KR100869055B1 - 양단 지지 회전부의 센터축의 정렬도 측정장치 및 이를이용한 센터축의 정렬 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양단 지지 회전부의 센터축의 정렬 정도를 측정하기 위한 측정 장치 및 그 측정 장치를 이용한 센터축 정렬 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 센터축의 정렬도 측정장치는, 상기 한 쌍의 센터축 각각의 외측에 구비되어 상기 센터축과 함께 회전하며, 직진성을 가지는 빛을 특정 방향으로 발산시키는 한 쌍의 발광유닛 및 일정 평면을 제공하며, 상기 발광유닛의 회전에 따른 궤적을 감지하는 평면 감지유닛을 포함한다.

양단 지지 회전부의 센터축, 레이저, 전하결합소자, CCD, 각도오차, 위치오차

Description

양단 지지 회전부의 센터축의 정렬도 측정장치 및 이를 이용한 센터축의 정렬 방법{Apparatus for Measuring Arrangement of Center Axis of Rotating Part for Supporting Apposite ends and Method for Arranging Using the Same}

본 발명은 양단 지지 회전부의 센터축의 정렬 정도를 측정하기 위한 측정 장치 및 상기 측정 장치를 이용한 센터축 정렬 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센터축 간의 정렬 오차를 최소화하여 센터축의 상대적 정렬도를 획기적으로 높이기 위한 센터축 정렬도 측정 장치 및 상기 측정 장치를 이용한 센터축 정렬 방법에 관한 것이다.

일반적으로 센터축은 제1센터축과 제2센터축으로 구성되며, 서로 마주보는 방향에 배치된다. 센터축의 끝단 부위는 테이퍼진 형태로 이루어져, 가공 대상물의 양단을 회전 가능하게 지지하는 역할을 수행한다.

상기 센터축은 연삭, 패턴형성 등 여러 가지 가공대상물의 지지에 사용된다.

가공 대상물에는 제한이 없으며, 특히 고정밀도가 요구되는 가공 대상물을 가공하기 위해서, 센터축 상호 간의 상대 위치 및 각도를 고정밀도로 조정하여, 센터축 상호 간의 중심축을 정확하게 일치시키는 기술이 요구되고 있다.

하지만, 종래의 센터축은 작업자가 육안으로 관찰하여 정렬하거나, 상기 대상물을 가공한 후 대상물의 가공 상태를 통해 교정하는 형태로 정렬하는 실정이다. 따라서, 종래의 센터축의 정렬방법은 정확도가 매우 떨어지게 된다.

대상물을 직접 가공한 후 대상물의 가공 정확도를 측정하여 상기 정확도에 따라 센터축의 정렬도를 판단한다고 하더라도, 측정된 데이터에 기초하여 얼만큼 센터축의 위치 및 각도를 변화시켜야 하는 지에 관한 명확한 기준이 없었다.

이와 함께, 센터축의 정렬을 위해서는 가공 대상물의 정밀도 측정과 이에 따른 센터축의 위치 보정을 반복해야 하므로, 초기 세팅에 많은 시간이 소요되었다. 센터축을 주기적으로 교체를 해야 하는 경우, 교체시마다 세팅에 많은 시간이 소요되어 생산성이 떨어진다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 센터축의 정렬 정도를 고정밀도로 측정하여 센터축 정렬을 위한 명확한 기준을 제시할 수 있는 센터축 정렬도 측정장치 및 이를 이용한 센터축의 정렬방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 센터축의 정렬 정도를 정확하게 측정함으로써 센터축을 신속하게 정렬시킬 수 있는 센터축 정렬도 측정장치 및 이를 이용한 센터축의 정렬방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 센터축 정렬도 측정장치는 가공 대상물의 양단을 지지하는 한 쌍의 센터축의 외측에 구비되어 상기 센터축과 함께 회전하며, 직진성을 가지는 빛을 특정 방향으로 발산시키는 한 쌍의 발광유닛과, 일정 평면 형태로 제공되어 상기 발광유닛의 회전에 따른 궤적을 감지하는 평면 감지유닛을 포함하여 구성된다.

상기 직진성을 가지는 빛은 파장, 위상 및 방향이 일정한 레이저(laser)인 것이 바람직하며, 상기 평면 감지유닛은 전하결합소자(Charge-Coupled Device; CCD)인 것이 바람직하다.

상기 직진성을 가지는 빛은, 센터축이 회전함으로써, 상기 평면 감지유닛에 특정 궤적을 형성한다.

한편, 본 발명에 의한 센터축의 정렬도는 각각의 센터축의 기울어진 정도 및 센터축 사이의 상대적 위치 차이로부터 산출되며, 센터축의 중심축을 정확하게 일치 시키기 위한 데이터가 된다.

상기 센터축의 기울어진 정도는 상기 궤적의 위치 변화량 또는 상기 빛의 입사각으로부터 간단한 함수를 이용하여 산출된다. 또한, 상기 센터축 사이의 상대적 위치 오차는 각 궤적 및 각 궤적의 중심점으로부터 간단한 함수를 이용하여 산출된다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 센터축의 정렬도 측정장치 및 센터축의 정렬방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명은 센터축의 회전 궤적을 감지하고 이러한 회전 궤적의 형태를 기초로 정렬도를 측정함으로써, 센터축 상호간의 기울어진 정도를 정확하게 측정할 수 있는 이점이 있다.

