KR20090122249A - 미스트 측정 장치 - Google Patents

Abstract

시인성이 향상되고 또한 고정밀도로 검출할 수 있는 미스트 측정 장치를 제공하는 것을 과제로 한다. 하우징(30)과, 이 하우징(30)에 설치되고, 미스트 상태 절삭제(1)에 광을 출사하는 광원(15)을 구비한 미스트 측정 장치에 있어서, 하우징(30)이 미스트 상태 절삭제(1)의 분출부(10a) 주위에 설치되어 있고, 광원(15)으로부터 출사되는 광이 가시광선이며, 하우징(30)에 미스트 상태 절삭제(1)로부터의 산란광을 관찰하기 위한 관찰부(33)가 설치된다.

하우징, 광원, 분출부, 절삭제, 가시광선

Description

미스트 측정 장치 {MIST MEASURING APPARATUS}

본 발명은 미스트 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공작 기계에 사용되는 미스트 상태의 절삭제를 육안에 의해 측정 가능한 미스트 측정 장치 및 미스트량을 자동 측정 가능한 미스트 측정 장치에 관한 것이다.

공작 기계로, 예를 들어 자동차 부품을 절삭 가공할 때는 절삭제가 공급되지만, 이 절삭제의 양을 필요 최소한으로 하는 MQL(Minimum Quantity Lubrication: 최소량 윤활)이라는 방법이 있다. MQL에 의해 미스트 상태의 절삭제를 공급하면, 사용되는 절삭제의 양이 적으므로, 환경 부하가 저하되거나, 비용이 저감되거나 하는 등, 여러가지 이점이 있다. 따라서, MQL에서는 절삭제의 공급량은 가능한 한 적은 쪽이 좋다.

한편, 공구의 수명이나 가공 정밀도의 관점에서는 절삭제는 충분히 공급되고 있는 편이 나으므로, MQL로 가공할 때는 절삭 공구의 근방, 절삭 공구와 워크가 접촉되는 부분에 효율적으로 안정되게 미스트 상태의 절삭제(이하, 미스트 상태의 절삭제를 「미스트」라고 한다)를 공급하는 것이 필요하다.

그를 위해서는 절삭 공구 근방의 오일 구멍, 예를 들어 드릴 자체에 설치된 오일 구멍으로부터 분출되는 미스트의 상태나 양을 자동 측정하여 공작 기계에 피 드백시켜 과부족 없이 미스트를 분출시켜야 한다.

그 경우, 미스트의 양을 육안으로 시인하여 미스트의 분출 상태를 한눈에 확인할 수 있으면 편리하다.

그러나, 미스트의 양은 미량이므로, 그 대로로는 시인할 수 없다. 또한, 절삭제의 분출량의 계측을 분출 전에 절삭제가 저장되어 있는 투명관의 눈금으로 행해도, 미스트의 소비량은 미량이기 때문에, 미세한 검출은 할 수 없다. 게다가, 미스트가 액상으로 되는 등의 분출 불량이 있는 경우에는 투명관에 있어서의 미스트량의 감소분과 실제의 미스트량이 일치하지 않는다.

또한, 절삭 가공 설비의 오토메이션화의 관점에서는, 미스트의 양을 자동으로 검출하고, 이 검출량에 기초하여 미스트의 양이 자동적으로 조정되어 분출 불량을 방지하는 것이 기대된다.

특허 문헌1에서는 비자성체로 이루어지는 본체의 외주부에 자기 센서가 배치되고, 본체의 내부에 쿨런트의 통로를 구비하여 자성 유체를 함유시킨 미스트 상태의 쿨런트의 유동 상태를 자기 센서로 검출하고, 이 검출 출력에 기초하여 쿨런트의 양을 제어하는 방법이 제안되어 있다.

특허 문헌2에서는 에어로졸(미스트)의 비율을 광학적으로 검출하고, 이 에어로졸이 통과하는 통로의 내측에 침전되는 윤활제막의 유량은 중량으로 검출함으로써, 에어로졸과 침전 상태의 윤활제의 유량을 따로따로 측정하는 장치가 제안되어 있다. 이 광센서에는 적절한 광이 측정 장치 내의 에어로졸의 흐름을 따르고 있는 타입과, 측정 장치로부터 광센서를 향하여 기류가 흘러, 그 기류로 에어로졸이 운 반되는 타입의 2개의 타입이 있다.

특허 문헌3에서는 투광기의 광을 미스트 상태 윤활제의 분출 개소로 투사하여, 분사 상태의 농담으로 결정되는 투과율을 수광기로 검출하는 공작 기계용 윤활제 분출 상태 검출 장치와, 투광기의 광을 미스트 상태 윤활제의 분출 개소에 투사하여 미스트 상태 윤활제로부터의 반사광을 수광기로 검출하는 공작 기계용 윤활제 분출 상태 검출 장치가 제안되어 있다. 이 공작 기계용 윤활제 분출 상태 검출 장치에서는 분무 상태 절삭제의 투과광과 반사광을 수광기로 수광하므로, 투광기, 분출 개소, 수광기는 직선 형상으로 위치하고 있다.

