KR20170110094A - 공작 기계에서 공작물의 위치를 결정하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작물 (1)이 공작 기계 (2)에서 클램핑되는 공작 기계 (2)에서 공작물 (1) 및 공구 (3)의 위치를 결정하는 방법에 관한 것으로, 상기 공구 (3)는 공구 홀더 (10)에 의해 회전 스핀들 샤프트 (4)에 후속적으로 삽입되고, 상기 스핀들 샤프트 (4)를 회전 운동 시키고, 전압은 상기 공작물 (1)과 상기 공구 (3) 사이에 가해지고, 상기 공구 (3)와 상기 공작물 (1)은 서로 변위되고, 상기 공구 (3)와 상기 공작물 (1) 사이의 접촉의 경우, 인가된 전압의 변화가 결정되고, 상기 공작물 (1) 및/또는 상기 공구 (3)는 각각의 위치가 결정되고, 상기 공작물 (1)의 가공을 제어/조절하기 위한 계산 프로그램에 기록된다.

Description

공작 기계에서 공작물의 위치를 결정하는 방법

본 발명은 공작 기계에서 공작물 및 공구의 위치를 결정하는 방법에 관한 것이다.

회전 공구가 있는 공작 기계의 정밀도와 관련된 요구 사항인 밀링 머신은 계속 증가하고 있다. 기계, 공작 기계, 공구 홀더 등의 정밀도에 의해 결정되는 실제 가공의 정밀도와는 별도로 공작물 설치 또는 기계 가공을 위한 영점 설정의 정밀도는 얻을 수 있는 정밀도에 대한 제한 요소로 점차 변화하고 있다.

공작물이 기계에 삽입되고 가공을 위해 클램핑(clamping) 된 후, 팔레트 또는 벤치 바이스(bench vise)와 같은 일반적인 수단에 관계없이 공작물의 클램핑 위치는 일반적으로 적절한 보조 장치로 결정되고, 식별된 클램핑 위치에 따라 가공을 위한 영점이 결정된다.

종래 기술로 알려진 것은 자동 프로빙(probing) 장치로 영점을 프로빙하는 것이다. 한쪽 끝에는 후자가 공작물을 프로빙하기 위한 프로빙 볼이 있는 프로브 팁이 있다. 다른 끝에서 공구 홀더에 부착되어 가공 스핀들로 교체할 수 있다. 공작물을 프로빙하기 위해 기계는 스핀들에 고정된 자동 프로빙 장치를 공구 홀더를 통해 공작물로 이동시켜 자동 프로빙 장치의 하단에 있는 트레이서 핀이 작업 장치에 닿아 프로빙 장치가 전환될 때까지 편향시킨다. 여기서 최신 자동 프로빙 장치는 추적 핀의 처짐에 대한 경로가 항상 정확히 동일하고 교정할 수 있는 방식으로 구성된다. 자동 프로빙 장치가 전환되면 신호가 자동 프로빙 장치에서 컨트롤로 보내지고 후자는 이 프로빙 위치에 대한 기계의 실제 위치를 결정한다. 이러한 방식으로, 모서리, 보어 등을 프로빙할 수 있으며, 기계에서의 상대 위치를 상대적으로 정확하게 결정할 수 있다. 최신 프로빙 장치는 매우 정확하다. 따라서, 매우 높은 정밀도로 스위치 포인트에 대한 프로빙 장치의 위치를 결정할 수 있다.

그럼에도 불구하고 이 방법의 정밀도는 미리 정의된 절차 자체에 의해 제한된다. 미리 정의된 형상 요소가 자동 프로빙 장치를 사용하여 기계에서 프로빙된 후에는 자동 프로빙 장치가 부착된 공구 홀더를 스핀들에서 다시 교환해야 하며, 가공 프로세스에 필요한 가공 공구를 스핀들에 교체해야 한다. 공구 홀더의 클램핑 위치가 정확히 동일하지 않기 때문에 이 교환 과정에서 편차가 발생한다.

또한 대부분의 경우 공구 홀더의 평평한 표면에서 트레이서 파인(tracer pine)의 팁까지의 자동 프로빙 장치의 길이는 공구 홀더의 평평한 표면에서 공구 팁까지의 가공 공구 길이에 해당하지 않는다. 스핀들이 스핀들 샤프트의 방향으로 변위하는 축의 변위 방향에 대해 스핀들이 정확히 평행하지 않은 경우 추가 편차가 발생한다. 스핀들의 최소 기울임 조차도 프로빙과 가공 절차 사이의 오프셋을 초래한다. 이 기울임은 가공 공구와 자동 프로빙 장치 사이의 길이 차이가 클수록 프로빙 정확도에 더 많은 영향을 준다.

독일 공개 특허 제102009037593A1호

본 발명에 따라 생성되는 것은 공작 기계에서 공구에 대한 공작물의 위치를 결정하는 방법으로서, 상기 공작물은 공작 기계에서 클램핑되며, 공작물에서 공작물이 후속 적으로 회전 가능한 스핀들 샤프트 및 스핀들 샤프트는 회전으로 설정되며, 여기서 전기 전압은 공작물과 공구 사이에 인가되며, 공구와 공작물은 서로에 대해 변위되고, 상기 공구와 상기 피 가공물 사이의 접촉시에 인가된 전압 또는 결과적인 전류의 변화가 검출되고, 공작물 및 / 또는 공구의 각각의 위치가 결정되고 공작물의 가공을 제어 / 조절하기 위한 컴퓨팅 프로그램에 기록된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공작 기계(2)에서 공작물(1) 및 /또는 공구(3)의 위치를 결정하는 방법에 있어서,

상기 공작물(1)은 상기 공작 기계(2)에 클램핑되는 단계; 상기 공구(3)는 회전 가능한 스핀들 샤프트(spindle shaft; 4)로 공구 홀더(10)에 의해 이어서 또는 즉시 삽입되고, 상기 스핀들 샤프트(4)는 회전하도록 설정되는 단계; 전압이 상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 사이에 인가되는 단계; 상기 공구(3)와 상기 공작물(1)은 서로 변위하는 단계; 및 상기 공구(3)와 상기 공작물(1) 사이에 접촉이 발생하는 경우, 인가된 전압의 변화 또는 결과적인 전류 흐름이 결정되고, 상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 각각의 위치가 결정되고, 상기 각각의 위치가 공작물(1)의 가공을 제어/조절하기 위한 컴퓨팅 프로그램에 기록되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 스핀들 샤프트(4) 및/또는 상기 공작물(1)은 전기적으로 절연된 방식으로 장착되는(mounted) 것을 특징으로 한다.

상기 공작물 (1)과 상기 공구 (3) 사이가 접촉되면 상기 공작물 (1)과 상기 공구 (3) 사이의 상대 이동이 정지된다.

상기 공작물 (1)과 상기 공구 (3) 사이가 접촉되면, 상기 공작물 (1)이 상기 공구 (3)로부터 멀리 이동되고, 이후에 상기 공구 (1) 및/또는 상기 공작물 (1)의 위치가 결정된다.

상기 방법은 공작물 (1)의 기계 가공의 시작 시에 수행된다.

상기 방법은 공작물 (1)의 가공 중에 또는 상기 공작물 (1)의 가공 후에 시간 간격으로 수행된다.

상기 공작물 (1)은 손상되지 않은 방식으로 상기 공구 (3)와 접촉하게 된다.

상기 공구(3)에 의해 접촉되는 상기 공작물(1)의 영역은 접촉 전에 세척되는(cleaned) 것을 특징으로 한다.

상기 방법은 자동화된 방식으로 수행된다.

상기 전압은 AC 전압이고, 상기 AC 전압은 용량성 커플링에 의해 전압원으로부터 상기 공구 (3)로 전달된다.

기계에 설치된, 공지된 치수 또는 기준 요소를 갖는 공작물 (1)의 형상 요소는, 회전 공구 (3)로 프로빙(probing)되어 상기 공구 (3)의 형상 및/또는 마모를 결정한다.

워밍업(warming-up) 단계는 상기 공작 기계 (2)가 상기 회전 공구 (3)로 상기 공작물 (1)을 프로빙하기 전에 열적으로 안정될 때까지 통과하는 것이 허용된다.

