KR101288965B1 - 외경측정장치 및 외경측정방법 - Google Patents

외경측정장치 및 외경측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외경측정장치 및 외경측정방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치는, 피측정물이 안착되는 것으로서, 회전을 통하여 상기 피측정물을 함께 회전시키는 회전판; 기 설정된 측정주기마다 측정광을 상기 피측정물의 표면에 조사하여 상기 피측정물까지의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 변위값으로 출력하는 비접촉식 변위센서; 및 상기 회전판의 회전속도 및 상기 측정주기를 이용하여 상기 회전판의 회전각을 산출하고, 상기 회전각 및 상기 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경 프로파일을 생성한 후, 상기 외경 프로파일로부터 상기 피측정물의 외경을 구하는 신호처리부를 포함할 수 있다.

Description

외경측정장치 및 외경측정방법 {Apparatus for measuring diameter of object and method for measuring the same}
본 발명은 외경측정장치 및 외경측정방법에 관한 것으로서, 피측정물의 외경을 측정할 수 있는 외경측정장치 및 외경측정방법에 관한 것이다.
원통 형상을 가지는 제품이 다른 제품의 일부로 삽입되거나, 고무패드 등의 완충물, 캔(can) 등으로 둘러싸여 최종 제품으로 가공하는 경우에, 내부에 삽입되는 원통형 제품의 외경은 중요한 품질 관리 요소가 된다. 이는 내부에 삽입되는 제품의 외경에 따라 삽입여부가 결정될 뿐만 아니라, 완충물과 캔으로 둘러싸서 압착한 후 용접하는 공정에서는 내부에 삽입되는 제품과 바깥을 둘러싸는 제품 사이의 갭(gap)에도 영향을 미치기 때문이다. 이때, 갭이 너무 작으면 작업공정 중 내부에 삽입되는 제품이 파손될 수 있고, 갭이 너무 크면 내부에 삽입되는 제품에 외부를 둘러싸는 캔 사이의 유격으로 인하여 유동으로 인한 파손이 발생할 수 있다. 따라서, 다른 제품의 내부에 삽입되거나, 완충물 또는 캔 등으로 둘러싸여 가공되는 제품의 외경을 정밀하게 측정하는 것은 매우 중요하다.
종래에 상기 원통형 제품의 외경을 측정할 때에는, 적어도 2개의 변위센서를 이용하였으므로 상기 변위센서가 조사하는 측정광이 정확하게 회전판의 중심에서 교차하도록 설정하여야 했으며, 상기 원통형 제품을 상기 회전판의 중심에 정확하게 위치시키기 위한 고정 지그(jig) 등 별도의 구성을 더 포함하여야 했다.
하지만, 상기 복수의 변위센서간의 정렬 불량시 측정오차가 발생하였으며, 상기 고정 지그는 상기 원통형 제품의 외경 크기에 따라 교체해야하는 등 효율이 떨어지는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 피측정물의 외경을 측정할 수 있는 외경측정장치 및 외경측정방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치는, 피측정물이 안착되는 것으로서, 회전을 통하여 상기 피측정물을 함께 회전시키는 회전판; 기 설정된 측정주기마다 측정광을 상기 피측정물의 표면에 조사하여 상기 피측정물까지의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 변위값으로 출력하는 비접촉식 변위센서; 및 상기 회전판의 회전속도 및 상기 측정주기를 이용하여 상기 회전판의 회전각을 산출하고, 상기 회전각 및 상기 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경 프로파일을 생성한 후, 상기 외경 프로파일로부터 상기 피측정물의 외경을 구하는 신호처리부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 신호처리부는,
Figure 112011102278512-pat00001
을 이용하여 상기 Pi를 직교좌표계에 표시하여 상기 외경 프로파일을 생성할 수 있다. 여기서, di는 i번째 측정한 변위값, θ는 상기 회전각일 수 있다.
여기서 상기 신호처리부는, 상기 외경 프로파일에 대하여 최소자승법을 적용하여 상기 피측정물의 외경을 계산할 수 있다.
여기서 상기 신호처리부는,
Figure 112011102278512-pat00002
상기 수식을 만족하는 a, b, r을 구하여 상기 피측정물의 외경을 계산할 수 있다. 여기서, n은 상기 측정한 변위값의 개수, r은 상기 외경 프로파일의 반지름, a, b는 임의의 변수일 수 있다.
