KR101490831B1

KR101490831B1 - 1축 포토 인터럽터 힘 센서

Info

Publication number: KR101490831B1
Application number: KR20130042684A
Authority: KR
Inventors: 김경수; 김수현; 구동한; 김병진
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2015-02-06
Also published as: KR20140125059A

Abstract

본 발명의 포토 인터럽터 센서는, 베이스와; 발광부와 수광부를 포함하는 포토 인터럽터 센서 몸체부와; 상기 발광부와 수광부 사이에 배치되는 인터럽터 부재와; 상기 인터럽터 부재가 고정되는 가동부와; 상기 가동부의 상측에서 상기 가동부와 분리되도록 접하는 하중 피인가부와; 상기 하중 피인가부의 하측 방향의 이동을 안내하도록 접한 상태로 상기 가동부를 지지하는 지지부를 포함한다. 베이스와 지지부는 제1 나사 부재에 의해서 서로 고정되도록 체결되며, 제1 나사 부재는 하중 피인가부의 하측 방향의 이동을 수용할 수 있다.

Description

1축 포토 인터럽터 힘 센서{1-Axis Photo-Interrupter Force Sensor}

본 발명은 포토 인터럽터를 이용한 힘 센서에 관한 것으로서 횡방향의 하중에 영향을 받지 않는 포토 인터럽터 힘 센서에 관한 것이다.

포토 인터럽터를 이용한 광학기반 힘 센서는 발광부에서 조사된 빛이 인터럽터 부재에 의해서 얼마나 가려졌는지를 수광부의 전압을 통해 측정함으로써 인터럽터 부재의 강성과 변위를 측정하고 그에 기반하여 인가된 하중(힘)을 측정하는 센서이다.

수직 방향의 하중을 측정하기 위해 포토 인터럽터 센서를 이용하는 경우에 만약 횡방향의 힘 즉 도 3에 도시된 방향과 같이 Fx 성분이나 모멘트가 인가되는 경우에는 도 3과 같이 포토 인터럽터 부재(200)가 원치 않는 방향으로 회전하게 되어 측정에 오류가 생기게 된다. 그러한 오류를 방지하기 위한 방법으로 2012년 5월 18일에 공개된 논문 <"Gwang Min Gu, Yong Kyun Shin, Jina Son, Jung Kim, "Design and characterization of a photo-sensor based force measurement unit (FMU)", Sensors and Actuators A 182 (2012) 49-56>에 공개된 방법이 있는데, 이 방법에서는 여러 개의 포토 인터럽터를 이용하여 보상하는 단점이 있다.

본 발명은 횡방향으로의 하중이나 모멘트가 작용하는 경우에 하나의 포토 인터럽터 부재만을 이용하여 측정 오류를 제거하는 포토 인터럽터 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

압축력뿐만 아니라 인장력도 측정하기 위해서는 상기 하중 피인가부에 하측 방향으로 소정의 하중을 인가하는 하중 인가 부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 바람직한 실시예에 의하면, 상기 지지부에 체결되며 상기 하중 피인가부의 상하측 방향의 이동을 수용가능한 제2 나사 부재를 더 포함하며,상기 하중 인가 부재는 상기 제2 나사 부재와 상기 하중 피인가부 사이에 배치되는 스프링 부재로 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 제2 나사 부재는, 머리부와, 상기 하중 피인가부의 상하측 방향의 이동을 수용하는 중간부와, 상기 지지부에 체결되는 나사선부를 포함하며; 상기 스프링 부재는 상기 머리부와 상기 하중 피인가부 사이에 개재(介在)되어 있다. 그리고 상기 중간부는 하중 피인가부에 형성되어 있는 구멍을 관통하도록 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 제1 나사 부재의 머리부는 지지부의 상측에 맞닿아 있으며; 상기 머리부는 하중 피인가부의 구멍을 통과할 수 있는 위치에 배치되어 상기 하중 피인가부의 하측 방향의 이동을 수용하도록 되어 있다.

본 발명에 의하면 하나의 포토 인터럽트 센서만으로 횡방향 성분의 하중이나 모멘트가 인가되더라도 그에 영향을 받지 않고 수직 하중을 오차없이 측정할 수 있는 측정 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 포토 인터럽터 센서의 구조를 도시한 도면.
도 2은 본 발명의 제2 실시예에 의한 포토 인터럽터 센서의 구조를 도시한 도면.
도 3은 종래 기술의 문제점을 표시한 도면.

