KR20160140623A - 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스와 방법 - Google Patents

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KR20160140623A
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베르너 클루프트
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산드빅 툴링 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

본원은 머신 공구의 공구들 (6) 을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스에 관한 것으로서, 상기 머신 공구는 상기 공구용 스핀들 샤프트 (32) 를 포함하고, 상기 스핀들 샤프트는 스핀들 하우징 (18) 에 배열되며, 도전성이 양호한 가공물 (4) 은 상기 공구를 사용하여 칩-제거 프로세스에서 가공될 수 있고, 상기 스핀들 샤프트는 상기 스핀들 하우징으로부터 전기적으로 절연된다. 상기 디바이스는 측정 및 모니터링 시스템을 포함하고, 상기 측정 및 모니터링 시스템은 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량을 측정한다. 본원에 따라서, 회전식 송신기 (16) 는, 상기 공구와 상기 가공물 사이의 검출가능한 측정량을 측정하기 위해서 회전하는 상기 스핀들 샤프트와 접촉하고, 상기 회전식 송신기는 상기 스핀들 하우징에 전기적으로 절연된 방식으로 연결된다.

Description

공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스와 방법 {DEVICE AND METHOD FOR MEASURING AND MONITORING TOOLS}
본원은 청구항 1, 청구항 9, 청구항 13 및 청구항 15 의 전제부에 규정된 바와 같이 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
WO2006/128892 A1 로부터, 파괴 (breakage) 검출용 측정 및 모니터링 시스템을 포함하는 머신 공구의 공구들의 파괴를 검출하기 위한 방법과 디바이스가 공지되어 있고, 이 머신 공구는 공구용 스핀들 샤프트를 포함하고, 이 공구는 도전성이 양호한 가공물들을 가공한다. 측정 및 모니터링 시스템은 공구와 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량 (electric measurand) 을 측정하고, 하이브리드 베어링들은 스핀들 샤프트를 지지하고 그리고 머신 공구에 대하여 이 스핀들 샤프트를 전기 절연하며, 접촉 요소는 공구와 가공물 사이의 검출가능한 측정량을 측정하도록 회전하는 스핀들 샤프트와 접촉한다.
하지만, 공구와 가공물 사이의 검출가능한 측정량을 측정하기 위해서 접촉 요소들을 제공하는 것은 매우 복잡하다.
따라서, 본 발명의 목적은 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스와 방법을 단순화하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1, 청구항 9, 청구항 13 및 청구항 15 의 특징부에 의해 달성된다.
본 발명에 따라서, 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스가 제공되고, 회전식 송신기는 공구와 가공물 사이의 검출가능한 측정량을 측정하기 위해서 회전하는 스핀들 샤프트와 접촉하며, 회전식 송신기는 전기 절연된 방식으로 스핀들 하우징과 연결된다.
바람직하게는, 회전식 송신기와 스핀들 하우징 사이를 절연하기 위해 세라믹 층이 제공된다. 스핀들 샤프트와 전기적으로 또한 기계적으로 연결되는 회전식 송신기에서의 샤프트는, 바람직하게는 적어도 하나의 도전성 강 베어링에 의해 지지되는 반면, 다른 베어링들은 또한 하이브리드 베어링들일 수 있다.
이는, 스핀들 샤프트가 회전식 송신기의 하우징을 통하여 간단한 방식으로 접촉될 수 있고 그리고 스핀들 샤프트가 스핀들 하우징에 대하여 여전히 전기 절연된다는 점에서 유리하다.
이러한 측정 및 모니터링 시스템은 적어도 하나의 제 1 블리더 저항 (bleeder resistance) 을 포함할 수 있고, 이 제 1 블리더 저항은 측정 및 모니터링 시스템이 어떠한 측정을 실시하지 않는 상태에서 활성화될 수 있고, 그리하여 스핀들 샤프트로부터 정전하 (electrostatic charges) 가 소산될 수 있다.
스핀들 샤프트와 스핀들 하우징이 서로 전기적으로 절연된다는 사실로 인해서, 스핀들 샤프트의 정전하는 이에 제공된 전기 접지 또는 스핀들 하우징으로 소산될 수 없다는 단점이 있다. 하지만, 이는 머신에서, 또는 공구와 가공물 사이에서, 또는 스핀들에서도, 예를 들어 베어링내에서 또는 베어링에서 가능한 방전 (spark-over) 이 발생할 수 있다. 이러한 방전은 머신내에서 폭발, 점화 또는 폭연을 발생시킬 수 있고 그리고/또는 베어링들에 상당한 손상을 줄 수 있다.
