KR100525242B1 - 레이저빔을 이용한 와블 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

레이저빔을 이용한 와블 측정장치 및 그 측정방법 Download PDF

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KR100525242B1 KR10-2003-0040284A KR20030040284A KR100525242B1 KR 100525242 B1 KR100525242 B1 KR 100525242B1 KR 20030040284 A KR20030040284 A KR 20030040284A KR 100525242 B1 KR100525242 B1 KR 100525242B1
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Abstract

본 발명은 레이저빔을 이용한 와블 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투사된 레이저빔이 2중 구조 즉, 반투과 반사판(30)과 반사판(40)을 통해 반사되어 기준각을 가지면서 피측정물(M)의 한 점에 집광되는 것과 동시에 다시 반사되면서 구조물(T)에 맺히게 되는 그 빔의 위치를 관찰하여 피측정물의 기울기를 측정할 수 있도록 구성되는 바, 본 발명에 따른 와블 측정장치는 가볍고 부피가 작기 때문에 이동성 및 설치 작업성이 향상되고, 피측정물의 변위량을 정량적으로 쉽게 알아 볼 수 있으며, 실시간 측정이 가능하기 때문에 피측정물의 와블 현상을 신속하게 조정하여 전체적인 제품의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있고, 구석진 곳에 위치한 피측정물 또는 먼 거리에 위치한 피측정물의 와블까지 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

Description

레이저빔을 이용한 와블 측정장치 및 그 측정방법{Wobble measuring device by using laser beam and measuring method thereof}
본 발명은 레이저빔을 이용한 와블 측정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투사된 레이저빔이 2중 구조의 반사판을 통해 기준각을 가지면서 피측정물의 한 점에 집광되는 것과 동시에 다시 반사되면서 구조물에 맺히게 되는 빔의 위치를 관찰하여 피측정물에 생긴 비틀림 또는 기울어짐을 측정할 수 있도록 한 레이저빔을 이용한 와블 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 정밀도가 요구되는 조립 공정상에서 부품들이 라인을 따라 이동할 때, 부품들 상에 와블(wobble) 즉, 비틀림 또는 기울어짐이 발생된다면, 전체적인 제품의 품질이나 생산성이 저하된다. 따라서 생산라인에서 부품들의 비틀림 또는 기울어짐을 실시간으로 측정하는 것은 제품의 성능뿐만 아니라 생산성과 직결되는 중요한 문제이다.
예를 들어, 정밀한 장치인 광 디스크 드라이버의 경우에는 광 디스크의 정보를 신속하고 정확하게 읽거나 기록하는 기술이 요구되기 때문에 광 디스크의 와블이나 모터 축의 비틀림 또는 기울어짐을 실시간으로 측정할 수 있는 장치를 필요로 하고 있다.
도 1과 도 2에는 종래의 레이저빔을 이용한 와블 측정장치가 사시도와 측면도로 도시되어 있다.
이를 참조하면, 종래의 와블 측정장치는 이동시 쓰러지는 것을 방지하기 위해 적당한 무게를 갖는 대차(1)가 구비된다.
대차(1)의 저면에는 필요한 장소로 자유롭게 이동시킬 수 있도록 다수개의 바퀴(1a)가 마련되고, 대차(1)의 상면 일부분에는 상방향으로 연장 형성된 지주(2)가 형성된다.
지주(2)의 일부분에는 전방으로 레이저빔이 투사될 수 있도록 레이저 다이오드(3)가 설치된다.
레이저 다이오드(3)의 전방에는 레이저 타켓(4)이 마련되며, 투사된 레이저빔은 레이저 타켓(4)의 중심점을 관통하여 투사된다.
여기서, 레이저 타켓(4)에는 투사된 레이저빔이 피측정물에 부딪혀 반사되면서 다시 레이저 타켓으로 입사될 때 투사된 빔과 입사된 빔의 거리차를 작업자가 육안으로 확인할 수 있도록 격자 형태의 눈금(4a)이 표시되어 있다.
지주(2)의 상단에는 레이저빔이 투사되는 방향과 동일한 방향으로 축(5)이 길게 연장 형성된다.
여기서, 축(5)의 길이는 될 수 있으면 측정 거리를 멀게 하기 위해 길게 만들어 사용하게 된다.
축(5)의 단부에는 상기 레이저빔이 피측정물(M) 방향으로 즉, 하방향으로 반사될 수 있도록 대략 45°경사지게 미러(6)가 설치된다.
