KR101214188B1 - 변위센서를 이용한 높이 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제품의 높이를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 제품의 높이를 연속적으로 정밀하게 측정할 수 있는 변위센서(150)를 이용한 높이 측정장치에 관한 것이다.
본 발명은 피측정물이 놓여지는 작업스테이지가 구비된 고정프레임과, 하강시 피측정물의 상단에 접촉되도록 상기 고정프레임에 승강가능하게 설치된 접촉자와, 상기 고정프레임과 접촉자의 사이에 설치되어 상기 접촉자와 피측정물의 접촉시 발생하는 충격을 흡수해 주는 댐퍼와, 상기 고정프레임의 일측에 착탈가능하게 설치된 마스터블럭 및 상기 접촉자와 함께 승강하면서 상기 마스터블럭의 상단에 접촉되며, 마스터블럭과 접촉된 후, 접촉자에 의해 하강이동이 중지될 때까지 발생되는 이동변위량을 통해 피측정물의 높이를 측정하는 변위센서를 포함하여 구성되며, 상기 고정프레임의 일측에는 수평블럭이 고정되며, 상기 수평블럭에는 마스터블럭의 하단이 끼워지는 홈부가 형성되고, 상기 수평블럭에는 상기 홈부에 끼워진 마스터블럭의 측부를 가압하는 조임나사가 체결되며, 상기 마스터블럭의 측부에는 상기 조임나사가 인입되는 인입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 높이 측정장치를 제공한다.

Description

변위센서를 이용한 높이 측정장치{Measuring Apparatus For Measuring Height Of Object Using Displacement Sensor}

본 발명은 제품의 높이를 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 제품의 높이를 연속적으로 정밀하게 측정할 수 있는 변위센서를 이용한 높이 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업 현장에서는 제작된 제품의 치수를 측정하여 불량여부를 판정하는 검수과정을 거치도록 하고 있다. 이러한 검수과정은 품질관리 및 품질향상을 위하여 반드시 거쳐야 하는 과정으로서, 제작된 제품이 정밀성과 안전성을 요구하는 자동차와 같은 제품에 장착되는 캡실링(cap sealing)과 같은 부속물일 경우에는 전수검사를 통한 철저한 치수관리가 이루어지도록 하고 있다.

상기 캡실링은 제품의 특성상 제품의 높이를 치수관리의 주요항목으로 인식되고 있으며, 이러한 높이의 측정은 버어니어켈리퍼스나 마이크로미터와 같은 측정기구를 이용하거나 특별히 제작된 측정지그 또는 통과검사구를 이용하여 작업자가 일일이 제품의 치수를 검사하는 방식이 대부분이었다. 따라서, 작업자의 숙련도에 따라 측정오차가 발생하기 쉽고 측정시간도 오래 걸려 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

특히, 상기한 방법들은 검사속도가 매우 느리기 때문에 부품이 연속적으로 공급되어야 하는 조립라인에서는 적용이 어려우므로 제품의 출시전에 일괄적으로 이루어지도록 할 수밖에 없다. 따라서, 검수과정에서는 양품으로 판정을 받았다 하더라도 제품 출시 후, 운송 및 보관과정에서 치수가 변화되어 실제 피측정물이 장착되어지는 조립라인에 불량품으로 공급될 수도 있기 때문에 제품의 신뢰도가 크게 떨어지는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 제품의 높이를 신속하고 정확하게 연속 측정함으로써 실제 피측정물이 장착되어지는 조립라인에서 설치되어 운용이 가능한 변위센서를 이용한 높이 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 피측정물이 놓여지는 작업스테이지가 구비된 고정프레임과, 하강시 피측정물의 상단에 접촉되도록 상기 고정프레임에 승강가능하게 설치된 접촉자와, 상기 고정프레임과 접촉자의 사이에 설치되어 상기 접촉자와 피측정물의 접촉시 발생하는 충격을 흡수해 주는 댐퍼와, 상기 고정프레임의 일측에 착탈가능하게 설치된 마스터블럭 및 상기 접촉자와 함께 승강하면서 상기 마스터블럭의 상단에 접촉되며, 마스터블럭과 접촉된 후, 접촉자에 의해 하강이동이 중지될 때까지 발생되는 이동변위량을 통해 피측정물의 높이를 측정하는 변위센서를 포함하여 구성되며, 상기 고정프레임의 일측에는 수평블럭이 고정되며, 상기 수평블럭에는 마스터블럭의 하단이 끼워지는 홈부가 형성되고, 상기 수평블럭에는 상기 홈부에 끼워진 마스터블럭의 측부를 가압하는 조임나사가 체결되며, 상기 마스터블럭의 측부에는 상기 조임나사가 인입되는 인입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 높이 측정장치를 제공한다.

