KR102300004B1 - Dynamic torque sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 회전 중인 축에 부하에 따라 걸리는 토크를 측정하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전 중인 축에 걸리는 토크를 전기적 접촉이나 무선 기술을 사용하지 않고 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of measuring a torque applied to a rotating shaft according to a load, and more particularly, to a method of measuring a torque applied to a rotating shaft without using electrical contact or wireless technology.
일반적으로 회전 중인 축에 걸리는 토크의 측정은 회전 시스템을 안정적으로 운영하기 위해 자동차의 조향장치를 비롯하여 생산 현장의 동력이 필요한 곳에 이르기까지 많은 곳에 사용된다.In general, the measurement of torque applied to a rotating shaft is used in many places, from steering systems of automobiles to places where power is required at production sites to stably operate a rotating system.
이러한 회전 중인 축에 걸리는 토크를 측정하기 위해서는 회전축이 회전 중에 있으므로 회전 중 토크를 측정해야한다. 이런 회전 중 토크를 동적 토크라고 하고 정지한 상태의 축에 걸리는 토크는 정적 토크라고 한다.In order to measure the torque applied to the rotating shaft, since the rotating shaft is rotating, it is necessary to measure the torque during rotation. The torque during rotation is called dynamic torque, and the torque applied to the shaft at rest is called static torque.
일반적으로 축에 토크가 걸리면 축을 구성하고 있는 재료의 탄성계수에 따라 축에 변형이 발생한다. 이 변형의 정도를 측정 가능한 다른 물리량으로 변성기(transducer)를 통하여 전기적 신호로 바꾸고 이를 표시장치에 표시하는 형식으로 토크 측정 장치가 되어 있다. 이 때 이 변형을 다른 물리량으로 바꾸는 방법으로는 센서를 주로 사용하며, 변형은 기계적인 물리량이고 이 기계적인 물리량을 센서는 전기적 물리량으로 바꾸는 역할을 한다.In general, when a torque is applied to the shaft, the shaft deforms according to the elastic modulus of the material constituting the shaft. The degree of this deformation is converted into an electrical signal through a transducer into another measurable physical quantity and displayed on the display device, which is a torque measuring device. At this time, a sensor is mainly used as a method of converting this deformation into another physical quantity, and the deformation is a mechanical physical quantity, and the sensor serves to convert this mechanical quantity into an electrical physical quantity.
가장 많이 사용하고 있는 센서는 스트레인게이지이며, 축을 구성하는 재료에 토크에 의한 변형이 발생하면 스트레인게이지의 저항 값이 변하고 이것을 측정하고 알맞은 숫자로 변환하여 토크 값을 표시하게 된다.The most used sensor is a strain gage, and when the material constituting the shaft is deformed by torque, the resistance value of the strain gage changes.
또 다른 방법은 자기장을 이용하는 방법으로 변형에 의해 축의 상대적 비틀림이 발생하면, 이 비틀림이 축에 동축으로 구비된 코일의 상대적 위치의 변화를 일으켜 상호유도 계수가 변하게 되고 이는 전압의 변화로 나타나고 이를 변환하여 토크 값을 표시하게 된다. 기본적으로 자기장을 이용하는 토크 측정 원리는 이와 같고 제조사의 선호도에 따라 자기장의 측정 방법이나 코일의 위치 등에서 차이가 있을 뿐이다.Another method is to use a magnetic field. When a relative torsion of the shaft occurs due to deformation, the twist causes a change in the relative position of the coil provided coaxially to the shaft to change the mutual induction coefficient, which appears as a change in voltage and converts it. to display the torque value. Basically, the principle of torque measurement using a magnetic field is the same, and there is only a difference in the method of measuring the magnetic field or the position of the coil depending on the preference of the manufacturer.