특허 문헌1 : 일본 특허 출원 공개 제2000-141162호 공보

특허 문헌2 : 미국 출원 공개 US2006/0171788A1

특허 문헌3 : 일본 특허 출원 공개 제2003-53644호 공보

그러나, 특허 문헌1에 기재된 쿨런트의 검출기에서는 쿨런트가 미스트 상태의 매우 작은 미립자로 이루어지기 때문에 쿨런트를 육안으로 확인할 수는 없다.

또한, 쿨런트에 자성체(자성 입자)를 함유시킬 필요가 있어, 작업 공정이 증가하는 동시에, 비용 상승으로 된다. 또한, 자성체를 함유시킴으로써, 금속 가공, 특히 자성체를 가공할 때에 있어서는 검출 정밀도나 절삭 정밀도가 저하된다. 예를 들어, 워크가 자성체이면, 쿨런트와 금속 사이에 자력이 작용하기 때문에 절삭제의 흐름이 나빠지거나, 고이거나 하여, 이 상태에서 자기 센서를 사용하여 절삭제에 포함되는 자성 입자를 검출해도 분출량의 시간적인 변화를 검출할 수는 없다.

특허 문헌2에 기재된 윤활제 측정 장치에서는 레이저는 지향성이 너무 높기 때문에 좁은 범위에서밖에 출사할 수 없다. 예를 들어, 비교적 저렴한 반도체 레이저의 경우에는 파장이 비교적 길어, 전혀 시인할 수 없거나, 시인할 수 있어도 매우 시인하기 힘들다. 따라서, 이 윤활제 측정 장치로는 광 에어로졸의 분출 상태 전체를 직접 시인하는 것은 대략 불가능하다.

또한, 광센서를 이용하여 윤활제의 양을 측정하고 있지만, 적절한 광이 측정 장치 내의 에어로졸의 흐름을 따르고 있는 타입에서는 광의 방향을 변화시키고 있어, 에어로졸 전체의 분출 상태를 검출할 수 없다.

측정 장치로부터 광센서를 향하여 기류가 흘러, 그 기류로 에어로졸이 운반되는 타입에서는, 기류에 의해 에어로졸이 운반되는 도중에, 침전되거나, 방향이 바뀌거나 하여, 절삭 공구와 워크의 접촉 부분에서 직접 측정을 할 수 없다. 또한, 중량 측정으로는, 침전된 에어로졸의 양을 측정할 수는 있어도 분출 상태의 시간적인 변화는 파악하기 어렵다.

특허 문헌3에 기재된 공작 기계용 미스트 상태 윤활제 검출 장치는, 본 발명의 출원인과 일부 동일 출원인에 의한 것이며, 본 발명은, 특허 문헌3에 기재된 발명과는 다른 검출 방법을 이용함으로써, 미스트의 분출 상태를 시인할 수 있게 하는 동시에, 광센서에 있어서의 미스트 상태 윤활제의 검출에 개량을 가한 미스트 측정 장치이다.

특허 문헌3에서는 투광기, 분출 개소, 수광기는 직선 형상으로 위치하여 분출 개소의 투과광이나 반사광을 측정하고 있지만, 미스트(안개) 상태의 절삭제에 광을 투사하면 광은 일방향으로 가는 것이 아니다.

미스트 상태의 절삭제에 광이 입사되면, 광은 일방향으로 반사되거나, 투과되거나 하지 않고, 미스트의 입자에 의해 다방향으로 반사되고, 이 반사를 입자 사이에서 몇번이나 반복하는 경우가 많다. 즉, 미스트 상태의 절삭제에 광이 입사되면 그 광은 산란된다. 따라서, 반사광이나 투과광을 측정하는 것보다도 산란광을 측정하는 쪽이 미량의 광을 검출하는데 효과적이며, 또한 투과광이나 반사광에 의해, 미스트를 관찰하려고 해도 투광기로부터 미스트를 향하는 광이 눈에 들어와버려 직접 시인하는 것이 어렵다.

본 발명은, 이러한 실상을 감안하여 산란광을 육안으로 관찰함으로써 미스트 상태 절삭제의 시인성이 향상된 미스트 측정 장치와, 산란광을 광센서로 검출할 수 있는 고정밀도의 미스트 측정 장치와, 시인성이 향상되고 또한 광센서로 고정밀도로 검출할 수 있는 미스트 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 다음의 기술적 수단을 강구했다.

제1 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 하우징과, 하우징에 설치되어 미스트 상태 절삭제에 광을 출사하는 광원을 구비한 미스트 측정 장치에 있어서, 하우징이, 미스트 상태 절삭제의 분출부 주위에 설치되고, 광원의 광이, 가시광선이며, 하우징에 미스트 상태 절삭제로부터의 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있다.