여기서 상기 외경측정장치는, 기 설정된 위치에 구비되는 것으로서, 상기 비접촉식 변위센서를 상하로 이송시키는 1축 스테이지를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 회전판은, 외경 측정이 가능한 측정범위가 표시될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정방법은, 피측정물이 안착된 회전판을 회전시켜 상기 피측정물을 회전시키는 회전단계; 비접촉식 변위센서를 이용하여 기 설정된 측정주기마다 상기 피측정물에 측정광을 조사하고, 상기 피측정물까지의 거리를 측정하는 변위값 측정단계; 상기 회전판의 회전속도 및 상기 측정주기를 이용하여 상기 피측정물의 회전각을 산출하는 회전각 산출단계; 상기 회전각 및 상기 변위값을 이용하여, 상기 피측정물에 대한 외경 프로파일을 생성하는 외경 프로파일 생성단계; 및 상기 외경 프로파일에 최소자승법을 적용하여, 상기 피측정물의 외경을 구하는 외경계산단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 외경 프로파일 생성단계는,
Figure 112011102278512-pat00003
을 이용하여 상기 Pi를 직교좌표계에 표시하여 상기 외경 프로파일을 생성할 수 있다. 여기서, di는 i번째 측정한 변위값, θ는 상기 회전각일 수 있다.
여기서 상기 외경계산단계는,
Figure 112011102278512-pat00004
상기 수식을 만족하는 a, b, r을 구하여 상기 피측정물의 외경을 계산할 수 있다. 여기서, n은 상기 측정한 변위값의 개수, r은 상기 외경 프로파일의 반지름, a, b는 임의의 변수일 수 있다.
여기서 상기 외경측정방법은, 상기 비접촉식 변위센서의 위치를 상하로 조절하는 측정위치조절단계를 더 포함할 수 있다.
여기서 상기 외경측정방법은, 상기 회전판에 표시된 측정범위 내에 상기 피측정물이 안착되는지 여부를 확인하는 측정범위확인단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치 및 외경측정방법은, 하나의 비접촉식 변위센서를 이용하여 외경을 측정할 수 있다. 따라서, 복수의 변위센서간 정렬 불량으로 인한 측정오차가 없으며, 제작비용 절감 및 구조의 단순화가 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치 및 외경측정방법은, 상기 피측정물이 상기 회전판의 중심부에 정확하게 위치하지 않아도 상기 피측정물의 외경을 측정할 수 있다. 따라서, 상기 피측정물을 상기 회전판의 중심에 위치시키기 위한 별도의 구성을 더 포함할 필요가 없으므로 효율적인 외경측정이 가능하다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치를 나타내는 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치를 이용한 변위값 생성을 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치를 이용한 변위값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치를 이용한 외경 프로파일을 나타낸 도면이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치를 이용한 실제 외경 프로파일을 나타낸 도면이다.
도6는 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치를 나타내는 블록도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치는, 회전판(10), 회전모터(11), 비접촉식 변위센서(20), 1축 스테이지(21) 및 신호처리부(30)를 포함할 수 있다.
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치를 설명한다.
회전판(10)은, 피측정물(1)이 안착되는 것으로서, 회전을 통하여 상기 피측정물(1)을 함께 회전시킬 수 있다.
상기 회전판(10)은 상기 회전모터(11)에 의하여 회전할 수 있으며, 상기 회전판(10)의 상단에 상기 피측정물(1)이 안착될 수 있다. 따라서, 상기 피측정물(1)은 상기 회전판(10)의 회전에 의하여, 상기 회전판(10)과 함께 회전할 수 있으며, 상기 피측정물(1)은 일반적으로, 파이프 등 원통형 또는 원뿔형의 외형을 가질 수 있다.
상기 회전판(10)의 측면에는 상기 1축 스테이지(21)가 위치할 수 있으며, 상기 회전판(10), 구체적으로 상기 회전판(10)의 회전축과 상기 1축 스테이지(21)간의 거리는 기 설정된 거리만큼 떨어진 것으로서 일정할 수 있다.
상기 회전모터(11)는 상기 신호처리부(30)에서 회전속도가 제어되거나, 또는 별도의 제어부(미도시)에 의하여 회전속도가 제어될 수 있다. 상기 회전판(10)의 회전속도는 등속도일 수 있다.