또 다른 방법은 광학적 방법으로 회전축에 동축으로 두 개의 얇은 디스크가 나란하게 마주보고 있으며, 동력 축에 가까운 디스크와 부하 측에 가까운 디스크로 구성되어 있다. 이 디스크에는 일정 간격으로 디스크의 중심에서 방사방향으로 직선이 그려져 있거나 홈이 파여 있다. 디스크를 금속재질로 사용할 때는 전원분도기의 표시처럼 직선을 따라 홈이 파여 있어 빛이 통과할 수 있도록 되어있고, 디스크가 플라스틱과 같은 투명 재질인 경우에는 불투명 도료로 선이 그려져 있다. 두 디스크의 눈금(선) 혹은 홈은 회전축에 부하가 작용하지 않으면 일치하도록 되어 있으며, 회전축에 부하가 걸려 변형이 발생하면 일치하던 두 디스크의 눈금 혹은 홈이 벌어진다. 동력 축 쪽에 위치한 디스크 근방에는 광원이 있고 부하 축에 위치한 디스크 근방에는 광센서가 있어, 회전축의 변형 각에 따라 두 디스크를 통과하는 빛의 세기가 바뀌게 되며 이를 전기적 신호로 바꾼 후 변환하고 환산하여 토크 값을 표시하게 된다. 지금까지의 광학적 동적 토크 측정은 이와 같은 원리를 기반으로 제조사의 선호도나 특성에 따라 디스크의 구조와 위치, 광원과 광센서의 구조와 종류 등에서 차이가 있을 뿐 그 기본 원리는 전술한 것과 같다.Another method is an optical method, with two thin disks facing side by side coaxially to the rotation shaft, and composed of a disk close to the power shaft and a disk close to the load side. In this disk, a straight line is drawn or grooved in a radial direction from the center of the disk at regular intervals. When a disk is used as a metal material, a groove is cut along a straight line as shown on the power protractor to allow light to pass through. If the disk is made of a transparent material such as plastic, a line is drawn with an opaque paint. The scales (lines) or grooves of the two discs coincide when no load is applied to the rotating shaft. There is a light source near the disk located on the power shaft side and an optical sensor near the disk located on the load shaft. value will be displayed. Based on this principle, the optical dynamic torque measurement so far differs only in the structure and position of the disk, the structure and type of the light source and the optical sensor, etc., depending on the preference or characteristics of the manufacturer.
스트레인게이지를 이용한 동적 토크 측정법에서는 스트레인게이지에 전원을 공급해야하는데 회전하는 축을 통하여 전원을 공급해야하는 기술적 문제와 측정된 전기적 신호를 회전하는 축으로부터 다시 외부로 인출해야 하는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 슬립링을 사용하는 방법과 무선 방식으로 전원을 공급하고 신호를 받는 방식이 있으나 이는 동적 토크 측정 장치의 가격 상승 용인이 된다. 또한 온도 변화에 대한 대책을 위한 보조 회로와 장치가 필요하다는 기술적 문제도 있다. 이 또한 동적 토크 측정 장치의 가격 상승 요인이 된다.In the dynamic torque measurement method using a strain gage, power must be supplied to the strain gage, but there is a technical problem of supplying power through a rotating shaft and a problem of drawing out the measured electrical signal from the rotating shaft again. To solve this problem, there are a method of using a slip ring and a method of supplying power and receiving a signal in a wireless manner, but this is acceptable for the price increase of the dynamic torque measuring device. In addition, there is a technical problem that auxiliary circuits and devices are required for countermeasures against temperature changes. This also increases the price of the dynamic torque measuring device.
자기장을 이용하는 방법은 스트레인게이지를 이용하는 방법의 문제점인 전원 공급과 신호 인출 방법의 문제점을 쉽게 극복할 수 있는 장점이 있으나 주변의 자기장 변화에 대한 대책을 새워야하고, 자기장을 이용하기 위한 재료의 자기적 특성을 필요한 동적 토크 측정 사양에 맞는 것을 특별히 선택해야하는 점을 고려해야 하며, 측정의 오류를 최소화하기 위해 기계적으로 매우 안정된 치수와 구조가 필수적이다. 또한 자기 재료는 온도에 그 특성이 민감하게 변하므로 이의 보정 방법을 충분히 고려하여 동적 토크 측정 장치를 설계해야하는 부담도 있다.The method using a magnetic field has the advantage of easily overcoming the problems of the power supply and signal extraction method, which are the problems of the method using the strain gauge, but it is necessary to take measures against the change of the surrounding magnetic field, and the magnetic field of the material to use the magnetic field It is necessary to consider that it is necessary to specially select the one that meets the required dynamic torque measurement specification for the mechanical characteristics, and a mechanically stable dimension and structure are essential to minimize the measurement error. In addition, since the characteristics of magnetic materials change sensitively to temperature, there is a burden of designing a dynamic torque measuring device in consideration of a correction method thereof.
