KR102168075B1

KR102168075B1 - 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR102168075B1
Application number: KR1020187009849A
Authority: KR
Inventors: 젠스 케텔레어; 파비안 프란츠만
Original assignee: 싸우에르 게엠바하
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2016-09-09
Publication date: 2020-10-21
Also published as: US20180281142A1; JP2018532600A; CN108603783B; CN108603783A; US10821568B2; DE102015217200A1; WO2017042365A1; KR20180093876A; RU2719333C2; EP3347685A1; RU2018112241A3; RU2018112241A

Abstract

본 발명은 공구(3)의 진동 진폭을 결정하는 방법에 관한 것으로, 광선(23)을 생성하는 송신기(21) 및 광선(23)의 광 세기를 검출하는 수신기(22)를 갖는 광 장벽(2)의 광선(23)을 생성하는 단계; 광 장벽(2)의 수신기(22)에 의해 검출된 광선(23)의 광 세기에 기초하여 수신기 신호를 생성하는 단계; 광선(23) 내에 공구(3)의 공구 팁(31)을 위치시키는 단계; 공구(3)를 진동시키는 단계; 공구(3)의 진동에 의해 발생한 수신기 신호의 변조로부터 공구(3)의 진동 진폭을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법 및 디바이스

본 발명은 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

종래기술은 작업물이 공구에 의해 가공될 때 공구의 초음파 진동이 공구의 회전 운동에 중첩될 수 있는 공작 기계에 익숙하다.

EP 1 763 416 B1은 이와 관련하여, 제 1 단부에서 회전 스핀들 노즈에 대한 적응을 위한 공구 홀더 지지부를 가지며 제 1 단부 반대편의 제 2 단부에서 공구 지지부를 갖는 공구 홀더를 포함하며 공구 지지부에 삽입될 수 있는 공구 헤드를 포함하는 공구를 기술하며, 이러한 공구 홀더는 진동 모터를 포함한다.

초음파 진동으로 공구를 설정하기 위해, 예를 들어 압전 드라이브가 사용될 수 있으며, 여기서 전압은 압전 디스크의 두께를 변화시킨다. 특정 주파수에 대해 이것은 공구 홀더 내의 고정파(공진 여기)로 이어진다.

공진 주파수 및 공진에서의 진동 진폭은 기하학적 형태 또는 재료와 같은 사용된 공구의 속성에 의존하며, 따라서 공구 홀더가 특정 진동 진폭 공장도로 계산될 수 없음을 인지해야만 한다.

EP 1 431 729 A1은 반도체 칩들의 배선을 위한 와이어 결합기의 자유로운 진동 모세관의 진폭을 측정하는 장치를 기술한다. 여기에서, 모세관은 초음파 발생기에 의해 진동하게 된다. 진폭 자체를 측정하기 위해, 모세관의 진동 팁에 의한 광선의 차광이 광 수용기에 의해 검출된다.

EP 1 431 729 A1에 기술된 방법에서, 광선은 모세관의 팁에 의한 광선의 완전한 차광에 의해 차단될 수 있다. 모세관의 진동 정도에 대한 언급은 차광 정도에 기초해서만 이루어질 수 있기 때문에, 광 수용기가 더는 광선으로부터의 신호를 검출할 수 없는 이후로는 완전한 차광의 가능성이 존재하는지에 대한 언급이 이루어질 수 없다. 따라서 측정 신호가 손실이 존재하며, 그 결과 모세관 진동의 부적절한 측정을 발생시킨다.

또한, EP 1 431 729 A1에 기술된 방법은 와이어 결합기의 모세관의 예에 의해서 지적된 바와 같이 회전식 대칭 공구로 제한된다. 그러나 대다수의 경우에 공구는 광선으로 돌출하는 비대칭을 가지고 그에 따라 진동 진폭의 측정에 부정적인 영향을 미치므로, 이 방법은 이러한 공구에 적합하지 않다.

따라서 본 발명의 목적은 진동 공구의 진동 진폭이 측정될 수 있는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구범위 제 1 항에 따른 방법 및 청구범위 제 11 항에 따른 디바이스에 의해 달성된다. 종속 청구항은 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시예와 관련된다.

공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은: 공구의 진동 진폭을 결정하는 방법으로서, 광선을 생성하는 송신기 및 광선의 광 세기(light intensity)를 검출하는 수신기를 갖는 광 장벽의 광선을 생성하는 단계; 광 장벽의 수신기에 의해 검출된 광선의 광 세기에 기초하여 수신기 신호를 생성하는 단계; 광선 내에 공구의 공구 팁을 위치시키는 단계; 공구를 진동시키는 단계; 공구의 진동에 의해 발생한 수신기 신호의 변조로부터 공구의 진동 진폭을 결정하는 단계를 포함한다.

