KR20210048631A - 베어링용 모니터링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블록의 측면에 센서모듈 및 제어모듈이 일체화된 모니터링 장치를 일체로 설치하여 직선베어링의 이상여부를 조기에 파악하여 베어링 장치의 고장 및 파손으로 인해 발생될 수 있는 공정지연, 기계의 영구적 파손 등의 피해를 미연에 방지할 수 있게 한 모니터링 장치가 구비된 베어링에 관한 것으로, 레일과, 레일을 타고 이송되고 내부에 전동체가 순환되도록 순환통로를 구비한 이송블록을 포함하는 베어링에 있어서, 상기 이송블록의 일측에는 모니터링 장치를 더 구비하되, 상기 모니터링 장치는 상기 이송블록의 일측에 설치되어 순환통로를 타고 순환되는 전동체의 순환을 카운팅 및 진동, 온도를 감지하는 센서모듈; 상기 센서모듈에서 감지된 센싱값을 분석하여 이상 여부를 판단하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

베어링용 모니터링 장치{Monitoring device for bearing}

본 발명은 블록의 측면에 센서모듈 및 제어모듈이 일체화된 모니터링 장치를 일체로 설치하여 직선베어링의 이상 여부를 조기에 파악하여 베어링 장치의 고장 및 파손으로 인해 발생될 수 있는 공정지연, 기계의 영구적 파손 등의 피해를 미연에 방지할 수 있게 한 베어링용 모니터링 장치에 관한 것이다.

베어링은 회전 및 직선 운동을 하는 축을 지지하는 역할을 하는 것으로, 반도체장비, 웨이퍼반송장치, 의료기기, OA기기, 선반 및 드릴링머신을 포함하는 정밀공작기계의 직선축 또는 회전축 부분에 널리 사용되고 있다.

베어링은 전동체의 운동형태에 따라 LM가이드, 롤러베어링, 볼베어링, 볼스크류 등으로 구분되고, LM가이드는 직선방향으로 형성되는 LM레일과, LM레일을 타고 이송되는 LM블록으로 구성되고, LM블록 내부에는 전동체 순환통로가 형성되어 복수의 전동체가 LM레일과 LM블록 사이를 경유하여 순환되도록 구비되어 있어, LM블록의 이송정밀도가 향상되고 마찰저항이 감소된다. 이에 베어링 부분에 이상이 발생되면, 장비파손 및 제조불량으로 직결되므로, 근자에는 베어링을 장비에 적용하기 이전에 실험식, 수명계산프로그램, 해석 등을 통하여 수명을 예상하고, 설정수명에 도달하면 베어링을 교체하는 방식으로 운영하고 있지만, 이송장비의 중량 및 편하중을 포함하는 사용조건에 따라 기대수명에 미치지 못하고 조기에 파손되는 경우가 비일비재하게 발생되는 실정이다.

이러한 문제를 개선하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있고, 그 예로 특허문헌 1 내지 2가 있다.

특허문헌 1은 반도체, LCD, LED, 태양전지 제조장치의 LM 가이드, 모터, 로봇, 각종 밸브의 떨림, 누수, 마모, 다이아프램 파손 이상 징후를 감지하여 사전경보를 사용자에게 신속하게 알려줌으로써 장치의 이상 및 고장을 사전 조치하도록 하기 위한 진단시스템에 있어서, 진동신호를 발생하는 진단대상; 진동대상으로부터 발생되는 진동신호를 감지하도록 진동대상에 설치된 센서; 센서에 의해 감지된 신호를 수신하는 감지신호수신부, 감지신호수신부에 입력된 감지신호를 디지털데이터로 변환하는 A/D 컨버터, 변환된 디지털데이터를 기준데이터와 비교하는 비교부, 비교부의 비교결과를 토대로 진단대상의 이상여부를 판단하는 판단부; 판단된 결과 데이터를 저장하는 DB로 구성된 컨트롤부; 및 컨트롤부에서 처리된 진단신호를 전송받아 조치하도록 제어하는 서버로 이루어진 진동센서를 이용한 진단시스템이고,

특허문헌 2는 레일과, 레일을 타고 이송되고, 내부에 전동체가 순환되도록 복수의 순환통로가 구비되는 이송블록으로 구성되는 베어링에 있어서, 이송블록상에 구비되어, 각각의 순환통로를 타고 순환되는 전동체를 카운팅하도록 구비되는 복수의 감지모듈; 복수의 감지모듈를 통하여 검출된 값끼리 서로 대비하여 전동체 이상 여부를 판단하도록 구비되는 제어모듈; 감지모듈과 제어모듈은 이송블록 일측에 설치되며, 감지모듈은 제어모듈과 함께 베어링의 앤드 플레이트에 적용 가능하도록 앤드 플레이트 형태로 형성된 이상 감지 모듈이 구비된 베어링이다.