전술한 광학적 방법은 축이 회전할 때 전원을 공급하는데 아무런 문제가 없다. 광원과 광센서는 회전하는 축에 대하여 고정된 위치에 있으며, 회전축에 고정되어 회전축과 함께 회전하는 두 디스크 사이로 통과하는 광량의 변화를 감지하게 되므로 회전축이 토크에 의해 변형된 양과 동시에 회전축의 회전 속력 또한 알 수 있게 된다. 그러나 일반 광원을 사용하고 두 디스크를 통한 빛의 세기 변화를 감지하므로 광원이 시간에 따라 성능이 저하되는 경우 측정의 신뢰도를 높이기 위해 이를 보정하는 방법이 필수적이다. 또한 온도에 따라 디스크는 열적 팽창 수축을 하므로 동일한 토크를 받는 축의 경우라도 온도에 따라 두 디스크를 통과하는 광량이 달라질 수 있으므로 이를 보정해야 하는 문제가 발생한다.The optical method described above has no problem in supplying power when the shaft rotates. The light source and the optical sensor are at a fixed position with respect to the rotating shaft, and are fixed to the rotating shaft and detect a change in the amount of light passing between the two disks rotating together with the rotating shaft. also be known. However, since a general light source is used and the change in light intensity through the two disks is detected, a method of correcting this is essential to increase the reliability of the measurement when the performance of the light source deteriorates with time. In addition, since the disk thermally expands and contracts according to temperature, even in the case of an axis receiving the same torque, the amount of light passing through the two disks may vary depending on the temperature, so there is a problem that needs to be corrected.
상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 새로운 방법에 의한 동적 토크 측정 장치의 구성을 제공함에 그 목적이 있다.In order to solve the problems of the above-mentioned background art, an object of the present invention is to provide a configuration of a dynamic torque measuring apparatus by a new method.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 동적 토크 측정 장치의 구성은, 회전축에 연결되어 회전축과 함께 회전하는 일정 간격으로 이격된 두 개의 디스크와, 동력 축에 위치한 디스크 근방에 위치한 레이저광원, 부하 측 축에 위치한 디스크 근방에 위치한 레이저 광센서, 그리고 광센서에로부터 얻은 신호를 처리하는 신호 처리부로 이루어져 있다.The configuration of the dynamic torque measuring device of the present invention for solving the above-described problems is two disks spaced apart at a predetermined interval connected to the rotation shaft and rotating together with the rotation shaft, a laser light source located near the disk located on the power shaft, the load side It consists of a laser optical sensor located near the disk located on the axis, and a signal processing unit that processes the signal obtained from the optical sensor.
바람직하게, 상기 디스크는 얇은 불투명 재질로 회전축에 고정되어 있으며, 디스크 표면에는 전원각도기의 눈금과 같은 모양으로 홈이 슬릿형태로 있고 두 디스크의 홈은 정확히 같은 모양과 길이로 하여 대량 제조를 쉽도록 한다. 디스크의 반지름은 회전축의 반지름의 2배를 넘지 않는 범위에서 하도록 하고 슬릿의 길이는 10mm~20mm에서 동적 토크 측정 장치의 사용 용도와 범주에 따라 적절하게 선택한다. 슬릿의 폭은 ㎛ 단위로 하되 20㎛를 넘지 않도록 한다.Preferably, the disk is fixed to the rotating shaft with a thin opaque material, and the surface of the disk has grooves in the form of slits in the same shape as the scale of the power protractor, and the grooves of the two disks are exactly the same shape and length to facilitate mass production. do. The radius of the disk should not exceed twice the radius of the rotating shaft, and the length of the slit should be between 10 mm and 20 mm and appropriately selected according to the purpose and category of the dynamic torque measuring device. The width of the slit should be in ㎛ units, but should not exceed 20㎛.
