KR102364871B1 - 세장형 물품에 대한 3d 부유식 지지 시스템 및 관련된 기하형상 검출 기계 - Google Patents

Abstract

세장형 물품의 기하형상 검출 기계에서의 세장형 물품의 지지 시스템이 개시되어 있으며, 이는 상기 세장형 물품이 접촉하는 복수의 수직 구속 지점(1)을 포함하고, 상기 수직 구속 지점(1)은, 상호 연결 아암(4)에 의해 쌍으로 결합되고, 상호 연결 아암은 차례로 유니버셜 조인트 메커니즘을 구비하는 구속 조인트(3, 5)를 포함하고, 유니버셜 조인트 메커니즘은 상기 아암(4)에 대하여, 물품의 종방향 축에 근업하여 통과하는 2개의 직교 축을 따라 2개의 회전 자유도(32, 34)를 남기고, 상기 구속 조인트(3, 5)는 다수 층의 시퀀스로 단일의 구속 지점을 향해 수렴할 때까지 그 자체가 유사하게 쌍으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

세장형 물품에 대한 3D 부유식 지지 시스템 및 관련된 기하형상 검출 기계

본 발명은 이들의 기하학적 형상의 정확한 검출을 위해 사용되는, 세장형의, 일반적으로 경사진, 물품의 지지 및 3-차원 균형화 시스템에 관한 것이다.

공지된 바와 같이, 기계적 제조 산업은 보다 복잡한 제품의 제조를 위해 일반적으로 금속 및 다른 재료로 제조되는, 세장형 반제품을 광범위하게 사용한다. 이에 제한되는 것은 아니지만, 특히, 선삭 및 몰딩 프로세스의 경우에는, 다양한 유형의 섹션(둥근형상, 정사각형, 육각형 등)을 갖는 세장형 반제품이 널리 사용된다.

세장형 반제품의 특성은 4개의 주요 영역에 관련된다: 제품의 기하형상, 재료의 화학적 및 물리적 조성, 표면 마감 및 화학적, 물리적 및 기계적 특성. 전술한 영역 각각에서, 정립된 규격들은 기계 가공 프로세스들 및 최종 응용의 요건들 둘 다에 의해 결정되는 제품의 제조 문제들, 상기 특성들의 달성을 위한 비용 및 후속 프로세스들의 실제 요구 사이의 절충이다.

엔지니어링 산업에서 가장 일반적인 반제품은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 통상적으로 3 미터의 길이를 갖는, 선삭 및/또는 몰딩을 위해 의도된 바아의 형태의 제품이며, 이는 각각의 가공 사이클에 대해 처리될 반제품의 양과 반제품의 취급 사이에 양호한 절충안을 제공한다. 또한, 최대 4, 5 또는 6 미터까지- 이를 초과하면, 스톡 관리 및 운송이 어려움 -의 보다 긴 바아, 또는, 더 짧은 바아- 이는 처리될 바를 로딩하는데 소비되는 시간이 불리함 -를 발견할 수 있다. 이러한 물품은 통상적으로 다양한 재료, 금속(강철, 황동, 알루미늄, 티타늄 등) 및 폴리머(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PVC, 테플론 등) 및 비-금속(세라믹, 유리, 복합체 또는 소결된 재료 등)으로 판매된다.

본 발명의 범위에 있어서, 반제품의 기하형상의 대상을 심화시킬 필요가 있다. 바아는 세장형 원통형 기하형상을 가지며, 즉 베이스의 치수는 원통체의 높이에 대해 "작다". 베이스의 가장 일반적인 형상은 원형, 육각형, 정사각형 및 직사각형이고; 이들은 중실(바아) 또는 중공(튜브)일 수 있고, 사용자가 섹션 형상의 활용으로 인한 절약의 장점을 이용하는 프로세스에 따라 요구된다. 예를 들어, 둥근형상 섹션은 나사산, 샤프트 등에 사용되고; 육각형 섹션은 너트, 볼트 등을 위한 것이다. 치수 규격들이 상당히 중요한데, 그 이유는 그러한 특성들이 제조자에 의해 보장되면, 사용자는 실제로 특정 물품에 맞는 크기를 획득하기 위한 프로세스들을 피할 수 있기 때문이며; 예를 들어, 둥근-단면 바아의 경우에, 이들은 또한, 매우 낮은 원형도 오차를 갖는 h7 공차로 제조되고 시판되어 작업편 단부를 단순히 절단하고 가공함으로써 유한한 샤프트를 실현할 수 있게 한다.

이들 반제품에 이루어지는 주요 처리는 선반 기계가공이다. 선삭 기술은 매우 빠르게 진화하고, 공구의 회전 속도 및 절삭 특징의 관점에서 성능이 상당히 증가하고 있다. 선삭 중에, 바아는 선반의 후방의 기계가공 축 상에 로딩되고, 기계가 선삭 동작을 수행할 때 전체 길이에 대해 그에 따라 회전하도록 설정된다. 최신 기계는 재료의 작업성에 따라, 5,000, 8,000 또는 심지어 10,000 rpm의 회전 속도로 기계가공을 수행할 수 있다. 이러한 회전 속도는 상당하고, 진동 및 궁극적으로는 기계가공 정밀도의 문제를 최소화하기 위해, 반제품이 매우 정확한 "직선도"를 갖는 것을 필요로 한다.

