KR100332838B1 - Thickness measurement apparatus with laser sensor and encoder - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광센서와 엔코더를 이용하여 두께를 측정하는 장치에 있어서, 광센서를 이동시키면서 두께를 측정하는 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a thickness measuring device using an optical sensor and an encoder measuring the thickness while moving the optical sensor in the device for measuring the thickness using the optical sensor and the encoder.
본 발명에 따르면, 사물의 두께를 측정하는 두께 측정장치에 있어서, 사물의 측방향에 설치되어 측정거리에 따라 출력값을 달리하는 거리측정센서(11)와, 거리측정센서(11)를 상하로 이동시키는 이송수단(16, 17)과, 이송수단(16, 17)에 연결되어 거리측정센서(11)가 이동하는 거리를 측정하는 이동측정센서(19) 및, 상기 거리측정센서(11)의 출력값이 변화하는 두 지점과 상기 두 지점까지 상기 거리측정센서(11)가 이동한 거리를 상기 이동측정센서(19)로 측정하여 이동거리를 계산하며, 상기 거리측정센서(11)와 상기 이송수단(16, 17) 및 상기 이동측정센서(19)를 제어하는 제어부(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치가 제공된다.According to the present invention, in the thickness measuring apparatus for measuring the thickness of an object, the distance measuring sensor 11 and the distance measuring sensor 11 which are installed in the lateral direction of the object and vary an output value according to the measuring distance are moved up and down. The transfer means 16, 17 connected to the transfer means 16, 17, the movement measurement sensor 19 measuring the distance the distance sensor 11 moves, and the output value of the distance measurement sensor 11. The moving distance is calculated by measuring the distance traveled by the distance measuring sensor 11 to the two changing points and the two points by the moving measuring sensor 19, and the distance measuring sensor 11 and the conveying means ( 16, 17 and a thickness measuring device using an optical sensor and an encoder, characterized in that it comprises a control unit 23 for controlling the movement measuring sensor (19).
Description
본 발명은 광센서와 엔코더를 이용하여 두께를 측정하는 장치에 관한 것이며, 특히, 광센서를 이동시키면서 두께를 측정하는 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring thickness using an optical sensor and an encoder, and more particularly, to an apparatus for measuring thickness using an optical sensor and an encoder for measuring thickness while moving an optical sensor.
최근 자동화 장치에서 비접촉 거리센서가 다방면으로 사용되고 있으며, 이런비접촉 거리센서 중에서도 레이저를 이용한 거리측정센서(이하에서 "광센서"이라 함.)와 측정대상물 사이의 거리 즉, 작동거리는 접촉 거리측정기 및 일부의 비접촉 거리센서의 작동거리보다 상대적으로 길어 광범위하게 사용할 수 있다는 장점을 가지고 있어, 그 사용 빈도가 높아지고 있다.In recent years, non-contact distance sensors have been used in various fields in automation devices. Among these non-contact distance sensors, the distance between a distance measuring sensor (hereinafter referred to as an "light sensor") using a laser and an object to be measured, that is, a working distance is a contact distance meter and a part of it. It has a merit that it can be widely used because it is relatively longer than the working distance of the non-contact distance sensor, and its frequency of use is increasing.
도 1은 종래의 기술에 따른 두께 측정장치이다.1 is a thickness measuring apparatus according to the prior art.
도 1에 도시된 두께 측정장치는 "대한민국 특허출원 제96-059240호(발명의 명칭 : 레이저를 이용한 슬라브 크기 측정장치)"에 기술된 내용으로서, 두께를 측정하고자 하는 대상물(3')의 상하에 광센서(1H, 1L)를 영구적으로 고정시키고, 두 광센서(1H, 1L)에서 측정되는 거리를 연산하여 측정 대상물(3')의 두께를 측정한다.The thickness measuring apparatus shown in FIG. 1 is described in "Korean Patent Application No. 96-059240 (Invention Name: Slab Size Measuring Apparatus Using Laser)", and the upper and lower sides of the object 3 'to measure the thickness. The optical sensors 1H and 1L are permanently fixed on the substrate, and the thickness of the measurement object 3 'is measured by calculating the distance measured by the two optical sensors 1H and 1L.
