KR101434270B1 - 파워 윈도우 모터용 샤프트 자동 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 파워 윈도우 모터 샤프트의 외경, 런-아웃 및 라운드니스를 연속적으로 자동 검사하여 규격을 만족하지 못하는 불량 샤프트를 가려내는 파워 윈도우 모터용 샤프트 자동 검사장치에 관한 것으로, 샤프트 투입부(100), 샤프트 이송유닛(200), 외경 검사부(300), 런-아웃 검사부(400), 라운드니스 검사부(500), 워엄기어 치형 검사부(600) 및 완제품 취출유닛(700)을 포함하여 이루어지며, 상기 각 검사부(300,400,500,600)에는 불량제품을 이송유닛(200)에서 제거하기 위한 불량품 취출유닛(800,810,820)이 각각 구비되어 있어 외경이나 런-아웃 및 라운드니스의 규격을 충족하지 못하는 샤프트는 이송유닛(200)으로부터 이탈되고, 완제품 취출유닛(700)에는 각 검사를 통과한 정상제품만 도달하도록 되어 있다.

Description

파워 윈도우 모터용 샤프트 자동 검사장치 {AN AUTO TESTING DEVICE FOR POWER WINDOW MOTOR SHAFT}

본 발명은 자동차 파워 윈도우 모터 샤프트의 외경, 런-아웃 및 라운드니스와 워엄기어의 치형을 연속적으로 자동 검사하여 규격을 만족하지 못하는 불량 샤프트를 선별해내는 파워 윈도우 모터용 샤프트 자동 검사장치에 관한 것으로, 기존의 각 항목별 개별검사에서는 숙련된 검사원이 필요하고 검사에 과다한 시간이 소요되었으나, 본 발명에 의하면 샤프트의 규격을 하나의 장비에 의해 여러 항목을 순차적으로 검사함으로써 검사에 소요되는 시간과 비용을 절감하고 검사 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 대량생산체제에 부합되도록 한 것이다.

본 발명에 관련된 파워 윈도우 모터는 1980년대 이후 급속히 확대되어 최근까지 이어이고 있다. 요즘에는 자동차에 파워 윈도우 모터를 사용하지 않는 차가 없을 정도로 많은 수요가 있다.

파워 윈도우 모터용 샤프트는 자동차 창문을 개폐하는 기어가 있는 모터의 회전축을 말하며 구동의 원천이라는 점에서 기술적으로 매우 중요한 부품이다.

현재, 파워 윈도우 모터용 샤프트는 생산 라인에 있어서 가공된 샤프트의 형상 및 가공정밀도의 검사는 각 단계별로 별도의 측정장비로 수동 검사에 의존하고 있다. 기존의 전수검사는 일일이 인력의 수작업으로 인한 오차의 범위 또한 매우 크게 작용하며, 숙련된 인력이 아니면 그 작업을 대체할 수 없어 양산에 따른 그만한 검사가 될 수 없는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 자동차에 적용되는 파워 윈도우 모터용 샤프트에 대한 전수검사 과정에서 자동화를 하고 있는 라인은 희박한 상태이고, 대부분 가공품의 검사를 샤프트 외경, 런-아웃, 라운드니스에 항목에 대하여 수동으로 각각의 계측기 별로 검사하고, 웜기어의 치형은 샘플로 수동으로 검사하는 문제점을 해결하는 데 있다.

