KR102104800B1 - 나사홀 검사 시스템 - Google Patents

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KR102104800B1
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이상윤
양재하
김종혁
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이상윤
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Abstract

본 발명은 나사홀 검사 시스템에 관한 것으로, 가공물의 나사홀에 삽입되는 측정게이지가 일단에 형성되는 나사홀 검사 장치, 상기 가공물과 상기 나사홀 검사 장치의 상대 위치를 변경하는 구동장치 및 상기 나사홀 검사 장치의 상태를 측정하는 센서부를 포함하되, 상기 센서부가 상기 측정게이지의 나사산을 측정하도록 마련되어, 나사홀의 불량 또는 나사홀을 가공한 나사탭의 불량을 검출함과 더불어 파손된 측정게이지로 인하여 제품의 나사홀의 불량이 야기되는 것을 미연에 방지할 수 있는 나사홀 검사 시스템과 이를 이용한 측정게이지의 실시간 검증 방법이다.

Description

나사홀 검사 시스템{SCREW HOLE IASPECTIOA SYSTEM}
본 발명은 나사홀 검사 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히는 가공된 가공물의 나사홀을 측정하여 정상 상태를 판별하는 나사홀 검사 시스템에 관한 것이다.
하나의 장치는 다수의 부품들이 접합되어 전체가 구성되도록 이루어진다. 이때 다수의 부품들은 나사 접합이나 용접 접합 등의 방식으로 결합된다. 여기서 나사 접합은 볼트와 너트 각각에 수나사와 암나사를 형성하여 물체 사이를 접합하는 방식과, 수나사가 형성된 스크류를 암나사가 형성된 나사홀에 체결하는 방식 등으로 구분될 수 있다.
그리고 공작물에 나사홀을 형성하기 위해서는 일반적으로 나사 탭을 이용한 태핑(TappiAg) 가공 공정이 사용된다. 이때 상기 태핑 가공은, 드릴링 가공을 이용하여 공작물에 홀을 형성한 뒤에 공정이 이루어질 수 있다. 여기서 상기 태핑 가공에서 사용되는 나사 탭은, 핸드탭, 포인드탭 및 스파이럴탭 등 사용 용도에 따라 다양한 종류로 구성되며, 공작물의 소재에 따라서도 다양한 재질로 구성될 수 있다.
하지만 공작물의 나사홀은 동일한 나사 탭을 이용하더라도 최종 결과물에 불량이 발생되는 문제점이 있다. 이러한 불량은 나사홀 가공 시에 발생되는 오차에 의한 나사홀의 깊이 차이나, 나사 탭의 파손에 의해 발생되는 나사산의 형상 변형, 공작물의 가공 시 제품의 크랙으로 인하여 발생되는 등 여러 형태로 발생하였다. 그리고 이와 같은 불량으로 인하여 조립오차가 허용 공차를 벗어나 조립이 불가하거나, 기기 자체가 오작동 되어 막대한 손해로 파생되는 문제점이 있었다.
이에 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 현재 한국공개특허공보 제10-2019-0004099호("나사산 검사유닛 및 이를 구비한 검사장치 및 검사장치를 이용한 검사방법", '이하 선행기술이라 함') 등에서는 가공물의 나사홀을 검사하도록 제공되는 장치들이 개시되어 있다.
도 1을 참조하여 선행기술을 간략히 설명하자면, 선행기술의 나사산 검사장치는, 나사산 검사유닛(1), 센서부(2) 및 이송부(3)를 포함하여 구성된다. 그리고 상기 나사산 검사유닛(1)은 피검사체의 암나사 홀에 삽입되는 공구가 형성되고, 상기 센서부(2)는 상기 나사산 검사유닛(1)의 회전상태를 감지하며, 상기 이송부(3)는 상기 나사산 검사유닛(1) 및 센서부(2)를 이송하도록 마련된다. 그리고 선행기술은 나사산 검사유닛을 이용하여 피검사체의 암나사 홀 상태를 판별하고 센서부를 통해 검증하도록 마련되는 장점이 있다.
현재 공작물의 가공 공정은 자동화 시스템을 통해 양산되는 경우가 많으며, 공작물이 태핑 가공된 가공물의 경우에도 나사홀 상태를 검증하기 위해서는 자동화 시스템을 도입하여 보다 정밀한 검증이 신속하게 이루어지도록 제공되고 있다. 이에 따라 반복적으로 사용되는 검사유닛의 게이지에 마모가 발생되는 문제점이 있다. 하지만 현재 개시된 기술에는, 센서부를 통해 게이지의 공회전 발생여부 등을 통해 마모를 간접적으로 파악하는 한계점이 있으며, 게이지의 공회전은 나사홀의 불량에서도 발생되므로 명확한 판별이 어려운 문제점이 있다.
KR 10-2019-0004099 A ("나사산 검사유닛 및 이를 구비한 검사장치 및 검사장치를 이용한 검사방법") 2019.01.11.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 측정게이지의 나사산 상태를 직접 판별하는 제1감지센서와, 장치의 공회전 발생여부를 판별하는 제2감지센서를 통해 실시간 검사에서 발생되는 다양한 형태의 불량을 정확하게 검증할 수 있는 나사홀 검사 시스템과 이를 이용한 측정게이지의 실시간 검증 방법에 관한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나사홀 검사 시스템은, 가공물(20)의 나사홀(21)에 삽입되는 측정게이지(220a)가 일단에 형성되는 나사홀 검사 장치(200), 상기 가공물(20)과 상기 나사홀 검사 장치(200)의 상대 위치를 변경하는 구동장치(100) 및 상기 나사홀 검사 장치(200)의 상태를 측정하는 센서부(400)를 포함하며, 상기 센서부(400)는 상기 측정게이지(220a)의 나사산 상태를 측정할 수 있다.