"직선도"의 평가를 통합하기 위한 방법을 갖기 위해, 규제기관들은 이하에서 언급될 몇 가지 정의들을 수년에 걸쳐 합의하고, 이들을 유럽 표준 EN 12164로 집성하였다. 이 표준은 (직경이 10 mm 내지 50 mm이고 길이가 1000 mm보다 큰 바아인 반제품에 대해) 직선도로부터의 편차가 반제품이 수평 평면 상에 놓일 때 주어진 이론적 라인에 대한 곡률(원호 깊이)인 것으로 규정하고; 이러한 표준은 또한 mm/m 단위로 초과되지 않아야 하는 한계 값을 나타내며: 통상의 용어에서, "DIN"의 분수(표준 EN12164DIN, 즉, 유럽 표준의 독일 전환표준을 참조한 의미)는 동일한 물품의 직선도에 관한 품질 수준(1/3 DIN은 1/2 DIN보다 양호한 품질인 등등임)을 간략하게 나타낸다.

물품의 직선도와 관련된 기술적 문제에 대한 수년 간의 엔지니어링 연구 후에, 본 출원인은 전술한 표준은 현재 기술적 제조 수준에 대한 "직선도"의 유의한 값을 획정하기에는 오늘날 적절한 것으로 간주될 수 없다는 결론을 얻었다. 표준은, 정립된 최대 곡률- 현대의 제조 프로세스는 심지어 폐기하려는 경향이 있음 -이 횡방향 마찰에 기인하여 기준 평면 상에 놓여진 효과에 의해 거의 상쇄되고: 따라서, 실제 편차는 거의 검출 불가하다는 것을 고려하지 않고, 평탄한 표면 상에 반제품이 놓여질 때에 원호 검출이 이루어져야만 하다고 기재하고 있다. 특히 금속 합금의 밀도 및 영률 사이의 관계는, 그 자체의 중량으로 인한 변형이 정성적 목적을 위해 검사된 곡률에 훨씬 더 높아지게 한다.

기본적으로, 제품이 평탄한 표면 상에 놓이면, 이 제품은 그의 곡률에도 불구하고 평탄한 구조를 나타내는 경향이 있고, 따라서, 단지 표준에 획정된 바에 따라서는, 그것을 결정하는 것을 불가능하게 한다. 유사한 방식으로, 수평 평면 상에서, 검사될 작은 곡률에 의해 부과되는 탄성 복귀의 가능성에 비해 마찰이 지배적이 된다.

직선도의 문제는 특히 제품의 세장도(slenderness)가 영률에 대한 밀도의 관계 및/또는 베어링 마찰에 대한 밀도의 관계를 비우호적인 상태가 되게 하는 경우에 많은 분야에서 기술적으로 탐구되었다. 이러한 문제는 품질 제어 및 프로세스 제어 목적을 위해, 제품에 대한 측정 및 분석을 위한 기술적 해결책을 위해 항상 중요한 엔지니어링 및 개발 테마가 되어 왔다.

종래 기술에서, 평탄도의 측면 및 직선도의 측면 모두에서 직선도를 측정하는 것을 목적으로 하는 몇몇 흥미로운 실시예가 있다. 본 발명자들은 예를 들어 문헌 EP 2527785, CN 102221354, EP 0352247, EP 1447645, WO2006138220, WO9634251 또는 JP 61283804에서와 같이 검출 센서의 다소 원론적인 적용 방법에 초점을 맞춘 해결책 및 응용을 발견하였지만, 이들에서는 제품을 지지하는 형태가 측정 동안 고려되지 않았고; 명백하게, 이들 방법은 밀도와 영률 사이의 관계 또는 밀도와 마찰 사이의 관계가 (예를 들어 탄소 섬유 복합재로 실현되는 물품에서) 우호적인 응용에 편리하며, 이는 흔히 세장형 금속 물품의 경우에는 달성되지 않는다.

측정될 반제품 상에서의 힘 및 변위의 측면에서 수직 지지부에 의해 발휘되는 작용을 제어하도록 설계된 배열을 사용하여 제품이 어떻게 지지되는 지에 집중한 다른 해결책이 제안되었다. EP 2057438 또는 EP 1974179의 경우에서와 같은 로드 셀 메카트로닉 접근법; EP 1915323 또는 JP 063331339의 경우에서와 같이 동일한 밀도의 유체 내에서의 물리적 부유 같은 물리적 접근법; 또는 세장형 본체가 등압 유체 작동기의 "베드" 상에 지지되는 JP S5934109의 경우에서와 같은 유체적 접근법을 사용한 다양한 방법이 존재한다. 그러나, 전술한 종래 기술 모두는, 어쨌든 물품의 측정에 대한 중력의 부정적 효과를 균형화하기 위한 고유한 시도에 초점을 둠으로써 센서의 적용의 경우나 물품의 현수를 통한 정확한 측정 달성을 목표로 하는 경우에서와 같이, 주로 정밀도를 지향하는 해결책을 제공한다.

EP 2803942호는 또한 세장형 물품의 복합 지지 시스템을 개시하며, 이는 단순히 복수의 물품을 관리할 필요성에 대응하는 것이다.

본 발명의 목적은, 부재의 실제 기하형상을 측정할 수 있도록, 외부 구속과 관계없이, 그들의 기하학적 형상을 자유롭게 취할 수 있게 하는, 세장형 물품을 위한 지지 시스템을 제공함으로써 종래 기술의 제한을 극복하는 것이다.

이 목적은 첨부된 주요 청구항의 본질적인 특징들에 기술된 바와 같은 시스템으로 달성된다. 다른 바람직한 양태가 종속항에서 설명된다.

