KR101106347B1 - 밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차 엔진에 장착되는 다양한 형상을 가지는 밸브 스프링의 형상을 흑백 카메라를 이용하여 비접촉식 방식으로 측정하여 빠르고 정확한 측정 정밀도를 가지며 밸브 스프링의 양산 라인에서 전수 검사가 가능하도록 하는 밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
상기와 같은 본 발명은, 흑백 카메라에 의하여 밸브 스프링의 전둘레의 화상 정보를 연속적으로 획득함과 동시에 이때의 밸브 스프링의 회전각도 값을 엔코더 센서에 의하여 연속적으로 획득하여 형상 측정 컨트롤러에 의해 상기 화상 정보와 회전각도 값을 정렬 및 분석하여 얻어진 밸브 스프링의 데이터를 이용하여 밸브 스프링의 2D 및 3D 형상 위치점을 획득하여 밸브 스프링의 특성을 결정짓는 형상(자유고, 직각도, 외경, 피치 등)을 신속하고 정확하게 전수 검사할 수 있도록 함으로써 일반 원통형에서 비하이브(Beehive), 코니칼 등의 다양한 형상으로 다변화됨과 동시에, 다단계 피치 간격을 가지는 밸브 스프링의 품질 신뢰성을 확보함은 물론, 밸브 스프링의 형상 검사시간과 작업 공수를 대폭 절감하여 밸브 스프링의 생산효율 또한 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
자동차 엔진, 밸브 스프링, 흑백 카메라, 엔코더 센서, 밸브 스프링 형상

Description

밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법{A measurement equipment and method for valve spring shape}
본 발명은 밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 엔진에 장착되는 다양한 형상을 가지는 밸브 스프링의 형상을 흑백 카메라를 이용하여 비접촉식 방식으로 측정하여 빠르고 정확한 측정 정밀도를 가지며 밸브 스프링의 양산 라인에서 전수 검사가 가능하도록 하는 밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이하, 배경기술과 그 문제점에 대하여 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 자동차의 엔진 밸브에는 밸브 스프링이 장착되며, 상기와 같이 자동차의 엔진 밸브에 장착되는 엔진 밸브 스프링은 연료의 흡기와 폭발 후 연소 가스의 배기 시 완충 역할을 하는 것이다.
상기와 같은 자동차 엔진용 밸브 스프링은 엔진 밸브에 장착 시 상하 구분이 있으며, 상기와 같이 상하 구분이 있는 엔진 밸브 스프링을 엔진 밸브에 상하를 뒤집어 장착하게 되면 엔진 소음이 증가하게 될 뿐만 아니라 엔진의 성능과 내구성이 떨어진다는 문제점이 있으므로, 상기와 같은 엔진 밸브 스프링의 상, 하를 구분하기 위해서 밸브 스프링의 제작을 완료한 후, 밸브 스프링의 상, 하를 구분하기 위해서 밸브 스프링의 상부 또는 하부에 마킹을 실시된다.
그리고, 상기와 같은 밸브 스프링은 제작이 완료된 후 밸브 스프링의 중요 특성 인자인 밸브 스프링의 하중과 밸브 스프링의 형상(자유고, 직각도, 직경, 피치 등)을 검사하게 되는 밸브 스프링의 하중 시험과 형상 검사과정을 반드시 거처야 한다.
그러나, 종래에는 밸브 스프링의 형상(자유고, 직각도, 직경, 피치 등)을 측정하기 위해서는 작업자가 제작 완료된 밸브 스프링을 양산라인으로부터 일일이 옮긴 다음, 상기 엔진 밸브 스프링을 360도 회전시키면서 수작업으로 자유고, 직각도, 직경, 피치와 같은 밸브 스프링의 중요 특성인자를 측정함으로써 밸브 스프링의 형상 측정 검사시간이 오래 걸리게 됨으로써 과다한 작업 공수가 투입되어 생산성이 저하된다는 문제점이 있었다.
그리고 최근에는 밸브 스프링의 형상이 일반 원통형에서 비하이브(Beehive), 코니칼 등의 다양한 형상으로 다변화되고 있으며, 다단계 피치 간격을 가지는 밸브 스프링이 개발 및 적용되고 있는 실정이므로 밸브 스프링의 형상이 매우 복잡해지고 있는 추세이다.