상기 공작물 (1)의 상기 프로빙은, 상기 공구와 함께 생성된 상기 표면의 치수 제어를 수행하기 위하여, 상기 공구 (3)로 생성된 표면에서 가공 공정 후에 수행된다.

공구 (3)를 사용하여 잔류 재료를 가공하는 단계는, 상기 잔류 재료를 가공하기 전에 상기 공구 (3)로 수행되는 상기 잔류 재료의 가공 환경에서, 상기 공작물 (1)의 완성된 표면을 프로빙 함으로써 상기 공작물 (1)에서 생성된 표면에 정확하게 조절된다.

상기 공구 (3)에 의해 상기 공작물 (1)이 적어도 두 번 접촉되고, 상기 검출된 위치 값들이 비교되고, 상기 위치 값들의 차이가 존재하는 경우에 갱신된 접촉이 수행된다.

상기 차이는 미리 정의된 오차 값(tolerance value)과 비교되고, 상기 오차 값이 초과되면 상기 접촉이 반복된다.

상기 접촉 이벤트들의 총 수가 결정되고, 최대 수가 초과되면 오류 메시지가 출력된다.

상기 공구(3)에 의한 공작물(1)의 가공 과정에서 연속적인 일련의 접촉 이벤트들이 조사되고 모니터링(examined and monitored)되고, 일련의 접촉 이벤트들이 중단되면 공구 파손 때문에 상기 공구(3)가 공작물(1)과 더 이상 맞지 않다고 판단하고, 오류 메시지가 출력된다.

연속적인 일련의 접촉 이벤트들이 공구 (3)에 의한 공작물 (1)의 가공 과정에서 검사되고 모니터링되며, 상기 접촉 이벤트의 수는 공구 (3)의 절삭 날의 수에 기초하여 공구 (3)의 1 회 전당 발생시키는 공구 (3)의 절삭 날 메쉬(mesh)의 수와 정확히 일치해야 하고, 더 적은 수의 접촉 이벤트가 발생하는 경우, 공구 (3)의 개별 절삭 날이 메쉬(mesh)가 아니며, 파손되었거나 마모된 것을 의미한다.

상기 공작물 (1)과 공구 (3) 사이의 접촉은 전기 전도성 베어링 (13)에 의하거나 스핀들 샤프트 (11)에 대해 일정한 폭의 갭을 갖는 금속판 또는 슬라이딩 접촉에 의하여 이루어진다.

본 발명은 공작 기계의 공작물 및 공구의 위치를 결정하는 방법을 개발하는 것을 목적으로 하며, 간단한 구조뿐만 아니라 쉽고 경제적인 제조 가능성을 특징으로 하지만, 최첨단 기술의 단점을 피하고 공작물의 형상과 공구 간의 정확한 상관 관계를 용이하게 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 프로빙 장치를 갖는 공작 기계의 단순화 된 렌더링을 도시한다.
도 2는 도 1과 유사한 본 발명에 따른 제 1 실시 예의 렌더링을 도시한다.
도 3은 밀링 스핀들의 각도 오류의 렌더링과 그에 따른 오류를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 용량성 커플링을 갖는 또 다른 예시적인 실시 예의 렌더링을 도시한다.
도 5는 도 2 및 도 4와 유사한 또 다른 예시적인 실시 예의 도면을 도시한다.
도 6은 큰 공구로 오목한 표면 영역을 가공할 때 발생하는 남은 잔류 재료의 렌더링을 도시한다.
도 7은 작은 공구로 잔류 재료를 가공한 후에 공작물 표면의 원하지 않는 리 세스(recess)를 렌더링하는 것을 도시한다.
도 8은 잔류 재료 가공이 수행되기 전에 회전 공구로 프로빙을 렌더링한 것을 도시한다.
도 9 내지 도 11은 부스러기가 존재하는 공작물과 공구의 접촉의 개략적인 도면을 도시한다.
도 12는 부스러기가 없는 접촉 측정을 위한 흐름도를 도시한다.
도 13은 부스러기를 사용한 접촉 측정을 위한 흐름도를 도시한다.
도 14는 공구에 의한 공작물의 기계 가공의 개략적인 렌더링을 도시한다.

본 발명에 따르면, 목적은 청구항 1의 특징의 조합을 통해 달성되며, 본 발명의 다른 유리한 실시 예를 나타내는 종속항과 함께 이루어진다.

따라서 가공 전에 회전 가공 공구를 사용하여 공작물을 프로빙하는 것이 목표의 맥락에서 바람직하다. 이러한 방식으로, 제로 포인트를 결정하는 기하학적 요소의 위치, 예를 들어, 보어(bore) 또는 모서리는 사용할 공구와 관련하여 가공 직전에 결정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래 기술에 따라 수행되는 바와 같이 가공 공구에 대한 자동 프로빙 장치의 교환의 결과로서 부정확성을 초래할 수 있는 상기한 효과가 제거될 수 있다.

실제로, 기계 가공 절차 전에 기계의 공작물에서 프로빙되는 영점을 결정하는 형상 요소는 이미 완료된 경우가 많다. 따라서 자동 프로빙 장치를 사용하는 기술 수준에서 알려진 방법의 경우와 같이 프로빙 과정에서 손상되지 않도록 해야 한다. 트레이서 핀의 샘플링 압력은 매우 낮으므로 프로빙 프로세스가 흔적을 남기지 않는다.

그러나 샘플링이 회전식 공작 기계로 수행되어야 하는 경우, 공작물이 접촉할 때 침입 및 재료 제거가 즉시 발생한다. 이를 피하거나 최소한 최소화하기 위해, 본 발명에 따르면, 가공 공구와 공작물 사이의 제 1 최소 접촉이라 할지라도 신뢰성 있게 검출되고, 공작 기계가 즉시 정지되거나 심지어 수축된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 가공 공구와 공작물 사이에 전압이 인가되고 모니터링(monitoring) 된다. 이러한 스핀들의 스핀들 샤프트에는 일반적으로 세라믹 볼이 장착되어 있기 때문에 고속 스핀들을 사용하는 현대 공작 기계에서 문제없이 가능하다. 이러한 방식으로, 스핀들 샤프트는 기계와 전기적으로 절연되어 있다. 전기 전압은 종래 기술로부터 공지된 바와 같이, 예를 들어 브러시(brush)를 통해 접촉을 통해 스핀들 샤프트에 인가될 수 있다. 공구 홀더를 통해 가공 공구로 안내된다. 전압의 두 번째 극점은 동일한 아래에 있는 공작물 또는 기계 테이블에 연결할 수 있다.

스핀들 하우징으로부터 전기적으로 절연되지 않은 샤프트를 갖는 스핀들이 기계에 삽입되는 경우, 전기 절연은, 예를 들어, 스핀들 하우징과 기계 사이뿐만 아니라, 공작물의 측면, 예를 들면, 공작물과 기계 테이블 사이에 제공될 수 있다. 스핀들 샤프트와 공작물 사이에 전기 전압을 가하기 위한 전제 조건은 여러 가지 알려진 방법을 사용하여 쉽게 생성할 수 있다.

가공 공구는 금속 공구 홀더를 통해 전기 전도 방식으로 스핀들 샤프트에 직접 연결된다. 이제 가공 공구와 공작물 사이에 접촉이 이루어지면 전류가 흐르기 시작하고 다양한 전압에 기반한 간단한 회로의 도움으로 쉽게 감지할 수 있다. 또한, 이와 같은 전압 변화는 공작물과 가공 공구 사이의 극도의 접촉이 발생하는 경우 이미 감지 될 수 있다. 가공 공구와 공작물 사이의 접촉으로 인해 발생하는 전압 변화 순간에 공작 기계를 즉시 멈추거나 후퇴시키는 신호가 제어 장치로 보내지면 공작물에 대한 손상(즉, 중대한 침입)을 안전하게 예방할 수 있다. 프로빙 속도가 적절한 방식으로 선택되면, 결과로 나오는 "프로빙 마크"는 1m보다 상당히 작다. 실제로, 프로빙될 표면에 대한 이러한 작은 변화는 무시될 수 있으며, 반복적으로 수행되는 경우에도, 이미 완료된 형상 공작물의 경우에 수용될 수 있다. 따라서, 설명된 방법은 가공에 사용되는 가공 공구로 직접 공작물을 거의 손상시키지 않는 프로빙에 적합하다. 자동 검사 장치와 같은 보조 장치를 사용하여, 발생할 수 있는 부정확성을 피할 수 있다.