특히, 회전 궤적을 감지하는 평면 감지유닛을 축 방향으로 이동시키고 이러한 이동거리의 함수로 정렬도를 계산함으로써, 평면 감지유닛 자체의 분해능의 한계를 극복하여 보다 정밀한 정렬도 측정이 가능한 이점이 있다.

둘째, 센터축 상호간의 정렬도를, 센터축간의 각도 오차 및 위치 오차로 측정하기 때문에, 센터축의 중심축의 각도 및 위치를 정확하게 정렬할 수 있는 이점이 있다.

셋째, 센터축 간의 정렬 정도를 정확하게 판단함으로써, 센터축 정렬을 용이 하게 할 수 있으며, 센터축의 정렬을 위해 소요되는 시간을 대폭 줄일 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

제1실시예

도 1을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 센터축 정렬도 측정장치의 전체적인 구성을 설명하면 다음과 같다.

가공 대상물의 높은 가공 정밀도를 위하여, 센터축 상호 간의 중심축을 정확하게 일치시켜야 한다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 센터축의 중심축이 정확하게 일치하지 않는 문제가 발생한다. 센터축을 정확하기 일치시키기 위하여, 본 발명의 센터축 정렬도 측정장치는 직진성을 가지는 빛(R1, R2)을 특정 방향으로 발산시키는 한 쌍의 발광유닛(101, 201)과 상기 발광유닛으로부터 발산한 빛(R1, R2)을 감지하는 평면 감지유닛(300)으로 구성된다. 또한, 상기 감지된 빛(R1, R2)에 대한 정보를 분석하는 분석유닛(미도시)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 발광유닛(101, 201)은 발광부(103, 203)을 통하여 빛을 발산한다. 그 리고 상기 발광유닛(101, 201)은 센터축(100, 200)의 외주면에 각각 구비되어 있어 센터축(100, 200)의 회전과 함께 회전한다. 또한, 상기 발광유닛(101, 201)은 직진성을 가지는 빛(R1, R2)을 발산하는 어떠한 것이어도 무방하며, 파장, 위상 및 방향이 일정한 레이저(laser)일 수 있다.

상기 평면 감지유닛(300)은 상기 발광유닛(101, 201)로부터 발산한 빛(R1, R2)를 감지하는 역할을 한다. 일정 평면 형태의 감지유닛이며, 상기 빛(R1, R2)을 모두 감지하게 된다. 상기 빛(R1, R2)을 순차적으로 각각 감지할 수도 있고, 동시에 감지할 수도 있다. 상기 평면 감지유닛은 전하결합소자(Charge-Coupled Device; CCD)를 포함하여 구성될 수 있으며, 구체적인 구성에 대해서는 도 9와 도 10을 통해 후술한다.

도 2와 도 3을 참조하여, 평면 감지유닛에 궤적이 형성되는 원리를 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 설명한 바와 같이, 상기 센터축(100, 200)이 회전함으로써, 각각의 발광유닛(101, 201)도 같이 회전하게 된다. 따라서, 발광유닛(101, 201)이 발산한 각각의 빛(R1, R2)은 평면 감지유닛(300)에 특정한 궤적을 형성하게 된다.

도 2는 센터축이 정렬되지 않은 상태에서 평면 감지유닛에 형성된 빛(R1, R2)의 궤적을 나타내는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 빛(R1, R2)은 평면 감지유닛(300)에 제1궤적(T1)과 제2궤적(T2)을 형성한다. 센터축(100, 200)이 정확하게 정렬이 되어 있다면, 상기 궤적(T1, T2)이 서로 중첩되어 하나의 궤적으로 나타나게 된다. 그러나, 센터축(100, 200)이 정확하게 정렬되지 않은 상태에서는 2개의 궤적이 형성된다.

그리고, 센터축이 기울어지지 않았다면, 제1궤적(T1)과 같은 원형 궤적이 형성된다. 그러나, 센터축이 기울어져 있다면, 제2궤적(T2)와 같이 타원형의 궤적이 형성된다. 즉, 제1발광유닛(101)의 빛(R1)에 의해 형성된 제1궤적(T1)이 정확한 원형의 궤적을 형성한 것은, 제1센터축(100)이 정확하게 정렬이 되어 있음을 의미한다. 반면, 제2발광유닛(201)의 빛(R2)에 의해 형성된 제2궤적(T2)이 타원형의 궤적을 형성한 것은, 제2센터축(200)이 특정 각도로 기울어져 있음을 의미한다.

또한, 각 궤적의(T1, T2)의 중심점(C1, C2)은 상기 분석유닛으로부터 산출된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 각 중심점(C1, C2)이 서로 일치하지 않는 것은 각각의 센터축(100, 200) 사이에 상대적인 위치 차이가 있음을 의미한다.

도 3은 타원형의 궤적이 형성되는 이유를 설명하는 도면이다.

센터축(200)의 외측에 구비된 발광유닛(201)로부터 발산되는 빛(R)은 원통형의 자취를 형성한다. 상기 원통형의 자취가 상기 평면 감지유닛(300)과 직각을 이루고 있다면, 상기 평면 감지유닛(300)에 단면이 원형인 궤적(T＇)이 형성된다. 그러나, 상기 원통형의 자취가 평면 감지유닛(300)에 수직이 아닌 상태에서 입사가 되면, 타원형의 궤적(T)을 형성하게 된다.