이렇게 하면, 광원으로부터 출사된 광이 미스트에 의해 산란되어, 그 산란 상태를 육안으로 관찰할 수 있다. 이 경우, 하우징이 외광을 차단하고 있고, 광이 가시광선이므로, 이 하우징에 설치된 관찰부로부터 미스트의 산란광을 관찰하면, 암실에 산란광이 떠오르는 상태로 되어 미스트의 양이나 상태를 시인할 수 있다.

즉, 절삭제가 미스트 상태이기 때문에 광원으로부터 출사된 광은, 미스트의 입자 사이에서 몇번이나 난반사를 반복하며 산란된다. 따라서, 이 산란광을 보면, 미스트의 분출 상태를 육안으로 관찰할 수 있다.

또한, 산란광을 보면, 광원으로부터의 출사광이 직접 눈에 들어오지 않으므로, 분출 상태를 시인하기 쉽다.

제1 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 광원으로부터 출사되는 광의 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

이렇게 하면, 가시광선 중에서도 시인성이 좋은 대략 녹색의 파장을 이용하므로 보다 명확하게 시인할 수 있다.

제1 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 광원으로부터 미스트 상태 절삭제로의 광로에, 내면이 반사면으로 되어 있는 통 형상의 반사 방지기가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 광원으로부터의 미스트로의 광이 관찰부의 방향으로 구부러지지 않아, 광원으로부터의 광이 직접 관찰부에서 시인되기 어려워진다. 또한, 효율적으로 미스트에 광이 출사되므로, 미스트의 분출 상태의 시인성이 향상된다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 하우징과, 이 하우징에 설치되고, 미스트 상태 절삭제에 광을 출사하는 광원과, 하우징에 설치되고, 미스트 상태 절삭제로부터의 광을 수광하는 광센서를 구비하고, 이 광센서의 수광량에 기초하여 미스트 상태 절삭제의 분출량을 측정하는 미스트 측정 장치에 있어서, 광센서가 미스트 상태 절삭제로부터의 산란광을 수광하고, 하우징이 상기 미스트 상태 절삭제의 분출부 주위에 설치되어 있다.

이렇게 산란광을 광센서로 수광하면, 미스트량을 검출할 수 있다.

즉, 반사광이나 투과광이 아니라, 산란광을 검출한다. 또한, 미스트 분출부에 설치된 하우징으로 외광을 차단하고 있으므로, 센서의 감도가 높다.

또한, 이 경우 광원의 파장을 짧게 하면, 광원으로부터의 출사광의 에너지가 증대된다. 따라서, 미스트에서의 산란광의 에너지도 증대되어 광센서에서의 감도가 향상되므로 고정밀도로 미스트량을 관찰할 수 있다. 또한, 시인하기 쉬운 파장의 광이면 미스트의 분출 상태를 육안으로 확인할 수 있다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는, 광센서에 의해 측정된 분출량에 따라 분출되는 미스트 상태 절삭제의 양을 자동 조정하는 미스트 조정부를 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면 광센서에 의해 측정된 광량, 즉 미스트량에 기초하여, 분출되는 미스트량이 조정되므로 MQL의 오토메이션화를 할 수 있어 일손이 들지 않아, 비용이 저감된다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 광센서가 복수 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 미스트로부터의 검출할 수 있는 산란광의 광량이 커져, 미스트 측정 장치의 정밀도가 향상된다. 또한, 다방향으로부터 검출되므로 절삭 공구에 광이 차단되어 검출되는 산란광이 작아질 가능성이 낮아지는 동시에, 미스트의 상태를 다방향으로부터 보다 구체적으로 측정할 수 있다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는, 광원으로부터 미스트 상태 절삭제로의 광로에, 내면이 반사면으로 되어 있는 통 형상의 반사 방지기가 설치되고, 미스트 상태 절삭제로부터 광센서로의 광로에 집광 렌즈가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

이와 같이, 반사 방지기가 설치되어 있으면, 광원으로부터의 광이, 광센서의 방향으로 구부러지지 않아, 광원으로부터 미스트 상태 절삭제로의 광이 직접 광센서에 입사되는 것이 저감된다. 또한, 효율적으로 미스트에 광이 출사되므로, 미스트의 검출 감도가 향상된다.

또한, 미스트로부터 광센서로의 광로에 집광 렌즈가 설치되어 있으면, 미스트로부터의 산란광이 집광되어 광센서에 입사되므로 광센서의 감도가 향상되어 미스트의 상태를 고정밀도로 검출할 수 있다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 광원의 파장이 490㎚ 이하이어도 된다.

이렇게 하면, 파장이 490㎚ 이하인 광은 에너지가 강하므로, 광센서의 감도가 향상되어 광센서에 있어서의 전기적인 검출 정밀도가 향상된다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는, 광원의 광이 가시광선이며, 하우징에 미스트 상태 절삭제로부터의 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있어도 된다.

