KR100522039B1 - 초정밀 센서의 초기위치 보정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중복합선형스프링을 이용하여 측정범위를 갖는 초정밀 센서를 초기의 영점위치에 정확하게 위치되도록 하여 최대의 측정범위를 가질 수 있도록 하는 초정밀 센서의 초기위치 보정장치에 관한 것으로,

나사공이 관통된 프레임; 센서를 탑재한 이동부재가 직선왕복이동가능하게 중앙에 위치하고, 상기 이동부재의 이격된 양측에 지지대가 위치하며, 상기 이동부재와 각 지지대들 사이에는 이동부재가 직선왕복이동할 수 있도록 탄성을 갖는 판형상의 제 1탄성체 한 쌍이 연결되고, 상기 제 1탄성체들의 외측 지지대에는 이동부재가 이동할 때 지지대의 위치가 가변될 수 있도록 탄성을 갖는 판형상의 제 2탄성체들이 연장된 이중복합선형스프링; 몸체의 일측면이 상기 프레임에 고정되고, 내부에 상기 이중복합선형스프링을 수용하여 제 2탄성체들의 자유단부를 고정하며, 몸체의 타측면에는 센서를 탑재한 블록을 수용할 수 있도록 개구부가 형성되는 하우징; 및 선단부가 상기 하우징의 수납공간에 삽입될 수 있도록 상기 프레임의 나사공에 체결되고, 사용자의 조작에 의해 왕복이동하면서 상기 이중복합선형스프링의 이동부재를 가압 및 해제하여 센서의 위치를 가변시키는 보울트;를 포함한다.

Description

초정밀 센서의 초기위치 보정장치{Initial position compensation device for fine position sensors}

본 발명은 이중복합선형스프링을 이용하여 일정한 측정범위를 갖는 센서를 초기의 영점위치에 정확하게 위치되도록 하여 최대의 측정범위를 가질 수 있도록 하는 초정밀 센서의 초기위치 보정장치에 관한 것이다.

와전류(Eddy current)형 위치센서 및 용량(Capacity)형 센서들은 초정밀 위치센서로 나노미터 정도의 분해능과 마이크로미터 정도의 측정범위를 가지고 있다. 이들 센서는 위치결정기구에 부착하여 사용하게 되는데, 센서를 부착할 때 최대의 측정범위를 가질 수 있도록 사양에서 정의해 놓은 영점위치에 정확하게 위치시키는 것이 바람직하다.

이들 센서는 미리 가공해 놓은 장소에 부착수단, 예컨대, 볼트 또는 에폭시 등으로 고정하는 것이 보통이다. 또한, 핀과 구멍을 이용한 단순 운동안내용 지그에 볼트를 이용하여 센서의 위치를 조정한 후 사용하는 것이 보통이다.

그러나, 이들 센서의 분해능이 매우 높기 때문에 단순 운동 안내용 지그를 이용하여 센서의 초기위치를 영점위치에 조절하는 것은 볼트의 백래시 및 운동 안내 지그의 핀과 구멍사이의 미세 틈새로 인한 흔들림이 발생하기 때문에 매우 어려움이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 센서의 초기위치 보정장치에 따른 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 이중복합선형스프링을 이용하여 측정범위를 갖는 초정밀 센서를 초기의 영점위치에 정확하게 위치되도록 하여 최대의 측정범위를 가질 수 있도록 하는 초정밀 센서의 초기위치 보정장치를 제공함에 있다.