이러한 측정 및 모니터링 시스템은 제 1 블리더 저항을 포함할 수 있고, 이 제 1 블리더 저항은 측정 및 모니터링 시스템이 어떠한 측정을 실시하지 않는 상태에서 활성화될 수 있기 때문에, 스핀들 샤프트로부터 정전하를 소산시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 방전 또한 점화가 방지될 수 있다.
측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하지 않는 상태는, 전기 측정량이 검출되지 않거나 사용되지 않거나 평가되지 않는 상태이다.
제 1 블리더 저항의 크기는, 이와 일렬로 연결된 도전성 베어링의 전기 저항을 고려하여, 신속하게 그리고 충분한 방식으로 접지하도록 스핀들 샤프트상의 최대 가능한 정전하 양을 소산시키기에는 충분히 작도록 선택되어야 한다. 이와 일렬로 연결함으로써, 강 베어링의 전기 저항 (영구적인 그리스 윤활의 경우에 약 10 ~ 80 ohm) 을 상당히 증가시켜야 하는 것은 아니고, 그럼으로써 제 1 블리더 저항은 전기 저항보다 상당히 더 작고 그리고 10 ohm 미만의 치수로 구성될 수 있다.
제 1 블리더 저항은, 신속하게, 신뢰가능하게 그리고 충분하게 스핀들의 정전하를 소산시키도록, 공구와 가공물 사이에서 어떠한 접촉을 예상할 수 없을 때마다 활성화된다. 그럼으로써, 머신 조작자가 머신의 작동 범위내에서 작동시키는 동안 그리고 스핀들 샤프트 또는 공구와 접촉할 때 발생할 수 있는 전기 충격 위험을 배제하게 된다.
측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하는 상태에서, 즉 공구와 가공물 사이의 접촉이 존재하거나 예상될 수 있을 때, 제 1 블리더 저항은 측정 프로세스를 허용하도록 활성화되지 않는다.
측정 및 모니터링 시스템은, 이 측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하는 작동 상태에서 활성화될 수 있는 적어도 제 2 블리더 저항을 포함할 수 있다. 이는, 공구와 가공물 사이의 접촉이 예상되는 시기에, 즉 가공물/공구 접촉이 형성될 때까지 공구를 가공물 쪽으로 이동시킬 때 실시된다. 이러한 이동 프로세스 동안 샤프트안으로 최대로 유도될 수 있는 스핀들 샤프트의 전기 전하는 제 2 블리더 저항을 통하여 즉시 그리고 안전하게 소산될 수 있어서, 이 시기 동안에는 스핀들 샤프트의 정전하가 발생될 수 없다고 가정해야 한다.
측정 프로세스의 이러한 짧은 기간 동안 샤프트안으로 최대로 유도될 수 있는 전하는, 스핀들 샤프트안으로 최대로 유도될 수 있는 정전하보다 상당히 더 작고 그리고 매우 작은 제 1 블리더 저항에 의해 안전하게 소산되기 때문에, 제 2 블리더 저항은 제 1 블리더 저항보다 상당히 더 크게 치수결정될 수 있다. 이 제 2 블리더 저항은 또한 공구/가공물이 접촉하는 경우에 측정 회로의 일련의 연결의 저항들의 합보다 상당히 더 크게 되어야 하고, 상기 측정 회로는, 상기 제 2 블리더 저항에 병렬로 되기 때문에, 회전식 송신기의 하우징, 이 회전식 송신기에서의 강 베어링과 샤프트, 공구, 가공물 및 층을 가진 캐리지인 부품들 또는 구성품들의 저항들에 의해 형성된다.
제 2 블리더 저항의 크기는 또한 측정 동안 전술한 정전하를 안전하게 소산시키는데 충분히 작도록 선택되어야 한다. 한편, 공구/가공물이 접촉하는 경우에 전술한 측정 회로의 전체 저항보다 상당히 더 커야 하고, 그리하여 공구와 가공물 사이에서 측정되는 측정량들은 여전히 검출가능하다.
측정 회로 저항은 공구와 가공물 사이에 접촉하는 경우에 150 Ohm 미만이다. 따라서, 제 2 블리더 저항은 1 kilo ohm 보다 더 커야 하고, 바람직하게는 1.5 kilo ohm 보다 더 커야 한다.
