KR101208236B1 - device for measuring displacement of tool of machine tool using capacitive sensor - Google Patents

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Abstract

이 발명은, 절삭이 발생되는 공구 끝점에서 가장 가까운 곳에 내장형 센서를 설치하여 절삭가공중에 공구의 변위를 실시간 측정할 수 있으며, 빠른 응답성을 가질 뿐만 아니라, 절삭가공중에 발생되는 순간 돌출량 및 열변위를 보정함으로써 가공오차를 효과적으로 줄일 수 있는, 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 길이 측정장치에 관한 것으로서,
공구가 장착되는 주축대의 주축 로터의 외주면에 설치되어 있는 칼라와, 상기한 칼라의 외주면에 설치되어 칼라의 변위를 감지하는 정전용량형 변위센서와, 상기한 정전용량형 변위센서에 연결되어 있으며 상기한 정전용량형 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 순간돌출량 및 열변위량을 보정하는 제어부를 포함하여 이루어지면 바람직하다.According to the present invention, the built-in sensor is installed closest to the tool end point where the cutting occurs, and the displacement of the tool can be measured in real time during cutting, and it has not only quick response but also the amount of instantaneous protrusion and heat generated during cutting. The present invention relates to a multi-tool length measuring device using a capacitive displacement sensor that can effectively reduce machining errors by correcting the above.
A collar installed on the outer circumferential surface of the spindle rotor of the spindle on which the tool is mounted; It is preferable to include a control unit for correcting the instantaneous projection amount and the thermal displacement amount by using a signal input from the capacitive sensor.

Description

정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치{device for measuring displacement of tool of machine tool using capacitive sensor}Device for measuring displacement of capacitive sensor using capacitive sensor

이 발명은 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 절삭이 발생되는 공구 끝점에서 가장 가까운 곳에 내장형 센서를 설치하여 절삭가공중에 공구의 변위를 실시간 측정할 수 있으며, 빠른 응답성을 가질 뿐만 아니라, 절삭가공중에 발생되는 순간 돌출량 및 열변위를 보정함으로써 가공오차를 효과적으로 줄일 수 있는, 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-tool displacement measuring device using a capacitive displacement sensor. More specifically, the built-in sensor is installed in the closest to the tool end point where the cutting occurs, and the displacement of the tool can be measured in real time during cutting. In addition, the present invention relates to a multi-tool displacement measuring apparatus using a capacitive displacement sensor, which has a fast response and can effectively reduce a machining error by correcting an instantaneous protrusion and thermal displacement generated during cutting.

공작기계를 이용한 절삭가공은 다양한 절삭공구를 이용하여 평삭가공, 측면가공, 구멍가공, 나사가공 등이 이루어지며, 이를 위한 NC(수치제어) 공작기계의 경우, 일측에 마련된 공구 매거진에 다수의 절삭공구를 배치하고 주축은 이 공구를 이용하여 필요한 가공에 공구를 교환하면서 가공을 하게 된다. 이로서 공작기계는 다수의 공구수납으로 보다 빠르고 신속하게 운용된다. The cutting process using machine tools is performed by using various cutting tools such as planing, side processing, hole processing, threading, etc. In the case of NC (numeric control) machine tools for this purpose, a number of cuttings are provided in the tool magazine provided on one side. The tool is placed and the spindle is machined using this tool, exchanging the tool for the required machining. This allows machine tools to run faster and faster with multiple tool storage.

상기한 공작기계에 사용되는 공구는 가공 중에 공작물과의 마찰로 인해 공구인선이 마모되면서 길이가 변화하거나 가공 중에 공작물의 재질 불균일, 장비 운용 실수 및 외부의 요인에 의하여 파손 또는 절손 등이 발생된다. The tool used in the above-mentioned machine tool changes in length as the tool edge wears due to friction with the workpiece during machining, or breakage or loss due to material unevenness of the workpiece during machining, equipment operation mistakes, and external factors.