본 발명의 추가의 특징 및 장점은 단지 비제한적인 예의 방식으로 주어지고 첨부 도면에 도시된 바람직한 실시예의 하기 상세한 설명으로부터 어떻게든 더 명백해 질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 각각 원형 및 다각형 단면을 갖는 예시적인 세장형 본체를 나타내는 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 지지 시스템의 개략적인 도면이며, 각각 사시도 및 분해도이다.
도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 지지 시스템의 다양한 실시예의 개략적 측면도이다.
도 4는 순간 회전 축이 표시되어 있는 도 2a의 부분 확대도이다;
도 5는 본 발명에 따른 상이한 시스템 지지 모드의 개략적 측면도이고;
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 시스템을 사용하는 기하형상 검출 기계에 대한 다양한 구성의 개략적인 입면도이다.

정밀하고, 정확하고 산업적으로 유리한 측정을 수행하는 목적을 충족하기 위해 작동 가능한 해결책을 찾기 위해 수행된 긴 연구는 본 출원인이 공지된 기술의 제한을 극복하는 특정 해결책을 안출하게 하였다. 해결책의 세부사항을 더 잘 알기 위해, 정밀도 및 정확도에 대해 약간의 구분이 필요하다.

측정의 정밀도는 측정치의 평균 값과 비교한 검출된 값의 통계적 분산에 의해 정의되고; 다른 측정 중 더 정밀한 측정은, 더 많이 산란된 값을 가지는, 즉 더 큰 표준 편차를 갖는 덜 정밀한 측정에 비해, 동일한 값의 평균 값으로부터의 덜 동떨어진 값을 가질 것이다. 일반적인 기술에서, 검사될 물리량의 결정을 위해 예상된 분해능에 대해 사용된 센서의 품질에 정밀도가 연관된다: 예를 들어, 레이저 삼각 측량 필러(laser triangulation feeler)는 위치 검출이 이루어지는 (예를 들어, 저항형의) 기계적 필러에 비해 더 정밀하다. 한편, 정확도는 실제 값에 비해 측정의 다른 양태, 즉, 검출된 값- 단일 또는 평균 -의 거리에 관한 것이다. 후자의 개념은 본원에 도시된 시스템에 대한 필수적인 핵심이며, 본 출원의 목적은 실제 값에 가능한 한 가까운 값을 얻는 것이 가능한 장치를 제공하는 것이며, 이는 이 값만이 품질 제어 분석 및 프로세스 제어 활동 모두를 위해 사용될 수 있기 때문이다.

이루어지는 첫 번째 고려 사항은 직선도 조건을 따르지 않는 세장형 물품에 있어서, 물품을 구성하는 섹션의 중심의 부위는 경사 곡선(skew curve), 즉, 그 결합하는 평면들이 다수의 레벨에 놓인 기하학적 부위를 구성한다는 것이다. 물품의 제조 방법은, 결합하는 평면이 약간 발산하는 경향이 있도록 이루어지지만, 실험적 경험상 이들 평면의 작은 변형도 측정의 정확도를 저하시키는 경향이 있는 것으로 나타난다.

미분 기하학에서, 곡률 및 비틀림을 갖는 원호 길이에 대한 파라미터화 곡선이 존재하는 경우, 공간 내의 강체 운동을 제외하고는 이러한 곡선이 고유하다는 정리가 알려져 있다(공간내 곡선에 대한 이론의 기본적인 정리). 이러한 정리는 간단한 데카르트 표현(Cartesian representation)이 아닌, 곡률의 발달로서 세장형 및 경사진 본체를 고려하는 중요성을 이해할 수 있게 하며; 이러한 수학적 개념은, 그 곡선형 횡축을 따른 물품의 곡률에 순응할 수 있는 장치로 공간 내에 세장형 및 경사진 물품을 현수하여 제품의 실제 곡선의 순응과 반대되는 프레네 트라이어드(Frenet triad)를 따른 굽힘 효과를 최소화하는 것에 의해서, 관성 공간 내의 비틀림 각도 또는 그 자세와 관계없이 세장형 물품이 그 고유한 형태에 따른 형상을 확보하게 하는 목적을 실현할 수 있다는 것을 본 출원인이 고려할 수 있게 도왔다.

안출된 해결책은, 이론적 수준에서 전술한 바를 충족하도록 적합하게 설계된, 바아에 대한 지지부의 시스템(수직 구속)으로 이루어진다. 2개의 직교 평면 상의 곡률을 동시에 수용하는 것을 허용하고, 동일한 기술로, 균형을 생성할 수 있게 하는 이 시스템은, 물품 자체, 전형적으로 바아가 그의 실제 형상을 취하여 모든 내부 장력을 중립 상태로 남길 수 있도록, 세장형 물품의 탄성이 자유롭게 나타날 수 있게 한다. 이러한 이유로, 본 발명에 따른 시스템은 중력 효과를 균형화하고 물품의 다중-평면 곡선적 자유를 남기는 능력을 강조하기 위해 부유식 시스템(또는 3D 부유식 시스템)이라고도 불린다.

더 정확하게는, 특정 균형의 세트를 실현할 수 있도록 외부적으로 상호 연결된 지지부를 실현하는 것이 필요하다. 장치는 접촉 표면을 최소화하도록 제조된 한 세트의 물리적 지지부로 구성되고, 또한 지지부의 지점에서 물품의 회전(비틀림)을 구속하지 않는 가능성(때때로 필수적임)을 제공한다. 사실상, 많은 경우에, 검사될 양태는 "꼬임", 즉, 물품의 중심의 부위를 따른 섹션의 비틀림 비율이고; 이 경우, 비틀림 구속의 부재 또는 최소화는 꼬임의 검출을 위한 높은 정확도를 보장한다.

