KR101944080B1 - 형상측정기 - Google Patents

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KR101944080B1 KR1020180086055A KR20180086055A KR101944080B1 KR 101944080 B1 KR101944080 B1 KR 101944080B1 KR 1020180086055 A KR1020180086055 A KR 1020180086055A KR 20180086055 A KR20180086055 A KR 20180086055A KR 101944080 B1 KR101944080 B1 KR 101944080B1
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Abstract

본 발명은 형상측정기에 관한 것으로서, 구동본체(130)와; 피측정대상과 접촉하는 스타일러스(111)와, 상기 스타일러스(111)가 상기 피측정대상과 접촉하도록 상기 스타일러스(111)를 지지하는 암(113)을 갖는 측정암부(110)와; 상기 암(113)의 단부에 결합되는 측정암지지부(120)와; 상기 측정암지지부(120)를 상기 구동본체(130)에 대해 회동가능하게 지지하는 피봇(121)과; 상기 측정암지지부(120)가 피봇(121)에 대해 상하로 회동되게 하여 상기 스타일러스(111)가 상기 피측정대상을 따라 이동되도록 조절하는 액츄에이터부(140)를 포함하되, 상기 액츄에이터부(140)는, 격벽(141a)에 의해 상부공간과 하부공간으로 구획된 케이싱(141)과; 상기 케이싱(141)과 상기 측정암지지부(120)를 연결하는 암결합베이스(142)와; 상기 상부공간에 구비되는 상부액츄에이터(143)와; 상기 하부공간에 구비되는 하부액츄에이터(145)를 포함하며, 상기 상부액츄에이터(143)와 상기 하부액츄에이터(145)는 각각, 자석결합판(143a,145a)과; 상기 자석결합판(143a,145a)의 상부에 구비되는 제1자석(143b,145a)과; 상기 자석결합판(143a,145a)의 하부에 구비되는 제2자석(143c,145c)과; 상기 암결합베이스(142)와 결합되며 상기 자석결합판(143a,145a)을 감싸는 코일(143d,145d)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

형상측정기{SHAPE MEASUREMENT APPARATUS}
본 발명은 형상측정기에 관한 것으로서, 보다 자세히는 급격한 단차가 있는 피측정물의 형상을 측정할 때 스타일러스의 파손을 방지하고 안정적인 이동이 가능하게 액츄에이터의 구조가 개선된 형상측정기에 관한 것이다.
형상측정기는 물체의 형상을 빠르고 정확하게 측정하여 피측정물의 형상 정보를 2차원 공간 좌표 형태로 얻는 장비이다. 형상측정기는 가공된 제품이나 부품의 형상 측정 결과를 설계된 형상치수와 비교하여 가공정밀도를 평가하는데 이용하거나 도면 등의 설계 자료가 없는 제품의 역설계 등에 이용된다.
형상측정기의 일례가 등록특허 제10-1217217호 "접촉식 표면형상측정기의 측정력 자동 보정장치"에 개시된 바 있다.
도 1은 종래 형상측정기(10)의 일례를 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 종래 형상측정기(10)는 암(12)의 단부에 스타일러스(11)가 구비되고, 암(12)이 측정암지지부(13)에 결합된다. 측정암지지부(13)는 피봇(15)에 의해 구동본체(19)에 결합되고, 액츄에이터(17)가 베이스판(16)을 통해 측정암지지부(13)와 결합된다.
종래 형상측정기(10)는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 액츄에이터(17)의 힘에 의해 스타일러스(11)가 피봇(15)을 중심으로 아래로 이동하거나, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 액츄에이터(17)의 힘에 의해 스타일러스(11)가 피봇(15)을 중심으로 위로 움직인다. 이에 의해 액츄에이터(17)는 스타일러스(11)와 피측정물(A)의 표면을 따라 이동하게 된다.
도 3은 종래 형상측정기(10)의 액츄에이터(17)의 구성과 동작과정을 도시한 예시도이다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 종래 형상측정기(10)는 지지판(17a)의 상하에 자석(17b)이 구비되고, 지지판(17a)의 외부를 코일(17c)이 감싸게 구비된다. 이 상태에서 코일(17c)로 시계방향의 전류를 인가하면, 코일(17c)은 위쪽으로 움직인다. 코일(17c)에 베이스판(16)이 결합되므로 베이스판(16)이 상방향으로 이동하면 피봇(15)을 중심으로 스타일러스(11)는 아래로 향하게 된다.