스핀들 샤프트와 스핀들 하우징은 서로 전기적으로 절연되고, 정상 상태에서 스핀들 샤프트와 스핀들 하우징 사이의 공기 갭의 절연 저항은 1 mega ohm 보다 크다. 누출 또는 다른 환경으로 인해, 냉각 윤활제가 스핀들 샤프트와 스핀들 하우징 사이의 공간으로 가면, 스핀들 샤프트와 스핀들 하우징 사이의 전기 저항은 그럼으로써 명확하게 저감된다. 스핀들 샤프트와 스핀들 하우징 사이의 공간에 냉각 윤활제가 존재하면, 스핀들 샤프트와 스핀들 하우징 사이의 저항은 50 kilo ohm 미만이다.
이러한 제 3 상태는 또한 블리더 저항들로부터의 영향없이 전기 측정량을 검출하도록, 공구가 가공물과 접촉하지 않는 기간 동안 매우 짧은 시간에 블리더 저항들 둘 다를 활성화시킴으로써 측정 및 모니터링 시스템에 의해 검출가능하다. 짧은 처리 중단으로, 이러한 측정은 하루에 한번 또는 일주일에 한번 실시될 수 있고 그리고 매번 1 초 미만이 걸린다. 그리하여 이러한 누출로 인한 초기의 스핀들 손상은 제시간에 검출될 수 있어서 실제 스핀들 손상은 저감되거나 방지될 수 있다.
상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉 상태에 따르고 그리고 검출될 수 있는 전기 측정량은 전기 저항, 도전도, 전기 유도율, 전기 용량 또는 전기 임피던스일 수 있다.
공구와 가공물에 따라서 검출가능한 전기 측정량을 사용하여, 예를 들어 공구 파괴, 손실 공구 또는 가공물/공구 접촉을 검출할 수 있다.
제 1 항 내지 제 8 항 중 한 항에 규정된 바와 같은 디바이스를 구비한 측정 및 모니터링 시스템을 포함하는 머신 공구가 제공될 수 있다.
본 발명에 따라서, 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 방법이 제공될 수 있고, 상기 머신 공구는 스핀들 하우징에 배열되는 공구용 스핀들 샤프트와 측정 및 모니터링 시스템을 포함한다. 측정 및 모니터링 시스템을 사용하여, 공구와 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량이 측정되고, 도전성이 양호한 가공물들, 예를 들어 금속들이 가공되며, 스핀들 하우징은 스핀들 샤프트로부터 절연된다. 회전식 송신기는, 상기 공구와 상기 가공물 사이의 검출가능한 측정량을 측정하기 위해서 회전하는 상기 스핀들 샤프트와 접촉하고, 상기 회전식 송신기는 상기 스핀들 하우징에 전기적으로 절연된 방식으로 연결되고 그리고 샤프와 하우징 사이에 적어도 하나의 도전성 베어링을 가진다.
측정 및 모니터링 시스템에서, 적어도 제 1 블리더 저항은, 전술한 바와 같이, 측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하지 않을 때 정전하의 소산을 위해 활성화될 수 있다.
측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하면, 전술한 바와 같이, 제 2 블리더 저항은 제 1 블리더 저항 대신에 활성화될 수 있고, 상기 제 2 블리더 저항은 상기 제 1 블리더 저항보다 커서, 새롭게 형성하는 정전하는 측정 동안 또한 소산될 수 있다.
상기 공구가 상기 가공물과 접촉하지 않으면, 상기 제 1 블리더 저항 및 존재한다면 동시에 또한 상기 제 2 블리더 저항은 짧은 시간 동안 비활성화될 수 있어서, 전기 측정량을 사용하여, 상기 측정 및 모니터링 시스템은, 상기 스핀들 샤프트와 상기 스핀들 하우징 사이에 냉각 윤활제가 존재하는지를 결정하도록, 상기 스핀들 샤프트와 상기 스핀들 하우징 사이의 측정량을 측정할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따라서, 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스가 제공될 수 있고, 상기 머신 공구에 대하여 상기 가공물의 배향을 검출하기 위해, 상기 가공물은 상기 공구에 의해 접촉되거나 드릴링 (공구 터치) 될 수 있고, 상기 측정 및 모니터링 시스템은, 상기 전기 측정량을 사용하여 접촉하는 순간에 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉을 검출하며 그리고 가공물의 연관된 위치를 저장하거나, 상기 머신 제어부에 저장되도록 하는 것을 특징으로 한다. 양 경우에 필요한 머신 제어부와의 연통은 바람직하게는 필드 버스를 통하여 유효하게 된다.
