KR20190133879A - 공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 공구 클램핑 확인 장치는, 자동 공구 교환장치의 트윈암에 각각 설치된 클램퍼의 위치를 감지하는 근접센서; 공구를 그립에 가압하여 클램핑하는 클램퍼의 가압력을 측정하는 압력센서; 및 상위제어장치로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받아 근접센서로부터 입력된 클램퍼의 위치와 압력센서로부터 입력된 클램퍼의 가압력으로부터 공구의 클램핑 상태를 판단하여 상위제어장치에 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR CHECKING CLAMPING WORKPIECE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동 공구 교환장치에서 트윈암의 공구 클램퍼에 의한 공구 클램핑 상태를 확인하기 위한 공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 머시닝센터는 공구의 신속한 교환기능을 갖는 수치제어 복합 공작기계로 공구를 최고 60개 이상 가진 자동 공구 교환장치(ATC : Automatic Tool Changer)를 갖추고 프로그램에 의하여 차례로 새로운 가공면에 대응해 필요한 공구를 자동적으로 배치하여 절삭, 천공, 구멍 넓히기, 연마 등 각종 작업공정을 모두 한대의 기계에 의해 이루어지도록 한다.
그러므로 작업순서만 정해 놓으면 모든 작업공정이 프로그램에 의하여 밀링, 보링 또는 나사깍기와 같은 여러 가지 작업에 필요한 광범위한 기계부품을 한대의 기계위에 완비하고 자동적으로 완전 가공할 수 있다.
즉, 머시닝센터는 수치제어 공작기계의 기능을 갖고 커터, 드릴, 탭, 리머, 브로칭 등 여러 가지 공구를 신속하게 교환할 수 있어야 한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제1538551호(2015.05.11. 공고, 주축의 클램프 및 언클램프 감지 장치를 포함하는 공작기계)에 개시되어 있다.
이와 같이 자동 공구 교환장치는 주축의 클램프 및 언클램프 동작에 의해 공작물을 가공하기 위한 공구를 체결 및 분리시킬 수 있다.
즉, 트윈암을 통해 매거진 대기 공구와 주축 공구를 교환할 때 트윈암에서 공구가 이탈하지 않도록 클램퍼를 통해 잡아주고 있다.
이렇게 클램퍼를 통해 공구를 잡은 상태에서 공구 교환을 위해 트윈암을 회전 동작시킬 때 클램퍼에 공구가 제대로 클램핑 되었는지 확인되지 않은 상태에서 공구 교환을 위한 회전 동작이 진행되면 공구 이탈 현상이 발생할 수 있다.
따라서 클램퍼의 움직임을 근접센서를 통해 감지하여 공구의 클램핑 상태를 판단하고 있으나, 클램퍼와 공구가 직접 닿는 부위가 닳거나 기후 등에 따라 클램퍼의 스프링 탄성 계수가 변동될 경우 클램퍼의 위치만으로는 공구가 완전히 클램핑 되었다고 판단하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 자동 공구 교환장치에서 트윈암의 공구 클램퍼에 의한 공구 클램핑 상태를 확인하기 위한 공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 공구 클램핑 확인 장치는, 자동 공구 교환장치의 트윈암에 각각 설치된 클램퍼의 위치를 감지하는 근접센서; 공구를 그립에 가압하여 클램핑하는 클램퍼의 가압력을 측정하는 압력센서; 및 상위제어장치로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받아 근접센서로부터 입력된 클램퍼의 위치와 압력센서로부터 입력된 클램퍼의 가압력으로부터 공구의 클램핑 상태를 판단하여 상위제어장치에 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제어부는, 클램퍼의 위치가 클램핑 위치이고, 클램퍼의 가압력이 설정압력 이상인 경우, 공구가 클램핑된 상태로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상위제어장치로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받고, 제어부에서 판단한 공구의 클램핑 상태를 상위제어장치로 출력하는 입출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 근접센서는, 클램퍼의 이동에 따른 위치를 감지하는 초음파 센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 압력센서는, 클램퍼가 