KR102571873B1 - 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법 및 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전가능한 공구 홀더에 장착된 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 상기 회전가능한 공구 홀더와 따라서 상기 절삭 공구를 회전시키는 단계, 회전하는 상기 절삭 공구로 공작물을 가공하는 단계, 상기 회전가능한 공구 홀더의 위치 센서에 의해서, 가공 중에 상기 회전가능한 공구 홀더에서 상기 절삭 공구의 축선 방향 위치를 측정하는 단계, 측정된 상기 축선 방향 위치에 의해서 상기 절삭 공구의 초기 위치로부터 축선 방향 변위를 계산하는 단계, 및 상기 축선 방향 변위가 임계값을 초과하면, 상기 절삭 공구의 이탈을 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더, 이런 회전가능한 공구 홀더를 포함하는 기계 공구 시스템, 및 상기 공구 홀더 및 상기 기계 공구 시스템의 사용에 관한 것이다.

Description

절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법 및 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더{A METHOD OF DETERMINING PULL-OUT OF A CUTTING TOOL AND A ROTATABLE TOOL HOLDER FOR A CUTTING TOOL}

본 발명은 회전가능한 공구 홀더에서 절삭 공구의 이탈 (pull-out) 을 결정하는 방법, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더, 기계 공구 시스템 및 회전가능한 공구 홀더의 사용에 관한 것이다.

밀링 공구들, 드릴링 공구들 등과 같은 절삭 공구들은 금속 공작물들의 칩 제거 가공에 사용될 수도 있다. 이런 공구들은 회전가능한 공구 홀더들에 의해서 유지되고, 그리고 공작물을 절삭하도록 회전된다. 공구의 작동 중에, 높은 가공 품질을 유지하고 또한 공작물을 손상시키지 않기 위하여 공구는 공구 홀더에 의해서 정확하게 유지되는 것이 중요하다.

가공 중에, 예를 들면, 밀링 어플리케이션들에서, 힘들은 회전 공구의 축선 방향으로 공구에 작용할 것이다. 공구는 마찰력들에 의해서 공구 홀더에 유지될 수도 있지만, 이들 마찰력들이 공구에 작용하는 축선 방향 힘들에 의해서 극복되면 상기 공구는 상기 공구 홀더로부터 이탈될 수도 있다. 이것은 "이탈" 또는 "공구 슬립 (tool slip)" 이라고 지칭된다. 이탈의 결과로서, 가공된 공작물들에 특정 공차들을 유지하는 것이 어려울 수도 있고, 이는 최악의 경우에는 스크레이핑 가공을 필요로 하게 될 것이다. 게다가, 공구의 파손 및 또한 기계 스핀들의 손상들의 위험이 존재한다.

이탈의 문제점은, 예를 들면, 공구가 공구 홀더로부터 외부로 미끄러지는 위험을 한층 더 감소시키는 공구 홀더의 파지 기능과 관련된 개선들에 의해서 해결되었다. 하지만, 절삭 공구가 공구 홀더에서 실제로 변위되는 경우에, 예를 들면, 이탈 중에, 아직 이를 감지할 수 있는 방법이 없다.

본 발명의 목적은 선행 기술의 단점들을 경감시키고 또한 가공 중에 절삭 공구들의 이탈의 악영향들을 감소시키는데 있다.

따라서, 본 발명은 회전가능한 공구 홀더에 장착된 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 공구 홀더와 따라서 절삭 공구를 회전시키고, 그리고 회전하는 절삭 공구로 공작물을 가공하는 것을 포함한다. 가공 중에, 공구 홀더에서의 절삭 공구의 축선 방향 위치는 공구 홀더의 위치 센서에 의해서 측정된다. 절삭 공구의 초기 위치로부터의 축선 방향 변위는 측정된 축선 방향 위치에 의해서 계산된다. 절삭 공구의 이탈은 축선 방향 변위가 임계값을 초과하면 결정된다.

상기 방법에 의해서, 공구 홀더에서의 절삭 공구의 축선 방향 변위는 공구 홀더에서의 절삭 공구의 축선 방향 위치의 측정들로부터 가공 중에 결정될 수도 있다. 따라서, 절삭 공구가, 또한 이탈이라 지칭되는, 가공 중에 공구 홀더에서의 미끄러짐을 시작하면, 기계 또는 기계의 작업자는 미끄러짐의 결과가 해를 끼치기 전에 조치를 취할 수 있다. 이탈을 감지하기 위한 축선 방향 변위 임계값은 절삭 공구 또는 공구 홀더의 치수들과 관련하여 설정될 수도 있고, 그리고, 예를 들면, 5 mm, 2 mm, 1 mm, 0.5 mm 또는 그 이하일 수도 있다.