그러므로, 다양한 형상으로 제작되는 밸브 스프링의 중요 특성인자인 자유고, 직각도, 직경, 피치와 같은 밸브 스프링의 형상을 작업자가 수작업으로 측정하게 될 경우 밸브 스프링의 형상 측정 정밀도가 저하되어 밸브 스프링의 품질 신뢰 성을 확보할 수 없을 뿐만 아니라, 형상 검사시간관 작업 공수 또한 더욱 증가되어 밸브 스프링의 생산효율을 더욱 저하된다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은, 일반 원통형에서 비하이브(Beehive), 코니칼 형상과 같이 다양한 형상으로 다변화되고 있을 뿐만 아니라 다단계의 피치 간격을 갖는 밸브 스프링의 특성을 결정짓는 밸브 스프링의 형상(자유고, 직각도, 외경, 피치 등)의 전수 검사가 가능할 뿐만 아니라, 상기와 같은 밸브 스프링의 형상을 빠른 속도와 정확한 측정 정밀도로 효과적으로 검사할 수 있는 밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 회전 모터의 회전축에 설치되며, 상부면에는 밸브 스프링이 올려지는 회전 베드판; 상기 회전 모터의 하단부에 설치되어 상기 회전 베드판의 회전 각도를 감지하는 엔코더 센서; 상기 회전 베드판에 올려놓아진 밸브 스프링의 일측에 위치하도록 설치되는 배경판 조명; 상기 회전 베드판에 올려놓아진 밸브 스프링의 타측에 위치하도록 설치되는 흑백 카메라; 상기 회전모터와 연결되는 모터 제어부; 상기 모터 제어부와 연결되며, 상기 엔코더 센서와는 엔코더 인터페이스를 통해 연결되고, 상기 흑백 카메라와는 화상 인터페이스를 통해 연결되는 형상 측정 컨트롤러; 및 상기 형상 측정 컨트롤러와 연결되는 형상 측정 표시부;로 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 회전 베드판의 상부면 중앙부에는 회전 베드판의 상부면에 올려놓아진 밸브 스프링의 중앙부를 관통하는 원형 막대 조명이 더 설치될 수 있다.
또한, 상기 회전 베드판은 자석으로 형성되거나, 상기 회전 베드판의 상부면에는 자석판이 더 부착될 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, (A)형상 측정 컨트롤러가 모터 제어부를 통해 회전모터를 작동시켜 회전 베드판을 회전시켜 밸브 스프링을 회전시키는 단계; (B)상기 회전 베드판에 의해 회전되는 밸브 스프링의 전 둘레의 화상을 흑백 카메라에 의해 연속적으로 획득하여 화상 인터페이스를 통해 형상 측정 컨트롤러로 전달하는 동시에 이때의 회전각도 값을 엔코더 센서에 의하여 연속적으로 획득하여 엔코더 인터페이스를 통해 형상 측정 컨트롤러로 전달하는 단계; (C)상기 흑백 카메라에 의하여 획득된 밸브 스프링의 화상 정보와 회전각도 값을 이용하여 형상 측정 컨트롤러에 의해 각 회전각도 마다 밸브 스프링의 높이, 중앙 에지, 좌측 피치점, 우측 피치점, 폭을 순차적으로 검출되는 단계; 및 (D)상기 C단계에서 검출된 밸브 스프링의 높이, 중앙에지, 좌측 피치점, 우측 피치점을 형상 측정 컨트롤러에 의해 분석 및 정렬하여 밸브 스프링의 2D형상의 위치점과 3D 형상의 위치점을 검출한 후 형상 측정 표시부로 전달하여 표시함과, 동시에 상기 2D 형상의 위치점과 3D 형상의 위치점을 기 세팅된 밸브 스프링의 측정 데이터와 비교 분석하여 밸브 스프링 형상의 합부 여부를 판단하는 단계;로 구성된 밸브 스프링의 형상 측정 방법을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 C단계에서 밸브 스프링의 높이는, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의하여 흑백 카메라에 의하여 획득된 밸브 스프링의 화상 정보로부터 측정 사각 영역에서 하부 방향으로 화소의 밝기를 검출하여 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하는 단계; 및 상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 검출된 측정 사각 영역에서의 흑색의 화소 중 가장 상위에 위치한 흑색 화소의 위치점과 회전 베드판의 상부면과의 거리를 측정하여 밸브 스프링의 높이를 산출하는 단계;를 통하여 검출될 수 있다.