이때, 상기 센서부(400)는 상기 측정게이지(220a)의 양측에 각각 배치되는 광학카메라(411) 및 조명부(412)로 구성되는 제1감지센서(410)를 포함하고, 상기 광학카메라(411) 및 조명부(412)는 상기 측정게이지(220a)를 기준으로 양측에서 서로 대향하도록 배치되어, 상기 광학카메라(411)가 상기 측정게이지(220a)의 역광에 따른 실루엣을 촬영할 수 있다.
여기서, 상기 센서부(400)는 상기 가공물(20)의 나사홀(21) 내 상기 측정게이지(220a)의 삽입깊이를 측정하는 제2감지센서(420)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동장치(100)는 상기 가공물(20)과 상기 나사홀 검사 장치(200)의 상대 위치 중, 제1방향(x), 제2방향(y) 및 제3방향(z) 각각에 대한 상대 위치 조절하는 3개의 조절장치(110,120,130)를 포함하고, 상기 제3방향(z)은 상하 방향으로 형성되되, 3개의 조절장치(110,120,130) 중 상하조절장치(130)가 상기 나사홀 검사 장치(200)의 상하 위치를 제어할 수 있다.
또한, 상기 구동장치(100)는 상기 상하조절장치(130)와 결합되어 상하로 이동하는 구동하우징(140)을 더 포함하며, 상기 구동하우징(140) 상에 상기 나사홀 검사 장치(200)가 회전 가능하도록 결합될 수 있다.
또한, 상기 나사홀 검사 장치(200)는, 회전력을 인가하는 동력원(210a)을 포함하는 제1몸체(210) 및 상기 동력원(210a)에서 인되는 동력에 의해 회전하는 측정게이지(220a)를 포함하는 제2몸체(220)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 나사홀 검사 장치(200)는 상기 제1몸체(210) 및 제2몸체(220) 사이에 결합되는 제3몸체(230)를 더 포함하며, 상기 제3몸체(230)가 제1몸체(210) 상에서 탈착 가능하게 결합되고, 상기 제2몸체(220)가 제3몸체(230) 상에서 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1몸체(210)에는 양단 방향으로 연장되어 탄성력으로 길이를 조절하는 장축스프링(211)이 내장되고, 상기 제3몸체(230)에는 내부 중심부에 배치되는 유니버설조인트(237)와, 상기 유니버설 조인트(237)의 양단에 각각 결합되는 제1인장스프링(236a) 및 제2인장스프링(236b)을 포함하는 텐션조절부(236)가 내장될 수 있다.
또한, 상기 나사홀 검사 장치(200)는 상기 제1몸체(210) 및 제3몸체(230) 사이와, 상기 제3몸체(230) 및 제2몸체(220) 사이에 각각 결합되는 한 쌍의 연결부(240)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 나사홀 검사 장치(200)는 양단이 상하 방향으로 형성되되, 상기 제3몸체(230)는 하단부(231)에 관통홀(232)이 형성되고, 상기 제2몸체(220)는 상단부(221)에 수용홈(222)이 형성되며, 상기 연결부(240)는 상기 관통홀(232)의 내경보다 작은 직경으로 형성되는 적어도 하나 이상의 볼(241)을 포함하여, 상기 제3몸체(230)의 하단부(231)에 제2몸체(220)의 상단부(221)가 삽입되면, 상기 관통홀(232)과 수용홈(222) 사이에 볼(241)이 배치될 수 있다.
또한, 상기 제3몸체(230)의 하단부(231)의 상측에는 상기 하단부(231) 보다 큰 외경으로 형성되는 스토퍼(233)가 배치되고, 상기 연결부(240)는, 상기 스토퍼(233)의 하면에 일단이 배치되어 상기 제3몸체(230)의 하단부(231)를 따라 나선형으로 권회되는 스프링(242)과, 상기 제3몸체(230)의 하단부(231) 외주면에 결합되되 내면에 상기 스프링(242)의 타단이 내부에 배치되는 수용몸체(243)를 더 포함하고, 상기 스프링(242)이 일부 압축되면 상기 관통홀(232) 상의 볼(241)이 내측으로 가압되어 상기 제3몸체(230)의 하단부(231)에 상기 제2몸체(220)의 상단부(221)가 고정될 수 있다.
상술한 구성의 나사홀 검사 시스템을 이용한 본 발명의 측정게이지의 실시간 검증 방법은, 가공물(20)의 나사홀(21)의 상측에 나사홀 검사 장치(200)의 측정게이지(220a)가 배치되도록 상기 구동장치(100)가 제어되는 제1위치조정단계, 나사홀 검사 장치(200)가 상기 구동장치(100)에 의해 하측으로 이송되는 제2위치조정단계, 상기 나사홀 검사 장치(200)의 측정게이지(220a)가 일 방향으로 회전하여 상기 가공물(20)의 나사홀(21)로 인입되는 제1나사홀측정단계 및 상기 나사홀 검사 장치(200)의 측정게이지(220a)가 타 방향으로 회전하여 상기 가공물(20)의 나사홀(21)에서 분리되는 제2나사홀측정단계를 포함하며, 서로 순차적으로 이루어지는 상기 제1위치조정단계, 제2위치조정단계, 제1나사홀측정단계 및 제2나사홀측정단계가 1회 또는 A회 반복되면, 상기 센서부(400)가 상기 측정게이지(220a)의 나사산 상태를 측정할 수 있다.
여기서, 본 발명은 제1나사홀측정단계와 제2나사홀측정단계 사이, 상기 센서부(400)가 상기 나사홀 검사 장치(200)의 이동변위를 측정하는 삽입깊이측정단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명은, 광학카메라를 이용하여 측정게이지의 나사산 상태를 실시간 감지하여, 측정게이지의 불량으로 인한 가공물의 파손을 방지함과 더불어, 보다 정확한 나사홀 검사가 가능한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 제1센서부 및 제2센서부를 이용하여 측정게이지의 나사산 또는 가공물의 나사홀 중 발생되는 불량의 원인을 검증하기가 보다 용이한 장점이 있다.
