KR20050079089A - In-situ monitoring sensor for cnc machine - Google Patents

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Abstract

본 발명의 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서는 상기 이송테이블과 이송레일의 체결수단 및 상기 이송레일의 간섭을 받지 않고 상기 이송테이블과 이송레일이 연결되는 부위에 설치될 수 있도록 일 측으로 개방된 개구부가 형성된 프레임; 상기 프레임의 일 측면에 상기 이송레일의 축 방향과 평행하게 형성된 결합공; 상기 결합공에 체결되는 원통형의 부시; 상기 부시의 전면에 하나이상의 연결점을 가지고 부착되는 플레이트; 상기 플레이트에 상기 프레임의 외측으로 돌출되게 결합되어 상기 이송테이블과 상기 이송레일에서 발생되는 압력의 차를 상기 플레이트에 전달하는 핀; 및 상기 플레이트에 부착되어 상기 핀에 의해 휘어지는 플레이트의 휨 정도를 측정하는 변위측정센서를 포함한다. 이 감시센서는 가공작업에 영향을 주지 않으면서 공구와 공작물 간에 발생하는 부하를 정확하게 측정할 수 있다.The built-in monitoring sensor of the precision automation device of the present invention has an opening that is open to one side so as to be installed at a portion where the transfer table and the transfer rail are connected without interfering with the fastening means of the transfer table and the transfer rail and the transfer rail. Formed frame; A coupling hole formed in one side of the frame in parallel with an axial direction of the transfer rail; A cylindrical bush fastened to the coupling hole; A plate attached to the front of the bush with one or more connection points; A pin coupled to the plate to protrude outward of the frame to transfer a difference in pressure generated from the transfer table and the transfer rail to the plate; And a displacement measuring sensor attached to the plate and measuring a degree of bending of the plate bent by the pin. This supervisory sensor can accurately measure the load generated between the tool and the workpiece without affecting machining operations.

Description

정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서{IN-SITU MONITORING SENSOR FOR CNC MACHINE}Built-in monitoring sensor for precision automation equipment {IN-SITU MONITORING SENSOR FOR CNC MACHINE}

본 발명은 자동화 기기의 가공작업 중에 발생하는 부하량을 측정하는 감시센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공작물의 정밀가공 및 오차범위를 최소화할 수 있도록 자동화 기기의 이송레일과 이송테이블의 내부에 용이하게 설치될 수 있는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서에 관한 것이다.The present invention relates to a monitoring sensor for measuring the load generated during the machining operation of the automated device, and more particularly, to facilitate the inside of the transfer rail and the transfer table of the automated device to minimize the precision processing and error range of the workpiece. The present invention relates to a built-in monitoring sensor of a precision automation device that can be installed.

자동화 기기가 복잡하고 미세한 공차로 이루어진 제품을 생산하기 위해서는 첫째, 자동화 기기의 이송계, 주축계, 및 구조계의 최적화 기반이 필요하고 둘째, 가공중의 자동화된 공구 및 공작물의 감시와 가공프로세서의 최적화된 제어가 필수적이다. 첫 번째 요건은 CNC 가공장치와 같이 이송시스템에 의한 정밀이송을 수행하는 자동화 기기가 등장하면서 충족되었으며, 두 번째 요건은 최근 공정감시를 위한 여러 가지 감시센서가 개발되면서 어느 정도 충족되고 있다.In order to produce products with complex and fine tolerances, automation equipment needs to firstly have a foundation for the optimization of feed systems, spindle systems, and structural systems for automation equipment. Second, automated tool and workpiece monitoring during processing and optimization of processing processors. Control is essential. The first requirement has been met with the emergence of automated machines that perform precise transfers by the transfer system, such as CNC machining equipment. The second requirement has been met to some extent with the development of several monitoring sensors for process monitoring.

공정감시는 가공 중에 변화되는 공작물 또는 공구의 온도, 가속도, 이송거리, 소리 등의 관찰을 통해 이루어진다. 그러나, 위에서 열거한 감시 인자들은 외부환경에 민감하여 신뢰성이 떨어진다. 때문에 최근에는 가공중의 공구상태, 칩 형태, 가공물의 치수오차 등과 밀접한 관계를 가지고 있는 절삭저항(또는 절삭력)의 측정을 통해 공정감시를 수행하고 있다.Process monitoring is performed by monitoring the temperature, acceleration, feed distance, sound, etc. of the workpiece or tool that change during machining. However, the monitoring factors listed above are not reliable because they are sensitive to the external environment. Therefore, in recent years, process monitoring has been carried out by measuring cutting resistance (or cutting force), which is closely related to tool state, chip shape, and dimensional error of a workpiece during machining.

