KR20180118532A - 클램핑 척 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 클램핑 스피곳(31)이 제공되는 팰릿(30)을 클램핑하는 클램핑 척(1)에 관한 것이다. 클램핑 척(1)은 클램핑 스피곳(31)을 위한 위치설정 개구(5) 그리고 클램핑 스피곳(31)을 위치설정 개구(5) 내에 클램핑하기 위한 클램핑 디바이스를 갖는다. 복수의 센서(9, 10)가 클램핑 척(1) 상에 배열되고, 이에 의해 클램핑 스피곳(31) 상의 클램핑력 작용 그리고 또한 다른 수치가 결정될 수 있다. 클램핑 척(1)에는 하나 이상의 센서(9, 10)에 의해 검출되는 파라미터의 무선 전송을 위한 송신기(25)가 구비된다.

Description

클램핑 척{CLAMPING CHUCK}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따라 실시되는 클램핑 척에 관한 것이다.
본 명세서에 논의 중인 형태의 클램핑 척이 팰릿(pallet) 및/또는 공작물 캐리어를 클램핑하는 데 사용되고 그에 따라 그것들은 한정된 위치에 고정된다. 이러한 상황에서, 각각의 클램핑 척은 전형적으로 가공 머신의 머신 벤치 상에 확실하게 장착되고 한편 팰릿은 클램핑 척에 의해 정확한 위치에 이동불가능하게 그리고 반복적으로 고정될 수 있다. 팰릿에는 클램핑 스피곳(spigot)이 구비되고, 한편 클램핑 척은 위치설정 개구 그리고 클램핑 스피곳을 위치설정 개구 내에 클램핑하는 클램핑 디바이스를 갖는다. 팰릿은 대개 가공될 공작물 또는 공구를 보유한다.
그러한 클램핑 척을 반-자동 또는 완전-자동 운전 작업 공정에 사용할 수 있게 하기 위해, 팰릿이 핸들링 로봇(handling robot)에 의해 클램핑 척 내에 삽입되고 다시 그로부터 제거되는 것이 가능하여야 한다. 그와 동시에, 팰릿이 최소의 클램핑력으로써 클램핑 척 상에 고정되고, 클램핑 척의 클램핑 요소가 또한 팰릿이 제거되기 전에 다시 완전히 해제 및 로킹해제되어야 하는 것이 중요하다. 예를 들어, 팰릿이 정확하게 클램핑 척 내에 고정되지 않으면, 진동의 위험성 또는 심지어 그것이 그 상에 고정되는 공작물이 기계 가공을 겪는 동안에, 예를 들어 밀링 공정 중에 분리되게 될 수 있는 위험성이 있고, 이것은 상당한 중대한 손상으로 이어질 수 있다. 공작물 캐리어가 가공 작업 후에 클램핑 척으로부터 상승되어야 하면, 다시 로킹 기구가 완전히 로킹해제되고, 즉 그것이 충분히 해제되는 것이 보증되어야 하고, 그에 따라 공작물 캐리어는 중대한 손상 없이 클램핑 척으로부터 상승될 수 있다. 물론, 클램핑 요소가 충분히 로킹해제되지 않을 때에 공작물 캐리어를 상승시키는 것이 또한 중대한 손상 및 상당한 비용으로 이어질 수 있다.
공작물 캐리어의 분리가능한 고정을 위한 클램핑 척을 갖는 클램핑 디바이스가 제EP 2 052 808 A1호로부터 공지되어 있다. 클램핑 척에는 로킹 위치에 있을 때에 공작물 캐리어에 연결되는 클램핑 스피곳 내에 결합되는, 복수의 클램핑 요소를 포함하는 로킹 기구가 구비된다. 각각의 클램핑 요소에는 각각의 클램핑 요소가 정확하게 로킹될 때에 하나의 측면에서 폐쇄되는, 관통 구멍이 제공된다. 그에 대해 추가로 또는 대안으로서, 관통 구멍이 제공되는 작동 요소가 각각의 클램핑 요소에 할당되고, 작동 요소 상의 관통 구멍은 관련된 클램핑 요소가 정확하게 로킹 및/또는 로킹해제될 때에 하나의 측면 상에서 폐쇄된다. 클램핑 요소 및 작동 요소의 관통 구멍은 공통의 연결 라인을 통해 공압 공급원에 연결된다. 적어도 하나의 센서가 연결 라인 내에 제공되어 공기유동을 포착한다. 센서로써, 클램핑 요소가 정확하게 로킹해제, 및/또는 로킹되었는지를 검출하는 것이 가능하다. 센서는 전자 제어 및 평가 디바이스에 연결된다.
그러한 클램핑 디바이스가 실제로 효과적인 것을 입증하였지만, 센서에 의해 포착되는 하나 이상의 파라미터/데이터 요소가 수집, 평가 또는 추가적인 처리를 위해 전송 지점으로 간단하게 전송될 수 있으면 바람직할 것이다.
머신 공구를 위한 클램핑 디바이스가 또한 제EP 2 759 372 A1호로부터 공지되어 있다. 머신 공구는 공구를 위한 공구 홀더를 갖는 회전 스핀들을 포함한다. 클램핑 디바이스가 공구를 클램핑하도록 제공된다. 클램핑 디바이스에는 다양한 측정 지점에서 다양한 측정 지점의 각각에 작용하는 클램핑력을 포착하여 공구가 공구 홀더 내에 정확하게 또는 부정확하게 클램핑되었는지를 검출하는 힘 센서가 구비된다. 힘 센서는 공구 홀더의 환형 지지 표면 상에 배열된다. 센서는 공구가 클램핑될 때에 그것들이 함께 가압되는 방식으로 지지 표면 위로 돌출한다. 이것의 목적은 클램핑력이 포착될 수 있게 하는 것 그리고 공구가 정확하게 클램핑되었는지 또는 오정렬 및/또는 부정확한 위치설정이 일어났는지를 검출하는 것 둘 모두이다. 사용된 힘 센서는 표면 음향파(surface acoustic wave)(SAW) 센서이다. 힘 센서는 머신 공구의 중심 축에 대해 회전 대칭으로 지지 표면 상에 배열된다. 공구가 정확하게 정렬될 때에, 힘 센서는 동일한 강도의 클램핑력을 포착하지만, 공구가 똑바로 클램핑되지 않으면, 상이한 강도의 클램핑력이 힘 센서에 의해 포착된다. 센서의 전기 신호는 송신 및 수신 유닛으로 무선으로 전송되고 평가 유닛에서 평가된다.
