KR100941970B1 - 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치에 관한 것으로, 그 목적은 축 스테이지를 이용하여 측정팁을 지지하고, 상기 측정팁을 이동시켜 측정하고자 하는 구멍의 내부에 접촉시키되, 측정팁이 구멍에 접촉된 위치에서 각 스테이지가 작동한 거리를 검출하여 구멍의 크기나 구멍간의 수직거리를 측정하도록 함으로써, 측정의 편의성을 제공하고 측정값의 정밀도를 높인 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 X축 스테이지 유닛과 Y축 스테이지 유닛 및 Z축 스테이지 유닛으로 이루어진 3축 스테이지; 상기 X축 스테이지 유닛에 설치된 제1 스케일; 상기 Y축 스테이지 유닛에 설치된 제2 스케일; 상기 Z축 스테이지 유닛에 설치된 제3 스케일; 상기 Z축 스테이지 유닛에 설치된 측정홀더; 상기 측정홀더에 설치되되, 서로 다른 방향으로 설치된 제1 측정팁과 제2 측정팁; 상기 제1 측정팁이 측정 대상 구멍 내의 서로 다른 3점에 접촉할 때, 상기 제1 스케일과 제3 스케일로부터 신호를 전달받거나 또는 상기 제2 측정팁이 측정 대상 구멍 내의 서로 다른 3점에 접촉할 때, 상기 제2 스케일과 제3 스케일로부터 신호를 전달받아 측정팁이 접촉한 3점에 대한 좌표값을 얻고, 상기 3점의 좌표값을 이용해 구멍의 크기 및 중심좌표를 계산하며, 각 구멍의 중심좌표값을 이용하여 구멍간의 수직거리를 계산하는 처리장치로 구성된 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치에 관한 것을 기술적 요지로 한다.

3축 스테이지, 측정팁, 웨이트 발란스, 처리장치

Description

서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치{Measuring device for hole size and gap between holes}

본 발명은 구멍의 크기 및 구멍간의 수직거리를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 서로 다른 두면에 형성된 구멍의 크기 및 구멍 간의 수직거리를 쉽고 정확하게 측정할 수 있도록 한 구멍 크기 및 수직거리 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 어떤 물건을 제작하는 과정에서 부품간의 결합을 위하여 부품에는 여러개의 구멍이 형성되며, 이처럼 부품에 형성되는 구멍은 설계자가 요구하는 정밀도에 맞추어 가공되어야만 부품간의 원활한 결합이 이루어질 수 있다.

한편 부품에 형성된 여러 구멍들의 직경을 측정하고, 구멍간의 중심거리를 측정하는 것은 가장 흔히 볼 수 있는 측정도구인 버어니어 캘리퍼스(Vernier Caliper)를 이용하여 측정하거나, 또는 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 이용하거나 측정하거나, 또는 3차원 측정기를 이용하여 측정할 수 있다. 물론 이외에도 다양한 방법이 사용될 수 있다.

상기 버어니어 캘리퍼스는 구멍의 내경과 구멍간의 거리를 비교적 손쉽게 측 정할 수 있는 이점을 가지고 있으나, 다른 측정도구에 비하여 정밀도가 현저히 저하되며, 또 서로 다른 두면에 형성된 구멍들 간의 사이간격을 직접 측정하는 것은 불가능하다.

상기 다이얼 게이지는 비교측정방식을 이용하는 대표적인 측정도구로써, 블록 게이지나 마스터 게이지를 이용하여 기준이 되는 값으로 세팅한 후, 측정대상물체 또는 다이얼 게이지를 정반상에서 이동시키면서 구멍의 크기나 간격을 측정하게 된다. 이러한 다이얼 게이지는 이상적인 측정조건을 유지한 채 측정을 수행한다면, 정확한 측정값을 얻을 수 있는 이점을 가지고 있으나, 실제로는 측정대상물이나 다이얼 게이지를 정반상에서 이동시키는 과정에서 오차가 발생되어 측정 정밀도가 저하되고, 또 구멍의 크기 및 간격을 직접 측정할 수는 없으므로, 측정작업이 매우 번거로운 문제점이 있다.