이러한 특허문헌 1의 기술은 센서에 의해 진동신호를 감지하여 이상여부를 판단하는기술로서, 산업현장에서 적용시 주변 기계장치에서 발생되는 진동에 오작동으로 진단 대상의 이상 및 고장여부 검출이 어려운 실정이다. 또한 직선베어링이 사용되는 이송장치는 진동원인 테이블이 직선왕복운동을 하고 있으며, 직선베어링 및 구동기 설치로 인해서 협소한 공간으로 진동센서 부착이 어려운 실정이다.

또한 특허문헌 2의 기술은 직선베어링이 사용되는 이송장치의 테이블에 부착이 용이한 형태의 이상감지장치로 이송되는 전동체를 카운팅하여 사이클 타임을 서로 대비하는 방식으로 베어링의 이상여부를 조기에 감지하는 기술로서, 직선베어링이 부착된 구동기 및 이송장치의 이상 및 고장은 전동체 사이클 타임에 변화를 주지 않아 검출이 어려운 실정이다.

또한 직선 베어링 전동체의 순환에 문제가 없는 열화 및 마모 등의 이상 유형은 사용수명이 감소되지만, 전동체의 사이클 타임에 변화를 주지 않아 검출이 어려운 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2013-0045589호 대한민국 등록특허 제10-1524053호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 블록의 측면에 센서모듈 및 제어모듈이 일체화된 모니터링 장치를 부착하여 이송장치 및 직선베어링이 부착된 이송장치에 부착이 용이하며 이상 여부를 조기에 파악하여 장치의 고장 및 파손으로 인한 피해를 미연에 방지할 수 있는 베어링용 모니터링장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 모니터링 장치가 구비된 베어링은 레일과, 레일을 타고 이송되고 내부에 전동체가 순환되도록 순환통로를 구비한 이송블록을 포함하는 베어링에 있어서, 상기 이송블록의 일측에는 모니터링 장치를 더 구비하되, 상기 모니터링 장치는 상기 이송블록의 일측에 설치되어 순환통로를 타고 순환되는 전동체의 순환을 카운팅 및 진동, 온도를 감지하는 센서모듈; 상기 센서모듈에서 감지된 센싱값을 분석하여 이상 여부를 판단하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 모니터링 장치는 상기 이송블록의 단부에 설치되는 앤드플레이트에 설치될 수 있도록 앤드플레이트와 동일한 외형으로 만들어지는 것이 바람직하다.

상기 제어모듈은 물리량을 측정하는 센서모듈에서 감지된 전동체의 순환을 확인하여 이송장치의 이송 유무 및 진동, 온도 등의 정보를 신호 처리하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 제어모듈은 이상 판단에 대한 신호를 표시하는 부저 또는 램프를 포함하는 알람부를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 필요시 측정 및 판단값을 표시하는 표시부를 구비하는 것도 바람직하다.

상기 제어모듈은 유선 또는 무선 통신부를 구비하여 이상여부 판단신호를 외부기기로 전송할 수 있게 할 수 있다.

상기 센서모듈은 진동을 감지하는 진동, 전동체의 순환을 감지하는 카운터, 온도를 감지하는 온도센서를 포함하는 센서들일 수 있다.

본 발명에 따른 베어링용 모니터링장치는 센서모듈과 제어모듈에 의해 이송장치 및 이송장치에 부착된 직선베어링의 카운터로 이송 유무를 판단하여 이송시에는 진동, 온도를 감지하고 설정값과 서로 대비하는 방식으로 베어링의 이상여부를 조기에 감지함에 따라 사용 중 갑작스러운 베어링의 고장 및 파손을 방지할 수 있고, 이에 따라 다른 부품, 기계의 손상과 생산지연을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고가의 상용 측정장비가 아닌 MEMS 센서를 사용한 저가의 모니터링 장치를 구성함에 따라 제조비용을 절감할 수 있다.

또한 이송장치 및 이송장치에 부착된 직선베어링에 모니터링 장치 부착의 어려움을 직선베어링 블록 단부에 설치되는 앤드플레이트와 동일한 외형으로 만들어 별도의 부착공간이 필요없어 부착의 용이성을 확보하는 효과가 있다.

