KR101407861B1 - 절삭공구의 마멸 감지장치 및 이를 이용한 절삭공구의 마멸 감지방법 - Google Patents

절삭공구의 마멸 감지장치 및 이를 이용한 절삭공구의 마멸 감지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 절삭공구의 마멸 감지장치는, 동력수단에 의해 회전되어 절삭물을 절삭하는 절삭공구의 마멸 감지장치에 있어서, 절삭공구가 절삭공구의 단부가 돌출되어 피절삭물을 절삭할 수 있도록 고정시키며 동력수단의 작동에 의해 절삭공구와 같이 회전하는 홀더; 상기 홀더를 수용하도록 구성되어 수용된 외측으로 원호상으로 수직 또는 수평 방향으로 일부 연장되는 장공의 형태인 감지공이 형성되는 감지체; 상기 감지체에는 감지공의 변형에 따라 도선의 길이가 변화되어 전기적 저항이 바뀌는 스트레인게이지가 구성되고, 상기 스트레인게이지로부터 감지된 저항의 변형량을 송신받는 전송기가 구성되고, 상기 전송기로부터 스트레인게이지로부터 감지된 저항의 변형량을 송신받는 제어부가 구성되는 측정수단;을 포함하여 이루어진다.
따라서 측정수단의 스트레인게이지를 통해 전송기 및 제어부로부터 송신받은 전기적 저항값에 따라 절삭공구의 교환시기가 감지되어 보다 간편하게 절삭공구의 마멸에 대한 진단을 더욱 정확하게 하고, 이에 따라 무인 가공작업을 통한 생산시스템의 자동화를 도모하는 효과를 발휘한다.

Description

절삭공구의 마멸 감지장치 및 이를 이용한 절삭공구의 마멸 감지방법{Wear of Cutting Tool Wear and sensing devices using the same cutting tool detection methods}
본 발명은 절삭공구의 마멸 감지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 절삭력에 따라 변형이 이루어지는 감지공이 형성된 감지체에 의해 절삭공구의 마멸을 감지하고, 감지체로부터 변형이 감지되면 CCM카메라로 다시 절삭공구의 마멸을 모니터링하여 정밀한 절삭공구의 마멸을 감지할 수 있는 절삭공구의 마멸 감지장치에 관한 것이다.
일반적으로 절삭가공을 도모하는 공작기계에 설치되어 사용되는 절삭공구는 절삭 가공과 함께 점차 마멸되며, 계속되는 마멸을 거쳐 최종적으로는 파손에 이르게 된다.
따라서 공작기계를 통한 절삭가공을 수행하는 과정에서 절삭공구의 마멸은 필수적으로 수반되나, 절삭공구의 마멸은 공작기계를 통한 절삭가공에 따른 생산의 최적화를 위한 가장 중요한 요소 중 하나라고 할 수 있다.
즉, 마멸된 절삭공구를 사용함으로서 가공물의 치수 정밀도는 물론 가공 표면의 품질을 저하시키게 되며, 공구의 돌발적인 파손은 가공물을 파손시켜 금전적인 손해를 발생시킬 뿐만 아니라, 특히 CNC 공작기계에서의 무인 가공을 어렵게 만드는 중요한 원인 중 하나이다.
따라서 생산시스템의 자동화, 생산성의 증대, 고품질을 생산하기 위해서는 절삭공구의 수명이 끝났을 때 적절한 절삭공구의 교환시기가 요구되고 있는 실정이다.
이러한 문제 해결을 위해, 절삭공구가 사용된 시간을 체크하고, 미리 설정된 사용 시간에 맞추어 절삭공구를 자동으로 교환되도록 하고 있으나 이러한 방식은 대량 생산 방식에서 절삭공구가 특정한 가공 조건에서만 사용하는 경우에 적용 가능한 방식이며, 매번 다른 모양의 부품을 가공하는 경우에 대해서는 적용이 불가능하며, 이러한 가공조건을 무시한 절삭공구의 교환은 경제성이 저하될 뿐만 아니라 절삭공구의 파손 및 가공품의 불량화를 야기시키는 문제점을 내포하고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 가공물의 절삭작업시에 가공물의 가공 소음을 검출하여 공구의 손상과 마모를 감시하는 기술이 개발된 바 있으며, 이러한 가공물의 가공 소음을 검출하여 공구의 손상과 마모를 감시하는 대표적인 기술로는 공개특허 제10-2000-0012975호가 있다.
