KR100911081B1 - 기어 측정 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

기어 측정 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인라인에서 단품 치형을 확인할 수 있어 치형 불량율을 감소하고, 이에 따른 변속기의 수리횟수를 감소하며, 인라인 가동율을 향상하여 생산성을 높이기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 검사용 워크기어의 품질검사를 위해 상기 워크기어와 치합되어 회전되는 마스터기어를 포함하여 이루어진 기어 측정 시스템에 있어서, 상기 마스터기어의 치표면에 구비되어, 상기 마스터기어가 상기 워크기어와 치합되어 회전시 상기 워크기어의 접합 압력에 의해 전압을 발생시키는 압전소자; 및 상기 압전소자와 연결되어, 상기 압전소자에서 발생된 전압을 통해 상기 워크기어의 치형을 분석하는 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
기어 측정 시스템, 워크기어, 마스터기어, 압전소자, 증폭기, 분석기

Description

기어 측정 시스템 및 그 제어방법{System for gear measurement and control method thereof}
도 1은 종래 기술에 따른 기어 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 종래 기술에 따른 기어 측정 시스템의 제어방법을 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템에 적용되는 마스터기어의 압전소자를 개략적으로 나타낸 요부 사시도
도 4는 도 3의 압전소자의 다른 형태를 나타낸 요부 사시도
도 5는 도 3의 압전소자의 리드 방향과 프로파일 방향을 나타낸 요부 사시도
도 6은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 7은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템의 제어방법을 개략적으로 나타낸 구성도
도 8은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템에 의해 생성된 워크기어의 치형 그래프의 예를 나타낸 그래프
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
111: 워크기어 131: 마스터기어
210,220: 압전소자 230: 증폭기
본 발명은 기어 측정 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인라인에서 단품 치형을 확인할 수 있어 치형 불량율을 감소하고, 이에 따른 변속기의 수리횟수를 감소하며, 인라인 가동율을 향상하여 생산성을 높일 수 있는 기어 측정 시스템에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 기어 측정 시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술에 따른 기어 측정 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 기어 측정 시스템의 제어방법을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 기어 측정 시스템은, 검사용 워크기어(11)와, 상기 워크기어(11)를 구동하는 구동모터(12)와, 상기 워크기어(11)를 회전시킬때 회전 기준점을 감지할 수 있도록 원점이 표시된 디스크(13)와, 디스크(13)의 일측에 구비되어 회전하는 워크기어(11)의 회전원점을 검출하기 위한 원점감지 스위치(14)와, 상기 워크기어(11)와 치합되는 마스터기어(31)와, 상기 마스터기어(31)가 설치되는 마스터기어유닛(32)과, 상기 마스터기어유닛(32)의 일측에 구비되어 상기 마스터기어(31)의 노이즈 계측을 위한 가속도센서(33)와, 상기 마스터기어(31)의 위치를 감지하기 위한 비접촉식 스위치(34)와, 상기 워크기 어(11)의 회전축과 상기 마스터기어(31)의 회전축 사이에 구비되어 상기 워크기어(11)의 치수상태에 의해 발생되는 회전중심축의 변화를 측정하는 변위센서(21)와, 상기 원점감지 스위치(14) 및 상기 비접촉식 스위치(34) 및 상기 가속도센서(33)와 연결되는 분석기(40)와, 상기 분석기(40)와 연결되는 제어부(50)와, 상기 제어부(50)와 연결되는 PLC(60)와, 상기 PLC(60)와 연결되는 조작반(70)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 기어 측정 시스템의 제어방법은 다음과 같다.
먼저, 완성품인 검사용 워크기어(11)를 구동모터(12)에 연결하여 치어 측정 시스템에 셋팅한다.
그리고, 상기 구동모터(12)를 구동하여 상기 워크기어(11)와 함께 상기 마스터기어(31)를 회전시킨다.