상기 3차원 측정기는 변위센서 등의 센서를 이용하여 대상물체를 측정하는 것으로, 간편하게 측정작업을 행할 수 있고, 또 측정값 또한 매우 정밀한 이점을 가지고 있으나, 장비가 매우 고가이고, 특히 크기가 작은 구멍(예 1.5㎜이하)의 크기를 측정하거나 또는 간격을 측정하고자 측정팁을 구멍으로 삽입할 때, 구멍의 주변과 예기치 못한 충돌이 발생되어 센서나 기타 부품이 손상되는 경우가 빈번히 발생되므로, 고가의 부품을 자주 교체해주어야만 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 3축 스테이지를 이용하여 측정팁을 지지하고, 상기 측정팁을 이동시켜 측정하고자 하는 구멍의 내부에 접촉시키되, 측정팁이 구멍에 접촉된 위치에서 각 스테이지가 작동한 거리를 검출하여 구멍의 크기나 구멍간의 수직거리를 측정하도록 함으로써, 측정의 편의성을 제공하고 측정값의 정밀도를 높인 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 구멍 크기 및 간격 측정장치는 X축 스테이지 유닛과 Y축 스테이지 유닛 및 Z축 스테이지 유닛으로 이루어진 3축 스테이지; 상기 X축 스테이지 유닛에 설치되어 X축 스테이지 유닛의 이동거리를 검출하는 제1 스케일; 상기 Y축 스테이지 유닛에 설치되어 Y축 스테이지 유닛의 이동거리를 검출하는 제2 스케일; 상기 Z축 스테이지 유닛에 설치되어 Z축 스테이지 유닛의 이동거리를 검출하는 제3 스케일; 상기 Z축 스테이지 유닛에 설치되어 사용자에 의해 이동하는 측정홀더; 상기 측정홀더에 설치되되, 측정홀더로부터 Y축 방향으로 돌출된 구조를 갖도록 설치된 제1 측정팁; 상기 측정홀더에 설치되되, 측정홀더로부터 X축 방향으로 돌출된 구조를 갖도록 설치된 제2 측정팁; 및 상기 제1 측정팁이 측정 대상 구멍 내의 서 로 다른 3점에 접촉할 때, 상기 제1 스케일과 제3 스케일로부터 X축 스테이지 유닛 및 Z축 스테이지 유닛이 이동한 거리에 대응하는 신호를 전달받거나 또는 상기 제2 측정팁이 측정 대상 구멍 내의 서로 다른 3점에 접촉할 때, 상기 제2 스케일과 제3 스케일로부터 Y축 스테이지 유닛 및 Z축 스테이지 유닛이 이동한 거리에 대응하는 신호를 전달받아 측정팁이 접촉한 3점에 대한 좌표값을 얻고, 상기 3점의 좌표값을 이용해 구멍의 크기 및 중심좌표를 계산하며, 각 구멍의 중심좌표값을 이용하여 구멍간의 수직거리를 계산하는 처리장치로 구성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 측정팁 및 제2 측정팁의 이동시 Z축 스테이지 유닛과의 무게균형을 유지하기 위한 웨이트 발란스가 더 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 웨이트 발란스는 Z축 스테이지 유닛의 Z축 슬라이더와 동일한 무게를 가지고, Z축 스테이지 유닛의 배면에 배치된 웨이트; 상기 Z축 슬라이더의 이동방향(Z축 방향)과 평행하도록 Z축 스테이지 유닛의 배면에 설치되어 웨이트의 이동을 지지하는 적어도 하나 이상의 가이드봉; 상기 Z축 스테이지 유닛의 상단부에 설치된 회전지지대에 거치되며 일단이 웨이트에 연결되고, 타단이 Z축 슬라이더에 연결된 로프로 구성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1 측정팁과 제2 측정팁은 측정홀더와 나사결합되어 교환이 용이하도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 사용자가 측정팁을 구멍의 내부 에 위치시킨 상태에서 구멍 내 임의의 3점에 측정팁의 끝단을 접촉시킴으로써 해당 구멍의 중심좌표와 크기를 검출하고, 동일한 방법으로 또 다른 구멍의 중심좌표와 크기를 검출함으로써 구멍 크기 및 구멍간의 간격을 손쉽게 측정할 수 있게 되어 측정의 편의성을 높이고, 더불어 측정값의 정밀도를 높일 수 있게 되었다.

또한, 웨이트 발란스를 이용하여 Z축 스테이지 유닛이 무게균형을 유지한 채로 작동될 수 있도록 함으로써 측정물체나 측정팁의 충돌로 인한 손상을 방지할 수 있게 되었다.

또한, 빠른 측정 및 높은 정밀도를 얻을 수 있으므로, 생산성을 높이고 제품의 신뢰도를 높일 수 있게 되었다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정장치의 사시도를 도시하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정장치는 각종 부품을 제작하는 과정에서 완성된 부품에 형성된 구멍의 크기 및 구멍간의 수직거리를 쉽고 빠르며 정확하게 측정할 수 있도록 한 것으로, 3축 스테이지(100)와, 제1 스케일(140)과, 제2 스케일(150)과, 제3 스케일(160)과, 제1 측정팁(170)과, 제2 측정팁(180)과, 처리장치(190)로 구성되어 있다.