이러한 방식으로, 머신 공구에 대한 가공물의 배향은 단일의 신속한 방식으로 검출될 수 있다. 가공물의 배향을 결정하기 위해 추가의 기계적 또는 광학 필러 수단이 없다. 머신 공구의 작업 공간에서 필러 수단 및 필요한 무선 데이터 전송 수단 뿐만 아니라 이러한 수단으로 인한 교체 시간들은 본원으로 인해 쓸모없게 된다.
공구에 의해 가공물을 드릴링하기 위해서, 공구 선단은 규정된 단부 위치로 이동가능할 수 있다.
가공물의 배향은, 가공물이 스핀들 노즈들에서 오늘날 사용되는 기계적 필러들 (mechanical feelers) 을 사용하여 선행 기술에서 실시한 바와 같이 공구를 사용하여 하나의 위치 또는 복수의 위치들에서 가공물을 접촉 또는 드릴링하도록 결정될 수 있고, 이 기계적 필러들은 여기에서 공구 대신에 사용된다.
더욱이, 본 발명에 따라서, 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하는 방법이 제공될 수 있고, 상기 머신 공구는, 스핀들 하우징에 배열되는 상기 공구용 스핀들 샤프트와, 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량을 측정하는 측정 및 모니터링 시스템을 포함하고, 도전성이 양호한 가공물이 가공되며, 상기 스핀들 하우징은 상기 스핀들 샤프트로부터 절연되고, 상기 머신 공구에 대하여 상기 가공물의 배향을 결정하기 위해, 상기 가공물은 상기 공구에 의해 접촉 또는 드릴링 (공구 터치) 되고, 상기 공구가 상기 가공물과 처음 접촉하는 순간은 전기 측정량을 사용하여 검출되고 그리고 공구의 연관된 위치가 저장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시형태들은 도면들을 참조하여 자세히 설명된다.
도 1 은 머신 공구와 이 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스를 도시한다.
도 2 은 제 1 상태의 측정 및 모니터링 시스템을 도시한다.
도 3 은 제 2 상태의 측정 및 모니터링 시스템을 도시한다.
도 4 는 제 3 상태의 측정 및 모니터링 시스템을 도시한다.
도 5 는 공구에 의해 드릴링된 가공물 및 측정된 전기 측정량의 연관된 흐름 (course) 을 도시한다.
도 1 은 측정 및 모니터링을 위한 디바이스 (1) 및 머신 공구 (2) 를 도시한다. 머신 공구 (2) 는 스핀들 (8) 을 가진다. 스핀들 (8) 은 공구 (6) 용 스핀들 샤프트 (32) 와 스핀들 하우징 (18) 을 포함하고, 이 스핀들 샤프트는 스핀들 하우징 (18) 내에 배열된다. 공구 (6) 를 사용하여, 도전성이 양호한 가공물 (4) 을 가공할 수 있다. 스핀들 샤프트 (32) 는 스핀들 하우징 (18) 으로부터 전기 절연된다. 도시된 실시형태에서, 스핀들 샤프트 (32) 는 세라믹 베어링 (10) 을 사용하여 스핀들 하우징 (18) 으로부터 전기 절연된다.
측정 및 모니터링 시스템 (14) 을 사용하여, 공구 (6) 와 가공물 (4) 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량을 측정할 수 있다. 이러한 전기 측정량은 전기 저항, 도전도, 전기 인덕턴스, 전기 용량 또는 전기 임피던스일 수 있다. 이러한 방식으로, 공구 (6) 와 가공물 (4) 사이의 접촉 상태를 결정할 수 있다. 측정 및 모니터링 시스템 (14) 은, 처리 사이클 또는 처리 단계의 시작시, 중간에 또는 종료시에 또는 시험 사이클에서 공구와 가공물 사이의 전기 측정량의 측정을 가능하게 하고 그리고 정상 신호 흐름으로부터 규정된 허용 한계들을 초과하여 벗어나는 경우에 또는 신호 흐름에 의해 허용 한계들을 위반하는 경우에, 파괴되거나 손실 공구 또는 단순히 공구와 가공물 사이의 접촉 위치 또는 시간에 대하여 판정할 수 있도록, 매개변수를 한계값들과 비교할 수 있도록 해준다. 전기 머신 인터페이스 (40), 바람직하게는 필드 버스를 통하여, 머신 공구 (2) 의 머신 제어부 (39) 는 처리 작동 또는 시험 사이클을 간섭 또는 중지를 유발할 수 있다.
