KR100456578B1 - 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 방법을 개시한다. 본 발명은 입력축의 이물질을 소제위치의 소제수단에 의하여 소제하고, 입력축을 소제위치로부터 검사위치로 로딩한다. 검사위치에 로딩되어 있는 입력축의 하나의 슬롯의 제1 챔퍼와 다른 하나의 슬롯의 제2 챔퍼를 제1 카메라와 제2 카메라에 의하여 법선방향에서 각각 촬영하여 이미지데이터를 획득한 후, 제1 카메라와 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 컴퓨터의 프로그램에 의하여 처리하여 제1 및 제2 챔퍼를 이미지어레이좌표계의 기준라인에 정합한다. 입력축을 설정되어 있는 각도로 분할회전시키면서 제1 카메라와 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 컴퓨터의 프로그램에 의하여 처리하여 제1 및 제2 챔퍼의 폭값을 산출하고, 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출되었는가를 판단한다. 그리고 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출될 경우 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정되어 있는 오차범위에 있으면 입력축을 양품으로 선별한다. 본 발명에 의하면, 다수의 슬롯과 이 슬롯의 좌우측단에 형성되어 있는 제1 및 제2 챔퍼를 갖는 입력축의 가공정밀도를 제1 및 제2 카메라의 촬영과 컴퓨터의 프로그램에 의한 처리에 의하여 정확하게 검사할 수 있으며, 입력축의 공급, 소제 및 선별 등 일련의 검사과정을 자동화시켜 입력축의 전수검사를 간편하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

Description

동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법{MACHINE AND METHOD FOR INSPECTING INPUT SHAFT OF POWER STEERING SYSTEM}

본 발명은 자동차의 동력조향장치를 구성하는 입력축의 가공정밀도를 정확하게 검사할 수 있는 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법에 관한 것이다.

주지하고 있는 바와 같이, 자동차의 동력조향장치는 엔진의 동력에 의하여 구동되는 오일펌프로부터 조향오일(Steering oil)을 조향장치(Steering system)와 연동하는 동력실린더(Power cylinder)에 공급하여 조향휠(Steering wheel)의 조작을 간편하게 보조하는 장치이다. 동력조향장치의 유압은 자동차의 주차나 저속주행에서는 크게 작용되고 고속주행에서는 안전성의 확보를 위하여 작게 작용되도록 설계되어 있다.

이와 같은 동력조향장치의 일례를 도 1과 도 2에 의거하여 살펴보면, 밸브하우징(10)의 내측에 밸브보디(11)가 장착되어 있고, 밸브보디(11)의 외면에는 조향오일의 유로를 형성하는 포트(Port: 12)와 오일그루브(Oil groove: 13)가 서로 연통되도록 형성되어 있다. 밸브보디(11)의 내측에는 잘 알려진 조향축(Steering column)과 연결되어 조향휠의 조작에 따라 회전되도록 입력축(20)이 장착되어 있다. 입력축(20)의 중앙에 보어(Bore: 21)가 형성되어 있으며 외면에는 원주방향을 따라 다수의 슬롯(Slot: 22)이 동일한 간격으로 형성되어 있다. 입력축(20)의 슬롯 (22)에는 밸브보디(11)의 포트(12)와 연통되어 조향오일의 유로를 형성하는 포트 (23)가 형성되어 있다. 또한, 입력축(20)의 보어(21)에는 토션바(Torsion bar: 14)가 장착되어 있고, 토션바(14)는 기어장치(15)와 연결되어 있다. 기어장치(15)는 랙(16)과 피니언(17)으로 구성되어 있는 랙피니언형(Rack and pinion type)과 볼너트형(Ball and nut type)으로 대별되고 있다.

한편, 운전자가 조향휠을 조작하면, 조향휠의 조작방향에 따라 조향축과 연결되어 있는 입력축(20)이 회전되어 조향오일의 유로를 제어하며, 이에 따라 동력실린더의 작동이 제어되면서 자동차의 조향이 이루어진다. 그런데 입력축(20)의 회전방향이 전환될 때 밸브보디(11)의 포트(12)와 입력축(20)의 포트(23)를 고속·고압으로 통과하는 조향오일의 유동이 급격히 변동 및 교란되면서 발생되는 충격과, 입력축(20)과 조향오일의 물리적 마찰로 인하여 발생되는 충격이 소음원과 진동원으로 작용될 뿐만 아니라, 밸브보디(11)와 입력축(20)의 마모를 유발시켜 수명을 단축시키는 등 신뢰성을 크게 저하시키는 문제를 수반하고 있다.

이와 같이 입력축(20)의 방향전환에 따른 유체역학적 충격(Hydrodynamic shock)과 기계역학적 충격(Mechanical shock)을 감소시키기 위하여 입력축(20)의 표면을 정밀하게 가공하고 있으며, 슬롯(22)의 좌측단과 우측단에 작용하는 유체저항의 감소를 위하여 모따기(Chamfering)를 실시하고 있다. 슬롯(22)의 좌우측단을 모따기한 면, 즉 도 2에 도시되어 있는 챔퍼(Chamfer: 24)는 유체저항의 감소에 지대한 영향을 주는 요소이므로 에지그라인딩머신(Edge grinding machine)에 의하여 상당히 정밀하게 가공하고 있다.