이와 같이 구성된 종래의 측정장치를 이용하여 피측정물의 비틀림 또는 기울어짐을 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 대차(1)를 이동시켜 위치를 설정한 후, 레이저빔을 투사한다.
투사된 레이저빔은 미러(6)를 통해 반사되어 대략 수직 방향으로 피측정물(M)의 한점에 도달하게 된다.
투사된 레이저빔이 피측정물(M)에 부딪혀 반사되면, 반사된 빔은 다시 미러(6)를 통해 반사되면서 레이저 타켓(4)의 한점에 맺히게 된다.
이때, 작업자는 레이저 타켓(4)의 표시된 눈금(4a)을 보면서 투사된 빔과 반사된 빔의 거리 차를 확인하게 되며, 이 거리차를 이용하여 피측정물의 비틀림 또는 기울어짐의 값을 측정하면 된다.
즉, 투사된 빔과 반사된 빔의 거리차가 일정 범위 내에 있으면 피측정물(M)의 비틀림 또는 기울어짐의 정도는 정상적인 상태이고, 거리차가 일정 범위 이상으로 벗어나게 되면 투사된 빔과 반사된 빔의 각도만큼 비틀림 또는 기울어짐에 따른 오차가 발생된 것이다.
그러나, 이와 같은 종래의 와블 측정장치는 일단 무겁고 부피가 크기 때문에 이동하는데 불편했을 뿐만 아니라 설치가 복잡하고, 다른 설비에 부착하여 사용할 수가 없으며, 구석지거나 측정장치를 넣기가 어려운 협소한 장소에서는 사용할 수가 없는 문제점이 있었다.
또한, 무게나 부피뿐만 아니라 가격도 비싸고, 투사된 빔과 피측정물에서 반사된 빔의 거리차를 육안으로 보면서 각도를 계산하여 피측정물의 비틀림 또는 기울어짐을 측정하다 보니, 레이저빔이 피측정물에 도달 및 반사되어 되돌아오는 충분한 왕복 이동거리를 확보할 필요가 있으며, 따라서 피측정물을 측정할 수 있는 공간이 매우 한정될 뿐만 아니라, 항상 눈금이 표시된 별도의 타켓이 추가로 구비되어야 하는 불편함이 있었다.
또한, 레이저빔의 왕복 이동거리를 고려하여 몇 미터의 공간을 갖도록 축이 길게 구성되다 보니 측정을 위해 타켓까지 직접 가서 육안으로 보면서 피측정물의 흔들림을 측정할 수밖에 없었다. 따라서 실시간 관측이 어려운 단점이 있으며, 이처럼 피측정물의 틀어짐이 실시간으로 관측되지 못함에 따라 불량이 생겨도 차후에 발견되어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 와블 측정장치는 레이저빔이 미러에 반사되어 항상 수직방향으로 투사되기 때문에 구조물의 측면이나 수직 방향으로 설치된 피측정물의 흔들림 또는 기울기를 측정할 수는 없었다.
본 발명은 상술한 바와 같이 제반되는 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 투사된 레이저빔이 2중 구조의 반사판을 이용하여 기준각이 형성되면서 피측정물의 한 점에 집광되도록 하고, 피측정물에서 반사된 빔은 구조물에 다시 2점으로 맺히도록 하여 기준각과 구조물에 맺히는 2점의 빔의 위치를 계산하여 피측정물의 비틀림 또는 기울어짐을 실시간으로 측정할 수 있도록 한 레이저빔을 이용한 와블 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 피측정물의 위치에 따라 측정 거리를 자유롭게 조절할 수 있도록 한 레이저빔을 이용한 와블 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 저중량 및 작은 부피를 갖도록 하여 이동성 및 설치 작업성을 향상시키며, 다른 설비에 부착해서 효율적으로 사용하는 것이 가능하도록 한 레이저빔을 이용한 와블 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 눈금이 표시된 별도의 타켓을 사용하지 않고, 건물의 벽이나 천장 등의 구조물을 타켓으로 사용할 수 있도록 한 레이저빔을 이용한 와블 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 구조물 또는 수직 방향으로 설치된 피측정물의 흔들림 또는 기울기도 용이하게 측정할 수 있도록 한 레이저빔을 이용한 와블 측정장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 레이저빔을 이용한 와블 측정장치의 그 측정방법을 제공하는데 있다.