현재 생산라인에 있어 런-아웃의 전수검사 기술이나 방법 등은 몇 가지로 제시는 하고 있으나, 실제 적용한 사례는 거의 없으며, 제시된 몇 가지 방법으로는 초음파 공명검사 시스템과 라운드니스에 기반을 둔 진동을 이용하는 검사시스템이 있으나 직접 라인에 자동화로 설치한 곳은 없다. 따라서 본 발명은 기존의 수동검사로 각 계측기별 별도 측정으로 인한 효율성 저하 등의 단점을 극복하고 애로기술을 해결할 수 있는 자동화된 인라인 통합 검사시스템을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 파워 윈도우 모터용 샤프트의 외경, 런-아웃 및 라운드니스를 하나의 장비를 사용하여 동시에 연속적으로 검사할 수 있도록 함으로써 검사의 효율성을 향상시키고 검사에 소요되는 시간과 인력을 단축할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 샤프트 투입부, 샤프트 이송유닛, 외경 검사부, 런-아웃 검사부, 라운드니스 검사부, 워엄기어 치형 검사부와 완제품 취출유닛을 포함하여 이루어져 있으며, 상기 각 검사부에는 불량제품을 이송유닛에서 제거하기 위한 불량품 취출 유닛이 각각 구비되어 있어 외경이나 런-아웃 및 라운드니스의 규격을 충족하지 못하는 샤프트는 스텝 이송부에서 제거되고, 완제품 취출유닛에는 정상제품만 도달하도록 된 파워 윈도우 모터용 샤프트 자동 검사장치를 제공한다.

본 발명에서 상기 샤프트 이송 유닛은 투입부에서 이송된 샤프트가 위치결정수단에 의해 고정되고, 고정된 샤프트는 이송유닛을 통해 외경검사부, 런-아웃 검사부, 라운드니스 검사부, 워엄기어 치형 검사부까지 이송되며, 이송유닛에 샤프트가 놓여지면 이송유닛이 상승하여 다음 이송지점까지 전진하고, 전진을 완료하면 실린더에 의해 이송유닛이 하강하여 제품을 안치한다. 이와 같은 과정을 반복하는 것에 의해 샤프트를 일정 피치만큼씩 이송시킨다.

본 발명에서 상기 외경 검사부는 공기마이크로미터를 사용하는 것으로, 이는 피측정물에 노즐로부터 공기분사를 통해 피측정물 사이의 틈을 통해 공기가 배출되는 정도를 측정하여 외경을 측정하도록 되어 있다.

본 발명에서 런-아웃 검사부는 제품의 편심을 측정하는 것이고, 라운드니스 검사부는 제품의 동심원으로 측정하는 것으로, 런-아웃은 축의 회전중심선에 관하여 축에 견고하게 부착된 부품 또는 축의 외주 표면에서의 편심이며, 라운드니스는 원의 중심점에서의 오차이다.

런-아웃 및 라운드니스 검사는 전자마이크로미터를 이용하여 측정하는데, 전자마이크로미터는 전기적 임피던스인 전기저항, 전지용량, 전자유도 등의 회로요소를 변위에 의하여 변화하도록 접속하고, 그 회로에 발생하는 전류 및 전압의 변화를 이용하는 것이며, 이들 검사부에는 피측정물의 회전을 위한 회전기구가 구비된다.

본 발명에서 상기 워엄기어 치형 검사부는 샤프트의 치형 검사를 위한 부분으로 영상획득과 처리를 위한 스마트 카메라, 조명 및 PC로 이루어져 있다.

본 발명에서 불량품 취출유닛은 외경검사, 런-아웃, 라운드니스, 워엄기어 치형 검사부를 통한 치형검사가 완료된 샤프트는 허용 오차범위에 따라 양호와 불량으로 분류되며, 첫 번째 외경검사를 완료한 제품은 양호일 경우 다음 런-아웃 검사단계로 이송유닛을 통해 이송되고, 불량제품은 불량품 취출유닛에 의해 불량제품으로 빠지게 된다. 이처럼 각각의 검사부에 장착이 되어 불량으로 판별된 제품들을 불량품 취출유닛으로 이송시키고 불량품 취출유닛에는 센서가 부착되어 있어 일정량의 불량제품이 쌓이게 되면 신호음이 발생하여 작업자로 하여금 수거하도록 되어 있다.

