KR101848107B1 - 실린더의 지름 및 다른 기하학적 특징의 측정 게이지를 위한 캘리브레이션 장치 - Google Patents

실린더의 지름 및 다른 기하학적 특징의 측정 게이지를 위한 캘리브레이션 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실린더의 지름, 프로파일, 원형도 및 편심도 오류와 같은 기하학적 특징의 측정 게이지(47)를 위한 캘리브레이션 장치(30)에 관한 것으로서, 게이지(47)는 자유 단부에 필러 또는 센서(51)들이 구비된 한 쌍의 이동 가능한 암(49)을 포함하며, 캘리브레이션 장치(30)는 한 쌍의 받침대(34, 35)를 포함하되, 한 쌍의 받침대(34, 35)는, 받침대(34, 35)와 상호 작동하는 측정 수단(42, 43; 44, 45)에 의해 나타난 샘플 측정값이 캘리브레이션 장치(30)가 조립된 게이지(47)의 측정 범위 내에서 얻어질 때까지, 모터(36, 37)에 의해 상호적으로 구동될 수 있으며, 상기 샘플 측정값을 감지하기 위해 필러 또는 센서(51)는 받침대(34, 35)에 근접하게 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

실린더의 지름 및 다른 기하학적 특징의 측정 게이지를 위한 캘리브레이션 장치{CALIBRATION DEVICE FOR MEASUREMENT GAUGES OF THE DIAMETER AND OTHER GEOMETRICAL CHARACTERISTICS OF CYLINDERS}
본 발명은 실린더의 지름 및 그 밖의 기하학적 특성, 가령, 예를 들어, 원형도(rotundity), 편심도(eccentricity) 및 프로파일(profile)의 측정 게이지를 위한 캘리브레이션 장치("프리셋(preset)"이라고도 함)에 관한 것이다.
이들 게이지의 활용예에는 산업에서 사용되는 실린더용 연마기(grinding machine)(예를 들어, 밀(mill)용 실린더, 용지 생산용 실린더 등)에 대한 사용예가 있다.
현재 실린더의 연마 기술은, 이들이 금속용 밀(mills for metal)에서 사용되든지 또는 용지 생산용 공장에서 사용되든지 간에, 다음과 같은 기능을 가지며 흔히 "게이지(gauge)"라고 지칭되는 측정 기구의 사용을 필요로 한다:
- 실린더의 모선(generatrix)의 프로파일 측정,
- 실린더의 섹션 형태의 측정(예를 들어, 편심도, 원형도),
- 지름 측정(절대 측정(absolute measurement)).
공지된 유형의 측정 게이지는, 예를 들어, 미국 특허공보 US3391497호, US4807400호 및 US4811524호에 기술되어 있다.
본 발명은 위에 기술된 모든 측정들을 수행하고, 특히, 절대 지름(absolute diameter)의 측정에 있어서, 이들 게이지의 정확도를 실질적으로 향상시키기 위해 제공되는 게이지를 위한 캘리브레이션 장치에 관한 것이다.
종래 기술에 따르면, 이러한 장치는, 필요 측정을 수행하기 위해 운영자에 의하여 수동으로 사용되는 일반적인 측정 기구(백분지 게이지(centesimal gauge), 트롤리 게이지(trolley gauge))이지만, 이제는, 특정 측정 기구가 구비되어 처리 사이클(processing cycle) 동안 연마기의 제어 시스템(control system, CNC)이 다양한 변수를 수정할 수 있도록 하기 위하여 연마 공정(grinding process) 동안에 자동으로 측정할 수 있도록 하는 실린더용 연마기가 통상적이다.
이들 게이지는 다음과 같은 그룹으로 분류될 수 있다:
- 트롤리 게이지(trolley gauge) 및
- 독립 게이지(independent gauge).
트롤리 게이지는 연마 휠-홀더 트롤리(grinding wheel-holder trolley) 상에 설치되는 특징을 가지는데, 트롤리 게이지는 위에 기술된 측정들을 수행할 수는 있지만 실린더의 모선(generatrix)을 따르는 게이지의 움직임이 연마 휠-홀더 헤드(head)의 모선에 한정된다는 사실에 의하여 제한된다. 이는 연마 휠의 움직임과 무관한 실린더의 움직임은 허용되지 않다는 것을 의미하며, 이러한 제한은 종종 실린더의 전체 연마 및 측정 시간을 나타내는 오랜 사이클 시간에 반영된다.
한편, 독립 게이지는 특별히 연마기 전방에서 조립된다. 독립 게이지는 트롤리 게이지와 동일하게 측정 과정을 수행하지만, 실린더의 모선을 따르는 게이지의 움직임이 연마 휠의 움직임과 무관하며 그에 따라 연마 휠이 작동 중일 때에도 측정이 가능하다는 이점을 가진다. 이 특징은 사이클 시간에서 일반적인 감소에 반영된다.