공구를 그립에 가압하는 가압력을 측정하는 압전센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법은, 제어부가 상위제어장치로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받는 단계; 제어부가 클램핑 신호나 언클램핑 신호에 따라 근접센서로부터 입력된 클램퍼의 위치와 압력센서로부터 입력된 클램퍼의 가압력으로부터 공구의 클램핑 상태를 판단하는 단계; 및 제어부가 공구의 클램핑 상태를 판단한 판단결과를 상위제어장치로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 공구의 클램핑 상태를 판단하는 단계는, 제어부가 클램퍼의 위치가 클램핑 위치이고, 클램퍼의 가압력이 설정압력 이상인 경우 공구가 클램핑된 상태로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 근접센서는, 클램퍼의 이동에 따른 위치를 감지하는 초음파 센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 압력센서는, 클램퍼가 공구를 그립에 가압하는 가압력을 측정하는 압전센서인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법은 자동 공구 교환장치에서 트윈암의 공구 클램퍼에 의한 공구 클램핑 상태를 확인함으로써 주축의 공구 클램핑 상태와 더불어 공구 이탈 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 주축 공구의 언클램핑 과정에서 발생되는 센서 신호의 채터링 문제로 인한 툴 낙하 현상도 감지할 수 있어 각종 기구부의 손상 및 인명피해를 방지할 수 있고, 클램퍼의 가압력의 변화를 통해 클램퍼의 정상 여부도 판단할 수 있어 최적 시점에서의 보수가 용이해질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치에서의 트윈암을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 공구 클램핑 확인 장치 및 그 제어 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치를 나타낸 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치에서의 트윈암을 나타낸 구성도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치는, 근접센서(10), 압력센서(20) 및 제어부(30)를 비롯하여 입출력부(40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
근접센서(10)는 자동 공구 교환장치의 트윈암(100)에 각각 설치된 클램퍼(120)의 위치를 감지하여 제어부(30)에 제공한다.
근접센서(10)로는 초음파 센서가 채용될 수 있으며, 이를 통해 클램퍼(120)의 이동에 따른 위치를 감지하여 공구(130)가 클램퍼(120)에 제대로 클램핑 되었는지 언클램핑 되었는지 감지한다.
압력센서(20)는 공구(130)를 그립(110)에 가압하여 클램핑하는 클램퍼(120)의 가압력을 측정하여 제어부(30)에 제공한다.
클램퍼(20)의 가압력은 스프링의 탄성력에 의해 발생되는 압력으로 공구(130)를 그립(110)에 가압하여 클램핑 상태를 유지할 수 있다.
본 실시예에서 근접센서(10)는 클램퍼(120)의 위치를 감지하여 클램핑 상태를 판단할 수 있는 위치라면 어느 위치에 설치하더라도 무방하고, 압력센서(20)는 공구(130)를 그립(110)에 가압하는 가압력을 측정할 수 있는 위치라면 어느 위치에 설치하더라도 무방하다.
제어부(30)는 상위제어장치(50)로부터 공구 교환을 위한 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받으면, 근접센서(10)로부터 입력된 클램퍼(120)의 위치와 압력센서(20)로부터 입력된 클램퍼(120)의 가압력으로부터 공구(130)의 클램핑 상태를 판단하여 상위제어장치(50)에 제공한다.
여기서 상위제어장치(50)는 트윈암(100)에 공구(130)가 클램핑된 상태를 확인하여 공구(130)를 자동으로 교환하는 자동 공구 교환장치 뿐만 아니라 자동 공구 교환장치와 연동하여 대상물을 가공하는 머시닝센터일 수 있다.
입출력부(40)는 상위제어장치(50)로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받고, 제어부(30)에서 판단한 공구(130)의 클램핑 상태를 상위제어장치(50)로 출력할 수 있다.
