KR100481129B1 - 광학계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학 계측기의 시계를 확보하기 위해 렌즈 전방으로 공기를 분사하는 공기 분사장치에 있어서, 렌즈 전방으로 분사된 공기가 빠르게 배출되게 함으로써, 렌즈에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 외부에 노출되는 광학 계측기(9)의 렌즈 또는 보호용 유리(6)의 전방으로 공기를 분사하여 렌즈 또는 보호용 유리(6)에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 렌즈 보호용 공기 분사장치에 있어서, 광학 계측기(9)에 설치되어 렌즈 또는 보호용 유리(6)의 전방에 공기가 분사될 수 있도록 노즐(29, 49)이 형성되며, 노즐(29, 49)로부터 분사된 공기는 렌즈 또는 보호용 유리(6)의 전방향으로 분사될 수 있도록 노즐(29, 49)은 렌즈 또는 보호용 유리(6)의 전면에 대하여 예각으로 경사진 각도로 형성되는 렌즈 보호용 공기 분사장치가 제공된다.

Description

광학계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치{Air purging apparatus for cleaning and safety of optical measuring system}

본 발명은 광학 계측기의 렌즈에 이물질이 부착되는 것을 방지하기 위해 공기를 분사하는 공기 분사장치에 관한 것이며, 특히, 공기가 분사되는 노즐과 렌즈의 사이에 정체된 공기가 존재하지 않도록 하여 렌즈에 부착되는 이물질을 줄 일 수 있는 공기 분사장치에 관한 것이다.

최근에 산업 자동화로 인하여 측정대상물을 비접촉식으로 측정하는 기기 및 센서 등이 무수히 많이 개발되었으며, 대표적인 것이 광학 계측기이다. 이런 비접촉식 광학 계측기는 빛을 이용하는 것으로서 광학 계측기의 전방에는 빛을 투광시키는 렌즈가 설치되어 있다.

그러나, 이런 광학 계측기는 작업환경이 열악한 산업설비 등에 많이 설치되어 있다. 특히, 먼지, 스케일, 증기 등 이물질들이 많이 존재하는 열악한 작업환경을 가진 제철소 내에 설치된 광학계측기는 렌즈에 부착된 이물질 때문에 수시로 계측을 중단하고 렌즈부위에 부착된 이물질을 제거하여야 한다.

이러한 문제점을 보완하기 위해 "대한민국 특허출원번호 1999-34174호(발명의 명칭 : 강판의 선후단을 감지하는 광하이버방식의 감지장치)"에서는 렌즈의 전방부로 공기를 분사하는 공기 분사장치를 설치하여 렌즈의 전방에서 떠도는 이물질을 렌즈의 전방으로 밀어내는 방식에 대하여 기술하고 있으며, 이런 공기 분사장치는 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 공기 분사장치의 A-A'의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, '대한민국 특허출원번호 1999-34174호'에서의 공기 분사장치는 공기유입구(5)를 통해서 공기가 유입이 되면 공기 분사장치(4)를 통해서 공기가 렌즈(7)의 전방에 설치된 보호유리(6)의 앞쪽으로 분사된다. 분사된 공기는 보호유리(6) 전면을 경유해서 안전시계 확보용 튜브(1)를 따라 튜브(1) 밖으로 분사된다. 이러한 공기 분사장치(4)를 통해서 튜브(1)의 내부에 존재하는 먼지, 분진, 수증기 등으로부터 광학 계측기(9)의 시야를 안정적으로 확보하고 이들로부터 광학 계측기(9)의 광학부를 보호하게 된다. 이 때에 튜브(1)내의 공기흐름에 대한 개념은 도 2에서 도시된 바와 같다. 공기 분사장치(4)의 공기분사 형태(2)는 공기 분사장치(4)의 원주를 따라 안쪽 즉, 보호유리(6)의 중심방향으로 분사된다.

한편, 공기 분사장치(4)에서 공기를 분사하기 위해 노즐과 같은 역할을 하는 요소로서 사용된 것은 공기 분사장치(4)의 원주를 따라 형성된 미세한 공기분사 구멍 또는 다공질의 재질(3)을 사용하였다. 공기유입구(5)로부터 유입된 공기가 보호유리(6) 전방에 보호유리(6)의 전방에 분사될 수 있도록 공기 분사장치(4)의 안쪽에 미세한 공기분사 구멍을 형성하고 그 구멍을 통해 공기를 분사하거나, 보호유리(6) 전방에 설치된 다공질 재질(3)을 통해 공기를 분사하였다.