또한, 상기 C단계에서 밸브 스프링의 중앙 에지는, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의하여 흑백 카메라에 의해 획득된 밸브 스프링의 화상 정보의 좌, 우측 측정 사각 영역에서부터 중앙부 방향으로 화소의 밝기를 검출하여 밸브 스프링의 내부 중앙에 원형 막대 조명을 설치함에 따라 화소의 밝기가 흑색에서 백색으로 변경되는 밸브 스프링의 양측 화소 위치를 검출한 후, 상기 양측 화소의 위치의 중심 값을 산출하여 검출될 수 있다.
여기서, 상기 밸브 스프링의 중앙 에지 검출 시 상기 형상 측정 컨트롤러는, 밸브 스프링의 중앙 에지의 하단에서 상단방향으로 밸브 스프링의 화상 정보의 화소 밝기를 검출하여 화소의 밝기가 백색에서 흑색과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점을 검출한 후, 화소의 밝기가 백색에서 흑색으로 변경되는 에지점과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과의 거리를 산출하여 재료경을 더 검출하고, 상기 백색에서 흑색으로 변경되는 에지점과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과의 중앙 위치를 산출하여 피치점을 더 검출하며, 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과 백색에서 흑색으로 검출되는 에지점과의 거리를 산출하여 피치 틈새 간격을 더 검출할 수 있다.
또한, 상기 C단계에서 좌측 피치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 화상 정보의 좌측 측정 사각 영역에서 우측 방향으로 화소의 밝기를 하단에서 상단으로 검색하면서 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하여, 상기 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치 중 좌측의 측정 사각 영역의 좌측 수직 위치선과의 거리가 감소하다가 증가되는 위치점을 산출하여 검출되며, 상기, 우측 피치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 화상 정보의 우측 측정 사각 영역에서 좌측 방향으로 화소의 밝기를 하단에서 상단으로 검색하면서 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하여, 상기 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치 중 우측의 측정 사각 영역의 우측 수직 위치선과의 거리가 감소하다가 증가되는 위치점을 산출하여 검출되고, 상기 밸브 스프링의 폭은, 좌측 피치점과 우측 피치점이 상기 형상 측정 컨트롤러에 의하여 분석되어 좌측 피치점과 우측 피치점 중 수평 거리가 가장 큰 값이 산출되어 검출될 수 있다.
또한, 상기 D단계에서 2D 형상의 위치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 중앙 에지 검출시 밸브 스프링을 360도까지 회전하여 밸브 스프링의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 중앙에지 검출에 의한 피치점과, 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 높이 검출 시 밸브 스프링을 360도까지 회전하여 밸브 스프링의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 밸브 스프링의 높이를 형상 측정 컨트롤러에 의해 정렬하여 검출되는 것이다.
또한, 상기 D단계에서 3D 형상의 위치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 좌측 피치점과 우측 피치점의 검출시 밸브 스프링을 180도까지 회전하여 각각의 측정 회전 각도에서의 밸브 스프링의 높이와 좌측 피치점, 우측 피치점과, 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 높이 검출 시 밸브 스프링을 180도까지 회전하여 밸브 스프링의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 밸브 스프링의 높이를 형상 측정 컨트롤러에 의해 정렬하여 검출되는 것이다.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법은, 흑백 카메라에 의하여 밸브 스프링의 전둘레의 화상 정보를 연속적으로 획득함과 동시에 이때의 밸브 스프링의 회전각도 값을 엔코더 센서에 의하여 연속적으로 획득하여 형상 측정 컨트롤러에 의해 상기 화상 정보와 회전각도 값을 정렬 및 분석하여 얻어진 밸브 스프링의 데이터를 이용하여 밸브 스프링의 2D 및 3D 형상 위치점을 획득하여 밸브 스프링의 특성을 결정짓는 형상(자유고, 직각도, 외경, 피치 등)을 신속하고 정확하게 전수 검사할 수 있도록 함으로써 일반 원통형에서 비하이브(Beehive), 코니칼 등의 다양한 형상으로 다변화됨과 동시에, 다단계 피치 간격을 가지는 밸브 스프링의 품질 신뢰성을 확보함은 물론, 밸브 스프링의 형상 검사시간과 작업 공수를 대폭 절감하여 밸브 스프링의 생산효율 또한 대폭 향상시킬 수 있도록 하여 매우 유용한 발명인 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치를 설명하기 위한 장치 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치는, 회전모터(10), 회전 베드판(11), 엔코더 센서(12), 배경판 조명(13), 흑백 카메라(14), 모터 제어부(15), 형상 측정 컨트롤러(16), 형상 측정 표시부(17)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치의 회전 모터(10)의 회전축에는 상부면에 밸브 스프링(2)이 올려지는 회전 베드판(11)이 설치된다.