이것은 예로서 공작 기계 자체의 초음파 주파수 범위에서 공구 진동의 실제 진동 진폭의 공구-특정 측정을 가능하게 한다. 여기에서, 공작 기계에서 이미 이용 가능한 기존의 공구 측정 레이저를 광 장벽으로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 기계의 내부에 어떠한 추가 설치도 없이 공작 기계의 이용 가능한 장비를 이용하여 수행될 수 있기 때문에 공작 기계에 대한 설계 변경 없이 경제적 인 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 진동 진폭은 도구가 손상되지 않도록 비접촉 방식으로 광 장벽에 의해서 측정된다.

이 방법은 바람직하게는: 특히 진동 진폭을 측정하는 동안 및/또는 공구가 광선 내에 배치되었을 때 공구의 진동을 여기하는 동안, 공구를 광선에 수직인 축 둘레에서 회전하도록 설정하는 단계에 의해 보충된다.

특히, 이 방법은 바람직하게는 특히 공구가 광선 내에 위치될 때 공구의 진동에 의해 영향을 받는 수신기 신호의 변조 및/또는 변화로부터 공구의 진동 진폭을 결정하는 단계 동안, 공구 또는 공작 기계의 작업 스핀들 내의 공구를 유지하는 공구 홀더를 수용하는 단계 및 작업 스핀들에 의해 공구의 회전을 구동하는 단계를 포함한다.

특히 예로서 공작 기계의 작업 스핀들을 이용해 구동된 회전으로 인해 비회전 대칭 설계를 가진 공구조차도 회전 축에 수직인 관점에서 회전식으로 대칭인 공구로 보인다는 것이 장점이다. 결과적으로, 공구를 구동하는 스핀들을 향하지 않는 공구의 면이 공구의 회전 축 둘레에서의 적어도 하나의 환형 영역 또는 원형 고리를 형성하는 결과로서 이것은 공구의 진동의 진폭 측정에 특히 바람직할 수 있다. 결과적으로, 이러한 영역 또는 고리는 광선을 차광하기 위해 사용될 수 있으며, 이는 회전 없는 비회전식 대칭 공구에서 어려운 일로 판명되었다.

또한, 이 방법은 공구가 예로서 공구의 진동 방향에서 공구의 나머지 부분으로부터 돌출하는 적어도 하나의 절단 에지(예로서, 밀링 절단기의 밀링 블레이드)를 갖는다는 점에서 바람직하게 발전될 수 있다.

가능한 비대칭이 공구의 회전에 의해 다시 보상될 수 있으므로 진동의 방향에서 요구되는 바와 같이 공구의 형태가 설계될 수 있다는 것이 이점이다.

또한, 이 방법은 공구의 절단 블레이드가 공구의 진동 방향에 수직인 공구의 나머지 부분으로부터 추가로 돌출한다는 점에서 바람직하게 발전될 수 있다.

여기에서 이점은 또한 공구 형태가 특히 회전 대칭이 아니거나 지속적으로 회전 대칭이 아닌 경우, 공구의 회전 설정이 여기에서도 또한 가능한 비대칭을 보상할 수 있기 때문에 공구 형태는 이제 더 이상 측정 조립체 및/또는 공구의 진동 진폭의 측정의 신뢰가능성에 대한 어떠한 뚜렷한 영향도 갖지 않는다는 점이다.

추가적인 이점은 후속하는 작업물의 가공을 위해서 공작 기계의 작업 스핀들 상에서 사용될 수 있는, 그리고 가능하다면 작업물이 가공되기 직전에 적용 가능한 공구 또는 공구 홀더의 클램핑에서 진동 진폭이 직접 측정될 수 있다는 점이다.

공구가 진동하기 전에, 바람직하게는 광선 내의 공구 팁의 위치는 공구 팁의 위치에 따라서 수신기 신호의 신호 세기가 변화하는 방식으로 달라진다.

이것의 이점은 공구에 의한 광선의 차광 정도만이 진폭 측정을 위해 결정되기 때문에 공구의 형태 또는 재료에 의해 이 방법의 기능성도 정확도도 영향을 받지 않는다는 것이다.

