KR102222716B1 - 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템 - Google Patents

공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템 Download PDF

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하종식
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한국정밀기계(주)
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Abstract

본 발명은 공작기계의 대형 구조물을 공장에 배치함에 있어서 각 구조물의 높이를 정밀하게 측정하는 동시에 이를 실시간으로 모니터링하여, 각 구조물의 배치 및 고저 차이를 정밀하게 조정함으로써, 공작기계의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 공작기계의 대형 구조물들을 공장에 배치함에 있어서, 기준면 평행도와 조립되는 구조물간 이음부위 조립 고저 차, 개별 구조물 간의 고저 차 등과 같은 높이 차이를 없애기 위한 작업이 무선통신을 통하여 자동으로 이루어질 수 있도록 하되, 작업자가 필요로 하는 각 측정지점에서의 레벨 측정값을 전기적 신호를 통하여 측정하고, 이 측정 데이터를 모니터에 종합하여 표시하도록 함으로서, 공작기계 구조물의 레벨 측정 작업의 효율성과 정확성을 향상시킬 수 있는 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템을 제공하고자 한 것이다.

Description

공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템{System for measuring and monitoring of machine tool level}
본 발명은 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공작기계의 대형 구조물을 공장에 배치함에 있어서 각 구조물의 높이를 정밀하게 측정하는 동시에 이를 실시간으로 모니터링하여, 각 구조물의 배치 및 고저 차이를 정밀하게 조정함으로써, 공작기계의 가공 정밀도를 향상시킬 수 있도록 한 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 각종 산업에 사용되는 기계장치들은 다수의 기계 부품이 조립되어 제작되며, 각 기계 부품들의 치수가 설계된 허용 오차 범위를 벗어나는 경우 불량을 초래할 수 있으므로, 기계 부품의 칫수를 정밀하게 측정하기 위한 검사 공정이 필수적으로 요구된다.
특히, 공작 기계, 부품 조립 및 이송용 기계, 로봇, 크레인 등에는 공작물 또는 부품 등을 X축 및 Y축으로 이송시키기 위한 갠트리 타입(GANTRY TYPE) 부품들이 포함되어 있다.
예를 들어, 상기 공작 기계에는 갠트리 타입 부품으로서 서로 동일한 형상 및 구조를 가지며 좌우로 이격 배열되는 한 쌍의 베드가 포함되어 있고, 상기 부품 조립 및 이송용 기계에는 갠트리 타입 부품으로서 서로 동일한 형상 및 구조를 가지며 좌우로 이격 배열되는 한 쌍의 부품 이송용 가이드 레일이 포함되어 있다.
이러한 갠트리 타입 부품을 포함하는 기계는 자체 오차가 제로(0)에 가까운 정밀도로 제작되어야 하며, 크기가 큰 기계일수록 더욱 오차가 제로(0)에 수렴해야 실제 작동시 오류가 없게 되고, 또한 갠트리 타입 부품들 간의 칫수 및 높이 등의 오차가 제로(0)에 수렴해야만 갠트리 타입 부품을 포함하는 공작기계 등의 제작 정밀도를 높일 수 있다.
이를 위해, 기존에는 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이 물을 충진되는 측정지그를 워터튜브(WATER TUBE)로 연결시킨 레벨 측정 장치를 이용하여 공작기계 구조물의 높이를 측정하였다.
도 1을 참조하면, 레벨 측정 대상인 복수의 공작기계 구조물(예, 컬럼 베드) 위에 적어도 하나 이상의 측정지그(10)가 안착된다.
상기 측정지그(10)는 물이 충진되도록 상부가 개방된 중공형의 액체충진 레벨링 스탠드(11, leveling stand)를 골격체로 하고, 이 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 하부에는 액체교환통로(12)가 형성된다.
특히, 상기 측정지그(10)의 액체교환통로(12) 양측부에는 각 측정지그(10)로 물이 흐르도록 워터튜브(20)가 체결된다.
또한, 상기 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 상부 개방부에는 레벨 측정용 마이크로미터(30, Depth Micrometer)가 장착된다.
이때, 상기 레벨 측정용 마이크로미터(30)의 측정 게이지(31)는 액체충진 레벨링 스탠드(11)에 채워진 물 속으로 삽입 배치된다.
따라서, 복수의 공작기계 구조물(예, 컬럼 베드) 위에 적어도 하나 이상의 측정지그(10)가 안착된 상태에서 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 물을 채우면, 대기압 및 중력에 의한 물 수평 원리에 의하여 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11)에 채워진 물 높이는 일정하게 조정된다.