종래의 두께 측정장치의 측정방법에 따르면, 먼저, 두께를 알고 있는 대상물(3)을 제 1, 제 2 광센서(1H, 1L)의 중간에 위치시키고, 제 1, 제 2 광센서(1H, 1L)를 이용하여 거리를 측정하여 오프셋 값(L)을 기록한다.According to the conventional measuring method of the thickness measuring device, first, the object 3 whose thickness is known is placed in the middle of the first and second optical sensors 1H and 1L, and the first and second optical sensors 1H, Measure the distance using 1L) and record the offset value (L).
그런 후에 두께를 측정하고자 하는 대상물(3')의 두께를 측정할 때에는 그 오프셋 값(L)에서 제 1, 제 2 광센서(1H, 1L)의 값을 감하여 대상물(3')의 두께를 계산한다.Then, when measuring the thickness of the object 3 'to be measured, the thickness of the object 3' is calculated by subtracting the values of the first and second optical sensors 1H and 1L from the offset value L. do.
이런 종래의 두께 측정장치에서 이용한 식은 수학식 1과 같다.Equation 1 used in such a conventional thickness measuring apparatus is shown in Equation 1.
여기에서, A는 두께를 알고 있는 대상물에 대한 제 1 광센서의 값이고, B는두께를 알고 있는 대상물에 대한 제 2 광센서의 값이며, C는 두께를 알고 있는 대상물의 두께 값이다.Here, A is the value of the first optical sensor for the object whose thickness is known, B is the value of the second optical sensor for the object whose thickness is known, and C is the thickness value of the object whose thickness is known.
이렇게 오프셋(L)이 설정된 상태에서 측정하고자 하는 대상물(3')의 두께를 측정함에 있어, 이용되는 식은 수학식 2와 같다.Thus, in measuring the thickness of the object 3 'to be measured in the state where the offset (L) is set, the equation used is shown in Equation (2).
여기에서, A'는 측정하고자 하는 대상물에 대한 제 1 광센서의 값이고, B'는 측정하고자 하는 대상물에 대한 제 2 광센서의 값이며, C'는 측정하고자 하는 대상물의 두께값이다.Here, A 'is the value of the first optical sensor for the object to be measured, B' is the value of the second optical sensor for the object to be measured, and C 'is the thickness value of the object to be measured.
또한, 이런 두께 측정장치는 제 1, 제 2 광센서(1H, 1L)의 설치위치 또는 대상물(3')의 측정위치에 따라 대상물(3')의 폭 또는 길이를 용이하게 측정할 수 있다.Also, such a thickness measuring device can easily measure the width or length of the object 3 'according to the installation position of the first and second optical sensors 1H and 1L or the measurement position of the object 3'.
그러나, 상기 두께 측정장치를 이용하기 위해서는 두 광센서(1H, 1L)를 설치하여야 하는데, 상하부 공간이 협소하여 두 광센서(1H, 1L)의 출력선 또는 광센서(1H, 1L)를 설치하기 힘들 경우에는 종래의 기술에 따른 두께 측정장치를 사용할 수 없다는 단점이 있으며, 앞에서 설명한 바와 같이, 알고 있는 두께의 대상물(3)이 필요하다는 단점도 있다.However, in order to use the thickness measuring device, two optical sensors 1H and 1L should be installed. The upper and lower spaces are narrow so that the output lines or the optical sensors 1H and 1L of the two optical sensors 1H and 1L are installed. If it is difficult, there is a disadvantage in that the thickness measuring apparatus according to the prior art cannot be used, and as described above, there is also a disadvantage in that an object 3 having a known thickness is required.
또한, 고가의 광센서를 두 개씩이나 사용하여야 하는 단점이 있다.In addition, there is a disadvantage to use two expensive optical sensors.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 한 개의 광센서를 이동시키면서 대상물의 두께를 측정할 수 있는 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention is provided to solve the problems of the prior art as described above, an object of the present invention to provide a thickness measuring device using an optical sensor and an encoder that can measure the thickness of the object while moving one optical sensor. .