또한 수집된 모니터링 전체 데이터에서 별도의 후처리 없이 이송중의 데이터만 수집하여 효율적인 모니터링 시스템을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한 베어링에 이상이 발생하였을 때 이 사실을 알람부를 통해 알림에 의해 현장에서 작업자가 이상이 있는 베어링을 쉽게 파악하여 즉각 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 모니터링 장치의 구성도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 모니터링 장치의 사시도
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 베어링용 모니터링 장치의 단면도이고, (b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모니터링 장치의 단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 모니터링 장치의 신호 처리 과정도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 모니터링 장치의 이송시 전동체 카운팅 신호 및 진동 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링용 모니터링 장치의 정지시 전동체 카운팅 신호 및 진동 그래프

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세한 설명을 통해 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 직선베어링의 이상여부를 조기에 파악하여 베어링 장치의 고장 및 파손으로 인해 발생될 수 있는 공정지연, 기계의 영구적 파손 등의 피해를 미연에 방지할 수 있다.

이러한 본 발명의 모니터링 장치가 구비된 베어링은 도 2에 도시한 바와 같이, 레일(100)과, 레일을 타고 이송되고 내부에 전동체가 순환되도록 순환통로를 구비한 이송블록(200)을 포함하는 베어링의 이송블록의 일측에는 모니터링 장치(10)를 더 구비하고 있다.

상기 모니터링 장치(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 이송블록의 일측에 설치되어 순환통로를 타고 순환되는 전동체의 순환을 카운팅 및 진동을 감지하는 센서모듈(11); 상기 센서모듈에서 감지된 센싱값을 분석하여 이상 여부를 판단하는 제어모듈(12)을 포함한다.

상기와 같은 본 발명의 베어링은 통상의 LM가이드와 같이 전동체가 다수의 볼이나 롤러로 이루어져 있으며, 전동체가 이송블록에 형성된 순환통로를 따라 이동함에 따라 이송블록이 레일을 따라 이동한다. 물론, 상기 이송블록의 양단에는 앤드플레이트(300)가 설치되고, 이 앤드플레이트에는 이송블록에 형성된 순환통로와 연계된 순환통로가 형성되어 있다.

이렇게 이동하는 전동체를 상기 센서모듈(11)의 센서에서 카운트하거나 외부의 진동을 감지하고, 상기 제어모듈(12)은 센서모듈에서 감지된 정보와 기 설정된 임계값을 대비함에 의해 베어링이 정상적으로 작동하고 있는 지 여부를 판단하는 것이다.

상기 모니터링 장치(10)는 상기 앤드플레이트(300)의 바깥쪽에 설치될 수 있다.

즉, 상기 앤드플레이트(300)의 단부에는 선택적으로 씰을 고정하는 나사구멍이 형성되어 있고, 이 나사구멍에 상기 모니터링 장치를 나사조임하여 설치할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이렇게 앤드플레이트에 모니터링 장치를 설치할 수 있게 하기 위하여 모니터링 장치의 하우징은 도 2에 도시한 바와 같이, 앤드플레이트의 측면과 같은 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 모니터링 장치(10)는 상기 이송블록의 단부에 설치되는 앤드플레이트(300)에 설치될 수 있도록 앤드플레이트와 동일한 외형으로 만들어져 외형적인 일체성을 가지고, 이송블록에 별도의 가공 및 공간 확보가 필요 없어 설치의 용이성과 외형의 일체성을 갖게 하는 것이 바람직하다.

상기 센서모듈(11)은 다양한 센서로 이루어지고, 바람직한 예는 진동을 감지하는 진동센서(11b), 전동체의 순환을 감지하는 카운터(11h)를 포함한다.

도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 상기 카운터(11h)는 전동체가 통과하는 순환통로의 일측에 형성되어 전동체를 계수한다.

상기 진동센서(11b)는 베어링의 진동을 감지하는 것으로, 센서모듈 또는 모니터링 장치의 어느 위치에나 설치가 가능하다.

또한, 상기 센서모듈(11)은 모니터링 장치 내부 또는 도 3의 (b)와 같이 별도의 선을 통한 외부로 인출되어 확장 가능하게 구비될 수도 있으며, 센서모듈(11)과 모니터링 장치는 별도의 선이 아닌 무선을 통해 연결될 수도 있다.

또한 상기 모니터링 장치(10)에는 다양한 센서들이 더 설치될 수 있고, 그 센서의 예로는 온도를 감지하는 온도센서(11t), 철분 농도를 감지하는 센서, 등이 될 수 있다.