이렇게 분사된 공기는 도 2에 도시된 바와 같이, 보호유리(6)의 원주에서 중심으로 원주를 따라 균일하게 분사된다. 따라서, 공기를 튜브(1) 안으로 분사하게 되면 이들 공기 분사장치(4)에서 분사되는 공기가 공기흐름에 저항을 많이 받아서 공기압의 손실을 가져오게 되고, 결과적으로 공급되는 공기압을 그만큼 상승시켜야 하는 문제점이 있다.

또한, 미세 공기 분사구 즉, 구멍 또는 다공질 재질(3)에서 원주방향으로 분사되는 공기는 분출될 당시에 무질서하게 사방으로 분사되어 튜브(1)내의 공간을 가득 채운 후 안전시계 확보용 튜브(1)를 통해서 밖으로 분사된다. 이 때의 공기흐름은 무질서하며, 광계측기의 보호유리(6)와 접촉이 많아지게 된다. 그럼으로써, 분사되는 공기의 순도(청결도)에 의해서 보호유리(6)의 청결도가 결정된다. 따라서, 렌즈(7)로 입사되는 빛을 측정하는 광학 계측기의 신뢰도를 높이기 위해서는 공기유입구로 유입되는 공기를 이전에 필터링하여 공기의 순도를 높이는 필터링과정이 수행되어야 하는 단점이 있다.

한편, 앞에서는 렌즈를 보호하는 보호유리에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 공기 분사장치에 대하여 설명하였지만, 여기에서 렌즈와 보호유리를 동일한 구성요소로서 보아 마땅할 것이다. 그 이유는 본 발명의 공기 분사장치는 빛이 투과하는 렌즈 및 보호유리에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 장치이기 때문이다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 렌즈 앞으로 분사된 공기가 렌즈 앞에서 정체됨 없이 신속하게 렌즈의 전방향으로 빠져나가게 하여 렌즈에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 외부에 노출되는 광학 계측기의 렌즈 또는 보호용 유리의 전방으로 공기를 분사하여 상기 렌즈 또는 보호용 유리에 이물질이 부착되는 것을 방지하는 렌즈 보호용 공기 분사장치에 있어서, 상기 광학 계측기에 설치되어 상기 렌즈 또는 보호용 유리의 전방에 공기가 분사될 수 있도록 노즐이 형성되며, 상기 노즐로부터 분사된 공기는 상기 렌즈 또는 보호용 유리의 전방향으로 분사될 수 있도록 상기 노즐은 상기 렌즈 또는 보호용 유리의 전면에 대하여 예각으로 경사진 각도로 형성되는 렌즈 보호용 공기 분사장치가 제공된다.

또한, 본 발명의 상기 노즐은 상기 렌즈 또는 보호용 유리의 원주를 따라 형성된 슬릿 노즐로서, 상호 대응하도록 테이퍼진 한 쌍의 노즐립의 사이를 통해 공기가 분사되며, 한 개의 노즐립은 상기 광학 계측기에 체결되는 제 2 연결체에 형성되고, 다른 한 개의 노즐립은 상기 제 2 연결체에 체결되는 제 1 연결체에 형성된다.

또한, 본 발명의 상기 제 1 연결체는 제 2 연결체에 체결되는 후단부가 이중관으로 형성되고, 이중관의 외부관에 공기유입구가 형성되어 공기가 상기 제 1 연결체로 공급되며, 공급된 공기는 외부관과 내부관을 따라 상기 제 2 연결체가 위치한 후단부로 이동하며, 제 2 연결체와 내부관의 후단 사이를 통과하여 내부관의 내부로 이동하고, 내부관의 내면에 형성된 다른 한 개의 노즐립과 상기 제 2 연결체에 형성된 한 개의 노즐립의 사이를 통과하여 내부관의 내부로 분사된다.

또한, 본 발명의 제 2 연결체는 제 1 연결체의 외부관 후단부와 체결되며, 상기 내부관의 내부로는 삽입관이 삽입되며, 상기 삽입관의 선단부에는 상기 한 개의 노즐립이 형성되어 있어 상기 제 1 연결체의 내부관에 형성된 다른 한 개의 노즐립과 소정의 간격으로 떨어져 위치한다.

