KR101524053B1 - 이상 감지 모듈이 구비된 베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감지 모듈이 구비된 베어링에 관련되며, 구성에 특징을 살펴보면, 레일(1)과, 레일(1)을 타고 이송되고, 내부에 전동체(B)가 순환되도록 복수의 순환통로(2a)가 구비되는 이송블록(2)으로 구성되는 베어링에 있어서, 상기 이송블록(1)상에 구비되어, 각각의 순환통로(2a)를 타고 순환되는 전동체(B)를 카운팅하도록 구비되는 감지모듈(10); 상기 감지모듈(10)를 통하여 검출된 값을 설정값과 대비하거나 검출 값끼리 대비하여 이상여부를 판단하는 제어모듈(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 감지모듈과 제어모듈에 의해 각각의 순환통로를 순환하는 전동체를 카운팅하여 사이클 타임을 서로 대비하는 방식으로 베어링의 이상여부를 조기에 감지하므로, 사용 중 갑작스러운 베어링의 고장 및 파손으로 인한 부품, 기계의 손상과 생산 지연이 방지되는 효과가 있다.

Description

이상 감지 모듈이 구비된 베어링{Emergency supervisory module equipped with the bearing}

본 발명은 이상 감지 모듈이 구비된 베어링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동체(轉動體:볼, 롤러)의 사이클 타임(Cycle time)을 감지하여 베어링의 이상여부를 조기에 파악하여 고장 및 파손으로 인한 피해(공정 지연, 기계의 영구적 파손 등)를 미연에 방지하기 위한 이상 감지 모듈이 구비된 베어링에 관한 것이다.

통상적으로 베어링은 반도체 장비나 웨이퍼 반송장치 및 의료기기 및 OA기기, 선반과 드릴링 머신을 포함하는 정밀 공작기계의 직선축 또는 회전축 부분에 널리 사용되고 있다.

그리고 베어링은 전동체의 운동 형태에 따라 LM가이드, 롤러베어링, 볼베어링, 볼스크류 등으로 구분되고, 여기서 일예로서 LM가이드의 구조를 살펴보면, 직선방향으로 형성되는 LM레일과, LM레일을 타고 이송되는 LM블록으로 구성되고, LM블록 내부에는 전동체 순환통로가 형성되어 복수의 전동체가 LM레일과 LM블록사이를 경유하여 순환되도록 구비되어, LM블록의 이송정밀도 향상 및 마찰저항이 감소된다.

이에 베어링 부분에 이상이 발생되면, 장비 파손 및 제조 불량으로 직결되므로, 근자에는 베어링을 장비에 적용하기 이전에 실험식, 수명 계산 프로그램, 해석 등을 통하여 수명을 예상하고, 설정 수명에 도달하면 베어링을 교체하는 방식으로 운영하고 있지만, 이송장비의 중량 및 편하중을 포함하는 사용조건에 따라 기대 수명에 미치지 못하고 조기에 파손되는 경우가 비일비재하게 발생되는 실정이다.

이에 종래에 공개특허 10-2013-0045589호에서, 진동대상에 설치되어 진동신호를 감지하도록 구비되는 센서, 센서에 의해 감지된 신호를 기존데이터와 비교하여 진단대상의 이상여부를 판단하여 저장하는 컨트롤부와, 컨트롤부에 처리된 진단신호를 전송받아 조치하도록 제어하는 서버로 구성되어, 베어링, 모터, 로봇, 각종 밸브의 떨림, 누수, 마모, 다이아프램 파손 등의 이상 징후를 감지하여 사전경보를 사용자에게 신속하게 알려줌으로써 장치의 이상 및 고장을 사전 조치하도록 하는 기술이 선공개된바 있다.

그러나 상기 종래기술은 센서에 의해 진동신호를 감지하여 이상여부를 판단하는 기술로서, 산업현장에서 적용 시 주변 기계장치에서 발생되는 소음 및 진동에 의한 오작동으로 진단대상의 이상 및 고장여부 검출이 사실상 불가능한 실정이다.