그러면, 상기 원점감지 스위치(14) 및 상기 비접촉식 스위치(34)의 신호를 분석기(40)에서 검출함과 아울러 상기 변위센서(21)로 상기 워크기어(11)의 치수상태에 의해 발생되는 회전중심축의 변화를 검출하고 이에 따라 상기 제어부(50)에서 상기 워크기어(11)의 단품치수 즉 사이즈를 비교 측정한다.
그리하여, 상기 제어부(50)에서 상기 워크기어(11)의 단품치수 불량여부가 측정되면, 이를 상기 PLC(60)에 전송하여 상기 워크기어(11)의 양품 및 불량을 구분하여 조작반(70)으로 출력하고, 이에 따라 상기 워크기어(11)가 불량이면 활송장치를 통해 워크기어(11)를 반출한다.
이와 더불어, 상기 마스터기어(31)가 상기 워크기어(11)와 치합되어 회전하 면서 상기 워크기어(11)의 가공상태에 따라 상기 마스터기어(31)에 전달되는 구조진동을 상기 마스터기어유닛(32)에 부착된 가속도센서(33)로 감지하고 분석기(40)에서 이를 검출하고 이에 따라 상기 제어부(50)에서 상기 워크기어(11)의 소음 또는 NICK를 비교 측정한다.
그리하여, 상기 제어부(50)에서 상기 워크기어(11)의 소음 및 NICK 불량여부가 측정되면, 이를 상기 PLC(60)에 전송하여 상기 워크기어(11)의 양품 및 불량을 구분하여 조작반(70)으로 출력하고, 이에 따라 상기 워크기어(11)가 불량이면 활송장치를 통해 워크기어(11)를 반출한다.
한편, 상기 워크기어(11)의 단품치수와 소음 및 NICK 측정 결과 양품이면, 완성품 적재 컨베이어에 적재함으로써 상기 워크기어(11)의 측정과정이 완료된다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래 기술에 따른 기어 측정 시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.
종래 기어 측정 시스템은 워크기어의 치수 즉 사이즈 측정 및 소음 측정만 가능하여, 각각의 단품 워크기어에 대한 치형은 측정이 불가능한 문제점이 있었다.
또한, 워크기어에 대한 치형 불량 여부의 측정이 불가능하기 때문에 상기 워크기어의 치형 불량시 기어 가공 특성상 대량 불량으로 이어지고, 변속기 등에 적용시 변속기의 수리횟수 및 실차 소음 및 기타 불량을 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 인라인에서 단품 치형을 확인할 수 있어 치형 불량율을 감소하고, 이에 따른 변속기의 수리횟수를 감소하며, 인라인 가동율을 향상하여 생산성을 높일 수 있는 기어 측정 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 형태에 의하면, 검사용 워크기어의 품질검사를 위해 상기 워크기어와 치합되어 회전되는 마스터기어를 포함하여 이루어진 기어 측정 시스템에 있어서, 상기 마스터기어의 치표면에 구비되어, 상기 마스터기어가 상기 워크기어와 치합되어 회전시 상기 워크기어의 접합 압력에 의해 전압을 발생시키는 압전소자; 및 상기 압전소자와 연결되어, 상기 압전소자에서 발생된 전압을 통해 상기 워크기어의 치형을 분석하는 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템이 제공된다.
상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면에 단일의 판형태로 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면 중 상기 워크기어와의 유효 접촉 면적의 70% 크기로 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면에 일정한 간격으로 복수개로 구비되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면의 리드 방향과 프로파일 방향을 따라서 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 기어 측정 시스템은, 상기 압전소자와 상기 제어부 사이에 구비되어, 상기 압전소자로부터 발생되는 전압을 증폭하는 증폭기를 더 포함한다.
상기 기어 측정 시스템은, 상기 워크기어와 상기 마스터기어 사이에 구비되어, 상기 워크기어와 상기 마스터기어가 치합되어 회전시 상기 워크기어의 치수상태에 의해 발생되는 회전중심축의 변화를 측정하는 변위센서를 더 포함한다.
상기 기어 측정 시스템은, 상기 마스터기어의 일측에 구비되어, 상기 워크기어와 상기 마스터기어가 치합되어 회전시 발생되는 구조진동을 측정하는 가속도센서를 더 포함한다.
