KR102140218B1

KR102140218B1 - 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치 및 그 검사방법

Info

Publication number: KR102140218B1
Application number: KR1020200008183A
Authority: KR
Inventors: 손채영; 임성하; 박정우
Original assignee: (주)케이엠이엔지
Priority date: 2020-01-21
Filing date: 2020-01-21
Publication date: 2020-07-31

Abstract

본 발명의 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치는, 측정될 정밀 볼 나사의 나사축을 회전가능하게 탑재하는 탑재부와; 상기 탑재부에 탑재된 나사축을 회전시키면서 회전각도를 출력하는 회전부와; 상기 나사축의 나사홈을 촬영하여 영상을 출력하는 카메라부와; 상기 회전부 및 카메라부에서 출력된 회전각도 및 영상을 포함하는 측정데이터를 수신하고 분석하고 저장하며, 회전부와 카메라부의 작동을 제어하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치 및 그 검사방법 {Multiple Deviation Inspection Devcice And Method For Precise Ball Screw}

본 발명은 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는정밀 볼 나사의 나사홈 면의 1개 지점이나 나사홈 면을 축 방향으로 따라가며 측정하는 종래 검사장치의 단점을 개선하기 위한 것으로, 정밀 볼 나사의 나사홈 면 전체를 대상으로 편차를 검사할 수 있도록 한 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치 및 그 검사방법에 관한 것이다.

정밀 볼 나사는 샤프트, 너트, 볼 및 순환시스템으로 이루어져, 회전운동을 직선운동으로 변환시키기 위해 사용되며, 항공우주 및 군사 관련기기, 공작기계, IT기기, 반도체 설비, 의료기기 등 정밀을 요하는 각종 설비에서 높은 위치결정도와 강한 추진력이 필요한 경우 적용된다.

이와 같은 정밀 볼 나사는 통상의 리드 나사에 비해 고효율, 고강성, 고정도, 내구성, 저소음 등의 장점이 있으며, 예압에 의해 백래쉬를 없앨 수 있는 등의 장점이 있어 유공압 제품을 대체재로 인식되고 있다.

정밀 볼 나사에 관하여는 산업화 표준법을 근거로 하여 한국기계전기전자시험연구원(http://www.ktc.re.kr)에서 한국 공업규격 KS B 1020을 단체 표준으로 전환하여 제정한 SPS-KTC-B1020-6353에 규정되어 있다.

상기 표준에서는 도 1과 같이 나사부 유효길이에 따른 이동량 오차를 설명한 선도로부터 대표 이동량 오차(⑤)와 변동(⑥,⑦,⑧)를 구하여, 정밀 볼 나사의 등급을 결정하도록 하고 있다.

이와 관련된 용어 및 그 정의는 상기 표준에 게시되어 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

정밀 볼 나사의 리드 정밀도는 실제 이동량과 변동에 대하고 측정하고, 대표 이동량 오차 및 그 밖의 변동에 대하여는 계산 또는 작도에 따라 구한다.

도 1에서 변동(V_2π)의 측정은 1 리드 안에서의 연속측정에 따르거나, 1 리드마다 9회의 측정(45°씩)으로 한다. 측정 위치는 나사축의 유효 나사부의 양끝 근방 및 중앙으로 한다.

또한, 도 1에서 실제 이동량 (la)을 구하려면, 임의의 나사축 회전각에 대한 너트의 실제 축방향 이동량을 연속 측정하거나, 나사축을 고정하여 회전 각도의 같은 위치에서 상기 표준의 표 13에 정해진 측정간격의 최대로 하여 측정하는 방법이 사용된다. 이때 탐촉자는 볼 나사에서의 나사홈 면과 볼의 접촉위치에 접촉되는 것이 추천되고 있다.

하지만, 실제 이동량을 구하기 위해 나사홈 면과 볼의 접촉위치에 탐촉자를 접촉시켜야 하는데, 도 2와 같이 볼(10)의 크기에 따라 또는 나사홈 면(21)의 형상에 따라 접촉점(A,B,C)이 달라질 수 있고, 이 경우에는 다시 측정을 시도해야 하는 문제점이 있다.

또한, 초정밀 제어 분야에서는 볼과의 접촉점 변경 등을 설계에 반영하고자 할 때 실제 어떻게 이동할 것인지를 알 필요가 있게 되고, 이 경우 접촉자를 사용하는 형태의 검사장치에서는 새로운 접촉점에 다시 탐촉자를 접촉시켜 일일이 다시 측정하여야 하는 문제점이 있다.