이에, 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 기준면에서 그 물 높이(water level)까지의 상하 거리를 레벨 측정용 마이크로미터(30)로 측정하여 기록하고, 측정 기록된 상하 거리가 서로 공차가 존재하는 것으로 판정되면, 복수의 공작기계 구조물(예, 컬럼 베드)의 하부를 받쳐주는 높이 조정 장치(미도시됨)를 조정하여 공차를 없애는 작업을 함으로써, 각 공작기계 구조물 간의 높이를 동일하게 맞출 수 있다.
그러나, 이러한 기존의 레벨 측정 작업에 있어서, 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 기준면에서 그 물 높이(water level)까지의 상하 거리를 상기 레벨 측정용 마이크로미터(30)의 측정 게이지(31)가 가리키는 지점(측정 게이지가 물 끝에 접촉하는 지점)을 사람이 맨눈으로 직접 확인하여 측정하는 방식이므로, 측정하는 사람마다 측정 데이터의 오차가 존재하여 객관성이 부족하고, 여러 지점의 측정값을 총괄적으로 보여주는 장치가 전무하여 문서상으로 기록한 후 확인 분석하는 방식이므로 측정 효율성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 각 측정지그(10)의 액체교환통로(12)를 통해 연통된 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내의 물 높이가 수평을 이루고 있는지 여부를 작업자가 수시로 확인해야 하고, 각 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내의 물 높이 값이 변함이 없을 때 수평을 이루었다고 판단하여야 하므로, 불필요한 물 레벨 측정 공정이 추가로 진행될 수 밖에 없고, 물의 수평 완료 시점을 객관적으로 알 수가 없어, 결국 작업자의 작업성 및 생산성을 저하시키는 상당한 제약 사항이 있는 문제점이 있다.
공개특허 공개번호 제10-2017-0045611호(2017.04.27)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 공작기계의 대형 구조물들을 공장에 배치함에 있어서, 기준면 평행도와 조립되는 구조물간 이음부위 조립 고저 차, 개별 구조물 간의 고저 차 등과 같은 높이 차이를 없애기 위한 작업이 무선통신을 통하여 자동으로 이루어질 수 있도록 하되, 작업자가 필요로 하는 각 측정지점에서의 레벨 측정값을 전기적 신호를 통하여 측정하고, 이 측정 데이터를 모니터에 종합하여 표시하도록 함으로서, 공작기계 구조물의 레벨 측정 작업의 효율성과 정확성을 향상시킬 수 있는 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 물이 충진되는 중공형의 액체충진 레벨링 스탠드와, 이 액체충진 레벨링 스탠드의 하부에 형성된 액체교환통로로 구성되는 복수의 측정지그; 상기 액체충진 레벨링 스탠드 내에 충진된 물 위에 부력에 의하여 부양되는 부력재와, 부력재의 측부에 연결되어 하부는 물속에 잠기고 상부는 물 위로 배열되는 조정추와, 조정추의 상단부에 장착되는 신호 반사판과, 조정추의 무게 중심이 부력재의 부심보다 깊은 물속 위치에 존재하도록 조정추의 하단부에 장착되는 조정볼로 구성되는 레벨 측정용 조정추 장치; 및 상기 신호 반사판에 거리 감지를 위한 송신 신호를 송출하고, 반사된 수신 신호를 수신하는 거리측정센서가 저부에 장착된 구조로 구비되어 상기 액체충진 레벨링 스탠드의 상부 개방부에 장착되고, 상기 신호 반사판과의 거리인 레벨 측정 신호를 외부로 송출하는 송신 모듈; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템을 제공한다.