한편 본 발명에 따른 측정장치는 동일 평면 상에 가공된 구멍들의 크기를 측정하고 구멍간의 간격을 측정하는데 사용될 수도 있으나, 특히 서로 다른 면에 형성되어 동일 평면상에 위치하지 않은 두 구멍의 크기를 측정하고, 구멍간의 수직거리를 측정하는데 사용될 수 있도록 한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 3축 스테이지의 사시도를 도시하고 있다.

상기 3축 스테이지(100)는 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)을 지지하되, 사용자가 제1,2 측정팁(170,180)을 자유롭게 이동시킬 수 있도록 지지하는 것으로, X축 스테이지 유닛(110)과 Y축 스테이지 유닛(120) 및 Z축 스테이지 유닛(130)으로 구성되어 있다.

한편 본 실시예서는 X축 스테이지 유닛(110)이 최하부에 위치하고, 그 상부로 Y축 스테이지 유닛(120)이 설치되며, Y축 스테이지 유닛(120)의 상부에 Z축 스테이지 유닛(130)이 설치된 구조를 개시하고 있으나, X축 스테이지 유닛(110)과 Y축 스테이지 유닛(120)은 위치가 서로 바뀌어 설치될 수도 있다.

상기 X축 스테이지 유닛(110)과 Y축 스테이지 유닛(120) 및 Z축 스테이지 유닛(130)은 전기를 공급받아 작동하는 것이 아닌 사용자가 가하는 힘에 의해 작동하는 매뉴얼 스테이지(Manual stage)로써, 각각의 스테이지 유닛은 스테이지와, 상기 스테이지에 결합되어 이동하는 슬라이더로 구성되어 있다.

보다 상세히 설명하면, X축 스테이지 유닛(110)을 구성하는 X축 스테이지(111)는 3축 스테이지(100)가 설치되는 베드(Bed,10)에 고정되게 설치되고, X축 슬라이더(112)는 X축 스테이지(111)에 결합되어 X축 방향으로 이동하도록 설치된 다. 또 상기 Y축 스테이지 유닛(120)을 구성하는 Y축 스테이지(121)는 X축 슬라이더(112) 상부에 고정되게 설치되어 X축 슬라이더(112)와 함께 이동하도록 설치되며, Y축 슬라이더(122)는 Y축 스테이지(121)에 결합되어 Y축 방향으로 이동하도록 설치된다. 또 상기 Z축 스테이지 유닛(130)을 구성하는 Z축 스테이지(131)는 Y축 슬라이더(122)의 상부에 입설된 브라켓(133)에 고정되게 설치되어 Y축 슬라이더(122)와 함께 이동하며, Z축 슬라이더(132)는 Z축 스테이지(131)에 결합되어 Z축 방향으로 이동하도록 설치되어 있다.

본 실시예에서는 각 스테이지 유닛(110,120,130)의 기본적인 구성만을 설명하였으나, 각 스테이지 유닛은 정밀한 작동을 위하여 스테이지와 슬라이더의 사이에 크로스 롤러 가이드와 같은 고정도의 가이드가 설치될 수 있으며, 실제 크로스 롤러 가이드를 이용하여 구성된 스테이지 유닛은 이미 공지되어 널리 사용되고 있는 주지관용된 기술이므로 스테이지 유닛에 대한 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 제1 스케일이 X축 스테이지 유닛에 설치된 상태를 나타낸 사시도를 도시하고 있다.

상기 제1 스케일(140)은 사용자에 의하여 제1,2 측정팁(170,180)이 이동할 때, X축 슬라이더(112)가 X축 방향으로 이동한 거리를 검출하는 것으로, X축 방향과 평행하도록 X축 스테이지(111)에 설치된 X축 스케일(141)과, 상기 X축 슬라이더(112)에 설치되어 X축 슬라이더(112)와 함께 이동하며 X축 스케일(141)을 통해 X축 슬라이더(112)가 이동한 거리에 해당하는 신호를 발생하는 X축 스케일 리 더(142)로 구성되어 있다. 이때 X축 스케일 리더(142)는 브라켓(143)에 의하여 X축 슬라이더(112)에 설치되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 제2 스케일이 Y축 스테이지 유닛에 설치된 상태를 나타낸 사시도를 도시하고 있다.

상기 제2 스케일(150)은 사용자에 의하여 제1,2 측정팁(170,180)이 이동할 때, Y축 슬라이더(122)가 Y축 방향으로 이동한 거리를 검출하는 것으로, Y축 방향과 평행하도록 Y축 스테이지(121)에 설치된 Y축 스케일(151)과, 상기 Y축 슬라이더(122)에 설치되어 Y축 슬라이더(122)와 함께 이동하며 Y축 스케일(151)을 통해 Y축 슬라이더(122)가 이동한 거리에 해당하는 신호를 발생하는 Y축 스케일 리더(152)로 구성되어 있다. 이때 Y축 스케일 리더(152)는 브라켓(153)에 의하여 Y축 슬라이더(122)에 설치되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 제3 스케일이 Z축 스테이지 유닛에 설치된 상태를 나타낸 사시도를 도시하고 있다.