절삭용 공구가 다수개의 절삭날을 가지는 경우, 복수개의 공구 인서트가 파손이나 절손 등이 발생되어야 공작물에 직접적으로 영향을 일으키게 된다. 하지만 엔드밀, 탭, 드릴 등의 경우, 절삭 날의 개수가 적으므로 인해 절삭 날의 파손이 일어나면 공작물에 직접적으로 이상이 생기며 불량을 초래하게 된다. When the cutting tool has a plurality of cutting edges, a plurality of tool inserts may be directly damaged or broken to cause work. However, in the case of end mills, taps, drills, etc., since the number of cutting edges is small, an abnormality occurs directly on the workpiece and causes defects when the cutting edge breaks.

따라서, 장시간 사용된 절삭용 공구는 마모의 발생량만큼 가공 오차가 발생되므로 상기 공구의 길이를 측정하고 마모된 길이를 보정해야 할 필요가 있다. Therefore, the cutting tool used for a long time is a machining error occurs as much as the amount of wear occurs, it is necessary to measure the length of the tool and to correct the worn length.

이로 인해, 종래에는 절삭공구의 파손검출이나 길이의 측정은 기계 내부에 설치된 리미터 스위치나 터치센서를 이용하여 주축에 장착된 공구가 주축이 설치된 축이 이송하여 직접 접촉하여 센서가 동작하게 되면 이 동작 시점을 기준으로 이동거리를 환산하는 방법과 레이저 측정장치에 의하여 주사한 레이저가 수광부에 도달하는 시간을 기준으로 측정하는 방법, 초음파 센서 등을 이용하는 다양한 방법이 있다. For this reason, conventionally, the damage detection or the length measurement of the cutting tool is performed when the sensor is operated by directly contacting the axis installed with the main shaft by using a limiter switch or a touch sensor installed inside the machine. There are a variety of methods using a method of converting a moving distance based on a viewpoint, a method of measuring based on a time when a laser scanned by a laser measuring device reaches a light receiving unit, an ultrasonic sensor, and the like.

그러나, 상기한 종래의 방법들은 공구의 변위를 단순한 온/오프 타입으로 감지하는 것에 불과 하고, 또한 절삭가공중에 공구의 변위를 실시간으로 측정하지 못함으로써 응답성이 느리게 되고, 이에 따라 가공 오차가 발생하게 되는 문제점이 있다.However, the above-described conventional methods merely detect the displacement of the tool by a simple on / off type, and also do not measure the displacement of the tool in real time during cutting, resulting in a slow response and thus a machining error. There is a problem.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 절삭이 발생되는 공구 끝점에서 가장 가까운 곳에 내장형 센서를 설치하여 절삭가공중에 공구의 변위를 실시간 측정할 수 있으며, 빠른 응답성을 가지는, 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to solve the conventional problems as described above, by installing a built-in sensor in the closest to the tool end point where the cutting occurs, it is possible to measure the displacement of the tool in real time during cutting processing, fast response The present invention provides a multi-tool displacement measuring apparatus using a capacitive displacement sensor.

본 발명의 다른 목적은, 절삭가공중에 발생되는 순간 돌출량 및 열변위량을 보정함으로써 가공오차를 효과적으로 줄일 수 있는, 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a multi-tool displacement measuring apparatus using a capacitive displacement sensor, which can effectively reduce the machining error by correcting the amount of instantaneous protrusion and thermal displacement generated during cutting.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 공구가 장착되는 주축대의 주축 로터의 외주면에 설치되어 있는 칼라와, 상기한 칼라의 외주면에 설치되어 칼라의 변위를 감지하는 정전용량형 변위센서와, 상기한 정전용량형 변위센서에 연결되어 있으며 상기한 정전용량형 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 순간돌출량 및 열변위량을 보정하는 제어부를 포함하여 이루어지면 바람직하다.As a means for achieving the above object, the configuration of the present invention is a capacitive displacement that is provided on the outer circumferential surface of the spindle rotor of the spindle on which the tool is mounted and the outer circumferential surface of the collar to sense the displacement of the collar. It is preferable to include a sensor and a control unit connected to the capacitive displacement sensor and correcting the instantaneous protrusion amount and the thermal displacement amount using a signal input from the capacitive sensor.