가공중의 발생하는 부하(예를 들어 절삭저항)의 측정은 자동화 기기의 이송시스템의 최적화 기술이나 가공공정에 대한 감시기술(공구마멸, 외란에 의한 시스템 보호, 오작동 등)에 적용가능하고, 측정시스템에서의 시스템 보호를 위한 감시에도 활용할 수 있다. The measurement of the load (e.g. cutting resistance) generated during processing is applicable to the optimization technology of the transfer system of automated equipment or the monitoring technology (process wear, system protection due to disturbance, malfunction, etc.) It can also be used for surveillance to protect the system in the system.

현재 공정 감시용 부하측정기가 상용화 되었으나 설치환경에 대한 많은 문제점을 안고 있다. 즉, 종래의 감시센서는 공구나 공작물이 장착된 이송테이블 상에 설치되므로 측정영역이 넓지 않으며, 가공상에 발생하는 부하만을 선별하여 측정할 수 없다. 또한, 종래의 감시센서는 외부 노출된 상태로 존재하기 때문에 절삭유와 같은 외부 물질에 의해 오염되어 성능 및 수명이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.Currently, load monitoring for process monitoring is commercialized, but there are many problems with the installation environment. That is, the conventional monitoring sensor is installed on a transfer table on which a tool or a workpiece is mounted, so the measurement area is not wide, and only the load generated in the machining cannot be selected and measured. In addition, the conventional monitoring sensor has a problem that the performance and life is reduced because it is contaminated by an external material such as cutting oil because it exists in an externally exposed state.

이를 보완하는 방법으로 이송시스템의 모터에 흐르는 전류의 양을 측정하여 가공상태를 감시하고자 하였으나 이 또한 전류의 심한 노이즈에 의한 측정 정밀도의 저하문제와 측정 주파수가 매우 저조하다는 문제를 안고 있다.In order to compensate for this, the processing status was monitored by measuring the amount of current flowing through the motor of the transfer system. However, this also has a problem of deterioration of measurement accuracy due to severe noise of the current and a very low measurement frequency.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 공구와 공작물 간에 발생하는 부하를 직렬로 측정하면서 절삭유와 같은 외란요인에 의한 간섭을 최소화할 수 있도록 자동화 기기의 이송장치에 내장되는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, and to measure the load generated between the tool and the workpiece in series while the precision of the automation device embedded in the transfer device of the automation device to minimize the interference caused by disturbance factors such as cutting oil The purpose is to provide a built-in monitoring sensor.

본 발명의 한 실시예에 따르면 이송테이블과 이송레일이 구비된 자동화 기기에서 공구와 공작물 간에 발생하는 정적 및 동적 부하를 측정하는 감시센서로서, 상기 이송테이블과 이송레일의 체결수단 및 상기 이송레일의 간섭을 받지 않고 상기 이송테이블과 이송레일이 연결되는 부위에 설치될 수 있도록 일 측으로 개방된 개구부가 형성된 프레임; 상기 프레임의 일 측면에 상기 이송레일의 축 방향과 평행하게 형성된 결합공; 상기 결합공에 체결되는 원통형의 부시; 상기 부시의 전면에 하나이상의 연결점을 가지고 부착되는 플레이트; 상기 플레이트에 상기 프레임의 외측으로 돌출되게 결합되어 상기 이송테이블과 상기 이송레일에서 발생되는 압력의 차를 상기 플레이트에 전달하는 핀; 및 상기 플레이트에 부착되어 상기 핀에 의해 휘어지는 플레이트의 휨 정도를 측정하는 변위측정센서를 포함하는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서가 제공된다.According to an embodiment of the present invention as a monitoring sensor for measuring the static and dynamic load generated between the tool and the workpiece in the automated device equipped with a transfer table and the transfer rail, the fastening means of the transfer table and the transfer rail and the transfer rail A frame having an opening opened to one side to be installed at a portion where the transfer table and the transfer rail are connected without interference; A coupling hole formed in one side of the frame in parallel with an axial direction of the transfer rail; A cylindrical bush fastened to the coupling hole; A plate attached to the front of the bush with one or more connection points; A pin coupled to the plate to protrude outward of the frame to transfer a difference in pressure generated from the transfer table and the transfer rail to the plate; And it is attached to the plate is provided with a built-in monitoring sensor of the precision automation device including a displacement measuring sensor for measuring the degree of bending of the plate bent by the pin.

먼저, 본 발명 내장형 측정센서의 부하 측정원리를 설명하면 다음과 같다.First, the load measurement principle of the built-in measuring sensor of the present invention will be described.

