KR101234085B1 - 이중 치합 방식의 기어 검사 장치 - Google Patents

이중 치합 방식의 기어 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 이중 치합 방식의 기어 검사장치는, 기어 가공 상태의 검사를 위한 기준이 되는 한쌍의 마스터기어와, 상기 마스터기어를 장착하기 위한 한쌍의 마스터기어장착부와, 상기 마스터기어와 치합되어 회전되는 테스트기어와, 상기 테스터기어를 장착하착하기 위한 테스트기어 장착부와, 상기 한쌍의 마스터기어 중의 어느 하나에 대해 회전력을 인가하기 위한 구동수단과, 상기 한쌍의 마스터기어가 장착되는 축에 수직한 방향으로의 변위량을 검출하기 위한 한쌍의 가로방향변위검출수단을 포함한다.
본 발명에 의해, 기어를 장착하는 축에 정렬 불량이 존재할 경우 이를 보정하여 기어의 런아웃, 오비디를 검출할 수 있다.
또한, 기어 회전 방향의 변경 없이도 기어의 양 치면을 동시에 검사가 가능하며, 기어의 각변위를 직접 측정하여 전달오차를 검출함으로써, 낮은 회전속도 및 부하에서도 소음 품질의 검출이 가능하다.

Description

이중 치합 방식의 기어 검사 장치{GEAR TEST APPARATUS OF DOUBLE CLAMPING TYPE}
본 발명은 기어 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기어의 검사 시 기어가 장착되는 축의 정렬 오차를 보상 가능하면서도 기어의 양치면에 대한 검사를 동시에 수행 가능하며, 또한 기어의 전달 오차를 직접 측정 가능한 이중 치합 방식의 기어 검사장치에 관한 것이다.
종래, 기어의 가공 품질을 검사하는 주요한 방법은 기어가 소정의 설계치수 가공 공차 범위 내로 가공되었는지를 변위센서를 통해 검사하는 치수검사방법이 일반적이었다.
따라서, 정밀하게 가공된 검사의 기준이 되는 마스터기어와 검사대상이 되는 테스트기어를 치합한 상태에서 마스터기어를 회전구동시키고 마스터기어 또는 테스트기어의 변위량을 측정함으로써, 테스트기어의 오버 볼 다이어미터(Over Ball Diameter), 기어 편심(Run Out) 및 기어 찍힘(Nick) 등을 측정하여 이러한 측정 값이 소정의 기준을 벗어날 경우 불량으로 판단하는 방식이었다.
즉, 도 1 에 도시된 바와 같이, 기어 치수 측정을 자동화하기 위한 방법으로서, 이상적으로 가공된 마스터기어(110)와 검사의 대상이 되는 테스트기어(120)를 서로 맞물린 상태에서 회전시켜, 회전 시 발생되는 마스터기어(110) 또는 테스트 기어(120)의 중심 축의 변위를 변위센서(130)를 이용하여 측정함으로써, 기어의 전체적인 가공 정도(精度)를 검사하게 된다.
그런데, 상기와 같이 마스터기어(110)와 테스트기어(120)를 맞물린 상태에서 마스터기어 또는 테스트기어의 축(115, 125) 변위를 검출하여 기어의 가공 정도를 측정하는 방식은 다음과 같은 문제점이 있다.
만약, 도 1(a) 에 도시된 바와 같이, 상기 마스터기어(110) 또는 테스트기어(120)를 장착하기 위한 축(115, 125)이 이상적으로 상호 평행하게 수직으로 배치된다면, 테스트기어 1회전동안의 마스터기어(110) 또는 테스트기어(120)의 중심축(115, 125) 변위는 그래프와 같이 기어의 런아웃 만큼의 진폭을 가지면서 주기적으로 변하게 된다.
그런데, 만약 도 1(b)에서와 같이, 테스트기어의 축(125)이 수직이 아닌 상태로 배치될 경우에는, 실제 기어의 런아웃 진폭에 축정렬 불량에 의한 진폭이 더해져 굵은 실선과 같은 파형이 얻어진다.