지지 지점은 수동 또는 자동 모드에서 가변적인 특성을 갖는 가변 길이의 기계적 아암을 통해 서로 기계적으로 연결되고, 이러한 후자의 양태는 시스템의 완벽한 균형화를 위해 필수적이다. 이하에서 '1차'로 지칭되는, 이러한 아암은 차례로 유니버셜 조인트 메커니즘이 삽입되는, 통상적으로 중간의, 그러나, 필요한 경우에, 변경될 수 있는 특정 지점을 소유하고, 물품의 중심에 가능한 근접하게 통과하는 2개의 직교 축 따라서, 1차 아암에 2개의 회전 자유도를 남긴다.

이러한 방식으로, 지지 지점은 상기 연결 아암을 통해 쌍으로 연결된다. 이들 1차 아암은 그 각각의 단부에서 1차 아암의 전술한 유니버셜 조인트에 대한 연결부를 갖는 보조 아암에 의해 차례로 지지되고; 우선적으로 중심 위치, 그러나 가능하게는 또한 오프셋될 수 있는 위치에서, 각각의 보조 아암은 또한 바아 또는 물품의 축에 가능한 한 가깝게 통과하는 2개의 직교 축을 갖는 추가의 유니버셜 조인트를 갖는다. 이러한 유니버셜 조인트는 보조 아암 레벨의 연결 요소로서 기능한다.

생성된 배열은 실질적으로 프랙탈 패턴으로 지지부를 분할하는 복수의 아암 층이고; 각각의 지지부에서, 지지되는 바아 또는 물품에서 가능한 한 많이 중심 맞춤된 회전 축을 갖는 카단 현수부(유니버셜 조인트)가 존재하여, 지지된 아암에 2개의 회전 자유도만을 남긴다.

유니버셜 조인트는, 2개의 직교 평면 상에서의 어떠한 반응에도 거스르지 않고, 전체 지지 배열이 물품의 곡선형 다중-평면 경향을 수용하도록 허용하는 데 필수적이다. 층은 수 개일 수 있고, 따라서, 2^n과 동일한 물품을 위한 다수의 최종 지지부를 초래할 수 있으며; 잔류 회전 자유도를 남기는 것을 방지하기 위해, 부유식 3D 시스템의 최종 지면 지지부(즉, 기계의 고정된 기준 평면 상의)가 편리하게 2개의 지점에서 형성될 수 있다. 이어서, 2개의 층/레벨의 경우에 4개의 지지부, 3개의 층의 경우에 8개의 지지부, 4개의 층의 경우에 16개의 지지부를 갖는 등등이다.

층의 수는 물품 지지부의 원하는 분별 정도에 기초하여 결정된다. 몇몇 용례에서, 단지 하나의 아암의 층을 갖는 것으로 충분할 수 있다는 것을 배제하지 않는다.

이러한 방식으로, 지지 체계는 지지될 바아 또는 물품의 중심선에 대해 대칭으로 발생한다.

높은 분별은 자유 스팬의 크기를 최소화하기 위해 긍정적이지만, 지지부 그룹, 아암 및 유니버셜 조인트의 질량의 증가에 대해서는 부정적이다. 바람직하게는, 정확한 절충안은 5 mm 내지 30 mm의 섹션 크기 및 3 내지 6 미터의 길이를 갖는 금속 바아에 대한 최적의 3개 층의 개수를 제공하며, 질량은 시스템의 고유 주파수를 너무 많이 감소시키지 않는다.

물품의 공간 내의 자유 배치에 대한 저항 효과를 최소화하는 것을 허용하는 유니버셜 현수부 아키텍처의 중요성을 강조할 것 인데, 이는, 다른 공지된 기술에 비해, 물품의 지지 반응이 아암을 통해 회전 지점으로 전달되고, 이는 마찰 및 피할 수 없는 기계적 저항이 물품의 굽힘 팽창 자유도에 미소한 영향을 미치게 하기 때문이다. 이는 본 발명의 해결책을 특히 구분짓는 양태이며, 그 이유는 이러한 마찰은 공지된 기술의 다른 해결책에 불가피하게 존재하는 정확도 오차의 원인이 되기 때문이다. 지지 아암의 관절 수단으로서의 유니버셜 조인트의 적용은 물품의 자연적 곡률을 지속하고 수용하기 위한 직교 평면의 조성을 제공하고, 이는 특히 물품이 그의 곡률에 영향을 미치는 관성 효과 없이 사실상 임의의 위치에서 공간 내에 배치될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 장치는 특유한 특성을 갖고, 이는 다음과 같다: 1) 굴곡부 상의 관성 효과의 보상이 지지 시스템의 위치와 독립적인 공간 내의 물품 위치에 독립적이고, 지지 시스템 자체에 대한 중심의 부위의 경사진 곡선의 비틀림에 독립적임; 2) 물품을 따른 곡률의 보간 값과 유니버셜 조인트를 연결하는 다양한 아암의 각도 사이의 상관관계; 3) 물품의 굽힘에 대한 유니버셜 조인트에서의 마찰의 기계적 효과의 최소화; 4) 자유 상태의 유니버셜 조인트에서 직접 방식으로 그리고 잠금된 유니버셜 조인트에서 간접적 방식으로 작동하는 능력: 후자의 경우에, 잠금 토크는 유니버셜 조인트에 부여된 각도에 의해 지정된 위치에 유지될 때 물품 내부의 굽힘 모멘트의 함수이다.

본 발명의 변형예에 따르면, 유니버셜 조인트는 따라서 잠금 가능한 유형이고, 즉 회전 축은 고정된 자세로 기계적으로 잠금 가능하다. 이 경우, 유니버셜 조인트의 축 주위의 기존의 응력을 검출할 수 있는 응력/변형 센서(예를 들어, 로드 셀 또는 유사물)가 바람직하게 제공된다. 상기 양태 모두는 시스템이 어떻게 작동하는지 그리고 다음의 2 가지 경우- 자유 상태의 유니버셜 조인트 또는 잠금된 유니버셜 조인트 -에서 물품의 기하학적 형상의 매우 정확한 측정을 수행하는 것을 어떻게 허용하는지를 이해할 수 있게 한다.