반대로, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 코일(17c)에 반시계방향으로 전류가 인가되면, 코일(17c)은 아래로 움직이고, 스타일러스(11)는 상방향으로 이동하게 된다.
즉, 종래 액츄에이터(17)는 1개의 코일(17c)을 이용하여 코일(17c)에 흐르는 전류의 방향을 바꿔 스타일러스(11)의 방향을 조절하고, 코일(17c)에 흐르는 전류세기를 조절하여 측정력을 제어하였다.
그런데, 종래 액츄에이터(17)는 도 4에 도시된 바와 같이 측정력을 아래 방향으로 향하게 조절한 다음 X축 방향으로 피측정물(A)에 대한 표면측정을 진행할 경우, 스타일러스(11)가 피측정물(A)의 단차면(a)을 만나게 되면 스타일러스(11)가 아래로 추락하는 문제가 발생한다. 이 경우, 스타일러스(11)의 단부 부분이 파손되는 문제가 있다.
파손이 발생되는 이유는 측정력을 아래 방향으로 향하도록 코일(17c)의 전류 흐름을 제어하고 있는 상태에서 파손을 방지하기 위해 코일(17c)의 전류방향을 급작스럽게 바꿀 수 없기 때문이다. 만일, 급작스럽게 코일(17c)의 전류방향을 바꿀 경우 암(12)은 위아래로 심하게 시소 운동을 하게 된다.
또한, 1개 코일(17c)을 사용하는 종래 액츄에이터(17)는 정밀한 모션 제어를 위해 PID 제어를 하게 되는데 특히 D제어(미분제어)를 할 때, 코일(17c)이 떨리는 공진음이 발생한다. 경우에 따라서는 암(12)의 외란으로 인해 코일(17c)의 전류 방향을 바꾸는 경계 지점에서는 암(12)이 떨리는 이상 현상을 만들어 내게 된다. 이는 측정 시 오차를 발생하거나, 암(12)의 떨림으로 스타일러스(11)의 끝부분을 파손 시키게 된다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 피측정물의 단차면에서 스타일러스의 추락을 방지하고 안정적인 측정이 가능한 형상측정기를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명의 목적은 형상측정기에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 형상측정기는, 구동본체(130)와; 피측정대상과 접촉하는 스타일러스(111)와, 상기 스타일러스(111)가 상기 피측정대상과 접촉하도록 상기 스타일러스(111)를 지지하는 암(113)을 갖는 측정암부(110)와; 상기 암(113)의 단부에 결합되는 측정암지지부(120)와; 상기 측정암지지부(120)를 상기 구동본체(130)에 대해 회동가능하게 지지하는 피봇(121)과; 상기 측정암지지부(120)가 피봇(121)에 대해 상하로 회동되게 하여 상기 스타일러스(111)가 상기 피측정대상을 따라 이동되도록 조절하는 액츄에이터부(140)를 포함하되, 상기 액츄에이터부(140)는, 격벽(141a)에 의해 상부공간과 하부공간으로 구획된 케이싱(141)과; 상기 케이싱(141)과 상기 측정암지지부(120)를 연결하는 암결합베이스(142)와; 상기 상부공간에 구비되는 상부액츄에이터(143)와; 상기 하부공간에 구비되는 하부액츄에이터(145)를 포함하며, 상기 상부액츄에이터(143)와 상기 하부액츄에이터(145)는 각각, 자석결합판(143a,145a)과; 상기 자석결합판(143a,145a)의 상부에 구비되는 제1자석(143b,145a)과; 상기 자석결합판(143a,145a)의 하부에 구비되는 제2자석(143c,145c)과; 상기 암결합베이스(142)와 결합되며 상기 자석결합판(143a,145a)을 감싸는 코일(143d,145d)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부액츄에이터(143)와 상기 하부액츄에이터(145)는 각 코일(143d,145d)에 흐르는 전류방향을 반대로 하고, 각 코일(143d,145d)에 흐르는 전류의 세기를 다르게 하여 상기 스타일러스(111)의 이동방향과 측정력을 조절한다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부액츄에이터(143)와 상기 하부액츄에이터(145)는 각 코일(143d,145d)에 흐르는 전류방향을 반대로 하고, 각 코일(143d,145d)에 흐르는 전류의 세기를 다르게 하여 상기 스타일러스(111)의 이동방향을 조절한다.
