KR101220111B1 - 백래쉬 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백래쉬를 포함하는 회전부를 구비하는 기구의 백래쉬를 측정하기 위한 측정장치로, 토크제공부, 토크측정부, 회전감지부 및 회전 증폭부를 포함한다. 상기 회전 증폭부에 의하여 미세한 회전을 정확하게 측정할 수 있고, 토크값도 자동으로 계측되므로 백래쉬 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

백래쉬 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING BACKLASH}

본 발명은 백래쉬의 측정장치에 관한 발명입니다.

일반적으로 한 쌍의 기어가 맞물리는 경우에는 주동 기어(1차적인 움직임이 발생하는 기어)와 종동 기어(2차적인 움직임에 따른 2차적인 움직임이 발생하는 기어)간에 형성되는 치면 사이에는 약간의 이격공간이 발생한다. 주동 기어와 종동 기어 간에 발생하는 이격공간을 백래쉬(backlash)라고 한다.

백래쉬는 한 쌍의 기어를 매끄럽게 회전시키기 위하여 적정 수치로 형성되어야 한다. 백래쉬가 적정 수치보다 작게 형성되면, 한 쌍의 기어 이간의 간섭으로 인하여 마모현상이 발생하여 언더컷을 유발한다. 반대로, 백래쉬가 적정 수치보다 크게 형성되면, 한 쌍의 기어 간에 유격이 과도하게 발생하여 기어의 정확한 위치 제어가 어려우며, 동작 중에 소음이 유발되고 기어의 끝부분이 쉽게 마모되는 문제가 있다. 백래쉬가 없는 경우에는 한쌍의 기어가 완전히 맞물러 움직이지 못하므로 기어의 운동이 전달되지 못하는 문제가 발생한다.

한편, 한 쌍의 기어가 한 방향으로만 회전하는 경우에는 백래쉬의 수치는 크게 문제되지 아니한다. 그러나 정밀한 위치제어를 위해 다수의 기어들로 구성되는 기어 트레인을 감속기구로 사용하는 구동장치의 경우에는 회전방향이 시계방향 및 반시계방향으로 지속적으로 변경되면서 동작하고 회전방향이 바뀔 때마다 발생하는 백래쉬는 구동장치 정밀 위치제어 성능에 큰 영향을 미친다.

따라서, 구동장치와 같은 장비들은 백래쉬를 적정한 수치로 조절하는 것이 중요하다. 종래에는 백래쉬의 수치를 측정하기 위하여 수작업으로 토크렌치를 돌리고, 각도판을 이용하여 측정하는 등의 방식을 이용하였다. 이러한 방식은 측정상의 어려움이 있으며, 정확한 값의 측정에 곤란함이 있었다.

이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 백래쉬의 값을 정확하게 측정하는 것이 가능한 백래쉬 측정장치에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 백래쉬 측정장치는 프레임, 토크제공부, 토크측정부. 회전감지부 및 회전 증폭부를 포함한다. 상기 프레임은 백래쉬가 존재하는 기어열 및 축이 조립되어 있으며 회전이 가능한 회전부를 포함하는 기구를 장착된다. 상기 토크제공부는 상기 기계장치의 축이 회전하도록 양방향으로 토크를 제공한다. 상기 토크측정부는 상기 기계장치에 제공되는 토크값을 측정한다. 상기 회전감지부는 상기 기계장치가 회전하는 각도를 측정한다. 상기 회전 증폭부는 상기 회전 감속비를 증가시키기 위하여 상기 축의 회전과 연동하는 제1 풀리와 상기 제1 풀리보다 직경이 작고 상기 회전감지부에 장착되는 제2 풀리 및 상기 제1 풀리와 제2 풀리에 걸려 상기 축의 회전에 의하여 회전하는 루프를 구비한다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 회전 감지부는 상기 제2 폴리의 회전축과 연결되어 상기 제2 폴리의 회전을 계측하는 회전각도측정장치 및 상기 회전각도의 변화를 표시하도록 형성되는 회전각도표시장치를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 토크제공부는 상기 외부에서 제어돌출부 가해지는 회전운동을 직선운동으로 변형시키는 운동변환장치 및 운동변환장치의 직선운동을 다시 회전운동으로 변형시키는 토크암을 포함한다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 토크측정부는 상기 프레임상에 형성되고, 상기 제어돌출부를 이용하여 제공한 토크가 상기 운동변환장치를 통하여 상기 축으로 전달되는 토크를 감지하는 토크계측센서 및 상기 토크계측센서와 전기적으로 연결되어 토크값의 변화를 표시하도록 형성되는 토크표시장치를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 백래쉬 측정장치는 상기 운동변환장치의 일단에 장착되어 자동으로 토크를 제공하도록 형성되는 모터를 더 포함한다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 백래시 측정장치는 기준 토크값이 설정되고, 기 설정된 기준 토크값을 갖도록 상기 축을 회전시키기 위한 상기 모터를 제어하는 제어장치를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 제어장치는 상기 기준 토크값과 상기 토크계측센서에서 출력된 출력 토크값이 동일하도록 제어하며, 기준 토크값과 출력 토크값이 동일할 때, 상기 회전 감지부가 회전된 각도를 측정하도록 제어한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 백래쉬 측정장치는 회전증폭부를 통하여 회전하는 각도를 보다 정확하게 측정할 수 있고, 상기 기구의 축에 토크계측장치를 직접 장착하여 가해지는 토크를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 가해지는 토크와 회전하는 각도간의 관계에 의한 백래쉬를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 회전각도표시장치와 토크표시장치에 의하여 사용자가 보다 정확한 값의 회전각도와 토크를 인지할 수 있다.