도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제1실시예를 통하여 구체적인 보정 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 8을 참조하여, 센터축을 정렬하는 절차를 간단히 설명하면, 본 발명 의 제1실시예를 통한 센터축 보정 방법은 크게 3가지 절차로 이루어진다. 먼저, 발광유닛을 통한 궤적을 형성한 후, 그 다음 센터축의 정렬 정도를 분석한다. 그리고 센터축의 기울어짐 각도 및 위치를 보정한다. 절차에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.

발광유닛을 통해 평면 감지유닛에 궤적을 형성하는 내용은 상술한 바와 같다. 이하, 도 4와 도 5를 통해 센터축의 정렬 정도를 분석하는 방법 및 도 6과 도7을 통해 센터축을 보정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 센터축의 기울어진 정도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 센터축(200)이 기울어져 있는 경우, 평면 감지유닛(300)에 타원형의 궤적(T)을 그리게 된다.

도 4 및 도 5에서 도시된 바와 같이, 상기 타원형의 궤적(T2)과 상기 센터축(200)이 기울어진 정도(θ)는 다음과 같은 함수로 표현된다. 센터축의 중심점으로부터 빛(R2)까지의 최단 거리를 'a'라고 하고, 타원형 궤적(T2)의 중심점으로부터 궤적까지의 최장 거리를 'b'라고 하면, 센터축(200)의 기울어진 정도(θ)는 다음과 같은 'a', 'b'의 함수로 표현된다. 상기 a는 발광유닛(201)로부터 발산하는 빛(R2)까지의 거리이므로, 미리 정해진다. 또한, b는 상기 분석유닛에서 자동으로 분석하게 된다.

센터축의 기울어진 정도(θ)를 'a', 'b'의 함수로 표현하면 다음과 같다:

, , .

여기서, 센터축의 기울어진 정도(θ)가 '0'이라면, 상기 'a/b'는 '1'이 된다. 즉, "a = b"일 때, 상기 센터축은 기울어진 정도(θ)가 '0'이 되고, 궤적도 정확한 원형이 된다. 따라서, 센터축의 기울어진 정도(θ)를 상기와 같은 방법에 의하여 산출하고, 그 만큼 보정을 실시하면 된다.

또한, 상술한 예는 센터축의 수직 또는 수평 중 어느 한 방향에 대한 기울어짐을 측정한 것이다. 다음 도 6의 설명에서 상술하겠지만, 센터축의 각도를 보정하기 위해서는 센터축의 수직 방향으로의 기울어짐을 보정하는 절차와 수평 방향으로의 기울어짐을 보정하는 절차가 필요하다. 따라서, 수직 및 수평 방향 모두의 기울어짐 정도를 측정해야 하며, 수평 방향의 기울어짐 정도를 측정하는 방법은 수직 방향의 기울어짐 정도를 측정하는 방법과 동일하다. 상기 측정방법의 상세한 내용에 대해서 도 13을 참조하여 후술하기로 한다.

도 6을 참조하여, 하나의 센터축의 기울어진 정도를 보정하는 단계에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 6에 도시된 보정전 궤적(T2)은 센터축이 수직 및 수평의 모든 방향으로 기울어져 있을 경우 평면 감지유닛(300)에 형성되는 궤적이다. 즉, 센터축이 수평 방향으로 기울어진 정도(θx)와, 센터축이 수직 방향으로 기울어진 정도(θy)가 모두 '0'이 아닐 때, 형성되는 궤적이다.

예를 들어, 센터축이 수평 방향으로만 기울어져 있다면, 가로방향으로 길게 형성된 궤적(T3)의 형태로 나타나게 된다. 즉, 상기 가로방향으로 길게 형성된 궤적(T3)의 경우, 수직 방향으로 기울어진 정도(θy)는 '0'이 된다. 또한, 도 6에는 도시되지 않았으나, 센터축이 수직 방향으로만 기울어져 있다면, 세로방향으로 길게 형성된 궤적의 형태로 나타나게 된다. 따라서, 수평 방향으로 기울어진 정도(θx)가 '0'이 된다.

도 6은 수직 및 수평의 모든 방향으로 기울어져 있는 센터축을 먼저 수직 방향의 기울어짐을 보정한 후, 수평 방향의 기울어짐을 보정하는 것이다. 그러나, 상기 보정 순서는 일 예로 제시한 것이며, 정해진 것은 아니다. 따라서, 먼저 수평 방향의 기울어짐을 보정하고, 수직 방향의 기울어짐을 보정해도 무방하다. 또한, 양 방향에 대한 기울어짐을 동시에 보정하는 것도 가능하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 먼저 수직방향의 기울어짐을 보정하면, 보정 전의 궤적(T2)은 가로 방향으로 길게 누워있는 형상의 궤적(T3)로 변화되고, 상기 중심점의 위치 또한 C2에서 C3로 이동한다. 그 다음, 수평 방향의 기울어짐을 보정하면, 궤적은 T3에서 T4로 이동하고 궤적의 중심점 또한 C3에서 C4로 이동한다.

상술한 바와 같이, 센터축의 기울어짐 정도(θ)는 센터축의 중심점으로부터 빛(R)까지의 최단 거리와, 타원형 궤적(T)의 중심점으로부터 궤적까지의 최장 거리에 의해 산출이 가능하다.

도 7을 참조하여, 각각의 센터축이 정확하게 정렬이 되도록 보정하는 단계에 대해서 설명하면 다음과 같다.

