KR101386758B1

KR101386758B1 - 측정 대상물의 외경 측정 장치 및 이를 이용한 외경 측정 방법

Info

Publication number: KR101386758B1
Application number: KR1020120114501A
Authority: KR
Inventors: 함순식
Original assignee: 함순식
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2014-04-21

Abstract

본 발명은 측정 대상물의 외경 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 측정 대상물이 접촉하는 바닥면을 형성하는 바닥지지체와; 상기 측정 대상물이 접촉하는 제1측면을 형성하고, 상기 제1측면을 이동시키는 이동 블록과; 상기 측정 대상물이 상기 바닥면과 상기 제1측면에 접촉한 상태에서 접촉하는 접촉부가 상기 제1측면과 대향하게 구비되어, 상기 접촉부가 상기 측정 대상물과 접촉함에 따라 힌지를 중심으로 회전하는 회전 레버와; 상기 측정 대상물이 상기 바닥면과, 상기 제1측면과, 상기 접촉부로 둘러싸인 측정부에 수용되어 3부분이 접촉한 상태에서, 상기 회전 레버의 회전각을 측정하는 회전각 측정부를; 포함하여 구성되어, 상기 회전각 측정부에서 측정된 상기 회전각을 통해 상기 측정 대상물의 외경을 보다 정확하고 짧은 시간에 측정할 수 있는 외경 측정 장치를 제공한다.

Description

측정 대상물의 외경 측정 장치 및 이를 이용한 외경 측정 방법 {APPARATUS OF MEASURING DIAMETER OF OBJECT AND METHOD USING SAME}

본 발명은 축(shaft) 등의 외경을 측정하는 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것으로, 특정 치수의 직경에 도달하도록 가공하는 과정에서 반복적으로 외경(diamter)을 측정하는 공정이 간단하고 측정 정확성이 향상된 외경 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 샤프트의 외경 측정은 마이크로미터를 이용하여 측정한다. 널리 알려진 바와 같이 마이크로미터는 하나의 고정면에 대하여 정밀 볼나사부를 갖는 이송면을 회전시켜, 고정면과 이송면의 사이에 측정 대상물인 샤프트를 접촉시킨 상태의 값을 읽어 샤프트의 외경을 측정한다.

그러나, 일반적으로 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 마이크로미터의 각 고정부 및 이송부(10)에 형성된 측정면(10s)은 접촉 과정에서 측정 대상물인 샤프트(55)의 외경면의 최외측에 정확하게 접촉하지 못하고, 측정면(10s)이 샤프트(55)의 외경면에 경사지게 접촉하여 실제 측정 대상물인 샤프트(55)의 직경(d)보다 더 큰 외경값(d1)으로 측정되거나(도1a), 측정면(10s)이 최외측 외경면에 접촉하지 않아 실제 측정 대상물인 샤프트(55)의 직경(d)보다 더 작은 외경값(d2)으로 측정(도1b)된다.

이와 같이, 마이크로미터의 측정면이 측정대상물과의 접촉 과정에서 정확히 면접촉이 발생되지 않고 마찰에 의해 비틀린 상태로 접촉하거나 특히 원주 접촉이 아닌 부분에 접촉에 의해 잘못 측정되는 경우가 많으므로, 보통 반복하여 여러번 측정하여 측정값이 올바른지를 검증하는 방식으로 측정한다. 따라서, 샤프트의 외경 측정에 소요되는 시간이 과도하게 오래 소요되고, 집중력이 필요하며, 숙련도가 낮은 작업자에 의한 측정은 신뢰하기 어려운 문제가 야기된다.

특히 자동차 부품 등의 단순 생산부품의 경우 작업자의 숙련도와 집중력을 기대하기 힘든 환경이다. 자동차 엔진, 변속기, 조향장치의 경우 경량화를 위해 중공형 샤프트, 단조 소재의 사용으로 진직도가 불량한 경우가 많아 가공형상의 진원도가 불량한 경우가 많기 때문에 매우 좁은 공차영역으로 가공 관리되어야 하는 경우에는 1차 가공후 측정을 통해 추가가공 해야 하는 경우가 많은데 CNC선반 등의 선삭가공기의 척에 고정된 상태로 손을 넣어 마이크로미터 조작을 하기가 어려운 문제가 있어 품질관리와 생산성 향상에 어려움이 되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 측정기술이 없는 작업자라도 쉽고 빠르게 외경을 측정할 수 있는 방법을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 다양한 외경에 대해 조정 가능한 형태로 사용가능하도록 하고 외경의 형상특징을 이용하여 측정부에 샤프트가 쉽게 삽입되고 즉시 측정이 완료될 수 있는 형태를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

