KR101631768B1 - 스핀들 온도 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 스핀들 온도 조절 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 워밍업 단축 및 열변위를 최소화 하기 위한 밀폐성 구조를 가지는 스핀들 온도 조절 장치를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 스핀들; 스핀들의 온도를 센싱하는 온도 센서; 스핀들을 가열하는 발열 코일; 및, 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 작을 경우, 발열 코일에 전류를 인가하여, 스핀들이 포화 온도까지 가열되도록 하는 제어부로 이루어진 스핀들 온도 조절 장치를 개시한다.

Description

스핀들 온도 조절 장치{Spindle temperature regulating device}
본 발명의 일 실시예는 스핀들 온도 조절 장치에 관한 것이다.
기존의 스핀들 구조에서는 포화 온도에 도달하더라도 어느 정도 휴지 시간이 지나면, 스핀들이 자연 냉각되어 온도가 떨어지게 된다. 이후 가공 재개 시 온도 차에 의해 생긴 열변위에 의해 가공물 품질 확보에 어려움을 겪을 수 있으며, 다시 매번 포화 온도까지 도달하기 위해 워밍업을 실시할 경우 짧게는 수분에서 길게는 수시간까지 그에 따른 시간이 소비되어 작업효율 및 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 워밍업 단축 및 열변위를 최소화 하기 위한 밀폐성 구조를 가지는 스핀들 온도 조절 장치를 제공하는데 있다.
삭제
본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 온도 조절 장치는 스핀들; 상기 스핀들의 온도를 센싱하는 온도 센서; 상기 스핀들을 가열하는 발열 코일; 및, 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 작을 경우, 상기 발열 코일에 전류를 인가하여, 상기 스핀들이 상기 포화 온도까지 가열되도록 하는 제어부를 포함하고, 상기 스핀들의 변위를 센싱하는 변위 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 변위 센서로부터 센싱된 현재 변위가 미리 설정된 기준 변위보다 클 경우, 상기 발열 코일에 인가되는 전류를 차단하되, 상기 변위 센서는 상기 스핀들의 외측에 설치된 감지 코일을 포함하고, 상기 감지 코일은 회전중인 상기 스핀들의 내측에 설치된 강철 도체에 의해 발진기의 동작점이 변경되어 상기 스핀들의 변위를 센싱하도록 함을 특징으로 한다.
상기 스핀들의 변위를 센싱하는 변위 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 변위 센서로부터 센싱된 현재 변위가 미리 설정된 기준 변위보다 클 경우, 상기 발열 코일에 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같을 경우, 상기 발열 코일에 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 높을 경우, 상기 발열 코일에 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
상기 스핀들을 감싸서 밀폐하는 밀폐 하우징; 및 상기 밀폐 하우징에 설치된 송풍팬을 더 포함하고, 상기 송풍팬에 전류를 인가하여 상기 밀폐 하우징 내의 가열된 공기가 외부로 배출되도록 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같을 경우, 상기 송풍팬에 인가되는 전류를 차단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 워밍업 단축 및 열변위를 최소화 하기 위한 밀폐성 구조를 가지는 스핀들 온도 조절 장치를 제공한다.
즉, 본 발명에는 밀폐형 구조, 온도에 따른 발열 코일에 의한 발열 및/또는 온도에 따른 팬의 회전 방향을 조정하는 로직이 추가됨으로써, 스핀들의 인위적 가열 및 냉각이 가능해 지고, 이로 인해 기존 스핀들 대비 워밍업 시간이 단축된다.
또한, 본 발명에는 상술한 구조에 의해 포화 온도 범위가 일정하게 유지됨으로써, 휴지 시간에 따른 열변위가 최소화된다. 더불어, 본 발명에는 상술한 구조에 의해 지나친 온도 상승 시 팬의 회전 방향이 변경되어 내부의 더워진 공기가 외부로 배출됨으로써, 스핀들의 냉각이 가능해 진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 온도 조절 장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 온도 조절 방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 온도 조절 장치에 따른 시간 대비 변위 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 온도 조절 장치(100)의 구성이 블럭도로서 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스핀들 온도 조절 장치(100)는 스핀들(110), 스핀들(110)을 고정하는 동시에 회전 가능하도록 하는 스핀들 하우징(120), 온도 센서(130), 변위 센서(140), 발열 코일(150), 밀폐 하우징(160), 송풍팬(170) 및 제어부(180)를 포함한다.