따라서 제어부(30)는 입출력부(40)를 통해 상위제어장치(50)로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호가 입력될 경우, 근접센서(10)와 압력센서(20)로부터 클램퍼(120)의 위치와 클램퍼(120)의 가압력을 입력받아 클램퍼(120)의 위치가 클램핑 위치이고, 클램퍼(120)의 가압력이 설정압력 이상인 경우 공구(130)가 클램핑된 상태로 판단하여 입출력부(40)를 통해 상위제어장치(50)에 제공한다.
만약, 클램퍼(120)의 위치가 클램핑 위치이지만 클램퍼(120)의 가압력이 설정압력 미만인 경우, 제어부(30)는 클램핑 이상으로 상위제어장치(50)에 제공함으로써 트윈암(100)의 회전을 이루어지지 못하도록 할 수 있다.
한편, 자동 공구 교환장치는 트윈암(100)의 클램핑 상태 및 언클램핑 상태를 기반으로 트윈암(100)을 회전시켜 공구(130)를 교환한다.
이와 같이 자동 공구 교환장치에서 트윈암(100)을 통해 공구(130)를 교환할 때 공구(130)의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 판단함으로써, 상위제어장치(50)에서는 주축의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 판단함과 더불어 트윈암(100)의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 판단하여 대상물을 가공한다.
또한, 상위제어장치(50)는 매거진 대기 포트가 비어있는 포트인 경우에는 주축 방향의 그립만 클램핑 상태를 확인할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 공구 클램핑 확인 장치에 따르면, 자동 공구 교환장치에서 트윈암의 공구 클램퍼에 의한 공구 클램핑 상태를 확인함으로써 주축의 공구 클램핑 상태와 더불어 공구 이탈 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 주축 공구의 언클램핑 과정에서 발생되는 센서 신호의 채터링 문제로 인한 툴 낙하 현상도 감지할 수 있어 각종 기구부의 손상 및 인명피해를 방지할 수 있고, 클램퍼의 가압력의 변화를 통해 클램퍼의 정상 여부도 판단할 수 있어 최적 시점에서의 보수가 용이해질 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법에서는 먼저, 제어부(30)가 상위제어장치(50)로부터 공구 교환을 위한 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받는다(S10).
여기서 상위제어장치(50)는 트윈암(100)에 공구(130)가 클램핑된 상태를 확인하여 공구(130)를 자동으로 교환하는 자동 공구 교환장치 뿐만 아니라 자동 공구 교환장치와 연동하여 대상물을 가공하는 머시닝센터일 수 있다.
S10 단계에서 클램핑 신호나 언클램핑 신호가 입력될 경우, 제어부(30)는 근접센서(10)로부터 클램퍼(120)의 위치를 입력받고, 압력센서(20)로부터 클램퍼(120)의 가압력을 입력받는다(S20).
여기서 근접센서(10)로는 초음파 센서가 채용될 수 있으며, 클램퍼(120)의 이동에 따른 위치를 감지하여 클램핑 상태를 판단할 수 있는 위치라면 어느 위치에 설치하더라도 무방하고, 압력센서(20)는 압전센서가 채용될 수 있으며, 공구(130)를 그립(110)에 가압하는 가압력을 측정할 수 있는 위치라면 어느 위치에 설치하더라도 무방하다.
S20 단계에서 클램퍼(120)의 위치와 클램퍼(120)의 가압력을 입력받은 후, 제어부(30)는 입력된 클램퍼(120)의 위치와 클램퍼(120)의 가압력을 기반으로 공구(130)의 클램핑된 상태를 판단할 수 있다(S30).
여기서, 제어부(30)는 클램퍼(120)의 위치가 클램핑 위치이고, 클램퍼(120)의 가압력이 설정압력 이상인 경우 공구(130)가 클램핑된 상태로 판단할 수 있다.
또한, 클램퍼(120)의 위치가 클램핑 위치이지만 클램퍼(120)의 가압력이 설정압력 미만인 경우, 제어부(30)는 클램핑 이상으로 상위제어장치(50)에 제공함으로써 트윈암(100)의 회전이 이루어지지 못하도록 할 수 있다.