또한, 본 발명은 제1센서부가 광학카메라가 조명부에서 조사되는 빛의 역광 실루엣을 촬영하도록 마련되어, 이미지 변환 및 검출 시에 보다 정확한 데이터를 추출하여 측정게이지의 나사산 불량을 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 나사홀 검사 장치가 제1몸체, 제2몸체 및 제3몸체로 구분되되 서로 탈착 가능하게 형성되어, 내부에 내장되는 스프링의 유지보수가 보다 용이하면서도, 다양한 측정게이지를 보다 용이하게 교환할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 나사홀 검사 장치의 연결부가 볼과 스프링을 이용한 고정 타입으로 형성되어 교체가 보다 용이한 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 나사산 검사유닛을 구비한 검사장치의 사시도.
도 2는 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 전체 사시도.
도 3은 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 정면도.
도 4는 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 요부 확대도.
도 5는 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 나사홀 검사 장치의 사시도.
도 6은 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 나사홀 검사 장치의 정면도.
도 7은 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 나사홀 검사 장치의 분해도.
도 8은 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 나사홀 검사 장치의 제2몸체 및 제3몸체 분해도.
도 9는 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 따른 나사홀 검사 장치의 투영도.
도 10은 측정게이지의 실시간 검증 방법의 일 실시예에 따른 블록선도.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 나사홀 검사 시스템과 이를 이용한 측정게이지의 실시간 검증 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
이때 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 4는 나사홀 검사 시스템의 일 실시예에 관한 것으로, 도 2는 전체 사시도를, 도 3은 도 2의 정면도를, 도 4는 도 3에서의 센싱부에 대한 요부 확대도를 각각 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 나사홀 검사 시스템(10)은, 구동장치(100), 나사홀 검사 장치(200) 및 가공테이블(300)을 포함할 수 있다. 여기서 상기 가공테이블(300)은 나사홀이 형성된 가공물이 안착되거나 고정되도록 마련될 수 있다. 그리고 상기 나사홀 검사 장치(200)는 나사홀의 나사산을 측정하기 위해서 측정게이지를 구비하되, 상기 측정게이지가 가공물의 나사홀과 대향하도록 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 보다 명확한 설명을 위하여 가공테이블(300)의 상면 상에 가공물이 놓여지고, 상기 나사홀 검사 장치(200)가 가공테이블(300)의 상측에 이격 배치되는 것으로 도시하나, 상하 방향이 아닌 경사진 방향이거나 중력 방향과 수직된 평면 상에서 서로 대향하도록 배치되는 등 다양한 형태로 변경될 수 있다.
상기 구동장치(100)는 상기 나사홀 검사 장치(200)와 가공테이블(300)의 상대 위치를 변경하도록 복수의 조절장치를 포함할 수 있다. 보다 명확하도록 X, Y, Z 3개의 축을 기준으로 설명하자면, 축 조절장치로 구성되는 경우에는 상기 복수의 조절장치는 X, Y, Z 각각의 축에 대한 위치를 가변하도록 3개의 조절장치(110,120,130)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 3개의 조절장치(110,120,130)는 상기 나사홀 검사 장치(200) 및 가공테이블(300) 중 하나의 위치를 조절하여 서로 상대위치가 가변되도록 변경할 수 있다. 여기서 상기 나사홀 검사 장치(200) 및 가공테이블(300)이 상하로 이격된 경우에는, 나사홀 검사 장치(200) 내부 스프링에 의한 탄성력과 중력 및 상하조절장치(130)를 이용한 정밀 제어를 위하여, 3개의 조절장치(110,120,130) 중 상하조절장치(130)가 상기 나사홀 검사 장치(200)에 연결될 수 있다. 아울러 상기 구동장치(100)는 상기 나사홀 검사 장치(200)의 샤프트 축이 회전 가능하도록 결합되는 구동하우징(140)을 더 포함할 수 있다. 이때 상기 구동하우징(140)은 상기 나사홀 검사 장치(200)의 동력원 본체는 고정하고, 상기 동력원 본체가 회전시키는 샤프트 축은 회전될 수 있도록 베어링 결합될 수 있다. 이어 상기 상하조절장치(130)는 상기 구동하우징(140)을 상하로 이동시켜, 상기 구동하우징(140)에 고정 및 회전 결합되는 상기 나사홀 검사 장치(200)가 함께 상하로 구동되도록 제공될 수 있다. 또한 상기 3개의 조절장치(110,120,130) 중 좌우조절장치(110) 및 전후조절장치(120)는, 상술한 바와 같이 상기 나사홀 검사 장치(200) 또는 가공테이블(300)을 조절할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 좌우조절장치(110)가 상기 나사홀 검사 장치(200)를 조절하고, 상기 전후조절장치(120)가 상기 가공테이블(300)을 조절하는 것을 도시하고 있으나 이에 한정하지는 아니한다. 더불어 본 발명의 구동장치(100)는 상기 좌우조절장치(110) 및 전후조절장치(120)가 로봇암 등의 형태로 전후 및 좌우 방향의 평면 상에서 회전 이동이 가능하도록 구성되거나, 상기 가공테이블(300)의 기울기를 조절하는 장치 등이 더 포함될 수도 있다. 또한 본 발명의 나사홀 검사 시스템(10)은 상기 나사홀 검사 장치(200)의 상태를 측정하는 센서부(400)를 더 포함할 수 있으며, 이에 대해서는 후술되는 도 3 및 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 나사홀 검사 시스템(10)은 나사홀 검사 장치(200)의 상태를 측정하는 센서부(400)를 더 포함할 수 있으며, 상기 센서부(400)는 단일의 감지센서 또는 제1감지센서(410) 및 제2감지센서(420)를 포함하는 복수의 감지센서로 구성될 수 있다. 이때 상기 제1감지센서(410)는 상기 나사홀 검사장치(200)의 일단에 구비되되 상술한 나사홀이 가공된 가공물(20)과 대향하도록 배치되는 측정게이지(220a)의 외주면 나사산 상태를 측정할 수 있다. 그리고 상기 제2감지센서(420)는 동력원(210a)으로부터 나사산이 형성된 상기 측정게이지(220a)로 회전력을 인가하는 샤프트 측에 배치되어 상하 방향으로 이동된 변위를 측정할 수 있다.