마지막으로, 제EP 2 457 688 A1호는 공작물을 위치설정 및 고정하는 방법을 개시하고 있다. 공작물 또는 공작물 캐리어의 존재 및/또는 부존재는 공정 단계에 의해 검출될 수 있다.
본 발명의 목적은 하나 이상의 파라미터, 특히 팰릿의 클램핑 및/또는 접촉 및/또는 해제를 모니터 또는 표시하고, 데이터 라인의 존재에 대한 필요성 없이 그것들을 수신기로 전송하는 그러한 파라미터를 신뢰가능하게 포착하는 것을 가능케 하는, 도입부에 설명된 기술 영역에 속하는 클램핑 척을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위한 해결책은 청구항 1의 특징으로써 한정된다. 본 발명에 따르면, 클램핑 스피곳이 제공되는 팰릿을 클램핑하는 클램핑 척은 클램핑 스피곳을 위한 위치설정 개구를 갖고, 클램핑 척에는 클램핑 스피곳을 위치설정 개구 내에 클램핑하는 클램핑 요소를 갖는 클램핑 디바이스가 구비되고, 적어도 하나의 센서가 클램핑 척 상에 배열되고, 이에 의해 클램핑 척의 및/또는 팰릿의 및/또는 팰릿과 클램핑 척 사이의 상호작용의 적어도 하나의 파라미터가 포착될 수 있고, 클램핑 척에는 하나 이상의 센서에 의해 검출되는 파라미터의 무선 전송을 위한 송신기가 구비된다.
클램핑 척에는 하나 이상의 센서에 의해 검출되는 파라미터의 무선 전송을 위한 송신기가 구비된다는 사실은 검출된 파라미터가 그를 위한 데이터 라인의 존재를 요구하지 않으면서 클램핑 척으로부터 원격에서 수용 및 평가될 수 있다는 것을 의미한다. 전송된 데이터는 수신기에 의해 수용되어 그곳으로부터 예를 들어 전자 전송 지점과 같은, 어떤 다른 디바이스로 전송될 수 있다. 이것은 한편으로 팰릿이 핸들링 로봇에 의해 반입 및 반출되는, 자동화된 작업흐름의 목적에 유리한데, 측정 데이터가 제어 명령의 형태로 전송 지점에 의해 로봇으로 전송될 수 있기 때문이다. 다른 한편으로, 클램핑 척 내의 팰릿의 정확한 클램핑과 같은 중요한 파라미터가 또한 지속적으로 모니터 및/또는 평가되고 추가적인 파라미터와 임의적으로 연결될 수 있다.
클램핑 디바이스의 양호한 실시예 및 추가적인 개발예가 종속 청구항에 설명된다.
따라서, 양호한 추가적인 개발예에서, 클램핑 척에는 클램핑 스피곳 상에 작용하는 클램핑력이 결정될 수 있게 하는, 제1 센서가 구비된다. 팰릿의 정확한 클램핑에 대한 정성적인 언급이 클램핑 스피곳 상에 작용하는 클램핑력에 기초하여 행해질 수 있고, 이것은 자동화된 작업흐름의 목적에 유리하고 동시에 증가된 안전성을 보증한다.
제1 센서는 바람직하게는 팰릿이 클램핑될 때에 클램핑 척의 탄성 재료 변형이 측정가능한 방식으로 클램핑 척 상에 설계 및 배열된다. 클램핑 척의 탄성 재료 변형의 측정은 클램핑력, 즉 팰릿이 클램핑 척에 클램핑되게 하는 힘에 대한 결론을 도출하는 특히 간단한 옵션을 나타낸다.
클램핑 척에는 특히 바람직하게는 클램핑 척 상의 팰릿의 위치설정이 검출가능하게 하는, 제2 센서가 구비된다. 팰릿이 클램핑 척 상에 위치되는지에 대한 검출이 또한 자동화된 작업흐름의 목적에 유리한데, 그것이 예를 들어 팰릿을 클램핑하라는 명령(release)을 클램핑 척에 하달하는 역할을 할 수 있기 때문이다.
또 다른 양호한 추가적인 개발예에서, 클램핑 척에는 클램핑 요소를 작동시키는 역할을 하는 요소의 위치가 검출될 수 있게 하는, 제3 센서가 구비된다. 이것으로써, 클램핑 요소가 해제된 위치에 있는지가 결정될 수 있고, 이것은 자동화된 팰릿 교체의 목적에 중요한데, 상기 요소가 클램핑 요소를 클램핑 위치로 가압 중인 동안에는 팰릿이 제거될 수 없거나 제거되지 않아야 하기 때문이다.
특히 양호한 추가적인 개발예에서, 제2 센서는 클램핑 척 위의 팰릿의 존재가 검출가능한 방식으로 그 상부 측면의 영역 내에 배열된다. 센서의 이러한 배열은 특히 유리한데, 그러한 센서가 비교적 간단하게 장착 및 설계될 수 있기 때문이다.