또한, 상기 접촉자는 수평면으로 이루어진 접촉단을 가진 것이 바람직하다.

또한, 상기 댐퍼는 접촉자의 일측 또는 양측을 관통하도록 고정프레임에 수직으로 설치된 가이드봉과, 상기 가이드봉에 끼워져 상기 접촉자가 하강할 때 상기 접촉자가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링으로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 댐퍼는 고정프레임의 상단을 관통하도록 상기 접촉자의 상단에 수직으로 설치된 가이드봉과, 상기 가이드봉의 상단과 고정프레임의 상단에 양단이 지지되어 상기 접촉자가 하강할 때 접촉자가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링으로 구성될 수도 있다.

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또한, 상기 변위센서는 접촉자의 일측에 고정된 고정블럭에 수직으로 끼워지고, 상기 변위센서에는 부시가 끼워져 결합되며, 상기 고정블럭에는 부시의 측부를 가압하는 조임나사가 체결될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 변위센서를 이용한 높이 측정장치에 따르면 변위센서가 접촉자와 함께 승강하면서 상기 마스터블럭의 상단에 접촉되며, 마스터블럭과 접촉된 후에 접촉자에 의해 하강이동이 중지될 때까지 발생되는 이동변위량을 통해 피측정물의 높이를 측정하도록 구성되었기 때문에 신속하고 정밀한 높이측정이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 접촉자의 접촉단이 수평면으로 이루어져 있기 때문에 피측정물의 상단의 형상이 곡면이거나 불규칙한 요철부위로 이루어져 있다 하더라도 접촉단이 항상 최상단 지점과 접촉될 수 있을 뿐만 아니라, 피측정물이 정확한 측정위치에 놓이지 않게 되더라도 일정 허용범위 내에서는 항상 피측정물의 최상단에 접촉할 수 있으므로 연속적으로 공급되는 피측정물에 대한 정밀한 높이 측정이 가능하다.

그 결과, 본 발명은 피측정물이 장착되어지는 조립라인에 설치되어 연속적으로 공급되는 모든 피측정물에 대하여 신속 정확한 측정이 가능해지므로, 양품으로 판정된 제품만을 작업현장에 실시간으로 제공함으로써 제품의 신뢰도를 크게 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 변위센서를 이용한 높이 측정장치의 사시도;
도 2는 본 발명의 변위센서를 이용한 높이 측정장치의 정면도;
도 3은 본 발명의 변위센서를 이용한 높이 측정장치의 측면도;
도 4는 본 발명을 구성하는 접촉자의 접촉단과 피접촉물의 상단이 접촉된 상태를 나타내는 도면으로서, 피접촉물이 정위치에 위치되지 않은 경우를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명을 구성하는 마스터블럭의 설치단면도;
도 6은 본 발명을 구성하는 변위센서의 설치단면도;
도 7은 본 발명의 변위센서를 이용한 높이 측정장치의 정면도로서 변위센서가 마스터블럭에 접촉된 상태를 나타내는 도면; 및
도 8은 본 발명의 변위센서를 이용한 높이 측정장치의 정면도로서 접촉자가 피측정물에 접촉된 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변위센서를 이용한 높이 측정장치는 피측정물(A)이 놓여지는 작업스테이지(111)가 구비된 고정프레임(110)과, 하강시 피측정물(A)의 상단에 접촉되도록 상기 고정프레임(110)에 승강가능하게 설치된 접촉자(120)와, 상기 고정프레임(110)과 접촉자(120) 사이에 설치되어 상기 접촉자(120)와 피측정물(A)의 접촉시 발생하는 충격을 흡수해 주는 댐퍼(130)와, 상기 고정프레임(110)의 일측에 착탈가능하게 설치된 마스터블럭(140)과, 상기 접촉자(120)와 함께 승강하면서 상기 마스터블럭(140)의 상단에 접촉되며, 마스터블럭(140)과 접촉된 후, 접촉자(120)에 의해 하강이동이 중지될 때까지 발생되는 이동변위량을 통해 피측정물(A)의 높이를 측정하는 변위센서(150)를 포함하여 구성된다.