상기 제3 스케일(160)은 사용자에 의하여 제1,2 측정팁(170,180)이 이동할 때, Z축 슬라이더(132)가 Z축 방향으로 이동한 거리를 검출하는 것으로, Z축 방향과 평행하도록 Z축 스테이지(131)에 설치된 Z축 스케일(161)과, 상기 Z축 슬라이더(132)에 설치되어 Z축 슬라이더(132)와 함께 이동하며 Z축 스케일(161)을 통해 Z축 슬라이더(132)가 이동한 거리에 해당하는 신호를 발생하는 Z축 스케일 리더(162)로 구성되어 있다. 이때 Z축 스케일 리더(162)는 브라켓(163)에 의해 Z축 슬라이더(132)에 설치되어 있다.

상기와 같은 제1 스케일(140)과 제2 스케일(150) 및 제3 스케일(160)은 물체의 길이를 측정하거나 이동거리를 측정하기 위해 여러 산업분야에서 사용되고 있는 주지관용된 기술이므로 보다 상세한 설명은 생략한다.

도 6은 본 발명에 따른 제1 측정팁과 제2 측정팁이 설치된 상태를 나타낸 단면도를 도시하고 있다.

상기 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)은 측정대상인 구멍의 내부로 삽입되어 구멍의 내면과 접촉하는 것으로, 끝단에 둥근 구(球,171,181)가 구비된 바(bar)로 이루어지며, 측정홀더(H)에 의해 Z축 슬라이더(132)에 연결되어 있다. 한편 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)의 끝단을 무한히 작은 하나의 점으로 구성하는 것이 이상적이나, 실제 제작에 있어서 제1,2 측정팁(170,180)의 끝단을 무한히 작은 점으로 구성하는 것이 불가능하므로, 외면과 중심의 거리가 위치에 상관없이 동일한 구(球)로 제1,2 측정팁(170,180)의 끝단을 구성한 것이다.

상기 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)은 측정홀더(H)에 설치됨에 있어 서로 다른 두 면에 각각 형성된 구멍들의 크기를 측정하고, 또 구멍간의 수직거리를 측정할 수 있도록 서로 다른 방향으로 향하도록 설치되어 있다. 보다 구체적으로, 제1 측정팁(170)은 측정홀더(H)로부터 Y축 방향으로 돌출된 구조를 갖도록 설치되고, 제2 측정팁(180)은 측정홀더(H)로부터 X축 방향으로 돌출된 구조를 갖도록 설치되어 있다. 따라서 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)의 사이각은 90°를 형성하게 된다.

이와 같이 측정홀더(H)에 설치되어 Z축 슬라이더(132)와 연결된 제1 측정 팁(170)과 제2 측정팁(180)은 사용자가 측정홀더(H)를 잡고 측정홀더(H)를 이동시킴으로써 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)을 측정하고자 하는 구멍의 내부로 이동시키게 된다.

한편 상기 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)을 측정홀더(H)에 설치함에 있어 제1,2 측정팁(170,180)과 측정홀더(H)가 나사결합에 의해 결합되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는 측정팁이 손상된 경우, 측정팁만을 쉽게 교환할 수 있도록 함으로써 유지비를 절감할 수 있도록 하기 위한 것이다.

위의 도 1에 도시된 처리장치(190)는 제1 스케일(140)과 제2 스케일(150) 및 제3 스케일(160)로부터 발생되는 신호를 전달받아 이를 처리함으로써 구멍의 크기 및 중심좌표를 계산하고, 또 구멍간의 수직거리를 계산하는 것으로, 컴퓨터(191)와 사용자 스위치(192)로 구성되어 있다.

상기 사용자 스위치(192)는 제1 측정팁(170) 또는 제2 측정팁(180)의 끝단이 구멍의 내면에 접촉되었을 때 사용자에 의해 작동하게 되며, 사용자 스위치(192)의 작동 시 컴퓨터(191)는 제1 스케일(140)과 제3 스케일(160) 또는 제2 스케일(150)과 제3 스케일(160)로부터 전달되는 신호를 처리하여 해당위치에 대한 좌표값을 얻도록 하는 것이다.

물론 제1 측정팁(170)의 끝단이 구멍의 내면에 접촉되었을 때, 컴퓨터(191)가 제1 스케일(140) 및 제3 스케일(160)로부터 해당 위치에 대한 정보를 전달받고, 또 제2 측정팁(180)의 끝단이 구멍의 내면에 접촉되었을 때, 컴퓨터(191)가 제2 스케일(150) 및 제3 스케일(160)로부터 해당 위치에 대한 정보를 전달받을 수 있도 록, 사용자 스위치(192)에는 서로 다른 두개의 버튼(192a,192b)이 구비되어 있다.