상기 방법은 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 축선 방향 위치에 근거하여, 절삭 공구로 가공하는 동안 공구 홀더로부터 출력 신호를 전송하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은 가공 중에 축선 방향 위치 데이터를 포함하는 출력 신호를 전송하고, 그리고 축선 방향 변위의 계산을 위해 상기 출력 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 상기 출력 신호는 회전가능한 공구 홀더로부터 전송되고, 그리고 축선 방향 변위가 계산되는 외부 유닛에 의해서 수신될 수도 있다.

따라서, 축선 방향 위치 데이터를 포함하는 출력 신호는 축선 방향 변위를 계산하고 절삭 공구의 이탈을 결정하기 위해 회전가능한 공구 홀더 외부의 유닛에 의해서 수신되고 처리될 수도 있다.

축선 방향 변위를 계산하는 단계는 회전가능한 공구 홀더에서 유닛에 의해서 수행될 수도 있다. 상기 방법은 가공 중에 축선 방향 변위 데이터를 포함하는 출력 신호를 전송하고, 그리고 절삭 공구의 이탈을 결정하기 위해 상기 출력 신호를 수신하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 출력 신호는 회전가능한 공구 홀더로부터 전송되고, 그리고 이탈을 결정하는 단계가 수행되는 외부 유닛에 의해서 수신될 수도 있다.

따라서, 축선 방향 변위 데이터를 포함하는 출력 신호는 절삭 공구의 이탈을 결정하기 위해 회전가능한 공구 홀더 외부의 유닛에 의해서 수신되고 처리될 수도 있다.

절삭 공구의 이탈을 결정하는 단계는 회전가능한 공구 홀더에서 유닛에 의해서 수행될 수도 있다. 상기 방법은 이탈이 결정되면 이탈 신호를 포함하는 출력 신호를 전송하는 것을 추가로 포함할 수 있다.

따라서, 이탈을 결정하는데 필요한 처리는 회전가능한 공구 홀더에서 수행될 수도 있고, 그리고 출력 신호는 기계의 작업자 또는 외부 제어 유닛으로 전송되는 디지털 이탈 신호 (즉, 비이탈 (no pull-out)/이탈) 일 수도 있다.

출력 신호는 적어도 1 Hz, 적어도 100 Hz 또는 적어도 1 kHz 의 주파수에서 단속적으로 전송될 수도 있다. 대안으로, 출력 신호는, 예를 들면, 아날로그 위치 또는 변위 데이터 신호의 형태로 또는 디지털 이탈 신호 (즉, 비이탈/이탈) 의 형태로 연속적으로 전송될 수도 있다.

출력 신호는 회전가능한 공구 홀더로부터 무선으로 전송될 수도 있다. 무선 전송은, 예를 들면, 광 또는 라디오 기반 (예 : Wi-Fi 또는 블루투스) 전송 기술을 포함한다. 따라서, 회전가능한 부분과 고정된 부분 사이에서 와이어로 출력 신호를 전송할 필요가 없다. 대안으로, 출력은, 예를 들면, 슬립 링 인터페이스들 (slip ring interfaces) 과 같은 회전식 전기 인터페이스들을 통하여 와이어로 전송될 수도 있다.

상기 방법은 절삭 공구의 이탈을 보상하기 위해 공작물로부터 축선 방향으로 이격된 거리로 공구 홀더를 변위시키는 것을 포함하고, 상기 거리는 절삭 공구의 축선 방향 변위에 대응한다.

따라서, 절삭 공구의 더 작은 변위가 공작물의 특정 공차를 유지하도록 보상될 수도 있다. 변위는 이탈을 결정하기 위한 임계값 보다 더 작을 수도 있다.

상기 방법은 절삭 공구의 이탈이 결정되면 공구 홀더와 따라서 절삭 공구의 회전을 정지시키는 것을 포함할 수 있다.

따라서, 절삭 공구의 이탈이 공작물, 절삭 공구 또는 기계의 손상 위험을 감소시키도록 결정되면 절삭은 중단될 수도 있다.

상기 방법은 절삭 공구의 이탈이 결정되면 공구 홀더에서 절삭 공구를 해제하고 공구 홀더의 회전을 정지시키는 것을 포함할 수 있다.

따라서, 절삭 공구의 회전은 정지될 필요가 있는 회전 관성 질량을 감소시킴으로써 신속하게 정지될 수도 있다. 또한, 해제된 절삭 공구는 더 빨리 회전을 정지시킬 수 있다.

상기 방법은 절삭 공구로 밀링 작동 중에 수행될 수도 있다. 절삭 공구에 작용하는 축선 방향의 힘들은 공작물로부터의 반력들에 의해서 균형을 이루지 못하기 때문에 밀링 중에 이탈을 감지할 필요가 있다. 대안으로, 상기 방법은, 예를 들면, 드릴링 작동들 중에 수행될 수도 있다.

또한, 본 발명은 절삭 공구의 단부 부분을 수용하기 위한 축선 방향 공간을 포함하는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더에 관한 것이다. 유지 수단은 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 단부 부분을 유지하도록 배열된다. 위치 센서는 회전가능한 공구 홀더에 포함되고, 그리고 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 축선 방향 위치를 측정하도록 구성된다. 상기 공구 홀더는 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 축선 방향 위치에 근거하여, 절삭 공구로 가공하는 동안 공구 홀더로부터 출력 신호를 전송하기 위한 전송기를 추가로 포함한다.

