KR102577847B1 - 레이저 간섭계를 이용한 측정장치 - Google Patents

레이저 간섭계를 이용한 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치는 피측정물의 복수의 측정 위치에서 선택적으로 이동되는 좌표 이동부, 좌표 이동부로 레이저 빔을 조사하고 좌표 이동부에 의해 반사된 레이저 빔을 인식하여 피측정물의 복수의 측정 위치에 대한 좌표 이동부의 상대 위치를 공간 좌표로 산출하는 레이저 측정부 및 레이저 측정부와 연결되며 좌표 이동부가 복수의 측정 위치에 대해 선택적으로 위치되도록 좌표 이동부의 선형 이동을 안내하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 간섭계를 이용한 측정장치{MEASURING APPARATUS FOR USING LASER INTERFEROMETER}
본 발명은 부품 및 가공품과 같은 피측정물을 레이저 빔을 이용하여 측정하는 레이저 간섭계를 이용한 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부품 및 가공품의 치수를 측정하여 가용 허용치수 및 부품 호환성을 검증할 수 있는 레이저 간섭계를 이용한 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로 항공 산업 분야와 자동차 산업 분야는 복수 개의 모재를 가공하여 부품을 제조한 후, 복수 개의 부품을 조립하여 항공기와 자동차를 생산하는 산업 분야이다. 또한, 항공 산업 분야와 자동차 산업 분야 이외에도 다양한 산업 분야에서 부품을 생산하고 조립 공정으로 최종 제품을 생산한다.
이러한 항공 산업 분야, 자동차 산업 분야 및 기타 부품을 제조 및 조립하는 산업 분야에서는 각각의 부품을 가공할 때 설계상에서 요구되는 치수로 부품이 가공되었는지 확인이 필요하다. 즉, 각각의 부품이 설계상에서 요구되는 치수로 가공되지 않을 때 최종적으로 복수 개의 부품이 조립되지 않아 최종 제품의 불량이 발생하거나 조립 공정 시 소요 시간이 증대될 수 있다. 특히, 항공 산업 분야는 대형의 부품을 가공할 뿐만 아니라 곡선의 부품을 가공하고, 다른 산업 분야 대비 상대적으로 많은 부품을 조립하기 때문에 각각의 부품에 대한 치수 확인이 필연적이다.
한편, 항공 산업 분야에서는 설계 형상 요구 치수와 제품 측정 치수와의 적합성 평가를 하기 위하여 부품의 치수를 측정한다. 대표적인 부품 치수 측정 방식은 좌표 측정 방식을 사용한다. 예를 들면, 좌표 측정기는 3차원 공간의 공간 좌표를 이용하여 부품의 치수를 측정하는 장비로서, 물리적 표준체를 부품에 접촉 후 치수를 측정하는 방식을 사용한다.
그런데, 종래의 좌표 측정기를 이용한 측정 방식은 작업자가 직접 좌표 측정기와 부품을 접촉하여 부품의 치수를 측정하는 수동 방식을 사용하기 때문에 작업자의 숙련도에 따라 치수 측정 오류가 발생할 문제점이 있다. 또한, 부품의 물리적인 변형량, 예를 들어 온도 등의 변화에 의해 접촉 측정 시 물리적인 변형량에 의해 치수 측정 오류가 발생할 문제점도 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2115580호: 휴대형 각도 측정기
본 발명의 목적은 레이저 빔을 이용하고 피측정물의 측정 위치에 따른 공간 좌표를 이용하여 피측정물을 측정하도록 구조가 개선된 레이저 간섭계를 이용한 측정장치를 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 피측정물의 복수의 측정 위치에서 선택적으로 이동되는 좌표 이동부와, 상기 좌표 이동부로 레이저 빔을 조사하고 상기 좌표 이동부에 의해 반사된 레이저 빔을 인식하여 피측정물의 복수의 상기 측정 위치에 대한 상기 좌표 이동부의 상대 위치를 공간 좌표로 산출하는 레이저 측정부와, 상기 레이저 측정부와 연결되며 상기 좌표 이동부가 복수의 상기 측정 위치에 대해 선택적으로 위치되도록 상기 좌표 이동부의 선형 이동을 안내하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 간섭계를 이용한 측정장치에 의해 이루어진다.