여기서 상기 회전판(10)은, 외경 측정이 가능한 측정범위가 표시된 것일 수 있다. 상기 비접촉식 변위센서(20)가 거리를 측정할 수 있는 범위는 제한될 수 있으므로, 상기 외경측정장치를 이용하여 외경을 측정할 수 있는 피측정물(1)의 외경의 크기가 제한될 수 있다. 따라서, 상기 회전판(10)의 상부 표면에 상기 외경측정장치의 최소 측정범위 및 최대 측정범위를 표시할 수 있으며, 상기 표시는 상기 회전판(10)의 회전축을 중심으로 하는 원으로 나타날 수 있다. 여기서 상기 회전판(10)의 외경의 크기를 상기 최대 측정범위로 할 수 있다.
그러므로, 상기 피측정물(1)이 상기 최소 측정범위를 나타내는 원을 완전히 가리고, 상기 최대 측정범위를 나타내는 원을 벗어나지 않으면, 상기 측정범위 내로 들어온 것으로 볼 수 있다.
여기서, 상기 적외선 센서, 조도 센서 등의 센서를 더 포함하여, 상기 피측정물(1)이 상기 최소 측정범위를 완전히 가리는지 여부를 판별할 수 있으며, 상기 최소 측정범위를 완전히 가리지 않는 경우에는 시각적 또는 청각적으로 경고를 표시하여 상기 측정범위에서 벗어남을 알릴 수 있다.
비접촉식 변위센서(20)는, 기 설정된 측정주기마다 측정광을 상기 피측정물(1)의 표면에 조사하여 상기 피측정물(1)까지의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 변위값으로 출력할 수 있다.
여기서 상기 비접촉식 변위센서(20)는, 레이저 변위센서일 수 있으며, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 상기 비접촉식 변위센서(20)와 피측정물(1) 사이의 거리를 측정하여 이를 변위값으로 생성할 수 있다. 상기 비접촉식 변위센서(20)는 상기 조사한 측정광이 반사되어 되돌아오는데 걸리는 시간을 측정하여 상기 비접촉식 변위센서(20)와 상기 피측정물(1)까지의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 기 설정된 측정주기마다 상기 측정광을 조사하여 상기 피측정물(1)까지의 거리를 측정할 수 있으며, 상기 측정주기가 짧을수록 상기 피측정물(1)의 외경을 정밀하게 측정할 수 있다. 다만, 상기 측정주기가 짧을수록 상기 피측정물(1)의 외경을 계산하기 위한 연산량이 많아질 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서(20)는, 상기 회전판(10)의 측면에 위치하는 1축 스테이지(21)에 의하여 지지될 수 있으며 상기 1축 스테이지(21)를 따라 상하로 이동할 수 있다. 상기 1축 스테이지(21)는 도1에 도시된 바와 같이, 상기 피측정물(1)의 높이방향으로 평행한 것일 수 있다. 따라서, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 상기 1축 스테이지(11)를 따라 상하로 이동한 이후, 각 지점에서 상기 피측정물(1)과 상기 비접촉식 변위센서(20) 사이의 거리를 측정할 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서(20)에서 생성한 상기 변위값은 상기 신호처리부(30)로 전송될 수 있다.
여기서 상기 비접촉식 변위센서(20)는 도1에 도시된 바와 같이 1개 구비될 수 있으며, 상기 비접촉식 변위센서(20)가 조사한 측정광은 상기 반사판(1)의 회전축의 연장선과 하나의 교점을 가질 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서(20)를 이용한 변위값 생성을 도2를 참조하여 자세히 설명한다.
도2(a)를 참조하면, 먼저 상기 비접촉식 변위센서(20)가 상기 피측정물(1)의 측정점 P0에 측정광을 조사할 수 있다. 여기서, 상기 비접촉식 변위센서(20)와 상기 회전판(10)의 회전축 사이의 거리는 D로서 일정한 상수이고, 상기 비접촉식 변위센서(20)를 이용하여 측정한 변위값은 d0이다. 따라서, 상기 측정점 P0와 회전판(10)의 회전축 사이의 거리는, 상기 D와 d0의 차를 계산하여 구할 수 있다. 이는 도2(a)에 나타난 바와 같이, A0로 표시할 수 있다.