도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 회전식 송신기 (16) 의 샤프트 (33) 는, 공구 (6) 와 가공물 (4) 사이의 검출가능한 측정량을 측정하기 위해서 회전하는 스핀들 샤프트 (22) 와 기계적으로 그리고 전기적으로 연결되고, 회전식 송신기 (16) 의 하우징 (35) 은 스핀들 하우징 (18) 에 전기적으로 절연된 방식으로 연결된다. 도시된 실시형태에서, 회전식 송신기의 하우징 (35) 과 스핀들 하우징 (18) 사이에는 전기 절연체 (20) 가 제공되고, 이 전기 절연체는 바람직하게는 세라믹 재료로 제조된다. 회전식 송신기 (16) 의 스핀들 샤프트 (32) 와 샤프트 (33) 둘 다는 바람직하게는 냉각 윤활제의 도입을 허용하도록 중공체이다.
회전식 송신기 (16) 의 샤프트 (33) 는, 바람직하게는 강 베어링인 적어도 도전성 베어링 (22) 에 의해 회전식 송신기의 하우징 (35) 과 전기적으로 접촉 또는 연결된다.
그리하여, 측정 및 모니터링 시스템 (14) 으로부터의 전기 신호 흐름은 이 측정 및 모니터링 하우징 (14) 이 또한 연결되는 스핀들 하우징 (18) 까지 가능하게 되고, 이 전기 신호 흐름은 회전식 송신기의 하우징 (35), 도전성 베어링 (22), 회전식 송신기의 샤프트 (33), 스핀들 샤프트 (32), 공구 (6), 가공물 (4) 및 접지된 캐리지들 또는 접지층 (12) 인 구성품들을 통하여 진행한다. 물론, 신호 흐름은 공구 (6) 가 가공물 (4) 과 전기 접촉하거나 전기 접촉하지 않는 두가지 상태들 사이에서 현저히 변한다.
본원에 대응하는 측정 및 모니터링 시스템 (14) 의 실시형태는 도 2 ~ 도 4 에 보다 자세히 도시된다. 측정 및 모니터링 시스템이 바람직하게는 제어가능한 스위치 (28) 에 의해 활성화될 수 있는 제 1 블리더 저항 (24) 을 적어도 구비하는 것을 도 2 에서 볼 수 있다. 제 1 블리더 저항 (24) 은, 정상 작동시, 측정 및 모니터링 시스템 (14) 이 측정 작동을 실시하지 않는 상태에서 활성화되어, 이 경우에 정전하가 스핀들 샤프트 (32) 로부터 측정 및 모니터링 시스템 (14) 을 통하여 접지부 쪽으로 소산될 수 있고 또는 도전성 베어링 (22) 및 제 1 블리더 저항 (24) 통하여 매스 (mass) 쪽으로 소산될 수 있다.
제 1 블리더 저항 (24) 의 크기는, 이와 일렬로 연결된 도전성 베어링의 전기 저항 (22) 을 고려하여, 신속하게 그리고 충분한 방식으로 접지하도록 스핀들 샤프트 (32) 상의 최대 가능한 정전하 양을 소산시키기에는 충분히 작도록 선택되어야 한다. 이와 일렬로 연결함으로써, 강 베어링의 전기 저항 (22) (영구적인 그리스 윤활의 경우에 대략 10 ~ 80 ohm) 을 상당히 증가시켜야 하는 것은 아니고, 그럼으로써 제 1 블리더 저항 (24) 은 전기 저항 (22) 보다 상당히 더 작고 그리하여 예를 들어 10 ohm 미만으로 형성될 수 있다.
제 1 블리더 저항 (24) 은, 신속하게, 신뢰가능하게 그리고 충분하게 스핀들의 정전하를 소산시키도록, 공구와 가공물 사이에서 어떠한 접촉을 예상할 수 없을 때마다 활성화된다. 그럼으로써, 머신 조작자가 머신의 작동 범위내에서 작동시키는 동안 그리고 스핀들 샤프트 (32) 또는 공구 (6) 와 접촉할 때 발생할 수 있는 전기 충격 위험을 배제하게 된다.
측정 및 모니터링 시스템 (14) 이 측정을 실시하는 상태에서, 즉 공구와 가공물 사이의 접촉이 존재하거나 예상될 수 있을 때, 제 1 블리더 저항 (24) 은 측정 프로세스를 허용하도록 활성화되지 않는다.