정밀 볼 나사, 표준번호 SPS-KTC-B1020-6353, 2016. 02. 04., 한국기계전기전자시험연구원

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은,

정밀 볼 나사의 나사홈의 형상 및 치수를 전체적으로 파악할 수 있도록 하며, 나사홈의 어떠한 위치에 볼이 접촉하더라도 실제 이동량을 계산해 낼 수 있으며, 측정된 데이터의 보존 및 활용범위가 넓은 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치 및 그 검사방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치는,
측정될 정밀 볼 나사의 나사축을 회전가능하게 탑재하는 탑재부와;
상기 탑재부에 탑재된 나사축을 회전시키면서 회전각도를 출력하는 회전부와;
상기 나사축의 나사홈 경계면을 촬영하여 영상을 출력하는 카메라부와;
상기 회전부 및 카메라부에서 출력된 회전각도 및 영상을 포함하는 측정데이터를 수신하고 분석하고 저장하며, 회전부와 카메라부의 작동을 제어하는 제어부와;
상기 측정데이터를 나타낼 디스플레이부와;
상기 카메라부를 나사축의 축방향과 평행하게 이송시키며 이송거리를 제어부로 송신하는 이송부를 포함하며;
제어부는 이송부로부터 수신된 이송거리를 분석하고 저장하며 이송부의 작동을 제어하도록 하며;
나사홈 경계면의 임의의 지점에서의 측정되는 실제 이동량은 회전각과 나사축의 기준 리드의 비로 구한 이송부의 이동량과 디스플레이부에 표시된 이동량을 합산하여 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 나사축을 기준으로 카메라부의 반대편에서 나사축과 카메라부를 향해 빛을 발광하는 조명부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 이송부는 카메라부가 나사축의 회전에 따른 리드 만큼 이동되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 이송부는 카메라부가 나사축의 회전에 따른 리드 만큼 이동되도록 하며, 조명부를 카메라부와 동일한 방향과 거리로 이송되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사방법은
측정될 정밀 볼 나사의 나사축을 회전가능하게 탑재하는 탑재부와; 상기 탑재부에 탑재된 나사축을 회전시키면서 회전각도를 출력하는 회전부와; 상기 나사축의 나사 홈을 촬영하여 영상을 출력하는 카메라부와; 상기 카메라부 또는 상기 탑재부와 회전부를 나사축의 축방향과 평행하게 이송시키며 이송위치를 출력하는 이송부와; 상기 회전부, 이송부 및 카메라부의 출력을 수신하며, 작동을 제어하는 제어부를 구비하는 단계와;
상기 탑재부에 정밀 볼 나사의 나사축을 회전가능하게 탑재시키고, 회전부에 나사축의 일단을 연결하는 단계와;
나사축의 유효나사부의 일측 끝을 카메라부가 촬영하는 단계와;
회전부는 일정 각도씩 또는 연속적으로 나사축을 회전시키며 회전각도를 측정하며,
카메라부는 일정 각도마다 또는 연속적으로 나사축의 일 지점을 촬영하며;
이송부는 상기 일 지점이 카메라부가 촬영하는 영상 영역 내에 나타나도록 카메라부를 이송시키며 이송거리를 측정하는 단계와;
상기 회전부의 회전량, 이송부의 이송거리, 카메라부의 영상으로 이루어지는 측정 데이터를 수신한 제어부가 이를 저장하는 단계와;
제어부가 상기 측정 데이터에 따라 실제이동량 및 편차를 계산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명에 의하면, 정밀 볼 나사의 나사홈의 형상 및 치수를 전체적으로 파악할 수 있으며, 나사홈 면의 어떠한 위치에 볼이 접촉하더라도 실제 이동량을 계산해 낼 수 있고, 측정된 데이터의 보존 및 활용범위가 넓은 효과가 있다.

도 1은 정밀 볼 나사의 이동량 오차를 설명하기 위한 도.
도 2는 볼과 나사홈 면의 접촉점을 설명하기 위한 도.
도 3은 본 발명 일 실시예의 검사장치를 나타낸 도.
도 4는 본 발명 일 실시예 디스플레이부의 화면을 나타낸 도.
도 5는 정밀 볼 나사의 이동량을 측정하는 방법에 대한 도.

이하, 본 발명을 그 실시예에 따라 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 검사장치를 나타낸 (a)평면도와 (b)정면도이다.

검사장치에는 정밀 볼 나사의 나사축(20)을 회전가능하게 장착시킬 탑재부(100)가 마련되어 있다. 탑재부(100)는 나사축(20)을 회전가능하게 고정시킬 수 있는 어떠한 형태의 것도 가능하다. 탑재부(100)에 장착된 나사축(20)은 축방향으로 이동되지 않게 견고하게 고정되어야 한다.

