KR20210090097A - 공작물 가공 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그루브 및 개재된 리브를 갖는 그루브 구조가 도입되며, 바람직하지 않은 버가 그루브 구조 상에 발생할 수 있는 표면을 갖는 공작물을 가공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 버의 형성을 테스트하고 결정하기위한 측정 수단은 그루브 구조의 표면에 광을 방출하고 표면으로부터 반사된 광을 수신하며, 버 형성의 정도는 반사광에 따라 결정된다.

Description

공작물 가공 방법 및 장치

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따라 표면, 특히 그루브 및 개재된 리브를 갖는 그루브 구조가 도입되고, 바람직하지 않은 버(burrs)가 이 그루브 구조 상에 발생할 수 있는 보어(bore) 내의 표면을 갖는 공작물을 가공하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 청구항 9의 전제부에 따라, 그루브 및 개재된 리브를 갖는 그루브 구조를 공작물의 표면에 도입하기 위한 재료 제거 장치로 공작물을 가공하기 위한 장치에 관한 것이다.

금속 공작물에서는 특정 응용 분야를 위해 표면 코팅이 필요할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 재질로 구성된 엔진 블록의 경우, 피스톤 링/피스톤과 함께 기능적으로 견고한 마찰 시스템 형성하기 위해 실린더 트랙 표면의 코팅이 필요할 수 있다. 이를 위해 예를 들어 플라즈마 스프레이를 통해 금속 표면 코팅이 적용되는 것으로 알려져 있다. 폼 핏(form fit) 방식으로 코팅 재료를 기본 재료, 즉 알루미늄 재료와 연동시키는 것이 특히 편리함이 입증되었다. 이를 위해 코팅 할 표면은 활성화, 즉 거칠게 처리되거나 정의된 그루브 구조가 제공된다.

이러한 방법은 예를 들어 출원인의 EP 3 132 893 A1에서 취할 수 있으며, 이 경우 거시적 프로파일 요소가 코팅될 표면에 도입된다.

DE 10 2013 211 324 A1에서 직사각형 프로파일 또는 더브테일(dovetail) 프로파일을 갖는 그루브 구조와 같이 표면 활성화를 위한 거시적 프로파일 요소에 대해 다양한 윤곽 형상이 알려져 있다. 이들은 코팅하기 전에 칩 제거 가공 도구로 코팅할 표면 내에서 절단된다.

이 기계 가공 과정에서 원하지 않는 버(burrs)가 그루브 구조에 발생할 수 있다. 이러한 버는 후속 코팅에서 층 결함의 원인이 될 수 있다. 예를 들어, 버(burr) 영역에서 층(layer)은 불충분하거나 너무 높아 공작물에 결함이 발생할 수 있다. 특히 엔진 블록의 실린더 트랙을 코팅하면 코팅이 높은 열적 및 기계적 응력에 노출되는데 이러한 유형의 코팅 오류는 허용되지 않는다. 엔진 작동 중에 이러한 코팅 오류는 더 큰 손상 지점(damage spot)으로 발전할 수 있으며 최악의 경우 전체 엔진의 고장으로 이어질 수 있다.

따라서 제조 과정에서 그루브 구조의 버 발생과 관련하여 공작물을 모니터링하고 발생하는 버 높이를 결정해야 한다. 이러한 버 높이는 현미경 사진, 즉 파괴 테스트를 통해 또는 별도로 생산된 플래스킹 플라스터(flasking plasters)를 통해 테스트되는 것으로 알려져 있다. 이러한 후속 테스트는 힘들기 때문에 일반적으로 각 공작물에 대해 수행되지 않고 통계적 방법에 따라 특정 수의 가공 프로세스 후에 예를 들어 50 분량마다 수행된다. 따라서 알려진 테스트에서 생산 배치(production batch)의 구성 요소 품질에 대한 피드백은 비교적 늦게 얻어진다. 생산 배치에 대한 측정 결과를 사용할 수 있을 때까지 생산이 중단되는 경우는 드물지 않다. 또한, 그러한 통계적 방법에서 예상치 못한 편차가 기록되지 않거나 늦게 발생하는 근본적인 위험이 있다.

본 발명은 바람직하지 않은 버(burrs)의 발생을 효율적이고 신뢰성 있게 테스트할 수 있는 그루브 구조를 개발하여 공작물을 가공하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따라 이러한 목적은 한편으로는 청구항 1의 특징을 갖는 방법에 의해 달성되고 다른 한편으로는 청구항 9의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시 예는 각각의 종속항에 기술되어 있다.