이 방법은 예를 들어, 밀링 공구와 같은 기하학적으로 정의된 절삭 날 뿐만 아니라, 예를 들어, 연삭 공구와 같은 비 기하학적으로 정의된 절삭 날이 있는 가공 공구에 사용할 수 있다. 이 방법의 유일한 전제 조건은 가공 공구가 전기적으로 도전되어 있다는 것이다.

본 발명에 따른 프로빙의 또 다른 큰 이점은, 가공 공구는 가공 중에 언제든지 수행할 수 있다는 것이다. 실제로, 공작 기계는 종종 영점 안정성이 없으며, 특히 가공 공정이 길어질 때, 즉 영점의 위치가 약간 변경되는 경우가 있다. 영점의 변화는, 예를 들어, 공작 기계에서 특정 구성 요소가 가열되는 것을 통하는, 또는 예를 들어, 공작 기계 주변 공기의 온도 변화와 같은 환경을 통하는, 둘 중 하나의 열 영향에 의해 발생되는 경우가 대부분이다. 이러한 효과를 최소화하기 위해, 본 발명에 따른 방법은 가공 중에 임의의 시간에 사전 정의 된 기하학적 요소에서 프로빙 프로세스를 반복할 수 있게 한다. 여기에서 가공 공구를 교환할 필요가 없으며 오히려 동일한 공구를 사용하여 직접 프로빙을 수행할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 방식으로, 프로빙은 매우 시간적으로 효과적이다.

프로브될 기하학적 요소는, 예를 들어, 공작물에 달라 붙는 부스러기로 인한 잘못된 측정을 피하기 위하여 공작 기계 내부에 냉각제가 있는 것과 같이, 프로브 전에 청소되어야 한다는 것이 이해된다. 이 영점 교정 프로빙 프로세스는 공작 기계가 영점 안정 상태에 얼마나 정밀도가 필요한지에 따라 원하는 시간 간격으로 수행할 수 있다.

전기 전압이 AC 전압이고, AC 전압이 용량 성 커플 링에 의해 전압원으로부터 공구로 전달되는 것이 특히 유리하다. 여기서, 전압원의 제 1 극은 공작물에 연결되고, 전압원의 제 2 극은 용량 성 커플 링을 통해 공구에 연결된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 미끄럼 접촉을 통한, 기계적 접촉은 회전으로 설정된 요소와 전압원 사이에서 회피된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 마모 및 찢어짐과 같은 기계적 접촉에서 알려진 바와 같은 단점이 방지된다. 기계적 접촉 대신 실현되는 것은 용량성 커플링이며, 회전, 상기 스핀들 샤프트, 상기 공구 홀더 또는 공상기 구로 설정된 요소들 중 적어도 하나는 커패시터의 측면으로서 작용하고, 상기 전압원의 측면, 예를 들어 규정된 갭을 갖는 회전 요소 중 하나에 근접하게 배치되는 금속판은 커패시터의 두 번째 측면으로서 작용한다. 인가된 AC 전압의 주파수가 높을수록, 따라서 실현되는 커패시터의 저항은 낮아진다. 또한, 대응하는 장치, 예를 들어, 충분히 큰 금속 플레이트의 선택과 스핀들 샤프트에 대한 작은 거리를 통해 용량이 그에 상응하여 높기 때문에, 전기 저항은 선택된 AC 전압에 대응하여 낮다.

공작물에서 공구를 사용한 프로빙이 수행되는 경우 기계적 접점이 생성되거나 AC 전압이 사용 되더라도 공구와 공작물 사이의 거리가 극히 작은 경우에만 더 강한 전류 흐름이 발생한다. 이는 사용된 공구의 표면이 가공물에 중요한 용량성 커플링을 형성할 만큼 충분히 평면이 아니기 때문이다. 가공 공구에서 돌출되는 것은 항상 개별 커팅 모서리뿐이며, 프로빙될 공작물과 가까운 거리는 포인트형 또는 라인형으로만 생성될 수 있지만, 스핀들 내 및 스핀들에서의 회전 요소에 전류원의 용량성 커플링과 같이 더 큰 표면적으로는 절대 생성되지 않는다. 예를 들어 평평한 금속 플레이트에 의해 회전 요소에 전류원의 용량성 결합과 비교할 때, 공구의 공작물에 대한 용량성 결합은 기계적 접촉부로부터 짧은 거리에서도 매우 작다.

공구와 공작물 사이의 접촉은 전기적 접촉뿐만 아니라 물리적 접촉일 수 있다. 여기서 전기적 접촉은, 공구와 공작물 사이에 매우 작은 틈새만 남지만 용량성 효과로 인해 전류 흐름이 여전히 존재하는 경우에도, 존재한다.

용량성 커플링이 생성되기 위해서는 공구와 공작물 사이의 틈이 극히 작아야 하기 때문에, 기계적 접촉으로부터의 편차가 최소화된 상태에서, 측정 결과에 미치는 영향은 중요하지 않다.

이하에서, 브러시 접촉 또는 커패시터 원리를 갖는 전술 한 해결책에 대한 대안으로서 스핀들 샤프트를 접촉시킬 수 있는 또 다른 가능성이 도시되어 있다. 여기에는 전기적으로 절연성인 세라믹 볼 대신 스틸 볼로 구현되어 전기 전도성이 있는 다른 보조 볼 베어링이 스핀들 샤프트에 장착된다. 스틸 볼 때문에, 보조 볼 베어링은 강철 볼 베어링의 직경이 상당히 작으면 스핀들 샤프트의 주 베어링과 동일한 회전 속도에 도달한다. 따라서 이는 스핀틀 샤프트의 끝에, 예를 들어, 기대는 위치에 장착되어야 한다. 그 유일한 기능은 스핀들 샤프트에 전기적 접촉을 구축하는 것이며, 스핀들 샤프트를 기계적으로 추가로 지지할 필요가 없다. 따라서 심플한 디자인의 깊은 홈 볼 베어링이 될 수 있다. 베어링의 외측 링은, 전기 절연 재료, 예를 들어, 플라스틱 재료로 수용되고, 이러한 방식으로 스핀들 하우징으로부터 전기적으로 절연된다. 동시에, 케이블은 베어링의 외부 링과 전기적으로 연결되어 스핀들 밖으로 유도된다. 이 케이블은 전압원의 극에 연결할 수 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따른 방법에 요구되는 바와 같이, 스핀들 샤프트는 전기 전도성 보조 볼 베어링의 도움으로 전압원의 극에 연결된다. 이 접촉의 장점은 전기적으로보다 간단한 직류 전압으로 작동하는 것이 가능하고, 보조 볼 베어링은 일정한 마찰로 마모되어 파손되는 브러시 접촉부 보다 긴 수명을 갖는다는 것이다.

상기에서, 본 발명에 따른 방법은 공구와 공작물 사이의 상관 관계가 프로빙 (probing)에 의해 실현된다는 사실에 대하여 먼저 설명되었지만, 이 상관 및 접촉의 정확한 위치가 저장되어 공작물을 계속 가공하기 위한 가공 프로그램에서 고려해야 한다.

이하에서, 본 발명에 따른 방법으로부터 따르는 본 발명에 따른 추가 양상이 설명된다.

밀링이나 샌딩과 같은 가공 중에 제거되는 부스러기는 공정의 결과로 작업 공간에 분산된다. 부스러기 중 일부는 또한 공작물에 부착된다. 일부 용도에서는 윤활제 또는 냉각제 윤활제 (예: 유화제 또는 오일)로 헹궈서 부스러기를 멀리하거나 공작물에서 제거하려고 시도한다. 그러나 이것은 결코 성공적이지 못하다. 공작물의 기하학적 형상과 가공 결과 및 부스러기 궤적에 따라 부스러기가 반복적으로 공작물에 쌓인다. 윤활제 또는 냉각 윤활제를 사용하면 공작물에서 부스러기의 접착력까지도 지원된다. 부스러기가 공작물에 달라 붙는다. 공작물이 철 재료로 만들어지고 자석 판으로 클램프된(clamped) 경우 공작물에서의 부스러기 부착이 지원된다. 자성판의 계량선은 공작물을 관통하고, 제거된 부스러기의 자기 응집을 초래한다.

