KR102226769B1

KR102226769B1 - 독립형 마이크로미터, 전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템 및 원통형 본체의 직경 결정 방법

Info

Publication number: KR102226769B1
Application number: KR1020187015205A
Authority: KR
Inventors: 윌리엄 엘로프 멀랜더
Original assignee: 하포드 수잔 제인
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2021-03-11
Also published as: US20170122716A1; EP3368857B1; US10107610B2; WO2017075307A1; JP2018533024A; EP3368857A1; JP6541892B2; EP3368857A4; KR20180067696A

Abstract

원통형 본체의 치수를 측정하기에 적합한 방법 및 장비는 하우징과, 원통형 본체의 아치형 표면에 대해 하우징을 지지하는 수단을 갖는 시스템을 포함한다. 지지 수단은 회전 축을 갖는 적어도 두 개의 휠을 포함하고, 상기 회전 축은 본체의 아치형 표면을 상기 두 개의 휠과 맞물리게 하여 상기 두 개의 휠의 가장자리가 원통형 본체의 단면에 위치하는 코드의 길이만큼 공간 이격된 두 단자에서 아치형 표면에 접촉하도록 배향된다. 측정 수단은 원통형 본체의 코드의 길이 내에 위치된 원통형 본체의 표면 지점과 접촉하기 위해 하우징에 장착되고, 두 개의 휠에 의해 결정된 코드의 길이 및 측정 수단의 출력으로 확인되는 상기 코드의 높이에 기초하여 원통형 본체의 직경을 결정하는 수단이 제공된다.

Description

독립형 마이크로미터, 전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템 및 원통형 본체의 직경 결정 방법

본 발명은 일반적으로 본체(body)의 치수를 측정하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 시트(sheet) 제품의 생산에 사용되는 롤(roll)과 같은 원통형 본체의 프로파일(profile) 및/또는 직경을 측정하는 장치에 관한 것이다.

알루미늄 및 종이와 같은 시트 제품을 감는데 사용되는 원통형 롤(cylindrical roll)은 납작한 롤링된 제품(flat rolled product)을 얻기 위해서는 특정 프로파일을 가져야 한다. 이러한 이유 때문에 이러한 롤의 윤곽(contour) 또는 프로파일(profile)이 정확하게 측정되어야 하고, 길이에 따른 직경의 편차가 기록되어야 한다. 독립형의 새들형(saddle-type) 마이크로미터가 이러한 목적으로 널리 사용되고 있다.

Betsill 등의 미국 특허 제5,088,207호에 나타난 바와 같이, 독립형 새들 마이크로미터는 일반적으로 롤의 종 방향 길이를 따라 롤링("스케이팅")하기 위해 휠에 지지된 새들(saddle)을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "독립형(freestanding)"이라는 용어는 이러한 마이크로미터가 그라인더(grinder) 또는 다른 영구 장치에 장착되는 것이 아니고 대신에 휴대 가능하고, 평가되는 롤 상에 배치된다는 점에서 새들형 마이크로미터와 관련하여 사용된다. Betsill 등의 새들 마이크로미터는, 마이크로미터가 롤의 상부에 놓일 때, 롤의 반대쪽에 위치하도록 새들로부터 바깥쪽과 아래쪽으로 연장되는 대향 배치된 암들(arms)을 갖는 캘리퍼형(caliper-type) 장치이다. 암들(arms)은 로킹 크로스바(rocking crossbar)에 의해 지지된다. 암들 중 하나는 평형추(counterweight) 또는 팔로워 프로브(follower probe)를 지지하고, 반면, 제2 암은 다이얼 표시기(dial indicator) 또는 LVDT(선형 가변 차동 변환기)와 같은 표시기 프로브(indicator probe)를 지니고 있다. 각각의 암 상의 팔로워 프로브 및 표시기 프로브를 롤에 대해 서로 정반대로 위치시킴으로써, 롤의 직경을 따라 새들을 스케이팅(skating)하여 롤의 직경의 변화를 검출할 수 있다. 다이얼 표시기가 표시기 프로브로서 사용되는 경우, 다이얼 표시기 판독 값을 수동으로 기록할 수 있도록 새들은 롤의 길이를 따라 정지부(stops)를 만들어야 한다. LVDT 또는 다른 전자 변환기가 사용되는 경우, 롤 직경의 변화는 전자적으로 연속적으로 기록될 수 있다. 새들은 바람직하게는 롤의 길이를 따라 스케이팅된 거리를 측정하기 위한 인코더를 탑재하고, LVDT 및 인코더로부터 입력 데이터를 판독, 기록 및 제공하기 위해 프레임 상에 미니 컴퓨터가 장착된다.