상기 제어모듈(12)은 센서모듈에서 감지된 센싱신호를 기 설정된 임계값과 대비하여 이상여부를 판단하는 기능을 하는 것으로, 상기 센서모듈(11)에서 감지된 전동체의 순환을 확인하여 충돌과 순환 횟수 등의 정보를 신호 처리하는 제어부(12t)를 포함한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제어모듈(12)의 제어부(12t)는 센서모듈(11)에서 감지된 센싱신호와 기 설정된 임계값을 대비하여 감지된 센싱신호가 임계값 이하이면 베어링이 정상으로 작동되는 것으로 인식하고, 감지된 센싱정보를 전송하고, 임계값 이상이면 이상이 발생하였음을 작업자에게 알린다.

이렇게 이상 정보를 작업자에게 알리기 위해 제어모듈(12)에는 표시부(12d)를 구비하고 있으며, 이 표시부(12d)는 별도의 외부장비 및 통신 연결 없이 정상/이상 데이터를 표시할 수 있고, 소리를 출력하는 스피커, 빛을 발생시키는 표시등 중 어느 하나 또는 모두로 구성될 수 있다.

상기 모니터링 장치(10)는 상기한 바와 같이 이송블록의 일측 고정시킬 수 있으나, 단독으로 설치하여 사용할 수도 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 베어링의 카운터(11h)에서 카운트된 신호와 진동센서(11b)에서 감지된 신호의 그래프로, 도 5는 베어링이 작동하여 카운터(11h)에서 작동체를 카운트하고 진동센서(11b)에서 진동을 감지한 상태이고, 도 6은 베어링이 멈춘 상태에서 카운터(11h)에서는 작동체를 카운트하지 못하고 진동센서(11b)에서 진동을 감지한 상태의 그래프이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 베어링은 감지된 센싱정보를 원거리에서 확인할 수 있게 함에 따라 원격의 제어실에서 베어링의 상태를 확인할 수 있게 하는 것이 바람직하고, 이를 위해 상기 제어모듈(12)은 유선 또는 무선의 통신부(12c)를 구비하여 감지된 센싱신호는 물론, 이상 여부 판단신호를 외부기기로 전송할 수 있게 하였다.

또한 도 1에 도시한 바와 같이 상기 제어모듈(12)에는 이상 알람을 나타내는 부저 또는 램프를 포함하는 알람부(12p)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

도 1에는 통신선이 설치된 것을 일 예로 도시하였으나, 무선으로 이루어질 수도 있다.

미설명부호 12e는 전원이다.

10: 모니터링 장치
11: 센서모듈
11b: 진동센서 11h: 카운터 11t: 온도센서
12: 제어모듈
12t: 제어부 12p: 알람부 12d: 표시부
12c: 통신부 12e: 전원

Claims (5)

1. 레일과, 상기 레일을 타고 이송되고 내부에 전동체가 순환되도록 순환통로를 구비한 이송블록이 포함되는 베어링에 있어서,
   상기 이송블록에 모니터링 장치(10)를 구비하되,
   상기 모니터링 장치(10)는,
   상기 이송블록의 일측에 설치되어 순환통로를 타고 순환되는 전동체의 순환을 카운팅하며, 이송블록의 진동과 온도를 감지하는 센서모듈(11); 및
   상기 센서모듈(11)에서 감지된 센싱값을 분석하여 이상 여부를 판단하는 제어부를 갖는 제어모듈(12);
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링용 모니터링 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 모니터링 장치(10)는,
   상기 이송블록의 단부에 설치되는 앤드플레이트(300)에 설치될 수 있도록 앤드플레이트와 동일한 외형으로 만들어져 외형적인 일체성을 가지는 것을 특징으로 하는 베어링용 모니터링 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 센서모듈(11)은,
   진동을 감지하는 진동센서(11b), 전동체의 순환을 감지하는 카운터(11t) 및 온도를 감지하는 온도센서(11t)로 구성되며, 모니터링 장치(10) 내부 또는 별도의 선을 통한 외부로 확장 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 베어링용 모니터링 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어모듈(12)은 별도의 외부장비 및 통신 연결 없이 정상/이상 데이터를 표시하는 표시부(12d), 및 이상 알람을 나타내는 부저 또는 램프가 포함되는 알람부(12p)가 구비된 것을 특징으로 하는 베어링용 모니터링 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어모듈(12)은,
   유선 또는 무선의 통신부(12c)를 구비하여 정상/이상 데이터 및 이상 알람을 외부기기로 전송할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 베어링용 모니터링 장치.

Images