클램핑 척의 양호한 추가적인 개발예에서, 그 클램핑 디바이스에는 출발 위치와 클램핑 요소를 작동시키는 로킹 위치 사이에서 변위가능한 작동 피스톤이 구비되고, 작동 피스톤은 로킹 위치에서 클램핑 요소를 반경방향 내향으로 압박하고, 그에 따라 클램핑 요소는 힘 로킹(force locking) 방식으로 클램핑 스피곳 상에 지지되고, 제3 센서는 작동 피스톤의 위치가 출발 위치에서 검출가능한 방식으로 클램핑 척 내측에 배열된다. 어쨌든, 센서로, 작동 피스톤이 출발 위치로 변위되었는지를 신뢰가능하게 검출하는 것이 가능하고, 그에 따라 클램핑 요소는 다시 개방 위치에 있게 되거나, 적어도 그것들은 개방 위치로 다시 압박될 수 있다. 센서로써, 작동 피스톤의 한정된 위치, 특히 그 출발 위치를 결정하는 것이 또한 비교적 간단하다.
제1 센서는 특히 바람직하게는 스트레인 게이지(strain gauge)(DMS)에 기반하는 센서이다. DMS 센서는 비교적 비싸지 않고, 높은 분해능을 갖고, 매우 정확한 측정 결과를 가능케 한다.
제1 센서는 그 신호가 클램핑력에 실질적으로 비례하도록 바람직하게는 적어도 힘-로킹 방식으로, 특히 바람직하게는 적어도 힘-로킹 및 접합 방식으로 클램핑 척에 부착된다. 이러한 방식으로, 클램핑력에 대한 언급이 직접적으로 행해질 수 있다.
제1 센서는 가장 특히 바람직하게는 팰릿을 위한 Z축-지지체와 교차하는 원형 라인과 클램핑 척의 위치설정 개구 사이의 반경방향 위치에 배열된다. 이러한 배열은 높은 분해능 및 측정 정확도의 목적에 특히 유리한 것을 입증하였다.
추가적인 특히 양호한 추가적인 개발예에서, 클램핑 척에는 위치설정 개구의 반경방향 위치를 한정하는 중공-원통형 연장부가 제공되고, 연장부에는 클램핑 요소가 Z축-방향으로 형태-끼워맞춤(form-fitting) 방식으로 지지되는 반경방향 보어홀이 제공된다. 이러한 설계는 극히 견고하고 안정적이고 또한 그것은 제1 센서가 내부에 배열되는 영역의 클램핑력에 비례하는 탄성 재료 변형을 지원한다.
작동 피스톤은 바람직하게는 압축 스프링에 의해 로킹 위치로 그리고 압축 스프링의 힘에 대항하여 공압으로 출발 위치로 변위가능하다. 이러한 설계는 팰릿이 공압 시스템이 고장날 때에도 클램핑 척에 확실하게 클램핑되고 이것을 유지하는 것을 보증한다.
클램핑 척의 또 다른 양호한 추가적인 개발예에서, 센서에 의해 수집되는 데이터가 그것이 송신기로 전송되기 전에 평가 및/또는 처리되게 하는, 마이크로프로세서 제어부가 클램핑 척 내에 합체되도록 제공된다. 이러한 설계는 측정된 데이터가 추가로 특히 간단하게 처리될 수 있게 한다.
마지막으로, 양호한 추가적인 개발예에 따르면, 클램핑 척에는 특히 배터리 또는 충전가능 배터리의 형태로, 전원이 구비된다. 이것은 전력이 송신기 및 센서(들) 및 어떤 다른 전기 또는 전자 구성요소로 공급될 수 있게 한다. 이러한 관점에서, 그러한 클램핑 척은 그것이 전압원에 연결되지 않아도 되는 범위 내에서 독자적으로 동작될 수 있다.
하기의 상세한 설명 그리고 전체의 특허 청구범위에는 추가적인 유리한 실시예 그리고 본 발명의 특징의 조합이 개시될 것이다.
실시예를 설명하는 역할을 하는 도면이 도시된다.
도 1은 클램핑 척 그리고 또한 팰릿의 사시도.
도 2는 클램핑 척 그리고 또한 그 내에 수용된 팰릿의 위로부터의 도면.
도 3은 분리된 클램핑 척의 도 2에서의 선 A-A를 따른 단면도.
도 4는 분리된 클램핑 척 그리고 또한 상승된 팰릿의 도 2에서의 선 A-A를 따른 개략 단면도.
도 5는 분리된 클램핑 척 그리고 또한 클램핑되지 않은 상태로 그 상에 위치된 팰릿의 도면.
도 6은 분리된 클램핑 척 그리고 또한 그 상에 클램핑된 팰릿의 도면.
도 7은 클램핑 척 그리고 또한 수신기, 게이트웨이(gateway) 및 로봇의 도면.
도 1은 클램핑 척(1) 그리고 또한 팰릿(30)의 사시도를 도시한다. 클램핑 척(1)은 기부 판(2) 및 척 내부 부분(3)을 실질적으로 포함하고, 한편 팰릿(30)에는 척 내부 부분(3) 내에 클램핑되는 클램핑 스피곳(31)이 구비된다. 척 내부 부분(3)은 복수의 고정 나사(4)를 통해 기부 판(2)에 연결된다. 클램핑 척(1)의 내부 부분(3)에는 클램핑 스피곳(31)을 위한 위치설정 개구(5)가 제공된다. 그 상부 측면(6) 상에서, 척 내부 부분(3)은 팰릿(30)을 위한 Z축-지지체를 형성하는, 4개의 원형 지지 표면(7)이 상부에 배열되는, 둥근 커버 판(8)을 갖는다. Z축-지지체(7)는 척 내부 부분(3)의 평탄형 상부 측면(6) 위로 상승된다. 팰릿(30)은 팰릿이 클램핑 척(1)에 클램핑될 때에 Z축-지지체(7) 상에 놓이는, 평탄형 하부측(32)을 갖는다. 이들 Z축-지지체(7)의 각각은 배출 개구를 갖는다. 일반적으로, 그러한 클램핑 척(1) 내의 X-Y 평면은 클램핑 척(1)의 상부 측면/표면(6)에 평행하게 연장하고, 한편 Z축-방향은 그에 직각으로 연장한다. 그와 동시에, Z축-방향은 위치설정 개구(5)의 길이방향 중심선에 평행하게 연장한다. 팰릿(30)을 X-Y 방향으로 중심설정하는 중심설정 수단(더 상세하게 도시되지 않음)이 제공된다. 이러한 상황에서, 용어 팰릿은 공구 또는 공작물이 상부에 고정될 수 있는 임의의 종류의 캐리어에 대표적으로 사용된다.