스핀들(110)은 고속으로 회전하는 축이며, 이러한 스핀들(110)의 일단에는 가공 대상물이 결합될 수 있다.
스핀들 하우징(120)은 내부에 설치된 베어링(121)을 포함하며, 이러한 베어링(121)에 스핀들(110)의 특정 영역이 결합되어 있다.
온도 센서(130)는 스핀들 하우징(120)의 내부에 설치되어 있으며, 이는 스핀들(110)의 현재 온도를 센싱하여 제어부(180)에 전달한다. 이러한 온도 센서(130)는 온도에 따른 저항 변화를 센싱하고, 이를 전압값으로 출력한다.
변위 센서(140)는 스핀들 하우징(120)의 내부에 설치되어 있으며, 이는 스핀들(110)의 현재 변위(또는 변위량)를 센싱하여 제어부(180)에 전달한다. 이러한 변위 센서(140)는 온도에 따른 길이 변화를 센싱하고, 이를 전압값으로 출력한다.
일례로, 이러한 변위 센서(140)는 비접촉식 GAP 센서 또는 와전류 변위 센서일 수 있다. 이러한 변위 센서는 센서에서 흘러 나오는 전류의 흐름으로 변위(거리)를 감지하게 된다. 즉, 변위 센서에 근접한 위치에서 도체(여기서는 스핀들 하우징(120) 내의 특정 도체)가 이동을 하게 되면 그 주변에 형성된 전류의 크기에 따라서 근접 위치를 확인해서 센싱을 하게 된다.
종더 구체적으로, 변위 센서는 연결 케이블 및 진동 신호 변환기를 더 포함한다. 변위 센서와 연결 케이블은 발진 회로의 일부이며, 발진 회로는 감지 코일에 고주파 전류를 발생시킨다. 이 고주파 전류에 의해 감지 코일 주변에 자장이 형성되며, 감지 코일 가까이 강철과 같은 도체(상술한 바와 같이 스핀들 하우징(120) 내의 특정 도체)를 접근시키면 이 도체가 자속선을 끊어 도체 내에 와전류를 발생시킨다. 이 와전류는 감지 코일에 대해 임피던스 부하가 변화된 것처럼 작용하여 발진기의 동작점을 변경시킨다. 이 때 고주파 전송 신호가 감지되며, 이 신호에는 감지 코일과 목표물인 도체 사이의 거리에 비례하는 신호가 들어 있다. 이 거리를 Gap이라 하며 Gap의 변동(즉, 진동 발생)으로 인해 발진기 출력이 변화되어 진동 변위에 비례하는 출력이 나오게 된다. 진동이 없다면 출력은 Gap에 비례하는 일정 직류 전압(DC)이 될 것이며, 진동 발생이 있다면 출력은 평균 Gap에 비례하는 직류 전압과 진동에 비례하는 교류 전압이 된다.
발열 코일(150)은 스핀들 하우징(120)의 내부에 설치되어 있으며, 제어부(180)의 제어 신호에 의해, 전류가 인가됨으로써 스핀들(110)을 포화 온도까지 가열시킨다.
밀폐 하우징(160)은 스핀들(110), 스핀들 하우징(120), 온도 센서(130), 변위 센서(140) 및 발열 코일(150)을 감싸 밀폐함으로써, 상술한 구성 요소가 외부 환경으로부터 적절히 격리되어 일정 온도를 유지하도록 한다.
송풍팬(170)은 밀폐 하우징(160)의 일측에 설치됨으로써, 내부의 뜨거워진 공기를 외부로 배출하는 역할을 한다.
한편, 제어부(180)는, 예를 들면, 온도 센서(130)로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 작을 경우, 발열 코일(150)에 전류를 인가하여, 스핀들(110)이 포화 온도까지 가열되도록 한다.
또한, 제어부(180)는, 예를 들면, 변위 센서(140)로부터 센싱된 현재 변위가 미리 설정된 기준 변위보다 클 경우, 발열 코일(150)에 인가되는 전류를 차단하여, 스핀들(110)의 변위가 기준 변위를 초과하지 않도록 한다.