전술한 유형의 새들 마이크로미터는 중량, 강성, 균형 및 작동에서의 절충을 포함하는 단점을 갖는다. 이러한 새들 마이크로미터는 중량 및 강성의 측면에서, 강성을 위해 중량을 무시(이는 작업자가 취급하기가 어렵지만 정확한 판독 값을 제공하는 장치를 발생시킴)하거나, 또는 보다 쉽게 취급될 수 있지만 부정확한 판독 값을 발생시킬 수 있을 정도로 강성을 희생시키는 장치를 제공하도록 중량을 감소시키는 두 가지 접근법을 취했다. 이 문제는 전자 프로브가 사용되는 경우 악화되는데, 그 이유는 판독 값이 취해질 때 장치가 계속 움직이기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 더 무겁고 더 강성의 장치를 취급하기가 어렵기 때문에 더 가벼운 장치가 일반적으로 더 널리 수용되고 있다. 이러한 새들 마이크로미터는 또한 일반적으로 상부가 무거워서 장치는 롤의 상부로부터 미끄러지는 경향이 더 있다. 롤을 벗어나게 미끄러지는 경우, 더 무거운 장치를 사용하면 장치는 아마도 손상되지는 않지만 작업자가 부상을 입을 위험이 있다. 반면, 경량의 장치가 롤에서 미끄러지면 그 장치는 손상될 가능성이 훨씬 높다.

작동의 관점에서, 전술한 유형의 캘리퍼형 마이크로미터는 롤 직경을 실제로 측정하는 것이 아니라, 롤의 프로파일, 즉 롤의 길이에 따른 직경의 변화를 결정하는 것으로 제한된다. 또한, 마이크로미터는 수집된 데이터를 수집하고 처리하기 위해 온보드(onboard) 미니 컴퓨터에 의존해 왔다. 많은 전자식 새들 마이크로미터는 배우기 쉽고 작동하기 쉬운 간단한 장치이지만 기본 프로파일 정보만 제공하고 있다. 배울 수 있는 광범위한 교육과 조작 기술이 필요한 최신 고급 장치가 사용 가능하다. 더 상세한 프로파일 정보, 롤 기록 및 하드 카피 인쇄물을 제공하지만, 실제로 이러한 향상된 기능은 온보드 미니 컴퓨터 작동 방법을 배우는 어려움 때문에 거의 사용되지 않았다.

이상으로부터, 전술한 단점을 극복하는 새들 마이크로미터가 바람직하다는 것을 알 수 있다. 이러한 새들 마이크로미터의 예가 미국 특허 제6,820,347호 및 제7,107,696호에 개시되어 있으며, 그 내용은 본원에 참고로 인용되고 있다. 특히, 전술한 결점을 극복하는 마이크로미터에 대한 진행중인 요구사항은 안전성 및 사용 편의성을 촉진시키기 위해 상대적으로 컴팩트한 구조를 포함한다.

본 발명은 본체의 치수, 예를 들어, 원통형 본체의 직경 및/또는 프로파일을 측정하기에 적합한 방법 및 장비를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 독립형 마이크로미터는 하우징과, 원통형 본체의 아치형 표면에 대해 하우징을 지지하는 지지 수단을 포함한다. 지지 수단은 회전 축을 가진 적어도 두 개의 휠을 포함하고, 상기 회전 축은 원통형 본체의 아치형 표면과 상기 두 개의 휠을 맞물리게 하여 상기 두 개의 휠의 가장자리(edges)가 원통형 본체의 단면에 위치한 코드(chord)의 길이만큼 공간이 이격된 두 단자에서 아치형 표면과 접촉하도록 배향된다. 측정 수단은 원통형 본체의 코드의 길이 내에 위치된 원통형 본체의 표면 지점에 접촉하기 위해 하우징에 장착되고, 측정 수단의 출력으로 확인되는 상기 코드의 높이 및 두 개의 휠에 의해 결정되는 상기 코드의 길이에 기초하여 원통형 본체의 직경을 결정하기 위한 수단이 제공된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 원통형 본체가 그의 종축이 대략 수평이 되도록 배향되는 동안 원통형 본체의 직경 및 직경의 변화를 감지하기 위해 전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템이 제공된다. 이 마이크로미터 시스템은, 베이스(base)를 가지며 인클로저(enclosure)를 정의하는 하우징, 원통형 본체의 아치형 표면에 대해 하우징을 지지하는 수단, 및 하우징에 장착된 전자 선형 측정 수단을 구비한 휴대용 독립형 마이크로미터 장치를 포함한다. 지지 수단은 회전 축을 가진 적어도 두 개의 휠을 포함하고, 상기 회전 축은 원통형 본체의 아치형 표면과 상기 두 개의 휠을 맞물리게 하여 상기 두 개의 휠의 가장자리(edges)가 원통형 본체의 단면에 위치한 코드(chord)의 길이만큼 공간이 이격된 두 단자에서 아치형 표면과 접촉하도록 배향된다. 전자 선형 측정 수단은 원통형 본체의 코드의 길이 내에 위치된 원통형 본체의 표면 지점과 접촉한다. 이 마이크로미터 시스템은 전자 선형 측정 수단으로부터의 출력 신호를 수신하여 데이터로서 저장하는 데이터 획득 수단과, 하우징으로부터 분리되고 하우징의 외부에 위치하여, 상기 데이터 획득 수단에 의해 저장된 데이터를 수신하고, 전자 선형 측정 수단의 출력 신호로 확인되는 코드 거리 및 두 개의 휠에 의해 결정되는 코드의 길이에 기초하여 원통형 본체의 직경을 계산하는 컴퓨터와, 데이터를 전송하기 위해 데이터 획득 수단에 컴퓨터를 무선으로 연결하기 위한 수단을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 원통형 본체의 직경을 결정하는 방법이며, 이 방법은 회전 축을 가진 적어도 두 개의 휠로 하우징을 지지하고 - 상기 회전 축은 상기 두 개의 휠의 가장자리가 원통형 본체의 단면에 위치한 코드(chord)의 길이만큼 공간이 이격된 두 단자에서 원통형 본체의 아치형 표면과 접촉하도록 배향됨 - , 상기 코드의 두 단자 간에 위치하는 원통형 본체의 표면 지점과 상기 코드 간의 코드 거리를 결정하고, 상기 코드의 길이 및 상기 코드 거리에 기초하여 원통형 본체의 직경을 결정하는 것에 의해 수행된다.

