KR100481808B1 - 비접촉식 기어 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉식 기어 측정장치에 관한 것이다. 본 발명은, 각종 프로그램이 탑재된 컴퓨터(C)를 이용해서 측정하고자 하는 물체를 비접촉방식으로 측정하여 각종 분석을 행하는 비접촉 측정시스템에 있어서, X축 방향으로 이동하는 X축 이동수단(11)과, Y축 방향으로 이동하는 Y축 이동수단(13)과, Z축 방향으로 이동하는 Z축 이동수단(15)으로 이루어지는 병진 이송부(10)와; 상기 Z축 이동수단(15)의 하단부에 설치되어 피측정물의 측면 측정을 위해 0°~ 90°범위내에서 회전하는 센서 틸팅축(31)과, 피측정물을 회전시키는 회전축(33)으로 이루어지는 회전 이송부(30)와; 상기 Z축 이동수단(15)의 하단부에서 상기 센서 틸팅축(31)의 반대편에 설치되어 피측정물에 광을 주사하는 광원(51)과 상기 광원(51)에서 반사되는 광을 센싱하는 센서(53)로 이루어지는 광학시스템(50) 및 양측의 지지부재(71a, 71b) 및 바닥면(73)으로 이루어지는 하우징부(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 기어 측정장치를 제공함으로써, 베벨 기어의 칫수뿐만 아니라 금형도 동시에 측정한다.

Description

비접촉식 기어 측정장치{A untouchable type apparatus for measuring a gear}

본 발명은 비접촉식 기어 측정장치에 관한 것으로서, 특히 베벨 기어의 칫수뿐만 아니라 금형도 동시에 비접촉 방식으로 측정하는 비접촉식 기어 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 기어는 원동축과 피동축의 위치관계에 따라, 평기어, 베벨기어, 헬리커 기어 등으로 구분되고 있고, 치형의 모양에 따라서는 인벌루트(involute) 기어와 사이클로이드(cycloid) 기어로 구분되며, 그 제조방법에 따라서는 절삭가공에 의한 기어와 단조 성형에 의한 기어로 구분되고 있다. 또, 기어는 그 자체에 설치된 치(齒)에 의해 원동축의 동력과 운동을, 피동축에 전달하는 역할을 하는 대표적인 기계 요소 부품이다.

따라서, 치차는 정밀하게 제조되어야 하고, 또 기어 및 기어 금형에 대한 측정과 검사는 필수 사항이 되고 있다.

한편, 평기어 측정의 경우, 높이 축 방향으로 동일한 단면 데이터를 가지고 있으므로, 기존의 측정법 이외에 화상기법 등의 측정방식이 가능하다.

또한, 베벨기어 측정의 경우, 고가의 베벨기어 측정용 전용 프로그램이 탑재된 접촉식 3차원 측정장치를 이용해서, 높이에 따라 피치원, 이 두께 등이 변화하므로, 정밀도 높은 측정을 위해서는 3차원적인 데이터 측정과 기준의 설정이 요구되고 있고, 측정데이터 항목으로는 모듈, 잇수, 압력각, 피치원 지름, 치폭, 치저경, 치선경, 어덴덤, 디덴덤, 단일 피치 오차, 인접 피치 오차, 누적 피치 오차, 법선 피치오차, 치형 오차, 치홈 흔들림, 치줄 방향의 오차 등을 측정하고 있다.