상기 회전판(10)은 기 설정된 각속도로 회전하는 것일 수 있으므로, 상기 d0를 측정한 이후에, 상기 회전판(10)은 상기 측정주기(T)동안 θ만큼 회전할 수 있다. 여기서, 상기 회전판(10)의 회전각속도는 상기 회전모터(11)로부터 알 수 있으며, 상기 비접촉식 변위센서(20)로부터 상기 측정주기(T)를 용이하게 알 수 있다. 따라서, 상기 회전판(10)의 회전각속도와 상기 측정주기(T)를 곱하여 상기 회전각(θ)를 구할 수 있다.
도2(b)를 참조하면, 상기 측정주기(T) 도과 후, 상기 P0는 θ만큼 이동하고 상기 비접촉식 변위센서(20)는 상기 피측정물(1) 상의 새로운 측정점 P1에 상기 측정광을 조사할 수 있다. 따라서, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 상기 측정점 P1에 대한 변위값을 측정할 수 있다. 여기서 측정된 변위값은 d1이고, 상기 측정점 P1과 상기 회전축 사이의 거리는 A1이다.
마찬가지로, 도2(c)는 상기 도2(b)의 회전판(10)을 상기 측정주기(T )동안 이동시킨 것으로서, 상기 P0는 2θ, P1은 θ만큼 이동시킬 수 있다. 이후, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 새로운 측정점 P2에 대하여 상기 변위값 d2를 생성할 수 있으며, 상기 측정점 p2와 상기 회전축 사이의 거리는 A2로 나타낼 수 있다.
이와 같은 방법으로, 상기 회전판(10)이 1회 회전할 때까지 상기 비접촉식 변위센서(20)는 n회 측정하여 n개의 변위값을 생성할 수 있다.
여기서, 상기 피측정물(1)이 상기 회전판의 중심에 안착되는 것으로서 원형의 단면을 가지는 것이라면, 상기 측정된 변위값들은 항상 일정한 값을 가질 수 있다. 따라서, 상기 측정한 A0 내지 An -1을 시간에 대한 그래프로 표현하면, 도3(a)와 같이 일직선으로 나타낼 수 있다.
반면에, 상기 피측정물(1)이 상기 회전판(10)의 중심에 안착되지 않고 중심에서 벗어난 경우에는, 상기 회전판(10)의 중심과 상기 피측정물(1)의 중심간의 거리차에 의하여 상기 측정된 변위값이 변화할 수 있다. 따라서, 상기 A0 내지 An -1 또한 변화할 수 있으며, 이는 도3(b)와 같이 사인(sine) 곡선형태로 나타낼 수 있다.
신호처리부(30)는, 상기 회전판(10)의 회전속도 및 상기 측정주기를 이용하여 상기 회전판(10)의 회전각을 산출하고, 상기 회전각 및 상기 변위값을 이용하여 상기 피측정물(1)의 외경 프로파일을 생성한 후, 상기 외경 프로파일로부터 상기 피측정물(1)의 외경을 구할 수 있다.
앞서 살핀바와 같이, 상기 회전판(10)의 회전속도와 상기 측정주기를 곱하여 상기 회전판(10)의 회전각을 계산할 수 있고, 상기 비접촉식 변위센서를 이용하여 상기 변위값을 측정할 수 있다.
따라서, 상기 신호처리부(30)는 상기 회전모터(11)로부터 상기 회전판(10)의 회전속도를 입력받고, 상기 비접촉식 변위센서(20)로부터 상기 측정주기 및 변위값을 입력받아, 각각의 측정점 Pi를, i*θ의 회전각 및 Ai의 변위를 가지는 벡터로 나타낼 수 있다. 또한, 이를 이용하여 상기 피측정물(1)의 단면에 대한 외경 프로파일을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 신호처리부(30)는 상기 측정점 Pi를 직교좌표계에 나타내기 위하여 상기 측정점 Pi의 x축 좌표 및 y축 좌표를 각각 구할 수 있으며, 이는
Figure 112011102278512-pat00005
을 이용하여 구할 수 있다. 상기 Pi를 2차원의 좌표평면상에 나타내면 도4(a) 또는 도4(b)와 같은 외형프로파일을 얻을 수 있다.
여기서 상기 도4(a)는 상기 피측정물(1)이 상기 회전판의 중심에 안착된 경우에 측정된 외경 프로파일이므로, 상기 외경 프로파일의 중심점이 상기 직교좌표계의 원점과 일치함을 확인할 수 있다.