도 2 에서 볼 수 있는 바와 같이, 측정 및 모니터링 시스템 (14) 은 적어도 제 2 블리더 저항 (26) 을 포함할 수 있다. 도 3 에서는 제 1 블리더 저항 (24) 이 아니라 제 2 블리더 저항 (26) 이 제어 스위치 (30) 를 사용하여 활성화되는 상태를 도시한다. 공구와 가공물 사이의 접촉이 예상될 수 있는 시간에, 즉 가공물/공구 접촉이 형성될 때까지 공구 (6) 를 가공물 (4) 쪽으로 이동시킬 때, 이 제 2 블리더 저항 (26) 은 이러한 이동 프로세스 동안 샤프트안으로 최대로 유도될 수 있는 스핀들 샤프트 (32) 의 정전하를 즉각 및 안전하게 소산시키는데 사용된다.
이러한 짧은 기간 동안 최대로 유도될 수 있는 전하는, 스핀들 샤프트 (32) 안으로 최대로 유도될 수 있는 정전하보다 상당히 더 작고 그리고 매우 작은 제 1 블리더 저항 (24) 에 의해 안전하게 소산되기 때문에, 제 2 블리더 저항 (26) 은 제 1 블리더 저항 (24) 보다 상당히 더 크게 치수결정될 수 있다. 또한, 부분들 또는 구성품들 (35, 22, 32, 33, 6, 4, 12) 의 저항에 의해 형성되는 측정 회로의 일련의 연결의 저항들의 합보다 상당히 더 커야 하고, 이러한 저항들의 합은 도 3 에서 측정 회로 저항 (25) 으로 대체된다. 제 2 블리더 저항 (26) 은 측정 회로 저항 (25) 에 병렬로 연결되기 때문에, 공구가 가공물과 접촉하는 경우에, 제 2 블리더 저항은 측정 회로 저항 (25) 보다 상당히 더 크도록 선택되어야 한다. 제 2 블리더 저항 (26) 은 또한, 측정 동안 가공물 (4) 과 공구 (6) 사이의 접촉이 방해된다면, 측정된 전기 매개변수에서의 명확한 변경이 결정되는 상태에서 선택되어야 한다.
측정 회로 저항 (26) 은 공구와 가공물 사이에 접촉하는 경우에 150 Ohm 미만이다. 따라서, 제 2 블리더 저항 (26) 은 1 kilo ohm 보다 더 커야 하고, 바람직하게는 1.5 kilo ohm 보다 더 커야 한다.
제 2 블리더 저항 (26) 은 측정 및 모니터링 시스템 (14) 이 측정을 실시하는 작동 상태에서 활성화된다. 이는, 공구와 가공물 사이의 접촉이 존재하거나 예상될 수 있는 상태를 의미한다.
도 4 에서는, 측정 저항 (25) 에 병렬로 배열된 제 1 블리더 저항 (24) 과 제 2 블리더 저항 (26) 둘 다가 2 개의 제어가능한 스위치들 (28, 30) 을 통하여 짧은 시간 동안 함께 비활성화되는 제 3 상태를 나타낸다. 이러한 상태에서, 측정 및 모니터링 시스템 (14) 은 스핀들 샤프트 (32) 와 스핀들 하우징 (18) 사이에 바람직하지 않은 냉각 윤활제의 형태의 누출의 존재에 대하여 스핀들 (8) 을 체크하고, 공구 (6) 와 가공물 (4) 은 이러한 짧은 기간 동안 접촉하지 말아야 한다. 짧은 처리 중단으로, 이러한 측정은 하루에 한 번 또는 일주일에 한 번 실시될 수 있고 그리고 매번 1 초 미만이 걸린다. 그리하여 이러한 누출로 인한 초기의 스핀들 손상은 제시간에 검출될 수 있어서 실제 스핀들 손상은 저감되거나 방지될 수 있다.
