)(또는 f3, f4)의 쌍방을 수신한 것이 인식된 경우에만 상기 툴 홀더(18)에서 상기 신호파(f1)(또는 f3, f4)에 응하는 소정의 작용이 행해진다. 이 때문에, 툴 홀더(18)의 오동작을 확실히 저지함과 동시에, 이 툴 홀더는 여러 작용을 고정밀도로 수행할 수 있다는 이점(利點)이 있다.
도 10은 본 발명의 제2실시형태에 관한 작업기계(160)을 구성하는 툴 홀더(162)의 종단면설명도이다. 또, 제1실시형태에 관한 툴 홀더(18)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
툴 홀더(162)에 내장된 검출기구(164)는, 광학식 로터리 엔코더(rotary encoder, 회전각도검출센서)를 구성하고, 서로 대향하는 광원(발광 다이오드 등, 166)과 수광소자(포토트랜지스터 등, 168)를 구비한다. 광원(166)과 수광소자(168)의 사이에는, 드라이브 어댑터(42)를 경유하여 슬롯판(slot plate, 170)이 배설된다. 이 슬롯판(170)에는, 도 11에 도시된 바와 같이, 등각도 간격씩 사이가 떨어진 복수의 슬릿(172)이 광원(166)의 광축상에 대응하여 형성된다.
이와 같이 구성되는 작업기계(160)에서는, 제1실시형태에 관한 툴 홀더(18)와 마찬가지로, 보정헤드(30)를 조정하기 위해 DC모터(36)가 구동되면 이 DC모터(36)를 경유하여 드라이브 어댑터(42)와 슬롯판(170)이 일체로 회전한다. 이 때문에, 광원(166)으로부터 출력되는 검출광은, 슬롯판(170)의 슬릿(172)을 투과함으로써 수광소자(168)에 단속적으로 투사되므로 펄스신호가 발생된다.
이 펄스신호는 디지털신호로서 전자파에 실려 툴 홀더(18)로부터 컨트롤러(미도시)로 송신된다. 따라서, DC모터(36)의 회전상태로부터 보정헤드(30)의 변위량을 간접적으로 검출할 수 있어서, 제1실시형태와 같은 효과가 얻어진다.
도 12 및 도 13에는, 본 발명의 제3실시형태에 관한 작업기계를 구성하는 검출기구(회전각도 검출센서, 180)가 도시되어 있다. 이 검출기구(180)는 드라이브 어댑터(42)에 고정된 도전성의 원판(182)을 구비하고, 이 원판(182)에는 비전도부(184)가 등각도 간격씩 사이가 떨어져서 복수로 설치되어 있다. 원판(182)에는, 도시되지 않은 전도검출기에 접속된 고정형 접촉부재(186)가 접촉되어 있다.
이와 같이 구성된 검출기구(180)에서는, 제2실시형태와 마찬가지로 DC모터(미도시)를 경유하여 드라이브 어댑터(42)와 원판(182)이 일체로 회전하다. 이 때문에, 원판(182)에 접촉되어 있는 접촉부재(186)는, 비전도부(184)와 상기 원판(182) 자체(전도부)에 서로 번갈아 접촉하여, 도시되지 않은 전도검출기에 ON/OFF신호가발생된다. 이 ON/OFF신호는, 디지털신호로서 전자파에 실려 컨트롤러(미도시)로 송신된다. 이로 인하여, 제3실시형태에서는, 제2실시형태와 같은 효과가 얻어진다.
도 14는, 본 발명의 제4실시형태에 관한 작업기계(210)를 도시한다. 작업기계(210)는 공작기(212)와, 상기 공작기(212)의 스핀들(214)에 착탈이 자유로운 툴 홀더(216)와, 이 툴 홀더(216)에 설치된 송수신기구(217)와, 이 송수신기구(217)와 무선통신이 자유로운 컨트롤러(218)를 구비한다. 스핀들(214)은, 도시되지 않은 회전구동원에 연결되어 회전이 자유롭게 됨과 동시에, 임의의 방향으로 이동이 자유롭다.
툴 홀더(216)는 일단부에 스핀들(214)에 끼워져 설치되는 생크부(220)를 갖고, 타단부에 피가공물(W)의 가공상태를 측정하는 계측헤드(도구,222)가 설치된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 툴 홀더(216)에는, 계측헤드(222)에 의한 소정의 작용상태를 검출하기 위한 검출기구(224)와, 이 검출기구(224)를 구동하기 위한 전지(DC전원, 226)가 내장된다.