이렇게 하면, 광원의 광이 가시광선이므로, 관찰부로부터 미스트의 상태를 시인할 수 있다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 광원이, 파장이 490㎚ 미만인 광원과, 파장이 490㎚ 이상 810㎚ 이하인 광원을 구비하고, 하우징에 미스트 상태 절삭제로부터의 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있어도 된다.

이렇게 파장이 서로 다른 광원을 구비하고, 이 2개의 파장의 광원을 병용하면, 파장이 짧을수록 광의 에너지는 높아지므로, 파장이 490㎚ 미만인 광은 에너지가 강하기 때문에, 광센서의 감도가 향상되어 광센서에 있어서의 전기적인 검출 정밀도가 향상된다.

또한, 예를 들어, 녹색, 황색 등의 파장이 490㎚ 이상 810㎚ 이하인 광은, 암실하 즉 검은 바탕(black ground)에 대하여 시인성이 좋으므로, 미스트의 시인성이 향상된다.

제2 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 광원이, 파장이 490㎚ 미만인 광원과, 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하인 광원을 구비하고, 하우징에 미스트 상태 절삭제로부터의 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있어도 된다.

이렇게 파장이 서로 다른 광원을 구비하고, 이 2개의 파장의 광원을 병용하면, 파장이 490㎚ 미만인 광은 에너지가 강하므로, 광센서의 감도가 향상되어 광센서에서의 전기적인 검출 정밀도가 향상되는 동시에, 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하인 광은, 특히 시인성이 좋으므로 보다 명확하게 관찰할 수 있다.

이상과 같이 2개의 파장의 광을 병용함으로써 광센서에서의 감도가 좋고, 또한 시인성도 좋은 미스트 측정 장치를 얻을 수 있다.

이 경우, 파장이 서로 다른 2개의 광원을 동시에 사용해도 되고, 필요에 따라 광원을 절환하여 사용해도 된다.

본 발명에 따른 미스트 측정 장치에서는 광원에 발광 다이오드가 사용되고 있는 것이 바람직하다.

이렇게 하면, 발광 다이오드는 여러가지 파장의 광을 출사할 수 있으므로, 전술한 바와 같은, 파장이 490㎚ 미만인 광과, 490㎚ 이상 550㎚ 이하인 광을 출사할 수 있다. 또한, 발광 다이오드는 응답 속도도 빠르므로, 자동 제어의 추종도 빠르게 할 수 있다. 또한, 가격도 저렴하여 미스트 전체를 비추는데 적당한 지향성이 있다.

본 발명에 따르면, 산란광을 육안으로 관찰함으로써 미스트 상태 절삭제의 시인성이 향상된 미스트 측정 장치와, 산란광을 광센서로 검출할 수 있는 고정밀도의 미스트 측정 장치와, 시인성이 향상되고 또한 광센서로 고정밀도로 검출할 수 있는 미스트 측정 장치를 얻을 수 있다.

도 1은 미스트 측정 장치의 전체도이다.

도 2는 제1 실시 형태에 따른 미스트 측정부를 도시하는 도면이다.

도 3은 도 2의 A-A'선 단면도이다.

도 4는 미스트의 분출 상태의 모식도이다.

도 5는 미스트에서의 산란 상태를 도시하는 도면이다.

도 6은 제1 실시 형태에서의 실험 조건이다.

도 7은 공기만의 펌프 구동 명령과, 출력 신호의 측정 결과이다.

도 8은 스몰 펌프를 사용한 경우의 펌프 구동 명령과, 출력 신호의 측정 결과이다.

도 9는 미디엄 펌프를 사용한 경우의 펌프 구동 명령과, 출력 신호의 측정 결과이다.

도 10은 라지 펌프를 사용한 경우의 펌프 구동 명령과, 출력 신호의 측정 결과이다.

도 11은 절삭제 공급량과 평균 출력 신호를 도시하는 도면이다.

도 12는 제2 실시 형태에 따른 미스트 측정부를 도시하는 도면이다.

도 13은 제3 실시 형태에 따른 미스트 측정부를 도시하는 도면이다.

<부호의 설명>

1 : 미스트

2 : 절삭제

10 : 절삭 공구

10a : 분출부

11 : 미스트 측정부

15 : 발광 다이오드

16 : 포토트랜지스터

26 : 미스트 조정부

30 : 하우징

32 : 반사 방지기

32a : 반사면

33 : 관찰부

35 : 수광로 관

36 : 비구면 콘덴서 렌즈

100 : 미스트 측정 장치

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 미스트 측정 장치의 전체도이다.

이 미스트 측정 장치(100)에서는 절삭제(2)가 투명관(3)에 채워져 있으며, 이 절삭제(2)가 계량 펌프(4)에 의해 송출된다. 계량 펌프(4)는 공압 구동의 플런저식이며, 절삭제용 솔레노이드 밸브(13)의 동작에 따라 절삭제(2)dml 토출을 행한다.