탑재부(100)에 탑재된 나사축(20)은 회전부(200)가 제공하는 회전력에 따라 회전하게 된다. 이와 같은 회전력은 회전부(200)를 구성하는 모터에 의해 발생되며, 모터로는 스테핑 모터를 사용하는 것이 바람직하다. 스테핑 모터를 사용하면 구동신호에 따라 회전이 일어나므로 회전각도를 알 수 있지만, 별도의 엔코더 등을 사용하여 나사축이 회전하는 회전각도를 측정하는 것도 가능하다. 이러한 엔코더는 회전부(200)에 포함되는 것이다.

회전하는 나사축(20)의 측방에는 카메라부(300)가 설치되어 있다. 카메라부는 나사축의 최상측이나 최하측 경계면에 나타나는 나사홈을 촬영하게 된다. 카메라부가 촬영한 영상의 배경에 따라서 나사축의 가장자리가 잘 식별될 수도 있지만, 그렇지 못한 경우에는 나사축을 중심으로 카메라부와의 반대편에서 카메라와 나사축을 향해 빛을 발광하는 조명부(400)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

조명부(400)를 배경으로 촬영하면 역광 효과에 따라 나사축은 진한 암부를 형성하고 조명부가 이루는 배경은 명부를 형성하여, 도 4에 도시된 사진과 같이 나사축(20)의 경계면이 뚜렷하게 촬영되게 된다.

나사축을 회전시키며 촬영된 영상은 디스플레이부에서 다음과 같이 표시된다.

먼저 도 5(a)에 표시된 지점 I은 나사축이 회전함에 따라 도면상 좌측으로 이동하는 것처럼 관찰되며, 임의의 회전량에 이르면 화면상 지점 II에 이르게 될 것이다.

임의의 회전량(회전각도)에 따라 발생한 실제 이동량은 지점 I과 지점 II 사이의 화면상 거리로부터 계산될 수 있다.

화면상의 거리와 실제 이동거리의 비를 알면, 화면상으로 나타나는 지점 I과 지점 II 사이의 거리로부터 실제 이동거리를 산출할 수 있음은 당연하다 할 것이다.

본 실시예에서는 회전부(스테핑 모터)가 회전하는 일정 각도마다 각도 값과 영상을 계속해서 측정데이터로 저장하기 때문에, 나사홈 면 임의의 지점에서의 측정되는 실제 이동량을 알 수 있게 된다.

카메라부는 나사축의 유효 나사부의 양 끝 사이를 촬영하게 되는데, 나사축의 유효 나사부 전체를 한번에 촬영할 수 있는 경우를 제외하고, 특히 도 4와 같이 나사축의 경계면을 확대하여 촬영하는 경우에는 촬영을 위해 카메라를 이동시킬 이송부가 필요하다.

이를 위해서는 장치의 바닥면(570)에 제 1,2,3 레일(510,520,530)을 설치하고, 제 1 레일(510)에는 제어부의 명령에 따라 제 1 레일 상에서 위치이동이 가능하도록 하는 구동력을 제공할 구동부(540)가 설치된 제 1 이동판(515)이 결합되며, 제 2,3 레일(520,530)에는 각각 카메라부(300)와 조명부(400)가 설치된 제2,3이동판(525,535)이 결합되고, 제 1,2,3 이동판(515,525,535)은 서로 연결되어 구동부의 작동에 따라 카메라부(300)/조명부(400)도 같이 이동할 수 있도록 일체로 거동된다.

이동량은 회전각과 나사축의 기준 리드의 비로 구하는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 카메라부가 이동되는 만큼 화면상의 지점은 우측으로 이동하게 될 것이다.

따라서 이동량은 이송부의 이동량과 화면 상의 이동량을 합산하여 얻어진다.

도 5를 예로 들어서 도 5(a)의 지점 I 이 나사의 회전에 의해 도 5(b)의 지점 II까지 이동하였는데, 이송부에 의해 지점 II의 위치를 지점 I로 옮기고, 다시 나사의 회전에 의해 지점 I이 지점 III까지 이송되었다면, 카메라부의 이동에 의해 지점 II가 지점 I로 이동하였을 때의 카메라 이동거리에, 나사축의 회전에 의해 지점 I에서 지점 III까지 이동한 화면상의 거리를 더하여, 실제 이동량이 계산된다.