상기 회전 베드판(11)은 회전 베드판(11)의 상부면에 올려놓아지는 밸브 스프링(2)이 상기 회전 베드판(11)이 회전됨에 따라 회전 베드판(11)으로부터 이탈되거나 위치가 변경되는 현상을 방지하기 위하여 자석으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 회전 베드판(11)이 자석으로 형성하지 못할 경우에는 상기 회전 베드판(11)의 상부면에 자석판(11a)을 더 부착할 수도 있다.
상기 엔코더 센서(12)는, 상기 회전 모터(10)의 하단부에 설치되어 상기 회전 베드판(11)의 회전 각도를 감지하는 기능을 한다.
상기 배경판 조명(13)은, 상기 회전 베드판(11)에 올려놓아진 밸브 스프링(2)의 일측에 위치하도록 설치된다.
상기 흑백 카메라(14)는, 상기 회전 베드판(11)에 올려놓아진 밸브 스프링(2)의 타측에 위치하도록 설치된다.
상기 모터 제어부(15)는 상기 회전모터(10)와 연결된다.
상기 형상 측정 컨트롤러(16)는, 상기 모터 제어부(15)와 연결되며, 상기 엔코더 센서(12)와는 엔코더 인터페이스(12a)를 통해 연결되고, 상기 흑백 카메라(14)와는 화상 인터페이스(14a)를 통해 연결된다.
상기 형상 측정 표시부(17)는, 상기 형상 측정 컨트롤러(16)와 연결된다.
또한, 상기 회전 베드판(11)의 상부면 중앙부에는 회전 베드판(11)의 상부면에 올려놓아진 밸브 스프링(2)의 중앙부를 관통하는 원형 막대 조명(18)이 더 설치될 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치를 이용하여 밸브 스프링의 형상을 측정하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이며, 도 4는 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 밸브 스프링의 형상 측정 예시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 밸브 스프링 형상 측정장치에 의하여 측정된 밸브 스프링의 2D 형상 위치점과 2D형상을 형상 측정표시부에 표시한 예시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 밸브 스프링 형상 측정장치에 의하여 측정된 밸브 스프링의 3D 형상 위치점과 3D형상을 형상 측정 표시부에 표시한 예시도이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치를 이용하여 밸브 스프링(2)의 형상을 측정하기 위해서는 먼저, 형상 측정 컨트롤러(16)가 모터 제어부(15)를 통해 회전 모터(10)를 작동시켜 회전 베드판(11)을 회전시켜 밸브 스프링(2)을 회전을 시키게 된다.
이때, 상기 회전 베드판(11)은 자석으로 형성되거나, 상기 회전 베드판(11)의 상부면에는 자석판(11a)이 설치됨으로써 상기 회전 베드판(11)의 상부면에 올려놓아진 상기 밸브 스프링(2)은 상기 회전 베드판(11)으로부터 이탈되거나 밸브 스프링(2)의 위치가 변경되는 현상이 발생되지 않도록 한다.
상기와 같이 회전 베드판(11)에 의하여 밸브 스프링(2)이 회전되기 시작하면, 형상 측정 컨트롤러(16)에 의하여 흑백 카메라(14)가 작동을 하게 됨으로써 상기 흑백 카메라(14)에 의하여 상기 회전 베드판(11)과 연동되어 회전되는 밸브 스프링(2)의 전 둘레의 화상이 획득되어 화상 인터페이스(14a)를 통해 형상 측정 컨트롤러(16)로 전달됨과 동시에, 이때의 회전각도 값은 엔코더 센서(12)에 의하여 연속적으로 획득되어 엔코더 인터페이스(12a)를 통해 형상 측정 컨트롤러(16)로 전달된다.
여기서, 상기 흑백 카메라(14)에 의하여 획득된 흑백 화상의 화소 밝기는 0~255의 값으로 표현되고, 0은 흑색을 나타내고 255는 백색을 나타내게 되며, 흑백 카메라의 반대편 즉, 밸브 스프링(2)의 일측에는 배경판 조명(13)이 설치되어 있으므로 밸브 스프링(2)은 흑색으로 나타나며 상기 밸브 스프링(2)을 나타내는 흑색은 255보다 작은 값을 가지게 된다.
