KR101038221B1 - 광학식 회전변위계 - Google Patents

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박종환
최무성
양광웅
이설희
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명의 제1 실시예에 따른 광학식 회전변위계는, 소정 지름의 원형관 구조체로서 그 중심부에는 사각형 형태의 메인 반사체가 원형관 구조체의 중심축 방향을 따라 원형관 구조체와 일체로 형성되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 외부 회전체; 및 반원기둥형의 구조체로서 상기 외부 회전체 내부의 메인 반사체의 양측에 메인 반사체와 소정 간격 이격되어 상호 대칭 구조로 중심축 방향을 따라 각각 설치되며, 상기 메인 반사체와 대면하는 각 반원기둥형 구조체의 면부에는 사각형 형태의 보조 반사체가 각각 설치되고, 그 각 보조 반사체에는 광을 조사하는 광원과 광원으로부터 조사된 광이 상기 메인 반사체와 보조 반사체 사이에서 반사된 광을 감지하는 광센서가 각각 설치되며, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 한 쌍의 내부 회전체를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 회전변위를 일으키는 장치(또는 회전축)와 연동되는 반사 구조체를 구비하고 광선이 반사되는 경로의 변위가 반사 횟수에 비례하여 증가되는 속성을 이용하여 미세한 회전변위에도 큰 광점 위치의 변화를 야기하도록 함으로써 회전변위를 일으키는 장치의 미세 회전변위를 정밀하게 측정할 수 있다.

Description

광학식 회전변위계{Apparatus for measuring a micro rotation displacement of a rotating object by an optical mechanism}
본 발명은 광학식 회전변위계에 관한 것으로서, 특히 회전변위를 일으키는 장치(또는 회전축)와 연동되는 반사 구조체를 구비하고 광선이 반사되는 경로의 변위가 반사 횟수에 비례하여 증가되는 속성을 이용하여 미세한 회전변위에도 큰 광점 위치의 변화를 야기하도록 함으로써 회전변위를 일으키는 장치의 미세 회전변위를 정밀하게 측정할 수 있는 광학식 회전변위계에 관한 것이다.
종래의 회전변위계는 구조의 인장/수축을 기계적으로 측정하거나, 광학 마커 (marker)를 회전축에 부착하거나, 또는 변위에서 파생된 광경로 차단/변동 효과에 따른 광량의 변화 등을 활용하는 방식을 취한다. 그러나, 그와 같은 종래 회전변위계는 측정된 미세한 전기신호를 증폭하는 과정에서 잡음과 신호 왜곡으로 인해 측정값의 오차가 증가하는 문제가 있다.
본 발명은 이상과 같은 종래 회전변위계에서의 문제점을 감안하여 창출된 것 으로서, 회전변위를 일으키는 장치(또는 회전축)와 연동되는 반사 구조체를 구비하고 광선이 반사되는 경로의 변위가 반사 횟수에 비례하여 증가되는 속성을 이용하여 미세한 회전변위에도 큰 광점 위치의 변화를 야기하도록 함으로써 회전변위를 일으키는 장치의 미세 회전변위를 정밀하게 측정할 수 있는 광학식 회전변위계를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학식 회전변위계는,
소정 지름의 원형관 구조체로서 그 중심부에는 사각형 형태의 메인 반사체가 원형관 구조체의 중심축 방향을 따라 원형관 구조체와 일체로 형성되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 외부 회전체; 및
반원기둥형의 구조체로서 상기 외부 회전체 내부의 메인 반사체의 양측에 메인 반사체와 소정 간격 이격되어 상호 대칭 구조로 중심축 방향을 따라 각각 설치되며, 상기 메인 반사체와 대면하는 각 반원기둥형 구조체의 면부에는 사각형 형태의 보조 반사체가 각각 설치되고, 그 각 보조 반사체에는 광을 조사하는 광원과 광원으로부터 조사된 광이 상기 메인 반사체와 보조 반사체 사이에서 반사된 광을 감지하는 광센서가 각각 설치되며, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 한 쌍의 내부 회전체를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 외부 회전체의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(flange)가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성된다.
