KR20230072047A - 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정구에 고정되는 공작물에 일측 축전판이 전기적 연결 상태를 형성하도록 설치된 축전장치; 공구를 접지로 연결시키는 접지배선; 상기 축전장치에 전기를 공급하도록 구비된 전원; 상기 전원과 축전장치 사이의 전류 변화를 측정하도록 구비된 전류센서; 상기 전류센서의 신호를 수신하여 공작기계를 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성된다.

Description

공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치{DEVICE FOR DETECTING TOOL COLLISION AND PREVENTING BREAKAGE IN MACHINE TOOLS}

본 발명은 공작물을 가공하는 공작기계에 관한 기술이다.

공작기계는 가공 전 이송축을 수동(JOG 운전)으로 이송하며, 공작물의 위치나 원점좌표를 설정한다.

이때, 작업자의 실수로 공구와 공작물이 근접한 상태에서, 공구를 과도하게 이송시키는 경우, 공구와 공작물의 충돌로 인해 공구 및 공작기계의 파손을 야기할 수 있다.

참고로, JOG 운전은 수동 운전의 일종으로 버튼을 누르고 있는 동안에만 미리 지정한 파라미터 값에 의해 작동하도록 하는 것이다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1007316010000 B1

본 발명은 공작기계의 공구 이송 조작 시, 공구가 공작물에 근접하면, 이송 속도를 자동적으로 줄이고, 공구가 공작물과 접촉하면, 공구의 이송을 자동적으로 정지시킬 수 있도록 함으로써, 공구와 공작물의 충돌에 의한 공구 및 공작기계 등의 파손을 저감 내지 방지할 수 있도록 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치는,

고정구에 고정되는 공작물에 일측 축전판이 전기적 연결 상태를 형성하도록 설치된 축전장치;

공구를 접지로 연결시키는 접지배선;

상기 축전장치에 전기를 공급하도록 구비된 전원;

상기 전원과 축전장치 사이의 전류 변화를 측정하도록 구비된 전류센서;

상기 전류센서의 신호를 수신하여 공작기계를 제어하는 컨트롤러;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 축전장치는

서로 마주하는 평판으로 이루어진 두개의 축전판;

상기 두 축전판 사이의 유전체;

를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 축전장치의 축전판과 고정구 사이에는 전기적 절연 상태를 형성하기 위한 절연체가 구비될 수 있다.

상기 유전체는 상기 절연체로 이루어질 수 있다.

상기 축전장치의 일측 축전판은 상기 고정구가 공작물을 파지하는 표면을 이루도록 배치되고;

상기 절연체는 상기 고정구가 공작물을 파지한 상태에서 상기 공작물과 고정구 사이에 전기적 연결이 차단되도록, 상기 고정구에 절연차단부를 형성할 수 있다.

상기 축전장치의 일측 축전판에는 상기 전원의 양극이 연결되고, 나머지 타측 축전판에는 음극이 연결될 수 있다.

상기 컨트롤러는

상기 전류센서에서 측정되는 전류가 소정의 제1기준전류 이상으로 감지되면, 상기 공구의 이송 속도를 소정의 기준수준으로 저감시키고;

상기 전류센서에서 측정되는 전류가 상기 제1기준전류보다 큰 소정의 제2기준전류 이상으로 감지되면, 상기 공구의 이송을 중지시키도록 구성될 수 있다.

본 발명은 공작기계의 공구 이송 조작 시, 공구가 공작물에 근접하면, 이송 속도를 자동적으로 줄이고, 공구가 공작물과 접촉하면, 공구의 이송을 자동적으로 정지시킬 수 있도록 함으로써, 공구와 공작물의 충돌에 의한 공구 및 공작기계 등의 파손을 효과적으로 저감 내지 방지할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치의 구성도,
도 2는 도 1의 공구가 공작물에 가까워지는 상태를 설명한 도면,
도 3은 도 1의 공구가 공작물에 접촉한 상태를 설명한 도면이다.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치의 실시예는, 고정구(3)에 고정되는 공작물(5)에 일측 축전판(7)이 전기적 연결 상태를 형성하도록 설치된 축전장치(9); 공구(11)를 접지로 연결시키는 접지배선(13); 상기 축전장치(9)에 전기를 공급하도록 구비된 전원(15); 상기 전원(15)과 축전장치(9) 사이의 전류 변화를 측정하도록 구비된 전류센서(17); 상기 전류센서(17)의 신호를 수신하여 공작기계(1)를 제어하는 컨트롤러(19)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 공작기계(1)의 고정구(3)에 고정되는 공작물(5)과 전기적으로 일측 축전판(7)이 연결되는 축전장치(9)를 구비하고, 상기 축전장치(9)가 전원(15)에 연결되어 축전 상태에 있도록 한 상태에서, 공구(11)가 공작물(5)로 접근하면서 발생하는 전기장의 변화를 상기 전류센서(17)가 감지할 수 있도록 하여, 상기 전류센서(17)의 신호를 수신하는 컨트롤러(19)가 상기 공작기계(1)의 속도를 자동적으로 저감시킬 수 있도록 한 것이다.

