KR20200123432A - 공작 기계의 스핀들 상에서의 접촉 모니티렁 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작 기계(20)의 스핀들(2) 상에 있는 작업물(1) 또는 공구의 접촉을 모니터링하기 위한 장치에 관한 것으로, 이 장치는 작업물(1) 또는 공구를 위한 지지면(3)을 갖는다. 적어도 하나의 측정 노즐(4)이 지지면(3)으로부터 멀어지게 향하는 유체 유동을 생성하기 위해 지지면의 영역에 배치된다. 측정 노즐의 상류에서 유체 유동은 진공 노즐을 통해 안내되며, 이 진공 노즐은 젯트 노즐(7c)과 콜렉터 노즐(7b)을 포함할 수 있다. 유체 매체가 진공 노즐을 통해 흐를 때, 그 진공 노즐은 진공 공간(9c)에서 음의 압력을 생성한다. 압력 센서(6) 또는 압력 스위치는 진공 공간에서 측정 압력(p3)을 검출한다.

Description

공작 기계의 스핀들 상에서의 접촉 모니티렁

본 발명은 공작 기계의 스핀들에서 접촉을 모니터링하기 위한 장치, 및 작업물 또는 공구의 존재와 위치를 결정하기 위한 대응하는 방법에 관한 것이다.

클램핑 장치에서의 작업물의 존재와 위치를 결정하기 위해 접촉 모니터링 장치가 공작 기계에 사용된다.

종래 기술에는, 특히, 공압식 길이 측정의 원리에 기반하는 접촉 모니터링 장치가 알려져 있다. 이 측정 원리는 광범위하게 표준 DIN 2271(12.2016)에 기재되어 있다. 공압식 접촉 모니터링 장치의 일 중요한 부류는 동적 압력 측정의 원리에 기반한다. 유체가 측정 노즐에 안내된다. 작업물이 그 측정 노즐의 출구를 덮으면, 측정 노즐 내의 동적 압력(정체 압력)이 변하게 된다. 이 변화가 측정된다. 이 측정 원리에 기반하는 공압식 접촉 모니터링 장치는 다양한 제조업체로부터 상용화되어 있다. 전형적인 측정 거리는 0.02 내지 0.2 mm 이다.

공압식 접촉 모니터링 장치에 대한 예가 또한 특허 문헌에서 찾을 수 있다. 예컨대, DE 10 2005 002 448 A1에는, 모니터링 장치의 배출 개구 앞에서 작업물의 위치를 모니터링하기 위한 모니터링 장치가 개시되어 있고, 유체 공급원은 편향 압력을 갖는 가압 공기를 오리피스 요소를 통해 배출 개구에 공급한다. 압력차 센서가 오리피스 요소에서의 압력 강하, 즉 유체 공급원에 의해 공급되는 편향 압력과 배출 개구에서 도달되는 동적 압력 사이의 압력차를 측정한다. 이 압력차의 변화를 사용하여 위치를 결정한다.

공압식 접촉 모니터링 장치에 대한 추가 예가 DE 102 39 079 A1, DE 101 55 135 A1, EP 1 537 946 A1, EP 0 794 035 A1, US 5,540,082, DE 10 2012 216 073 A1 및 WO 2012/160204 A1에 개시되어 있다.

종래 기술에서, 접촉을 모니터링하기 위한 다른 측정 원리가 또한 제안되어 있다. 따라서, EP 3 085 490 A2에는 초음파 측정을 사용하는 접촉 모니터링 장치가 개시되어 있다. DE 10 2014 112 116 A1에는, 센서로서 마이크로파 공진기를 사용하는 접촉자 모니터링 장치가 개시되어 있다.

접촉의 정밀한 모니터링은 기어 가공 기계에서 특히 중요하다. 작업물의 운반은 대개 클램핑 장치와의 마찰 결합으로 수행되며, 작업물은 평평한 표면으로 클램핑 장치의 평평한 상대 표면 상에 놓인다. 작은 칩, 마멸성 슬러리 및 다른 오염물질은 상대 표면에서의 작업물의 평평한 평행 지지를 방해할 수 있고, 그래서 작업물이 비스듬히 클램핑된다. 한편으로, 이는 기계 가공의 정확도를 악화시키고 더 많은 거절을 유발한다. 다른 한편으로, 작업물의 비스듬한 클램핑에 의해 마찰 결합이 감소될 수 있고, 그래서 특정한 상황 하에서는, 작업물이 확실하게 이끌려 가는 것이 더 이상 보장되지 않는다. 또한, 평평한 표면이 결함 있게 가공되었거나 손상을 입은 작업물을 확인하는 것이 중요하다. 이로써, 접촉 모니터링 장치의 정확도에 대한 요건이 매우 높게 된다. 심지어 수 마이크미터의 기울어짐도 검출 가능해야 한다. 기존의 접촉 모니터링 장치는 종종 이러한 목적으로 불충분한 정확도를 보인다. 공구의 접촉을 모니터링할 때 높은 정확도가 또한 중요하다.

기어 가공 기계에서, 작업물 교환이 종종 자동화된 방식으로 수 초 내에 수행된다. 그러므로 접촉의 모니터링은 작업물 교환을 위한 시간의 일부분에서 매우 빠르게 수행되어야 한다. 짧은 측정 시간을 얻기 위해, 접촉 모니터링 장치를 회전 가능한 스핀들에 직접 배치하는 것이 바람직하다. 그러나, 기존의 접촉 모니터링 장치는 이러한 목적에 종종 적합하지 않다.

DE 100 17 556 A1에는, 벤튜리 노즐에서 생성되는 진공을 설정하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이러한 목적으로, 배플 플레이트가 벤튜리 노즐의 뒤에서 유체의 배출 영역에 배치된다. 배플 플레이트는 조절 유닛에 의해 축방향으로 변위 가능하다. 조절 유닛의 도움으로 일어나는 배플 플레이트의 선형적인 변위로, 벤튜리 노즐에 의해 생성되는 진공이 특정한 방식으로 변화될 수 있다. 이 문헌은 접촉의 모니터링과 관련 없고, 대신에, 조절 가능한 진공의 정확한 생성과 관련 있다.

본 발명의 목적은, 공작 기계에서 작업물 또는 공구의 접촉을 모니터링하기 위한 장치로서, 높은 정확도를 얻을 수 있게 해주고 그러면서도 컴팩트하고 또한 비용 효과적인 방식으로 실현될 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 1에 따른 접촉 모니터링 장치로 달성된다.

따라서, 유체 매체에 의해 공작 기계, 특히 기어 가공 기계의 스핀들 상에 있는 작업물 또는 공구의 접촉을 모니터링하기 위한 장치가 제안된다.

본 장치는,

작업물 또는 공구를 위한 지지면;

지지면으로부터 멀어지게 향하는 유체 유동을 생성하기 위해 지지면의 영역에 배치되는 적어도 하나의 측정 노즐;

측정 노즐의 상류에 배치되고, 진공 노즐을 통과하는 유체 매체의 유동으로 진공 공간에 진공을 생성하도록 구성되어 있는 진공 노즐; 및

진공 공간에서 측정 압력을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 제 1 압력 센서 또는 압력 스위치를 포함한다.

따라서 압력 센서 또는 압력 스위치는 진공 공간에서 측정 압력을 측정하도록 구성되고 배치된다. 제안된 장치에서, 측정 범위, 즉 작업물 또는 공구의 존재 또는 부재로 인해 측정 압력이 최대로 변할 수 있는 범위가 공지된 장치와 비교하여 크게 확장된다. 측정 노즐이 완전히 폐쇄되면, 측정 압력은 진공 노즐에 공급되는 (양의) 공급 압력에 실질적으로 대응한다. 그러나, 측정 노즐이 완전히 개방되면, 측정 압력은 실질적인 음의 값에 도달할 수 있다. 따라서, 측정 압력의 최대 변화는 크기에 있어 공급 압력 보다 크다. 이와는 달리, 공지된 장치에서는, 항상 동일한 대수적 부호를 갖는 압력 값만 생성된다. 그리하여 기록될 수 있는 압력의 최대 변화는 항상 공급 압력의 일부분이다.