따라서, 이러한 기어 축 정렬 불량은 기어의 실제 런아웃 측정을 방해하는 요인이 되며, 기어의 정밀한 검사에 한계로 작용된다.
한편, 종래 기어 검사방법에서는 테스트기어의 양 치면을 모두 검사하기 위해서는, 기어의 회전 방향을 양 방향으로 바꾸면서 검사해야 하므로 검사에 소요되는 시간이 길어지는 문제점이 있다.
또한, 종래 기어의 소음 품질을 검사하기 위해서는, 기어 축에 가속도 센서를 장착하여 상기 축의 횡방향 진동을 측정하는 방식이 이용되었는데, 기어 회전에 따른 소음이 진동으로 검출되도록 하기 위해서는, 기어의 회전속도를 고속으로 높이고 회전에 따른 부하를 높게 가해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 기어를 장착하는 축에 정렬 불량이 존재할 경우 이를 보정할 수 있는 이중 치합 방식의 기어 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기어 회전 방향의 변경 없이도 기어의 양 치면을 동시에 검사가 가능한 이중 치합 방식의 기어 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기어의 각변위를 직접 측정하여 전달오차를 검출함으로써, 낮은 회전속도 및 부하에서도 소음 품질의 검출이 가능한 이중 치합 방식의 기어 검사장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이중 치합 방식의 기어 검사장치는, 기어 가공 상태의 검사를 위한 기준이 되는 한쌍의 마스터기어와, 상기 마스터기어를 장착하기 위한 한쌍의 마스터기어장착부와, 상기 마스터기어와 치합되어 회전되는 테스트기어와, 상기 테스터기어를 장착하착하기 위한 테스트기어 장착부와, 상기 한쌍의 마스터기어 중의 어느 하나에 대해 회전력을 인가하기 위한 구동수단과, 상기 한쌍의 마스터기어가 장착되는 축에 수직한 방향으로의 변위량을 검출하기 위한 한쌍의 가로방향변위검출수단을 포함한다.
여기서, 상기 마스터기어와 테스터 기어의 회전변위량을 검출하기 위한 회전변위량검출수단을 추가적으로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 한쌍의 마스터기어는 상기 테스트기어를 중심으로 대면되도록 배치된다.
또한, 상기 한쌍의 마스터기어 중의 어느 하나에 부하를 인가하기 위한 부하인가수단을 추가적으로 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 가로방향변위검출수단은 리니어 게이지로 구성된다.
바람직하게는, 상기 한쌍의 마스터기어장착부를 가로 방향으로 변위시키기 위한 기어장착부변위수단을 추가적으로 포함한다.
본 발명에 의해, 기어를 장착하는 축에 정렬 불량이 존재할 경우 이를 보정하여 기어의 런아웃, 오버 볼 다이어미터를 검출할 수 있다.
또한, 기어 회전 방향의 변경 없이도 기어의 양 치면을 동시에 검사가 가능하다.
또한, 기어의 각변위를 직접 측정하여 전달오차를 검출함으로써, 낮은 회전속도 및 부하에서도 소음 품질의 검사가 가능하다.
도 1 은 종래 기어 검사장치의 개략 구성 및 런아웃 그래프이다.
도 2 는 본 발명에 따른 기어검사장치의 평면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 기어검사장치의 측면도이다.
도 4 는 본 발명에 다른 기어검사장치의 개략 구성 및 런아웃 그래프이다.
도 5 는 본 발명에 따른 기어검사장치에서 치합 상태를 나타낸 평면도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 기어검사장치에 의해 전달오차를 계산하는 과정을 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 기어검사장치의 평면도이며, 도 3 은 본 발명에 따른 기어검사장치의 측면도이다.