이 발명의 구성은, 상기한 정전용량형 변위센서는, 정전용량형 센서를 구성하기 위한 제1 센서전극 및 제2 센서전극과, 상기한 센서전극의 전류흐름을 집중시키기 위한 센서가드와, 상기한 센서전극을 보호하기 위한 센서 보호커버와, 센서 전체를 보호하기 위한 센서 하우징을 포함하여 이루어지면 바람직하다.According to one aspect of the present invention, the capacitive displacement sensor includes a first sensor electrode and a second sensor electrode for constituting a capacitive sensor, a sensor guard for concentrating a current flow of the sensor electrode, and It is preferable to include a sensor protective cover for protecting one sensor electrode, and a sensor housing for protecting the whole sensor.

이 발명의 구성은, 상기한 칼라의 외주면에는 그루브가 형성되면 바람직하다.The structure of this invention is preferable if a groove is formed in the outer peripheral surface of said collar.

이 발명의 구성은, 상기한 그루브를 중심으로 정전용량형 변위센서의 제1 센서전극 및 제2 센서전극이 좌우측에 설치되면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferably such that the first sensor electrode and the second sensor electrode of the capacitive displacement sensor are provided on the left and right sides centering the grooves described above.

이 발명의 구성은, 상기한 칼라는 가공이 진행되는 도중에 운전속도가 변하게 되는 경우에 발생되는 순간 돌출량에 의해 위치가 가변되면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferably such that the above-mentioned collar is changed in position by the instantaneous protrusion amount generated when the operation speed is changed during processing.

이 발명의 구성은, 상기한 칼라는 가공진행에 따른 발열이 생기게 되는 경우에 발생되는 열변위량에 의해 위치가 가변되면 바람직하다.The configuration of the present invention is preferable if the above-mentioned color is changed in position by the amount of heat displacement generated when heat is generated due to processing progress.

이 발명은, 절삭이 발생되는 공구 끝점에서 가장 가까운 곳에 내장형 센서를 설치하여 절삭가공중에 공구의 변위를 실시간 측정할 수 있으며, 빠른 응답성을 가질 뿐만 아니라, 절삭가공중에 발생되는 순간 돌출량 및 열변위를 보정함으로써 가공오차를 효과적으로 줄일 수 있는, 효과를 갖는다.According to the present invention, the built-in sensor is installed closest to the tool end point where the cutting occurs, and the displacement of the tool can be measured in real time during cutting, and it has not only quick response but also the amount of instantaneous protrusion and heat generated during cutting. By correcting the above, it is possible to effectively reduce the machining error.

도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 정전용량형 변위센서의 구성도이다.
도 3는 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 순간 돌출량 및 열변위량의 감지 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of a multi-tool displacement measuring apparatus using a capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a capacitive displacement sensor of the multi-tool displacement measuring device using the capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining the principle of detecting the instantaneous protrusion amount and the thermal displacement amount of the multi-tool displacement measuring apparatus using a capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings in order to describe in detail enough to enable those skilled in the art to easily carry out the present invention. . Other objects, features, and operational advantages, including the purpose, operation, and effect of the present invention will become more apparent from the description of the preferred embodiments.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.For reference, the embodiments disclosed herein are only presented by selecting the most preferred embodiment in order to help those skilled in the art from the various possible examples, the technical spirit of the present invention is not necessarily limited or limited only by this embodiment Rather, various changes, additions, and changes are possible within the scope without departing from the spirit of the present invention, as well as other equivalent embodiments.