또한 나사홀 검사 장치(200)는 서로 상하로 배치되는 제1몸체(210) 및 제2몸체(220)로 구분될 수 있다. 여기서 상기 제1몸체(210)는 상기 동력원(210a)을 포함할 수 있으며, 상기 제2본체(220)는 상기 측정게이지(220a)를 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 제1몸체(210)의 동력원(210a)으로부터 발생된 동력이 샤프트의 기계에너지 구동력으로 변환되어 상기 측정게이지(220a)로 전달될 수 있다. 그리고 가공테이블(300)에 안착된 가공물(20)의 나사홀(21) 입구 측으로 상기 측정게이지(220a)가 배치되면, 상기 측정게이지(220a)가 회전함에 따라 외주면의 수나사산이 나사홀(21)의 암나사산과 치합되어 나사홀(21)의 내측으로 인입될 수 있다. 그리고 상기 나사홀 검사 장치(200)는 상기 제1몸체(210)와 제2몸체(220) 사이를 연결하는 제3몸체(230)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제3몸체(230)에 대해서는 후술되는 내용에서 보다 상세히 설명한다.
또한 도 4-(a)에서 도시된 바와 같이 상기 제1감지센서(410)는 상기 제1감지센서(410)는 상기 측정게이지(220a)가 가공물(20)의 나사홀(21) 상에 인입되기 이전 혹은 이후에, 상기 측정게이지(220a)의 외주면 나사산을 측정토록 마련될 수 있다. 여기서 상기 제1감지센서(410)는 광학카메라(411) 및 조명부(412)를 포함할 수 있으며, 상기 광학카메라(411)와 조명부(412)가 상기 측정게이지(220a)를 중심으로 서로 상반된 영역에 배치되되 서로 대향하도록 촬영 및 빛을 조사할 수도 있다. 이에 따라 상기 광학카메라(411)는 상기 조명부(412)로부터 조사되는 빛으로 인하여 발생되는 상기 측정게이지(220a)의 역광 실루엣 이미지를 촬영할 수 있다. 이때 역광 실루엣 이미지는, 촬영 영역에서 측정게이지(220a)가 배치된 영역은 그림자지도록 형성되되 상기 측정게이지(220a)가 배치되지 않은 영역은 발광되는 색으로 촬영될 수 있다. 이에 따라 본 발명은 상기 광학카메라(411)에서 촬영된 이미지에서 그림자 영역과 대응하는 색(예컨대, 검은색 계열)에 대해서는 상기 측정게이지(220a)의 나사산 외주면 영역으로 엣지(Edge)를 추출할 수 있다. 그리고 추출된 엣지 영역을 기반으로 설정된 정상 영역과의 대조를 통해 상기 측정게이지(220a) 나사산 상태가 정상상태인지를 판별할 수 있다. 이에 대해서는 상기 측정게이지(220a)의 최대 직경 및 최소 직경 간의 차이나, 상하 다수의 영역으로 분할하여 추출되는 다수의 최대 직경 및 최소 직경 각각의 평균 값의 차이 등 여러 형태로 산출될 수 있다.
또한 도 4-(b)에서 도시된 바와 같이, 상기 제2감지센서(420)는 동력원(210a)과 측정게이지(220a) 사이의 샤프트 축을 측정하여, 상기 나사홀 검사 장치(200)가 상하 방향으로 이동된 변위를 감지할 수 있다. 부연 설명 하자면, 상기 나사홀 검사 장치(200)는 나사홀 검사를 위해 상기 측정 게이지(220a)가 가공물(20)의 나사홀(21) 입구 측에 배치되는 경우, 상기 측정 게이지(220a)가 하측으로 가압되도록 샤프트가 상하 길이방향으로 가변될 수 있도록 구성될 수 있다. 모터의 샤프트 측의 길이가 가변되는 수단은 다양하게 개시되어 있으며, 다수의 샤프트 간의 결합을 통해 길이방향으로 가변되는 경우를 가정하여 부가 설명하자면 다음과 같다. 복수의 샤프트 중 하나의 샤프트는 모터로 구성된 상기 동력원(210a)의 구동축과 고정결합될 수 있으며, 다른 하나의 샤프트는 상기 하나의 샤프트와 함께 회전되도록 결합될 수 있다. 그리고 상기 다른 하나의 샤프트의 외주면에는 외측으로 돌출된 적어도 하나 이상의 돌출부가 형성될 수 있으며, 상기 하나의 샤프트의 내주면에는 상기 돌출부가 장착되는 홈이 형성되되 홈이 길이방향을 따라 연장된 형태로 구성될 수 있다. 이에 따라 상기 다른 하나의 샤프트는 하나의 샤프트로부터 회전력은 인가받되 연장된 홈을 따라 길이방향으로 가변될 수 있다. 이는 길이방향으로 가변되는 방식 중의 하나를 예거한 것이므로, 이에 한정하지는 아니한다. 이때 상기 제2감지센서(420)는 상기 고정된 하나의 샤프트로부터 상하방향으로 이동되는 다른 하나의 샤프트의 위치를 센싱하도록 마련될 수 있다. 이때 상기 제2감지센서(420)가 변위감지센서로 구성되는 경우에는 각 샤프트 간 또는 샤프트 외면 상에 상하 방향의 일정구간마다 직경을 달리하여 센싱되는 위치를 보다 명확히 하도록 제공될 수도 있으며, 상기 제2감지센서(420)가 카메라로 구성되는 경우에는 샤프트의 외주면에 변위정보를 기입력하여 센싱하도록 제공될 수도 있다.