공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 추가로 또는 대안으로서 머신 공구 (2) 에 대하여 가공물 (4) 의 배향을 결정하는데 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 가공물 (4) 은 공구 (6) 에 의해 서서히 접촉되거나 드릴링되며 (공구 터치), 측정 및 제어 시스템 (14) 은 공구 (6) 가 가공물 (4) 에 접촉하는 순간을 검출하도록 전기 측정량을 사용할 수 있고 그리고 신속한 데이터 전송을 통하여 머신 공구 (2) 의 머신 제어부 또는 NC 제어부 (39) 에 의해 공구 (6) 의 연관된 위치를 만회하고 그리고 이 자체를 저장할 수 있다. 또는, 접촉하는 순간에, 측정 및 제어 시스템 (14) 은 머신 제어부 또는 NC 제어부 (39) 에 신속한 접촉 지령을 송신하고, 이는 머신 제어부 또는 NC 제어부 (39) 에 의해 그 시간에 측정된 위치를 머신 제어부 또는 NC 제어부에 저장시킨다. 바람직하게는, 측정 및 모니터링 시스템 (14) 과 머신 제어부 (39) 사이의 데이터 전송을 위해 필드 버스 (40) 가 사용된다.
도 5 에서는 공구 (6) 가 드릴링된 가공물 (4) 을 도시한다. 측정량의 흐름은 가공물 아래에 도시된다. 좌표 시스템에서, Y 축에는 측정량이 표시되고, X 축에는 공구 (6) 의 선단의 연관된 위치가 표시된다. 공구 (6) 의 선단과 가공물 (4) 사이의 접촉 순간에, 측정량 (Y) 은 급격하게 다른 레벨로 변경된다. 공구 (6) 의 연관된 위치는 저장될 수 있다.
가공물 (4) 의 배향을 결정하기 위해서, 가공물 (4) 은 스핀들 노즈들에서 오늘날 사용되는 기계적 필러들 (mechanical feelers) 을 사용하여 선행 기술에서 실시한 바와 같이 공구 (6) 를 사용하여 하나의 위치 또는 복수의 위치들에서 접촉 또는 드릴링될 수 있고, 이 기계적 필러들은 여기에서 공구 (6) 대신에 사용된다. 공구 (6) 는 미리 정해진 단부 위치로 이동된다. 가공물이 드릴링되는 지점들은, 이 지점들에서 가공물에 작은 구멍들 또는 펀치 표시가 남아 있는 가공물의 추가 기능과는 무관하도록 선택된다.

Claims (15)

  1. 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스로서,
    상기 머신 공구는 상기 공구용 스핀들 샤프트를 포함하고, 상기 스핀들 샤프트는 스핀들 하우징에 배열되며, 도전성이 양호한 가공물은 상기 공구를 사용하여 가공될 수 있고, 상기 스핀들 샤프트는 상기 스핀들 하우징으로부터 전기적으로 절연되며,
    상기 머신 공구는,
    - 측정 및 모니터링 시스템을 포함하고, 상기 측정 및 모니터링 시스템은 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량 (electric measurand) 을 측정할 수 있으며,
    회전식 송신기는, 상기 공구와 상기 가공물 사이의 검출가능한 상기 전기 측정량을 측정하기 위해서 회전하는 상기 스핀들 샤프트와 접촉하고, 상기 회전식 송신기는 상기 스핀들 하우징에 전기적으로 절연된 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 및 모니터링 시스템은 적어도 하나의 제 1 블리더 저항 (bleeder resistance) 을 포함하고, 상기 제 1 블리더 저항은 상기 측정 및 모니터링 시스템이 어떠한 측정을 실시하지 않는 상태에서 활성화될 수 있고, 그리하여 상기 스핀들 샤프트로부터 정전하가 소산될 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 블리더 저항의 크기는, 신속하게 그리고 충분한 방식으로 접지하도록 상기 스핀들 샤프트상의 최대 가능한 정전하 양을 소산시키기에는 충분히 작도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 한 항에 있어서,
    상기 측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하는 상태에서, 상기 제 1 블리더 저항은 활성화되지 않고, 상기 상태에서 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉이 존재하거나 예상될 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    상기 측정 및 모니터링 시스템은, 상기 측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하는 작동 상태에서 활성화될 수 있는 적어도 제 2 블리더 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서,
    상기 공구와 상기 가공물이 접촉하지 않거나 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉이 예상되지 않는 상태에서, 제 1 블리더 저항과 제 2 블리더 저항은 적어도 일시적으로 비활성화되어, 상기 측정 및 모니터링 시스템에 의해 측정된 전기 측정량을 사용하여, 상기 제 1 블리더 저항과 상기 제 2 블리더 저항으로부터의 어떠한 영향없이 상기 스핀들 샤프트와 상기 스핀들 하우징 사이의 냉각 윤활제의 존재가 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서,
    상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 검출가능한 상기 전기 측정량은 전기 저항, 도전도, 전기 유도율, 전기 용량 또는 전기 임피던스일 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항에 따른 디바이스를 포함하는, 측정 및 모니터링 시스템을 가진 머신 공구.