상기와 같이 흑백 카메라(14)에 의하여 획득된 밸브 스프링(2)의 화상 정보와 엔코더 센서(12)에 의하여 획득된 회전각도 값을 이용하여 형상 측정 컨트롤러(16)에 의하여 각 회전각도 마다 밸브 스프링(2)의 높이(Hn), 중앙에지(B), 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90), 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90), 폭(Wn)을 순차적으로 검출한다.
여기서, 상기 밸브 스프링의 높이(Hn)는, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의하여 흑백 카메라(14)에 의해 획득된 밸브 스프링(2)의 화상 정보로부터 측정 사각 영역(A)에서 하부 방향으로 화소의 밝기를 검출하여 흑색이 되는 회소의 위치를 검출한 후, 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 검출된 측정 사각 영역(A)에서의 흑색의 화소 중 가장 상위에 위치한 흑색 화소의 위치점(h1)과 회전 베드판(11)의 상부면(h2)과의 거리를 측정함으로써 산출된다.
또한, 상기 밸브 스프링(2)의 중앙에지(B)는, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의하여 흑백 카메라(14)에 의해 획득된 밸브 스프링(2)의 화상 정보의 좌, 우측 측정 사각 영역(C)(D)에서부터 중앙부 방향으로 화소의 밝기를 검출하여 밸브 스프링(2)의 내부 중앙에 원형 막대 조명을 설치함에 따라 화소의 밝기가 흑색에서 백색으로 변경되는 밸브 스프링(2)의 양측 화소 위치를 검출한 후, 상기 양측 화소의 위치의 중심 값을 산출하여 검출되는 것이다.
그리고 이때, 상기 밸브 스프링(2)의 중앙 에지(B) 검출 시 상기 형상 측정 컨트롤러(16)는, 밸브 스프링의 중앙 에지(B)의 하단에서 상단방향으로 밸브 스프링(2)의 화상 정보의 화소 밝기를 검출하여 화소의 밝기가 백색에서 흑색과 흑색에 서 백색으로 변경되는 에지점을 검출한 후, 화소의 밝기가 백색에서 흑색으로 변경되는 에지점과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과의 거리를 산출하여 재료경(Mpn)을 더 검출하고, 상기 백색에서 흑색으로 변경되는 에지점과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과의 중앙 위치를 산출하여 피치점(Xpn, Ypn)을 더 검출하며, 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과 백색에서 흑색으로 검출되는 에지점과의 거리를 산출하여 피치 틈새 간격(Tpn)을 더 검출한다.
즉, 밸브 스프링(2)의 화상 정보에서 백색에서 흑색으로 검출되는 에지점과 흑색에서 백색으로 검출되는 에지점과의 거리가 재료경(Mpn)이 되며, 상기 백색에서 흑색으로 변경되는 에지점과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점의 중앙위치가 피치점(Xpn, Ypn)이 되고, 흑색에서 백색으로 검출되는 에지점과 백색에서 흑색으로 검출되는 에지점과의 거리가 피치 틈새 간격(Tpn)이 되는 것이다.
또한, 상기 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)은, 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 밸브 스프링(2)의 화상 정보의 좌측 측정 사각 영역(C)에서 우측 방향으로 화소의 밝기를 하단에서 상단으로 검색하면서 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하여, 상기 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치 중 좌측의 측정 사각 영역의 좌측 수직 위치선(N1)과의 거리가 감소하다가 증가되는 위치점을 산출하여 검출되는 것이다.
그리고, 상기 밸브 스프링(2)의 화상 정보의 하단에서부터 검출 에지점은 측정 회전 각도에서의 기준 회전권수의 -90도(-0.25권) 위치에 대한 피치 위치점이 된다.
또한, 상기, 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90)은, 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 밸브 스프링(2)의 화상 정보의 우측 측정 사각 영역(D)에서 좌측 방향으로 화소의 밝기를 하단에서 상단으로 검색하면서 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하여, 상기 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치 중 우측의 측정 사각 영역(D)의 우측 수직 위치선(N2)과의 거리가 감소하다가 증가되는 위치점을 산출하여 검출되는 것이다.
그리고, 상기 밸브 스프링(2)의 화상 정보의 하단에서부터 검출 에지점은 측정 회전 각도에서의 기준 회전권수의 +90도(+0.25권) 위치에 대한 피치 위치점이 된다.
또한, 밸브 스프링(2)의 폭(Wn)은, 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)과 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90)이 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의하여 분석되어 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)과 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90) 중 수평 거리(/Xpn+90 - Xpn-90/)가 가장 큰 값이 산출되어 검출되는 것이다.
