KR102391295B1 - 캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 캠샤프트가 수평하게 위치하도록 지지하는 베이스프레임과, 베이스프레임에 결합되고 키홈의 위치를 측정하는 캠샤프트 측정수단과, 베이스프레임에 결합되고 센서피스 위치를 측정하는 센서피스 측정수단과, 캠샤프트의 조립각도를 측정하는 측정제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치를 제공할 수 있다. 상기한 바에 따르면 센서피스의 측정기준(기준각도)를 명확하게 설정할 수 있기 때문에 캠 위상각 조립각도를 측정 값의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법 {Camshaft assembly angle measuring device and method for measuring camshaft assembly angle using the same}

본 발명은 캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 캠샤프트 캠 위상각 조립각도 측정값의 신뢰성을 향상시켜 제품의 신뢰성 및 안정화를 도모할 수 있는 캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 내연기관은 실린더 내부에 기화 또는 안개처럼 뿜어진 연료와 공기를 혼합하고, 이를 폭발적으로 연소시킴으로써, 엔진을 구동시키기 위한 동력을 얻는다. 이때, 상기 실린더로 공기가 유입되게 하기 위해서 실린더 상부에 밸브가 구비되는데, 상기 밸브를 개폐시키기 위한 장치로 캠 샤프트(Cam Shaft)가 사용되고 있다. 상기 캠 샤프트에는, 소정의 길이와 두께로 형성된 샤프트 외주에 소정 간격을 두고 위상이 상이한 다수의 캠(Cam)이 고정되며, 상기 캠 샤프트가 회전됨에 따라 상기 캠과 맞닿는 상기 밸브가 개폐된다.

한편, 이러한 샤프트에 캠을 고정하기 위한 방법으로는 샤프트와 캠을 합금 주철로 주조하여 일체로 형성하는 일체형 조립식과, 인발 강 파이프로 이루어진 중공 샤프트에 캠을 결합하는 중공형 조립식이 있다. 이 중 상기 일체형 조립식 제조방법의 경우, 주물 방식에 의한 제조방법이므로, 작업 공정 특성상 자동화가 까다롭고 생산성이 떨어지며, 표면 개질을 위해 열처리 공정과 같은 추가 작업공정이 필요하다. 또한, 중량이 무거워 엔진 부품 전반에 걸친 경량화 추세 대응에 한계가 있어, 내연기관용 엔진의 연비 효율이 떨어지는 등의 단점이 있었다.

이에, 일체형 조립식에 의해 제작된 캠 샤프트가 갖는 단점들을 해소하기 위하여 샤프트와 캠을 별도로 조립하는 조립식 캠 샤프트 제조방법이 있다. 이러한 조립식 캠 샤프트 제조방법은, 일체형 조립식에 의해 제작된 캠 샤프트에 비해 중량을 대폭적으로 경량화 할 수 있고, 캠, 저널, 센서, 구동기어 등 각종 조립 피스 등을 각각의 기능 및 필요에 따라 다른 재질로 형성하여 조립할 수 있는 등의 장점이 있다.

한편, 이러한 조립식 캠 샤프트의 조립방법에서는 샤프트와 캠을 조립한 후, 위상각 조절 장치 등을 이용하여 각각의 파트피스에 구비된 캠 로브가 정확한 위상각을 가지고 있는지 캠위상각 조립각도를 측정할 필요가 있다. 이에, 종래에는 이러한 캠위상각을 측정하기 위하여 서보모터와 광센서를 통하여 캠의 위치를 감지하는 기술이 이용되고 있다.

그런데, 이러한 종래의 캠위상각 조립각도 측정장치는 서보모터회전과 광센서 위치감지로 캠의 위치를 설정각도(예:9도) 정지 후, 0도 위치로 이동시켜 측정하는 방식이기 때문에, 측정위치 0도의 위치를 광센서에서 보증하지 못할뿐만 아니라 9도 정지 위치에서도 오차가 발생되어, 전체 캠위상각 조립각도 측정오차가 크게 발생되기 때문에 제품의 신뢰성 및 안정화가 저하되는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0285495호

본 발명은, 캠샤프트 캠위상각 조립각도 측정값의 신뢰성을 향상시켜 제품의 신뢰성 및 안정화를 도모할 수 있는 캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면 본 발명은, 일측단부 외주면에 키홈이 형성되고, 타측단부에 센서피스가 결합되며 복수개의 캠이 결합되는 캠샤프트가 수평하게 위치하도록 지지하는 베이스프레임과; 베이스프레임에 결합되고, 캠샤프트의 일측에 위치하여 키홈의 위치를 통한 캠샤프트의 위치를 측정하는 캠샤프트 측정수단과; 베이스프레임에 결합되고, 캠샤프트의 타측에 위치하여 센서피스의 위치를 측정하는 센서피스 측정수단과; 캠샤프트 측정수단과 센서피스 측정수단을 각각 제어하고, 캠샤프트 측정수단과 센서피스 측정수단으로부터 캠샤프트의 위치와 센서피스의 위치를 각각 수신하고, 캠샤프트의 위치를 기준으로 센서피스의 위치를 측정하여 캠샤프트의 조립각도를 측정하는 측정제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치를 제공할 수 있다.