그러나, 부정확한 치로 구성된 기어는 진동과 소음의 발생원인이 되어 원활한 동력 전달 및 운동을 기대하기가 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 실제로 현장에서는 평기어에 대해서만 측정이 이루어지고 있고, 베벨기어에 대해서는 정량적인 칫수 측정 대신에 맞물림 시험 등으로 이를 대신하는 경우가 많아 측정된 베벨기어의 칫수 정밀도가 떨어진다는 문제점도 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 기어뿐만 아니라 기어의 금형도 동시에 측정할 수 있는 비접촉식 기어 측정장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 베벨기어의 칫수 정밀도 높게 측정하는 비접촉식 기어 측정장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 광원을 이용하여 피측정물을 비접촉방식으로 측정하는 비접촉 측정장치에 있어서, X축 방향으로 이동하는 X축 이동수단과, Y축 방향으로 이동하는 Y축 이동수단과, Z축 방향으로 이동하는 Z축 이동수단으로 이루어지는 병진 이송부와; 상기 Z축 이동수단의 하단부에 설치되어 피측정물의 측면 측정을 위해 0°~ 90°범위내에서 회전하는 센서 틸팅축과, 피측정물을 회전시키는 회전축으로 이루어지는 회전 이송부와; 상기 Z축 이동수단의 하단부에서 상기 센서 틸팅축의 반대편에 설치되어 피측정물로 레이저 광을 주사하는 발광수단과, 상기 피측정물에서 반사되는 광을 수광하는는 수광수단으로 이루어지는 광학시스템과; 양측의 지지부재 및 바닥면으로 이루어지는 하우징부 및 상기 병진 이송부와 회전 이송부 및 상기 광학계에 전기적으로 연결됨과 동시에, 소정의 전용 측정 프로그램이 탑재되어 있는 컴퓨터 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 비접촉식 기어 측정장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 직교좌표 측정단계를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 원통좌표 측정단계를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4는 본 발명에 의해 베벨 기어를 스캐닝한 예를 나타내는 도면이고, 도 5은 본 발명에 의해 측정된 베벨 기어의 슬라이스 데이터의 일예를 나타내는 도면이며, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 의해 얻어지는 각종 에러분석을 각각 디스플레이상에 나타내는 도면이다.

우선, 측정하고자 하는 기어, 즉 피측정물을 회전 이송부(30)의 회전축(33)상에 올려 놓는다(측정 준비단계). 다음에, 컴퓨터(C)를 조작하여 병진 이송부(10)의 X축 이동수단(11), Y축 이동수단(13) 및 Z축 이동수단(15)을 각각 이동시킴과 동시에, 상기 Z축 이동수단(15)을 상기 피측정물의 위에 위치시킨다. 이때, 상기 회전 이송부(30)의 회전축(33)은 고정되어 있다.

이 경우, 우선적으로 마스터 볼을 이용하여 회전 중심축을 설정하기 때문에 측정하고자 하는 기어 자체를 정확하게 회전축(33)의 중심에 놓을 필요가 없다. 상기 회전축(33)의 회전시, 기어가 타원운동을 행하더라도 X축 이송수단(11)이 자동 초점 보정(Auto Focusing)되면서 측정영역을 맞춰나가므로 기어의 3차원 데이터를 확보하는 것이 용이한 장점이 있다.

다음에, 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 Z축 이동수단(15)의 하단부에 설치된 광학시스템(50)의 광원(51)을 점등하여 상기 피측정물로 광을 조사함과 동시에, 상기 피측정물에서 반사된 광을 센서(53)로 수광한다. 이렇게 해서 얻어진 얻어진 X축 및 Y축의 직교좌표 데이터를 상기 컴퓨터(C)전송하여 저장한다(직교좌표 측정단계).

다음에, 도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 회전 이송부(30)의 하단부에 설치된 광학시스템(50)을 90°틸팅(tilting)시켜 상기 회전축(33)상에 위치된 상기 피측정물의 측면을 향하게 한다. 이어서, 광학시스템(50)의 광원(51)을 점등하여 상기 피측정물로 광을 조사함과 동시에, 상기 피측정물의 측면에서 반사된 광을 센서(53)로 수광한다. 이렇게 해서 얻어진 얻어진 Y축 및 Z축 각각의 직교좌표 데이터를 상기 컴퓨터(C)전송하여 저장한다(원통좌표 측정단계).