원형의 궤적(T7)은 제1센터축(100)의 외측에 구비된 발광유닛(101)으로부터 발산되는 빛(R1)에 의해 형성된 궤적이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제1센터축(100)은 원형의 궤적(T7)을 형성하므로, 상술한 θx와 θx가 '0'인 상태이다. 그리고 타원형의 궤적(T5)는 제2센터축(200)의 외측에 구비된 발광유닛(201)으로부터 발산되는 빛(R2)에 의해 형성된 궤적이다. 제2센터축(200)은 타원형의 궤적(T5)를 형성하므로, 상술한 θx와 θy가 '0'이 아닌 상태이다.

센터축을 정렬하는 방법은 먼저 타원형의 궤적에 해당하는 센터축의 기울어진 정도를 보정하여 원형의 궤적을 형성한 후, 그 다음 각 궤적 및 그 중심점을 일치시키는 과정을 통해 이루어진다.

따라서, 먼저 타원형의 궤적(T5)가 원형의 궤적(T6)이 되도록 제2센터축(200)을 상술한 함수에 의해 산출된 θx와 θy만큼 보정을 해야 한다. 그 다음 분석유닛은 제1궤적(T7)과 제2궤적(T6)의 각각에 대한 중심점(C7, C6) 및 각 중심점(C7, C6)간의 상대적 위치 차이(ΔX, ΔY)를 산출한다. 상기 산출된 상대적 위치 차이(ΔX, ΔY)로부터 센터축을 얼만큼 보정하여야 하는지를 명확히 판단할 수 있다.

상기 보정은 상기 상대적 위치 오차 ΔX와 ΔY 만큼 제1센터축(100) 또는 제2센터축(200) 중 어느 하나의 위치를 이동함으로써 이루어진다. 그러나, 반드시 하나의 센터축의 위치만 보정해야 하는 것은 아니며, 제1센터축(100)과 제2센터축(200)의 위치가 동시에 보정될 수도 있다. 제1센터축(100)과 제2센터축(200)의 위치가 동시에 보정되는 경우, 제1센터축(100)과 제2센터축(200) 각각의 보정량의 합은 상기 상대적 위치 오차 ΔX와 ΔY가 되어야 한다. 이러한 동시 보정을 실시 하면, 센터축을 정렬하는데 소요되는 시간이 단축되는 장점이 있다.

이상과 같은 보정을 통하여, 제1, 2센터축(100, 200)의 위치 및 기울어짐을 보정할 수 있으며, 센터축 상호 간의 중심축을 정확하게 일치시킬 수 있다.

도 8을 참조하여, 본 발명의 센터축을 정렬하는 절차를 설명하면 다음과 같다. 도 8은 본 발명의 제1실시예에 의해 센터축의 정렬을 실시하는 플로차트이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의해 센터축을 정렬하는 절차는 크게, 궤적을 형성하는 절차, 센터축의 기울어짐 각도를 보정하는 절차 그리고 센터축의 상대적 위치 오차를 보정하는 절차로 이루어진다.

제1궤적을 형성하는 단계(S102)는 제1센터축(100)의 외측에 구비된 제1발광유닛(101)으로부터 평면 감지유닛(300)에 빛을 발산한 후, 제1센터축(100)이 회전함으로써 이루어진다. 이때, 상기 제1궤적은 원형일 수도 있고, 타원형일 수도 있다. 이에 대해서는 이미 상술하였으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

상기 제1센터축의 각도를 보정하는 단계(S103)에서는 분석유닛으로부터 산출된 기울어진 정도(θx, θy)만큼 센터축의 각도의 보정을 실시하게 된다. 그러나, 센터축이 기울어지지 않은 "θx=0, θy=0"인 상태에서는 각도의 보정이 필요가 없으므로 본 단계는 생략될 수도 있다. 이에 대해서는 이미 상술하였으므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

평면 감지유닛(300)이 회전하는 단계(S104)는 평면 감지유닛(300)이 상기 제1발광유닛(101)으로부터 발산된 빛(R1)에 대한 정보를 취득한 후, 상기 제2발광유닛(201)으로부터 발산된 빛(R2)에 대한 정보를 취득하기 위하여, 제2발광유닛(201) 의 방향으로 감지부(301)가 위치할 수 있도록 회전함으로써 이루어진다. 아울러, 상기 감지부(301)가 고정되어 상기 감지부(301)를 회전시킬 수 있는 고정유닛을 더 포함하여 구성될 수 있다. 여기서는 제1발광유닛(101)으로부터 발산된 빛(R1)을 먼저 감지하고 제2발광유닛(201)으로부터 발산된 빛(R2)를 감지하는 구성을 예를 들어 설명하였으나, 그 순서가 정해진 것은 아니므로, 제2발광유닛(201)으로부터 발산된 빛(R2)를 먼저 감지하고, 제1발광유닛(101)으로부터 발산된 빛(R1)을 감지하여도 무방하다.

상기 제2궤적을 형성하는 단계(S105) 및 제2센터축의 각도를 보정하는 단계(S106)는 제1궤적을 형성하는 단계(S102) 및 제1센터축의 각도를 보정하는 단계(S103)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 단, 상술한 변형예에 따라, 제1궤적을 형성하는 단계(S102)와 제2궤적을 형성하는 단계(S105)가 동시에 실행되는 것도 가능하며, 각 센터축(100, 200)의 각도를 보정하는 단계(S103, S106)도 마찬가지이다.