일반적으로 동력조향장치용 입력축의 챔퍼에 대한 가공정밀도는 검사자의 육안검사에 의한 샘플링검사(Sampling inspection)에 의하여 실시하고 있다. 그러나 검사자의 판단에 전적으로 의존하는 육안검사는 검사자마다 보유하고 있는 측정오차에 의하여 정확성에 매우 큰 차이가 있으며, 시간과 인력이 많이 소요되는 단점이 있다. 특히, 샘플링검사는 입력축의 전체 수량에 대한 신뢰성을 완전히 보장할 수 없다고 하는 단점을 수반한다. 따라서, 입력축의 전수검사(Total inspection)가요구되고 있으나, 입력축의 전수검사를 정확하게 실시할 수 있는 검사기가 개발되지 못하여 입력축의 검사에 따르는 상당한 어려움을 그대로 감수하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 입력축의 가공정밀도를 정확하게 검사할 수 있는 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 입력축의 공급, 소제, 선별 및 배출 등 일련의 검사과정을 자동화시켜 입력축의 전수검사를 간편하게 실시할 수 있는 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 입력축에 대한 검사결과의 데이터를 실시간으로 처리하고 관리할 수 있는 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 원주방향을 따라 동일한 간격으로 형성되어 있는 다수의 슬롯과 이 슬롯의 좌우측단에 형성되어 있는 제1 및 제2 챔퍼를 갖는 동력조향장치용 입력축을 검사하기 위한 동력조향장치용 입력축 검사기로서, 입력축의 소제위치와 검사위치를 제공하는 프레임과; 프레임의 소제위치에 설치되어 입력축을 소제하는 소제수단과; 프레임의 검사위치에 설치되어 입력축을 분할회전시키는 인덱싱드라이브와; 인덱싱드라이브에 의하여 회전되는 입력축의 제1 및 제2 챔퍼 각각을 법선방향에서 촬영하여 이미지데이터를 출력하는제1 카메라 및 제2 카메라와; 제1 카메라 및 제2 카메라 각각의 광축과 동축으로 입력축의 제1 및 제2 챔퍼를 조명하는 제1 조명수단 및 제2 조명수단과; 제1 카메라 및 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 프로그램에 의하여 처리하는 컴퓨터로 이루어지는 동력조향장치용 입력축 검사기에 있다.

본 발명의 다른 특징은, 원주방향을 따라 동일한 간격으로 형성되어 있는 다수의 슬롯과 이 슬롯의 좌우측단에 형성되어 있는 제1 및 제2 챔퍼를 갖는 동력조향장치용 입력축을 검사하기 위한 동력조향장치용 입력축 검사방법으로서, 입력축에 부착되어 있는 이물질을 소제위치의 소제수단에 의하여 소제하는 단계와; 입력축을 소제위치로부터 검사위치로 로딩하는 단계와; 검사위치에 로딩되어 있는 입력축의 하나의 슬롯의 제1 챔퍼와 다른 하나의 슬롯의 제2 챔퍼를 제1 및 카메라와 제2 카메라에 의하여 법선방향에서 각각 촬영하여 이미지데이터를 획득하는 단계와; 제1 카메라와 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 컴퓨터의 프로그램에 의하여 처리하여 제1 및 제2 챔퍼에 대한 좌우측에지라인을 산출하여 이미지어레이좌표계의 기준라인에 정합하는 단계와; 입력축을 설정되어 있는 각도로 분할회전시키면서 제1 카메라와 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 컴퓨터의 프로그램에 의하여 처리하여 제1 및 제2 챔퍼의 폭값을 산출하는 단계와; 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출되었는가를 판단하는 단계와; 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출되지 않을 경우 나머지 슬롯의 제1 및 제2 챔퍼의 폭값을 산출하고, 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출될 경우 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정되어 있는 오차범위에 있으면 입력축을 양품으로 선별하고 오차범위에 있지 않으면 불량품으로 선별하는 단계로 이루어지는 동력조향장치용 입력축 검사방법에 있다.

도 1은 일반적인 동력조향장치용 입력축의 일례를 나타낸 단면도,

도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 입력축 검사기의 구성을 나타낸 정면도,

도 4는 본 발명에 따른 입력축 검사기의 구성을 부분적으로 나타낸 측면도,

도 5는 본 발명에 따른 인덱싱드라이브, 심압대, 제1 및 제2 카메라와 제1 및 제2 조명장치의 구성을 나타낸 정면도,

도 6은 본 발명에 따른 소제장치의 구성을 나타낸 측단면도,

도 7은 본 발명에 따른 소제장치의 구성을 나타낸 평단면도,

도 8은 본 발명에 따른 제1 및 제2 카메라와 제1 및 제2 조명장치의 구성을 나타낸 평면도,

도 9는 본 발명에 따른 제1 및 제2 조명장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 제1 및 제2 챔퍼의 좌우측에지라인과 이미지어레이좌표계를 정합시키는 작동을 설명하기 위하여 나타낸 도면,

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 입력축 검사방법을 설명하기 위하여 나타낸 흐름도이다.

♣도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

20: 입력축 22: 슬롯

24: 챔퍼 30: 프레임

31: 워크테이블 34: 마운팅플레이트

40: 소제장치 41: 부스

42: 로딩유닛 43: 캐리지

45: 에어실린더 47: 로터리유닛

50: 에어블로워 52: 에어덕트

60: 집진장치 62: 흡입유닛

64: 집진탱크 70: 인덱싱드라이브

71: 서보모터 80: 심압대

82: 에어실린더 83: 리프터

85: 로터리유닛 90, 91: 제1 및 제2 카메라

100, 101: 제1 및 제2 조명장치 110: 컨트롤러

120: 컴퓨터 140: 이미지어레이좌표계

이하, 본 발명에 따른 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 2와 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 입력축 검사기는 입력축(20)의 챔퍼(24)를 가공하는 잘 알려진 에지그라인딩머신과 연속하여 입력축(20)을 검사할 수 있도록 설비되며 본체를 구성하는 프레임(30)을 구비한다. 프레임(30)은 입력축(20)의 소제위치(Cleaning position: P1)와 검사위치(Inspecting position: P2)를 제공하는 워크테이블(Worktable: 31)과, 이 워크테이블(31)의 상부에 설치되어 있는 오버헤드프레임(Overhead frame: 32)으로 구성된다. 그리고 오버헤드프레임(32)의 하부에 포스트(33)의 지지에 의하여 마운팅플레이트(Mounting plate: 34)가 설치되어 있다. 도 3에는 소제위치(P1)는 워크테이블(31)의 좌측에 제공되어 있으며, 검사위치(P2)는 워크데이블(31)과 오버헤드프레임(32) 사이의 중앙에 제공되어 있는 것을 나타냈으나 이는 예시적인 것으로 소제위치(P1)와 검사위치(P2)는 입력축(20)의 로딩과 언로딩에 적합하도록 변경할 수 있다.

