KR100934404B1 - 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템 - Google Patents

자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템 Download PDF

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KR100934404B1 KR1020090030189A KR20090030189A KR100934404B1 KR 100934404 B1 KR100934404 B1 KR 100934404B1 KR 1020090030189 A KR1020090030189 A KR 1020090030189A KR 20090030189 A KR20090030189 A KR 20090030189A KR 100934404 B1 KR100934404 B1 KR 100934404B1
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임종한
임병훈
윤수현
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경원대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 자동차용 엔진에 사용되는 크랭크축의 정밀 측정 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 크랭크축의 허용가공정밀도를 확인하는 여러 가지 검사 항목중에서 하프스트로크, 저널과 핀의 직경과 원통도, 트러스트폭과 런아웃의 무인자동화한 정밀 측정시스템에 관한 것이다.
자동차용 핵심 부품인 엔진의 성능은 자동차용 실린더 내에서 상하행정을 하는 피스톤과 이 힘을 받아 전달하는 크랭크축의 정밀한 관리가 대단히 중요하다.
이러한 하프스트로크를 정밀 측정하기 위하여 가장 손쉬운 방식이 정밀 측정 장비에 의하여 크랭크 축의 핀, 저널부 혹은 플랜지부 등의 가공 정밀도를 측정하는 방식이다. 이러한 크랭크축의 측정부위는 50여군데 이르며, 이들을 수동으로 하는 것은 작업성도 좋지 않을 뿐 아니라 측정 정밀성에도 한계가 있다.
본 발명은 보다 정밀한 방식으로 크랭크축을 실제 내연기관에 설치한 상태와 동일 조건으로 설치하여 저널과 핀의 직경, 진원도, 원통도, 평행도, 저널전흔들림, 트러스트폭, 트러스트흔들림, 풀리측직경, 플랜지측직경, 풀리동심도, 플랜지동심도, 오토보어 내경과 외경, CPS외경과 직경과 직각도, 하프스트로크외 측정항목을 정밀 측정할 수 있는 최적의 성능을 갖춘 내연기관용 크랭크축 검사 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 모든 측정을 크랭크축의 적재에서부터 이송, 측정, 불량판정, 배출에 이르는 일련의 모든 검사과정을 무인자동화하는 동시에 그 검사결과치의 신뢰도를 최대화한 측정시스템을 개발하였다.
크랭크축, 정밀측정, 무인화, 하프스트로크,크랭크샤프트 측정기,크랭크 측정기,크랭크샤프트 측정장비,크랭크 측정장비,크랭크 샤프트 측정설비,크랭크 측정설비,자동차 엔진 가공라인, 자동차 엔진 가공라인 설비

Description

자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템{Precision measuring system for the crank shaft of automotive engine}
본 발명은 자동차용 엔진에 사용되는 크랭크축의 저널과 핀의 직경, 진원도, 원통도, 평행도, 저널전흔들림, 트러스트폭, 트러스트흔들림, 풀리측직경, 플랜지측직경, 풀리동심도, 플랜지동심도, 오토보어 내경과 외경, CPS외경과 직경과 직각도, 하프스트로크를 측정을 자동화한 무인자동화 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템에 관한 것이다.
자동차용 엔진의 내부에서 상하 행정하는 실린더의 상하 행정 동작을 크랭크 축에서 회전운동으로 변화시켜 자동차용 구동 동력원으로 변환 전달하도록 한다. 이렇게 상하행정운동을 회전운동으로 변화시키는 크랭크축은 자동차의 연비향상, 소음저감, 내구성 향상 등의 여러 가지 장점을 극대화시키기 위하여 설계기준에서 최소한의 오차 범위에서 동작이 이루어져야 한다.
크랭크축의 측정개요는 약 50 여개의 측정 개소를 측정하여 진원도, 동축도, 평행도, 흔들림, 폭, 거리 등을 측정한다. 여기서 진원도는 크랭크축의 회전시 완 전한 원형궤도를 형성하는 지를 검사하기 위하여 원의 중심으로부터 같은 거리에 있는 모든 점이 정확한 원에서 얼마만큼 차이가 나는가의 측정값이며, 동축도는 축직선과 동일 직선위에 있어야 할 축선이 축 직선으로부터의 어긋남의 정도를 나타내는 값이며, 평행도는 규제된 형체의 표면, 선, 축선이 기하학적 직선 또는 평면으로부터의 벗어난 정도를 의미하며, 흔들림은 원통, 원추, 호, 평면들의 대상물을 1회전시킬 때 완전한 형상으로부터 벗어난 크기를 말하며, 여기서 흔들림공차는 원통이나 원추 및 곡면 윤곽이나 평면 등 데이터를 기준으로 규제되며, 이 기준으로 한 진원도,진직도, 원통도 등을 포함한 복합공차의 개념이다.
이러한 정밀성을 요하는 크랭크축의 가공 정밀도를 측정하기 위하여 수동적인 방식으로 V블록에 크랭크축을 적재하여 정반에 안치한 다음 다이얼게이지에 의하여 측정하는 방식보다는 정밀센서에 의하여 측정하고자 하는 여러 가지 시도가 이루어지고 있다.