이를 위하여, 본 발명은 핀접촉 형태를 갖고 레버식 변위센서(회전 레버)를 이용하고 외경의 크기에 따라 회전 레버의 회전중심과 접촉점의 거리가 바뀌는 문제를 해결하기 위하여 측정 전에 기준샤프트를 이용하여 영점설정하고 설정된 외경 기준값을 이용하여 기하학적 방법으로 교정계수를 변경시키는 방법으로 정확도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 다양한 외경에 대해 기존 방식보다 쉽고 빠르게 샤프트의 외경을 측정 관리할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 측정 대상물의 외경을 측정하는 외경 측정 장치로서, 상기 측정 대상물이 접촉하는 바닥면을 형성하는 바닥지지체와; 상기 측정 대상물이 접촉하는 제1측면을 형성하고, 상기 제1측면을 이동시키는 이동 블록과; 상기 측정 대상물이 상기 바닥면과 상기 제1측면에 접촉한 상태에서 접촉하는 접촉부가 상기 제1측면과 대향하게 구비되어, 상기 접촉부가 상기 측정 대상물과 접촉함에 따라 힌지를 중심으로 회전하는 회전 레버와; 상기 측정 대상물이 상기 바닥면과, 상기 제1측면과, 상기 접촉부로 둘러싸인 측정부에 수용되어 3부분이 접촉한 상태에서, 상기 회전 레버의 회전각을 측정하는 회전각 측정부를; 포함하여 구성되어, 상기 회전각 측정부에서 측정된 상기 회전각을 통해 상기 측정 대상물의 외경을 측정하는 외경 측정 장치를 제공한다.

이는, 측정 대상물의 외경값으로 예상되는 수치 범위로 상기 이동 블록의 제1측면과 상기 회전 레버의 접촉부 사이의 간격을 기준 샤프트와 일정 두께의 얇은 시트(sheet)인 필러(filler)의 조합 등을 이용하여 영점 설정해둔 상태에서, 측정 대상물을 측정부에 삽입하여 제1측면과 바닥면과 접촉부의 3군데에서 접촉시키면, 기준 샤프트로 설정해둔 외경과 차이가 있는 양만큼 회전 레버의 접촉부를 측정 대상물이 이동시켜 회전 레버가 회전하게 되고, 상기 회전각 측정부에서 이 회전각을 측정하면, 기준 샤프트에 의해 영점 설정된 직경과 상기 회전각을 이용하여 측정 대상물의 외경값을 미리 외경 치수를 알고 있던 기준 샤프트의 치수와 차감하여 검출할 수 있도록 하기 위함이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 외경 측정 장치는 측정 대상물과 3군데에서 접촉함으로써, 종래의 마이크로미터와 달리 작업자의 숙련도와 측정에 기울이는 관심도에 무관하게 측정 대상물의 외경을 측정하는 데 필요한 자세가 확실하게 확보되므로, 누가 측정하더라도 균일한 측정 정확성을 얻을 수 있다.

따라서, 특정 치수의 직경에 도달하도록 가공하는 과정에서 반복적으로 외경(diamter)을 측정해야 하는 경우에, 사용자는 측정 대상물에 'ㄷ'자 형태의 바닥면, 제1측면 및 접촉부가 접촉하도록 측정부를 끼우기만 하면, 곧바로 측정 대상물의 외경을 쉽게 알 수 있으므로, 숙련되지 않은 사용자라고 하더라도 간단하고 짧은 시간 내에 측정 대상물의 외경을 정확하게 측정할 수 있는 잇점이 얻어진다.

또한, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 외경 측정 장치는 접촉부와 제1측면 사이의 간격(기준 샤프트의 외경에 해당함)이 정해진 상태에서, 측정부에 측정 대상물(예를 들어, 샤프트)가 삽입되어 자리잡으면, 회전 레버의 회전각을 측정하여 측정 대상물이 삽입됨에 따른 간격의 변화량을 회전 레버의 회전각을 통해 산출하여, 측정 대상물의 외경을 정확하게 산출할 수 있다.

한편, 측정 대상물의 외경에 따라 회전 레버의 접촉부와 접촉하는 접촉 위치가 변동됨에 따른 오차를 보상하기 위하여, 본 발명에 따른 외경 측정 장치는 회전각과 간격의 치수에 대한 외경값 교정 데이터를 메모리에 저장해두어, 이로부터 호출한 교정값을 이용하여 교정함으로써, 정확한 외경값을 측정할 수 있도록 한다.

즉, 본 발명은 상기 회전각으로부터 상기 측정 대상물의 외경값을 산출하는 교정 데이터를 저장하는 저장 메모리를; 더 포함하여 구성되어, 상기 교정 데이터에 의해 교정된 상기 측정 대상물의 외경 치수를 출력하도록 구성된다.

또는, 본 발명은, 상기 접촉부와 상기 제1측면 사이의 간격과 상기 회전각과의 관계로부터 측정하고자 하는 대상물의 외경값을 산출하는 교정 데이터를 저장하는 저장 메모리와; 상기 측정 대상물이 상기 측정부에 유입되기 이전의 상기 이동 블록의 위치에 따른 상기 간격과 상기 회전각 측정부에서 측정한 상기 회전각으로부터 산출된 상기 측정 대상물의 외경 치수를 출력하는 출력부를; 더 포함하여 구성된다. 상기 저장 메모리는 하드 디스크이거나 플래쉬 메모리 등 다양한 형태로 데이터를 저장할 수 있는 수단으로 활용될 수 있다. 그리고, 상기 출력부는 측정된 외경값을 표시하는 디스플레이이거나, 음성으로 출력될 수도 있고, 수치 데이터로 타 장치에 전송되는 형태로 출력할 수도 있다. 되는 것을 특징으로 하는 외경 측정 장치.