본 발명에 따른 방법은 버(burrs)의 형성을 테스트하고 결정하기 위해 그루브 구조의 표면에 광을 방출하고 표면에서 반사된 광을 수신하는 측정 수단이 제공되는 것을 특징으로 하며, 여기서 버 형성의 정도는 반사광에 따라 결정된다.

본 발명에 따른 방법은 비파괴적이고 따라서 개별 공작물에 대해 또는 심지어 전부에 대해 효율적인 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명은 도입될 그루브 구조에 버(burr)가 발생하고 그 높이가 광을 조사할 때 공작물 표면의 반사 거동에 영향을 미친다는 발견에 기초한다. 본 발명에 따르면 그루브 구조의 표면으로 광을 방출하고 그로부터 반사된 광을 수신하는 측정 수단이 제공되며, 여기서 반사된 광의 비율은 공작물 상의 버(burr) 형성 정도를 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시 예는 측정 수단에 의해 버 형성의 결정이 동시에 또는 그루브 구조 도입 직후에 수행된다는 사실에 있다. 측정 수단은 가공 장치에 직접 위치하거나 바로 하류에 배치할 수 있다. 이를 통해 버의 형성은 즉시, 바람직하게는 각 공작물에 대해 결정될 수 있다. 이것은 초기에 과도한 버가 형성되는 것에 대응할 가능성을 제공한다. 따라서 본 발명에 따른 방법은 불량품의 감소 또는 전체적으로 오류가 없는 제조에 기여할 수 있다.

기본적으로, 모든 유형의 빛(광), 특히 단색광이 측정 수단으로 사용될 수 있다. 본 발명의 추가 개발에 따르면, 광이 색채광이라는 사실로 인해 특히 신뢰할 수 있는 측정 결과가 얻어진다.

또한, 측정 수단이 적어도 하나의 개별 광원 및 반사된 광을 수신하기 위한 적어도 하나의 개별 센서를 갖는 것이 기본적으로 가능하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 측정 수단은 광을 방출하고 받는 적어도 하나의 공 초점 센서(confocal point sensor)를 구비하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 공초점 센서는 검사될 표면 위에 수직으로 대물 렌즈와 함께 배열된다. 광원과 공초점 센서의 공 초점 배열은 특히 표면에 광의 반사 및 버(burr)의 형성에 관한 신뢰할 수 있는 값을 결정할 수 있도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 반사광과 방출광 사이의 비율 감소가 버 형성의 증가 정도로 간주된다는 점이다. 실질적으로 매끄럽고 따라서 버가 없는 표면은, 방출된 광을 높은 비율로 수직 방식으로 바람직하게는 다시 수직 입사하도록 반사한다고 가정할 수 있다. 버 형성이 더 뚜렷할수록, 즉 버가 많고 버가 높을수록 버의 측면에 의해 더 많은 광이 측면으로 편향되어 더 이상 측정 수단으로 복귀하지 못한다. 이러한 디퓨전 효과(diffusion effect)가 클수록 버의 발전이 커진다.

기본적으로, 그루브 구조는 예를 들어 레이저에 의해 공작물의 표면에 임의의 적절한 방식으로 도입될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 실시예의 변형에 따르면, 공작물을 가공하기 위한 특히 효율적인 방법은 그루브 구조가 재료 제거 도구, 특히 절단 헤드 또는 회전 끌을 이용해 도입된다는 사실에 있다. 리세스 도구라고도 하는 절단 헤드 또는 회전 끌(치즐)을 가진 해당 재료 제거 장치는 충분히 알려져 있다. 이 칩 제거 가공은 특히 효율적이지만 버 형성 위험이 증가한다.

도입된 그루브 구조 상의 모든 버가 후속 코팅에 해로운 것은 아니라는 것이 본 발명의 발견이다. 실제로, 더 작은 버는 도포된 코팅과의 연동 효과를 개선하는 데 기여할 수 있다. 일 실시 예에 따르면 본 발명의 변형 예는 반사광에 대해 미리 결정된 값에 도달할 때 재료 제거 도구가 재조정 및/또는 교환되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 재료 제거 및 생산의 제조 단계에서 그루브 구조는 버가 과도하게 발생하기 전에 적시에 조치를 취할 수 있다. 따라서 원치 않는 큰 버의 발생은 오랜 기간 동안에도 대응할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 방법의 추가 개발에 따르면, 그루브 구조의 도입 및 테스트 후에 코팅이 그에 적용되는 것이 유리하다. 특히, 코팅은 금속 입자 스프레이 함으로써 특히 플라즈마 스프레이 방법에 따라 도포되는 금속 코팅이다.