도 2 와 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 이중 치합 방식의 기어 검사장치는, 기어 가공 상태의 검사를 위한 기준이 되는 한쌍의 마스터기어(10, 15)와, 상기 마스터기어(10, 15)를 장착하기 위한 한쌍의 마스터기어장착부(20, 30)와, 상기 마스터기어(10, 15)와 치합되어 회전되는 테스트기어(40)와, 상기 테스터기어(40)를 장착하기 위한 테스트기어 장착부(50)와, 상기 한쌍의 마스터기어(10, 15) 중의 어느 하나에 대해 회전력을 인가하기 위한 구동수단(37)과, 상기 한쌍의 마스터기어(10, 15)가 장착되는 축(22, 32)에 수직한 방향으로의 상기 마스터기어(10, 15) 변위량을 검출하기 위한 한쌍의 가로방향변위검출수단(60, 65)을 포함한다.
상기 마스터기어(10, 15)는 설계 치수에 가깝게 이상적으로 가공된 기어로서, 열처리 및 코팅처리 등을 통해 내구성을 구비하도록 마련되며, 기어 특성의 검사를 위한 기준이 되는 기어를 의미한다.
상기 마스터기어장착부(20, 30)는 상기 마스터기어(10, 15)를 장착하기 위한 구성으로서, 예를 들어 스핀들축(22, 32)과 무빙스테이지(23, 33) 및 콜렛(Collet) 등을 포함하여 구성되며, 상기 마스터기어(10, 15)에 회전력을 전달한다.
또한, 상기 무빙스테이지(23, 33)는 베이스(90) 상에 설치되는 엘엠가이드(LM Guide: 95) 상에 배치되어, 기어장착부변위수단(70, 75, 80, 85)에 의해 도 2 의 화살표 방향으로 전후진된다.
상기와 같이 마스터기어(10, 15)가 마스터기어장착부(20, 30)에 설치된 상태에서, 기어장착부변위수단의 일 구성인 스프링(80, 85)을 통해 상기 무빙스테이지(23, 33)를 상기 테스터기어(40) 측으로 밀어 상기 마스터기어(10, 15)들이 테스터기어(40)와 치합되도록 한다.
여기서, 상기 스프링(80, 85)은 일정한 힘으로 마스터기어(10, 15)와 테스트기어(40)를 치합시키는 역할을 한다.
그리고, 검사가 종료된 후에는, 상기 무빙스테이지(23, 33)의 일측에 설치된, 기어장착부변위수단의 일 구성인 에어실린더(70, 75)에 의해 상기 무빙스테이지(23, 33)를 본래의 위치로 복귀시킴으로써, 상기 마스터기어(10, 15)와 테스트기어(40) 간의 기어 결합을 해체시킨다.
상기 테스트기어(40)는 검사의 대상이 되는 기어로서, 상기 마스터기어(10, 15)와 같이 상기 테스트기어장착부(50)에 장착되어 회전된다.
상기 테스트기어장착부(50)도 예를 들어 스핀들축(52)과 콜렛 등을 포함하여 구성된다.
상기 구동수단(37)은 상기 마스터기어(10, 15) 중의 어느 하나에 회전력을 인가하기 위한 구성으로서, 대표적으로 서보모터 등을 포함하여 구성된다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 구동수단(37)은 우측의 마스터기어(15)를 회전시키도록 구성되고, 맞은편 좌측의 마스터기어(10)에는 토크 부하를 인가하기 위한 브레이크 등의 부하인가수단(27)이 장착될 수 있다.
그리하여, 상기 구동수단(37)에 의해 우측의 마스터기어(15)에 회전력을 인가하고 이러한 회전력을 상기 테스터기어(30) 및 좌측의 마스터기어(10)에 전달하도록 구성된다.