툴 홀더(216)의 중앙부분에는, 원통상의 슬라이드 하우징(228)이 스프링(230)을 경유하여 축방향(화살표 E방향)으로 진퇴가 자유롭게 끼워 맞춰진다. 슬라이드 하우징(228)의 외주부에는, 축방향으로 소정의 길이를 갖는 가이드홈(232)이 형성되고, 이 가이드홈(232)으로 볼(234)이 끼워 맞춰진다. 슬라이드 하우징(228) 내에는, 무선송수신용 부품이 편입된 기판(236)이 배설됨과 동시에, 이 슬라이드 하우징(228)의 전부측(前部側)에 검출기구(224)가 수용된다.
검출기구(224)는 고정통체(筒體)에 유지되는 리니어센서인변위검출센서(240)를 구비한다. 이 센서(240)는 제1실시형태에 관한 센서(62)와 마찬가지로 구성되어 있고, 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여하고 그 상세한 설명은 생략한다.
도 16에 도시된 바와 같이, 센서(240)의 권선코일(66)은, 고주파발진기(고주파발진수단)인 크리스탈 발진자(crystal oscillator, 242)를 구비한 발진변조회로(244)에 접속됨과 동시에, 이 발진변조회로(224)에는 전지(226)가 기동스위치회로(246)를 경유하여 접속된다. 이 기동스위치회로(246)는, 제1실시형태에 관한 기동스위치회로(100)와 마찬가지로 구성되어 있으며 그 상세한 설명은 생략한다.
발진변조회로(244)는, 크리스탈 발진자(242)에서 발생하는 기본파와 권선코일(66)을 포함하는 회로의 인덕턴스의 변화량을 변조파로서 생성하고, 완충회로(254)를 경유하여 송신기(250)로 보낸다. 이 변조파는, 송신기(250)에서 센서신호파로서 안테나선(252)으로 보내지고, 컨트롤러(218)로 무선송신된다.
도 15에 도시된 바와 같이, 안테나선(252)은 툴 홀더(216)의 외주에 전파투과성 부재(256) 및 커버 부재(258)에 감겨져 장착되어 있고, 이에 따라 송수신기구(217)가 구성된다. 툴 홀더(216)는 툴 홀더(18)와 마찬가지로, 철계 재료나 알루미늄 재료등의 전파흡수체(전기양도체부)로 구성되어 있고, 이 툴 홀더(216)의 외주에는 합성수지, 합성섬유, 합성고무, 글래스재, 종이재료, 목재 및 도자기 등의 전파를 투과하는 재료로 이루어지는 전파투과성 부재(256)가 장착되며, 이 전파투과성 부재(256)를 경유하여 상기 툴 홀더(216)의 단부로부터 일정거리(H, 1∼20mm, 보다 바람직하게는 3∼8mm) 만큼 사이를 떨어뜨려 안테나선(252)이 돌려 감겨진다. 커버 부재(258)는, 더욱이 인성 및 방수성이 우수할 필요가 있으며, 바람직하게는 합성수지류로 구성된다.
계측헤드(222)는, 도 15 및 도 17에 도시된 바와 같이, 축방향으로 교차하는 반경방향(화살표 F방향)으로 진퇴가 자유로운 측정핀(측정자, 270a, 270b)을 구비하고, 이 측정핀(270a, 270b)이 접촉레버(contact lever, 272a, 272b)에 고착된다. 접촉레버(272a, 272b)는, 화살표 E방향으로 연장되어 있음과 동시에, 각각의 단부측에는 서로 대향하여 접촉점(contact point, 274a, 274b)가 설치된다.
접촉레버(272a,272b)의 사이에는, 축(276)이 진퇴가 자유롭게 배설되고, 이 축(276)의 일단에 접촉점(274a,274b)에 계합된 원추면(278)이 형성된다. 한편, 축(276)의 타단 단면(端面, 280)은, 센서(240)를 구성하는 접촉부(72)에 맞닿는다.
도 16에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(218)는, 안테나선(252)으로부터 전자파로서 보내지는 변조파를 안테나선(282)으로부터 수신하는 수신기(284)를 구비하고, 이 수신기(284)가 복조기(286)에 접속된다. 복조기(286)에 카운트부(288)가 접속되고, 이 카운트부(288)에 의해 카운트된 주파수가 표시부(290)에 측정치로서 변환표시됨과 동시에, 계측헤드(222)의 측정치, 즉 피가공물(W)의 구멍 직경등의 가공상태가 측정된다. 컨트롤러(218)에는, 기본파에 신호파를 더한 변조파를 툴 홀더(216)로 송신하기 위한 송신기(292)가 배설된다.