여기서, 캠샤프트 측정수단은, 베이스프레임의 상면에 설치되는 제1지지프레임과, 제1지지프레임과 결합하는 지지유닛과, 지지유닛과 연결되고 캠샤프트와 축연결되어 캠샤프트의 축을 회전축으로 하여 회전하는 회전유닛을 포함하여 구성되는 축연결유닛과, 회전유닛을 축회전시키는 구동유닛과, 지지유닛과 회전유닛에 결합되어 캠샤프트의 위치를 감지하는 키홈감지유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 키홈감지유닛은, 회전유닛에 결합되어 상기 캠샤프트와 연동하여 회전하고, 키홈과 대응되는 수평한 위치에 위치하는 센서도그와, 지지유닛에 결합되고, 센서도그와의 변위를 측정하여 키홈의 위치를 감지하는 키홈감지센서를 포함하여 구성될 수 있다.

키홈감지센서는, LVDT(Linear Variable Differential Transformer)센서로 적용될 수 있다.

한편, 센서도그는, 외주면이 원주방향을 따라 라운드형상으로 형성되어, 최고 반경을 갖는 최고점 위치와 키홈의 위치가 동일하게 위치하도록 구성될 수 있다.

이에, 키홈감지센서는, 센서도그의 라운드형상에 의하여 변위값 출력신호가 센서도그의 최고점 위치에서 최고출력값이 출력되고, 최고출력값이 출력되는 위치가 키홈의 위치가 되도록 구성될 수 있다.

센서피스 측정수단은, 베이스프레임의 상면에 설치되어, 캠샤프트의 타측을 지지하는 제2지지프레임과, 제2지지프레임에 결합하고, 센서피스를 감지하는 센서피스감지유닛을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 센서피스감지유닛은, 센서피스의 회전 시 센서피스의 센싱돌출홈부와의 변위를 감지하는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)센서로 적용될 수 있다.

나아가, 센서피스 측정수단은, 제2지지프레임에 설치되어, 센서피스감지유닛을 캠샤프트를 향하여 전진 또는 후진 이동시키는 전후진구동모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다.

한편, 측정제어부는, 키홈감지센서에서 최고출력값이 출력되는 위치가 기준이 되도록 설정하고, 기준이 되는 설정위치에 대응하는 센서피스의 위치를 측정하여 캠샤프트의 캠 위상각 조립각도를 측정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 본 발명은 일측단부 외주면에 키홈이 형성되고, 타측단부에 센서피스가 결합되며 복수개의 캠이 결합되는 캠샤프트의 조립각도를 측정하기 위하여, 캠샤프트의 일측으로 축연결유닛이 축연결되도록 캠샤프트 측정수단을 배치하고, 캠샤프트의 타측으로 제2지지프레임이 캠샤프트의 타측이 지지되도록 센서피스 측정수단을 배치하는 측정수단배치단계와; 캠샤프트 측정수단의 구동유닛을 통하여 캠샤프트를 회전시키는 단계와; 캠샤프트가 회전하는 상태에서 캠샤프트 측정수단이 키홈을 측정하고, 센서피스 측정수단이 센서피스의 위치를 측정하고, 측정된 키홈위치 측정값과 센서위치 측정값을 통하여 캠샤프트의 조립각도를 측정하는 조립각도측정단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정방법을 제공할 수 있다.

여기서, 조립각도측정단계는, 키홈감지센서에서 최고출력값이 출력되는 위치가 기준이 되도록 설정하고, 기준이 되는 설정위치에 대응하는 센서피스의 위치를 측정하여 캠샤프트의 캠 위상각 조립각도를 측정하도록 구성될 수 있다.

또한, 센서도그는, 노출되는 외주면이 원주방향을 따라 라운드형상으로 형성되어, 최고 반경을 갖는 최고점 위치와 키홈의 위치가 동일하게 위치하도록 구성되고, 조립각도측정단계는, 센서도그의 라운드형상에 의하여 캠샤프트 측정수단의 출력신호가 센서도그의 최고점 위치에서 최고출력값이 출력되고, 최고출력값이 출력되는 위치가 키홈의 위치가 되도록 하고, 캠샤프트 측정수단에서 최고출력값이 출력되는 위치를 기준으로 하여 센서피스의 위치를 측정하여 캠샤프트의 캠 위상각 조립각도를 측정할 수 있다.

