KR102204402B1 - 초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치 - Google Patents

초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치 Download PDF

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KR102204402B1
KR102204402B1 KR1020180172183A KR20180172183A KR102204402B1 KR 102204402 B1 KR102204402 B1 KR 102204402B1 KR 1020180172183 A KR1020180172183 A KR 1020180172183A KR 20180172183 A KR20180172183 A KR 20180172183A KR 102204402 B1 KR102204402 B1 KR 102204402B1
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윤성호
전치경
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금오공과대학교 산학협력단
엘씨 텍(주)
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    • F42B10/60—Steering arrangements
    • F42B10/62—Steering by movement of flight surfaces
    • F42B10/64—Steering by movement of flight surfaces of fins

Abstract

초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치가 개시된다. 피니언 기어(100)에 의해 구동되고 날개 부하를 모사하는 날개축 모사 고정부(200); 및 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 날개축 모사 고정부(200)의 백래시와 동작 부하를 측정하는 측정부(300)를 구성한다. 따라서 정밀도가 높은 기어에서 백래시를 측정할 수 있고, 스마트탄의 날개 구동에 사용되는 기어의 백래시를 측정하는 장점이 있다.

Description

초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING BACKLASH}
본 발명은 초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 백래시를 측정하는 초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치에 관한 것이다.
초소형 스마트탄은 병사가 휴대 가능한 작고 가벼운 크기의 유도 무기이다. 스마트탄은 종래의 유도 무기와 같이 몸체와 유도 무기가 발사된 후 목표물을 향하기 위한 유도부, 비행하기 위한 추진부와 안정성과 위치를 제어하기 위한 구동부로 크게 구분할 수 있다.
대부분의 유도 무기와 같이 탄도학에 근거한 탄도 비행 이외에 종말단계에서 유도 기능을 수행하게 되며 목표의 추적과 외부 공격으로부터의 회피를 위하여 탄의 몸체에 부착된 날개를 이용하게 된다. 구동부의 날개는 공기역학적인 부분을 고려하여 설계되며 원하는 방향으로의 제어를 위해 정확한 각도로 회전하여야 한다.
날개의 위치를 확인하기 위한 방법으로 위치각 감지기를 활용하고 있으며 날개와 위치각 감지기의 동작을 연결하기 위해 피니언기어와 랙을 이용한 동력 전달 장치를 사용하고 있으며 기어의 전달 정밀도에 비례하여 날개의 각도 제어 정밀도가 결정된다.
이는 일반적인 유도 무기의 구성과 유사하나 스마트탄은 종래의 유도 무기에 비해 그 크기가 매우 작기 때문에 날개의 구동을 위한 동력장치의 크기와 출력도 작아 부하에 매우 민감하게 반응하게 되며 기어가 가지는 특성으로 인해 날개 제어의 정밀도가 크게 바뀌게 되어 이를 사전에 측정하여 성능을 확인할 필요가 있다.
발사 장치로부터 스마트탄이 발사되면 스마트탄은 날개를 이용하여 비행해서 목표물을 타격한다. 스마트탄에 구성된 날개는 매우 작고, 날개 날개축 모사 고정부를 구동하는 피니언 기어는 보다 정밀하다. 피니언 기어와 날개축 모사 고정부 사이의 백래시가 스마트탄 비행에 영향을 미쳐 백래시에 대한 데이터가 정밀하게 측정되어야 스마트탄 비행 제어가 올바르게 될 수 있다. 종래 백래시 측정 장치는 일정 크기 이상의 피니언 기어에 적용되며, 스마트탄에 구성된 날개 날개축 모사 고정부를 구동하는 피니언 기어의 백래시를 측정하기에는 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
등록번호 제10-0986721호, 차동기어의 백래시 측정 장치 등록번호 제10-0774398호, 백래시 측정장치 및 방법
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 백래시를 정밀하게 측정하는 초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피니언 기어(100)에 의해 구동되고 날개 부하를 모사하는 날개축 모사 고정부(200); 및 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 날개축 모사 고정부(200)를 미세 구동해서 날개축 모사 고정부(200)의 백래시와 동작 부하를 측정하는 측정부(300)를 포함한다.
또한, 측정부(300)는 피니언 기어(100)를 구동하는 미세 조절부(310); 날개축 모사 고정부(200)를 구동하는 모터(320); 및 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지하는 비접촉 엔코더(330)를 포함한다.