여기서, 간격과 치수의 치수는 연속적으로 변화하는 데 반하여, 교정 데이터는 연속적으로 변하는 모든 치수에 대하여 입력하는 것이 현실적으로 불가능하므로, 간격과 회전각의 치수가 미리 정해진 증분(예를 들어 0.01mm 내지 0.5mm, 0.05° 내지 5°)으로 교정 데이터를 메모리에 저장해두고, 실제 측정 대상물의 측정 시에 증분의 사잇값으로 간격이나 치수가 산출된 경우에는, 교정 데이터의 값들을 보간(interpolation)하여 외경 측정값을 출력하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 저장 메모리에 저장된 상기 교정 데이터는 사용자에 의해 일부 이상 대체될 수 있다. 즉, 사용자는 외경 치수를 정확하게 알고 있는 기준 샤프트를 이용하여, 측정하고자 하는 값의 범위의 교정 데이터를 업데이트할 수도 있다. 이를 통해, 교정 데이터의 증분이 큰 경우에는, 사용자가 업데이트한 교정 데이터를 이용하여 측정 대상물의 외경 치수를 보다 정확하게 측정할 수 있다.

상기 회전 레버의 상기 접촉부는 원통형으로 형성되어 상기 측정 대상물과 점접촉하는 것에 의해서도, 측정 대상물이 2개의 면(바닥면 및 제1측면)에 의해 접촉하여 자리잡은 상태에서, 점접촉하는 회전 레버의 접촉부를 추가적으로 포함하는 3군데에서 접촉하면서 측정 대상물의 외경을 정확하게 측정할 수 있다.

상기 회전 레버의 상기 접촉부는 판면으로 형성되어 상기 측정 대상물과 선접촉하는 형태로 3개의 면에 접촉한 상태로 측정 대상물을 일정하게 자리잡게 할 수 도 있다.

한편, 상기 이동 블록은 상기 바닥면을 따라 이동하면서 상기 접촉부와 상기 제1측면의 간격을 조절할 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 외경 측정 장치는 다양한 외경을 갖는 측정 대상물에 대해서도 외경을 정확하게 측정할 수 있다.

한편, 외경 치수를 알고 있는 기준 샤프트를 이용하여 측정 대상물의 외경 치수를 측정하는 경우에는, 측정 대상물과 동일하거나 근접한 (예를들면, 0.1mm이하) 편차를 갖는 기준 샤프트를 측정부에 넣고 영점 설정이 이루어지고, 영점 설정이 이루어진 상태에서 회전 레버의 회전각을 측정하여, 회전각으로부터 측정 대상물의 외경 치수를 산출하도록 구성된다.

외경 치수를 알고 있는 기준 샤프트를 구비하지 않은 경우에는, 상기 제1측면의 위치를 표시하는 눈금이 상기 장치에 구비되어 사용자가 눈금을 읽어 입력할 수도 있으며, 상기 제1측면의 위치를 감지하는 감지 센서를 더 포함하여 구성되어 메모리로부터 교정 데이터를 읽어들여 측정 대상물의 외경 치수를 산출하는 제어부에 감지 센서로부터 감지된 제1측면의 위치(또는 접촉부와 제1측면 사이의 간격)를 전송할 수도 있다. 여기서 감지 센서는 레이저 센서로 이루어져 회전 레버의 접촉부와의 간격을 측정하여 제어부에 간격 수치를 전송할 수도 있고, 이동 블록의 이동 거리를 조절하는 조절 볼트의 회전각을 엔코더 등으로 측정하여 제1측면의 위치를 감지하여 제어부에 전송하여, 측정 대상물의 외경 치수를 산출할 수도 있다.

상기 회전 레버를 일측으로 미는 스프링이 더 포함되어, 상기 측정부에 상기 측정 대상물이 삽입되지 않은 상태에서 회전 레버는 항상 일정한 제1위치로 위치하도록 유도되고; 상기 회전각 측정부는 상기 회전 레버의 제1위치에서 영점 설정을 하고, 상기 측정 대상물이 상기 측정부에 수용되어 상기 측정 대상물이 상기 회전 레버의 접촉부와 접촉하여 상기 제1위치로부터 회전한 각도를 상기 회전각으로 측정한다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 바닥면, 제1측면 및 상기 제1측면과 마주보는 접촉부로 둘러싸인 측정부에 측정 대상물을 수용하여 상기 측정 대상물의 외경이 상기 바닥면, 상기 제1측면 및 상기 접촉부의 3군데에서 접촉한 상태에서, 상기 접촉부가 형성된 회전 레버의 회전각을 측정하여, 상기 측정 대상물의 외경을 측정하는 방법으로서, 상기 측정 대상물이 상기 측정부에 수용되기 이전에, 상기 측정부에 기준 샤프트를 삽입하여 상기 기준 샤프트가 상기 바닥면, 상기 제1측면 및 상기 접촉부와 접촉하는 제1위치에 회전 레버를 위치시킨 상태에서, 상기 회전 레버의 회전각을 측정하는 회전각 측정부를 영점 설정하는 회전각 설정단계와; 상기 측정부로부터 상기 기준 샤프트를 제거하는 단계와; 상기 측정부에 상기 측정 대상물을 삽입하여 상기 측정 대상물이 상기 제1측면, 상기 바닥면, 상기 접촉부과 각 1군데씩 3군데에서 접촉시키는 대상물 삽입단계와; 상기 대상물이 상기 측정부에 수용되어 상기 접촉부와 접촉함에 따라 상기 제1위치로부터 회전하는 상기 회전 레버의 회전각을 측정하는 회전각 측정단계와; 상기 회전각으로부터 상기 측정 대상물의 외경 치수를 출력하는 외경출력단계를; 포함하여 구성된 외경 측정 방법을 제공한다.