본 발명에 따른 장치의 상당히 확장된 측저 범위로 인해, 지지면과 작업물 또는 공구 사이의 거리의 이미 작은 변화가 측정 압력의 비교적 큰 변화를 유발하게 된다. 그리하여, 또한 매우 작은 거리가 정밀하게 또한 재현 가능하게 검출될 수 있다. 그래서 본 발명은 접촉의 모니터링 또는 거리 측정의 정확도 및 재현성을 증가시키기 위해 공압식 신호 증폭을 제공한다.

"접촉 모니터링" 이라는 용어는, 본 문맥에서는 지지면에 대한 작업물 또는 공구의 위치를 결정하기 위한 방법으로 이해하면 된다. 이 방법의 결과는 예컨대 연속적인 측정 값(예컨대, 거리 값) 또는 이원적인(binary) 값(예컨대, "충분한 접촉" 대 "불충분한 접촉")일 수 있다.

"진공 노즐" 이라는 용어는, 본 문맥에서 유체 입구와 유체 출구를 포함하는 장치로 이해하면 되고, 유체 입구를 통해 장치에 들어가는 유체 유동은 수축부를 통해 유체 출구까지 안내되며, 그래서 그 유체 유동은 가속된다. 이 결과, 수축부의 영역 및/또는 수축부의 하류에서 진공이 생기게 된다. 이 진공이 측정된다. 이러한 목적으로, 진공 노즐은 진공 포트를 포함하고, 별도의 진공 공간이 그 진공 포트에 연결될 수 있고, 제 1 압력 센서가 진공 공간에 배치된다. 그러나, 진공 공간은 진공 노즐의 일체적인 부분일 수 있고, 제 1 압력 센서는 별도의 진공 포트에 대한 필요 없이 진공 노즐에 직접 배치될 수 있다.

진공 공간은 바람직하게는 주변 환경에 대한 추가의 연결을 갖지 않는다. 그러므로, 진공 공간은 불순물을 함유하는 주변 공기를 흡인할 수 없다. 그러므로 장치는 특히 무오일로 또는 오일 함유 가압 공기로 작동될 수 있다.

진공 노즐은 특히 단순한 벤튜리 노즐 또는 라발(Laval) 노즐로 형성될 수 있다. 그러나, 더 복잡한 설계도 가능하고, 특히, 2-단(stage) 또는 다단 설계가 가능하다. 특히, 진공 노즐은 유체 유동을 가속시키는 수축부를 갖는 젯트 노즐을 포함할 수 있다. 젯트 노즐의 하류에는 별도의 콜렉터 노즐이 배치될 수 있고, 이 콜렉터 노즐은 다시 서서히 확장되어 유체 유동을 다시 감속시킨다. 그래서 진공 공간은 젯트 노즐과 콜렉터 노즐 사이의 챔버로 형성될 수 있거나, 또는 젯트 노즐과 콜렉터 노즐 사이의 영역과 연통할 수 있다. 진공 노즐에서 유체 유동은 초음속으로 가속될 수 있다. 이렇게 해서, 주변 압력과 비교하여 예컨대 -0.9 bar 까지의 진공이 도달될 수 있다.

진공 노즐은 가끔 진공 흡인 노즐 또는 진공 방출기라고도 한다. 진공 노즐은 다양한 실시 형태로 저렴하게 구입 가능하다.

"압력 센서" 라는 용어는, 본 문맥에서는 측정 값 "압력"을 아닐로그 또는 디지털 전기 신호를 변환시키는 장치로 이해하면 된다. 압력 센서를 위한 상이한 측정 원리들이 있다. 공지된 측정 원리는 예컨대 신장 가능한 막에 배치되는 스트레인 게이지를 사용한다. 압력차의 결과로 막이 변형된다. 이 변형은 스트레인 게이지로 검출된다. 다른 측정 원리는 압전 효과를 사용한다. 당업자는 복수의 다양한 압력 센서를 알고 있으며, 본 발명은 특정한 종류의 압력 센서에 한정되지 않는다. 압력 센서는 특히 절대 압력 센서일 수 있고, 또는 압력차 센서일 수 있으며, 이 압력차 센서는 어떤 기준 압력에 대한 측정 압력을 결정한다. 기준 압력은 예컨대 주변 압력 또는 진공 노즐 입구에서의 공급 압력일 수 있다.

"압력 스위치" 라는 용어는, 본 문맥에서는 압력에 따라 접촉자를 개방하거나 페쇄하는 장치로 이해하면 된다.

본 문맥에서, 모든 압력 값은 주변 압력에 대한 것인데, 즉 주변 압력 보다 작은 압력 값은 음의 대수적 부호를 갖는다. 이러한 정의는 본 문맥에서는 압력 값이 결정된 방식에 무관하게 사용된다.

"측정 노즐" 이라는 용어는, 본 문맥에서는 넓은 의미로 이해해야 한다. 측정 노즐은 어떤 형상이라도 가질 수 있다. 측정 노즐은, 유체가 측정 노즐로부터 배출될 때 지지면으로부터 멀어지게 흐르는 유체 유동을 야기하는 개구를 포함한다. 바람직하게 유체 유동은 지지면에 수직하게 측정 노즐에서 나간다.

전체 측정 범위를 커버하는 압력 값을 결정할 수 있도록, 제 1 압력 센서는 유리하게는 진공 공간에서 측정 압력의 양의 값과 음의 값을 검출하도록 배치된다. 전체 측정 범위를 효과적으로 사용하기 위해, 본 장치는 바람직하게는, 장치가 의도된 방식으로 작동되고 있을 때, 즉 유체가 의도된 공급 압력으로 진공 노즐에 공급될 때, 지지면에 작업물 또는 공구가 없으면 진공 공간에서의 측정 압력이 실제로 음의 값에 도달하도록, 치수 결정된다. 특히, 측정 노즐의 치수 및 진공 노즐과 측정 노즐 사이의 도관의 치수 및 진공 노즐의 구성은 적절하게 조화된다. 여기서 의도된 공급 압력은 바람직하게는 2 bar 미만, 특히 바람직하게는 0.8 bar 내지 1.6 bar 이다.

본 접촉 모니터링 장치는 진공 노즐의 상류에서 미리 결정된 공급 압력을 생성하기 위해 압력 조정기를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 접촉 모니터링 장치는 진공 노즐의 상류에서 공급 압력을 결정하기 위해 제 2 압력 센서를 포함할 수 있다.

본 장치는 제어기를 더 포함할 수 있다. 이 제어기는 제 1 압력 센서 또는 압력 스위치로부터, 측정 압력에 의존하는 신호를 받고 또한 받은 신호를 고려하여 상기 작업물 또는 공구의 위치를 결정하도록 구성되어 있다. 신호는 특히 측정 압력에 본질적으로 의존하는 측정 신호일 수 있지만, 특정한 압력 임계값이 미달되었거나 초과되었음을 알려주는 단순한 이원적인 신호일 수도 있다.

제어기는 작업물 또는 공구의 위치를 결정할 때 진공 노즐의 상류의 공급 압력을 고려하도록 더 구성될 수 있다. 이러한 목적으로, 제어기는 제 2 압력 센서로부터 신호를 받을 수 있다. 그러나, 공급 압력은 압력 조정기에 의해 고정되고, 대응하는 압력 값이 압력 센서에 의한 것과는 다른 방식으로 제어기에 공급되는 것도 가능하다.

