KR100662737B1 - 비구면 반사경의 정밀도 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두개의 판스프링과 판스프링의 연결봉에 비접촉식 센서를 장착한 측정장치에 관한 발명이며, 봉에 의해 발생되는 변위신호를 판의 변형에 의해 보상하며, 센서와의 간극으로 제시하여 변위를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 일측에 센서삽입구멍(11)이 형성되며, 타측에 제1 판스프링 삽입구멍(12)이 형성되며, 센서 삽입구멍의 중간부에 센서 고정구(13)가 체결될 수 있도록 나사홈이 형성된 센서 고정홈(14)이 있는 몸체(10); 일측은 외측 단(21)이 형성되며, 타측은 판스프링 고정단(22)이 있는 연결몸체(20); 봉(31)의 형상을 가지며, 상기 봉의 끝에 숫나사(32)가 있으며, 원판의 하단은 센서 접촉단(33)이 형성된 제1 판스프링(30); 원판의 상단과 하단에 동일한 직경의 봉(41)이 돌출 성형되며, 상단 방향의 끝단에 암나사(42)가 형성된 체결홈(43)이, 하단 방향의 끝단은 제1 판스프링의 숫나사(32)와 결합될 수 있는 암나사(44)가 형성된 제2 판스프링(40); 제1 판스프링과 제2 판스프링의 사이에 삽입되고 연결 몸체의 일측에 판스프링과 결합되는 고정실린더(50); 외면에서 구의 중심까지 암나사홈(61)이 형성되어 있는 접촉구(60); 봉의 직경이 작은 일측에 상기 암나사홈(61)과 결합될 수 있도록 숫나사(71)가 형성되며, 타측은 제2판스프링의 암나사(42)와 결합도리 수 있도록 숫나사(72)가 형성되어 있는 접촉봉(70)을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정 장치이다.

비구면, 정밀도, 측정, 판스프링, 비접촉식, 센서

Description

비구면 반사경의 정밀도 측정장치{Measuring device of Precision degree for the non spherical reflection mirror}

도1은 본 발명의 비구면 반사경의 정밀도 측정장치를 나타내는 입체 사시도,

도2는 본 발명의 비구면 반사경의 정밀도 측정장치에 따른 평단면도,

도3은 본 발명에 따른 비구면 반사경의 정밀도 측정장치의 구성이 분해된 평면도,

도4는 본 발명에 따른 비구면 반사경의 정밀도 측정장치의 구성이 조립된 평면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 본체 11 : 센서 삽입구멍

12 : 제1판스프링 삽입구멍 13 : 센서고정구

14 : 센서 고정홈 20 : 연결몸체

21 : 외측 단 22 : 판 스프링고정 단

30 : 제1판스프링 31 : 봉

32 : 숫나사 33 : 센서 접촉단

34 : 원판 40 : 제2판스프링

41 : 봉 42 : 암나사

43 : 체결홈 44 : 암나사

45 : 원판 50 : 고정실린더

60 : 접촉구 61 : 암나사 홈

70 : 접촉봉 71 : 숫나사

본 발명은 두 개의 판스프링과 판스프링의 연결봉에 비접촉식 센서를 장착한 측정장치에 관한 것으로서, 특히, 봉에 의해 발생되는 변위신호를 판의 변형에 의해 보상하며, 센서와의 간극으로 제시하여 변위를 측정하는 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정장치에 관한 것이다.

공작기계에서 제품가공 후 제품의 표면 거칠기나 형상정밀도는 별도의 측정기계에서 측정되었다.

별도의 측정 장치를 이용하여 측정할 경우에 측정을 위한 설치과정 중 정밀한 정렬이 요구되며, 측정 장치에 제품 탈착 시 시간이 많이 소요되며, 재가공시 상기의 과정이 반복적으로 이루어지는 만큼 기존의 장치는 많은 시간이 요구되었다.