따라서 제1 측정팁(170)을 이용하여 어느 한 면에 있는 구멍의 내면에 제1 측정팁(170)을 접촉시킨 경우, 사용자 스위치(192)에 구비된 2개의 버튼 중 제1 측정팁(170)에 대응하는 버튼(192a)을 누르게 되면, 컴퓨터(191)는 제1 스케일(140)과 제3 스케일(160)로부터 입력되는 신호를 처리하여 해당 위치에 대한 좌표값을 얻게 되고, 제2 측정팁(180)이 구멍내에 접촉된 경우, 사용자 스위치(192)의 다른 하나의 버튼(192b)을 누르게 되면, 제2 스케일(150)과 제3 스케일(160)로부터 입력되는 신호를 컴퓨터(191)가 처리하여 해당 위치에 대한 좌표값을 얻을 수 있게 된다.

한편, 상기 사용자 스위치(192)에는 상기 두 버튼(192a,192b) 이외에도 원점을 초기화하기 위한 리셋버튼 등 또 다른 기능의 버튼이 더 구비될 수 있다.

상기 컴퓨터(191)는 제1 스케일(140)과 제2 스케일(150) 및 제3 스케일(160)로부터 입력되는 신호를 처리하여 얻은 각 위치에 대한 좌표값을 이용하여 구멍의 크기와 중심좌표 및 구멍 간의 수직거리를 계산하는 것이다. 이처럼 구멍의 크기와 중심좌표 및 구멍 간의 수직거리를 계산하는 것은 미리 작성된 프로그램에 의해 수행되며, 얻어진 좌표값을 이용하여 구멍의 크기와 중심좌표 및 구멍간의 수직거리를 계산하는 과정은 본 발명의 측정장치를 이용한 측정과정을 설명하는 과정에서 구체적으로 설명하도록 한다.

한편 본 발명에 따른 측정장치는 사용자가 측정홀더(H)를 잡고 제1 측정팁(170) 및 제2 측정팁(180)의 위치를 직접 이동시키게 되므로, 각각의 스테이지 유닛은 자연스러운 동작이 보장되어야만 원활한 측정이 가능하게 된다.

한편 X축 스테이지 유닛(110) 및 Y축 스테이지 유닛(120)은 수평면 상에서 슬라이더가 이동을 함으로써 슬라이더의 자중에 의한 영향을 무시할 수 있으나, Z축 스테이지 유닛(130)의 경우, Z축 슬라이더(132)가 수직방향으로 이동을 하는 관계로 제1,2 측정팁(170,180)을 상하 방향(Z축 방향)으로 이동시킬 때 Z축 슬라이더(132)의 자중에 의해 영향을 받아 정밀한 위치제어가 곤란한 단점이 있다.

따라서 이를 보완하기 위한 웨이트 발란스(200)가 구비되는 것이 바람직하다.

도 7은 본 발명에 따른 웨이트 발란스가 설치된 상태를 나타낸 사시도를 도시하고 있다.

상기 웨이트 발란스(200)는 Z축 스테이지 유닛(130)에 설치되어 Z축 슬라이더(132)의 이동시 무게균형을 유지하는 것이다. 이러한 웨이트 발란스(200)는 웨이트(201)와, 가이드봉(202)과, 로프(203)로 구성되어 있다.

상기 웨이트(201)는 Z축 슬라이더(132)와 동일한 무게를 갖는 블록으로써, Z축 스테이지 유닛(130)의 배면에 배치된다.

상기 가이드봉(202)은 웨이트(201)의 이동시 흔들리지 않도록 지지하는 것으로, Z축 슬라이더(132)의 이동방향(Z축 방향)과 평행하도록 Z축 스테이지 유닛(130)의 배면에 설치되어 웨이트(201)의 이동을 지지하게 된다. 한편 본 실시예에서는 2개의 가이드봉(202)이 제공되며, 제공된 2개의 가이드봉(202)이 Z축 슬라이더(132) 유닛을 지지하는 브라켓(133)에 설치된 구성이 개시되어 있다.