도 1은 본 발명 내장형 감시센서의 측정원리를 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 도 1의 구조에 정적 부하가 작용했을 때의 힘-변위 선도를 나타낸 것이며, 도 3은 도 1의 구조에 동적 부하가 작용했을 때를 모델링 한 것이다.1 is a schematic diagram for explaining the measurement principle of the built-in monitoring sensor of the present invention, Figure 2 shows a force-displacement diagram when a static load is applied to the structure of Figure 1, Figure 3 is a dynamic diagram of the structure of Figure 1 This is modeled when the load is applied.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 내장형 감시센서(100)는 볼트(45)에 의해 이송레일에 결합된 너트하우징(40)과 이송테이블에 결합된 브라켓(50) 사이에 고정되어 공구와 공작물 사이에서 발생되는 부하량를 측정한다. 이때, 절삭공정에서 발생된 부하는 감시센서(100)와 볼트(45)에 분산되어 전달되므로, 정확한 부하를 측정하기 위해서는 감시센서(100)와 볼트(45)에 작용하는 부하의 비를 구해야 한다.As shown in FIG. 1, the built-in supervisory sensor 100 of the present invention is fixed between a nut housing 40 coupled to a transfer rail by a bolt 45 and a bracket 50 coupled to a transfer table. Measure the load generated between them. At this time, the load generated in the cutting process is distributed to the monitoring sensor 100 and the bolt 45, so in order to accurately measure the load, the ratio of the load acting on the monitoring sensor 100 and the bolt 45 must be obtained. .

먼저, 정적 부하가 발생하는 경우를 살펴보자. 도 2에 도시된 바와 같이 초기에는 볼트(45)의 체결력 FP 에 의해 감시센서(100)와 볼트(45)에 각각 압축력과 인장력이 발생하며, 두 힘은 서로 평형을 이룬다. 그리고 가공이 이루어지면 감시센서(100)와 볼트(45)에 작용하는 힘이 FR 로 증가하게 되어 그에 따라 감시센서(100)와 볼트(45)에 변위가 발생된다. 이때, 힘 FR 은 감시센서(100)에 작용하는 힘 F* s 와 실질적인 부하 Fa의 합으로 수학식 1에서와 같이 볼트(45)와 감시센서(100)의 강성과 감시센서(100)에서 측정되는 힘 Fs로 표현이 가능하다. 따라서, 감시센서(100)와 체결부재(본 예에서는 볼트(45))의 강성 및 감시센서(100)에서 측정된 힘을 알면 실질적으로 작용하는 부하의 크기를 산출할 수 있다.First, let's look at the case of static load. As shown in FIG. 2, the compression force and the tension force are generated in the monitoring sensor 100 and the bolt 45 by the fastening force F P of the bolt 45, respectively, and the two forces form an equilibrium with each other. When the processing is made, the force acting on the monitoring sensor 100 and the bolt 45 increases to F R , whereby a displacement occurs in the monitoring sensor 100 and the bolt 45. At this time, the force F R is the sum of the force F * s acting on the monitoring sensor 100 and the actual load F a as shown in Equation 1, the rigidity of the bolt 45 and the monitoring sensor 100 and the monitoring sensor 100 It can be expressed as the force F s measured at. Thus, knowing the stiffness of the monitoring sensor 100 and the fastening member (bolt 45 in this example) and the force measured by the monitoring sensor 100 can calculate the magnitude of the load that actually acts.

위 수학식 1에서 Kt 은 볼트(45)의 강성이고 Ks 는 감시센서(100)의 강성이며 Fs 는 감시센서(100)에 측정된 힘이다.In Equation 1 above, K t is the stiffness of the bolt 45, K s is the stiffness of the monitoring sensor 100 and F s is the force measured by the monitoring sensor 100.

다음으로 동적 부하가 발생하는 경우는 살펴보자.Next, let's look at the dynamic load.

동적 부하는 공구 또는 공작물이 계속적으로 이송될 때 발생되는 경우로서 도 3과 같이 모델링 할 수 있다. 수학식 2는 이와 같은 2자유도 모델에 대한 운동방정식을 나타낸 것이다. 수학식 2에서 mt 와 mb 는 각각 이송테이블과 이송레일의 질량이고, ft 와 fb 는 각각 이송테이블과 이송레일에 작용하는 힘이며, xt 와 xb 는 외력에 의해 발생되는 이송테이블과 이송레일의 변위이고, kt 와 kb 는 이송테이블과 이송레일의 강성이다.The dynamic load may be modeled as shown in FIG. 3 as it occurs when the tool or the workpiece is continuously transferred. Equation 2 shows the equation of motion for the two degrees of freedom model. In Equation 2, m t and m b are the mass of the transfer table and the transfer rail, respectively, f t and f b are the forces acting on the transfer table and the transfer rail, respectively, and x t and x b are the transfers generated by the external force. The displacement of the table and the transfer rail, k t and k b is the rigidity of the transfer table and the transfer rail.