따라서, 공작기계에서 가공이 완료된 후, 공구를 측정용 센서로 교체하여 공작물을 측정하는 기상측정(이하 ‘OMM(On-the-Machine Measurement)’이라 한다)이 최근에 많이 개발되고 있다.

이러한 것은 OMM 시스템의 근간인 공작기계의 정밀도와 다양하고 정밀한 측정용 센서의 발전에 기인한다. 공작기계 정밀도의 경우, 구조계의 최적화, 구동 및 이송계의 고정밀화, 열변형 보정기술 등에 대한 개발이 이루어지고 있으며, 정밀 센서의 경우, 접촉식 및 비접촉식에 대한 다양한 고정밀도 제품의 등장으로 OMM에 대한 가능성을 더욱 밝게 해 주고 있다.

초정밀가공 후 제품에 대한 표면 거칠기나 형상정밀도를 별도의 측정기계에서 측정 할 경우 제품을 측정하기 위해 정밀한 정렬이 필요하며, 측정을 위해 제품의 탈착에 시간이 많이 소요되며, 재가공시 제품을 다시 설치하여 초정밀절삭을 수행하는데 재설치 오차만큼의 재가공이 필요함에 따라 많은 시간이 소요된다.

초정밀 가공에서 비구면 형상의 가공 정밀도에 영향을 미치는 중요한 요인은 다음과 같다.

첫째, 가공기계의 축 이송정밀도와 둘째, X축 가공원점과 주축에 장착하는 공작물 중심의 불일치로 나타나는 X축 가공원점의 오차가 있다. 셋째, 공구의 진원도 오차로써 공구와 공작물의 접촉부위가 변화하기 때문에 공구의 형상오차가 공작물에 전사된다. 넷째, 공구경의 측정오차가 있으며, 다섯째, 공작물의 외주부와 중심부에서 가공조건의 차이점 등이 있다.

비구면 형상의 가공 정밀도에 영향을 미치는 중요한 요인 중 둘째, 셋째, 넷 째, 다섯째항의 오차 원인은 재현성이 높은 오차로써 보정가공을 통한 정밀도의 향상이 필요하다. 특히 직경 120 ㎜이상의 경우에는 직접적으로 서브 마이크로 이하의 형상측정이 불가능한 상태이다.

상기의 문제점을 해결하기 위해서 본 발명이 이루어진 것으로서, 본 발명은 대구경 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정에 사용되는 측정 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 대구경 비구면 형상 측정과 초정밀 가공 시간 단축 및 초정밀 가공 정밀도 향상을 위하여 초정밀 비구면 형상 측정을 위한 측정 장치를 제공함을 다른 목적으로 한다.

더우기, 본 발명은 이를 위하여 센서를 이용한 접촉식 측정 장치를 발명하였다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정장치는, 대구경 비구면 반사경의 형상 정밀도를 측정하는 장치에 있어서,

원통 형상으로, 상기 원통 형상의 축 방향으로 일측에 센서삽입구멍이 형성되며, 타측에 제1 판스프링 삽입구멍이 형성되며, 상기 센서 삽입구멍과 제1 판스프링 삽입구멍이 관통되어 있으며, 센서 삽입구멍의 중간부에 상기 축방향의 직각방향으로 센서 고정구가 체결될 수 있도록 나사홈이 형성된 센서 고정홈이 있는 몸체;

실린더 형상으로, 일측은 상기 몸체의 제1 판스프링 삽입구멍에 삽입될 수 있도록 외측 단이 형성되며, 타측은 실린더 내경에 제2 판스프링이 고정될 수 있도록 판스프링 고정단이 있는 연결몸체;

얇은 원판 형상으로, 원판의 중심으로부터 수직방향으로 돌출된 봉의 형상을 가지며, 상기 봉의 끝에 숫나사가 있으며, 원판의 하단은 봉의 직경과 동일한 원주 형상의 돌출된 센서 접촉단이 형성된 제1 판스프링;