일부 시도한 측정 장치로 크랭크축을 작동시키면서 상하부 저널부(핀저널부)가 접하는 곳에 LVDT센서에 의하여 측정하여 간접식으로 데이터를 수집하여 측정하고 있다. 이러한 장치는 센서가 장착된 헤드 전체가 움직이게 되면서 동작에 의한 필연적인 흔들림오차가 그대로 전달되어 마이크로단위의 측정시 상당한 오류를 발생하고 있다. 특히 크랭크축의 저널부와 핀부에 있어서, 핀이 커넥팅로드와 베어링을 매개로 결합하여 회전하며, 실린더로부터 받은 압력과 힘을 직접 받는 부분으로 이곳의 상하행정이 정밀하지 않으면 연비가 악화됨은 물론 내구성에도 문제가 발생한다.
본 발명은 자동차용 엔진에 사용되는 크랭크축의 저널과 핀의 직경, 진원도, 원통도, 평행도, 저널전흔들림, 트러스트폭, 트러스트흔들림, 풀리측직경, 플랜지측직경, 풀리동심도, 플랜지동심도, 오토보어 내경과 외경, CPS외경과 직경과 직각도, 하프스트로크의 측정을 무인 자동화한 자동 측정 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 모든 측정항목을 진행하기 위한 크랭크축의 적재, 이송, 측정, 불량판정 그리고 배출에 이르는 모든 과정을 자동화하고 그 측정데이터의 관리도 자동화한 무인 자동화한 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 크랭크축을 가공제작한 후 그 제작품의 적재, 이송, 측정, 불량판정, 배출 등의 전과정을 일련의 연속자동화한 프로그램에 의하여 진행하도록 하였다.
본 발명은 또한 가장 중요한 크랭크축의 각종 측정에 있어 측정센서와 피측정물간에 중간동작전달 구조물을 생략한 직접터치방식으로 측정하여 크랭크축의 회전 동작시 얻어지는 데이터의 측정오차를 거의 없도록 하였다.
본 발명에 의하여 크랭크축의 가공정밀도를 측정하게 되면 측정센서의 불필요한 동작에 의한 흔들림 오차가 사라지게 되어 정밀도가 확립된다.
또한 센서에 의하여 측정된 데이터가 중간 전달 구조물에 의하여 왜곡 전달 되면서 오류가 발생하는 점도 근본적으로 없애주어 측정 신뢰도가 획기적으로 증대되었다.
본 발명은 또한 피측정물인 크랭크축을 정밀가공한 후 측정시스템에 이송하는 과정, 측정 장치에 장착하는 과정, 측정과정, 측정후 배출하는 과정, 분류하는 과정 등의 모든 공정을 무인 자동화하여 인력절감, 이송시 발생하는 충격변형등의 문제를 근본적으로 회피할 수 있게 되었다.
본 발명은 크랭크축의 가공정밀도를 측정하는 측정시스템에 관한 것으로, 특히 피측정물인 크랭크축의 이송에서부터 측정, 배출, 분류 등의 전체 공정을 무인 자동화한 검사 시스템을 개발하였다.
본 발명에서 측정하는 항목은 저널과 핀의 직경, 진원도, 원통도, 평행도, 저널전흔들림, 트러스트폭, 트러스트흔들림, 풀리측직경, 플랜지측직경, 풀리동심도, 플랜지동심도, 오토보어 내경과 외경, CPS외경과 직경과 직각도, 하프스트로크이다. 상기한 측정항목중 저널과 핀의 직경은 저널과 핀의 원주에 대하여 360개의 데이터를 측정하여 그중 최대와 최소값을 구하여 측정하며,
진원도는 상기한 저널과 핀의 직경을 이용하여 Fr(front=정면) 과 Rr(rear=후면) 측의 최대. 최소값의 차이를 구하여 측정하며,
원통도는 상기한 진원도에서 구한 데이터를 이용하여 Fr과 Rr측의 최대-최소값을 구하여 X,Y축에 대한 전.후의 테이퍼를 구하여 측정하며,
평행도는 1번-5번저널(1j-5j)을 기준으로 하여 각 저널(2,3,4번 저널)의 전. 후 센터값의 차를 측정하며,
저널전흔들림은 1번-5번저널을 기준으로 하여 각 저널(2,3,4)의 최대-최소값을 측정하며,
트러스트폭은 3번저널(3j) 트러스트 면의(L1_L2) 값을 측정하며,
트러스트폭흔들림은 1번-5번저널(1j-5j)을 기준 하여 3번저널(3j) 트러스트 전.후의 최대-최소값을 측정하며 (총 3개 점),
풀리측직경은 원주에 대하여 360개의(L1+L2)측정값 중 최대, 최소값을 구하여 측정하며,
플랜지측직경은 원주에 대하여 360개의(L1+L2)측정값중 최대, 최소값을 구하여 측정하며,
풀리동심도는 1번-5번저널을 기준으로 풀리 전.후 센터값을 측정하며,
플랜지동심도는 1번-5번저널을 기준으로 플랜지 센터값을 측정하며,
오토보어 내경과 외경은 원주에 대하여 360개의(L1_L2)측정값중 최대, 최소값을 구하여 측정하며,
CPS외경과 직경과 직각도는 원주에 대하여 360개의(L1+L2)측정값중 최대, 최소값을 구하여 사용하며,
하프스트로크는 마스터값을 기준으로 하프(1/2)스트로크 측정용 센서의 최대값을 사용하여 측정한다.