이러한 초정밀 센서의 초기위치 보정장치는 나사공이 관통된 프레임; 센서를 탑재한 이동부재가 직선왕복이동가능하게 중앙에 위치하고, 상기 이동부재의 이격된 양측에 지지대가 위치하며, 상기 이동부재와 각 지지대들 사이에는 이동부재가 직선왕복이동할 수 있도록 탄성을 갖는 판형상의 제 1탄성체 한 쌍이 연결되고, 상기 제 1탄성체들의 외측 지지대에는 이동부재가 이동할 때 지지대의 위치가 가변될 수 있도록 탄성을 갖는 판형상의 제 2탄성체들이 연장된 이중복합선형스프링; 몸체의 일측면이 상기 프레임에 고정되고, 내부에 형성된 수납공간에 상기 이중복합선형스프링을 수용하여 제 2탄성체들의 자유단부를 고정하며, 몸체의 타측면에는 이동부재에 설치되어 센서를 탑재한 블록을 수용할 수 있도록 개구부가 형성되는 하우징; 및 선단부가 상기 하우징의 수납공간에 삽입될 수 있도록 상기 프레임의 나사공에 체결되고, 사용자의 조작에 의해 왕복이동하면서 상기 이중복합선형스프링의 이동부재를 가압 및 해제하여 센서의 위치를 가변시키는 보울트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 초정밀 센서의 초기위치 보정장치의 일 실시예 구성을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초정밀 센서의 초기위치 보정장치가 이중복합선형스프링을 가압하기 전 상태의 정단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 초정밀 센서의 초기위치 보정장치가 이중복합선형스프링을 가압한 상태의 정단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이중복합선형스프링의 동작 전 상태를 확대해서 보인 단면도이다.

그리고, 도 4는 본 발명에 따른 이중복합선형스프링의 이동부재가 보울트에 의해 가압되어 그 변형상태를 보인 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 이중복합선형스프링의 동작 전,후상태를 도시하여 그 변형상태를 보인 도면이다.

상기 도면에서와 같이 본 발명에 따른 초정밀 센서의 초기위치 보정장치(1)는 크게 프레임(2), 상기 프레임(2)에 고정되는 하우징(3), 상기 하우징(3) 내부에 설치되고 초정밀 센서(S)를 탑재하는 이동부재(4a)가 직선왕복운동가능하게 구성되는 이중복합선형스프링(4), 및 상기 프레임(2)에 체결되고 사용자의 조작에 의해 직선왕복이동하면서 상기 이동부재(4a)를 가압 및 해제하여 센서(S)를 직선왕복이동시키는 보울트(5)를 포함하여 구성된다.

상기 프레임(2)은 상기 보울트(5)를 체결할 수 있도록 나사공(2a)이 관통된다.

이러한 프레임(2)은 센서(S)가 측정하는 목적물(6)의 근처에 고정되어 상기 보울트(5)를 체결하고 또한 하우징(3)을 고정하게 된다.

상기 하우징(3)은 프레임(2)에 고정되고 그 내부에 상기 이중복합선형스프링(4)을 수납설치하는 것이다.

이러한 하우징(3)은 도 1 내지 도 2와 같이 이중복합선형스프링(4)을 수용할 수 있도록 내부에 수납공간(3a)이 형성되고, 몸체의 일측이 상기 프레임(2)에 고정되며 몸체의 타측에는 이중복합선형스프링(4)에 설치되어 센서(S)를 탑재하는 블록(7)을 수용할 수 있도록 개구부(3b)가 형성된다.

또한, 상기 하우징(3)은 상기 프레임(2)에 고정되는 일측면에 상기 보울트(5)의 관통을 안내하는 안내공(3c)이 관통되고, 상기 개구부(3b) 및 안내공(3c)의 양측에는 상기 이중복합선형스프링(4)을 고정하기 위한 고정돌기(3d)들이 형성된다.

여기서, 초정밀 센서(S)를 이동부재(4a)에 탑재시키기 위해 상기 이동부재(4a)에 설치되는 블록(7)은 이동부재(4a)와 별도로 구성하거나 또는 이동부재(4a)와 일체로 구성할 수 있다. 본 명세서에서는 블록(7)이 이동부재(4a)와 별도로 구성되어 이동부재(4a)의 상부에 설치됨을 예를 들어 설명하고 있다.

상기 이중복합선형스프링(4)은 초정밀 센서(S)를 탑재하고, 상기 보울트(5)의 가압 및 해제에 의해 직선왕복운동하여 상기 센서(S)가 측정범위에 따라 가변할 수 있도록 하는 것이다.