공작물을 가공하기 위한 장치와 관련하여, 본 발명의 공작물 가공 장치는, 그루브 구조 상의 버 형성을 테스트하고 결정하기 위해 측정 수단이 제공되며, 이는 그루브 구조의 표면에 광을 방출하도록 그 표면에서 반사된 광을 수신하도록 설계되어 제공되며, 여기서 반사광에 따라 버 형성 정도가 결정될 수 있는 점에 특징이 있다.

본 발명에 따른 장치는 특히 본 발명에 따른 전술한 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이를 통해 미리 설정된 이점을 얻을 수 있다.

본 발명에 따라 제공된 측정 수단은 측정 값에 따라 여전히 허용 가능한 또는 더 이상 허용되지 않는 버 형성의 정도를 결정하는 이용 가능한 컴퓨터 유닛을 자체적으로 가질 수 있다. 추가 또는 대안으로 측정 수단은 또한 전체 장치의 중앙 컴퓨터 장치, 특히 제어 장치에 연결될 수 있고, 이에 의해 측정 수단의 측정 값이 평가되고 미리 결정된 프로그램 구조에 따라 상기 방법이 계속될 것인지 아니면 예를 들면 재료 제거 도구의 교환을 위해 중단될 것인지에 관한 결정이 내려진다.

기본적으로 측정 수단은 재료 제거 장치의 하류에 배치될 수 있다. 효율적인 기계 가공 공정을 위해, 측정 수단이 재료 제거 장치 상에 배열되는 구조가 본 발명의 추가 발전에 따라 제공된다. 이러한 방식으로 가공 결과가 매우 적시에 종합적으로 테스트될 수 있고, 수정, 특히 공구의 재조정 또는 교환은 특히 후속 가공 프로세스에서 또는 아직 진행 중인 가공 프로세스 동안에 발생할 수 있다.

본 발명의 실시예의 변형에 따르면, 그루브 구조가 적어도 하나의 재료 제거 도구로 공작물에 도입되고 측정 수단의 측정 결과에 따라 하나 이상의 재료 제거 도구를 교체해야 하는 시기를 표시하는 디스플레이 장치가 제공된다는 점에서 특히 유리하다. 상기 디스플레이 장치에 따라 예를 들어 작업자는 적절한 시간에 재료 제거 도구를 변경할 수 있다. 대안적으로, 제어 수단에 의해 자동 변경 프로세스가 개시되도록 장치가 설계될 수도 있다.

기본적으로, 측정 수단은 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 감광 센서를 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시 예는, 상기 측정 수단이 광을 방출하고 수신하는 적어도 하나의 공 초점 센서를 갖는다는 사실에 있다. 바람직하게는 공 초점 센서는 검사할 공작물 표면 위에 수직으로 배치된다. 공초점 센서는 바람직하게는 공작물 표면에 수직으로 광을 방출하고 그 표면으로부터 수직으로 반사된 광의 공 초점 수신을 위한 광원 역할을 한다. 여기서 공초점 센서는 작동의 공 초점 모드를 위한 대물 렌즈를 장착할 수 있다.

측정 수단 또는 적어도 하나의 공 초점 센서는 특히 측정 중에 공작물의 표면에 대해 이동될 수 있는 캐리어 상에 배열될 수 있다.

도 1은 본 발명의 공작물의 확대된 부분 횡단면도이다.

본 발명은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시 예에 의해 더 설명된다.

도 1은 공작물(10)의 확대된 부분 횡단면도를 매우 개략적으로 보여 주며, 공작물의 표면에는 단면이 도브테일과 같은 리브(16)와 개재된 그루브(14)를 갖는 그루브 구조(12)가 칩 제거 방식(chip-removing manner)으로 도입된다. 그루브 구조(12)는 크게 확대되어 도시되어 있으며, 실제 공작물(10)에서는 그루브 깊이가 수 밀리미터 또는 1 밀리미터 미만인 거시적인 그루브 구조일 수 있다. 개략적으로 표시된 공작물(10)은 특히 그루브 구조(12)가 도입된 실린더 보어를 갖는 엔진 블록일 수 있다.

공 초점 센서(confocal point sensor)(22)가 매우 개략적인 방식으로 도시된 측정 수단(20)에 의해, 광(24)이 그루브 구조(12)의 표면 상에, 특히 리브(16)의 상부면 상에 거의 수직으로 방출된다. 광(24)은 그루브 구조(12)의 표면에서 반사되고 반사광(26)으로서 측정 수단(20)의 공 초점 센서(22)로 복귀될 수 있다. 이와 관련하여, 그루브 구조(12)의 표면이 더 매끄러울수록 공 초점 센서(22)로 복귀되는 반사광(26)의 비율이 더 높다.