또한, 제어장치에 원하는 기준 토크값을 입력하고 기준 토크값에 도달하도록 모터를 자동으로 제어하는 제어장치에 의하여 신뢰성 및 편리성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백래쉬 측정장치의 사시도.
도 2는 도 1의 백래쉬 측정장치의 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백래쉬 측정장치의 사시도.

이하, 본 발명과 관련된 백래쉬 측정장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백래쉬 측정장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 백래쉬 측정장치의 평면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 백래쉬 측정장치는 기구가 장착되는 프레임(1), 토크제공부(10), 토크측정부(30), 회전감지부(60) 및 회전증폭부(40)를 포함한다.

상기 프레임은(1)은 상기 백래쉬 측정장치의 모든 구성요소를 모두 수용할 수 있도록 베이스 부재로 형성될 수 있다. 즉, 상기 프레임(1)의 일면 상에 상기 토크제공부(10), 토크측정부(30), 회전감지부(60) 및 회전증폭부(40)가 배치된다. 상기 베이스 부재는 상기 적어도 두 개의 구성요소를 전기적으로 연결할 수 있도록 전기적인 연결부재들이 형성될 수 있다.

상기 토크제공부(10)는 상기 제1 마운트(110)와 이격되어 상기 프레임(1) 상에 배치된다. 상기 토크제공부(10)는 상기 기구의 축에 연결되어 상기 한 쌍의 기어를 포함하여 구동장치(100)에 토크를 제공한다. 상기 토크제공부(10)는 양 방향으로 상기 축을 회전할 수 있도록 구동된다. 상기 기어는 복수로 형성되어 기어열을 구성할 수 있다.

상기 토크제공부(10)는 제어돌출부(11), 운동변환장치(12), 토크암(13) 및 암축(14)을 포함한다. 상기 암축(14)은 상기 기구의 축과 동일선상에 형성되어 상기 축의 회전을 제어한다.

상기 운동변환장치(12)는 외부에서 인가하는 토크를 통한 회전운동을 직선운동으로 변경시키는 장치에 해당된다. 예를 들어, 상기 운동변환장치(12)는 X축 스테이지(stage), 롤러스크류(roller screw), 볼스크류(ball screw) 및 리드스크류(lead screw) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 볼스크류를 예로 들면, 상기 외부의 힘에 의하여 스크류 축을 회전시키면, 너트가 상기 일방향을 따라 왕복이동 가능하도록 형성된다.

상기 운동변환장치(12)의 일단에는 사용자에 의하여 상기 스크류가 회전되도록 힘이 가해지는 제어돌출부(11)가 형성된다. 사용자는 상기 제어돌출부(11)를 잡고 회전시키면, 상기 스크류가 회전하고 너트가 이동 한다.

상기 운동변환장치(12)의 상기 너트에는 상기 토크암(13)의 일단부가 연결되고, 상기 운동변환장치(12)의 직선운동에 의하여 상기 토크암(13)의 일단이 회전한다.