개략적으로 도시된, 제1 센서(9)가 클램핑 척(1)의 상부 측면(6)의 영역 내에 배열되고, 상부 커버 판(8) 내에 생성되는 보어홀 내에 수용된다. 제1 센서(9)는 클램핑 척(1)의, 특히 상부 커버 판(8)의 탄성 재료 변형이 그로써 측정될 수 있는 방식으로 클램핑 척(1) 또는 그 상부 커버 판(8)에 설계 및 연결된다. 제1 센서(9)는 적어도 힘-로킹 방식으로, 바람직하게는 힘-로킹 및 재료-접합 방식으로, 임의적으로 또한 형태-로킹 방식으로, 바람직하게는 용접 또는 접착제 접합 방식으로 상부 커버 판(8)에 연결된다. 제1 센서(9)는 Z축-지지체(7)와 교차하는 원형 라인(L)과 위치설정 개구(5) 사이의 반경방향 위치에 배열된다.
팰릿(30)의 지지 또는 존재가 검출될 수 있게 하는 제2 센서(10)가 클램핑 척(1)의 상부 측면 상에 배열된다. 이러한 제2 센서(10)의 상부 측면은 Z축-지지체(7)의 상부 측면보다 약간 낮게 위치되고, 그에 따라 팰릿(30)이 클램핑 척(1) 상에 놓일 때에 그것이 제2 센서(10) 상에 놓이지 않는다. 클램핑 척(1)은 이러한 도면에 도시되지 않은, 제3 센서를 또한 갖고, 이것은 이러한 문서에서 추후에 더 상세하게 설명될 것이다.
기부 판(2)에는 송신기(25)를 수용하는 역할을 하는, 측면 상의 리세스(24)가 제공된다. 배터리 또는 충전가능 배터리가 바람직하게는 에너지를 송신기(25)로 공급하도록 제공되고, 바람직하게는 기부 판(2) 내의 별도의 배터리 구획부 내에 끼워질 수 있고, 배터리 및 배터리 구획부 모두는 본 명세서에 상세하게 설명되지 않는다. 임의적으로, 에너지를 환경으로부터 변환하는(에너지를 수확하는) 주 어댑터 또는 디바이스가 제공될 수 있다. 기부 판(2)에는 또한 압축 공기가 관통하여 급송되어 클램핑 디바이스를 작동시키는, 특히 클램핑 디바이스를 개방하는, 측방 포트(17)가 제공된다. 압축 공기는 또한 지지 표면으로 취입됨으로써 그것들을 세척하고 및/또는 추가적인 클램핑력을 클램핑 디바이스에 가하는 데 사용될 수 있다.
도 2는 클램핑 척(1) 그리고 또한 그 내에 장착된 팰릿(30)의 위로부터의 도면을 도시한다. 이러한 도면은 하기의 도면을 위한 단면 A-A의 경로를 도시하는 역할을 한다.
도 3은 클램핑 척(1)의 도 2의 선 A-A를 따른 단면 사시도를 도시한다. 그러한 클램핑 척(1)의 구성 및 동작 원리가 예를 들어 제EP 1 344 599 A1호로부터 기본적으로 공지되어 있으므로, 특히 다음에는 클램핑 척(1)의 소수의 구성요소만이 또는 소수의 기본 구성요소가 논의될 것이다. 클램핑 척(1)의 중심 위치설정 개구(5)는 커버 판(8)과 단일의 부품으로서 구성되고 기부 판(2)의 저부(2A)를 향해 수직으로 하향으로 연장하는, 중공-원통형 연장부(13)에 의해 한정된다. 클램핑 척(1)에는 압축 스프링(20)에 의해 편의되는 작동 피스톤(18)으로, 그리고 클램핑 볼(15)의 형태로 된 클램핑 요소로 기본적으로 구성되는 클램핑 디바이스가 제공된다. 중공-원통형 연장부(13)는 클램핑 볼(15)이 내부에 끼워지는 반경방향 보어홀(14)을 갖는다. 클램핑 볼(15)은 중공-원통형 연장부(13) 상에 축방향 또는 Z축-방향으로 지지된다. 클램핑 볼의 작동, 즉, 클램핑 볼(15)의 반경방향 변위는 압축 스프링(20)에 의해 기부 판(2)의 저부(2A)를 향해 하향으로 편의되는, 작동 피스톤(18)에 의해 유발된다. 압력 챔버(21)가 또한 기부 판(2) 내에 배열되고, 압축 공기로써 가압되어 작동 피스톤(18)을 스프링(20)의 힘에 대항하여 이동시킬 수 있다.
이러한 도면은 제1 센서(9)가 커버 판(8) 내에 생성되는 보어 홀(12) 내에 수용되는 것을 도시한다. 제2 센서(10)에 추가하여, 클램핑 척(1)의 상부 커버 판(8)의 하부측 상에 배열되는, 제3 센서(11)가 또한 관찰될 수 있다. 이러한 제3 센서(11)는 작동 피스톤(18)의 위치를 검출하는 역할을 한다.