또한, 측정수단배치단계는, 캠샤프트가 회전하면 전후진구동모듈이 센서피스측정수단을 센서피스를 향하여 전진 이동시키고, 측정 후에는 센서피스측정수단을 센서피스에서 후방으로 후퇴 이동시키도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법은, 기존의 서보모터회전과 광센서위치로 캠의 위치를 이동시켜 측정하는 것과는 달리, 키홈감지센서의 출력값에서 정점이 되는 시점을 측정한 후 측정된 정점시점을 기준이 되는 원점으로 지정하고, 이에 따른 센서피스 위치값을 측정함으로써, 센서피스의 측정기준(기준각도)을 명확하게 설정할 수 있기 때문에 캠 위상각 조립각도를 측정 값의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법은, 신뢰성 있는 캠샤프트 위상각 조립각도 측정값을 통하여 제품의 안정화 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 마스터반복 편차를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치를 나타내는 정면도이다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치에서 캠샤프트 측정수단을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치의 캠샤프트 측정수단에서 키홈감지유닛의 세부구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치에서 센서피스 측정수단을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치의 센서피스 측정수단에서 캠샤프트에 대한 센서피스감지유닛을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치에서 측정제어부의 제어흐름을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치에서 캠샤프트 측정수단의 출력값을 기준으로 하여 센서피스 측정수단의 센서피스 측정값을 측정하는 원리는 나타내는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정방법을 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" ,"수단"등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치 및 이를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법은, 기존의 서보모터 제어를 통하여 캠샤프트(10)의 위상각 조립각도를 측정하는 것과는 달리, 키홈위치를 통한 캠샤프트의 위치와 센서피스위치를 각각 측정하고, 측정된 캠샤프트위치를 기준으로 센서피스위치를 측정함으로써, 보다 명확한 센서피스(12)의 측정기준과 캠위상각 조립각도 측정기준을 마련할 수 있기 때문에, 캠샤프트(10) 조립각도 측정값의 신뢰성을 향상시켜 제품의 안정화 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이는, 기존의 서보모터회전과 광센서 위치감지로 센서피스(12)의 기준을 정했던 종래에는 기준값 각도가 흔들려 오차발생이 빈번하고 오차각도가 컸었던 것과는 달리, 키홈위치를 통한 캠샤프트위치를 기준으로 센서피스(12)의 기준값을 설정함으로써, 센서피스(12)의 명확한 기준각도가 정해지게 되고, 이렇게 명확하게 정해진 기준각도를 중심으로 캠위상각 조립각도를 측정함으로써 보다 신뢰성 있는 측정값을 얻을 수 있게 된다.

이하에서는, 이러한 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치에 대하여 살펴보기로 한다.

우선, 본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정장치는, 일측단부 외주면에 키홈(11)이 형성되고, 타측단부에 외주측면으로 설정 형상의 다수의 센싱돌출홈부가 형성된 센서피스(12)가 결합되며 복수개의 캠이 결합되는 캠샤프트(10)의 캠위상각 조립각도를 측정할 수 있도록 구성되며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 베이스프레임(100)과, 캠샤프트 측정수단(200)과, 센서피스 측정수단(300)을 포함하여 구성될 수 있다.

베이스프레임(100)은, 캠샤프트 측정수단(200)과, 센서피스 측정수단(300)을 지지하며, 도시된 바와 같이 캠샤프트(10)가 중앙부에 위치하도록 구성될 수 있다.

베이스프레임(100)은, 플레이트 형상으로 캠샤프트 측정수단(200)과, 센서피스 측정수단(300)이 상면에 안착되는 작업프레임(110)과, 작업프레임(110)의 하부에 결합되는 4개의 받침부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 작업프레임(110)은, 중앙부에 수평하게 위치하는 캠샤프트(10)가 결합된 캠샤프트모듈(20)이 위치하도록 작업홀(111)이 형성될 수 있다. 이는, 캠샤프트모듈(20)의 높이가 도시된 바와 같이 높은편 이기 때문에, 만약 캠샤프트모듈(20)을 작업프레임(110)의 상면에 그대로 안착시키게 되면 이에 대응하여 캠샤프트 측정수단(200)과 센서피스 측정수단(300)의 위치도 높게 되어, 작업하기가 불편할 뿐만 아니라 이에 따른 제조비용이 증가하기 때문에, 캠샤프트모듈(20)이 작업프레임(110)의 상면으로부터 일정 높이 하부에 위치하게 함으로써, 캠샤프트(10)의 높이를 전체적으로 낮추기 위함이다.

한편, 캠샤프트모듈(20)은, 캠샤프트(10)에 결합된 복수개의 캠노브와 접촉되는 롤러들과, 캠샤프트(10)를 지지하는 복수개의 프레임들을 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는, 도 3 및 도 4를 참조하여 캠샤프트 측정수단(200)에 대하여 살펴보기로 한다.

캠샤프트 측정수단(200)은, 베이스프레임(100)에 결합되고, 캠샤프트(10)의 일측에 위치하여 캠샤프트(10)의 일측 외주면에 형성된 키홈(11,도 5 및 도 6참조)의 위치를 측정하는 역할을 한다. 여기서, 캠샤프트 측정수단(200)은, 캠샤프트(10)의 위치를 키홈(11)의 위치를 기준으로 측정하도록 구성될 수 있으며, 이에 따라 이하에서는 이러한 키홈(11)을 감지하는 것을 기준으로 하여 살펴보기로 한다.

세부적으로, 캠샤프트 측정수단(200)은, 제1지지프레임(210)과, 축연결유닛(220)과, 구동유닛(230)과, 키홈감지유닛(240)을 포함하여 구성될 수 있다.