얇은 원판 형상으로, 원판의 상단과 하단에 동일한 직경의 봉이 돌출 성형되며, 상단 방향의 끝단에 암나사가 형성된 체결홈이, 하단 방향의 끝단은 제1 판스프링의 숫나사와 결합될 수 있는 암나사가 형성된 제2 판스프링;

실린더 형상으로, 제1 판스프링과 제2 판스프링의 사이에 삽입되고 연결 몸체의 일측에 판스프링과 결합되는 고정실린더;

구의 형상으로, 외면에서 구의 중심까지 암나사홈이 형성되어 있는 접촉구;

테이퍼 봉의 형상으로, 봉의 직경이 작은 일측에 상기 암나사홈과 결합될 수 있도록 숫나사가 형성되며, 타측은 제2판스프링의 암나사와 결합도리 수 있도록 숫나사가 형성되어 있는 접촉봉을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명은 한정된 크기 때문에 대형 가공물이라든지 제조공정 특성상 가공물의 분리가 어려운 경우에 사용되기에 적합한 장치이다.

이하에서는 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정장치를 상세하게 설명한다.

본 발명의 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정 장치는, 원통 형상으로, 상기 원통 형상의 축 방향으로 일측에 센서삽입구멍(11)이 형성되며, 타측에 제1 판스프링 삽입구멍(12)이 형성되며, 상기의 센서삽입구멍과 제1 판스프링 삽입구멍이 관통되어 있으며, 센서삽입구멍의 중간부에 상기 축방향의 직각방향으로 센서 고정구(13)를 체결될 수 있도록 나사홈이 형성된 센서고정홈(14)이 있는 몸체(10)를 구비한다.

또한, 본 발명에서는 실린더 형상으로, 일측은 상기 몸체의 제1판 스프링 삽입구멍에 삽입될 수 있도록 외측 단(21)이 형성되며, 타측은 실린더 내경에 제2 판스프링이 고정될 수 있도록 판스프링 고정단(22)이 있는 연결 몸체(20)를 구비한다.

더우기, 연결 몸체(20)에 형성된 외측 단(21)에는 나사가 형성되어 있으며, 몸체(10)의 판스프링 삽입구멍(12)에 형성된 암나사와 나사결합되어, 몸체(10)와 연결 몸체(20)가 체결된다.

한편, 본 발명에서는 얇은 원판 형상으로, 원판의 중심으로부터 수직방향으로 돌출된 봉(31)의 형상을 가지며, 상기 봉의 끝에 숫나사(32)가 있으며, 원판의 하단은 봉의 직경과 동일한 원주 형상의 돌출된 센서 접촉단(33)이 형성된 제1 판스프링(30)이 구비되며, 제1 판스프링의 재질은 인코넬600 이며, 두께는 0.1 mm로 이루어져 있다.

또한, 본 발명에서, 얇은 원판형상으로, 원판의 상단과 하단에 동일한 직경의 봉(41)이 돌출 성형되며, 상단 방향의 끝단에 암나사(42)가 형성된 체결홈(43) 이, 하단 방향의 끝단은 제1 판스프링의 숫나사(32)와 결합될 수 있는 암나사(44)가 형성된 제2 판스프링(40)이 구비되며, 제2 판스프링의 재질은 인코넬600 이며, 두께는 0.1 mm로 이루어져 있다.

이와 같이 이루어진 본 발명에서 제1 판스프링(30)과 제2 판스프링(40)은 나사결합에 의해 체결되어 그 최종적인 형상은 일체화된 하나의 봉 중간에 두개의 원판이 삽입되어 있는 형상으로 볼 수 있다.

또한, 본 발명에는 실린더 형상으로, 제1 판스프링과 제 2판스프링의 사이에 삽입되고 연결 몸체의 일측에 판스프링과 결합되는 고정실린더(50)를 구비하며, 제1 판스프링과 제2 판스프링의 각각의 원판 가장자리에 고정실린더(50)가 삽입되며, 제1 판스프링, 제2 판스프링 및 고정실린더(50)가 일체화된 조립 구조물은 연결 몸체(20)의 내부에 억지끼워맞춤 결합된다. 이때, 제2 판스프링의 가장자리 중에서 고정실린더가 장착되는 상대면은 연결 몸체(20)에 형성된 외측 단(21)에 위치된다.