상기와 같은 회전력의 전달 상태에서 좌측의 마스터기어(10)에는 부하를 인가함으로써, 도 5 에 도시된 바와 같이, 상기 우측의 마스터기어(15)로부터는 테스터기어(40)의 좌측치면(42)에 부하가 인가되도록 하고, 상기 테스터기어(40)의 우측치면(44)을 통해 좌측의 마스터기어(10)에 부하가 인가되도록 구성될 수 있다.
그리하여, 상기와 같이 우측의 마스터기어(15)에 회전력을 인가하고, 좌측의 마스터기어(10)에 부하를 인가함으로써, 상기 테스터기어(40)의 양치면에 동시에 부하가 인가되도록 구성될 수 있다.
그리하여, 상기 우측 마스터기어(15)의 일방향 회전에 의해 상기 테스터기어(40)의 양치면에 대한 검사를 동시에 수행할 수 있다.
예를 들어 리니어 게이지로 구성되는 상기 가로방향변위검출수단(60, 65)은 상기 한쌍의 마스터기어(10, 15)가 도 2 의 화살표 방향으로 변위되는 정도를 검출하기 위한 구성으로서, 예를 들어 상기 마스터기어(10, 15)가 장착된 무빙스테이지(23, 33)의 가로방향 변위를 검출함으로써, 상기 마스터기어(10, 15)의 가로방향 변위를 검출할 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 기어 검사장치에서 마스터기어(10, 15)와 테스터기어(40)가 치합되어 회전되는 상태와 이에 의해 측정된 런아웃 그래프이다.
상기 양 마스터기어(10, 15)의 중심간 거리를 L 이라 하고, 마스터기어(10, 15) 각각의 반경을 RA, RB 라 할때, L - RA - RB 의 값은 도 4 에 도시된 그래프와 같이 주기적인 사인 또는 코사인 그래프로 나타난다.
구체적으로는, 도 4 에 도시된 본 발명에 따른 기어검사장치의 배치 상태에서는, 상기 마스터기어(10, 15)가 테스터기어(40)를 중심으로 대면 배치된 상태에서, 상기 마스터기어(10, 15)들의 가로 방향 변위가 검출되므로, 상기 마스터기어(10, 15)들의 중심간 거리에서 상기 마스터기어(10, 15)들의 반경들(RA, RB)이 보정되고, 상기 양 마스터기어(10, 15)들 간의 상대적 가로 방향 변위가 검출되므로, 종래 기어 검사장치에서와 같은 축의 정렬 불량에 따른 런아웃 상승값이 상쇄되어 검출된다.
즉, 중심의 테스터기어(40)에 대한 양 마스터기어(10, 15)의 상대적 변위가 검출되므로, 이러한 마스터기어(10, 15)들의 상대적 변위에서는 축의 정렬 불량에 의한 변위값이 상쇄된 채로, 주기적인 사인 또는 코사인의 그래프로 나타나는 것이다.
따라서, 도 4 의 그래프에서와 같이, 축의 정렬 불량에 따른 런아웃 상승값이 상쇄된 채로 테스터기어(40)의 실제 양 치면의 런아웃 값 변동 폭이 보다 작은 진폭의 그래프로 표현되므로, 검사의 기준이 되는 변동 폭 값과의 비교를 통한 보다 정밀한 기어 양/불량 판단이 가능하다.
또한, 상기 그래프의 평균값은 테스터기어(40)의 오버 볼 다이어미터(OBD) 값에 비례하는 값이 되며, 상기 평균값을 검사의 기준이 되는 기준값과 비교함으로써, 테스터기어(40)의 양/불량을 판단할 수 있다.
따라서, 상기 마스터기어(15)의 일방향 회전에 의해 테스터기어(40) 양치면의 평균적인 런아웃 변동 폭 및 런아웃 변동의 평균값을 구할 수 있으며, 이러한 변동 폭 및 평균값을 검사 기준값과 비교함으로써, 신속하게 기어의 양 치면에 대한 양/불량 판단을 수행할 수 있다.