제1지지프레임(210)은, 베이스프레임(100)의 상면에 설치되어 축연결유닛(220)과, 구동유닛(230)과, 키홈감지유닛(240)을 지지하는 역할을 한다.

축연결유닛(220)은, 제1지지프레임(210)과 결합되고, 캠샤프트(10)와 연결되도록 구성된다. 축연결유닛(220)은, 제1지지프레임(210)과 결합하는 지지유닛(221)과, 지지유닛(221)과 결합되고 캠샤프트(10)의 축을 회전축으로 하여 회전하는 회전유닛(222)을 포함하여 구성될 수 있다.

지지유닛(221)은, 제1지지프레임(210)과 결합하여 회전하지 않고 그 위치가 제1지지프레임(210)에 고정되며, 회전유닛(222)과 구동유닛(230)을 지지하도록 구성될 수 있다. 도면에서, 지지유닛(221)은 블록구조로 구성되어 제1지지프레임(210)의 상면에 설치되고, 복수개가 회전유닛(222)을 따라 배치될 수 있다.

다음으로, 회전유닛(222)은, 지지유닛(221)과 연결되고 캠샤프트(10)의 축을 회전축으로 하여 캠샤프트(10)와 연동하여 회전하도록 구성될 수 있다. 여기서, 회전유닛(222)은, 원뿔형상으로 캠샤프트(10)의 일측 단부에 형성된 삽입홈에 끼워지는 회전척부(2221)와, 회전척부(2221)와 축연결되고 캠샤프트(10)의 축과 동축상으로 배치되며 구동유닛(230)과 결합되어 회전하는 회동축부(2222)를 포함하여 구성될 수 있다.

구동유닛(230)은, 회전유닛(222)을 축회전시키는 역할을 한다. 구동유닛(230)은, 구동원으로 공지의 서보모터(servo motor)를 적용할 수 있으나 이에 한정하지는 않는다.

한편, 구동유닛(230)은, 지지유닛(221)을 왕복 이동시킬 수 있는데, 캠샤프트 조립각도 측정 시에는 지지유닛(221)을 캠샤프트(10)를 향하여 전진 이동시키고, 측정완료 후 다른 캠샤프트(10)를 셋팅할 시에는 후진 이동시키도록 구성될 수 있다.

이에 구동유닛(230)은, 도시된 바와 같이 지지유닛(221)과 결합하는 연결부재(232)와, 연결부재(232)와 결합되어 연결부재(232)와 지지유닛(221)을 왕복 이동시키는 이동모듈(233)과, 제1지지프레임(210) 상면에 설치되고 지지유닛(221)과 결합하여 지지유닛(221)의 이동 시 지지유닛(221)을 가이드하는 가이드부(234)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 이동모듈(233)은, 도시된 바와 같이 피스톤로드와 유압(에어)실린더를 포함하여 구성될 수 있으나, 이는 일 실시예로 지지유닛(221)을 왕복이동시킬 수 있다면 모터구동방식의 구성 등 다양한 구성이 적용될 수 있다.

키홈감지유닛(240)은, 지지유닛(221)과 회전유닛(222)에 각각 결합되어, 캠샤프트(10)의 키홈(11)의 위치를 감지하는 역할을 한다. 세부적으로, 키홈감지유닛(240)은, 센서도그(241)와, 키홈감지센서(242)를 포함하여 구성될 수 있다.

센서도그(241)는, 회전유닛(222)에 결합되어 캠샤프트(10)와 연동하여 회전하고, 키홈(11)의 위상각과 대응되는 위치에 위치한다.

여기서, 센서도그(241)는, 노출되는 외주면이 원주방향을 따라 라운드형상으로 형성되어, 최고 반경을 갖는 최고점 위치와 상기 키홈(11)의 위치가 동일하게 위치하도록 구성될 수 있다. 나아가, 센서도그(241)는 말굽자석 등으로부터 자기특성을 갖도록 형성될 수 있다.

키홈감지센서(242)는, 지지유닛(221)에 결합되어 센서도그(241)와의 변위를 측정하여, 키홈(11)의 위치를 감지하도록 구성될 수 있다. 키홈감지센서(242)는, LVDT(Linear Variable Differential Transformer)센서로 적용될 수 잇다.

여기서, 키홈감지센서(242)는, 센서도그(241)의 라운드형상에 의하여 변위값 출력신호가 센서도그(241)의 최고점 위치에서 최고출력값이 출력되고, 최고출력값이 출력되는 위치가 키홈(11)의 위치가 되도록 구성될 수 있다(도 8(a)참조).

한편, 캠샤프트 측정수단(200)은, 회동축부(222)에 결합하고 캠샤프트(10)의 키홈(11)에 도킹되어, 회전하는 회동축부(222)와 연동하여 캠샤프트(10)가 회전할 수 있도록 하는 도킹모듈(243)을 포함할 수 있다.

도킹모듈(243)은, 회동축부(222)에 결합하는 도킹키(2431)와, 도킹키(2431)의 상부에 구비되어 키를 감지하는 키센싱수단(2432)을 포함하여 구성될 수 있다. 도킹모듈(243)은, 캠샤프트위치 측정 시 구동유닛(230)에 의하여 지지유닛(221)이 캠샤프트(10)를 향하여 전진하면 도킹키(2431)가 키홈(11)에 끼워져 결합되어, 캠샤프트(10)와 회동축부(2222)가 도킹되게 한다.