이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 전동체(轉動體:볼, 롤러)의 사이클 타임(Cycle time)을 감지하는 방식으로 베어링의 이상여부를 조기에 파악하여 장치의 고장 및 파손으로 인한 피해(공정 지연, 기계의 영구적 파손 등)를 미연에 방지하기 위한 이상 감지 모듈이 구비된 베어링을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안된 것으로서, 레일(1)과, 레일(1)을 타고 이송되고, 내부에 전동체(B)가 순환되도록 복수의 순환통로(2a)가 구비되는 이송블록(2)으로 구성되는 베어링에 있어서, 상기 이송블록(1)상에 구비되어, 각각의 순환통로(2a)를 타고 순환되는 전동체(B)를 카운팅하도록 구비되는 감지모듈(10); 상기 감지모듈(10)을 통하여 검출된 값을 설정값과 대비하거나 검출 값끼리 대비하여 이상여부를 판단하는 제어모듈(20);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제어모듈(20)은 각각의 순환통로(2a)로 이송되는 전동체(B)를 서로 비교하여, 10%이상의 사이클 타임 편차가 발생되면 이상으로 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어모듈(20)은 어느 하나의 순환통로(2a)로 이송되는 전동체(B) 간에 사이클타임을 비교하여, 10%이상의 사이클 타임 편차가 발생되면 이상으로 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어모듈(20)은 임의로 제한시간을 설정하고, 제한시간 내에 카운팅(Counting)된 전동체(B) 개수를 대비하여 불일치하면 이상으로 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어모듈(20)상에는 이상 판단에 대한 신호를 표시하는 부저(Buzzer) 또는 램프를 포함하는 표식부(30)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어모듈(20)은 이상 판단에 따른 데이타를 저장하고, 이상 판단이 연속 발생되거나, 설정된 시간 또는 사이클당 2회 이상신호가 발생되면 고장으로 판정하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어모듈(20)은 독립 또는 복수개가 단자함(42)에 의해 1군으로 분류되어, 컴퓨터, 휴대용단말기를 포함하는 관리서버(40)와 유선 또는 무선으로 연결되어 이상여부 판단 신호를 전송하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

이상의 구성 및 작용에 의하면, 본 발명은 감지모듈과 제어모듈에 의해 순환통로로 이송되는 전동체를 카운팅하여 사이클 타임을 서로 대비하는 방식으로 베어링의 이상여부를 조기에 감지하므로, 사용 중 갑작스러운 베어링의 고장 및 파손으로 인한 부품, 기계의 손상과 생산 지연이 방지되는 효과가 있다.

그리고 베어링에 이상 발생시 블록에 구비되는 표식부를 통하여 알림음 또는 램프가 점등됨에 따라 현장에서 작업자가 이상이 있는 베어링을 쉽게 파악하여 즉각 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링을 전체적으로 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링을 분해하여 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링을 관리서버에 연결한 상태를 계략적으로 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링을 단자함을 통하여 관리서버에 연결된 상태를 계략적으로 나타내는 구성도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링을 전체적으로 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링을 분해하여 나타내는 구성도이다.

본 발명은 파손 감지 모듈이 구비된 베어링에 관련되며, 이때 파손 감지 모듈이 구비된 베어링은 레일(1)과, 레일(1)을 타고 이송되고, 내부에 전동체(B)가 순환되도록 복수의 순환통로(2a)가 구비되는 이송블록(2)으로 구성되고, 전동체(B)를 카운팅하여 베어링의 이상여부를 조기에 파악하여 고장 및 파손으로 인한 피해(공정 지연, 기계의 영구적 파손 등)를 미연에 방지하기 위해 감지모듈(10), 제어모듈(20)을 포함하여 주요구성으로 이루어지고, 이하 본 발명은 일실시예로서 LM가이드에 적용된 상태를 설명한다.

본 발명에 따른 감지모듈(10)은 블록(2)상에 구비되어, 각각의 순환통로(2a)를 타고 순환되는 전동체(B)를 카운팅하도록 구비된다. 감지모듈(10)은 근접센서 또는 근접센서를 포함하는 모듈로서, 순환통로(2a)와 인접하는 위치에 구비되어 전동체(B)를 카운팅함과 동시에 카운팅되는 전동체(B)와 전동체(B) 간에 사이클 타임을 검출하도록 구비된다.

이때, 상기 감지모듈(10)은 후술하는 제어모듈(20)과 함께 기존에 사용 중에 베어링의 앤드 플레이트를 교체하는 방식으로 적용 가능하도록 앤드 플레이트 형태로 형성되는 것이 바람직하다.(도 1 내지 2에서는 LM가이드의 앤드 플레이트 일측에 설치된 상태를 도시)

또한, 본 발명에 따른 제어모듈(20)은 감지모듈(10)을 통하여 검출된 값을 설정값과 대비하거나 검출 값끼리 대비하여 이상여부를 판단하도록 구비된다. 제어모듈(20)은 CPU를 포함하는 중앙처리장치 및 처리된 신호 전달을 위한 회로 설계가 이루어진 PCB를 포함하여 구성된다.

여기서 검출된 값과 설정값을 대비하는 방식은 작업자가 미리 사이클 타임을 설정하고, 설정된 값과 상기 감지모듈(10)을 통하여 검출된 사이클 타임을 대비하여 설정 값과 불일치 할 경우 이상으로 판단하는 방식이고, 또 검출 값끼리 대비하는 방식은 각각의 전동체(B) 간에 사이클 타임을 서로 비교하여 편차값에 대해 사용자가 설정한 값을 벗어나면 이상으로 판단하게 된다.