상기한 측정에 있어 원주값, 핀과 저널의 내외경 측정, 풀리와 플랜지의 센터값, 트러스트폭과 흔들림 등의 값이 정밀하게 측정이 되면 상기한 모든 항목에 대하여 측정된 값이 미도시한 메인콘트롤러에 송신되어 그곳에서 주어진 연산식에 의하여 이들 측정값을 기준으로 데이터를 산출하며, 그 데이터에 의하여 가공품의 정밀도와 그 양부(良否)의 판단이 이루어 진다.
상기한 측정방식은 도 23에 도시하듯이 측정대상물이 이송부에 적재가 되면 측정대상물이 적재되었다는 신호를 메인콘트롤러( 본 발명에서는 설명의 편의상 PLC(Programmable Logic Controller)를 사용하였음, 이하 PLC로 함)에 적재신호를 보내어 주는 단계,
측정대상물의 적재가 감지되면 PLC에서는 모든 메모리상의 데이터를 삭제하여 초기화하여 대상물로 감지된 신호를 처리가능하도록 준비하는 단계,
측정대상물이 측정부에 적재되면 크랭크축의 플랜지부에 회전을 위한 크랭크축의 회동을 위한 구동장치(410)에 구동신호를 주어 크랭크축을 회전하는 단계,
상기한 단계에 의하여 크랭크축이 회전하면 이곳에 접한 각각의 센서들(407)로 부터 감지된 신호를 상기한 PLC로 전송하는 단계,
상기한 단계로 부터 수집된 데이터들을 저널과 핀의 직경, 진원도, 원통도, 평행도, 저널전흔들림, 트러스트폭, 트러스트흔들림, 풀리측직경, 플랜지측직경, 풀리동심도, 플랜지동심도, 오토보어 내경과 외경, CPS외경과 직경과 직각도, 하프스트로크별로 측정 데이터를 수집하는 단계,
상기한 구동장치에 대한 구동신호를 종료하여 동작상태를 해제하는 단계,
수집된 데이터에 기초하여 현 측정물을 연산처리하는 단계,
상기한 데이터 연산에 의하여 현 측정물에 대한 정부를 판단하는 단계,
만일 측정물로 부터 검사된 데이터에 의하여 측정물이 정품이면 다음 이송부 의 4차 적재부를 통하여 외부로 배출하며, 불량이면 불량품 적재대(600)에 의하여 재검의 절차로 진행하도록 하는 단계로 구성된다.
이하 본 발명의 상기한 측정방식에 기초하여 작동하는 대표적인 측정 시스템의 실시예를 첨부한 도면에 의하여 설명한다.
도 1 은 본 발명의 전체적인 구성을 도시한 정면도이며, 도 2 와 2a는 본 발명의 전체적인 구성을 도시한 평면도이고, 도 3 은 일반적인 4기통 내연기관용 크랭크축의 정면구성도이며, 도 4 는 본 발명의 이송부만을 분리하여 도시한 정면도이고, 도 5 는 본 발명의 이송부만을 분리 도시한 측면도이고, 도 6 과 6a는 본 발명의 회전이송부의 부분확대측면도 및 평면도이다. 도 7과 8 은 크랭크축을 측정장치에 적재한 상태의 정면도와 측면도이며, 도 9와 10은 측정센서의 설치 상태를 도시한 부분확대 측면, 단면도이고, 도 11 은 크랭크축에 회전부가 체결된 상태의 정면도와 평면도이고, 도 13 은 크랭크축에 회전부와 구동부만의 체결상태 정면도이며, 도 14 는 보정유니트의 도면대용 실물사진이고, 도 15 와 16 은 상부측정방식의 정면도 및 측면구성도이며, 도 17 은 측면측정방식의 정면구성도, 도 18 은 저널과 핀의 직경과 원통도를 측정하는 정면구성도, 도 18a는 크랭크축이 접하여 실제 측정되는 상태의 부분확대 정면구성도, 도 19 는 트러스트(thrust)폭과 런아웃(runout)측정에 대한 정면구성도, 도 20 과 21은 플랜지부의 내경과 외경을 측정하는 정면 구성도이며, 도 22 는 본 발명에서 이송부에 대한 부분확대 평면구성도이다.
본 발명은 크랭크축을 측정부로 이송하고 측정된 축을 배출하여 다시 목적한 곳으로 이송하는 이송부(100), 이송되어온 크랭크축을 검사하는 측정부로 적재하는 측정부(200), 측정된 크랭크축에 대한 품질표시등을 시행하는 마크부(300), 측정시 스템의 동작과 콘트롤을 육안으로 확인가능하게 하는 비젼부(400), 측정된 크랭크축에 대한 정부를 확인하고 불량과 합격품을 분리배출하는 배출부(500) 그리고 불량품 적재대(600)로 구성된다.
본 발명의 이송부는 도 4과 도 5에 도시하듯이 본 발명에서 크랭크축(W)에 대한 측정을 시행하기 위한 측정부, 마크부, 비젼부 그리고 배출부 전체를 관통하여 크랭크축의 이송을 전담하는 곳으로, 특히 크랭크축을 초기 적재하는 1차적재부(101), 1차적재부에 의하여 2차적재부에까지 이송한 다음 측정부까지 이송하는 2차적재부(102), 2차적재부로 부터 이송되어온 크랭크축을 회전아암(301)에 적재후 측정부에 이송후 측정을 진행하고 측정이 완료된 크랭크축을 배출부로 최종 이송하여 주는 3차 적재부(104), 그리고 3차 적재부와 측정부의 사이에는 이송되어온 크랭크축을 측정부에 회전 이송하여 측정을 수행가능하게 하며, 측정이 완료되면 다시 배출하도록 하는 회전이송부(390)로 구성된다.