상기 로프(203)는 웨이트(201)와 Z축 슬라이더(132)를 연결하는 것으로, 일단이 웨이트(201)에 연결되고, 타단이 Z축 슬라이더(132)에 연결되어 있다. 한편 로프(203)의 원활한 이동을 위하여 Z축 스테이지 유닛(130)의 상단부에는 로프(203)의 거치를 위한 휠(205)을 갖는 회전지지대(204)가 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 측정장치를 이용하여 구멍의 크기를 측정하고, 구멍간의 거리를 측정하는 과정에 대해 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 측정작업을 행하는 상태를 나타낸 사시도를, 도 9는 측정대상물에 구비된 두 구멍을 X-Z평면과 Y-Z평면상에 투영하여 나타낸 도면을, 도 10은 제1 측정팁이 제1 구멍내 임의의 3점에 접촉된 상태를 나타낸 도면을 도시하고 있다.

측정대상물(20)에 구비된 구멍의 크기나 구멍간의 간격을 측정하기 위해서는 측정대상물(20)을 고정해야만 하며, 이때 측정용 지그(210)가 사용된다. 이러한 측정용 지그(210)는 측정대상물(20)의 형상이나 구조에 따라 다양한 구조로 제작하여 사용할 수 있다. 그러나 실제 측정장치를 현장에서 사용함에 있어서는 어느 하나의 제품을 반복적으로 측정하게 되므로, 실제 사용시에는 제품의 형상과 구조를 고려하여 제품을 고정할 수 있도록 전용 측정용 지그(210)를 별도로 제작하여 사용하게 되며, 이러한 전용 측정용 지그(210)는 측정장치가 설치되는 베드(10)에 함께 설치된다.

이처럼 측정용 지그(210)는 측정대상물(20)의 형상이나 구조에 따라 다양한 구조를 갖도록 제작되어 사용되는 바, 구조에 대한 상세한 설명은 생략하며, 이하 설명에서는 측정용 지그(210)가 측정장치와 함께 베드(10)에 설치된 것으로 가정하여 설명하도록 한다.

또 이하에서 설명되는 측정과정은 본 발명에 따른 측정장치의 구성을 보다 명확히 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 측정장치가 이하에서 설명될 측정방법에 한정되어 사용될 수 있는 것이다.

먼저, 측정대상물(20)을 측정용 지그(210)에 고정시킨다.

상기와 같이 측정대상물(20)의 고정이 이루어지면, 사용자는 측정홀더(H)를 잡고 제1 측정팁(170) 또는 제2 측정팁(180)의 끝단에 구비된 구(171,181)를 측정하고자 하는 구멍(21,22)의 내부로 삽입하여 구멍(21,22)의 내면에 접촉되도록 제1 측정팁(170) 또는 제2 측정팁(180)을 이동시키며 측정작업을 행하게 된다.

한편, 본 발명에 따른 측정장치는 서로 다른 두 방향으로 설치된 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)을 이용하여 서로 다른 두 면에 각각 형성된 구멍(21,22)을 측정할 수 있도록 한 것이므로, 이하에서는 제1 측정팁(170)을 이용하여 측정대상물(20)의 제1 구멍(21)의 크기와 중심좌표를 측정하고, 또 제2 측정팁(180)을 이용하여 측정대상물(20)의 제2 구멍(22)의 크기 및 중심좌표를 측정하는 과정에 대해 설명하도록 한다.

상기 제1 측정팁(170)의 끝단에 구비된 구(171)가 제1 구멍(21)의 내부로 삽입되어 제1 구멍(21)의 내면 중 임의의 한 점에 접촉되도록 제1 측정팁(170)을 이동시킨다. 이처럼 제1 측정팁(170)의 구(171)가 제1 구멍(21)의 내면에 접촉하였을 때, 사용자는 사용자 스위치(192)에 구비된 두 버튼 중, 제1 측정팁(170)에 대응하는 버튼(192a)을 누르게 되고, 이때 컴퓨터(191)는 제1 스케일(140) 및 제3 스케일(160)로부터 전달되는 신호를 처리하여 X축 슬라이더(112) 및 Z축 슬라이더(132)가 이동한 거리를 검출함으로써 해당 위치에 대한 좌표값을 얻을 수 있게 되며, 이러한 좌표값은 X-Z 평면상에 위치한 한 점P1(X1,Z1)으로 표현될 수 있다.

즉, 사용자가 제1 측정팁(170)을 이동시켜 제1 구멍(21)의 내면에 접촉시켰을 때, 제1 스케일(140) 및 제3 스케일(160)은 측정장치에 설정된 원점으로부터 제1 측정팁(170)이 이동한 거리에 따른 신호를 발생하게 되며, 이때 컴퓨터(191)는 제1 스케일(140)로부터 전달되는 신호를 처리하여 X좌표에 해당하는 값을 얻고, 제3 스케일(160)로부터 전달되는 신호를 처리하여 Z좌표에 해당하는 값을 얻게 됨으로써, 제1 구멍(21) 내의 어느 한 점 P1(X1,Z1)에 대한 좌표값을 얻을 수 있게 된다.