상기 목적 및 다른 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 와블 측정장치는 저면에 개구홀이 형성된 케이스; 케이스 내에 설치되어 레이저빔을 투사하는 레이저 다이오드; 케이스 내에서 상기 투사되는 레이저빔의 경로 상에 경사지게 설치되어 입사된 레이저빔 중 일부는 개구홀 방향으로 반사시키고, 일부는 투과시키는 반투과 반사판; 케이스 내에서 반투과 반사판과 소정의 거리를 갖도록 설치되고, 반투과 반사판을 통해 투과된 레이저빔을 개구홀 방향으로 반사시키는 반사판; 및 반사판의 경사각을 조절하는 각도 조정수단을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 각도 조정수단은 케이스 내에서 수평 이동가능하게 설치되고, 상면 전방 일부분에는 상기 반사판이 힌지결합에 의해 회동 가능하게 결합되며, 상면 후방 일부분에는 상방향으로 연결지지대가 연장 형성된 이동너트와, 연결지지대의 중앙 부분에 나사 체결되어 회전방향에 따라 왕복 이송되면서 상기 반사판의 상단부분이 전방으로 기울어지게 가압하는 각도조절나사와, 일단부는 상기 반사판의 상단부분에 결합되고, 타단부는 상기 연결지지대의 일부분에 결합되어 반사판을 연결지지대 방향으로 탄성적으로 잡아당기는 인장스프링을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 각도 조정수단에는 단부에서 길이방향을 따라 일부분만 나사부가 형성되고, 나사부가 형성된 부분에는 상기 이동너트가 나사부를 따라 왕복 이송가능하게 체결되며, 나사부가 형성되지 않은 부분은 케이스의 일측에 회전 가능하게 결합된 위치조절나사와, 위치조절나사에 결합되어 이동너트와 케이스의 사이에서 이동너트를 탄성 가압하는 압축스프링을 포함하여 상기 이동너트를 수평으로 위치 조정할 수 있게 구성된다.
또한, 케이스의 내측 양면에는 서로 대칭되게 가이드홈이 형성되고, 상기 이동너트의 양측면에는 상기 가이드홈에 끼워져 가이드홈을 따라 안내되는 가이더가 돌출 형성된다.
또한, 상기 각도조절나사는 일측 또는 양측에 길이방향을 따라 눈금이 형성되어 눈금을 보면서 반사판의 각도를 미세하게 조절할 수 있게 구성된다.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 와블 측정방법은 레이저빔을 투사하는 단계; 레이저빔의 일부분만 반투과 반사판을 통해 피측정물 방향으로 반사시키고 나머지는 투과시키는 단계; 반투과 반사판을 투과한 나머지 레이저빔을 또 다른 반사판을 통해 피측정물 방향으로 반사시키는 단계; 반사판의 위치 및 각도를 조정하여 반투과 반사판에서 반사된 레이저빔과 반사판에서 반사된 레이저빔이 피측정물의 한 점에 집광되도록 함으로써 기준각을 만드는 단계; 피측정물에 집광된 각각의 레이저빔이 피측정물에서 다시 반사되어 구조물에 2점으로 맺히도록 조정하는 단계; 및 기준각과 피측정물에서 반사되어 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 거리와 2점의 레이저빔이 이동된 거리를 계산하여 피측정물의 기울기 각도를 검출하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 와블 측정장치의 내부 구성을 나타낸 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 분리 사시도이며, 도 5는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 와블 측정장치는 저면에 개구홀(12)이 형성된 케이스(10)를 갖는다.
케이스(10)내의 일측에는 수평방향으로 레이저빔을 투사하는 레이저 다이오드(20)가 설치되고, 그 맞은 편에는 반투과 반사판(30)과 일반 반사판(40)이 소정의 간격을 두고 설치된다.
반투과 반사판(30)은 케이스(10) 내에서 레이저빔의 경로 상에 경사지게 고정적으로 설치되어 입사된 레이저빔 중 일부는 개구홀(12) 방향으로 반사시키고 일부는 투과시키게 된다.
반사판(40)은 케이스(10) 내에서 반투과 반사판(30)과 소정의 간격을 두고 그 뒷면에 설치되고, 반투과 반사판(30)을 통과한 레이저빔을 개구홀(12) 방향으로 반사시키며, 별도의 각도 조정수단에 의해 경사각 조절 및 수평 위치 이동이 가능하도록 구성된다.
즉, 반사판(40)은 각도 조정수단에 의해 그 경사각과 위치가 조절되기 때문에 반투과 반사판(30)에서 반사된 레이저빔과 반사판(40)에서 반사된 레이저빔은 피측정물의 한 점에 집광시키는 것이 가능하게 된다.