또한, 상기 한 쌍의 내부 회전체의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 각 내부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성된다.
또한, 상기 보조 반사체에 설치되는 광원으로는 LED(light emitting diode) 나 레이저 광원이 사용될 수 있고, 광센서로는 PSD(position sensitive detector)가 사용될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학식 회전변위계는,
소정 지름의 원형관 구조체로서 그 중심부에는 사각형 형태의 메인 반사체가 원형관 구조체의 중심축 방향을 따라 원형관 구조체와 일체로 형성되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 외부 회전체; 및
반원기둥형의 구조체로서 상기 외부 회전체 내부의 메인 반사체의 양측에 메인 반사체와 소정 간격 이격되어 상호 대칭 구조로 중심축 방향을 따라 각각 설치되며, 그 몸체는 상기 외부 회전체와 다수의 탄성 스포크(spoke)에 의해 기계적으로 연결되고, 상기 메인 반사체와 대면하는 각 반원기둥형 구조체의 면부에는 사각형 형태의 보조 반사체가 각각 설치되며, 그 각 보조 반사체에는 광을 조사하는 광 원과 광원으로부터 조사된 광이 상기 메인 반사체와 보조 반사체 사이에서 반사된 광을 감지하는 광센서가 각각 설치되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 한 쌍의 내부 회전체를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 외부 회전체의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(flange)가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성된다.
또한, 상기 한 쌍의 내부 회전체의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 각 내부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성된다.
또한, 상기 보조 반사체에 설치되는 광원으로는 LED(light emitting diode) 나 레이저 광원이 사용될 수 있고, 광센서로는 PSD(position sensitive detector)가 사용될 수 있다.
또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학식 회전변위계는,
소정 지름의 원형관 구조체로서 그 내면부에는 다수의 평면형 외부 반사체가 전체적으로 다각형을 이루도록 설치되며, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 외부 회전체;
상기 외부 회전체의 내부에 설치되며, 다각기둥형의 구조체로서 각 면에는 내부 반사체가 각각 설치되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 내부 회전체;
상기 외부 회전체의 다수의 외부 반사체 중의 임의의 반사체에 설치되며, 상기 내부 회전체의 내부 반사체를 향해 광을 조사하는 광원; 및
상기 광원이 설치된 외부 회전체의 동일한 외부 반사체에 설치되며, 상기 광원으로부터 조사된 광이 상기 내부 회전체 및 외부 회전체의 각 반사체에 의해 다수회의 반사 과정을 거쳐 되돌아오는 광을 감지하는 광센서를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 외부 회전체의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(flange)가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성된다.
또한, 상기 내부 회전체의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 내부 회전체의 양단부에는 가장자리를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성된다.
또한, 상기 광원으로는 LED(light emitting diode) 또는 레이저 광원이 사용될 수 있고, 광센서로는 PSD(position sensitive detector)가 사용될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 회전변위를 일으키는 장치(또는 회전축)와 연동되는 반사 구조체를 구비하고 광선이 반사되는 경로의 변위가 반사 횟수에 비례하여 증가되는 속성을 이용하여 미세한 회전변위에도 큰 광점 위치의 변화를 야기하도록 함으로써 회전변위를 일으키는 장치의 미세 회전변위를 정밀하게 측정할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
여기서, 본 발명의 실시예에 대한 본격적인 설명에 앞서, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 광점의 변화와 두 반사체 간의 거리 및 반사 횟수와의 상관 관계에 대하여 설명해 보기로 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 평행한 상하부의 두 반사체(101)(102) 사이에서 광선의 경로는 입사각 θ과 반사각 θ에 따른 반복 반사 경로를 가지며, 하부 반사체(102)에 형성되는 광점의 위치를 Rn이라고 할 수 있다.