  9. 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하는 방법으로서,
    상기 머신 공구는,
    - 스핀들 하우징에 배열되는 상기 공구용 스핀들 샤프트와,
    - 상기 공구와 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량을 측정하는 측정 및 모니터링 시스템을 포함하고,
    - 도전성이 양호한 가공물, 예를 들어 금속들이 가공되며,
    - 상기 스핀들 하우징은 상기 스핀들 샤프트로부터 절연되고,
    회전식 송신기는, 상기 공구와 상기 가공물 사이의 검출가능한 상기 전기 측정량을 측정하기 위해서 회전하는 상기 스핀들 샤프트와 접촉하고, 상기 회전식 송신기는 상기 스핀들 하우징에 전기적으로 절연된 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 및 모니터링 시스템에서 적어도 하나의 제 1 블리더 저항은, 정전하를 소산시키도록, 상기 측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하지 않는 상태에서 활성화될 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정 및 모니터링 시스템이 측정을 실시하면, 제 2 블리더 저항은 제 1 블리더 저항 대신에 활성화될 수 있고, 상기 제 2 블리더 저항은 상기 제 1 블리더 저항보다 커서, 정전하는 측정 동안 소산될 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 방법.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 한 항에 있어서,
    상기 공구가 상기 가공물과 접촉하지 않으면, 상기 제 1 블리더 저항 및 존재한다면 동시에 또한 상기 제 2 블리더 저항은 순간적으로 비활성화되어, 상기 전기 측정량을 사용하여, 상기 측정 및 모니터링 시스템은, 상기 스핀들 샤프트와 상기 스핀들 하우징 사이에 냉각 윤활제가 존재하는지를 결정하도록, 상기 스핀들 샤프트와 상기 스핀들 하우징 사이의 상기 전기 측정량을 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 방법.
  13. 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스로서,
    상기 머신 공구는 상기 공구용 스핀들 샤프트를 포함하고, 상기 스핀들 샤프트는 스핀들 하우징에 배열되며, 도전성이 양호한 가공물은 상기 공구를 사용하여 가공될 수 있고, 상기 스핀들 샤프트는 상기 스핀들 하우징으로부터 전기적으로 절연되며,
    상기 머신 공구는,
    - 측정 및 모니터링 시스템을 포함하고, 상기 측정 및 모니터링 시스템은 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량을 측정할 수 있으며,
    상기 머신 공구에 대하여 상기 가공물의 배향을 검출하기 위해, 상기 가공물은 상기 공구에 의해 접촉되거나 드릴링 (공구 터치) 될 수 있고, 상기 측정 및 모니터링 시스템은, 상기 전기 측정량을 사용하여 접촉하는 순간에 상기 공구와 상기 가공물 사이의 접촉을 검출하며 그리고 데이터 전송을 통하여 상기 머신 공구의 머신 제어부에 의해 상기 공구의 연관된 위치를 만회하고 그리고 이 자체를 저장할 수 있거나, 상기 머신 제어부로의 신속한 접촉 지령에 의해 접촉 시간에 상기 머신 제어부에 상기 위치를 저장시키는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스핀들 샤프트는 상기 공구에 의해 상기 가공물을 드릴링하도록 규정된 단부 위치로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하기 위한 디바이스.
  15. 머신 공구의 공구들을 측정 및 모니터링하는 방법으로서,
    상기 머신 공구는,
    - 스핀들 하우징에 배열되는 상기 공구용 스핀들 샤프트와,
    - 상기 공구와 가공물 사이의 접촉 상태에 따르는 적어도 하나의 전기 측정량을 측정하는 측정 및 모니터링 시스템을 포함하고,
    - 도전성이 양호한 가공물, 예를 들어 금속들이 가공되며,
    - 상기 스핀들 하우징은 상기 스핀들 샤프트로부터 절연되고,
    상기 머신 공구에 대하여 상기 가공물의 배향을 결정하기 위해, 상기 가공물은 상기 공구에 의해 드릴링되고, 상기 공구가 상기 가공물과 처음 접촉하는 순간은 상기 전기 측정량을 사용하여 검출되고 그리고 상기 공구의 연관된 위치가 저장되는 것을 특징으로 하는, 공구들을 측정 및 모니터링하는 방법.
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