또한, 본 발명의 상기 제 2 연결체의 삽입관의 둘레에는 상기 턱이 형성되어 상기 제 1 연결체의 내부관의 후단에 근접하여 위치하며, 상기 제 1 연결체의 내부관과 외부관의 사이의 공간을 따라 유동한 공기는 상기 턱과 내부관의 후단 사이의 상대적으로 좁은 공간을 통과하기 위해 상기 내부관과 외부관의 사이에서 정체되고, 상기 턱을 지나 상기 내부관과 상기 삽입관의 사이의 공간을 따라 유동한 공기는 상기 한 쌍의 노즐립 사이의 상대적으로 좁은 갭을 통과하기 위해 상기 내부관과 상기 삽입관의 사이에서 정체된다.

아래에서, 본 발명에 따른 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치가 광학 계측기에 설치된 상태를 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치만을 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치의 분사구를 상세히 나타낸 상세도이다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 공기 분사장치(100)는 크게 측정하고자 하는 빛 이외의 빛을 차단하기 위해 설치된 튜브(1)와 연결되는 제 1 연결체(20)와, 광학 계측기(9)에 연결되며 상기 제 1 연결체(20)와 나사체결되는 제 2 연결체(40)와, 상기 제 1 연결체(20)와 제 2 연결체(40)가 체결되면서 형성되는 공기통로(31, 33, 35) 및 노즐을 포함한다.

원통형상의 제 1 연결체(20)에는 플랜지(20')가 형성되며, 제 1 연결체(20)의 플랜지(20')에는 튜브(1)의 단부에 형성된 플랜지(1')가 대응하도록 접하여 볼트 및 너트에 의해 체결된다. 여기에서, 제 1 연결체(20)에 연결된 튜브(1)가 존재하는 방향을 전방으로 정의하면, 제 1 연결체(20)의 플랜지(20')의 후방에는 공기유입구(21)가 형성된다. 제 1 연결체(20)의 중간부부터 후단부까지는 관 내부에 다른 관이 형성된 2중관의 형상으로 형성되며, 공기유입구(21)는 제 1 연결체(20)의 중간부의 외부관(23)에 형성된다. 따라서, 공기유입구(21)를 통해 유입된 공기는 외부관(23)과 내부관(27) 사이(이하에서는 '제 1 통로(31)'라 함.)를 따라 제 1 연결체(20)의 후단부 방향으로 유동하게 된다. 그리고, 제 1 연결체(20)의 외부관(23)의 후단부의 둘레에는 수나사 가공되어 있으며, 내부관(27)의 내주면은 그 후단에서 전방향으로 가면서 일정한 내경(28)에서 점차 내경이 작아지도록 형성된 테이퍼부(29)가 형성된다. 이런 테이퍼부(29)의 가장 작은 직경은 제 1 연결체(20)의 플랜지(20')의 내경과 동일하며, 테이퍼부(29)의 가장 큰 직경은 내부관(27)의 후단부 즉, 상기 일정한 내경(28)과 동일하다. 이런 테이퍼부(29)의 경사각도는 35°이다.

한편, 제 2 연결체(40)에는 광학 계측기(9)의 선단에 형성된 플랜지(9')와 마주하여 연결되는 플랜지(40')가 형성된다. 그리고, 플랜지(40')의 중심공의 둘레에는 플랜지(40')의 전방향 즉, 제 1 연결체(20)가 위치하는 방향으로 돌출된 삽입관(45)이 형성되며, 플랜지(40')의 전면에는 삽입관(45)의 원주둘레를 따라 홈(43)이 형성되는데 홈(43)의 직경은 제 1 연결체(20)의 외부관(23) 외경과 동일하며, 홈(43)의 내면에는 암나사 가공되어 제 1 연결체(20)의 외부관(23) 후단부에 형성된 수나사부와 나사체결된다. 그리고, 삽입관(45)의 둘레에는 삽입관(45)의 길이방향을 따라 전방향으로 외경이 작아지는 한 개의 턱(47)이 형성되는데, 이 턱(47)을 기준으로 전방부의 삽입관(45)은 제 1 연결체(20)의 내부관(27)에 삽입된다. 그리고, 턱(47)을 기준으로 삽입관(45)의 후방부는 제 1 연결체(20)의 내부관(27)의 후단의 내경보다 작은 외경을 가진다.

따라서, 제 1 연결체(20)의 공기유입구(21)를 통해 유입된 공기는 제 1 통로(31)를 따라 제 1 연결체(20)의 후단부로 이동하게 되고, 제 1 연결체(20)의 내부관(27)과 제 2 연결체(40)의 턱(47) 사이의 좁은 공간(33)을 통과하여, 제 1 연결체(20)의 내부관(27)과 제 2 연결체(40)의 삽입관(45)의 사이(이하에서는 '제 2 통로(35)'라 함)를 따라 전방부로 이동하게 된다.