또한, 날개축 모사 고정부(200)와 피니언 기어(100)의 결합은 평 기어, 베벨 기어, 헬리컬 기어, 웜 기어 중 어느 하나이다.
또한, 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)의 이동을 제어하고, 피니언 기어(100)의 회전을 잠그거나 푸는 클램프(110)를 포함한다.
또한, 비접촉 엔코더(330)는 날개축 모사 고정부(200)에 결합하는 고정 콜릿(331); 고정 콜릿(331)의 회전 각도를 감지하는 위치각 감지기(332); 및 고정 콜릿(331)의 회전량을 측정하는 제1엔코더(333)를 포함한다.
일례로, 피니언 기어(100)에 의해 구동되고 날개 부하를 모사하는 날개축 모사 고정부(200); 및 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 날개축 모사 고정부(200)의 백래시를 측정하는 측정부(300)를 제공한다.
날개축 모사 고정부(200)는 피니언 기어(100)에 의해 구동되어 회전하고 더미 셀로 날개 부하를 모사한다. 여기서, 날개축 모사 고정부(200)는 날개 부하를 모사하기 위해 더미 셀을 포함할 수 있다. 제어부가 피니언 기어(100)를 구동해서 날개축 모사 고정부(200)를 회전시키면 날개축 모사 고정부(200)에 연결된 날개가 움직인다. 더미 셀이 날개 부하를 나타낼 수 있고, 피니언 기어(100)가 날개축 모사 고정부(200)를 구동할 때 백래시가 발생한다. 이때, 측정부(300)는 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 날개축 모사 고정부(200)의 백래시를 측정할 수 있다.
또한, 측정부(300)는 피니언 기어(100)를 구동하는 미세 조절부(310); 날개축 모사 고정부(200)를 구동하는 모터(320); 및 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지하는 비접촉 엔코더(330)를 포함한다.
구체적으로, 측정부(300)는 피니언 기어(100)를 구동하는 미세 조절부(310); 날개축 모사 고정부(200)를 구동하는 모터(320); 및 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지하는 비접촉 엔코더(330)를 포함한다. 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)를 미세 구동하며, 스마트탄에 구성된 날개는 매우 작고, 피니언 기어(100)는 보다 정밀하다. 따라서 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)를 정밀하게 제어한다. 백래시 측정 장치는 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 날개축 모사 고정부(200)를 구동해서 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지하고, 비접촉 엔코더(330)가 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지할 수 있고, 감지된 회전량이 백래시가 된다.
또한, 날개축 모사 고정부(200)와 피니언 기어(100)의 결합은 평 기어, 베벨 기어, 헬리컬 기어, 웜 기어 중 어느 하나이다.
삭제
또한, 미세 조절부(310)는 직선 운동하는 리니어 모터(311); 리니어 모터(311)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 마찰 회전축(312); 및 마찰 회전축(312)에 결합된 피니언 기어(100)를 포함한다.
마찰 회전축(312)은 리니어 모터(311)의 직선 운동 가이드에 접촉해서 직선 운동을 회전 운동으로 변환한다. 마찰 회전축(312)에 의해 직선 운동이 회전 운동으로 변환함에 따라 피니언 기어(100)가 회전한다.
또한, 비접촉 엔코더(330)는 날개축 모사 고정부(200)에 결합하는 고정 콜릿(331); 고정 콜릿(331)의 회전 각도를 감지하는 위치각 감지기(332); 및 고정 콜릿(331)의 회전량을 측정하는 제1엔코더(333)를 포함한다.
보다 구체적으로, 백래시 측정 장치를 구성하는 비접촉 엔코더(330)는 날개축 모사 고정부(200)에 결합하는 고정 콜릿(331); 고정 콜릿(331)의 회전 각도를 감지하는 위치각 감지기(332); 및 고정 콜릿(331)의 회전량을 측정하는 제1엔코더(333)를 포함한다. 위치각 감지기(332)는 고정 콜릿(331)의 회전 각도를 감지해서 제1엔코더(333)가 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 측정할 수 있게 하고, 측정된 회전량이 백래시가 된다.
또한, 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)에 접촉되어 회전량을 증폭하는 마찰 삼각 뿔(313); 및 마찰 삼각 뿔(313)의 원형 배열 슬릿을 감지하는 제2엔코더(314)를 포함한다.