여기서, 상기 레이저 측정부는 상기 좌표 이동부로 레이저 빔을 조사하고 상기 좌표 이동부로부터 반사된 레이저 빔을 인식하는 광학부와, 상기 좌표 이동부의 선형 이동을 안내하는 상기 가이드부와 자기적으로 결합 및 분리되는 자성체의 어댑터를 포함할 수 있다.
상기 가이드부는 자성체의 상기 어댑터와 자기적으로 결합 및 분리되고 피측정물에 인접하게 배치되며 피측정물의 복수의 상기 측정 위치에서 선택적으로 상기 좌표 이동부의 선형 이동을 안내하는 가이드 레일과, 상기 좌표 이동부와 상기 가이드 레일 사이에 배치되어 상기 좌표 이동부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시키는 가이드 블록을 포함할 수 있다.
상기 가이드부는 피측정물과 대향 배치된 상기 가이드 블록의 외표면으로부터 돌출되어 상기 좌표 이동부가 피측정물의 상기 측정 위치에 위치될 때 피측정물과 접촉되는 접촉부를 더 포함할 수 있다.
상기 레이저 측정부는 피측정물의 상기 측정 위치에 대한 제 1위치에서 상기 좌표 이동부로부터 반사된 레이저 빔과 상기 좌표 이동부가 선형 이동된 제 2위치에서 상기 좌표 이동부로부터 반사된 레이저 빔에 따른 상대 거리를 측정하여 공간 좌표로 산출할 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 효과는 다음과 같다.
첫째, 레이저 빔을 이용하여 자동으로 피측정물의 공간 좌표를 산출하여 피측정물의 치수를 측정할 수 있으므로, 피측정물의 측정 오류를 방지할 수 있다.
둘째, 피측정물에 인접하여 배치되는 가이드부와 가이드부에 선형 이동되는 좌표 이동부를 이용하여 공간 좌표를 산출하고 피측정물의 치수를 측정할 수 있으므로, 피측정물의 물리적 변형이 발생해도 정확한 피측정물의 치수를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 제 1작동 사시도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 제 2작동 사시도,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 제 3작동 사시도,
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 가이드부의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치는 1개의 좌표 이동부와 가이드부가 레이저 측정부에 선택적으로 결합되어 피측정물을 측정하는 것으로 도시하였으나, 좌표 이동부와 가이드부가 복수 개로 배치될 수도 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 제 1작동 사시도, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 제 2작동 사시도, 그리고 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 제 3작동 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치(10)는 좌표 이동부(100), 레이저 측정부(300) 및 가이드부(500)를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치(10)는 본 발명의 미도시된 피측정물의 치수를 측정한다. 여기서, 피측정물은 가공이 완료된 부품 또는 가공 중인 부품일 수 있다.
좌표 이동부(100)는 피측정물의 복수의 측정 위치에서 선택적으로 이동된다. 예를 들어, 좌표 이동부(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 가이드부(500)가 제 1방향(D1)으로 레이저 측정부(300)에 연결될 때 제 1방향-제 1위치(P1) 및 제 1방향-제 2위치(P2)에서 이동된다. 또한, 좌표 이동부(100)는 가이드부(500)가 제 2방향(D2)으로 레이저 측정부(300)에 연결될 때 제 2방향-제 1위치(P3) 및 제 2방향-제 2위치(P4)에서 이동된다.
좌표 이동부(100)는 3차원 공간 좌표계에서 피측정물에 대한 복수의 측정 위치에서 이동되며, 좌표 이동부(100)에 이동된 상대 이동 거리를 이용하여 피측정물의 치수를 측정한다. 예를 들어, 좌표 이동부(100)는 제 1방향-상대 이동 거리(L1) 및 제 2방향-상대 이동 거리(L2)가 측정되도록 가이드부(500)를 따라 이동된다. 좌표 이동부(100)는 반사계로 마련되어 레이저 측정부(300)로부터 조사된 레이저 빔을 레이저 측정부(300)로 반사한다.
레이저 측정부(300)는 좌표 이동부(100)로 레이저 빔을 조사하고 좌표 이동부(100)에 의해 반사된 레이저 빔을 인식하여 피측정물의 복수의 측정 위치에 대한 좌표 이동부(100)의 상대 위치를 공간 좌표로 산출한다. 상세하게, 레이저 측정부(300)는 제 1방향(D1)에 대한 좌표 이동부(100)의 제 1방향-제 1위치(P1)와 제 1방향-제 2위치(P2)의 공간 좌표와 제 1방향-상대 이동 거리(L1)를 산출한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 레이저 측정부(300)는 광학부(310) 및 어댑터(330)를 포함한다.