본 실시예에서, 상기 축전장치(9)는 서로 마주하는 평판으로 이루어진 두개의 축전판(7, 8); 상기 두 축전판(7, 8) 사이의 유전체를 포함하여 구성된다.

물론, 상기 축전장치(9)는 마주하는 두 평판 형상이 아니라 두 판이 서로 겹쳐져서 원통형으로 감긴 종래의 커패시터 형태를 취할 수도 있을 것이지만, 이 경우, 별도의 도선으로 상기 고정구(3)에 고정된 공작물(5)이 커패시터로 연결되도록 구성해야 할 것이다.

또한, 상기 축전장치(9)의 축전판(7, 8)과 고정구(3) 사이에는 전기적 절연 상태를 형성하기 위한 절연체(21)가 구비된다.

따라서, 상기 축전장치(9)는 상기 고정구(3)와는 무관한 일정한 정전용량을 가지게 되며, 상기 고정구(3) 주변의 전기장 변화에도 상기 축전장치(9)의 축전 상태에는 변화가 발생하지 않게 된다.

본 실시예에서, 상기 축전장치(9)의 일측 축전판(7)은 상기 고정구(3)가 공작물(5)을 파지하는 표면을 이루도록 배치되어, 고정구(3)에 공작물(5)이 장착되면 저절로 상기 일측 축전판(7)과 공작물(5) 사이의 전기적 연결관계가 형성될 수 있도록 하였다.

한편, 상기 절연체(21)는 상기 고정구(3)가 공작물(5)을 파지한 상태에서 상기 공작물(5)과 고정구(3) 사이에 전기적 연결이 차단되도록, 상기 고정구(3)에 절연차단부(23)를 형성하고 있다.

따라서, 상기 고정구(3)에 공작물(5)이 파지된 상태에서, 상기 공작물(5)만 상기 축전장치(9)의 축전판(7)에 전기적으로 연결되고, 상기 고정구(3)가 상기 공작물(5)을 통해서 상기 축전판(7)에 전기적으로 연결되는 것이 방지된다.

이와 같이 상기 공작물(5)만 상기 축전장치(9)의 축전판(7)에 전기적으로 연결되도록 구성함으로써, 상기 공구(11)가 공작물(5)에 접근하는 경우에는, 상기 공작물(5) 주변의 전기장 변화에 따라 상기 축전장치(9)에 저장된 전기의 변화가 발생하지만, 상기 공구(11)가 공작물(5)이 아닌 고정구(3) 근처로 접근하는 것에 대해서는 상기 축전장치(9)의 전기적 변화가 발생하지 않게 된다.

따라서, 공구(11)와 공작물(5) 사이의 근접 상황 및 접촉여부를 고정구(3)와는 무관하게 보다 정확히 감지할 수 있게 되며, 이는 일반적으로 공구(11)의 충돌에 의한 공구(11) 및 공작기계(1)의 파손은 공구(11)와 공작물(5) 사이의 충돌에 의해 발생하고, 공구(11)와 고정구(3) 사이의 충돌은 구조적으로나 경험적으로 거의 발생하지 않는 것을 고려한 것이다.

상기 유전체는 상기 절연체(21)로 이루어질 수 있다. 즉, 두 축전판(7) 사이의 유전체를 유전율이 우수한 별도의 재료로 구성할 수도 있지만, 구조적 간단화와 제작상의 편의성 등을 고려하여, 상기 유전체를 상기 축전장치(9)와 고정구(3) 사이의 절연을 수행하는 절연체(21)와 동일한 재질로 구성하는 것이다.

참고로, 도면에 도시된 본 실시예에서는 상기 유전체를 상기 절연체(21)로 한꺼번에 구성하였다.

상기 축전장치(9)의 일측 축전판(7)에는 상기 전원(15)의 양극이 연결되고, 나머지 타측 축전판(8)에는 음극이 연결된다.

따라서, 상기 접지에 접지배선(13)으로 연결된 공구(11)가 상기 공작물(5)에 접촉하게 되면, 상기 일측 축전판(7)에 축적되어 있던 양전하는 상기 공작물(5)과 공구(11) 및 접지배선(13)을 통해 접지로 급격히 흐르게 된다.

상기 컨트롤러(19)는 상기와 같은 전류의 흐름을 상기 전류센서(17)로 센싱하여, 공구(11)가 공작물(5)에 접촉하였음을 인지하게 되며, 이에 따라 상기 공구(11)의 이송을 중단시킴으로써, 공구(11)와 공작물(5)의 충돌에 의한 손상을 최소화시키게 되는 것이다.