상기 외경 출력 단계는, 상기 회전각과 상기 간격의 수치에 따른 외경값이 미리 저장된 메모리로부터 교정 데이터를 호출하여 교정된 외경 수치를 출력할 수 있다. 이를 통해, 측정 대상물의 외경을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

이 때, 사용자에 의해 상기 회전각과 상기 간격 수치에 따른 교정 데이터는 사용자에 의해 변동(업데이트)될 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '바닥면', '제1측면', '3면' 및 이와 유사한 용어에 사용된 '면(面)'이라는 용어는 측정 대상물이 접촉한 상태에서 '선접촉'하는 형태를 포함할 뿐만 아니라, 측정 대상물이 접촉한 상태에서 '2개 이상의 점접촉'하는 형태도 포함하는 것으로 정의하기로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 측정 대상물의 외경값으로 예상되는 수치 범위로 상기 이동 블록의 제1측면과 상기 회전 레버의 접촉부 사이의 간격을 기준 샤프트 등을 이용하여 미리 영점 설정해둔 상태에서, 측정 대상물을 측정부에 삽입하여 제1측면과 바닥면과 접촉부의 3군데에서 접촉시키면, 기준 샤프트로 설정해둔 외경과 차이가 있는 양만큼 회전 레버의 접촉부를 측정 대상물이 밀어내어 회전 레버가 회전하게 되고, 상기 회전각 측정부에서 이 회전각을 측정함으로써, 상기 간격과 상기 회전각을 이용하여 측정 대상물의 외경값을 간단하면서도 정확하게 산출할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 측정 대상물과 3군데에서 접촉함으로써, 종래의 마이크로미터와 달리 작업자의 숙련도와 측정에 기울이는 관심도에 무관하게 측정 대상물의 외경을 측정하는 데 필요한 자세가 3군데의 접촉에 의해 확보되므로, 누가 측정하더라도 균일한 측정 정확성을 얻을 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은, 특정 치수의 직경에 도달하도록 가공하는 과정에서 반복적으로 외경(diamter)을 측정해야 하는 경우에, 사용자는 측정 대상물에 'ㄷ'자 형태의 바닥면, 제1측면 및 접촉부가 접촉하도록 측정부를 끼우기만 하면, 즉시 측정 대상물의 외경 치수의 측정을 완료할 수 있으므로, 숙련되지 않은 사용자라고 하더라도 간단하고 짧은 시간 내에 측정 대상물의 외경을 정확하게 측정할 수 있는 유리한 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 핀접촉 형태를 갖고 레버식 변위센서를 이용하고 외경의 크기에 따라 레버식 변위센서의 회전중심과 접촉점의 거리가 바뀌는 문제를 해결하기 위하여 측정전에 기준샤프트를 이용하여 영점설정하고 설정된 외경 기준값을 이용하여 기하학적 방법으로 교정계수를 변경시킴으로써 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 다양한 외경에 대해 기존 방식보다 쉽고 빠르게 샤프트의 외경을 반복하여 측정하는 것이 용이할 뿐만 아니라 비숙련된 사용자라고 할지라도 정확하게 측정할 수 있게 된다.

도1a 및 도1b는 종래의 외경 측정 장치를 이용한 측정 오류를 도시한 도면
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 측정 장치의 구성을 도시한 사시도
도3은 도2의 분해 사시도
도4는 도2의 종단면도
도5는 도2의 측정부에 측정 대상물이 삽입된 상태를 도시한 사시도
도6a은 도2의 장치를 영점 설정하는 구성을 도시한 도면
도6b는 도2의 장치를 이용하여 측정 대상물의 외경 치수를 측정하는 구성을 도시한 도면

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 측정 장치(100)에 대하여 구체적으로 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하며, 동일하거나 유사한 기능 혹은 구성에 대해서는 동일하거나 유사한 도면 부호를 부여하기로 한다.

도2 내지 도6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 측정 장치(100)는 프레임(110)과, 프레임(110)에 결합되어 측정 대상물(55)이 접촉하는 바닥면(120s)을 형성하는 바닥 지지체(120)와, 측정 대상물(55)과 접촉하는 제1측면(130s)을 형성하고 바닥 지지체(120)에 대하여 수평 이동하는 이동 블록(130)과, 측정 대상물(55)이 바닥면(120s)과 제1측면(130s)에 접촉한 상태에서 접촉하는 접촉부(140s)가 일측에 형성되고 프레임(110)에 위치한 힌지(120a)를 중심으로 회전하는 회전 레버(140)와, 회전 레버(140)가 힌지(120a)를 중심으로 회전하는 회전각을 감지하는 회전각 측정부(150)와, 회전 레버(140)의 회전각에 따라 측정 대상물(55)의 외경 수치를 산출하는 데 사용되는 교정 데이터를 저장하는 메모리(160)와, 교정 데이터를 이용하여 측정 산출된 측정 대상물(55)의 외경 수치를 표시하는 디스플레이(175)를 구비하고 프레임(110)에 고정되는 케이싱(170)을 포함하여 구성된다.