상기 고정프레임(110)의 중앙에는 작업스테이지(111)가 위치된다. 도시되지는 않았으나, 작업스테이지(111)의 전방에는 작업스테이지(111)측으로 피측정물(A)을 연속적으로 공급해주는 이송장치가 연결되어 있고, 작업스테이지(111)의 일측에는 이송장치를 통해 공급된 피측정물(A)이 측정위치를 벗어나지 않도록 제한하는 스토퍼가 설치되어 있다.

그리고 상기 고정프레임(110)의 전면에는 수직으로 가이드레일(112)이 설치된다. 상기 접촉자(120)는 상기 가이드레일(112)에 끼워져 결합되고, 상기 가이드레일(112)의 안내를 받아 수직 이동한다. 상기 접촉자(120)는 고정프레임(110)의 상단(110a)에 설치된 구동장치(113)로부터 상승력을 부여받는다. 상기 구동장치(113)로부터 상승력을 부여받아 상승한 접촉자(120)는 자유낙하를 통해 작업스테이지(111)에 놓여진 피측정물(A)의 상단에 접촉될 때까지 하강한다. 상기 구동장치(113)로는 공압실린더가 적당하다.

한편, 상기 접촉자(120)에는 하강시 발생되는 피측정물(A)과의 접촉충격을 방지하도록 댐퍼(130)가 설치된다. 이를 위하여, 상기 접촉자(120)의 일측 또는 양측 중 적어도 한 곳 이상에는 상기 댐퍼(130)를 설치하기 위한 지지블럭(114)이 설치된다.

상기 댐퍼(130a)는 접촉자(120)에 설치된 지지블럭(114)을 관통하는 가이드봉(131)과, 상기 가이드봉(131)의 하단에 끼워져 접촉자(120)가 하강할 때 상단이 지지블럭(114)의 하단에 의해 압축되면서 접촉자(120)가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링(132)으로 구성된다.

한편, 상기 댐퍼(130b)는 접촉자(120)의 상단에 수직으로 설치되어 고정프레임(110)의 상단(110a)을 통과하는 가이드봉(133)과, 상기 가이드봉(131)의 상단과 고정프레임(110)의 상단(110a)에 양단이 지지되어 접촉자(120)가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링(134)으로 구성될 수도 있다. 이 댐퍼(130b)는 접촉자(120)의 측부가 아닌 중앙부에 설치되므로 접촉자(120)측에 편심되지 않은 보다 안정적이고 균일한 댐핑력을 제공할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 접촉자(120)의 하단에 위치되는 접촉단(121)은 수평면(121a)으로 이루어져 있다. 이는, 피측정물(A)의 상단의 형상이 곡면이거나 불규칙한 요철부위로 이루어져 있다 하더라도 접촉단(121)이 항상 최상단 지점과 접촉될 수 있도록 하기 위함이다.