하부 반사체(102)가 회전축과 연계되어 미세각 φ만큼 기울어진다면 광점의 위치는 도 2에서와 같이 반사각이 θ+φ로 변형되어 광점의 위치 또한 변경된다. 이때 새로운 광점의 위치는 Rn'= Rn + ΔRn 와 같이 표현할 수 있으며, 이때 발생하는 변위량 ΔRn을 다음과 같은 수식에 의해 계산할 수 있다.
Figure 112009073136991-pat00001
따라서, 회전변위 φ를 반영하는 광점의 이동값은 두 반사체 간의 거리와 입사각이 반영된 값 L과 반사 횟수 n에 비례한다. 결과적으로 미세한 회전변위를 반사체에 의한 다수회의 반사를 거쳐 증폭된 광점의 위치 변화로 변환하여 감지할 수 있다.
본 발명은 이상과 같은 원리에 입각한 것으로서, 이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명해 보기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 구성을 보여주는 것으로서, 도 3은 평면도이고, 도 4는 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학식 회전변위계는 크게 외부 회전체(310)와 내부 회전체(320a)(320b)를 포함한다.
상기 외부 회전체(310)는 소정 지름의 원형관 구조체로서 그 중심부에는 사각형 형태의 메인 반사체(311)가 원형관 구조체의 중심축 방향을 따라 원형관 구조체와 일체로 형성되고, 일정 각도 범위(이 각도 범위는 실제로는 작은 각도 범위 임)에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치(미도시)와 기계적으로 결합된다.
상기 내부 회전체(320a)(320b)는 반원기둥(혹은 반원형관)형의 구조체로서 상기 외부 회전체(310) 내부의 메인 반사체(311)의 양측에 메인 반사체(311)와 소정 간격 이격되어 상호 대칭 구조로 중심축 방향을 따라 각각 설치되며, 상기 메인 반사체(311)와 대면하는 각 반원기둥형 구조체의 면부에는 사각형 형태의 보조 반사체(321a)(321b)가 각각 설치되고, 그 각 보조 반사체(321a)(321b)에는 광을 조사하는 광원(322)과 광원(322)으로부터 조사된 광이 상기 메인 반사체(311)와 보조 반사체(321a)(321b) 사이에서 반사된 광을 감지하는 광센서(323)가 각각 설치되며, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치(미도시)와 기계적으로 결합된다.
여기서, 상기 외부 회전체(310)의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체(310)의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지 (flange)(310f)가 형성되고, 그 플랜지(310f)에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀(310h)이 형성된다. 여기서, 이와 같은 플랜지(310f)에 의한 결합 방식은 여러 가지 가능한 결합 방식 중의 하나의 예에 불과한 것으로서, 반드시 이와 같이 플랜지(310f)에 의한 결합 방식으로 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서는 플랜지(310f)의 형성없이 외부 회전체(310)의 몸체에 직접 관통홀을 형성하여 볼트(나사) 체결에 의한 결합 방식이 사용될 수도 있다. 또한, 경우에 따라서는 이와 같이 볼트(나사) 체결방식이 아닌 용접이나 접착제에 의한 결합 방식이 사용될 수도 있 다.
또한, 상기 한 쌍의 내부 회전체(320a)(320b)의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 각 내부 회전체(320a)(320b)의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀(320h)이 형성된다. 이 내부 회전체(320a)(320b)의 경우에도 위의 외부 회전체 (310)와 마찬가지로 플랜지 및 볼트(나사) 체결 방식에 한정되는 것은 아니며, 상황에 따라 다양한 결합 방식이 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 상기 보조 반사체(321a)(321b)에 설치되는 광원(322)으로는 LED(light emitting diode)나 레이저 광원이 사용될 수 있고, 광센서(323)로는 PSD(position sensitive detector)가 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 구성을 보여주는 것으로서, 도 5는 평면도이고, 도 6은 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학식 회전변위계는, 상기 제1 실시예의 경우와 마찬가지로 크게 외부 회전체(510)와 내부 회전체 (520a)(520b)를 포함한다.