도 1은 종래의 기술에 따른 두께 측정장치이고,1 is a thickness measuring apparatus according to the prior art,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치의 작동관계를 나타낸 신호흐름도이다.2 is a signal flow diagram illustrating an operation relationship of a thickness measuring device using an optical sensor and an encoder according to an exemplary embodiment of the present invention.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠♠ Explanation of symbols on the main parts of the drawing ♠
3, 3', 13 : 대상물 1H, 1L, 11 : 광센서3, 3 ', 13: object 1H, 1L, 11: light sensor
15 : 모터 16 : 이송스크루15: motor 16: feed screw
17 : 브라켓 19 : 엔코더17: bracket 19: encoder
21 : A/D변환기 23 : 컴퓨터21: A / D converter 23: Computer
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 사물의 두께를 측정하는 두께 측정장치에 있어서, 사물의 측방향에 설치되어 측정거리에 따라 출력값을 달리하는 거리측정센서와, 상기 거리측정센서를 상하로 이동시키는 이송수단과, 상기 이송수단에 연결되어 상기 거리측정센서가 이동하는 거리를 측정하는 이동측정센서 및, 상기 거리측정센서의 출력값이 변화하는 두 지점과 상기 두 지점까지 상기 거리측정센서가 이동한 거리를 상기 이동측정센서로 측정하여 이동거리를 계산하며, 상기 거리측정센서와 상기 이송수단 및 상기 이동측정센서를 제어하는 제어부를 포함하는 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치가 제공된다.According to the present invention for achieving the object as described above, in the thickness measuring device for measuring the thickness of the object, the distance measuring sensor is installed in the side direction of the object and varies the output value according to the measurement distance, and the distance measuring sensor Transfer means for moving the up and down, and a movement measuring sensor connected to the transfer means for measuring the distance to move the distance measuring sensor, two points at which the output value of the distance measuring sensor changes and the distance measurement to the two points Provides a thickness measuring device using an optical sensor and encoder comprising a control unit for measuring the distance traveled by the movement measuring sensor using the movement measuring sensor, and the control unit for controlling the distance measuring sensor, the transfer means and the movement measuring sensor. do.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 이동측정센서로는 엔코더를 사용한다.According to the present invention, an encoder is used as the movement measuring sensor.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는 상기 엔코더와 상기 이송수단에서 입력되는 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환기와, 상기 아날로그/디지털 변환기와 연결되어 신호를 송수신하는 컴퓨터를 포함한다.According to the present invention, the control unit includes an analog-to-digital converter for converting the signal input from the encoder and the transfer means into a digital signal, and a computer connected to the analog-to-digital converter to transmit and receive the signal.
아래에서, 본 발명에 따른 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the thickness measuring device using an optical sensor and an encoder according to the present invention will be described in detail.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치의 작동관계를 나타낸 신호흐름도이다.2 is a signal flow diagram illustrating an operation relationship of a thickness measuring device using an optical sensor and an encoder according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 두께를 측정하고자 하는 대상물(13)의 측면에는광센서(11)가 설치되어 있으며, 이런 광센서(11)는 브라켓(17)의 측면에 고정되어 있다. 한편, 브라켓(17)은 이송스크루(16)와 나사결합되어 있어 이송스크루(16)의 회전에 의해 브라켓(17)은 상하 이동하게 된다. 따라서, 이송스크루(16)의 회전은 광센서(11)의 상하 이동을 나타낸다.As shown in FIG. 2, an optical sensor 11 is installed on the side of the object 13 to measure thickness, and the optical sensor 11 is fixed to the side of the bracket 17. On the other hand, the bracket 17 is screwed with the transfer screw 16, the bracket 17 is moved up and down by the rotation of the transfer screw 16. Therefore, the rotation of the conveying screw 16 represents the vertical movement of the optical sensor 11.
이송스크루(16)는 하단에 설치된 모터(15)에 연결되어 모터(15)의 회전에 의해 회전하게 되며, 이송스크루(16)의 상단에는 엔코더(19)가 설치되어 있다. 엔코더(19)는 이송스크루(16)의 회전을 감지하는데, 이런 엔코더(19)는 이송스크루(16)의 회전에 따라 일정하게 상하 이동하는 광센서(11)의 이동거리를 펄스신호로 출력하며, 엔코더(19)의 분해능은 0.05mm~0.0005mm이다.The transfer screw 16 is connected to the motor 15 installed at the lower end and rotated by the rotation of the motor 15, and the encoder 19 is installed at the upper end of the transfer screw 16. The encoder 19 detects the rotation of the transfer screw 16. The encoder 19 outputs the movement distance of the optical sensor 11 that moves up and down constantly according to the rotation of the transfer screw 16 as a pulse signal. The resolution of the encoder 19 is 0.05 mm to 0.0005 mm.