또한, 상기 조정볼에는 암나사홀이 형성되고, 이 암나사홀에는 조정추의 무게 중심을 조절하기 위한 조정무게나사가 체결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 송신 모듈은: 레벨 측정 신호를 외부의 모니터링 장소로 무선 전송하기 위한 블루투스 모듈과, 거리측정센서의 측정값을 기준값과 비교하고 그 결과를 블루투스 모듈를 통해 외부의 모니터링 장소로 전송하는 마이크로컨트롤러와, 송신 모듈 내에 전력 공급을 위하여 충전 가능하게 배치되는 배터리를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 조정추 장치와 송신모듈이 장착된 복수의 측정지그는 각 측정지그의 액체충진 레벨링 스탠드 내에 충진된 물 수위의 평형을 맞추기 위하여 1차로 평탄한 정반 위에 배치되고, 물 수위의 평형이 맞추어진 후에 2차로 레벨 측정 대상물인 공작기계 구조물 위에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 측정지그가 1차로 평탄한 정반 위에 배치된 상태에서 어느 하나 이상의 측정 지그에 장착된 송신 모듈의 거리측정센서에서 측정한 신호 반사판과의 거리인 레벨 측정값이 기준값을 벗어난 경우, 물 수위의 평형을 위하여 해당 측정 지그에 포함된 조정볼의 암나사홀에 조정무게나사가 체결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 측정지그가 2차로 레벨 측정 대상물인 공작기계 구조물 위에 배치된 상태에서 어느 하나 이상의 측정 지그에 포함된 송신 모듈의 거리측정센서에서 측정한 신호 반사판과의 거리인 레벨 측정값이 기준값을 벗어난 경우, 공작기계 구조물을 받치고 있는 하부 레벨링 블록의 볼트를 상승 또는 하강 조절하여 공작기계 구조물의 높이 차이 보정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 공작기계 구조물에 대한 복수의 레벨 측정 포인트에 거리측정센서로 측정된 레벨 측정값을 기준값과 비교하여 그 결과를 스마트 기기에 표시할 수 있도록 함으로써, 전체 공작기계 구조물의 지점 간 높이 편차 값을 작업자가 쉽게 모니터링하면서 공작기계 구조물의 정밀한 높이 조정 작업을 원활하게 수행할 수 있다.
즉, 공작기계의 대형 구조물들을 공장에 배치함에 있어서, 기준면 평행도와 조립되는 구조물간 이음부위 조립 고저 차, 개별 구조물 간의 고저 차 등과 같은 높이 차이를 없애기 위한 작업이 무선통신을 통하여 자동으로 모니터링되도록 함으로써, 공작기계 구조물의 레벨 측정 작업의 효율성과 정확성을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 공작기계의 대형 구조물들을 공장에 배치할 때 높이 공차없이 정확하게 배치시킬 수 있다.
둘째, 본 발명의 측정지그를 1차로 평탄한 정반 위에 배치시킨 상태에서 송신 모듈의 거리측정센서에서 측정한 레벨 측정값(신호 반사판과의 거리)이 기준값을 벗어난 경우, 해당 측정 지그에 포함된 조정볼의 암나사홀에 조정무게나사를 체결하거나 분리해줌으로써, 각 측정지그에 채워진 물 수위의 평형을 쉽게 조절할 수 있다.
도 1은 종래의 공작기계 구조물의 레벨 측정 장치를 도시한 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템을 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템의 송신 모듈을 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템을 도시한 통신 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 과정을 도시한 순서도,
도 6은 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템에 의한 레벨 측정 과정 중 물 수위 평형을 맞추는 과정을 도시한 단면도,
도 7은 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템에 의하여 공작기계 구조물에 대한 실질적인 레벨 측정 과정을 보여주는 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 2는 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템을 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템에 의하여 공작기계 구조물에 대한 실질적인 레벨 측정 과정을 보여주는 단면도로서, 각 도면에서 도면부호 10은 측정지그를 지시한다.
상기 측정지그(10)는 복수개로 구비되는 방, 각 측정지그(10)는 물이 충진되도록 상부가 개방된 중공형의 액체충진 레벨링 스탠드(11, leveling stand)를 골격체로 하고, 이 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 하부에는 액체교환통로(12)가 형성된 구조로 구비된다.
특히, 상기 측정지그(10)의 액체교환통로(12) 양측부에는 도 7에서 보듯이 각 측정지그(10)로 물이 흐르도록 워터튜브(20)가 체결된다.
본 발명에 따르면, 상기 측정지그(10)에는 레벨 측정용 조정추 장치(100)가 내설된다.
즉, 공작기계 구조물의 높이를 측정하기 위한 거리측정센서의 신호를 반사시키고, 실질적인 공작기계 구조물의 높이를 측정하기 전에 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11)에 채워지는 물의 평형을 맞추기 위한 조정수단으로서 레벨 측정용 조정추 장치(100)가 상기 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 배치된다.
이를 위해, 상기 레벨 측정용 조정추 장치(100)는 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 충진된 물 위에 부력에 의하여 부양되는 부력재(101)와, 부력재(10)의 측부에 연결되어 하부는 물속에 잠기고 상부는 물 위로 배열되는 조정추(102)와, 조정추(102)의 상단부에 장착되는 평판형의 신호 반사판(103)을 포함한다.
상기 조정추(102)는 하부로 갈수록 좁아지는 V자 단면 구조로 구비되고, 그 상단 내측부에 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 채워진 물 위에 부양되는 부력재(101)가 부착됨으로써, 조정추(102)의 상단부에 부착된 신호 반사판(103)은 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 채워진 물 위쪽에 위치하게 된다.