상술된 마이크로미터, 마이크로미터 시스템 및 방법의 기술적 효과는 바람직하게는, 원통형 본체의 프로파일만의 측정 대신에, 원통형 본체에 대한 측정, 가령, 원통형 본체의 직경 및/또는 프로파일에 대한 측정을 수행하기 위한 매우 컴팩트한 마이크로미터의 사용을 포함한다. 컴팩트한 구조로 인해, 마이크로미터는 상대적으로 가볍게 구성될 수 있고, 그에 따라 장치는 사용하기가 더 쉽고 안전해지게 된다. 또한, 본 발명의 마이크로미터는 중량에 대해 강성을 갖도록 구성될 수 있고, 그에 따라 보다 신뢰성 있고 정확한 데이터 획득을 가능하게 된다.

본 발명의 다른 양태들 및 이점들은 다음의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.

도 1 및 도 2는 전자 마이크로미터 시스템의 실시예를 개략적으로 도시하며, 각각의 시스템은 원통형 본체의 직경 및 직경 변화를 감지하기 위해 원통형 본체 상에 배치된 것으로 도시된 휴대용 장치를 포함한다.

본 발명의 비 제한적인 제1 실시예에 따른 전자 마이크로미터 시스템(10)이 도 1에 도시된다. 시스템(10)은, 하우징(14), 하우징(14)으로부터 연장되는 암(16) 및 퍼스널 컴퓨터(PC) 또는 다른 프로세싱 장치와 같은 원격 컴퓨터(28)를 구비한 휴대용 장치(12)를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(14)은 일반적으로 인클로저를 한정하는 베이스(20) 및 커버(24)를 갖는다. 베이스(20) 및 커버(24)는 알루미늄 또는 다른 비교적 경량이지만 강성 구조의 재료를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 재료로 구성될 수 있다. 하우징(14)은 약 12파운드(약 5.5㎏) 이하의 중량과 약 12인치(약 30㎝) 이하의 수평 및 수직 방향의 치수와 같이 매우 컴팩트할 수 있다.

베이스(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 롤(40)의 아치형 표면(41) 상에 하우징(14)을 지지하기 위한 수단을 탑재하는 것이 바람직하다. 장치(12)가 길이를 따라 롤(40)의 직경(즉, 프로파일)의 변화를 측정하기 위해 롤(40)을 스케이팅(skating)할 수 있게 하기 위해, 지지 수단은 바람직하게는 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이 적어도 두 개의 휠(30)을 포함한다. 휠(30)은 각 휠(30)의 회전축이 하우징(14)의 베이스(20)에 실질적으로 수직이고 하우징(14)이 아치형 표면, 가령 표면(41)의 상부에서 휠(30)에 의해 지지될 때 지구에 수직이 되도록 베어링(34)에 의해 회전 가능하게 지지되는 것으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 배향은 각 휠(30)의 안쪽으로 향한 가장자리가 아치형 표면(41)과 접촉하게 하고, 롤(40)의 표면(41) 상에 하우징(14)을 보다 확실하게 위치시킬 수 있는 작은 직경의 휠(30)의 사용을 가능하게 하고, 따라서 장치(12)의 정확도를 향상시킨다. 도시된 바와 같이, 휠(30)의 직경은 휠(30)을 지지하는 베어링(34)의 직경보다 작다. 하우징(14)은 롤(40)의 축 방향을 따라 하우징(14)에 의해 이동되는 거리를 측정하기 위한 수단을 탑재하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이러한 수단은 휠들(30) 중 하나 이상의 휠의 회전을 감지함으로써 하우징(14)에 의해 이동된 거리를 측정하도록 적응된 인코더(미도시)를 포함할 수 있다. 하우징(14), 암(16) 및 휠(30)은 장치(12)가 넓은 범위의 롤 직경을 위해 사용될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

하우징(14)은 또한 도 1에서 볼 수 있는 하우징(14) 아래와 두 개의 휠(30) 사이의 롤(40)의 표면(41)을 감지하기 위한 감지 요소(22)가 장착된 것으로 도시되어 있다. 하우징(14)의 본체를 통해 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 감지 요소(22)는 하우징(14)에 외부적으로 장착될 수 있다. 감지 요소(22)에 적합한 장치는 하우징(14)에 대한 표면의 변위를 정확하게 나타내는 전자 신호를 생성하는 LVDT와 같은 전자 선형 측정 장치를 포함한다. 감지 요소(22)는 바람직하게는 롤(40)의 반경, 가령, 하우징(14)이 도 1에 나타난 바와 같이 롤(40) 상에 상사점으로 위치될 때 수직 방향으로 정렬되도록 배향된다.