본 발명은 기존의 각 항목별 개별검사에서는 숙련된 검사원이 필요하고 검사에 과다한 시간이 소요되었으나, 본 발명에 의하면 파워 윈도우 모터용 샤프트를 하나의 장비에 의해 여러 항목을 순차적으로 검사함으로써 검사에 소요되는 시간과 비용을 절감할 수 있음은 물론 검사 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 대량생산체제에 부응할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 파워 윈도우 모터용 샤프트를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 의한 검사장치의 정면도,
도 3은 본 발명에 의한 검사장치의 평면도,
도 4는 본 발명에 의한 검사장치의 좌측면도,
도 5는 샤프트 이송유닛의 구성을 도시한 정면도,
도 6은 외경검사부의 구성도,
도 7은 런-아웃 검사부의 구성도,
도 8은 라운드니스 검사부의 구성도,
도 9는 워엄기어 치형 검사부에서 워엄기어부분의 치수측정과정을 도시한 것이고,
도 10은 각 검사부에 구비된 불량품 취출유닛의 정면도이다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 검사장치에서 검사되는 파워 윈도우 모터 샤프트(S)를 도시한 것으로, 이 샤프트(S)는 소정 길이의 환봉 일측에 워엄기어(G)가 형성되어 있으며, 이 샤프트(S)의 외경, 런-아웃, 라운드니스 및 상시 워엄기어의 치형은 표준화된 규격으로 제작되어야 파워 윈도우 모터의 조립시 정상적인 동작을 보장할 수 있다.

본 발명은 상기한 파워 윈도우 모터용 샤프트(S)의 외경, 런-아웃, 라운드니스 및 워웜기어의 치형검사를 일관적으로 수행하기 위한 것으로, 이의 전체적인 구조는 도 2 내지 도 4에는 각각 본 발명에 의한 검사장치의 정면도와 평면도 및 좌측면도가 도시되어 있다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명은 샤프트 투입부(100), 샤프트 이송유닛(200), 외경 검사부(300), 런-아웃 검사부(400, 라운드니스 검사부(500), 워엄기어 치형 검사부(600) 및 완제품 취출유닛(700)을 포함하여 이루어져 있으며, 상기 각 검사부(300,400,500,600)에는 불량제품을 이송유닛(200)에서 제거하기 위한 불량품 취출유닛(800,810,820)이 각각 구비되어 있어 외경이나 런-아웃 및 라운드니스의 규격을 충족하지 못하는 샤프트는 이송유닛(200)으로부터 이탈되고, 완제품 취출 유닛(700)에는 각 검사를 통과한 정상제품만 도달하도록 되어 있다

도면 중 부호 310은 공기마이크로미터이고, 부호 900,910은 런-아웃 검사부(400)와 라운드니스 검사부(500)에 각각 설치되는 회전기구로서, 샤프트(S)를 회전시키는 역할을 하게 된다.

상기 샤프트 투입부(100)는 작업자가 수동으로 공급상자에 샤프트를 넣으면, 계단식으로 만들어진 샤프트 투입부(100)를 통하여 샤프트 1개씩이 샤프트 이송유닛(200)으로 공급되게 되어 있는데, 이는 본 출원인의 특허출원 제2009-135438호에 개시되어 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

본 발명에서 상기 샤프트 이송유닛(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 검사라인을 따라 일정 간격으로 배치된 고정베드(210)와, 이 고정베드(210)의 하부에 위치하며 수평 실린더(220)에 의해 전후로 진퇴작동하고 수직 실린더(230)에 의해 상하로 승강동작하는 가동베드(240)를 포함하여 이루어져 있어, 샤프트를 고정베드(210)의 일측 안치홈(212)에서 도면상으로 우측으로 한 단계씩 간헐적으로 이송가능하도록 되어 있다.

이를 다시 설명하면, 샤프트 투입부(100)에서 샤프트 이송유닛(200)을 이루는 고정베드(210)의 좌측 안치홈(212)에 안치되면, 가동베드(240)가 1회의 상승과 한 단계의 수평이동 및 하강동작을 하는 것에 의해 고정베드(210)에서 1구간씩 우측으로 이동을 하게 되는 것이며, 이러한 동작을 반복하는 것에 의해 샤프트는 이송라인을 따라 연속적인 이송이 이루어지게 되면서 각 검사부(300,400,500,600)에서 검사를 받은 후 이송 또는 이탈되게 된다.

도면 중 부호 242은 가동베드(240)상에 일정간격으로 형성되는 안치홈이다.