즉, 측정 회전 각도에서 검출된 좌측의 모든 피치점(Xpn-90, Ypn-90)과 우측의 모든 피치점(Xpn+90, Ypn+90)과의 수평거리(/Xpn+90 - Xpn-90/)가 가장 큰 값이 측정 회전 각도에서 밸브 스프링(2)의 폭(Wn)이 되는 것이다.
상기와 같이 흑백 카메라(14)에 의하여 획득된 밸브 스프링(2)의 화상 정보와 회전각도 값을 이용하여 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 각 회전각도 마다 밸브 스프링(2)의 높이(Hn), 중앙에지(B), 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90), 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90), 폭(Wn)을 순차적으로 검출한 다음 밸브 스프링(2)이 360도 회 전 완료되면, 모터 제어부(15)에 의해 회전모터(10)의 작동이 정지되어 밸브 스프링(2)의 회전이 정지된다.
상기와 같이 밸브 스프링(2)의 회전이 정지된 다음에는, 상기에서 검출된 밸브 스프링(2)의높이(Hn), 중앙에지(B), 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90), 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90)을 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 분석 및 정렬하여 밸브 스프링(2)의 2D형상의 위치점과 3D 형상의 위치점을 검출한 후 형상 측정 표시부(17)로 전달하여 표시함과, 동시에 상기 2D 형상의 위치점과 3D 형상의 위치점을 기 세팅된 밸브 스프링(2)의 측정 데이터와 비교 분석하여 밸브 스프링(2) 형상의 합부 여부를 판단하게 된다.
여기서, 상기 2D 형상의 위치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 중앙 에지(B) 검출시 밸브 스프링(2)을 360도까지 회전하여 밸브 스프링(2)의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 중앙에지(B) 검출에 의한 피치점(Xpn, Ypn)과, 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 밸브 스프링(2)의 높이(Hn) 검출 시 밸브 스프링(2)을 360도까지 회전하여 밸브 스프링(2)의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 밸브 스프링(2)의 높이(Hn)를 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 정렬하여 검출된다.
즉, 중앙 에지(B) 검출을 360도까지 회전하여 각각의 측정 회전 각도에서의 밸브 스프링(2)의 높이(Hn)와 중앙 에지(B) 검출에 의한 피치점(Xpn, Ypn)을 측정한 후, 정렬을 하게 되면 도 5에 도시된 바와 같은 측정 밸브 스프링(2)의 2D형상 위치점을 얻을 수 있으며, 밸브 스프링(2)의 회전 권수에 따른 재료경(Mpn)과 피치 틈새 간격(Tpn)의 변화를 알 수 있다.
또한, 상기 3D 형상의 위치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)과 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90)의 검출시 밸브 스프링(2)을 180도까지 회전하여 각각의 측정 회전 각도에서의 밸브 스프링(2)의 높이(Hn)와 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90), 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90)과, 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 밸브 스프링(2)의 높이(Hn) 검출 시 밸브 스프링(2)을 180도까지 회전하여 밸브 스프링(2)의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 밸브 스프링(2)의 높이(Hn)를 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 정렬하여 검출된다.
즉, 좌, 우측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)(Xpn+90, Ypn+90) 검출을 180도까지 회전하여 각각의 측정 회전 각도에서 높이(Hn)와 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90), 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90)을 측정한 후, 정렬을 하게 되면 도 6에 도시된 바와 같은 측정 밸브 스프링(2)의 3D 형상 위치점을 얻을 수 있으며, 각각의 측정 회전 각도에서 산출된 밸브 스프링(2)의 높이(Hn) 중 가장 큰 값이 자유고(밸브 스프링의 높이)가 되고 밸브든 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)과 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90)과의 수평 거리(/Xpn+90 - Xpn-90/) 중 가장 큰 값이 밸브 스프링(2)의 외경이 되며, 각각의 측정 회전 각도에서 산출된 브든 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)과 브든 우측의 피치점(Xpn+90, Ypn+90)에서 좌측 피치점(Xpn-90, Ypn-90)의 측정값 간의 최대 차이와 우측 피치점(Xpn+90, Ypn+90) 간의 측정값 간의 최대 차이를 산출하여 그 중에서 가장 큰 값이 밸브 스프링(2)의 직각도가 되는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치 및 그 방법은 흑백 카메라(14)에 의하여 밸브 스프링(2)의 전둘레의 화상 정보를 연속적으로 획득함과 동시에 이때의 밸브 스프링(2)의 회전각도 값을 엔코더 센서(12)에 의하여 연속적으로 획득하여 형상 측정 컨트롤러(16)에 의해 상기 화상 정보와 회전각도 값을 정렬 및 분석하여 얻어진 밸브 스프링(2)의 데이터를 이용하여 밸브 스프링(2)의 2D 및 3D 형상 위치점을 획득하여 밸브 스프링(2)의 특성을 결정짓는 형상(자유고, 직각도, 외경, 피치 등)을 신속하고 정확하게 전수 검사할 수 있도록 함으로써 일반 원통형에서 비하이브(Beehive), 코니칼 등의 다양한 형상으로 다변화되고 있는 다단계 피치 간격을 가지는 밸브 스프링(2)의 품질 신뢰성을 확보함과 동시에 밸브 스프링(2)의 형상 검사시간과 작업 공수를 대폭 절감하여 밸브 스프링(2)의 생산효율을 대폭 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 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 1은 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치를 설명하기 위한 장치 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정장치를 설명하기 위한 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
도 4는 본 발명에 따른 밸브 스프링의 형상 측정 방법을 설명하기 위한 밸브 스프링의 형상 측정 예시도.