또한, 본 발명에서는 구의 형상으로, 루비로 이루어져 있으며, 외면에서 구의 중심까지 암나사홈(61)이 형성되어 있는 접촉구(60)를 구비한다.

측정대상물과 직접적인 접촉이 이루어지는 상기와 같은 접촉구는 접촉 대상이 곡면과 평면을 모두 측정하기에 용이하도록 구 형상으로 제작되어 있으며, 접촉에 의한 마모를 적게하며, 마찰계수를 적게하기 위해 광물질인 루비를 사용한다.

또한 오랜 사용에 의해 접촉구가 마멸되는 것을 방지하기 위해 용이하게 교환할 수 있도록 나사부를 형성하여 조립된다.

한편, 본 발명에서는 상기 테이퍼 봉의 형상으로, 봉의 직경이 작은 일측에 상기 암나사홈(61)과 결합될 수 있도록 숫나사(71)가 형성되며, 타측은 제2 판스프링의 암나사(42)와 결합될 수 있도록 숫나사(72)가 형성되어 있는 접촉봉(70)을 구비한다.

본 발명에서 상기와 같은 테이퍼 봉 또한 직접적인 변형이 발생될 수 있으므로 교환이 용이하도록 나사결합에 의해 조립될 수 있도록 구성되어 있다.

이하에서는 본 발명의 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정장치의 조립과정을 살펴보면 다음과 같다.

첫째, 제1판스프링(30)과 제2판스프링(40)에 형성된 숫나사(32)와 암나사(44)를 결합시킨다. 이때, 제1판스프링의 원판(34)와 제2판스프링의 원판(45) 사이에 고정실린더(50)를 미리 장착한다.

둘째, 상기의 조립체를 연결몸체(20)의 내경에 조립한다. 이때, 제2판스프링의 가장자리가 연결몸체(20)의 외측단(21)에 완전 고정되도록 조립한다.

셋째, 상기의 조립체에 있어서, 연결몸체(20) 외측단(21)에 형성된 숫나사와 몸체(10) 일측에 형성된 제1판스프링삽입구멍(12)의 암나사와 나사결합한다.

넷째, 상기의 조립체에 있어서, 몸체(10)의 센서고정홈(14)에 센서를 축방향으로 삽입시키며, 이때 센서의 측정선단과 센서접촉단(33)이 일정거리를 유지하도록 하며, 상기의 일정거리를 조정한 후 센서를 몸체에 고정시키기 위해 몸체에 형성된 센서고정홈(14)에 센서고정구(13)를 나사 결합하여 고정한다.

다음에는 상기와 같이 구성되고 조립되는 본 발명의 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

상기의 조립과정에 의해 조립된 발명품은 공작기계의 공구대에 고정되며, 고정 전에 설치된 공구에 의해 가공완료 된 가공물의 표면을 형상 측정한다. 공구대의 이송에 이해 상기의 발명품이 연동되어 작동되며, 접촉구가 공작물의 표면을 접촉한다.

접촉구가 공작물에 접촉된 상태에서, 공구대를 이동시키면, 본 발명품이 이동하며, 이때 형상 변화에 따라 좁촉구(60), 접촉몸체(70), 봉(41) 및 봉(31)이 연동되어 몸체의 축 방향으로 이동된다. 상기의 조립체가 요동되는 것을 방지하기 위해 두개의 원판(34, 45)가 봉(31, 41)을 고정하고 있으며, 접촉구의 상대되는 후면(제1판스프링)에 형성된 센서접촉단(33)은 센서와 일정간격의 거리차가 발생된다.

상기의 거리차에 의해 센서에 발생되는 전류가 변화되며, 상기의 변화된 전류는 10V부터 -10V까지 조정되어, 신호처리과정을 거처 마이크로 프로세서장치에 변위신호를 전달할 수 있다.