두 디스크 사이의 거리는 작게는 5㎝에서 크게는 20㎝까지 동적 토크 측정 장치의 사용 용도와 범위에 따라 조정이 가능하며 축의 재질에 따라 다르게 선택할 수 도 있다.The distance between the two disks can be adjusted from as small as 5 cm to as large as 20 cm depending on the use and range of the dynamic torque measuring device, and can be selected differently depending on the material of the shaft.
디스크 표면에 있는 슬릿 사이의 간격은 1˚에서 15˚로 임의로 선택할 수 있으며 사용하는 회전축의 회전 속력에 따라 적절하게 선택할 수 있다.The spacing between the slits on the disk surface can be arbitrarily selected from 1˚ to 15˚, and can be appropriately selected according to the rotation speed of the rotating shaft used.
레이저 광원의 색은 측정하고자 하는 동적 토크 측정 장치의 정밀도와 측정 범위에 따라 선택할 수 있으나 기본적으로 가장 저렴한 파장 632.8nm의 레이저 다이오드 모듈을 사용하고 이 레이저 다이오드 출력은 1mW이하 급을 사용한다. 레이저의 coherence length는 20㎝이상의 것을 사용한다. 보통 저렴한 레이저 다이오드의 coherence length는 20㎝이므로 이를 사용할 수도 있다. 그러나 고 정밀, 고 신뢰성이 필요한 경우에는 coherence length가 더 긴 것을 사용할 수도 있다.The color of the laser light source can be selected according to the precision and measurement range of the dynamic torque measuring device to be measured, but basically, the cheapest laser diode module with a wavelength of 632.8 nm is used, and the laser diode output is 1 mW or less. Use a laser coherence length of 20 cm or more. Usually inexpensive laser diodes have a coherence length of 20 cm, so they can be used. However, if high precision and high reliability are required, a longer coherence length may be used.
광센서의 위치는 부하 축 근처에 있는 디스크 다음에 위치하며 부하 측 디스크에서 일정 거리 떨어진 위치에 있으면서 축에서 떨어져 동적 토크 측정 장치의 하우징에 고정되어 있다.The position of the optical sensor is located next to the disk near the load shaft and is fixed to the housing of the dynamic torque measuring device away from the shaft while being a certain distance away from the disk on the load side.
레이저 광원 또한 동적 토크 측정 장치의 하우징에 고정되어 있다.The laser light source is also fixed to the housing of the dynamic torque measuring device.
레이저 광원은 특정 주파수로 변조되어 빛을 방출하도록 하여, 있을 수도 있는 다른 광원과의 간섭성을 방지하고, 광센서에서 얻어진 신호에서도 이 주파수 성분만을 뽑아 신호 측정값으로 사용함으로써 측정의 신뢰도를 높일 수 있도록 되어 있다.The laser light source is modulated to a specific frequency to emit light, preventing possible interference with other light sources, and increasing the reliability of measurement by extracting only this frequency component from the signal obtained from the optical sensor and using it as a signal measurement value. it is meant to be
레이저 광은 렌즈를 이용 그 빛을 발산하도록 하여 측정의 용이성을 도모할 수 있도록 할 수도 있으며, 혹은 광센서에 렌즈를 부착하여 측정의 용이성을 도모할 수도 있다. 광센서에서는 회전축에 부하가 작용하여 축의 변형이 발생하면 두 디스크의 슬릿이 서로 벌어지면서 간섭무늬가 측정되며 0차 간섭무늬와 1차 간섭무늬의 값을 읽어 이의 비를 신호로 하므로 광원의 성능 변화와 관계없이 축의 변형을 측정할 수 있도록 되어 있다.The laser light may be made to emit the light using a lens to promote the ease of measurement, or a lens may be attached to the optical sensor to promote the ease of measurement. In the optical sensor, when a load is applied to the rotating shaft and deformation of the shaft occurs, the slits of the two disks open and the interference fringes are measured. It is possible to measure the deformation of the shaft regardless of the
광센서는 보통 휴대 전화에 사용하는 상용 image 센서를 그대로 사용하여 제조, 관리, 수리 등을 편리하도록 되어 있다.The optical sensor is designed to be manufactured, managed, and repaired conveniently by using the commercial image sensor normally used in mobile phones as it is.