상기 프레임(110)은 강성이 높은 금속 재질로 형성되며, 회전 레버(140)의 회전을 수용할 수 있게 요입 형성되어 회전 레버(140)를 수용하는 요입부(110a)가 형성된다.

상기 바닥 지지체(120)는 프레임(110)에 형성된 암나사공(115)에 체결되는 고정 볼트(125)를 각각 감싸는 형태로 나란히 2열 형성된다. 바닥 지지체(120)의 상면은 측정 대상물(55)의 외주면이 접촉하는 바닥면(120s)을 형성한다. 도면에 도시된 바와 같이, 바닥 지지체(120)는 원통 형상으로 2열로 형성되므로, 바닥면(120s)이 측정 대상물(55)의 외주면과 선접촉하지 않고 측정 대상물(55)의 외주면과 2군데에서 점접촉한다(본 발명에 대해서는 2군데 이상의 점접촉에 대해서도 '면접촉'으로 정의하였다).

상기 이동 블록(130)은 측정 대상물(55)의 외주면과 선접촉하는 제1측면(130s)이 일측에 형성되며, 바닥 지지체(120)의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치된다. 즉, 이동 블록(130)은 프레임(110)의 걸림턱(118)에 끝단 돌출부(133a1)가 걸린 상태로 회전 가능하게 설치된 조정 볼트(133a)와, 조정 볼트(133a)의 수나사산과 체결되어 조정 볼트(133a)의 정,역 방향의 회전에 따라 전진과 후퇴를 하는 이동 몸체(133)와, 이동 몸체(133)에 고정 나사(135a)로 고정되어 제1측면(130s)을 형성하는 접촉 부재(131)로 구성된다.

따라서, 도4에 도시된 바와 같이 조정 볼트(133a)를 회전(133d)시키면, 이동 몸체(133)가 조정 볼트(133a)를 타고 130d로 표시된 방향으로 전진하거나 후퇴하게 되어, 이동 몸체(133)에 결합된 접촉 부재(131)의 제1측면(130s)는 바닥면(120s)을 따라 이동하면서, 접촉부(140s)와 제1측면(130s) 사이의 간격(L)이 조절될 수 있다.

상기 회전 레버(140)는 측정 대상물(55)의 외주면이 바닥면(120s)과 제1측면(130s)에 접촉한 상태에서 일측이 측정 대상물(55)의 외주면과 접촉하는 접촉부(140s)가 구비되고, 프레임(110)에 위치한 힌지(140a)를 중심으로 회동 가능하게 설치된다. 회전 레버(140)는 프레임(110)의 바깥에 위치할 수도 있지만, 프레임(110)에 형성된 요입 홈(110a)에 위치한다. 회전 레버(140)는 도4에 도시된 바와 같이 접촉부(140s)는 원형 막대 형상으로 형성되고, 그 하측에 힌지(140a)와 연결되는 하부(140')에 원형 막대 형상이 결합되어 구성된다. 이 때, 접촉부(140s)는 판면을 갖도록 형성되어 측정 대상물(55)의 외주면과 선접촉하도록 구성될 수도 있다.

상기 회전각 측정부(150)는 회전 레버(140)의 영점 설정 위치로부터 회전한 각도(140ang)을 측정한다. 이를 위하여, 회전각 측정부(150)는 공지된 다양한 형태의 회전각 센서를 이용할 수도 있고, 도4에 도시된 바와 같이 회전 레버(140)의 끝단의 회전 변위에 연동하여 휨 변형이 생기는 판 스프링(154)의 변형량으로부터 위치 고정된 스트레인 게이지 세트(155)의 저항값 변화량으로 구할 수도 있다. 스트레인 게이지 세트(155)는 쿼터 브리지, 하프 브리지, 풀 브리지 등 다양한 형태의 브리지 회로를 구성하여 회전각(140ang)을 구할 수 있다.

여기서, 판 스프링(154)은 회전 레버(140)의 접촉부(140s)가 측정 대상물(55)을 향하여 이동하는 방향으로 회전하는 힘(154d)이 항상 작용하도록, 회전 레버(140)의 하측 끝단에 위치 고정된다. 이에 따라, 회전 레버(140)의 접촉부(140s)는 항상 일정한 가압력을 갖고 측정 대상물(55)의 외주면에 안정적으로 접촉하게 된다.

상기 메모리(160)는 회전 레버(140)의 회전각에 따라 측정 대상물(55)의 외경 치수를 구하는 데 사용되는 교정 데이터를 저장한다. 그리고, 영점 설정된 회전 레버(140)의 제1위치로부터, 측정 대상물(55)이 바닥면(120s), 제1측면(130s) 및 접촉부(140s)의 3군데에서 접촉한 측정 위치까지의 회전각(140ang)을 회전각 측정부(150)가 측정하면, 측정된 회전각(140ang)은 제어부(미도시)에 전송되고, 제어부는 메모리(160)에 저장되어 있는 교정 데이터를 호출하여, 회전각(140ang)에 따른 측정 대상물(55)의 실제 외경 수치를 출력한다. 메모리(160) 및 제어 회로의 안정된 고정을 위하여 상하로 뻗은 결합부(163)가 형성된다.