위치 센서에 의해서 측정된 축선 방향 공간에서의 절삭 공구의 축선 방향 위치는 절삭 공구의 초기 위치로부터 축선 방향 변위를 계산하고, 그리고 절삭 공구로 가공하는 동안 상기 축선 방향 변위가 임계값을 초과하면 절삭 공구의 이탈을 결정하는데 사용된다.

따라서, 가공 중에, 축선 방향 공간에 수용되어 유지 수단에 의해서 유지되는 절삭 공구의 이탈을 감지할 수 있게 하는 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더가 제공된다. 공구 홀더에서의 절삭 공구의 축선 방향 변위는 가공 중에 공구 홀더의 위치 센서에 의해서 절삭 공구의 축선 방향 위치의 측정들로부터 결정될 수도 있다. 따라서, 절삭 공구가 가공 중에 공구 홀더에서 미끄러짐을 시작하면, 기계 또는 기계의 작업자는 미끄러짐의 결과가 해를 끼치기 전에 조치를 취할 수 있다.

출력 신호는 축선 방향 위치 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 축선 방향 위치 데이터를 포함하는 출력 신호는 축선 방향 변위를 계산하고 절삭 공구의 이탈을 결정하기 위해 회전가능한 공구 홀더 외부의 유닛에 의해서 수신되고 처리될 수도 있다.

회전가능한 공구 홀더는 측정된 축선 방향 위치에 의해서 절삭 공구의 초기 위치로부터 축선 방향 변위를 계산하도록 구성된 처리 유닛을 포함할 수 있다. 따라서, 출력 신호는 축선 방향 변위 데이터를 포함할 수 있다. 축선 방향 변위 데이터를 포함하는 출력 신호는 절삭 공구의 이탈을 결정하기 위해 회전가능한 공구 홀더 외부의 유닛에 의해서 수신되고 처리될 수도 있다.

처리 유닛은 축선 방향 변위가 임계값을 초과하면 절삭 공구의 이탈을 결정하도록 구성될 수도 있고, 그리고 출력 신호는 이탈 신호를 포함한다. 따라서, 이탈을 결정하는데 필요한 처리는 회전가능한 공구 홀더에서 수행될 수도 있고, 그리고 출력 신호는 기계의 작업자 또는 외부 제어 유닛으로 전송되는 디지털 이탈 신호 (즉, 비이탈/이탈) 일 수도 있다.

센서는 유도형 위치 센서일 수도 있다. 따라서, 위치는 공구 홀더에 일체화될 수도 있는 센서로 정확하게 측정될 수도 있다. 대안으로, 센서는 용량식, 기계식 또는 광학식 위치 센서일 수도 있다.

회전가능한 공구 홀더는 전기 전도성 재료를 포함하는 절삭 공구용일 수도 있고, 그리고 센서는 절삭 공구가 축선 방향 공간에서 변위되면 코일에 전류가 유도되도록 배열된 전자기 코일을 포함할 수 있다. 따라서, 비교적 저렴한 구성요소들로 고정밀도로 위치가 측정될 수도 있다.

전자기 코일은 코어를 포함할 수 있고, 그리고 코어는 공구 홀더에 유지된 나사산 가공된 고정 나사 (threaded set screw) 로 형성되어 상기 고정 나사는 축선 방향 공간에서 절삭 공구를 위한 축선 방향으로 조정가능한 정지부를 규정할 수도 있다. 따라서, 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 디폴트 (default) 위치는 고정 나사에 의해서 규정될 수도 있고, 그리고 따라서 이 디폴트 위치는 조정가능할 수도 있다.

회전가능한 공구 홀더는 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 축선 방향 위치를 측정하기 위해 전자기 코일의 등가 병렬 공진 임피던스를 측정하도록 구성된 측정 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 비교적 저렴한 구성요소들로 고정밀도로 위치가 측정될 수도 있다.

회전가능한 공구 홀더는 절삭 공구가 유지 수단에 의해서 유지되는 축선 방향 공간에 수용되는 단부 부분을 갖는 절삭 공구를 포함할 수 있다. 절삭 공구는 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 본 명세서에서 개시된 바와 같은 회전가능한 공구 홀더를 갖는 기계 공구, 상기 회전가능한 공구 홀더로부터의 출력 신호를 수신하기 위한 수신기, 및 출력 신호에 근거하여, 회전가능한 공구 홀더를 갖는 상기 기계 공구를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 기계 공구 시스템에 관한 것이다.

