공구 흔들림 확인 센서

1. 흔들림 확인 센서 정의

머시닝 센터에서 공구를 교환할 때에 주축의 테이퍼부와 단면에 이물질이 들어감에 따라 절삭 가공 시 가공 정도에 문제가 발생됨.
따라서 공구 홀더의 흔들림 양을 측정하는 전용 센서로 가공 불량 방지가 가능함.

2. 흔들림 측정 장치 구성

① 흔들림 확인 센서

• 종류 : ø5, ø10
• 공구 홀더가 회전할 때 홀더 외경의 편차량 측정

② 센서 컨트롤러

측정 개시, OK / NG 판정 결과를 NC와 통신하여 정확한 편차 측정치 연산 및 계산 실행
고속 아날로그 처리 및 알고리즘에 의해 측정시간 0.3초 소요

3. 설치 시 주의 사항

3.1 흔들림 확인 센서

• 센서와 공구 홀더와 틈새 : ø5 : 1.0±0.1mm, ø10 : 1.1±0.1mm
• 적용 공구 HOLDER,
  ø5 : BT40이하, HSK-A63 이상 , ø10 : BT40이상, HSK-A63 이상
• 방수 구조(보호 등급 IP67)
• 센서의 헤드 단면에 이물질이 붙은 채로 검출할 경우
  데이터의 차이가 발생하여 편차 NG 가 될 수 있고, 센서 이상 알람이 발생함.
• 센서 헤드의 주위에는 최소한 센서 지름의 3 배 이상을 금속과 떨어지게 할 것.
• 센서가 손상되면 센서만 교환하면 되고, 컨트롤러에는 센서 자동 튜닝 기능이 있음.
• ø5, ø10 센서 교환 사용 가능함. 컨트롤러와 센서의 튜닝은 필요함.
• 타사 제품의 센서는 사용 불가함.
• 1개의 컨트롤러에 1개의 센서만 사용 가능함.

3.2 센서 컨트롤러

• 정확한 편차 측정치를 연산하기 위하여 컨트롤러가 필요함.
• 센서 컨트롤러와 머시닝 센터 NC 컨트롤러와는 접점 신호에 의해 통신 실행
• 이물질이 없는 상태의 공구 형상을 기억해 두고, 그것과 비교하는 것으로 정확한 편차치를 산출함.
• 측정 할 수 있는 공구 홀더의 회전수 : 120 rpm, 600 rpm, 1,200 rpm의 3종류
• 측정할 수 있는 공구 홀더의 개수: 최대 32개
• 홈 보간 정밀도 향상 : 200점 ⇨ 1,000점
• 편차(흔들림) 판정의 임계값은 실제 가공 라인에 있어서, 편차 NG의 빈도나 NG WORK 배출 유무 등을 고려하여 설정

• 편차(흔들림) 판정 최저 임계값은 반복 정밀도의 2 배 이상의 설정 필요
• 실제 가공 환경에서 반복 정밀도나 이물질 삽입시의 편차량을 확인 후 임계값 설정 필요
• 컨트롤러는 방수성이 없으므로 절삭유가 튀지 않는 장소에 설치 필요

4. 흔들림 측정 순서 및 원리

4.1 편차 측정 Flow Chart

4.2 이물질 삽입을 흔들림 양으로 판정하는 이유

공구 홀더 외경 거리(GAP)를 흔들림 센서로 측정한 경우 외경의 미세한 형태 변화, 표면의 흠집, 공구 홀더 내부의 자기적 조성 상태, 자성화 등의 영향에 따라 산출된 최대점과 최소점의 데이터로 정확한 편차량을 구할 수 없음.
따라서 공구 홀더 1회전의 측정 데이터로 부터 편심량을 계산하여 이물질의 삽입을 판정함

4.3 공구 유무 검지

공구 장착

공구 없음

• 공구 홀더가 스핀들로 부터 탈락했을 경우 등, 공구 없음 상태를 검출하는기능
• 공구 홀더가 스핀들에 미장착시 스핀들을 회전시켜도 흔들림 센서는 검출 레벨이 변동하지 않아 원래 데이터와 비교하여 변동 량이 대폭 저하되어공구 없음 알람을 표시함.

5. 센서 설치 형태에 따른 비교

구분	스핀들 단면에 설치	별도 설치
사진
측정방법	스핀들에 공구 장착 후 스핀들이 회전하면서 측정	스핀들에 장착된 공구가 센서로 이동하여 측정
측정간	0.6 sec (공구 1개당)	3 ~5 3 ~5 sec (공구 1개당)
내구성	CHIP 영향으로 센서 파손 우려	CHIP에 대한 영향이 상대적으로 적음
신뢰성	오차 = 공구 홀더+스핀들	오차 = 공구 홀더+스핀들+축 (X/Y/Z)

6. 와전류 센서 검출 원리 비교

6.1 근접 스위치

• ON/OFF 출력
• 최대 정도 100μm
• 개체유무 판단만 가능
• Maker : BALLUFF, OMRON 등

6.2 일반 와전류 센서

• Analog /Digital값 출력
• 절대값 측정 가능
• 최대 판정 정도 20μm 이하
• 외경 형상 변화 대응 안됨 (단절 구간,홀더 편심,외경변화)
• 업체 : KEYENCE 등

6.3 흔들림 확인용 와전류 센서

• Analog 값
• Digital 판정출력
• 최대 판정 정도 3 μm 이하
• 지정 구간별 패턴 매치 비교
• 공구 별 외경 형상 변화 대응
• 업체 : TOKYO SEIMI