KR101250480B1 - A high precise goniometer for heavy load - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고니오메터(Goniometer, 이하, '측각기'라고도 함)에 관한 것이다.
The present invention relates to a goniometer (hereinafter also referred to as a lateral angle meter).
더 상세하게는, 본 발명은, 종래의 선형 웜에 웜 기어를 직접연결 하는 방식의 고니오메터의 구조는 고하중 물질의 이동시 나사산의 마모로 인해 장치의 정밀도가 급격히 나빠지고 기어에 지속적인 로드가 걸려 장기간 사용이 어려웠던 문제를 해결하기 위해, 고하중 물체의 정밀 이송을 위한 새로운 구동 메카니즘을 구비한 고하중의 고정밀 고니오메터에 관한 것이다.
More specifically, the present invention, the structure of the goniometer of the direct connection of the worm gear to the conventional linear worm has a sharp deterioration in the precision of the device due to the wear of the thread during the movement of the high load material and the continuous load on the gear In order to solve the problem of long periods of difficult use, it is directed to a high load high precision goniometer with a new driving mechanism for precise transport of heavy load objects.
종래, 일반적으로, 프리즘, 렌즈, 거울 등의 제조 단계에 있어서, 각 부품의 가공정밀도의 측정뿐만 아니라, 상기 부품의 조합을 이용한 카메라, 휴대전화기(Mobil phone), 광학측정장비 등의 광학계 구성을 위해서는 정렬부의 사용이 필수적이다.
Conventionally, in the manufacturing steps of prisms, lenses, mirrors, etc., not only the measurement precision of each component but also the configuration of optical systems such as a camera, a mobile phone, and an optical measuring device using a combination of the components In order to use the alignment is essential.
이러한 정렬을 위한 정렬부는, 상하좌우 이동기, 회전기 및 측각회전기 등으로 구성되며, 상기한 일반적인 광학분야뿐만 아니라, X-선, 전자 및 중성자 등을 이용한 구조분석을 위한 특수 광학분야의 시료 정렬을 위해서도 널리 이용된다.
The alignment unit for the alignment is composed of up, down, left and right movers, rotators and angular rotors, as well as for the sample alignment in a special optical field for structural analysis using X-rays, electrons and neutrons, as well as the general optical field described above. Widely used.
여기서, 일반 광학부품이나 시료의 정렬에 필요한 각 구동부의 좌우이동, 상하이동, 회전이동, 측각이동 등의 구동 메커니즘은 각각의 이동마다 조금씩 차이가 있으며, 구동 정밀도 및 메커니즘을 고려하여, 볼 스크류(ball screw), 베벨 기어, 타이밍 기어 등에 롤러 베어링, 볼 베어링, 크로스롤러 베어링 등을 조합하여 이용한다.
Here, the driving mechanisms such as left and right movement, shanghai movement, rotation movement, and lateral movement of each driving unit necessary for the alignment of general optical components or specimens are slightly different for each movement, and in consideration of the driving precision and mechanism, a ball screw ( Roller bearings, ball bearings, cross roller bearings, etc. are used in combination with ball screws, bevel gears and timing gears.
이러한 종래기술의 고니오메터의 예로서는, 예를 들면, 일본 공개특허 JP 2005-300173호(2005.10.27.)에 개시된 바와 같은 "고니오메터 헤드"가 있다.
An example of such a prior art goniometer is, for example, a "goniometer head" as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. JP 2005-300173 (2005.10.27.).
더 상세하게는, 상기한 일본 공개특허 JP 2005-300173호의 고니오메터 헤드는, 종래의 고니오메터 헤드는 보정 범위가 좁아 경우에 따라서는 시료를 다시 설치해야 하고, 시료의 설치 부분이 작아 시료의 고정이 어려운 등의 단점이 있었으며, 또한, 종래의 고니오메터 헤드의 스테이지는, 기어 기구로, 특히, 시료의 기울기각 보정에는 웜 기어를 특수 가공한 원호 기어를 이용하고 있으므로 구조가 복잡하고 정밀 가공이 필요하기 때문에 고가이며, 낙하에 의한 변형으로 사용 불능이 되는 경우가 있는 문제점을 해결하기 위해, 구조가 단순하고 제작비가 염가아며, 조작이 간편하여 조정이 신속 용이하게 될 수 있는 고니오메터 헤드에 관한 것이다.
More specifically, the goniometer head of JP 2005-300173, the conventional goniometer head has a narrow correction range, and in some cases, the sample must be reinstalled, and the sample mounting portion is small. In addition, the conventional goniometer head stage is a gear mechanism, and in particular, since the circular gear which specially processes the worm gear is used for the correction of the inclination angle of the sample, the structure is complicated. It is expensive because precision processing is required, and in order to solve the problem that it may become unusable due to deformation due to dropping, the Gonio is simple in structure, low in production cost, and easy to operate due to its simple operation. It is about the meter head.
이를 위해, 상기한 일본 공개특허 JP 2005-300173호는, 전원(全圓) 회전으로 한 결정축조정반과 동심지 일체의 샤프트에 의해, 시료의 기울기각 보정과 병진 이동을 단일축으로 조정할 수 있는 고니오메터 헤드를 개시하고 있다.