따라서, 상기 기계 공구, 상기 회전가능한 공구 홀더, 및 이에 따른 상기 기계 공구 시스템에서 사용되는 절삭 공구의 이동은 공구 홀더에서 절삭 공구의 축선 방향 위치에 대한 측정들에 의해서 제어될 수도 있다. 따라서, 절삭 공구가 가공 중에 공구 홀더에서 미끄러짐을 시작하면, 제어기는 미끄러짐의 결과가 해를 끼치기 전에 조치를 취할 수 있다.

상기 제어기는 절삭 공구의 이탈을 보상하기 위해 공작물로부터 축선 방향으로 이격된 거리로 공구 홀더를 변위시키도록 구성될 수도 있고, 상기 거리는 절삭 공구의 축선 방향 변위에 대응한다.

따라서, 절삭 공구의 더 작은 변위가 공작물의 특정 공차를 유지하도록 보상될 수도 있다. 변위는 이탈을 결정하기 위한 임계값 보다 더 작을 수도 있다.

상기 제어기는 절삭 공구의 이탈이 결정되면 공구 홀더와 따라서 절삭 공구의 회전을 정지시키도록 구성될 수도 있다.

따라서, 절삭 공구의 이탈이 공작물, 절삭 공구 또는 기계의 손상 위험을 감소시키도록 결정되면 절삭은 중단될 수도 있다.

상기 제어기는 절삭 공구의 이탈이 결정되면 공구 홀더에서 절삭 공구를 해제하고 공구 홀더의 회전을 정지시키도록 구성될 수도 있다.

따라서, 절삭 공구의 회전은 정지될 필요가 있는 회전 관성 질량을 감소시킴으로써 신속하게 정지될 수도 있다. 또한, 해제된 절삭 공구는 더 빨리 회전을 정지시킬 수 있다.

상기 제어기는 절삭 공구의 이탈이 결정되면 기계 작업자에게 이탈 경고 신호를 전송하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 작업자는 절삭 공구의 이탈에 대한 필요한 조치를 취할 수도 있다.

또한, 본 발명은 절삭 공구로 밀링 작동 중에 절삭 공구의 이탈을 감지하기 위하여 본 명세서에서 개시된 바와 같은 회전가능한 공구 홀더 또는 시스템의 사용에 관한 것이다.

본 명세서에서 설명된 방법들 및 시스템들은 컴퓨터 프로그램 또는 복수의 컴퓨터 프로그램들에 의해서 구현될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 컴퓨터 프로그램은 컴퓨팅 디바이스 또는 시스템에 의해서 실행되면 컴퓨팅 디바이스 또는 시스템이 설명된 방법을 수행하게 하는 명령들 (instructions) 을 가질 수 있다. 상기 시스템은 본 발명에 설명된 바와 같은 종류일 수도 있다.

컴퓨터 프로그램은 단일 컴퓨터 시스템에서 또는 여러 컴퓨터 시스템들에서 활성 및 비활성인 다양한 형태들로 존재할 수 있다. 예를 들면, 컴퓨터 프로그램은 소스 코드, 오브젝트 코드 실행가능 코드 (object code executable code) 또는 몇몇 단계들을 수행하기 위한 다른 포맷들에서 프로그램 명령들로 구성된 소프트웨어 프로그램으로 존재할 수 있다. 이들 중 어떤 것도 압축 또는 비압축 형태로 저장 디바이스들 및 신호들을 포함하는 컴퓨터 판독가능한 매체 상에서 구현될 수도 있다.

도 1 은 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더의 실시예를 도시한다.
도 2 는 공구 홀더의 전기 회로들의 실시예를 도시한다.
도 3 은 회전가능한 공구 홀더를 갖는 기계 공구 및 상기 기계 공구를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 기계 공구 시스템을 도시한다.
도 4 는 회전가능한 공구 홀더에 장착된 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법의 단계들을 도시한다.

절삭 공구 (3) 용 회전가능한 공구 홀더 (1) 의 일 실시예는 도 1 에 도시된다. 이 실시예는 밀링 공구와 같은 절삭 공구용 공구 홀더, 이 경우에는 척을 도시한다. 회전 축선 (X) 을 가진 공구 홀더는 회전가능하다. 공구 홀더는 전방 부분 (15) 과 후방 부분 (16) 을 갖는 공구 홀더 바디 (11) 를 포함하고, 그리고 축선 (X) 을 따라서 연장된다. 공구 홀더의 전방 부분은 절삭 공구 (3) 의 단부 부분을 수용하기 위한 축선 방향 공간 (2) 을 형성하는 홀더 부분 (17) 을 포함한다. 축선 방향 공간은 절삭 공구의 원형의 원통형 단부 부분을 수용하기 위한 대체로 원형의 원통형 형상을 갖는다. 절삭 공구는 유압 액체에 의해서 가압될 수도 있는 캐비티를 덮는 환형 막의 형태로 유압 유지 수단 (10) 에 의해서 공구 홀더에서 유지된다. 이에 따라, 환형 막은 상기 공구 홀더에서 절삭 공구를 유지하도록 가압된 유압 액체에 의해서 변형된다. 상기 유지 수단은, 예를 들면, 상기 유지 수단과 상기 절삭 공구의 맞물림 형태와 같은 다른 적절한 타입일 수 있다.