도 5는 본 발명에 따른 밸브 스프링 형상 측정장치에 의하여 측정된 밸브 스프링의 2D 형상 위치점과 2D형상을 형상 측정표시부에 표시한 예시도.
도 6은 본 발명에 따른 밸브 스프링 형상 측정장치에 의하여 측정된 밸브 스프링의 3D 형상 위치점과 3D형상을 형상 측정 표시부에 표시한 예시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(10) : 회전모터 (11) : 회전 베드판
(11a) : 자석판 (12) : 엔코더 센서
(12a) : 엔코더 인터페이스 (13) : 배경판 조명
(14) : 흑백 카메라 (15) : 모터 제어부
(16) : 형상 측정 컨트롤러 (17) : 형상 측정 표시부
(18) : 원형 막대 조명

Claims (11)

  1. 회전 모터의 회전축에 설치되며, 상부면에는 밸브 스프링이 올려지는 회전 베드판;
    상기 회전 모터의 하단부에 설치되어 상기 회전 베드판의 회전 각도를 감지하는 엔코더 센서;
    상기 회전 베드판에 올려놓아진 밸브 스프링의 일측에 위치하도록 설치되는 배경판 조명;
    상기 회전 베드판에 올려놓아진 밸브 스프링의 타측에 위치하도록 설치되는 흑백 카메라;
    상기 회전모터와 연결되는 모터 제어부;
    상기 모터 제어부와 연결되며, 상기 엔코더 센서와는 엔코더 인터페이스를 통해 연결되고, 상기 흑백 카메라와는 화상 인터페이스를 통해 연결되는 형상 측정 컨트롤러; 및
    상기 형상 측정 컨트롤러와 연결되는 형상 측정 표시부;로 구성된 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전 베드판의 상부면 중앙부에는 회전 베드판의 상부면에 올려놓아진 밸브 스프링의 중앙부를 관통하는 원형 막대 조명이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 베드판은 자석으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 베드판의 상부면에는 자석판이 더 부착되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정장치.
  5. (A)형상 측정 컨트롤러가 모터 제어부를 통해 회전모터를 작동시켜 회전 베드판을 회전시켜 밸브 스프링을 회전시키는 단계;
    (B)상기 회전 베드판에 의해 회전되는 밸브 스프링의 전 둘레의 화상을 흑백 카메라에 의해 연속적으로 획득하여 화상 인터페이스를 통해 형상 측정 컨트롤러로 전달하는 동시에 이때의 회전각도 값을 엔코더 센서에 의하여 연속적으로 획득하여 엔코더 인터페이스를 통해 형상 측정 컨트롤러로 전달하는 단계;
    (C)상기 흑백 카메라에 의하여 획득된 밸브 스프링의 화상 정보와 회전각도 값을 이용하여 형상 측정 컨트롤러에 의해 각 회전각도 마다 밸브 스프링의 높이, 중앙 에지, 좌측 피치점, 우측 피치점, 폭을 순차적으로 검출되는 단계; 및
    (D)상기 C단계에서 검출된 밸브 스프링의 높이, 중앙에지, 좌측 피치점, 우측 피치점을 형상 측정 컨트롤러에 의해 분석 및 정렬하여 밸브 스프링의 2D형상의 위치점과 3D 형상의 위치점을 검출한 후 형상 측정 표시부로 전달하여 표시함과, 동시에 상기 2D 형상의 위치점과 3D 형상의 위치점을 기 세팅된 밸브 스프링의 측정 데이터와 비교 분석하여 밸브 스프링 형상의 합부 여부를 판단하는 단계;로 구성된 밸브 스프링의 형상 측정방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 C단계에서 밸브 스프링의 높이는,
    상기 형상 측정 컨트롤러에 의하여 흑백 카메라에 의하여 획득된 밸브 스프링의 화상 정보로부터 측정 사각 영역에서 하부 방향으로 화소의 밝기를 검출하여 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하는 단계;
    상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 검출된 측정 사각 영역에서의 흑색의 화소 중 가장 상위에 위치한 흑색 화소의 위치점과 회전 베드판의 상부면과의 거리를 측정하여 밸브 스프링의 높이를 산출하는 단계;를 통하여 검출되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 C단계에서 밸브 스프링의 중앙 에지는,