아울러, 접촉단(121)이 수평면(121a)으로 이루어지도록 한 것은 피측정물(A)이 정확한 측정위치에 놓이지 않게 되더라도 접촉단(121)은 피측정물(A)의 최상단에 접촉할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 작업스테이지(111)에는 이송장치에 의해 공급되는 피측정물(A)이 정위치에 놓여지도록 가이드 해 주는 장치가 마련되어 있지 않기 때문에 작업스테이지(111)에 놓여지는 피측정물(A)의 위치는 유동적일 수 밖에 없고, 이 유동범위가 접촉단(121)의 수평면(121a)의 범위 이내일 경우라면 상기 접촉단(121)은 항상 피측정물(A)의 최상단 지점과 접촉될 수 있게 되는 것이다. 따라서, 상기 수평면(121a)은 피측정물(A)의 유동범위보다 크게 형성되도록 설계단계에서 고려되어야 한다.

상기 고정프레임(110)의 일측에는 마스터블럭(140)이 설치된다. 상기 마스터블럭(140)의 상단은 접촉자(120)와 함께 하강하는 변위센서(150)와 접촉되며, 접촉자(120)에 의해 하강이동이 중지될 때까지 발생되는 이동변위량을 측정하는 기준위치를 제공한다.

따라서, 상기 마스터블럭(140)은 접촉자(120)가 피측정물(A)이 양품으로 판정받을 수 있는 허용 가능한 최상 높이에 위치될 때 변위센서(150)와 접촉이 이루어지는 위치에 설치되도록 셋팅된다.

이와 같은 셋팅은 마스터블럭(140)의 높이를 달리하여 이루어지는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 다양한 높이의 피측정물(A)을 측정하기 용이하기 때문이다. 즉, 이전 피측정물(A)보다 높이가 큰 피측정물(A)의 높이를 검사하고자 할 경우에는 달라진 피측정물(A)의 높이 차이만큼 높이가 큰 마스터블럭(140)으로 교체해 주기만 하면 되는 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이와 같이 마스터블럭(140)은 교체가 가능하도록 고정프레임(110)의 일측에 고정된 수평블럭(115)을 통해 착탈가능하게 설치된다. 이를 위하여, 상기 수평블럭(115)에는 마스터블럭(140)의 하단이 끼워지는 홈부(116)가 형성되고, 상기 홈부(116)에 끼워진 마스터블럭(140)의 측부를 가압하는 조임나사(117)가 체결된다.

한편, 마스터블럭(140)의 상단 높이는 정밀한 높이 측정에 있어서 대단히 중요한 관리항목이 되므로 자칫 조임나사(117)의 조임력이 떨어져 마스터블럭(140)이 외부의 충격에 의해 수평블럭(115)의 홈부(116)로부터 이탈되거나 상하로 유동되면서 마스터블럭(140)의 상단 높이가 변화하지 않도록 상기 마스터블럭(140)의 측부에는 조임나사(117)의 나사부 단부가 인입되는 인입홈(141)가 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명을 구성하는 변위센서(150)로는 LVDT(linear Variab1e differentia1 transformer)가 채용된다. 상기 LVDT는 피측정물(A)과의 직선적 접촉을 통해 발생되는 인덕턴스의 변화를 전기신호로 표시하여 주는 변위측정센서로서, 1mm 이하의 변위까지 정밀하게 측정이 가능하여 정밀기계부품의 직접적인 측정수단으로 매우 적합하다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 변위센서(150)는 접촉자(120)의 일측에 고정된 고정블럭(118)에 수직으로 끼워져 결합된다. 상기 고정블럭(118)에는 변위센서(150)의 측부를 가압하는 조임나사(119)가 체결된다.

한편, 변위센서(150)의 설치 높이는 정밀한 높이 측정에 있어서 대단히 중요한 관리항목이 되므로 자칫 조임나사(119)의 조임력이 떨어질 경우에 변위센서(150)가 외부의 충격이나 자중에 의해 설치위치가 상하로 유동되는 사고가 발생되지 않도록 상기 변위센서(150)에는 부시(160)가 끼워지는 것이 바람직하다. 상기 조임나사(119)는 부시(160)의 측부를 가압한다.