또한, 제어부(180)는, 예를 들면, 온도 센서(130)로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같을 경우, 발열 코일(150)에 인가되는 전류를 차단한다. 물론, 발열 코일(150)에 전류가 인가되지 않는 상태라면, 이러한 동작은 수행될 필요가 없다.
또한, 제어부(180)는, 예를 들면, 온도 센서(130)로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 높을 경우, 발열 코일(150)에 인가되는 전류를 차단한다.
또한, 제어부(180)는, 예를 들면, 온도 센서(130)로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 높을 경우, 발열 코일(150)에 인가되는 전류를 차단하는 동시에, 송풍팬(170)에 전류를 인가하여, 밀폐 하우징(160) 내의 가열된 공기가 외부로 배출되도록 한다. 더불어, 이러한 동작 이후, 제어부(180)는, 예를 들면, 온도 센서(130)로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같거나 작을 경우, 송풍팬(170)에 인가되는 전류를 차단한다.
여기서, 제어부(180)는 자체적으로 발열 코일(150) 및 송풍팬(170)에 전원을 인가하거나, 또는 별도의 전원부로부터 전원이 발열 코일(150) 및 송풍팬(170)에 전달되도록 한다.
이와 같이 하여, 본 발명은 워밍업 단축 및 열변위를 최소화 하기 위한 밀폐성 구조를 가지는 스핀들 온도 조절 장치를 제공한다.
즉, 본 발명에는 밀폐형 구조, 온도에 따른 발열 코일에 의한 발열 및/또는 온도에 따른 송풍팬의 동작을 제어하는 로직이 추가됨으로써, 스핀들의 인위적 가열 및 냉각이 가능해 지고, 이로 인해 기존 스핀들 대비 워밍업 시간이 단축된다.
또한, 본 발명에는 상술한 구조에 의해 포화 온도 범위가 일정하게 유지됨으로써, 휴지 시간에 따른 열변위가 최소화된다. 더불어, 본 발명에는 상술한 구조에 의해 지나친 온도 상승 시 송풍팬이 동작하여 내부의 더워진 공기가 외부로 배출됨으로써, 스핀들의 냉각이 가능해 진다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 온도 조절 방법의 순서가 순서도로서 도시되어 있다. 여기서, 제어의 주체는 제어부(180)이며, 도 1을 함께 참조하여 스핀들 온도 조절 방법을 설명한다.
먼저 제어부(180)는 온도 센서(130)를 이용하여 스핀들(110)의 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 작은지 판단한다.(S1)
스핀들(110)의 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 작다면, 제어부(180)는 발열 코일(150)에 전류를 인가하여 스핀들(110)이 가열되도록 한다.(S2)
이때, 제어부(180)는 변위 센서(140)를 이용하여 스핀들(110)의 현재 초당 변위량이 미리 설정된 값(예를 들면, 1 ㎛)보다 큰지 판단한다.(S3)
스핀들(110)의 현재 초당 변위량이 미리 설정된 값보다 크다면, 제어부(180)는 발열 코일(150)에 인가되는 전류를 차단하여, 스핀들(110)이 과도하게 변위되지 않도록 한다.(S4)
또한, 제어부(180)는 온도 센서(130)를 이용하여 스핀들(110)의 현재 온도가 포화 온도에 도달하였는지, 그리고 변위 센서(140)를 이용하여 스핀들(110)의 변위가 없는 지 판단한다.(S5)
만약, 스핀들(110)의 현재 온도가 포화 온도에 도달하지 못하였다면, 단계 S1로 복귀한다. 만약, 스핀들(110)의 현재 온도가 포화 온도가 같고, 변위가 없다면 본 발명에 따른 스핀들(110)의 온도 조절 방법을 종료한다.
한편, 단계 S1에서, 스핀들(110)의 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 크다면, 제어부(180)는 송풍팬(170)에 전류를 인가하여 송풍팬(170)이 동작하도록 한다. 이때, 발열 코일(150)에 전류가 인가되던 상태였다면, 상기 전류 인가를 차단한다.(S6)
또한, 제어부(180)는 스핀들(110)의 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같은 지 판단한다.(S7)
만약, 스핀들(110)의 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같다면, 제어부(180)는 송풍팬(170)에 인가되는 전류를 차단함으로써, 송풍팬(170)의 동작이 정지되도록 한다. 물론, 스핀들(110)의 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같지 않다면, 단계 S6으로 복귀한다.