자유 상태의 유니버셜 조인트의 경우에, 물품은 그 기하학적 곡률을 나타내어 그의 내부 장력의 중립 균형을 초래할 수 있는데, 그 이유는 유니버셜 조인트 현수 시스템이 그의 곡률 평면 상에서 물품의 굽힘을 자유 상태로 남겨 두어, 지지부의 교차 지점에서 중량에 반응하고, 두 직교 성분을 균형화하기 때문이다. 이 시스템을 기하형상 검출 기계에 적용하면, 검출은 상이한 기술적 방법을 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 통상의 천공 레이저 또는 프로파일 판독 센서를 사용한 물품의 길이를 따른 다양한 위치에서의 판독에 의한; 유도성, 용량성 또는 와전류 센서를 통한; 기계적 접촉이 없는 시스템은 접촉 판독 시스템에 비해 바람직한데, 이는 후자가 형상을 변경하는 힘의 불가피한 적용을 수반하여 시스템의 극단적인 정확도를 손상시키기 때문이다.

두 번째 가능성은 각도 판독 센서, 예컨대 인코더, 저항 판독기, 유도 판독기 또는 홀(Hall) 효과 판독기나 와전류 판독기와 같은 관련 기술 분야에서 통상적으로 이용 가능한 다른 판독기를 통해 유니버셜 조인트 내의 각각의 회전의 각도 위치를 판독하는 것이다.

이 2개의 접근법은 다음과 같이 평가될 수 있는 장점 및 단점을 갖는다: 부유식 시스템 외부의 레이저 시스템을 통한 판독, 특히, 측정의 상대적인 위치의 정확하고 순간적인 보정을 위해 간섭계와 연관되고 그리고/또는 그라나이트 백본(granite backbone)에 구속된 극단적인 직선도 가이드로 이동 가능한 경우, 심지어 밀리미터 또는 서브밀리미터의 종방향 분해능으로 변형의 매우 상세한 재구성을 허용하지만, 추가적인 통합된 시스템에 대한 필요성을 도입하고; 유니버셜 조인트 회전의 판독을 통한 측정은, 대신에, 전체적으로 기계의 아키텍처의 매우 낮은 복잡성을 유지할 수 있게 하여, 곡률 값을 제공하고, 지지 지점들 사이의 중간 값을 조정한다. 후자의 경우는 모든 품질 제어 및 프로세스 제어 활동에 대해 충분하고도 남는다는 것이 실험적으로 판명되었다.

잠금된 유니버셜 조인트의 경우에, 3D 부유식 시스템은 완전히 정렬된 2^n 지지부 모두를 갖는다. 이 지점에서, 물품이 시스템 상에 놓이게 하는 것은 그 중량 및 자연적 곡률과 완벽한 부여된 직선도 사이의 차이에 의해 발생되는 탄성 장력의 결과로서 생성된 장력을 통해 지지부 상에 힘을 가할 것이고, 그 자체의 중량은 아암의 대칭 굽힘에 의해 상쇄될 것이고, 유니버셜 조인트에서 토크를 발생시키지 않을 것이다. 유니버셜 조인트 잠금의 억제 반응은 이어서 자연적 곡률에 비례하는 것으로서 굽힘 상태를 나타낼 것이다. 이러한 비틀림 정보는 유니버셜 조인트 잠금 시스템 내에 비틀림 센서를 내장함으로써 획득될 수 있고, 그의 기술은 스트레인 게이지 센서 및 압전 센서 양자 모두로서 다수의 가능성을 제공하며; 이러한 방식으로, 재료의 탄성 모델(영률 및 섹션의 관성을 알면)을 적용함으로써 장력 정보의 "후 처리"를 통해 매우 정확한 방식으로 변형을 결정하는 것이 가능하다. 자유 상태의 유니버셜 조인트 구성의 경우에도, 기하형상으로부터 시작하여, 영률 및 섹션의 관성에 기초하여 인장 변형의 상태를 결정할 수 있다는 점에 유의해야 한다.

어떤 경우든, 분할된 모듈형 배열 및 유니버셜 조인트 결합 기구학은 측정을 수행하는 것을 가능하게 하는 요소이고, 그에 의해 시스템의 정확도가 그 고유한 특징이라고 말할 수 있다. 이때, 정밀도는 3D 부유식 시스템에 통합되어 있거나 그에 외부적인 위치 또는 장력 검출 기술들의 함수이고, 최종 응용의 예상들에 따라 선택될 것이다.

시스템을 "가역적" 시스템으로 만드는, 자유 또는 구속된 형태로 시스템을 사용하는 옵션은, 예를 들어, 3D 부유식 시스템이 또한 측정에서 완전히 자율적이도록 하기 위해, 회전 위치의 통합된 내부 시스템 또는 심지어 토크 계량 시스템과 함께, 특히 정확하고 상세한 외부 레이저 시스템과 조합하여 사용될 수 있기 때문에, 시스템의 중요하고 독특한 특징이다.

성능의 관점에서, 잠금된 유니버셜 조인트 구성은 이동 부분이 없고 외부 측정 기구가 없이 측정을 가능하게 한다는 점이 강조된다. 이 사실은 바아가 놓여 진 직후 토크 메트릭 반응을 판독할 수 있기 때문에 거의 순간적인 검출을 수행할 수 있게 한다. 자유 상태의 유니버셜 조인트의 경우에서와 같이, 탄성적으로 결합된 질량 이동이 존재하지 않으면, 측정을 수행하기 전에 물품의 진동의 가능한 감쇠를 기다릴 필요가 없고; 또한, 이동 가능한 시스템에 의한 검출 단계의 부재로 인해, 이동 가능한 취득 단계의 완료를 기다릴 필요가 없다.