측정 노즐은, 지지면에 정확히 면평행하게 접촉한 경우에 작업물 또는 공구가 측정 노즐을 완전히 폐쇄하도록, 지지면의 영역에 배치될 수 있다. 면평행한 접촉의 경우에, 측정 압력은 실질적으로 공급 압력에 대응한다. 이렇게 해서, 전체 측정 범위가 사용된다.

대안적으로 또는 추가로, 그러나 측정 노즐은, 지지면에 정확히 면평행하게 접촉한 경우에 작업물 또는 공구가 측정 노즐로부터 규정된 거리에 배치되어 작업물 또는 공구가 측정 노즐을 완전히 폐쇄하지 않도록, 지지면의 영역에 배치될 수도 있다. 정확히 면평행한 접촉의 경우에도, 특정 양의 유체가 진공 노즐을 통해 흐를 것이고, 결과적으로, 정확히 면평행한 접촉의 경우에도 측정 압력은 공급 압력 보다 작을 것이다. 이렇게 해서, 전체 측정 범위가 사용되는 것은 아니다. 그러나, 장치는 예컨대 그 장치가 거리의 변화에 최대로 민감한 범위, 즉 압력의 거리에 대한 의존성을 나타내는 특성 곡선이 가장 가파른 범위에서 작동될 수 있다.

진공 노즐과 측정 노즐은 매우 컴팩트하게 형성될 수 있다. 그리하여, 그것들은 스핀들의 회전 가능한 부분에 배치될 수 있다. 그리하여, 진공 노즐과 측정 노즐 사이의 측정 라인(관)은 매우 짧게 구성될 수 있다. 그리하여, 장치의 응답성이 개선되고 또한 측정 시간이 짧게 된다.

본 장치는 특히 컴팩트한 기능 유닛을 포함할 수 있고, 이 기능 유닛은 적어도 진공 노즐이 배치되는 하우징을 포함한다. 선택적으로, 측정 노즐은 기능 유닛의 일부분일 수 있다. 기능 유닛은 스핀들의 회전 가능한 부분에 있는 보어 안에 배치되는, 특히, 유동 방향의 반대로 그러한 보어 안으로 삽입되는, 예컨대 슬라이딩되거나 나사 결합되는 카트리지를 형성할 수 있다. 이 경우 보어는 바람직하게는 스핀들 축선에 평행하다.

제어기에의 신호 전달을 용이하게 하기 위해, 제 1 압력 센서 또는 압력 스위치 및/또는 제 2 압력 센서는 무선 신호 전달을 위한 장치, 특히 피동적인 RFID 트랜스폰더를 포함할 수 있다.

정치의 정화를 용이하게 하기 위해, 그 장치는 적어도 진공 노즐과 측정 노즐을 퍼징하기 위해 추가적인 압력 포트를 포함할 수 있다. 가압 공기가 다시 유체 입구를 통해 장치에서 나가는 것을 방지하기 위해, 역류 방지 밸브가 유체 입구에 배치될 수 있으며, 추가적인 압력 포트에 대한 압력이 유체 입구에서의 공급 압력을 초과하면 그 역류 방지 밸브는 폐쇄된다. 유사하게, 추가적인 압력 포트에 역류 방지 밸브가 배치될 수 있는데, 이 밸브는 정상적인 각동 동안에 유체가 그 추가적인 압력 포트를 통해 배출되는 것을 방지한다.

본 장치는 적어도 하나의 추가 진공 노즐을 더 포함하고, 또한 본 장치는 이 추가 진공 노즐을 사용하여,

두 기계 요소 사이의 거리의 측정;

동적 압력의 측정;

유량의 측정;

유량의 조정; 및

압력의 조정

중의 하나의 일을 하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 또한 유체 매체를 사용하여 공작 기계, 특히 기어 가공 기계의 스핀들 상에 있는 작업물 또는 공구의 접촉을 모니터링하기 위한 방법을 제공한다. 스핀들은 작업물 또는 공구를 위한 지지면을 포함한다. 본 방법은,

적어도 하나의 측정 노즐을 통해 지지면으로부터 멀어지게 향하는 유체 유동을 생성시키는 단계 - 유체 유동은 측정 노즐의 상류에서 진공 노즐을 통해 안내되고, 이 진공 노즐은 진공 노즐을 통과하는 유체 매체의 유동으로 진공 공간에 진공을 생성하도록 구성되어 있음 -;

진공 공간에서 측정 압력을 검출하는 단계; 및

측정 압력을 고려하여 지지면에 대한 작업물 또는 공구의 위치를 결정하는 단계를 포함한다.

본 방법은 바람직하게는, 지지면에 작업물 또는 공구가 없으면 진공 공간에서의 측정 압력은 음의 값에 도달하도록 수행된다.

이미 언급한 바와 같이, 본 방법은 제어기로 수행될 수 있고, 이 제어기는 측정 압력의 영향을 받는 신호를 받고, 제어기는 받은 신호를 고려하여 작업물 또는 공구의 위치를 결정하게 된다. 제어기는 선택적으로 진공 노즐의 상류의 공급 압력을 또한 결정할 수 있고, 또한 그 공급 압력을 고려하여 작업물 또는 공구의 위치를 결정할 수 있다.

측정 압력의 영향을 받는 신호는 유리하게는 무선으로 제어기에 전달된다. 이는 공급 압력에 대한 신호에 대해서도 마찬가지다. 특히, 각각의 신호는 피동적인 RFID 트랜스폰더에 의해 전달될 수 있다.

본 방법은 추가적인 압력 포트를 통해 도입되는 유체를 이용하여 진공 노즐과 측정 노즐을 퍼징하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하고, 도면은 단지 실례의 목적을 위한 것이고 한정적인 것으로 이해되어서는 안 된다.

도 1은 기어 휠이 클램핑되어 있고 접촉 모니터링 장치를 갖는 클팸핑 장치를 정면도로 나타낸 것이며, 절취 부분 A에서 클램핑 장치 및 기어 휠은 중심 종방향 단면으로 나타나 있다.
도 1a는 절취 부분 A의 확대도를 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따른 접촉 모니터링 장치에서 측정 거리(b)에 대한 측정 압력의 의존성을 예시적으로 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치에서 측정 거리(b)에 대한 측정 압력의 의존성을 예시적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 접촉 모니터링 장치를 기호적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 접촉 모니터링 장치를 기호적으로 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 형태에 따른 접촉 모니터링 장치를 기호적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제 4 실시 형태에 따른 접촉 모니터링 장치를 기호적으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치의 중심 종방향 단면을 나타내고, 이 장치는 도 5의 원리에 따라 작동한다.
도 9는 기어 가공 기계에 있는 작업물 및 공구에 대해 본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치를 개략적으로 나타낸다.
도 10은 절취 부분 B를 갖는 작업물 스핀들의 상세도를 나타낸다.
도 10a는 도 10에 있는 절취 부분 B의 확대 상세도를 나타낸다.
도 11은 절취 부분 C를 갖는 작업물 스핀들의 상세도를 나타낸다.
도 11a는 도 11에 있는 절취 부분 C의 확대 상세도를 나타낸다.
도 12는 절취 부분 D를 갖는 연삭 스핀들의 상세도를 나타낸다.
도 12a는 도 12에 있는 절취 부분 D의 확대 상세도를 나타낸다.

도면에서, 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 영역, 압력, 기능적 요소 또는 추가 요소에 대해 사용된다.

기능적 원리

도 1 및 1a에는, 기어 휠 형태의 작업물(1)이 나타나 있고, 이 기어 휠은 자동화된 작업물 클램핑 장치(2)에 배치되어 있다. 기어 휠(1)은 도 1에서 바닥에 배치되는 면에서 평평한 전방면을 포함한다. 이 전방면으로, 기어 휠(1)은 클램핑 장치(2)의 지지면(3) 상에 안착된다. 지지면(3)은 작업물(1)의 위치를 위한 기준면으로서 역할한다. 지지면(3)과 작업물의 전방면 사이에는 측정 슬릿(b)이 형성된다. 지지면(3)에서, 하나 이상의, 바람직하게는 3개의 측정 노즐(4)이 형성된다. 측정 노즐(4)에는, 개략적으로 나타나 있는 압력 포트(10a)를 통해 공급 압력(p1)에서 가압 공기가 제공된다.