계량 펌프(4)의 동작 빈도를 제어함으로써 절삭제(2) 분출량을 조절하고, 또한 투명관(3)에 설치된 눈금을 읽음으로써 절삭제(2) 전체 소비량을 구한다. 또한, 이 투명관(3)에 있어서의 눈금에 의한 검출은, 미스트 분출량의 총량을 측정하기 위해 행하고, 이 검출량이 미량의 검출이 필요한 미스트 분출의 제어에 사용되는 일은 없다.

또한, 이 절삭제(2)는 복유로(複流路) 회전 조인트(5)를 통하여 회전측인 공 작 기계의 주축(6) 내부에 있어서의 선단부의 절삭 공구(10) 근방에 설치된 믹싱 노즐(8)로 반송된다.

믹싱 노즐(8)의 내부에서는 공기(22)와 절삭제(2)가 혼합되어 절삭제(2)가 미스트 상태로 된다[이하, 미스트 상태의 절삭제(2)를 편의상 「미스트(1)」라고 한다].

그리고, 미스트 측정부(11)의 내부에 절삭 공구(10)의 선단이 삽입되어, 이 미스트 측정부(11) 내부에서 미스트(1)의 분출 상태와 미스트량이 측정된다. 이 절삭 공구(10)로는 드릴이 사용되고 있으며, 다른 형상의 절삭 공구와 교환 가능하게 공구 홀더(9)에 설치되어 있다. 절삭 공구(10)의 선단에는, 미스트(1)의 분출부(10a)가 설치되어 있다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 미스트 측정부를 도시하는 도면이며, 도 3은 도 2의 A-A'선 단면도이다. 도 4는 미스트의 분출 상태의 모식도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이 미스트 측정부(11)는 상자형이며, 그 상자 내부의 상방에 광원인 발광 다이오드(15)가 설치되어 있다. 그리고, 발광 다이오드(15)로부터의 광의 출사 방향과, 미스트(1)의 분출 방향(도 3에서 지면에 수직한 방향) 양쪽에 대하여 수직으로 포토트랜지스터(16)가 설치되어 있다.

또한, 미스트 측정부(11)에 있어서의 포토트랜지스터(16)의 반대면에 투명한 창으로 이루어지는 관찰부(33)가 설치되어 있다. 따라서, 관찰부(33)도 포토트랜지스터(16)와 마찬가지로 발광 다이오드(15)의 출사 방향과 미스트(1)의 분출 방향의 양쪽에 대하여 수직이다.

그리고, 발광 다이오드(15)로부터 출사된 광이 미스트(1)에 의해 산란되어 산란광을 포토트랜지스터(16)로 검출함으로써, 도 1의 미스트(1)에 있어서의 산란광을 검출한다.

그리고, 이 얻어진 산란광의 광량에 기초하여, 도 1의 미스트 조정부(26)에 의해 분출되는 미스트의 양을 조정한다.

포토트랜지스터(16)로부터의 아날로그 전기 신호는, 도 1에 도시된 증폭기(17)에 의해 증폭된 후, A/D 변환기(18)를 통과함으로써 디지털 신호로 변환되어, PLC(Programmable Logic Controller)(19)에 입력된다. 또한, 검출된 미스트(1)는 그 후 진공 펌프로 이루어지는 배출 장치(25)를 통과하여 미스트 측정부(11)의 외부로 방출된다.

PLC(19)에서는, 미스트(1)에 대하여 CNC(Computer Numeral Control, 컴퓨터 수치 제어)가 행하여져, 광센서로부터의 데이터를 해석하여 미스트량으로 환산한다. 그리고, 미스트량이 설정량을 초과하거나, 설정량에 미치지 못하거나 하는 경우에는, 이상 메시지를 내는 동시에, 공기용 솔레노이드 밸브(20), 절삭제용 솔레노이드 밸브(13) 및 계량 펌프(4)로 제어 신호를 보내어 미스트량을 조정한다.

공기용 솔레노이드 밸브(20)와 절삭제용 솔레노이드 밸브(13)는 공기의 공급원(21)에 접속되어 있어 공기의 공급원(21)으로부터 보내지는 압축 공기에 대한 전자기 밸브의 역할을 수행한다.

이상과 같이, 미스트 측정 장치(100)는 미스트(1)의 분출 상태를 자동적으로 검출하고, 그 검출 상태에 따라 미스트(1)의 분출량을 자동적으로 조정한다.

이하, 미스트 측정부(11)에서의 미스트(1)의 검출을 상세하게 설명한다.

도 3, 도 4에 도시된 바와 같이 미스트 측정부(11)에 있어서의 하우징(30)의 삽입구로부터 절삭 공구(10)가 삽입되어, 이 절삭 공구(10) 선단의 분출부(10a)로부터 미스트(1)가 분사된다. 이 하우징(30)에는 광원인 발광 다이오드(15)가 발광 다이오드 고정부(31)에 의해 설치되고, 이 발광 다이오드(15)의 광의 출사 방향에는 통 형상이며, 내면이 반사면(32a)으로 되어 있는 반사 방지기(32)가 설치되어 있다.