제1 센서(9)는 그것이 클램핑 척(1)의, 특히 상부 커버 판(8)의 탄성 재료 변형을 측정하는 역할을 할 수 있는 방식으로 클램핑 척(1) 또는 그 상부 커버 판(8)에 설계 및 연결된다. 제1 센서(9)는 위치설정 개구(5) 외측 그러나 Z축-지지체(7) 내측의 반경방향 위치에 배열되는 것이 또한 관찰될 수 있다.
제2 및 제3 센서(10, 11)는 바람직하게는 팰릿의 또는 작동 피스톤(18)의 위치가 검출가능하게 하는, 유도 근접 스위치의 형태로 유도식으로 기능하는 센서이다. 제1 센서(9)는 바람직하게는 아래에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 클램핑 척(1)의 탄성 재료 변형이 측정되고, 그에 의해 정성적인 언급이 클램핑 척(1)에서의 팰릿의 클램핑 상태에 대해 행해지게 할 수 있는, 이후에 DMS 센서로서 지칭되는, 스트레인 게이지에 기반하는 센서이다. 3개의 센서(9, 10, 11)의 각각은 전기 전도체(L1, L2, L3)를 통해 송신기(25)에 연결되고, 여기서 상기 3개의 전도체(L1, L2, L3)는 개략적으로만 표시된다. 송신기(25)는 특히 센서(9, 10, 11)에서의 전송을 요구하는 신호의 무선 전송을 보증하는 역할을 한다. 간략화의 목적을 위해, 송신기만이 본 명세서에 각각의 경우에 언급되지만, 송신기(25)는 바람직하게는 센서 신호가 처리될 수 있게 하고, 임의적으로 예를 들어 배터리 상태와 같은 추가적인 정보가 공급될 수 있게 하는, 마이크로프로세서 제어부를 또한 포함한다. 처리된 센서 신호는 송신기(25)에 의해 무선으로 전송된다.
도 4는 클램핑 척(1) 그리고 또한 척으로부터 상승된 팰릿(30)의 도 2에서의 선 A-A를 따른 단면도를 도시하고, 여기서 송신기 및 연결 라인은 도시되지 않는다. 클램핑 스피곳(31)이 확실하게 클램핑될 수 있게 하기에 충분한 거리만큼 그것이 위치설정 개구(5) 내에 삽입될 수 있는 것을 보증하기 위해, 작동 피스톤(18)은 도 4에 도시된 상승된 위치 즉 출발 위치로 변위되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 대응하는 과압(overpressure)이 공압으로 압력 챔버(21) 내측에 축적된다. 이것은 클램핑 볼(15)이 원주방향 환형 홈에 의해 형성되는 작동 피스톤(18) 내의 리세스(19) 내로 연장하기에 충분한 거리만큼 반경방향 외향으로 압박되게 하는 것을 가능케 한다. 클램핑 볼(15)이 클램핑 스피곳(31)이 도입될 때에 위치설정 개구(5) 내로 여전히 연장하여 있을 때에도, 그것들은 클램핑 스피곳(31)에 의해 길이방향 중심선(LM)에 횡단방향으로 후방으로 가압된다.
도 4에 따른 도면에서, 작동 피스톤(18)이 그 상승된 위치에 있는 것이 제3 센서(11)에 의해 검출되고, 한편 제2 센서(10)는 팰릿(30)이 클램핑 척(1)의 상부 상에 위치되지 않은 것을 검출한다. 결국, "1" 신호가 제3 센서(11)에 존재하고, 한편 "0" 신호가 제2 센서(10)에 존재한다. 제1 센서(9)에서, 클램핑 척(1)의 변형에 비례하는 신호가 있다. 대기 신호(pending signal)는 수신기(도시되지 않음)로 송신기에 의해 무선으로 전송된다. 수신기는 예를 들어, 핸들링 로봇(도시되지 않음)이 작동되게 하는, 머신 제어기의 일부일 수 있다. 클램핑 척(1)의 실제 상태는 3개의 센서(9, 10, 11)에 대기 중이고 수신기로 전송되는 신호에 기초하여 검출될 수 있다. 이러한 경우에, 클램핑 척(1)이 개방 위치에 있지만, 팰릿(30)이 그 상에 위치되거나 그 내에 확실하게 클램핑되지 않은 것이 검출된다. 결국, 팰릿(30)을 클램핑 척(1)으로 이송하라는 명령이 핸들링 로봇에 하달될 수 있다.
도 5는 클램핑 척(1) 그리고 또한 클램핑 척(1) 상에 위치되지만 그 내에 확실하게 클램핑되지 않은 팰릿(30)의 도 2에서의 선 A-A를 따른 단면도를 도시한다. 팰릿(30)은 클램핑 척(1) 상에 고정되지 않은 상태로, 즉 그 자체의 중량 그리고 그에 체결되는 임의의 공작물 또는 공구의 중량 하에 놓인다. 작동 피스톤(18)은 클램핑 볼(15)이 반경방향 외향으로 압박되는, 그 상승된 위치에 계속하여 유지된다. 결과적으로, 클램핑 볼(15)은 클램핑력을 클램핑 스피곳(31) 상에 아직 가하지 않는다. 제2 센서(10)를 통해, 팰릿(30)이 클램핑 척(1) 상에 위치되는 것이 검출되고, 한편 제3 센서(11)가 이어서 작동 피스톤(18)이 그 상승된 위치에 있는 것을 검출한다. 결국, "1" 신호가 제2 센서(10) 및 제3 센서(11) 둘 모두에 존재한다. 제1 센서(9)에서, 클램핑 척(1)의 변형에 비례하는 신호가 또한 있다. 팰릿(30)이 클램핑 척(1) 상에 고정되지 않은 상태로 놓일 때에, 클램핑 척(1)은 제1 센서(9)에 존재하는 신호에 기초하여 식별가능한 바와 같은, 측정가능한 또는 상당한 변형을 겪지 않는다. 대기 신호에 기초하여, 팰릿(30)을 클램핑하라는 명령이 클램핑 척(1)에 하달될 수 있다.