상기 제1센터축(100)과 제2센터축(200) 간의 위치 보정을 실시하는 단계(S107)는 먼저 상기 분석유닛으로부터 제1궤적과 제2궤적의 중심점을 분석하고, 각각의 중심점의 위치 차이(ΔX, ΔY)를 산출한 후 보정을 실시하게 된다. 상기 보정은 상기 중심점의 위치 차이 ΔX와 ΔY 만큼 제1센터축(100) 또는 제2센터축(200) 중 어느 하나의 위치를 이동함으로써 이루어진다. 그러나, 반드시 하나의 센터축의 위치만 보정해야 하는 것은 아니며, 제1센터축(100)과 제2센터축(200)의 위치가 동시에 보정될 수도 있다. 제1센터축(100)과 제2센터축(200)의 위치가 동시 에 보정되는 경우, 제1센터축(100)과 제2센터축(200) 각각의 보정량의 합은 상기 상대적 위치 오차 ΔX와 ΔY가 되어야 한다. 이러한 동시 보정을 실시하면, 센터축을 정렬하는데 소요되는 시간이 단축시킬 수 있다.

다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 도 1의 측정장치에 대한 변형예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 변형예에 따르면, 도 9에 도시된 평면 감지유닛(500)은 제1감지부(501)과 제2감지부(502) 및 제1감지부와 제2감지부의 사이에 위치하며 감지부를 고정하기 위한 고정부(503)으로 구성된다. 상기의 평면 감지유닛(500)을 이용하면, 상기 감지유닛(300)이 회전하는 단계(S104)는 생략된다. 상기 제1감지부(501)과 제2감지부(502)는 각 발광유닛(101, 201)로부터 발산한 빛(R1, R2)의 궤적을 감지할 수 있으면 무관하며, 특정 감지장치로 국한되는 것은 아니다. 그리고 도시 되지는 않았으나, 감지장치의 종류에 따라서 상기 고정부(503)가 구비되지 않을 수도 있다. 또한, 단일의 감지부(예를 들어, 501)가 상기 빛(R1, R2)를 동시에 모두 감지할 수 있는 장치라면, 도 9에 도시된 제2감지부(502)와 고정부(503)은 구비되지 않을 수 있다. 따라서 감지부(301, 501, 502)의 종류에 따라 평면 감지유닛(300, 500)의 형태는 다양하게 변경이 가능하다. 상기 평면 감지유닛(300, 500) 또는 감지부(301, 501, 502)은 전하결합소자(Charge-Coupled Device; CCD)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 변형예로 도 10에 의하면, 평면 감지유닛(300)이 회전 불필요한 구성이다. 따라서, 평면 감지유닛(300)이 회전하는 단계(S104)의 생략이 가 능하다. 상기 평면 감지유닛(300)이 회전하는 단계(S104)를 생략하기 위하여, 제1센터축(100)과 평면 감지유닛(300)의 감지부(301) 사이에 반사유닛(401)을 더 구비함으로써 이루어진다. 상기 반사유닛(401)의 종류는 빛을 반사할 수 있는 면이 구비되어 있는 것이면, 어떠한 재질로 이루어져 있어도 무관하다. 그러나, 상기 한 쌍의 발광유닛(101, 201) 중 어느 하나에서 발산된 빛은 입사된 방향의 정반대 방향으로 반사시킬 수 있고, 나머지 하나의 빛은 반사유닛에 의해 진행이 방해를 받지 않는 형태이어야 한다.

도 10에서는 제1센터축(100)과 평면 감지유닛(300)사이에 반사유닛(401)이 위치하고 있으나, 반드시 제1센터축(100)과 평면 감지유닛(300)사이에 구비되어야 하는 것은 아니며, 평면 감지유닛(300)의 감지부(301)가 제1센터축(100) 방향으로 구비되어 있는지 또는 제2센터축(200) 방향으로 구비되어 있는지에 따라 위치의 변화가 가능하다.

제2실시예

도 11 내지 도 17을 참조하여, 본 실시예에 따른 센터축 정렬도 측정방법을 설명하면 다음과 같다.

상술한 제1실시예는, 센터축의 중심과 빛(R1, R2)의 최단거리(a)와 궤적의 중심점과 궤적 사이의 최장거리(b)에 대한 함수로 센터축의 기울어진 정도(θx, θy)를 산출하였다. 그러나, 본 발명의 제2실시예는 도 11에 도시된 바와 같이 평면 감지유닛(300)의 위치를 이동하고, 그 이동거리(ΔL)와 평면 감지유닛(300)에 형성 된 각 궤적의 최고점(P) 또는 중심점(C)에 대한 함수로 센터축의 기울어진 정도(θx, θy)를 산출한다.

상기의 방법에 의해, 각 센터축의 기울어진 정도(θx, θy)를 보정 한 후, 두 궤적(T1, T2)를 일치시키는 방법은 상술한 제1실시예의 방법과 동일하다.