하지만 상기 공개특허 제2000-0012975호와 같이 가공물의 가공 소음을 전송받는 과정에서 신호의 왜곡, 손실, 그리고 외부잡음 등에 의한 신호가 정밀하지 못해 여전히 절삭공구의 교환시기를 산출해내지 못하는 단점이 여전히 존재하게 되었다.
공개특허 제10-2000-0012975호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 절삭력에 따라 변형이 이루어지는 감지공이 형성된 감지체에 의해 절삭공구의 마멸을 감지하고, 감지체로부터 변형이 감지되면 CCM카메라로 다시 절삭공구의 마멸을 모니터링하여 정밀한 절삭공구의 마멸을 감지할 수 있어 생산시스템의 자동화와 더불어 생산성을 증대시키는 절삭공구의 마멸 감지장치 및 이를 이용한 절삭공구의 마멸 감지방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 절삭공구의 마멸 감지장치는, 동력수단에 의해 회전되어 절삭물을 절삭하는 절삭공구의 마멸 감지장치에 있어서, 절삭공구가 절삭공구의 단부가 돌출되어 피절삭물을 절삭할 수 있도록 고정시키며 동력수단의 작동에 의해 절삭공구와 같이 회전하는 홀더; 상기 홀더를 수용하도록 구성되어 수용된 외측으로 원호상으로 수직 또는 수평 방향으로 일부 연장되는 장공의 형태인 감지공이 형성되는 감지체; 상기 감지체에는 감지공의 변형에 따라 도선의 길이가 변화되어 전기적 저항이 바뀌는 스트레인게이지가 구성되고, 상기 스트레인게이지로부터 감지된 저항의 변형량을 송신받는 전송기가 구성되고, 상기 전송기로부터 스트레인게이지로부터 감지된 저항의 변형량을 송신받는 제어부가 구성되는 측정수단;을 포함하여 이루어진다.
상기 제어부는 스트레인게이지의 변형되는 저항의 상한값이 저장되며, 스트레인게이지로부터 감지된 저항의 변형량이 상한값을 초과하면 전기적신호가 인가됨을 특징으로 한다.
상기 절삭공구의 여유면을 관찰하도록 설치되어 절삭공구의 여유면의 이미지를 전송하는 CCM카메라가 구성되고, 상기 CCM카메라에서 전송되는 절삭공구의 여유면의 이미지가 디스플레이되는 디스플레이부가 구성됨을 특징으로 한다.
상기 CCM카메라는 스트레인게이지로부터 감지된 저항의 변형량이 상한값을 초과하면 인가되는 전기적신호에 따라 작동되어 디스플레이부로 하여금 CCM카메라에서 전송되는 절삭공구의 여유면의 이미지가 디스플레이됨을 특징으로 한다.
상기 디스플레이부는 절삭공구의 여유면에 대한 최초 이미지가 저장되며, 상기 저장된 최초이미지와 CCM카메라에서 전송되는 절삭공구의 여유면의 이미지를 비교 분석되도록 디스플레이됨을 특징으로 한다.
그리고 상기의 구성을 이용한 절삭공구의 마멸 감지방법은, 상기 제어부에 스트레인게이지의 변형되는 저항의 상한값을 저장하고, 상기 디스플레이부에 절삭공구의 여유면에 대한 최초 이미지를 저장하는 저장단계; 절삭물을 절삭하는 절삭공구가 마멸됨으로서 감지체에 형성된 감지공의 변형됨을 감지하여 스트레인게이지로부터 전기적 저항이 발생되는 감지단계; 상기 감지단계에서 감지된 전기적 저항이 제어부에 저장된 상한값을 초과하게 되면 제어부로부터 전기적신호를 인가받아 CCM카메라가 작동되는 작동단계; 상기 작동단계에서 CM카메라에서 전송되는 절삭공구의 여유면의 이미지와 저장단계에서 디스플레이부에 저장된 절삭공구의 여유면의 최초이미지를 각각 디스플레이하는 디스플레이단계;가 순차적으로 수행되어 이루어짐을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 측정수단의 스트레인게이지를 통해 전송기 및 제어부로부터 송신받은 전기적 저항값에 따라 절삭공구의 교환시기가 감지되어 보다 간편하게 절삭공구의 마멸에 대한 진단을 더욱 정확하게 하고, 이에 따라 무인 가공작업을 통한 생산시스템의 자동화를 도모하는 효과가 있다.