각도 조정수단은 위치조절나사(50), 이동너트(52), 압축스프링(54), 연결지지대(58), 각도조절나사(60) 및 인장스프링(62)으로 구성된다.
위치조절나사(50)는 길이방향을 따라 일부분만 나사부가 형성되고, 나사부가 형성되지 않는 부분은 케이스(10)의 일부분에서 내측 방향으로 돌출 형성된 블록(14) 부분에 결합되어 회전 가능하게 지지된다.
위치조절나사(50)의 나사부에는 이동너트(52)가 체결된다.
이동너트(52)의 양면에는 측방향으로 가이더(53)가 돌출 형성되고, 케이스(10)의 내측 양면에는 가이더(53)와 대응되는 가이드홈(16)이 길이방향을 따라 길게 레일 형상으로 형성되며, 가이더(53)는 가이드홈(16)에 결합되어 가이드홈을 따라 이동 가능하게 구성된다.
따라서 위치조절나사(50)를 회전시키게 되면, 이동너트(52)의 가이더(53)가 케이스(10)의 가이드홈(16)에 결합되어 있기 때문에 이동너트는 위치조절나사와 함께 회전할 수 없게 되며, 결과적으로 회전 방향에 따라 위치조절나사의 나사부를 통해 전,후 방향으로 왕복 이송하게 된다.
이동너트(52)와 케이스(10)의 블록(14) 사이에는 압축스프링(54)이 개재된다.
여기서, 압축스프링(54)은 이동너트(52)를 탄성 가압하면서 위치조절나사(50)의 머리부가 케이스(10)의 외측면에 밀착되도록 함으로써, 전체적인 유동을 방지하게 된다.
물론, 본 실시예에서는 압축스프링을 사용하여 이동너트 및 위치조절나사의 유동을 방지시켰지만, 도 11에 도시된 바와 같이 위치조절나사(50)에 유동방지턱(55)를 형성하여 유동을 방지할 수도 있다.
즉, 위치조절나사(50)의 머리부분부터 케이스(10)의 블록(14)의 두께만큼의 간격을 두고 외측 방향으로 돌출되도록 유동방지턱(55)을 형성하고, 케이스의 블록 부분이 위치조절나사의 머리부분과 유동방지턱의 사이에 끼워지게 구성하여 위치조절나사의 유동을 제한함으로써 전체적인 유동을 방지하게 된다.
이때, 유동방지턱(55)은 별도로 제조한 상태로 위치조절나사(50)에 홈을 형성하여 그 홈에 오링과 같은 방식으로 끼워서 결합시키면 된다.
다시 도 3 내지 도 5를 참조하면, 이동너트(52)의 상면 전방 일부분에는 상기 반사판(40)이 힌지(56)결합에 의해 회동 가능하게 결합되며, 상면 후방 일부분에는 상방향으로 연결지지대(58)가 연장 형성된다.
여기서, 연결지지대(58)는 별도로 제조하여 용접 등에 의해 이동너트(52) 상에 일체로 고정시킬 수도 있고, 이동너트와 함께 일체로 사출 성형할 수도 있다.
그리고, 연결지지대(58)의 중앙 부분에는 각도조절나사(60)가 나사 체결된다.
각도조절나사(60)는 회전방향에 따라 전,후 방향으로 왕복이송되면서 반사판(40)의 상단부분을 전방으로 기울어지게 가압하면서 반사판의 경사각을 조절하게 된다.
여기서, 각도조절나사(60)의 단부는 반사판(40)을 가압할 때 접촉면과 마찰면을 작게 하여 반사판이 마모되는 것을 방지하기 위해 구 형상을 갖도록 구성된다. 이때, 구 형상의 별도의 구슬 등을 각도조절나사(60)의 단부에 결합시켜 나사의 단부가 구 형상을 갖도록 할 수도 있고, 일체로 사출 성형할 수도 있다.
또한, 각도조절나사(60)에는 일측 또는 양측에 길이방향을 따라 눈금(60a)이 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다. 이는 미리 계산된 눈금을 보면서 반사판(40)의 각도를 미세하게 조절할 수 있게 하기 위한 것이다.
이처럼, 각도조절나사(60)가 반사판(40)을 가압할 때 반사판이 각도조절나사의 가압력과 역방향으로 힘을 갖도록 반사판(40)과 연결지지대(58)의 사이에는 인장스프링(62)이 구비된다.