도면의 우측에 도시된 바와 같이, 재료 제거 중에 그루브 구조(12)가 공작물(10)의 표면으로 도입되는 동안 바람직하지 않은 버(burrs)(18)가 특히 공작 기계의 상태에 따라 또한 각각의 공작물(10)의 재료에 따라 그루브 구조(12)의 리브(16)에 발생할 수 있다.

측정 수단(20)의 공 초점 센서(22)가 버(18)가 있는 표면 영역 위로 이동하면, 매끄러운 표면과 달리 방출된 광(24)의 일부가 횡방향 반사광(laterally reflected light)(26b)으로서 버(18)의 측면에서 방사된다. 따라서 이것은 더 이상 측정 수단(20)의 공 초점 센서(22)에 의해 수신 및 포착되지 못한다. 수직 반사광(26a)의 일부만이 포인트 센서(22)로 복귀된다.

도시되지 않은 제어 수단 또는 컴퓨터 유닛과 함께, 측정 수단(20)은 각각의 경우 방출된 광(24)과 공초점 센서(22)로 복귀되는 반사광(26)의 비율에 따라 설계되어, 공작물(10)의 그루브 구조(12)에 있는 버(18)의 정도, 특히 수 및/또는 크기에 대해 설명해 준다. 측정 결과에 따라, 예를 들어 그루브 구조(12)를 도입하는 이전 가공 단계에서 가공 공구의 필요한 변경을 나타내는 신호가 발생될 수 있으며 그러한 변화는 자동으로 이루어진다.

상기 측정에 이어서, 그루브 구조(12)를 갖는 공작물(10)의 표면의 표면 코팅이 일어날 수 있다. 특히, 이는 충분히 알려진 스프레이 방법을 사용하여 용융된 금속 입자를 스프레이 함으로써 구현될 수 있다.

Claims (12)

1. 그루브(14)와 개재된 리브(16)를 갖는 그루브 구조(12)가 도입되고, 바람직하지 않은 버(18)가 상기 그루브 구조(12)에 발생할 수 있는 보어의 표면을 구비한 공작물(10)을 가공하는 방법에서,
   상기 버(18)의 형성을 테스트하고 결정하기 위해 상기 그루브 구조(12)의 표면에 광(24)을 방출하고 상기 표면으로부터 반사된 광(26)을 수신하는 측정 수단(20)이 제공되어, 상기 반사광(26)에 따라 상기 버 형성의 정도가 결정되는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정 수단(20)에 의해, 상기 버 형성에 대한 결정이 상기 그루브 구조(12)의 도입 직후 또는 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 광(24)은 색채광인 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 측정 수단(20)은 상기 광(24, 26)을 방출하고 수신하는 적어도 하나의 공 초점 센서(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사광(26)과 상기 방출광(24) 사이의 비율 감소는 상기 버 형성의 증가 정도로 간주되는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그루브 구조(12)는 재료 제거 도구, 특히 절단 헤드 또는 회전 끌(chisel)로 도입되는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 반사광(26)에 대해 미리 결정된 값에 도달하면 상기 재료 제거 도구가 재조정되거나 교환되는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 그루브 구조(12)의 도입 및 테스트 후에 거기에 코팅이 적용되는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라, 공작물(10)의 표면에 그루브(14) 및 개재된 리브(16)를 갖는 그루브 구조(12)를 도입하기 위한 재료 제거 장치를 갖는 공작물 가공 장치로서,
   상기 그루브 구조(12)에 버(18)의 형성을 테스트하고 결정하기 위해, 상기 그루브 구조(12)의 표면에 광(24)을 방출하고 상기 표면으로부터 광(26)을 수신하도록 설계된 측정 수단(20)이 제공되어, 상기 버 형성의 정도가 상기 반사광(26)에 따라 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 수단(20)은 상기 재료 제거 장치에 배치되는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 장치.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 그루브 구조(12)는 적어도 하나의 재료 제거 도구로 상기 공작물(10)에 도입되고, 디스플레이 장치가 마련되어 상기 측정 수단(20)의 측정 결과에 따라 상기 적어도 하나의 재료가 제거 도구가 변경될 때를 표시하는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 장치.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 수단(20)은 상기 광(24, 26)을 방출하고 수신하는 적어도 하나의 공 초점 센서(22)를 구비하는 것을 특징으로 하는 공작물 가공 장치.

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