암(16)은 일반적으로 하우징(14)의 베이스(20)에 대해 예각으로 수평 및 하향으로 하우징(14)의 일 측면으로부터 연장되는 것으로 도시되어 있다. 암(16)은 그 길이를 따라 눈금(18)을 포함하고, 제2 감지 요소(32)는 브래킷(26)으로 암(16)에 조정 가능하게 장착된다. 감지 요소(22)에서와 같이, 암(16)에 장착된 감지 요소(32)에 적합한 장치는 LVDT 또는 다른 전자 선형 측정 장치이다. 암(16) 상의 눈금(18)은 감지 요소(32)가 하우징(14) 및 그에 따른 감지 요소(22)에 대해 정확하게 위치될 수 있게 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 감지 요소(22, 32)는 바람직하게는 서로 평행하게 배향되어, 평행한 방향, 가령 도 1에 도시된 바와 같이 수직으로 변위된 결과로서, 롤(40)의 표면 지점과 접촉하게 된다. 또한, 감지 요소(22, 32)는 롤(40)에 대해 서로 정반대로 위치하지 않는다. 도 1에 도시된 바와 같이, 감지 요소(22)는 롤(40)의 상사점 또는 그 부근에 위치되는 반면, 감지 요소(32)는 도 1에 도시된 롤(40)의 코드의 하나의 단자를 각각이 c/2의 길이를 갖는 두 개의 하프 코드(half-chord)의 합으로서 위치시키며, 감지 요소(22)(및 감지 요소(22)가 위치시킨 표면 지점)는 코드의 중간 지점(m)과 정렬된다.

도 1로부터 명백한 바와 같이, 감지 요소(22, 32)는 원주 방향으로 이격되어 있는 롤(40)의 표면(41)상의 지점(또는 그 근사치)과 접촉하도록 적응된다. 감지 요소(22 및 32)에 의해 접촉된 표면 지점은 코드의 길이, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 감지 요소(32)에 의해 접촉된 표면 지점과 각각 교차하는 반경(r₁), 감지 요소(22)에 의해 접촉된 표면 지점과 교차하거나 이 표면 지점과 축 방향으로 정렬되는 반경(r₂), 및 반경(r₁)과 반경(r₂) 간에 정의된 각도(θ)에 의해 기하학적으로 관련된다. 반경(r₂)의 길이의 일부분은 코드와 감지 요소(22)에 의해 접촉된 표면 지점 사이에 존재하며, 본 명세서에서 코드 거리(d)로 정의된다. 따라서, (코드와 롤(40)의 중심 또는 회전 축(a) 사이의) 반경(r₂)의 나머지 부분은 길이 r₂-d를 갖는다. 코드 하프 길이(c/2)와 코드 거리(d) 사이의 기하학적 관계에 기초하여, 롤(40)의 직경은 식 D = (c² + 4d²)/4d 로 계산될 수 있으며, 여기서, D는 원통형 본체의 직경이다.

코드 거리(d)는 감지 요소(22 및 32)가 각각의 접촉 표면 지점에 대해 평행한 방향으로 동시에 이동하는 결과로서 감지 요소(22 및 32)로 효과적으로 측정될 수 있다. 이 목적을 위해, 두 개의 감지 요소(22, 32)는 그들의 위치 및 측정 범위와 관련하여 서로에 대해 교정된다. 코드 길이(c)는 거리(c/2)의 2배이며, 따라서 감지 요소(22 및 32) 사이의 측면(수평) 거리의 두 배이다. 이 목적을 위해, 코드 하프 길이는 눈금(18)을 갖는 암(16)의 길이를 따라 감지 요소(32)를 정확히 위치시킴으로써 물리적으로 설정된다. 눈금(18)은 하우징(14)에 인접한 롤(40)의 원주 부분 위로 돌출하는 코드 스케일(chord scale)로서 효과적으로 기능한다. 눈금(18)은 가동 감지 요소(32)가 감지 요소(22)에 대해 정확하게 위치될 수 있는 정지부(stops)를 정의한다. 이와 같이, 장치(12)는 다수의 코드 길이를 설정할 수 있으며, 그 결과, 코드 길이는, 평가되는 롤(40)의 크기에 기초하여, 롤 직경을, 바람직하게는 정반대로 배치되는 센서를 필요로 하지 않고 약 0.015인치(약 0.4mm) 이하의 범위를 갖는 정확도로 정확하게 계산하기에 충분한 측정 가능한 거리를 제공하도록 설정될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 장치(12)의 정확도는, 온도 변화로 인한 열팽창을 보상하기 위해, 감지 요소(22 및 32)에 의해 행해진 표면 측정 부근에서 롤(40)의 온도를 감지하기 위한 온도 프로브(36)를 포함함으로써 향상될 수 있다. 이러한 능력은 롤(40)이 사용되는 롤링 공정의 결과로서 상승된 온도에 있다면 특히 유리하다.

상술한 관점에서, 하우징(14) 및 암(16)을 포함하는 휴대용 장치(12)가 강하고 컴팩트하며 비교적 가벼운 구조를 가질 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 장치(12)는 낮은 프로파일 및 무게 중심을 가질 수 있으며, 이는 장치(12)가 사용중일 때 보다 양호한 균형을 이루게 하고, 따라서 장치(12) 및 그 조작자에 대한 안전성이 개선된다. 하우징(14)의 강성은 전체 장치(12)의 강성을 촉진하여 장치(12)가 최신 전자 장치를 지지하기 위한 기계적 무결성을 갖게 한다. 장치(12)가 롤(40)을 종축 방향으로 스케이팅함에 따라, 감지 요소(22 및 32)에 의해 생성된 전자 판독 값을 왜곡시키는 최소한의 외부 기계적 움직임이 존재한다.