이송부의 1차 적재부는 크랭크축(W)의 양측 단부의 1번저널부(1j)와 5번저널부(5j)(최외측에 위치한 저널부)가 안정되게 안착하도록 V형태로 홈이 형성된 브이블록 형태이며, 1차적재부의 하부는 이송로드(105)가 유공압모터나 서보모터와 같은 구동부(106)와 연결되어져 상기한 브이블록헝태의 적재부가 전후진 하도록 한다.
이송부의 각각의 1차, 2차, 3차 적재부들도 상기한 1차적재부처럼 V블록형태로 구성되어져 이곳에 측정목적물인 크랭크축을 적재하여 각각 다른 이송로드에 연결되어져 있어, 각각 다른 목표지점에 크랭크축과 같은 피측정물이 이송되어지게 한다.
구체적으로는 1차 적재부에 적재된 크랭크축은 이송로드(105)에 의하여 이송되어지며, 이송부의 2차적재부는 상기한 1차적재부의 안측에 또 다른 이송로드(107)에 의하여 이송가능하게 배치된 구조이다. 이러한 구성은 도 4, 5 그리고 도22에 도시하듯이 피스톤 로드(108)의 피스톤 동작으로 리프트조절구(109)가 핀(109a)를 중심으로 회전하면서 상승, 하강동작이 이루어져 이것과 연계된 적재부의 승강과 하강을 조절하게 된다.
이러한 승하강 동작에 따라 각각의 적재부는 크랭크축(W)의 2번과 4번 저널 그리고 1번과 5번저널을 교호로 접하면서 적재하여 이송하게 한다. 즉, 2차 적재부의 경우 상기한 1번 저널부와 5번 저널부의 안측, 즉 2번과 4번 저널부에 접하도록 구성되어지며, 그 형태는 1차적재부와 동일한 형태이다. 2차 적재부는 이송로드(107)에 의하여 적재된 크랭크축을 동일한 기능에 의하여 3차 적재부로 이송하며, 이 3차적재부는 크랭크축을 측정부의 앞에 위치한 회전부까지 이송하는 역활을 담당한다.
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보다 구체적으로 회전이송부는 상기한 3차적재부로부터 전달되어온 크랭크축이 측정부로 이송되어 적절한 검사를 시행하기 위하여 크랭크축을 측정지지부(405)로 이송하는 곳으로, 도 6과 6a 도시하듯이 회전아암(301)과 회전아암을 구동시키기위한 구동부(302) 그리고 상기한 회전아암의 선단부에는 회전아암의 회동에 맞추어 크랭크축을 적재한 적재부(303) 그리고 적재부의 회전에 따라 크랭크축의 이탈을 막기 위하여 수평을 유지하도록 하는 수평유지부(304)로 구성되어진다. 이 회전이송부는 적재된 크랭크축이 측정부에 배치되어지면, 측정부에 대한 크랭크축의 회전을 위한 지지대 역활을 상기한 수평유지부(304)와 측정지지부가 동시에 수행한다.
즉, 크랭크축의 1번과 5번 저널부 그리고 2번과 4번 저널부를 측정부의 측정지지부(405)와 회전이송부의 수평유지부(304)에 의하여 동시에 받쳐주게 된다. 이러한 구성은 크랭크축이 측정을 위하여 고속회전이 이루어 질 때 크랭크축을 받쳐주는 지지점이 4개의 지점으로 분산되어져 크랭크축의 흔들림을 최대한 억제하게 한다.
측정부에서 크랭크축에 대한 측정이 완료되면 다시 상기한 회전아암이 적재방향과 역방향으로 동작하여 본래의 위치로 크랭크축을 되돌려 배출부로 배치하게 된다.
본 발명에서 측정부는 도 7 이하의 도면을 예시하여 설명한다.
일반적으로 크랭크축에 대한 측정개소는 총 58개소에 이르며, 이들 중 본 발명에서는 저널과 핀의 직경, 진원도, 원통도, 평행도, 저널전흔들림, 트러스트폭, 트러스트흔들림, 풀리측직경, 플랜지측직경, 풀리동심도, 플랜지동심도, 오토보어 내경과 외경, CPS외경과 직경과 직각도, 하프스트로크에 대하여 측정이 가능하게 하기 위하여 아래 설명한 직경, 원통도, 트러스트 및 런아웃, 플랜지부 내외경, 하프스트로크에 대하여 측정하여 상기한 항목에 대한 연산과 판단이 이루어진다.
본 발명에서 기본적으로 핀저널부의 하프스트로크 측정 장치를 설명하면 다음과 같다. 크랭크축에서 핀 저널부는 내연기관에 장착후 커넥팅로드에 의하여 실린더의 피스톤의 승하강 동작에 의한 발생된 힘을 직접 받아 회전운동으로 변환시켜 주는 부분이며, 이 핀저널의 반회전(Half stroke)은 실린더 행정범위이다. 따라서 이 하프스토로크의 정확한 동작이 자동차용 각종 성능에 절대적인 영향을 미치는 것이다.