또한, 상기 조정추(102)의 무게 중심이 부력재(10)의 부심보다 깊은 물속 위치에 존재하도록 조정추(102)의 하단부에는 소정 무게의 조정볼(104)이 장착된다.
이때, 상기 조정볼(104)은 부력재의 부심보다 조정추(102)의 무게 중심이 더 하단부에 안정적으로 위치하게 하여 신호 반사판(103)의 평행 안정성을 확보해주는 기능을 한다.
더욱이, 상기 조정볼(104)에는 암나사홀(106)이 형성되고, 이 암나사홀(106)에는 조정추(102)의 무게 중심을 조절하기 위한 조정무게나사(105)가 분리 가능하게 체결될 수 있다.
바람직하게는, 상기 조정무게나사(105)는 서로 다른 무게 및 길이를 갖는 여러개가 구비되어, 상기 조정볼(104)의 암나사홀(106)에 선택적으로 체결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 상부 개방부에는 상기 신호 반사판(103)과의 거리인 레벨 측정 신호를 외부로 송출하는 송신 모듈(200)이 장착된다.
이를 위해, 상기 송신 모듈(200)은 상기 신호 반사판(103)에 거리 감지를 위한 송신 신호를 송출하고, 반사된 수신 신호를 수신하는 거리측정센서(201)가 저부에 장착된 구조로 구비되어 상기 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 상부 개방부에 장착된다.
보다 상세하게는, 상기 송신 모듈(200)은 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 레벨 측정 신호를 외부의 모니터링 장소 또는 기기(작업자의 스마트 기기)로 무선 전송하기 위한 블루투스 모듈(202)과, 거리측정센서(201)의 측정값을 기준값과 비교하고 그 결과를 블루투스 모듈(202)를 통해 외부의 모니터링 장소 또는 기기(작업자의 스마트 기기)로 전송하는 마이크로컨트롤러(203)와, 송신 모듈(200) 내에 전력 공급을 위하여 충전 가능하게 배치되는 자체 배터리(204) 등을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 레벨 측정 및 모니터링 시스템을 이용한 공작기계 구조물의 레벨 측정 과정을 살펴보면 다음과 같다.
첨부한 도 5는 본 발명에 따른 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 과정을 도시한 순서도이고, 도 6은 레벨 측정 과정 중 물 수위 평형을 맞추는 과정을 도시한 단면도이며, 도 7은 공작기계 구조물에 대한 실질적인 레벨 측정 과정을 보여주는 단면도이다.
먼저, 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 물을 채워서 물 수위 평형을 맞추는 물라인 수위 평형 단계가 선행된다(S101).
이를 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 상기와 같이 조정추 장치(100)와 송신모듈(200)이 장착된 복수의 측정지그(10)들을 고저차가 ±0.01㎜ 수준으로 거의 없는 평탄한 정반 위에 올려 놓고, 상기 측정지그(10)의 액체교환통로(12) 양측부에 각 측정지그(10)로 물이 흐르도록 워터튜브(20)를 체결한 다음, 각 측정지그(10)의 상부 개방부를 통해 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 물을 충진시킨다.
이에, 각 측정지그(10)는 고저차가 ±0.01㎜ 수준으로 거의 없는 평탄한 정반 위에 올려진 상태이므로, 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 채워진 물의 수위는 평형을 이루게 된다.
그러나, 상기 조정추(102) 및 조정볼(104)의 중량 차이 등으로 인하여 각 측정지그(10) 내의 조정추(102) 무게 중심점이 정확하게 일치하지 않는다면, 조정추(102) 및 조정볼(104)이 물에 잠기는 깊이 차이가 나게 되고, 이는 거리측정센서(201)에서 신호 반사판(103)까지 거리값 차이를 야기시키게 된다.
이를 확인하기 위하여, 복수의 측정지그(10)에 포함된 거리측정센서(201)의 측정값(신호 반사판까지 거리값)을 확인한다(S102).
이때, 상기 거리측정센서(201)의 측정값 신호는 상기 송신 모듈(200)의 블루투스 모듈(202)을 통하여 외부의 모니터링 장소 또는 기기(작업자의 스마트 기기)로 무선 전송됨으로써, 작업자가 실시간으로 확인할 수 있다.