한편, 단계 S8 이후, 제어부(180)는 온도 센서(130)를 이용하여 스핀들(110)의 현재 온도가 포화 온도에 도달하였는지, 그리고 변위 센서(140)를 이용하여 스핀들(110)의 변위가 없는 지 판단한다.(S5)
상술한 바와 같이, 스핀들(110)의 현재 온도가 포화 온도에 도달하지 못하였다면, 단계 S1로 복귀한다. 만약, 스핀들(110)의 현재 온도가 포화 온도가 같고, 스핀들(110)의 변위가 없는 상태라면 본 발명에 따른 스핀들(110)의 온도 조절 방법을 종료한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 온도 조절 장치에 따른 시간 대비 변위 사이의 관계가 그래프로서 도시되어 있다. 여기서, X축은 시간이고, Y축은 변위(또는 변위량)이다.
본 발명에 따르면 발열 코일(150)을 이용하여 직접 스핀들(110)을 가열함으로써, 스핀들(110)의 워밍업 시간을 종래에 비해 상당히 단축할 수 있게 된다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 스핀들(110)의 워밍업 중 스핀들(110)에는 변위가 발생하는데, 이러한 변위는 기준값 이내로 관리된다. 즉, 스핀들(110)의 변위가 기준값을 초과할 경우, 발열 코일(150)에 인가되는 전류를 차단한다. 더불어, 스핀들(110)의 워밍업 후, 스핀들(110)은 송풍팬(170)에 의해 포화 온도 범위에 있도록 제어된다.
이와 같이 하여, 본 발명에는 밀폐형 구조, 온도에 따른 발열 코일에 의한 발열 및/또는 온도에 따른 송풍팬의 동작 여부를 조정하는 로직이 추가됨으로써, 스핀들(110)의 인위적 가열 및 냉각이 가능해 지고, 이로 인해 기존 스핀들 대비 워밍업 시간이 단축된다.
또한, 본 발명에는 상술한 구조에 의해 포화 온도 범위가 일정하게 유지됨으로써, 휴지 시간에 따른 열변위가 최소화된다. 더불어, 본 발명에는 상술한 구조에 의해 지나친 온도 상승 시 팬의 회전 방향이 변경되어 내부의 더워진 공기가 외부로 배출됨으로써, 스핀들의 냉각이 가능해 진다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 스핀들 온도 조절 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 스핀들 온도 조절 장치
110; 스핀들 120; 스핀들 하우징
121; 베어링 130; 온도 센서
140; 변위 센서 150; 발열 코일
160; 밀폐 하우징 170; 송풍팬
180; 제어부

Claims (6)

  1. 스핀들;
    상기 스핀들의 온도를 센싱하는 온도 센서;
    상기 스핀들을 가열하는 발열 코일; 및,
    상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 작을 경우, 상기 발열 코일에 전류를 인가하여, 상기 스핀들이 상기 포화 온도까지 가열되도록 하는 제어부를 포함하고,
    상기 스핀들의 변위를 센싱하는 변위 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 변위 센서로부터 센싱된 현재 변위가 미리 설정된 기준 변위보다 클 경우, 상기 발열 코일에 인가되는 전류를 차단하되,
    상기 변위 센서는 상기 스핀들의 외측에 설치된 감지 코일을 포함하고, 상기 감지 코일은 회전중인 상기 스핀들의 내측에 설치된 강철 도체에 의해 발진기의 동작점이 변경되어 상기 스핀들의 변위를 센싱하도록 함을 특징으로 하는 스핀들 온도 조절 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같을 경우, 상기 발열 코일에 인가되는 전류를 차단함을 특징으로 하는 스핀들 온도 조절 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도보다 높을 경우, 상기 발열 코일에 인가되는 전류를 차단함을 특징으로 하는 스핀들 온도 조절 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스핀들을 감싸서 밀폐하는 밀폐 하우징; 및
    상기 밀폐 하우징에 설치된 송풍팬을 더 포함하고,
    상기 송풍팬에 전류를 인가하여 상기 밀폐 하우징 내의 가열된 공기가 외부로 배출되도록 함을 특징으로 하는 스핀들 온도 조절 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 센싱된 현재 온도가 미리 설정된 포화 온도와 같을 경우, 상기 송풍팬에 인가되는 전류를 차단함을 특징으로 하는 스핀들 온도 조절 장치.
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