광학부(310)는 좌표 이동부(100)로 레이저 빔을 조사하고 좌표 이동부(100)로부터 반사된 레이저 빔을 인식한다. 좌표 이동부(100)에 의해 반사되어 광학부(310)에 인식된 레이저 빔은 공간 좌표로 표시된다.
어댑터(330)는 좌표 이동부(100)의 선형 이동을 안내하는 가이드부(500)와 자기적으로 결합 및 분리된다. 어댑터(330)는 자성체로 마련되어 가이드부(500)와 자기적으로 결합된다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 어댑터(330)는 자성체로 마련되어 제 1방향(D1) 및 제 2방향(D2)에서 선택적으로 가이드부(500)와 자기적으로 결합된다. 이러한 어댑터(330)는 피측정물의 형상에 따라 가이드부(500)가 피측정물에 인접하도록 가이드부(500)와 자기적으로 결합된다. 한편, 어댑터(330)는 본 발명의 실시 예와 달리 2개 이상의 가이드부(500)와 자기적으로 결합될 수 있다.
다음으로 도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치의 가이드부의 사시도이다.
가이드부(500)는 도 4에 도시된 바와 같이, 레이저 측정부(300)와 연결된다. 가이드부(500)는 좌표 이동부(100)가 복수의 측정 위치에 대해 선택적으로 위치되도록 좌표 이동부(100)의 선형 이동을 안내한다. 즉, 가이드부(500)는 좌표 이동부(100)가 피측정물에 인접하여 선형 이동하도록 피측정물에 인접하게 배치된다. 가이드부(500)는 본 발명의 일 실시 예로서, 가이드 레일(510) 및 가이드 블록(530)을 포함한다.
가이드 레일(510)은 자성체의 어댑터(330)와 자기적으로 결합 및 분리되고 피측정물 인접하게 배치된다. 가이드 레일(510)은 피측정물의 복수의 측정 위치에서 선택적으로 좌표 이동부(100)의 선형 이동을 안내한다. 가이드 레일(510)은 어댑터(330)에 대해 제 1방향(D1) 및 제 2방향(D2)에 선택적으로 결합된다.
가이드 블록(530)은 좌표 이동부(100)와 가이드 레일(510) 사이에 배치된다. 가이드 블록(530)은 좌표 이동부(100)를 가이드 레일(510)에 따라 이동시킨다. 가이드 블록(530)의 하부는 가이드 레일(510)에 형성된 가이드 홈에 삽입되는 형상을 가지며, 하부는 좌표 이동부(100)가 수평으로 배치되도록 마련된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치(10)의 가이드부(500)는 접촉부(550)를 포함한다. 접촉부(550)는 피측정물과 대향 배치된 가이드 블록(530)의 외표면으로부터 돌출 형성된다. 접촉부(550)는 좌표 이동부(100)가 피측정물의 제 1방향-제 1위치(P1)와 제 1방향-제 2위치(P2) 또는 제 2방향-제 1위치(P3)와 제 2방향-제 2위치(P4)에 위치될 때 피측정물과 접촉되어 좌표 이동부(100)가 측정 위치에 정확하게 위치되는 지 통지한다.
이러한 구성에 의해 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 간섭계를 이용한 측정장치(10)의 작동 과정은 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1방향(D1)에서 좌표 이동부(100)가 제 1방향-제 1위치(P1)에 위치될 때 레이저 측정부(300)는 레이저 빔을 조사하고 반사된 레이저 빔을 인식하여 공간 좌표를 산출한다. 제 1방향(D1)에서 좌표 이동부(100)가 제 1방향-제 2위치(P2)에 위치될 때 레이저 측정부(300)는 레이저 빔을 조사하고 반사된 레이저 빔을 인식하여 공간 좌표를 산출한다. 레이저 측정부(300)는 좌표 이동부(100)의 제 1방향-제 1위치(P1)에서 산출된 공간 좌표와 제 1방향-제 2위치(P2)에서 산출된 공간 좌표를 산출하여 제 1방향-상대 이동 거리(L1)를 산출한다. 피측정물의 치수는 산출된 제 1방향-상대 이동 거리(L1)에 의해 측정된다. 이때, 접촉부(550)는 제 1방향-제 1위치(P1)와 제 1방향-제 2위치(P2)에서 피측정물과 접촉되어 좌표 이동부(100)가 제 1방향-제 1위치(P1)와 제 1방향-제 2위치(P2)에 정확하게 위치하는지 판단한다.