위 수학식 2에서 이송테이블과 이송레일의 강성은 고유 물성치로서 이송테이블의 변위와 이송레일의 변위를 이용하여 측정할 수 있으며, 이러한 값을 수학식 2에 대입하여 빠르게 변동하는 외부 동적 부하를 측정할 수 있다. 따라서, 이와 같이 감시센서(100)를 이송레일과 이송테이블이 연결되는 부위에 설치하면 다른 외력에 영향이 없이 이송방향으로 작용하는 정적 부하 및 동적 부하를 정확히 측정할 수 있다.In Equation 2, the rigidity of the transfer table and the transfer rail can be measured using the displacement of the transfer table and the displacement of the transfer table as intrinsic properties, and these values are substituted into Equation 2 to measure the rapidly changing external dynamic load. can do. Thus, when the monitoring sensor 100 is installed in the portion where the transfer rail and the transfer table are connected, the static load and the dynamic load acting in the transfer direction can be accurately measured without affecting other external forces.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 감시센서가 장착된 공작기계의 이송시스템을 나타낸 것이다.Figure 4 shows a transport system of a machine tool equipped with a monitoring sensor of the present invention.

자동화 공작기계는 도 4에 도시된 바와 같이 이송레일(30)과 이송테이블(60) 및 절삭공구(80)로 구성되어 있다. 이송레일(30)의 양 끝에는 베어링(20)이 설치되어 있으며 외주면에는 이송레일(30)에 형성된 나사를 따라 움직이는 너트하우징(40)이 체결되어 있다. 너트하우징(40)에는 브라켓(50)을 매개로 이송테이블(60)이 결합되어 있다. 따라서, 이송레일(30)이 모터(10)에 의해 회전되면 이송레일(30)의 나사방향을 따라 너트하우징(40)이 움직이고 이로 인해 이송테이블(60)이 이동하게 된다.The automated machine tool is composed of a transfer rail 30, a transfer table 60 and a cutting tool 80 as shown in FIG. Bearings 20 are installed at both ends of the transfer rail 30, and a nut housing 40 moving along a screw formed on the transfer rail 30 is fastened to an outer circumferential surface thereof. The nut housing 40 is coupled to the transfer table 60 via the bracket 50. Therefore, when the transfer rail 30 is rotated by the motor 10, the nut housing 40 moves along the screw direction of the transfer rail 30, thereby causing the transfer table 60 to move.

이송테이블(60)에는 공작물(70)이 설치되고, 이 이송테이블(60)의 이동경로 상에는 절삭공구(80)가 설치된다. 따라서, 이송테이블(60)이 너트하우징(40)에 의해 이송레일(30)의 경로상을 따라 움직이면 공작물(70)이 공작기계에 마련된 절삭공구(80)에 의해 가공된다. 한편, 본 실시예에서는 공작물(70)이 이송테이블(60)에 설치되고 절삭공구(80)가 이송테이블(70)의 경로상에 설치되는 것으로 설명하였으나, 이와 반대로 절삭공구(80)가 이송테이블(60)에 설치되고 공작물(70)이 이송테이블(60)의 경로상에 설치될 수 있다.The workpiece 70 is installed in the transfer table 60, and a cutting tool 80 is installed on the movement path of the transfer table 60. Therefore, when the transfer table 60 moves along the path of the transfer rail 30 by the nut housing 40, the workpiece 70 is processed by the cutting tool 80 provided in the machine tool. Meanwhile, in the present embodiment, the workpiece 70 is installed on the transfer table 60 and the cutting tool 80 is installed on the path of the transfer table 70. On the contrary, the cutting tool 80 is installed on the transfer table. It is installed in the 60 and the workpiece 70 can be installed on the path of the transfer table 60.