그러한 공압식 구성의 경우, 종래 기술에서, 측정 노즐에서의 동적 압력(작업물이 측정 노즐로부터의 가압 공기의 배출을 방지하는 결과로 발생됨)은 대개 직접적으로 또는 간접적으로 결정된다. 도 2는 측정 노즐에서의 측정 압력(p2)의 측정 슬릿(b)의 크기에 대한 의존성을 예시적으로 도시한다. 측정 압력은 공급 압력 및 측정 슬릿의 크기의 함수이다: p2 = f(p1, b). 측정 슬릿이 매우 크면(본 예에서는 예컨대 b ＞ 1 mm), 작업물을 통과해 측정 노즐로부터 나오는 가압 공기의 배출은 현저하게 방해 받지 않는다. 작업물에 의해 야기되는 동적 압력은 무시 가능하게 작으며, 측정 노즐에서의 측정 압력(p2)은 임계값(pmin)에 대응한다. 그러나, 작업물이 측정 노즐을 완전히 폐쇄하면(b = 0), 동적 압력은 최대에 도달하고, 측정 노즐에서의 측정 압력(p2)은 공급 압력(p1)에 대응한다.

절대 압력(p2)을 측정하는 대신에, 압력차(△p = p1 - p2)가 또한 측정될 수 있고, 그래서 이 압력차는 공급 압력(p1)과 측정 슬릿(b)의 함수를 나타낸다. 작업물이 측정 노즐로부터의 가압 공기의 배출을 방해하지 않으면, 압력차(△p)는 최대에 도달한다: △pmax = p1 - pmin. 작업물이 측정 노즐을 완전히 폐쇄되면, 압력차는 영이 된다.

최대 압력차(△pmax)는 작업물의 존재로 인한 최대 압력 변화에 대응한다. 최대 압력차는 이용 가능한 측정 범위의 크기를 규정한다. 도 2의 예에서, 공급 압력 p2 = 1.6 bar에서 최대 압력차는 △pmax ≒ 0.5 bar 이다.

실제로, 최대 압력차(△pmax)는 종종 공급 압력에 약간만 의존하는 것으로 나타나 있다. 예컨대, 도 2의 예에서 p1 = 0.8 bar의 공급 압력에서, 최대 압력차는 또한 약 0.5 bar이다. 종래 기술에 따른 측정 원리를 사용하면, 본 예에서 측정 범위의 크기는 항상 0.5 bar 이고, 실질적으로 공급 압력의 크기에 대해서는 실질적으로 독립적이다.

이 측정 범위가 확장되면, 이는 더 높은 공급 압력 및/또는 더 높은 유량으로만 달성될 수 있다. 그러나, 공급 압력이 더 높게 되면, 더 작고 더 가벼운 작업물은 밀려나 확실한 접촉이 더 이상 얻어지지 않는다. 유량의 증가는 경제적인 이유로 고려되지 않을 것이다.

대조적으로, 본 발명에서, 압력(p3)의 (절대적인 또는 상대적인) 측정은 진공 노즐의 진공 공간에서 일어난다. 도 3은 측정 슬릿(b)의 크기에 의존하는 이 압력의 변화 과정을 예시적으로 도시한다. 측정 슬릿이 완전히 폐쇄되면(b = 0), 공기는 진공 노즐을 통해 흐르지 않는다. 따라서, 진공 노즐에서 측정되는 압력은 공급 압력(p1)에 대응한다. 측정 슬릿이 완전히 개방되면(본 예에서는 b ＞ 1 mm), 공기는 방해 받지 않고 진공 노즐을 통해 흐를 수 있다. 베르누이 원리에 의해, 이 결과, 진공 노즐에 진공이 생기게 되며, 이 진공은 본 예에서는 기껏해야 pmin ≒ -0.9 bar의 압력 최소에 도달한다. 이 예에서 최대 압력차(△pmax)는 △pmax = p1 - pmin ≒ 1.6 bar - (-0.9 bar) = 2.5 bar 이다. 따라서 측정 범위의 크기(약 2.5 bar임)는 종래 기술에 따른 측정 원리의 경우의 약 5 배가 된다. 그러나 이 측정 범위는 이제 공급 압력(p1)에 크게 의존한다. 그것이 클수록, 공급 압력은 더 커지게 된다. 따라서, 공급 압력의 정확한 모니터링 또는 적어도 결정은 여기서 특히 중요하다.

특정한 실시 형태

도 4 - 7에서, 본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치에 대한 4개의 다른 실시 형태가 아주 개략적이고 기호적인 형태로 예시되어 있다.

도 4의 제 1 실시 형태에서, 작동 압력(p0)을 갖는 압력 포트(9a)가 압력 조정기(5)에 연결되어 있다. 압력 조정기(5)는 규정된 공급 압력(p1)을 제공하고, 이 공급 압력은 바람직하게는 0.8 내지 1.6 bar의 범위에 있다. 압력 라인(9b)을 통해 가압 공기가 공급 압력(p1)으로 진공 노즐(7)에 공급된다. 진공 노즐은 진공 공간(9c)(도 4에서 기호로만 도시되어 있음)과 연통하고, 이 진공 공간은 압력 센서(6)에 연결된다. 압력 센서(6)는 절대 압력 센서 또는 압력차 센서일 수 있다. 압력차 센서의 경우에, 이 센서는 특히 공급 압력(p1)과 진공 공간(9c)에서의 압력(p3) 사이의 압력차를 측정할 수 있다. 측정 라인(10a)을 통해, 진공 노즐(7)에서 배출되는 가압 공기는 적어도 하나의 측정 노즐(4), 바람직하게는 클램핑 장치(2)의 환형 지지면(3)에서 원주 방향을 따라 균등하게 분산되어 있는 3개의 측정 노즐(4)에 도달한다.

가압 공기는 배출 압력(p4)에서 각 측정 노즐(4)을 통해 흐른다. 유량과 배출 압력(14)은 지지면(3)에 대한 작업물(1)의 위치, 특히, 측정 슬릿(b)의 크기에 의존한다. 진공 노즐에서, 진공은 전술한 바와 같이 가압 공기의 흐름을 통해 생기며, 진공 노즐 내의 진공의 크기는 측정 슬릿(b)의 크기에 크게 의존한다. 압력 센서(6)를 사용하여 진공 공간(9c)에서의 압력을 결정하여, 측정 노즐에서 배출되는 유량 및 그래서 측정 슬릿(b)의 크기는 진공 노즐에서의 압력(p3)의 측정을 통해 간접적으로 결정될 수 있다. 그 안의 최대 진공은, 작업물이 지지면으로부터 측정 거리에 있지 않음을 나타낸다. 그러나, 작업물(1)이 측정 노즐(4)을 완전히 폐쇄하면, 가압 공기가 더 이상 흐를 수 없다. 그 경우, p3 = p4 = p1 이고, 즉 측정 압력(p3)은 공급 압력(p1)에 대응하고, 또한 배출 압력(p4)은 공급 압력에 대응한다. 작업물(1)의 접촉을 결정하기 위해, p1에 가까운 양의 압력 값이 전환점으로서 설정될 수 있다.

도 4에 나타나 있는 모든 단일 요소(5, 6, 7, 9b, 9c)는 공통 기능 유닛(14a)으로서 조립될 수 있고, 회전 스핀들의 고정 기부에서 사용될 수 있다. 그러나 측정 노즐(4)은 스핀들의 회전 가능한 부분에 위치된다. 가압 공기는 측정 라인(10a) 및 상용화된 회전 조인트(미도시)를 통해 각각의 측정 노들(4)에 안내된다.