반면에, 상기 도4(b)는 상기 피측정물(1)이 상기 회전판의 중심에서 벗어난 경우이므로, 상기 외경 프로파일의 중심점이 상기 직교좌표계의 원점과 떨어져 있음을 확인할 수 있다. 여기서 상기 직교좌표계의 원점과 상기 외경 프로파일의 중심점사이의 거리는 상기 회전판(10)의 중심과 상기 피측정물(1)의 중심사이의 거리와 동일할 수 있다.
상기한바와 같이, 상기 신호처리부(30)를 이용하여 상기 피측정물(1)의 외경 프로파일을 생성할 수 있으며, 상기 생성된 외경 프로파일을 이용하여 상기 피측정물(1)의 외경을 계산할 수 있다.
도5는 실제 상기 각각의 측정점(P0, P1, ... ,Pn -1)을 직교좌표계에 나타낸 후, 이로부터 외경 프로파일을 선택하여 외경을 측정하는 것을 나타내는 그래프이다. 상기 측정된 측정점을 연결하는 선은 이상적인 원이 아닐 수 있으므로, 상기 외경 프로파일과 유사한 복수의 원 중에서 가장 적합한 원을 선택하고, 상기 선택된 원의 외경을 상기 피측정물(1)의 외경으로 할 수 있다.
구체적으로 상기 신호처리부(30)는, 상기 외경 프로파일에 대하여 최소자승법(Least Square Fitting Method)을 적용하여 상기 피측정물(1)의 외경을 계산할 수 있다.
즉,
Figure 112011102278512-pat00006
와 같은 수식을 만족하는 a, b, r을 구하여 상기 피측정물(1)의 외경을 구할 수 있다.
여기서, n은 상기 측정한 변위값의 개수, r은 상기 외경 프로파일의 반지름, a, b는 임의의 변수이다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정장치는 단면이 원형이 피측정물, 예를들어 원통형의 파이프 등의 외경을 측정하는 것을 예정하고 있으므로, 상기 수식에서 원의 방정식을 활용하고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 a, b는 상기 외경 프로파일의 중심점의 좌표값, r은 상기 외경 프로파일의 반지름의 길이일 수 있다.
상기 신호처리부(30)는, 최소자승법에 따라 상기 수식을 적용하여 이를 만족하는 상기 a, b, r값을 구할 수 있으며, 상기 r값은 상기 외경프로파일의 반지름이므로, 2*r을 이용하여 상기 피측정물의 외경을 구할 수 있다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정방법를 나타내는 순서도이다.
도6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정방법은, 회전단계(S10), 변위값 측정단계(S20), 회전각 산출단계(S30), 외경 프로파일 생성단계(S40) 및 외경계산단계(S50)를 포함할 수 있다.
이하, 도6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정방법을 설명한다.
회전단계(S10)는, 피측정물이 안착된 회전판을 회전시켜 상기 피측정물을 회전시킬 수 있으며, 변위값 측정단계(S20)는, 비접촉식 변위센서를 이용하여 기 설정된 측정주기마다 상기 피측정물에 측정광을 조사하고, 상기 피측정물까지의 거리를 측정할 수 있다.
상기 회전단계(S10) 및 변위값 측정단계(S20)는 어느 하나가 먼저 수행되거나 동시에 수행될 수 있다. 즉, 상기 비접촉식 변위센서는 상기 회전판에 안착되어 회전하는 피측정물에 대하여 상기 측정광을 조사하여 상기 피측정물까지의 거리를 측정할 수 있다. 상기 비접촉식 변위센서는 측정주기마다 상기 측정광을 조사하여 상기 피측정물까지의 거리를 측정할 수 있으며, 이는 상기 회전판이 1회전할 때까지 계속하여 수행될 수 있다.
회전각 산출단계(S30)는, 상기 회전판의 회전속도 및 상기 측정주기를 이용하여 상기 피측정물의 회전각을 산출할 수 있다. 상기 회전판은 일정한 각속도로 회전할 수 있으므로, 상기 비접촉식 변위센서의 측정주기동안에 회전하는 회전각은 상기 회전판의 각속도와 상기 측정주기를 곱하여 구할 수 있다.