너트하우징(40)과 브라켓(50)의 사이에는 본 발명의 내장형 감시센서(100)가 설치되어 있다. 이 내장형 감시센서(100)는 너트하우징(40)과 브라켓(50)의 사이에서 발생하는 응력을 측정하고 그 값을 전기적 신호로 송출한다. 한편, 공작물(70)과 절삭공구(80)간에 발생하는 부하는 절삭공구(80)의 가공방향에 따라 달라지는데, 본 발명에서와 같이 내장형 감시센서(100)를 너트하우징(40)과 브라켓(50) 사이에 설치하면 이송테이블(60)의 이동방향으로 작용하는 부하만을 직렬적으로 측정할 수 있어 외란에 대한 영향이 매우 적다.Between the nut housing 40 and the bracket 50, the built-in monitoring sensor 100 of the present invention is installed. The built-in monitoring sensor 100 measures the stress generated between the nut housing 40 and the bracket 50 and transmits the value as an electrical signal. On the other hand, the load generated between the workpiece 70 and the cutting tool 80 depends on the cutting direction of the cutting tool 80, as in the present invention, the built-in monitoring sensor 100, the nut housing 40 and the bracket 50 When installed in the middle), only the load acting in the moving direction of the transfer table 60 can be measured in series, so the influence on disturbance is very small.

이와 같이 공작물(70)과 절삭공구(80)에서 발생되는 부하를 직렬적으로 측정할 수 있도록 너트하우징(40)과 브라켓(50)사이에 설치되는 내장형 감시센서(100)의 구조는 다음과 같다.As such, the structure of the built-in monitoring sensor 100 installed between the nut housing 40 and the bracket 50 to measure the load generated in the work piece 70 and the cutting tool 80 in series is as follows. .

도 5는 도 4에 장착된 내장형 감시센서의 부분 분리사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 측정부의 분리 사시도이며, 도 7은 도 4에 장착된 내장형 감시센서의 단면도를 나타낸 것이다.FIG. 5 is a partially exploded perspective view of the built-in monitoring sensor mounted in FIG. 4, FIG. 6 is an exploded perspective view of the measurement unit shown in FIG. 5, and FIG. 7 is a cross-sectional view of the built-in monitoring sensor mounted in FIG. 4.

도 5에 도시된 바와 같이 내장형 감시센서(100)는 프레임(110), 부시(120), 플레이트(130), 및 핀(140)으로 구성되어 있다. 먼저 프레임(110)의 형상 및 특징을 설명하겠다.As shown in FIG. 5, the built-in monitoring sensor 100 includes a frame 110, a bush 120, a plate 130, and a pin 140. First, the shape and features of the frame 110 will be described.

프레임(110)은 감시센서(100)의 외형을 이루는 부재로서, 너트하우징(40)과 브라켓(50)의 결합에 큰 지장을 주지 않도록 얇은 판형으로 되어 있다. 프레임(110)의 중앙에는 설치시 이송레일(30)과 체결용 볼트(도시되지 않음)의 영향을 받지 않도록 개구부(112)가 형성되어 있다. 따라서, 본 발명의 감시센서(100)는 너트하우징(40)과 브라켓(50) 사이에 일정한 공간만 주어지면 외측에서 용이하게 설치할 수 있다.Frame 110 is a member forming the outer shape of the monitoring sensor 100, and has a thin plate shape so as not to interfere with the coupling of the nut housing 40 and the bracket 50. The opening 112 is formed in the center of the frame 110 so as not to be affected by the transfer rail 30 and the fastening bolt (not shown). Therefore, the monitoring sensor 100 of the present invention can be easily installed from the outside if only a predetermined space is provided between the nut housing 40 and the bracket 50.

한편, 프레임(110)의 전면에는 부시(120)가 삽입될 수 있는 홈(111)이 형성되어 있는데, 이 홈(111)의 내주면에는 다른 부재와의 체결이 용이하도록 나사산이 형성되어 있다. 홈(111)은 부하를 측정하기 위한 장치가 삽입되는 공간으로 너트하우징(40)과 브라켓(50)의 압력을 잘 받을 수 있는 프레임(110)의 전면 또는 후면에 형성된다. 다만, 측정의 정밀성을 높이기 위해 상기 홈(111)을 프레임(110)의 전면과 후면 양면에 형성시키나 전면 또는 후면의 여러 곳에 형성시키는 것도 좋다.On the other hand, a groove 111 through which the bush 120 can be inserted is formed on the front surface of the frame 110, and a thread is formed on the inner circumferential surface of the groove 111 to facilitate fastening with other members. The groove 111 is a space into which a device for measuring a load is inserted and is formed at the front or rear side of the frame 110 that can receive the pressure of the nut housing 40 and the bracket 50 well. However, in order to increase the accuracy of the measurement, the groove 111 is formed on both front and rear surfaces of the frame 110, but may be formed at various locations on the front or rear surface.