도 5 내지 도 6은 나사홀 검사 장치의 일 실시예에 관한 것으로, 도 5는 나사홀 검사 장치의 사시도를, 도 6은 나사홀 검사 장치의 정면도를 각각 나타낸다. 도 5 및 도 6을 참조하여 위에서 서술한 나사홀 검사 장치(200)에 대해서 보다 명확히 설명하자면 다음과 같다.
나사홀 검사 장치(200)는, 서로 상하로 배치되는 제1몸체(210) 및 제2몸체(220)를 포함할 수 있으며, 상기 제1몸체(210)와 제2몸체(220) 사이를 연결하는 제3몸체(230)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 제1몸체(210)에는 입력되는 에너지를 기계에너지원으로 변환하는 동력원(210a)이 포함될 수 있으며, 상기 제2몸체(220)에는 가공물의 나사홀과 대응하는 나사산이 형성되는 측정게이지(220a)가 하단부에 배치될 수 있다. 그리고 상기 제1몸체(210)는 상술한 구동하우징(140) 상에 고정 및 회전 가능하게 결합될 수 있다. 이는 상기 제1몸체(210)가 회전 가능하게 결합되거나, 상기 제1몸체(210)의 본체는 상기 구동하우징(140)에 고정 결합되고, 상기 제1몸체(210)의 상기 동력원(210a)과 연결되는 본체 내부의 샤프트가 회전가능하게 배치될 수도 있다. 그리고 상기 샤프트(S)는 상하 길이방향을 따라 길이 조절이 가능하도록 형성되어, 동력이 상기 제3몸체(230)를 거쳐 상기 제2몸체(220)의 측정게이지(220a)로 전달되도록 제공될 수 있다.
본 발명의 나사홀 검사 장치(200)는 상기 제1몸체(210)와 제3몸체(230)가 서로 탈착 가능하게 결합되고, 상기 제2몸체(220)와 제3몸체(230)가 서로 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 이때 본 발명의 나사홀 검사 장치(200)는 상기 제1몸체(210) 및 제3몸체(230) 사이 및, 상기 제2몸체(220) 및 제3몸체(230) 사이를 각각 고정하는 한 쌍의 연결부(240)를 더 포함할 수 있다. 이는 아래의 분해도에 대한 설명을 통해 보다 상세히 설명한다.
도 7 및 도 8은 나사홀 검사 장치의 일 실시예에 관한 것으로, 도 7은 나사홀 검사 장치의 분해도를, 도 8은 제2몸체 및 제3몸체의 분해도를 각각 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상기 제1몸체(210)가 상술한 구동하우징(140) 상에 고정된 상태에서 상기 제3몸체(230)는 상기 제1몸체(210)로부터 분리 및 교체 가능하도록 제공될 수 있다. 이때 상기 제1몸체(210) 및 제3몸체(230) 사이에는 연결부(240)가 결합되어 서로 고정하도록 제공될 수 있다.
그리고 상기 제2몸체(220) 또한 제3몸체(230)로부터 분리 및 교체 가능하도록 제공될 수 있다. 이때에도 상기 제2몸체(220) 및 제3몸체(230) 사이에 연결부(240)가 결합되어 서로 고정하도록 제공될 수 있다. 여기서 상기 제1몸체(210)는 길이가 가변되되 스프링이 내장되어 복원되도록 형성될 수 있으며, 상기 제3몸체(230)가 분리되면 내부의 스프링 및 다른 구성들에 대한 유지보수가 가능한 장점이 있다. 그리고 상기 제2몸체(220)는 가공물(20)의 나사홀(21) 사이즈가 변경되거나 측정게이지(220a)가 파손되면 교체할 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 제3몸체(230)는 내부에 상기 측정게이지(220a)의 텐션을 유지할 수 있는 스프링이 포함될 수 있으며, 상기 제1몸체(210) 및 제2몸체(220)와 분리됨에 따라 위의 스프링을 포함한 여러 부품들이 유지보수될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 제2몸체(220)는 하단에 상기 측정게이지(220a)가 배치되므로 상단부(221)가 형성될 수 있다. 그리고 상기 제3몸체(230) 또한 하단에 하단부(231)가 형성될 수 있으며, 상기 제3몸체(230)의 하단부(231)에 상기 제2몸체(220)의 상단부(221)가 삽입될 수 있다. 그리고 상기 제2몸체(220)의 상단부(221)에는 단일 또는 복수의 수용홈(222)이 외주면에 형성될 수 있으며, 상기 제3몸체(230)의 하단부(231)에는 단일 또는 복수의 관통홀(232)이 형성될 수 있다.