광선 내의 영역의 공구 팁의 위치는 바람직하게는 광선에 수직인 방향을 따라서 단계적으로 달라지며, 모든 단계에서 상응하는 수신기 신호의 신호 세기는 공구 팁의 위치와 연관된다.

이러한 방식으로, 이 시스템은 정확한 진폭 측정을 위해 교정된다. 교정시에, 공구 팁의 위치와 수신기 신호의 신호 세기 사이의 함수적 상관관계가 결정되어 이후에 수신기 신호의 측정된 신호 세기로부터 공구 팁의 연관된 위치를 결정할 수 있다.

공구의 진동 진폭은 바람직하게는 수신기 신호의 최대 신호 세기와 최소 신호 세기의 차로부터 결정된다.

교정이 이루어진 후에 공구 팁의 제 1 위치는 진동하는 공구에 대한 최대 신호 세기로부터 결정될 수 있고 공구 팁의 제 2 위치는 진동하는 공구에 대한 최소 신호 세기로부터 결정될 수 있다. 이들 두 위치에 사이의 차는 공구 진동의 진폭을 제공한다.

광선에 수직인 방향은 바람직하게는 공구 축의 방향과 일치한다.

이러한 방식으로, 진동 진폭은 축 방향으로 진동하는 공구에 대해 결정될 수 있다.

이와 다르게, 광선에 수직인 방향은 바람직하게는 공구 축에 수직인 방향과 일치한다.

이러한 방식으로 공구 축에 수직인 방향으로 진동하는 공구에 대해 진동 진폭을 결정하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 방법은 따라서 여러 방향으로의 공구 진동의 특징화를 가능하게 한다.

수신기 신호는 바람직하게는 수신기에 의해 생성된 유사한 전압 신호이며 수신기에 의해 검출된 광 세기에 비례한다.

이것의 이점은 광 세기와 전압 사이의 선형 상관관계로 인해 필요한 계산이 쉽고 빠르게 수행될 수 있다는 것이다.

공구는 바람직하게는 공구 팁이 광선 내에서 진동하는 방식으로 진동하게 된다.

진동 진폭의 측정을 위해서, 진동하는 공구 팁은 예로서 공구 팁이 송신기 및 수신기로부터 대략 등거리에 있으며 대략 광선 직경의 중심에 있도록 광 장벽 내에 위치 결정된다. 광선 직경은 따라서 공구 팁이 완전히 광선 내에서 진동하도록 충분히 넓게 선택된다. 이러한 방식으로, 수신기 신호의 변조는 직접 공구 진동을 나타낸다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는: 공구 홀더 내에 배치된 센서 장치를 통해서 공구 홀더 내에 배치된 공구의 진동으로부터 센서 신호를 생성하는 단계; 공구의 진동 진폭에 따라서 센서 신호로부터 공구의 진동의 진동 주파수를 결정하는 단계; 센서 신호로부터 공구의 진동 진폭을 결정하는 추가의 단계를 포함한다.

이것의 이점은 광 장벽에 의한 소정의 공구의 교정 이후에, 진동하는 공구의 진동 진폭이 센서 신호로부터 직접 결정될 수 있기 때문에 광 장벽이 더는 진동 측정에 요구되지 않으며 제거될 수 있다는 것이다.

공구의 진동의 진동 주파수는 바람직하게는 단계적으로 달라지며 모든 단계에서 공구의 상응하는 진동 진폭은 진동 주파수와 연관된다.

다시 말하면, 진동하는 공구에 대한 진동 진폭이 수신기 신호의 최소 값과 최대 값으로부터 추론될 수 있는 방식으로 공구 팁의 위치와 수신기 신호의 신호 세기 사이의 함수적 상호관계가 초기에 결정되도록 2-단계 교정이 수행된다. 그 다음, 진동 진폭과 진동 주파수 사이의 함수적 상호관계는 진동하는 공구에 대한 진동 진폭이 측정된 진동 주파수로부터 추론될 수 있는 방식으로 결정된다.

공구의 진동 진폭을 결정하는 본 발명에 따른 디바이스는: 광선을 생성하는 송신기 및 광선의 광 세기를 검출하며 검출된 광 세기에 기초해 수신기 신호를 생성하는 수신기를 갖는 광 장벽; 광선 내에 공구의 공구 팁을 위치시키는 장치; 공구를 진동시키는 장치; 및 공구의 진동에 의해 발생한 수신기 신호의 변조로부터 공구의 진동 진폭을 결정하는 장치를 포함한다.