공구 홀더 바디 (11) 의 후방 부분 (16) 은 기계의 스핀들에 공구 홀더를 연결하기 위한 커플링 인터페이스 (18) 을 포함한다. 커플링 인터페이스는 테이퍼진 다각형 원뿔 부분 및 플랜지 부분 (19) 을 포함할 수 있고, 그리고, 예를 들면, Sandvik Coromant Capto® 커플링, HSK 커플링 또는 ISO 커플링일 수도 있다.

절삭 공구 (3) 는 적어도 절삭 공구의 단부 부분에서 전기 전도성이고, 즉 전기 전도성 재료로 제조되거나 이를 포함한다. 전기 전도성 재료는, 예를 들면, 고속강 또는 초경합금 (텅스텐) 일 수도 있다. 대안으로, 전기 전도성 재료의 조각이 절삭 공구의 단부 부분에 부착된다.

공구 홀더는 공구 홀더의 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 축선 방향 단부 위치를 규정하도록 조정가능한 나사산 가공된 고정 나사 (8) 를 포함한다. 일반적으로, 단부 부분은 고정 나사 (8) 에 맞닿는 축선 방향 공간에 삽입된다. 따라서, 가공 동안에 공구 홀더에서 절삭 공구의 이런 완전히 삽입된 초기 위치로부터 임의의 축선 방향 이동, 즉 공구 홀더로부터 절삭 공구의 이탈을 감지하는 것이 바람직하다.

공구 홀더는 전자기 코일 (4) 을 갖는 전자기 코일 회로 및 측정 회로 (5) 를 포함하는 위치 센서 (22) 를 포함한다. 전자기 코일 회로는 인덕터들, 커패시터들 등과 같은 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 전자기 코일 회로는, 예를 들면, 병렬로 연결된 유도식 구성요소 및 용량식 구성요소를 포함해서 공진기 회로를 형성한다. 전자기 코일 (4) 은 공구 홀더의 축선 방향 (X) 으로 연장된 나선형 코일의 형태이다. 대안으로, 전자기 코일은 편평한 나선형 코일 또는 다른 형상의 코일일 수도 있다. 도시된 실시예에서, 전자기 코일은 절삭 공구와 축선 방향으로 정렬되고, 그리고 절삭 공구의 단부 부분의 축선 방향으로 외측에 배열된다. 고정 나사 (8) 는 전자기 코일 (4) 의 내부에 나사 결합되고, 그리고 전자기 코일의 코어의 일부를 형성하도록 전기 전도성이다. 대안으로, 절삭 공구의 단부 부분은 나선형 원통형 코일 내부로 연장된다.

측정 회로 (5) 는, 예를 들면, Texas Instruments LDC1000 인덕턴스 컨버터를 포함할 수 있다. 따라서, 측정 회로는 공구 홀더의 축선 방향 공간에서 절삭 공구의 축선 방향 위치를 측정하기 위하여 코일 회로의 등가 병렬 공진 임피던스를 측정하도록 구성될 수도 있다.

공구 홀더는 측정 회로 (5) 로부터 축선 방향 위치 데이터를 수신하고 절삭 공구의 측정된 축선 방향 위치 데이터에 의해서 절삭 공구의 초기 위치로부터 축선 방향 변위를 계산하기 위한 처리 유닛 (21) 을 추가로 포함한다.

공구 홀더는 공구 홀더로부터의 출력 신호의 무선 전송을 위한 전송기 (6) 를 추가로 포함한다. 전송기는 공구 홀더로부터 데이터의 전송을 위하여 공구 홀더 외부에 위치된 안테나 (20) 에 연결된다. 공구 홀더에 일체화된 전자 회로들은 공구 홀더에서, 예를 들면, 배터리 형태의 일체형 전원 (7) 에 의해서 전력이 공급된다.

공구 홀더의 전기 회로들은 도 2 에서 추가로 예시된다. 이 도면에서, 위치 센서 (22) 는 코일 회로 (12) 및 측정 회로 (5) 로 도시된다. 코일 회로 (12) 는 전자기 코일 (4), 상기 전자기 코일과 병렬로 연결된 커패시터 (13), 및 내재된 또는 추가된 저항 구성요소 (14) 로 개략적으로 도시된다. 코일 회로는 절삭 공구의 위치를 측정하기 위하여 위치 센서로 구성된 측정 회로 (5) 에 연결된다.