또한, 전술한 바와 같이 하우징(30)에는 광원인 발광 다이오드(15)에 대하여 수직 방향으로 투명한 창 형상의 관찰부(33)가 설치되어 있고, 광센서인 포토트랜지스터(16)도 발광 다이오드(15)에 대하여 수직으로 설치되어 있다. 또한, 이 포토트랜지스터(16)는 포토트랜지스터 고정부(34)에 의해 하우징(30)에 고정된다.

포토트랜지스터(16)로의 수광로에는 통 형상의 수광로 관(35)과, 집광 렌즈인 비구면 콘덴서 렌즈(36)가 설치되어 있다. 이상과 같은, 미스트 측정부(11)에 의해 미스트(1)의 측정이 행하여진다.

우선, 발광 다이오드(15)의 출사광은, 미스트(1)를 향하여 출사된다. 그리고, 그 출사광이 반사 방지기(32)를 통과하여 미스트(1)에 의해 산란된다. 도 5는 미스트에 의한 산란 상태를 도시하는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 발광 다이오드(15)로부터의 광은 미스트(1)의 입자(1a)에 닿으면 산란한다. 즉, 일방향으로 반사되거나, 투과되거나 하지 않고, 여러 방향으로 반사되어, 이 난반사를 미스트(1)의 입자(1a) 사이에서 몇번이나 반 복한다.

따라서, 이 산란광을 관찰부(33)에 의해 육안으로 보면 미스트(1)의 분출 상태를 시인할 수 있다. 또한, 하우징(30)은, 외광을 차단하기 때문에 미스트 측정부(11) 내부는 암실로 되므로, 보다 명확하게 분출 상태를 시인할 수 있다. 그리고, 광원에 대하여, 관찰부(33)는 수직으로 설치되어 있기 때문에, 산란광 이외의 광을 시인하는 것이 저감되어 있다.

이 경우, 발광 다이오드(15)가 출사하는 광은 시인을 중시할 경우, 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하이면 대략 녹색이므로, 시인하기 쉽다. 또한, 지향성도 적당하여 각종 다이오드를 분출 상태에 따라 선택할 수 있다.

또한, 산란광은 광센서인 포토트랜지스터(16)에 의해 검출된다. 이 경우, 미스트(1)로부터의 산란광은 수광로 관(35)을 통과하여 비구면 콘덴서 렌즈(36)로 집광된 후, 포토트랜지스터(16)에 의해 검출된다. 포토트랜지스터(16)도, 발광 다이오드(15)의 출사광에 대하여 수직이므로, 산란광 이외의 광을 수광하는 것이 저감되어 있다.

반사 방지기(32)는 내면에 반사면(32a)을 갖고, 이 반사면(32a)에 의해 발광 다이오드(15)의 출사광이 반사됨으로써 발광 다이오드(15)의 출사광의 범위를 미스트(1)에 맞추어 조정할 수 있다. 또한, 수광로 관(35)이 있으므로, 포토트랜지스터(16)에 발광 다이오드(15)로부터 미스트(1)로의 출사광이 입사하는 일이 적다. 또한, 포토트랜지스터(16)로의 입사광은 비구면 콘덴서 렌즈(36)에 의해 집광되고 있으므로, 포토트랜지스터(16)의 산란광에 대한 감도가 높아져 고정밀도로 미스트 량을 측정할 수 있다.

발광 다이오드(15)가 출사하는 광은 포토트랜지스터(16)에서의 검출을 중시할 경우, 파장이 490㎚ 미만이면 광의 에너지가 높다. 또한, 전술한 바와 같이 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하이면 시인하기 쉽다.

본 실시 형태의 미스트 측정 장치(100)를 사용하여 토출 용량이 서로 다른 3 종류의 계량 펌프(4)를 교환함으로써, 이 계량 펌프(4)의 동작 빈도를 0.2 내지 4.2㎐로 변화시켜 실험을 행했다.

도 6은 제1 실시 형태에서의 실험 조건이다.

도 6에 도시된 바와 같이 실험 시의 발광 다이오드(15)의 파장은 520㎚이어서, 시인하기 쉽고, 비교적 에너지도 높은 광이다.

드릴의 회전수는, 포토트랜지스터(16)에 의해 검출하는 경우가 5617rpm이며, 그 밖의 경우에는 0rpm이다.

육안으로 관찰한 결과, 광원이 OFF인 경우와, 광원이 ON되어 있어도 절삭제가 분출되고 있지 않은 경우[미스트(1)를 0㎖/h로 분출]에는 관찰부(33)로부터 관찰해도 어두운 상태이지만, 미스트(1)를 15㎖/h로 분출하면, 관찰부(33)로부터 내부가 약간 밝은 상태를 관찰할 수 있고, 미스트(1)가 75㎖/h로 분출되면 전체가 밝은 상태로 되고, 미스트 부분이 매우 밝아, 도 4의 해칭으로 나타낸 바와 같은 미스트(1)의 분출 상태를 분명히 확인할 수 있었다.