이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 센서피스 측정수단(300)에 대하여 살펴보기로 한다.

센서피스 측정수단(300)은, 베이스프레임(100)에 결합되고, 캠샤프트(10)의 타측에 위치하여 캠샤프트(10)의 타측에 결합되는 센서피스(12)의 위치를 측정하는 역할을 한다.

센서피스 측정수단(300)은, 제2지지프레임(310)과, 센서피스감지유닛(320)과, 전후진구동모듈(330)을 포함하여 구성될 수 있다.

제2지지프레임(310)은, 베이스프레임(100)의 상면에 설치되어, 센스피스감지유닛과, 전후진구동모듈(330)을 지지하며, 캠샤프트(10)의 타측이 연결되어 캠샤프트(10)를 지지하도록 구성될 수 잇다.

센서피스감지유닛(320)은, 제2지지프레임(310)에 결합하여 센서피스(12)의 센싱돌출홈부를 감지하도록 구성될 수 있다. 여기서, 센서피스(12)는 캠샤프트(10)에 결합되는 캠 및 이에 해당되는 센싱홈부와 관계되는 각도에 맞게 치수가 결정되며, 캠의 프로파일 및 위상각을 따라 센싱홈과 센싱돌기가 정밀하게 가공된다.

한편, 이러한 센서피스(12)에 대한 상세한 설명은 공지의 차량용 캠샤프트(10)의 센서피스(12)의 구성을 적용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

센서피스감지유닛(320)은, 캠샤프트(10)가 회전하여 센서피스(12)가 회전될 시 센싱돌출홈부와의 변위를 감지하는 변위측정센서가 적용될 수 있다. 여기서, 변위측정센서는, 전술한 LVDT센서를 적용할 수 있으나, 센싱돌출홈부를 감지할 수 있다면 광센서 등 다양한 구성이 적용 가능하며, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

전후진구동모듈(330)은, 도시하지 않았지만 제2지지프레임(310)에 설치되어, 변위측정센서를 캠샤프트(10)를 향하여 전진 또는 후진 이동시키는 역할을 한다. 전후진구동모듈(330)은 제2지지프레임(310)을 전후진 이동시키는 왕복이동모듈과, 제2지지프레임(310)을 가이드하는 가이드부(234)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 왕복이동모듈은 공지의 유압방식의 실린더 및 피스톤로드를 포함하는 구성과, 모터와 기어를 이용한 구성 등 다양한 구성이 적용될 수 있다.

이하에서는, 도 7 및 도 8을 참조하여 측정제어부(400)에 대하여 살펴보기로 한다. 도 7을 참조하면, 측정제어부(400)는, 캠샤프트 측정수단(200)과 센서피스 측정수단(300)을 각각 구동 제어할 수 있다. 측정부는, 캠샤프트 측정수단(200)의 구동유닛(230)을 제어하여 회전유닛(222)의 회전 및 지지유닛(221)의 왕복이동을 제어할 수 있다. 또한, 측정부는, 센서피스 측정수단(300)의 전후진구동모듈(330)을 제어하여 제2지지프레임(310)과 센서피스감지유닛(320)을 왕복 이동을 제어할 수 있다.

측정제어부(400)는, 캠샤프트 측정수단(200)과 센서피스 측정수단(300)으로부터 키홈(11)의 위치와 센서피스(12)의 위치를 각각 수신하고, 수신된 캠샤프트위치 및 센서피스위치를 분석 비교하여 키홈(11)의 위치를 기준으로 센서피스(12)의 위치측정 및 기준점을 설정하고, 캠샤프트(10)의 위상각 조립각도를 측정하는 역할을 한다.

세부적으로, 측정제어부(400)는, 도 8 (a)에 도시된 바와 같이 키홈감지센서(242)에서 최고출력값이 출력되는 지점의 설정시간을 기준으로 설정하고, 도 8 (b)에 도시된 바와 같이 기준이 된 설정시간에 대한 센서피스(12)의 측정값을 통하여 캠샤프트(10)의 캠 위상각 조립각도를 측정하도록 구성될 수 있다. 이에, 본 발명에서는 센서피스(12)의 기준값을 키홈감지센서(242)로부터 측정된 출력값을 기준으로 설정하여 그 기준을 명확하게 함은 물론 이에 따른 오차발생을 줄일 수 있어 제품의 측정값을 신뢰할 수 있음은 물론, 제품의 안정화에 기여할 수 있다.

이하에서는, 도 9 내지 도 11을 참조하여 전술한 캠샤프트 조립각도 측정장치를 이용한 캠샤프트 조립각도 측정방법에 대하여 살펴보기로 하며, 이때 캠샤프트 조립각도 측정장치에 대한 세부구성설명은 전술하였으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 캠샤프트 조립각도 측정방법은, 측정수단배치단계와, 캠샤프트(10)를 회전시키는 단계와, 조립각도측정단계를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 측정수단배치단계에서는, 도 9에 도시된 바와 같이 캠 위상각 조립각도를 측정하기 위하여 캠샤프트 측정수단(200)과 센서피스 측정수단(300)을 각각 배치하여 세팅하는 단계로서, 캠샤프트모듈(20)을 베이스프레임(100)의 작업홀(111)에 배치하여 캠샤프트(10)가 설정 높이에서 수평한 방향으로 위치하도록 배치한다.

