KR20130074031A - 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공구의 부착 유무에 따라 위치가 변경되는 센서 디스크를 기준으로 양쪽에 두 개의 센서를 이용하여 공구의 클램프 상태와 언클램프 상태, 및 클램프 상태이지만 공구가 이탈된 오버 클램프 상태를 각각 검출함으로써 공구의 교환 직후나 가공 중에도 공구의 낙하를 방지할 수 있는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치 및 그 방법을 제공한다.

Description

공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치 및 그 방법{Clamp detecting apparatus for tool falling protection and method thereof}
본 발명은 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 공구의 교환 직후나 가공 중에도 공구의 클램프 상태뿐만 아니라 공구가 없는 상태에서의 오버 클램프 상태를 검출함으로써 사전에 공구의 낙하를 방지할 수 있는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
공작 기계에서의 공구 고정은 밀링 스핀들 내부에 실린더 역할을 하는 가스 스프링 조립부에 의해 클램프, 언클램프 작동을 하게 된다. 이러한 분야에 있어서, 공구의 탈부착 여부 및 공구 낙하 상태를 확인하는 것은 작업성 및 가공조건을 향상시키는데 중요한 요소가 된다.
따라서, 공작 기계의 밀링 스핀들에는 공구의 클램프 상태를 감지하여 공구의 낙하 상태를 확인하는 장치(이하, 클램프 검출 장치)가 필요하다.
도 1은 종래의 클램프 검출 장치를 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 스핀들 내경에 장착되어 왕복 운동하면서 스핀들의 끝단에 장착된 공구를 클램프 또는 언클램프 시키는 스프링 유닛 조립부(110)가 있으며 종래 클램프 검출 장치(100)는 가스 스프링 동작에 의한 공구의 클램프, 언클램프 상태를 감지한다.
이때 스핀들 외부에 위치한 공압원으로부터 공급되는 공기 압력이 공압 경로부(130)로 유입되고, 에어갭 센서(도시하지 않음)가 이로 유입되는 공압 차를 감지하여 클램프 여부에 따라 공구의 부착 유무를 확인한다.
즉, 종래 클램프 검출 장치는 에어갭 센서를 통해 클램프 또는 언클램프 상태만 감지할 수가 있다.
그런데, 공구가 불안전하게 조립되는 경우, 에어갭 센서에서는 이를 감지하지 못하고 클램프 상태로 감지함으로써 가공 중 공구의 낙하 위험이 발생할 수 있다.
또한, 종래 클램프 검출 장치는 가공 중에 공구 낙하 상태를 확인할 수가 없다. 왜냐하면 불완전 조립으로 인한 틈새 또는 공구의 가공 부하로 인해 에어가 누설되는 현상이 발생하기 때문이다.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 공구의 부착 유무에 따라 위치가 변경되는 센서 디스크를 기준으로 양쪽에 두 개의 센서를 이용하여 공구의 클램프 상태와 언클램프 상태, 및 클램프 상태이지만 공구가 이탈된 오버 클램프 상태를 각각 검출함으로써 공구의 교환 직후나 가공 중에도 공구의 낙하를 방지할 수 있는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치 및 그 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이를 위하여 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명의 공구의 클램프 검출 장치는, 공작기계의 스핀들의 일단에 장착된 공구의 클램프 여부를 검출하는 장치에 있어서, 상기 스핀들의 내경에 장착되어 왕복 운동하면서 스핀들의 끝단에 장착된 공구를 클램프 또는 언클램프 시키는 스프링 유닛 조립부(210);상기 스핀들의 내측에 형성된 공압 경로부(230); 상기 공압 경로부(230)에서 분사되는 공기에 의해 상기 공압 경로부(230)와 공구 사이에서 형성되는 공기압에 의해 상기 공구의 클램프(clamp) 또는 언클램프(unclamp) 상태를 감지하는 에어갭 센서; 상기 스핀들에 장착된 공구와 반대방향에 장착되며 상기 스프링 유닛 조립부(210)의 왕복운동과 연동하여 위치가 변동되는 센서 디스크부(240); 상기 센서 디스크부(240)를 기준으로 양쪽에 각각 위치한 제1 근접센서(252)와 제2 근접센서(254)의 두 신호를 감지하는 근접센서부(250); 상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호와 함께, 상기 근접 센서부(250)로부터 감지한 두 신호를 확인하여 상기 공구의 언클램프 상태와 클램프 상태 또는 클램프 상태이지만 스핀들에 공구가 불완전하게 장착된 오버 클램프 상태를 각각 판별하고, 판별한 결과에 따라 공구의 낙하 발생 우려가 있으면 동작을 정지시키는 제어부(260)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호가 오프이면 상기 근접 센서부로부터 감지한 신호를 확인하지 않고 바로 동작 정지시키고, 상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호가 온이면 상기 근접 센서부로부터 감지한 신호를 확인하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 근접센서가 센서 디스크부를 기준으로 공구 측과 가깝게 위치하고, 제1 근접센서는 센서 디스크부를 기준으로 공구 측과 멀어지게 위치한 경우, 상기 공구의 언클램프 상태는 제1 근접센서가 온(ON), 제2 근접센서가 오프(OFF)되고, 상기 공구가 있는 클램프 상태는 제1 근접센서 및 제2 근접센서가 모두 오프(OFF)되며, 상기 공구가 없는 오버클램프 상태는 제1 근접센서가 오프(OFF), 제2 근접센서는 온(ON)이 되는 것을 특징으로 하는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치.