측정 속도(measurement rate) 면에서의 성능 차이를 무시하더라도, 위에 기술된 해결책은 정확성 및 정확도 둘 모두에 있어 서로 호환이 가능하다(comparable).
종래 기술에 따라 기술된 게이지의 성능은, 프로파일의 측정 및 실린더 섹션의 형태에 대해서는 만족스러운 반면, 지름의 절대 측정에 대해서는 만족스럽다고 말할 수 없다.
배경기술의 범위를 벗어나는 세부 내용에 대해서 설명하지 않고도, 현재 사용 가능한 게이지의 지름의 절대 측정에서 정확도가 없는 것은, 일반적으로, 다양한 타입의 시스템 오류가 축적되었으며, 기본적으로, 필러(feeler)의 지지 암(supporting arm)의 가이드(guide)와 게이지의 그 밖의 기계적 부분들의 기하학적 오류 뿐만 아니라, 명백히, 재료가 온도에 따라 자신의 체적을 변형하려는 경향 때문이라고 확언할 수 있다.
실린더의 지름의 절대 측정의 제한된 정확도의 결점을 해결하기 위하여, 캘리브레이션 장치, 소위 프리셋이 이들 게이지의 디자인에 도입되었는데, 이들은 단순한 샘플 디스크, 기준 표준장치 또는 이와 유사한 공지된 측정 수단이다. 이들은 게이지의 소위 "프리셋팅(presetting)"을 가능하게 할 수 있는데 즉 필러 또는 센서는 공지된 수치(dimension)를 가진 샘플과 접촉하는 게이지의 암의 단부(end)에 배열되어 측정이 수행되며, 여기서, 제어 시스템은 측정된 샘플의 실제값(real value)과 게이지에 의하여 나타난 측정값을 동등하게 만든다(impose parity). 이러한 "실제" 측정값은, 게이지 자체의 설정 동안에, 게이지의 제어 시스템과 게이지가 조립된 기계장치(CNC)에 적절하게 기억된다(memorized).
게다가, 접촉 센서의 경우, 캘리브레이션 공정은 실린더 상에서 슬라이딩 이동되는 센서 자체의 마모 효과를 상쇄하는데 유용한데, 캘리브레이션 공정 동안에 실린더가 회전하게 되어 측정 과정은 실제로 표면을 손상시키지만, 마이크론 범위의 이동도 감지되어야 하기 때문에, 이러한 프리셋팅 공정(캘리브레이션)은 필수적이다.
이는, 이론적으로는 측정의 정확도가 매우 향상될 수 있게 하지만, 실제로 샘플 지름의 범위 내에서 수행된 측정에 대해서만 해당되며, 샘플 지름으로부터 현저하게 벗어나는 경우에는, 제작상의 게이지의 기하학적인 오류는 측정의 정확도를 위협하는 시스템 오류가 다시 제기된다.
이러한 결점을 해결하기 위하여, 게이지는 하나 이상의 샘플 캘리브레이션 또는 프리셋 디스크로 구성되며, 이에 따라 게이지가 다양한 범위의 지름 내에서 사용될 수 있지만, 앞에서 논의된 제한 사항을 가진다. 결과적으로, 종래 기술에 관하여 위에서 기술된 것과 관련하여, 항상 정확한 측정을 수행하기 위하여, 측정 시스템에는 무한 캘리브레이션 또는 "프리셋" 기준이 구비되어야 한다.
본 발명의 일반적인 목적은, 실린더의 기하학적 변수(geometrical parameter), 특히, 연마기의 게이지와 조합되어 사용되는 실린더의 지름의 측정 게이지를 위한 캘리브레이션 장치를 제공함으로써 종래 기술의 단점을 극복하는 것으로서, 이러한 캘리브레이션 장치는, 게이지의 전체 측정 범위 내에서, 게이지의 가이드의 필연적인 진직도 오류(straightness error)에 의한 실린더의 절대 지름의 측정에서 발생되는 시스템 오류, 및 좀 더 일반적으로는, 측정 시스템의 형태 및 위치를 변경하는 일반적인 모든 것(예컨대, 온도 변화) 및 앞에서 이미 언급한 마모 현상과 함께, 게이지 구조의 제조상 오류를 제거하는 기능을 가진다.
상기 목적은 청구항들에 명시된 특징을 가진 캘리브레이션 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 구조적 및 기능적 특징과 종래 기술에 대한 장점은, 발명의 실시예를 보여주는 첨부된 도면들을 참조하여, 후술하는 설명으로부터 더욱 명백히 나타날 것이다.