본 발명은 크랭크축의 하프스트로크 측정을 함에 있어 하부측정법을 기본으 로 하면서, 상부 측정법 그리고 측면 측정법을 함께 할 수 있다.
하부측정법을 설명하면 다음과 같다.
도 7에 도시한 것은 크랭크축을 측정장치에 적재한 상태로 크랭크축을 회전하기 전 단계의 배치상태를 정면에서 도시한 것이다. 본 발명에서 측정 대상으로 예시한 것은 4기통 엔진에 사용되는 크랭크축을 설명하고 있으나 측정방식이 동일한 범위에 속하는 한, 6기통, 8기통 등 모든 형식이 포함되며 그 측정방식나 장치가 동일하므로 모두 본 발명의 범위에 속하게 된다.
도시하듯이 크랭크축은 중앙저널(wc)을 중심으로 그 좌우 측을 향하여 인너핀부(inner pin = ip), 2번과 4번 저널 (2j 와 4j), 아웃핀부(outpin = op), 1번 저널과 5번저널 (1j 와 5j) 그리고 플랜지부로 구성되며, 하부 측정방식은 상기한 인너핀부와 아웃핀부에 대하여 측정이 진행된다.
본 발명의 측정부는 베이스(404)의 상측으로 수직돌출되어 있으면서 회전중심베어링(406)가 설치되어져 있는 측정지지부(405)에 크랭크축의 외곽저널부(oj)를 적재한다. 이 측정지지부의 내측으로 상기한 크랭크축의 인너핀부와 아웃핀부와 수직으로 접하는 부위에 측정센서(409)들을 배치하여 주었다.
상기한 측정센서는 측정될 크랭크핀의 형태에 따라 증감가능하다. 예를 들면 6기통의 경우에는 핀저널부가 6개로 증가하므로 측정센서부 역시 6개로 증가시키며, 8기통이라면 역시 8개로 증가시켜 측정하도록 한다.
본 발명의 또 다른 특징은 도 7. 9와 10에 나오듯이 측정센서의 설치에 있다. 구체적으로는 측정센서의 예민함과 반복측정에 따른 파손 및 측정에러를 최소화하기 위하여 측정센서를 고정하기 위한 고정구조(407a)를 2개씩 서로 대칭되는 방향으로 배치하여 동일평면상에 배치하여 주며, 고정구조에 형성된 센서고정공(407b)에 센서(409)를 고정하도록 한다. 그리고 이 센서고정공에 대한 센서의 고정은 센서와 고정볼트(407d)의 직접적인 접촉을 피하도록 장구형의 중간부재(407c)를 배치하여 고정이 이루어지도록 한다. 중간부재의 중간 굴곡부(407f)는 센서의 외형굴곡부(r)과 일치하여 주며, 반대측은 고정볼트과 접하는 굴곡부역활을 하게 되어 볼트의 고정강도에 따른 변형이 이 중간부재에 의하여 감쇠되도록 하였다.
상기한 장구형의 중간부재는 측정센서의 외형이 원형일 경우 그 외형면과 동일형태, 즉, 동일한 원의 형태로 하여 접하게 한다. 만일 측정센서가 사각형이면 평면구조로 할 수있다. 즉, 측정센서에 대하여 고정볼트의 직접적인 접촉으로 고정볼트의 압박으로 인한 부하가 전달되지 못하도록 하여 측정에러의 극소화를 이루게 하였다.
본 발명의 측정부의 전체적인 구성은 도 11의 측면도, 도 12의 평면도 그리고 도 13의 구동부와 크랭크의 체결상태부분확대도에 도시하며, 크랭크축(W)를 적재한 상태에서 크랭크축의 회동을 위한 구동장치(410)의 돌기(410b)가 크랭크축의 외측에 형성된 체결공(410a)에 체결이 되며, 구동장치의 회동에 의한 크랭크축의 회동시 핀저널에 접촉된 센서(409)들로부터 전달된 신호는 신호케이블(411)에 의하여 메인콘트롤러로 전달된다. 구동장치(410)는 유공압에 의하여 작동하는 실린더(415)에 의하여 가이드블록(416)을 따라 전후진하며, 전후진의 정확한 위치는 스토퍼(412)와 (413)에 의하여 정확한 위치를 설정한다. 이 스토퍼의 미세조정에 의하여 구동장치의 위치를 조절하므로, 크랭크축의 종류가 달라진다하여도 측정이 가능하게 된다.
본 발명의 또 다른 특징으로 크랭크축의 종류가 달라질 경우 발생되는 저널의 센터가 변하는 것을 보정하기위한 장치이다. 구체적으로는 도면대용 실물사진인 도 14에 도시하듯이 베이스유니트(430)의 중앙부에 횡으로 가이드홈(431)을 형성하며, 이 홈을 따라 이동가능한 조절유니트(432)가 설치된 보정유니트(434)를 이용하여 저널의 센터변화를 능동적으로 수용할 수 있게 하였다. 크랭크축을 실제 자동차엔진에 장착하여 회전하는 형태로 돌려주는 구동장치의 돌기(410b)와 측정대상물인 크랭크축의 체결공(410a)의 사이는 중심이 맞는 경우가 대부분이지만 일부 안맞는 경우가 발생한다. 이처럼 센터가 잘 맞지 않을 경우 이 사이에 도 14의 보정유니트를 중간에 배치하게 되면 조절유니트(432)의 구멍들과 베이스유니트(430)의 하부에 있는 구멍에 의하여 상기한 구동장치의 돌기(410b)와 측정대상물인 크랭크축의 체결공(410a)의 사이의 차이를 가이드홈(431)을 따라 조절유니트가 이동하면서 센터를 맞추어 주도록 하였다.