또한 제어부는 전송기로부터 감지된 저항의 변형량이 상한값을 초과하면 전기적신호가 인가됨으로서 보다 신속하게 절삭공구의 마멸을 감지할 수 있는 효과가 있다.
또한 측정수단에 의해 절삭공구의 마멸이 감지된 상태에서 절삭공구의 마멸 부위를 모니터링이 이루어지는 CCM카메라와 디스플레이부가 구성되기 때문에, 절삭공구의 마멸 부위를 정밀하게 모니터링 할 수 있어 절삭공구가 공작기계에 장착된 상태에서 마멸 정도를 보다 정확하게 측정하여 생산시스템의 자동화, 생산성의 증대, 고품질을 생산을 도모할 수 있는 효과가 있다.
또한 CCM카메라는 감지된 저항의 변형량에 따라 작동되기 때문에, 작업인원이 별도로 제어하지 않아도 작업이 이루어져 사용이 편리한 효과를 가지게 되는 것이다.
또한 디스플레이부는 절삭공구의 최초 이미지와 CCM카메라에서 전송되는 절삭공구의 여유면의 이미지를 같이 디스플레이함으로서 보다 효율적이면서도 정밀한 절삭공구의 마멸을 산출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 사시도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 구성도
도 3은 본 발명인 부클레사의 바람직한 형태를 나타내는 예시도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 형태를 나타내는 구성도로서, 본 발명에 따른 절삭공구의 마멸 감지장치는 동력수단에 의해 회전되어 절삭물을 절삭하는 절삭공구의 마멸을 감지하도록 구성된다.
이를 위해 본 발명에 따른 절삭공구의 마멸 감지장치는 도 1, 2에 도시된 바와 같이 절삭공구(1)를 고정하는 홀더(10), 상기 홀더(10)에 취부되어 절삭공구(1)의 절삭력에 따라 변형이 발생되는 감지체(20), 상기 감지체(20)가 변형됨에 따라 전기적 저항을 발생시켜 절삭공구(1)의 마멸을 확인하는 측정수단(30)으로 구성되어진다.
홀더(10)는 절삭공구(1)의 단부가 돌출되어 피절삭물을 절삭할 수 있도록 고정시키며 동력수단의 작동에 의해 절삭공구(1)와 같이 회전하도록 구성된다.
감지체(20)는 상기 홀더(10)를 수용하도록 구성되어 동력수단에 의해 회전되는 홀더(10)와 동일하게 회전되도록 구성되며, 상기 홀더(10)를 수용하는 감지체(20)의 외측으로 원호상으로 수직 또는 수평 방향으로 일부 연장되는 장공의 형태인 감지공(21)이 형성되어 구성된다.
즉, 절삭공구(1)에 마멸이 일어나지 않은 상황에서는 감지공(21)의 형태가 일정한 상태로 변형되나 절삭공구(1)의 마멸이 발생되면 감지공(21)의 선단부로부터 그 변형이 점차 진행되고 있는 상태로 이들 모두 절삭공구(1)의 절삭력에 대하여 수직 또는 수평으로 형성된 감지공(21)의 형태에 따라 직교 또는 직각하는 방향으로 변형이 이루어지게 된다.
측정수단(30)은 상기 감지체(20)에는 감지공(21)의 변형에 따라 도선의 길이가 변화되어 전기적 저항(이하 '저항')이 바뀌는 스트레인게이지(31)가 포함되어 구성되어 상기 스트레인게이지(31)로 하여금 감지공(21)의 변형을 감지하여 저항의 변형량을 송신하게 된다.
또한 상기 측정수단(30)은 스트레인게이지(31)로부터 감지된 저항의 변형량을 송신받는 전송기(33) 및 상기 전송기(33)로부터 스트레인게이지(31)에서 감지된 저항의 변형량을 송신받는 제어부(35)가 각각 포함되어 구성된다.
따라서 측정수단(30)의 스트레인게이지(31)를 통해 전송기(33) 및 제어부(35)로부터 송신받은 전기적 저항값이 높게 발생됨에 따라 절삭공구(1)의 교환시기가 감지되어 절삭공구(1)의 절삭력에 대한 감지공(21)의 변형에 따라 절삭공구(1)의 교환시기를 올바르게 설정하여 기존의 가공물의 가공 소음에 의해 판단하던 장치나 방법에 비하여, 절삭공구(1)의 마멸에 대한 진단을 더욱 정확하게 하고, 이에 따라 무인 가공작업을 통한 생산시스템의 자동화를 도모하는 효과를 가지게 된다.