즉, 인장스프링(62)의 일단부는 반사판(40)의 상단 일부분에 연결되고, 타단부는 연결지지대(58)의 일부분에 결합되어 그 복원력에 의해 반사판(40)을 연결지지대(58) 방향으로 잡아당기면서 반사판(40)이 일정 각도로 기울어진 상태를 안정적으로 유지하게 도와준다.
이렇게 구성된 각도 조정수단에 의해 반사판(40)의 각도 및 위치 이동이 미세하게 조절되기 때문에 반투과 반사판(30)에서 반사된 레이저빔과 반사판(40)에서 반사된 레이저빔이 피측정물(M)의 한 점에 집광되도록 조정하는 것이 가능하게 된다.
물론, 피측정물(M)의 한 점에 집광된 레이저 빔은 피측정물에서 반사되어 구조물에 다시 2점으로 맺히게 된다. 이때, 피측정물(M)은 레이저 빔이 잘 반사되도록 구성하는 것이 바람직하며, 따라서 피측정물이 레이저 빔을 반사하지 못하는 재질이라면 별도의 반사판을 부착하여 사용한다.
이제, 이와 같이 구성된 본 발명의 와블 측정방법을 설명한다.
레이저 다이오드(20)를 통해 레이저빔을 투사한다.
그러면, 반투과 반사판(30)을 통해 레이저빔의 일부분은 피측정물(M) 방향으로 반사되고, 나머지는 반투과 반사판(30)을 투과하게 된다.
반투과 반사판(30)을 투과한 나머지 레이저빔은 또 다른 반사판(40)을 통해 피측정물(M) 방향으로 반사된다.
이때, 각도 조정수단을 통해 반사판(40)의 위치 및 각도를 조정하여 2점 즉, 반투과 반사판(30)에서 반사된 레이저빔과 반사판(40)에서 반사된 레이저빔이 피측정물(M)의 한 점에 집광되도록 한다.
물론, 2점의 레이저빔이 피측정물(M)의 한 점에 집광될 때 생기는 각을 기준각이라고 하며, 이 기준각은 측정이 보다 용이하도록 1°미만으로 형성하여 가 되도록 구성하는 것이 바람직하다. 그러나, 기준각이 1°이상이 되는 경우에도 측정이 가능하다.
여기서, 반사판(40)의 위치 및 각도를 조정하는 방법을 좀더 설명하면, 위치조절나사(50)를 풀고 조이면서 반사판(40)의 위치를 조정하게 되고, 각도조절나사(60)를 풀고 조이면서 반사판(40)의 경사각을 조정하게 된다.
즉, 측정장치의 설정된 위치보다 피측정물(M)의 위치가 멀어진 경우에는 위치조절나사(50)를 조이면 된다. 그러면 도 7에 실선으로 도시된 바와 같이 반사판(40)이 나사를 따라 이동하면서 반투과 반사판(30)과 반사판(40)의 간격이 벌어지게 된다.
그러면, 반투과 반사판(30)에서 반사되는 레이저빔과 반사판(40)에서 반사되는 레이저빔이 맺히는 한 점의 거리가 비례적으로 멀어지게 된다.
반대로, 피측정물(M)의 위치가 가까워진 경우에는 위치조절나사(50)를 풀면 된다. 그러면 도 7에 가상선으로 도시된 바와 같이 반사판(40)이 나사를 따라 이동하면서 반투과 반사판(30)과의 간격이 좁아지고, 레이저빔이 맺히는 한 점의 거리는 줄어들게 된다.
이때, 압축스프링(54)은 탄성 복원력을 통해 이동너트(52) 및 위치조절나사(50)가 유동되는 것을 방지하게 된다.
이러 방식으로 피측정물(M)의 위치에 따라 반사판(40)의 수평 위치를 조정하고 나면, 다음으로 반사판(40)의 경사각을 조정하면서 2점의 레이저빔이 피측정물의 한 점에 정확하게 맺히도록 한다.
즉, 각도조절나사(60)를 조이게 되면 반사판(40)의 상단부분이 반투과 반사판(30)을 기준으로 좁혀지면서 기준각이 벌어지게 되고, 각도조절나사(60)를 풀게 되면 반사판(40)의 상단부분이 반투과 반사판(30)을 기준으로 벌어지면서 기준각이 좁아지게 된다. 이처럼 반사판(40)의 경사각을 조정하면서 레이저빔의 각도를 조정하여 기준각을 설정하면 된다.
이때, 인장스프링(62)은 탄성 복원력에 의해 반사판(40)이 조정된 각도에서 유동되지 않도록 고정시키게 된다.