이것은 예로서 공작 기계 자체의 초음파 주파수 범위에서 공구 진동의 실제 진동 진폭의 공구-특정 측정을 가능하게 한다. 공작 기계에 이미 존재하는 기존의 공구 측정 레이저를 광 장벽으로 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디바이스는 기계의 내부에 어떠한 추가 설치도 없이 공작 기계의 현존하는 장비를 이용하여 공작 기계에 대한 설계 변경 없이 경제적인 방식으로 설치될 수 있다. 또한, 진동 진폭은 도구가 손상되지 않도록 비접촉 방식으로 광 장벽에 의해서 측정된다.

공구 팁을 위치시키는 장치는 바람직하게는 수신기 신호의 신호 세기가 공구 팁의 위치에 따라 변화하는 방식으로 광선 내에서의 공구 팁의 위치를 변경하도록 설계된다.

이것의 이점은 공구에 의한 광선의 차광 정도만이 진폭 측정을 위해 결정되기 때문에 공구의 형태 또는 재료에 의해서는 이 방법의 기능성도 정확도도 영향을 받지 않는다는 것이다.

이러한 디바이스는 바람직하게는 수신기 신호의 신호 세기를 공구 팁의 위치에 할당하는 장치를 포함하되, 공구 팁을 위치시키는 장치는 광선에 수직인 방향을 따라 광선 내의 영역에서의 공구 팁의 위치를 단계적으로 변경하도록 구성되며, 수신기 신호의 신호 세기를 공구 팁의 위치에 할당하는 장치는 모든 단계에서 수신기 신호의 상응하는 신호 세기를 공구 팁의 위치에 할당하도록 구성된다.

이러한 방식으로, 이 시스템은 본 발명에 따른 디바이스를 이용하여 정확한 진폭 측정을 위해 교정된다. 교정시에, 공구 팁의 위치와 수신기 신호의 신호 세기 사이의 함수적 상관관계가 결정되어 이후에 수신기 신호의 측정된 신호 세기로부터 공구 팁의 연관된 위치를 결정할 수 있다.

공구의 진동 진폭을 결정하는 장치는 바람직하게는 수신기 신호의 최대 신호 세기와 최소 신호 세기의 차로부터 공구의 진동 진폭을 결정하도록 구성된다.

교정이 이루어진 후에, 공구 팁의 제 1 위치는 진동하는 공구에 대한 최대 신호 세기로부터 결정될 수 있고 공구 팁의 제 2 위치는 진동하는 공구에 대한 최소 신호 세기로부터 결정될 수 있다. 이들 두 위치에 사이의 차는 공구 진동의 진폭을 제공한다.

이러한 방식으로, 진동 진폭이 축 방향으로 진동하는 공구에 대해 결정될 수 있다.

이러한 방식으로 공구 축에 수직인 방향으로 진동하는 공구에 대해 진동 진폭을 결정하는 것이 가능하다. 본 발명에 따른 디바이스는 따라서 여러 방향으로의 공구 진동의 특징화를 가능하게 한다.

광 장벽의 수신기는 바람직하게는 수신기에 의해 검출된 광 세기에 비례하는 유사한 전압 신호로서 수신기 신호를 생성하도록 구성된다.

이것의 이점은 광 세기와 전압 사이의 선형 상관관계로 인해 필요한 계산이 용이하고 신속하게 수행될 수 있다는 것이다.

공구를 진동시키는 장치는 바람직하게는 공구 팁이 광선 내에서 진동하는 방식으로 공구를 진동시키도록 구성된다.

본 발명에 따른 공구를 수용하는 공구 홀더는 또한 바람직하게: 공구의 진동으로부터 센서 신호를 생성하기 위한, 공구 홀더 내에 배치된 센서 장치; 공구의 진동 진폭에 따라서 센서 신호로부터 공구의 진동의 진동 주파수를 결정하는 장치; 및 센서 신호로부터 공구의 진동 진폭을 결정하는 장치를 구비한다.

이것의 이점은 광 장벽에 의해 소정의 공구의 교정이 발생하였을 때, 진동하는 공구의 진동 진폭이 센서 신호로부터 직접 결정될 수 있기 때문에 광 장벽이 더는 진동 측정에 필요하지 않으며 제거될 수 있다는 것이다.

이러한 디바이스는 또한 바람직하게는: 공구의 진동의 진동 주파수를 단계적으로 변경하는 장치, 및 공구의 진동 진폭을 진동 주파수에 할당하는 장치를 포함하되, 공구의 진동 진폭을 진동 주파수에 할당하는 장치는, 모든 단계에서 공구의 상응하는 진동 진폭을 진동 주파수에 할당하도록 구성된다.