또한, 도 1에 도시된 오실로스코프(27)로 펌프 구동 명령의 신호와, 증폭기(17)로 증폭한 후의 포토트랜지스터(16)의 출력 신호를 관찰함으로써 이 미스트 측정 장치(100)의 성능 확인 실험을 행했다.

도 7 내지 도 11은 펌프 구동 명령과, 출력 신호의 측정 결과이다. 도 7은 공기만 분출되고 있는 상태이며, 도 8은 스몰 펌프를 사용하여 펌프 구동 명령을 펄스 형상으로 변화시킨 경우, 도 9는 미디엄 펌프를 사용하여 펌프 구동 명령을 펄스 형상으로 변화시킨 경우, 도 10은 라지 펌프를 사용하여 펌프 구동 명령을 펄스 형상으로 변화시킨 경우를 각각 나타낸다. 도 8, 도 9, 도 10에 있어서의 절삭제(2)의 공급량은 모두 15㎖/h이다. 또한, 도 7 내지 도 10에서는, 펌프 구동 명령과, 포토트랜지스터(16)의 출력 신호[실제로는 증폭기(17)로 증폭한 후의 출력 신호]를 동일 도면에 기재하고 있지만, 도 7에서는 펌프 구동 명령은 제로이며, 도 8 내지 도 10에 있어서 펌프 구동 명령을 펄스 형상으로 변화시키고 있는 경우에도 펌프 구동 명령이 LOW인 경우에는 제로를 의미한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 미스트(1)를 분출하지 않고, 공기만을 분출하고 있는 경우에는 포토트랜지스터(16)의 출력 신호는 제로이다. 그리고, 도 8, 도 9, 도 10에 도시된 바와 같이 어떤 펌프를 사용한 경우든 15㎖/h의 분출량에 대하여 검출량의 평균은 5㎷ 정도이며, 분출 패턴의 영향을 받지 않고 분출량에 대하여 검출량이 추종하고 있다.

이 경우, 미디엄 펌프에 의한 15㎖/h의 분출은 통상의 MQL 드릴 가공에서 사용되는 일반적인 조건이며, 실용성을 만족하고 있다.

도 11은 절삭제 공급량과 평균 출력 신호를 도시하는 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이 절삭제 공급량을 변화시켜도 평균 출력과의 관계 는 대략 선형이며, 양호한 결과가 얻어졌다.

이상과 같이, 광산란 방식에 의해 미스트(1)의 분출 상태를 시인할 수 있으며 또한 광센서에 의해 분출량을 검출할 수 있는 것을 실험적으로 확인했다. 그 결과, 광산란 방식에 의한 미스트(1)의 검출이 충분히 실용성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 미스트 측정부를 도시하는 도면이다.

제2 실시 형태에서는, 광원인 발광 다이오드(15)를 미스트(1)의 분출 방향에 대하여, 비스듬한 상측 방향으로부터 광을 출사하도록 배치하고 있다.

미스트(1)에 대하여 비스듬한 방향으로 발광 다이오드(15)로부터 광을 출사하면 출사광이 절삭 공구(10)에 차단되는 일도 적어, 미스트 전체에 널리 퍼져 미스트(1)에서의 산란광이 커진다.

또한, 광센서인 포토트랜지스터(16)가 3개(16a 내지 16c) 설치되어 있고, 1개의 포토트랜지스터(16a)는 광원인 발광 다이오드(15)의 출사 방향에 대하여, 수직한 방향에서 수광하고, 나머지 2개의 포토트랜지스터(16b, 16c)는 미스트 측정부(11)의 상부와 하부에 설치되어 있다. 이와 같이 포토트랜지스터(16)를 다수 설치함으로써, 검출할 수 있는 산란광이 증대되어 미스트 측정부(11)의 감도가 높아져 고정밀도로 미스트(1)의 상태를 검출할 수 있다. 또한, 다방향으로부터 산란광을 검출하고 있으므로, 미스트(1)의 분출 상태를 파악할 수도 있다. 또한, 관찰부(33)로부터, 미스트(1)의 분출 상태를 시인할 수 있다.

이 제2 실시 형태에 있어서도 미스트(1)에 의한 산란광을 이용함으로써, 미스트(1)를 시인할 수 있는 동시에, 포토트랜지스터(16)에 의해 고정밀도로 검출할 수 있다.

도 13은, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 미스트 측정부를 도시하는 도면이다.

제3 실시 형태에서는, 미스트(1)의 분출 방향에 대하여, 2개의 발광 다이오드(15)로 비스듬한 상측 방향과 비스듬한 하측 방향으로부터 광을 출사하고 있다. 그리고, 포토트랜지스터(16)는 제2 실시 형태와 마찬가지로, 3개 설치되어 있다. 그리고, 관찰부(33)로부터 미스트(1)의 분출 상태를 시인할 수 있다.

이 경우, 발광 다이오드(15)의 파장은 한쪽이 490㎚ 미만이다. 파장이 490㎚ 미만이면, 에너지가 높은 광이므로, 포토트랜지스터(16)의 감도가 향상된다.