본 발명의 입력축 검사기에 의하여 검사되는 입력축(20)은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 입력축(20)의 원주방향을 따라 45도의 동일한 간격과 폭으로 형성되어 있는 8개의 슬롯(22)과, 이 슬롯(22)의 좌측단과 우측단에 각각 형성되어 있는 16개의 챔퍼(24)를 가지고 있다. 이러한 입력축(20)은 워크테이블(31)의 소제위치(P1)와 검사위치(P2)에 직립으로 위치되어 소제 및 검사된다. 그리고 에지그라인딩머신에 의하여 가공이 완료된 입력축(20)은 로봇의 작동에 의하여 소제위치(P1)로 로딩되고 소제위치(P1)로부터 검사위치(P2)로 로딩된다.

도 3, 도 4, 도 6과 도 7을 참조하면, 본 발명의 입력축 검사기는 워크테이블(31)의 소제위치(P1)에 설치되어 입력축(20)의 표면에 오염되어 있는 칩, 오일, 먼지 등의 이물질을 소제하는 소제장치(40)를 구비한다. 소제장치(40)는 워크테이블(31)의 소제위치(P1)에 설치되는 베이스플레이트(Base Plate: 41)와, 베이스플레이트(41)의 상면에 소제위치(P1)을 둘러싸 퍼지룸(Purge room: 42a)을 형성하도록 설치되어 있으며 퍼지룸(42a)으로 입력축(20)의 로딩을 허용하는 출입구(42b)를 갖는 부스(Booth: 42)와, 부스(42)의 출입구(42b)를 통하여 입력축(20)을 로딩 및 언로딩시키는 로딩유닛(Loading unit: 43)으로 구성된다. 로딩유닛(43)은 입력축(20)을 탑재하여 운반시키는 캐리지(Carriage: 44)와, 캐리지(44)를 운동시키는 실린더로드(45a)를 갖는 에어실린더(45)와, 캐리지(44)의 운동을 직선으로 안내하는 리니어모션가이드(Linear motion guide: 46)로 구성된다. 리니어모션가이드(46)는 워크테이블(31)의 상면에 장착되어 있는 가이드레일(46a)과, 가이드레일(46a)을 따라 미끄럼운동할 수 있도록 캐리지(44)의 하면에 장착되어 있는 슬라이드(46b)로 구성된다.

또한, 캐리지(44)의 상면에 입력축(20)의 하단을 회전시킬 수 있도록 지지하는 로터리유닛(Rotary unit: 47)이 장착되어 있다. 로터리유닛(47)은 캐리지(44)의 상면에 고정되어 있는 베어링하우징(47a)과, 베어링하우징(47a)에 베어링(47b)의 개재에 의하여 회전할 수 있도록 장착되어 있고 입력축(20)의 하단을 지지하는 센터(47c)와, 베어링하우징(47a)을 덮는 캡(47d)으로 구성된다. 부스(42)의 내측에는 공기를 분출하여 입력축(20)으로부터 이물질을 탈락시켜 제거시킴과 동시에 입력축(20)을 정방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있도록 에어블로워(Air blower: 50)의 에어노즐(51)이 장착되어 있다. 도 6과 도 7에는 에어블로워(50)의 에어노즐(51)이 입력축(20)을 정방향으로 회전시킬 수 있는 각도로 4개가 장착되어 있는 것이 나타나 있으나 에어노즐(51)의 위치 및 숫자는 적절하게 변경할 수 있다. 그리고 본 실시예에 있어서 에어블로워(50)는 입력축(20)의 표면에 오염되어 있는 오일의 제거를 위하여 뜨거운 공기를 분사하는 핫에어블로워(Hot air blower)로 구성할 수 있다.

부스(42)의 상측에는 부스(42)의 출입구(42b)를 통한 이물질의 비산을 방지시킬 수 있도록 에어커튼(Air curtain)을 형성하는 에어덕트(52)가 장착되어 있다. 에어덕트(52)에는 부스(42)의 출입구(42b)를 향하여 공기를 분출하는 다수의 에어노즐(53)이 구성되어 있다. 소제장치(40)의 에어실린더(45)와 에어덕트(52)는 공기를 공급하는 잘 알려진 공기공급장치와 연결되어 있다. 공기공급장치는 에어컴프레서(Air Compressor)와, 공기의 공급을 규정의 압력으로 제어하는 에어컨트롤러로 구성할 수 있다. 부스(42)의 퍼지룸(42a)에는 입력축(20)으로부터 탈락하는 이물질을 공기의 흡입에 의하여 집진하는 집진장치(Dust collector: 60)가 연결되어 있다. 집진장치(60)는 부스(42)의 퍼지룸(42a)과 흡입관(61)에 의하여 연결되어 있는 흡입유닛(62)과, 이 흡입유닛(62)의 배출관(63)과 연결되어 있는 집진탱크(64)로 구성된다. 집진장치(60)의 흡입유닛(62)과 집진탱크(64)는 이동이 자유로운 카트 (Cart: 65)에 탑재되어 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 프레임(30)의 검사위치(P2)에는 직립되어 있는 입력축(20)을 소정의 각도로 분할시켜 회전시키기 위한 구동수단으로 워크테이블 (31)의 상면에 설치되어 있는 인덱싱드라이브(Indexing Drive: 70)와, 마운팅플레이트(34)의 하부에 인덱싱드라이브(70)와 정렬되도록 설치되며 인덱싱드라이브(70)와 협동하여 입력축(20)의 회전을 지지할 수 있도록 입력축(20)에 대하여 승강운동할 수 있는 심압대(Tail Stock: 80)를 구비한다.