물론, 각도조절나사(60)의 측면에는 길이방향을 따라 눈금이 표시되어 있기 때문에 기준각을 육안으로 확인하면서 조정할 수 있게 된다.
이와 같이 반사판의 위치 및 각도를 조정하여 기준각이 설정되면, 2점의 레이저빔은 피측정물(M)의 한 점에 집광된 후 다시 반사되어 구조물(T)에 2점으로 맺히도록 조정한다. 여기서, 구조물은 일례로 건물의 벽이나 천장 등이 될 수 있다.
이때, 구조물(T)에 맺히는 2점의 위치를 관찰하여 2점의 위치가 기준 위치에서 이동하게 되면, 상기 기준각과 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 거리 및 2점의 레이저빔이 이동된 거리를 계산하여 피측정물(M)의 와블 즉, 비틀림과 기울어짐의 값을 측정하고, 그 측정값을 기준으로 와블을 개선시키면 된다.
이제, 도 6을 참고로 피측정물의 기울기 값을 구하는 방식을 설명한다.
먼저, 피측정물의 기울기 각도(θ')를 구하는 식은 아래의 수학식 1과 같다.
여기서, θ'는 피측정물의 기울기 각도이고, Δx1은 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔 사이의 거리이며, θ는 기준각이고, Δx2은 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 이동거리를 말한다.
이러한 수학식이 산출되는 과정을 설명하면 아래와 같다.
먼저, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 기준각(θ)은 1°미만으로 형성되어 있기 때문에 가 된다.
따라서, 이 되고, 가 된다.
여기서 l은 2점의 레이저빔이 집광되는 측정물의 한 점에서 구조물에 상이 맺히는 위치까지의 거리를 말한다.
다음으로, θ'는 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 이동거리의 각과 같기 때문에 이 되고, 여기서 l 위치에 상기 l을 구하는 식을 대입하면,
이 되며, 결과적으로 이라는 상기 수학식 1이 산출된다.
이러한 수학식 1을 통해 피측정물의 기울기 각도(θ')를 구하는 일례를 설명하면 다음과 같다.
만약, 기준각(θ)이 1'이고, 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔 사이의 거리(Δx1)가 2mm이며, 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 이동거리(Δx2)가 2mm라고 가정한다면, 피측정물의 기울기 각도(θ')는 1'이 된다.
만약, 기준각(θ)이 2'이고, 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔 사이의 거리(Δx1)가 1.5mm이며, 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 이동거리(Δx2)가 3mm라고 가정한다면, 피측정물의 기울기 각도(θ')는 4'이 된다.
한편, 기준각이 1°이상인 경우에도 정확한 값을 사용하면 피측정물의 기울기 값을 구할 수 있다.
이때, 기준각이 1°이상인 경우에 기울기 값을 구하는 방식의 조건은 2개의 반사판에서 반사된 레이저 빔의 기준각이 2등변 삼각형의 각도를 갖고 있거나, 레이저 빔이 반사판에서 반사되는 점과 측정물에 맺히는 점 사이의 거리를 측정하여 그 거리값을 알고 있거나, 측정물에서 반사된 레이저 빔이 구조체에 2점으로 맺힐 때 어느 1점이 구조체에 대해 직각을 이루고 있어야 한다.
이러한 조건들 중 일례로 측정물에서 반사된 레이저 빔이 구조체에 2점으로 맺힐 때 어느 1점이 구조체에 대해 직각인 경우에 기울기 값을 구하는 방식은 상기 수학식 1과 동일하게 나타나며, 도 9를 참조하여 수학식이 산출되는 과정을 설명하면 다음과 같다.
즉, 이 되고, 따라서 가 된다.
여기서 l은 2점의 레이저빔이 집광되는 측정물의 한 점에서 구조물에 직각으로 맺히는 상까지의 거리를 말한다.
다음으로, 이 되고, 여기서 l 위치에 상기 l을 구하는 식을 대입하면,
이 되며, 결과적으로 이라는 상기 수학식 1과 동일한 식이 산출된다.
이러한 수학식을 통해 각각의 대응되는 수치를 대입하여 상술한 바와 같이 피측정물의 기울기 각도(θ')를 구하면 된다.
이와 같이 본 발명은 구조물에 반사되어 맺히는 2점의 레이저빔의 이동 거리차를 이용하여 피측정물의 기울기 각도를 측정하기 때문에 종래와 같이 레이저빔이 피측정물에 투사되었다가 되돌아오는 경로를 확보하기 위한 공간이 필요하지 않으며, 따라서 종래의 장치와 비교할 때 이동 설치가 편리하도록 가볍고 부피가 작으며, 원가가 절감된다
또한, 어느 장소에든지 간단하게 설치가 가능하기 때문에 구석지거나 종래의 측정장치를 넣기가 어려운 협소한 장소에서도 피측정물을 측정할 수 있다.