즉, 상기 제어모듈(20)은 각각의 순환통로(2a)로 이송되는 전동체(B) 간에 사이클타임을 비교하여, 10%이상의 사이클 타임 편차가 발생되면 이상으로 판단하게 된다.

일예로서 베어링의 이송속도가 1 ㎧(이송속도가 일정한 구간 기준)일 때, 검출된 값과 설정값을 대비하는 방식은 사이클타임을 0.2초로 미리 설정하고, 검출된 값이 0.2초를 기준으로 ±10% 범위를 벗어나면 이상으로 판단하는 방식이고, 검출 값끼리 대비하는 방식은 각각의 전동체(B) 사이클 타임을 측정하여 "1번 전동체 0.2초, 2번 전동체 0.2초, 3번 전동체 0.21초 ...."로 산출된 값 끼리의 편차가 ±10% 범위를 벗어나면 이상으로 판단하는바, 이때 검출 값끼리 대비하는 방식은 서로 인접하는 전동체(1번 전동체는 2번 전동체와 대비, 2번 전동체는 3번 전동체와 대비) 간의 사이클 타임을 대비하는 방식과 사이클 타임의 평균값과 비교하는 방식을 사용한다.

또한, 상기 제어모듈(20)은 각각의 순환통로(2a)로 이송되는 전동체(B)를 서로 비교하여, 10%이상의 사이클타임 편차가 발생되면 이상으로 판단하도록 구비된다. 통상 LM블록 1개당 2~6개의 순환통로(2a)가 구비되고, 복수의 순환통로(2a)는 각각의 감지모듈(10)에 의해 전동체(B)의 사이클 타임이 검출된다. 그리고 제어모듈(20)은 각각의 감지모듈(10)을 통하여 검출된 값(전동체의 개별 사이클 타임 또는 설정된 개수에 해당하는 사이클 타임)을 서로 대비하여, 각 순환통로(2a)의 평균값을 기준으로 최소값 또는 최대값이 ±10% 범위를 벗어나면 이상으로 판단하게 된다.

이에 베어링에 편하중이 작용하여 복수의 순환통로(2a) 중 어느 일측에 위치한 순환통로(2a)의 전동체(B) 측으로 하중이 집중되면, 각각의 순환통로(2a)간에 사이클타임 편차가 발생되고, 최소값과 최대값의 편차가 10% 범위를 벗어나면 편하중에 따른 이상징후로 감지하여 보정하므로 대형사고 및 갑작스러운 고장으로 인한 생산 지연을 방지함과 더불어 베어링의 수명이 장구히 연장되는 이점이 있다.

또한, 상기 제어모듈(20)은 임의로 제한시간을 설정하고, 제한시간 내에 카운팅된 전동체(B) 개수를 대비하여 불일치하면 이상으로 판단하도록 구비된다. 일예로서 각각의 순환통로(2a) 또는 동일 라인에 설치된 각각의 이송블록(2)을 순환하는 전동체(B) 개수를 설정시간(1~30분) 동안 카운팅하고, 카운팅 값을 서로 비교하여 불일치하는 값이 포함된 베어링에 대해 이상으로 판단하게 된다.

이처럼 시간당 각각의 순환통로(2a) 또는 동일 라인에 설치된 각각의 이송블록(2)을 순환하는 전동체(B) 개수를 대비하여 이상여부를 판단함에 따라 베어링의 이송속도가 불균일하여 전동체(B) 간에 사이클 타임 대비가 어려운 경우에도 베어링의 이상여부 판단이 정밀하게 이루어지는 이점이 있다.

또한, 상기 제어모듈(20) 상에는 이상 판정에 대한 신호를 표시하는 부저 또는 램프를 포함하는 표식부(30)가 구비된다. 표식부(30)는 제어모듈(20)과 연결되고, 램프의 경우 일부가 외부로 노출되어 사용자가 육안으로 식별가능하게 구비된다. 이에 베어링에 이상 발생시 표식부(30)를 통하여 알림음 또는 램프가 점등됨에 따라 현장에서 작업자가 베어링의 상태를 쉽게 파악하여 즉각 대응함에 따라 대형사고가 미연에 예방되는 이점이 있다.