본 발명에서 상기 외경 검사부(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 공기마이크로미터(310)를 사용하는 것으로, 이는 피측정물인 샤프트(S)를 V블록(320) 위에 안치한 상태에서 노즐(330)에서 공기를 분사하여 V블록(320)과 샤프트(S) 사이의 틈을 통해 공기가 배출되는 양에 따라 공기마이크로미터(310)에서의 눈금변화를 전기신호로 변환받아 세팅된 상한치와 하한치의 범위 내에 존재하는 경우에는 정상이고, 상,하한치의 범위를 벗어나는 경우에는 불량으로 판정한다.

본 발명에서 상기 런-아웃 검사부(400)는 도 7에 도시된 바와같이 상부에 설치된 벨트형의 회전기구(900;도 2 참조)에 의해 샤프트(S)를 정위치에서 회전시키면서 차동변압기 방식의 센서(410)에 의해 회전중인 샤프트(S)의 회전중심선에 대한 편심을 측정하여 편심오차가 세팅된 허용오차(예를 들면 0.02mm)를 초과하는 경우에는 불량으로, 그 이하인 경우에는 정상으로 판정한다.

또, 본 발명에서 상기 라운드니스 검사부(500)에서도 상부에 설치된 벨트형의 회전기구(910; 도 2 참조)에 의해 샤프트(S)를 정위치에서 회전시키면서 차동변압기 방식의 센서(510)에서 회전중인 샤프트(S)의 진원도를 측정하게 되는데, 샤프트(S)의 양단측에 설치된 차동변압기 방식의 센서(510,520)에서 회전중인 샤프트(S)의 진원도(반지름의 변화)를 측정하여 진원도가 세팅된 허용오차를 초과하는 경우에는 불량으로, 그 이하인 경우에는 정상으로 판정한다.

본 발명에서 워엄기어 치형 검사부(600)에서는 샤프트(S)의 영상을 획득한 후 필터를 적용하여 워엄기어 부분의 치형의 유무를 감지하여 샤프트가 반대로 공급되었는지의 여부를 판단한 후, 치수를 측정하고, 측정된 치수가 허용오차범위를 만족하는 경우 합격처리를 하도록 되어 있는데, 치형이 없는 경우에는 샤프트의 방향이 바뀌어 공급된 경우이므로 오류처리를 하고, 측정된 치수가 허용오차범위를 만족시키지 못할 경우에도 오류처리를 하여 이송라인에서 제거한다.

이를 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 워엄기어 치형 검사부(600)에서의 프로그램은 크게 영상을 획득하는 부분, 원본 파일과 비교하는 부분, 영상을 처리하는 부분, 치수를 측정하는 부분, 양/불량을 판단하는 부분으로 구성되어 있으며, 스마트 카메라를 이용해 실시간 영상을 획득하고, 문턱치화(Thresholding)하여 영상에서의 배경과 물체(검사대상)로 구분한다. 이영상에 프리위트(Prewitt)연산자를 적용한 필터링을 하여 치형의 존재 여부를 판단하게 된다. 이때 치형이 탐색된다면 치수를 측정하게 되며, 치형이 탐색되지 않을 경우에는 오류로 처리하여 불량으로 판별하게 된다. 치수 측정이 끝난 영상은 저장된 원본 파일과 비교를 통해 오차범위를 만족하는지를 판단하게 되며, 오차범위를 초과할 경우 역시 오류처리되어 불량으로 판단하게 된다.

워엄기어 치형 검사부(600)에서 영상처리가 완료된 영상에 비젼 디벨롭먼트 모듈(Vision Developement Module)에서 제공되는 클램프 기능(Clamp Function)을 사용하여 샤프트의 워엄기어부 잇 끝원 지름, 잇 뿌리원 지름, 나사 피치를 측정하게 된다. 클램프 기능은 두 개의 에지를 따라 점들을 검색한 다음 검색된 점들 사이의 거리를 계산하고 반환한다. 도 9에는 워엄기어 치형 검사부(600)에서 클램프 기능이 어떻게 거리를 측정하는지를 보여주고 있는데, 부호 ①은 장방형 탐색 영역, 부호 ②는 에지 추적을 위한 탐색 라인, 부호 ③은 탐색된 에지 점, 부호 ④는 측정된 거리이다.