한편, 제 2 연결체(40)의 삽입관(45) 선단은 제 1 연결체(20)의 내부관(27)의 내면에 형성된 테이퍼부(29)와 상호 대응하도록 삽입관(45)의 원주를 따라 30°의 경사각도로 테이퍼 가공된 테이퍼부(49)가 형성된다. 이 때, 내부관(27)의 테이퍼부(29)와 삽입관(45)의 테이퍼부(49)는 상호 접하지 않고, 소정의 간격으로 떨어져 있으며, 이런 두 테이퍼부(29, 49)가 각각 노즐립의 역할을 한다. 따라서, 제 2 통로(35)를 통해 전방으로 이동한 공기는 내부관(27)의 테이퍼부(29)와 삽입관(45)의 테이퍼부(49)를 따라 이동하게 되어 결국 내부관(27)의 내부로 분사된다. 이렇게 내부관(27)으로 분사된 공기는 상기 두 테이퍼부(29, 49)의 경사각도만큼 경사져서 분사된다.

이상과 같이 구성된 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치의 조립관계 및 작동관계에 대하여 상세히 설명하고, 이와 동시에 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치로부터 분사된 공기의 흐름관계에 대하여 상세히 설명하겠다.

먼저, 광학 계측기(9)의 플랜지(9')에 제 2 연결체(40)의 플랜지(40')를 상호 접하도록 위치시키고 볼트와 너트를 이용하여 체결한다. 그리고, 제 2 연결체(40)의 플랜지(40')에 형성된 홈(43)에 제 1 연결체(20)의 외부관(23) 후단부를 접하도록 한 후에 제 2 연결체(40)를 회전시켜 홈(43)에 형성된 암나사부와 제 1 연결체(20)의 외부관(23) 후단에 형성된 수나사부가 체결되도록 한다. 그리고, 제 1 연결체(20)의 플랜지(20')에 튜브(1)에 형성된 플랜지(1')를 마주하도록 위치시키고, 볼트와 너트를 이용하여 체결하고, 공기유입구(21)에 공기 공급호스(도면에 도시안됨)를 연결한다.

이렇게 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치(100)가 조립되면, 공기 공급호스를 통해 공기를 공기유입구(21)의 내부로 송풍한다. 공기유입구(21)를 통해 유입된 공기는 제 1 통로(31)를 통해 후방으로 이동하게 되고, 내부관(27)과 삽입관(45)의 턱(47) 사이의 공간(33)을 지나 제 2 통로(35)를 통해 전방으로 이동한다. 그리고, 제 2 통로(35)의 전방에 형성된 내부관(27)의 테이퍼부(29)와 삽입관(45)의 테이퍼부(49) 사이의 공간을 통과하면서 내부관(27)의 내부로 두 테이퍼부(29, 49)의 경사각도로 경사져 분사된다. 이 때, 두 테이퍼부(29, 49)의 경사각도로 경사져 분사되는 공기는 튜브(1)를 향한 방향으로 경사져 있기 때문에 제 1 연결체(20)의 내부관(27)의 내주면을 따라 분사된 공기는 배출된 부위보다 전방부에서 모이게 되며, 배출속도는 경사각도 없이 배출되는 공기의 배출속도보다 빠르게 된다. 이는 경사각도 없이 상호 마주하도록 배출되는 공기는 배출속도가 상쇄되어 정체되는 공기가 발생하지만, 경사각도를 가지고 배출된 공기는 상호 마주하더라도 동일한 방향의 배출속도를 가지고 있으므로 공기의 배출속도가 상대적으로 빠르게 된다.

또한, 제 1 통로(31)를 따라 유동하는 공기는 내부관(27)의 후단과 삽입관(45)의 턱(47) 사이의 좁은 공간(33)을 통과하게 되면서, 유입된 공기는 1차적으로 제 1 연결체(20)의 원주를 따라 형성된 제 1 통로(31) 내에서 균일한 압력분포를 갖도록 정체하게 된다. 이런 관계는 제 2 통로(35)에서도 동일하게 나타난다. 즉, 내부관(27)의 테이퍼부(29)와 삽입관(45)의 테이퍼부(49) 사이의 간격은 상기 내부관(27)의 후단과 삽입관(45)의 턱(47) 사이의 공간(33)보다 훨씬 작기 때문에 제 2 통로(35)를 따라 이동하는 공기는 잠시 정체되면서 균일한 압력분포를 가지게된다.

