KR20170108971A - 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 장치 및 절차 - Google Patents
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Abstract
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치는 장치의 기계 작업대를 이동시키기 위한 모터 수단에 작동가능하게 연결된 모션 액추에이터 수단(13); 컨트롤 유닛(14), 적어도 하나의 작업 축의 규정을 위해 제어 유닛(14)에 작동가능하게 연결된 입력/출력 유닛(15)을 포함하고, 상기 장치는, 유도성 또는 용량성 타입인 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22), 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)에 의해 상기 적어도 하나의 작업대상에서 식별되는 적어도 하나의 스위칭 지점(11, 34)의 규정을 위한 적어도 하나의 스위칭 바(10, 30), 하나 이상의 스위칭 센서의 삽입, 보호 및 슬라이딩을 위한 센서 하우징(20)을 포함하고, 상기 스위칭 센서(12, 21, 22) 및 스위칭 지점(11, 34)은 고정식 또는 이동식이고, 상기 적어도 하나의 스위칭 바(10, 30)는 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)를 위한 검출 영역을 포함하고, 상기 영역은 제1 검출 섹션(18, 31), 제2 검출 섹션(17, 32), 다수의 보호 및 체결 영역(16)으로 공유된다.
Description
본 발명은 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계의 축의 호밍 및 위치결정을 위한 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 장치에 의해 CNC 기계의 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 절차에 관한 것이다. 구체적으로, 수치 제어 기계에 의해 적용할 수 있는 범위까지, 워크 센서, 밀링 커터, 선반(latches), 로봇 및, 더욱 일반적으로는, 컴퓨터 시스템에 의해 그들의 부품 중 적어도 하나의 자동 제어 및 이동을 특징으로 하는 기계를 의미한다.
용어 "호밍(homing)"에 의해, 기준은 일반적으로, 수치 제어 기계 축의 재설정 및 "영점(zero point)"으로 규정된 위치에 대한 설정이 이뤄지는 동작에 대해 만들어지고, 작업 공간 내의 축 및 대응하는 도구의 각각의 지점에서의 위치, 속도 및 가속도를 검출할 수 있게 하는 절대 기준 시스템의 규정시 만들어진다.
특히, 축 위치의 재설정을 위한 상기 동작("호밍"으로 알려짐)은, 스위칭 지점이 규정됨으로써, 상기 동작이 종료되지 않은 때까지, 항상 상대적인 위치결정을 말한다.
그 후, 상기 스위칭 지점이 상기 "호밍" 동작에 의해 규정될 때, 모든 다음 축 위치결정은 모션 제어를 제공하기 위해 절대적이 되고 증분 측정 시스템을 사용한다.
어떤 경우에도, 절대 측정 시스템을 사용할 필요는 없다.
상기 호밍 절차의 정확성 및 반복성은, 장치의 시작 지점을 수동으로 발견할 필요 없이 동일하거나 다른 작업 공간에서, 전력 장애로 인한 시스템 차단(system block)의 경우 또는 중단된 동작의 반복 또는 재시작, 전자 장치(USB, HD, ...)상의 저장, 임의의 비디오 장치(태블릿, 스마트폰, ...) 상의 디스플레이, 주변장치(키보드, 마우스, ...)에 의한 제어를 해야 할 때마다 특히 유용한, 높은 정밀도의 측정 및 스캔을 수행하고, 공유하고(네트워크, 웹, ...), 수정하고(CAD-CAM 소프트웨어), 재생하기 위한 주요 측면임이 분명하다.
각각의 축에 적용되는 정확하고 믿을 수 있는 호밍 구조는 또한 시스템의 임의의 최종적인 하드웨어 이상을 검출하는데 유용하다.
종래 기술에 따르면, 수치 제어 기계의 상기 호밍 및 다음 축 및 대응하는 도구 위치결정 동작은 기준 시스템으로서 사용되는, 축의 종료 위치 지점을 기준으로 작업하는 기계적인 센서에 의해 주로 달성된다.
이 목표로, US4225928A는 기계적인 유형의 센서에 의해 CNC 기계의 축의 위치결정을 위한 장치를 개시한다.
그러나, 상기 장치의 분명한 구조적인 한계로 인해, 기계적인 센서에 의한, 축 위치 결정 동작은 상당히 높은 위치 오류로 반드시 이어져서, 상기 위치 오류를 정정하기 위해 두 번째 센서를 사용할 필요가 있다.
상기 공지된 장치는 필연적으로, 본질적으로 복잡한 구조 및 단순하지 않은 유지보수를 갖는 것이 분명하다.
다른 한편으로, 상기 공지된 장치의 전술된 구조적 특성에 대해, 본질적으로 긴 시간이 축 위치결정 동작에 필요하고, 상당한 정확도 및 반복성 수준을 항상 얻을 수 있는 것은 아니다.
수치 제어 기계의 축의 재설정 및 위치 결정 절차를 위한 장치는 다음 특허 문헌으로부터 공지되어 있다.
US6076953A "디지타이징 프로브(Digitizing Probe)"(1995년 10월 10일),
GB2411475B "위치 검출 시스템(Position detecting system)"(2004년 2월 24일),
EP2647477A1 "CNC 기계에 대한 오차 수정 장치(Device for error correction for CNC machines)"(2012년 4월 5일).