다시 말하면, 본 발명에 따른 디바이스는 진동하는 공구에 대한 진동 진폭이 수신기 신호의 최소 값과 최대 값으로부터 추론될 수 있도록 공구 팁의 위치와 수신기 신호의 신호 세기 사이의 함수적 상호관계가 초기에 결정되는 방식의 2-단계 교정을 가능하게 한다. 그 다음, 진동 진폭과 진동 주파수 사이의 함수적 상호관계는, 진동하는 공구에 대한 진동 진폭이 측정된 진동 주파수로부터 추론될 수 있는 방식으로 결정된다.

본 발명에 따른 공작 기계는 본 발명에 따른 장치를 포함하며 본 발명의 방법에 따른 공구의 진동의 진동 진폭을 결정하도록 구성된다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 실시예의 단면을 다이어그램으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 위한 공구 홀더를 예시적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 실시예를 다이어그램으로 도시한다.

본 발명은 실시예 및 예시적인 도면에 의해 아래에서 상세하게 기술되고 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 디바이스의 실시예의 단면을 도시한다. 이 도면은 광선(23)(도 1에 도시되지 않음)을 생성하는 송신기(21) 및 광선(23)의 광 세기를 검출하는 수신기(22)를 포함하는 광 장벽(2)을 도시한다. 예를 들어, RENISHAW 또는 BLUM 레이저 시스템에 의한 비접촉식 공구 파손 검출을 위한 시스템이 공구 제어 및 파손 제어를 위해 광 장벽(2)으로서 사용될 수 있으며, 이 시스템에서 포커싱된 레이저 빔(23)은 송신기(21)로부터 방출되고 수신기(22)는 이 레이저 빔(23)이 송신기(22)를 때리는 방식으로 구성된다. 이러한 레이저 광 장벽(2)은 공구(3)에 대한 축의 이동 영역에서 공작 기계(1)의 가공 영역 내의 캐리어 또는 조립 시스템에 의해 장착된다. 광 장벽(2)의 부착은 기계 테이블 상에 또는 그 옆에 가능하다. 수신기(22)는 검출된 광 세기에 비례하는 수신기 신호를 생성하고 수신기(22)에 의해 유사한 전압 신호로서 출력된다.

또한, 공작 기계(1)는 공구 홀더(11)를 통해 공구(3)가 수용되는 스핀들(50)(예를 들어, 공구 운반 작업 스핀들)을 갖는다. 스핀들(50)은 또한 공구 홀더(11) 및 공구(3)가 회전하게 설정하도록 구성된다. 스핀들(50)이 공구(3)를 회전 구동하는 동안, 진동 진폭은 예로서 송신기(21)에 의해 방출된 광선(23) 및 공구(3)에 의해 차광된 광선(23)의 광 세기에 의해 측정되며, 이러한 광 세기는 수신기(22)에 의해 검출된다.

특히, 공구(3)의 진동 진폭은 다음과 같이 검출된다: 공구 홀더(11)는 공구 홀더(11)에서 수용되는 공구(3)의 공구 팁(31)이 광선(23)을 차광되게 하도록 광 장벽(2)의 광선(23) 내의 송신기(21)와 수신기(22) 사이에 배치되는 방식으로 위치 설정된다. 공구(3)가 초음파 진동으로 설정될 때, 차광의 정도는 공구 팁(31)이 광선(23) 내에서 진동함에 따라 변화한다. 이것은 수신기 신호의 변조를 초래하고, 이로부터 공구 진동의 진동 진폭이 결정될 수 있다.

본 발명의 이러한 기본 원리는 도 2에 의해 상세하게 설명된다. 시스템은 초기에 교정된다. 이를 위해, 비 진동 공구(3)의 공구 팁(31)은 빔 웨이스트(beam waist)의 영역에서 광선(23)에 근접하게 위치된다. 광선(23)의 직경은 빔 웨이스트에서 가장 작다. 공구 축(32)은 광선(23)에 수직으로 정렬된다. 다음에, 공구 팁(31)은 광선(23)을 통해 공구 축(32)을 따르는 방향에서 예로서 1㎛의 단계로 공작 기계(1)의 이동 가능한 축에 의해서 이동된다. 결과적으로, 광선(23)은 증가식으로 차광된다. 모든 단계에서, 광 세기는 수신기(22)에 의해 측정되고, 수신기 신호로 변환되며, 전압의 값은 현재 공구 위치와 연관된다. 이것은 전압을 기준으로 공구 위치의 함수가 획득되는 방법이다. 빔 웨이스트의 직경은 여기에서 너무 커서 전체 광 세기에서 전체 차광까지의 변화에 복수의 위치 결정 단계가 필요하며 공구 팁(31)의 예상되는 최대 진동 진폭보다 현저히 크다.