상기 토크암(13)의 타단에는 상기 기구의 축방향과 동일한 방향으로 연장되고 상기 토크암(13)과 교차하는 방향으로 설치되는 암축(14)이 형성된다. 상기 암축(14)은 회전에 의하여 상기 기구의 축에 토크를 제공한다.

상기 암축(14)은 상기 토크암(13)의 회전운동에 의하여 상기 축방향을 기준으로 회전한다.

예를 들어, 상기 운동변환장치(12)가 볼스크류로 형성되는 경우, 상기 사용자에 의하여 제어돌출부(11)가 회전하고, 사용자의 힘에 의하여 상기 볼스크류의 스크류가 회전하고 상기 너트가 직선운동한다. 상기 너트에 연결되어 있는 상기 토크암(13)이 회전하고, 이에 의하여 상기 토크암(13)의 타단에 설치된 상기 암축(14)은 상기 축방향을 기준으로 회전한다. 상기 암축(14)은 상기 기구의 축과 연결되어 있으므로, 상기 암축(14)의 회전에 의하여 상기 기구의 축이 회전한다.

상기 토크제공부(10)의 일단과 상기 토크계측부(30)가 연결된다. 상기 토크제공부(10)는 토크계측센서(31)와 토크표시장치(32)를 포함한다.

상기 토크계측센서(31)는 상기 토크제공부(10)의 상기 암축(14)과 연결된다. 상기 토크계측센서(13)와 상기 암축(14) 사이에는 상기 프레임(1)으로부터 돌출되는 제2 마운트(120), 제 3마운트(130)이 형성된다. 상기 제2 마운트(120), 제 3마운트(130)는 상기 암축(14)과 상기 토크계측센서(13)를 지지하고 연결하도록 형성될 수 있다.

상기 토크계측센서(31)는 상기 토크센서 및 스트레인 게이지 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 토크센서는 동력전달축을 통하여 전달되는 토크의 계측이 가능하다. 스트레인 게이지는 물체가 외력에 의하여 변형될 때 변형을 측정하는 센서로서 동력전달축에 전달되는 토크로의 변환이 가능하다.

상기 토크표시장치(32)는 상기 토크계측센서(31)와 이격되어 배치될 수 있고, 상기 토크계측센서(31)와 전기적으로 연결된다. 상기 토크계측센서(31)로부터 계측된 토크값을 상기 토크표시장치(32)에서 표시한다. 이에 따라 사용자는 상기 토크제공부(10)에 의하여 상기 기구의 축에 제공되는 토크값을 인지할 수 있다.

상기 기구의 축의 회전으로 인하여 상기 한 쌍의 기어가 회전한다. 상기 회전증폭부(40)는 상기 축의 회전을 일정한 비율로 증폭시킨다. 따라서, 상기 기구의 축의 미세한 회전의 측정이 용이해진다.

상기 회전증폭부(40)는 제1 풀리(41) 및 제2 풀리(42), 루프(43)를 포함한다. 상기 제1 풀리(41)는 상기 기구의 축과 연결되어 상기 기구의 축의 회전과 연동한다.

상기 제1 폴리(41)는 상기 기구의 축과 연결된다. 상기 제2 풀리(42)는 상기 회전각도측정부(60)의 일단부에 장착된다. 상기 제2 풀리(42)의 직경은 상기 제1 풀리(41)의 직경보다 작도록 형성된다.

상기 제1 풀리(41) 및 제2 풀리(42)는 상기 루프(43)에 의하여 연결되고, 상기 제1 풀리(41)의 회전은 상기 루프(43)를 회전하게 하고, 따라서 상기 제2 풀리(42)가 회전하게 된다. 상기 루프(42)는 타이밍 밸트, 기어류 및 링크류 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.

따라서, 상기 제1 풀리(41)가 1바퀴 회전하면 상기 제2 풀리(42)는 더 많은 횟수만큼 회전할 수 있다. 따라서 제1 풀리(41) 및 제2 풀리(42)의 직경의 비와 상기 제2 풀리(42)가 회전한 정도를 이용하여 상기 제1 풀리(41)가 회전한 정도, 즉 상기 기구의 축이 회전한 정도를 산출할 수 있다.