한편, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 방법으로서, 에어갭 센서로부터 감지한 신호를 확인하는 단계; 공구의 존재 유무에 따라 위치가 변경되는 센서 디스크부를 감지하는 제1 근접센서 및 제2 근접센서의 신호를 확인하는 단계; 상기 제1 근접센서 및 제2 근접센서의 신호를 통해 클램프 상태, 오버 클램프 상태, 언클램프 상태를 각각 구분하는 단계; 구분한 공구의 상태와 상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호를 함께 고려하여 공구 낙하 발생 여부를 검출하는 단계; 검출한 결과에 따라 정상 동작 또는 동작 정지를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 공구의 교환 직후나 가공 중 센서 디스크와 두 개의 근접센서를 이용하여 클램프 상태와 공구가 없는 상태에서의 오버 클램프를 검출함으로써 공구의 낙하를 방지할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기구적인 구조를 이용하여 클램프 상태 및 오버 클램프 상태를 확인하므로 전기적 신호로 판별하는 별도의 제어 로직없이 구현이 가능하고, 전기적 신호에 의한 판단에 비해 정확하다 할 수 있다.
또한, 근접센서를 통해 감지한 신호와 함께 에어갭 센서를 통해 감지한 신호를 하이브리드 방식으로 혼용하여 제어함으로써 하나의 센서 방식을 이용한 것에 비해 정확하게 검출이 가능한 효과가 있다. 이를 테면, 에어갭 센서로부터 감지한 신호를 먼저 확인하고, 에어갭 센서로부터 ON 신호가 발생하여도 근접 센서부를 통해 감지한 신호를 확인함으로써 공구의 낙하 방지를 더 정확하게 제어할 수 있다. 이로써 작업성과 가공조건을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 클램프 검출 장치를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 클램프 검출 장치를 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 센서 디스크부와 근접센서부의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 클램프 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명에 따른 클램프 검출 장치를 나타내는 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 센서 디스크부와 근접센서부의 관계를 나타낸 도면이다.
먼저 도 2를 참조하면, 본 발명의 클램프 검출 장치(200)는 스프링 유닛 조립부(210), 공구(220), 공압 경로부(230), 센서 디스크부(240), 근접센서부(250), 및 제어부(260)를 포함한다.
스프링 유닛 조립부(210)는 밀링 스핀들 내부에 장착되어 실린더 역할을 수행하며, 왕복 운동을 통해 스핀들의 끝단에 장착된 공구(220)를 클램프 또는 언클램프 시킨다.
공압 경로부(230)는 스핀들의 외부에 위치한 공압원으로부터 공급되는 공기 압력이 유입되는 공간이다.
그리고, 도시하지 않은 에어 갭 센서는 공압 경로부(230)에서 분사되는 공기에 의해 공압 경로부(230)와 공구 사이에서 형성되는 공기압에 의해 공구의 클램프 또는 언클래프 상태를 감지한다.
센서 디스크부(240)는 스핀들에 장착된 공구와 반대방향에 장착되며 스프링 유닛 조립부(210)의 왕복 운동과 연동하여 위치가 변동된다. 즉, 공구를 클램프하면 클램프 수단에 맞물려 있는 센서 디스크부(240)가 공구 측으로 당겨지고, 공구를 언클램프하면 클램프와 반대로 이동하게 된다. 이로 인해 공구(220)의 존재 유무를 알 수 있다.
근접센서부(250)는 두 개의 센서로 구성되어 언클램프 상태와 클램프 상태 및 클램프 상태에서도 공구의 유무를 감지할 수 있다.