이러한 이중복합선형스프링(4)은 산업분야에서 이미 사용되고 있는 공지의 기술이다.

상기 이중복합선형스프링(4)의 구성을 살펴보면, 직선왕복이동가능하게 설치된 이동부재(4a)가 중앙에 위치하고, 상기 이동부재(4a)의 이격된 양측에 지지대(4b)가 위치하며, 상기 이동부재(4a)와 각 지지대(4b)들 사이에는 탄성을 갖는 판형상의 제 1탄성체(4c) 한 쌍이 연결되고, 상기 제 1탄성체(4c)들의 외측 지지대(4b)에는 탄성을 갖는 판형상의 제 2탄성체(4d)들이 연장된다.

이와 같이 구성된 이중복합선형스프링(4)은 이동부재(4a)를 중심으로 사방이 대칭형상으로 구성되며, 상기 이동부재(4a) 상부에 센서(S)를 설치하는 블록(7)이 탑재된다.

다음은 본 발명에 따른 초정밀 센서의 초기위치 보정장치의 작동상태를 설명한다.

상기 이중복합선형스프링(4)은 보울트(5)의 가압 및 해제에 의해 이동부재(4a)에 탑재된 초정밀 센서(S)를 목적물(6)을 향해 흔들림없이 이동시키고 복원시키는 대단히 중요한 기능을 한다.

이를 더 구체적으로 설명하면, 도 1 및 도 3과 같이 상기 이중복합선형스프링(4)은 지지대(4b)의 상하단부에 연장된 제 2탄성체(4d)가 하우징(3)의 고정돌기(3d)에 설치된 상태에서, 프레임(2)의 나사공(2a)에 체결된 보울트(5)를 회전시켜 이동부재(4a)를 가압하게 되면 이동부재(4a)는 보울트(5)의 진행방향으로 이동하게 된다.

이과정에서, 지지대(4b)는 제 1탄성체(4c)에 의해 이동부재(4a)와 연결되어 있을 뿐만 아니라 그와 일체로 형성된 제 2탄성체(4d)가 하우징(3)의 고정돌기(3d)에 고정되어 있기 때문에 이동부재(4a)가 이동할 때 제 2탄성체(4d)는 이동부재(4a)에 대해 저항력을 갖게 된다.

따라서, 이동부재(4a)는 직선이동하게 되고, 이 때 제 1탄성체(4c)는 지지대(4b)측에 비해 이동부재(4a)측이 더 이동하여 곡선형태로 변형되고, 제 2탄성체(4d)는 고정부재에 고정된 고정측에 비해 지지대(4b)측이 더 이동하여 곡선형태로 변형되어, 결국 이중복합선형스프링(4)은 도 2 및 도 4와 같이 된다.

상기 이중복합선형스프링(4)은 이동부재(4a)가 보울트(5)에 의해 직선이동할 때 제 1,2탄성체가 곡선형태로 변형되므로 지지대(4b)는 도 5의 이점쇄선으로 도시된 원래의 위치에서 X,Y축방향으로 △x,△y만큼 이동하게 된다. 이 때 제 2탄성체(4d)는 하우징(3)의 고정돌기(3d)에 고정되기 때문에 양측 지지대(4b)는 각각 △x,△y만큼 이동할 때 흔들리지 않게 되고 이로 인하여 이동부재(4a)는 보울트(5) 가압방향으로만 직선운동하게 된다.

이와 같이 이동부재(4a) 양측에서 지지대(4b)가 고정돌기(3d)에 고정되어 있기 때문에 보울트(5)가 이동부재(4a)의 중심에서 약간 벗어난 곳을 가압하여도 이동부재(4a)는 보울트(5)의 가압방향으로 직선이동하게 되므로 센서(S)는 목적물(6)을 향해 직선이동하여 오차가 거의 발생하지 않게 된다.

그리고, 상기와 같이 이동부재(4a)가 이동되면 제 1,2탄성체는 원위치로 복원하려는 탄성력이 축적되므로 이 축적된 탄성력이 보울트(5)의 가압력에 대항하게 되므로 보울트(5)의 나사산과 나사공(2a)의 나사산 사이의 공차에 의한 발생된 백래쉬는 제거된다.