이후, 사용자가 제1 측정팁(170)을 이동시켜 제1 구멍(21) 내의 또 다른 한점에 제1 측정팁(170)의 구를 접촉시킨 후, 사용자 스위치(192)의 버튼(192a)을 누름으로써 2번째 점P2(X2,Z2)에 대한 좌표값을 얻을 수 있게 되며, 다시 이러한 과정을 반복함으로써 제1 구멍(21) 내의 또 다른 한 점P3(X3,Z3)에 대한 좌표값을 얻을 수 있게 된다.

상기와 같이 제1 구멍(21) 내의 서로 다른 3점에 대한 좌표값을 얻게 되면, 컴퓨터(191)는 제1 구멍(21)에 대한 중심좌표 및 크기를 계산하게 된다.

한편 3점의 좌표값 P1(X1,Z1),P2(X2,Z2),P3(X3,Z3)을 이용하여 원의 크기 및 중심좌표를 구하는 것은 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 이하에서는 원의방정식을 이용한 방법에 대해 간략히 설명한다.

먼저, 각 점의 좌표값 P1(X1,Z1),P2(X2,Z2),P3(X3,Z3)을 아래의 원의방정식의 일반형에 대입하여 미지수 A,B,C를 구함으로써 원의방정식을 완성하고,

--- 원의방정식 일반형

완성된 원의방정식 일반형을 아래와 같은 표준형으로 변환함으로써 제1 구멍(21)의 중심좌표 및 크기(반경)를 알 수 있게 된다.

--- 원의방정식 표준형

위의 원의방정식 표준형에서, a와b는 구멍의 중심좌표가 되며, R은 제1 구멍(21)의 반지름이 된다.

위와 같은 원의방정식 및 3점의 좌표값을 이용해 제1 구멍(21)의 중심좌표 및 크기를 이론상으로는 계산할 수 있으나, 구멍 크기의 경우, 제1 측정팁(170)의 끝단에 구비된 구의 크기를 반영해야만 실제 구멍의 정확한 크기가 되므로, 상기 이론에 의하여 구해진 원의 반지름(R)에 구의 반지름(R`)을 더함으로써 실제 구멍의 반지름을 계산할 수 있게 된다.

다음으로, 제2 측정팁(180)을 이용하여 제2 구멍(22)의 크기 및 중심좌표를 측정하는 과정에 대해 설명한다.

상기 제2 측정팁(180)을 이용하여 제2 구멍(22)의 크기 및 중심좌표를 측정하는 과정은 제1 측정팁(170)을 이용하여 제1 구멍(21)을 측정할 때와 동일한 방식에 의해 수행되는 바, 간략히 설명하도록 한다.

제2 측정팁(180)의 구(181)가 제2 구멍(22)의 내면에 접촉하였을 때, 사용자 스위치(192)에 구비된 두 버튼 중 제2 측정팁(180)에 대응하는 버튼(192b)을 누르게 되면, 컴퓨터(191)는 제2 스케일(150) 및 제3 스케일(160)로부터 전달되는 신호를 처리하여 Y축 슬라이더(122) 및 Z축 슬라이더(132)가 이동한 거리를 검출함으로써 해당 위치에 대한 좌표값을 얻을 수 있게 되며, 이러한 좌표값은 Y-Z 평면상에 위치한 한 점으로 표현될 수 있다.

이와 같은 과정을 반복하여 제2 구멍(22)내 임의의 3점에 대한 좌표값을 얻게 되며, 얻어진 3점의 좌표값을 위에서 설명된 바와 같이 원의방정식을 이용하여 계산함으로써 크기 및 중심좌표를 알 수 있게 된다.

상기와 같은 과정을 통해 제1 구멍(21)과 제2 구멍(22)의 크기를 각각 측정할 수 있게 되며, 제1 구멍(21)과 제2 구멍(22)의 수직거리(D)는 제1 구멍(21)의 중심좌표가 C1(Xa,Za)라 가정하고, 제2 구멍(22)의 중심좌표가 C2(Yb,Zb)라고 가정할 경우, Za와 Zb의 차이값이 두 구멍(21,22)간의 수직거리(D)가 되므로, 손쉽게 두 구멍(21,22)간의 수직거리(D)를 계산할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 제1 구멍(21)의 내부에 제1 측정팁(170)을 접촉시켜 임의의 3점에 대한 좌표값을 구하고, 또 제2 구멍(22)의 내부에 제2 측정팁(180)을 접촉시켜 임의의 3점에 대한 좌표값을 구함으로써, 서로 다른 면에 각각 형성된 제1 구멍(21)과 제2 구멍(22)의 크기 및 두 구멍간의 수직거리를 측정할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정장치의 사시도,