구체적으로 도 3을 참조하면, 근접센서부는 센서 디스크부(240)를 기준으로 양쪽에 제1 근접센서(252) 및 제2 근접센서(254)를 장착한다. 이는 공구의 존재 유무에 따라 센서 디스크부(240)의 위치가 변경되는 기구적인 것을 이용하여 공구의 클램프 상태 및 언클램프 상태를 감지하기 위함이다. 이처럼 전기적 신호가 아닌 기구적인 구조를 이용하여 판별하기 때문에 전기적인 신호로 판별하는 별도의 제어 로직없이 구현이 가능하고, 전기적 신호에 의한 판단 방법에 비해 정확하다 할 수 있다.
제2 근접센서(254)는 센서 디스크부(240)를 기준으로 공구 측과 가깝게 위치하고, 제1 근저벤서(252)는 센서 디스크부(240)를 기준으로 공구 측과 멀게 위치한다.
그러면, 공구 존재 유무에 따른 클램프 상태가 되면센서 디스크부(240)가 공구 측으로 당겨지므로 제1 근접센서(252)는 오프(OFF)이고 제2 근접센서(254)는 공구의 유무에 따라 온(ON) 또는 오프(OFF)가 된다. 즉, 공구의 클램프 상태는 제2 근접센서(254)를 통해 확인이 가능하다.
공구의 언클램프 상태가 되면 클램프와 반대로 센서 디스크부(240)가 공구와 반대측으로 밀려나기 때문에 제1 근접센서(252)는 온(ON)이 되고 제2 근접센서(254)는 오프(OFF)가 된다. 따라서, 제1 근접센서(252)를 통해 확인이 가능하다.
또한, 공구의 클램프 상태시 공구가 있으면 제1 근접센서(252)와 제2 근접 센서(254) 모두 오프(OFF)가 되며, 공구가 존재하지 않으면 제1 근접센서(252)는 오프(OFF)이지만 제2 근접센서(254)는 온(ON)이 된다.
따라서, 본 발명에 따른 클램프 검출 장치는 언클램프 상태, 공구가 있는 클램프 상태, 공구가 없는 오버클램프 상태에 대해 모두 검출이 가능하다. 본 발명에서, 공구가 있는 클램프 상태는 공구를 정확하게 클램프한 경우이고, 공구가 없는 오버클램프 상태는 공구를 클램프하였으나 불완전하게 조립한 경우이다.
제어부(260)는 상기의 근접센서부를 통해 감지한 신호를 통해 공구의 부착 유무를 판별하고 판별한 결과에 따라 공구의 낙하 발생 여부를 검출한다. 따라서, 제어부(260)는 공구의 낙하 발생 우려가 있으면 공구의 동작을 중지시키고, 공구의 낙하 발생 우려가 없으면 정상 동작을 수행한다.
또한, 제어부(260)는 상기의 근접센서부를 통해 감지한 신호와 함께 에어갭 센서를 통해 감지한 신호를 하이브리드 방식으로 혼용하여 제어할 수 있다.
이를 테면, 에어갭 센서로부터 감지한 신호를 먼저 확인하고, 에어갭 센서로부터 ON 신호가 발생하여도 근접 센서부를 통해 감지한 신호를 확인함으로써 공구의 낙하 방지를 더 정확하게 제어할 수 있다.
이러한 장치적 구성을 기초로 하여 도 4의 클램프 상태를 검출하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 클램프 검출 방법은, 먼저 공구 교환이 이루어진 직후 이거나 또는 가공 도중, 작업자에 의해 공구 낙하 여부의 검출을 요청받는다(S100).
그러면, 클램프 검출 장치는 에어갭 센서로부터 감지한 신호를 확인한다(S110).
이후, 클램프 검출 장치는 근접 센서로부터 감지한 신호를 확인한다(S120).
이때, 상기의 S110 및 S120 과정에서, 에어갭 센서로부터 감지한 신호가 온(ON), 오프(OFF)에 상관없이 다음 단계 S120 과정을 수행하도록 제어할 수 있지만, 에어갭 센서로부터 감지한 신호가 오프(OFF)이면 언클램프 상태이므로 근접 센서의 신호를 확인할 필요 없이 동작을 정지하고, 온(ON)이면 클램프 상태이므로 근접 센서의 신호를 확인하도록 제어할 수 있다.
근접 센서로부터 감지한 신호를 확인한 결과 3가지 상태로 구분할 수 있다.
제1 근접센서가 오프이고, 제2 근접센서 또한 오프이면 공구가 정확하게 조립된 클램프 상태로 구분한다(S130). 이때의 에어갭 센서로부터 감지한 신호는 에러가 아니라면 당연히 온(ON) 상태일 것이다.
