KR0129837B1 - 시간 지연용 선형 동작 장비(liner motion line for delay) - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 초고속 분광 실험 등에 사용되는 시간지연용 선형동작 장비에 관한 것이다.

종래의 장비는 구동축의 필요 이상 동작에 의해 부품이 무리를 주게 되며 이를 방지하기 위한 장치를 부착하게 되면 구조가 복잡해지고 제품단가가 높아지는 문제점들이 있었다.

또한, 장비의 절렬시 정교한 조절이 힘들고 번거로워 작업능률을 저하시키는 문제점들이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점들을 극복하기 위한 것으로 구동축에 의한 헤드의 동작을 제한하는 과동작 방지수단과 헤드와 구동축을 분리 또는 연결할 수 있는 분리수다을 포함하여 과동작에 의한 부품의 손상을 방지하는 장비의 정렬을 손쉽게 하여 작업능률을 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

시간 지연용 선형 동작 장비

제1도는 본 발명의 전체적인 구성도.

제2도는 본 발명의 구동측과 헤드를 분리한 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 스테퍼 모터(Stepper motor) 30 : 구동축

20 : 반사거울 50 : 헤드

60 : 프레임 70 : 고정부재

본 발명은 레이저를 이용한 초고속 분광 실험 등에 사용되는 시간 지연용 선형동작 장비에 관한 것이다.

시간 지연용 선형 동작장비는 빛이 직진하며 일정한 속도로 움직인다는 점을 이용하다. 기본적으로, 이 시간 지연용 선형 동작장비는 긴 막대 나사 형태의 구동축과 그 축을 따라 앞뒤로 선형 운동을 하는 선형동작 헤드, 그리고 이들을 지지하기 위한 프레임(frame)으로 구성되어 있다. 이 헤드에 반사경(retroprism)을 장착하여 구동축과 평행하게 들어온 빛을 반사함으로써 해드의 위치에 따라 빛의 경로 길이가 변하게 되고 이에 따라 빛의 필요로 하는 지점에의 도달시간을 가변적으로 조절하게된다.

이 장비는 레이저를 이용한 초고속 분광 실험 등에 광범위하게 쓰이고 있다. 빛은 이 시간 지연 장비에서 반사되어 1초에 30만 km를 가므로 요즘의 기술이 거의 도달하고 있는 1 femtosecond의 빛 도달 시간 지연을 위하여는 015micrometer의 선형 분해능이 필요하며 이를 위해서는 높은 피치수의 구동축이 필요적이다.

선형 분해능은 스테퍼 모터가 움직이는 최소한의 각도의 일회전(360도)에 대한 비율을 구동축의 산과 산 사이의 거리에 곱한 값이다.

그런데 기존의 시간 지연용 선형동작 장치에는 다음과 같은 문제점들이 있다.

첫째로, 현실적으로 헤드의 선형운동 범위는 프레임에 의해 제약을 받을 수밖에 없는데 사용자의 실수로 그 범위를 벗어나서도 움직이도록 조작되는 경우에 스테퍼 모터와 선형동작헤드를 비롯한 모든 부품에 무리가 가게 된다.

이를 방지하기위하여 헤드가 운동범위의 양 끝에 이르면 자동으로 저기 스위치를 눌러서 스테퍼 모터를 멈추게 하는 장비가 있지만 구조가 복잡해지고 단가가 높아지기 때문에 널리 보급되고 있지 못하다.

둘째로, 앞서 언급한대로 이 시간 지연용 선형동작 장치는 기본적으로 입사광을 헤드의 위치에 관계없이 늘 같은 곳으로 반사시켜야 한다.

이러한 조건을 유지하기 위해서는 수시로 장비의 정렬(Alignment)이 이루어져야 하는데 이 과정에서 헤드를 동작 가능 범위안에서 무수히 앞뒤로 움직여 보아야 한다.

그러나 헤드는 구동축과 맞물려 있으므로 이러한 움직임은 스테퍼 모터를 끄고 구동축을 직접 손으로 돌리거나 아니면 스테퍼 모터를 동작시켜서만 가능하다. 이때 구동축의 나사를 높은 피치(pitch)의 것을 사용한 경우에는 그 만큼 구동축을 많이 들려야 하기 때문에 한번 움직이는데 많은 시간이 소모되어 큰 불편이 따른다.