도 6은 클램핑 척(1) 그리고 또한 확실하게 클램핑된 팰릿(30)의 도 2의 선 A-A를 따른 단면도를 도시한다. 팰릿(30)을 클램핑 척(1) 상에 확실하게 클램핑하기 위해, 압력 챔버(21) 내측에 축적되는 과압이 소산되어야 한다. 압력 챔버(21) 내의 압력이 특정의 최소 수준보다 아래로 떨어지자마자, 작동 피스톤(18)이 압축 스프링(20)의 영향 하에서 하향으로 가압된다. 클램핑 볼(15)은 작동 피스톤(18)에 의해 내향으로 가압된다. 클램핑 볼(15)은 클램핑 스피곳(31)의 리지(ridge) 상에 지지되고, 그에 따라 그것이 위치설정 개구 내로 추가로 인입되게 하고, 여기서 그것이 확실하게 클램핑된다. 그와 동시에, 팰릿(30)의 하부측은 클램핑 척(1)의 Z축-지지체 상에 이동불가능하게 놓이게 된다. 클램핑 척(1)은 클램핑 스피곳(31)과 결합하는 클램핑 볼(15)의 영향 하에서 변형된다. 팰릿(30)의 외향 영역이 Z축-지지체 상에 놓이므로, 중앙 영역에서의 커버 판(8)은 중공-원통형 연장부(13)에 대항하여 축방향으로 지지되는 클램핑 볼(15)에 의해 그 상에 놓인 팰릿(30)을 향해 상향으로 가압된다. 결국, 클램핑 척(1), 또는 그 커버 판(8), 특히 제1 센서(9)에 의해 측정될 수 있는, 그 중앙 영역이 탄성적으로 변형된다. 이러한 변형이 도 6에 과장되어 도시된다. 물론, 팰릿(30)이 클램핑될 때에 클램핑 척(1)의 다른 영역이 탄성적으로 변형될 것이다. 그러나, 제1 센서(9)가 내부에 배열되는 영역이 특히 바람직하게는 클램핑 척(1)의 탄성 재료 변형을 측정하는 데 그리고 인입력에 대한 결론을 도출하는 데 적절하다는 것이 실험에 의해 밝혀졌다. 클램핑 스피곳(31)이 하향으로, 즉 위치설정 개구 내로 인입되게 하는 힘은 클램핑력 및 인입력으로서 지칭된다. 측정된 탄성 재료 변형은 인입력이 비교적 정확하게 결정될 수 있게 한다. 그와 동시에, 팰릿(30)이 정확하게 그리고 충분한 클램핑력으로써 클램핑 척(1) 상에 클램핑되는지에 대한 언급이 또한 행해질 수 있다. 어쨌든, 제1 센서(9)는 클램핑력에 적어도 대략 비례하는 출력 신호를 전송한다. 클램핑력이 약 15 kN의 클램핑력에 대해 약 0.3 kN의 정확도로써 계산된다는 것이 이와 관련된 실험에 의해 밝혀졌다. 물론, 클램핑력은 클램핑 척의 구조 및 크기에 의존한다. 큰 클램핑 척으로써, 클램핑력이 표시된 15 kN보다 수 배 큰 수치에 용이하게 도달할 수 있고, 한편 대응하는 더 낮은 클램핑력이 더 작은 척으로써 발생된다. 그러나, 클램핑력과 무관하게, 높은 분해능이 설명된 형태의 DMS 센서로써 성취가능하고, 그에 따라 결국 절대적인 클램핑력이 높은 분해능 및 정확도로써 결정될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 클램핑 척(1) 그리고 또한 제조 시스템의 개별적인 요소/구성요소의 개략도이다. 클램핑 척(1) 이외에, 수신기(26), 게이트웨이(27) 및 핸들링 로봇(28)이 도시되고, 여기서 개별적인 요소는 축척에 충실하게 도시되지 않는다. 일반적으로 알려져 있고 통상적으로 사용되는 기술 용어 게이트웨이는 전송 지점을 스위칭 디바이스, 특히 컴퓨터 네트워크 내의 스위칭 디바이스로서 지칭하는 데 사용된다. 핸들링 로봇(28)의 파지부는 개략적으로 도시된 팰릿(30)을 보유한다.
클램핑 척(1) 내에 설치되는 송신기(25)는 개략적으로 도시된 전파에 의해 표시된 바와 같이, 센서에 대기 중인 측정 데이터 및 측정 수치를 수신기(26)로 전송한다. 수신기(26)는 수용된 데이터를 게이트웨이(27)로 전송한다. 게이트웨이(27)는 이어서 핸들링 로봇(28)에 연결된다. 게이트웨이(27)는 척이 개방된 상태, 팰릿이 존재하지 않는 상태, 팰릿이 적절한 위치에 있는 상태, 팰릿이 클램핑된 상태, 팰릿이 10 kN으로써 클램핑된 상태 등과 같은, 송신기(25)의 마이크로프로세서 제어부에 의해 처리되는 데이터를 수용한다. 전송된 데이터에 기초하여, 게이트웨이(27)는 화살표를 갖는 선 X에 의해 표시된 바와 같이, 명령을 핸들링 로봇(28)으로 전송할 수 있고, 예컨대 팰릿(30)을 클램핑 척(1)으로 이송하거나 팰릿을 클램핑 척(1)으로부터 제거할 수 있다.