이에, 복수의 측정지그(10) 중 어느 하나 이상의 측정지그(10)에 포함된 거리측정센서(201)의 측정값(신호 반사판까지 거리값)이 기준값 이상으로 확인되면, 복수의 측정지그(10)들을 평탄한 정반 위에 올려 놓은 상태라 하더라도, 각 측정지그(10)에 포함된 조정추(102) 및 조정볼(104)이 그 중량 차이 등으로 인하여 물 속에 잠기게 되는 깊이 차이가 발생하게 되어, 도 6의 위쪽 도면에서 보듯이 각 측정지그(10) 중 어느 하나 이상의 측정지그(10)에 포함된 거리측정센서(201)와 신호 반사판(103)까지 거리값 차이가 발생하게 된다.
즉, 도 6의 위쪽 도면에서 보듯이 복수의 측정지그(10) 중 어느 하나 이상의 측정지그(10)에 포함된 신호 반사판(103)이 조정추 높이 단차로 인하여 거리측정센서(201)에 더 가깝게 위치되는 상태가 된다.
이를 해소하고자, 신호 반사판(103)의 고저차이를 없애주는 고저 차 보정 작업이 진행된다(S103).
이를 위해, 도 6의 아래쪽 도면에서 보듯이 해당 측정지그(10)에 포함된 조정볼(104)의 암나사홀(106)에 소정 무게의 조정무게나사(105)를 체결함으로써, 조정추(102) 및 조정볼(104)이 물속으로 더 깊게 위치하게 되고, 이와 동시에 조정추(102)의 상단부에 장착된 신호 반사판(103)이 아래쪽으로 위치 이동하게 된다.
이에, 복수의 측정지그(10)에 포함된 각 거리측정센서(201)의 측정값(신호 반사판까지 거리값)이 기준값 이내로 확인되면, 복수의 측정지그(10)에 포함된 신호 반사판(103)이 동일 높이에 위치한 것으로 판정할 수 있다.
이와 같이, 복수의 측정지그(10)를 평탄한 정반 위에 올려 놓은 상태에서 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 채워진 물의 수위를 평형하게 맞추어줌과 더불어 신호 반사판(103)을 동일 높이로 조정한 후, 실질적인 공작기계 구조물에 대한 레벨 측정 과정이 용이하게 진행될 수 있다.
다음으로, 상기 복수의 측정 지그(10)를 도 7에 도시된 바와 같이 공작기계 구조물(예, 복수의 컬럼 베드) 위에 소정의 배열로 올려 놓는다.
물론, 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 물이 없다면 물이 채워서 물 수위 평형을 맞추는 물라인 수위 평형 단계(S104)가 더 진행된다.
즉, 상기 측정지그(10)의 액체교환통로(12) 양측부에 각 측정지그(10)로 물이 흐르도록 워터튜브(20)를 체결한 다음, 각 측정지그(10)의 상부 개방부를 통해 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 물을 충진시킨다.
이렇게 레벨 측정 대상물인 공작기계 구조물 위에 각 측정지그(10)를 배치한 상태에서 실질적인 공작기계 구조물에 대한 레벨 측정 과정이 진행된다.
이때, 첨부한 도 4의 통신 구성도에서 보듯이, 공작기계 구조물 위에 각 측정지그(10) 마다 포함된 송신모듈(200)이 작업자가 소지한 스마트 기기(210, 어플리케이션 실행 화면)와 통신 가능하게 연결된 상태가 된다.
이에, 복수의 측정지그(10)에 포함된 거리측정센서(201)의 측정값(신호 반사판까지 거리값) 신호가 상기 송신 모듈(200)의 블루투스 모듈(202)을 통하여 외부의 모니터링 장소 또는 기기(작업자의 스마트 기기)로 무선 전송됨으로써, 작업자가 실시간으로 확인할 수 있다.
즉, 복수의 측정지그(10)에 포함된 거리측정센서(201)의 측정값(신호 반사판까지 거리값) 변동이 시작되고(S105), 연이어 그 측정값이 안정화되어(S106), 거리측정센서(201)의 측정값 신호가 상기 송신 모듈(200)의 블루투스 모듈(202)을 통하여 외부의 모니터링 장소 또는 기기(작업자의 스마트 기기)로 무선 전송되면, 작업자는 소리 알림 신호를 통해 인지할 수 있고(S107), 소지한 스마트 기기 화면을 통해 거리측정센서의 측정값을 비롯하여 측정값과 기준값과의 비교 차이를 실시간으로 확인할 수 있다(S108,S109).
만일, 상기와 같이 복수의 측정지그(10)가 2차로 레벨 측정 대상물인 공작기계 구조물 위에 배치된 상태에서 어느 하나 이상의 측정 지그(10)에 포함된 송신 모듈(200)의 거리측정센서(201)에서 측정한 신호 반사판(103)과의 거리인 레벨 측정값이 기준값 이상으로 벗어난 경우, 공작기계 구조물을 받치고 있는 하부 레벨링 블록의 볼트(미도시됨)를 상승 또는 하강 조절하여 공작기계 구조물의 높이 차이를 보정하는 레벨 작업을 실시하게 된다(S111).