본 발명에 따른 방법에서, 검출될 전류 접촉부에 의해 회전 공구로, 공작물이 프로빙되는 경우, 공작물에 부착된 부스러기가 약간의 간섭을 야기할 수 있다. 공작물에 부착된 부스러기를 통해 회전 공구가 실제 공작물에 닿기 전에 공작물과 공구 사이의 접촉이 이미 생성되어 현재 접촉이 이루어질 수 있다. 이 시나리오에서, 부착 부스러기는 공작물과 공구 사이에 전기 연결을 제공하는 도체로 변한다.

공작물과 공구 사이의 실제 접촉 위치에 아직 도달하지 않았기 때문에, 결과가 잘못 측정된다. 전술한 접근법에 따르면, 접촉 지점에 대한 결함 위치가 결정될 수 있으며, 후속 가공 단계는 부정확하게 결정된 데이터에 기초하며, 이는 공작물을 파괴 할 수도 있는 상당한 손상을 초래할 수 있다.

불행하게도, 실제로, 공작물에서의 부스러기의 접착은 상술한 바와 같이 완전히 피할 수 없다. 신뢰할 수 있는 접촉 측정을 수행하려면 공작물을 손으로 닦고 각 측정 전에 청결 상태를 점검해야 한다. 특히 자동화된 기계 가공 공정에서는 바람직하지 않은 수동 개입을 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따르면, 반복 측정, 적어도 2 배 측정이 공작물과 프로브될 공구 사이의 접촉점을 결정하도록 수행된다. 공구와 공작물 사이의 전도 요소로서 접촉 측정 중에 상기에 기재된 바와 같이 부스러기가 존재한다면, 부스러기는 접촉 순간에 공구의 회전을 통해 임펄스(impulse)를 받는다. 즉, 공작물에 부착된 부스러기와 공구가 서로 접촉하여 충격을 가하면 부스러기의 위치가 크게 바뀌고, 보통 부스러기들을 공작물로부터 떨쳐낸다.

본 발명에 따르면, 이들이 서로를 향해 이동되는 공작물에 대한 공구의 변위 방향은 공작물의 손상을 피하기 위해 전기 접촉 순간에 즉시 반전된다. 공구가 공작물에서 다시 제거된다. 따라서 공구가 공작물로부터 안전한 거리 위치로 제거되는 궤도는 원하는 방식으로 사전 설정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 한 번 더 접촉이 다시 설정될 때까지 이전에 공작물로부터 제거된 것과 동일한 궤도상의 공구를 공작물 쪽으로 한 번 더 이동시킴으로써, 안전 거리 위치에서 추가 (두 번째) 접촉 측정을 즉시 수행할 수 있다. 공구가 첫 번째 접촉 측정에서 이미 정확하게 공작물을 프로빙한 경우, 공작물에 대한 공구의 동일한 접촉 위치는 두 번째 접촉 측정에서 측정 방법 자체의 공차 측정 정밀도로 결정된다.

그러나 첫 번째 접촉 측정에서 공구와 공작물 사이에 부스러기가 전기 도체로 존재하는 경우, 첫 번째 접촉 측정에서 회전 공구로 부스러기의 위치가 변경 되었기 때문에, 두 번째 접촉 측정은 공작물에 대한 공구의 접촉 위치가 달라진다. 결과적으로, 이것은 첫 번째 접촉 측정과 두 번째 접촉 측정의 접촉 위치 사이의 차이를 더 커지게 할 것이다. 이러한 큰 차이를 바탕으로 접촉 측정의 결과를 처리하는 기계 제어는 첫 번째 측정이 잘못된 측정이었음을 결정할 수 있다.

두 접촉 측정 간의 차이가 미리 정의된 공차 값(사용자가 설정하거나 제어 장치에 영구적으로 기록된)을 초과하면, 컨트롤에서 두 번째 접촉 측정만 평가할 가능성이 있으며, 첫 번째 접촉 측정은 부스러기를 붙인 결과로 잘못되었기 때문에 제외하여야 한다.

접촉 측정의 신뢰성을 추가로 높이기 위해, 미리 정의 된 공차 값이 초과되면 위의 방식으로 추가 (세 번째) 접촉 측정을 수행할 수도 있다. 다시, 두 번째 및 세 번째 접촉 측정 간의 차이는 미리 정의된 공차 값과 비교 될 수 있으며, 이 두 측정 값이 공작물과 공구 사이의 원하는 직접 접촉 결과인지 또는 부스러기 부착으로 인해 측정 값이 손상되었는지 여부를 추정할 수 있다. 후자의 경우, 2 개의 연속적인 접촉 측정치가 소정의 허용치 내에 있을 때까지 추가의 접촉 측정이 수행 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 더 큰 부스러기 축적의 경우에도 이러한 방식으로 공작물과 공구 사이의 신뢰성 있는 접촉 측정을 수행하는 것이 가능하다.

아주 작은 부스러기에 관해서는, 한 곳에서 2개 이상의 접촉 측정치에 대해 미리 정의된 허용 오차 내에 있어야 하는, 미리 정의된 수의 연속 접촉 측정치를 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 이는 측정 시간을 희생시키더라도 방법을 훨씬 더 신뢰할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 이러한 접근법은 임의의 원하는 샘플링 방향에 대해 작용한다는 것이 이해된다. 부스러기는 공작물의 고른 곳이나 기울어진 부분 또는 수직한 부분에 부착할 수 있다.

또한, 기계에 존재하는 매체의 도움으로, 예를 들어, 강한 공기 노즐 및 윤활제 또는 냉각 윤활제가 포함되는 매체의 도움으로, 미리 큰 부스러기를 제거하는 것이 편리할 수 있다. 이러한 방식으로, 2 회의 연속 측정이 미리 정의된 허용 오차 내에 있을 때까지 필요한 접촉 측정의 횟수가 감소된다. 모든 부스러기를 제거하는데 그리 오래 걸리지 않는다. 여기서, 매체를 이용한 클리닝 프로세스는 접촉 측정을 위해 제공된 사이트에서 목표된 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명은 절삭 공구 및 밀링 공구, 즉 정의되고 정의되지 않은 절삭 날을 갖는 공구에 적합하다.

매우 낮은 회전 속도로 작업 공정을 수행하는 경우, 접촉 측정을 위한 회전 속도를 약간 높이는 것이 유리할 수 있으므로 부스러기를 통한 전기 접촉의 경우 (잘못된 측정), 후자는 흔들리기에 충분히 강한 충격을 받는다.

게다가, 본 발명에 따라 기술된 바와 같이 다수의 상이한 위치에서 공작물을 1 회 또는 복수 회 프로빙하고 이들 측정의 결과를 서로 비교함으로써 접촉 측정의 여분을 생성하는 것이 가능하다. 공작물의 한 위치에서 접촉 측정의 측정 결과가 다른 접촉 측정에 맞지 않는 경우 (예: 사전 정의 된 공차 / 편차를 초과하는 경우), 접촉 측정의 결과는 이 한 위치에서 무효로 처리 될 수 있으며 추가 가공을 위해 고려되지 않는다.

전술한 바와 같이, 처음에 측정을 수행하기 위해, 예를 들어 공작 기계와 관련하여 공작물의 위치 및 방위를 결정하기 위해, 공작물의 상이한 위치에서 다수의 접촉 측정이 초기에 요구되는 경우에도 이 접근법을 사용할 수 있다. 그에 따라 증가하는 접촉 측정치를 통해, 부스러기에 의한 잘못된 측정이 감지되고 고려 대상에서 제외되는 여분을 생성할 수 있다.

부스러기에 의한 잘못된 측정의 경우, 일반적으로 접촉이 너무 일찍, 즉 공작물과 공구 사이의 접촉 위치가 도달하기 전에 결정된다. 부착 부스러기는 그 전에 이미 접촉을 확립한다. 이 사실은 부스러기의 결과로 잘못된 측정을 결정하는데 사용될 수 있다. 이 경우, 회전 공구는 항상 실제 공작물과의 거리가 있다.