본 발명의 또 다른 실시예로 상부측정방식의 구체적 예를 첨부한 도15과 16에 의하여 설명한다.
상부 측정방식은 도시하듯이 상측의 지지부(441)에 LM가이드부(442)를 설치하고 이 LM가이드부에 신호전달부(445)를 설치한다. 이 신호전달부(445)는 크랭크축이 내접가능하도록 공간부(V)가 형성되어져있다. 따라서 공간부에 크랭크축이 삽입하면 회전중심베어링(444)에 의하여 크랭크축(W)가 접하도록 하여 측정부의 구동장치(410)의 동작으로 핀저널의 직경이 차이가 있으면 그 차이만큼 승하강한다. 이러한 승하강동작은 신호전달부의 접촉단자(446)에 센서고정부(443)에 센서(409)들이 접촉하므로써 승하강의 차이만큼 측정신호를 메인콘트롤부로 송신하여 준다.
상부 측정은 크랭크축이 회전시 상사점에서의 측정값이 회전에 의하여 변형이 발생가능하므로 이것도 함께 측정할 수 있다.
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본 발명의 또 다른 실시예로 측면측정방식의 구체적 예를 첨부한 도17에 의하여 구체적으로 설명한다.
측면측정방식은 도시하듯이 측정부가 지지부(450)에 설치된 힌지부(451)에 상측이 고정되고 하측은 측정되어질 크랭크축의 저널부가 내접가능한 공간부(V2)가 형성되져 있으며,
상기한 공간부에는 회전중심베어링(453)과 센서(409)들이 설치되어지는 동시에 이 공간부의 상측으로는 또 다른 센서(409)가 터치부(452)와 수직으로 접촉가능하도록 구성한다. 공간부에 크랭크축이 삽입되면 역시 측정부의 구동부가 크랭크축을 회전시켜주게 된다. 따라서 크랭크축의 회전에 의하여 불가피하게 하프스트로크의 높낮이 차이가 발생하게 되며, 이 차이만큼 도면의 화살표처럼 흔들림이 발생하게 되며, 이 흔들림 동작에 의하여 센서가 상기한 터치부를 터치하여 주게 되면 그 측정신호가 메인콘트롤부로 전송되어 측정이 이루어진다. 측면에서의 측정은 크랭크축의 회전시 길게 연장된 크랭크축이 힘을 받으면서 필연적으로 부분적인 벤딩이 발생가능하므로, 이 벤딩의 변화값을 측정하여 주는 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예로 저널과 핀의 직경과 원통도를 측정하는 장치에 대하여 도 18과 18a의 부분확대도에 의하여 설명한다.
이송부에 의하여 이송된 크랭크축은 상기한 측정부의 측정지지부에 장착된다. 측정부의 지지부는 하부가 반구형상으로 개방되어져 있다
이 반구형상으로 개방한 개방부(463)의 상측으로는 베어링(462)들이 부분적으로 개방부 내측으로 일부노출되게 하여 피측정물인 크랭크축이 개방부 내측면에 직접 접촉하여 마찰을 발생하지 않고 베어링에 의하여 자유회동가능하게 구성하였다.
이 지지부 하측의 반구상 개방부를 향하여 센서(409)들이 크랭크축(W)을 향하도록 지면과 수평상태로 배치되어져 있다. 센서들의 단부 일부도 상기한 베어링과 같은 정도로 부분노출되도록 한다. 따라서 이 개방부내에서 크랭크축이 회전하면 저널과 핀이 센서에 접하게 한다. 이 상태에서 크랭크축이 화살표시처럼 회전이 되면 크랭크축의 저널과 핀의 양측에 접한 센서에 의하여 신호가 수집되므로 핀과 저널부의 진원도와 직경이 측정되어진다. 여기서 센서들은 상기하듯이 중간부재(407c)를 매개로 고정이 되어져 측정센서에 대한 조립압박으로 인한 오차를 없애 주도록 구성한다.
본 발명의 또 다른 실시예로 도 19에 의하여 크랭크축의 트러스트(thrust)폭과 런아웃(runout)측정에 대하여 설명한다.
트러스트폭은 3번저널(4기통의 경우 크랭크축의 중앙부(wc))의 트러스트면의 값을 이용하며 트러스트폭흔들림은 1번-5번 저널을 기준으로 하여 3번저널 트러스트 전후의 최소와 최대값을 사용하여 측정한다. 이러한 것은 크랭크축이 회전시 축방향으로 이동하는 범위를 제한하기 위한 것이다.