도 11은 본 실시예를 나타내는 개념도이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 평면 감지유닛(300)이 각 센터축과 평행한 방향으로 ?L만큼 이동을 실시한다. 그리고, 도 11에서는 평면 감지유닛(300)이 회전하는 형태를 나타낸 것이나, 반드시 회전해야 하는 것은 아니다. 즉, 상술한 제1실시예와 마찬가지로, 평면 감지유닛의 형태에 따라 회전이 필요하지 않을 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 각각의 센터축의 궤적 정보를 1차 수집한 후, 평면 감지유닛(300)을 기 선정된 거리(?L)만큼 이동하여, 궤적 정보를 2차 수집한다. 따라서, 평면 감지유닛(300)이 이동하기 전에, 제1센터축(100)에 의한 제1궤적(T10)과 제2센터축(T8)에 의한 제2궤적이 평면 감지유닛(300)상에 형성된다. 그리고, 평면 감지유닛(300)의 이동 후, 궤적 정보를 2차 수집한다. 이로써, 제1궤적의 최초 위치 T10은 T11로 이동하고, 제2궤적의 최초 위치 T8은 T9로 이동하게 된다. 따라서, 평면 감지유닛(300)에는 총 4개의 궤적이 형성된다.

도 13 및 도 14는 평면 감지유닛에 형성된 궤적의 이동 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 13에서 도시된 바와 같이, 제1궤적 T10은 평면 감지유닛(300)을 ?L만큼 이동 시킨 경우, T11로 이동하였다. 또한, 제2궤적 T8은 T9로 이동되었다. 이러 한 궤적(T8, T9, T10, T11)의 형태 및 평면 감지유닛(300)상의 위치변화를 통하여, 각각의 센터축이 어느 정도 기울어져 있는지 또는 각각의 센터축의 위치가 상대적으로 얼만큼 차이가 나는지를 알 수 있다.

또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 각 센터축(100, 200)에 대한 기울어진 정도를 산출하는 방법에 대한 설명의 쉽도록, 2개의 평면(601, 602)이 있다고 가정한다. 상기 각각의 평면(601, 602)은 평면 감지유닛(300)에 대하여 모두 수직이고, 각 평면(601, 602) 사이도 서로 수직이다. 도 13에서 평면 감지유닛(300)의 우측에 도시된 평면(601)을 제1평면이라 하고, 아래에 도시된 평면(602)을 제2평면이라 한다. 상기 제1, 2평면(601, 602)은 빛(R1, R2)의 진행 방향에 대하여 측면 또는 평면으로 투영한 형태가 나타난다.

도 14는 평면 감지유닛(300)의 이동 전 각각의 중심점(C8, C9)이 평면 감지유닛(300)의 이동 후 상기 제1평면(601) 상에서 위치가 변해가는 모습을 나타내는 도면이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 제1궤적의 중심점 C10은 C11로 이동하며, 제2궤적의 중심점 C8은 C9로 이동한다. 상기와 같은 궤적의 중심점의 변화를 통하여, 두 개의 센터축 모두 수직 방향으로 기울어져 있음을 알 수 있다.

도 15 내지 도 16를 통해, 평면 감지유닛(300)의 이동거리(ΔL)를 이용하여 센터축의 기울어진 정도 즉, 각도오차(θ1, θ2)를 산출하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

R1은 평면 감지유닛(300)의 이동 전 형성된 제1궤적의 최고점(P1)과 평면 감지유닛(300)의 이동 후 형성된 제1궤적의 최고점(P2)을 연결한 것이며, 평면 감지 유닛(300)이 이동함에 따라 상기 측면 제1평면(601)에 투영되는 빛의 진행경로이다. 그리고, R2는 평면 감지유닛(300)의 이동 전 형성된 제2궤적의 최고점(P3)과 평면 감지유닛(300)의 이동 후 형성된 제2궤적의 최고점(P4)을 연결한 것이며, 평면 감지유닛(300)이 이동함에 따라 상기 제1평면(601)에 투영되는 빛의 진행경로이다.

도 15에 도시된 바와 같이, 제1센터축의 수직 방향으로 기울어진 각도오차(θ1)는 평면 감지유닛(300)의 이동거리(ΔL)와 P1의 수직 변위량(ΔY1)을 이용하여 다음과 같은 함수로 표현된다:

, .

또한, 제2센터축의 수직 방향으로 기울어진 각도오차(θ2)는 평면 감지유닛(300)의 이동거리(ΔL)와 P3의 수직 변위량(ΔY2)을 이용하여 다음과 같은 함수로 표현된다:

, .

여기서, 상기 ΔY1과 ΔY2는 상기 분석유닛으로부터 산출될 수 있다. 또한, ΔL은 평면 감지유닛(300)의 이동 전에 기 설정된 거리이다.

상기와 같은 함수로 산출된 제1센터축(100)과 제2센터축(200)의 수직 방향으 로의 기울어진 각도오차(θ1, θ2)는 제1센터축(100)과 제2센터축(200)의 기울어짐을 보정하기 위한 하나의 데이터가 된다.

또한, 상술한 방법은 궤적의 최고점(P1, P2)을 이용하여 센터축의 기울어진 각도오차(θ1, θ2)를 산출한 방법이며, 궤적의 최고점이 아닌 궤적의 중심점이나 최저점을 이용하여 산출하여도 무방하다.

상기 제2실시예에서는 기 선정된 두 지점을 평면 감지유닛(300)이 이동하는 것을 중심으로 설명하였으나, 세 지점 이상에서 궤적정보 등을 분석하여 센터축을 보정하는 것도 가능하다.

그리고, 수평 방향으로의 기울어진 정도를 보정하는 방법은 상술한 바와 같이 제1평면(601)을 이용하지 않고, 제2평면(602)을 이용한다는 점을 제외하고는 산출방법에 있어서는 동일하다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 도 17을 참조하여, 상술한 측정장치에 의해 센터축을 정렬하는 방법을 설명한다.