또한, 공작물에서 회전 공구를 이용하여 프로빙하는 것은 예컨대, 측정기에서 미리 측정된 고정밀 공작물 표면 또는 고정밀 파일럿 홀(pilot hole)과 같이 공작물에서 이미 완료된 차원적으로 알려진(dimensionally known) 기하학적 요소를 프로빙함으로써 공구의 간접적인 기하학적 요소를 위해 사용될 수 있다.

공구의 간접 기하학 측정, 즉 공작물에서 이미 완료된 치수 지정 기하학 요소, 예를 들어, 정밀도가 높은 공작물 표면 또는 측정기에서 미리 측정해야 하는 고정밀도의 파일럿 홀을 프로빙 (probing) 함으로써 사용될 수 있다. 공구를 사용하여 자동 프로빙 장치로 보어를 측정 할 때와 같은 방법으로 파일럿 구멍을 여러 번 프로빙하면 (예: 마주 보는 측정 포인트를 기반으로) 공구의 유효 직경은 보어 직경을 알고 있는 경우 결정된 샘플링 포인트를 사용하여 계산할 수 있다. 공구 길이는 알려진 공작물 표면을 프로빙하여 결정할 수 있다.

프로빙은 후속 가공을 위해 설정된 회전 속도로 수행된다. 공작물을 프로빙하기 전에 워밍업 단계가 지나갈 수 있으며, 그 다음 공작 기계는 가공 회전 속도에 대해 열적으로 안정된 상태가 된다. 이러한 방식으로, 종래의 기술에 따라 정지된 자동 프로빙 장치로 프로빙하고 이어서 회전 공구로 후속 기계 가공함으로써 열로 인한 부정확성이 방지된다.

공작 기계의 주변 온도 또는 다른 영향의 변화로 인해 발생하는 공작물과 공구 사이의 이동을 감지하기 위하여, 그리고 프로빙 결과에 따라 이를 보완하기 위하여 새 프로빙을 통해 가공중 언제든지 제어 측정이 가능하다. 이때, 자동 프로빙 장치를 교환할 필요가 없다. 공구는 회전 속도로 스핀들에 남아 있다. 공작 기계는 열 안정성을 유지한다.

알려진 치수를 가진 정의된 형상 요소에서 공작물에서 회전 공구를 반복적으로 프로빙하면 가공 중에 공구의 마모가 감지될 수 있다. 예를 들어, 대칭 측정 포인트가 파일럿 구멍 내부에서 반복적으로 선택되면, 마모로 인하여 공구 직경이 감소하는 경우 더 큰 거리에서, 마모에 따라 샘플링 포인트가 배치된다. 측정 포인트를 첫 번째 프로빙 값과 비교하면 공구의 마모가 결정된다. 공구 길이와 반경도 마찬가지이다.

작업 프로세스가 끝나면, 밀링된 형상을 가공 공구로 직접 검사할 수 있다. 이 목적을 위해, 공구는 미리 알려진 치수를 가진 공작물의 형상 요소에서 다시 참조 할 수 있다. 즉, 마모 및 찢김을 결정할 수 있다. 따라서, 예를 들어 특히 더 긴 공구 길이를 갖는 공구가 절삭력으로 인해 가공 중에 가압 되었는가 또는 바람직하지 않은 절삭 날 형상의 결과로서 공작물로 구동되었는지 여부를 검출할 수 있으므로, 가공에서 편차가 발생했다.

복잡한 표면을 가진 공작물의 경우 크기가 다른 공구로 가공을 수행해야 하는 경우가 많다. 시간상의 이유로, 가능한 한 공작물 표면의 많은 부분이 큰 공구로 가공된다. 내부 반경이 작은 오목한 부분에서는, 큰 공구를 사용하여 가공을 완료 할 수 없으므로, 일부 재료가 남아있게 된다. 따라서 잔류 재료 가공은 상당히 작은 공구로 수행된다. 작은 공구를 사용하여 잔류 재료 가공의 위치가 정확히 일치하지 않으면, 큰 공구로 가공된 부분과 잔류 재료 가공의 목적을 위한 작은 공구로 가공된 부분 사이의 가공된 표면에 원치 않는 홈이 생긴다. 본 발명에 따르면, 작은 공구에 의한 잔류 재료 가공 전에, 큰 공구로 이미 완료된 공작물 표면이 잔류 재료 가공의 직접적인 환경에서 회전하는 작은 공구로 프로빙되고, 작은 공구로 가공한 잔류 재료 가공은, 잔류 재료 가공의 직접적인 환경에서 대형 공구로 가공된 공작물 표면과 정확하게 정렬된다. 여기서는 병진 이동을 통해 정렬을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 필요한 경우 공간에서 추가적인 비틀림을 수행하여, 잔류 재료 가공이 이미 제조된 표면에 최대한 완벽하게 매치되도록 한다. 이러한 정렬 프로세스는 종래 기술로부터 소위 "최적의 방법"으로 알려져 있다.

DE102009037593A1에서 알 수 있듯이 기계 테이블에 단단히 설치된 추가 프로빙 요소 (기준 요소)에서 프로빙을 수행할 수도 있다. 자동 프로빙 장치를 사용하는 대신에, DE102009037593A1에 개시된 기준 요소에서의 프로빙 절차가 또한 본 발명에 따른 회전 공구로 수행될 수 있다. 공작 기계에서 이러한 차원적으로 알려진 기준 요소는 프로빙을 통해 공구의 형상을 측정하는 데에도 사용할 수 있다. 예를 들어, 공작 기계가 충분히 빠르게 반응하지 않기 때문에, 본 발명에 따른 프로빙이 완전히 마모되지 않는 방식으로 수행될 수 없다면, 견고하게 설치된 기준 요소가 또한 교체 가능하도록 제공 될 수 있다.

자동 프로빙 장치를 캘리브레이션 하기 위해 예를 들어 알려진 치수의 고정밀 구체를 사용할 수 있다. 후자는 프로빙 장치로 여러 번 프로빙되고, 프로빙 장치의 스위칭 특성은 이러한 방식으로 결정된다. 이러한 공지된 구체는 또한 본 발명에 따른 방법을 위한 견고하게 설치된 프로빙 부재로서 기계에서 사용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 설계 변형 예에서, 종종 매우 긴 가공 시간 동안, 예를 들어, 개별 행을 서로 매우 근접하게 위치시킬 수 있는 마무리 가공에서, 공작물과 공구의 접촉은 가공 과정 중에 지속적으로 모니터링된다. 모든 절삭 과정 동안 공구와 공작물 사이, 즉 공구의 1 회전당 복수 회 전기 접점이 있어야 한다. 1 회전당 접촉 수는 공구에 제공된 절삭 날의 수에 따라 다르다. 이 연속 접촉이 더 이상 존재하지 않으면 공구가 파손되었다는 표시일 수 있다. 절삭 날보다 공구의 1 회전당 접촉 횟수가 적으면 개별 절삭 날이 파손되었다고 추측할 수 있다. 가공 공정을 위한 공구의 회전 속도 및 사용된 공구의 절삭 날의 수는 제어에서 알려 지므로, 공구의 모든 절삭 날이 맞물린지의 여부를 검사하는 것이 용이하게 가능하다. 본 발명에 따른 공구 파손 제어는 특히 매우 민감한 매우 얇은 공구로 기계 가공하는데 매우 유리하다. 종래 기술에 따르면, 공구는 보조 장치, 예를 들어, 측정 레이저, 에서의 가공의 종료시에만 측정된다. 공구가 조기에 작동을 멈추게 되면 이 사실을 알기 전에 수 시간의 가공 시간이 손실될 수 있다. 본 발명에 따른 전류 접촉에 의한 연속 모니터링에서, 공구 파손은 즉시 모니터링 될 수 있다. 여기에서, 예를 들어, 한 번 가공 위치에서 다음 가공 위치까지, NC 프로그램에서 전송 동작이 자주 수행된다는 사실을 명심해야 한다. 물론, 전송 동작 중에는 공구와 공작물 사이에 접촉이 없다. 그러나, 이러한 전송 동작은, 예를 들어, 다른 더 높은 인피드(infeed)를 통해, 공작 기계의 NC 프로그램에서 구별될 수 있다. 따라서, 기계 제어는 예를 들어, 미리 정의된 가공 인피드, 실제 가공 중에만 공작물에 대한 접촉을 기대할 수 있고, 이 프로그램 부분을 실행하는 동안에만 공구와 공작물의 접촉을 검사한다. 이러한 방식으로, 프로그램의 일부를 나타내는 전송 동작 중에 공구 파손이 잘못 검출되는 것을 방지할 수 있다. 또한 NC 프로그램에서 천천히 공구를 메쉬(mesh)로 가져오기 위해 가공 인피드를 사용하여 이미 수행된 공작물로의 런업(run-up) 이동이 종종 있다. 그러한 경우에, 대기 기간은 프로그램의 시작과 각 송신 이동 후에 제공될 수 있으며, 본 발명에 따른 접촉 검사는 이 대기 기간 후에만 시작된다. 여기서 대기 기간은 런업 가동이 그 안에서 안전하게 완료될 수 있도록 충분히 길게 선택된다. 이 접근법에서 중요한 것은 개별 절삭 날의 맞물림도 모니터링 할 수 있다는 것이다.