한편, 상기 제어부(35)에는 스트레인게이지(21)의 변형되는 저항의 상한값이 저장되며, 스트레인게이지(21)로부터 감지된 저항의 변형량이 상한값을 초과하면 전기적신호가 인가되도록 구성하여 보다 정밀하면서도 신속하게 절삭공구(1)의 마멸을 감지할 수 있도록 구성된다.
여기서 절삭공구(1)의 절삭력에 가장 큰 영향을 미치면서도 절삭공구(1)의 마멸을 가장 효과적으로 감지할 수 있는 방법으로는 절삭공구(1)의 여유면을 관찰하여 모니터링하는 것이다.
이를 위해 상기 절삭공구(1)의 여유면을 관찰하도록 설치되어 절삭공구(1)의 여유면의 이미지를 전송하는 CCM카메라(40)가 구성됨과 아울러 상기 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지가 디스플레이되는 디스플레이부(50)가 구성된다.
상기 디스플레이부(50)는 절삭공구(1) 여유면의 이미지를 원하는 각도로 디스플레이하는 기능과 디스플레이되는 부위의 확대기능을 구비되는 것이 바람직하다.
즉, 작업인원이 직접 절삭공구(1)를 모니터링하여 절삭공구(1)의 교환시기를 결정하게 되는 것이며, 이와 더불어 앞서 언급한 상기 측정수단(30)에 의해 1차적으로 절삭공구(1)의 마멸이 감지된 상태에서 2차적으로 CCM카메라(40)와 디스플레이부(50)로 하여금 절삭공구(1)의 마멸 부위를 모니터링 할 수 있어 절삭공구(1)가 공작기계에 장착된 상태에서 마멸 정도를 보다 정확하게 측정하여 생산시스템의 자동화, 생산성의 증대, 고품질을 생산을 도모할 수 있는 효과를 가지게 되는 것이다.
한편 상기 CCM카메라(40)는 스트레인게이지(31)로부터 감지된 저항의 변형량이 상한값을 초과하면 인가되는 전기적신호에 따라 작동되어 디스플레이부(50)로 하여금 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지가 디스플레이되어 작업인원이 별도로 제어하지 않아도 작업이 이루어져 사용이 편리한 효과를 가지게 되는 것이다.
여기서 상기 디스플레이부(50)는 절삭공구(1)의 여유면에 대한 최초 이미지가 저장되며, 상기 저장된 최초이미지와 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지를 비교 분석되도록 디스플레이되어 보다 효율적이면서도 정밀한 절삭공구(1)의 마멸을 산출할 수 있는 효과를 가지게 되는 것이다.
여기서 상기의 구성을 이용하여 본 발명에 따른 절삭공구의 마멸 감지방법은, 도 3에 도시된 바와 같이 저장단계(S100) - 감지단계(S200) - 작동단계(S300)디스플레이단계(S400)가 순차적으로 수행되어 이루어지게 된다.
저장단계(S100)는 상기 제어부(35)에 스트레인게이지(31)의 변형되는 저항의 상한값을 설정하여 저장하고, 상기 디스플레이부(50)에 절삭공구(1)의 여유면에 대한 최초 이미지를 저장하는 단계이다.
감지단계(S200)는 절삭물을 절삭하는 절삭공구(1)를 계속적으로 사용됨에 따라 절삭공구(1)가 마멸될 때 감지체(20)에 형성된 감지공(21)의 변형됨을 스트레인게이지(31)가 감지하여 스트레인게이지(31)로부터 전기적 저항이 발생되는 단계이다.
작동단계(S300)는 상기 감지단계(S200)에서 감지된 전기적 저항을 제어부(35)에 저장된 상한값과 대비하여 상한값 미만이면 CCM카메라(40)로 전기적 신호를 인가하지 않고 제어부(35)에 저장된 상한값을 초과하게 되면 제어부(35)로부터 전기적신호를 인가받아 CCM카메라(40)가 작동되는 단계이다.
즉, 별도의 작업인원이 CCM카메라(40)를 작동하지 않아도 스트레인게이지(31)로부터 전기적 저항값에 따라 CCM카메라(40)를 작동시켜 절삭공구(1)의 마멸을 측정할 수 있게 된다.