도 8을 통해 상술한 바와 같이, 본 발명의 센터축을 정렬하는 절차는 크게, 궤적을 형성하는 절차, 평면 감지유닛을 이동하는 절차, 센터축의 기울어진 각도를 보정하는 절차 그리고 센터축의 상대적 위치 오차를 보정하는 절차로 이루어진다.

제1궤적을 감지하는 단계(S202) 이후, 제2궤적을 감지(S203)하기 위하여, 평면 감지유닛(300)이 회전하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다. 단, 상기 평면 감지유닛이 회전하는 단계는 상술한 제1실시예에서 언급한 바와 같이 다양한 형태의 변형이 가능하며, 본 실시예에서도 동일하게 적용이 가능하다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

평면 감지유닛을 이동하는 단계(S204)는 도면에는 도시되지 않았으나, 별도로 구비되는 이동유닛에 의해 이루어진다. 또한, 각 센터축(100, 200)과의 수평방향으로 이동을 실시하며, 이동거리(?L)는 특별한 수치범위로 한정되지 않는다.

상기 평면 감지유닛을 이동하는 단계(S204)가 완료되면, 제1궤적과 제2궤적에 대한 2차 감지(S205, S206)를 실시하며, 방법은 두 궤적을 처음 감지하는 단계(S202, S203)와 동일하다. 여기서도 마찬가지로 평면 감지유닛(300)이 회전하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.

제1센터축(100)과 제2센터축(200)의 각도를 보정하는 단계(S207)는 평면 감지유닛(300)의 이동거리(ΔL)를 이용하여 산출된 각각의 센터축의 수직 방향으로 기울어진 정도와 수평 방향으로 기울어진 정도를 보정함으로써 이루어진다. 기울어진 정도를 산출하는 방법은 도 15 및 도 16에서 상술한 바와 같다.

상기와 같이 각각의 센터축(100, 200)의 보정이 완료되면, 마지막으로 각 센터축의 중심축을 정확하게 일치시키기 위한 위치보정(S208)이 실시된다.

상기 제1센터축(100)과 제2센터축(200) 간의 위치 보정을 실시하는 단계(S208)는 먼저 상기 분석유닛으로부터 제1궤적과 제2궤적의 중심점을 분석하고, 각각의 중심점의 위치 차이(?X, ?Y)를 산출한 후 보정을 실시하게 된다. 상술한 제1실시예와 마찬가지로, 상기 보정은 상기 중심점의 위치 차이 ?X와 ?Y 만큼 제1센터축(100) 또는 제2센터축(200) 중 어느 하나의 위치를 이동함으로써 이루어진다. 또한, 반드시 하나의 센터축의 위치만 보정해야 하는 것은 아니며, 제1센터 축(100)과 제2센터축(200)의 위치가 동시에 보정될 수도 있다.

지금까지 직진광과 평면 감지유닛을 이용한 센터축의 정렬도 측정장치 및 이를 이용한 센터축 정렬 방법에 대하여, 대표적인 실시예를 통해 설명하였다. 그러나, 직진광 및 평면 감지유닛을 이용하여 센터축의 정렬도를 측정하는 방법은 상술한 실시예 외에도 다양하게 적용이 가능하다. 따라서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 센터축 정렬도 측정장치의 전체적인 구성을 나타내는 구성도;

도 2는 센터축이 정렬되지 않은 상태에서 평면 감지유닛에 형성된 빛의 궤적을 나타내는 도면;

도 3은 타원형의 궤적이 형성되는 이유를 설명하기 위한 도면;

도 4는 센터축의 기울어진 정도를 산출하는 방법을 설명하기 위한 도면;

도 5는 센터축 중심점과 빛과의 최단 거리와 궤적의 중심점으로부터 궤적까지의 거리와의 관계를 설명하기 위한 도면;

도 6은 센터축의 기울어진 정도를 보정하는 단계를 설명하기 위한 도면;

도 7은 각각의 센터축의 중심축이 일치 되도록 보정하는 단계를 설명하기 위한 도면;

도 8은 본 발명의 제1실시예에 의해 센터축의 정렬을 실시하는 플로차트;

도 9는 도 1의 일 변형예를 나타내는 구성도;

도 10은 도 1의 다른 변형예를 나타내는 구성도;

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 센터축 정렬도 측정장치를 나타내는 구성도;

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 센터축 정렬도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 개념도;

도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 센터축이 정렬되지 않은 상태에서 평면 감지유닛에 형성된 빛의 궤적을 나타내는 도면;

도 14는 본 발명의 제2실시예에 의한 빛의 자취를 측면 투영면에 투영한 도면;

도 15는 본 발명의 제2실시예에 의해 센터축의 기울어짐을 산출하는 일 예를 나타내는 도면;

도 16은 본 발명의 제2실시예에 의해 센터축의 기울어짐을 산출하는 다른 예를 나타내는 도면; 및

도 17은 본 발명의 제2실시예에 의해 센터축의 정렬을 실시하는 플로차트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 제1센터축 200: 제2센터축

101: 제1발광유닛 201: 제2발광유닛

103: 제1발광부 203: 제2발광부

300: 평면 감지유닛 301: 감지부

303: 고정부

Claims (21)