본 발명의 내용에서, 상기 설명에서 사용된 용어 "프로빙"은 전술 한 바와 같이 공작물과 공구 사이의 접촉을 의미한다. 본 발명은 연삭 공구 및 밀링 공구, 즉 정의되지 않은 절삭 날이 있는 공구 및 정의된 공구와 함께 사용될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 밀링 기계로서 구현되는 공작 기계 (2)의 단순화된 측면도를 도시한다. X 축에서 화살표 방향으로 변위될 수 있는 공작물 (1)이 기계 테이블 (5) 상에 위치된다. 밀링 스핀들 (6)은 2 개의 축 (Y 및 Z)으로 변위될 수 있는 Z 축 (9) 내에 장착된다. 종래 기술로부터 공지된 자동 프로빙 장치 (7)는 공구 홀더 (10)에 의해 밀링 스핀들 (6)에 유지된다. 트레이서 핀 (tracer pin)은 프로빙 장치 (7)의 바닥에 위치되고, 구 (sphere)는 그 단부에 부착된다. 기계가 기계 테이블 (5)을 화살표 방향 (X)으로 변위 시키면, 트레이서 핀의 구가 먼저 피 공작물 (1)에 접촉하고, 그 결과 트레이서 핀이 편향된다. 정의된 편향 경로에 도달하면, 자동 프로빙 장치 (7)는 신호를 스위칭하여 제어 장치로 보낸다. 그 순간에, 제어 장치에서 축의 위치가 검출되고, 이와 같이 기계 테이블 (5)상의 공작물 (1)의 위치가 결정된다.

도 2는 제 1 실시 예에 기초한 본 발명에 따른 방법을 도시한다. 자동 프로빙 장치 (7) 대신에, 가공 공구 (3) (밀링 공구)가 공구 홀더 (10)에 위치되며, 공구 홀더 (10)는 밀링 스핀들 (6)의 스핀들 샤프트 (4)에 장착된다. 또한, 공작물 (1)에서 가공 공구 (3)로 프로빙을 위해 기계 테이블 (5)은 화살표 방향 (X)으로 변위된다. 공구 (3)는 프로빙 공정 중에 회전하여, 공구 (3)의 절삭 날에 의해 형성된 경계 체적이 형성된다. 적절한 수단, 예를 들어 브러시를 통해 전압이 전압원 (8)에 의해 스핀들 샤프트 (4) (도시되지 않음) 또는 공구 홀더 (10)에 인가되는데, 여기서는 예로서, DC 전압 소스로 도시되어 있다. 전압원의 제 2 극은 공작물 (1)에 연결된다. 고속 회전 밀링 스핀들 (6)에서, 스핀들 샤프트 (4)는 세라믹 볼 베어링으로 밀링 스핀들 (6)에 장착되기 때문에 스핀들 샤프트 (4)는 밀링 스핀들 (6)의 하우징으로부터 전기적으로 절연되어 있다. 전류 회로가 닫혀 있지 않기 때문에, 가공 공구 (3)가 공작물 (1)에 접촉하지 않는 한 전류 흐름은 없다. 공작물 (1)을 갖는 가공 테이블 (5)이 가공 공구 (3)의 방향으로 화살표 방향으로 변위되면, 가공 공구 (3)와 공작물 (1) 사이의 어떤 점에서 기계적 접촉이 발생한다. 그 결과, 현재 회로가 닫힌다. 예시적인 방식으로 설명된 회로에서, 전기 저항기는 전압원 (8)과 직렬로 부가적으로 접속된다. 가공 공구 (3)와 공작물 (1) 사이에 접촉이 없는 한, 전류 회로가 닫혀 있지 않기 때문에 저항에 전압 강하가 없다. 공작물 (1)과 가공 공구 (3)가 서로 접촉하면, 전류 회로가 닫히고, 저항을 통해 전류가 흐르므로 전압이 떨어지게 된다. 이러한 전압 강하는 종래 기술의 공지된 회로에 의해 접촉이 발생하는 순간에 검출될 수 있다. 제어 장치는 가공 공구 (3) 및 공작물 (1)의 접촉과는 별도로 공작물 (1)에서 재료 제거가 일어나지 않도록 공작물 (1)로 축을 즉시 정지시킨다. 축이 정지되는 대신, 기계 가공 공구 (3)로부터 공작물 (1)을 제거하는 기계 테이블 (5)을 사용하여 축의 즉각적인 반전 프로세스를 시작할 수도 있다. 가공 공구 (3)와 공작물 (1) 사이의 접촉으로 인해 전압 변화가 발생하는 순간에, 가공 축의 위치가 검출되고, 기계 테이블 (5)상의 공작물 (1)의 위치가 결정된다.

회로는 예시적인 방식으로 만 도시됨을 이해해야 한다. 교류 전원도 동등하게 사용할 수 있다.

가공 공구 (3)는 또한 스핀들 샤프트 (4)에 직접 클램핑(clamping) 될 수 있다.

도 3은 수직축 (Z)의 변위 방향에 대한 밀링 스핀들 (6)의 경사 위치가 갖는 영향을 도시한다. 효과가 분명해 지도록 렌더링(rendering)이 크게 과장되어 있다.

도 3의 좌측 도면은 본 발명에 따른 방법에 따른 공구 홀더 (10) 및 비교적 짧은 가공 공구 (3)를 구비한 밀링 스핀들 (6)이다. 밀링 스핀들 (6)의 하부 모서리에 대해 기울어진 위치로 인해 공구 팁에서 편차가 발생한다.

밀링 스핀들 (6)의 우측도에서, 밀링 스핀들 (6)의 동일한 기울어 진 위치, 즉 밀링 스핀들 (6)의 동일한 각도 오차, 공구 홀더 (10)에 의해 밀링 스핀들 (6)에 장착된 종래 기술에 따라 자동 프로빙 장치 (7) 상에 기울어 진 위치가 갖는 영향이 도시되어 있다.

도 3의 두 가지 렌더링을 비교하면, 좌측 뷰에서 밀링 스핀들 (6)의 하부 모서리까지의 공구 팁의 거리와 비교할 때, 우측 뷰에서 밀링 스핀들 (6)의 하부 모서리에 대한 프로빙 볼이 상당히 멀리 떨어져 있기 때문에 명백하게 더 큰 편차가 발생한다. 이제, 공작물 (1)이 밀링 스핀들 (6)의 경사 위치에서 자동 프로빙 장치로 도 1에 설명된 방식으로 조사되고, 도 3의 좌측 도면에 도시된 바와 같이 더 짧은 가공 공구로 연속 가공된다면, 표시된 치수 화살표 헤드(head) 간의 차이로 인해 생성되는 오프셋이 생성된다. 이는 가공 과정에서 바람직하지 않은 부정확성을 초래한다. 그러나, 본 발명에 따른 공작물 (1)이 가공 공구 (3)로 직접 프로빙 될 수 있다면, 이러한 오프셋은 피할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은 완전 자동화된 방식으로 수행될 수 있으며, 공작물과 공구 사이의 접촉은 기계 가공 초기에 실현될 수 있거나 기계 가공 중에 주기적으로 자동화된 방식으로 실현될 수 있다. 여기서 기본 가공 프로그램의 데이터는 보완 또는 보정된다.