팰릿이 최소의 클램핑력으로써 클램핑 척(1) 내에 확실하게 클램핑되지 않으면, 에러 메시지가 송신기(25)에 의해 출력될 수 있다. 대안으로서, 게이트웨이(27)가 최소의 클램핑력에 도달되지 않은 것을 검출하여 에러 메시지를 출력하고 및/또는 적절한 조치를 개시할 수 있다.
물론, 도 7은 하나의 예시적인 구성을 도시할 뿐이다. 예를 들어, 본 발명에 따른 클램핑 척이 실질적으로 임의의 제조 라인 내에 합체되어 제어 시스템 또는 공작물 저장고 즉 창고와 같은 다른 구성요소와 또는 가공 머신과 직접적으로 네트워킹될 수 있다.
요건에 따라, 계산된 신호는 또한 서로에 연결되어 결정에 도달될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 팰릿이 적절한 위치에 있지만 확실하게 클램핑되지 않은 것이 검출되면, 클램핑하라는 명령이 예를 들어 클램핑 척에 하달될 수 있다. 반면에, 팰릿을 클램핑 척으로부터 제거하라는 핸들링 로봇에 대한 명령은 팰릿이 척 상에 위치되지만 더 이상 확실하게 클램핑되지 않을 때까지 유보될 수 있다.
어쨌든, 본 발명에 따라 설계되는 클램핑 척은 매우 다양한 능력을 제공한다. 따라서, 이전에 설명된 측정 데이터에 추가하여, 추가적인 데이터가 또한 예를 들어 추가적인 센서를 제공함으로써 계산될 수 있다. 예를 들어, 팰릿 상에 저장되는 가공 데이터가 판독 및 전송되게 하는 추가적인 센서가 제공될 수 있다. 다중의 클램핑 척을 갖는 큰 클램핑 시스템에 특히 도움이 될 수 있는, 팰릿의 형상 및/또는 크기를 결정하는 센서가 또한 제공될 수 있다. 획득된 데이터는 또한 매우 많은 상이한 방식으로, 예를 들어 각각의 클램핑 척에 대한 클램핑 작업의 개수, 클램핑력의 변화, 특히 시간에 따라 감소하는 클램핑력 등을 결정함으로써 평가될 수 있다. 기계-, 유도-, 용량-, 광학-, 초음파-, 또는 자기-기반 동작 모드를 갖는 표준형의, 상업적으로 이용가능한 근접 스위치가 예를 들어 제2 및 제3 센서에 사용될 수 있다. 대안으로서, 압전 센서가 또한 제1 센서에 사용될 수 있다.
팰릿에는 클램핑 척을 통해 판독될 수 있고 가공 데이터, 식별 코드 등이 저장되는 칩 또는 유사한 것이 임의적으로 구비될 수 있다.
데이터 전송을 위해, 블루투스(Bluetooth)와 같은 표준형 인터페이스가 우선적으로 사용될 수 있다. 블루투스와 같은 표준형 인터페이스의 이점 중 하나는 전송된 데이터가 또한 예를 들어 이동 전화, PDA 또는 컴퓨터와 같은 다른 수신기를 사용하여 수용되어 추가로 처리되고 및/또는 용이하게 전송될 수 있다는 것이다.
물론, 위의 본문에 설명된 실시예는 한정적인 또는 포괄적인 것으로 간주되지 않아야 한다. 따라서, 센서는 또한 예를 들어 또 다른 위치에 배열되어 인입력을 측정할 수 있다. 클램핑력을 측정하는 센서가 클램핑 스피곳이 확실하게 클램핑될 때에 탄성적으로 변형되는 위치에 위치되는 것이 가장 중요하다. 추가적인 센서가 또한 클램핑 척 상에 또는 그 내에 제공되어 추가적인 파라미터를 모니터할 수 있다. 예를 들어, 공작물이 가공 중인 동안에 클램핑 척이 노출되는 충격/진동에 대해 그것이 모니터될 수 있게 하는, 가속도 센서가 부착될 수 있다. 온도 센서의 제공이 또한 온전히 상정가능하다. 추가적인 센서로부터의 데이터가 또한 송신기를 통해 무선으로 전송될 수 있다.
반면에, 예를 들어 클램핑력만이 모니터되게 하고, 클램핑력을 고도의 분해능으로써 포착할 것을 굳이 요구하지 않지만, 클램핑력을 수준별로, 예를 들어 2개 내지 10개의 수준으로 포착 및/또는 모니터하여 송신기를 통해 그것을 전송하는 역할만 수행할 수 있는, 본 발명에 따라 설계되는 클램핑 척의 "더 간단한" 변형예가 또한 온전히 상정가능하다. 또한, 2개의 파라미터만이 포착되는 클램핑 척의 변형예가 또한 상정가능하다. 따라서, 예를 들어 클램핑력이 포착 및/또는 모니터되고 척 상의 팰릿의 존재가 또한 포착될 수 있는 응용예가 상정가능하다. 4개의 원형 Z축-지지체 표면의 제공 대신에, 물론 3개 또는 4개 초과의 지지 표면을 제공하는 것이 또한 가능할 수 있고, 여기서 지지 표면은 또한 원형이 아니어도 되고, 대신에 타원형 설계로 되어 있을 수 있다.
본 발명에 따라 설계되는 클램핑 척의 일부 이점이 아래에 간략하게 요약된다.
- 팰릿과 클램핑 척 사이의 상호작용의 및/또는 클램핑 척 그 자체의 그리고 아마도 팰릿의 다양한 파라미터가 모니터되어 원격 위치로 무선으로 전송될 수 있다.
- 전송된 데이터가 외부에서 포착, 저장, 및 평가될 수 있다.
- 파라미터가 지속적으로 모니터될 수 있다.
- 특정 파라미터의 측정은 공정 안전성을 증가시키고, 여기서 인입력의 특히 지속적인 모니터링이 이러한 영역에서 새로운 능력으로의 접근을 가능케 한다.