예를 들어, 복수의 측정지그(10)가 2차로 레벨 측정 대상물인 공작기계 구조물 위에 배치된 상태에서 어느 하나 이상의 측정 지그(10)에 포함된 송신 모듈(200)의 거리측정센서(201)에서 측정한 신호 반사판(103)과의 거리인 레벨 측정값을 기준값인 0.01mm과 비교하여(S110), 측정값이 기준값인 0.01mm 이상이면 위의 레벨 작업을 실시하고(S111), 기준값인 0.01mm 이내이면 위의 레벨 작업을 종료한다(S112).
따라서, 공작기계의 대형 구조물들을 공장에 배치할 때 높이 공차가 거의 없이(예, 기준값인 0.01mm 이내) 정확하게 배치시킬 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 공작기계의 대형 구조물들을 공장에 배치함에 있어서, 공작기계 구조물에 대한 복수의 레벨 측정 포인트에 거리측정센서로 측정된 레벨 측정값을 기준값과 비교하여 그 결과를 스마트 기기에 표시할 수 있도록 함으로써, 전체 공작기계 구조물의 지점 간 높이 편차 값을 작업자가 쉽게 모니터링하면서 공작기계 구조물의 정밀한 높이 조정 작업을 원활하게 수행할 수 있고, 공작기계 구조물의 레벨 측정 작업의 효율성과 정확성을 향상시킬 수 있다.
한편, 조정추 장치(100)에는 금속표면의 부식현상을 방지하기 위하여 부식방지도포층이 도포될 수 있다. 이 부식방지도포층의 도포 재료는 벤즈이미다졸 20중량%, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 30중량%, 하프늄 15중량%, 유화몰리브덴(MoS2) 10중량%, 산화알루미늄 15중량%, 비스페놀 F형 디글리시딜에테르 10중량%로 구성되며, 코팅두께는 8㎛로 형성할 수 있다.
벤즈이미다졸, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 비스페놀 F형 디글리시딜에테르는 부식 방지 및 변색 방지 등의 역할을 한다.
하프늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로서 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 역할을 한다.
유화몰리브덴은 코팅피막의 표면에 습동성과 윤활성 등을 부여하는 역할을 한다.
산화알루미늄은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.
상기 구성 성분의 비율 및 코팅 두께를 상기와 같이 수치 한정한 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.
또한, 송신 모듈(200)의 외부면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.
상기 오염 방지 도포용 조성물은 코카미도프로필베타인 및 암포 글리시네이트가 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 코카미도프로필베타인과 암포 글리시네이트의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.
상기 코카미도프로필베타인과 암포 글리시네이트는 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 송신 모듈(200)의 도포성이 저하되거나 도포 후에 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 코카미도프로필베타인 및 암포 글리시네이트는 전제 조성물 수용액중 1~10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 송신 모듈(200)의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 송신 모듈(200)에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 송신 모듈(200)의 최종 도포막 두께는 550 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1100 ~ 1900Å이다. 상기 도포막의 두께가 550 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 코카미도프로필베타인0.1 몰 및 암포 글리시네이트 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
또한, 측정지그(10)의 둘레에는 기능성 오일이 혼합된 방향제 물질이 코팅될 수 있으며, 이에 따라 측정지그(10)를 살균 처리하고, 작업자의 스트레스나 피로를 완화시킬 수 있다.
방향제 물질과 기능성 오일의 혼합 비율은 상기 방향제 물질 95~97중량%에 상기 기능성 오일 3~5중량%가 혼합되며, 기능성 오일은, 하이퍼리큠 오일(Hypericum oil) 50중량%, 안젤리카 오일(Angelica oil) 50중량%로 이루어진다.
여기서 기능성 오일은 방향제에 대해 3~5중량%가 혼합되는 것이 바람직하다. 기능성 오일의 혼합비율이 3중량% 미만이면, 그 효과가 미미하며, 기능성 오일의 혼합비율이 3~5중량%를 초과하면 그 기능이 크게 향상되지 않는 반면에 제조 단가는 크게 증가된다.
하이퍼리큠 오일(Hypericum oil)은 신경통, 근육통, 항울증, 스트레스 완화작용 등에 좋은 효과가 있다.
안젤리카 오일(Angelica oil)은 해독 작용, 피부 질환 치료, 살균, 가려움증 완화, 머리를 맑게 하고, 긴장완화 등에 작용 효과가 우수하다.