시스템의 또 다른 유리한 특징은 아암 자체를 따른 병진 자유도를 유지하면서, 전술한 바와 같은 지지 아암 상의 물품의 지지 지점을 갖는 것이다.

실질적으로, 부유식 시스템의 각각의 지지 지점에서, 물품은 그 종방향 축을 따라 전후로 자유롭게 활주한다.

이는 바아 자체를 통해 그리고/또는 지면에 구속되고 종방향으로 이동 가능한 적절한 슬리브를 통해 구속되는 이러한 이동을 유지하도록 허용하기 때문에 중요한 가능성이다. 슬리브는 이러한 방식으로, 적절하게 이동성을 자동 방식으로 제어하여, 아암의 길이 구성을 변화시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 시스템은 측정될 물품의 길이 변화의 경우에 쉽게 재구성 가능하다.

즉, 시스템의 각각의 지지부가 시스템의 고정된 기준에 일체형인 가이드 슬리브 내에서 수직으로 활주 가능하도록 제공될 수 있다. 그러나, 지지부는 하부 상호 연결 아암과 함께 일정한 방식으로 수직으로 이동 가능하다. 슬리브는 아암의 연장부를 따라, 가능하게는 모터 수단에 의해 병진 이동되어, 대응하는 상호 연결 아암의 길이를 따른 지지부의 적용 위치를 변화시킬 수 있다.

시스템의 종방향 축을 따른 지지부의 분포는 바람직하게는 완벽한 균형화를 얻기 위해 물품의 계산된 탄성 모델에 기초하여 설정된다. 이 동작은 시스템의 제조 스테이지 동안(고정되고 미리 결정된 길이의 물품을 위해 의도된 경우) 적절하게 프로그래밍되거나 미리 설정된 자동 시스템에 의해 보조될 수 있다.

유니버셜 조인트 현수 시스템에 대한 실험은 이론적 및 개념적 고려 사항으로부터 예상되는 정확성 예상을 확인하였다. 시험으로부터, (예를 들어, 총 길이의 약 3 미터를 따라서 1.5 mm의 오프셋 밸브를 사용하여 황동, 강철 또는 알루미늄으로 제조된 10 또는 12 mm의 둥근 섹션 직경의) 바아를 측정하여, 이들이 그 회전 위치(즉, 프레네 명명법에서 비틀림)의 변화와 함께 수십 마이크로미터의 변화를 나타내어 측정치가 유니버셜 조인트 현수부의 기구학으로부터도 중력 편향에 의해서도 영향을 받지 않는다는 사실을 입증함이 판명되었으며; 따라서, 2개의 지지 직교 평면은 바아가 결합하는 자연적 평면들 상에서의 그 곡률을 나타낼 수 있게 하여 공간 이론에서 곡선의 기본적인 정리에 의해 명시되는 바와 같이 정확하게 바아의 회전과 함께 강성적으로 이들이 회전하게 한다.

지지 시스템에는 또한 바아의 길이 및 부유식 시스템의 대칭축에 대한 위치를 측정하기 위한 자동 시스템이 장착될 수 있고, 따라서 실제 균형 형상의 외삽을 위한 측정의 보정 인자의 탄성 모델(영률 및 섹션의 관성을 알고 있음)을 통한 처리를 가능하게 한다. 종방향 위치 검출의 유형은 원하는 기술적 선택에 따라 레이저 광학 또는 이산 광 시스템뿐만 아니라, 필러 시스템일 수 있다.

시스템의 기계적 부분은 데이터 처리 및 저장을 위한 그리고 제3자 라인 시스템과의 가능한 공유를 위해, 관리 및 센서의 판독을 위한 전자 부품과 조합되어야 한다. 따라서, 데이터는 또한, 예를 들어, 전술한 표준에 의해 인식되는 바와 같이, 임의의 길이에 대한 오프셋 같은, 그리고 가장 통상적으로 mm/m의 형태의, 미가공 데이터 및 요약 데이터를 저장하는, 그래픽 형태로 표현되거나 대용량 저장 장치에 저장될 수 있다. 데이터는 또한 3 차원 형상, 2 차원 형상, 또는 품질 제어 및 프로세스 제어 활동을 위한 정보를 더 잘 나타내기 위해 수치 합성의 스칼라 값으로 연속적인 섹션에 의해 도식적으로 표현될 수 있다. 시스템은 생산 라인 또는 창고로의 그리고 그로부터의 바아의 언로딩 및 협력을 위한 자동 취급 시스템에 의해 완성될 수 있다.

이 시스템은 물품의 종방향 축을 따라 자유롭게 활주하는 것을 허용하기 위해, 예를 들어 종방향 유형의 세장형 물품과의 접촉 지점에 롤러를 구비할 수 있다. 이는 종방향 이동에서 또는 심리스 제품을 위한 바아용 기계의 연속 사용을 촉진한다. 지지부와의 접촉 구속은 또한 2-측면 유형일 수 있다.

다음은 첨부 도면을 적절히 참조하여 더 상세한 개시내용을 제공할 것이다.