To this end, Japanese Patent Laid-Open No. JP 2005-300173 discloses that the tilt angle correction and the translational movement of a sample can be adjusted to a single axis by means of a shaft concentrically integrated with a crystal axis adjustment panel that is rotated at full power. The Goniometer head is disclosed.
또한, 상기한 바와 같은 종래기술의 고니오메터에 대한 다른 예로서, 예를 들면, 일본 공개특허 JP 2002-311199호(2002.10.23.)에 개시된 바와 같은 "X선 회절장치용 고니오메터"가 있다.
Further, as another example of the prior art goniometer as described above, for example, "Goniometer for X-ray diffraction apparatus" as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. JP 2002-311199 (October 23, 2002). There is.
더 상세하게는, 상기한 일본 공개특허 JP 2002-311199호의 "X선 회절장치용 고니오메터"는, 펄스 모터(pulse motor)와 웜(worm) 기구를 사용한 종래의 X선 회절장치용 고니오메터에서는, 고정밀도의 X선 회절 측정 데이터를 얻으려고 하는 경우에, θ 회전축과 2θ 회전축의 각도 제어의 정밀도가 문제가 되어 고정밀도의 X선 회절 측정 데이터를 얻는 것이 어렵다는 문제점을 해결하기 위해, 매우 고정밀도로 매끄러운 회전이 가능한 X선 회절장치용 고니오메터에 관한 것이다.
More specifically, the above-mentioned "Goniometer for X-ray diffraction apparatus" of JP 2002-311199 is a conventional X-ray diffraction apparatus gonio which uses a pulse motor and a worm mechanism. In the meter, when trying to obtain high-precision X-ray diffraction measurement data, in order to solve the problem that the accuracy of the angle control of the θ rotation axis and the 2θ rotation axis becomes a problem, and it is difficult to obtain high-precision X-ray diffraction measurement data. The present invention relates to a goniometer for X-ray diffractometers capable of very high precision and smooth rotation.
이를 위해, 상기한 일본 공개특허 JP 2002-311199호는, 중심선의 주위를 회전하는 제 1회전축과 상기 중심선의 주위를 회전하는 제 2 회전축을 가지는 X선 회절장치용 고니오메터에 있어서, 상기 제 1 회전축은 제 1 초음파 모터에 의해 회전 구동되고, 상기 제 2 회전축은 제 2 초음파 모터에 의해 회전 구동되는 것을 특징으로 하는 X선 회절 장치용 고니오메터를 개시하고 있다.
To this end, Japanese Patent Laid-Open No. JP 2002-311199 discloses a goniometer for an X-ray diffraction apparatus having a first axis of rotation that rotates around a centerline and a second axis of rotation that rotates around the centerline. Disclosed is a goniometer for an X-ray diffraction apparatus, wherein the first rotating shaft is rotationally driven by the first ultrasonic motor, and the second rotating shaft is rotationally driven by the second ultrasonic motor.
상기한 바와 같이, 종래 널리 사용되고 있는 대부분의 고니오메터(측각기)의 구조는 선형 웜에 웜 기어를 직접 연결하는 방식으로, 이러한 직선 기어와 웜 기어의 직접 연결방식은, 고하중 물질의 이동시 나사산의 마모로 인해 장치의 정밀도가 급격히 저하하는 문제가 있다.
As described above, the structure of most of the goniometers (side angle) that is widely used in the related art is a method of directly connecting a worm gear to a linear worm, and the direct connection method of such a linear gear and a worm gear is a thread during the movement of a high load material. There is a problem that the accuracy of the device is sharply lowered due to wear.
또한, 마모를 방지하기 위해 기어의 재질에 특수합금을 이용하여 강도를 높이는 방법도 사용되고 있으나, 특수합금의 사용에 따른 비용이 증가하게 되고, 더욱이, 아무리 특수합금으로 강도를 높인다고 해도 기어에 지속적인 로드가 걸리므로 장기간 사용은 어렵다는 문제가 있었다.
In addition, a method of increasing the strength by using a special alloy in the material of the gear to prevent wear is used, but the cost of using the special alloy increases, and even if the strength is increased by the special alloy, even if the rod is continuously loaded There was a problem that it is difficult to use for a long time.
아울러, 최근, 휴대전화기(Mobile phone), 디지털카메라(digital camera) 등의 광학계는 지속적으로 소규모의 정교한 구조가 요구되어 소요되는 광학부품도 소형화되는 추세이나, 반면, 인공위성, 미사일, 선박 등의 자이로스코프와 같은 광학계에 이용되는 대형 광학부품은, 측정 또는 샘플의 측정조건 다양화를 위한 대형자석, 열처리 장치 등의 사용을 위해 고하중의 조건에서 정밀한 구동이 가능한 정렬부가 요구되고 있다.
In addition, in recent years, optical systems such as mobile phones and digital cameras are constantly miniaturizing optical components, which require small and sophisticated structures, while gyros such as satellites, missiles, and ships. For large optical components used in optical systems such as scopes, an alignment unit capable of precise driving under high load conditions is required for use of large magnets, heat treatment devices, and the like for diversifying measurement conditions for measurement or samples.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여는, 기존의 측각기의 단점인 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하도록 하기 위한 새로운 구동 메카니즘을 구비하는 고니오메터를 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시된 바 없었다.