이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 자세하게 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 의한 포토 인터럽터 센서가 도시되어 있다. 본 발명에 의한 포토 인터럽터 센서는 베이스(10)와, 포토 인터럽터 센서 몸체부(100)와, 인터럽터 부재(200)와, 인터럽터 부재(200)가 고정되는 가동부(25)와, 하중 피인가부(30)와, 가동부(25)를 지지하는 지지부(20)를 포함한다.

포토 인터럽터 센서 몸체부(100)는 발광부와 수광부를 포함하는데, 도 1에서는 왼쪽 부분에 발광부가 제공되고 우측에 수광부가 제공된다. 발광부와 수광부 사이의 빛의 양을 도면부호 "300"으로 시각화한다. 인터럽터 부재(200)는 발광부와 수광부 사이에 배치되는데, 인터럽터 부재(200)가 아래로 이동하게 되면 발광부에서 수광부로 전달되는 빛의 양이 변화하게 되어 그 변위를 측정하고 따라서 힘을 측정할 수 있게 된다.

하중 피인가부(30)는 측정하고자 하는 하중(Fy)가 인가되는 부분으로서 가동부(25)의 상측에서 가동부(25)와 분리되어 접한다.

지지부(20)는 하중 피인가부(30)와 소정의 거리만큼 이격되어 있다. 소정의 거리는 하중 피인가부(30)가 횡방향 성분의 하중으로 인해서 도 1(b)와 같이 이동하는 것을 수용할 수 있을 만큼으로 설정된다.

도 1에 도시된 구조의 포토 인터럽터 센서에 횡방향의 힘 성분(Fx)이 하중 피인가부(30)에 인가되는 경우에는, 도 1(b)에 도시된 바와 같이 하중 피인가부(30)가 횡방향으로 이동할 뿐, 가동부(25)에는 횡방향 힘을 전달할 수 없기 때문에 수직방향의 압축력(Fy)만 하중 피인가부(30)를 통해 가동부(25)에 전달되고 그로 인해 인터럽터 부재(200)가 아래로 이동하게 된다. 그리고 수광부에서 검지되는 빛의 양에 따른 전압 변화에 기초하여 인터럽터 부재(200)의 변위를 측정하고 그에 따라 수직 하중(Fy)를 측정할 수 있게 된다.

도 2에는 본 발명의 제2 실시예에 의한 포토 인터럽터 센서의 구조가 도시되어 있다.

이 포토 인터럽터 센서는 베이스(10)와, 발광부와 수광부를 포함하는 포토 인터럽터 센서 몸체부(100)와, 발광부와 수광부 사이에 배치되는 인터럽터 부재(200)와, 인터럽터 부재(200)가 고정되는 가동부(125)와, 가동부(125)의 상측에서 가동부(125)와 분리되어 접하는 하중 피인가부(130)와, 하중 피인가부(130)의 하측 방향의 이동을 안내하도록 접한 상태로 가동부(125)를 지지하는 지지부(120)를 포함한다.

그리고 지지부(120)에 체결되고 하중 피인가부(130)의 상하측 방향의 변형을 수용할 수 있는 제2 나사 부재(60)를 포함한다. 제2 나사 부재(60)는 머리부(61)와, 하중 피인가부(130)의 상하측 방향의 이동을 수용하는 중간부(62)와, 지지부(120)에 체결되는 나사선부(63)를 포함한다. 머리부(61)와 하중 피인가부(130) 사이에는 스프링 부재(50)가 배치되어 하중 피인가부(130)에 하측 방향으로 소정의 하중(Fi)을 인가하는 상태를 유지한다. 중간부(62)는 하중 피인가부(130)에 형성되어 있는 구멍을 관통하고 있다. 하중 피인가부(130)에 소정의 하중(Fi)을 미리 인가하고 있으면 하중 피인가부(130)에 접하고 있는 가동부(125)에도 그 하중이 전달되어 인가되게 되고 따라서 포토 인터럽터 센서에 초기 하중으로서 Fi에 상응하는 하중이 인가되어 있는 상태가 된다.