1. 일정 거리만큼 이격된 상태로 배치되어 대상물을 양측에서 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 센터축 정렬도 측정장치에 있어서,

   상기 한 쌍의 센터축 각각의 외측에 구비되어 상기 센터축과 함께 회전하며, 직진성을 가지는 빛을 특정 방향으로 발산시키는 한 쌍의 발광유닛; 및

   일정 평면을 제공하며, 상기 발광유닛의 회전에 따른 궤적을 감지하는 평면 감지유닛;

   을 포함하는 센터축의 정렬도 측정장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 발광유닛은,

   레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 센터축의 정렬도 측정장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 평면 감지유닛은,

   전하결합소자(Charge-Coupled Device; CCD)를 포함하는 것을 특징으로 하는 센터축의 정렬도 측정장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 한 쌍의 발광유닛 중 어느 하나에서 발산된 빛을 입사된 방향의 정반대 방향으로 반사시키는 반사유닛을 더 포함하는 센터축의 정렬도 측정장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 평면 감지유닛은,

   상기 한 쌍의 발광유닛에서 발산된 한 쌍의 빛을 동시에 감지하기 위하여 양면에 감지부가 모두 구비된 것을 특징으로 하는 센터축의 정렬도 측정장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 평면 감지유닛을 고정하는 고정부를 더 포함하는 센터축의 정렬도 측정장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 고정부는,

   평면 감지유닛의 일면에서 상기 한 쌍의 발광유닛에서 발산하는 빛을 모두 감지하도록 선택적으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬도 측정장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 평면 감지유닛을 상기 발광유닛에서 발산하는 빛의 방향을 따라 이동시키는 이동유닛을 더 포함하는 센터축 정렬도 측정장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 이동유닛은,

   상기 평면 감지유닛을 이동시키는 방향을 따라 기 설정된 두 개의 지점 사이를 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬도 측정장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 평면 감지유닛에서 감지된 각각의 궤적 및 상기 궤적의 각각의 중심점을 산출하는 분석유닛을 더 포함하는 센터축 정렬도 측정장치.
11. 일정 거리만큼 이격된 상태로 배치되어 대상물의 양측을 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 센터축을 정렬시키는 센터축 정렬방법에 있어서,

    상기 한 쌍의 센터축 각각의 외측에 구비되어 상기 센터축과 함께 회전하는 한쌍의 발광유닛에 의해 직진성을 가지는 빛을 특정 방향으로 발산시키는 단계;

    상기 발광유닛의 회전에 따른 궤적을 일정 평면 감지유닛에서 감지하는 단계;

    상기 발광유닛의 회전에 따른 궤적 정보에 기초하여, 상기 센터축의 정렬도를 측정하는 단계; 및

    측정된 상기 센터축의 정렬도에 따라 상기 센터축의 각도와 상대 위치 중 적어도 어느 하나를 변화시키는 단계;

    를 수행하는 센터축 정렬방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 센터축의 정렬도를 측정하는 단계는,

    상기 각각의 궤적의 중심점을 결정하고, 상기 중심점과 궤적 사이의 최장거리와 최단거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
13. 제11항에 있어서,

    상기 센터축의 정렬도를 측정하는 단계는,

    상기 각각의 궤적의 중심점을 결정하고, 상기 각각의 중심점 사이의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
14. 제11항에 있어서,

    상기 센터축의 정렬도를 측정하는 단계는,

    상기 평면 감지유닛에 각각의 빛이 입사되는 각도오차를 산출하여, 각각의 센터축의 비틀림 정도를 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 빛이 입사되는 각도오차는,

    상기 평면 감지유닛의 감지부에 수직하는 제1평면에 투영된 제1각도오차 및 상기 감지부과 상기 제1평면 모두에 수직하는 제2평면에 투영된 제2각도오차를 통 해 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제1각도오차와 상기 제2각도오차는 상기 중심점의 이동거리의 함수인 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
17. 제11항에 있어서,

    상기 센터축의 정렬도를 측정하는 단계는,

    상기 한 쌍의 발광유닛 중 어느 하나의 궤적과 중심점을 산출한 후, 상기 평면 감지유닛이 회전하여, 상기 한 쌍의 발광유닛 중 다른 하나의 궤적과 중심점을 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
18. 제11항에 있어서,

    상기 센터축의 정렬도를 측정하는 단계는,

    상기 발광유닛 중 어느 하나의 궤적 및 궤적의 최고점을 일차적으로 산출하고, 발광유닛의 발산 방향을 따라 일정 거리만큼 상기 평면 감지유닛을 이동시킨 후 궤적 및 궤적의 최고점을 이차적으로 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
19. 제18항에 있어서,

    상기 평면 감지유닛의 이동을 통하여 산출된 각각의 최고점 및 궤적을 함수 로 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.
20. 제11항에 있어서,

    상기 센터축의 정렬도를 측정하는 단계는,

    상기 발광유닛 중 어느 하나의 궤적과 중심점을 일차적으로 산출하고, 발광유닛의 발산 방향을 따라 일정 거리만큼 상기 평면 감지유닛을 이동시킨 후, 궤적과 중심점을 이차적으로 산출하는 것을 수행하는 센터축 정렬방법.
21. 제20항에 있어서,

    상기 평면 감지유닛의 이동을 통하여 산출된 각각의 중심점 및 궤적을 함수로 산출하는 것을 특징으로 하는 센터축 정렬방법.

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