여기에서, 이송스크루(16)의 길이는 측정하고자 하는 대상물(13)의 두께보다 훨씬 긴 길이를 가지고 있으므로, 광센서(11)는 상하 이동을 하면서 대상물(13)과의 거리를 측정한다.Here, since the length of the conveying screw 16 has a length much longer than the thickness of the object 13 to be measured, the optical sensor 11 measures the distance to the object 13 while moving up and down.
한편, 광센서(11)와 엔코더(19)는 A/D변환기(21)에 연결되어 있으며, A/D변환기(21)는 컴퓨터(23)에 연결되어 있다. 따라서, 광센서(11)와 엔코더(19)에서 출력된 아날로그 신호는 A/D변환기(21)에서 디지털 신호로 변환되어 컴퓨터(23)에 입력된다.On the other hand, the optical sensor 11 and the encoder 19 is connected to the A / D converter 21, the A / D converter 21 is connected to the computer 23. Therefore, the analog signals output from the photosensor 11 and encoder 19 are converted into digital signals by the A / D converter 21 and input to the computer 23.
한편, 광센서(11)는 대상물(13)로 빛을 투광하고 대상물에 부딪혀 반사되는 빛을 다시 수광한다. 그리고, 광센서(11)는 측정하고자 하는 대상물(13)이 측정위치에 위치해 있지 않으면 빛이 수광되지 않게 되고, 이 때, 광센서(11)에서는 12V의 전압값을 출력하고, 측정하고자 하는 대상물(13)이 측정위치에 위치하면광센서(11)는 빛을 수광하여 ±5V의 전압값을 A/D변환기(21)로 출력한다.On the other hand, the optical sensor 11 transmits light to the object 13 and receives the light reflected back to the object. The light sensor 11 does not receive light unless the object 13 to be measured is located at the measurement position. At this time, the light sensor 11 outputs a voltage value of 12 V and the object to be measured. When (13) is located at the measurement position, the optical sensor 11 receives light and outputs a voltage value of ± 5V to the A / D converter 21.
이상과 같이 구성된 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치의 작동에 대하여 상세히 설명하겠다.The operation of the thickness measuring device using the optical sensor and the encoder configured as described above will be described in detail.
모터(15)를 회전시켜 이송스크루(16)의 하단부에 광센서(11)가 위치하도록 한다. 그리고 두께를 측정하고자 하는 대상물(13)을 측정위치에 위치시킨다. 그리고, 모터(15)를 회전시켜 광센서(11)를 상부로 이동시킨다. 이 때, 모터(15)의 회전과 함께, 엔코더(19)에서는 펄스신호가 발생되며, 이 신호를 A/D변환기(21)의 A/D변환 신호로 사용한다. 이 펄스신호가 하나씩 발생될 때마다 A/D변환기(21)에서는 자동적으로 광센서(11)의 출력값을 A/D변환하게 된다. 변환된 광센서(11)의 출력값은 컴퓨터(23)로 전송된다.The optical sensor 11 is positioned at the lower end of the transfer screw 16 by rotating the motor 15. And the object 13 to measure the thickness is positioned at the measurement position. Then, the motor 15 is rotated to move the light sensor 11 upward. At this time, with the rotation of the motor 15, the encoder 19 generates a pulse signal, which is used as the A / D conversion signal of the A / D converter 21. Whenever this pulse signal is generated one by one, the A / D converter 21 automatically A / D converts the output value of the optical sensor 11. The output value of the converted optical sensor 11 is transmitted to the computer 23.
따라서, 광센서(11)는 모터(15)가 회전함에 의해 거리측정을 시작하게 된다.Accordingly, the optical sensor 11 starts the distance measurement by rotating the motor 15.