- 팰릿이 클램핑 척 상에 놓여 있는지가 검출될 수 있다.
- 클램핑 요소를 작동시키는 역할을 하는 클램핑 디바이스 또는 요소가 정확하게 로킹되었는지가 검출될 수 있다.
- 생산성이 특정 파라미터를 모니터함으로써 증가될 수 있다.
- 클램핑 척을 손상시킬 위험성이 감소된다.
- 시간에 따른 클램핑 척의 변화가 검출될 수 있다.
- 클램핑 척이 자동 제조 시스템 내로 용이하게 합체될 수 있다.
- 전체적인 센서 시스템이 클램핑 척 상에 배열되고, 그에 따라 팰릿이 비교적 간단하게 그리고 비싸지 않게 제조될 수 있다. 따라서, 팰릿이 이전의 것과 호환되고, 즉 기존의 및 더 오래된 팰릿 즉 공작물 캐리어가 또한 본 발명에 따라 설계되는 클램핑 척과 함께 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 클램핑 스피곳(31)이 제공되는 팰릿(30)을 클램핑하는 클램핑 척(1)이며, 클램핑 척(1)은 클램핑 스피곳(31)을 위한 위치설정 개구(5), 및 클램핑 스피곳(31)을 위치설정 개구(5) 내에 클램핑하는 클램핑 요소(15)를 갖는 클램핑 디바이스를 포함하고, 적어도 하나의 센서(9, 10, 11)가 클램핑 척(1) 상에 배열되고, 이에 의해 클램핑 척(1)의 및/또는 팰릿(30)과 클램핑 척(1) 사이의 상호작용의 및/또는 팰릿(30)의 적어도 하나의 파라미터가 포착될 수 있는, 클램핑 척(1)에 있어서, 클램핑 척(1)에는 하나 이상의 센서(9, 10, 11)에 의해 검출되는 파라미터의 무선 전송을 위한 송신기(25)가 구비되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  2. 제1항에 있어서, 클램핑 척(1)에는 제1 센서(9)가 제공되고, 이에 의해 클램핑 스피곳(31) 상에 작용하는 클램핑력이 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  3. 제2항에 있어서, 제1 센서(9)는, 팰릿(30)이 확실하게 클램핑될 때에 클램핑 척(1)의 탄성 재료 변형이 측정가능한 방식으로, 클램핑 척(1) 상에 설계 및 배열되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  4. 제1항에 있어서, 클램핑 척(1)에는 제2 센서(10)가 제공되고, 이에 의해 클램핑 척(1) 상의 팰릿(30)의 위치가 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  5. 제4항에 있어서, 제2 센서(10)는 클램핑 척의 상부 상의 팰릿(30)의 존재가 검출될 수 있는 방식으로 클램핑 척(1)의 상부 측면(6)의 영역 내에 배열되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 척(1)에는 제3 센서(11)가 제공되고, 이에 의해 클램핑 요소(15)를 작동시키는 역할을 하는 요소의 위치가 검출될 수 있는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  7. 제6항에 있어서, 클램핑 디바이스에는 출발 위치와 클램핑 요소(15)를 작동시키는 로킹 위치 사이에서 이동가능한 작동 피스톤(18)이 제공되고, 로킹 위치에서, 작동 피스톤(18)은 클램핑 요소(15)를 반경방향 내향으로 압박하고, 그에 따라 클램핑 요소가 힘-로킹 방식으로 클램핑 스피곳(31) 상에 지지되고,
    제3 센서(11)는 출발 위치에서의 작동 피스톤(18)의 위치가 검출될 수 있는 방식으로 클램핑 척(1) 내측에 배열되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제1 센서(9)는 스트레인 게이지(DMS)에 기반하는 센서인 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  9. 제8항에 있어서, 제1 센서(9)는 그로부터의 신호가 클램핑력에 기본적으로 비례하도록 힘-로킹 및/또는 재료 접합 방식으로 클램핑 척(1)에 부착되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  10. 제2항, 제3항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 척(1)의 상부 측면에는 팰릿(30)을 위한 Z축-지지체(7)가 제공되고, Z축-지지체(7)는 위치설정 개구(5) 반경방향 외측에 배열되고,
    제1 센서(9)는 Z축-지지체(7)와 교차하는 원형 라인(L)과 위치설정 개구(5) 사이의 반경방향 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 척(1)에는 위치설정 개구(5)의 반경방향 위치를 한정하는 중공-원통형 연장부(13)가 제공되고, 연장부(13)에는 클램핑 요소(15)가 형태-로킹 및/또는 힘-로킹 방식으로 Z축-방향으로 지지되는, 반경방향 보어 홀(14)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 출발 위치와 클램핑 요소(15)를 작동시키는 로킹 위치 사이에서 이동가능한 작동 피스톤(18)을 갖고, 작동 피스톤(18)은 클램핑 요소(15)를 반경방향 내향으로 압박하고, 그에 따라 클램핑 요소가 힘-로킹 방식으로 클램핑 스피곳(31) 상에 지지되고,
    작동 피스톤(18)은 압축 스프링(20)에 의해 로킹 위치로 변위가능하고 스프링(20)의 힘에 대항하여 출발 위치로 공압으로 변위가능한 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로프로세서 제어부가 클램핑 척 내에 합체되고, 이에 의해 센서(9, 10, 11)에 의해 수집되는 데이터가 그것이 송신기(25)로 전송되기 전에 평가 및/또는 처리되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 클램핑 척에는 특히 송신기를 위한 그리고 센서(들) 그리고 필요에 따라 추가적인 전기 또는 전자 구성요소를 위한 배터리 또는 충전가능 배터리의 형태로, 전원이 제공되는 것을 특징으로 하는, 클램핑 척.
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