이와같이 구성된 제4실시형태에 관한 작업기계(210)의 동작에 관하여, 이하에 설명한다.
툴 홀더(216)는, 스핀들(214)에 장착된 상태에서, 공작기(214)의 작용하에 피가공물(W)의 소정의 가공구멍(Wa)에 대응하여 이동된다. 그래서, 컨트롤러(218)에서는, 송신기(292)로부터 안테나선(282)을 경유하여 변조파가 송신되고, 이 변조파가 툴 홀더(216)의 안테나선(252)에서 수신된다. 툴 홀더(216)에서는, 제1실시형태에 관한 툴 홀더(18)와 마찬가지로 신호의 확인이 행해지고, 소정의 신호인 것으로 확인되면 이 툴 홀더(216)에서의 작업이 개시된다.
구체적으로는, 기동스위치회로(246)를 경유하여 전지(226)로부터 발진변조회로(244)에 전력이 공급되어 검출기구(224)가 구동된다. 그 때, 계측헤드(222)가 피가공물(W)의 가공구멍(Wa)에 삽입되면, 측정핀(270a,270b)이 상기 가공구멍(Wa)의 내벽면(內壁面)에 맞닿아 화살표 F방향으로 진퇴하고, 접촉레버(272a,272b)의 접촉점(274a,274b)이 축(276)의 원추면(278)을 누른다. 이 때문에, 가공구멍(Wa)의 직경이 작으면, 축(276)이 도 17중 화살표 E1방향으로 이동하여 센서(240)의 접촉부(72)를 권선코일(66)측으로 누르며, 제1실시형태와 마찬가지로 센서가변고주파(MHz)신호파가 얻어진다.
이 신호파는, 도 16에 도시된 바와 같이, 송신기(250)에 보내지고, 이 송신기(250)로부터 안테나선(252)을 경유하여 컨트롤러(218)의 안테나선(282)으로 무선송신된다. 컨트롤러(218)에서는, 복조기(286)에 의해 신호파로부터 목적한 바의 주파수가 취출되고, 계측헤드(222)의 측정치가 얻어진다.
이 경우, 제4실시형태에서는, 송수신기구(217)가 전파흡수체인 툴 홀더(216) 자체의 영향 없이, 컨트롤러(218)와의 사이에서 무선통신에 의한 측정치의 송신을원활하면서도 확실히 행할 수 있게 된다는 이점이 있을 뿐 아니라, 제1실시형태와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또, 제4실시형태에서는 피가공물(W)의 가공구멍(Wa)의 직경을 측정하는 계측헤드(222)를 사용했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 구멍의 깊이를 측정하는 헤드(미도시) 등을 사용할 수도 있다.
또, 제1 및 제4실시형태에서는, 송수신기구(20,217)를 구성하는 안테나선(82,252)이 선(線)모양을 갖고 있지만, 예를 들면, 도 18a∼도 18e에 도시된 바와 같이, 헬리컬 안테나선(300a), 빗모양 안테나선(300b) 및 루프(loop)모양 안테나선(300c) 등의 주기(周期)구조를 갖는 선모양 안테나나, 플렉시블 필름(flexible film)에 동도금을 실시한 판모양 안테나(300d), 또는 한 쌍의 동판의 단부를 단축 컨덴서(condensor)로 연결한 판(板)모양 안테나(300e) 등을 채용하여도 좋다.
본 발명에 관한 작업기계 및 그 통신방법에서는, 도구가 고착된 툴 홀더에 설치된 송수신기구와 외부의 컨트롤러와의 사이에서 전자파에 의한 무선통신이 행해짐과 동시에, 이 송수신기구가 툴 홀더의 전기양도체부로부터 전파투과성 부재를 경유로 하여 일정거리 만큼 사이가 떨어져 감겨진 안테나를 구비한다. 이 때문에, 철계 재료나 알루미늄 재료등의 전기양도체부, 즉 전파흡수체로 구성된 툴 홀더 자체의 영향 없이, 송수신기구와 컨트롤러의 사이에서 무선통신에 의한 송수신이 확실하고도 고정밀도로 수행될 수 있게 된다.