탐색 영역① 안에서 탐색 라인②을 따라서 에지 점을 검색한다. 상기 탐색영역과 탐색라인은 조절이 가능하며, 각각의 탐색 라인을 따라 여러 개의 에지점이 존재하는데 ③과 같이 가장 바깥쪽 두 개의 에지 또는 안쪽의 에지를 검색할 수 있다. 이렇게 검색된 에지는 ④번과 같이 탐색된 에지의 거리를 나타낸다.

본 발명에서 완제품 취출유닛(700)으로는 상기 검사라인을 모두 통과한 합격된 샤프트가 취출되게 된다.

본 발명에서 불량품 취출유닛(800,810,820)는 도 10에 도시된 바와 같이 이송라인에 설치된 각 검사부(300,400,500)에서 검사되면서 각 검사 종목의 규격이 허용오차범위에 들지 않는 경우에는 이를 감지하여 리프트 실린더(802)를 들어올리게 됨으로써 샤프트(S)를 샤프트 이송유닛(200)으로부터 이탈시켜 적치베드(804)에 적치하게 되며, 이 적치베드(804)에는 불량품의 개수가 일정 개수를 초과하는 것을 감지하는 센서(806)가 설치되어 있어 작업자에게 불량품의 처리시기를 알려주게 된다.

도면 중 부호 808은 리프트 실린더(802)에 의해 들어 올려진 샤프트(S)를 받아서 적치베드(804) 쪽으로 이동시키기 위한 경사진 회동아암이다.

100 : 샤프트 투입부
200 : 샤프트 이송유닛
300 : 외경 검사부
400 : 런-아웃 검사부
500 : 라운드니스 검사부
600 : 워엄기어 치형 검사부
700 : 완제품 취출유닛
800,810,820 : 불량품 취출유닛
900,910 : 회전기구

Claims (3)

1. 샤프트 투입부(100), 샤프트 이송유닛(200), 공기마이크로미터(310)를 이용한 외경 검사부(300), 차동변압기 방식의 센서(410)와 회전기구(900)를 이용한 런-아웃 검사부(400), 차동변압기 방식의 센서(510)와 회전기구(910)를 이용한 라운드니스 검사부(500), 워엄기어 치형 검사부(600) 및 완제품 취출유닛(700)을 포함하여 이루어지되,
   상기 이송유닛(200)은 검사라인을 따라 일정 간격으로 배치된 고정베드(210)와, 이 고정베드(210)의 하부에 위치하며 수평 실린더(220)에 의해 전후로 진퇴작동하고 수직 실린더(230)에 의해 상하로 승강동작하는 가동베드(240)를 포함하여 이루어져, 샤프트를 고정베드(210)의 일측 안치홈(212)에서 타측으로 한 단계씩 이송시키도록 하고,
   상기 각 검사부(300,400,500,600)에는 불량제품을 이송유닛(200)에서 제거하기 위한 불량품 취출유닛(800,810,820)이 각각 구비되어 있어 외경이나 런-아웃 및 라운드니스의 규격을 충족하지 못하는 샤프트는 이송유닛(200)으로부터 이탈되고, 완제품 취출유닛(700)에는 각 검사를 통과한 정상제품만 도달하도록 된 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터용 샤프트 자동 검사장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 불량품 취출유닛(800,810,820)은 이송라인에 설치된 각 검사부(300,400,500)에서 검사되면서 각 검사 종목의 규격이 허용오차범위에 들지 않는 경우에는 이를 감지하여 리프트 실린더(802)를 들어올리게 됨으로써 샤프트(S)를 샤프트 이송유닛(200)으로부터 이탈시켜 적치베드(804)에 적치하게 되며, 이 적치베드(804)에는 불량품의 개수가 일정 개수를 초과하는 것을 감지하는 센서(806)가 설치되어 있어 작업자에게 불량품의 처리시기를 알려주도록 된 것을 특징으로 하는 파워 윈도우 모터용 샤프트 자동 검사장치.

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