교정 후에, 진동 진폭은 다음과 같이 결정될 수 있다: 공구 팁(31)은 광선(23) 내에서 빔 웨이스트에 대해 그리고 송신기(21) 및 수신기(22)에 대해 대략 중심에서 위치되고 초음파 진동으로 여기된다. 진동하는 공구 팁(31)은 따라서 광 세기에 비례하는 수신기 신호의 변조에 영향을 미친다. 진동 진폭은 전압에 따라 공구 위치의 사전에 결정된 함수에 의해 수신기 신호의 피크-피크 값으로부터 결정된다.

교정은 또한 공구 팁(31)이 공구 축(32)을 따라 이동되는 것이 아니라 공구 축(32)에 수직이고 광선(23)에 수직인 방향으로 변위되도록 수행될 수 있다. 이러한 교정은, 공구 축(32)에 수직인 방향으로 공구 진동의 진동 진폭을 결정하도록 사용된다.

도 3은 본 발명에 따른 방법에서 사용하기 위한 공구 홀더(11)를 예시로서 도시하며, 교정 후에, 이 방법을 이용하여 공구(3)의 진동 진폭이 광 장벽(2) 없이 또한 측정될 수 있다. 시스템은 다음과 같이 교정된다.

도 2에 의해 기술된 바와 같이, 공구 위치의 함수는 초기에 수신기 신호의 전압에 기초하여 결정된다.

공구 홀더(11)에는 공구 진동으로부터 공구 진동의 진동 주파수에 관한 정보를 포함하는 센서 신호를 생성하는 센서 장치(12)가 장착된다. 센서 신호는 분석 수단(도시되지 않음)에 의해 공구 홀더(11) 외부에서 평가될 수 있다.

공구(3)는 초음파 진동으로 설정된다. 이것은 발생기(도시되지 않음)가 공구 홀더(11) 내의 압전 소자(13)를 공구(3)로 송신되는 기계적 진동으로 여기시키는 방식으로 수행될 수 있다. 진동의 주파수는 센서 장치(12)에 의해 생성된 센서 신호로부터 결정될 수 있으며; 진폭은 광 장벽(2)의 수신기(12)에 의해 생성된 수신기 신호로부터 결정될 수 있다.

그 후, 공구(3)의 진동 주파수는 예로서 생성기의 여기 주파수를 변경함으로써 단계적으로 변경된다. 진동 주파수 및 진동 진폭은 모든 단계에서 측정되며 진동 주파수는 각각의 진동 진폭과 연관된다. 이것은 진동 진폭의 함수가 진동 주파수에 기초하여 획득되는 방법이다. 그 다음 광 장벽(2)은 제거될 수 있다.

공구(3)의 진동 진폭은 광 장벽(2)의 도움없이 시스템의 이러한 교정 후에 결정될 수 있다. 이를 위해서, 공구(3)는 진동하게 되고 진동 주파수가 센서 신호로부터 결정된다. 연관된 진동 진폭은 진동 주파수에 따라서 이전에 결정된 진동 진폭의 함수로부터 결정될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 장치의 실시예를 다이어그램으로 도시한다. 공구 팁(31)을 위치시키는 장치(41)는 예로서 공작 기계(1)의 CNC 제어에 의해 개별적으로 이동될 수 있는 이동 가능한 축으로서 이용 가능할 수 있으며, 그에 따라 하나의 축에서 수용된 공구 홀더(11) 및 공구(3)를 원하는 위치로 가져올 수 있다. 공구(3)를 진동시키는 장치(13)는 공구 홀더(11) 내의 도 3의 압전 소자(13)에 대응할 수 있다. 공구(3)의 진동 주파수를 변경하는 장치(46)는 소정의 여기 주파수에 의해 압전 소자(13)를 초음파 진동으로 여기하는 발생기로서 설계될 수 있으며, 이러한 여기 주파수는 변경될 수 있다.