또한 상기 연결부(240)는 단일 또는 복수의 볼(241)을 포함할 수 있다. 그리고 상기 제2몸체(220)의 상단부(221)가 제3몸체(230)의 하단부(231)에 삽입된 상태에서, 상기 볼(241)의 일면은 상기 제2몸체(220)의 수용홈(222) 면에 안착되고, 상기 볼(241)의 타면은 상기 제3몸체(230)의 관통홀(232)의 내면에 안착될 수 있다. 그리고 상기 제3몸체(230)의 관통홀(232) 직경은 상기 볼(241)의 직경보다 작게 형성될 수 있으며, 상기 볼(241)이 구 형태로 구성되므로 상기 제3몸체(230)의 관통홀(232)의 직경보다 작은 영역은 외측으로 돌출될 수 있다. 여기서 상기 볼(241)은 내측 및 외측 방향으로 일정 거리 구동될 수 있도록 제공될 수 있으며, 상기 볼(241)이 외측으로 밀착되면, 볼(241)의 최내면이 상기 제2몸체(220)의 상단부(221)의 외주면보다 외측에 배치되어, 상기 제2몸체(220)가 상기 제3몸체(230)로부터 분리될 수 있다. 아울러 상기 볼(241)이 내측으로 밀착되거나 외측으로 밀착되지 않도록 일부 내측으로 이동된 상태에서는, 상기 볼(241)이 상기 제3몸체(230)의 관통홀(232)과 제2몸체(220)의 수용홈(222) 상에 걸쳐져 서로 고정되도록 제공될 수 있다. 여기서, 내측 및 외측 방향은 샤프트 또는 원통형으로 구성되는 제2몸체(220) 및 제3몸체(230) 평단면의 중심을 기준으로 할 수 있다.
또한 상기 연결부(240)는 스프링(242) 및 수용몸체(243)를 더 포함할 수 있다. 상기 스프링(242)은 상기 제3몸체(230)의 하단부(231)의 외주면을 감싸도록 형성되되, 상하방향을 따라 나선형으로 권회된 형상으로 배치될 수 있다. 아울러 상기 제3몸체(230)는 상기 하단부(231)의 상측에, 상기 하단부(231) 보다 큰 직경의 스토퍼(233)가 형성될 수 있으며, 상기 스프링(242)의 일단은 상기 스토퍼(233)의 저면 상에 고정될 수 있다. 그리고 상기 수용몸체(243)는 중공된 내부에 하부 내경이 상부 내경보다 작게 형성되어 단턱이 형성될 수 있다. 이때 상기 스프링(242)의 타단은 상기 수용몸체(243) 내부 단턱 상에 고정될 수 있으며, 상기 수용몸체(243)가 상측으로 이동되면 상기 스프링(242)이 압축되고, 상기 수용몸체(243)가 하측으로 이동되면 상기 스프링(242)이 인장될 수 있다.
또한 상기 제3몸체(230)의 하단부(231) 상에 형성된 관통홀(232)과 상기 스토퍼(233)의 하면 사이의 상하 길이가, 상기 수용몸체(243)의 단턱 기준 상부의 상하 높이 보다 길게 형성될 수 있다. 이에 따라 상기 제2몸체(220) 및 제3몸체(230)가 서로 결합하면, 상기 수용몸체(243)는 중력 또는 별도의 고정장치를 통해 상기 스프링(242)이 상기 관통홀(232)의 외측에 배치되도록 결합될 수 있다. 그리고 상기 제2몸체(220)를 분리하기 위해서 작업자가 상기 수용몸체(243)를 상승시키면, 스프링(242)의 타단이 상기 관통홀(232)의 보다 상측에 배치되되 상기 수용몸체(243)의 단턱 기준 하부의 내면과 상기 관통홀(232)의 사이에 이격 공간이 형성되어 볼(241)이 외측으로 밀착되도록 제공될 수 있다. 또한 상기 제3몸체(230)의 상단부(234)의 수용홈(235)에서 도시된 바와 같이 볼이 수용되는 홈은 볼의 일면과 대응하는 형상으로 구성되거나, 원주방향을 따라 일정하게 파여진 그루브 형태로 형성되는 등 다양하게 변형될 수 있다.
도 9는 나사홀 검사 장치의 일 실시예에 관한 것으로, 도 9는 나사홀 검사 장치의 투영도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 나사홀 검사 장치(200)는 상기 제1몸체(210) 내부에 상하 길이방향으로 연장되는 장축스프링(211)을 포함할 수 있다. 상기 장축스프링(211)은 상술한 바와 같이 길이가 가변되도록 하나의 샤프트의 샤프트와 다른 하나의 샤프트 간의 결합 구조가 구성되는 경우, 일단이 제1몸체(210)의 본체 내부에 고정되고, 타단은 가변되는 다른 하나의 샤프트에 연결될 수 있다. 그리고 나사홀 검사 장치(200)가 상하 방향으로 구동되면 다른 하나의 샤프트는 하나의 샤프트의 상하방향으로 연장된 홈 내에서 중력의 의해 최하 지점에 돌출부가 배치될 수 있다. 아울러 상기 나사홀 검사 장치(200)의 측정게이지(220a)가 가공물의 나사홀 상에 배치되면, 상하조절장치가 상기 나사홀 검사 장치(200)를 보다 하측으로 이송시킬 수 있다. 이때 상기 다른 하나의 샤프트의 돌출부는 상기 하나의 샤프트의 상하방향으로 연장된 홈 상에서 상측으로 이동되어 상하 방향의 길이가 축소될 수 있으며, 이로 인하여 상기 장축스프링(211)이 압축되어 상기 측정게이지(220a)를 하측으로 가압하도록 제공될 수 있다.
또한 본 발명의 나사홀 검사 장치(200)는 상기 제3몸체(230) 내부에 한 쌍의 인장스프링(236a,236b)을 포함하는 텐션조절부(236)와 유니버설 조인트(237)를 포함할 수 있다. 이때 상기 유니버설 조인트(237)는 상기 제3몸체(230)의 본체 상에서 상하로 이동되도록 형성되되, 상기 제1인장스프링(236a)의 양단이 제3몸체(230)의 본체 상부와 상기 유니버설 조인트(237)의 상단에 각각 고정되고, 상기 제2인장스프링(236b)의 양단이 상기 유니버설 조인트(237)의 하단과 제3몸체(230)의 본체 하부와 각각 고정될 수 있다. 이에 따라 상기 제3몸체(230)를 중심으로 상기 제1몸체(210)와 제2몸체(220)와의 결합 텐션을 조절할 수 있다.