본 발명의 동적 토크 측정 장치에 의하면 광학적 간섭계를 사용함으로 측정의 정밀도를 높일 수 있게 된다.According to the dynamic torque measuring apparatus of the present invention, it is possible to increase the precision of measurement by using an optical interferometer.
또한, 본 발명에 의한 동적 토크 측정 장치는 주변의 온도 변화에 따라 간섭 현상이 영향을 받지 않으므로 온도 변화에 따른 오차가 최소화 된다.In addition, since the dynamic torque measuring apparatus according to the present invention is not affected by the interference phenomenon according to the change of the surrounding temperature, the error due to the temperature change is minimized.
또한, 본 발명에 의하면 측정 장치를 가동하고 측정을 위한 전원 공급과 측정 신호를 인출하기 위한 선로를 무선으로 하지 않아도 되므로 장치의 제작이 쉽고 가격이 저렴해지며 측정의 신뢰도가 높아진다.In addition, according to the present invention, since it is not necessary to operate the measurement device and wirelessly supply power for measurement and take out the measurement signal, the device is easy to manufacture, the price is low, and the reliability of measurement is increased.
그리고 본 발명에 의하면 광원의 특성이 시간에 따라 변하더라도 측정값은 회전축의 변형에만 비례하도록 되어 측정의 정확도와 신뢰도가 높아진다.And according to the present invention, even if the characteristics of the light source change with time, the measured value is proportional only to the deformation of the rotation axis, thereby increasing the accuracy and reliability of the measurement.
더불어 본 발명에 의하면 Lock-In Amp의 기본 신호 처리 방식으로 신호를 처리하므로 외부 노이즈 등 외부 간섭이 최소화 되어 측정의 정확도와 신뢰가 좋을 뿐만 아니라 제작에 필요한 부품 등이 모두 쉽게 구하거나 제작할 수 있는 것이어서 저렴하게 동적 토크 측정 장치를 구성할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the signal is processed by the basic signal processing method of the Lock-In Amp, external interference such as external noise is minimized, so that the accuracy and reliability of the measurement are good, and all the parts necessary for manufacturing can be easily obtained or manufactured. A dynamic torque measuring device can be constructed inexpensively.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 구체적으로 설명한다. 본 발명의 동적 토크 측정 장치의 구성은, 회전축과 함께 회전하는 일정 거리로 이격된 두 개의 얇은 디스크가 있고 이 디스크에는 동일한 모양과 크기로 전원 각도기와 각은 눈금으로 슬릿이 새겨져 있다. 레이저 광원과 광센서는 동적 토크 측정 장치의 하우징에 고정되어 있으며, 회전축에 부하가 걸리지 않으면 간섭무늬를 만들지 않으나, 부하가 회전축에 걸리면 회전축에 변형이 일어나고 일치하던 두 디스크의 슬릿이 어긋나게 된다. 이 어긋나는 정도는 회전축에 걸리는 부하의 크기와 두 디스크 사이의 거리에 따라 비례한다. 두 디스크의 슬릿이 어긋나기 시작하면 광센서 위치에서는 간섭무늬가 발생하며 0차 간섭무늬와 1차 간섭무늬를 측정하여 이 값의 비를 신호로 출력하게 된다. 이 때 레이저 광원과 광센서는 일정 주파수로 Lock-In 되도록 하여 외부 노이즈의 영향을 배제할 수 있도록 한다. 이렇게 구성된 동적 토크 측정 장치는 온도 변화와 외부 노이즈에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라, 무선 방식이거나 슬립링을 사용하지 않기도 하고, 광원과 광센서가 시간에 따라 특성이 변하더라도, 측정의 신뢰도와 정확도가 높고 장치의 내구성 또한 높게 된다. 또한 장치의 구성 요소가 일반적인 것으로 구성이 가능하므로 장치가 저렴하게 된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In the configuration of the dynamic torque measuring device of the present invention, there are two thin disks spaced apart at a certain distance rotating together with a rotation axis, and the disks have the same shape and size, and slits are engraved with a power protractor and an angle scale. The laser light source and the optical sensor are fixed to the housing of the dynamic torque measuring device, and if no load is applied to the rotating shaft, no interference fringes are formed. The degree of this deviation is proportional to the size of the load applied to the rotating shaft and the distance between the two disks. When the slits of the two disks start to deviate, an interference fringe is generated at the position of the optical sensor, and the 0th and 1st interference fringes are measured and the ratio of these values is output as a signal. At this time, the laser light source and the optical sensor are locked-in at a certain frequency so that the influence of external noise can be excluded. The dynamic torque measuring device configured in this way is not affected by temperature change and external noise, it is wireless or does not use slip rings, and even if the characteristics of the light source and optical sensor change over time, the reliability and accuracy of measurement high, and the durability of the device is also high. In addition, since the components of the device can be configured as common, the device becomes inexpensive.