또, 제1 근접센서가 온이고 제2 근접센서가 오프이면 공구가 불완전하게 조립된 오버 클램프 상태로 구분한다(S140). 이때의 에어갭 센서로부터 감지한 신호는 온 또는 오프 상태가 된다. 보통은 온 상태로 감지된다.
또, 제1 근접센서가 온이고, 제2 근접센서가 오프이면 공구가 조립되지 않은 언클램프 상태로 구분한다(S150). 이때 에어갭 센서로부터 감지한 신호는 에러가 아니라면 당연히 오프 상태일 것이다.
각 상태를 구분하면, 클램프 검출 장치는 에어갭 신호를 고려하여 공구 낙하 발생 여부를 검출한다(S160).
이를 테면, 클램프 상태는 공구가 정확하게 클램프된 상태이므로 정상 동작을 수행하거나 또는 가공 중이라면 현 동작을 그대로 유지한다(S170).
오버 클램프 상태이면 공구가 불완전하게 클램프된 상태이므로 공구 낙하 발생의 우려가 있는 것으로 판별하고 동작을 정지시킨다(S180).
언클램프 상태이면 공구가 클램프되지 않은 상태이므로 다음 정상 동작을 수행하거나 또는 가공 중이라면 현 동작을 정지시킨다(S190).
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
210 : 스프링 유닛 조립부
220 : 공구
230 : 공압 경로부
240 : 센서 디스크부
250 : 근접센서부
260 : 제어부

Claims (4)

  1. 공작기계의 스핀들의 일단에 장착된 공구의 클램프 여부를 검출하는 장치에 있어서,
    상기 스핀들의 내경에 장착되어 왕복 운동하면서 스핀들의 끝단에 장착된 공구를 클램프 또는 언클램프 시키는 스프링 유닛 조립부(210);상기 스핀들의 내측에 형성된 공압 경로부(230);
    상기 공압 경로부(230)에서 분사되는 공기에 의해 상기 공압 경로부(230)와 공구 사이에서 형성되는 공기압에 의해 상기 공구의 클램프(clamp) 또는 언클램프(unclamp) 상태를 감지하는 에어갭 센서;
    상기 스핀들에 장착된 공구와 반대방향에 장착되며 상기 스프링 유닛 조립부(210)의 왕복운동과 연동하여 위치가 변동되는 센서 디스크부(240);
    상기 센서 디스크부(240)를 기준으로 양쪽에 각각 위치한 제1 근접센서(252)와 제2 근접센서(254)의 두 신호를 감지하는 근접센서부(250);
    상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호와 함께, 상기 근접 센서부(250)로부터 감지한 두 신호를 확인하여 상기 공구의 언클램프 상태와 클램프 상태 또는 클램프 상태이지만 스핀들에 공구가 불완전하게 장착된 오버 클램프 상태를 각각 판별하고, 판별한 결과에 따라 공구의 낙하 발생 우려가 있으면 동작을 정지시키는 제어부(260)
    를 포함하는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(260)는
    상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호가 오프이면 상기 근접 센서부로부터 감지한 신호를 확인하지 않고 바로 동작 정지시키고, 상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호가 온이면 상기 근접 센서부(250)로부터 감지한 신호를 확인하는 것을 특징으로 하는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 근접센서(254)가 센서 디스크부(240)를 기준으로 공구 측과 가깝게 위치하고, 제1 근접센서(252)는 센서 디스크부(240)를 기준으로 공구 측과 멀어지게 위치한 경우,
    상기 공구의 언클램프 상태는 제1 근접센서가 온(ON), 제2 근접센서가 오프(OFF)되고, 상기 공구가 있는 클램프 상태는 제1 근접센서 및 제2 근접센서 모두 오프(OFF)가 되며, 상기 공구가 없는 오버클램프 상태는 제1 근접센서가 오프(OFF), 제2 근접센서는 온(ON)이 되는 것을 특징으로 하는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 장치.
  4. 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 방법으로서,
    에어갭 센서로부터 감지한 신호를 확인하는 단계(S110);
    공구의 존재 유무에 따라 위치가 변경되는 센서 디스크부를 감지하는 제1 근접센서 및 제2 근접센서의 신호를 확인하는 단계(S120);
    상기 제1 근접센서 및 제2 근접센서의 신호를 통해 클램프 상태, 오버 클램프 상태, 언클램프 상태를 각각 구분하는 단계(S130, S140, S150);
    구분한 공구의 상태와 상기 에어갭 센서로부터 감지한 신호를 함께 고려하여 공구 낙하 발생 여부를 검출하는 단계(S160);
    검출한 결과에 따라 정상 동작 또는 동작 정지를 제어하는 단계(S170 내지 S190)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 낙하 방지를 위한 클램프 검출 방법.
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