하우징(14)은 또한 데이터 획득 하드웨어(38) 및 배터리(도시되지 않음)와 같은 적절한 전원 공급 장치를 위한 인클로저로서의 역할을 할 수 있다. 도 1은 하우징(14)으로부터 분리되어 외부에 있는 컴퓨터(28)를 포함하는 마이크로미터 시스템(10)을 개략적으로 나타낸다. 컴퓨터(28)는 바람직하게는 하우징(14)에 수용되는 데이터 획득 하드웨어(38)에 의해 저장된 데이터를 처리하기 위해 전용 소프트웨어를 사용하고, 바람직하게는 스크린(46) 상에 데이터를 나타낼 수 있다. 임의의 적절한 통신 장치(48)는 데이터를 전송하기 위해 컴퓨터(28)를 데이터 획득 하드웨어(38)에 연결하는 데 사용될 수 있다. 하나의 비 제한적인 실시예에서, 장치(48)는 케이블인 반면, 다른 비 제한적인 실시예에서, 장치(48)는 가령 컴퓨터(28)가 측정을 수행중인 복합체 내의 임의의 장소에서 중앙 단말이 되는 경우에서와 같이장치(12)로부터의 데이터를 원격 위치로 이송할 수 있는 무선 모듈이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 양태에 따르면, 컴퓨터(28)는 관련 데이터를 신속하고 간편하게 사용자 친화적인 포맷으로 수신하여 디스플레이하도록 소프트웨어로 구동되는 터치 스크린 아이콘으로 활성화되는 기능을 구비한다. 터치 스크린 컴퓨터(28)는 롤 프로파일 스케이트(roll profile skate)의 온스크린 디스플레이가 작업자에게 이용될 수 있게 한다. 즉, 롤의 측정치에 기초한 프로파일은 작업자가 롤이 사양 내에 있는지를 알 수 있도록 목표 프로파일 위에 투영될 수 있다.

본 발명의 다른 비 제한적인 실시예에 따른 전자 마이크로미터 시스템(110)이 도 2에 도시되어 있다. 도 2에서, 동일한 또는 기능적으로 등가인 요소를 식별하기 위해 일관된 참조 번호가 사용되지만, 도 1의 실시예와 이 실시예를 구별하기 위해 숫자 접두사 (1)이 추가된다. 도 1 및 도 2의 실시예들 사이의 유사성의 관점에서, 도 2의 아래의 설명은 어떠한 주목할 만한 또는 중요한 방식으로 제1 실시예와 상이한 제2 실시예의 양태에 주로 초점을 맞출 것이다. 임의로 상세하게 논의되지 않은 제2 실시예의 다른 양태는 구조, 기능, 재료 등의 관점에서 제1 실시예에 대해 기술된 바와 필수적으로 동일할 수 있다.

도 2의 시스템(110)은 하우징(114) 및 퍼스널 컴퓨터(PC) 또는 다른 프로세싱 장치와 같은 원격 컴퓨터(28)를 포함하지만 도 1의 암(16) 및 감지 요소(32)가 없는 휴대용 장치(112)를 포함한다는 것을 알 수 있다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 하우징(114)은, 바람직하게도 매우 컴팩트한, 가령, 약 12인치(약 30cm) 이하의 외부 치수 및 약 12파운드(약 5.5kg) 이하의 중량을 가진 인클로저를 일반적으로 정의하는 베이스(120) 및 커버(124)를 포함한다. 베이스(120)는 원통형 롤(40)의 아치형 표면(41) 상에 하우징(114)을 지지하기 위한 수단을 탑재하며, 바람직하게는 도 2에 개략적으로 도시된 두 개의 휠(130)을 포함한다. 하우징(14)은 바람직하게는 도 2에서 볼 때 휠(130) 바로 뒤에 위치된 적어도 제2 쌍의 휠(미도시)을 포함한다. 도 1의 실시예에서와 같이, 휠(130)은, 각각의 휠(130)의 회전축이 하우징(114)의 베이스(120)에 실질적으로 수직하고 각 휠(130)의 가장자리가 롤(40)의 아치형 표면(41)과 접촉하도록, 베어링(134)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 하우징(114)은 롤(40)의 축 방향을 따라 하우징(14)에 의해 이동된 거리를 측정하는 수단을 탑재하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 이러한 수단은 휠(130) 중 하나(또는 그 이상)의 회전을 감지함으로써 하우징(114)에 의해 이동된 거리를 측정하도록 적응된 인코더(144)를 포함할 수 있다. 하우징(114)은 또한 바람직하게는 데이터 획득 하드웨어(138) 및 배터리(142)와 같은 적절한 전원을 포함한다.