위치 센서 (22) 의 작동 중에, 코일 회로는 측정 회로 (5) 에 의해서 여기되어 코일의 교류 자기장을 제공한다. 전자기 코일 (4) 과 병렬로 공진 코일 회로에 커패시터 (13) 를 제공함으로써, 에너지 소비는 낮게 유지될 수도 있다. 전자기 코일 (4) 의 여기된 자기장은 전기 전도성 절삭 공구 (3) 에서 맴돌이 전류를 유도한다. 이런 맴돌이 전류는 전자기 코일의 원래 자기장에 대항하는 자체 자기장을 발생시킨다. 이에 따라, 절삭 공구는 코일 회로의 전자기 코일에 유도 커플링된다. 이 커플링은, 예를 들면, 공구 홀더의 전자기 코일과 절삭 공구 자체 사이의 거리에 좌우된다. 따라서, 유도 커플링된 절삭 공구는 코일 회로 (12) 의 거리 의존형 기생 직렬 저항 (14; distance dependent parasitic series resistance) 및 인덕턴스 (4) 로 도시될 수 있다. 코일 회로의 등가 병렬 공진 임피던스를 측정함으로써, 전자기 코일 (4) 에 대한 절삭 공구 (3) 의 축선 방향 위치가 공구 홀더의 축선 방향 공간 내로 또는 상기 공구 홀더의 축선 방향 공간으로부터 외부로 절삭 공구의 축선 방향 변위를 계산하기 위하여 측정될 수도 있다.

전송 회로는 공구 홀더에서 절삭 공구의 축선 방향 위치에 대한 데이터를 연속적으로 또는 단속적으로 전송하도록 구성될 수도 있다. 대안으로, 전송 회로는 가공 작동 중에 절삭 공구의 이탈이 결정되면 이탈 경보 메시지들을 전송하도록 구성될 수도 있다. 데이터 또는 경고 메시지들은 공구 홀더를 구동하는 가공 시스템에 연결된 제어 유닛에 의해서 수신될 수도 있다. 이에 따라, 작동 중에 공구 홀더로부터 절삭 공구의 이탈의 감지시, 가공 작동은 공작물, 공구 및/또는 기계 자체를 보존하기 위해 중단될 수도 있다.

도 3 에는 본 명세서에 개시된 바와 같은 회전가능한 공구 홀더 (1) 를 갖는 기계 공구 (301) 를 포함하는 기계 공구 시스템이 도시된다. 상기 시스템은 수신된 출력 신호에 근거하여, 회전가능한 공구 홀더를 갖는 상기 기계를 제어하기 위한 제어기 (304) 에 연결된, 회전가능한 공구 홀더로부터 출력 신호를 수신하기 위한 수신기 (303) 를 포함하는 외부 유닛 (302) 을 포함한다. 상기 시스템은 본 명세서에 개시된 방법을 수행하도록 구성된다. 이를 위해, 상기 시스템은 실행되면 상기 시스템이 본 명세서에 개시된 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다.

회전가능한 공구 홀더에 장착된 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법은 도 4 와 관련하여 설명된다. 상기 방법은 공구 홀더와 따라서 절삭 공구를 회전시키고, 그리고 회전하는 절삭 공구로 공작물을 가공하면서 수행된다.

가공 중에, 공구 홀더에서의 절삭 공구의 축선 방향 위치는 공구 홀더의 위치 센서에 의해서 측정된다 (401).

측정된 축선 방향 위치에 의해서, 절삭 공구의 초기 위치로부터의 축선 방향 변위는 계산된다 (402). 초기 위치는, 예를 들면, 공구 홀더에 완전히 삽입되고 일반적으로 공구 홀더에서 고정 나사와 접촉하는 절삭 공구의 디폴트 위치일 수도 있다.

그 다음에, 절삭 공구의 이탈은 축선 방향 변위가 임계값을 초과하면 결정된다 (403). 임계값은 절삭 공구 또는 공구 홀더의 치수들과 관련하여 설정될 수도 있다. 이탈을 결정하기 위한 축선 방향 변위 임계값은 절삭 공구 또는 공구 홀더의 치수들과 관련하여 설정될 수도 있고, 그리고, 예를 들면, 5 mm, 2 mm, 1 mm, 0.5 mm 또는 그 이하일 수도 있다.

축선 방향 위치를 측정하는 단계, 축선 방향 변위를 계산하는 단계, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 단계는 공구 홀더에서 수행될 수도 있으며, 공구 홀더는 이들 계산 단계들을 수행하기 위한 처리 유닛을 포함한다. 그 다음에, 이탈이 결정되면, 이탈 경고 신호 형태의 출력 신호는 공구 홀더로부터 전송될 수도 있다.

대안으로, 축선 방향 변위를 계산하는 단계는 공구 홀더와, 출력 신호로서 공구 홀더로부터 전송된 축선 방향 변위 데이터에서 수행될 수도 있다. 그 다음에, 이들 데이터는 수신기를 포함하는 외부 유닛, 예를 들면 공구 홀더를 포함하는 기계용 제어기에 의해서 수신될 수도 있다. 그 다음에, 이탈을 결정하는 단계는 외부 유닛에서 수행될 수도 있다.