그리고 상기 부시(160)의 상단에는 고정블럭(118)의 상단에 지지되는 걸림턱(161)이 형성되어 부시(160)의 흘러내림이 방지되도록 한다. 따라서, 조임나사(119)의 조임력이 떨어진다 하더라도 상기 변위센서(150)는 부시(160)의 마찰력으로 인해 쉽게 상하로 유동되지 않게 된다.

이와 같이 설치된 변위센서(150)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 접촉자(120)와 함께 하강하면서 상기 마스터블럭(140)의 상단에 접촉되며, 도 8에 도시된 바와 같이, 변위센서(150)과 마스터블럭(140)이 접촉된 후에 접촉자(120)의 접촉단(121)과 피측정물(A)의 상단이 접촉되어 접촉자(120)의 하강이동이 중지될 때까지 발생되는 이동변위량을 측정한다.

작업자는 변위센서(150)가 측정한 이동변위량을 통해 피측정물(A)의 높이를 정밀하게 측정할 수 있으며 이를 통해 피측정물(A)의 양/불량을 판단할 수 있게 된다.

한편, 이를 컴퓨터 프로그램화하여 변위센서(150)로부터 측정된 이동변위량이 미리 셋팅 해 놓은 양품 허용범위 이내인지의 여부를 컴퓨터가 판별하도록 하고, 그 결과에 따라 후속공정으로 선별 이송되도록 자동화시스템을 구축할 수도 있다.

이와 같이, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 권리범위에 속할 것이다.

110...고정프레임 111...작업스테이지
114...지지블럭 115...수평블럭
116...홈부 117,119...조임나사
118...고정블럭 120...접촉자
121...접촉단 121a...수평면
130...댐퍼 131,133...가이드봉
132,134...압축스프링 140...마스터블럭
141...인입홈 150...변위센서
160...부시 161...걸림턱
A...피측정물

Claims (6)

1. 피측정물이 놓여지는 작업스테이지가 구비된 고정프레임과, 하강시 피측정물의 상단에 접촉되도록 상기 고정프레임에 승강가능하게 설치된 접촉자와, 상기 고정프레임과 접촉자의 사이에 설치되어 상기 접촉자와 피측정물의 접촉시 발생하는 충격을 흡수해 주는 댐퍼와, 상기 고정프레임의 일측에 착탈가능하게 설치된 마스터블럭 및 상기 접촉자와 함께 승강하면서 상기 마스터블럭의 상단에 접촉되며, 마스터블럭과 접촉된 후, 접촉자에 의해 하강이동이 중지될 때까지 발생되는 이동변위량을 통해 피측정물의 높이를 측정하는 변위센서를 포함하여 구성되며,
   상기 고정프레임의 일측에는 수평블럭이 고정되며, 상기 수평블럭에는 마스터블럭의 하단이 끼워지는 홈부가 형성되고, 상기 수평블럭에는 상기 홈부에 끼워진 마스터블럭의 측부를 가압하는 조임나사가 체결되며, 상기 마스터블럭의 측부에는 상기 조임나사가 인입되는 인입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 높이 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 접촉자는 수평면으로 이루어진 접촉단을 가진 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 높이 측정장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 댐퍼는
   접촉자의 일측 또는 양측을 관통하도록 고정프레임에 수직으로 설치된 가이드봉과, 상기 가이드봉에 끼워져 상기 접촉자가 하강할 때 상기 접촉자가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링인 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 높이 측정장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 댐퍼는
   고정프레임의 상단을 관통하도록 상기 접촉자의 상단에 수직으로 설치된 가이드봉; 및
   상기 가이드봉의 상단과 고정프레임의 상단에 양단이 지지되어 상기 접촉자가 하강할 때 접촉자가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링인 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 높이 측정장치.
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 변위센서는 접촉자의 일측에 고정된 고정블럭에 수직으로 끼워지고,
   상기 변위센서에는 부시가 끼워져 결합되며,
   상기 고정블럭에는 부시의 측부를 가압하는 조임나사가 체결된 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 높이 측정장치.

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