상기 외부 회전체(510)는 소정 지름의 원형관 구조체로서 그 중심부에는 사각형 형태의 메인 반사체(511)가 원형관 구조체의 중심축 방향을 따라 원형관 구조체와 일체로 형성되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치(미도시)와 기계적으로 결합된다.
상기 내부 회전체(520a)(520b)는 반원기둥(혹은 반원형관)형의 구조체로서 상기 외부 회전체(510) 내부의 메인 반사체(511)의 양측에 메인 반사체(511)와 소정 간격 이격되어 상호 대칭 구조로 중심축 방향을 따라 각각 설치되며, 그 몸체는 상기 외부 회전체(510)와 다수의 탄성 스포크(spoke)(524)에 의해 기계적으로 연결되고, 상기 메인 반사체(511)와 대면하는 각 반원기둥형 구조체의 면부에는 사각형 형태의 보조 반사체(521a)(521b)가 각각 설치되며, 그 각 보조 반사체(521a)(521b)에는 광을 조사하는 광원(522)과 광원(522)으로부터 조사된 광이 상기 메인 반사체(511)와 보조 반사체(521a)(521b) 사이에서 반사된 광을 감지하는 광센서(523)가 각각 설치되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치(미도시)와 기계적으로 결합된다.
여기서, 상기 외부 회전체(510)의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체(510)의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(510f)가 형성되고, 그 플랜지(510f)에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀(510h)이 형성된다. 이와 같은 외부 회전체(510)의 결합 방식도 상기 제1 실시예에서의 외부 회전체(310)의 경우와 마찬가지로, 플랜지 및 볼트(나사) 체결 방식으로 한정되는 것은 아니며, 상황에 따라 다양한 결합 방식이 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 상기 한 쌍의 내부 회전체(520a)(520b)의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 각 내부 회전체(520a)(520b)의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀(520h)이 형성된다. 이 내부 회전체(520a)(520b)의 경우에도 위의 외부 회전체 (510)와 마찬가지로 플랜지 및 볼트(나사) 체결 방식에 한정되는 것은 아니며, 상 황에 따라 다양한 결합 방식이 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 상기 보조 반사체(521a)(521b)에 설치되는 광원으로는 LED나 레이저 광원이 사용될 수 있고, 광센서로는 PSD가 사용될 수 있다.
이상과 같은 구성의 제2 실시예의 경우는 외부 회전체(510)와 내부 회전체 (520a)(520b)가 탄성 스포크(524)에 의해 연결되어 있는 구조로 되어 있어, 외부 회전체(510)와 내부 회전체(520a)(520b) 사이에 걸리는 토오크(torque)에 의해 발생하는 미세 회전변위를 측정할 수 있다.
한편, 상기 수학식 1에서 표현된 바와 같이 반사 횟수 n의 증가에 따라 광점변위 증폭이 커지게 되는데, 이는 반사경로의 길이증가를 수반하고, 기구의 설계 시 제한된 반사체 길이에 의해 한계를 가지게 된다. 이를 극복하기 위한 방안이 이하에서 설명되는 본 발명의 제3 실시예이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학식 회전변위계를 나타낸 것으로서, 도 7은 평면도이고, 도 8은 종단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학식 회전변위계는 외부 회전체(710), 내부 회전체(720), 광원(730), 광센서(740)를 포함한다.
상기 외부 회전체(710)는 소정 지름의 원형관 구조체로서 그 내면부에는 다수의 평면형 외부 반사체(711)가 전체적으로 다각형을 이루도록 설치되며, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치(미도시)와 기계적으로 결합된다.
상기 내부 회전체(720)는 상기 외부 회전체(710)의 내부에 설치되며, 다각기 둥형의 구조체로서 각 면에는 내부 반사체(721)가 각각 설치되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치(미도시)와 기계적으로 결합된다.
상기 광원(730)은 상기 외부 회전체(710)의 다수의 외부 반사체(711) 중의 임의의 반사체에 설치되며, 상기 내부 회전체(720)의 내부 반사체(721)를 향해 광을 조사한다.