한편, 상기 회전변위량검출수단(25, 35, 55)은 상기 마스터기어(10, 15)와 테스트기어(40)의 회전변위량을 검출하기 위한 구성으로서, 예를 들어 링타입 엔코더로 구성될 수 있다.
기어는 그 전달 오차 크기가 클수록 동력의 전달 효율이 저하될 뿐만 아니라, 동력 전달 시 발생되는 소음 역시 커진다.
본 발명에 따른 기어 검사장치에서는 마스터기어(10, 15)들의 회전변위량을 검출하기 위한 엔코더(Encoder A: 25, Encoder B: 35)와 테스터기어(40)의 회전변위량을 검출하기 위한 엔코더(Encoder T: 55)를 통해 직접 마스터기어(10, 15)와 테스터기어(40)의 회전 변위량을 검출한다.
상기와 같이 검출된 회전변위량을 시간에 대해 미분하여 속도 프로파일을 얻게 되고, 상기 마스터기어(10, 15)의 속도 프로파일에서 상기 테스터기어(40)의 속도프로파일을 감산함으로써, 상기 테스터기어(40)에 대한 상대적 속도차 프로파일을 생성할 수 있다.
이후, 상기 속도차 프로파일을 적분함으로써, 테스터기어(40)의 오른쪽 치면과 왼쪽 치면의 전달 오차를 각각 구할 수 있다.
그리하여, 상기와 같이 구한 전달오차의 크기를 검사기준값과 비교함으로써, 테스터기어의 양/불량을 판단할 수 있다.
상기 엔코더(25, 35, 55)를 통해 획득된 회전각 변위로부터 회전각속도 및 전달오차를 계산하기 위한 계산수단(미도시)으로서는 예를 들면, 회로소자로 구성된 마이콤 등이 이용될 수 있으며, 상기 엔코더(25, 35, 55)로부터 회전각속도 및 전달오차를 계산할 수 있는 구성이면, 마이크로 칩의 형태로 본 발명에 따른 기어검사장치에 내장되거나, 또는 별도로 마련된 컴퓨터 등으로 구성될 수도 있다.
이상, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이러한 것에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술적 사상과 하기 될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 실시가 가능할 것이다.
10, 15: 마스터 기어 20, 30: 마스터기어장착부
40: 테스트기어 50: 테스트기어장착부
37: 구동수단 27: 부하인가수단

Claims (6)

  1. 기어 가공 상태의 검사를 위한 기준이 되는 한쌍의 마스터기어와;
    상기 마스터기어를 장착하기 위한 한쌍의 마스터기어장착부와;
    상기 마스터기어와 치합되어 회전되는 테스트기어와;
    상기 테스트기어를 장착하착하기 위한 테스트기어 장착부와;
    상기 한쌍의 마스터기어 중의 어느 하나에 대해 회전력을 인가하기 위한 구동수단과;
    상기 한쌍의 마스터기어가 장착되는 축에 수직한 방향으로의 변위량을 검출하기 위한 한쌍의 가로방향변위검출수단을 포함하며,
    상기 한쌍의 마스터기어는 상기 테스트기어를 중심으로 대면되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이중치합 방식의 기어 검사장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스터기어와 테스트 기어의 회전변위량을 검출하기 위한 회전변위량검출수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이중치합 방식의 기어 검사장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 한쌍의 마스터기어 중의 어느 하나에 부하를 인가하기 위한 부하인가수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이중치합 방식의 기어 검사장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가로방향변위검출수단은 리니어 게이지인 것을 특징으로 하는 이중치합 방식의 기어 검사장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 한쌍의 마스터기어장착부를 가로 방향으로 변위시키기 위한 기어장착부변위수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이중치합 방식의 기어 검사장치.


  6. 삭제
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08159921A (ja) * 1994-11-30 1996-06-21 Nitto Seiko Co Ltd 歯車の検査装置
KR100959998B1 (ko) * 2009-11-02 2010-05-28 효원테크(주) 기어형상 측정시스템

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