또한, 다른 설비에 부착하여 겸용으로 사용할 수 있기 때문에 활용도가 우수하다.
또한, 본 발명은 투사된 레이저빔이 피측정물에서 반사되어 가까운 구조물에 맺히게 되는데, 구조물에 미리 눈금을 표시해 두었다가 작업자가 작업하는 그 자리에서 직접 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 이동 거리를 보면서 이동 거리차가 발생되면, 이를 이용하여 피측정물의 와블을 바로 측정할 수 있기 때문에 실시간 측정이 가능하게 된다. 따라서, 와블로 인해 피측정물에 불량이 발생되면 이를 종래의 장치보다는 빨리 측정하여 개선시킬 수 있으며, 이로 인해 전체적인 제품의 불량률을 현저하게 감소시키고 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 피측정물의 위치에 따라 와블 측정장치의 위치를 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 건물의 측면이나 수직 방향으로 설치된 피측정물의 흔들림 또는 기울기를 측정할 수 있다.
또한, 본 발명은 위치조절나사와 각도조절나사를 통해 반사판의 수평 위치 및 각도를 용이하게 조절할 수 있기 때문에 피측정물의 위치에 따라 측정 거리를 자유롭게 조절할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명을 이용하여 회전되는 피측정물의 와블을 측정하는 일례가 도시되어 있다.
이를 보면, 회전되는 피측정물(M')은 2점의 레이저빔이 구조물(T)에 맺힐 때 타원을 이루면서 맺힐 뿐이지, 피측정물(M')의 와블 즉 기울기를 측정하는 계산 방식은 상술한 일실시예와 동일하다는 것을 알 수 있으며, 따라서 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
단지, 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 이동거리(Δx2)는 구조물에 형성되는 타원의 한 점을 기준으로 이동된 타원의 동일한 점과의 거리 차로 계산하면 된다.
이상에서와 같이, 본 발명은 와블 측정장치가 가볍고 부피가 작기 때문에 이동성 및 설치 작업성이 향상되고, 피측정물의 변위량을 정량적으로 쉽게 알아 볼 수 있으며, 실시간 측정이 가능하기 때문에 피측정물의 와블 현상을 신속하게 조정하여 전체적인 제품의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있으며, 구석진 곳에 위치한 피측정물 또는 먼 거리에 위치한 피측정물의 와블까지 정밀하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저빔을 이용한 와블 측정장치의 일례를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 와블 측정장치의 내부 구성을 나타낸 측단면도,
도 4는 본 발명의 분리 사시도,
도 5는 도 3의 A-A선 단면도,
도 6은 본 발명을 이용한 와블 측정방법을 설명하기 위해 나타낸 사용 상태 측면도,
도 7은 본 발명에서 반사판의 수평 이동 조정 상태를 나타낸 작동도,
도 8은 본 발명에서 반사판의 각도 조정 상태를 나타낸 작동도,
도 9는 본 발명에서 기준각이 1°이상인 경우에 피측정물의 와블 측정방법을 설명하기 위해 나타낸 사용 상태 측면도,
도 10은 본 발명을 이용하여 회전 피측정물의 와블을 측정하는 방법을 나타낸 측면도,
도 11은 본 발명에 따른 레이저빔을 이용한 와블 측정장치의 다른 실시예의 내부 구성을 나타낸 측단면도.