백래시 측정 장치를 구성하는 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)의 회전량을 증폭해서 회전량을 감지할 수 있다. 미세 조절부(310)에는 회전량을 증폭하는 마찰 삼각 뿔(313)과 마찰 삼각 뿔(313)의 원형 배열 슬릿을 감지하는 제2엔코더(314)가 포함된다. 마찰 삼각 뿔(313)의 삼각 뿔 끝단이 피니언 기어(100)에 접촉되어 피니언 기어(100)의 회전량을 증폭한다. 마찰 삼각 뿔(313) 원형 면에 원형 배열 슬릿이 구성되어 제2엔코더(314)가 원형 배열 슬릿의 회전을 감지하고, 감지된 회전량이 백래시가 된다.
상기와 같은 본 발명에 따른 초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치를 이용할 경우에는 정밀도가 높은 기어에서 백래시를 측정할 수 있고, 부하에 따른 실제 동작 토크를 실시간으로 확인할 수 있다.
또한, 스마트탄의 날개 구동에 사용되는 기어의 백래시를 측정하는 장점이 있다.
도 1은 피니언 기어(100)와 날개축 기어(400)를 보인 예시도이다.
도 2는 백래시 측정 장치의 예시도이다.
도 3은 피니언 기어(100)를 잠그는 예시도이다.
도 4는 날개축 기어(400)에 더미 셀이 모사된 예시도이다.
도 5는 백래시 측정 장치의 위치각 감지기(332)와 제1엔코더(333)를 보인 예시도이다.
도 6은 리니어 모터(311)와 마찰 회전축(312)을 보인 예시도이다.
도 7은 마찰 삼각 뿔(313)과 제2엔코더(314)를 보인 예시도이다.
명세서에서 사용된 용어는 그 단어가 본래 가지는 의미가 확대 해석될 수 있으며 서로 다른 의미를 가지는 단어와 단어가 하나의 단어로 조합됨으로써 광의의 새로운 의미를 가지는 합성어 형태를 취한다. 예를 들어 백래시라는 단어와 측정이라는 단어가 합성되어 백래시 측정을 이룸으로써 백래시를 측정함을 의미하게 된다. 또한, 명세서에서 제시하는 실시예는 실시에 바람직한 실시예이며, 경우에 따라 다른 구성이 부가되거나 본래 있던 구성이 생략됨이 가능하다. 실시예에서 구성을 포함하다 또는 가지다로 실시될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 피니언 기어(100)와 날개축 기어(400)를 보인 예시도이다.
피니언 기어(100)가 날개축 기어(400)를 구동해서 날개축 기어(400)에 결합된 날개를 제어한다. 날개는 스마트탄에 구성된 것이며, 스마트탄은 날개를 제어하여 목표물에 접근해서 폭약을 터트린다. 스마트탄의 날개를 제어하는 피니언 기어(100)와 날개축 기어(400)는 백래시 데이터에 기반하여 날개 제어를 보다 정밀하게 할 수 있다. 백래시 데이터는 백래시 측정 장치에 의해 얻어지며, 본 발명 백래시 측정 장치가 여기에 해당한다.
도 2는 백래시 측정 장치의 예시도이다.
백래시 측정 장치는 피니언 기어(100)와 날개축 기어(400)의 결합에 날개 날개축 모사 고정부(200)를 모사해서 피니언 기어(100)와 날개축 모사 고정부(200) 사이의 백래시를 측정한다. 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 백래시 측정 장치가 모터(320)를 회전시켜 날개축 모사 고정부(200)의 백래시를 측정할 수 있다. 날개축 모사 고정부(200)에는 토크 센서(340), 비접촉 엔코더(330)가 구성되고, 날개축 기어(400)가 구성된다. 토크 센서(340)는 날개축 모사 고정부(200)를회전하여 날개 회전을 모사할 때 발새하는 부하를 측정한다. 미세 조절부(310)가 피니언 기어(100)의 이동을 제어하고, 클램프(110)가 피니언 기어(100)의 회전을 잠그거나 푼다.
구체적으로, 미세 조절부(310)가 기어의 축간 거리 및 기어의 높이 조절하여 설계 공차 범위에서 조정하며 기어의 유격 및 백래시 범위를 파악할 수 있도록 한다. 미세 조절부(310)가 피니언 기어(100)의 축간 거리에 따른 기어 동작 부하 변화와 베어링의 변화에 따른 마찰 특성 및 부하에 따른 측정에 대해 동작 각도에 따른 실시간 측정이 가능하도록 보조한다. 미세 조절부(310)가 피니언 기어(100)의 축간 거리를 조정해서 날개축 기어(400)의 동작 각도에 따른 실시간 측정과 동작 부하 측정을 보조할 수 있다. 이는 피니언 기어(100)와 날개축 기어(400)간의 축간 거리가 달라지면 기어 맞물림이 변화되고 백래시 또한 달라진다. 축간 거리 변화에 따른 백래시 데이터가 측정되어 스마트탄 날개 제어에 활용될 수 있다.