Therefore, in order to solve the problems of the prior art as described above, it is desirable to provide a goniometer with a new driving mechanism for enabling the precise transport of high-loaded objects, which is a disadvantage of the conventional goniometer, but still No device or method has been proposed that satisfies all such needs.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 선형 웜에 웜 기어를 직접연결 하는 방식의 종래의 고니오메터는 고하중 물질의 이동시 나사산의 마모로 인해 장치의 정밀도가 급격히 떨어지는 문제점을 해결하기 위해, 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하게 하는 새로운 구동 메카니즘을 구비한 고하중의 고정밀 고니오메터를 제공하고자 하는 것이다.
The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention, the conventional goniometer of the method of directly connecting the worm gear to the linear worm is due to the wear of the thread during the movement of the high load material In order to solve the problem that the precision of the device drops sharply, it is to provide a high load high precision goniometer with a new driving mechanism that enables the precise transport of high load objects.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 기어의 마모를 방지하기 위해 기어의 재질에 특수합금을 이용하면, 비용이 증가하는데 더하여 기어에 지속적인 로드가 걸리므로 강도를 높이더라도 장기간 사용은 어렵다는 종래의 고니오메터의 문제점을 해결하기 위해, 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하게 하는 새로운 구동 메카니즘을 구비한 고하중의 고정밀 고니오메터를 제공하고자 하는 것이다.
In addition, another object of the present invention is to use a special alloy in the material of the gear to prevent the wear of the gear, in addition to the increase in cost, it is difficult to use long-term use even if the strength is increased because the continuous load on the gear In order to solve the problem of the meter, it is intended to provide a high load high precision goniometer with a novel driving mechanism that enables the precise transport of high load objects.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 샘플 정렬을 위한 시료 정렬부에 사용되는 고하중의 고정밀 고니오메터(goniometer, 측각기)에 있어서,
시료가 위치되고 회전운동을 하는 회전 이송판과, 상기 회전 이송판에 부착되는 연결 플랜지(connection flange)를 포함하는 시료부;
상기 시료부의 측각 이송을 위한 것으로서, 상기 시료부의 이동을 위한 구동력을 전달하기 위해 표면에 나사산을 가지는 봉 형태로 형성되는 볼 스크류(ball screw)와, 상기 볼 스크류에 결합되는 너트와, 상기 너트와 상기 회전 이송판을 연결하는 연결 핀(connection pin)과, 상기 회전 이송판의 측각 이동을 위한 일정한 회전반경을 가지고 상기 연결 플랜지와 맞물리는 가이드 레일(guide rail)을 포함하는 이송부; 및
상기 볼 스크류의 직선 운동과 상기 회전 이송판의 측각 회전운동 사이의 비선형성을 보정하기 위한 보정수단;을 포함하는 고니오메터가 제공된다.
In order to achieve the object as described above, according to the present invention, in the high-load high-precision goniometer (goniometer) used in the sample alignment unit for sample alignment,
A sample part including a rotary transfer plate on which the sample is positioned and performing a rotational movement, and a connection flange attached to the rotary transfer plate;
As for the lateral transfer of the sample portion, a ball screw formed in the form of a rod having a screw thread on the surface for transmitting a driving force for the movement of the sample portion, a nut coupled to the ball screw, and the nut and A transfer part including a connection pin connecting the rotary transfer plate and a guide rail engaged with the connection flange with a constant radius of rotation for lateral movement of the rotary transfer plate; And
And a correction means for correcting the nonlinearity between the linear motion of the ball screw and the lateral rotation of the rotary feed plate.
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여기서, 상기 보정수단은, 다음의 [수학식 1]식을 이용하여 보정을 행하는 것을 특징으로 한다.
Here, the correction means is characterized by performing correction using the following Equation 1.
[수학식 1] [Equation 1]
x = 2·R·sinθ·cosθ
x = 2Rsinθcoscosθ
여기서, here,
x : 볼 스크류에 의한 직선운동 거리 x: linear movement distance by ball screw
R : 측각기의 연결 핀과 측각기의 회전 중심간의 거리 R is the distance between the connecting pin of the instrument and the center of rotation of the instrument
θ : 회전 각도
θ: rotation angle
더욱이, 상기 이송부는, 상기 볼 스크류의 나사산의 피치를 선택하여 이용가능한 것을 특징으로 한다.
Furthermore, the transfer part is characterized in that the pitch of the thread of the ball screw can be selected and available.
또한, 본 발명에 따르면, 샘플 정렬을 위한 시료 정렬부에 사용되는 고하중의 고정밀 고니오메터(goniometer, 측각기)에 있어서,
시료가 위치되고 회전운동을 하는 회전 이송판과, 상기 회전 이송판에 부착되는 연결 플랜지(connection flange)를 포함하는 시료부;
상기 시료부의 측각 이송을 위한 것으로서, 상기 회전 이송판의 이동을 위한 구동력을 전달하기 위해 표면에 나사산을 가지는 봉 형태로 형성되는 볼 스크류와, 상기 볼 스크류에 부착되는 커넥터(connector)와, 상기 커넥터와 상기 회전 이송판을 연결하는 연결 핀과, 상기 회전 이송판의 측각 이동을 위한 일정한 회전반경을 가지고 상기 연결 플랜지와 맞물리는 가이드 레일을 포함하는 이송부; 및
상기 볼 스크류의 직선 운동과 상기 회전 이송판의 측각 회전운동 사이의 비선형성을 보정하기 위한 보정수단;을 포함하는 고니오메터가 제공된다.