상기 케이싱(170)은 회전각 측정부(150)를 내부 중공부에 수용하면서 프레임(110)에 고정되고, 제어부로부터 전송된 측정 대상물(55)의 외경값(d)을 엘이디 디스플레이(175)를 통해 출력한다. 이를 위하여, 메모리(160) 및 제어부로부터 디스플레이(175)까지 연결하는 연결선(160a)이 형성된다. 케이싱(170)에는 영점 설정하는 버튼(172)이 구비된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 측정 장치(100)는 바닥면(120s)과 제1측면(130s)과 접촉부(140s)로 둘러싸인 'ㄷ'자 형태의 측정부(100x)에 측정 대상물(55)을 삽입시키면, 측정 대상물(55)의 외주면이 이들(120s, 130s, 140s)과 3군데에서 접촉하게 되고, 측정 대상물(55)의 삽입에 따라 접촉부(140s)가 140d로 이동하면서 회전 레버(140)를 회전하면, 측정 대상물(55)이 측정부(100x)에 삽입되기 이전에 영점 설정된 제1위치로부터 회전 레버(140)가 회전한 회전각(140ang)을 측정하여, 영점 설정된 제1위치에 대하여 측정 대상물(55)이 측정부(100x)에 삽입되면서 회전 레버(140)를 이동시킨 거리를 (미리 알고 있는) 영점 설정된 외경값과 증감함으로써 측정 대상물(55)의 외경값(d)을 정확하게 구할 수 있다.

이 때, 도6a 및 도6b에 예시된 바와 같이, 측정부(100x)에 삽입되는 샤프트의 직경(d, d')의 차이에 따라, 회전 레버(120)와 접촉하는 위치까지의 높이(55Z, 55Z')에 편차가 생기므로, 측정 대상물(55)이 측정부(100x)에 삽입된 상태에서 회전 레버(140)의 회전각(140ang)만으로 측정 대상물(55)의 외경 수치(d)를 측정할 경우에는 회전 레버(120)의 접촉 위치에 따른 오차가 야기된다. 따라서, 이를 보상하기 위하여 미리 저장되어 있는 교정 데이터를 메모리(160)로부터 호출하여, 회전 레버(120)의 접촉 위치까지의 높이 편차를 반영하여 측정 대상물(55)의 외경 값(d)을 정확하게 출력할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성된 외경 측정 장치(100)를 이용한 측정 대상물(55)의 외경 측정 방법(S100)을 상술한다.

단계 1: 먼저, 도6a에 도시된 바와 같이, 외경의 치수(d')를 알고 있는 기준 샤프트(55')를 상기와 같이 구성된 외경 측정 장치(100)의 측정부(100x)에 삽입(55d')하여, 기준 샤프트(55')가 바닥면(120s), 제1측면(130s) 및 접촉부(140s)와 접촉하는 제1위치에 회전 레버(140)를 위치시킨 상태에서, 회전 레버(140)의 회전각을 측정하는 회전각 측정부(150)를 영점 설정한다. 영점 설정은 케이싱(170)의 영점 설정 버튼(172)을 누르는 것에 의해 행해진다.

이를 통해, 기준 샤프트(55')가 측정부(100x)에 삽입되었을 때의 회전 레버(140)의 힌지(140a)에 대하여 회전한 제1위치(도6a의 실선)을 제어부는 기억한다.

단계 2: 그리고, 기준 샤프트(55')를 측정부(100x)로부터 빼내고, 도6b에 도시된 바와 같이, 측정하고자 하는 측정 대상물(55)을 외경 측정 장치(100)의 측정부(100x)에 삽입(55d)한다. 회전 레버(140)는 판스프링(154)에 의하여 접촉부(140s)가 측정 대상물(55)의 외주면에 접촉하려는 힘(154d)이 작용하므로, 측정 대상물(55)이 측정부(100x)에 삽입되면, 측정 대상물(55)의 외경(d)이 기준 샤프트(55')의 외경(d')보다 큰 경우에는, 회전 레버(140)의 접촉부(140s)는 영점 설정된 제1위치에 비하여 도6b에 도시된 바와 같이 도면부호 140d로 표시된 방향으로 더 밀리면서, 제1위치(도6a의 실선 및 도6b의 점선)에 비하여 힌지(140a)를 중심으로 반시계 방향으로 회전각(140ang)만큼 회전한다. 이 때, 측정 대상물(55)의 외경(d)은 기준 샤프트(55')의 외경(d')에 비하여, 대략 (힌지점(140a)으로부터 접촉부(140s)까지의 거리)와 회전각(140ang)의 곱 만큼 더 큰 치수가 된다.

반대로, 측정 대상물(55)의 외경(d)이 기준 샤프트(55')의 외경(d')보다 작은 경우에는, 회전 레버(140)의 접촉부(140s)는 영점 설정된 제1위치에 비하여 도면부호 140d로 표시된 방향의 반대 방향으로 밀리면서, 제1위치(도6a의 실선 및 도6b의 점선)에 비하여 힌지(140a)를 중심으로 시계 방향으로 회전각(도면에 도시되지 않음)만큼 회전한다. 이 때, 측정 대상물(55)의 외경(d)은 기준 샤프트(55')의 외경(d')에 비하여 대략 (힌지점(140a)으로부터 접촉부(140s)까지의 거리)와 회전각의 곱만큼 더 작은 치수가 된다.