여기서, 제 1방향-상대 이동 거리(L1)는 제 1방향-제 1위치(P1)의 좌표를 (x1, y1, z1)이라고 하고 제 1방향-제 2위치(P2)의 좌표를 (x2, y2, z2)라고 할 때 다음의 <수학식 1>에 의해 산출된다.
<수학식 1>
한편, 가이드부(500)가 레이저 측정부(300)에 제 2방향(D2)으로 연결될 때, 좌표 이동부(100)는 제 2방향-제 1위치(P3)와 제 2방향-제 2위치(P4)에서 위치되고 제 2방향-상대 이동 거리(L2)를 산출된다
여기서, 제2방향-상대 이동 거리(L2)는 제 2방향-제 1위치(P3)의 좌표를 (x3, y3, z3)이라고 하고 제 2방향-제 2위치(P4)의 좌표를 (x4, y4, z4)라고 할 때 다음의 <수학식 2>에 의해 산출된다.
<수학식 2>
이에, 레이저 빔을 이용하여 자동으로 피측정물의 공간 좌표를 산출하여 피측정물의 치수를 측정할 수 있으므로, 피측정물의 측정 오류를 방지할 수 있다.
또한, 피측정물에 인접하여 배치되는 가이드부와 가이드부에 선형 이동되는 좌표 이동부를 이용하여 공간 좌표를 산출하고 피측정물의 치수를 측정할 수 있으므로, 피측정물의 물리적 변형이 발생해도 정확한 피측정물의 치수를 측정할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 레이저 간섭계를 이용한 측정장치 100: 좌표 이동부
300: 레이저 측정부 310: 광학부
330: 어댑터 500: 가이드부
510: 가이드 레일 530: 가이드 블록
550: 접촉부

Claims (5)

  1. 피측정물의 복수의 측정 위치에서 선택적으로 이동되는 좌표 이동부와;
    상기 좌표 이동부로 레이저 빔을 조사하고 상기 좌표 이동부에 의해 반사된 레이저 빔을 인식하여, 피측정물의 복수의 상기 측정 위치에 대한 상기 좌표 이동부의 상대 위치를 공간 좌표로 산출하는 레이저 측정부와;
    상기 레이저 측정부와 연결되며, 상기 좌표 이동부가 복수의 상기 측정 위치에 대해 선택적으로 위치되도록 상기 좌표 이동부의 선형 이동을 안내하는 가이드부를 포함하며,
    상기 레이저 측정부는 상기 좌표 이동부로 레이저 빔을 조사하고 상기 좌표 이동부로부터 반사된 레이저 빔을 인식하는 광학부와, 상기 좌표 이동부의 선형 이동을 안내하는 상기 가이드부와 자기적으로 결합 및 분리되는 자성체의 어댑터를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 간섭계를 이용한 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    자성체의 상기 어댑터와 자기적으로 결합 및 분리되고 피측정물에 인접하게 배치되며, 피측정물의 복수의 상기 측정 위치에서 선택적으로 상기 좌표 이동부의 선형 이동을 안내하는 가이드 레일과;
    상기 좌표 이동부와 상기 가이드 레일 사이에 배치되어, 상기 좌표 이동부를 상기 가이드 레일을 따라 이동시키는 가이드 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 간섭계를 이용한 측정장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가이드부는 피측정물과 대향 배치된 상기 가이드 블록의 외표면으로부터 돌출되어, 상기 좌표 이동부가 피측정물의 상기 측정 위치에 위치될 때 피측정물과 접촉되는 접촉부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 간섭계를 이용한 측정장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 레이저 측정부는 피측정물의 상기 측정 위치에 대한 제 1위치에서 상기 좌표 이동부로부터 반사된 레이저 빔과 상기 좌표 이동부가 선형 이동된 제 2위치에서 상기 좌표 이동부로부터 반사된 레이저 빔에 따른 상대 거리를 측정하여 공간 좌표로 산출하는 것을 특징으로 하는 레이저 간섭계를 이용한 측정장치.
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