이러한 기능성 오일이 혼합된 방향제 물질이 측정지그(10)에 코팅되므로 측정지그(10)를 살균하고, 작업자의 피로를 경감시킬 수 있다. 상기 기능성 오일 및 방향제 물질의 성분 및 비율을 수치 한정하는 이유는, 본 발명자가 수차례 실패를 거듭하면서 시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 구성 성분 및 비율에서 최적의 효과를 나타내었기 때문이다.
그리고, 배터리(204)의 외면에는 금속메쉬폼이 부착될 수 있다. 이 금속메쉬폼은 기공을 갖는 금속 재질의 메쉬폼 형태이다. 이러한 금속메쉬폼의 표면에는 온도변색층이 도포되는데, 금속메쉬폼의 표면에 침투되는 형태로 구성된다.
온도변색층은 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 금속메쉬폼의 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 온도변색층 위에는 온도변색층이 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포될 수 있다.
여기서, 온도변색층은, 각각 40℃ 이상 및 60℃ 이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 도포하여 형성될 수 있다. 온도변색층은 히터부에 의해 내부의 온도사 상승함에 따라 간접 가열되는 배터리(204)의 온도에 따라 색이 변화하여 배터리(204)의 온도 변화를 감지하기 위한 것이다. 배터리(204)의 온도는 금속메쉬폼에 전달되며, 금속메쉬폼의 온도 변화에 따라 온도변색층이 반응하여, 결과적으로 배터리(204)의 온도 변화를 감지할 수 있게 된다.
이러한 온도변색층은 소정의 온도 이상이 되었을 때 색깔이 변하는 온도변색물질이 금속메쉬폼의 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 온도변색층은 일반적으로 1~10㎛의 마이크로캡슐 구조로 구성되어 있고, 마이크로캡슐 내에 전자 공여체와 전자 수용체의 온도에 따른 결합 및 분리현상으로 인해 유색 및 투명색을 나타내도록 할 수 있다.
또한, 온도변색층은 색의 변화가 빠르고, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 등의 다양한 변색온도를 가질 수 있으며, 이러한 변색온도는 여러 방법으로 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 온도변색층은 유기화합물의 분자 재배열, 원자단의 공간 재배치 등의 원리에 의한 다양한 종류의 온도변색물질이 이용될 수 있다.
이를 위해, 온도변색층은 서로 다른 변색 온도를 가지는 두 가지 이상의 온도변색물질을 도포하여 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 온도변색층은 상대적으로 저온의 변색온도를 갖는 온도변색물질과 상대적으로 고온의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40℃이상 및 60℃이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하여 온도변색층을 형성할 수 있다.
이를 통해, 배터리(204)의 온도 변화를 확인할 수 있어 배터리(204)의 온도변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 현재 배터리(204)가 정상 구동되는 상태인지, 과열된 상태인지를 육안으로 쉽게 확인할 수 있는 이점이 있다.
또한, 보호막층은 온도변색층 위에 도포되어서 외부의 충격으로 인해 온도변색층이 손상되는 것을 방지하며, 온도변색층의 변색 여부를 쉽게 확인함과 동시에 온도변색물질이 열에 약한 것을 고려하여 단열 효과를 가지는 투명 도포재를 사용하는 것이 바람직하다.
10 : 측정지그
11 : 액체충진 레벨링 스탠드
12 : 액체교환통로
20 : 워터튜브
30 : 마이크로미터
31 : 측정 게이지
100 : 조정추 장치
101 : 부력재
102 : 조정추
103 : 신호 반사판
104 : 조정볼
105 : 조정무게나사
106 : 암나사홀
200 : 송신 모듈
201 : 거리측정센서
202 : 블루투스 모듈
203 : 마이크로컨트롤러
204 : 배터리
210 : 스마트 기기

Claims (3)

  1. 물이 충진되는 중공형의 액체충진 레벨링 스탠드(11)와, 이 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 하부에 형성된 액체교환통로(12)로 구성되는 복수의 측정지그(10);
    상기 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 충진된 물 위에 부력에 의하여 부양되는 부력재(101)와, 부력재(10)의 측부에 연결되어 하부는 물속에 잠기고 상부는 물 위로 배열되는 조정추(102)와, 조정추(102)의 상단부에 장착되는 신호 반사판(103)과, 조정추(102)의 무게 중심이 부력재(10)의 부심보다 깊은 물속 위치에 존재하도록 조정추(102)의 하단부에 장착되는 조정볼(104)로 구성되는 레벨 측정용 조정추 장치(100); 및
    상기 신호 반사판(103)에 거리 감지를 위한 송신 신호를 송출하고, 반사된 수신 신호를 수신하는 거리측정센서(201)가 저부에 장착된 구조로 구비되어 상기 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 상부 개방부에 장착되고, 상기 신호 반사판(103)과의 거리인 레벨 측정 신호를 외부로 송출하는 송신 모듈(200)을 포함하여 구성되고;
    상기 송신 모듈(200)은:
    레벨 측정 신호를 외부의 모니터링 장소로 무선 전송하기 위한 블루투스 모듈(202)과, 거리측정센서(201)의 측정값을 기준값과 비교하고 그 결과를 블루투스 모듈(202)를 통해 외부의 모니터링 장소로 전송하는 마이크로컨트롤러(203)와, 송신 모듈(200) 내에 전력 공급을 위하여 충전 가능하게 배치되는 배터리(204)를 포함하여 구성되고;
    상기 조정볼(104)에는 암나사홀(106)이 형성되고, 이 암나사홀(106)에는 조정추(102)의 무게 중심을 조절하기 위한 조정무게나사(105)가 체결되는 것을 특징으로 하는 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템.