부연하면, 날개의 구동력 재현을 위한 모터(320)와 이에 연결된 토크 센서(340)로 피니언 기어(100)의 미세 조절시 발생하는 유격 및 백래시를 조정했을 때 실시간 변화량을 확인할 수 있다. 미세 조절량과 토크 센서(340)의 실시간 변화량을 비교해서 설계치와 비교가 가능한 장점이 있고, 특히 스마트탄의 경우 날개에서 발생되는 토크가 매우 작기 때문에 작은 변화량에도 동작 특성이 민감하게 변화하기 때문에 해당 값에 영향이 적도록 비접촉 엔코더(330)와 함께 적용할 수 있다.
도 3은 피니언 기어(100)를 잠그는 예시도이다.
피니언 기어(100)는 클램프(110) 잠금에 의해 고정될 수 있고, 클램프 잠금은 클램프(110)를 풀거나 잠금에 따라 피니언 기어(100)가 움직이지 않도록 고정할 수 있다. 피니언 기어(100)는 교체와 부착이 용이하도록 피니언 기어축은 콜릿(collet)으로 고정되며 측면에 잠금 클램프(110)를 잠그게 되면 피니언 기어가 회전하지 않는다.
도 4는 날개축 기어에 더미 셀이 모사된 예시도이다.
날개축 기어(400)에는 더미 셀(410)이 부가되어 날개 부하를 모사할 수 있다. 모터(320)가 날개 부하를 회전시키고, 이때 백래시 측정 장치가 피니언 기어(100)와 날개축 모사 고정부(200) 사이의 백래시를 측정할 수 있다. 여기서, 더미 셀(410)은 축 부하 모멘트 모사 더미이다. 이는 날개축의 모멘트 변화시 축 부하 모멘트 모사 더미를 교체할 수 있다.
도 5는 백래시 측정 장치의 위치각 감지기(332)와 제1엔코더(333)를 보인 예시도이다.
백래시 측정 장치에는 날개 각도 측정 및 위치각 감지기(332) 각도와 절대 비교를 위한 제1엔코더(333)가 구성되고, 위치각 감지기(332)는 날개축 모사 고정부(200)의 각도를 감지하고, 제1엔코더(333)는 날개축 모사 고정부(200)의 회전 방향의 기계적 변위량을 디지털 회전량으로 측정할 수 있다. 위치각 감지기(332)가 제1엔코더(333)를 보조해서 비접촉 엔코더(330)인 백래시 측정 장치가 백래시를 정밀하게 측정하도록 도운다. 고정 콜릿(331)은 날개축 모사 고정부(200)에 결합하여 모터(320)가 날개축 모사 고정부(200)를 회전시킬 수 있게 한다.
날개축 모사 고정부(200)는 피니언 기어(100)에 의해 구동되어 회전하고 더미 셀로 날개 부하를 모사한다. 여기서, 날개축 모사 고정부(200)는 날개 부하를 모사하기 위해 더미 셀을 포함할 수 있다. 제어부가 피니언 기어(100)를 구동해서 날개축 모사 고정부(200)를 회전시키면 날개축 모사 고정부(200)에 연결된 날개가 움직인다. 더미 셀이 날개 부하를 나타낼 수 있고, 피니언 기어(100)가 날개축 모사 고정부(200)를 구동할 때 백래시가 발생한다. 이때, 측정부(300)는 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 날개축 모사 고정부(200)의 백래시를 측정할 수 있다.
구체적으로, 측정부(300)는 피니언 기어(100)를 구동하는 미세 조절부(310); 날개축 모사 고정부(200)를 구동하는 모터(320); 및 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지하는 비접촉 엔코더(330)를 포함한다. 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)를 미세 구동하며, 스마트탄에 구성된 날개는 매우 작고, 피니언 기어(100)는 보다 정밀하다. 따라서 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)를 정밀하게 제어한다. 백래시 측정 장치는 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 날개축 모사 고정부(200)를 구동해서 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지하고, 비접촉 엔코더(330)가 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지할 수 있고, 감지된 회전량이 백래시가 된다.