In addition, according to the present invention, in the high-load high-precision goniometer (goniometer) used in the sample alignment unit for sample alignment,
A sample part including a rotary transfer plate on which the sample is positioned and performing a rotational movement, and a connection flange attached to the rotary transfer plate;
For the lateral transfer of the sample portion, the ball screw is formed in the form of a rod having a screw thread on the surface for transmitting a driving force for the movement of the rotary transfer plate, a connector (connector) attached to the ball screw, and the connector And a transfer pin including a connecting pin connecting the rotary transfer plate and a guide rail engaged with the connection flange with a constant rotation radius for lateral movement of the rotary transfer plate. And
And a correction means for correcting the nonlinearity between the linear motion of the ball screw and the lateral rotation of the rotary feed plate.
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여기서, 상기 보정수단은, 다음의 [수학식 2]를 이용하여 보정을 행하는 것을 특징으로 한다.
Here, the correction means is characterized by performing correction using the following [Equation 2].
[수학식 2] &Quot; (2) "
x = (R + L)·tanθ
x = (R + L)
여기서, here,
x : 볼 스크류에 의한 직선운동 거리 x: linear movement distance by ball screw
R : 측각기의 회전반경 R: radius of rotation of the measuring instrument
L : 볼 스크류에 부착된 연결 핀으로부터 측각기의 회전 원호와의 거리 L: Distance from the rotating arc of the goniometer to the connecting pin attached to the ball screw
θ : 회전 각도
θ: rotation angle
더욱이, 상기 이송부는, 상기 볼 스크류의 나사산의 피치를 선택하여 이용가능한 것을 특징으로 한다.
Furthermore, the transfer part is characterized in that the pitch of the thread of the ball screw can be selected and available.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고하중 물질의 이동시 나사산의 마모로 인해 장치의 정밀도가 급격히 떨어지는 종래의 고니오메터의 문제점을 해결하여, 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하게 하는 새로운 구동 메카니즘을 구비한 고하중의 고정밀 고니오메터를 제공할 수 있다.
As described above, according to the present invention, a novel driving mechanism that solves the problem of the conventional goniometer, in which the precision of the device drops sharply due to the wear of the thread during the movement of the high load material, enables the precise transport of the heavy load object. It is possible to provide a high load high precision goniometer with.
또한, 본 발명에 따르면, 기어의 마모를 방지하기 위해 기어의 재질에 특수합금을 이용하여도 기어에 지속적인 로드가 걸리므로 장기간 사용은 어렵고 비용이 증가하는 종래의 고니오메터의 문제점을 해결하여, 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하게 하는 새로운 구동 메카니즘을 구비한 고하중의 고정밀 고니오메터를 제공할 수 있다.
In addition, according to the present invention, even if a special alloy is used in the material of the gear to prevent the wear of the gear to solve the problem of the conventional goniometer, which is difficult to use for a long time and increases the cost, because the gear is continuously loaded. It is possible to provide high load high precision goniometers with a novel drive mechanism that enables the precise transport of heavy loads.
도 1은 시료 정렬부의 전체적인 구성을 나타내는 개념도이다.
도 2는 웜 기어를 이용한 종래의 일반적인 측각기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 볼 스크류(ball screw)를 이용한 측각기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 볼 스크류에 연결핀(connection pin)을 장착한 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 볼 스크류를 이용한 측각기의 다른 구성을 개략적으로 나타내는 도면으로, 회전판에 연결핀을 장착한 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 회전판의 회전운동과 볼 스크류를 이용한 직선운동 사이의 관계를 나타내는 도면이다. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a sample alignment unit.
2 is a view schematically showing the configuration of a conventional general angle measuring device using a worm gear.
3 is a view schematically showing the configuration of a goniometer using a ball screw, and is a view showing a configuration in which a connection pin is attached to the ball screw.
4 is a view schematically showing another configuration of the angle measuring device using a ball screw, a view showing a configuration in which the connecting pin is mounted on the rotating plate.
5 is a view showing a relationship between the rotational motion of the rotating plate and the linear motion using the ball screw.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터의 구체적인 실시예의 상세한 내용에 대하여 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the specific embodiment of the high load high precision goniometer according to the present invention as described above.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
Here, it should be noted that the contents described below are only examples for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to the contents of the embodiments described below.
즉, 본 발명에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터는, 종래의 선형 웜에 웜 기어를 직접연결 하는 방식의 고니오메터는, 고하중 물질의 이동시 나사산의 마모로 인해 장치의 정밀도가 급격히 떨어지고, 또한, 기어의 마모를 방지하기 위해 기어의 재질에 특수합금을 이용하면, 비용이 증가하는데 더하여 기어에 지속적인 로드가 걸리므로 강도를 높이더라도 장기간 사용은 어렵다는 문제점을 해결하기 위해, 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하게 하는 새로운 구동 메카니즘을 구비한 고하중의 고정밀 고니오메터를 제공하고자 하는 것이다.