상기 워크기어는 위치제어가 가능한 서보모터 또는 스테핑모터에 의해 회전되는 것을 특징으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 형태에 의하면, 검사용 워크기어의 품질검사를 위해 상기 워크기어와 치합되어 회전되는 마스터기어와, 상기 마스터기어의 치표면에 구비되어 상기 마스터기어가 상기 워크기어와 치합되어 회전시 상기 워크기어의 접합 압력에 의해 전압을 발생시키는 압전소자와, 상기 압전소자와 연결되어 상기 압전소자에서 발생된 전압을 통해 상기 워크기어의 치형을 분석하는 분석기를 포함하여 구성된 기어 측정 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 워크기어와 상기 마스터기어를 상호 치합하여 회전시키는 단계; 상기 압전소자에서 발생된 전압을 증폭하여 상기 분석기로 전송하는 단계; 상기 분석기에서 전송된 전압을 분석하여 상기 워크기어의 치형 그래프를 생성하는 단계; 및 상기 워크기어의 생성된 치형 그래프를 분석하여 상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 단계를 포함하는 기어 측정 시스템의 제어방법을 제공한다.
상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 단계는, 상기 워크기어의 생성된 치 형 그래프를 설정된 치형 그래프와 비교하여 상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 워크기어의 생성된 치형 그래프가 상기 설정된 치형 그래프와 비교하여 굴곡을 갖는 굴곡형일 경우 치형 불량으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 워크기어의 생성된 치형 그래프가 상기 설정된 치형 그래프와 비교하여 돌기를 갖는 돌기형일 경우 치형 불량으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 워크기어의 불량 유무의 판단은 상기 워크기어의 치형 그래프 중 치형 유효 구간 내에서 분석하여 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 기어 측정 시스템의 제어방법은, 상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 단계 이후에 수행되며, 상기 워크기어의 불량 유무에 따라 상기 워크기어를 분류하여 적재하는 단계를 더 포함한다.
상기 워크기어가 양품일 경우 이를 완성품 적재 컨베이어에 적재하고, 상기 워크기어가 불량일 경우 이를 반출 적재 컨베이어에 적재하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 에 대하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템에 적용되는 마스터기어의 압전소자를 개략적으로 나타낸 요부 사시도이고, 도 4는 도 3의 압전소자의 다른 형태를 나타낸 요부 사시도이며, 도 5는 도 3의 압전소자의 리드 방향과 프로파일 방향을 나타낸 요부 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템을 개략적으로 나 타낸 구성도이며, 도 7은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템의 제어방법을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 기어 측정 시스템에 의해 생성된 워크기어의 치형 그래프의 예를 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기어 측정 시스템은 검사용 워크기어(111)의 품질검사를 위해 상기 워크기어(111)와 치합되어 회전되는 마스터기어(131)와, 상기 마스터기어(131)가 상기 워크기어(111)와 치합되어 회전시 상기 워크기어(111)의 접합 압력에 의해 전압을 발생시키는 압전소자(220)와, 상기 압전소자(220)와 연결되어 상기 압전소자(220)에서 발생된 전압을 증폭시키는 증폭기(230)와, 상기 증폭기(230)에서 증폭된 전압을 통해 상기 워크기어(111)의 치형을 분석하는 분석기(140)를 포함하여 구성된다.
여기서, 미설명부호 112는 구동모터, 113은 디스크, 114는 원점감지 스위치, 132는 마스터기어유닛, 133은 가속도센서, 134는 비접촉식 스위치, 121은 변위센서, 150은 제어부, 160은 PLC, 170은 조작반을 나타내며, 이는 종래와 그 구조 및 작용이 거의 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압전소자(220)는 상기 마스터기어(131)의 치(131a) 표면에 구비되되, 상기 마스터기어(131)의 치(131a) 표면에 일정한 간격으로 복수개로 구비될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압전소자(220)는 상기 마스터기어(131)의 치(131a) 표면의 리드 방향과 프로파일 방향을 따라서 일정한 간격으로 복수개로 배열되도록 구비되어, 상기 워크기어(111)와 상기 마스터기어(131)가 치합되어 회전시 상기 워크기어(111)의 접합압력에 따라 각 압전소자(220)별로 전압을 발생한다.