상기 컨트롤러(19)는 상기 전류센서(17)에서 측정되는 전류가 소정의 제1기준전류 이상으로 감지되면, 상기 공구(11)의 이송 속도를 소정의 기준수준으로 저감시키고; 상기 전류센서(17)에서 측정되는 전류가 상기 제1기준전류보다 큰 소정의 제2기준전류 이상으로 감지되면, 상기 공구(11)의 이송을 중지시키도록 구성될 수 있다.

즉, 상기 공구(11)가 도 2와 같이 공작물(5)로 근접하게 이동해 오면, 상기 공작물(5) 주변의 전기장에 변화가 초래되고, 이러한 변화는 상기 축전장치(9)에 저장된 전기의 변화를 초래하며, 이러한 축전장치(9)의 전기적 변화에 따라 상기 전원(15)과 축전장치(9) 사이에 전류가 흐르게 되며, 상기 컨트롤러(19)가 상기 전류의 흐름을 전류센서(17)로 감지하여, 상기 공구(11)가 공작물(5)에 근접했음을 인지하고, 공구(11)의 이송속도를 저감시켜서 충돌 가능성을 저하시킬 수 있게 되는 것이다.

따라서, 상기 제1기준전류는 상기한 바와 같은 취지에 따라, 상기 공구(11)가 공작물(5)에 근접하여, 곧 충돌이 일어날 가능성이 있는 상황에서 변화되는 전기장에 의해 상기 축전장치(9)와 전원(15) 사이에 흐르는 전류를 판단할 수 있는 수준으로 설정될 수 있을 것이며, 상기 기준수준은 상기 공구(11)가 이송되어 오던 속도에 비추어 충돌을 방지하거나 최소화할 수준으로 설정할 수 있을 것인 바, 예컨대 공구(11)가 이송되어 오던 속도의 20% 수준 등으로 설정할 수 있을 것이다.

또한, 상기 공구(11)가 도 3에 예시한 바와 같이 상기 공작물(5)에 접촉하게 되는 경우에는, 상술한 바와 같이 상기 축전장치(9)의 일측 축전판(7)에 축적되어 있던 양전하가 상기 공작물(5)과 공구(11)를 통해 접지로 흘러, 상기 제1기준전류보다 큰 전류가 흐르게 되며, 상기 컨트롤러(19)는 상기 전류센서(17)로 이를 감지하여, 공구(11)와 공작물(5)의 접촉 상황을 인지하고, 상기 공구(11)의 이동을 중지시키도록 함으로써, 공구(11)와 공작물(5)의 충돌에 의한 피해를 최소화하게 되는 것이다.

참고로, 도 3에서 화살표는 상기 일측 축전판(7)의 전하가 접지로 흐르는 것을 설명한 것이다.

따라서, 상기 제2기준전류는 상기한 바와 같은 취지에 따라, 상기 일측 축전판(7)에 축적되었던 양전하가 한꺼번에 공작물(5)과 공구(11)를 통해 접지로 이동함을 판단할 수 있는 수준으로 설정되며, 다수의 실험 및 해석에 의해 설계적으로 결정될 수 있을 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 공작기계
3; 고정구
5; 공작물
7, 8; 축전판
9; 축전장치
11; 공구
13; 접지배선
15; 전원
17; 전류센서
19; 컨트롤러
21; 절연체
23; 절연차단부

Claims (7)

1. 고정구에 고정되는 공작물에 일측 축전판이 전기적 연결 상태를 형성하도록 설치된 축전장치;
   공구를 접지로 연결시키는 접지배선;
   상기 축전장치에 전기를 공급하도록 구비된 전원;
   상기 전원과 축전장치 사이의 전류 변화를 측정하도록 구비된 전류센서;
   상기 전류센서의 신호를 수신하여 공작기계를 제어하는 컨트롤러;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 축전장치는
   서로 마주하는 평판으로 이루어진 두개의 축전판;
   상기 두 축전판 사이의 유전체;
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 축전장치의 축전판과 고정구 사이에는 전기적 절연 상태를 형성하기 위한 절연체가 구비된 것
   을 특징으로 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 유전체는 상기 절연체로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 축전장치의 일측 축전판은 상기 고정구가 공작물을 파지하는 표면을 이루도록 배치되고;
   상기 절연체는 상기 고정구가 공작물을 파지한 상태에서 상기 공작물과 고정구 사이에 전기적 연결이 차단되도록, 상기 고정구에 절연차단부를 형성하는 것
   을 특징으로 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 축전장치의 일측 축전판에는 상기 전원의 양극이 연결되고, 나머지 타측 축전판에는 음극이 연결된 것
   을 특징으로 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 컨트롤러는
   상기 전류센서에서 측정되는 전류가 소정의 제1기준전류 이상으로 감지되면, 상기 공구의 이송 속도를 소정의 기준수준으로 저감시키고;
   상기 전류센서에서 측정되는 전류가 상기 제1기준전류보다 큰 소정의 제2기준전류 이상으로 감지되면, 상기 공구의 이송을 중지시키도록 구성된 것
   을 특징으로 하는 공작기계의 공구 충돌 감지 및 파손 방지 장치.
   

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