또 다른 대안으로서, 공구 홀더에서의 절삭 공구의 축선 방향 위치에 대한 데이터는 출력 신호로서 공구 홀더로부터 전송되고 외부 유닛에서 수신될 수도 있다. 그 다음에, 절삭 공구의 축선 방향 변위를 계산하는 단계 및 이탈을 결정하는 단계는 외부 유닛에서 수행될 수도 있다.

따라서, 데이터는 축선 방향 위치 데이터로서, 계산된 축선 방향 변위 데이터로서, 또는 절삭 공구의 이탈이 결정된 경고들로서 외부 신호들로서 공구 홀더로부터 전송될 수도 있다. 출력 신호는 적어도 1 Hz 의 주파수에서, 바람직하게는 무선 전송에 의해서 공구 홀더로부터 단속적으로 전송될 수도 있다.

그 후, 축선 방향 변위를 계산하는 단계 및 이탈을 결정하는 단계에 근거하여, 다양한 조치들 (404) 이 취해질 수도 있다. 제 1 대안으로서, 공구 홀더는 절삭 공구의 이탈을 보상하기 위해 공작물로부터 축선 방향으로 이격된 거리로 변위될 수도 있고, 상기 거리는 절삭 공구의 축선 방향 변위에 대응한다. 그렇지 않으면, 이것은 축선 방향 변위 임계값에 도달하기 전에 이미 수행되어 절삭 공구의 보다 작은 축선 방향 변위들을 보상할 수도 있다. 이에 따라, 공구 슬립의 정도가 작은 경우에도 공작물의 공차들이 유지될 수도 있다.

이탈이 결정되면, 공구 홀더와 따라서 절삭 공구의 회전은 정지될 수도 있다. 이에 따라, 가공 공정은 정지되고, 그리고 절삭 공구의 이탈의 문제는 작업자 또는 기계에 의해서 취급될 수도 있다. 이것은 공작물, 절삭 공구 및/또는 기계에 임의의 해로운 손상이 가해지기 전에 수행될 수도 있다.

대안으로, 절삭 공구의 이탈이 결정되면 절삭 공구는 공구 홀더에서 해제될 수도 있고, 그리고 공구 홀더의 회전이 정지될 수도 있다. 절삭 공구를 해제함으로써, 공작물에 손상을 줄 수 있는 회전 에너지의 양이 크게 줄어 들고, 그리고 절삭 공구의 회전이 매우 빠르게 정지된다.

일반적으로, 본 명세서에서 설명된 상기 방법은 절삭 공구로 밀링 작동 중에 수행된다. 대안으로, 상기 방법은, 예를 들면, 절삭 공구로 드릴링하는 동안 수행될 수도 있다.

Claims (27)