본 발명의 실시 예에 의한 동적 토크 측정 장치의 구성은, 동적 토크 측정 장치의 하우징에 고정된 레이저 광원, 회전축에 동축이며 일정 간격으로 이격되어 회전축에 고정되어 있는 두 장의 얇은 디스크, 그리고 하우징에 고정된 광센서와 신호 처리와 전원공급 그리고 레이저 광을 변조하기 위한 전자 장치 등으로 되어 있다.The configuration of the dynamic torque measuring device according to an embodiment of the present invention includes a laser light source fixed to the housing of the dynamic torque measuring device, two thin disks coaxial to the rotating shaft and spaced apart from each other and fixed to the rotating shaft, and fixed to the housing. It consists of an optical sensor, signal processing, power supply, and an electronic device for modulating laser light.
광원은 630nm 빛을 방출하는 1mW 다이오드 레이저를 사용하고 다이오드에서 방출하는 빛을 평행광으로 만들기 위한 렌즈를 사용한 레이저 다이오드 모듈을 사용하고, 수정 발진자를 이용하여 455kHz로 변조된 전원을 레이저 다이오드에 공급한다. 광원은 동적 토크 측정 장치의 하우징에 고정되어 있으며 회전축의 중심에서 65mm떨어져 있다.The light source is a laser with a power modulated with 455 kHz, using a 1 m W diode laser which emits 630 nm light using a laser diode module using a lens for making the light emitted by the diode into a parallel beam, and by using the crystal oscillator supply to the diode. The light source is fixed to the housing of the dynamic torque measuring device and is located 65 mm from the center of the axis of rotation.
이 빛을 직경 100mm인 회전축에 고정되어 있는 직경 150mm, 두께 0.1mm인 두 스테인리스 디스크의 중 동력 축에 가까운 디스크에서 다른 디스크를 향하여 조사한다. 두 디스크의 표면에는 10˚간격으로 중심에서 60mm 떨어진 위치에 70mm까지 길이 10mm, 폭 10㎛인 슬릿이 전원각도기의 눈금처럼 홈으로 새겨져 있고, 두 디스크의 홈은 회전축이 돌지 않을 때 일치하도록 되어 있다.This light is irradiated from the disk close to the middle power shaft of the two stainless steel disks with a diameter of 150 mm and a thickness of 0.1 mm fixed to a rotating shaft with a diameter of 100 mm toward the other disk. On the surface of the two disks , a slit of 10 mm in length and 10 μm in width up to 70 mm at a distance of 60 mm from the center at an interval of 10˚ is engraved as a groove like the scale of a power protractor. are made to match.
두 디스크 사이의 거리는 100mm이며, 회전축은 스테인리스강의 경우로 실시의 예를 구성하였다.The distance between the two disks is 100 mm , and the rotating shaft is made of stainless steel as an example.
동적 토크의 값은 12.7Nm에서 65000Nm이 경우를 고려하였다. 이 토크에 의한 두 디스크 슬릿의 이격은 1㎛에서 700㎛정도가 된다. 그리고 레이저 다이오드의 coherence length가 20Cm이상이고 두 디스크의 슬릿이 어긋난 거리가 간섭무늬가 나타나기에 충분한 값이며, 두 디스크의 간격이 레이저 다이오드 광의 coherence length 범위에 있으므로 두 디스크를 통과한 빛은 회전축에 작용하는 토크의 크기에 따라 광센서에 간섭무늬가 잘 나타나게 된다.The value of the dynamic torque is 12.7 Nm to 65000 Nm considering this case. The distance between the two disk slits due to this torque is about 1 μm to 700 μm. In addition, the coherence length of the laser diode is 20 Cm or more, the distance between the slits of the two disks is a sufficient value for the interference fringes to appear, and the distance between the two disks is within the coherence length range of the laser diode light, so the light passing through the two disks is on the axis of rotation. Depending on the magnitude of the applied torque, the interference fringes appear well on the optical sensor.