    상기 형상 측정 컨트롤러에 의하여 흑백 카메라에 의해 획득된 밸브 스프링의 화상 정보의 좌, 우측 측정 사각 영역에서부터 중앙부 방향으로 화소의 밝기를 검출하여 밸브 스프링의 내부 중앙에 원형 막대 조명을 설치함에 따라 화소의 밝기가 흑색에서 백색으로 변경되는 밸브 스프링의 양측 화소 위치를 검출한 후, 상기 양측 화소의 위치의 중심 값을 산출하여 검출되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 밸브 스프링의 중앙 에지 검출 시 상기 형상 측정 컨트롤러는, 밸브 스프링의 중앙 에지의 하단에서 상단방향으로 밸브 스프링의 화상 정보의 화소 밝기를 검출하여 화소의 밝기가 백색에서 흑색과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점을 검출한 후, 화소의 밝기가 백색에서 흑색으로 변경되는 에지점과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과의 거리를 산출하여 재료경을 더 검출하고, 상기 백색에서 흑색으로 변경되는 에지점과 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과의 중앙 위치를 산출하여 피치점을 더 검출하며, 흑색에서 백색으로 변경되는 에지점과 백색에서 흑색으로 검출되는 에지점과의 거리를 산출하여 피치 틈새 간격을 더 검출하는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 C단계에서 좌측 피치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 화상 정보의 좌측 측정 사각 영역에서 우측 방향으로 화소의 밝기를 하단에서 상단으로 검색하면서 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하여, 상기 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치 중 좌측의 측정 사각 영역의 좌측 수직 위치선과의 거리가 감소하다가 증가되는 위치점을 산출하여 검출되며,
    상기, 우측 피치점은, 상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 화상 정보의 우측 측정 사각 영역에서 좌측 방향으로 화소의 밝기를 하단에서 상단으로 검색하면서 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치를 검출하여, 상기 화소의 밝기가 백색에서 흑색이 되는 화소의 위치 중 우측의 측정 사각 영역의 우측 수직 위치선과의 거리가 감소하다가 증가되는 위치점을 산출하여 검출되고,
    상기 밸브 스프링의 폭은, 좌측 피치점과 우측 피치점이 상기 형상 측정 컨트롤러에 의하여 분석되어 좌측 피치점과 우측 피치점 중 수평 거리가 가장 큰 값이 산출되어 검출되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링의 형상 측정방법.
  10. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 D단계에서 2D 형상의 위치점은,
    상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 중앙 에지 검출시 밸브 스프링을 360도까지 회전하여 밸브 스프링의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 중앙에지 검출에 의한 피치점과, 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 높이 검출 시 밸브 스프링을 360도까지 회전하여 밸브 스프링의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 밸브 스프링의 높이를 형상 측정 컨트롤러에 의해 정렬하여 검출되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링 형상 측정방법.
  11. 제 5 항, 제 6 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 D단계에서 3D 형상의 위치점은,
    상기 형상 측정 컨트롤러에 의해 좌측 피치점과 우측 피치점의 검출시 밸브 스프링을 180도까지 회전하여 각각의 측정 회전 각도에서의 밸브 스프링의 높이와 좌측 피치점, 우측 피치점과, 형상 측정 컨트롤러에 의해 밸브 스프링의 높이 검출 시 밸브 스프링을 180도까지 회전하여 밸브 스프링의 각각의 측정 회전 각도에서 검출된 밸브 스프링의 높이를 형상 측정 컨트롤러에 의해 정렬하여 검출되는 것을 특징으로 하는 밸브 스프링 형상 측정방법.
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