인덱싱드라이브(70)는 입력축(20)을 소정의 각도로 분할시켜 회전시킬 수 있는 구동력을 제공하는 서보모터(Servomotor: 71)와, 이 서보모터(71)의 구동에 의하여 회전할 수 있도록 장착되어 있는 에어척(Air chuck: 72)과, 에어척(72)에 착탈할 수 있도록 척킹되어 있으며 입력축(20)의 하단을 지지하는 로워센터(Lower Center: 73)로 구성된다. 그리고 서보모터(71)의 하부에 서보모터(71)를 관통하여 에어척(72)으로부터 로워센터(73)를 밀어 축출시키는 푸시로드(74a)를 갖는 에어실린더(74)가 설치되어 있다. 에어척(72)의 작동에 의한 로워센터(73)의 척킹이 해제되어 있는 상태에서, 에어실린더(74)의 작동에 의하여 푸시로드(74a)가 전진되면, 푸시로드(74a)의 상단이 로워센터(73)의 하단을 밀어 에어척(72)으로부터 이탈시킨다. 따라서, 입력축(20)의 보어(21)에 부합되는 로워센터(73)의 교환작업을 간편하게 실시할 수 있다.

도 5에 자세히 도시되어 있는 바와 같이, 심압대(80)는 오버헤드프레임(32)의 하면에 수직하게 고정되어 있는 베이스플레이트(81)와, 이 베이스플레이트(81)의 전면에 장착되어 있는 실린더로드(82a)를 갖는 에어실린더(82)와, 에어실린더 (82)의 실린더로드(82a)에 고정되어 있는 리프터(Lifter: 83)와, 에어실린더(82)의작동에 의한 리프터(83)의 운동을 직선으로 안내하는 리니어모션가이드(84)로 구성된다. 리니어모션가이드(84)는 베이스플레이트(81)의 전면에 수직하게 평행하도록 장착되어 있는 한쌍의 가이드레일(84a)과, 가이드레일(84a)을 따라 미끄럼운동할 수 있도록 리프터(83)의 하면에 장착되어 있는 한쌍의 슬라이드(84b)로 구성된다. 리프터(83)의 하단에 로터리유닛(85)이 장착되어 있다. 로터리유닛(85)은 리프터 (83)의 하단에 고정되어 있는 베어링하우징(85a)과, 베어링하우징(85a)에 베어링(85b)의 개재에 의하여 회전할 수 있도록 장착되어 있고 입력축(20)의 상단을 지지하는 어퍼센터(Upper center: 85c)와, 베어링하우징(85a)을 덮는 캡(85d)으로 구성된다. 리프터(83)의 승강동작은 센싱유닛(86)에 의하여 감지되어 제어된다. 센싱유닛(86)은 리프터(83)의 상승위치를 감지하는 어퍼리미트센서(86a)와, 리프터 (83)의 하강위치를 감지하는 로워리미트센서(86b)로 구성된다.

도 3, 도 5, 도 8과 도 9를 참조하면, 본 발명의 입력축 검사기는 프레임 (30)의 검사위치(P2)에 직립되어 있는 입력축(20)의 챔퍼(24)를 촬영하여 이미지데이터를 출력하는 제1 카메라(90) 및 제2 카메라(91)와, 입력축(20)의 챔퍼(24)를 제1 및 제2 카메라(90, 91)에 의하여 촬영할 수 있도록 챔퍼(24)를 조명하여 챔퍼(24)로부터 이미지를 투영시키는 제1 조명장치(100) 및 제2 조명장치(101)를 구비한다. 제1 및 제2 카메라(90, 91)는 입력축(20)의 챔퍼(24)에 대하여 법선을 이루도록 배치되어 있다. 제1 카메라(90)는 슬롯(22)의 제1 챔퍼(24a)를 촬영하며, 제2 카메라(91)는 제2 챔퍼(24b)를 촬영할 수 있도록 배치되어 있다. 본 실시예에 있어서 제1 및 제2 카메라(90, 91)는 640×480 픽셀(Pixel)의 CCD 카메라(Charge Coupled Device Camera)로 구성되어 있다. 제1 및 제2 카메라(90, 91)는 무브먼트스테이지(Movement stage: 92)에 탑재되어 있으며, 무브먼트스테이지(92)에 의해서는 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 위치를 미세하게 조절할 수 있다. 무브먼트스테이지(92)의 구성 및 작동은 잘 알려진 것이므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다. 제1 및 제2 조명장치(100, 101)는 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 광축(Optical axis)과 동축으로 입력축(20)의 챔퍼(24)를 조명하여 챔퍼(24)의 이미지를 투영시킨다.