이렇게 광센서(11)는 모터(15)의 회전에 따라 상부로 이동되면서 계속적으로 거리를 측정한다. 이 때, 측정하는 거리범위 내에 대상물(13)이 존재하지 않게 되면 광센서(11)에서는 12V의 전압을 출력한다. 이런 과정이 이어지면서 광센서(11)가 대상물(13)의 하면 레벨과 일치하게 되는데, 이 때, 광센서(11)로부터 ±5V의 전압이 출력된다. 이 신호는 A/D변환기(21)를 거쳐 컴퓨터(23)에 입력된다. 컴퓨터(23)에서는 이런 신호를 제 1 지점으로 판단한다. 그리고, 광센서(11)가 상부방향으로 계속적으로 이동하면서 ±5V에서 12V로 전환되는 지점을 제 2 지점으로 판단한다.In this way, the optical sensor 11 is moved upward as the motor 15 rotates and continuously measures the distance. At this time, when the object 13 does not exist in the distance range to be measured, the optical sensor 11 outputs a voltage of 12V. As this process continues, the light sensor 11 is matched with the lower surface level of the object 13, and at this time, a voltage of ± 5 V is output from the light sensor 11. This signal is input to the computer 23 via the A / D converter 21. The computer 23 determines this signal as the first point. In addition, the optical sensor 11 determines the second point to be switched to 12V from ± 5V while continuously moving in the upper direction.
제 2 지점은 광센서(11)가 측정하는 대상물(13)을 이탈하는 지점 즉,광센서(11)가 대상물(13)의 상면 레벨을 벗어난 지점을 나타낸다.The second point indicates a point at which the light sensor 11 leaves the object 13 measured, that is, a point at which the light sensor 11 is out of the upper surface level of the object 13.
컴퓨터(23)에서는 제 1 지점에서 제 2 지점까지 엔코더(19)에서 입력되는 펄스신호 수와 엔코더(19)의 분해능을 곱하여 제 1 지점과 제 2 지점까지의 길이를 측정한다.The computer 23 measures the length from the first point to the second point by multiplying the resolution of the encoder 19 by the number of pulse signals input from the encoder 19 from the first point to the second point.
여기서, 제 1 지점과 제 2 지점 사이의 광센서(11)의 이동거리는 측정 대상물(13)의 두께가 된다.Here, the moving distance of the optical sensor 11 between the first point and the second point becomes the thickness of the measurement object 13.
그리고, 광센서(11)가 설치된 브라켓(17)이 이송스크루(16)의 끝단부까지 이동하게 되면 더 이상 이송스크루(16)는 회전하지 못하게 되고, 이 때, 엔코더(19)에서는 이송스크루(16)의 회전이 멈춘 것을 감지하고 멈춤신호를 컴퓨터(23)에 입력한다. 그러면 컴퓨터(23)에서는 모터(15)에 공급되는 전원을 차단하여 모터(15)의 회전을 중지시킨다.When the bracket 17 provided with the optical sensor 11 moves to the end of the conveying screw 16, the conveying screw 16 can no longer rotate. At this time, the encoder 19 conveys the conveying screw ( It senses that the rotation of 16) has stopped and inputs the stop signal to the computer 23. The computer 23 then stops the rotation of the motor 15 by cutting off the power supplied to the motor 15.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치는 두께 측정을 위해 두께를 알고 있는 대상물이 필요치 않다는 장점이 있다.As described in detail above, the thickness measuring apparatus using the optical sensor and the encoder of the present invention has an advantage that an object having a known thickness is not required for measuring the thickness.
또한, 광센서 한 개만으로도 측정이 가능하다는 장점이 있다.In addition, it is possible to measure with only one optical sensor.
이상에서 본 발명의 광센서와 엔코더를 이용한 두께 측정장치에 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 thickness measuring device using the optical sensor and the encoder of the present invention has been described 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.
Claims (3)
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| KR20010057965A KR20010057965A (en) | 2001-07-05 |
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Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR100867197B1 (en) * | 2002-01-07 | 2008-11-06 | 삼성코닝정밀유리 주식회사 | Apparatus for measuring thickness of multi-layer film coated glass |
| KR102120085B1 (en) | 2019-09-18 | 2020-06-08 | 김용기 | Apparatus for Correcting Posture by Using Air |
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1999
- 1999-12-23 KR KR1019990061390A patent/KR100332838B1/en not_active IP Right Cessation
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