외경프로파일 생성단계(S40)는, 상기 회전각 및 상기 변위값을 이용하여, 상기 피측정물에 대한 외경 프로파일을 생성할 수 있다.
상기 회전각 및 상기 변위값을 알면, 상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물 상의 거리를 측정한 각각의 측정점(Pi)의 위치를 특정할 수 있다.
구체적으로, 상기 비접촉식 변위센서와 상기 회전판의 회전축 사이의 거리를 D, i번째 측정한 상기 변위값을 di, i번째 측정한 상기 회전각을 i*θ로 두면, 상기 측정점 Pi는 i*θ의 회전각 및 (D - di)의 변위를 가지는 벡터로 특정할 수 있다.
따라서, 상기 측정점 Pi를 직교좌표계로 나타내기 위하여
Figure 112011102278512-pat00007
을 이용하여 상기 측정점의 x좌표 및 y좌표를 각각 구할 수 있으며, 이를 좌표평면상에 표시하여 외형 프로파일을 구할 수 있다.
외경계산단계(S50)는, 상기 외경 프로파일에 최소자승법을 적용하여, 상기 피측정물의 외경을 구할 수 있다.
상기 외경프로파일 생성단계(S40)에서 상기 외경 프로파일을 생성하였으므로, 상기 외경 프로파일을 이용하여 상기 피측정물의 외경을 구할 수 있다. 구체적으로, 최소자승법을 적용할 수 있으며, 상기 최소자승법을 적용하기 위하여 하기 수학식을 활용할 수 있다.
Figure 112011102278512-pat00008
여기서, n은 상기 측정한 변위값의 개수, r은 상기 외경 프로파일의 반지름, a, b는 임의의 변수로서, 상기 수식을 만족하는 a, b, r을 구하여 상기 피측정물의 외경을 계산할 수 있다.
여기서, 상기 r이 상기 외경 프로파일의 반지름이므로, 2*r을 계산하여 상기 피측정물의 외경으로 할 수 있다.
도시하지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 의한 외경측정방법은 측정위치조절단계 및 측정범위확인단계를 더 포함할 수 있다.
측정위치조절단계는, 상기 비접촉식 변위센서의 위치를 상하로 조절하는 것으로서, 상기 측정위조절단계 이후, 상기 회전단계(S10), 변위값 측정단계(S20), 회전각 산출단계(S30) 및 외경 프로파일 생성단계(S40)를 수행하여 상기 피측정물의 높이 방향으로 다수의 위치에서 외경을 측정할 수 있다.
구체적으로, 상기 측정위치조절단계는 상기 비접촉식 변위센서가 위치하는 1축 스테이지를 제어하여 상기 측정위치를 조절할 수 있다. 상기 1축 스테이지는 상기 회전판의 주변에 구비되는 것으로서, 상기 비접촉식 변위센서를 지지하여 상기 비접촉식 변위센서를 상하로 이송시킬 수 있다.
측정범위확인단계는, 별도의 센서를 이용하여 상기 회전판에 표시된 측정범위 내에 상기 피측정물이 안착되는지 여부를 확인할 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서는, 상기 피측정물의 거리를 측정할 수 있는 범위에 제한이 있을 수 있다. 상기 피측정물이 최소측정가능거리보다 가깝게 위치하거나, 최대측정가능거리보다 멀리 있는 경우에는 상기 변위값을 생성하지 못할 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서로부터 변위값을 제공받지 못하면 상기 피측정물의 외경을 측정할 수 없으므로, 상기 피측정물이 상기 비접촉식 변위센서의 측정가능범위내에 속하는지 확인할 필요가 있다.
따라서, 상기 회전판에 상기 비접촉식 변위센서가 측정할 수 있는 상기 피측정물의 최소 크기인 최소 측정범위를 표시할 수 있으며, 이는 상기 회전판의 회전축을 원점으로 하는 원형으로 나타날 수 있다. 또한, 상기 비접촉식 변위센서가 측정할 수 있는 상기 피측정물의 최대 크기인 최대 측정범위도 있을 수 있으며, 상기 최대 측정범위도 상기 회전판의 회전축을 원점으로 하는 원형으로 표시할 수 있다. 또는 상기 최대 측정범위는 상기 회전판의 크기와 동일하게 구현할 수 있다.