도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 및 조명장치(100, 101)는 광원으로 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 광축과 직각을 이루도록 배치되어 있는 발광다이오드(LED, Light emitting diode: 100a, 101a)와, 발광다이오드(100a, 101a)로부터 발광되는 광을 평행광선속으로 변환시키는 콜리메이터(Collimator: 100b, 101b)와, 콜리메이터(100b, 101b)로부터 출사되는 평행광선속을 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 대물렌즈(90a, 91a)를 통하여 입력축(20)의 챔퍼(24)에 투영시키며 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 대물렌즈(90a, 91a)로부터 입사되는 챔퍼(24)의 산란광을 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 CCD 이미지센서(90b, 91b)로 투영시키는 빔스플리터 (Beam Splitter: 100c, 101c)로 구성되어 있다.

도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 입력축 검사기는 소제장치(40), 에어블로워(50), 집진장치(60), 인덱싱드라이브(70), 심압대(80), 제1 및 제2 카메라(90, 91)와 제1 및 제2 조명장치(100, 101)의 작동을 제어하는 컨트롤러(110)를 구비한다. 컨트롤러(110)는 프레임(30)의 오버헤드프레임(32)에 설치되어 있고, 컨트롤러(110)에는 컨트롤패널(111)이 연결되어 있다. 검사자는 컨트롤패널(111)의 조작에 의하여 입력축 검사기의 제어에 필요한 기능을 설정할 수 있으며, 컨트롤러(110)는 입력축 검사기의 작동상태를 오버헤드프레임(32)의 상면에 장착되어 있는 경고등 (112)을 통하여 시각적으로 표시한다.

또한, 제1 및 제2 카메라(90, 91)로부터 출력되는 입력축(20)의 이미지데이터는 컴퓨터(120)에 실시간으로 입력된다. 컴퓨터(120)는 마이크로프로세서와, 모니터(121), 프린터 등의 출력장치와, 키보드 등의 입력장치를 갖추고 있다. 컴퓨터 (120)는 제1 및 제2 카메라(90, 91)로부터 입력되는 입력축(20)의 이미지데이터를 프로그램에 의하여 처리하여 모니터(121)에 디스플레이하고 입력축(20)을 양품과 불량품으로 선별한다. 컴퓨터(120)는 입력축 검사기의 제어를 위하여 컨트롤러 (110) 및 로봇과 인터페이스되어 있으며, 컨트롤러(110)와 컴퓨터(120)는 프레임 (30)의 워크테이블(31)에 설치되어 있는 케이스(122)에 수납되어 있다. 그리고 프레임(30)의 포스트(32)에는 검사위치(P2)의 온도를 일정하게 제어하는 에어컨디셔너(130)가 설치되어 있다. 에어컨디셔너(130)의 온도제어에 의하여 검사위치(P2)의 온도변화를 방지할 수 있으며, 이에 따라 검사위치(P2)의 검사환경을 일정하게 유지시켜 제1 및 제2 카메라(90, 91)에 의하여 획득되는 입력축(20)의 이미지데이터에 대한 신뢰성을 증대시킬 수 있다.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 동력조향장치용 입력축 검사기에 의한 입력축의 검사방법을 도 11a 및 도 11b를 참조하여 설명한다.

도 3과 도 7을 함께 참조하면, 입력축 검사기의 준비상태에서 소제장치(40)의 캐리지(44)는 부스(42)의 외측에 언로딩되어 있으며, 심압대(80)의 리프터(83)는 상승되어 있다. 로봇은 에지그라인딩머신으로부터 슬롯(22)과 챔퍼(24)가 가공되어 있는 입력축(20)의 보어(21) 하단이 로터리유닛(47)의 센터(47c)에 맞춤되도록 공급한다. 로터리유닛(47)의 센터(47c)에 입력축(20)이 지지된 후, 에어실린더 (45)가 작동되어 실린더로드(45a)를 전진시키면, 캐리지(44)는 리니어모션가이드 (46)의 안내에 의하여 직선운동되어 부스(42)의 출입구(42b)를 통하여 퍼지룸 (42a), 즉 소제위치(P1)에 로딩되고, 에어실린더(45)의 정지에 의하여 입력축(20)의 로딩이 완료된다(S200).

다음으로, 에어블로워(50)의 에어노즐(51)을 통하여 분출되는 공기는 입력축 (20)의 표면에 오염되어 있는 이물질을 탈락시켜 제거한다(S202). 이때, 입력축 (20)은 에어블로워(50)의 에어노즐(51)을 통하여 분출되는 공기력에 의하여 회전모멘트를 부여받게 되며, 로터리유닛(47)의 베어링(47b)은 입력축(20)을 지지하고 있는 센터(47c)의 회전을 허용한다. 따라서, 입력축(20)과 센터(47c)가 함께 회전되므로 입력축(20)의 표면 전체에 오염되어 있는 이물질을 완벽하게 소제할 수 있다. 이 결과, 입력축(20)의 챔퍼(24)를 제1 및 제2 카메라(90, 91)에 의하여 촬영하여 이미지데이터를 획득할 때 이물질에 의한 이미지데이터의 오류를 방지할 수 있다. 공기공급장치의 작동에 의하여 에어덕트(52)로 공급되는 공기는 에어노즐(53)을 통하여 부스(42)의 출입구(42a)로 분출됨으로써 출입구(42a)에 에어커튼을 형성한다. 이 에어커튼에 의하여 입력축(20)으로부터 탈락되는 이물질은 부스(42)의 출입구(42a)를 통과하지 못한다. 따라서, 입력축(20)으로부터 탈락되는 이물질에 의한 검사위치(P2)의 제1 및 제2 카메라(90, 91) 등 입력축 검사기의 오염을 방지할 수 있다.