또한, 카메라부의 이동은 회전에 따른 리드 양만큼 이루어지도록 하는 것도 보다 바람직하다. 이와 같은 경우에는 회전각도에 따라서 관심지점의 위치가 디스플레이부의 화면에서 거의 일정한 영역에 계속해서 나타나게 될 것이다.

이송부의 구동부는 직선운동을 이루게 하는 어떠한 형태의 구동부로 이루어져도 무방하며, 또한 이송되는 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 수단을 구비하여야 함은 물론이다.

상기 실시예에서는 조명부가 카메라부와 같이 이동하는 것으로 설명되었지만, 조명부를 긴 막대 형태의 광원으로 사용하면, 굳이 카메라부와 같이 이동되지 않아도 무방할 것이다.

상기와 같은 단계에 따라, 측정데이터는 회전부의 회전량, 이송부의 이송거리, 카메라의 영상 등으로 이루어지며, 한번 측정한 측정 데이터에 의해 나사홈 면의 다양한 위치에서의 실제 이동량 및 편차를 계산할 수 있게 된다.

10 : 볼 20 : 나사축 21 : 나사홈 면
100 : 탑재부 200 : 회전부 300 : 카메라부 400 : 조명부
500 : 이송부 510 : 제 1 레일부 515 : 제 1 이동판 520 : 제 2 레일부 525 : 제 2 이동판 530 : 제 3 레일부 535 : 제 3 이동판 540 : 구동부

Claims

측정될 정밀 볼 나사의 나사축을 회전가능하게 탑재하는 탑재부와;
상기 탑재부에 탑재된 나사축을 회전시키면서 회전각도를 출력하는 회전부와;
상기 나사축의 나사홈 경계면을 촬영하여 영상을 출력하는 카메라부와;
상기 회전부 및 카메라부에서 출력된 회전각도 및 영상을 포함하는 측정데이터를 수신하고 분석하고 저장하며, 회전부와 카메라부의 작동을 제어하는 제어부와;
상기 측정데이터를 나타낼 디스플레이부와;
상기 카메라부를 나사축의 축방향과 평행하게 이송시키며 이송거리를 제어부로 송신하는 이송부를 포함하며;

제어부는 이송부로부터 수신된 이송거리를 분석하고 저장하며 이송부의 작동을 제어하도록 하며;
나사홈 경계면의 임의의 지점에서의 측정되는 실제 이동량은 회전각과 나사축의 기준 리드의 비로 구한 이송부의 이동량과 디스플레이부에 표시된 이동량을 합산하여 구하는 것을 특징으로 하는 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치.
제 1 항에 있어서,
상기 나사축을 기준으로 카메라부의 반대편에서 나사축과 카메라부를 향해 빛을 발광하는 조명부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 이송부는 카메라부가 나사축의 회전에 따른 리드 만큼 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치.
제 2 항에 있어서,
상기 이송부는 카메라부가 나사축의 회전에 따른 리드 만큼 이동되도록 하며, 조명부를 카메라부와 동일한 방향과 거리로 이송되도록 하는 것을 특징으로 하는 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사장치.
측정될 정밀 볼 나사의 나사축을 회전가능하게 탑재하는 탑재부와; 상기 탑재부에 탑재된 나사축을 회전시키면서 회전각도를 출력하는 회전부와; 상기 나사축의 나사 홈을 촬영하여 영상을 출력하는 카메라부와; 상기 카메라부 또는 상기 탑재부와 회전부를 나사축의 축방향과 평행하게 이송시키며 이송위치를 출력하는 이송부와; 상기 회전부, 이송부 및 카메라부의 출력을 수신하며, 작동을 제어하는 제어부를 구비하는 단계와;

상기 탑재부에 정밀 볼 나사의 나사축을 회전가능하게 탑재시키고, 회전부에 나사축의 일단을 연결하는 단계와;
나사축의 유효나사부의 일측 끝을 카메라부가 촬영하는 단계와;

회전부는 일정 각도씩 또는 연속적으로 나사축을 회전시키며 회전각도를 측정하며,
카메라부는 일정 각도마다 또는 연속적으로 나사축의 일 지점을 촬영하며;
이송부는 상기 일 지점이 카메라부가 촬영하는 영상 영역 내에 나타나도록 카메라부를 이송시키며 이송거리를 측정하는 단계와;

상기 회전부의 회전량, 이송부의 이송거리, 카메라부의 영상으로 이루어지는 측정 데이터를 수신한 제어부가 이를 저장하는 단계와;

제어부가 상기 측정 데이터에 따라 실제이동량 및 편차를 계산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀 볼 나사용 다중 편차 검사방법.