도 10은 측정게이지의 실시간 검증 방법의 일 실시예에 관한 것으로, 도 10은 측정 게이지의 실시간 검증 방법의 블록선도를 나타낸다. 본 발명은 상술한 나사홀 검사 장치 및 나사홀 검사 장치를 포함하는 나사홀 검사 시스템을 이용하여 다음과 같은 과정을 통해 가공물의 나사홀 검사와, 측정게이지의 나사산 상태 측정이 동반될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 발명은 제1위치조정단계, 제2위치조정단계, 제1나사홀측정단계 및 제2나사홀측정단계가 서로 순차적으로 이루어지도록 제공될 수 있다. 여기서 공정의 시작의 경우에는 측정게이지와 나사홀의 위치를 조정하고 나사홀을 측정하는 것이 바람직하므로, 자동화 공정이 제1위치조정단계로부터 시작되는 것이 바람직하지만, 반복된 공정 상에서는 중도에 On/Off 되는 경우가 빈번하기 때문에, 별도로 시작 및 종료 시점을 한정하지는 아니한다. 각 단계의 세부적인 설명은 다음과 같다.
상기 제1위치조정단계는 가공물의 나사홀의 상측에 나사홀 검사 장치의 측정게이지가 배치되도록 상기 구동장치가 제어되는 것으로, 가공물의 나사홀은 제어부에 기 입력되거나 별도로 측정하도록 마련되어 타켓 위치를 설정할 수 있다. 그리고 상기 제1위치조정단계에서는 타켓 위치를 설정되면, 측정게이지와 나사홀이 서로 대향하도록 배치하는 것으로, 3축 조절장치의 경우에는 좌우조절장치 및 전후조절장치를 제어하여 상기 나사홀 상측에 측정게이지가 배치되도록 정렬할 수 있다. 이후에는 서로 대향하는 방향이 상하방향인 것으로 가정하고 보다 명확히 설명한다.
상기 제2위치조정단계는 나사홀 검사 장치가 상기 구동장치에 의해 하측으로 이송되는 것으로, 상기 나사홀 검사 장치의 측정게이지의 하단이 나사홀의 입구에 밀착된 상태에서, 일부 더 하강하여 장축스프링 또는 장치의 자중에 의해 측정게이지가 하측으로 가압되도록 제어될 수 있다.
제1나사홀측정단계는 상기 나사홀 검사 장치의 동력원을 이용하여 하측으로 가압되는 측정게이지를 일 방향으로 회전시키는 것으로, 상기 측정게이지의 수나사산이 상기 나사홀의 암나사산을 따라 내측으로 인입될 수 있다. 이때 나사홀의 암나사산이 40회전인 경우, 상기 측정게이지에 동일한 회전 수가 인가되거나 간혹 발생되는 공회전을 고려하여 40회전 보다 많은 회전 수가 인가될 수 있다.
상기 제2나사홀측정단계는 상기 나사홀 검사 장치의 동력원을 이용하여 상기 측정게이지를 타 방향으로 회전시키는 것으로, 상기 측정게이지의 수나사산이 상기 나사홀의 암나사산을 따라 외측으로 분리될 수 있다. 이때 상기 장축스프링은 비교적 인장된 상태이므로 압축력이 작용하여 상기 측정게이지를 상승시키는 탄성력이 작용될 수 있다.
여기서 본 발명은 서로 순차적으로 이루어지는 상기 제1위치조정단계, 제2위치조정단계, 제1나사홀측정단계 및 제2나사홀측정단계가 1회 또는 A회 반복되면, 상기 센서부의 제1감지센서를 이용하여 상기 측정게이지의 나사산 상태를 측정하는 측정게이지검사단계가 이루어질 수 있다. 도면을 참조하면, 상기 제1위치조정단계, 제2위치조정단계, 제1나사홀측정단계 및 제2나사홀측정단계가 이루어지면 제어부에 작업 수(n)에 1회가 가산될 수 있으며, 가산된 이후의 작업 수(n)가 기 설정된 A 이상인 경우에 측정게이지검사단계가 이루어질 수 있다. 그리고 측정게이지검사단계가 이루어지면, 제어부 상에서 작업 수(n)가 0회로 리셋되는 리셋단계가 이어질 수 있다.