That is, the high load high precision goniometer according to the present invention, the goniometer of the method of directly connecting the worm gear to a conventional linear worm, the precision of the device is drastically reduced due to the wear of the thread during the movement of the high load material, If special alloy is used in the material of the gear to prevent the wear of the gear, in order to solve the problem that it is difficult to use it for a long time even if the strength is increased because of the constant load on the gear. It is an object of the present invention to provide a high load high precision goniometer with a new driving mechanism that makes it possible.
이를 위해, 본 발명에 따르면, 후술하는 바와 같이, 기존의 웜 기어를 이용한 구조 대신에, 볼 스크류(ball screw)에 너트를 이용하여 직선운동을 회전운동으로 변환하고 볼 스크류의 직선운동과 측각 회전운동이 비선형적인 부분은 수학식을 이용한 보정을 통해 조정함으로써 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하게 하는 고하중의 고정밀 고니오메터가 제공된다.
To this end, according to the present invention, as described below, instead of the conventional structure using a worm gear, by using a nut on the ball screw (ball screw) to convert the linear motion into a rotary motion and the linear motion and angular rotation of the ball screw The non-linear part of the motion is adjusted through mathematical correction to provide a high-load high-precision goniometer that enables precise transport of high-loaded objects.
여기서, 볼 스크류에 너트를 이용하여 직선운동을 회전운동으로 변환하는 구조는, 후술하는 바와 같이, 볼 스크류에 장착된 너트에 연결 핀(connection pin)을 부착하고, 회전운동하는 이송판에 연결 플랜지(connection flange)를 부착하여 특정한 회전반경(R)의 가이드 레일(guide rail)을 따라 이동하는 방식이나, 또는 볼 스크류커넥터(connector)를 부착하고 회전 이송판에 연결 핀을 설치하는 방식의 두 가지 형태로 구성할 수 있다.
Here, the structure for converting linear motion into rotary motion by using a nut on the ball screw, as described later, attaching a connection pin to the nut mounted on the ball screw, the connection flange to the feed plate to rotate (connection flange) to move along a guide rail of a certain radius of rotation (R), or to attach a ball screw connector (connector) and to install a connection pin on the rotary feed plate It can be configured in the form.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터에 대한 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described a specific embodiment of a high load high precision goniometer according to the present invention as described above.
먼저, 도 1을 참조하면, 도 1은 고니오메터가 포함된 시료 정렬부의 전체적인 구성을 나타내는 개념도이다.
First, referring to FIG. 1, FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an overall configuration of a sample alignment unit including a goniometer.
도 1에 나타낸 바와 같이, 일반적인 샘플 정렬에 사용되는 시료 정렬부(10)의 구성은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 아래쪽부터 회전기(rotator)(11), 좌우 정렬기(X translator)(12), 좌우 정렬기(Y translator)(13), 상하 정렬기(Z translator)(14) 및 고니오메터(측각기)(15)로 구성되어 있다.
As shown in FIG. 1, the structure of the
여기서, 각각의 구성요소들의 구동방식은, 장치 자체의 시료의 하중, 정밀도 등을 고려하여, 볼 스크류(ball screw), 타이밍 벨트(timing belt), 웜 기어(worm gear), 베벨 기어(bevel gear), 랙 기어(rack gear) 등의 조합으로 이루어진다.
Here, the driving method of each component, in consideration of the load, precision, etc. of the sample of the device itself, the ball screw (timing belt), worm gear (worm gear), bevel gear (bevel gear) ) And rack gears.
이 중, 고니오메터(측각기)(15)의 경우는, 상기한 종래기술의 설명에서 언급한 바와 같이, 일반적으로 웜 기어를 이용하며, 더 상세하게는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 볼 스크류(ball screw)에 웜 기어(worm gear)를 직접 연결하여 이용한다.
Among these, in the case of the
즉, 도 2를 참조하면, 도 2는 웜 기어를 이용한 종래의 일반적인 고니오메터(측각기)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
That is, referring to FIG. 2, FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a conventional general goniometer using a worm gear.
따라서 도 2에 나타낸 바와 같이, 종래의 고니오메터(20)의 구동방식은, 볼 스크류(21)에 웜 기어(22)가 직접 연결되어 힘이 전달되므로, 고하중의 물질을 이송시킬 경우 나사의 마모를 고려하여 나사산을 크게 만들어야 한다.
Therefore, as shown in Figure 2, the conventional driving method of the
그러나 이러한 경우, 나사산의 크기를 크게 할수록 볼 스크류(21)의 1회전당 웜 기어(22)의 이동거리가 커지기 때문에, 정밀한 이송은 불가능해지는 단점이 있다.
In this case, however, the larger the size of the thread, the greater the moving distance of the
또한, 측각기의 회전반경에 따라 고가의 웜 기어를 정밀하게 제작하여야 하므로 제작의 어려움 및 비용이 높아지게 되며, 더욱이, 높은 정밀도를 요구하는 경우일수록 기계 조립시 변수가 많아지게 되어 불량 확률도 높아지게 된다.
In addition, since the expensive worm gear must be manufactured precisely according to the rotation radius of the goniometer, the difficulty and cost of manufacturing become high, and, in addition, the higher the number of variables required when assembling the machine, the higher the probability of failure.