또한, 소제장치(40)의 에어블로워(50)에 의한 입력축(20)의 소제와 병행하여 집진장치(60)의 흡입유닛(62)이 작동된다. 흡입유닛(62)은 흡입관(61)을 통하여 부스(42)의 퍼지룸(42a)으로부터 이물질을 포함하고 있는 공기를 흡입한 후 배출관 (63)을 통하여 집진탱크(64)로 송출하며, 집진탱크(64)는 공기와 이물질을 잘 알려진 필터에 의하여 필터링하여 이물질을 집진하고 공기는 외부로 배출시킨다. 입력축(20)의 소제가 완료된 후, 에어실린더(45)가 작동되어 실린더로드(45a)를 후퇴시키면, 캐리지(44)는 리니어모션가이드(46)의 안내에 의하여 직선운동되어 부스(42)의 출입구(42b)를 통하여 초기위치로 다시 언로딩된다.

도 5를 참조하면, 로봇은 로터리유닛(47)의 센터(47c)에 지지되어 있는 입력축(20)을 픽업한 후, 입력축(20)의 보어(21) 하단이 인덱싱드라이브(70)의 로워센터(73)에 맞춤되도록 로딩한다(S204). 인덱싱드라이브(70)의 로워센터(73)에 입력축(20)이 지지된 후, 심압대(80)의 에어실린더(82)가 작동되어 실린더로드(82a)를 전진시키면, 리프터(83)는 리니어모션가이드(84)의 안내에 의하여 직선운동되어 하강된다. 리프터(83)의 하강에 의하여 로터리유닛(85)의 어퍼센터(85c)는 입력축 (20)의 보어(21) 상단에 맞춤되어 입력축(20)을 지지한다. 인덱싱드라이브(70)의 로워센터(73)와 심압대(80)의 어퍼센터(85c)에 의하여 입력축(20)은 검사위치(P2)에 수직하게 정렬된다(S206). 워크테이블(31)의 검사위치(P2)에 입력축(20)의 로딩을 완료시킨 로봇은 에지그라인딩머신으로부터 후속하는 입력축(20)을 소제위치 (P1)로 공급하여 입력축(20)을 소제한다.

제1 및 제2 조명장치(100, 101)는 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 광축과 동축으로 워크테이블(31)의 검사위치(P2)에 로딩되어 있는 입력축(20)을 조명하여 이미지를 투영시키고, 제1 및 제2 카메라(90, 91)는 입력축(20)의 이미지를 촬영하여 이미지데이터를 출력한다(S208). 이때, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 제1 및 제2 조명장치(100, 101)의 발광다이오드(100a, 101a)로부터 발광되는 광은 콜리메이터 (100b, 101b), 빔스플리터(100c, 101c)와 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 대물렌즈 (90a, 91a)를 통하여 입력축(20)에 투영되며, 입력축(20)으로부터 산란되는 산란광은 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 대물렌즈(90a, 91a), 빔스플리터(100c, 101c)를 통하여 CCD 이미지센서(90b, 91b)로 투영되어 촬영된다. 제1 카메라(90)는 입력축 (20)의 하나의 슬롯(22)의 제1 챔퍼(24a)를 법선방향에서 촬영하여 이미지데이터를 출력하고, 제2 카메라(91)는 입력축(20)의 다른 하나의 슬롯(22)의 제2 챔퍼(24b)를 법선방향에서 촬영하여 이미지데이터를 출력한다. 제1 및 제2 카메라(90, 91)로부터 출력되는 입력축(20)의 이미지데이터는 컴퓨터(120)에 실시간으로 입력된다.

컴퓨터(120)는 제1 및 제2 카메라(90, 91)로부터 입력되는 이미지데이터를 프로그램에 의하여 처리하여 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 이미지데이터가 획득되었는가를 판단한다(S210). 이때, 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 촬영각도로부터 입력축(20)의 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)가 벗어나 있으면 챔퍼(24a, 24b)의 이미지데이터는 입력되지 않는다.

컴퓨터(120)는 제1 및 제2 카메라(90, 91)중 어느 하나, 예를 들어 제1 카메라(90)로부터 제1 챔퍼(24a)의 이미지데이터가 입력되지 않은 것으로 판단되면, 제어신호의 출력에 의하여 서보모터(71)를 작동시켜 입력축(20)을 설정되어 있는 각도, 예를 들어 3도로 분할회전시킴으로써 제1 카메라(90)의 촬영에 의하여 제1 챔퍼(24a)의 이미지데이터가 획득되도록 한 후(S212), 위의 단계(S208)로 진행하여 제1 카메라(90)의 촬영에 의하여 제1 챔퍼(24a)의 이미지데이터가 입력되었는가를 다시 판단한다. 위의 단계(S208) 내지 단계(S212)의 반복적인 실행에 의하여 제1 카메라(90)의 촬영에 의한 제1 챔퍼(24a)의 이미지데이터를 신속하게 획득할 수 있다. 여기서 제1 및 제2 카메라(90, 91)의 촬영에 의한 챔퍼(24)의 이미지데이터에 대한 입력여부는 제2 카메라(91)의 촬영에 의하여 입력되는 제2 챔퍼(24b)에 대하여 실시할 수도 있다.

컴퓨터(120)는 제1 카메라(90)로부터 제1 챔퍼(24a)의 이미지데이터가 입력된 것으로 판단되면, 제1 챔퍼(24a)의 그레이레벨이미지(Gray level image)를 임계값(Threshold)에 의하여 이진화하여 제1 챔퍼(24a)의 이진이미지(Binary image)로부터 좌측윤곽선(Left contour)과 우측윤곽선을 검출하고(S214), 최소자승오차법 (Least square error method)에 의하여 노이즈를 필터링하여 좌우측윤곽선의 직선식을 구하여 좌측에지라인(24a-1)과 우측에지라인(24a-2)을 산출한다(S216). 컴퓨터(120)는 제1 챔퍼(24a)의 좌우측에지라인(24a-1, 24a-2)을 모니터(121)에 디스플레이한 후, 좌측에지라인(24a-1)과 우측에지라인(24a-2) 사이의 중심이 이미지어레이좌표계(Image array coordinate system: 140)의 기준라인(141)과 정합(Matching)되었는가를 판단한다(S218). 도 10a 및 도 10b에는 좌우측에지라인(24a-1, 24a-2)의 중심이 이미지어레이좌표계(140)의 기준라인(141)의 좌측과 우측에 벗어나 있는 상태가 도시되어 있다.