상기 광센서(740)는 상기 광원(730)이 설치된 외부 회전체(710)의 동일한 외부 반사체에 설치되며, 상기 광원(730)으로부터 조사된 광이 상기 내부 회전체 (720) 및 외부 회전체(710)의 각 반사체(721)(711)에 의해 다수회의 반사 과정을 거쳐 되돌아오는 광을 감지한다.
여기서, 상기 외부 회전체(710)의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체(710)의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(710f)가 형성되고, 그 플랜지(710f)에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀(710h)이 형성된다.
또한, 상기 내부 회전체(720)의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 내부 회전체(720)의 양단부에는 가장자리를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀(720h)이 형성된다.
또한, 상기 광원(730)으로는 LED 또는 레이저 광원이 사용될 수 있고, 광센서(740)로는 PSD가 사용될 수 있다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 제3 실시예의 광학식 회전변위계에 있어서는, 내외부의 다각형 반사체 구조를 가짐으로써 반사 경로가 회전축(내부 회전체)을 선회하는 형태로 형성된다. 즉, 도 7과 같은 형태에서 회전각(φ)이 반영된 반사 횟수는 1선회 반사경로당 6번이나, 도 8과 같이 나선 형태로 반복 선회할 경우 6의 배수로 반사 횟수를 증대시킬 수 있다. 즉, 광선의 반사 횟수는 6의 배수로 누적된다. 외부 회전체(710)와 내부 회전체(720) 사이에 회전변위가 발생하면(즉, 외부 회전체(710)와 내부 회전체(720) 사이의 각도 θ가 변화되면) 각 반사면에서 반사각은 2θ만큼씩 틀어지게 되고, 반사 횟수가 n이라면 최종적으로 광선이 광센서(740)에 수신될 때 광선의 기울기는 상기 수학식 1에 표현된 바와 같이 2nθ가 된다. 이러한 과정을 거쳐 회전변위각은 광선의 반사 경로에서 물리적으로 증폭되고, 이는 광센서(740)에 수신되는 광점의 변위로 나타난다. 그리고, 이러한 광점의 변위를 전기신호로 바꾸어 측정함으로써 미세 회전변위를 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 광학식 회전변위계는 회전변위를 일으키는 장치(또는 회전축)와 연동되는 반사 구조체를 구비하고 광선이 반사되는 경로의 변위가 반사 횟수에 비례하여 증가되는 속성을 이용하여 미세한 회전변위에도 큰 광점 위치의 변화를 야기하도록 함으로써 회전변위를 일으키는 장치의 미세 회전변위를 정밀하게 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 광학식 회전변위계는 물리량의 강도(광량, 저항, 전압 등)를 측정하는 것이 아니라 광점의 위치변화(공간 변위)를 측정하므로, 온도 특성에 예민한 반도체로 이루어진 센서의 감도 변화에 강인한 효과를 갖는다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 평행한 두 반사체 사이에서의 입사각 θ와 반사각 θ에 따른 광선의 반복 반사 경로를 보여주는 도면.