프레임(110)에 결합되는 부시(120)는 도 6에 도시된 바와 같이 비교적 통 두께가 두꺼운 원통형의 부재이다. 부시(120)의 외측 원주면에는 체결이 용이하게 이루어지도록 나사산이 형성되어 있으며 밑면에는 전선 등이 소통될 수 있는 인출공(122)이 형성되어 있다.The bush 120 coupled to the frame 110 is a cylindrical member having a relatively thick thickness as shown in FIG. 6. The outer circumferential surface of the bush 120 is formed with a screw thread to facilitate the fastening, and the bottom surface is formed with a lead hole 122 through which wires and the like can be communicated.

플레이트(130)는 부시(120)의 전면에 부착되는 부재로서 긴 막대모양을 하고 있다. 플레이트(130)는 부시(120)의 전면에 하나 이상의 연결점에 의해 부착되는 것이 좋은데, 본 실시예에서는 단순지지구조를 갖도록 2개의 연결점을 매개로 부시(120)의 전면에 부착되어 있다. 플레이트(130)의 각 연결점에는 변위측정센서(131)가 설치되어 있으며 최고 변위점(본 실시예에서는 플레이트(130)의 가운데)에는 체결공(133)이 형성되어 있다. 이때, 변위측정센서(131)로는 스트레인 게이지나 피에조 센서가 이용될 수 있는데, 스트레인 게이지는 플레이트(130)의 윗면에 설치되는 것이 좋고 피에조 센서는 플레이트(130)와 부시(120)의 접촉면 사이에 설치되는 것이 좋다.The plate 130 is a member attached to the front surface of the bush 120 and has a long rod shape. The plate 130 is preferably attached to the front surface of the bush 120 by one or more connection points. In this embodiment, the plate 130 is attached to the front surface of the bush 120 through two connection points so as to have a simple support structure. A displacement measuring sensor 131 is installed at each connection point of the plate 130, and a fastening hole 133 is formed at the highest displacement point (in the center of the plate 130 in this embodiment). In this case, a strain gauge or a piezo sensor may be used as the displacement measuring sensor 131. The strain gauge may be installed on the upper surface of the plate 130, and the piezo sensor may be disposed between the contact surface of the plate 130 and the bush 120. It is good to be installed.

핀(140)은 플레이트(130)의 체결공(133)에 결합되는 부재로서, 프레임(110)의 외측으로 돌출되게 설치되어 너트하우징(40) 또는 브라켓(50)과 접촉하며 너트하우징(40)과 브라켓(50)에서 발생된 응력을 변위측정센서(131)에 전달하는 역할을 한다. 핀(140)의 돌출량은 프레임(110)과 부시(120)의 체결깊이를 통해 조절한다.The pin 140 is a member coupled to the fastening hole 133 of the plate 130 and is installed to protrude outward of the frame 110 to be in contact with the nut housing 40 or the bracket 50 and the nut housing 40. And it serves to transfer the stress generated in the bracket 50 to the displacement measuring sensor (131). Protrusion amount of the pin 140 is adjusted through the depth of engagement of the frame 110 and the bush (120).

한편, 본 실시예의 핀(140)은 일단의 끝이 뾰족하면서 전체적으로 소정의 지름을 갖는 원통형인데, 이는 핀(140)과 너트하우징(40) 또는 브라켓(50)과의 접촉면적을 최소화시켜 측정 정밀도를 높이고 핀(140)이 어느 정도의 굽힘 강도를 갖도록 하기 위한 것이다. 아울러, 핀(140)을 프레임(110)의 외측으로 돌출되게 설치한 이유는 초기에 핀(140)이 일정한 압력으로 너트하우징(40) 또는 브라켓(50)에 접촉하게 하여 추후 발생하는 변위에 따라 핀(140)이 선형적으로 이동하도록 하고 너트하우징(40) 또는 브라켓(50)의 인장과 압축에 따른 변위를 모두 감지할 수 있도록 하기 위함이다.On the other hand, the pin 140 of the present embodiment is a cylindrical having a predetermined diameter as a whole, the end of the point is pointed, which minimizes the contact area between the pin 140 and the nut housing 40 or the bracket 50 measurement accuracy To increase the pin 140 to have a certain bending strength. In addition, the reason why the pin 140 is installed to protrude to the outside of the frame 110 is that the pin 140 initially contacts the nut housing 40 or the bracket 50 at a constant pressure, according to a displacement occurring later. This is to allow the pin 140 to move linearly and to detect both the displacement due to the tension and the compression of the nut housing 40 or the bracket 50.

이와 같이 구성된 내장형 감시센서(100)의 동작방법을 설명하면 다음과 같다.The operation method of the built-in monitoring sensor 100 configured as described above is as follows.