광센서는 광원에 공급되는 변조된 전원의 발진주파수와 동기화되어 신호를 인출하도록 되어있으므로 외부의 잡음에 영향을 받지 않는다. 광센서 앞에는 프라운호퍼 간섭이 일어나도록 렌즈를 설치하여 동적 토크 측정 장치의 길이를 줄일 수 있도록 되어있다. 인출된 신호에서 0차 간섭무늬와 1차 간섭무늬의 위치를 읽어내어 회전축의 변형 정도를 알 수 있으며, 이 두 신호의 비를 1차 간섭무늬의 세기로 normalize하여 간섭무늬의 위치를 찾아낸다. 이렇게 함으로써 광원과 광센서가 시간에 따라, 온도, 습도 등 주변의 상황에 따라 특성이 변하더라도 정확하고 신뢰성 있는 측정값을 얻을 수 있게 된다. The optical sensor is not affected by external noise because it is designed to extract a signal in synchronization with the oscillation frequency of the modulated power supplied to the light source. In front of the optical sensor, a lens is installed so that the Fraunhofer interference occurs, so that the length of the dynamic torque measuring device can be reduced. The degree of deformation of the rotation axis can be known by reading the positions of the 0th and 1st interference fringes from the extracted signal, and the position of the interference fringes is found by normalizing the ratio of these two signals to the intensity of the 1st interference fringes. By doing so, accurate and reliable measurement values can be obtained even if the characteristics of the light source and the optical sensor change over time, depending on the surrounding conditions, such as temperature and humidity.
광센서 역시 동적 토크 축정 장치의 하우징에 고정되어 있으며 광원의 중심과 광센서의 중심을 있는 선이 회전축과 평행으로 되어 있다.The optical sensor is also fixed to the housing of the dynamic torque measuring device, and the line between the center of the light source and the center of the optical sensor is parallel to the axis of rotation.
전원 장치는 역률 개선회로가 잘 갖추어진 정전압 전원을 사용하도록 하는 것이 바람직하다.It is desirable to use a constant voltage power supply equipped with a power factor correction circuit as the power supply device.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상을 중심으로 그 변형물 또는 균등물에까지 미침은 자명하다 할 것이다.Although the above has been described focusing on specific embodiments of the present invention, it will be apparent that the scope of the present invention extends to modifications or equivalents based on the technical idea described in the claims.
Claims (5)
일정 주파수로 변조된 레이저광,
회전축에 고정된 간섭무늬를 발생시킬 슬릿을 포함하고 있는 두 장의 디스크 및
레이저 다이오드와 동기화 되어 Lock-In 된 프라운호퍼 간섭무늬를 측정할 이미지 센서로 구성된 광센서,
를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기, 레이저광은 동력 축에 위치한 디스크 근방에 위치하고,
상기, 광센서는 부하 측 축에 위치한 디스크 근방에 위치하고,
상기 두 장의 디스크는 금속 또는 비금속 재질로서 광원이 투과하지 않도록 불투명하며, 회전축에 고정되어 있는 것을 특징으로 하고,
상기 슬릿은 전원각도기의 각도 눈금과 같이 일정 각도를 간격으로 하고, 일정한 길이, 일정한 폭으로 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 레이저 다이오드와 광센서는 특정 주파수로 동기화 되어 Lock-In 된 것을 특징으로 하며,
상기 광센서는 이미지 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는
동적 토크 측정 장치.A method of using interference of laser light in an optical method in the construction of a dynamic torque measuring device, comprising:
Laser light modulated with a certain frequency,
Two disks containing a slit to generate an interference fringe fixed to the axis of rotation and
An optical sensor composed of an image sensor to measure a locked-in Fraunhofer interference pattern in synchronization with a laser diode;
characterized in that it comprises,
The laser light is located in the vicinity of the disk located on the power shaft,
The optical sensor is located near the disk located on the load side shaft,
The two disks are made of a metal or non-metal material, which is opaque so that the light source does not transmit, and is fixed to the rotation shaft,
The slit is spaced at a certain angle like an angle scale of a power protractor, and is composed of a certain length and a certain width,
It is characterized in that the laser diode and the optical sensor are synchronized to a specific frequency and locked-in,
The optical sensor is characterized in that using an image sensor
Dynamic torque measuring device.