도 4는 또 다른 예시적인 실시 예에 따른 전압원 (8)과 공구 (3)의 용량성 커플링의 예시적인 실시 예를 도시한다. 이 목적을 위해, 전압원 (8)은 AC 전압원으로서 구현된다. 공구 (3)는 공구 홀더 (10)를 통해 스핀들 샤프트 (4)에 전기 전도 방식으로 연결된다. 스핀들 샤프트(4)의 표면을 따라 금속판 (11)이 배치되고, 스핀들 샤프트 (4)의 표면을 따라 그 표면이 스핀들 샤프트 (4)와 금속 판(11) 사이에 일정한 폭의 갭이 생성되도록 배열된다. 금속판 (11)은 전압원 (8)의 제 1 극에 전기적으로 도통하는 방식으로 연결된다. 전술한 바와 같이, 전압원 (8)의 제 2 극은 도전성 방식으로 공작물 (1)에 연결된다.

금속판 (11)은 스핀들 샤프트 (4)와 함께 커패시터를 형성하기 때문에, 전압원 (8)에 의해 AC 전압이 제공되고 공작물 (1)과 공구 (3) 사이에 접촉이 발생할 경우 전류 흐름을 용이하게 한다. 이러한 전류 흐름은 저항에서의 전압 강하를 유도하며, 이는 터치가 발생하는 순간의 종래 기술로부터 공지된 회로로 검출될 수 있다.

전압원 (8)이 AC 전압을 제공하는 본 발명의 실시 예에서, 용량성 소자도 공구 (3)에 의한 공작물 (1)에 대한 접근에서 형성되기 때문에, 이미 기계가 전기 접촉에 매우 신속하게 반응하는 경우, 공구 (3)가 공작물 (1)을 향한 최소 접근법이 검출될 수 있으며, 따라서 전기적 접촉은 기계적 접촉 직전에 일어나며, 또한 전압의 변화에 기초하여 결정될 수 있다.

도 5는 스핀들 샤프트 (4)와 접촉하기 위한 또 다른 예시적인 실시 예를 도시한다. 보조 볼베어링 (13)은 스핀들 샤프트 (4)의 한 영역, 바람직하게는 스핀들 샤프트 (4)의 상단 영역에 장착되며 내륜 (14)과 외륜 (15) 사이에 배치된 도전성 강철 볼 (17)을 포함한다. 외륜 (15)은 바람직하게는 또한 링 형상의 절연 요소 (16)에 의해 공작 기계 (2)에 장착된다. 도시된 바와 같이, 외륜 (15)은 도 2 및 / 또는 도 4의 구조와 유사한 전압원 (8)에 연결된다. 전압원 (8)의 음극은 더 이상 상세히 도시되지 않은 공작물 (1)로 이어진다. 전압원 (8)은 DC 전압원으로서 구현된다. 이 구조는 도 2 및 도 4에 유사하게 도시된 바와 같이 전압 검출기 (8)를 포함한다.

도 6은 공구 반경이 공작물 (1)의 내부 반경보다 상당히 큰 경우에 오목한 공작물 표면을 가공하는 과정에서 남아 있는 잔류 재료 (12)를 도시한다.

도 7은 공작물 (1)의 부분 영역에서 작은 공구 (3)로 잔류 재료의 가공이 약간 너무 깊으면 공작물 표면상의 결과적인 리세스(recess)를 도시한다. 결과는 표면에 원하지 않는 홈 "A"가 생기는 것이다.

도 8은 큰 공구 (3)에 의해 이미 완료된 공작물 표면이 필요한 잔류 재료 가공의 환경에서 작은 회전 공구 (3)로 본 발명에 따라 어떻게 프로빙 되는지를 도시한다. 이러한 방식으로, 수행될 잔여 재료 가공의 위치는 공작물 (1) 및 이미 생성된 표면에 최적으로 조정된다.

도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 방법에 따른 접근법을 도시하며, 부스러기 (19)가 공작물 (1)에 부착된 상태에서 회전축 (20)을 중심으로 회전하는 공구 (3) 와 공작물 (1) 사이에 부스러기 (19)가 존재한다. 도 9 및 도 10에서, 공구 (3)와 공작물 (1) 사이의 접촉은 부스러기 (19)를 통해 발생할 수 있는 것으로 설명된다. 실제로, 공구 (3)는 공작물 (1)과 접촉하지 않고 오히려 동일한 크기를 가지며, 부스러기 (19)의 두께에 대응하는 거리를 가지기 때문에 이 접촉은 결함이 있다. 따라서 기계 제어 장치는 오류 신호를 수신한다. 이로 인해 측정 오류가 발생한다. 이러한 잘못된 측정 및 오류를 피하기 위해, 전술한 바와 같이 공작물 (1)이 공구 (3)에 의해 적어도 2 회 접촉되는 것이 본 발명에 따라 제공된다. 이러한 두 번째 접촉은 도 11에 도시된다. 이 두 번째 접촉에서, 공구 (3)는 정확한 방식으로 공작물 (1)에 접촉하여, 전술한 대로, 전류가 흐를 수 있거나 전압 강하가 일어날 수 있다. 부스러기 (19)에 의한 접촉 불량과 마찬가지로, 이 효과는 기계 컨트롤에 의해 등록된다. 전술한 바와 같이, 기계 제어는 결과적으로 공구 (3)와 공작물 (1) 사이의 거리의 차이를 고려한 다음, 다른 접촉 측정을 수행한다. 도 11에 표시된 상황과 동일한 결과를 나타내는 경우, 이 값을 기준으로 취하여 도 10의 측정 상황의 값을 무시한다.

도 12는 부스러기에 의한 오염 없이 접촉 측정에서 본 발명에 따른 방법 단계를 도시하는 흐름도이다. 먼저, 공구가 공작물에 대해 사전 위치 결정된 다음 공구가 공작물쪽으로, 즉 작은 한정된 인피드(infeed)로 변위된다. 이 과정에서, 인가된 전압이 모니터링 된다. 현재 접점이 발생하면 즉각적인 조치가 취해진다. 즉, 제어 장치에서 공작 기계의 모든 축의 축 위치를 감지하는 것은 물론 축의 공작물에 대한 공구의 변위 방향을 전환하는 것이다. 여기서 공구는 한 축, 예를 들어 수직 Z축에서 공작물에 대해 상대적으로 변위될 수 있지만, 공작물 공구의 또한 수평 X축과 Y축이 있는 세 축에서 공작물에 대해 공구를 변위 시킬 수도 있다. 공구가 공작물을 기준으로 원래 시작 위치로 복귀하면, 접촉 측정이 완료된다. 그런 다음, 공구 및 / 또는 공작물이 올바른 위치에 있는지 또는 공구가 올바른 치수 등을 가지고 있는지는 공구와 공작물이 서로 상대적으로 위치한 작업 공간에서 기계 제어에서 결정될 수 있다. 이러한 방식으로 가공 프로그램의 보정 또는 교정이 가능하다.

도면에 도시된 바와 같이, 회전축 (20)을 중심으로 회전하는 공구에는 다수의 절삭 날이 제공되는 것으로 이해된다. 따라서 도 9 내지 도 11의 둥근 원통형 렌더링은 공구의 회전에 기인한 엔벨로프 커브(envelope curve)를 도시한다. 경계 체적은 3 차원 렌더링을 초래할 것으로 이해된다. 이 공구는 반경 방향으로 가장 바깥 쪽 위치에 있는 공구 지점, 특히 공구 절삭 날에 의해 형성된다.