하우징(114)은 하우징(114)에 대해 하우징(114) 아래의 롤(40)의 표면(41)에 대한 선형 거리를 감지하기 위한 LVDT와 같은 감지 요소(122)를 갖는다. 베이스(120)와 하우징(114) 아래의 롤 표면(41) 사이의 감지 요소(122)에 충분한 공간을 제공하기 위해, 베이스(120)는 바람직하게는 두 개의 휠(130) 사이에 공동(121)을 형성한다. 감지 요소(122)는 공동(121) 내로 연장되고 롤(40)의 반경(r₂), 예를 들어 하우징(114)이 롤(14) 상에 위치되어 감지 요소(122)가 롤(40) 상의 상사점이 될 때 수직 반경과 일치하거나 축 방향으로 정렬되는 것으로 도시된다. 감지 요소(122)를 도 2에 도시된 바와 같이 휠(130)의 내부 하부 가장자리 사이의 정확히 중간에 위치시킴으로써, 감지 요소(122)는 롤(40)의 코드의 중간점(m)에 위치하거나 이와 축 방향으로 정렬되며, 그 축의 단자 t₁ 및 t₂는 감지 요소(122)로부터 측 방향으로 이격된 두 개의 휠(130)에 의해 정의되어 그 휠의 하부 내측 가장자리는 롤 표면(41)과 접촉하여 코드의 두 개의 단자(t₁, t₂)를 위치시키고 단자 t₁ 및 t₂는 코드 중간점(m)과 함께 각각 (c/2)의 길이를 갖는 두 개의 하프 코드를 정의하게 된다.

도 2로부터 명백한 바와 같이, 감지 요소(122) 및 휠(130)은 원주 방향으로 이격된 롤(40)의 표면(41) 상의 지점(또는 그 근사치)에서 접촉하도록 구성된다. 휠(130)에 의해 접촉된 표면 지점(단자 t₁ 및 t₂)은 롤(40)의 동일한 단면 평면에 놓이는 것이 바람직하고, 감지 요소(122)에 의해 접촉된 표면 지점은 또한 동일한 단면 평면에 있거나 이 평면으로부터 축 방향이 오프셋될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 감지 요소(122) 및 각 휠(130)은 코드(chord) 길이 c, 코드의 단자 t₁과 교차하는 반경 r₁, 코드의 단자 t₂와 교차하는 제3 반경 r₃에 기하학적으로 관련된다. 반경 r₂에서, 반경 r₁과 r₃은 한 쌍의 각도 Θ를 정의하며, 이는 감지 요소(122)에 의해 접촉된 표면 지점이 코드의 중간점(m)과 정렬되면 동일할 수 있다. 코드 거리(d)는 코드와 코드의 두 단자(t₁ 및 t₂) 사이에 위치된 감지 요소(122)에 의해 접촉된 표면 지점 사이에 놓인다. 롤(40)의 직경은 다시 식 D = (c² + 4d²)/4d에 의해 계산되며, 여기서, D는 원통형 본체의 직경이다.

코드 거리(chord distance)는, 감지 요소(122) 및 휠(130)이 롤(40)의 표면(41)과 접촉하는 동안 평행한 방향으로 이동함에 따라 일정하게 유지되는 감지 요소(122)의 위치와 각 휠(130)의 위치의 공지된 공간적 관계 및 감지 요소(122)의 출력에 기초하여 결정가능한 값이다. 코드 길이(c)는 두 개의 휠(130)의 하부 내측 가장자리 간의 거리이며, 이는 또한 베이스(120)의 구조 및 휠(130)의 크기에 의해 결정되는 공지된 공간 관계이다. 코드 길이(c) 및 측정 가능한 코드 거리(d)는 제2 센서를 필요로 하지 않고도, 예를 들어 약 0.015 인치(약 0.4mm) 이하의 범위의 정확도로 롤 직경을 정확하게 계산하기에 충분하다. 장치(112)의 정확성은 온도 변화로 인한 열팽창을 보상하기 위해, 감지 요소(122)에 의해 이루어진 표면 측정 부근에서 롤(40)의 온도를 감지하기 위한 온도 프로브(136)를 포함함으로써 향상될 수 있다.

도 1의 암(16)을 제거한 결과, 도 2의 휴대용 장치(112)는 도 1의 장치(12)보다 더 컴팩트하지만, 또한 강성이고, 컴팩트하며, 비교적 가벼운 구조를 가질 수 있다. 따라서, 장치(112)는 롤(40)의 중심과 보다 근접하게 정렬될 수 있는 무게 중심을 가질 수 있으며, 이는 장치(112)의 균형을 보다 양호하게 하고 작업자에 대해 안전성을 개선시키는 것에 대응한다.

상기 관점에서, 전자 마이크로미터 시스템(10 및 110)은 종래 기술의 캘리퍼형 새들 마이크로미터에서 부족한 많은 능력 및 이점을 제공한다. 휴대용 장치(12 및 112)는 비교적 소형 및 경량이어서 정반대 방향의 프로브를 사용하지 않고도 원통형 본체의 직경을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 장치(12 및 112)의 하우징(14 및 114)은 낮은 무게 중심을 갖는 매우 단단하고 낮은 프로파일의 구조를 제공하여 휴대용 장치(12 및 112)의 균형 및 취급을 향상시킨다.