디스플레이단계(S400)는 작동단계(S300)를 통해 CCM카메라(40)가 작동되면 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지를 디스플레이부(50)에 전송하고 CM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지와 저장단계(S100)에서 디스플레이부(50)에 저장된 절삭공구(1) 여유면의 최초이미지를 각각 디스플레이하는 단계이다.
따라서 작업인원이 디스플레이부(50)에서 작동단계(S300)를 통해 전송된 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지와 저장단계(S100)에서 디스플레이부(50)에 저장된 절삭공구(1) 여유면의 최초이미지를 모니터링 및 비교 분석하여 절삭공구(1)의 교환시기를 결정하게 되는 것이다.
1 : 절삭공구 10 : 홀더
20 : 감지체 21 : 감지공
30 : 측정수단 31 : 스트레인게이지
33 : 전송기 35 : 제어부
40 : CCM카메라 50 : 디스플레이부

Claims (6)

  1. 동력수단에 의해 회전되어 절삭물을 절삭하는 절삭공구의 마멸 감지장치에 있어서,
    피절삭물을 절삭할 수 있도록 상기 절삭공구(1)의 단부가 돌출도록 고정시키며 동력수단의 작동에 의해 절삭공구(1)와 같이 회전하는 홀더(10);
    상기 홀더(10)를 수용하도록 구성되어 수용된 외측으로 원호상으로 수직 또는 수평 방향으로 일부 연장되는 장공의 형태인 감지공(21)이 형성되는 감지체(20);
    상기 감지체(20)에는 감지공(21)의 변형에 따라 도선의 길이가 변화되어 전기적 저항이 바뀌는 스트레인게이지(31)가 구성되고, 상기 스트레인게이지(31)로부터 감지된 저항의 변형량을 송신받는 전송기(33)가 구성되고, 상기 전송기(33)로부터 스트레인게이지(31)로부터 감지된 저항의 변형량을 송신받는 제어부(35)가 구성되는 측정수단(30);
    을 포함하여 이루어지는 절삭공구의 마멸 감지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(35)는 스트레인게이지(21)의 변형되는 저항의 상한값이 저장되며, 스트레인게이지(21)로부터 감지된 저항의 변형량이 상한값을 초과하면 전기적신호가 인가됨을 특징으로 하는 절삭공구의 마멸 감지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절삭공구(1)의 여유면을 관찰하도록 설치되어 절삭공구(1) 여유면의 이미지를 전송하는 CCM카메라(40)가 구성되고, 상기 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지가 디스플레이되는 디스플레이부(50)가 구성됨을 특징으로 하는 절삭공구의 마멸 감지장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 CCM카메라(40)는 스트레인게이지(31)로부터 감지된 저항의 변형량이 상한값을 초과하면 인가되는 전기적신호에 따라 작동되어 디스플레이부(50)로 하여금 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지가 디스플레이됨을 특징으로 하는 절삭공구의 마멸 감지장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 디스플레이부(50)는 절삭공구(1)의 여유면에 대한 최초 이미지가 저장되며, 상기 저장된 최초이미지와 CCM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지를 비교 분석되도록 디스플레이됨을 특징으로 하는 절삭공구의 마멸 감지장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항을 이용한 절삭공구의 마멸 감지방법에 있어서,
    상기 제어부(35)에 스트레인게이지(31)의 변형되는 저항의 상한값을 저장하고, 상기 디스플레이부(50)에 절삭공구(1)의 여유면에 대한 최초 이미지를 저장하는 저장단계(S100);
    절삭물을 절삭하는 절삭공구(1)가 마멸됨으로서 감지체(20)에 형성된 감지공(21)의 변형됨이 감지되어 스트레인게이지(31)에서 전기적 저항이 발생하는 감지단계(S200);
    상기 감지단계(S200)에서 감지된 전기적 저항이 제어부(35)에 저장된 상한값을 초과하게 되면 제어부(35)로부터 전기적신호를 인가받아 CCM카메라(40)가 작동하는 작동단계(S300);
    상기 작동단계(S300)에서 CM카메라(40)에서 전송되는 절삭공구(1) 여유면의 이미지와 저장단계(S100)에서 디스플레이부(50)에 저장된 절삭공구(1) 여유면의 최초이미지를 각각 디스플레이하는 디스플레이단계(S400);
    가 순차적으로 수행되어 이루어짐을 특징으로 하는 절삭공구의 마멸 감지방법.
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