따라서 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 종래의 고니오메터의 단점을 해결하기 위해, 기존의 측각기에서 널리 이용되고 있는 웜 기어 형태 대신에, 후술하는 바와 같이 하여 볼 스크류와 너트를 이용하여 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 주는 방식을 고안하였다.
Therefore, in order to solve the disadvantages of the conventional goniometer as described above, the present inventors, instead of the worm gear type widely used in the conventional goniometer, as described below, the linear motion using a ball screw and a nut We devised a way to change the rotational motion.
계속해서, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
Subsequently, with reference to Figs. 3 to 5, specific embodiments of the high load high precision goniometer according to the present invention will be described.
즉, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터(30, 40)는, 도 3 및 도 4에 각각 나타낸 바와 같은 두 가지 형태로 구성될 수 있다.
That is, the high-precision
더 상세하게는, 첫째로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 볼 스크류(31)에 장착된 너트(32)에 연결 핀(connection pin)(33)을 설치하고, 회전운동을 하는 회전 이송판(34)에 연결 플랜지(connection flange)(35)를 부착하여, 특정한 회전반경(R)을 가지는 가이드 레일(guide rail)(36)을 따라 이동하도록 하는 방식이 있다.
More specifically, firstly, as shown in FIG. 3, a
둘째로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 볼 스크류(41)에 커넥터(connector)(42)를 부착하고, 연결 핀(connection pin)(43)을 회전 이송판(44)에 설치하여, 도 3에 나타낸 방식과 마찬가지로 연결 플랜지(45)가 특정한 회전반경(R)을 가지는 가이드 레일(guide rail)(46)을 따라 이동하도록 하는 방법이 있다.
Secondly, as shown in FIG. 4, a
상기한 바와 같이 구성함으로써, 볼 스크류(31, 41)의 회전 방향에 따라 회전 이송판(34, 44)이 연동하여 좌우로 이동하게 되며, 이때, 가이드 레일(36, 46)에 의해 단순한 직선운동이 아닌 일정한 회전반경(R)으로 움직이게 된다.
By configuring as described above, the
따라서 상기한 바와 같은 구성을 통하여, 측각기의 구동에 있어서 고하중 물체의 이동시 직접적으로 나사산에 하중(load)이 걸리지 않도록 할 수 있으므로, 고니오메터의 제작에 있어서 불필요하게 나사산을 크게 만들거나 필요 이상으로 고강도의 재료를 이용할 필요가 없게 된다.
Therefore, through the configuration as described above, it is possible to prevent the load from being directly applied to the thread during the movement of the high load object in the driving of the goniometer, so that the thread is unnecessarily large or necessary for the manufacture of the goniometer. Therefore, it is not necessary to use a high strength material.
또한, 상기한 바와 같이 나사산의 크기를 필요 이상으로 크게 할 필요가 없으므로, 장치 정밀도에 따라 측각기에 다양한 피치의 볼 스크류를 선택하여 이용함으로써 원하는 정밀도를 용이하게 구현할 수 있다.
In addition, since it is not necessary to increase the size of the thread more than necessary as described above, it is possible to easily implement the desired precision by selecting and using a ball screw of various pitches in each side according to the device precision.
아울러, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 종래의 웜 기어 방식보다 구조가 단순하므로, 동일한 정밀도 및 하중의 조건에서 측각기의 소형화가 가능하여 공간 활용면에서 뛰어나다는 장점도 가지게 된다.
In addition, as shown in Figures 3 and 4, since the structure is simpler than the conventional worm gear system, it is possible to miniaturize the angle measuring instrument under the same precision and load conditions, and also has the advantage of excellent space utilization.
여기서, 한 가지 유념해야할 사항으로서, 도 3 및 도 4를 참조하여 상기한 두 가지 방식 모두에 있어서, 볼 스크류의 직선 운동과 회전 이송판의 측각 회전운동이 선형적이지 않다는 점에서 해결해야 할 문제가 있다.
Here, one thing to keep in mind, the problem to be solved in that the linear motion of the ball screw and the angular rotation of the rotary feed plate are not linear in both of the above manners with reference to FIGS. 3 and 4. There is.
즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 회전 이송판이 원점 위치에서 좌측 또는 우측 방향으로 10도 만큼 움직이기 위한 볼 스크류의 회전수와, 회전 이송판이 10도에서 20도까지 회전하기 위한 볼 스크류의 회전수가 동일하지 않고 차이가 있게 된다.
That is, as shown in Fig. 5, for example, the number of revolutions of the ball screw for moving the rotary feed plate by the left or right direction from the origin position by 10 degrees, and the ball for rotating the rotary feed plate from 10 degrees to 20 degrees The rotation speed of the screw is not the same and there is a difference.
그러나 이러한 단점은 다음과 같은 단순 공식에 의해 쉽게 보정이 가능하다.
However, these shortcomings can be easily corrected by the following simple formula.
먼저, 도 3에 나타낸 바와 같은 구성에 있어서, 회전반경(R)이 100mm인 측각기가 원점 위치(회전판이 직선운동의 볼 스크류와 수직인 위치)에서 10도 및 20도 움직일 경우, 직선운동 거리는 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.