도 7에 도시된 바와 같이 프레임(110)의 홈(111)에는 부시(120), 플레이트(130), 핀(140)이 순차적으로 결합되어 있다. 플레이트(130)의 가운데에는 핀(140)이 결합되어 있으며, 이 핀(140)은 플레이트(130)의 외측으로 돌출되어 있다. 따라서, 가공작업이 시작되면 인접한 너트하우징(40) 또는 브라켓(50)에 의해 핀(140)이 압력을 받게 되고, 압력의 크기에 따라 핀(140)이 프레임(110)의 내측 및 외측을 반복 이동하면서 플레이트(130)를 휘어지게 한다. 이때, 플레이트(130)의 휘어짐의 정도는 너트하우징(40)과 브라켓(50)에 전달된 부하의 크기에 비례하고, 플레이트(130)와 부시(120)의 연결점에 설치된 변위측정센서(131)에서 측정된다. 변위측정센서는(131)는 측정된 값을 전기신호를 발생시켜 외부에 마련된 연산장치 또는 제어장치에 전달하고, 연산장치는 이 전기신호를 다시 응력으로 환산한 후 수학식1과 수학식2를 이용해 부하의 크기를 산출한다. 한편, 플레이트(130)가 핀(140)의 압력에 의해 휘어질 때 비틀림도 발생하는데, 이와 같은 힘은 이송레일(30)방향으로 작용하는 부하를 정확하게 측정하는데 방해가 된다. 따라서, 본 발명에서는 변위측정센서(131)에서 굽힘으로 인한 응력만이 측정되도록 도 6에 도시된 바와 같이 핀(140)에 의해 휘어지는 부분을 변위측정센서(131)가 부착된 부분보다 두껍게 하였다.As shown in FIG. 7, the bush 120, the plate 130, and the pin 140 are sequentially coupled to the groove 111 of the frame 110. The pin 140 is coupled to the center of the plate 130, and the pin 140 protrudes out of the plate 130. Therefore, when the machining operation is started, the pin 140 is pressed by the adjacent nut housing 40 or the bracket 50, and the pin 140 repeats the inside and the outside of the frame 110 according to the magnitude of the pressure. The plate 130 is bent while moving. At this time, the degree of bending of the plate 130 is proportional to the magnitude of the load transmitted to the nut housing 40 and the bracket 50, the displacement measuring sensor 131 installed at the connection point of the plate 130 and the bush 120 Measured at The displacement measuring sensor 131 generates an electrical signal and transmits the measured value to an external computing device or control device, and the computing device converts the electrical signal into stress again and then uses Equation 1 and Equation 2 below. Calculate the magnitude of the load. On the other hand, the distortion occurs when the plate 130 is bent by the pressure of the pin 140, this force is hindered in accurately measuring the load acting in the direction of the conveying rail (30). Therefore, in the present invention, the portion bent by the pin 140 is thicker than the portion to which the displacement measuring sensor 131 is attached as shown in FIG. 6 so that only the stress due to bending in the displacement measuring sensor 131 is measured.

위와 같이 본 발명의 감시센서는 이송레일 상에 설치되므로 이송방향으로 작용하는 부하만을 측정한다. 또한, 종래 다른 감시센서와 달리 크기가 매우 작아 설치공간의 제약도 없으므로 이송시스템이 갖춰진 모든 자동화 기기에 적용이 용이하다.As described above, the monitoring sensor of the present invention is installed on the conveying rail, so only the load acting in the conveying direction is measured. In addition, unlike other conventional monitoring sensors, the size is very small, there is no limitation of the installation space is easy to apply to all automated equipment equipped with a transport system.

본 발명은 자동화 기기의 이송시스템에 직접 장착되어 공구와 공작물 간에 발생하는 부하를 직렬적으로 측정하므로 외란에 대한 영향이 적고 측정 정밀도가 높은 장점이 있다. 또한, 본 발명을 이용하면 부하의 변동을 통해 공구의 마멸상태나 이송계의 마찰력 등을 파악할 수 있으므로 이를 통해 자동화 기기의 피드백 제어가 용이해지는 장점이 있다.The present invention is mounted directly on the transfer system of the automated device, so that the load generated between the tool and the workpiece is measured in series, so that there is little influence on disturbance and high measurement accuracy. In addition, by using the present invention it is possible to grasp the wear state of the tool or the frictional force of the feed system through the variation of the load has the advantage that the feedback control of the automation device is facilitated through this.