다시 말하면, 상기 마스터기어(131)의 치(131a) 표면의 프로파일 방향과 리드 방향을 따라서 교대로 압전소자(220)에서 발생되는 전압을 측정함으로써 3차원적인 워크기어(111)의 치형을 확인할 수 있는 것이다.
그리고, 상기와 같이 각 압전소자(220)별로 발생된 전압은 상기 증폭기(230)를 통해 증폭되어 상기 분석기(140)를 통해 데이터로써 분석된다.
또한, 상기 분석기(140)를 통해 분석된 데이터들은 상기 제어부(150)에서 도식화되어 치형 그래프를 생성하고, 이를 양품의 치형 그래프와 비교하여 상기 워크기어(111)의 치형 불량 유무를 판단한다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 압전소자(210)는 상기 마스터기어(131)의 치(131a) 표면에 단일의 판형태로 구비될 수도 있다.
이때, 상기 압전소자(210)는 상기 마스터기어(131)의 치(131a) 표면 중 상기 워크기어(111)와의 유효 접촉 면적의 70% 크기로 구비되는 것이 바람직하다.
이하, 상술한 본 발명에 따른 기어 측정 시스템의 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 기어 측정 시스템의 제어방법에 의하면, 검사용 워크기어(111)의 치형을 정확하게 측정할 수 있어 치형 불량율을 감소하고, 이에 따른 변속기의 수리횟수를 감소하며, 인라인 가동율을 향상하여 생산성을 높일 수 있다.
보다 상세하게, 본 발명에 따른 기어 측정 시스템의 제어방법은, 상기 워크기어(111)와 상기 마스터기어(131)를 상호 치합하여 회전시키는 단계와, 상기 압전소자(220)에서 발생된 전압을 증폭기(230)로 증폭하여 상기 분석기(140)로 전송하는 단계와, 상기 분석기(140)에서 전송된 전압을 분석하여 상기 워크기어(111)의 치형 그래프를 생성하는 단계와, 상기 워크기어(111)의 생성된 치형 그래프를 분석하여 상기 워크기어(111)의 불량 유무를 판단하는 단계와, 상기 워크기어(111)의 불량 유무를 판단하는 단계 이후에 수행되며, 상기 워크기어(111)의 불량 유무에 따라 상기 워크기어(111)를 분류하여 적재하는 단계를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 워크기어(111)의 불량 유무를 판단하는 단계는, 상기 워크기어(111)의 생성된 치형 그래프를 설정된 치형 그래프와 비교하여 상기 워크기어(111)의 불량 유무를 판단하는 단계이다.
이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 워크기어(111)의 생성된 치형 그래프가 상기 설정된 치형 그래프 즉 양품의 치형 그래프와 비교하여 굴곡을 갖는 굴곡형일 경우 치형 불량으로 판단한다.
또한, 상기 워크기어(111)의 생성된 치형 그래프가 상기 설정된 치형 그래프 즉 양품의 치형 그래프와 비교하여 돌기를 갖는 돌기형일 경우 치형 불량으로 판단한다.
이때, 상기 워크기어(111)의 불량 유무의 판단은 상기 워크기어(111)의 치형 그래프 중 회전 초기와 회전 말기를 제외한 영역인 치형 유효 구간 내에서 분석하여 판단하는 것이 바람직하다.
그리하여, 상기 워크기어(111)가 양품일 경우에는 이를 완성품 적재 컨베이어에 적재하고, 상기 워크기어(111)가 불량일 경우에는 이를 반출 적재 컨베이어에 적재한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 효과는 다음과 같다.
본 발명에 따른 기어 측정 시스템에 의하면, 인라인에서 단품 워크기어의 치형을 확인할 수 있어 치형 불량율을 감소할 수 있는 효과가 있다.