또한, 상기 제어모듈(20)은 이상 판정에 따른 데이타를 저장하고, 이상 판정이 연속 발생되거나, 설정된 시간 또는 사이클당 2회 이상신호가 발생되면 고장으로 판정하도록 구비된다. 제어모듈(20)은 메모리를 포함하여 구성되거나, 후술하는 유선 또는 무선통신에 의해 별도의 관리서버에 데이타가 저장되고, 저장된 데이타는 순차적으로 각각의 번호가 할당되어 설정된 범위(일예로 10~30회) 내에 이상신호가 2회 이상 검출되거나, 연속 발생되면 고장으로 판단하게 된다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링을 관리서버에 연결한 상태를 계략적으로 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감지 모듈이 구비된 베어링이 단자함을 통하여 관리서버에 연결된 상태를 계략적으로 나타내는 구성도이다.

상기 제어모듈(20)은 독립 또는 복수개가 단자함(42)에 의해 1군으로 분류되어, 컴퓨터, 휴대용단말기를 포함하는 관리서버(40)와 유선 또는 무선으로 연결되어 이상여부 판단 신호를 전송하도록 구비된다. 도 3은 각각의 제어모듈(20)이 관리서버(40)와 직접적으로 연결된 상태를 나타내고, 도 4는 복수개의 제어모듈(20)이 단자함(42)에 의해 1군으로 분류되어, 단자함(42)과 관리서버(40)가 서로 연결된 상태를 나타낸다.

이때 단자함(42)에는 각각의 제어모듈(20) 상태를 표시하는 표식부가 복수개소에 구비되어 베어링을 직접 육안으로 확인하지 않고도 이상 여부를 쉽게 파악가능하고, 또 어느 하나의 제어모듈(20)에 이상이 발생되면 단자함(42)에서 관리서버(40)로 신호를 송출하게 된다.

이에 무인자동화 설비를 운전 시 작업자가 일일이 현장에서 검사를 수행하지 않더라도 통합관리가 가능하고, 이로 인해 현장 검사인력 감축으로 인건비 절감과, 베어링의 적용라인별 검출값을 기준으로 수명예측 및 이상이 자주 발생하는 라인의 원인 파악이 용이한 이점이 있다.

한편, 상기 설명에서는 감지모듈이 LM가이드형태의 직선베어링에 적용된 상태를 일예로서 설명하고 있지만, 이에 국한되지 않고 전동체(轉動體:볼, 롤러)가 적용되는 볼스크류, 롤러베어링, 볼베어링을 포함하는 베어링에도 적용가능하다.

1 : 레일 2 : 이송블록
10: 감지모듈 20: 제어모듈
30: 표식부 40: 관리서버

Claims (7)

1. 레일(1)과, 레일(1)을 타고 이송되고, 내부에 전동체(B)가 순환되도록 복수의 순환통로(2a)가 구비되는 이송블록(2)으로 구성되는 베어링에 있어서,
   상기 이송블록(2)상에 구비되어, 각각의 순환통로(2a)를 타고 순환되는 전동체(B)를 카운팅하도록 구비되는 복수의 감지모듈(10);
   상기 복수의 감지모듈(10)를 통하여 검출된 값 끼리 서로 대비하여 전동체(B) 이상 여부를 판단하도록 구비되는 제어모듈(20);
   상기 감지모듈(10)과 제어모듈(20)은 이송블록(2) 일측에 설치되며,
   상기 감지모듈(10)은 제어모듈(20)과 함께 베어링의 앤드 플레이트에 적용 가능하도록 앤드 플레이트 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이상 감지 모듈이 구비된 베어링.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어모듈(20)은 각각의 감지모듈(10)를 통하여 검출된 전동체(B) 사이클타임 값의 평균값을 구하고, 평균값과 각각의 감지모듈(10)에서 검출된 전동체(B) 사이클 타임 값을 서로 대비하여 이상 여부를 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이상 감지 모듈이 구비된 베어링.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 제어모듈(20)은 임의로 제한시간을 설정하고, 제한시간 내에 각각의 감지모듈(10)를 통하여 검출된 전동체(B) 개수 값을 서로 대비하여 이상 여부를 판단하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이상 감지 모듈이 구비된 베어링.
5. 제 1항, 2항, 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어모듈(20)상에는 이상 판단에 대한 신호를 표시하는 부저 또는 램프를 포함하는 표식부(30)가 구비되는 것을 특징으로 하는 이상 감지 모듈이 구비된 베어링.
6. 제 1항, 2항, 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어모듈(20)은 이상 판단에 따른 데이타를 저장하고, 이상 판단이 연속 발생되거나, 설정된 시간 또는 사이클당 2회 이상신호가 발생되면 고장으로 판정하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이상 감지 모듈이 구비된 베어링.
7. 제 1항, 2항, 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어모듈(20)은 독립 또는 복수개가 단자함(42)에 의해 1군으로 분류되어, 컴퓨터, 휴대용단말기를 포함하는 관리서버(40)와 유선 또는 무선으로 연결되어 이상여부 판단 신호를 전송하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이상 감지 모듈이 구비된 베어링.

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