도 1a 및 도 1b는 일반적으로 곡선형인 2개의 예시적인 바아(18)를 도시하고, 여기서는, 다음이 강조되어 있다: 편향(22), 베이스 라인(23), 바아의 곡선 축(26) 및 둥근형상, 정사각형 및 육각형 유형의 말단 섹션(24, 25). 이러한 표현에서, 물품은 콤팩트한 형태로 표현하는 것과 같은 관점으로 나타나 있으며; 실제로, 전형적인 치수는 참조 번호 23 및 26에 대한 수 미터, 참조 번호 24 및 25에 대한 수십 밀리미터, 그리고 참조 번호 23에 대한 밀리미터 수준이다.

도 2a는 본 발명의 본질적인 개념을 이해하는 것을 돕는 시스템의 실시예를 도시한다. 바아(18)는 8개의 지지부(1) 및 조인트(3)를 갖는 3개의 층(8/4/2)을 구비한 시스템에 놓이고; 조인트 및 지지부는 아암(4)에 의해 연결된 유니버셜 조인트 현수부이다. 지점(5)은 지면(즉, 시스템의 고정된 기준 평면)에 대한 최종 아암의 구속 지점이다. 시스템의 대칭축(19)도 볼 수 있다.

도 2a는 물품의 지지 지점(1)에 제공된 유니버셜 조인트 현수부를 구성하는 부품의 조립 로직을 아암(4) 사이의 연결 조인트(3), 및 지면(5)에 대한 구속부에서 보다 가시적으로 도시한다.

도 3은 물품(18)의 지지부를 두 경우- 도 3a 및 도 3b에서 8개의 지지부 및 도 3c에서의 16개의 지지부 -에서 각각 도시한 도면이다. 후자의 경우, 중심축(19)에 대칭인 좌측 부분은 도시되지 않는다. 지지 체계는, 제1 층에서의 지지부(1)가 도 3a 및 도 3b의 경우에 4개의 조인트(3), 그리고, 도 3c의 경우에 8개의 조인트가 되고, 그 다음, 도 3a 및 도 3b에서 2개의 조인트(3)가 되고, 이어서 지지부(5)를 통해서 지면에 구속되는 트리-유형 구조를 제공한다. 도 3c의 경우에, 접지 구속부(5)를 갖는 마지막 층으로 통과하기 전에 4개의 조인트의 추가 층이 존재한다. 이러한 표현에서, 지지 지점(1) 사이 및 조인트 지점(3) 사이의 상호 연결 요소(4)를 관찰할 수 있다. 바아의 중심선(19)에 대한 대칭 체계가 중요하다.

이들 도면에서, 기계적 유형의 조인트 사이의 상호 연결이 주목되어야 하고, 힌지는 지지부(1) 및 조인트(3) 지점에 존재하여, 상호 연결 요소(4)(즉, 아암)의 자유 회전을 허용해야 한다. 중심선(19)에 대한 시스템의 대칭성이 중요하고; 지지 지점(1)의 위치는 불균일할 수 있고, 상호 연결 요소(4)의 길이는 가변적이고 자동 관리 시스템을 통해 제어될 수 있다.

도 4는 유니버셜 조인트 현수부의 회전 축을 도시하며, 두 개의 직교 축(32, 34) 및 비틀림 축(33)이 도시되어 있다.

도 5는 지지 시스템이 바아(18)의 축에 대해 180 도 회전된 작동 구성에 있는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이 경우에, 수직 구속은 압축 하에서 보다는 장력 하에서 작동하고; 즉, 수직 구속은 상부로부터 물품을 현수한 후 장력 작용을 받는다.

도 6은 8개의 지지부(1)의 배열을 갖는 기하형상 검출 기계에 적용되는 시스템의 예를 도시하고, 여기서 물품 상의 구속 반력의 결과로서 조인트(3) 내의 회전을 통해 균형화되는 상호 연결 요소(4)의 작동 로직이 명백하다. 도면은 정밀도 축(27) 및 베이스 라인 또는 곡선형 횡축을 따라 측정치를 획득할 수 있는 레이저 센서를 도시한다. 센서(28)는 또한, 이러한 정보가 위치 설정의 비대칭성과 길이를 보상하기 위해 곡선 보정 계수를 처리하기 위해 유용할 수 있기 때문에, 지지 시스템의 대칭성에 대한 물품의 길이 및 위치를 검출하는 기능을 갖는다. 특히, 측방향 자유 시스템(21)의 적용과 관련된 경우, 바아 형태의 물품의 수평 평면에서의 검출을 위한 측부 레이저 센서를 채택하는 것이 또한 가능하다.

도 7은 상이한 유형의 고정된 센서(유도성, 용량성, 와전류)가 수평 평면 상에, 수직 평면 상에 및/또는 바아 형태의 물품의 축방향 위치 설정을 위해 제공되는, 도 6의 것에 대한 대안인 기계를 나타낸다.

특별한 구성에서, 미리 설정된 구성에 대해서 순응적인 길이를 가지지 않는 물품을 재균형화하기 위해서, 균형화 아암을 인공적으로 불균형화하는 것이 가능하다. 이러한 불균형은 구속의 실제 위치와 이상적인 위치 사이의 불일치를 재균형화하기 위해 조인트 내에서 구현되는 탄성 또는 일정 힘의 적용으로서 이해되어야 한다. 이러한 로직에서, 단부에서의 불연속부 및 에지 효과에 대한 특수한 로직으로 보상을 수행하기 위해, 물품에 힘을 인가하도록 균형화 시스템의 외부에 있는 장치를 설치하는 것이 가능하다.

전술한 개시내용으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구성 덕분에, 실제 기하학적 형상의 검출 동작 중에 자연적 기하형상에 영향을 미치지 않도록, 적응의 충분한 자유를 제공하는 세장형 본체의 지지 시스템을 가질 수 있다.