한편 구동축에 낮은 피치의 나사를 사용하면(즉 나사의 산과 산 사이가 넓은 나사를 이용하면) 이 경우에 헤드를 비교적 짧은 시간안에 앞뒤로 움직일 수 있어서 좋지만 한편으로는 이 시간 지연용 선형동작 장치의 기본 사명인 빛 도달 시간의 정교한 조절이 불가능하게 된다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해소하기 위한 것으로서 오동작에 의한 장비의 손상을 방지하고 내구성을 높일 수 있는 시간 지연용 선형동작 장비를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적으로는 장비의 정렬을 손쉽게 하여 작업효율을 높일 수 있는 시간지연용 선형동작장비를 제공한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 시간 지연용 선형동작 장비의 특징으로는 모터에 연결되어 회전되면 외경에 나사가 형성된 구동축과, 상기 구동축 외주면에 접하여 이 구동축의 회전에 의해 직선운동하는 반사거울이 장착되는 헤드를 구비하되, 상기 구동축에 의한 헤드의 동작을 제한하는 과동작 방지수단과, 상기 헤드와 상기 구동축 일측을 분리 또는 연결할 수 있는 구조를 갖는 분리수단을 포함한다.

이에 따른 실시예로 상기 과동작 방지수단은 상기 구동축 양단부분의 나사를 적어도 상기 헤드의 선형동작이 양측 프레임에 닿지 않는 범위에서 제거된다.

이에 따른 실시예로 상기 분리수단은 상기 구동축의 일측을 상기 모터측과 유니버설 조인트로 연결하고, 상기 구동축의 타측을 프레임에 고정 또는 해제하는 고정부재로 구성한다. 이하, 본 발명의 구성과 작용효과를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

본 발명은 선형동작헤드가 프레임에 의하여 지지되며 구동축은 지지가 아닌 선형동작을 위한 것이라는 점을 이용한다.

제1도는 본 발명의 전체적인 구성도로 과동작 방지수단과 분리수단을 포함한다.

상기 과동작 방지수단은 구동축(30)의 일부 나사를 제거하여 헤드(50)의 이동 범위를 제한한다.

그 제거되는 길이는 헤드(50)가 양측의 프레임(60)에 닿지 않는 한도에서 짧게 한다. 이렇게 함으로써 사용자의 조작 미숙 등의 이유로 헤드(50)가 어느 한쪽 끝에 도달하게 되면 자동적으로 구동축(30)의 운동에 영향을 받지 않도록 헤더(50)가 분리되어 스테퍼 모터(10) 및 헤드(50)와 프레임(6))을 포함하는 모든 부품의 무리한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다.

제2도는 분리수단에 의한 구동축과 헤드의 분리상태를 나타내고 있다. 이에 도시된 고정부재(70)는 빗장(latch)을 일 예로 사용한다. 이와 같은 빗장을 사용한 고정부재(70)는 상기 구동축(30)과 프레임(60) 사이의 연결은 통하여 구동축(30)이 수평을 유지하도록 고정시켜준다. 그리고 이러한 고정부재(70)는 프ㅔㄹ임(60)에 세로로 긴 구멍을 내어 구동축(30)이 그 구멍을 따라 상하로 움직일 수 있게 설치된다.

이에 따라, 프레임(60)에 의해 받쳐진 헤드(50)의 직선상의 위치를 결정하는 구동축(10)을 헤드(50)로부터 분리하기 위해서는 안전을 위해 스테퍼 모터(10)를 정지시킨 다음에 단순히 프레임(60) 끝에서 구동축(30)을 받쳐 주고 있는 고정부재(70)를 열어주면 된다.