상기 장치의 또 다른 단점은 기계적인 엔드 오브 스트로크 센서(end-of stroke sensor)가 부품 및 사용된 구성 물질의 마모로 인해 반드시 급속한 열화(detoriation)에 노출된다는 것이다.
다른 한편으로, 머시닝을 제어하고 축 및 대응하는 도구, 더욱 일반적으로는, 장치의 이동부의 위치결정을 위해, 상기 공지된 장치에서 사용되는 센서는 예를 들어 머시닝 잔류물 또는 윤활 냉각수에 의해 결정되는 상당한 응력, 빠른 마모 및 오염에 노출된다.
본 발명은 전술된 단점의 개념에서 시작하여 해결책을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 반드시 짧은 시간에 높은 수준의 정확성 획득을 허용하는 수치 제어 기계(CNC)의 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 상기 동작의 유효 반복성 수준에 도달하도록 하는 지시된 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 전자기 노이즈, 진동, 충격, 먼지, 오염, 머시닝 잔류물 및 습도에 맞서 센서에 대한 적절한 보호를 제공하여, 기계의 기능성 및 작동을 보존하도록 구체화된 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기계적 센서에 필요한 방해물을 작업공간에서 실질적으로 방지하도록 하는, 언급된 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 수준의 유연성을 가지며, 따라서 동일한 기계 내부에서, 변위의 용이한 검출, 계수 동작의 수행 등에 도달할 수 있도록 하는, 장치를 제공하는 것이다.
다른 한편으로는, 본 발명의 목적은 용이한 유지보수 및 비교적 감소된 비용의, 본질적으로 단순한 구조를 갖는 것으로 구체화된 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 전술된 장치에 의해 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 다음 위치결정에 대한 절차를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 고려하여, 본 발명은 본질적인 특징이 청구항 제1항의 주제를 형성하는 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 장치 및 절차를 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징은 종속 청구항 제2항 내지 제15항에 기재되어 있다.
청구항 제16항은 전술된 장치에 의해 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 절차를 언급한다.
전술된 청구항은 여기에 완전히 통합시키기 위한 것이다.
전술된 관점에서 명백한 바와 같이, 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 후속 위치 결정을 위한 상기 장치는 본질적으로 짧은 시간과 높은 수준의 정확성을 얻을 수 있도록 한다. 또한, 표시된 바와 같은 상기 장치는 상기 동작의 중요한 반복성 수준에 도달하도록 한다.
또한, 명시된 바와 같이 상기 장치는 전자기 노이즈, 진동, 충격, 먼지, 오염, 머시닝 잔존물 및 습도에 맞서 센서의 적절한 보호를 제공하여, 기계의 기능 및 작동을 보존할 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이 상기 장치는 기계적 센서가 요구하는 방해물로부터 작업공간을 실질적으로 보호할 수 있도록 한다.
또한, 상기 장치는 높은 유연성 수준을 갖고, 따라서 동일한 기계 내에서 변위의 용이한 검출, 카운팅 동작의 수행 등을 할 수 있도록 한다.
다른 한편으로, 명시된 바와 같은 상기 장치는 용이한 유지 보수 및 상대적으로 줄어든 비용의 본질적으로 단순한 구조를 갖는다.
또한, 본 발명은 전술된 장치에 의해 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 절치를 추가로 제공한다.
앞에서 명백한 바와 같이, 본 발명은 도입부의 목적인 단순하고 효과적인 방식으로 달성되도록 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참고로 상세한 설명으로부터 더욱 명확해질 것이며, 이는 순전히 비제한적인 예로서 제공된다.
도1은 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 장치의 제1 바람직한 실시예를 나타낸다.
도2는 도1의 장치의 스위칭 바의 실시예의 등각단면도(2a)이고, 장치의 스위칭 바의 구조 상세도(2b)이다.
도3은 스위칭 바의 추가 실시예의 상세도이다.
도4는 센서 하우징의 바람직한 실시예를 등각도(4a), 전면도(4b), 단면도(4c)로 나타낸다.
도5는 작업 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 절차에 포함되는 요소의 개략도이다.
도6a 및 도6b는 본 발명에 기재된 장치를 사용하여, 수치 제어 기계의 X-축의 호밍 및 다음 위치결정의 개별적인 실시예를 개략적으로 나타낸다.
도1은 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 장치의 제1 바람직한 실시예를 나타낸다.
도2는 도1의 장치의 스위칭 바의 실시예의 등각단면도(2a)이고, 장치의 스위칭 바의 구조 상세도(2b)이다.
도3은 스위칭 바의 추가 실시예의 상세도이다.
도4는 센서 하우징의 바람직한 실시예를 등각도(4a), 전면도(4b), 단면도(4c)로 나타낸다.
도5는 작업 축의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 절차에 포함되는 요소의 개략도이다.
도6a 및 도6b는 본 발명에 기재된 장치를 사용하여, 수치 제어 기계의 X-축의 호밍 및 다음 위치결정의 개별적인 실시예를 개략적으로 나타낸다.
전술된 도면을 참고로 하여, 이하에 본 발명에 따르는, 수치 제어 기계의 호밍 및 다음 위치결정을 위한 제1, 제2 실시예의 설명이 개별적으로 제공된다.