도 5에서, 본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치의 제 2 실시 형태가 도시되어 있다. 이 실시 형태는, 추가적인 압력 포트(9d)의 도움으로 퍼징(purging) 기능을 실현한다는 점에서 제 1 실시 형태와 다르다. 전체 기능 유닛(14a)의 퍼징을 위해, 공급 압력 보다 높은 압력에서, 특히, 압력 조정기의 입구에 가해지는 전 작동 압력(p0)으로 가압 공기가 추가적인 압력 포트(9d)로부터 진공 노즐(7)의 입구에 도입된다. 가압 공기는 진공 노즐(7), 측정 라인(10a) 및 측정 노즐(4)을 통해 흘러 이들 요소를 정화한다. 역류 방지 밸브(8)에 의해, 퍼징 동안에 추가적인 압력 포트(9d)에 의해 도입된 가압 공기가 통상의 압력 포트(9a)를 통해 배출되는 것이 방지되고, 또한 통상의 측정 작동 동안에 통상의 압력 포트(9a)에 의해 도입된 가압 공기가 추가적인 압력 포트(9d)를 통해 배출되는 것이 방지된다.

본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치의 제 3 실시 형태가 도 6에 도시되어 있다. 진공 노즐은 미리 제작된 진공 노즐 카트리지(7a) 안에 내장된다. 진공 노즐 카트리지(7a) 및 대응하는 압력 센서(6)는 이제 기능 유닛(14a)의 외부에 있는 회전 스핀들에 배치된다. 그러나, 압력 조정기(5)를 갖는 감소된 기능 유닛(14a)은 고정 기부에 남아 있고, 회전 조인트에 걸쳐 공급 압력(p1)을 갖는 보정된 가압 공기를 회전 스핀들에 제공한다. 거기서부터, 가압 공기는 진공 노즐 카트리지(7a)에 도달하고 또한 적어도 하나의 측정 노즐(4)에 도달한다. 압력 조정기(5)와 진공 노즐 카트리지(7a) 사이의 큰 거리로 인해, 공급 압력(p1)의 정밀한 측정을 위한 제 2 압력 센서(6)가 그의 바로 상류에 제공된다. 물론, 이 실시 형태에는 도 5에 따른 퍼징 기능이 선택적으로 제공될 수 있다.

도 7에서, 본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치의 제 4 실시 형태가 도시되어 있다. 고정 기부에 있는 감소된 기능 유닛(14a) 외에도, 작고 컴팩트한 제 2 기능 유닛(14b)이 회전 스핀들에 배치되어 있다. 이 기능 유닛(14b)은 적어도 하나의 측정 노즐(4)의 바로 상류에 배치되고 짧은 측정 라인(10a)을 통해 각 측정 노즐에 연결된다. 진공 노즐은 마이크로 설계로 또는 다시 미리 형성되는 진공 노즐 카트리지(7a)로 설계될 수 있다. 진공 공간(9c)은 기밀한 연결 라인, 예컨대 짧은 보어를 통해 원격 압력 센서(6)에 연결된다. 매우 컴팩트한 센서가 압력 센서(6)로서 사용될 수 있다. 제어기와 무선으로 연결되는 현대의 압력 센서가 이 목적에 유리하게 적합하다. 그러나, 압력 조정기(5)(더 많은 공간을 필요로 함) 및 작동 압력(p0)을 위한 압력 포트(9a)는 설치 공간에서 회전 스핀들(덜 크램핑됨)의 고정 기부에 배치된다. 그리고 보정된 가압 공기(p1)는 압력 조정기(5)에 의해 상용화된 회전 조인트(나타나 있지 않음)를 통해 기능 유닛(14b)애 제공된다. 이 실시 형태의 이점은, 한편으로 진공 노즐과 측정 노즐(4) 사이의 거리 및 다른 한편으로는 진공 노즐의 진공 공간(9c)과 대응 압력 센서 사이의 거리가 매우 짧게 실현될 수 있다는 것이다. 그리하여, 매우 짧은 측정 시간이 가능하게 된다.

도 4 내지 7에 따른 모든 실시 형태에 대한 추가 옵션은 특정한 제약을 가질 수 있다:

- 압력 센서(6) 대신에, 압력 스위치가 또한 사용될 수 있고, 이는 전자적으로 평가될 필요는 없고 더 비용 효과적이다.

- 압력(p1)이 진공 노즐(7)의 상류에서 측정되고 따라서 평가에 고려되면, 선행하는 압력 조정기 밸브(5)는 없어도 된다. 특히, 압력 조정기(5) 대신에, 비례 감암 밸브 또는 조절 가능한 또는 고정된 감압 밸브가 사용될 수 있다.

기능 유닛의 실시 형태

도 8은 도 5에 따른 실시 형태의 완전한 기능 유닛(14a)을 나타낸다. 이 실시 형태는 상용화된 요소를 사용하여 조립될 수 있고, 다양한 용례에서 표준으로서 비용 효과적으로 사용될 수 있다.

압력 조정기(5)는 본체에 형성된다. 압력 라인(9b)은 본체에 있는 보어의 형태로 실현된다. 진공 노즐은 미리 형성된 진공 노즐 카트리지(7a)로서 형성되고, 이 카트리지는 흐름 방향의 반대로 본체의 대응하는 보어 안으로 삽입된다. 진공 공간(9c)은 본체에서 흐름 방향에 수직하게 있는 보어로 형성되며, 이 보어는 진공 노즐 카트리지(7a)의 진공 포트에 연결된다. 압력 센서(6)는 이 보어에 연결된다. 역류 방지 밸브(8)는 본체 안으로 나사 결합된다. 압력 포트(9a, 9b)는 역류 방지 밸브(8)에 형성된다.

기어 가공 기계에서의 사용

도 9에서, 본 발명에 다른 접촉 모니터링 장치가 기어 가공 기계(20)에 사용되는 것을 개략적으로 그리고 예시적으로 도시되어 있다. 기계 베드(19)에 작업물 스핀들(15)이 배치된다. 기계 스탠드(미도시)에 공구 스핀들(16)에 배치된다. 각 경우에, 도 8에 따른 기능 유닛(14a)은 작업물 스핀들 및 공구 스핀들에 할당된다. 기능 유닛은 작업물 스핀들에 작업물(1)이 있는지 또는 공구 스핀들에 공구(11)가 있는지를 결정하는 역할을 한다. 기계의 상이한 기능들은 기계 제어기(17)를 통해 제어된다. 제어 패널(18)은 기어 가공 기계를 작동시키기 위한 역할을 한다.

보정(calibration)

상이한 작업물 뱃치(batch)를 가공할 때, 작업물(1)과 클램핑 수단(2) 사이의 배출 조건이 변할 수 있다. 그러므로, 공구 종류 및 클램핑 수단의 각 조합에 대해 별도의 보정을 수행할 필요가 있을 수 있다. 이와 관련하여, 작업물 자체가 통상적으로 공차, 예컨대, 전방면의 상이한 거칠기 등급 및 형상과 위치의 공차를 가짐에 따라, 허용 측정 공차 범위를 결정하는 것이 의미가 있을 수 있다.