또한 본 발명은 제1나사홀측정단계와 제2나사홀측정단계 사이, 상기 센서부의 제2감지센서가 상기 나사홀 검사 장치의 이동변위를 측정하는 삽입깊이측정단계를 더 포함할 수 있다. 상기 삽입깊이측정단계는, 예컨대 40회 권회되는 암나사산이 형성된 나사홀의 깊이가 Bmm인 경우, 센서부의 제2감지센서가 상기 측정게이지가 이동된 변위를 측정하여, 제어부가 측정된 변위 대비 나사홀의 깊이인 Bmm와의 비교를 통해 나사산 마모나 발생된 공회전의 수 등을 산출할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 나사홀 검사 시스템
20 : 가공물 21 : 나사홀
100 : 구동장치
110 : 좌우조절장치
120 : 전후조절장치
130 : 상하조절장치
140 : 구동하우징
200 : 나사홀 검사 장치
210 : 제1몸체 210a : 동력원
211 : 장축스프링
220 : 제2몸체 220a : 측정게이지
221 : 상단부 222 : 수용홈
230 : 제3몸체
231 : 하단부 232 : 관통홀
233 : 스토퍼 234 : 상단부
235 : 수용홈 236 : 텐션조절부
236a : 제1인장스프링 236b : 제2인장스프링
237 : 유니버설 조인트
240 : 연결부
241 : 볼 242 : 스프링
243 : 수용몸체
300 : 가공테이블
400 : 센서부
410 : 제1감지센서
411 : 광학카메라 412 : 조명부
420 : 제2감지센서

Claims (13)

  1. 가공물의 나사홀에 삽입되는 측정게이지가 일단에 형성되는 나사홀 검사 장치;
    상기 가공물과 상기 나사홀 검사 장치의 상대 위치를 변경하는 구동장치; 및
    상기 나사홀 검사 장치의 상태를 측정하는 센서부;
    를 포함하고,
    상기 센서부는 상기 측정게이지의 나사산 상태를 측정하며,
    상기 나사홀 검사 장치는,
    회전력을 인가하는 동력원을 포함하는 제1몸체 및 상기 동력원에서 인가되는 동력에 의해 회전하는 측정게이지를 포함하는 제2몸체를 포함하고,
    상기 나사홀 검사 장치는,
    상기 제1몸체 및 제2몸체 사이에 결합되는 제3몸체를 더 포함하며,
    상기 제3몸체가 제1몸체 상에서 탈착 가능하게 결합되고,
    상기 제2몸체가 제3몸체 상에서 탈착 가능하게 결합되는 나사홀 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 측정게이지의 양측에 각각 배치되는 광학카메라 및 조명부로 구성되는 제1감지센서를 포함하고,
    상기 광학카메라 및 조명부는 상기 측정게이지를 기준으로 양측에서 서로 대향하도록 배치되어,
    상기 광학카메라가 상기 측정게이지의 역광에 따른 실루엣을 촬영하는 나사홀 검사 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 가공물의 나사홀 내 상기 측정게이지의 삽입깊이를 측정하는 제2감지센서를 더 포함하는 나사홀 검사 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구동장치는,
    상기 가공물과 상기 나사홀 검사 장치의 상대 위치 중,
    제1방향, 제2방향 및 제3방향 각각에 대한 상대 위치 조절하는 3개의 조절장치를 포함하고,
    상기 제3방향은 상하 방향으로 형성되되, 3개의 조절장치 중 상하조절장치가 상기 나사홀 검사 장치의 상하 위치를 제어하는 나사홀 검사 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동장치는,
    상기 상하조절장치와 결합되어 상하로 이동하는 구동하우징을 더 포함하며,
    상기 구동하우징 상에 상기 나사홀 검사 장치가 회전 가능하도록 결합되는 나사홀 검사 시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1몸체에는 양단 방향으로 연장되어 탄성력으로 길이를 조절하는 장축스프링이 내장되고,
    상기 제3몸체에는 내부 중심부에 배치되는 유니버설조인트와, 상기 유니버설 조인트의 양단에 각각 결합되는 제1인장스프링 및 제2인장스프링을 포함하는 텐션조절부가 내장되는 나사홀 검사 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 나사홀 검사 장치는,
    상기 제1몸체 및 제3몸체 사이와, 상기 제3몸체 및 제2몸체 사이에 각각 결합되는 한 쌍의 연결부를 더 포함하는 나사홀 검사 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 나사홀 검사 장치는 양단이 상하 방향으로 형성되되,
    상기 제3몸체는 하단부에 관통홀이 형성되고,
    상기 제2몸체는 상단부에 수용홈이 형성되며,
    상기 연결부는 상기 관통홀의 내경보다 작은 직경으로 형성되는 적어도 하나 이상의 볼을 포함하여,
    상기 제3몸체의 하단부에 제2몸체의 상단부가 삽입되면, 상기 관통홀과 수용홈 사이에 볼이 배치되는 나사홀 검사 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제3몸체의 하단부의 상측에는 상기 하단부 보다 큰 외경으로 형성되는 스토퍼가 배치되고,
    상기 연결부는,
    상기 스토퍼의 하면에 일단이 배치되어 상기 제3몸체의 하단부를 따라 나선형으로 권회되는 스프링과, 상기 제3몸체의 하단부 외주면에 결합되되 내면에 상기 스프링의 타단이 내부에 배치되는 수용몸체를 더 포함하고,
    상기 스프링이 일부 압축되면 상기 관통홀 상의 볼이 내측으로 가압되어 상기 제3몸체의 하단부에 상기 제2몸체의 상단부가 고정되는 나사홀 검사 시스템.
  12. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 나사홀 검사 시스템을 이용한 측정게이지의 실시간 검증 방법에 있어서,
    가공물의 나사홀의 상측에 나사홀 검사 장치의 측정게이지가 배치되도록 상기 구동장치가 제어되는 제1위치조정단계;
    나사홀 검사 장치가 상기 구동장치에 의해 하측으로 이송되는 제2위치조정단계;
    상기 나사홀 검사 장치의 측정게이지가 일 방향으로 회전하여 상기 가공물의 나사홀로 인입되는 제1나사홀측정단계; 및
    상기 나사홀 검사 장치의 측정게이지가 타 방향으로 회전하여 상기 가공물의 나사홀에서 분리되는 제2나사홀측정단계;
    를 포함하며,
    서로 순차적으로 이루어지는 상기 제1위치조정단계, 제2위치조정단계, 제1나사홀측정단계 및 제2나사홀측정단계가 1회 또는 A회 반복되면,
    상기 센서부가 상기 측정게이지의 나사산 상태를 측정하는 측정게이지의 실시간 검증 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    제1나사홀측정단계와 제2나사홀측정단계 사이, 상기 센서부가 상기 나사홀 검사 장치의 이동변위를 측정하는 삽입깊이측정단계;
    를 더 포함하는 측정게이지의 실시간 검증 방법.
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KR20190004099A (ko) 2017-07-03 2019-01-11 최승정 나사산 검사유닛 및 이를 구비한 검사장치 및 검사장치를 이용한 검사방법

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