이렇게 캠샤프트(10)의 배치가 완료되면, 캠샤프트(10)의 타측으로 센서피스 측정수단(300)을 배치하고, 캠샤프트(10)의 일측으로 캠샤프트 측정수단(200)을 배치한다.

한편, 여기서 센서피스감지유닛(320)은, 전후진구동모듈(330)에 의하여 캠샤프트(10)를 향하여 전진이동 및 후진이동을 할 수 있으며, 이에 캠샤프트(10) 배치 후 캠샤프트(10)가 회전하면 센서피스감지유닛(320)을 센서피스(12)를 향하여 전진 이동시키고, 측정 후에는 센서피스감지유닛(320)을 센서피스(12)에서 후방으로 후퇴 이동시키도록 구성될 수 있다.

이렇게 캠샤프트(10)의 양측으로 캠샤프트 측정수단(200)과 센서피스 측정수단(300)의 배치가 완료되면 캠 위상각 조립각도를 측정하기 위하여 캠샤프트(10)를 회전시키는 캠샤프트(10) 회전시키는 단계를 거친다.

도 10을 참조하면, 캠샤프트(10)를 회전시키기 단계는, 캠샤프트(10)와 도킹하는 단계와, 캠샤프트를 회전시키는 단계를 포함하여 진행될 수 있다.

먼저 캠샤프트(10)와 도킹하는 단계에서는, 캠샤프트(10)의 일측으로는 캠샤프트 측정수단(200)이 도킹되어 축연결되어야 하고, 캠샤프트(10)의 타측으로는 센서피스 측정수단(300)이 축연결되어야 한다.

이를 위해, 캠샤프트(10)의 타측은 센서피스 측정수단(300)의 제2지지프레임(310)에 축연결되어 지지되고, 이 상태에서 캠샤프트 측정수단(200)이 구동유닛(230)에 의하여 이동하여 캠샤프트(10)와 축연결된다. 이때 제2지지프레임(310)은, 원뿔형상의 연결척(311)이 구비되어 캠샤프트(10)의 타측에 축연결될 수 있다.

한편, 캠샤프트(10)와 도킹하는 단계에서는, 회동축부(2222)와 캠샤프트(10)가 동기화되어 연동하여 회전할 수 있도록 회전유닛(222)이 도킹모듈(243)에 의하여 캠샤프트(10)의 키홈(11)과 도킹된다.

이러한 도킹과정은 구동유닛(230)의 이동모듈(233)에 의하여 지지유닛(221)이 이동시켜 도킹키(2431)를 캠샤프트(10)에 근접되도록 위치시키고, 그런다음 서보모터(231)를 회전시켜 도킹키(2431)가 키홈(11)에 도킹되게 한다.

이렇게 도킹과정을 통하여 캠샤프트(10)와 축연결유닛(220)이 연결되면, 구동유닛을 통하여 캠샤프트(10)를 회전시키는 단계를 거친다.

도 11을 참조하면, 캠샤프트(10)를 회전시키는 단계에서는, 도킹키(2431)와 키홈(11)이 도킹된 상태에서 구동유닛(230)의 서보모터(231)를 작동시켜 회전유닛(222)을 회전시키고, 이에 따라 캠샤프트(10)도 축회전시켜 수행된다.

한편, 이때 캠샤프트(10)가 회전하게 되면 전술한 전후진구동모듈(330)이 작동하여 센서피스감지유닛(320)의 위치가 센서피스(12) 측정범위에 근접하도록 센서피스감지유닛(320)을 이동시킨다.

상기한 바에 따라 캠샤프트(10)가 회전하고 측정준비가 완료되면 캠샤프트 측정수단(200)과 센서피스 측정수단(300)을 통하여 캠 위상각 조립각도를 측정하기 위한 조립각도측정단계를 거친다.

조립각도측정단계에서는, 캠샤프트(10)가 회전하는 상태에서 캠샤프트 측정수단(200)이 키홈(11)을 측정하고, 센서피스 측정수단(300)이 센싱돌출홈부를 측정하여 캠샤프트(10)의 위치 및 센서위치를 각각 측정하고, 이를 통해 획득된 캠샤프트 위치 측정값과 센서위치 측정값을 통하여 캠샤프트(10)의 캠 위상각 조립각도를 측정한다.

세부적으로, 조립각도측정단계는, 키홈감지센서(242)에서 최고출력값이 출력되는 지점의 설정시간을 기준으로 설정하고, 이 설정시간을 기준으로 이에 대한 센서피스(12)의 측정값을 통하여 캠샤프트(10)의 캠 위상각 조립각도를 측정하도록 구성될 수 있다. 즉, 캠샤프트(10)를 회전하면서 키홈감지센서(242)의 최고출력값의 위치에 도달한 t초에 대한 센서피스 측정값을 선택하면 최소한의 오차값으로 측정할 수 있게 된다. 이후 키홈감지센서(242)가 오프되면 측정을 마무리한다.