삭제
미세 조절부(310)는 직선 운동하는 리니어 모터(311); 리니어 모터(311)의 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 마찰 회전축(312); 및 마찰 회전축(312)에 결합된 피니언 기어(100)를 포함한다. 마찰 회전축(312)은 도 6에 도시된 바와 같이, 리니어 모터(311)의 직선 운동 가이드에 접촉해서 직선 운동을 회전 운동으로 변환한다. 마찰 회전축(312)에 의해 직선 운동이 회전 운동으로 변환함에 따라 피니언 기어(100)가 부드럽게 회전한다.
보다 구체적으로, 백래시 측정 장치를 구성하는 비접촉 엔코더(330)는 날개축 모사 고정부(200)에 결합하는 고정 콜릿(331); 고정 콜릿(331)의 회전 각도를 감지하는 위치각 감지기(332); 및 고정 콜릿(331)의 회전량을 측정하는 제1엔코더(333)를 포함한다. 위치각 감지기(332)는 고정 콜릿(331)의 회전 각도를 감지해서 제1엔코더(333)가 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 측정할 수 있게 하고, 측정된 회전량이 백래시가 된다.
백래시 측정 장치를 구성하는 미세 조절부(310)는 피니언 기어(100)의 회전량을 증폭해서 회전량을 감지할 수 있다. 미세 조절부(310)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 회전량을 증폭하는 마찰 삼각 뿔(313)과 마찰 삼각 뿔(313)에서의 원형 배열 슬릿의 이동을 감지하는 제2엔코더(314)가 포함된다. 마찰 삼각 뿔(313)의 삼각 뿔 끝단이 피니언 기어(100)에 접촉되어 피니언 기어(100)의 회전량을 증폭한다. 마찰 삼각 뿔(313) 원형 면에 원형 배열 슬릿이 구성되어 제2엔코더(314)가 원형 배열 슬릿의 회전을 감지하고, 감지된 회전량이 백래시가 된다.
백래시 측정 장치를 이용할 경우에는 정밀도가 높은 기어에서 백래시를 측정할 수 있고, 스마트탄의 날개 구동에 사용되는 기어의 백래시를 측정하는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 피니언 기어 200: 날개축 모사 고정부
300: 측정부 310: 미세 조절부
311: 리니어 모터 312: 마찰 회전축
313: 마찰 삼각 뿔 314: 제2엔코더
320: 모터 330: 비접촉 엔코더
331: 고정 콜릿 332: 위치각 감지기
333: 제1엔코더 400: 날개축 기어

Claims (4)

  1. 피니언 기어(100)에 의해 구동되고 날개 부하를 모사하는 날개축 모사 고정부(200); 및
    상기 피니언 기어(100)가 고정된 상태에서 상기 날개축 모사 고정부(200)를 미세 구동해서 상기 날개축 모사 고정부(200)의 백래시와 동작 부하를 측정하는 측정부(300)를 포함하고,
    상기 측정부(300)는 상기 피니언 기어(100)를 구동하는 미세 조절부(310);
    상기 날개축 모사 고정부(200)를 구동하는 모터(320); 및
    상기 날개축 모사 고정부(200)의 회전량을 감지하는 비접촉 엔코더(330)를 포함하고,
    상기 미세 조절부(310)는 상기 피니언 기어(100)의 이동을 제어하고, 상기 피니언 기어(100)의 회전을 잠그거나 푸는 클램프(110)를 포함하며,
    상기 비접촉 엔코더(330)는 상기 날개축 모사 고정부(200)에 결합하는 고정 콜릿(331);
    상기 고정 콜릿(331)의 회전 각도를 감지하는 위치각 감지기(332); 및
    상기 고정 콜릿(331)의 회전량을 측정하는 제1엔코더(333)를 포함하고,
    상기 미세 조절부(310)는 상기 피니언 기어(100)의 회전량을 증폭해서 회전량을 감지하되, 마찰 삼각 뿔(313)의 삼각 뿔 끝단이 상기 피니언 기어(100)에 접촉되어 상기 피니언 기어(100)의 회전량을 증폭하고, 상기 마찰 삼각 뿔(313) 원형 면에 원형 배열 슬릿이 구성되어 제2엔코더(314)가 상기 원형 배열 슬릿의 회전을 감지하는 초소형 스마트탄의 날개 백래시 측정 장치.
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