그 고정부재(70)를 열어주면, 구동축(30)은 한쪽은 지지가 없게 되고, 다른쪽에는 구동축(30)의 스테퍼 모터(10)에 가까운 곳에 설치된 유니버살 조인트(unmiveral joint; 20)가 있으므로 제2도에 도시된 바와 같이, 구동축(30)이 중력에 의해 아래로 쳐져서 상기 헤드(50)로부터 분리가 된다. 즉, 헤드(50)와 구동축(30) 사이의 분리가 일어나 헤드(50)와 그에 고정된 반사거울(40)의 위치를 손으로 자유롭게 프레임(60) 위에서 앞뒤로 움직여 새로운 위치를 결정할 수 있다. 따라서, 자주 헤드(50)의 위치를 크게 변경할 경우에 스테퍼 모터(10)를 돌려서 헤드의 위치를 변경하는 것 보다는 오히려 시간이 단축될 수가 있다. 상기와 같이 결정된 원하는 위치에 반사거울(40)을 놓은 뒤 다시 스테퍼 모터(10)를 이용한 정교한 조정을 위해서 구동축(30)을 들어올려 수평이 되게 하면서 헤드(50)의 톱니와 맞물리게 한 후, 이 고정부재(70)로 잠근다. 그 결과로, 스테퍼 모터(10)가 움직이는 대로 반사거울(40)의 위치가 변하게 되어 원하는 시간 지연이 이루어지게 된다.

이때, 고정부재(70)와 구동축(30) 사이의 마찰을 줄이기 위해서는 간단한 볼 베어링(ball bearing)을 구동축(30)의 적절한 위치에 설치하면 된다.

한편, 상기와 같이 헤드(50)와 구동축(30)이 분리되 상태에서도 헤드(50)는 프레임(60)에 의하여 지지되고 있으므로 헤드(50)에 장착된 반사거울(40)의 정렬이 흐트러지지 않는다.

또한 헤드(50)는 더 이상 구동축(30)에 의해 고정되어 있지 않으므로 손쉽게 수동으로 원래 위치의 구동축(30)과 평행한 방향으로 그 위치가 조절될 수 있다.

물론 이때 헤드(50)가 스테퍼 모터(10) 쪽으로 가장 접근한 때에도 헤드(50)와 구동축(30)의 나사 사이에 접촉이 없을만큼 구동축이 기울어지는 각도를 조절하여야 한다.

위의 두가지를 개선함으로써 시간 지연용 선형동작 장비의 사용시 헤드(50)가 어느 한쪽에 닿게 되어 장비에 무리가 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있으며 또한 필요한 때에는 헤드를 구동축(30)에서 분리시켜서 수동으로 신속하게 그 위치를 조작할 수 있다.

또한, 헤드(50)의 이동을 위해 반드시 구동축(30)을 돌릴 필요가 없으므로 구동축(30)과 헤드(50)의 나사의 피치수를 원하는 대로 높이 올릴 수가 있어서 스테퍼 모터(10)를 이용하여 헤드의 위치를 정교하게 조절할 수 있다.

위의 설명들로부터 간단히 이해될 수 있듯이, 만약에 헤드(50)가 그 운동범위를 넘어서서 구동축으로부터 이탈된 경우에는 고정부재(70)를 풀고 헤드를 원하는 위치로 수동으로 움직인 뒤에 다시 구동축을 올려서 고정시키면 된다.

상술한 작용으로 본 발명은 장비의 내구성과 작업의 효율성을 높일 수 있으며 장비의 단가를 낮출 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 모터에 연결되어 회전되며 외경에 나사가 형성된 구동축과, 상기 구동축 외주면에 접하여 이 구동축의 회전에 의해 직선운동을 하는 반사 거울과 자착되는 헤드를 구비한 시간 지연용 선형동작 장비에 있어서, 상기 구동축에 의한 헤드의 동작을 제한하는 과동작 방지수단과, 상기 헤드와 상기 구동축 일축을 분리 또는 연결할 수 있는 구조를 갖는 분리수단을 포함하는 것을 특징으로하는 시간 지연용 선형동작 장비.
2. 제1항에 있어서, 상기 과동작 방지수단은 상기 구동축 양단 부분의 나사를 적어도 상기 헤드의 선형동작이 양측프레임에 닿지 않는 범위에서 제거한 것을 특징으로하는 시간 지연용 선형동작 장비.
3. 제1항에 있어서, 상기 분리수단은 상기 구동축의 일측을 상기 모터축과 유니버셜 조인트로 연결하고, 상기 구동축의 타측을 프레임에 고정 또는 해제하는 고정부재로 구성한 것을 특징으로 하는 시간 지연용 선형동작 장비.