종래 기술에 따르면, 상기 장치는;
- 상기 장치의 작업대를 이동시키기 위한 모터 수단에 작동가능하게 연결된 모션 액추에이터 수단(13),
- 컨트롤 유닛(14),
- 적어도 하나의 작업 축의 규정을 위해 상기 제어 유닛(14)에 작동가능하게 연결된 입력/출력 유닛(15)을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 상기 장치는, 유도성 또는 용량성 타입인 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22), 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)에 의해 상기 적어도 하나의 작업대상에서 식별되는 적어도 하나의 스위칭 지점(11, 34)의 규정을 위한 적어도 하나의 스위칭 바(10, 30),하나 이상의 스위칭 센서의 삽입, 보호 및 슬라이딩을 위한 센서 하우징(20)을 포함하고, 상기 스위칭 센서(12, 21, 22) 및 스위칭 지점(11, 34)은 고정식 또는 이동식이고, 상기 적어도 하나의 스위칭 바(10, 30)는 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)를 위한 검출 영역을 포함하고, 상기 영역은 제1 검출 섹션(18, 31), 제2 검출 섹션(17, 32), 다수의 보호 및 체결 영역(16)으로 개별적으로 공유된다.
이 방식으로, 전자기 노이즈, 진동, 충격, 먼지, 기계가공 잔류물 및 습도 환경에 본질적으로 영향을 받지 않고 접촉하지 않게 작동하는 적어도 하나의 축, 및 높은 신뢰성 수준의 상기 적어도 하나의 센서(12, 21, 22)에 대해 상기 적어도 하나의 센서(12, 21, 22)에 의해 방출된 높은 통신 주파수의 신호에 의해, 상기 적어도 하나의 축의 호밍 및 위치결정이 높은 수준의 정확성 및 반복성으로 이뤄진다.
편리하게는, 예시된 실시예(도2a 및 도2b)에서, 상기 스위칭 바(10)는 상기 제2 검출 섹션(17)을 규정하는 홈(groove)을 갖는다.
유도성 또는 용량성인 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)의 사용은 작업공간 내의 전체 공간이 눈에 띄게 감소할 수 있게 하여, 소프트웨어 수단에 의해 엔드-오브-스트로크 정의 동작을 수행할 수 있게 하는데, 상기 적어도 하나의 근접 센서의 스위칭 신호에 의해 식별된 공지의 지점으로부터 시작하여, 종래 기술의 단점을 고친다.
본 발명에 따르면, 따라서 종래 기술의 단점을 해결한다.
본 발명에 따르면, 유도성 또는 용량성 타입의 임의의 종류의 근접 센서 사용이 가능하다.
바람직하게는, 유도성 또는 용량성인 상기 적어도 하나의 센서(12, 21, 22)는 NC 타입 센서(즉 신호를 연속적으로 방출하고, 금속성 물체로부터 최소 거리에 위치하는 경우 신호를 차단할 수 있는 센서) 또는 NO 타입(즉, 금속성 물체로부터 최소 거리에 위치하는 경우 신호를 방출하고 멀리 이동하는 경우 신호를 차단하는)이며; 상기 센서는 산업적 적용의 필요 및 작업 환경의 특징에 따라 상이한 형상, 크기, 물질로 청구된 장치에 사용된다.
선택된 센서 타입에 따라, 방향, 강도, 주파수, 방해물 및 검출 표면 정밀도를 수정하는 것이 가능하다.
상기 적어도 하나의 스위칭 지점(11, 34)은 상기 축 상에서 개체화된 공지의 지점이고, 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)가 그 상태를 변경하고, 따라서 그 지점의 좌표를 검출하고 상기 축에 대한 기준으로서 설정할 수 있도록 하는 지점을 나타낸다.
스위칭 바의 제1 바람직한 실시예의 등각단면도를 나타내는 도2a 및 스위칭 바(10)의 구조 상세를 추가로 나타내는 도2b에 기준이 만들어진다.
편리하게는, 상기 도시된 실시예에서(기준이 도1에 만들어진다), 스위칭 바(10)는 강자성체(ferromagnetic) 물질로 만들어지며, 상기 보호 및 체결 영역(16) 및 상기 제1(18) 및 제2 검출 섹션(17)을 각각 포함한다.
이 경우, 스위칭 지점(11)은 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12)가 그 상태를 변경하는 지점에 규정된다.
스위칭 지점(11)은 섹션들(17, 18) 사이의 연결 지점에 대응한다.
다른 한편으로, 근접 센서가 강자성체 또는 유전체 성질을 갖는 물질에 충분히 가까이 보내질 때 회로에 가까워질 수 있고, 측정가능한 신호를 제공할 수 있는 유도성 또는 용량성 근접 센서에 의해, 절대적인 기준 지점이 각 축에 대해 규정되고, 축, 및 따라서 공간에서 작업대의 위치를 항상 정확하게 알 수 있도록 한다.
변형 예(도시되지 않음), 상기 적어도 하나의 스위칭 바는 유전체 물질로 만들어지며 상기 보호 및 체결 영역 및 상기 제1, 제2 검출 섹션을 각각 포함한다.
예로서, 상기 유전체 물질은 폴리머 물질, 나무, 종이, 유리 또는 용량성 센서에 의해 검출될 수 있는 임의의 다른 타입의 물질일 수 있다.
바람직하게는, 상기 스위칭 바는 가요성 유전체 물질(예를 들어, 가요성 폴리머 물질)로 만들어질 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따르면, 상기 제1(18) 및 제2 검출 섹션(17)은 무엇이 필요한지에 따라, 상이한 물질로 만들어질 수 있다.