도 13은 공작물 (1)이 부스러기 (19) (도 9 내지 도 11 참조)에 의해 오염되는 접촉 측정에 대한 흐름도를 도시한다. 여기서도 공구는 공작물에 대해 시작 위치에 사전 배치된다. 결과적으로, 공구는 작은 한정된 인피드를 가진 공작물 방향으로 변위된다. 전압이 모니터 된다. 전류가 접촉하거나 전압 강하가 발생하면 즉각적인 조치가 취해진다. 즉 기계 제어에 의한 모든 축 위치의 검출 및 공작물을 공구로부터 일정 거리에 위치시키기 위해 각 축의 공작물에 대한 공구의 변위 방향을 복귀시키는 것을 포함한다. 공구의 초기 위치 또는 시작 위치에 도달하면 접촉 측정이 완료된다. 이 방법 단계까지, 도 13의 흐름도는 도 12의 흐름도에 대응한다. 도 13에 따르면, 공구는 공작물 방향으로 작은 한정된 인피드를 통해 다시 변위된다. 현재 접점이 발생하는 경우, 다시 즉각적인 조치가 취해지는데, 즉 축 위치의 검출 및 전술한 방식으로 공작물에 대한 공구의 변위 방향의 복귀가 취해진다. 공구가 다시 공작물에 대해 시작 위치로 옮겨진다. 그런 다음, 두 측정 결과, 즉 접촉하는 동안 감지된 공작 기계 축의 축 위치를 비교한다. 여기서, 차이가 있는지 여부 및 미리 정의된 공차보다 작은지 여부가 결정된다. 미리 정의된 공차보다 작으면 접촉 측정이 성공적으로 완료되고, 예를 들어, 두 접촉 과정 중에 검출된 각 축의 두 축 위치의 평균값이 최종 측정 값으로 고려될 수 있다. 두 접촉 측정의 축의 축 위치의 차이가 미리 정의된 공차보다 큰 경우, 지금까지 수행된 접촉 측정치의 수가 최대 허용 가능한 수보다 큰지 여부가 검사된다. 값이 높으면, 접촉 측정이 오류 메시지와 함께 중단된다. 값이 낮으면, 프로그램은 새로 측정된 두 번째 측정 값으로 되돌아간다. 본 발명에 따른 접촉 측정은 따라서 처음부터 두 번 수행되고, 두 번째 측정의 결과가 두 측정의 결과가 미리 정의된 공차 내에 있는지 여부가 결정된다. 이 경우 측정이 완료되고 유효하다 (예). 그렇지 않은 경우 (아니오), 해당 위치에서 얼마나 많은 접촉 측정이 이미 수행되었는지가 검사된다. 숫자가 미리 정의된 최대 허용 가능 숫자보다 작거나 같으면 해당 위치에서 새로운 접촉 측정이 수행된다. 해당 위치에서 이전에 수행된 접촉 측정의 수가 이미 미리 정의된 최대 허용 개수보다 큰 경우, 해당 위치의 접촉 측정이 오류와 함께 중단된다. 이러한 방식으로, 아마도 다른 오류가 있기 때문에 무한한 일련의 측정이 한 위치에서 수행되는 것을 피할 수 있다.

도 14는 공구 파손 및 / 또는 절삭 날 제어가 수행되는 전술한 접촉 측정과 관련하여 공구 (3)가 공작물 (1)의 표면에 대해 열 (21)을 따라 어떻게 이동되는지를 도시한다. 따라서, 공작물 (1)과 공구 (3) 사이의 연속적인 일련의 접촉은 열 (21)이 통과 할 때, 즉 공구의 모든 절삭 날 침입과의 하나의 접촉, 즉 전술한 바와 같이 본 발명에 따라 공구를 지속적으로 점검하고 감시할 수 있는 절삭 날을 갖는 공구 회전 당 다수의 접점이 존재한다.

1: 공작물
2: 공작 기계
3: 공구
4: 스핀들 샤프트
5: 기계 테이블
6: 밀링 스핀들
7: 프로빙 장치
8: 전압원
9: Z 축
10: 공구 홀더
11: 금속판
12: 잔류 재료
13: 보조 볼 베어링
14: 내륜
15: 외륜
16: 절연 요소
17: 강철 공
18: 전압 검출기
19: 부스러기
20: 회전축
21: 열

Claims (20)

1. 공작 기계(2)에서 공작물(1) 및 /또는 공구(3)의 위치를 결정하는 방법에 있어서,
   상기 공작물(1)은 상기 공작 기계(2)에 클램핑되는 단계;
   상기 공구(3)는 회전 가능한 스핀들 샤프트(spindle shaft; 4)로 공구 홀더(10)에 의해 이어서 또는 즉시 삽입되고, 상기 스핀들 샤프트(4)는 회전하도록 설정되는 단계;
   전압이 상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 사이에 인가되는 단계;
   상기 공구(3)와 상기 공작물(1)은 서로 변위하는 단계; 및
   상기 공구(3)와 상기 공작물(1) 사이에 접촉이 발생하는 경우, 인가된 전압의 변화 또는 결과적인 전류 흐름이 결정되고, 상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 각각의 위치가 결정되고, 상기 각각의 위치가 공작물(1)의 가공을 제어/조절하기 위한 컴퓨팅 프로그램에 기록되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작 기계(2)에서 공작물(1) 및 /또는 공구(3)의 위치를 결정하는 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스핀들 샤프트(4) 및/또는 상기 공작물(1)은 전기적으로 절연된 방식으로 장착되는(mounted) 것을 특징으로 하는 방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 사이가 접촉되면 상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 사이의 상대적인 이동이 정지되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 사이가 접촉되면, 상기 공작물(1)이 상기 공구(3)로부터 멀리 이동되고, 이후에 상기 공구(1) 및/또는 상기 공작물(1)의 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은 공작물(1)의 가공의 시작 시에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은 공작물(1)의 가공 중에 또는 상기 공작물(1)의 가공 후에 시간 간격으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공작물(1)은 손상되지 않은 방식으로(in a damage-free manne) 상기 공구(3)와 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공구(3)에 의해 접촉되는 상기 공작물(1)의 영역은 접촉 전에 세척되는(cleaned) 것을 특징으로 하는 방법.
   
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법은 자동화된 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
   
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압은 AC 전압이고, 상기 AC 전압은 용량성 커플링에 의해 전압원으로부터 상기 공구(3)로 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기계에 설치된, 공지된 치수 또는 기준 요소를 갖는 공작물(1)의 기하학적 요소는, 회전 공구(3)로 프로빙(probed)되어 상기 공구(3)의 형상 및/또는 마모를 결정하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    워밍업 단계(warm-up phase)는 상기 회전 공구(3)로 상기 공작물(1)의 프로빙이 수행되기 전에 상기 공작 기계(2)가 열적으로 안정될 때까지 통과(pass)하는 것이 허용되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물(1)의 상기 프로빙은, 상기 공구(3)에 생성된 표면의 치수 제어를 수행하기 위하여, 상기 공구(3)에 생성된 상기 표면에서의 가공 공정 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    공구(3)를 이용하여 잔류 재료를 가공하는 단계는,
    상기 잔류 재료를 가공하기 전에, 상기 공구(3)를 이용하여 수행될 상기 잔류 재료의 가공 환경에서 상기 공작물(1)의 완성된 표면을 프로빙 함으로써 상기 공작물(1)에 생성된 표면에 정확하게 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구(3)에 의해 상기 공작물(1)이 적어도 두 번 접촉되고, 상기 검출된 위치 값들이 비교되고, 상기 위치 값들의 차이가 존재하는 경우에 갱신된 접촉이 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 차이는 미리 정의된 오차 값(tolerance value)과 비교되고, 상기 오차 값이 초과되면 상기 접촉이 반복되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 접촉 이벤트들의 총 수가 결정되고, 최대 수가 초과되면 오류 메시지가 출력되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구(3)에 의한 공작물(1)의 가공 과정에서 연속적인 일련의 접촉 이벤트들이 조사되고 모니터링(examined and monitored)되고, 일련의 접촉 이벤트들이 중단되면 공구 파손 때문에 상기 공구(3)가 공작물(1)과 더 이상 맞지 않다고 판단하고, 오류 메시지가 출력되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연속적인 일련의 접촉 이벤트들이 공구(3)에 의한 공작물(1)의 가공 과정에서 검사되고 모니터링되며,
    상기 접촉 이벤트의 수는 상기 공구(3)의 절삭 날들의 수에 기초하여 상기 공구(3)의 회전당 발생하는 공구(3)의 절삭 날 메싱들(meshings)의 수와 정확히 대응하고,
    더 적은 수의 접촉 이벤트가 발생하는 경우, 공구(3)의 개별 절삭 날들은 메쉬(in mesh)가 아니며, 파손되었거나 마모된 것을 의미하는 것을 특징으로 하는 방법.
    
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공작물(1)과 상기 공구(3) 사이의 접촉은 전기 전도성 베어링(13)에 의해 구현되거나, 스핀들 샤프트(4)에 대해 일정한 폭의 갭을 갖는 금속판(11) 에 의해 구현되거나, 슬라이딩 접촉을 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
    
    

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