도면에서:
- 도 1은 본 발명에 따라 형성된 캘리브레이션 장치의 한 예를 개략적으로 예시하는 수직 단면도;
- 도 2는, 소위 독립 게이지가 구비된 실린더용 연마기에 도 1의 캘리브레이션 장치를 제공한 것을 개략적으로 예시하는 가로 단면도;
- 도 3-23은, 후술하는 설명에서, 더욱 자세하게 예시되는 도 1의 장치의 작동 기능 단계를 개략적으로 예시하는 도면.
우선, 도 1을 살펴보면, 본 발명에 따른 캘리브레이션 장치는 전체적으로 도면부호 30으로 표시된다.
캘리브레이션 장치(30)는 프레임(46)에 의해 적절하게 고정되는 지지 구조물(31), 가령, 예를 들어, 연마기(32)(도 2 참조)와 상호 작동하는(cooperating) 게이지(47)의 이동 가능한 부분 또는 트롤리(B)로 구성된다.
기둥(column) 형태로 구성된 지지 구조물(31) 상에서, 한 쌍의 받침대(34, 35)가 화살표(33) 방향으로 가로질러 조립된다(assembled traversably).
각각의 받침대(34, 35)는 각각의 자체 모터(36, 37)에 의해 다른 받침대와 독립적으로 구동된다.
모터(36, 37)는 각각의 나사(38, 39)를 회전시켜 암나사(40, 41)에 조여지며(screwed), 받침대(34, 35)는 각각의 나사(38, 39)는 작동 가능하게 결합된다(operatively constrained).
결과적으로, 받침대(34, 35)들은 선택적으로 구동되어 화살표(33) 방향으로 서로 독립적으로 병진 운동할(translate) 수 있다.
각각의 받침대(34, 35)는 공지된 타입의 리더(reader)("헤드"라고도 불림)를 포함하는데, 리더는 도면에서 도면부호 42, 43으로 표시되며, 각각의 리더는 지지 구조물(31)에 결합된 각각의 광학 라인(optical line)(44, 45)과 상호 작동한다.
도 3-23에서, 공지된 타입의 게이지(가령, 예를 들어, 독립 게이지(independent gauge))의 도면부호는 47로 표시되는데, 이러한 게이지(47)는 실린더(48)의 지름을 측정하기에 적합하다.
도면부호 49는 게이지(47)의 암을 나타내는데, 암(49)에는, 예를 들어, 실린더(48)와 직접 접촉하는 필러 또는 센서(51) 혹은 접촉하지 않는 센서(51)가 구비될 수 있다. 상기 암(49)들은 게이지(47) 자체의 가이드를 따라 수직 방향으로 슬라이딩 이동될 수 있으며, 도 1을 참조하여 기재된 본 발명에 따른 프리셋 장치 또는 캘리브레이션 장치(30)와 상호 작동할 수 있다.
암(49)의 자유 단부(free end)에는, 위에 기재된 것과 같이 접촉하지 않는 필러 또는 센서(51)가 제공되는데, 이들은 받침대(34, 35)와 상호 작동할 뿐만 아니라 실린더(48)의 표면과도 함께 상호 작동된다.
공지된 타입의 게이지(47)의 일반적인 기능에 대해서는, 필요하다면, 상기 인용된 미국 특허를 참조할 수 있다.
본 발명에 따른 캘리브레이션 장치(30)의 기능은 다음과 같다.
도 3 및 도 4는 각각 돌출되고 평평한 두 개의 도면으로서, 암(49)의 필러 또는 센서(51)가 캘리브레이션 장치(30)의 받침대(34, 35)에 근접한 위치에서 수직축(52) 주위로 회전되는 게이지(47)를 예시한다.
여기서, 받침대(34, 35)의 위치는, 측정되어야 하는 실린더(48)의 지름에 매우 근접한 공칭 수치(가령, 실린더의 제작 도면에 표시된 공칭 지름과 동일함)로 교정된다(모터(36,37)에 영향을 미침). 이러한 수치는, 광학 라인(44, 45)을 따라 슬라이딩 이동됨으로써, 받침대(34, 35)들 사이의 거리를 판독하는 리더(42, 43)를 통하여 닫힌 링(closed ring)으로 제어된다.
이후, 모든 게이지가 구비된 작동 장치(activation device)에 의하여, 게이지(47)의 암(49)들은, 도 5, 6의 위치에서, 화살표(53)의 방향으로 닫히도록 적절하게 구동되어, 필러 또는 센서(51)가 받침대(34, 35)와 접촉하게 한다.