수신기 신호로부터 진동 진폭을 결정하는 장치(42), 신호 세기를 공구 팁의 위치와 연관시키는 장치(43), 진동 주파수를 결정하는 장치(44), 센서 신호로부터 진동 진폭을 결정하는 장치(45), 진동 주파수를 변경하는 장치(46) 및 진동 진폭을 진동 주파수와 연관시키는 장치(47)는 공작 기계(1)의 전자 시스템의 일부일 수 있다.

신호 세기를 공구 팁의 위치와 연관시키는 장치(43)는 여기에서 수신기(22)로부터 수신기 신호를 수신하기 위해 광 장벽(2)의 수신기(22)에 접속될 수 있다. 또한, 신호 세기를 공구 팁의 위치와 연관시키는 장치(43)는 수신기 신호로부터 진동 진폭을 결정하기 위해 교정 정보를 장치(42)로 전송할 수 있으며, 이것 또한 역시 수신기(22)로부터 수신기 신호를 수신한다.

진동 주파수를 결정하는 장치(44)는 센서 장치(12)로부터 센서 신호를 수신하도록 공구 홀더(11) 내의 센서 장치(12)에 접속될 수 있다. 또한, 진동 주파수를 결정하는 장치(44)는 진동 진폭을 진동 주파수와 연관시키는 장치(47)에 진동 주파수에 대한 데이터를 전달할 수 있으며, 결과적으로 수신기 신호로부터 진동 진폭을 결정하는 장치(42)로부터 진동 진폭에 대한 정보를 수신한다.

진동 진폭을 진동 주파수와 연관시키는 장치(47)는 센서 장치(12)로부터 센서 신호를 추가로 수신하는, 센서 신호로부터 진동 진폭을 결정하는 장치(45)에 교정 정보를 전달한다.

장치(42 내지 45, 47) 중 몇몇 또는 전부를 하나의 장치로 결합하는 것 또한 가능하다.

본 발명은 전술된 실시예들에 제한되지 않으며, 반대로 전술된 실시예들의 개별적인 양태 및/또는 개별적인 특성은 본 발명의 다른 실시예를 제공하도록 결합될 수 있다.

1: 공작 기계
11: 공구 홀더
12: 센서 장치
13: 압전 소자
2: 광 장벽
21: 송신기
22: 수신기
23: 광선
3: 공구
31: 공구 팁
32: 공구 축
41: 공구 팁을 위치시키는 장치
42: 수신기 신호로부터의 진동 진폭을 결정하는 장치
43: 공구 팁의 위치와 신호 세기를 연관시키는 장치
44: 진동 주파수를 결정하는 장치
45: 센서 신호로부터 진동 진폭을 결정하는 장치
46: 진동 주파수를 변경하는 장치
47: 진동 주파수와 진동 진폭을 연관시키는 장치
50: 스핀들