Claims (13)

  1. 도구(28)가 고착된 툴 홀더(18)와,
    상기 툴 홀더(18)에 설치되는 송수신기구(20)와,
    상기 송수신기구(20)와 전자파에 의해 무선통신을 행하는 컨트롤러(22)를 구비하고,
    상기 송수신기구(20)는, 상기 툴 홀더(18)를 구성하는 전기양도체부로부터 일정거리만큼 사이가 떨어져 감겨지는 안테나(82)와,
    상기 안테나(82)와 상기 전기양도체부의 사이에 끼워져 장착되는 전파투과성 부재(84)를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나(82)를 둘러싸는 전파투과성 커버부재(86)를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 툴 홀더(18)에는, 상기 툴 홀더(18)의 소정의 작용상태를 검출하기 위한 검출기구(34)가 내장된 것을 특징으로 하는 작업기계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 툴 홀더(18)에는, 전기에너지를 공급하기 위한 전원(35)과,
    상기 컨트롤러(22)로부터의 무선통신에 의해, 상기 전원(35)으로부터 상기툴 홀더(18) 내의 소정의 작용부로 전기에너지를 공급가능하게 하기 위한 기동스위치회로(100)가 내장된 것을 특징으로 하는 작업기계.
  5. 제4항에 있어서, 상기 툴 홀더(18)에는, 상기 기동스위치회로(100)에 의해 구동되는 상태표시수단(144)이 장착되는 것을 특징으로 하는 작업기계.
  6. 제3항에 있어서, 상기 툴 홀더(18)는, 스핀들(16)에 대하여 착탈이 자유롭게 구성되어 있고,
    상기 툴 홀더(18)는, 상기 도구(28)의 위치를 상기 스핀들(16)의 반경방향으로 위치조정할 수 있는 보정헤드(30)와,
    상기 보정헤드(30)를 구동하기 위한 회전구동원(36)을 구비하고,
    상기 검출기구(34)는, 상기 보정헤드(30)의 조정상태를 검출하기 위한 센서(62)를 갖고 있음과 동시에, 상기 센서(62)에 의한 검출정보를 상기 컨트롤러(22)로 무선통신 가능하게 구성하는 것을 특징으로 하는 작업기계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 센서(62)는, 상기 보정헤드(30)의 위치변화를 검출하는 리니어 센서임을 특징으로 하는 작업기계.
  8. 제6항에 있어서, 상기 센서는, 상기 보정헤드(30)의 위치변화를 회전각도로부터 디지털 펄스파에 의해 검출하는 회전각도 검출센서(164,180)임을 특징으로 하는 작업기계.
  9. 제3항에 있어서, 상기 툴 홀더(216)는 상기 도구로서 피가공물의 가공상태를 검출하기 위한 계측헤드(222)를 구비하고,
    상기 검출기구(224)는, 상기 계측헤드(222)에 의한 작용상태를 검출하기 위한 센서(240)를 갖고 있음과 동시에, 상기 센서(240)에 의한 검출정보를 상기 컨트롤러(218)로 무선통신 가능하게 구성한 것을 특징으로 하는 작업기계.
  10. 제9항에 있어서, 상기 센서는 상기 계측헤드(222)를 구성하는 검출자(檢出子)의 위치변화를 검출하는 리니어 센서(240)인 것을 특징으로 하는 작업기계.
  11. 도구(28)가 고착된 툴 홀더(18)와 외부의 컨트롤러(22)와의 사이에서 무선통신을 행하는 방법에 있어서,
    상기 컨트롤러(22)로부터 상기 툴 홀더(18)로 전자파를 송신하여, 상기 툴 홀더(18)로 소정의 작용신호를 공급하는 공정과,
    상기 작용신호를 수신한 상기 툴 홀더(18)로부터 상기 컨트롤러(22)로 전자파를 반신(返信)함으로써, 상기 툴 홀더(18)에 상기 소정의 작용신호가 공급된 것을 확인하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 작업기계의 통신방법.
  12. 도구(28)가 고착되는 툴 홀더(18)와 외부의 컨트롤러(22)와의 사이에서 무선통신을 행하는 방법에 있어서,
    송신측으로부터 반송파(搬送波)로서의 기본전자파와 식별성을 갖는 신호파를 동시에 송신하는 공정과,
    수신측에서 상기 기본전자파 및 상기 신호파의 쌍방을 수신할 때에만, 상기 신호파에 응하는 소정의 작용을 행하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 작업기계의 통신방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 툴 홀더(18)에서 상기 기본전자파 및 상기 신호파의 쌍방을 수신하여, 상기 툴 홀더(18)로부터 상기 컨트롤러(22)에 작용확인용 전자파를 반신하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 작업기계의 통신방법.
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