본 발명에 따른 형상측정기는 액츄에이터부가 상하로 구분된 두 개의 액츄에이터로 이루어진다. 두 개의 액츄에이터는 각각의 코일로 서로 다른 방향의 전류를 인가하고, 인가되는 전류값만 조절하여 스타일러스의 이동방향과 측정력을 제어한다.
이에 따라 단차면에서 스타일러스가 낙하되지 않고 공중에서 멈추게 되어 스타일러스가 손상되던 종래 문제를 해결할 수 있다. 또한, 갑작스런 방향 전환이 필요없으므로 종래 암이 시소운동을 하던 문제도 해결할 수 있다.
도 1은 종래 형상측정기의 구성을 개략적으로 도시한 개략도,
도 2는 종래 형상측정기의 동작과정을 개략적으로 도시한 개략도,
도 3은 종래 형상측정기의 액츄에이터의 구성과 동작과정을 도시한 예시도,
도 4는 종래 형상측정기의 피측정물의 단차면에서의 움직임을 도시한 예시도,
도 5는 본 발명에 따른 형상측정기의 구성을 도시한 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 액츄에이터부의 구성을 도시한 개략도,
도 7은 본 발명에 따른 형상측정기의 피측정물의 단차면에서의 움직임을 도시한 예시도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 5는 본 발명에 따른 형상측정기(100)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 형상측정기(100)는 암(113)에 결합된 스타일러스(111)가 피측정물(A)의 표면을 따라 이동하며 피측정물(A) 표면 형상을 좌표로 형성한다.
본 발명에 따른 형상측정기(100)는 스타일러스(111)가 결합된 측정암부(110)와, 측정암부(110)와 결합된 측정암지지부(120)와, 스타일러스(111)와 측정암지지부(120)를 지지하는 구동본체(130)와, 구동본체(130)에 결합되어 스타일러스(111)가 피측정물(A) 표면을 따라 이동하도록 측정력을 인가하는 액츄에이터부(140)를 포함한다.
측정암부(110)는 피측정물(A)과 접촉하는 스타일러스(111)와, 스타일러스(111)를 지지하는 암(113)을 포함한다.
측정암지지부(120)는 측정암부(110)와 암결합베이스(142), 제1코일(143d), 제2코일(145d)을 연결하며, 측정암부(110)가 피측정물(A) 표면을 따라 이동되도록 지지한다. 측정암지지부(120)는 구동본체(130)에 고정결합된다. 액츄에이터부(140)는 도면에 도시되지 않은 X축구동부(미도시), Z축구동부(미도시)와 결합되어 측정암부(110)가 피측정물(A)의 2차원 형상을 측정할 수 있게 지지한다.
측정암지지부(120)와 구동본체(130)는 피봇(121)에 의해 결합된다. 피봇(121)은 구동본체(130)를 관통하여 결합되며, 측정암(113)이 결합된 측정암부(110)가 회동될 수 있게 지지한다.
액츄에이터부(140)는 스타일러스(111)가 피측정물(A) 표면을 따라 이동시 일정한 측정력이 가해질 수 있도록 측정력을 조절한다.
도 6은 액츄에이터부(140)의 단면구성을 도시한 단면도이다. 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 액츄에이터부(140)는 케이싱(141)과, 케이싱(141)의 내부에 구비된 상부액츄에이터(143)와 하부액츄에이터(145)를 포함한다.
케이싱(141)은 격벽(141a)에 의해 상하로 구획된다. 상하로 구획된 각 공간에 상부액츄에이터(143)와 하부액츄에이터(145)가 수용된다. 상부액츄에이터(143)는 상부자석결합판(143a)과, 상부자석결합판(143a)의 상하에 각각 배치되는 상부제1자석(143b) 및 상부제2자석(143c)과, 상부자석결합판(143a)의 외부를 감싸게 배치되는 제1코일(143d)을 포함한다.
하부액츄에이터(145)는 하부자석결합판(145a)과, 하부자석결합판(145a)의 상하에 각각 배치되는 하부제1자석(145b) 및 하부제2자석(145c)과, 하부자석결합판(145a)의 외부를 감싸게 배치되는 제2코일(145d)을 포함한다.