편리하게는, 도시되지 않은 실시예에 따르면, 상기 스위칭 지점은 스위칭 바를 교체할 필요없이, 적절하게 이동될 수 있다.
본 발명에 따르는 장치의 실시예(도시되지 않은)에서, 상기 스위칭 바는 본질적으로 원 형상이다.
다른 한편으로는, 본 발명의 추가 실시예(도시되지 않은)에서, 스위칭 바는 편의에 따라 선택되는, 상이한 물질로 만들어진 다수의 층을 포함한다.
다층 구조의 존재는 다수의 유도성 근접 센서의 동시 사용을 허용한다는 것을 알 수 있을 것이다.
편리하게는, 본 발명의 이 실시예에 따르면, 상기 섹션(17) 및 섹션(18)은 인접하고, 상이한 높이를 가지며, 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출의 축에 대해 수직인 방식으로 장착된 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출의 축에 수직인 표면을 갖는다.
본 발명의 이 실시예에서:
- 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출의 축에 수직인 상기 제1 섹션(18)의 표면은 상기 적어도 하나의 센서(12)로부터 상기 적어도 하나의 센서(12)의 최대 검출 거리보다 낮은 거리를 갖고;
- 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출의 축에 수직인 섹션(17)의 표면과 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출의 축에 수직인 섹션(18)의 표면 사이의 레벨의 차이는 바람직하게는 적어도 5mm이다.
상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출 축에 수직인 섹션(17)의 표면과 상기 적어도 하나의 스위칭 센서 사이의 거리는 적어도 7mm이다.
다른 한편으로는, 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출 축에 수직인 섹션(18)의 표면은 검출되지만, 상기 적어도 하나의 센서(12)에 대해 더욱 먼 섹션(17)의 표면은 검출되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
상이한 파라미터들이 사용되는 스위칭 센서의 타입 및 그 구조적인 특성에 따라 편리하게 사용될 수 있기 때문에, 이 실시예를 참고로 명시된, 전술된 거리 및 크기는 단순히 예로서 고려되며 이에 국한되지 않는다는 것을 분명히 이해할 것이다.
전술한 바와 같이, 상기 스위칭 바(10)는 오염으로부터 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12)를 보호하는 기능을 구비한 보호 및 체결 영역(16)을 포함한다. 상기 보호 및 체결 영역(16)은 상기 적어도 하나의 센서(12)에 의해 검출되지 않는다.
상기보호 영역은 또한 동일한 스위칭 바(10)의 설치를 단순화하고 보호용 캡(19)을 고정하는데 사용된다.
상기 보호용 캡(19)은 쉽게 제거할 수 있으며, 먼지 및 외부 물질로부터의 보호 기능 이외에, 병렬 재교정을 수행할 필요없이 장치의 신속한 유지보수 작업을 수행할 수 있게 한다.
바람직하게는, 상기 스위칭 바(10)는 기계의 임의의 구조적 변형을 필요로 하지 않고, 크로스-테이블 상에 제공된 홈에 의해 작업대에 대해 고정된다.
이 실시예에서, 상기 스위칭 바(10)는 축의 스트로크 길이와 동일한 최소 길이를 갖고; 심미적인 이유 및 조립의 편리성을 위해, 상기 바는 바람직하게는 바가 장착되는 축의 동일한 길이(L)로 만들어진다.
예를 들어, 스위칭 바(10)의 길이는 축 스토로크 길이와 동일하고 그 물질은 알루미늄 ANTICORODAL(6060 TS)이다.
이것은 필요한 경우, 기계의 "영점(zero position)"의 계산이 완전히 자율적으로 수행되는 바람직한 기술적 효과를 달성할 수 있게 한다.
도3은 본 발명의 제2 실시예를 나타내는데, 여기에서 스위칭 바(30)는 어떤 홈도 갖지 않는 동시에, 상이한 강자성체 특성을 갖는 다수의 물질에 의해 특징지어지며, 상기 물질은 다층 형태로 존재할 수 있다.
이미 언급된 상기 제1 실시예와 공통인, 본 발명의 제2 실시예의 추가의 구조적인 특성은 여기에서 추가로 기재되지는 않는다. 특히, 이 실시예에 따르면, 상기 스위칭 바(30)는 복수의 물질로 만들어지며, 각각의 물질은 그 자체의 강자성체 특성을 가지며, 상기 스의칭 바는 물질의 제1 섹션(31), 물질의 제2 섹션(32), 접촉 표면(33), 스위칭 지점(34), 보호 및 지지 물질의 섹션(35)을 포함하고, 섹션(31, 32)의 두께는 1 내지 10mm이다.
스위칭 바(30)에서, 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(36)의 스위칭은 스위칭 지점(34)에서 발생하며, 상이한 강자성체 특성을 갖는 접촉 표면(33) 및 상기 물질을 통해, 물질의 섹션(32)과 물질의 섹션(32)의 접촉에 의해 얻어진다.
섹션(31 및 32)의 두께는 사용 환경 및 물질의 타입에 따라, 바람직하게는 1mm 내지 10mm이다.
정류 센서(commutation sensor, 36)의 타입은 상기 물질의 선택, 물질의 양 및 두께에 영향을 미친다.
스위칭 바(30)의 일 실시예에서, 상기 적어도 하나의 스위칭 바(30)는 바람직하게는 유도성 근접 센서이다.