컴퓨터(28)의 컴퓨팅 능력으로, 데이터의 조작 및 제공을 위한 옵션은 본질적으로 무제한이 된다. 프로파일링, 평가, 히스토리 및 인벤토리를 포함하는 전체 롤 관리는 또한 본 발명에 의해 실용적으로 된다. 획득된 데이터는 비밀번호(예를 들어, 운영자 및 관리)에 의해 제어되는 다양한 레벨의 액세스를 위해 설정될 수 있다. 컴퓨터(28)의 저장 매체는 개개의 사용자 요구 사항 및 후속 시스템 고도화 및 업그레이드를 허용하도록 용이하게 크기가 정해질 수 있다. 통신 모듈(48)로서 무선 모듈을 사용함으로써, 다수의 장치들(12/112)로부터의 데이터는 중앙 터미널 (그의 컴퓨터(28)가 컴포넌트임)로 전송될 수 있고, 롤은 기업, 공장 현장, 롤 상점, 운영자 및/또는 그라인더 레벨에서 평가될 수 있다. 롤의 재고 및 예상 수명은 모니터링될 수 있으며 각 롤의 이력은 서비스 개시일부터 유효 수명이 끝날 때까지 추적된다.

본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 대안이 당업자에 의해 채택될 수 있음이 명백해야 한다. 예를 들어, 전자 마이크로미터 시스템(10 및 110) 및 그 컴포넌트들은 본원에 설명되고 도면에 도시된 실시예와는 외관 및 구성이 다를 수 있으며, 시스템(10 및 110)의 특정 컴포넌트의 기능은 상이한 구성이지만 (비록 반드시 동일하지는 않지만) 유사한 기능을 가질 수 있는 컴포넌트에 의해 수행될 수 있으며, 다양한 재료가 시스템(10 및 110) 및/또는 이들의 컴포넌트의 제조에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 다른 개시된 실시예의 하나 이상의 특징 또는 양태가 결합될 수 있는 추가의 또는 대안적인 실시예를 포함한다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 설명되거나 도면에 도시된 임의의 실시예에 반드시 제한되는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다. 또한, 상기 사용된 표현 및 용어는 개시된 실시예를 설명하기 위한 것이며, 반드시 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아님을 이해해야 한다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims

원통형 본체(40)의 치수를 측정하기 위한 독립형 마이크로미터(freestanding micrometer)(110)로서,
상기 독립형 마이크로미터는,
하우징(114)과,
상기 원통형 본체(40)의 아치형 표면(41)에 대해 상기 하우징(114)을 지지하는 지지 수단 - 상기 지지 수단은 회전 축을 가진 적어도 두 개의 휠(130)을 포함하고, 상기 회전 축은 상기 원통형 본체(40)의 아치형 표면(41)과 상기 두 개의 휠(130)을 맞물리게 하여 상기 두 개의 휠(130)의 안쪽으로 향한 가장자리(edges)가 상기 원통형 본체(40)의 단면에 위치한 코드(chord)의 길이만큼 공간 이격된 두 단자를 각각 정의하는 두 지점에서 상기 아치형 표면(41)과 접촉하도록 수직으로 배향됨 - 과,
상기 원통형 본체(40)의 코드의 길이 내에 위치된 상기 원통형 본체(40)의 표면 지점에 접촉하기 위해 상기 하우징(114)에 장착되는 측정 수단(122)과,
상기 두 개의 휠(130)의 안쪽으로 향한 가장자리에 의해 결정되는 상기 코드의 길이 및 상기 측정 수단(122)의 출력으로 확인되는 상기 측정 수단(122)에 의해 접촉된 상기 표면 지점과 상기 코드 사이의 코드 거리(d)에 기초하여 상기 원통형 본체(40)의 직경을 결정하기 위한 결정 수단(28)을 포함하는
독립형 마이크로미터.
제1항에 있어서,
상기 결정 수단은 식 D = (c² + 4d²)/4d에 기초하여 상기 원통형 본체(40)의 직경을 계산하도록 프로그래밍되고, 상기 D는 상기 원통형 본체(40)의 직경이고, c는 상기 코드의 길이이며, d는 상기 코드 거리인
독립형 마이크로미터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 결정 수단은,
상기 하우징(114)의 외부에 위치하며 상기 원통형 본체(40)의 직경을 계산하는 컴퓨터(28)와,
상기 측정 수단의 출력을 상기 컴퓨터(28)에 전송하기 위한 수단을 포함하는
독립형 마이크로미터.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지지 수단은 상기 독립형 마이크로미터(110)가 상기 원통형 본체(40)의 종 방향 길이를 따라 이동하게 하는
독립형 마이크로미터.
제4항에 있어서,
상기 독립형 마이크로미터(110)가 상기 원통형 본체(40)의 종 방향 길이를 따라 이동하는 거리를 감지하는 수단과,
상기 원통형 본체(40)의 종 방향 길이를 따라 상이한 위치에서 결정된 상기 원통형 본체(40)의 직경의 변화에 기초하여 그 종 방향 길이에 따른 상기 원통형 본체(40)의 프로파일(profile)을 결정하는 수단을 더 포함하는
독립형 마이크로미터.
원통형 본체(40)가 그 종축이 수평이 되도록 배향되는 동안 상기 원통형 본체(40)의 직경 및 상기 직경의 변화를 감지하기 위한 전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템으로서,
상기 전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템은,
휴대용 독립형 마이크로미터 장치(110) ― 상기 휴대용 독립형 마이크로미터 장치는, 베이스를 가지며 인클로저를 정의하는 하우징(114)과, 상기 원통형 본체(40)의 아치형 표면(41)에 대해 상기 하우징(114)을 지지하는 지지 수단 - 상기 지지 수단은 회전 축을 가진 적어도 두 개의 휠(130)을 포함하고, 상기 회전 축은 상기 원통형 본체(40)의 아치형 표면(41)과 상기 두 개의 휠(130)을 맞물리게 하여 상기 두 개의 휠(130)의 안쪽으로 향한 가장자리가 상기 원통형 본체(40)의 단면에 위치한 코드(chord)의 길이만큼 공간 이격된 두 단자를 각각 정의하는 두 지점에서 상기 아치형 표면(41)과 접촉하도록 수직으로 배향됨 - 과, 상기 원통형 본체(40)의 상기 코드의 길이 내에 위치된 상기 원통형 본체(40)의 표면 지점에 접촉하기 위해 상기 하우징(114)에 장착되는 전자 선형 측정 수단과, 상기 전자 선형 측정 수단으로부터 출력 신호를 수신하고 상기 출력 신호를 데이터로서 저장하는 데이터 획득 수단을 포함함 ― 와,
상기 하우징(114)과 분리되고 외부에 위치하여, 상기 데이터 획득 수단에 의해 저장된 데이터를 수신하고, 상기 두 개의 휠(130)의 안쪽으로 향한 가장자리에 의해 결정된 상기 코드의 길이 및 상기 전자 선형 측정 수단의 출력 신호로 확인되는 상기 전자 선형 측정 수단에 의해 접촉된 상기 표면 지점과 상기 코드 사이의 코드 거리(d)에 기초하여 상기 원통형 본체(40)의 직경을 계산하는 컴퓨터(28)와,
상기 데이터를 전송하기 위해 상기 데이터 획득 수단에 상기 컴퓨터(28)를 무선으로 연결하는 수단을 포함하는
전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템.
제6항에 있어서,
상기 컴퓨터(28)는 식 D = (c² + 4d²)/4d에 기초하여 상기 원통형 본체(40)의 직경을 계산하도록 프로그래밍되며, D는 상기 원통형 본체(40)의 직경이고, c는 수평 코드의 길이이고, d는 상기 코드 거리인
전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 하우징(114)이 상기 원통형 본체(40)의 종 방향의 길이를 따라 이동하는 거리를 감지하는 수단과,
상기 원통형 본체(40)의 종 방향의 길이에 따라 연속적으로 결정된 상기 원통형 본체(40)의 직경의 변화에 기초하여 상기 원통형 본체(40)의 종 방향 길이에 따른 상기 원통형 본체(40)의 프로파일을 결정하는 수단을 더 포함하는
전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 하우징(114)에 인접한 상기 원통형 본체(40)의 온도를 감지하는 수단을 더 포함하는
전자 프로파일 획득 마이크로미터 시스템.
원통형 본체(40)의 직경을 결정하는 방법으로서,
상기 원통형 본체(40)의 아치형 표면(41)에 대해 하우징(114)을 지지하는 단계 - 상기 하우징(114)은 회전 축을 가진 적어도 두 개의 휠(130)에 의해 지지되고, 상기 회전 축은 상기 두 개의 휠(130)의 안쪽으로 향한 가장자리가 상기 원통형 본체(40)의 단면에 위치한 코드(chord)의 길이만큼 공간 이격된 두 단자를 각각 정의하는 두 지점에서 상기 아치형 표면(41)과 접촉하도록 수직으로 배향됨 - 와,
상기 코드의 상기 두 단자 사이에 위치된 상기 원통형 본체(40)의 표면 지점과 상기 코드 사이의 코드 거리를 결정하는 단계와,
상기 두 개의 휠(130)의 안쪽으로 향한 가장자리에 의해 결정된 상기 코드의 길이 및 상기 코드 거리에 기초하여 상기 원통형 본체(40)의 직경을 결정하는 단계를 포함하는
원통형 본체의 직경 결정 방법.
제10항에 있어서,
상기 표면 지점은 상기 코드의 길이의 중간점에 위치하는
원통형 본체의 직경 결정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 직경은 식 D = (c² + 4d²)/4d에 기초하여 상기 원통형 본체(40)의 직경을 계산하는 컴퓨터 프로그램으로 결정되고, D는 상기 원통형 본체(40)의 직경이고, c는 상기 코드의 길이이며, d는 상기 코드 거리인
원통형 본체의 직경 결정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 원통형 본체(40)의 직경을 결정하는 단계에서, 상기 하우징(114)으로부터 상기 하우징(114)의 외부의 컴퓨터(28)로 출력 신호가 전송되고, 상기 컴퓨터(28)는 상기 원통형 본체(40)의 직경을 계산하는
원통형 본체의 직경 결정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 하우징(114)을 지지하는 단계 이후에,
상기 하우징(114)이 상기 원통형 본체(40)의 종 방향 길이를 따라 이동하게 하는 단계와,
상기 하우징(114)이 상기 원통형 본체(40)의 종 방향 길이를 따라 이동하는 거리를 감지하는 단계와,
상기 원통형 본체(40)의 직경을 결정하는 단계 이후에, 상기 종 방향 길이를 따라 상이한 위치에서 결정된 상기 원통형 본체(40)의 직경의 변화에 기초하여 상기 종 방향 길이에 따른 상기 원통형 본체(40)의 프로파일을 결정하는 단계를 더 포함하는
원통형 본체의 직경 결정 방법.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 코드 거리를 결정하는 단계는 상기 원통형 본체(40)의 온도를 감지하는 단계를 포함하는
원통형 본체의 직경 결정 방법.