First, in the configuration as shown in FIG. 3, when the angle measuring machine having a rotation radius R of 100 mm moves 10 degrees and 20 degrees at the origin position (the position where the rotating plate is perpendicular to the ball screw of the linear movement), the linear movement distance is as follows. It can be calculated by
[수학식 1] [Equation 1]
x = 2·R·sinθ·cosθ
x = 2Rsinθcoscosθ
여기서, x는 볼 스크류(ball screw)에 의한 직선운동 거리이고, R은 측각기의 연결 핀(connection pin)과 측각기의 회전 중심간의 거리(즉, 연결 핀의 위치를 원주에 설치할 경우는 측각기의 회전반경)이며, q는 회전 각도이다.
Here, x is the linear motion distance by the ball screw, R is the distance between the connection pin of the measuring instrument and the rotation center of the measuring instrument (that is, the rotation of the measuring instrument when the position of the connecting pin is installed on the circumference). Radius), and q is the angle of rotation.
마찬가지 방법으로, 도 4에 나타낸 바와 같이 볼 스크류에 연결 핀을 부착한 경우의 보정식은 다음과 같다.
In a similar manner, as shown in Fig. 4, the correction equation when the connecting pin is attached to the ball screw is as follows.
[수학식 2] &Quot; (2) "
x = (R + L)·tanθ
x = (R + L)
여기서, x는 볼 스크류(ball screw)에 의한 직선운동 거리이고, R은 측각기의 회전반경이며, L은 볼 스크류에 부착된 연결 핀(connection pin)으로부터 측각기의 회전 원호와의 거리이고, q는 회전 각도이다.
Where x is the linear motion distance by the ball screw, R is the radius of rotation of the instrument, and L is the distance from the connection pin attached to the ball screw to the arc of rotation of the instrument. Rotation angle.
따라서 도 3 및 도 4를 참조하여 상기한 바와 같은 구성에 상기한 [수학식 1] 및 [수학식 2]에 근거하여 보정을 수행하는 보정수단을 구비함으로써, 본 발명에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터를 용이하게 구현할 수 있다.
Therefore, by providing a correction means for performing the correction based on the above [Equation 1] and [Equation 2] in the configuration as described above with reference to Figures 3 and 4, high-load high precision swan It can be easily implemented.
아울러, 상기한 바와 같이하여 본 발명에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터를 구성함으로써, 고하중 물질의 이동시 나사산의 마모로 인해 장치의 정밀도가 급격히 떨어지고, 또한, 기어의 강도를 높이더라도 기어에 지속적인 로드가 걸리므로 장기간 사용은 어려우며, 나사산을 크게 하면 정밀한 제어가 불가능했던 종래의 웜 기어를 이용하는 고니오메터의 문제점을 해결하여, 나사산에 직접적으로 하중을 주지 않고 고하중 물체의 정밀 이송을 가능하게 하는 고하중의 고정밀 고니오메터를 제공할 수 있다.
In addition, by configuring a high-load high-precision goniometer according to the present invention as described above, due to the wear of the thread during the movement of the high load material, the precision of the device is sharply dropped, and even if the strength of the gear is increased, It is difficult to use for a long time due to the load, and it solves the problem of the goniometer using the conventional worm gear, which is impossible to precise control by increasing the thread, so that it is possible to precisely convey the heavy load without directly loading the thread. It can provide high load high precision goniometer.
또한, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 고하중 및 정밀도별로 다양한 피치(pitch)의 볼 스크류(ball screw)의 선택적으로 이용함으로써, 고하중에 대하여도 정밀한 제어가 가능하게 되는 동시에, 종래의 웜 기어를 이용하는 고니오메터에 비하여 그 구조가 단순하여 크기를 감소할 수 있다.
In addition, according to the present invention configured as described above, by selectively using a ball screw of various pitches according to the high load and precision, it is possible to precisely control the high load, and at the same time the conventional worm Compared with the goniometer using a gear, the structure is simple and the size can be reduced.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 고하중의 고정밀 고니오메터의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
As mentioned above, although the detail of the high load high precision goniometer which concerns on this invention was demonstrated through the Example of this invention, this invention is not limited only to the content described in the above Example, Therefore It is a matter of course that the present invention can be modified, changed, combined and replaced by a person skilled in the art according to the design needs and various other factors.
10. 시료 정렬부 11. 회전기
12. 좌우 정렬기(X translator) 13. 좌우 정렬기(Y translator)
14. 상하정렬기(Z translator) 15. 고니오메터(측각기)
20. 종래의 고니오메터 21. 볼 스크류
22. 웜 기어
30. 고하중의 고정밀 고니오메터 31. 볼 스크류
32. 너트 33. 연결 핀
34. 회전 이송판 35. 연결 플랜지
36. 가이드 레일
40. 고하중의 고정밀 고니오메터 41. 볼 스크류
42.커넥터 43. 연결 핀
44. 회전 이송판 45. 연결 플랜지
46. 가이드 레일 10.
12.
14.
20.
22. Worm Gear
30. High precision goniometer with
32.
34.
36. Guide rail
40. High precision goniometer with
42.Connector 43.Connection pin
44.