두 테이퍼부(29, 49) 사이를 통해 배출되는 공기는 제 1 통로(31)와 제 2 통로(35)에서 균일한 압력분포를 가지기 때문에, 내부관(27)의 내부로 배출된 공기는 내부관(27)의 내주방향으로 균일하게 분사된다.

이렇게 두 테이퍼부(29, 49) 사이로 배출된 공기는 일정한 압력으로 배출되면서, 앞에서 설명한 바와 같이, 튜브(1)를 향해 경사진 각도로 배출됨으로써, 안정적으로 튜브(1)를 따라 배출된다.

따라서, 두 테이퍼부(29, 49)의 끝단에서 두 테이퍼부(29, 49)의 후방에 위치한 보호용 유리(6) 사이에 위치한 공기는 저압상태가 되면서, 두 테이퍼부(29, 49) 사이로부터 분사된 공기를 따라 빠른 속도로 튜브(1)방향으로 이동하는 공기흐름이 발생하게 된다. 따라서, 렌즈 또는 보호용 유리(6)의 전면을 따라 이동하는 공기의 속도는 빨아지게 되면서 렌즈 또는 보호용 유리(6)의 전면에서 정체되는 공기가 존재하지 않게 되고, 렌즈 또는 보호용 유리(6)를 따라 이동하는 공기의 양 또한 작게되어 공기를 통해 유입된 이물질이 렌즈 또는 보호용 유리(6)에 부착되지 않게 된다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치는 렌즈 또는 보호용 유리의 전면에 정체되는 공기가 존재하지 않기 때문에 공기가 포함하고 있는 이물질이 렌즈 또는 보호용 유리에 부착되지 않게 되는 효과가 있다.

또한, 앞에서의 효과에 의해 렌즈 또는 보호용 유리의 전방으로 분사하는 공기에 포함된 이물질을 필터링하는 필터과정을 거치지 않고 대기의 공기를 바로 사용할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치에 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.

도 1은 종래 기술에 따른 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치를 나타낸 단면도이고,

도 2는 도 1에 도시된 공기 분사장치의 A-A'의 단면도이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치가 광학 계측기에 설치된 상태를 나타낸 단면도이고,

도 4는 도 3에 도시된 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치만을 나타낸 단면도이며,

도 5는 도 4에 도시된 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치의 분사구를 상세히 나타낸 상세도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 튜브 4, 100 : 공기분사장치

9 : 광학 계측기 6 : 보호용 유리

20 : 제 1 연결체 21 : 공기유입구

23 : 외부관 27 : 내부관

30 : 제 1 통로 35 : 제 2 통로

40 : 제 2 연결체 43 : 홈

45 : 삽입관 47 : 턱

Claims (5)

1. 삭제
2. 광학 계측기의 렌즈 보호용 공기 분사장치로서,

   상기 광학 계측기의 전면에 설치되는 제2연결체,

   상기 제2연결체에 결합되고 상기 제2연결체의 외주면에 밀폐공간을 형성하는 제1연결체,

   상기 제1연결체에 형성되고 상기 밀폐공간에 공기를 공급하는 공기유입구,

   상기 밀폐공간을 소통하는 공기가 상기 광학 계측기의 관측방향에 비스듬히 분사되도록 유도하는 노즐, 및

   상기 노즐를 통해 균일한 압력의 공기가 분사될 수 있도록 상기 노즐부와 상기 공기유입구 사이에 형성되는 압력조절부를 포함하는 렌즈 보호용 공기 분사장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제1연결체는 상기 제2연결체와 체결되는 외부관과 상기 제2연결체의 단부와 접하지 않으며 내주면에 테이퍼부가 형성되는 내부관을 포함하고,

   상기 제2연결체는 상기 내부관의 직경보다 작으면서 상기 테이퍼부와 접하지 않는 삽입관을 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 보호용 공기 분사장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 삽입관의 단부에는 상기 테이퍼부과 동일한 경사면을 갖는 테이퍼부가 형성되어, 상기 내부관과 상기 삽입관의 테이퍼부에 의해 상기 노즐이 형성되는 것을 특징으로 하는 렌즈 보호용 공기 분사장치.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서, 상기 삽입관의 외주면에는 상기 내주관의 단부에 근접하는 턱이 형성되어 상기 노즐과 상기 턱 사이에 상기 압력조절부를 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈 보호용 공기 분사장치.