상기 제2 풀리의 회전 각도는 상기 회전각도측정부(60)에서 측정된다. 상기 회전각도측정부(60)는 커플링(61), 회전각도측정장치(62) 및 회전각도표시장치(63)를 포함한다.

상기 커플링(61)의 일단부는 상기 제2 풀리(42)의 축과 연결되고, 타단부는 상기 회전각도측정장치(62)와 연결되어 상기 기구의 축의 회전을 상기 회전각도측정장치(62)에 전달한다.

상기 회전각도측정장치(62)는 엔코더(encoder), 레졸버(resolver), 포텐쇼미터(potentiometer) 및 각도변위측정장치(RVDT, Rotary Variable Differential Transformer) 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 회전각도표시장치(63)는 상기 회전각도측정장치(62)와 전기적으로 연결된다. 상기 회전각도표시장치(63)는 상기 기구의 축이 회전하는 정도를 표시한다. 상기 회전각도측정장치(62)에서 측정된 각도와 상기 제1 및 제2 풀리(41, 42)의 직경의 비를 이용하여 상기 기구의 축이 회전한 각도를 계산하고, 회전각도표시장치(63)가 이를 표시한다.

따라서, 사용자는 상기 토크표시장치(32)와 상기 회전각도표시장치(63)를 통하여 가해지는 토크와 회전되는 정도를 확인할 수 있다. 가해지는 토크가 증가할 때 회전하는 정도가 증가하면 한 쌍의 기어가 백래쉬 구간으로 회전하는 것을 판단한다. 한편, 상기 가해지는 토크가 증가하나, 회전하는 정도가 증가하지 아니하다면, 한 쌍의 기어가 백래쉬 구간을 지난 것으로 판단할 수 있다.

구체적으로, 상기 토크표시장치(32)와 상기 회전각도표시장치(63)의 기준점을 각각 0으로 설정한다. 상기 제어돌출부(11)를 시계방향으로 회전시켜 토크를 가하면, 상기 운동변환장치(12)가 회전운동을 직선운동으로 변환시킨다. 상기 운동변환장치(12)에 의하여 상기 토크암(13)의 일단부가 회전하면, 상기 토크암(13)의 타단부에 연결되는 암축(14)이 회전한다.

상기 암축(14)의 회전에 의하여 상기 기구의 축이 회전하게 되고, 상기 암축(14)에 연결되는 토크계측센서(31)는 상기 기구의 축에 가해지는 토크를 감지하고, 상기 기구의 축에 연결되는 회전각도측정장치(62)는 상기 기구의 축이 회전하는 정도를 측정한다. 상기 토크계측센서(31)가 측정한 토크값(T1)은 상기 토크표시장치(32)에 의하여 표시되고, 상기 회전각도측정장치(62)가 측정한 회전각도는 상기 회전각도표시장치(63)에 의하여 표시된다.

상기 토크표시장치(32)를 통하여 기 설정된 토크(T1)가 입력되었음을 확인하면, 회전각도표시장치(63)에 표시된 제1 각도(θ1)를 계측한다.

이후, 상기 제어돌출부(11)를 시계반대방향으로 회전시켜 상기 기구의 축에 토크를 제공한다. 상기 토크표시장치(32)가 토크값(T1)을 기 설정된 토크값을 표시하면, 상기 회전각도표시장치(63)에 표시된 제2 각도(θ2)를 계측한다. 따라서, 인가되는 토크(∥T1 - T2∥)에서 기구의 백래쉬는 ∥ θ1 - θ2∥로 계산 될 수 있다.

본 실시예에 따른 백래쉬 측정장치는 회전증폭부에 의하여 회전하는 각도를 보다 정확하게 측정할 수 있고, 상기 기구의 축에 토크계측장치를 직접 장착하여 가해지는 토크를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 가해지는 토크와 회전하는 각도간의 관계에 의한 백래쉬를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 회전각도표시장치와 토크표시장치에 의하여 사용자가 보다 정확한 값의 회전각도와 토크를 인지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 백래쉬 측정장치의 사시도이다.

본 실시예에 따른 백래쉬 측정장치는 상기 백래쉬 측정장치는 기구가 장착되는 프레임(1), 토크제공부(10), 토크측정부(30), 회전감지부(60) 및 회전증폭부(40)를 포함한다.