그러나, 본 발명은 앞서 예시된 특정 배열에 의해 제한되는 것으로 간주되어서는 안되며, 이는 본 발명의 예시적인 실시예를 나타내는 것일 뿐이고, 하기의 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명 자체의 범위로부터 벗어나지 않고 본 기술 분야의 숙련자의 범위 내에서 다양한 변형들이 모두 가능하다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (15)

1. 세장형 물품의 기하형상 검출 기계에서의 세장형 물품의 지지 시스템이며,
   상기 세장형 물품이 접촉하는 복수의 수직 구속 지점(1)을 포함하고,
   상기 수직 구속 지점(1)은 두 개 마다, 유니버셜 조인트 메커니즘을 구비하는 구속 조인트(3, 5)를 포함하는 하나의 상호 연결 아암(4)에 의해 하나의 쌍으로 결합되고, 상기 유니버셜 조인트 메커니즘은 상기 아암(4)에 대하여, 물품의 종방향 축에 근접하여 통과하는 2개의 직교 축을 따라 2개의 회전 자유도(32, 34)를 결정하고,
   상기 수직 구속 지점(1)은 적어도 하나의 비틀림 자유도(33)를 상기 세장형 물품에 남겨 두는 지지 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 상호 연결 아암(4)은 수직 구속 지점(1)에 대한 상기 결합 지점들 사이에서 가변 길이를 갖는 지지 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 수직 구속 지점들(1)은 상기 세장형 물품에 적어도 하나의 횡방향 자유도를 남기는 지지 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 수직 구속 지점들(1)은 상기 세장형 물품에 적어도 하나의 종방향 병진 자유도를 남기는 지지 시스템.
5. 제2항에 있어서,
   상기 유니버셜 조인트 메커니즘의 상기 회전 자유도(32, 34)를 억제하기 위한 잠금 수단, 및
   상기 회전 자유도(32, 34)의 회전 축에 대응하여 상기 유니버셜 조인트 메커니즘 내의 회전 응력을 검출하기 위한 센서 수단이 추가로 제공되는 지지 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 수직 구속 지점들(1)은 상기 세장형 물품에 적어도 하나의 횡방향 자유도를 남기는 지지 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 수직 구속 지점들(1)은 상기 세장형 물품에 적어도 하나의 종방향 병진 자유도를 남기는 지지 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 유니버셜 조인트 메커니즘의 상기 회전 자유도(32, 34)를 억제하기 위한 잠금 수단, 및
   상기 회전 자유도(32, 34)의 회전 축에 대응하여 상기 유니버셜 조인트 메커니즘 내의 회전 응력을 검출하기 위한 센서 수단이 추가로 제공되는 지지 시스템.
9. 세장형 물품의 지지 시스템을 특징으로 하는 프레임 및 상기 지지 시스템 상에 구속된 세장형 물품의 기하학적 형상을 검출하도록 구성된 기하형상 검출 장치를 포함하는, 세장형 물품의 기하형상 검출 기계에 있어서, 상기 지지 시스템은 제1항에 따른 것인 것을 특징으로 하는 기하형상 검출 기계.
10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수직 구속 지점(1)들이 다수 층의 시퀀스를 통해 단일의 구속 지점으로 수렴할 때까지, 상기 상호 연결 아암(4)의 구속 조인트(3, 5)는 두 개 마다 추가의 상호 연결 아암(4)에 의해 하나의 쌍으로 결합되는 지지 시스템.
11. 세장형 물품의 지지 시스템을 특징으로 하는 프레임 및 상기 지지 시스템 상에 구속된 세장형 물품의 기하학적 형상을 검출하도록 구성된 기하형상 검출 장치를 포함하는, 세장형 물품의 기하형상 검출 기계에 있어서, 상기 지지 시스템은 제10항에 따른 것인 것을 특징으로 하는 기하형상 검출 기계.
12. 제10항에 있어서, 상기 수직 구속 지점들(1)은 상기 세장형 물품에 적어도 하나의 횡방향 자유도를 남기는 지지 시스템.
13. 제10항에 있어서, 상기 수직 구속 지점들(1)은 상기 세장형 물품에 적어도 하나의 종방향 병진 자유도를 남기는 지지 시스템.
14. 제10항에 있어서,
    상기 유니버셜 조인트 메커니즘의 상기 회전 자유도(32, 34)를 억제하기 위한 잠금 수단, 및
    상기 회전 자유도(32, 34)의 회전 축에 대응하여 상기 유니버셜 조인트 메커니즘 내의 회전 응력을 검출하기 위한 센서 수단이 추가로 제공되는 지지 시스템.
15. 세장형 물품의 기하형상 검출 기계에서의 세장형 물품의 지지 시스템이며,
    상기 세장형 물품이 접촉하는 복수의 수직 구속 지점(1)으로서,
    상기 수직 구속 지점(1)은 두 개 마다, 유니버셜 조인트 메커니즘을 구비하는 구속 조인트(3, 5)를 포함하는 하나의 상호 연결 아암(4)에 의해 하나의 쌍으로 결합되고, 상기 유니버셜 조인트 메커니즘은 상기 아암(4)에 대하여, 물품의 종방향 축에 근접하여 통과하는 2개의 직교 축을 따라 2개의 회전 자유도(32, 34)를 결정하는, 복수의 수직 구속 지점(1),
    상기 유니버셜 조인트 메커니즘의 상기 회전 자유도(32, 34)를 억제하기 위한 잠금 수단, 및
    상기 회전 자유도(32, 34)의 회전 축에 대응하여 상기 유니버셜 조인트 메커니즘 내의 회전 응력을 검출하기 위한 센서 수단을 포함하는 지지 시스템.

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