따라서, 이중복합선형스프링(4)은 이동부재(4a)가 이동된 후 다시 원위치로 복귀되는 순간의 임계점에서 유격이 발생되지 않아 이동부재(4a)에 탑재된 센서(S)는 이동 및 복귀되는 왕복과정에서 거의 오차가 발생되지 않는다.

그러므로, 이동부재(4a)에 탑재된 센서(S)는 목적물(6)을 향해 직선왕복이동할 때 좌우로 흔들리지 않아 목적물(6)에 대한 측정거리를 정확하게 감지할 수 있고, 이동부재(4a)가 복원되는 순간 백래쉬가 발생하지 않기 때문에 영점위치에 정확하게 복원된다. 따라서 목적물(6)과 초정밀 센서(S)와의 상대위치는 센서(S)에서 출력되는 전기신호를 모니터링해서 정확하게 알 수 있게 된다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 보울트 조작으로 초정밀 위치센서의 초기 위치를 미세하게 조절할 때 이중복합선형스프링의 이동부재는 지지대의 지지력에 의해 흔들리지 않고 직선이동하므로 타방향의 오차가 매우 작을 뿐만 아니라 보울트를 조작할 때 백래쉬 현상이 발생하지 않아 센서를 영점위치에 정확하게 위치시킬 수 있기 때문에 센서는 최대의 측정범위를 가질 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초정밀 센서의 초기위치 보정장치가 이중복합선형스프링을 가압하기 전 상태의 정단면도

도 2는 본 발명에 따른 초정밀 센서의 초기위치 보정장치가 이중복합선형스프링을 가압한 상태의 정단면도

도 3은 본 발명에 따른 이중복합선형스프링의 동작 전 상태를 확대해서 보인 단면도

도 4는 본 발명에 따른 이중복합선형스프링의 이동부재가 보울트에 의해 가압되어 그 변형상태를 보인 단면도

도 5는 본 발명에 따른 이중복합선형스프링의 동작 전,후상태를 도시하여 그 변형상태를 보인 도면

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 초정밀 센서의 초기위치 보정장치 3 : 하우징

4 : 이중복합선형스프링 4a : 이동부재

4b : 지지대 4c : 제 1탄성체

4d : 제 2탄성체 5 : 보울트

Claims (2)

1. 나사공이 관통된 프레임;

   센서를 탑재한 이동부재가 직선왕복이동가능하게 중앙에 위치하고, 상기 이동부재의 이격된 양측에 지지대가 위치하며, 상기 이동부재와 각 지지대들 사이에는 이동부재가 직선왕복이동할 수 있도록 탄성을 갖는 판형상의 제 1탄성체 한 쌍이 연결되고, 상기 제 1탄성체들의 외측 지지대에는 이동부재가 이동할 때 지지대의 위치가 가변될 수 있도록 탄성을 갖는 판형상의 제 2탄성체들이 연장된 이중복합선형스프링;

   몸체의 일측면이 상기 프레임에 고정되고, 내부에 형성된 수납공간에 상기 이중복합선형스프링을 수용하여 제 2탄성체들의 자유단부를 고정하며, 몸체의 타측면에는 이동부재에 고정되어 센서를 탑재한 블록을 수용할 수 있도록 개구부가 형성되는 하우징; 및

   선단부가 상기 하우징의 수납공간에 삽입될 수 있도록 상기 프레임의 나사공에 체결되고, 사용자의 조작에 의해 왕복이동하면서 상기 이중복합선형스프링의 이동부재를 가압 및 해제하여 센서의 위치를 가변시키는 보울트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초정밀 센서의 초기위치 보정장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하우징은

   상기 프레임에 고정되는 일측면에 보울트의 관통을 안내하는 안내공이 관통되고, 상기 개구부 및 관통공의 양측에 상기 이중복합선형스프링의 제 2탄성체들을 고정하는 고정돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 초정밀 센서의 초기위치 보정장치.