상기한 바에 따르면, 본 발명의 캠샤프트(10) 위상각 조립각도 측정방법은, 기존의 서보모터회전과 광센서위치로 캠의 위치를 이동시켜 측정하는 것과는 달리, 키홈감지센서(242)의 출력값에서 정점이 되는 시점을 측정한 후 측정된 정점시점을 기준이 되는 원점으로 지정하고, 이에 따른 센서피스(12) 위치값을 측정함으로써, 센서피스(12)의 측정기준(기준각도)를 명확하게 설정할 수 있기 때문에 캠 위상각 조립각도를 측정 값의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 캠샤프트 11 : 키홈
12 : 센서피스 20 : 캠샤프트모듈
100 : 베이스프레임 110 : 작업프레임
120 : 받침부 111 : 작업홀
200 : 캠샤프트 측정수단 210 : 제1지지프레임
220 : 축연결유닛 221 : 지지유닛
222 : 회전유닛 2221 : 회전척부
2222 : 회동축부 230 : 구동유닛
231 : 서보모터 232 : 연결부재
233 : 이동모듈 234 : 가이드부
240 : 키홈감지유닛 241 : 센서도그
242 : 키홈감지센서 243 : 도킹모듈
2431 : 도킹키 2432: 키센싱수단
300 : 센서피스 측정수단 310 : 제2지지프레임
320 : 센서피스감지유닛 330 : 전후진구동모듈
400 : 측정제어부

Claims (14)