이상에서 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical idea of the built-in monitoring sensor of the precision automation device has been described together with the accompanying drawings, this is illustrative of the best embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

도 1은 본 발명 내장형 감시센서의 측정원리를 설명하기 위한 개략도이고,1 is a schematic view for explaining the measuring principle of the present invention built-in monitoring sensor,

도 2는 도 1의 구조에 정적 부하가 작용했을 때의 힘-변위 선도를 나타낸 것이며,Figure 2 shows the force-displacement diagram when a static load is applied to the structure of Figure 1,

도 3은 도 1의 구조에 동적 부하가 작용했을 때를 모델링 한 것이고,3 is a model when the dynamic load is applied to the structure of FIG.

도 4는 본 발명의 내장형 감시센서가 장착된 자동화 기기의 이송시스템을 나타낸 것이며,Figure 4 shows a transport system of an automated device equipped with a built-in monitoring sensor of the present invention,

도 5는 도 4에 장착된 내장형 감시센서의 부분 분리사시도이고,5 is a partial exploded perspective view of the built-in monitoring sensor mounted in FIG. 4,

도 6은 도 5에 도시된 측정부의 분리 사시도이며,6 is an exploded perspective view of the measuring unit illustrated in FIG. 5;

도 7은 도 4에 장착된 내장형 감시센서의 단면도를 나타낸 것이다.7 is a cross-sectional view of the built-in monitoring sensor mounted in FIG.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>

10 : 모터 20 : 베어링10: motor 20: bearing

30 : 이송레일 40 : 너트하우징30: conveying rail 40: nut housing

50 : 브라켓 60 ; 이송테이블50: bracket 60; Transfer table

70 : 공작물 80 : 공구70: workpiece 80: tool

100 : 감시센서 110 : 프레임100: monitoring sensor 110: frame

120 : 부시 130 : 플레이트120: bush 130: plate

140 : 핀140: pin

Claims (5)

이송테이블과 이송레일이 구비된 자동화 기기에서 공구와 공작물 간에 발생하는 정적 및 동적 부하를 측정하는 감시센서로서,As a monitoring sensor for measuring static and dynamic loads generated between a tool and a workpiece in an automated machine equipped with a transfer table and a transfer rail, 상기 이송테이블과 이송레일의 체결수단 및 상기 이송레일의 간섭을 받지 않고 상기 이송테이블과 이송레일이 연결되는 부위에 설치될 수 있도록 일 측으로 개방된 개구부가 형성된 프레임;A frame having an opening opened to one side so as to be installed at a portion at which the transfer table and the transfer rail are connected without interfering with the fastening means of the transfer table and the transfer rail and the transfer rail; 상기 프레임의 일 측면에 상기 이송레일의 축 방향과 평행하게 형성된 결합공;A coupling hole formed in one side of the frame in parallel with an axial direction of the transfer rail; 상기 결합공에 체결되는 원통형의 부시;A cylindrical bush fastened to the coupling hole; 상기 부시의 전면에 하나이상의 연결점을 가지고 부착되는 플레이트;A plate attached to the front of the bush with one or more connection points; 상기 플레이트에 상기 프레임의 외측으로 돌출되게 결합되어 상기 이송테이블과 상기 이송레일에서 발생되는 압력의 차를 상기 플레이트에 전달하는 핀; 및A pin coupled to the plate to protrude outward of the frame to transfer a difference in pressure generated from the transfer table and the transfer rail to the plate; And 상기 플레이트에 부착되어 상기 핀에 의해 휘어지는 플레이트의 휨 정도를 측정하는 변위측정센서를 포함하는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서.And a displacement measuring sensor attached to the plate and measuring a bending degree of the plate bent by the pin. 청구항 1에 있어서, 상기 부시는 상기 핀의 상기 프레임 외측으로의 돌출량을 간접적으로 조절할 수 있도록 상기 결합공에 나사 체결되는 것을 특징으로 하는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서.The sensor of claim 1, wherein the bush is screwed into the coupling hole to indirectly adjust the amount of protrusion of the pin to the outside of the frame. 청구항 1에 있어서, 상기 변위측정센서는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서.The built-in monitoring sensor of claim 1, wherein the displacement measuring sensor is a strain gauge. 청구항 1에 있어서, 상기 변위측정센서는 피에조 센서인 것을 특징으로 하는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서.The built-in monitoring sensor of claim 1, wherein the displacement measuring sensor is a piezo sensor. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트의 두께는 상기 플레이트가 상기 핀에 의해 휘어질 때 발생하는 비틀림이 최소화 될 수 있도록 상기 플레이트와 상기 부시가 접촉하는 연결부분보다 다른 부분이 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 정밀 자동화 기기의 내장형 감시센서.The portion of claim 1, wherein the thickness of the plate is different from that of the connection portion between the plate and the bush so that the torsion generated when the plate is bent by the pin can be minimized. Built-in monitoring sensor of precision automation equipment, characterized in that the thick.
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