Claims

공구(3)의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법으로서,
광선(23)을 생성하는 송신기(21) 및 광선(23)의 광 세기(light intensity)를 검출하는 수신기(22)를 갖는 광 장벽(2)의 광선(23)을 생성하는 단계;
광 장벽(2)의 수신기(22)에 의해 검출된 광선(23)의 광 세기에 기초하여 수신기 신호를 생성하는 단계;
광선(23) 내에 공구(3)의 공구 팁(31)을 위치시키는 단계;
공구(3)가 광선(23)을 직교하는 축 둘레를 회전하게 하는 단계;
공구(3)가 공구 팁(31)이 광선(23) 내에서 진동하는 방식으로 진동하게 하는 단계;
공구(3)의 진동에 의해 발생한 수신기 신호의 변조로부터 공구(3)의 진동 진폭을 결정하는 단계;
공구 홀더(11) 내에 배치된 센서 장치(12)를 통해서 상기 공구 홀더(11) 내에 배치된 공구(3)의 진동으로부터 센서 신호를 생성하는 단계;
공구(3)의 진동 진폭에 따라서 상기 센서 신호로부터 공구(3)의 진동의 진동 주파수를 결정하는 단계; 및
상기 센서 신호로부터 공구(3)의 진동 진폭을 결정하는 단계를 포함하고,
상기 공구(3)의 진동의 진동 주파수는 단계적으로 달라지며 모든 단계에서 공구(3)의 상응하는 진동 진폭은 진동 주파수와 연관되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
공구(3)는 공구(3)의 진동 방향에서 공구(3)의 나머지 부분으로부터 돌출하는 적어도 하나의 절단 에지를 갖는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
공구(3)의 절단 에지는 공구(3)의 진동 방향에 수직인 공구(3)의 나머지 부분으로부터 돌출하는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
공구(3)가 진동하기 전에, 광선(23) 내의 공구 팁(31)의 위치는 상기 공구 팁(31)의 위치에 따라서 상기 수신기 신호의 신호 세기가 변화하는 방식으로 달라지는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서,
광선(23) 내의 영역의 공구 팁(31)의 위치는 광선(23)에 수직인 방향을 따라서 단계적으로 달라지며, 모든 단계에서 상응하는 신호 세기는 공구 팁(31)의 위치의 수신기 신호와 연관되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
공구(3)의 진동 진폭은 수신기 신호의 최대 신호 세기와 최소 신호 세기의 차(difference)로부터 결정되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
광선(23)에 수직인 방향은 공구 축(32)의 방향과 일치하는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 5 항에 있어서,
광선(23)에 수직인 방향은 공구 축(32)에 수직인 방향과 일치하는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수신기 신호는 상기 수신기(22)에 의해 생성된 아날로그 전압 신호이며 상기 수신기(22)에 의해 검출된 광 세기에 비례하는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 방법.
공구(3)의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스로서,
광선(23)을 생성하는 송신기(21) 및 광선(23)의 광 세기를 검출하며 검출된 광 세기에 기초해 수신기 신호를 생성하는 수신기(22)를 갖는 광 장벽(2);
광선(23) 내에 공구(3)의 공구 팁(31)을 위치시키는 장치(41);
공구(3)가 광선(23)을 직교하는 축 둘레를 회전하게 하는 장치(50);
공구(3)가 공구 팁(31)이 광선(23) 내에서 진동하는 방식으로 진동하게 하는 장치(13);
공구(3)의 진동에 의해 발생한 수신기 신호의 변조로부터 공구(3)의 진동 진폭을 결정하는 장치(42);
공구(3)를 수용하는 공구 홀더(11);
공구(3)의 진동으로부터 센서 신호를 생성하기 위한, 상기 공구 홀더(11) 내에 배치된 센서 장치(12);
공구(3)의 진동 진폭에 따라서 상기 센서 신호로부터 공구(3)의 진동의 진동 주파수를 결정하는 장치(44);
상기 센서 신호로부터 공구(3)의 진동 진폭을 결정하는 장치(45);
공구(3)의 진동의 진동 주파수를 단계적으로 변경하는 장치(46), 및
공구(3)의 진동 진폭을 진동 주파수와 연관시키는 장치(47)를 포함하고,
상기 공구(3)의 진동 진폭을 진동 주파수와 연관시키는 장치(47)는, 모든 단계에서, 공구(3)의 상응하는 진동 진폭을 진동 주파수와 연관시키도록 구성되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스.
제 10 항에 있어서,
상기 공구 팁(31)을 위치시키는 장치(41)는 수신기 신호의 신호 세기가 공구 팁(31)의 위치에 따라 변화하는 방식으로 광선(23) 내에서의 공구 팁(31)의 위치를 변경하도록 구성되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스.
제 11 항에 있어서,
수신기 신호의 신호 세기를 공구 팁(31)의 위치와 연관시키는 장치(43)를 포함하되,
상기 공구 팁(31)을 위치시키는 장치(41)는 광선(23)에 수직인 방향을 따라 광선(23) 내의 영역에서의 공구 팁(31)의 위치를 단계적으로 변경하도록 구성되며,
상기 수신기 신호의 신호 세기를 공구 팁(31)의 위치와 연관시키는 장치(43)는 모든 단계에서 수신기 신호의 상응하는 신호 세기를 공구 팁(31)의 위치와 연관시키도록 구성되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공구(3)의 진동 진폭을 결정하는 장치(42)는 수신기 신호의 최대 신호 세기와 최소 신호 세기의 차로부터 공구(3)의 진동 진폭을 결정하도록 구성되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스.
제 12 항에 있어서,
광선(23)에 수직인 방향은 공구 축(32)의 방향과 일치하는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스.
제 12 항에 있어서,
광선(23)에 수직인 방향은 공구 축(32)에 수직인 방향과 일치하는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광 장벽(2)의 수신기(22)는 상기 수신기(22)에 의해 검출된 광 세기에 비례하는 아날로그 전압 신호로서 수신기 신호를 생성하도록 구성되는, 공구의 진동 진폭을 결정하기 위한 디바이스.
공작 기계(1)로서,
제 10 항에 따른 디바이스를 포함하고,
상기 공작 기계(1)는 제 1 항에 따른 방법에 따라서 공구(3)의 진동의 진동 진폭을 결정하도록 구성되는, 공작 기계.
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