컴퓨터(120)는 좌우측에지라인(24a-1, 24a-2)의 중심이 이미지어레이좌표계 (140)의 기준라인(141)과 정합되지 않은 것으로 판단되면, 제어신호의 출력에 의하여 서보모터(71)를 작동시켜 입력축(20)을 설정되어 있는 각도, 예를 들어 1도로 분할회전시킴으로써 좌우측에지라인(24a-1, 24a-2)의 중심이 도 10c에 보이는 바와 같이 이미지어레이좌표계(140)의 기준라인(141)에 정합되도록 하고(S220), 위의 단계(S214)로 진행한다. 위의 단계(S214) 내지 단계(S220)의 반복적인 실행에 의하여 좌우측에지라인(24a-1, 24a-2)의 중심을 이미지어레이좌표계(140)의 기준라인(141)에 신속하게 정합시킬 수 있다. 본 실시예에 있어서 좌우측에지라인(24a-1, 24a-2)의 중심이 이미지어레이좌표계(140)의 기준라인(141)에 대하여 20㎛ 정도의 오차범위내에 있으면 정합된 것으로 판단한다.

한편, 컴퓨터(120)는 좌우측에지라인(24a-1, 24a-2)의 중심이 이미지어레이좌표계(140)의 기준라인(141)과 정합된 것으로 판단되면, 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 좌측에지라인(24a-1, 24b-1)과 우측에지라인(24a-2, 24b-2) 사이의 거리를 구하여 첫번째 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값을 산출하여 저장한다(S222). 컴퓨터(120)는 첫번째 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값을 산출한 후, 제어신호의 출력에 의하여 서보모터(71)를 작동시켜 입력축(20)을 설정되어 있는 각도, 예를 들어 45도로 분할회전시키고, 제1 및 제2 카메라(90, 91)에 의하여 분할회전된 입력축(20)의 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)를 촬영하여 후속하는 제1 및 제2 챔퍼(24a,24b)의 이미지데이터를 획득한다(S224). 컴퓨터(120)는 앞에서 설명한 것과 마찬가지로 프로그램에 의하여 제1 및 제2 카메라(90, 91)로부터 입력되는 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 그레이레벨이미지를 임계값에 의하여 이진화하여 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 이진이미지로부터 좌측윤곽선과 우측윤곽선을 검출하고, 최소자승오차법에 의하여 노이즈를 필터링하여 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b) 각각에 대한 좌우측윤곽선의 직선식을 구하여 좌측에지라인(24a-1, 24b-1)과 우측에지라인(24a-2, 24b-2)을 산출하고, 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 좌측에지라인(24a-1, 24b-1)과 우측에지라인(24a-2, 24b-2) 사이의 거리를 구하여 후속하는 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값을 산출하여 저장한다(S226).

다음으로, 컴퓨터(120)는 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값이 설정되어 있는 횟수만큼 산출되었는가를 판단한다(S228). 본 실시예에 있어서 제1 및 제2 챔퍼 (24a, 24b)의 폭값은 각각 8개가 산출된다. 컴퓨터(120)는 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값이 8회만큼 산출되지 않은 것으로 판단되면, 위의 단계(S224)로 진행하여 나머지 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)에 대한 폭값을 계속해서 산출한다. 컴퓨터 (120)는 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값이 설정되어 있는 횟수만큼 산출된 것으로 판단되면, 슬롯(22)의 좌우측단에 형성되어 있는 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값을 기준으로 슬롯(22)의 폭값을 각각 산출하고(S230), 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b) 각각의 폭값과 슬롯(22)의 폭값을 합산한 전체 폭값을 각각 산출한다(S232). 컴퓨터(120)는 산출된 슬롯(22)의 폭값, 전체 폭값과 제1 및 제2 챔퍼(24a, 24b)의 폭값을 기준으로 슬롯(22)과 챔퍼(24)의 가공정밀도가 설정되어 있는 오차범위를 만족하는가를 판단하여 가공정밀도를 만족하는 입력축(20)은 양품으로 선별하고, 만족하지 못하는 입력축(20)은 불량품으로 선별한다(S234).

마지막으로, 입력축(20)의 선별이 완료된 후, 심압대(80)의 에어실린더(82)가 작동되어 실린더로드(82a)를 후퇴시키면, 리프터(83)는 리니어모션가이드(84)의 안내에 의하여 직선운동되어 상승된다. 로봇은 검사위치(P2)로부터 컴퓨터(120)에 의하여 양품으로 선별된 입력축(20)은 양품이송라인으로 언로딩시키고(S236), 불량품으로 선별된 입력축(20)은 불량품이송라인으로 언로딩시킨다(S238). 로봇은 소제위치(P1)으로부터 검사위치(P2)로 후속하는 입력축(20)을 로딩시켜 입력축(20)의 검사과정을 반복시킨다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 동력조향장치용 입력축 검사기 및 그 검사방법에 의하면, 다수의 슬롯과 이 슬롯의 좌우측단에 형성되어 있는 제1 및 제2 챔퍼를 갖는 입력축의 가공정밀도를 제1 및 제2 카메라의 촬영과 컴퓨터의 프로그램에 의한 처리에 의하여 정확하게 검사할 수 있으며, 입력축의 공급, 소제 및 선별 등 일련의 검사과정을 자동화시켜 입력축의 전수검사를 간편하게 실시할수 있다. 또한, 입력축에 대한 검사결과의 데이터를 실시간으로 처리하고 관리할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 원주방향을 따라 동일한 간격으로 형성되어 있는 다수의 슬롯과 이 슬롯의 좌우측단에 형성되어 있는 제1 및 제2 챔퍼를 갖는 동력조향장치용 입력축을 검사하기 위한 동력조향장치용 입력축 검사기로서,