이하, 가능한 보정 과정을 설명한다. 이러한 목적으로, 전형적으로, p1 = 1.6 bar와 같은 규정된 값을 제어 패널(18)에서 입력하여 먼저 압력(p1)이 먼저 결정된다. CNC 제어기(17)에 의해, 이 값은 압력 조정기(5)에서 자동적으로 설정될 수 있다. 압력 센서(6)에서 제 1 측정 값(p3)의 측정은 클램핑 장치(2)에서 작업물(1)을 고정시켜 수행되며, 이 작업물(1)은 이 클램핑 장치(2)의 기준면(3)에 완전하게 접촉한다. 압력 센서(6)의 전기 출력 신호는 CNC 제어기(17)에 전달되어 거기에 저장되며, 필요하다면, 제어 패널(18)에서 수동으로 확인된다. 이 측정 값(p3)은 이 경우에 압력(p1)과 같거나 그에 가깝다. 압력 센서(6)에서 제 2 측정 값(p3)의 결정은, 클램핑 장치(2)의 기준면(3)과 작업물(1)의 평행한 지지면 사이에 적절한 거리 게이지(12)를 배치하여 수행되고, 그 거리 게이지의 높이는 최대 허용 측정 거리(b)에 대응한다. 압력 센서(6)의 이 제 2 전기 출력 신호는 CNC 제어기(17)에 전달되고 거기서 제 1 측정 값(p3)과 유사하게 처리된다. 사용자는 또한 이 압력(p3)( 이제 전형적으로 진공 범위에 있음)을 제어 패널(18)에서 직접 읽을 수 있다.

측정 작업에 관한 추가 고려 사항

이하, 측정 작업에 관한 여러 개의 추가 고려 사항을 요약한다. 이하에서 설명되는 모든 방안은 개별적으로 또는 함께 실행될 수 있다.

측정 작업 동안에, 각 압력 조정기(5) 및 압력 센서(6)의 전기 출력 신호는 규정된 규칙에 따라 CNC 제어기(17)로 평가될 수 있고 또한 제어 패널(18)을 통해 변화될 수 있다. 바람직하게는, 제어 패널(18)에 있는 멀티 터치 모니터의 사용으로, 압력 값(p1, p3)의 상호 작용 제공이 용이하게 되며, 이들 압력은 도 3에 나타나 있는 도와 유사하게 시각적으로 도시될 수 있다. 사용자는, 가능하다면 멀티 터치 모니터를 통해, 개별적으로 규정된 공차를 각 제 2 또는 추가의 측정 값에 할당할 수 있는데, 즉 사용자는 현장 시험 데이타에 관한 이들 측정 값을 평가할 수 있고/있거나 한계 값 및 오프셋을 이들 측정 값에 할당할 수 있다. 필요하다면, 고정 값 또는 한계 값에는 할당된 공차가 주어질 수 있고, 허용 측정 범위가 할당될 수 있거나 전환점이 규정될 수 있다. 그래서 이들 설정은 사용자의 어떤 수동적인 개입도 없이 CNC 제어기(17)를 통해 유효하게 될 수 있다. 그러므로 기능 유닛(14a)의 겁근 가능성은 유지 보수 작업의 경우에만 보장되어야 한다.

CNC 제어기(17)를 통해, 개별 작압물(1)의 측정 값 데이타를 기록하고 이를 대응하는 작업물 뱃치에 할당할 수 있는 가능성이 더 존재한다. 반복적인 작업물(1)을 위해, 측정 거리(b)에 관한 측정 값이 일 세트의 파라미터로서 CNC 제어기(17)에 저장될 수 있다. 동일한 작업물이 다시 제조되는 경우, 이들 세트의 파라미터가 불러와져 이러한 목적에 사용될 수 있다. 이는 기준 세트의 파라미터의 데이타 기록 및/또는 저장에 의해 가능하게 된다. 동일한 뱃치의 추가 작업물(1)이 기준면(3) 상에 배치되면, 현재 측정 값(p3)과 측정 거리(b)의 저장되어 있는 공차 범위의 비교가 자동적으로 수행된다. 그리하여, 클램핑 수단(2)과 작업물(1)의 공지된 조합의 경우에 비교 값이 쉽게 불러와져 사용될 수 있다. 측정 값이 허용 공차의 외부에 있으면, 편차가 제어 패널(18)에 나타내질 수 있고/있거나 CNC 제어기(17)는 대응하는 보정 조치를 시작할 수 있다. 또한, 압력(p1, p3) 및 결정된 측정 거리(b)의 허용 불가능한 편차에 대한 감시가 수행된다. 그리하여, 이 방법은 처리 데이타의 수집, 제조 공정의 추적성 및 재현성 그리고 가공 안전의 보장에 중요한 기여를 제공한다.

제어 패널(18)을 갖는 본 CNC 제어기(17)에의 이 특별히 양호한 통합 가능성에 의해, 가압 공기의 조정, 측정 공기의 차단, 전기 측정 신호의 확대, 시각화를 이루는 제어기 기능 및 특히 효과적인 퍼징 기능의 실현과 같은 추가의 특별한 기능이 제공될 수 있다.

따라서, 전적으로, 회전 스핀들(15, 16)에서의 접촉을 모니터링하기 위한 장치의 빠르고 컴팩트한 고정밀의 실시 형태가 실현될 수 있다.

추가 기능: 거리의 측정, 동적 압력의 측정, 유량의 측정, 유량의 조정, 및 압력의 조정

전술한 바와 같은 장치로, 큰 변경 없이 추가 기능이 실현될 수 있다. 특히, 그러한 장치는 최소 거리, 동적 압력, 또는 유량의 측정 및 유량 또는 압력의 조정에 사용될 수 있다.

예컨대, 연삭 스핀들(16)의 작동 동안에, 열적 변화가 일어나, 이 스핀들(16)의 길이의 작은 변화가 일어나고 그래서 가공 동안에 작업물(1)에 오차가 생길 수 있다. 연삭 스핀들(16)에 있는 고정 기부에 대한 길이의 이 작은 변화는, 전술한 바와 같은 장치에 의한 거리의 공압식 측정으로 검출될 수 있고 제어기(17)를 통해 보정될 수 있다.

이들 측정 방법에서, 보정의 목적으로, 바람직하게는 전체 측정 거리(b)는 가르침 과정에서 스캔되고, 보정된 압력(p1) 외에, 측정 압력(p3)은 적어도 5개의 미리 규정된 거리 단계로 제어기(17)에 전달되며, 관련된 측정 거리(b)에 할당된다. 이러한 목적으로, 기어 가공 기계(20)의 시동 동안에 또는 작업물과 클램핑 수단의 교체 동안에, 작업물(1)과 기준면(3) 사이에 대응적으로 단계적인 높이를 갖는 거리 게이지(12)가 클램핑 장치(2)에 삽입된다. 개선된 사용성 및 압력 값의 더 정밀한 설정을 위해 비선형적인 압력 곡선(p3)이 제어기(17)에 의해 선형화된다.

측정 곡선 및 현재 측정 압력(p3)에 근거하여, 제어기(17)는 각각의 측정 거리(b), 각각의 동적 압력 및 각각의 유량을 계산하고 필요하다면 이를 제어 패널(18)에 전달한다. 또한, 각 기능 유닛(14a)에 대해, 도 3과 유사한 측정 곡선이 제어 패널(18)에 시각적으로 도시되고, 비교 목적으로 제어기(17)에 저장된다. 전체 측정 거리(b)의 스캐닝, 선형화 및 다양한 데이타의 계산 결정이 바람직하게 모들 실시 형태 및 용례를 위해 실현된다.

기어 가공 기계(20)에서, 종종 선택적인 측정 장치가 사용되며, 이 측정 장치는 일반적으로 무오일 시일링 공기로 작동된다. 측정 장치 마다 필요한 공기의 양은 전형적으로 7 내지 10 l/min 이고 전형적으로 1 bar의 공급 압력으로 작동된다. 따라서, 예컨대, 광학식 측정 장치를 갖는 기어 가공 기계에서, 8개의 NC 축에 대해 약 80 l/min의 무오일 시일링 공기가 영구적으로 제공되어야 한다. 이러한 양의 공기를 영구적으로 제공하면, 무시 못할 비용 인자가 생기게 된다. 그러므로, 정확히 필요한 양의 시일링 공기만 제공하는 것이 바람직하다. 위에서 언급한 종류의 장치가 유량 조정의 목적을 위한 역할을 할 수 있다.