측정 대상물(55)의 외경이 기준 샤프트(55')에 비하여 1mm 증가할 경우, 접촉거리(55Z)는 0.5mm 증가하게 되며, 이 때 회전 레버(140)의 회전반경 거리가 50mm라고 가정하면 약 1/100mm의 오차를 갖게 된다. 또한 외경측정범위와 기준 샤프트 외경을 차이가 +/- 0.1mm내에서 사용하면, 측정오차는 1/1000mm로 줄게되어 실용적인 범위에서 정밀 측정이 구현된다. 실제 외경 정밀 가공부의 경우 베어링 끼움, 회전 유격, 압입 등의 용도가 많기 때문에 +/- 0.1mm 측정범위는 실용적으로 충분하다. 또한 사용 범위의 외측에서만 비례적으로 오차 커지기 때문에 측정원리에 적합하다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 외경 측정 장치(100)의 사용 환경 하에서, 측정 대상물(55)의 외경(d)과 기준 샤프트(55')의 외경(d')의 편차를 보상하기 위하여, 회전 레버(140)가 기준 샤프트(55')와 접촉하는 지점까지의 높이(55Z')와 측정 대상물(55)과 접촉하는 지점까지의 높이(55Z)의 차이에 의하여, "힌지점(140a)으로부터 접촉부(140s)까지의 거리와 회전각의 곱"에 오차의 양을 교정하게 된다.

이 오차는 측정 대상물(55)이 측정부(100x)에 삽입되었을 때 회전 레버(140)의 회전각(140ang)이 클수록 더 커지므로, 회전각(140ang)에 따른 오차를 교정하는 교정 데이터를 미리 메모리(160)에 저장해두고, 기준 샤프트(55')의 외경(d') 및 측정 대상물(55)이 측정부(100x)에 삽입되었을 때에 측정된 회전각(140ang)의 크기에 따른 교정 데이터를 호출하여, 힌지점(140a)으로부터 접촉부(140s)까지의 거리의 편차에 해당하는 오차를 교정한 결과값을 외경 측정 장치(100)의 측정값으로 출력함으로써 1/1000mm 이하의 측정 오차를 갖는 정확한 계측을 가능하게 한다.

즉, 본 발명은 핀접촉 형태를 갖고 회전 레버(140, 레버식 변위 센서)를 이용하여 외경의 치수를 측정함에 있어서, 회전 레버(140)의 회전 중심인 힌지(140a)와 접촉 지점까지의 거리가 측정 대상물(55)의 외경에 따라 변동하는 문제를 해결하기 위하여, 기준 샤프트(55')를 이용하여 영점설정하고, 영점 설정된 외경 기준값(d')을 이용하여 기하학적 방법으로 교정계수를 변경시키는 방법으로 정확도를 향상시킴으로써, 측정 대상물(55)의 외경을 보다 정확하게 측정할 수 있다.

한편, 메모리(160)에 미리 저장되어 있는 교정 데이터는 기준 샤프트(55')로 영점 설정하였을 당시의 외경(d', 이는 접촉부(140s)와 제1측면(130s)과의 간격(L)에 대응함)과 회전 레버(140)의 제1위치에 대한 회전각(140ang)에 따라 (예를 들어, 0.5mm씩 증가하는 다수의 기준 샤프트의 외경(d') 및 2도씩 증가하는 회전각(140ang)마다) 미리 저장되어 있고, 그 사이의 수치값(예를 들어, 기준 샤프트보다 0.3mm만큼 큰 수치)에 대해서는 보간법에 의해 교정 데이터를 산출하여 측정 외경값(d)으로 출력한다. 대체로 샤프트의 외경을 측정하는 작업은 사용자가 특정 수치로 가공하기 위하여 반복 측정하는 경우가 많으므로, 이 특정 수치에 근접하거나 이 특정 수치에 해당하는 기준 샤프트(55')를 이용하여 교정 데이터를 산출한다면, 측정 대상물(55)이 이 특정 수치에 도달하였는지 여부를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 교정 데이터는 사용자가 특정 치수의 기준 샤프트(55')를 이용하여 산출된 교정 데이터를 상기 메모리(160)에 업데이트할 수 있도록 구성되어, 사용자가 반복하여 측정하는 외경 치수 및 그 주변 영역에서는 측정 정확도를 1/1000 수준까지 높일 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 측정 대상물(55)의 외경(d)으로 예상되는 수치 범위로 기준 샤프트(55') 등을 이용하여 이동 블록(130)의 제1측면(130s)과 회전 레버(140)의 접촉부(140s) 사이의 간격을 미리 영점 설정해둔 상태에서, 측정 대상물(55)을 측정부(100x)에 삽입하여 제1측면(130s)과 바닥면(120s)과 접촉부(140s)의 3군데에서 접촉시켜, 기준 샤프트(55')로 영점 설정해둔 외경(d')과 차이가 있는 양만큼 회전 레버(140)의 접촉부(140s)를 측정 대상물(55)이 이동시켜 회전 레버(140)가 회전하게 되고, 회전각 측정부(150)에서 이 회전각(140ang)을 측정함으로써, 기준 샤프트(55')의 외경(d')과 측정된 회전각(140ang)을 이용하여 측정 대상물(55)의 외경값(d)을 간단하면서도 정확하게 산출할 수 있게 된다.