   상기 입력축의 소제위치와 검사위치를 제공하는 프레임과;

   상기 프레임의 소제위치에 설치되어 상기 입력축을 소제하는 소제수단과;

   상기 프레임의 검사위치에 설치되어 상기 입력축을 분할회전시키는 인덱싱드라이브와;

   상기 인덱싱드라이브에 의하여 회전되는 상기 입력축의 제1 및 제2 챔퍼 각각을 법선방향에서 촬영하여 이미지데이터를 출력하는 제1 카메라 및 제2 카메라와;

   상기 제1 카메라 및 제2 카메라 각각의 광축과 동축으로 상기 입력축의 제1 및 제2 챔퍼를 조명하는 제1 조명수단 및 제2 조명수단과;

   상기 제1 카메라 및 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 프로그램에 의하여 처리하는 컴퓨터로 이루어지는 동력조향장치용 입력축 검사기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 소제수단은,

   상기 프레임의 소제위치를 둘러싸는 퍼지룸을 형성하는 부스와;

   상기 부스의 퍼지룸으로 상기 입력축을 로딩할 수 있는 캐리지를 갖는 로딩수단과;

   상기 부스의 퍼지룸에 로딩되어 있는 상기 입력축으로부터 이물질이 탈락되도록 공기를 분출하는 에어블로워와;

   상기 부스의 퍼지룸과 연결되어 상기 입력축으로부터 탈락되는 이물질을 집진하는 집진수단으로 구성되는 동력조향장치용 입력축 검사기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 소제수단의 캐리지는 상기 에어블로워에 의하여 분출되는 공기력에 의하여 상기 입력축이 회전할 수 있도록 지지하는 로터리수단을 더 포함하고, 상기 소제수단은 입력축으로부터 탈락되는 이물질의 비산을 방지시킬 수 있도록 상기 부스이 퍼지룸에 에어커튼을 형성하는 에어덕트를 더 포함하는 동력조향장치용 입력축 검사기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 인덱싱드라이브에 의하여 일단이 지지되어 회전되는 상기 입력축의 타단을 회전할 수 있도록 지지하는 심압대를 더 포함하는 동력조향장치용 입력축 검사기.
5. 원주방향을 따라 동일한 간격으로 형성되어 있는 다수의 슬롯과 이 슬롯의 좌우측단에 형성되어 있는 제1 및 제2 챔퍼를 갖는 동력조향장치용 입력축을 검사하기 위한 동력조향장치용 입력축 검사방법으로서,

   상기 입력축에 부착되어 있는 이물질을 소제위치의 소제수단에 의하여 소제하는 단계와;

   상기 입력축을 상기 소제위치로부터 검사위치로 로딩하는 단계와;

   상기 검사위치에 로딩되어 있는 상기 입력축의 하나의 슬롯의 제1 챔퍼와 다른 하나의 슬롯의 제2 챔퍼를 제1 카메라와 제2 카메라에 의하여 법선방향에서 각각 촬영하여 이미지데이터를 획득하는 단계와;

   상기 제1 카메라와 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 컴퓨터의 프로그램에 의하여 처리하여 상기 제1 및 제2 챔퍼에 대한 좌우측에지라인을 산출하여 이미지어레이좌표계의 기준라인에 정합하는 단계와;

   상기 입력축을 설정되어 있는 각도로 분할회전시키면서 상기 제1 카메라와 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터를 상기 컴퓨터의 프로그램에 의하여 처리하여 상기 제1 및 제2 챔퍼의 폭값을 산출하는 단계와;

   상기 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출되었는가를 판단하는 단계와;

   상기 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출되지 않을 경우 나머지 슬롯의 제1 및 제2 챔퍼의 폭값을 산출하고, 상기 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정횟수만큼 산출될 경우 상기 제1 및 제2 챔퍼의 폭값이 설정되어 있는 오차범위에 있으면 상기 입력축을 양품으로 선별하고 오차범위에 있지 않으면 상기 입력축을 불량품으로 선별하는 단계로 이루어지는 동력조향장치용 입력축 검사방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 챔퍼에 대한 좌우측에지라인은 그레이레벨이미지를 임계값에 의하여 이진화한 이진이미지로부터 좌우측윤곽선을 검출한 후, 상기 좌우측윤곽선의 직선식으로부터 산출하는 동력조향장치용 입력축 검사방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 챔퍼에 대한 좌우측에지라인을 상기 이미지어레이좌표계의 기준라인에 정합하는 단계에서는 상기 제1 카메라와 제2 카메라 각각으로부터의 이미지데이터중 어느 하나를 이용하는 동력조향장치용 입력축 검사방법.
8. 제 5 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 챔퍼의 폭값을 산출한 후 상기 제1 및 제2 챔퍼 각각에 대한 좌우측에지라인 사이의 폭값을 기준으로 상기 컴퓨터의 프로그램에 의하여 상기 슬롯의 폭값을 산출하고, 상기 제1 및 제2 챔퍼 각각의 폭값과 상기 슬롯의 폭값을 합산한 전체 폭값을 각각 산출하는 단계를 더 포함하는 동력조향장치용 입력축 검사방법.