스위칭 바(30)는 섹션(31 및 32)을 지지하는 기능, 및 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(36)를 보호하는 기능을 추가로 갖는 추가 섹션(35)에 의해 특징지어진다.
섹션(35)의 물질은 섹션(31, 32)의 물질 중 하나와 동일하거나, 둘 다와 다를 수 있다.
도4a, 4b, 및 4c는 본 발명에 따르는 장치의 센서 하우징(20)의 바람직한 실시예를 나타낸다.
상기 센서 하우징(20)은 하나 이상의 스위칭 센서를 포함할 수 있으며, 다수의 센서 하우징(20)은 본 발명에 따르는 장치에 존재할 수 있다.
전술된 도4a, 4b, 4c에 도시된 실시예에서, 상기 센서 하우징(20)은 두 개의 유도성 센서(21, 22)를 포함하며, 센서(21)는 작업 축(Y)을 따라 동작하고 센서(22)는 축(X)을 따라 동작한다.
상기 실시예에서, 센서(22)는 고정되어 있고, 센서(21)가 이동하고 고정된 스위칭 지점에서 스위칭 동작시 스위칭 바(10)상에서 스위칭한다.
변형 예에서, 센서(22)는 이동식이고 고정된 스위칭 지점에서 스위칭하는 반면, 센서(21)는 고정되고 동작시 스위칭 바(10)상에서 스위칭된다.
X-Y 크로스 테이블에 제공되는 수치 제어 작업대를 참조로 하는 응용을 특히 편리하게 찾게 된다.
센서(21 및 22)는 센서 하우징(20)안에 얻어지는 특정 구멍들(23)에 삽입될 수 있으며, 상기 구멍에는 나사산이 있고; 센서 위치는 회전 운동, 나사 조임, 또는 나사 풀림에 의해 상향 및 하향 조정된다.
이 조정은 스위칭 지점에 대해 센서의 높이를 상승 및 하강하도록 한다.
상기 센서 하우징(20)은 제어 유닛(14) 및 입력/출력 유닛(15)에 센서를 연결하는 배선 요소(24 및 25)를 추가로 포함한다.
센서 하우징(20)은 장착 지점(26)에 의해 작업대에 대해 고정된다.
특히, 도4c의 단면은 스위칭 센서(21, 22) 및 배선 요소(24, 25)를 포함하는 센서 하우징(20)의 상세도를 나타낸다.
상기 센서 하우징(20) 위에는, 보호용 캡(36)에 의해 보호되는 스위칭 바(10)가 위치한다.
센서 하우징(20)은 제1 부분(28)을 포함하고, 제2 부분(27) 안에서 슬라이딩하고, 상기 제2 부분(27)의 두께는 상기 제1 부분(28)의 두께보다 크다(도4c 참조).
상기 바람직한 실시예는 센서 하우징(20) 안에 포함되고 상기 제1 부분(28)을 포함하는 유도성 센서(22)가 검출 섹션(17 및 18)에 대해 평행 방향으로 슬라이딩하도록 한다(도4c).
센서 하우징(20)은 먼지로부터 스위칭 센서를 보호하고, 센서의 조립을 단순화하고 수치 제어 기계 안의 공간을 감소시킨다.
상기 센서 하우징의 일 실시예에서, 노출되어 유지되고 측정을 수행하는 센서(21, 22)의 단부는 비-강자성체 물질에 의해 보호된다.
바람직하게는, 상기 센서 하우징(20)에는 배선 요소(24 및 25) 및 각각의 센서(21 및 22)의 위치를 조정하기 위한 나사조임 수단(23)이 제공되며, 따라서 유도성 스위칭 센서(22)는 표면(18)으로부터 5mm 미만, 바람직하게는 상기 표면으로부터 3mm보다 적거나 같은 거리에서 나사조임 또는 나사풀림에 의해 조정된다.
본 발명의 다른 실시예(도시되지 않음)의 상기 센서 하우징안에서, 상기 적어도 하나의 스위칭 센서는 입력/출력 유닛, 상기 제어 유닛과 상호작용하기 위한 무선 모드 수신/송신 수단을 포함한다.
특히, 이것은 배선 또는 상이한 물리적 접속에 관한 단점을 극복할 수 있도록 한다.
본 발명의 추가 실시예에서, 각각 상기 입력/출력 제어 유닛인 상기 제어 유닛(도시되지 않음)은 상기 센서 하우징 안에 포함될 수 있다.
도5는 축의 호밍 및 위치결정 절차에 포함되는 요소를 개략적으로 나타낸다.
전술된 도면을 참고로, 수치 제어 기계의 축의 위치결정을 위한 장치에 포함되는 다음 요소가 본 발명에 따라 규정된다.