1. 회전가능한 공구 홀더에 장착된 절삭 공구의 이탈 (pull-out) 을 결정하는 방법으로서,
   상기 회전가능한 공구 홀더와 따라서 상기 절삭 공구를 회전시키는 단계,
   회전하는 상기 절삭 공구로 공작물을 가공하는 단계를 포함하고,
   상기 회전가능한 공구 홀더의 위치 센서에 의해서, 가공 중에 상기 회전가능한 공구 홀더에서 상기 절삭 공구의 축선 방향 위치를 측정하는 단계 (401),
   측정된 상기 축선 방향 위치에 의해서 상기 절삭 공구의 초기 위치로부터 축선 방향 변위를 계산하는 단계 (402), 및
   상기 축선 방향 변위가 임계값을 초과하면, 상기 절삭 공구의 이탈을 결정하는 단계 (403) 를 포함하고,
   상기 위치 센서 (22) 는 유도형 위치 센서이고,
   상기 위치 센서는 상기 절삭 공구가 축선 방향 공간에서 변위되면 코일에 전류가 유도되도록 배열된 전자기 코일 (4) 을 포함하고,
   상기 전자기 코일은 코어를 포함하고, 그리고
   상기 코어는 상기 회전가능한 공구 홀더에서 유지된 나사산 가공된 고정 나사 (8) 로 형성되어 상기 고정 나사는 상기 축선 방향 공간에서 상기 절삭 공구를 위한 축선 방향으로 조정가능한 정지부를 규정하는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   가공 중에 축선 방향 위치 데이터를 포함하는 출력 신호를 전송하고 상기 축선 방향 변위의 계산을 위해 상기 출력 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   가공 중에 축선 방향 변위 데이터를 포함하는 출력 신호를 전송하고 상기 절삭 공구의 이탈을 결정하기 위해 상기 출력 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   이탈이 결정되면 이탈 신호를 포함하는 출력 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
5. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 출력 신호는 적어도 1 Hz 의 주파수에서 단속적으로 전송되는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 출력 신호는 상기 회전가능한 공구 홀더로부터 무선으로 전송되는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절삭 공구의 이탈을 보상하기 위해 상기 공작물로부터 축선 방향으로 이격된 거리로 상기 회전가능한 공구 홀더를 변위시키는 단계 (404) 를 포함하고, 상기 거리는 상기 절삭 공구의 축선 방향 변위에 대응하는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절삭 공구의 이탈이 결정되면 상기 회전가능한 공구 홀더와 따라서 상기 절삭 공구의 회전을 정지시키는 단계 (404) 를 포함하는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 절삭 공구의 이탈이 결정되면 상기 회전가능한 공구 홀더에서 상기 절삭 공구를 해제하고 상기 회전가능한 공구 홀더의 회전을 정지시키는 단계 (404) 를 포함하는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 절삭 공구로 밀링 작동 중에 수행되는, 절삭 공구의 이탈을 결정하는 방법.
11. 컴퓨팅 디바이스 또는 시스템에 의해서 실행되면 상기 컴퓨팅 디바이스 또는 상기 시스템이 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하게 하는 명령들 (instructions) 을 갖는, 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
12. 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더 (1) 로서,
    절삭 공구 (3) 의 단부 부분을 수용하기 위한 축선 방향 공간 (2),
    상기 축선 방향 공간에서 상기 절삭 공구의 상기 단부 부분을 유지하기 위한 유지 수단 (10) 을 포함하고,
    상기 회전가능한 공구 홀더는,
    상기 축선 방향 공간에서 상기 절삭 공구의 축선 방향 위치를 측정하도록 구성된 상기 회전가능한 공구 홀더의 위치 센서 (22) 와,
    상기 축선 방향 공간에서 상기 절삭 공구의 상기 축선 방향 위치에 근거하여, 상기 절삭 공구로 가공하는 동안 상기 회전가능한 공구 홀더로부터 출력 신호를 전송하기 위한 전송기 (7) 를 포함하고,
    상기 위치 센서 (22) 는 유도형 위치 센서이고,
    상기 위치 센서는 상기 절삭 공구가 상기 축선 방향 공간에서 변위되면 코일에 전류가 유도되도록 배열된 전자기 코일 (4) 을 포함하고,
    상기 전자기 코일은 코어를 포함하고, 그리고
    상기 코어는 상기 회전가능한 공구 홀더에서 유지된 나사산 가공된 고정 나사 (8) 로 형성되어 상기 고정 나사는 상기 축선 방향 공간에서 상기 절삭 공구를 위한 축선 방향으로 조정가능한 정지부를 규정하는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 출력 신호는 축선 방향 위치 데이터를 포함하는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더.
14. 제 12 항에 있어서,
    측정된 상기 축선 방향 위치에 의해서 상기 절삭 공구의 초기 위치로부터 축선 방향 변위를 계산하도록 구성된 처리 유닛 (21) 을 포함하는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 출력 신호는 축선 방향 변위 데이터를 포함하는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 처리 유닛은 상기 축선 방향 변위가 임계값을 초과하면 상기 절삭 공구의 이탈을 결정하도록 구성되고, 그리고
    상기 출력 신호는 이탈 신호를 포함하는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더.
17. 제 12 항에 있어서,
    상기 축선 방향 공간에서 상기 절삭 공구의 상기 축선 방향 위치를 측정하기 위해 상기 전자기 코일의 등가 병렬 공진 임피던스를 측정하도록 구성된 측정 회로 (5) 를 추가로 포함하는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더.
18. 기계 공구 시스템으로서,
    제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 회전가능한 공구 홀더 (1) 를 갖는 기계 공구 (301),
    상기 회전가능한 공구 홀더로부터 출력 신호를 수신하기 위한 수신기 (302), 및
    상기 출력 신호에 근거하여, 상기 회전가능한 공구 홀더를 갖는 상기 기계 공구를 제어하기 위한 제어기 (304) 를 포함하는, 기계 공구 시스템.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 절삭 공구의 이탈을 보상하기 위해 공작물로부터 축선 방향으로 이격된 거리로 상기 회전가능한 공구 홀더를 변위시키도록 구성되고, 상기 거리는 상기 절삭 공구의 축선 방향 변위에 대응하는, 기계 공구 시스템.
20. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 절삭 공구의 이탈이 결정되면 상기 회전가능한 공구 홀더와 따라서 상기 절삭 공구의 회전을 정지시키도록 구성되는, 기계 공구 시스템.
21. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 절삭 공구의 이탈이 결정되면 상기 회전가능한 공구 홀더에서 상기 절삭 공구를 해제하고 상기 회전가능한 공구 홀더의 회전을 정지시키도록 구성되는, 기계 공구 시스템.
22. 제 18 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 절삭 공구의 이탈이 결정되면 기계 작업자에게 이탈 경고 신호를 전송하도록 구성되는, 기계 공구 시스템.
23. 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전가능한 공구 홀더는 상기 절삭 공구로 밀링 작동 중에 절삭 공구의 이탈을 감지하는데 사용되는, 절삭 공구용 회전가능한 공구 홀더.
24. 제 18 항에 있어서,
    상기 기계 공구 시스템은 절삭 공구로 밀링 작동 중에 절삭 공구의 이탈을 감지하는데 사용되는, 기계 공구 시스템.
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