제1코일(143d)과 제2코일(145d)은 함께 암결합베이스(142)와 연결된다. 암결합베이스(142)는 측정암지지부(120)의 하부에 결합되며, 피봇(121)에 결합된다. 케이싱(141)은 구동본체(130)에 고정결합되고, 전류인가방향에 따라 제1코일(143d)과 제2코일(145d)이 상하로 이동된다. 제1코일(143d)과 제2코일(145d)이 이동방향에 따라 암결합베이스(142)가 피봇(121)을 중심으로 회동하게 되고, 이에 연동하여 스타일러스(111)도 상하로 이동하게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 액츄에이터부(140)는 상부액츄에이터(143)와 하부액츄에이터(145)가 상하로 각각 구비되고, 서로 다른 방향의 전류가 인가된다. 즉, 상부액츄에이터(143)의 제1코일(143d)에 시계방향의 전류가 인가되면, 하부액츄에이터(145)의 제2코일(145d)에 반시계방향의 전류가 인가된다.
이렇게 반대방향의 전류가 인가되면, 제1코일(143d)과 제2코일(145d)은 서로 반대방향으로 움직이게 된다. 특히, 반대방향으로 동일한 전류를 인가하면 제1코일(143d)과 제2코일(145d)은 케이싱(141)의 중간에 위치되므로 암결합베이스(142)가 피봇(121)에 수평하게 위치되고, 스타일러스(111)도 수평상태를 이룬다. .
반면, 제1코일(143d)에 흐르는 전류량을 제2코일(145d)에 흐르는 전류량 보다 줄이게 되면, 제1코일(143d)과 제2코일(145d)은 함께 아래로 움직이게 된다. 제1코일(143d)과 제2코일(145d)이 아래로 움직이게 되면, 피봇(121)의 반대방향에 위치된 스타일러스(111)는 상방향으로 이동된다.
반대로, 제1코일(143d)에 흐르는 전류량을 제2코일(145d)에 흐르는 전류량 보다 크게 하면, 제1코일(143d)과 제2코일(145d)은 함께 위로 움직이게 된다. 이에 의해 스타일러스(111)는 하부방향으로 이동된다.
즉, 본 발명에 따른 액츄에이터부(140)는 두 개의 코일(143d,145d)의 전류방향은 서로 다른 방향으로 고정시키고, 전류의 세기만을 조절하여 스타일러스의 방향을 바꾸거나 측정력을 조절하게 된다.
아래방향으로 측정력을 키우고 싶을 경우 제1코일(143d)의 전류값을 증가시키고, 윗방향으로 측정력을 키우고 싶을 경우 제2코일(145d)의 전류값을 증가시킨다.
이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 형상측정기(100)를 이용한 피측정물(A)의 측정과정을 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이 스타일러스(111)를 피측정물(A)의 상부에 위치시키고자 할 때, 작업자는 스타일러스(111)를 액츄에이터부(140)의 케이싱(141)의 중간에 위치시킨다. 이를 위해 제1코일(143d)과 제2코일(145d)에 동일한 전류를 인가한다.
일례로, 제1코일(143d)과 제2코일(145d)에 각각 50의 전류값을 인가한 것으로 예시한다. 동일한 값의 반대방향 전류가 인가되므로, 피봇(121)을 중심으로 암결합베이스(142)는 수평상태를 이루고, 스타일러스(111)는 수평하게 위치된다. 수평한 스타일러스(111)는 피측정물(A)의 측정시작 위치에 위치시킨다.
스타일러스(111)가 측정시작 위치에 위치되면 측정력을 인가해야 한다. 측정력을 인가해야 스타일러스(111)가 피측정물(A) 표면에 밀착된 상태로 이동하기 때문이다. 도 7에 도시된 사각형 형상의 피측정물(A)을 측정하는 경우, 아랫방향의 측정력을 인가하게 된다.
이를 위해 작업자는 제1코일(143d)의 전류량을 70으로 상승시키고, 제2코일(145d)의 전류량을 50으로 유지시킨다. 이 경우, 제1코일(143d)의 전류량이 20만큼 많으므로 제2코일(145d)의 전류량보다 20 많은 만큼 아랫방향으로 측정력이 인가된다.
이 상태로 구동본체(130)가 X축방향으로 이동하면, 스타일러스(111)는 이를 따라 이동하며 피측정물(A) 표면을 측정하게 된다.
측정 중에, 단차면을 만나게 되면 스타일러스(111)는 제2코일(145d) 보다 20 많은 만큼에 대응되는 위치만 하부로 이동한 상태에서 멈추게 된다.
앞서 도 4에 도시된 종래 형상측정기(10)는 피측정물(A)을 측정하기 위해 코일(17c)에 하부방향의 측정력을 인가하기 위해 50의 전류를 인가하게 된다. 이 경우, 단차면을 만나면 50의 값만큼 하부로 이동하게 되므로 하부로 낙하하게 된다.