상기 측정범위확인단계는, 센서를 이용하여 상기 피측정물이 상기 회전판에 표시된 측정범위을 벗어나는 경우를 감지할 수 있으며, 감지된 경우에는 시각적, 청각적으로 경고를 제공하여 상기 피측정물이 상기 측정범위를 벗어남을 알릴 수 있다.
여기서 상기 센서는, 적외선센서, 조도센서 등을 활용할 수 있으며, 상기 최소 측정범위를 상기 피측정물이 완전히 덮는지 여부를 감지할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
1: 피측정물 10: 회전판
11: 회전모터 20: 비접촉식 변위센서
21: 1축 스테이지 30: 신호처리부
S10: 회전단계 S20: 변위값 측정단계
S30: 회전각 산출단계 S40: 외경 프로파일 생성단계
S50: 외경계산단계

Claims (11)

  1. 피측정물이 안착되는 것으로서, 회전을 통하여 상기 피측정물을 함께 회전시키는 회전판;
    기 설정된 측정주기마다 측정광을 상기 피측정물의 표면에 조사하여 상기 피측정물까지의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 변위값으로 출력하는 비접촉식 변위센서; 및
    상기 회전판의 회전속도 및 상기 측정주기를 이용하여 상기 회전판의 회전각을 산출하고, 상기 회전각 및 상기 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경 프로파일을 생성한 후, 상기 외경 프로파일로부터 상기 피측정물의 외경을 구하는 신호처리부를 포함하고,
    상기 회전판은 외경 측정이 가능한 측정범위가 표시된 외경측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는
    Figure 112013035246806-pat00009

    여기서, di는 i번째 측정한 변위값, θ는 상기 회전각, D는 상기 비접촉식 변위센서와 상기 회전판의 회전축 사이의 거리로서, 상기 Pi를 직교좌표계에 표시하여 상기 외경 프로파일을 생성하는 외경측정장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 신호처리부는
    상기 외경 프로파일에 대하여 최소자승법을 적용하여 상기 피측정물의 외경을 계산하는 외경측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 신호처리부는
    Figure 112011102278512-pat00010

    여기서, n은 상기 측정한 변위값의 개수, r은 상기 외경 프로파일의 반지름, a, b는 임의의 변수로서, 상기 수식을 만족하는 a, b, r을 구하여 상기 피측정물의 외경을 계산하는 외경측정장치.
  5. 제1항에 있어서,
    기 설정된 위치에 구비되는 것으로서, 상기 비접촉식 변위센서를 상하로 이송시키는 1축 스테이지를 더 포함하는 외경측정장치.
  6. 삭제
  7. 센서를 이용하여, 회전판에 표시된 측정범위 내에 피측정물이 안착되는지 여부를 확인하는 측정범위확인단계;
    상기 회전판을 회전시켜 상기 피측정물을 회전시키는 회전단계;
    비접촉식 변위센서를 이용하여 기 설정된 측정주기마다 상기 피측정물에 측정광을 조사하고, 상기 피측정물까지의 거리를 측정하는 변위값 측정단계;
    상기 회전판의 회전속도 및 상기 측정주기를 이용하여 상기 피측정물의 회전각을 산출하는 회전각 산출단계;
    상기 회전각 및 상기 변위값을 이용하여, 상기 피측정물에 대한 외경 프로파일을 생성하는 외경 프로파일 생성단계; 및
    상기 외경 프로파일에 최소자승법을 적용하여, 상기 피측정물의 외경을 구하는 외경계산단계를 포함하는 외경측정방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 외경 프로파일 생성단계는,
    Figure 112013035246806-pat00011

    여기서, di는 i번째 측정한 변위값, θ는 상기 회전각, D는 상기 비접촉식 변위센서와 상기 회전판의 회전축 사이의 거리로서, 상기 Pi를 직교좌표계에 표시하여 상기 외경 프로파일을 생성하는 외경측정방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 외경계산단계는,
    Figure 112011102278512-pat00012

    여기서, n은 상기 측정한 변위값의 개수, r은 상기 외경 프로파일의 반지름, a, b는 임의의 변수로서, 상기 수식을 만족하는 a, b, r을 구하여 상기 피측정물의 외경을 계산하는 외경측정방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 비접촉식 변위센서의 위치를 상하로 조절하는 측정위치조절단계를 더 포함하는 외경측정방법.
  11. 삭제
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