1. 일측단부 외주면에 키홈이 형성되고, 타측단부에 센서피스가 결합되며 복수개의 캠이 결합되는 캠샤프트가 수평하게 위치하도록 지지하는 베이스프레임과;
   상기 베이스프레임에 결합되고, 상기 캠샤프트의 일측에 위치하여 상기 키홈의 위치를 통한 캠샤프트의 위치를 측정하는 캠샤프트 측정수단과;
   상기 베이스프레임에 결합되고, 상기 캠샤프트의 타측에 위치하여 상기 센서피스의 위치를 측정하는 센서피스 측정수단과;
   상기 캠샤프트 측정수단과 상기 센서피스 측정수단을 각각 제어하고, 상기 캠샤프트 측정수단과 상기 센서피스 측정수단으로부터 상기 캠샤프트의 위치와 상기 센서피스의 위치를 각각 수신하고, 상기 캠샤프트의 위치를 기준으로 상기 센서피스의 위치를 측정하여 상기 캠샤프트의 조립각도를 측정하는 측정제어부;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하고,
   상기 캠샤프트 측정수단은 상기 캠샤프트의 일측으로 축연결유닛이 축연결되도록 배치되고, 센서피스 측정수단은 상기 캠샤프트의 타측으로 제2지지프레임이 상기 캠샤프트의 타측이 지지되도록 배치되고,
   상기 캠샤프트는 상기 캠샤프트 측정수단의 구동유닛을 통하여 회전되고,
   상기 캠샤프트 측정수단이 상기 캠샤프트가 회전하는 상태에서 상기 키홈을 통하여 캠샤프트의 위치를 측정하고, 상기 센서피스 측정수단이 센서피스의 위치를 측정하고, 상기 측정제어부는 측정된 캠샤프트 위치 측정값과 센서위치 측정값을 통하여 상기 캠샤프트의 조립각도를 측정하는 것을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 캠샤프트 측정수단은,
   상기 베이스프레임의 상면에 설치되는 제1지지프레임과,
   상기 제1지지프레임과 결합하는 지지유닛과, 상기 지지유닛과 연결되고 상기 캠샤프트와 축연결되어 상기 캠샤프트의 축을 회전축으로 하여 회전하는 회전유닛을 포함하여 구성되는 축연결유닛과,
   상기 회전유닛을 축회전시키는 구동유닛과,
   상기 지지유닛과 상기 회전유닛에 결합되어 상기 캠샤프트의 위치를 감지하는 키홈감지유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 키홈감지유닛은,
   상기 회전유닛에 결합되어 상기 캠샤프트와 연동하여 회전하고, 상기 키홈과 대응되는 수평한 위치에 위치하는 센서도그와,
   상기 지지유닛에 결합되고, 상기 센서도그와의 변위를 측정하여 상기 키홈의 위치를 감지하는 키홈감지센서를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 키홈감지센서는,
   LVDT(Linear Variable Differential Transformer)센서임을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 센서도그는,
   외주면이 원주방향을 따라 라운드형상으로 형성되어, 최고 반경을 갖는 최고점 위치와 상기 키홈의 위치가 동일하게 위치하도록 구성됨을 특징으로하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 키홈감지센서는,
   상기 센서도그의 라운드형상에 의하여 변위값 출력신호가 상기 센서도그의 최고점 위치에서 최고출력값이 출력되고, 상기 최고출력값이 출력되는 위치가 상기 키홈의 위치가 되도록 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 센서피스 측정수단은,
   상기 베이스프레임의 상면에 설치되어, 상기 캠샤프트의 타측을 지지하는 제2지지프레임과,
   상기 제2지지프레임에 결합하고, 상기 센서피스를 감지하는 센서피스감지유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 센서피스감지유닛은,
   상기 센서피스의 회전 시 상기 센서피스의 센싱돌출홈부와의 변위를 감지하는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)센서로 적용됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 센서피스 측정수단은,
   상기 제2지지프레임에 설치되어, 상기 센서피스감지유닛을 상기 캠샤프트를 향하여 전진 또는 후진 이동시키는 전후진구동모듈을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정제어부는,
    상기 키홈감지센서에서 최고출력값이 출력되는 위치가 기준이 되도록 설정하고, 기준이 되는 설정위치에 대응하는 센서피스의 위치를 측정하여 상기 캠샤프트의 캠 위상각 조립각도를 측정하도록 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정장치.
11. 일측단부 외주면에 키홈이 형성되고, 타측단부에 센서피스가 결합되며 복수개의 캠이 결합되는 캠샤프트의 조립각도를 측정하기 위하여,
    상기 캠샤프트의 일측으로 축연결유닛이 축연결되도록 캠샤프트 측정수단을 배치하고, 상기 캠샤프트의 타측으로 제2지지프레임이 상기 캠샤프트의 타측이 지지되도록 센서피스 측정수단을 배치하는 측정수단배치단계와;
    상기 캠샤프트 측정수단의 구동유닛을 통하여 상기 캠샤프트를 회전시키는 단계와;
    상기 캠샤프트가 회전하는 상태에서 상기 캠샤프트 측정수단이 상기 키홈을 통하여 캠샤프트의 위치를 측정하고, 상기 센서피스 측정수단이 센서피스의 위치를 측정하고, 측정된 캠샤프트 위치 측정값과 센서위치 측정값을 통하여 상기 캠샤프트의 조립각도를 측정하는 조립각도측정단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정방법.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 캠샤프트 측정수단은,
    베이스프레임의 상면에 설치되는 제1지지프레임과, 상기 제1지지프레임과 결합하는 지지유닛과, 상기 지지유닛과 연결되고 상기 캠샤프트와 축연결되어 상기 캠샤프트의 축을 회전축으로 하여 회전하는 회전유닛을 포함하여 구성되는 축연결유닛과, 상기 회전유닛을 축회전시키는 구동유닛과, 상기 지지유닛과 상기 회전유닛에 결합하여 상기 키홈의 위치를 감지하는 키홈감지유닛을 포함하여 구성되고,
    상기 키홈감지유닛은,
    상기 회전유닛에 결합되어 상기 캠샤프트와 연동하여 회전하고, 상기 키홈과 대응되는 수평한 위치에 위치하는 센서도그와, 상기 지지유닛에 결합되고 상기 센서도그와의 변위를 측정하여 상기 키홈의 위치를 감지하는 키홈감지센서를 포함하여 구성되며,
    상기 조립각도측정단계는,
    상기 키홈감지센서에서 최고출력값이 출력되는 위치가 기준이 되도록 설정하고, 기준이 되는 설정위치에 대응하는 상기 센서피스의 위치를 측정하여 상기 캠샤프트의 캠 위상각 조립각도를 측정하도록 구성됨을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서도그는,
    노출되는 외주면이 원주방향을 따라 라운드형상으로 형성되어, 최고 반경을 갖는 최고점 위치와 상기 키홈의 위치가 동일하게 위치하도록 구성되고,
    상기 조립각도측정단계는,
    상기 센서도그의 라운드형상에 의하여 상기 캠샤프트 측정수단의 출력신호가 상기 센서도그의 최고점 위치에서 최고출력값이 출력되고, 상기 최고출력값이 출력되는 위치가 상기 키홈의 위치가 되도록 하고, 상기 캠샤프트 측정수단에서 최고출력값이 출력되는 위치를 기준으로 하여 상기 센서피스의 위치를 측정하여 캠샤프트의 캠 위상각 조립각도를 측정함을 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정방법.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서피스 측정수단은,
    상기 베이스프레임의 상면에 설치되어, 상기 캠샤프트의 타측을 지지하는 제2지지프레임과, 상기 제2지지프레임에 결합하고, 상기 센서피스의 회전 시 센싱돌출홈부와의 변위를 감지하는 변위측정센서를 포함하여 구성되는 센서피스감지유닛과, 상기 제2지지프레임에 설치되어, 상기 변위측정센서를 상기 캠샤프트를 향하여 전진 또는 후진 이동시키는 전후진구동모듈을 더 포함하여 구성되고,
    상기 측정수단배치단계는,
    상기 캠샤프트가 회전하면 상기 전후진구동모듈이 상기 센서피스 측정수단을 상기 센서피스를 향하여 전진 이동시키고, 측정 후에는 상기 센서피스 측정수단을 상기 센서피스에서 후방으로 후퇴 이동시키는 특징으로 하는 캠샤프트 조립각도 측정방법.

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