상기 레이저 광은 정밀 발진기로 변조되는 것을 특징으로 하는 동적 토크 측정 장치.The method according to claim 1,
The laser light is a dynamic torque measuring device, characterized in that modulated with a precision oscillator.
광센서는 프라운호퍼 간섭무늬를 측정할 수 있도록 광학계가 구성된 것을 특징으로 하는 동적 토크 측정 장치.The method according to claim 1,
The optical sensor is a dynamic torque measuring device, characterized in that the optical system is configured to measure the Fraunhofer interference fringe.
630nm 파장의 빛을 455kHz로 변조된 레이저광,
회전축에 고정된 간섭무늬를 발생시킬 슬릿을 포함하는 두 장의 디스크,
상기 두 장의 디스크간의 거리는 5㎝ 내지 20㎝ 인 것을 특징으로 하고,
상기 디스크 표면의 슬릿의 간격은 1˚내지 15˚로 구성되고,
상기 슬릿의 길이는 10mm 내지 20mm를 특징으로 하고, 슬릿의 폭은 1㎛ 내지 20㎛를 특징으로 하고,
레이저 다이오드와 동기화 되어 Lock-In 된 프라운호퍼 간섭무늬를 측정할 이미지 센서로 구성된 광센서를 포함하고,
상기 두 장의 디스크는 금속 또는 비금속 재질로서 광원이 투과하지 않도록 불투명하며, 회전축에 고정되어 있는 것을 특징으로 하고,
상기 슬릿은 전원각도기의 각도 눈금과 같이 일정 각도를 간격으로 하고, 일정한 길이, 일정한 폭으로 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 레이저 다이오드와 광센서는 특정 주파수로 동기화 되어 Lock-In 된 것을 특징으로 하며,
상기 광센서는 이미지 센서를 이용하는 것을 특징으로 하는
동적 토크 측정 장치.A method of using interference of laser light in an optical method in the construction of a dynamic torque measuring device, comprising:
Laser light modulated with 630 nm wavelength light at 455 kHz,
two disks containing a slit to generate an interference fringe fixed to the axis of rotation;
The distance between the two disks is characterized in that 5 cm to 20 cm,
The spacing of the slits on the surface of the disk consists of 1˚ to 15˚,
The length of the slit is characterized in that 10 mm to 20 mm , the width of the slit is characterized in that 1㎛ to 20㎛,
It includes an optical sensor composed of an image sensor to measure the locked-in Fraunhofer interference fringe synchronized with the laser diode,
The two disks are made of a metal or non-metal material, which is opaque so that the light source does not transmit, and is fixed to the rotation shaft,
The slit is spaced at a certain angle like an angle scale of a power protractor, and is composed of a certain length and a certain width,
It is characterized in that the laser diode and the optical sensor are synchronized to a specific frequency and locked-in,
The optical sensor is characterized in that using an image sensor
Dynamic torque measuring device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210051964A KR102300004B1 (en) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Dynamic torque sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210051964A KR102300004B1 (en) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Dynamic torque sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102300004B1 true KR102300004B1 (en) | 2021-09-07 |
Family
ID=77797363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210051964A KR102300004B1 (en) | 2021-04-21 | 2021-04-21 | Dynamic torque sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102300004B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05118816A (en) * | 1991-10-29 | 1993-05-14 | Hamamatsu Photonics Kk | Optical measuring apparatus for amount of displacement |
| JP2009294156A (en) * | 2008-06-08 | 2009-12-17 | Chube Univ | Torque measuring apparatus |
| KR101255665B1 (en) | 2011-04-05 | 2013-04-17 | 한양대학교 에리카산학협력단 | Apparatus for measuring torque using optical sensor |
-
2021
- 2021-04-21 KR KR1020210051964A patent/KR102300004B1/en active IP Right Grant
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