본 발명에서의 트러스트 폭 측정장치는 2개의 센서(409)를 지지부(480)에 의하여 센서가 일부 노출되도록 배치한다. 가위형태로 교차되게 구성한 레버(481)은 그 상면(483)이 센서와 접촉가능하게 구성하고, 하부는 길게 연장되어져 있으면서 그 외측에서 스프링(485)에 의하여 탄력적으로 지지되어지는 동시에 최하측에는 크랭크축의 저널부 내측면에 접하는 팁(484)이 설치되게 한다. 레버는 저널부의 폭에 따라 팁(484)의 접촉에 따른 레버상면의 센서에 대한 접촉이 다르게 나타나므로 이에 의하여 발생된 신호로 트러스트의 폭이 측정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예로 도 20과 21에 의하여 크랭크축의 플랜지부의 내경과 외경을 측정하는 장치에 대하여 설명한다.
크랭크축에서 플랜지부의 내경은 보통 오토보어(auto bore)라 하며 가공시 그 데이터를 중요시한다. 이곳의 측정은 크랭크축을 회전시키기 위한 구동장치가 측정시 연결되므로 직접 측정은 어렵고 별도의 간접식 레버를 이용하여 측정한다.
구체적으로는 도 21에 도시하듯이 내경측정레버(502)와 외경측정레버(503)가 갈게 연장 설치치되어지며, 이들은 스프링(504)에 의하여 탄력적으로 지지되어져 있다. 그리고 이 레버의 끝단에는 측정센서(409)가 설치되어져, 레버의 동작에 따라 측정센서에 신호를 발생시키게 한다.
본 발명에서 마크부는 상기와 같이 배치된 상태에서 3차적재부는 하부로 이 탈하게되며, 동일 평면상에 배치되어 있는 4차적재부에 크랭크축의 아웃저널부가 접하게 되므로 4차적재부가 동작하게 되어 크랭크축에 마킹을 하는 마크부로 이송시켜 준다. 마크부에서는 레이져등에 의하여 크랭크측의 일측단면에 필요한 품질표시를 표기하여 준다.
본 발명에서 배출부는 상기한 측정부에 의하여 측정된 데이터를 기초로 측정된 크랭크축의 불량여부가 판별이 되면 불량인 경우 NG로더부에 적재되어져 작업자에 의하여 재검을 하도록 한다. 그리고 검사항목이 모두 정상인 것은 별도의 이송라인에 의하여 이송되어져 출하한다.
도 1 은 본 발명의 전체적인 구성을 도시한 정면도,
도 2 는 본 발명의 전체적인 구성을 도시한 평면도,
도 2a 는 본 발명의 이송부, 측정부, 마크부, 비젼부, 배출부를 각각 분해한 상태의 평면구성도,
도 3 은 일반적인 4기통 내연기관용 크랭크축의 정면구성도,
도 4 는 본 발명의 이송부만을 분리하여 도시한 정면도,
도 5 는 본 발명의 이송부만을 분리 도시한 측면도,
도 6 은 본 발명의 회전이송부와 측정부의 부분확대측면도,
도 6a 는 본 발명의 측정부의 평면구성도,
도 7에 도시한 것은 크랭크축을 측정장치에 적재한 상태의 정면도,
도 8 은 크랭크축을 측정장치에 적재한 상태의 측면도,
도 9와 10은 측정센서의 설치 상태를 도시한 부분확대 측면, 단면도,
도 11 은 크랭크축에 회전부가 체결된 상태의 정면도,
도 12 는 크랭크축에 회전부가 체결된 상태의 평면도,
도 13 은 크랭크축에 회전부와 구동부만의 체결상태 정면도,
도 14 는 보정유니트의 도면대용 실물사진,
도 15 와 16 은 상부측정방식의 정면도 및 측면구성도,
도 17 은 측면측정방식의 정면구성도,
도 18 와 18a 는 저널과 핀의 직경과 원통도를 측정하는 정면구성도와 부분확대도,
도 19 는 트러스트(thrust)폭과 런아웃(runout)측정에 대한 정면구성도,
도 20 과 21은 플랜지부의 내경과 외경을 측정하는 정면 구성도,
도 22 는 본 발명의 이송부에 대한 부분확대평면구성도,
도 23 은 본 발명의 작동 프로그램의 플로우챠트임

Claims (10)

  1. 크랭크축(W)의 양측 단부의 1번저널부(1j)와 5번저널부(5j)가 V형태로 홈이 형성된 브이블록에 적재가능하게 하며, 이 브이블록의 하부에 설치된 이송로드(105)가 구동부(106)와 연결되어져 크랭크축(W)를 측정시스템에 초기 적재하는 1차적재부(101); 상기한 1차적재부의 안측에 또 다른 이송로드(107)의 이송동작과 피스톤 로드(108)의 피스톤 동작으로 리프트조절구(109)의 승하강동작에 의하여 1차적재부에서 이송되어온 크랭크축을 적재하여 측정부의 앞에 위치한 회전부까지 이송하는 2차적재부(102); 2차적재부로 부터 이송되어온 크랭크축을 회전아암(301)에 적재후 측정부에 이송후 측정을 진행하고 측정이 완료된 크랭크축을 배출부로 최종 이송하여 주는 3차 적재부(104)로 구성된 이송부(100); 이송되어온 크랭크축을 측정하는 측정부(200); 측정된 크랭크축에 대한 품질표시등을 시행하는 마크부(300); 측정시스템의 동작과 콘트롤을 육안으로 확인가능하게 하는 비젼부(400); 측정된 크랭크축에 대한 정부를 확인하고 불량과 합격품을 분리배출하는 배출부(500) 그리고 불량품 적재대(600)로 구성되는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템에 있어서,