이에 따라, 인라인 가동율을 향상하여 생산성을 높일 수 있다.
또한, 상기 워크기어의 치형을 확인하여 치형 불량율을 감소함으로써, 상기 워크기어가 적용되는 변속기의 수리횟수를 감소할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 검사용 워크기어의 품질검사를 위해 상기 워크기어와 치합되어 회전되는 마스터기어를 포함하여 이루어진 기어 측정 시스템에 있어서,
    상기 마스터기어의 치표면에 구비되어, 상기 마스터기어가 상기 워크기어와 치합되어 회전시 상기 워크기어의 접합 압력에 의해 전압을 발생시키는 압전소자; 및
    상기 압전소자와 연결되어, 상기 압전소자에서 발생된 전압을 통해 상기 워크기어의 치형을 분석하는 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면에 단일의 판형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면 중 상기 워크기어와의 유효 접촉 면적의 70% 크기로 구비되는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면에 일정한 간격으로 복수개로 구비되는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 압전소자는 상기 마스터기어의 치표면의 리드 방향과 프로파일 방향을 따라서 배열되는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 압전소자와 상기 분석기 사이에 구비되어, 상기 압전소자로부터 발생되는 전압을 증폭하는 증폭기를 더 포함하는 기어 측정 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 워크기어와 상기 마스터기어 사이에 구비되어, 상기 워크기어와 상기 마스터기어가 치합되어 회전시 상기 워크기어의 치수상태에 의해 발생되는 회전중심축의 변화를 측정하는 변위센서를 더 포함하는 기어 측정 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 마스터기어의 일측에 구비되어, 상기 워크기어와 상기 마스터기어가 치합되어 회전시 발생되는 구조진동을 측정하는 가속도센서를 더 포함하는 기어 측정 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 워크기어는 위치제어가 가능한 서보모터 또는 스테핑모터에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템.
  10. 검사용 워크기어의 품질검사를 위해 상기 워크기어와 치합되어 회전되는 마스터기어와, 상기 마스터기어의 치표면에 구비되어 상기 마스터기어가 상기 워크기어와 치합되어 회전시 상기 워크기어의 접합 압력에 의해 전압을 발생시키는 압전소자와, 상기 압전소자와 연결되어 상기 압전소자에서 발생된 전압을 통해 상기 워크기어의 치형을 분석하는 분석기를 포함하여 구성된 기어 측정 시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 워크기어와 상기 마스터기어를 상호 치합하여 회전시키는 단계;
    상기 압전소자에서 발생된 전압을 증폭하여 상기 분석기로 전송하는 단계;
    상기 분석기에서 전송된 전압을 분석하여 상기 워크기어의 치형 그래프를 생성하는 단계; 및
    상기 워크기어의 생성된 치형 그래프를 분석하여 상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 단계를 포함하는 기어 측정 시스템의 제어방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 단계는, 상기 워크기어의 생성된 치 형 그래프를 설정된 치형 그래프와 비교하여 상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템의 제어방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 워크기어의 생성된 치형 그래프가 상기 설정된 치형 그래프와 비교하여 굴곡을 갖는 굴곡형일 경우 치형 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템의 제어방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 워크기어의 생성된 치형 그래프가 상기 설정된 치형 그래프와 비교하여 돌기를 갖는 돌기형일 경우 치형 불량으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템의 제어방법.
  14. 제 10항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 워크기어의 불량 유무의 판단은 상기 워크기어의 치형 그래프 중 치형 유효 구간 내에서 분석하여 판단하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템의 제어방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 워크기어의 불량 유무를 판단하는 단계 이후에 수행되며, 상기 워크기 어의 불량 유무에 따라 상기 워크기어를 분류하여 적재하는 단계를 더 포함하는 기어 측정 시스템의 제어방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 워크기어가 양품일 경우 이를 완성품 적재 컨베이어에 적재하고, 상기 워크기어가 불량일 경우 이를 활송장치에 적재하여 반출하는 것을 특징으로 하는 기어 측정 시스템의 제어방법.
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