본 실시예에 따른 백래쉬 측정장치는 상기 토크제공부(10)를 구성하는 모터(15) 및 상기 제어장치(50)를 제외하고 도 1의 백래쉬 측정장치와 실질적으로 동일한 구성요소를 포함할 수 있다. 따라서, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 도 1 및 도 2에 대한 설명으로 갈음한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 모터(15)는 상기 운동변환장치(12)의 일단에 장착된다. 상기 모터(15)는 상기 제어장치(50)와 전기적으로 연결되어 상기 제어장치(50)의 명령에 의하여 구동된다. 상기 모터(15)는 양방향으로 회전이 가능한 모터로 형성될 수 있다.

상기 제어장치(50)는 컨버터, 컴퓨터 등으로 구성될 수 있다. 상기 제어자치(50)는 상기 토크표시장치(32) 및 상기 회전각도표시장치(63)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제어장치(50)는 상기 토크표시장치(32)에 표시된 토크값과 사용자에 의하여 기 설정된 기준 토크값을 비교한다. 상기 제어장치(50)는 상기 토크값이 상기 기준 토크값에 도달하도록 상기 모터를 구동시킨다. 또한, 상기 토크값이 상기 기준 토크값과 실질적으로 동일해지면, 상기 회전각동표시계측장치를 이용하여 상기 회전각도를 계측한다.

상기 제어장치(50)는 상기 모터를 구동시켜 반대방향도 동일한 단계를 거쳐 기준 토크값에서 회전각도를 계측한다. 또한, 상기 제어장치(50)는 상기 계측된 두 데이터를 이용하여 상기 백래쉬를 측정할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 설정된 토크값을 갖도록 제어장치가 자동으로 모터를 제어하므로 사용자가 알맞은 토크를 제공하기 위하여 수동적으로 제어하는 것에 비하여 효율성 및 편리성이 향상될 수 있다.

상기와 같이 설명된 백래쉬 측정장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (7)

1. 백래쉬가 있는 기어열 및 축을 포함하여 회전가능하도록 형성되는 회전부를 포함하는 기계장치가 장착되는 프레임;
   상기 기계장치의 상기 축이 회전하도록 양방향으로 토크를 제공하는 토크제공부;
   상기 기계장치에 제공되는 토크값을 측정하는 토크측정부;
   상기 기계장치가 회전하는 각도를 측정하고 회전감지부; 및
   감속비를 증가시키기 위하여 상기 축의 회전을 상기 축의 회전과 연동하는 제1 풀리와 상기 제1 풀리보다 직경이 작고 상기 회전감지부에 장착되는 제2 풀리 및 상기 제1 및 제2 풀리에 걸려 상기 축의 회전에 의하여 회전하는 루프를 구비하는 회전 증폭부를 포함하고,
   상기 토크제공부는,
   외부에서 가해지는 힘에 의한 회전운동을 직선운동으로 변형시키는 운동변환장치; 및
   상기 축에 토크를 제공하도록 제어돌출부가 상기 운동변환장치에 연결되고, 운동변환장치의 타단부는 회전가능한 토크암을 포함하는 것을 특징으로 하는 백래쉬 측정장치.
2. 제1항에 있어서, 회전 감지부는,
   상기 제2 폴리의 회전축과 연결되어 상기 제2 폴리의 회전의 변화를 계측하는 회전각도측정장치; 및
   상기 회전각도의 변화를 표시하도록 형성되는 회전각도표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 백래쉬 측정장치.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서, 토크측정부는,
   상기 프레임상에 형성되고, 상기 축과 연결되어 토크를 감지하는 토크계측센서; 및
   상기 토크계측센서와 전기적으로 연결되어 토크값의 변화를 표시하도록 형성되는 토크표시장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 백래쉬 측정장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 운동변환장치의 일단에 장착되어 자동으로 토크를 제공하도록 형성되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 백래쉬 측정장치.
6. 제5항에 있어서,
   기준 토크값이 설정되고, 기 설정된 기준 토크값을 갖도록 상기 축을 회전시키 위하여 상기 모터를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 백래쉬 측정장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 기준 토크값과 상기 토크계측센서에서 출력된 출력 토크값이 동일할 때, 상기 회전 감지부가 회전된 각도를 측정하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 백래쉬 측정장치.

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