또한, 다른 쪽의 발광 다이오드(15)는 파장이 490㎚ 이상 810㎚ 이하, 바람직하게는 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하인 대략 녹색의 광을 출사하는 광원이다. 이렇게, 대략 녹색의 광을 출사함으로써 시인성이 향상된다.

본 발명은, 이상과 같은 실시 형태에 한정되지 않는다.

하우징(30)은, 암실의 기능, 및 광원이나 광센서의 고정 부재의 기능을 달성하는 것이면 도시한 바와 같은 형상, 배치가 아니어도 되고, 또한 암실로서의 기능과, 고정 부재로서의 기능이 별도의 부재로 구성되어 있어도 된다. 마찬가지로, 광원이나 광센서의 위치도 변경 가능하다.

또한, 발광 다이오드(15)를 하나밖에 도시하지 않은 제1 실시 형태나 제2 실 시 형태의 미스트 측정부(11)에 시인하기 쉬운 광과, 에너지가 높은 광의 2파장을 갖는 2소자 내장형의 발광 다이오드(15)를 설치해도 되고, 대략 동일한 위치에서 근방에 2소자의 발광 다이오드(15)를 설치해도 된다. 이상과 같이, 광원은 가시광선의 파장(사람에 따라 상이하지만, 파장이 360㎚ 정도 내지 810㎚ 정도), 시인하기 쉬운 파장, 에너지가 높은 파장(자외선 등의 비가시광선을 포함하는 비교적 짧은 파장)이 구별되어 사용되는 것이면 그 파장이나 개수는 적절하게 변경 가능하다.

그리고, 발광 다이오드(15)는 전술한 바와 같이 1소자이어도 되고, 2소자가 내장된 원 패키지품이어도 되며, 2소자가 따로따로 배치되어 있어도 되고, 기타 3소자, 4소자이어도 된다.

광센서도, 산란광을 검출할 수 있는 것이면, 포토다이오드 등의 다른 광센서나, 자외선 센서 등의 비가시광선에 대한 센서도 포함하고, 그 수도 상관하지 않는다. 또한, 관찰부(33)도 산란광이 보기 쉬운 위치에 배치되어 있으면, 그 위치나 형상은 적절하게 변경해도 된다.

또한, 이상의 본 실시 형태에서는, 절삭 공구(10)의 선단에 미스트 분출부(10a)가 형성되어 있지만, 절삭 공구(10)와는 다른 장소로부터 미스트(1)가 분출되어도 된다.

Claims (12)

1. 하우징과, 상기 하우징에 설치되어 미스트 상태 절삭제에 광을 출사하는 광원을 구비한 미스트 측정 장치에 있어서,

   상기 하우징이, 상기 미스트 상태 절삭제의 분출부의 주위에 설치되고,

   상기 광원의 광이, 가시광선이며,

   상기 하우징에, 상기 미스트 상태 절삭제로부터의 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광원으로부터 출사되는 광의 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광원으로부터 상기 미스트 상태 절삭제로의 광로에, 내면이 반사면으로 되어 있는 통 형상의 반사 방지기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
4. 하우징과, 상기 하우징에 설치되고, 미스트 상태 절삭제에 광을 출사하는 광원과, 상기 하우징에 설치되고, 상기 미스트 상태 절삭제로부터의 광을 수광하는 광센서를 구비하고, 상기 광센서의 수광량에 기초하여 미스트 상태 절삭제의 분출량을 측정하는 미스트 측정 장치에 있어서,

   상기 광센서가, 상기 미스트 상태 절삭제로부터의 산란광을 수광하고,

   상기 하우징이, 상기 미스트 상태 절삭제의 분출부 주위에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 광센서에 의해 측정된 상기 분출량에 따라

   분출되는 상기 미스트 상태 절삭제의 양을 자동 조정하는 미스트 조정부를 구비하는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 광센서가, 복수 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원으로부터 상기 미스트 상태 절삭제로의 광로에, 내면이 반사면으로 되어 있는 통 형상의 반사 방지기를 구비하고, 상기 미스트 상태 절삭제로부터 상기 광센서로의 광로에, 집광 렌즈를 구비하는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원의 파장이 490㎚ 이하인 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
9. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원의 광이 가시광선이며, 상기 하우징에, 상기 미스트 상태 절삭제로부터의 상기 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
10. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원이, 파장이 490㎚ 미만인 광원과, 파장이 490㎚ 이상 810㎚ 이하인 광원을 구비하고,

    상기 하우징에, 상기 미스트 상태 절삭제로부터의 상기 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
11. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원이, 파장이 490㎚ 미만인 광원과, 파장이 490㎚ 이상 550㎚ 이하인 광원을 구비하고,

    상기 하우징에, 상기 미스트 상태 절삭제로부터의 상기 산란광을 관찰하기 위한 관찰부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광원으로 발광 다이오드가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는, 미스트 측정 장치.

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