도 1은 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 구성도이고, 도 2는 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 정전용량형 변위센서의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a multi-tool displacement measuring device using a capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a multi-tool displacement measurement using a capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention A diagram of the capacitive displacement sensor of a device.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 구성은, 공구가 장착되는 주축대(1)의 주축 로터(11)의 외주면에 설치되어 있는 칼라(12)와, 상기한 칼라(12)의 외주면에 설치되어 칼라(12)의 변위를 감지하는 정전용량형 변위센서(2)와, 상기한 정전용량형 변위센서(2)에 연결되어 있으며 상기한 정전용량형 센서(2)로부터 입력되는 신호를 이용하여 순간돌출량 및 열변위량을 보정하는 제어부(도시되지 않음)를 포함하여 이루어진다.As shown in Figures 1 and 2, the configuration of a multi-tool displacement measuring device using a capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention, the spindle rotor 11 of the headstock (1) on which the tool is mounted Collar 12 is installed on the outer circumferential surface of the c), a capacitive displacement sensor 2 mounted on the outer circumferential surface of the collar 12 to detect displacement of the collar 12, and the capacitive displacement sensor It is connected to (2) and comprises a control unit (not shown) for correcting the instantaneous amount and the thermal displacement amount by using the signal input from the capacitive sensor (2).

상기한 정전용량형 변위센서(2)의 구성은, 정전용량형 센서를 구성하기 위한 제1 센서전극(21) 및 제2 센서전극(22)과, 상기한 센서전극(21, 22)의 전류흐름을 집중시키기 위한 센서가드(23)와, 상기한 센서전극(21, 22)을 보호하기 위한 센서 보호커버(25)와, 센서 전체를 보호하기 위한 센서 하우징(24)을 포함하여 이루어진다.The configuration of the capacitive displacement sensor 2 includes a first sensor electrode 21 and a second sensor electrode 22 for forming a capacitive sensor, and the currents of the sensor electrodes 21 and 22. It comprises a sensor guard 23 for concentrating flow, a sensor protective cover 25 for protecting the sensor electrodes 21, 22, and a sensor housing 24 for protecting the entire sensor.

상기한 칼라(12)의 외주면에는 그루브(13)가 형성되는 구조로 이루어진다.The outer circumferential surface of the collar 12 has a structure in which a groove 13 is formed.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 작용은 다음과 같다.By the above configuration, the action of the multi-tool displacement measuring device using the capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention is as follows.

도 3는 이 발명의 일실시예에 따른 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 변위 측정장치의 순간 돌출량 및 열변위량의 감지 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 가공이 시작되기 전에 제어부(도시되지 않음)는 기준길이를 측정하여 저장한다.3 is a view for explaining the principle of detecting the instantaneous protrusion amount and the thermal displacement amount of the multi-tool displacement measuring apparatus using the capacitive displacement sensor according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. Before this starts, the controller (not shown) measures and stores the reference length.

다음에, 가공이 진행되는 도중에 운전속도가 변하게 되거나 가공진행에 따른 발열이 생기게 되면 그로 인해서 발생되는 순간 돌출량이나 열변위량에 의해서, 공구가 장착되는 주축대(1)의 주축 로터(11)의 외주면에 설치되어 있는 칼라(12)의 위치변동이 일어나게 된다.Next, if the operating speed is changed during the processing or heat is generated according to the processing, the instantaneous amount or heat displacement caused by the instantaneous amount of the main shaft rotor 11 of the headstock 1 on which the tool is mounted is caused. The position change of the collar 12 provided in the outer peripheral surface will arise.

상기한 칼라(12)의 외주면에는 그루브(13)가 형성되어 있고, 상기한 그루브(13)를 중심으로 정전용량형 변위센서(2)의 제1 센서전극(21) 및 제2 센서전극(22)이 좌우측에 설치되어 있기 때문에 칼라(12)의 위치변동에 의해 그루브(13)가 이동하게 되면 제1 센서전극(21) 및 제2 센서전극(22)에 의한 정전용량도 변하게 된다.A groove 13 is formed on an outer circumferential surface of the collar 12, and the first sensor electrode 21 and the second sensor electrode 22 of the capacitive displacement sensor 2 are formed around the groove 13. Since the groove 13 is moved by the positional change of the collar 12, the capacitance by the first sensor electrode 21 and the second sensor electrode 22 is also changed.