상기 요소들이 접촉하지 않는 필러 또는 센서(51)라면, 이들은 받침대(34, 35)에 상대적으로 근접하게 위치되어, 자체의 측정 범위 내에 진입하도록 할 수 있다.
이와 같이, 샘플 측정값(프리셋 측정값)은 게이지(47)에 의하여 나타나고, 다른 기하학적 특징들 중에서 실제값이 측정되어야 하는 실린더(48)의 절대 지름에 매우 근접하다.
이제, 암(49)은 화살표(54)의 방향으로 병진 운동하여, 도 7, 8에 도시된 위치로 되고, 그 뒤, 수직축(52) 주위로 연속으로 회전하여, 화살표(55)로 표시된 것과 같이 도 9-11의 위치가 된다.
상기 위치에서, 암(49)은 실린더(48)에 대해 수직이며, 접촉하지 않는 필러 또는 센서(51)는, 실린더(48)로부터 특정 거리에서, 실린더(48)에 대하여 지름 방향으로 맞은편 위치에 배열된다.
게이지(47)의 지지 트롤리(B)는, 암(49)이 개방되어 게이지(47)가 실린더(48)의 단부와 일치될 때까지, 즉, 실린더(48)의 측정 영역의 시작 부분(도 12-14)으로 올 때까지, 화살표(57)의 방향으로 병진 운동한다.
이제, 게이지(47)의 암(49)은, 모든 게이지(47)들이 구비된 메커니즘에 의하여, 화살표(58) 방향으로 병진 운동되어, 실린더(48) 상에서 도 15-17의 위치에 근접하게 된다.
따라서, 게이지(47)가 화살표(59)의 방향으로 병진운동함으로써, 측정 사이클에 의한 실린더의 섹션들에서, 실린더(48)의 프로파일 및 실린더(48)의 절대 지름을 나타내는 것이 가능하며, 또한 측정 사이클에 의한 섹션에서 실린더(48)의 원형도(rotundity) 및 편심도(eccentricity)도 가능하고, 일반적으로, 테이블 단부 피스-홀더(piece-holder) 헤드 쪽, 테이블 중심, 테이블 단부 반대편 끝단 쪽(tip-side)(도 18-23)이다.
여기서, 측정 사이클은 종료된다.
따라서, 본 발명의 상세한 설명의 전반부에 제시된 목적이 달성되었다.
본 발명의 기본적인 이점은, 이동 가능한 받침대(34, 35) 덕분에 캘리브레이션 장치(30)의 제어된 위치로, 게이지(47)의 암(49)이 측정되어야 하는 값에 근접한 측정값이 될 수 있도록 하여, 공지된 시스템으로 수행될 때, 측정값의 정확도가 없는 시스템 오류를 최소화하거나, 거의 제거하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 캘리브레이션 장치(30)는 공지된 타입의 임의의 게이지와 조합하여 사용될 수 있다.
본 발명의 보호 범위는 후술하는 청구항에 의해 정의된다.

Claims (3)

  1. 실린더의 지름, 프로파일, 원형도 및 편심도 오류와 같은 기하학적 특징의 측정 게이지(47)를 위한 캘리브레이션 장치(30)로서, 게이지(47)는 자유 단부에 필러(feeler) 또는 센서(51)들이 구비된 한 쌍의 이동 가능한 암(49)을 포함하는 캘리브레이션 장치(30)에 있어서,
    캘리브레이션 장치(30)는 한 쌍의 받침대(34, 35)를 포함하되, 한 쌍의 받침대(34, 35)는, 받침대(34, 35)와 상호 작동하는 측정 수단(42, 43; 44, 45)에 의해 나타난 샘플 측정값이 캘리브레이션 장치(30)가 조립된 게이지(47)의 측정 범위 내에서 얻어질 때까지, 모터(36, 37)에 의해 상호적으로 구동될 수 있으며, 상기 샘플 측정값을 감지하기 위해 필러 또는 센서(51)는 받침대(34, 35)에 근접하게 배열되는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치(30).
  2. 제1항에 있어서, 받침대(34, 35)는 나사(38, 39)가 조여지는 암나사(40, 41)와 작동 가능하게 결합되어 모터(36, 37)에 의해 회전되는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치(30).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 측정 수단(42, 43; 44, 45)은 받침대(34, 35)와 일체로 구성되고 캘리브레이션 장치(30)의 지지 구조물(31)과 결합된 광학 라인(44, 45)과 상호 작동하는 리더(42, 43))를 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 장치(30).
KR1020137001902A 2010-08-02 2011-07-07 실린더의 지름 및 다른 기하학적 특징의 측정 게이지를 위한 캘리브레이션 장치 KR101848107B1 (ko)

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