제1 나사 부재(65)는 베이스(10)와 지지부(120)에 서로를 고정하도록 체결되며 하중 피인가부(130)의 하측방향의 이동을 수용가능하게 제공된다. 제1 나사 부재(65)의 머리부는 지지부(120)의 상측에 맞닿아 있으며, 머리부가 하중 피인가부(130)의 구멍(135)을 통과할 수 있는 위치에 배치되어 하중 피인가부(130)의 하측 방향 이동을 수용할 수 있게 되어 있다.

도 2에 도시된 포토 인터럽터 센서의 작동에 대해서 설명한다.

도 2에 도시된 포토 인터럽터 센서에 아래 방향으로 하중 즉 압축력이 인가되면, 가동부(125)는 아래 방향으로 휘게 되고, 하중 피인가부(130)의 변형은 제2 나사 부재(60) 및 제1 나사 부재(65)에 의해서 수용된다. 수직 하중이 아닌 횡방향의 하중 성분이 있는 경우에도 하중 피인가부(130)가 가동부(125)와 분리되어 있고, 접하고 있는 지지부(120)에 의해서 아래쪽으로 안내되기 때문에 가동부(125)가 도 3과 같이 변형되지 않는다. 따라서 횡방향 성분으로 인한 측정 오차가 발생하지 않게 된다.

다음으로 하중 피인가부(130)에 인장력 즉 상측 방향으로의 하중이 작용하는 경우에는 스프링 부재(50)가 압축되면서 하중 피인가부(130)가 위로 들리게 된다. 이미 초기 하중(Fi)가 스프링 부재(50)에 의해서 인가되어 있는 상태이기 때문에, 인장력이 하중 피인가부(130)에 인가되면 포토 인터럽터 센서에서는 초기 하중에서 인장력만큼 줄어든 하중이 측정된다. 그 줄어든 하중을 인장력으로 측정하면 하중 피인가부(130)에 인가된 인장력이 측정되며, 또는 초기 하중 상태를 영점으로 조정하면 인장력을 바로 측정할 수 있게 된다.

이처럼 도 2에 도시된 실시예에서는 도 1의 실시예와 달리 인장력도 측정할 수 있는 효과가 있다.

이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및 수정도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

10: 베이스
20: 지지부
30: 하중 피인가부
100: 포토 인터럽터 센서 몸체부
200: 인터럽터 부재

Claims

삭제
베이스와,
발광부와 수광부를 포함하는 포토 인터럽터 센서 몸체부와,
상기 발광부와 수광부 사이에 배치되는 인터럽터 부재와,
상기 인터럽터 부재가 고정되는 가동부와,
상기 가동부의 상측에서 상기 가동부와 분리되도록 접하는 하중 피인가부와,
상기 하중 피인가부의 하측 방향 이동을 안내하도록 접한 상태로 상기 가동부를 지지하는 지지부를 포함하며,
상기 베이스와 상기 지지부는 제1 나사 부재에 의해서 서로 고정되도록 체결되며, 상기 제1 나사 부재는 상기 하중 피인가부의 하측 방향의 이동을 수용할 수 있는,
포토 인터럽터 센서.
청구항 2에 있어서,
상기 하중 피인가부에 하측 방향으로 소정의 하중을 인가하는 하중 인가 부재를 더 포함하는,
포토 인터럽터 센서.
청구항 3에 있어서,
상기 지지부에 체결되며 상기 하중 피인가부의 상하측 방향의 이동을 수용가능한 제2 나사 부재를 더 포함하며,
상기 하중 인가 부재는 제2 나사 부재와 상기 하중 피인가부 사이에 배치되는 스프링 부재인,
포토 인터럽터 센서.
삭제
청구항 4에 있어서,
상기 제2 나사 부재는, 머리부와, 상기 하중 피인가부의 상하측 방향의 이동을 수용하는 중간부와, 상기 지지부에 체결되는 나사선부를 포함하며,
상기 스프링 부재는 상기 머리부와 상기 하중 피인가부 사이에 개재(介在)되어 있는,
포터 인터럽터 센서.
청구항 6에 있어서,
상기 중간부는 하중 피인가부에 형성되어 있는 구멍을 관통하는,
포토 인터럽터 센서.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 나사 부재의 머리부는 상기 지지부의 상측에 맞닿아 있으며,
상기 머리부는 하중 피인가부의 구멍을 통과할 수 있는 위치에 배치되어 상기 하중 피인가부의 하측 방향의 이동을 수용하도록 되어 있는,
포토 인터럽터 센서.