S30 단계에서 공구(130)의 클램핑 상태를 판단한 후 제어부(30)는 판단결과를 입출력부(40)를 통해 상위제어장치(50)에 제공할 수 있다(S40).
S40 단계에서 상위제어장치(50)로 트윈암(100)에 클램핑되는 공구(130)의 클램핑 상태를 제공할 경우, 상위제어장치(50)인 자동 공구 교환장치는 트윈암(100)의 클램핑 상태 및 언클램핑 상태를 기반으로 트윈암(100)을 회전시켜 공구(130)를 교환할 수 있다.
또한, 상위제어장치(50)인 머시닝 센터에서는 주축의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 판단함과 더불어 트윈암(100)의 클램핑 상태와 언클램핑 상태를 판단하여 대상물을 가공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 공구 클램핑 확인 장치에 따르면, 자동 공구 교환장치에서 트윈암의 공구 클램퍼에 의한 공구 클램핑 상태를 확인함으로써 주축의 공구 클램핑 상태와 더불어 공구 이탈 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 주축 공구의 언클램핑 과정에서 발생되는 센서 신호의 채터링 문제로 인한 툴 낙하 현상도 감지할 수 있어 각종 기구부의 손상 및 인명피해를 방지할 수 있고, 클램퍼의 가압력의 변화를 통해 클램퍼의 정상 여부도 판단할 수 있어 최적 시점에서의 보수가 용이해질 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 근접센서 20 : 압력센서
30 : 제어부 40 : 입출력부
50 : 상위제어장치 100 : 트윈암
110 : 그립 120 : 클램퍼
130 : 공구

Claims (9)

  1. 자동 공구 교환장치의 트윈암에 각각 설치된 클램퍼의 위치를 감지하는 근접센서;
    공구를 그립에 가압하여 클램핑하는 상기 클램퍼의 가압력을 측정하는 압력센서; 및
    상위제어장치로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받으면, 상기 근접센서로부터 입력된 상기 클램퍼의 위치와 상기 압력센서로부터 입력된 상기 클램퍼의 가압력으로부터 상기 공구의 클램핑 상태를 판단하여 상기 상위제어장치에 제공하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 클램퍼의 위치가 클램핑 위치이고, 상기 클램퍼의 가압력이 설정압력 이상인 경우 상기 공구가 클램핑된 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 상위제어장치로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받고, 상기 제어부에서 판단한 상기 공구의 클램핑 상태를 상기 상위제어장치로 출력하는 입출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 근접센서는, 상기 클램퍼의 이동에 따른 위치를 감지하는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 압력센서는, 상기 클램퍼가 공구를 그립에 가압하는 가압력을 측정하는 압전센서인 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치.
  6. 제어부가 상위제어장치로부터 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받는 단계;
    상기 제어부가 클램핑 신호나 언클램핑 신호를 입력받으면, 근접센서로부터 입력된 클램퍼의 위치와 압력센서로부터 입력된 상기 클램퍼의 가압력으로부터 공구의 클램핑 상태를 판단하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 공구의 클램핑 상태를 판단한 판단결과를 상위제어장치로 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 공구의 클램핑 상태를 판단하는 단계는, 상기 제어부가 상기 클램퍼의 위치가 클램핑 위치이고, 상기 클램퍼의 가압력이 설정압력 이상인 경우, 상기 공구가 클램핑된 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 근접센서는, 상기 클램퍼의 이동에 따른 위치를 감지하는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 압력센서는, 상기 클램퍼가 공구를 그립에 가압하는 가압력을 측정하는 압전센서인 것을 특징으로 하는 공구 클램핑 확인 장치의 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113231890A (zh) * 2021-07-08 2021-08-10 山东捷瑞数字科技股份有限公司 一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具

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CN113231890A (zh) * 2021-07-08 2021-08-10 山东捷瑞数字科技股份有限公司 一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具
CN113231890B (zh) * 2021-07-08 2021-10-12 山东捷瑞数字科技股份有限公司 一种具有数字孪生系统的数控机床电主轴刀柄夹具

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