- 100 : 작업대의 전동 작업공간;
- 200 : 제어 유닛;
- 300 : 입력/출력 유닛;
- 101 : 유도성 센서 또는 동작중 스위칭 지점;
- 102 : 유도성 센서 또는 고정시 스위칭 지점;
- 104 : 입력/출력 유닛에 의해 규정된 좌측 스트로크 단부;
- 105 : 입력/출력 유닛에 의해 규정된 우측 스트로크 단부;
- 106 : 하드웨어에 의해 규정된 좌측 스트로크 단부;
- 107 : 하드웨어에 의해 규정된 우측 스트로크 단부;
- 108 : 작업대(130) 이동에 대한 물리적 좌측 한계
- 109 : 작업대(130)의 이동에 대한 물리적 우측 한계;
- 110 : 기계의 안전 구역의 좌측 한계;
- 111 : 기계의 안전 구역의 우측 한계;
- 영역 1 : 지점(101)의 위치결정이 가능한 영역;
- 영역 2 : 지점(102)의 위치결정이 가능한 영역;
- 영역 3 :지점(108 및 109)에 의해 범위가 정해진, 동작중인 작업대(130)의 동작 범위내에 있는 지점의 범위를 정하는 영역;
- 영역 4 : 지점(108, 110, 109 및 111)에 의해 각각 범위가 정해진, 작업대(1동작 영역으로부터 외부에 안전 지점을 포함하는 영역;
120 : 입력/출력 유닛에 의해 가시화된, 전동 작업대의 변위;
130 : 작업대 길이;
140 : 이미 알려진, 지점(102)의 위치값;
150 : 지점(102)에 대한 우측 스트로크 단부의 위치, 이 위치 값은 입력/출력 유닛에 의해 규정된다.
160 : 지점(102)에 대한 좌측 스트로크 단부의 위치, 이 위치는 입력/출력 유닛에 의해 규정된다.
- 170 : 사용되는 유도성 센서의 탐지 용량에 따라 10mm 미만, 바람직하게는 2 내지 3mm 사이를 크기를 갖는, 영역1 및 영역2 사이의 공간.
지점 X("재설정" 또는 "호밍") 또는 X(Z)은 유도 신호의 스위칭 순간에, 축의 재설정 지점으로서 규정된다.
바람직하게는, 상기 제어 유닛(14)은;
- 모터 드라이브,
- 펄스 트레인 신호 및 아날로그 신호에 의한, 모터 제어 보드,
- FPGA 보드를 포함한다.
특히, 상기 제어 유닛은 모든 스위칭 센서로부터 데이터를 수신하고, 필요한 경우 데이터 프로세싱을 수행하고, 입력/출력 유닛(15)으로 데이터를 전송한다.
상기 모션 액추에이터(13)은 작업대를 이동시키기 위한 모터, 예를 들어 스테퍼(stepper)/브러시리스(brushless)/DC/AC 모터를 포함한다.
입력/출력 유닛(15)은 운동 법칙을 명료하게 규정하는 9개의 보간 축을 처리하는 "모션 제어 시스템"에 기반하는 컴퓨터를 포함한다.
상기 컴퓨터 시스템은 ISO 코드와 호환가능하고,모터 파라미터를 제어하기 위해 시뮬레이션 및 실시간 동작을 수행할 수 있도록 하고, 모터 파라미터는:
- 신호의 적절한 주파수,
- 사다리꼴 속도 및 가속 프로파일,
- 축 모션 교정,
- 백래시(backlash) 오차 보상을 포함한다.
입력/출력 유낫(15)은 모션 액츄에이터 수단(13)의 피드백 및 오차 신호를 추적 관찰한다.
바람직하게는, 전술된 장치는 적용된 호밍 절차, 센서 타입, 작업대/도구의 위치결정 및 제어에 따라 상이한 형상 및 크기를 갖는 근접 센서에 의해 방출된 신호의 스위칭 바 사용을 포함한다.
"호밍 절차"기 수행된 후, 공간에서의 본체의 정밀하고 제어된 이동과 추가 검출가능한 표면의 생성을 통해, 예를 들어 페인트 분사를 통해, 유사한 유도성 용량성 근접 센서를 사용하여 접촉 및 방사선이 없을 때 물체의 존재를 스캔 및 검출할 수 있더.
전술된 장치에 의한 수치 제어 기계의 축의
호밍
및 후속 위치 결정을 위한 절차
전술된 장치(도6a 및 도6b)에 의한 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 후속 위치 결정을 위한 절차의 실시예를 지금부터 설명한다.
상기 절차는 다음 단계를 포함한다:
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 스위칭 바(10)의 섹션(18)의 표면 및 상기 적어도 하나의 센서(22) 사이의 접촉의 존재/부재를 검출하는 단계,
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 섹션(18)의 표면과 상기 적어도 하나의 센서(22)의 접촉의 해제(losing)/발견시까지 작업대를 빠르게 이동시키는 단계,
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 섹션(18)의 표면과 상기 적어도 하나의 센서(22)의 접촉의 재발견/해제(losing)시까지 이전과 반대 방향으로 작업대를 천천히 이동시키는 단계,
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 섹션(18)의 표면과 상기 적어도 하나의 센서(22)의 접촉의 해제(losing)/재발견시까지 이전과 반대 방향으로 작업대를 천천히 이동시키는 단계,
- 스위칭 지점(11)의 좌표를 저장하는 단계,
- 검출된 스위칭 지점(11)에 따라 상기 작업대의 좌측 스트로크 단부 및 우측 스트로크 단부를 설정하는 단계,
- 미리규정된 작업 영역안에 상기 작업대의 위치를 결정하는 단계.
호밍 이전의 위치 결정 단계는 스위칭 지점의 적절한 선택에 의해 최소화될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
또한, 호밍으로부터 시작되어, 각각의 개별적인 축의 좌측 및 우측 스트로크 단부를 소프트웨어 수단에 의해 규정할 수 있는 가능성은 장치에 하드웨어의 어떤 수정도 없이, 편의에 따라, 조정가능한 작업 영역내에서 절대적인 위치결정을 실현하도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 수치 제어 기계의 축의 상기 호밍 절차 및 후속 위치 결정에서, 상기 변위(X(Z))는 자기장의 변화를 특징으로 하는 유도성 센서(102)의 유도성의 유도성 신호 스위칭에 의해 검출된다.