빠르게 회전하는 작업물과 공구 스핀들의 확실한 시일링을 위해서도 시일링 공기가 필요하다. 그러나, 이러한 목적으로, 오일 함유 공기도 사용될 수 있다. 공기의 압력과 양은 스핀들 크기에 따라 조절된다. 여기서도, 이상적으로 이 시일링 공기는 정확히 필요한 양으로만 제공된다. 이 경우에도, 위에서 언급된 종류의 장치가 유량 조정을 위한 역할을 할 수 있다.

유량 조정을 위해 그러한 장치를 사용할 때, 일정한 양의 가압 공기가, 비례 감압 밸브(진공 노즐의 상류에 배치됨)에 의해 압력 센서(6)에 대한 압력(p3)을 조정하여 보장된다. 그리하여, 압력(p1)은, 압력 센서(6)에서 항상 일정한 압력(p3)이 검출되도록 조정되며, 이 압력은 요망되는 유량에 비례한다. 조정은 제어기(17)로 수행될 수 있다.

장치 사용의 다양한 가능성이 측정 라인(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)으로 도 9에 개략적으로 나타나 있고, 여기서 측정 라인(10a)은 접촉 모니터링 장치를 나타내고, 측정 라인(10b)은 거리 측정을 나타내며, 측정 라인(10c)은 동적 압력의 측정을 나타내며, 측정 라인(10d)은 유량의 측정을 나타내며, 그리고 측정 라인(10e)은 유량의 조정을 나타낸다.

마이크로 설계의 실시 형태

도 10 및 10a는 접촉 모니터링 장치를 도 7에 따른 마이크로 설계로 실현한 것을 도시한다. 마이크로 기능 유닛(14b)은 클램핑 수단(2)에 있는 작업물 스핀들의 회전 영역에 배치된다. 마이크로 기능 유닛(14b)은 진공 노즐 카트리지로 형성된다. 이는 젯트 노즐(7b) 및 콜렉터 노즐(7c)의 형태로 된 2개의 노즐 요소를 포함한다. 압력 조정기(5)(미도시)가 작업물 스핀들(15)의 고정 기부에 체결된다. 압력(p1)을 갖는 가압 공기가 거기서부터 회전 조인트(미도시)를 통해 압력 포트(9b)에 제공되고, 거기서부터 계속 젯트 노즐(7b)에 제공된다. 젯트 노즐은 들어가는 가압 공기를 크게 가속시키는 연속적인 테이퍼부를 포함한다. 젯트 노즐은 챔버 안으로 열려 있고, 이 챔버는 클램핑 수단(2)에 있는 보어 형태로 된 진공 공간(9c)에 연결된다. 이 진공 공간(9c)에는 압력 센서(미도시)가 배치된다. 젯트 노즐(7b)에서 배출되는 가스는 높은 속도로 콜렉터 노즐(7c)에 도달한다. 그 안에서 가스는 추가의 연속적인 테이퍼부를 통해 안내되어, 서서히 확장되는 배출 영역 안으로 들어가며, 그래서 가스 흐름이 다시 감속된다. 거기서부터 가스는 계속 직경(d)의 측정 노즐(4) 안으로 들어가게 된다. 젯트 노즐(7b) 및 콜렉터 노즐(7c)은 마이크로 기능 유닛(14b)의 공통 하우징 안에 수용된다. 전체 마이크로 기능 유닛(14b)은 작업물 스핀들의 클램핑 수단(2)의 보어에 있는 추가 시일(13)을 통해 기밀하게 유지된다.

접촉 모니터링 장치의 보정을 위해, 다양한 두께를 갖는 거리 게이지(12)가 규정된 크기(b)의 측정 슬릿을 얻기 위해 사용될 수 있다.

도 11 및 11a에서, 선택적으로, 측정 노즐(4)은 기준면(3)에 대해 양(c) 만큼 뒤로 물러나 있다. 이 실시 형태에서, 정확히 규정된 유량이 기능 유닛(14b)을 통해 흐를 때 작업물(1)의 접촉이 검출된다.

도 12 및 12a는 본 발명에 따른 접촉 모니터링 장치가 공구 스핀들(16)에 사용되는 것을 도시한다. 공구 스핀들에는 회전 가공 공구(여기서는 회전 연삭 디스크(11)의 형태임)가 클램핑된다. 연삭 디스크(11)에 대한 접촉의 모니터링이 도 10, 10a ,11, 및 11a의 실시 형태에서의 작업물(1)에 대한 접촉의 모니터링과 유사하게 수행된다. 대응하는 위의 설명을 참조한다.

여기서도, 추가의 사용 가능성이 상이한 임무를 갖는 측정 라인(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)으로 나타나 있다. 그렇게 나타나 있는 상이한 종류의 측정에 대해서는, 도 9에 대한 위의 설명을 참조한다.

압력 센서 및 신호 전달에 관한 고려 사항

압력 센서(6)(미도시)에 대해, 모든 실시 형태에서, 예컨대 CNC 제어기(17)에 무선으로 연결될 수 있는 작은 센서가 사용될 수 있다. 거기서, 무선 신호 전달은 예컨대 공지된 근거리 통신(NFC로 약칭됨) 또는 RFID 기술에 의해 수행될 수 있다. (바람직하게는 피동적인) RFID 압력 트랜스폰더가 무선 압력 결정에 사용되면, 이는 예컨대 금속 스핀들(15)에서 RFID 기술에 의해 확실한 신호 전달을 통해 CNC 제어기(17)에 연결될 수 있다. 대응하는 신호 전달 개념이 광범위하게 WO2015/036519 A1에 기재되어 있고, 이의 개시 내용은 전체적으로 여기에 참조로 관련되어 있다. 이 실시 형태로, 최소의 공차에 대한 매우 매력적인 비용의 방안이 제공될 수 있다.

이점

요컨대, 설명된 실시 형태는 특히 다음과 같은 특징 및 이점을 가지며, 이들 특징 및 이점은 개별적으로 또는 조합적으로 실현될 수 있다:

- 공압적 신호 개선으로 인해 측정 범위는 종래 기술에 대해 실질적으로 크다.

- 접촉 및 거리 측정의 공압식 모니터링은 더러움에 대한 내성을 가지며, 빠르게 기능하고, 0.01 mm 미만의 측정 슬릿을 확실하게 검출하고, 매우 높은 반복성을 가지며 또한 작업물의 확실한 접촉을 인지한다.

- 장치는 표준적인 설계로(기능 유닛(14a)에서 처럼) 또는 마이크로 설계로(기능 유닛(14b)에서 처럼) 실현될 수 있다.

- 작업물 접촉의 모니터링 외에도, 설명된 장치는 거리의 측정, 동적 압력과 유량의 측정, 및 압력과 유량의 조정과 같은 추가의 용도로도 사용될 수 있다.

- 가압 공기 대신에, 다른 가스 또는 액체가 또한 유체로서 사용될 수 있다.