공작물의 형상변화에 따라 접촉구는 유동성 있게 작동되어야 되며, 상기의 작동은 두개의 원판(34, 45)에 의해 탄성변형 구간 내에서 발생될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 본 발명에 의하면, 대형구조물의 가공 후 형상 및 가공정밀도를 측정함에 있어서, 가공된 공장물을 공작기계로부터 탈착하지 않고 측정할 수 있다.

또한, 측정장치의 신뢰성을 위해 소모성 부품의 교환이 용이하게 나사결합에 의해 주요 구성부품이 분리될 수 있다.

더우기, 측정구를 포함하는 측정용 봉들의 요동을 방지하기 위해 두개의 판스프링이 사용되므로 요동에 대한 신뢰성을 높일 수 있으며, 고가의 센서를 직접 공작물에 접촉시켜 사용하지 않아도 되므로 센서를 보호할 수 있는 효과가 있다.

이상 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 용이하게 다양한 변경 및 수정을 본 발명에 대해 수행할 수 있을 것이나, 이러한 모든 변경이나 수정은 모두 이하의 특허청구범위에 의해 표면된 본 발명에 속함은 물론이다.

Claims (5)

1. 대구경 비구면 반사경의 형상 정밀도를 측정하는 장치에 있어서,

   원통 형상으로, 상기 원통 형상의 축 방향으로 일측에 센서삽입구멍(11)이 형성되며, 타측에 제1 판스프링 삽입구멍(12)이 형성되며, 상기 센서 삽입구멍과 제1 판스프링 삽입구멍이 관통되어 있으며, 센서 삽입구멍의 중간부에 상기 축방향의 직각방향으로 센서 고정구(13)가 체결될 수 있도록 나사홈이 형성된 센서 고정홈(14)이 있는 몸체(10);

   실린더 형상으로, 일측은 상기 몸체의 제1 판스프링 삽입구멍에 삽입될 수 있도록 외측 단(21)이 형성되며, 타측은 실린더 내경에 제2 판스프링이 고정될 수 있도록 판스프링 고정단(22)이 있는 연결몸체(20);

   얇은 원판 형상으로, 원판의 중심으로부터 수직방향으로 돌출된 봉(31)의 형상을 가지며, 상기 봉의 끝에 숫나사(32)가 있으며, 원판의 하단은 봉의 직경과 동일한 원주 형상의 돌출된 센서 접촉단(33)이 형성된 제1 판스프링(30);

   얇은 원판 형상으로, 원판의 상단과 하단에 동일한 직경의 봉(41)이 돌출 성형되며, 상단 방향의 끝단에 암나사(42)가 형성된 체결홈(43)이, 하단 방향의 끝단은 제1 판스프링의 숫나사(32)와 결합될 수 있는 암나사(44)가 형성된 제2 판스프링(40);

   실린더 형상으로, 제1 판스프링과 제2 판스프링의 사이에 삽입되고 연결 몸체의 일측에 판스프링과 결합되는 고정실린더(50);

   구의 형상으로, 외면에서 구의 중심까지 암나사홈(61)이 형성되어 있는 접촉구(60);

   테이퍼 봉의 형상으로, 봉의 직경이 작은 일측에 상기 암나사홈(61)과 결합될 수 있도록 숫나사(71)가 형성되며, 타측은 제2판스프링의 암나사(42)와 결합도리 수 있도록 숫나사(72)가 형성되어 있는 접촉봉(70)을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 제1판스프링 과 제2판스프링의 재질이 인코넬600로 이루어진 것을 특징으로 하는 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정 장치.
3. 제1항에 있어서, 제1판스프링 과 제2판스프링의 두께가 0.1 mm인 것을 특징으로 하는 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 접촉구는 루비로 제조되는 것을 특징으로 하는 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 접촉식 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 비구면 반사경의 형상 정밀도 측정 장치.

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