다음에, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 컴퓨터(C)상에 저장된 3차원 데이터, 즉 X축, Y축 및 Z축 좌표 데이터를 3차원 형상으로 나타낸다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 3차원 데이터로부터 부위별 오차 측정을 위해 소정의 슬라이스 데이터를 추출한다.

다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 3차원 데이터로부터 추출된 슬라이스 데이터를 이용해서 필요한 소정의 측정항목을 계산한다. 또, 이동 및 회전 등과 같은 각종 처리가 행해진 슬라이스 데이터를, 상기 컴퓨터의 데이터 베이스상에 저장되어 있는 설계 데이터와 비교하여 각종 분석을 행한다(도 6 내지 도 8).

이러한 비교 분석이 실행되면 단일피치 오차, 누적피치 오차, 이 두께 오차, 프로파일(profile) 오차 등이 디스플레이나 프린터 등을 통해 출력된다. 또, 기어의 금형과 측정 데이터로부터 동일한 높이의 슬라이스 데이터를 추출하여 비교 및 분석을 행하면, 그 오차를 파악할 수 있게 된다.

본 발명에서 사용하는 데이터의 신뢰도는, X, Y, Z축의 위치결정 정밀도는 2~3㎛, 스트레이트니스(straightness) ±3㎛, 전체적인 측정 정밀도는 ±5㎛에 해당되며, 측정 가능한 기어의 크기는 최대 Φ200㎜이다

또한, 기어의 스캐닝에 의해 측정 가능한 항목은 누적피치 오차, 인접피치 오차, 각 치형에 대한 인벌루트 프로파일(involute profile) 곡선오차, 이 두께 오차 등이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 간단하게 기어의 칫수 뿐만 아니라 금형도 동시에 측정할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 기어를 스캐닝하여 측정한 후 필요한 항목을 추출하여 계산하기 때문에, 복잡한 테이터의 입력과정을 생략할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 비접촉식 기어 측정장치의 개략적인 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 직교좌표 측정단계를 설명하기 위한 도면,

도 3은 본 발명에 의한 원통좌표 측정단계를 설명하기 위한 도면,

도 4는 본 발명에 의해 측정된 베벨 기어의 3차원 형상을 나타내는 도면,

도 5은 본 발명에 의해 얻어진 슬라이스 데이터의 일예를 나타내는 도면,

도 6은 본 발명에 의한 피치 에러분석을 디스플레이상에 나타내는 도면,

도 7은 본 발명에 의한 프로파일 에러분석을 디스플레이상에 나타내는 도면,

도 8은 본 발명에 의한 이 두께 에러분석을 디스플레이상에 나타내는 도면이다.

Claims (4)

1. 각종 프로그램이 탑재된 컴퓨터(C)를 이용해서 물체를 측정하여 각종 분석을 행하는 비접촉식 측정장치에 있어서,

   X축 방향으로 이동하는 X축 이동수단(11)과, Y축 방향으로 이동하는 Y축 이동수단(13)과, Z축 방향으로 이동하는 Z축 이동수단(15)으로 이루어지는 병진 이송부(10)와;

   상기 Z축 이동수단(15)의 하단부에 설치되어 피측정물의 측면 측정을 위해 0°~ 90°범위내에서 회전하는 센서 틸팅축(31)과, 피측정물을 회전시키는 회전축(33)으로 이루어지는 회전 이송부(30)와;

   상기 Z축 이동수단(15)의 하단부에서 상기 센서 틸팅축(31)의 반대편에 설치되어 피측정물에 광을 주사하는 광원(51)과 상기 광원(51)에서 반사되는 광을 센싱하는 센서(53)로 이루어지는 광학시스템(50) 및;

   양측의 지지부재(71a, 71b) 및 바닥면(73)으로 이루어지는 하우징부(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 기어 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 병진 이송부(10)는, 마이크로 스테퍼와 볼 스크류의 직결 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비접촉식 기어 측정장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 회전 이송부(10)는, 복열 웜기어로 구성되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 기어 측정장치.
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