1 작업물
2 클램핑 장치
3 지지면
4 측정 노즐
5 압력 조정기
6 압력 센서
7 진공 노즐
7a 진공 노즐 카트리지
7b 콜렉터 노즐
7c 젯트 노즐
8 역류 방지 밸브
9a 작동 압력(p0)을 위한 압력 포트
9b 보정 압력(p1)을 위한 압력 라인
9c 진공 공간
9d 퍼징을 위한 압력 포트
10a 접촉 등을 모니터링하기 위한 측정 라인
10b 거리를 측정하기 위한 측정 라인
10c 동적 압력을 측정하기 위한 측정 라인
10d 유량을 측정하기 위한 측정 라인
10e 유량을 조정하기 위한 측정 라인
11 공구
12 거리 게이지
13 시일
14a 기능 유닛
14b 마이크로 기능 유닛
15 작업물 스핀들
16 공구 스핀들
17 CNC 제어기
18 제어 패널
19 기계 베드
20 기어 가공 기계
A ∼ D 도에 있는 상세부 또는 단면 또는 절취 부분
b 측정 슬릿
c 측정 노즐에 있는 오목부에 대한 양
d 측정 노즐의 직경
p0 작동 압력
p1 공급 압력
p2 측정 압력
p3 측정 압력
p4 배출 압력
pmin 최소 측정 압력
△pmax 최대 압력차

Claims (26)

1. 유체 매체를 사용하여 공작 기계(20)의 스핀들(2; 16) 상에 있는 작업물(1) 또는 공구(11)의 접촉을 모니터링하기 위한 장치로서,
   상기 작업물(1) 또는 공구(11)를 위한 지지면(3);
   상기 지지면(3)으로부터 멀어지게 향하는 유체 유동을 생성하기 위해 지지면(3)의 영역에 배치되는 적어도 하나의 측정 노즐(4); 및
   상기 측정 노즐(4)의 상류에서 측정 압력을 검출하기 위한 적어도 하나의 제 1 압력 센서(6) 또는 압력 스위치를 포함하고,
   상기 장치는 상기 측정 노즐(4)의 상류에 배치되는 진공 노즐(7)을 포함하고, 이 진공 노즐(7)은 진공 노즐을 통과하는 유체 매체의 유동으로 진공 공간(9c)에 진공을 생성하도록 구성되어 있고,
   상기 제 1 압력 센서(6) 또는 압력 스위치는 진공 공간(9c)에서 측정 압력(p3)을 검출하도록 구성되어 있는, 접촉 모니터링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 압력 센서(6)는 진공 공간(9c)에서 측정 압력(p3)의 양의 값과 음의 값 둘 다를 검출하도록 구성되어 있는, 접촉 모니터링 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 지지면(3)에 작업물(1) 또는 공구(11)가 없으면 상기 진공 공간(9c)에서의 측정 압력(p3)은 음의 값을 갖도록 구성되어 있는 접촉 모니터링 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진공 노즐(7)의 상류에서 미리 결정된 공급 압력(p1)을 생성하기 위한 압력 조정기(5)를 포함하는 접촉 모니터링 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 압력 조정기(5)는 2 bar 이하의 공급 압력(p1)을 생성하도록 구성되어 있는, 접촉 모니터링 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 진공 노즐(7)의 상류에서 공급 압력(p1)을 결정하기 위한 적어도 하나의 제 2 압력 센서를 포함하는 접촉 모니터링 장치.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 장치는 제어기(17)를 포함하고, 이 제어기(17)는, 상기 제 1 압력 센서(6) 또는 압력 스위치로부터, 상기 측정 압력(p3)에 의존하는 신호를 받고 또한 받은 신호를 고려하여 상기 작업물(1) 또는 공구(11)의 위치를 결정하도록 구성되어 있는, 접촉 모니터링 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제어기(17)는 상기 작업물(1) 또는 공구(11)의 위치를 결정하기 위해 진공 노즐(7)의 상류의 공급 압력(p1)을 고려하도록 구성되어 있는, 접촉 모니터링 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 측정 노즐(4)은, 지지면(3)에 정확히 면평행하게 접촉한 경우에 작업물(1) 또는 공구(11)가 상기 측정 노즐(4)을 완전히 폐쇄하도록, 상기 지지면(3)의 영역에 배치되는, 접촉 모니터링 장치.
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 노즐(4)은, 지지면(3)에 정확히 면평행하게 접촉한 경우에 작업물 또는 공구가 상기 측정 노즐(4)로부터 규정된 거리에 배치되어 상기 작업물(1) 또는 공구(11)가 측정 노즐(4)을 완전히 폐쇄하지 않도록, 상기 지지면(3)의 영역에 배치되는, 접촉 모니터링 장치.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 노즐(7)과 측정 노즐(4)은 상기 스핀들(2; 16)의 회전 가능한 부분에 배치되는, 접촉 모니터링 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진공 노즐(7)은 젯트 노즐(7c) 및 젯트 노즐(7c)의 하류에 배치되는 콜렉터 노즐(7b)을 포함하고, 진공 공간(9c)은 상기 젯트 노즐(7c)과 콜렉터 노즐(7b) 사이에 위치되어 있는 영역과 연통하는, 접촉 모니터링 장치.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 진공 노즐(7)이 배치되는 하우징을 포함하는 기능 유닛(14b)을 포함하는 접촉 모니터링 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기능 유닛(14b)은 상기 측정 노즐(4)을 더 포함하는, 접촉 모니터링 장치.
15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 기능 유닛(14b)은 상기 스핀들(2; 16)의 회전 가능한 부분에 있는 보어(bore) 안에 카트리지로서 배치되는, 접촉 모니터링 장치.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 압력 센서(6) 또는 압력 스위치는 무선 신호 전달을 위한 장치를 포함하는, 접촉 모니터링 장치.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 무선 신호 전달을 위한 장치는 피동적인 RFID 트랜스폰더인, 접촉 모니터링 장치.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 진공 노즐(7)과 측정 노즐(4)을 퍼징(purging)하기 위한 추가적인 압력 포트(9d)를 포함하는 접촉 모니터링 장치.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉 모니터링 장치는 적어도 하나의 추가 진공 노즐을 더 포함하고, 상기 접촉 모니터링 장치는 상기 추가 진공 노즐을 사용하여,
    두 기계 요소 사이의 거리의 측정;
    동적 압력의 측정;
    유량의 측정;
    유량의 조정; 및
    압력의 조정
    중의 하나의 일을 하도록 구성되어 있는, 접촉 모니터링 장치.
20. 유체 매체를 사용하여 공작 기계(20)의 스핀들(2; 16) 상에 있는 작업물(1) 또는 공구(11)의 접촉을 모니터링하기 위한 방법으로서, 상기 스핀들은 작업물(1) 또는 공구(11)를 위한 지지면(3)을 포함하고, 상기 방법은,
    적어도 하나의 측정 노즐(4)을 통해 상기 지지면(3)으로부터 멀어지게 향하는 유체 유동을 생성시키는 단계;
    상기 측정 노즐(4)의 상류에서 측정 압력을 검출하는 단계; 및
    상기 측정 압력을 고려하여 지지면(3)에 대한 작업물(1) 또는 공구(11)의 위치를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 측정 노즐(4)의 상류에서의 유체 유동은 진공 노즐(7)을 통해 안내되고, 이 진공 노즐은 진공 노즐을 통과하는 유체 매체의 유동으로 진공 공간(9c)에 진공을 생성하도록 구성되어 있고,
    상기 측정 압력(p3)은 상기 진공 공간(9c)에서 검출되는, 접촉 모니터링 방법.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 지지면(3)에 작업물(1) 또는 공구(11)가 없으면 상기 진공 공간(9c)에서의 측정 압력(p3)은 음의 값을 갖게 되는, 접촉 모니터링 방법.
22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 방법은 제어기(17)로 수행되고, 이 제어기(17)는 측정 압력(p3)의 영향을 받는 신호를 받고, 상기 제어기는 받은 신호를 고려하여 작업물(1) 또는 공구(11)의 위치를 결정하는, 접촉 모니터링 방법.
23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어기는 진공 노즐(7)의 상류의 공급 압력(p1)을 더 결정하고, 상기 제어기(17)는 그 공급 압력(p1)을 고려하여 작업물(1) 또는 공구(11)의 위치를 결정하는, 접촉 모니터링 방법.
24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서,
    상기 측정 압력(p3)의 영향을 받는 신호는 무선으로 상기 제어기(17)에 전달되는, 접촉 모니터링 방법.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 신호는 피동적인 RFID 트랜스폰더에 의해 전달되는, 접촉 모니터링 방법.
26. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가적인 압력 포트(9d)를 사용하여 상기 진공 노즐(7)과 측정 노즐(4)을 퍼징하는 단계를 더 포함하는 접촉 모니터링 방법.

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