센서에서 유도된 전류가 급속하게 변하는 유도성 센서(102)의 신호는 케이블을 통해 센서에 연결되는 제어 유닛(200)으로 송신된다.
제어 유닛은 비디오 스크린상에 신호의 획득 값 및 변이를 실시간으로 나타내는 입력/출력 유닛(300)에 정보를 송신한다.
스위칭이 발생할 때, 호밍 지점 (X(Z))=101=102이다.
기계의 안전 영역 내의 호밍 지점의 위치는 복수의 인자에 따라 결정되는데, 예를 들어, 따라서 완전하지는 않지만, 상기 인자 중 일부가 열거된다.
- 방해물, 조립의 용이성, 디자인, 안정성 및 배선을 의도한 기계의 기하학적 구조;
- 기계의 축의 이동 영역과 관련된 내부 및 외부 방해물. 위치 결정 시스템의 일 실시예에서 상기 방해물을 영역 3에서 영역4까지 이동하기 위한 확장이 사용된다;
- 머시닝 동작의 호밍 및 위치결정 모두의 시간 최적화. 전체 시간은 스위칭 바의 도입에 의해 감소한다. 또한, 전체 타이밍은 고려되는 축의 확률 분포에 따라, 가장 많은 수의 머시닝 동작이 발생하는 지점에서 기계의 영점을 위치결정함으로써 감소한다.
- 충돌을 피할 필요. 일부 축에서 스위칭 지점의 선택은 안전에 상당한 영향을 미친다. 본 발명의 특정 실시예에서, Z-축의 호밍은 작업대상에 장착된 물체와의 충돌 가능성을 피하기 위해 상향 이동하며, 그 크기는 알려지지 않을 수 있다. 이 실시예에서, 스위칭 바를 연구하는 단계 동안 발생하는 모션 반전에 의해 생성되는 잠재적인 안전 문제로 인해 스위칭 바는 제공되지 않는다.
바람직한 실시예에서, 호밍 절차는 Z-축으로부터 시작하여 이뤄진다.
본 발명에 따르는 상기 절차는 상당히 정확하게 규정하고, 각각의 수치 제어 기계의 작업 영역(1D, 2D 또는 3D)을 비디오 스크린상에 디스플레이하도록 하여, 복수의 구성을 통해 기계의 "영점"을 설정할 수 있도록 하며, 스핀들의 회전 속도를 포함하는 각각의 축의 위치, 속도 및 토크를
보간하기
위한 3D 공간을, 소프트웨어 수단을 통해 스트로크
단부를
규정하도록 한다.
호밍 잘차의 일 실시예에서, 센서가 그 상태를 스위칭하는 지점은 축 스트로크의 중앙에 위치하여, 상기 작동, 호밍 타이밍의 절반을 제공한다.
본 발명은 예시를 위해 제공되며, 제한적인 목적으로 제공되는 것은 아니며, 이하 첨부된 청구범위에 의해 규정된 바와 같이, 보호의 관련 분야로부터 벗어나지 않고 이 기술 분야의 당업자에 의해 만들어진 변형 및/또는 수정을 위한 것이다.
전술된 관점에서 명백한 바와 같이, 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 후속 위치 결정을 위한 상기 장치는 본질적으로 짧은 시간과 높은 수준의 정확성을 얻을 수 있도록 한다. 또한, 표시된 바와 같은 상기 장치는 상기 동작의 중요한 반복성 수준에 도달하도록 한다.
또한, 명시된 바와 같이 상기 장치는 전자기 노이즈, 진동, 충격, 먼지, 오염, 머시닝 잔존물 및 습도에 맞서 센서의 적절한 보호를 제공하여, 기계의 기능 및 작동을 보존할 수 있다.
또한, 전술된 바와 같이 상기 장치는 기계적 센서가 요구하는 방해물로부터 작업공간을 실질적으로 보호할 수 있도록 한다.
또한, 상기 장치는 높은 유연성 수준을 갖고, 따라서 동일한 기계 내에서 변위의 용이한 검출, 카운팅 동작의 수행 등을 할 수 있도록 한다.
다른 한편으로, 명시된 바와 같은 상기 장치는 용이한 유지 보수 및 상대적으로 줄어든 비용의 본질적으로 단순한 구조를 갖는다.
또한, 본 발명은 전술된 장치에 의해 수치 제어 기계의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 절치를 추가로 제공한다.
앞에서 명백한 바와 같이, 본 발명은 도입부의 목적인 단순하고 효과적인 방식으로 달성되도록 한다.