도 2 는 본 발명에 따른 3축 스테이지의 사시도,

도 3 은 본 발명에 따른 제1 스케일이 X축 스테이지 유닛에 설치된 상태를 나타낸 사시도,

도 4 는 본 발명에 따른 제2 스케일이 Y축 스테이지 유닛에 설치된 상태를 나타낸 사시도,

도 5 는 본 발명에 따른 제3 스케일이 Z축 스테이지 유닛에 설치된 상태를 나타낸 사시도,

도 6 은 본 발명에 따른 제1 측정팁과 제2 측정팁이 설치된 상태를 나타낸 단면도,

도 7 은 본 발명에 따른 웨이트 발란스가 설치된 상태를 나타낸 사시도,

도 8 은 본 발명에 따른 측정장치를 이용하여 측정작업을 행하는 상태를 나타낸 사시도,

도 9 는 측정대상물에 구비된 두 구멍을 X-Z평면과 Y-Z평면상에 투영하여 나타낸 도면,

도 10 은 제1 측정팁이 제1 구멍내 임의의 3점에 접촉된 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(100) : 3축 스테이지 (110) : X축 스테이지 유닛

(120) : Y축 스테이지 유닛 (130) : Z축 스테이지 유닛

(140) : 제1 스케일 (150) : 제2 스케일

(160) : 제3 스케일 (170) : 제1 측정팁

(180) : 제2 측정팁 (190) : 처리장치

(200) : 웨이트 발란스 (201) : 웨이트

(202) : 가이드봉 (203) : 로프

(204) : 회전지지대

Claims (4)

1. X축 스테이지 유닛(110)과 Y축 스테이지 유닛(120) 및 Z축 스테이지 유닛(130)으로 이루어진 3축 스테이지(100);

   상기 X축 스테이지 유닛(110)에 설치되어 X축 스테이지 유닛(110)의 이동거리를 검출하는 제1 스케일(140);

   상기 Y축 스테이지 유닛(120)에 설치되어 Y축 스테이지 유닛(120)의 이동거리를 검출하는 제2 스케일(150);

   상기 Z축 스테이지 유닛(130)에 설치되어 Z축 스테이지 유닛(130)의 이동거리를 검출하는 제3 스케일(160);

   상기 Z축 스테이지 유닛(130)에 설치되어 사용자에 의해 이동하는 측정홀더(H);

   상기 측정홀더(H)에 설치되되, 측정홀더(H)로부터 Y축 방향으로 돌출된 구조를 갖도록 설치된 제1 측정팁(170);

   상기 측정홀더(H)에 설치되되, 측정홀더(H)로부터 X축 방향으로 돌출된 구조를 갖도록 설치된 제2 측정팁(180); 및

   상기 제1 측정팁(170)이 측정 대상 구멍 내의 서로 다른 3점에 접촉할 때, 상기 제1 스케일(140)과 제3 스케일(160)로부터 X축 스테이지 유닛(110) 및 Z축 스테이지 유닛(130)이 이동한 거리에 대응하는 신호를 전달받아 처리하거나 또는 상기 제2 측정팁(180)이 측정 대상 구멍 내의 서로 다른 3점에 접촉할 때, 상기 제2 스케일(150)과 제3 스케일(160)로부터 Y축 스테이지 유닛(120) 및 Z축 스테이지 유닛(130)이 이동한 거리에 대응하는 신호를 전달받아 처리하여 측정팁이 접촉한 3점에 대한 좌표값을 얻고, 상기 3점의 좌표값을 이용해 구멍의 크기 및 중심좌표를 계산하며, 각 구멍의 중심좌표값을 이용하여 구멍간의 수직거리를 계산하는 처리장치(190)로 구성된 것을 특징으로 하는 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 측정팁(170) 및 제2 측정팁(180)의 이동시 Z축 스테이지 유닛(130)과의 무게균형을 유지하기 위한 웨이트 발란스(200)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 웨이트 발란스(200)는,

   상기 Z축 스테이지 유닛(130)의 Z축 슬라이더(132)와 동일한 무게를 가지고, Z축 스테이지 유닛(130)의 배면에 배치된 웨이트(201);

   상기 Z축 슬라이더(132)의 이동방향(Z축 방향)과 평행하도록 Z축 스테이지 유닛(130)의 배면에 설치되어 웨이트(201)의 이동을 지지하는 적어도 하나 이상의 가이드봉(202);

   상기 Z축 스테이지 유닛(130)의 상단부에 설치된 회전지지대(204)에 거치되며 일단이 웨이트(201)에 연결되고, 타단이 Z축 슬라이더(132)에 연결된 로프(203)로 구성된 것을 특징으로 하는 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 측정팁(170)과 제2 측정팁(180)은 측정홀더(H)와 나사결합되어 교환이 용이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 서로 다른 두면에 형성된 구멍 크기 및 수직거리 측정장치.

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