◎ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ◎
10: 케이스 12: 개구홀
14: 블록 16: 가이드홈
20: 레이저 다이오드 30: 반투과 반사판
40: 반사판 50: 위치조절나사
52: 이동너트 53: 가이더
54: 압축스프링 55: 유동방지턱
56: 힌지 58: 연결지지대
60: 각도조절나사 60a: 눈금
62: 인장스프링 M, M': 피측정물
T: 구조물

Claims (13)

  1. 저면에 개구홀이 형성된 케이스;
    상기 케이스 내에 설치되어 레이저빔을 투사하는 레이저 다이오드;
    상기 케이스 내에서 상기 투사되는 레이저빔의 경로 상에 경사지게 설치되어 입사된 레이저빔 중 일부는 개구홀 방향으로 반사시키고, 일부는 투과시키는 반투과 반사판;
    상기 케이스 내에서 반투과 반사판과 소정의 거리를 갖도록 설치되고, 반투과 반사판을 통해 투과된 레이저빔을 개구홀 방향으로 반사시키는 반사판; 및
    상기 반사판의 경사각을 조절하는 각도 조정수단을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각도 조정수단은
    상기 케이스 내에서 수평 이동가능하게 설치되고, 상면 전방 일부분에는 상기 반사판이 힌지결합에 의해 회동 가능하게 결합되며, 상면 후방 일부분에는 상방향으로 연결지지대가 연장 형성된 이동너트와,
    상기 연결지지대의 중앙 부분에 나사 체결되어 회전방향에 따라 왕복 이송되면서 상기 반사판의 상단부분이 전방으로 기울어지게 가압하는 각도조절나사와,
    일단부는 상기 반사판의 상단부분에 결합되고, 타단부는 상기 연결지지대의 일부분에 결합되어 반사판을 연결지지대 방향으로 탄성적으로 잡아당기는 인장스프링을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    단부에서 길이방향을 따라 일부분만 나사부가 형성되고, 나사부가 형성된 부분에는 상기 이동너트가 나사부를 따라 왕복 이송가능하게 체결되며, 나사부가 형성되지 않은 부분은 케이스의 일측에 회전 가능하게 결합된 위치조절나사와,
    상기 위치조절나사에 결합되어 이동너트와 케이스의 사이에서 이동너트를 탄성 가압하는 압축스프링을 포함하며,
    상기 위치조절나사를 풀고 조이면서 상기 이동너트를 수평으로 위치 조정할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 케이스의 내측 양면에는 서로 대칭되게 가이드홈이 형성되고, 상기 이동너트의 양측면에는 상기 가이드홈에 끼워져 가이드홈을 따라 안내되는 가이더가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 각도조절나사는 일측 또는 양측에 길이방향을 따라 눈금이 형성되어 눈금을 보면서 반사판의 각도를 미세하게 조절할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  6. 제2항에 있어서,
    단부에서부터 길이방향을 따라 일부분만 나사부가 형성되고, 나사부가 형성된 부분에는 상기 이동너트가 나사부를 따라 왕복 이송가능하게 체결되며, 머리부분부터 케이스의 두께만큼의 간격을 두고 유동을 방지하기 위해 유동방지턱이 외측방향으로 돌출 형성되고, 머리부분부터 유동방지턱 사이의 부분은 케이스의 일측에 결합되어 회전 가능하게 지지된 위치조절나사를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 케이스의 내측 양면에는 서로 대칭되게 가이드홈이 형성되고, 상기 이동너트의 양측면에는 상기 가이드홈에 끼워져 가이드홈을 따라 안내되는 가이더가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 각도조절나사는 일측 또는 양측에 길이방향을 따라 눈금이 형성되어 눈금을 보면서 반사판의 각도를 미세하게 조절할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정장치.
  9. 레이저빔을 투사하는 단계;
    상기 레이저빔의 일부분만 반투과 반사판을 통해 피측정물 방향으로 반사시키고 나머지는 투과시키는 단계;
    상기 반투과 반사판을 투과한 나머지 레이저빔을 상기 반투과 반사판에서 소정 거리 이격되도록 설치된 반사판을 통해 피측정물 방향으로 반사시키는 단계;
    상기 반사판의 위치 및 각도를 조정하여 반투과 반사판에서 반사된 레이저빔과 반사판에서 반사된 레이저빔이 피측정물의 한 점에 집광되도록 함으로써 기준각을 만드는 단계;
    상기 피측정물에 집광된 각각의 레이저빔이 피측정물에서 다시 반사되어 구조물에 2점으로 맺히도록 조정하는 단계; 및
    상기 기준각과 피측정물에서 반사되어 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 거리와 2점의 레이저빔이 이동된 거리를 계산하여 피측정물의 기울기 각도를 검출하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    피측정물의 기울기 각도를 구하는 식은
    (여기서, θ'는 피측정물의 기울기 각도, Δx1은 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔 사이의 거리, θ는 기준각, Δx2은 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 이동거리)
    인 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기준각을 1°미만으로 형성하여 가 되도록 구성한 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기준각이 1°이상인 경우에는 측정물에서 반사된 레이저 빔이 구조체에 2점으로 맺힐 때 어느 1점이 구조체에 대해 직각을 이루도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 구조물에 눈금을 표시하여 육안으로 구조물에 맺히는 2점의 레이저빔의 거리와 2점의 레이저빔이 이동된 거리를 계산할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 레이저빔을 이용한 와블 측정방법.
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