Claims (16)
- 장치의 기계 작업대를 이동시키기 위한 모터 수단에 작동가능하게 연결된 모션 액추에이터 수단(13);
컨트롤 유닛(14),
적어도 하나의 작업 축의 규정을 위해 제어 유닛(14)에 작동가능하게 연결된 입력/출력 유닛(15)을 포함하고,
상기 장치는,
유도성 또는 용량성 타입인 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22),
상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)에 의해 상기 적어도 하나의 작업대상에서 식별되는 적어도 하나의 스위칭 지점(11, 34)의 규정을 위한 적어도 하나의 스위칭 바(10, 30),
하나 이상의 스위칭 센서의 삽입, 보호 및 슬라이딩을 위한 센서 하우징(20)을 포함하고,
상기 스위칭 센서(12, 21, 22) 및 스위칭 지점(11, 34)은 고정식 또는 이동식이고,
상기 적어도 하나의 스위칭 바(10, 30)는 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12, 21, 22)를 위한 검출 영역을 포함하고, 상기 영역은 제1 검출 섹션(18, 31), 제2 검출 섹션(17, 32), 다수의 보호 및 체결 영역(16)으로 공유되어,
전자기 노이즈, 진동, 충격, 먼지, 오염, 머시닝 잔류물 및 습도 환경에 본질적으로 영향을 받지 않고 접촉하지 않게 작동하는 적어도 하나의 축, 및 높은 신뢰성 수준의 상기 적어도 하나의 센서(12, 21, 22)에 대해 상기 적어도 하나의 센서(12, 21, 22)에 의해 방출된 높은 통신 주파수의 신호에 의해, 상기 적어도 하나의 축의 호밍 및 위치결정이 높은 수준의 정확성 및 반복성으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1 항 및/또는 제2항에 있어서,
상기 스위칭 바(10)는 상기 검출 섹션(17)을 규정하는 홈을 포함하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1 항 및/또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 바(10)는 강자성체(ferromagnetic) 물질로 만들어지며, 상기 보호 및 체결 영역(16) 및 상기 제1(18) 및 제2 검출 섹션(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1 항 및/또는 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 바는 유전체 물질로 만들어지며, 상기 보호 및 체결 영역 및 상기 제1, 제2 검출 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 하나 이상의 항에 있어서,
제1(18) 및 제2 검출 영역(17)은 상이한 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 하나 이상의 항에 있어서,
상기 스위칭 바는 본질적으로 원 형상인 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제6항 중 하나 이상의 항에 있어서,
상기 스위칭 바는 상이한 물질로 만들어진 다수의 층을 포함하는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 스위칭 바는 가요성 유전체 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 섹션(17) 및 섹션(18)은 인접하고, 상이한 높이를 가지며, 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출 축에 대해 수직인 방식으로 장착된 상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출 축에 수직인 상대적인 표면을 갖는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제9항 중 하나 이상의 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 센서(12)의 검출 축에 수직인 상기 제1 검출 섹션(18)의 표면에 대해 상기 적어도 하나의 스위칭 센서(12) 사이의 거리는 상기 적어도 하나의 센서(12)의 최대 검출 거리보다 작은 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제3항 중 하나 이상의 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 스위칭 바(30)는 복수의 물질로 만들어지며, 각각의 물질은 적절한 강자성체 특성을 가지며, 상기 스의칭 바는 물질의 제1 섹션(31), 물질의 제2 섹션(32), 접촉 표면(33), 스위칭 지점(34), 보호 및 지지 물질의 섹션(35)을 포함하고, 섹션(31, 32)의 두께는 1 내지 10mm인 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제11항 중 하나 이상의 항에 있어서,
상기 스위칭 바(10)는 작업대기 장착된 작업대의 스트로크 길이와 동일한 최소 길이를 갖는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 센서 하우징(20)은 배선(24 및 25) 및 각각의 센서(21 및 22)의 위치를 조정하기 위한 나사조임 수단(23)을 포함하는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 센서 하우징 안에서, 상기 적어도 하나의 스위칭 센서는 입력/출력 유닛, 상기 제어 유닛과 상호작용하기 위한 무선 모드 수신/송신 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제14항 중 하나 이상의 항에 있어서,
상기 제어 유닛(14)은;
- 모터 드라이브,
- 펄스 트레인 신호 및 아날로그 신호에 의한, 모터 제어 보드,
- FPGA 보드를 포함하고,
상기 제어 유닛은 모든 스위칭 센서로부터 데이터를 수신하고, 필요한 경우 데이터 프로세싱을 수행하고, 입력/출력 유닛(15)으로 데이터를 전송하는 것을 ㅌM한다.특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 장치.
- 제1항 내지 제15항 중 하나 이상의 항에 있어서,
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 스위칭 바(10)의 섹션(18)의 표면 및 상기 적어도 하나의 센서(22) 사이의 접촉의 존재/부재를 검출하는 단계,
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 섹션(18)의 표면과 상기 적어도 하나의 센서(22)의 접촉의 해제(losing)/발견시까지 작업대를 빠르게 이동시키는 단계,
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 섹션(18)의 표면과 상기 적어도 하나의 센서(22)의 접촉의 재발견/해제(losing)시까지 이전과 반대 방향으로 작업대를 천천히 이동시키는 단계,
- 상기 적어도 하나의 센서(22)의 검출 축에 대해 수직인, 섹션(18)의 표면과 상기 적어도 하나의 센서(22)의 접촉의 해제(losing)/재발견시까지 이전과 반대 방향으로 작업대를 천천히 이동시키는 단계,
- 스위칭 지점(11)의 좌표를 저장하는 단계,
- 검출된 스위칭 지점(11)에 따라 상기 작업대의 좌측 스트로크 단부 및 우측 스트로크 단부를 설정하는 단계,
- 미리규정된 작업 영역안에 상기 작업대의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
수치 제어 장치의 축의 호밍 및 후속 위치결정을 위한 절차.
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| ITRM20150044 | 2015-01-29 | ||
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