    3차적재부에 의하여 이송되어온 크랭크축을 회전아암(301)과 회전아암을 구동시키기 위한 구동부(302) 그리고 상기한 회전아암의 선단부에는 회전아암의 회동에 맞추어 크랭크축을 적재하는 적재부(303) 그리고 적재부의 회전에 따라 크랭크축의 이탈을 막기 위하여 수평을 유지하도록 하는 수평유지부(304)로 구성된 회전이송부(390)에 의하여 측정지지부(405)에 적재하며,
    상기한 측정지지부에 적재한 크랭크축(W)을 크랭크축의 외측에 형성된 체결공(410a)에 구동장치(410)의 돌기(410b)를 체결하고, 구동장치의 구동력으로 크랭크축을 회동시켜 크랭크축의 핀저널부에 접촉된 센서(409)들로부터 전달된 신호들이 신호케이블(411)에 의하여 메인콘트롤러로 전송하되,
    상기한 구동장치(410)는 유공압에 의하여 작동하는 실린더(415)에 의하여 가이드블록(416)을 따라 전후진하면서 그 전후진의 동작범위는 스토퍼(412)와 (413)에 의하여 임의로 설정가능하며,
    상기한 측정지지부(405)는 베이스(404)의 상측으로 수직돌출되어져 있어 크랭크축의 1번저널부(1j)와 5번저널부(5j)를 적재하는 곳에 회전중심베어링(406)이 설치되는 동시에 이 측정지지부의 내측으로 상기한 크랭크축의 인너핀부와 아웃핀부와 수직으로 접하도록 측정센서(409)들을 배치하여 주도록 구성한 측정부로 구성되어져 크랭크축의 하프스트로크값을 측정하는 것을 특징으로 하는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    측정센서들은 쌍으로 배치된 측정센서들의 중간에 고정구조(407a)를 배치하여 고정하여 동일평면상에 배치하여주되, 상기한 고정구조에 형성된 센서고정공(407b)에 의하여 센서(407)를 고정하며,
    상기한 센서고정공에 대한 센서의 고정은 장구형의 중간부재(407c)를 센서와 고정볼트(407d)의 사이에 배치하여 고정하며,
    상기한 중간부재의 중간 굴곡부(407f)는 센서의 외형굴곡부(r)과 일치하는 것을 특징으로 하는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    구동장치의 돌기(410b)와 측정대상물인 크랭크축의 체결공(410a)의 사이에 베이스유니트(430)의 중앙부에 횡으로 가이드홈(431)이 형성되어있으며, 이 홈을 따라 이동가능한 조절유니트(432)가 설치된 보정유니트(434)를 설치하여 크랭크축의 저널의 센터변화에 의한 오동작을 제거할 수 있게 구성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    측정부가 상측의 지지부(441)에 LM가이드부(442)를 설치하고, 이 LM가이드부의 선단부에는 신호전달부(445)를 설치하여 신호전달부가 LM가이드부에 의하여 승하강 가능하도록 설치하며,
    상기한 신호전달부(445)의 하측 선단부는 측정되어질 크랭크축(W)의 저널부가 삽입가능한 공간부(V)를 형성하면서 그 공간부의 표면에는 자유회동가능한 회전중심베어링(444)을 설치하여 측정될 크랭크축(W)의 표면이 접하도록 구성하고,
    상기한 신호전달부의 타측단(445a)에는 접촉단자(446)가 센서(409)를 향하여 돌출배치되어져 센서고정부(443)에 고정된 센서(409)들이 접촉가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    측정부가 지지부(450)에 설치된 힌지부(451)에 상측이 고정되고 하측은 측정되어질 크랭크축의 저널부가 내접가능한 공간부(V2)가 형성되져 있으며,
    상기한 공간부에는 회전중심베어링(453)과 센서(409)들이 설치되어지는 동시에 이 공간부의 상측으로는 또 다른 센서(409)가 터치부(452)와 수직으로 접촉가능하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템.
  6. 제 1 항에있어서,
    측정부가 지지부(461)의 하부측을 반구형상으로 개방한 개방부(463)를 형성하고, 이 개방부의 상측으로 베어링(462)들이 노출되어져 크랭크축이 베어링에 접촉시 자유회동가능하게 구성하며,
    이 지지부의 반구상 개방부를 향하여 센서(409)들이 크랭크축(W)을 향하도록 지면과 수평상태로 배치되어져 크랭크축(W)의 저널과 핀의 직경과 원통도를 측정가능하게 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    측정부가 2개의 센서(409)를 지지부(480)에 의하여 센서가 일부를 측정대상물에 노출되도록 배치하고, 가위형태로 교차되게 구성한 레버(481)는 그 상면(483)이 센서와 접촉가능하게 구성하고, 하부는 길게 연장되어져 있으면서 그 외측에서 스프링(485)에 의하여 탄력적으로 지지되어지는 동시에 최하측에는 크랭크축의 저널부 내측면에 접하는 팁(484)이 설치하여 2개의 센서(409)를 지지부(480)에 의하여 센서가 일부 노출되도록 배치하여 크랭크축(W)의 트러스트폭과 런아웃을 측정가능하게 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 크랭크축의 정밀 측정 시스템.
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