46. Guide rail
Claims (12)
시료가 위치되고 회전운동을 하는 회전 이송판과, 상기 회전 이송판에 부착되는 연결 플랜지(connection flange)를 포함하는 시료부;
상기 시료부의 측각 이송을 위한 것으로서, 상기 시료부의 이동을 위한 구동력을 전달하기 위해 표면에 나사산을 가지는 봉 형태로 형성되는 볼 스크류(ball screw)와, 상기 볼 스크류에 결합되는 너트와, 상기 너트와 상기 회전 이송판을 연결하는 연결 핀(connection pin)과, 상기 회전 이송판의 측각 이동을 위한 일정한 회전반경을 가지고 상기 연결 플랜지와 맞물리는 가이드 레일(guide rail)을 포함하는 이송부; 및
상기 볼 스크류의 직선 운동과 상기 회전 이송판의 측각 회전운동 사이의 비선형성을 보정하기 위한 보정수단;
을 포함하는 고니오메터.
In the high-load high-precision goniometer used for sample alignment for sample alignment,
A sample part including a rotary transfer plate on which the sample is positioned and performing a rotational movement, and a connection flange attached to the rotary transfer plate;
As for the lateral transfer of the sample portion, a ball screw formed in the form of a rod having a screw thread on the surface for transmitting a driving force for the movement of the sample portion, a nut coupled to the ball screw, and the nut and A transfer part including a connection pin connecting the rotary transfer plate and a guide rail engaged with the connection flange with a constant radius of rotation for lateral movement of the rotary transfer plate; And
Correction means for correcting the nonlinearity between the linear motion of the ball screw and the lateral rotation of the rotary feed plate;
Goniometer including.
상기 보정수단은, 다음의 [수학식 1]식을 이용하여 보정을 행하는 고니오메터.
[수학식 1]
x = 2·R·sinθ·cosθ
여기서,
x : 볼 스크류에 의한 직선운동 거리
R : 측각기의 연결 핀과 측각기의 회전 중심간의 거리
θ : 회전 각도
The method of claim 1,
The correction means is a goniometer for performing the correction using the following equation (1).
[Equation 1]
x = 2Rsinθcoscosθ
here,
x: linear movement distance by ball screw
R is the distance between the connecting pin of the instrument and the center of rotation of the instrument
θ: rotation angle
상기 이송부는,
상기 볼 스크류의 나사산의 피치를 선택하여 이용가능한 고니오메터.
The method of claim 1,
The transfer unit
Goniometer available by selecting the pitch of the thread of the ball screw.
시료가 위치되고 회전운동을 하는 회전 이송판과, 상기 회전 이송판에 부착되는 연결 플랜지(connection flange)를 포함하는 시료부;
상기 시료부의 측각 이송을 위한 것으로서, 상기 회전 이송판의 이동을 위한 구동력을 전달하기 위해 표면에 나사산을 가지는 봉 형태로 형성되는 볼 스크류와, 상기 볼 스크류에 부착되는 커넥터(connector)와, 상기 커넥터와 상기 회전 이송판을 연결하는 연결 핀과, 상기 회전 이송판의 측각 이동을 위한 일정한 회전반경을 가지고 상기 연결 플랜지와 맞물리는 가이드 레일을 포함하는 이송부; 및
상기 볼 스크류의 직선 운동과 상기 회전 이송판의 측각 회전운동 사이의 비선형성을 보정하기 위한 보정수단;
을 포함하는 고니오메터.
In the high-load high-precision goniometer used for sample alignment for sample alignment,
A sample part including a rotary transfer plate on which the sample is positioned and performing a rotational movement, and a connection flange attached to the rotary transfer plate;
For the lateral transfer of the sample portion, the ball screw is formed in the form of a rod having a screw thread on the surface for transmitting a driving force for the movement of the rotary transfer plate, a connector (connector) attached to the ball screw, and the connector And a transfer pin including a connecting pin connecting the rotary transfer plate and a guide rail engaged with the connection flange with a constant rotation radius for lateral movement of the rotary transfer plate. And
Correction means for correcting the nonlinearity between the linear motion of the ball screw and the lateral rotation of the rotary feed plate;
Goniometer including.
상기 보정수단은, 다음의 [수학식 2]를 이용하여 보정을 행하는 고니오메터.
[수학식 2]
x = (R + L)·tanθ
여기서,
x : 볼 스크류에 의한 직선운동 거리
R : 측각기의 회전반경
L : 볼 스크류에 부착된 연결 핀으로부터 측각기의 회전 원호와의 거리
θ : 회전 각도
8. The method of claim 7,
The correction means is a goniometer for performing correction using the following [Equation 2].
&Quot; (2) "
x = (R + L)
here,
x: linear movement distance by ball screw
R: radius of rotation of the measuring instrument
L: Distance from the rotating arc of the goniometer to the connecting pin attached to the ball screw
θ: rotation angle
상기 이송부는, 상기 볼 스크류의 나사산의 피치를 선택하여 이용가능한 고니오메터. 8. The method of claim 7,
The transfer part, Goniometer is available by selecting the pitch of the thread of the ball screw.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110097541A KR101250480B1 (en) | 2011-09-27 | 2011-09-27 | A high precise goniometer for heavy load |
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|---|---|
| KR101250480B1 true KR101250480B1 (en) | 2013-04-03 |
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| KR (1) | KR101250480B1 (en) |
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