  2. 삭제
  3. 물이 충진되는 중공형의 액체충진 레벨링 스탠드(11)와, 이 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 하부에 형성된 액체교환통로(12)로 구성되는 복수의 측정지그(10);
    상기 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 충진된 물 위에 부력에 의하여 부양되는 부력재(101)와, 부력재(10)의 측부에 연결되어 하부는 물속에 잠기고 상부는 물 위로 배열되는 조정추(102)와, 조정추(102)의 상단부에 장착되는 신호 반사판(103)과, 조정추(102)의 무게 중심이 부력재(10)의 부심보다 깊은 물속 위치에 존재하도록 조정추(102)의 하단부에 장착되는 조정볼(104)로 구성되는 레벨 측정용 조정추 장치(100); 및
    상기 신호 반사판(103)에 거리 감지를 위한 송신 신호를 송출하고, 반사된 수신 신호를 수신하는 거리측정센서(201)가 저부에 장착된 구조로 구비되어 상기 액체충진 레벨링 스탠드(11)의 상부 개방부에 장착되고, 상기 신호 반사판(103)과의 거리인 레벨 측정 신호를 외부로 송출하는 송신 모듈(200)을 포함하여 구성되고;
    상기 송신 모듈(200)은:
    레벨 측정 신호를 외부의 모니터링 장소로 무선 전송하기 위한 블루투스 모듈(202)과, 거리측정센서(201)의 측정값을 기준값과 비교하고 그 결과를 블루투스 모듈(202)를 통해 외부의 모니터링 장소로 전송하는 마이크로컨트롤러(203)와, 송신 모듈(200) 내에 전력 공급을 위하여 충전 가능하게 배치되는 배터리(204)를 포함하여 구성고;
    상기 조정추 장치(100)와 송신모듈(200)이 장착된 복수의 측정지그(10)는 각 측정지그(10)의 액체충진 레벨링 스탠드(11) 내에 충진된 물 수위의 평형을 맞추기 위하여 1차로 평탄한 정반 위에 배치되고, 물 수위의 평형이 맞추어진 후에 2차로 레벨 측정 대상물인 공작기계 구조물 위에 배치되고;
    상기 복수의 측정지그(10)가 1차로 평탄한 정반 위에 배치된 상태에서 어느 하나 이상의 측정 지그(10)에 장착된 송신 모듈(200)의 거리측정센서(201)에서 측정한 신호 반사판(103)과의 거리인 레벨 측정값이 기준값을 벗어난 경우, 물 수위의 평형을 위하여 해당 측정 지그(10)에 포함된 조정볼(104)의 암나사홀(106)에 조정무게나사(105)가 체결되며;
    상기 복수의 측정지그(10)가 2차로 레벨 측정 대상물인 공작기계 구조물 위에 배치된 상태에서 어느 하나 이상의 측정 지그(10)에 포함된 송신 모듈(200)의 거리측정센서(201)에서 측정한 신호 반사판(103)과의 거리인 레벨 측정값이 기준값을 벗어난 경우, 공작기계 구조물을 받치고 있는 하부 레벨링 블록의 볼트를 상승 또는 하강 조절하여 공작기계 구조물의 높이 차이 보정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 공작기계 구조물의 레벨 측정 및 모니터링 시스템.
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KR20100083346A (ko) * 2009-01-13 2010-07-22 한국동서발전(주) 2분할 구조 부유형 센서
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