무엇보다도, 본 발명은 측정 대상물(55)과 장치(100)가 3군데에서 접촉함으로써, 종래의 마이크로미터와 달리 작업자의 숙련도와 측정에 기울이는 관심도에 무관하게 측정 대상물(55)의 외경(d)을 짧은 시간 내에 정확하게 측정할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 상기와 같은 특정 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 외경 측정 장치 110: 프레임
120: 바닥 지지체 120s: 바닥면
130: 이동 블록 130s: 제1측면
140: 회전 레버 140s: 접촉부
140ang: 회전각 150: 회전각 측정부
160: 메모리 170: 케이징
175: 디스플레이 55: 기준 샤프트
55': 기준 샤프트

Claims

측정 대상물의 외경을 측정하는 외경 측정 장치로서,
상기 측정 대상물이 접촉하는 바닥면을 형성하는 바닥지지체와;
상기 측정 대상물이 접촉하는 제1측면을 형성하고, 상기 제1측면을 이동시키는 이동 블록과;
상기 측정 대상물이 상기 바닥면과 상기 제1측면에 접촉한 상태에서 접촉하는 접촉부가 상기 제1측면과 대향하게 구비되어, 상기 접촉부가 상기 측정 대상물과 접촉함에 따라 힌지를 중심으로 회전하는 회전 레버와;
상기 측정 대상물이 상기 바닥면과, 상기 제1측면과, 상기 접촉부로 둘러싸인 측정부에 수용되어 3부분이 접촉한 상태에서, 상기 회전 레버의 회전각을 측정하는 회전각 측정부를;
포함하여 구성되어, 상기 회전각 측정부에서 측정된 상기 회전각을 통해 상기 측정 대상물의 외경을 측정하는 외경 측정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 회전 레버의 상기 접촉부는 원통형으로 형성되어 상기 측정 대상물과 점접촉하는 것을 특징으로 하는 외경 측정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 회전 레버의 상기 접촉부는 판면으로 형성되어 상기 측정 대상물과 선접촉하는 것을 특징으로 하는 외경 측정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 이동 블록은 상기 바닥면을 따라 이동하면서 상기 접촉부와 상기 제1측면의 간격을 조절하는 것을 특징으로 하는 외경 측정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 회전각으로부터 상기 측정 대상물의 외경값을 산출하는 교정 데이터를 저장하는 저장 메모리를;
더 포함하여 구성되어, 상기 교정 데이터에 의해 교정된 상기 측정 대상물의 외경 치수를 출력하는 것을 특징으로 하는 외경 측정 장치.
제 5항에 있어서,
상기 저장 메모리에 저장된 상기 교정 데이터는 사용자에 의해 일부 이상 업데이트되는 것을 특징으로 하는 외경 측정 장치.
제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 레버를 일측으로 미는 스프링이 더 포함되어, 상기 측정부에 상기 측정 대상물이 삽입되지 않은 상태에서 회전 레버는 항상 일정한 제1위치로 위치하도록 유도되는 것을 특징으로 하는 외경 측정 장치.
바닥면, 제1측면 및 상기 제1측면과 마주보는 접촉부로 둘러싸인 측정부에 측정 대상물을 수용하여 상기 측정 대상물의 외경이 상기 바닥면, 상기 제1측면 및 상기 접촉부의 3군데에서 접촉한 상태에서, 상기 접촉부가 형성된 회전 레버의 회전각을 측정하여, 상기 측정 대상물의 외경을 측정하는 방법으로서,
상기 측정 대상물이 상기 측정부에 수용되기 이전에, 상기 측정부에 기준 샤프트를 삽입하여 상기 기준 샤프트가 상기 바닥면, 상기 제1측면 및 상기 접촉부와 접촉하는 제1위치에 회전 레버를 위치시킨 상태에서, 상기 회전 레버의 회전각을 측정하는 회전각 측정부를 영점 설정하는 회전각 설정단계와;
상기 측정부로부터 상기 기준 샤프트를 제거하는 단계와;
상기 측정부에 상기 측정 대상물을 삽입하여 상기 측정 대상물이 상기 제1측면, 상기 바닥면, 상기 접촉부과 각 1군데씩 3군데에서 접촉시키는 대상물 삽입단계와;
상기 대상물이 상기 측정부에 수용되어 상기 접촉부와 접촉함에 따라 상기 제1위치로부터 회전하는 상기 회전 레버의 회전각을 측정하는 회전각 측정단계와;
상기 회전각으로부터 상기 측정 대상물의 외경 치수를 출력하는 외경출력단계를;
포함하여 구성된 외경 측정 방법.
제 8항에 있어서, 상기 외경출력단계는,
상기 제1측면과 상기 접촉부 사이의 간격의 수치 및 상기 회전각의 수치에 따른 외경값이 미리 저장된 메모리로부터 교정 데이터를 호출하여 교정된 외경 수치를 출력하는 것을 특징으로 하는 외경 측정 방법.
제 9항에 있어서,
상기 교정 데이터는 사용자에 의해 업데이트될 수 있는 것을 특징으로 하는 외경 측정 방법.