이와 같은 정전용량형 센서(2)의 정전용량의 변화는 제어부(도시되지 않음)로 입력되고, 제어부(도시되지 않음)는 상기한 정전용량형 센서(2)로부터 입력되는 신호를 이용하여 순간돌출량 및 열변위량을 보정하게 된다.The change in capacitance of the capacitive sensor 2 is input to the controller (not shown), and the controller (not shown) is instantaneously protruded using the signal input from the capacitive sensor 2 described above. Volume and thermal displacement are corrected.

1 : 주축대 2 : 정전용량형 센서
11 : 주축로터 12 : 칼라
21, 22 : 센서전극 23 : 센서가드
24 : 센서 하우징 25 : 센서 보호커버1: headstock 2: capacitive sensor
11: spindle rotor 12: color
21, 22: sensor electrode 23: sensor guard
24: sensor housing 25: sensor protective cover

Claims (6)

공구가 장착되는 주축대의 주축 로터의 외주면에 설치되어 있는 칼라와,
상기한 칼라의 외주면에 설치되어 칼라의 변위를 감지하는 정전용량형 변위센서와,
상기한 정전용량형 변위센서에 연결되어 있으며 상기한 정전용량형 센서로부터 입력되는 신호를 이용하여 순간돌출량 및 열변위량을 보정하는 제어부를 포함하여 이루어지며,
상기한 정전용량형 변위센서는,
정전용량형 센서를 구성하기 위한 제1 센서전극 및 제2 센서전극과,
상기한 센서전극의 전류흐름을 집중시키기 위한 센서가드와,
상기한 센서전극을 보호하기 위한 센서 보호커버와,
센서 전체를 보호하기 위한 센서 하우징을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 길이 측정장치.A collar provided on the outer circumferential surface of the spindle rotor of the spindle on which the tool is mounted,
A capacitive displacement sensor installed on an outer circumferential surface of the collar to detect displacement of the collar;
It is connected to the capacitive displacement sensor and comprises a control unit for correcting the instantaneous projection amount and the thermal displacement amount by using the signal input from the capacitive sensor,
The capacitive displacement sensor,
A first sensor electrode and a second sensor electrode for constructing a capacitive sensor;
A sensor guard for concentrating the current flow of the sensor electrode;
A sensor protective cover for protecting the sensor electrode;
Multi-tool length measuring device using a capacitive displacement sensor, characterized in that comprises a sensor housing for protecting the entire sensor. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기한 칼라의 외주면에는 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 길이 측정장치.The method of claim 1,
Multi-length tool measuring apparatus using a capacitive displacement sensor, characterized in that the groove is formed on the outer peripheral surface of the collar. 제 3항에 있어서,
상기한 그루브를 중심으로 정전용량형 변위센서의 제1 센서전극 및 제2 센서전극이 좌우측에 설치되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 길이 측정장치.The method of claim 3,
The first and second sensor electrodes of the capacitive displacement sensor centered on the groove, the multi-tool length measuring apparatus using a capacitive displacement sensor, characterized in that the installation. 제 1항에 있어서,
상기한 칼라는 가공이 진행되는 도중에 운전속도가 변하게 되는 경우에 발생되는 순간 돌출량에 의해 위치가 가변되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 길이 측정장치.The method of claim 1,
Wherein the collar is a multi-tool length measuring device using a capacitive displacement sensor, characterized in that the position is changed by the amount of instantaneous protrusion generated when the operating speed is changed during processing. 제 1항에 있어서,
상기한 칼라는 가공진행에 따른 발열이 생기게 되는 경우에 발생되는 열변위량에 의해 위치가 가변되는 것을 특징으로 하는 정전용량형 변위센서를 이용한 다중 공구 길이 측정장치.The method of claim 1,
Wherein the collar is a multi-tool length measuring device using a capacitive displacement sensor, characterized in that the position is changed by the amount of heat displacement generated when the heat generated by the processing progress.
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