반면, 본 발명의 액츄에이터부(140)는 제1코일(143d)과 제2코일(145d)이 서로 상쇄하는 방향으로 힘을 작용하므로 스타일러스(111)가 아래로 추락하지 않고 상대적으로 큰 전류값과의 차이만큼만 이동한 후 공중에서 멈추게 된다.
이에 따라 종래 단차면에서 스타일러스가 추락하여 스타일러스가 손상되던 문제를 해결할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 형상측정기는 액츄에이터부가 상하로 구분된 두 개의 액츄에이터로 이루어진다. 두 개의 액츄에이터는 각각의 코일로 서로 다른 방향의 전류를 인가하고, 인가되는 전류값만 조절하여 스타일러스의 이동방향과 측정력을 제어한다.
이에 따라 단차면에서 스타일러스가 낙하되지 않고 공중에서 멈추게 되어 스타일러스가 손상되던 종래 문제를 해결할 수 있다. 또한, 갑작스런 방향 전환이 필요없으므로 종래 암이 시소운동을 하던 문제도 해결할 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 형상측정기의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 형상측정기 110 : 측정암부
111 : 스타일러스 113 : 암
120 : 측정암지지부 121 : 피봇
130 : 구동본체 140 : 액츄에이터부
141 : 케이싱 141a : 격벽
142 : 암결합베이스 143 : 상부액츄에이터
143a : 상부자석결합판 143b : 상부제1자석
143c : 상부제2자석 143d : 제1코일
145 : 하부액츄에이터 145a : 하부자석결합판
145b : 하부제1자석 145c : 하부제2자석
145d : 제2코일

Claims (3)

  1. 구동본체(130)와;
    피측정대상과 접촉하는 스타일러스(111)와, 상기 스타일러스(111)가 상기 피측정대상과 접촉하도록 상기 스타일러스(111)를 지지하는 암(113)을 갖는 측정암부(110)와;
    상기 암(113)의 단부에 결합되는 측정암지지부(120)와;
    상기 측정암지지부(120)를 상기 구동본체(130)에 대해 회동가능하게 지지하는 피봇(121)과;
    상기 측정암지지부(120)가 피봇(121)에 대해 상하로 회동되게 하여 상기 스타일러스(111)가 상기 피측정대상을 따라 이동되도록 조절하는 액츄에이터부(140)를 포함하되,
    상기 액츄에이터부(140)는,
    격벽(141a)에 의해 상부공간과 하부공간으로 구획된 케이싱(141)과;
    상기 케이싱(141)과 상기 측정암지지부(120)를 연결하는 암결합베이스(142)와;
    상기 상부공간에 구비되는 상부액츄에이터(143)와;
    상기 하부공간에 구비되는 하부액츄에이터(145)를 포함하며,
    상기 상부액츄에이터(143)와 상기 하부액츄에이터(145)는 각각,
    자석결합판(143a,145a)과;
    상기 자석결합판(143a,145a)의 상부에 구비되는 제1자석(143b,145a)과;
    상기 자석결합판(143a,145a)의 하부에 구비되는 제2자석(143c,145c)과;
    상기 암결합베이스(142)와 결합되며 상기 자석결합판(143a,145a)을 감싸는 코일(143d,145d)을 포함하고,
    상기 상부액츄에이터(143)와 상기 하부액츄에이터(145)는 각 코일(143d,145d)에 흐르는 전류방향을 반대로 하고, 각 코일에 흐르는 전류의 세기를 다르게 하여 상기 스타일러스(111)의 이동방향과 측정력을 조절하되,
    상기 상부액츄에이터(143)의 코일(143d)과 상기 하부액츄에이터(145)의 코일(145d)에 흐르는 전류량이 같으면 상기 스타일러스(111)는 수평상태를 이루고,
    상기 상부액츄에이터(143)의 코일(143d)에 흐르는 전류량이 상기 하부액츄에이터(145)의 코일(145d)에 흐르는 전류량보다 크면 상기 스타일러스(111)는 하부방향으로 이동하고,
    상기 상부액츄에이터(143)의 코일(143d)에 흐르는 전류량이 상기 하부액츄에이터(145)의 코일(145d)에 흐르는 전류량보다 작으면 상기 스타일러스(111)는 상부방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 형상측정기.
  2. 삭제
  3. 삭제
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