도 2는 도 1의 평행한 두 반사체 중 일측 반사체가 미세각 φ만큼 기울어 질 경우의 광점의 위치 변화를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 구성을 보여주는 평면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 구성을 보여주는 사시도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 구성을 보여주는 평면도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 구성을 보여주는사시도.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 구성을 보여주는 평면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 광학식 회전변위계의 나선형 광경로를 보여주는 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310,510...외부 회전체 310f,510f...플랜지
310h,320h,510h,520h...관통홀 311,511..메인 반사체
320a,320b,520a,520b...내부 회전체 321a,321b,521a,521b...보조 반사체
322,522...광원 323,523...광센서
524...스포크 710...외부 회전체
711...외부 반사체 721...내부 반사체
710h,720h...관통홀 710f...플랜지
730...광원 740...광센서

Claims (15)

  1. 소정 지름의 원형관 구조체로서 그 중심부에는 사각형 형태의 메인 반사체가 원형관 구조체의 중심축 방향을 따라 원형관 구조체와 일체로 형성되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 외부 회전체; 및
    반원기둥형의 구조체로서 상기 외부 회전체 내부의 메인 반사체의 양측에 메인 반사체와 소정 간격 이격되어 상호 대칭 구조로 중심축 방향을 따라 각각 설치되며, 상기 메인 반사체와 대면하는 각 반원기둥형 구조체의 면부에는 사각형 형태의 보조 반사체가 각각 설치되고, 그 각 보조 반사체에는 광을 조사하는 광원과 광원으로부터 조사된 광이 상기 메인 반사체와 보조 반사체 사이에서 반사된 광을 감지하는 광센서가 각각 설치되며, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 한 쌍의 내부 회전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 회전체의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(flange)가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 내부 회전체의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 각 내부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보조 반사체에 설치되는 광원은 LED(light emitting diode) 또는 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광센서는 PSD(position sensitive detector)인 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  6. 소정 지름의 원형관 구조체로서 그 중심부에는 사각형 형태의 메인 반사체가 원형관 구조체의 중심축 방향을 따라 원형관 구조체와 일체로 형성되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 외부 회전체; 및
    반원기둥형의 구조체로서 상기 외부 회전체 내부의 메인 반사체의 양측에 메 인 반사체와 소정 간격 이격되어 상호 대칭 구조로 중심축 방향을 따라 각각 설치되며, 그 몸체는 상기 외부 회전체와 다수의 탄성 스포크(spoke)에 의해 기계적으로 연결되고, 상기 메인 반사체와 대면하는 각 반원기둥형 구조체의 면부에는 사각형 형태의 보조 반사체가 각각 설치되며, 그 각 보조 반사체에는 광을 조사하는 광원과 광원으로부터 조사된 광이 상기 메인 반사체와 보조 반사체 사이에서 반사된 광을 감지하는 광센서가 각각 설치되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 한 쌍의 내부 회전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외부 회전체의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(flange)가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 내부 회전체의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 각 내부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 보조 반사체에 설치되는 광원은 LED 또는 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 광센서는 PSD인 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  11. 소정 지름의 원형관 구조체로서 그 내면부에는 다수의 평면형 외부 반사체가 전체적으로 다각형을 이루도록 설치되며, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제1 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 외부 회전체;
    상기 외부 회전체의 내부에 설치되며, 다각기둥형의 구조체로서 각 면에는 내부 반사체가 각각 설치되고, 일정 각도 범위에서 회전 운동이 가능하도록 외부의 제2 회전원 장치와 기계적으로 결합되는 내부 회전체;
    상기 외부 회전체의 다수의 외부 반사체 중의 임의의 반사체에 설치되며, 상기 내부 회전체의 내부 반사체를 향해 광을 조사하는 광원; 및
    상기 광원이 설치된 외부 회전체의 동일한 외부 반사체에 설치되며, 상기 광원으로부터 조사된 광이 상기 내부 회전체 및 외부 회전체의 각 반사체에 의해 다수회의 반사 과정을 거쳐 되돌아오는 광을 감지하는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 외부 회전체의 외부의 제1 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 외부 회전체의 양단부에는 원주를 따라 소정 폭의 플랜지(flange)가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 내부 회전체의 외부의 제2 회전원 장치와의 기계적 결합을 위해 상기 내부 회전체의 양단부에는 가장자리를 따라 소정 폭의 플랜지가 형성되고, 그 플랜지에는 볼트(나사)의 체결을 위한 다수의 관통홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 광원은 LED 또는 레이저 광원인 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 광센서는 PSD인 것을 특징으로 하는 광학식 회전변위계.
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CN110487306A (zh) * 2019-09-04 2019-11-22 太仓敏锐自动化科技有限公司 一种骨钉螺丝磁力旋转光学检测系统

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