KR19990086362A - 와이어 위치 센서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔코더부의 내부에서 와이어와 접촉하는 홈이 원주면에 형성된 측정축과, 이런 측정축의 홈에 접촉하는 와이어의 반대편 원주면에 접촉하여 회전하는 베어링을 지지하는 보조축으로 와이어의 미끌림을 방지할 수 있는 와이어 위치 센서에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 공간좌표계에서 6자유도로 움직이는 물체의 위치(position)와 방위(orientation)를 측정하기 위한 와이어 위치 센서에 있어서, 상기 와이어뭉치(10)의 엔코더부(30)는 원주면의 중앙에 원둘레 방향으로 홈(36)이 형성된 측정축(31)과, 상기 측정축(31)의 끝단부에 결합되어 회전각을 측정하는 엔코더(38)와, 상기 측정축(31)의 홈(36)에 접촉하는 상기 와이어(20)의 반대쪽 표면에 접촉된 회전베어링(35)을 지지하는 보조축(32)을 포함하며; 상기 측정축(31)은 회전이 가능하고 축방향으로의 움직임을 제한하게 고정베어링(37)과 스넵링(33)으로 상기 브래킷(50)에 결합되어 있으며; 상기 보조축(32)은 상기 브래킷(50)의 외부에서 스넵링(34)으로 고정되어서 상기 측정축(31)의 홈(36)에서 상기 와이어(20)가 길이방향으로 움직일 경우에 회전하는 상기 회전베어링(35)을 지지함으로써, 상기 측정축(31)의 홈(36)과 상기 와이어(20)의 미끌림을 방지하는 것을 특징으로 하는 와이어 위치 센서가 제공된다.

Description

와이어 위치 센서
본 발명은 와이어 위치 센서에 관한 것이며, 특히 와이어의 길이를 측정하므로써, 공간상의 6자유도로 움직이는 로봇이나 강체(rigid body)등의 위치(position)와 방위(orientation)를 동시에 측정하는 공간 6자유도 정밀측정용 와이어 병렬센서장치의 와이어의 길이를 측정하는데 사용되는 와이어 위치 센서에 관한 것이다.
현재, 위치 센서기술은 크게 측정정밀도에 따라서, 기계식(10-6미터 이상), 전기식(10-3에서 10-8미터), 광학식(10-5에서 10-9미터) 및 양자물리(10-8이하)로 구분된다. 이러한 센서기술의 개발은 현재 광학을 이용한 극초정밀측정(nano- technology, 10-9미터)단계까지 개발되고 있으며, 점진적으로 더욱더 정밀한 센서의 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나 이러한 우수한 정밀도를 가지는 센서는 아직까지 사용되는 환경에 따라 민감하고, 제작 및 사용에 있어서 고비용이 요구되며, 측정물의 대상에 따라 다양하게 적용할 수 없고, 측정하고자 하는 피측정물의 형상이 균일하지 못하고 센서의 위치와 피측정물이 움직이는 상황하에서는 연속적인 측정이 어렵다.
따라서, 상기와 같은 단점을 극복하기 위해서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발명자가 1998년 4월 23일자로 선출원한 대한민국 특허출원 제98-14545호는 공간상에서 움직이는 물체의 위치와 방위를 동시에 측정할 수 있는 공간 6자유도 정밀측정용 와이어 병렬센서장치가 기술되어 있다.
이런 공간 6자유도 정밀측정용 와이어 병렬센서장치는 피측정물(도시안됨)의 공간 6자유도를 정밀측정하기 위해, 6개의 와이어뭉치(1)들이 베이스판(3)에 배치되어 있고, 이런 와이어뭉치(1)와 측정부(4)를 연결하는 6개의 와이어(2)들이 상기 측정부(4)에서 꼬이지 않게 힌지결합되어 있다. 이런 측정부(4)는 공간상에서 6자유도로 움직이는 피측정물에 고정되게 된다.
또한, 이런 와이어뭉치(1)의 각각의 내부에는 스프링의 인장력을 이용한 와이어풀리부에 감겨진 상기 다수의 와이어(2)의 길이를 측정하는 엔코더부가 배치되어 있다.
따라서, 상기 공간상의 피측정물이 좌/우, 상/하 이동 및, 유한한 각도로의 회전시, 변화하는 각각의 와이어(2)들의 길이를 와이어뭉치(1)에 내치된 엔코더부가 측정함으로써, 상기 피측정물의 공간 6자유도를 측정하게 된다.
그러나, 종래의 공간 6자유도 정밀측정용 와이어 병렬센서장치는 와이어뭉치의 내부에 배치되어 와이어 길이를 측정하는 엔코더부에서 와이어의 미끌림이 발생하기 때문에 측정의 정확도에 있어서 만족할 만한 값을 얻지 못하는 결점이 있었다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔코더부의 내부에서 와이어와 접촉하는 홈이 원주면에 형성된 측정축과, 이런 측정축의 홈에 접촉하는 와이어의 반대편 원주면에 접촉하여 회전하는 베어링을 지지하는 보조축으로 와이어의 미끌림을 방지할 수 있는 와이어 위치 센서를 제공하려는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 공간 6자유도 정밀측정용 와이어 병렬센서장치의 구성을 설명하기 위한 사시도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 와이어 위치 센서를 설명하기 위한 단면도.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 와이어 위치 센서의 중요부위들의 결합관계를 설명하기 위한 단면도.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
10 : 와이어뭉치 11 : 와이어뭉치 커버
12 : 구면베어링 20 : 와이어
30 : 엔코더부 40 : 와이어풀리부
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 공간좌표계에서 6자유도로 움직이는 물체의 위치(position)와 방위(orientation)를 측정하기 위해서 와이어뭉치에 배치된 구면베어링과, 상기 구면베어링의 하면에 부착된 브래킷에 상기 와이어의 길이를 측정하게 결합된 엔코더부와, 상기 와이어를 길이방향으로 감거나 풀기 위한 인장력을 갖는 스프링이 결합된 와이어풀리부를 포함하는 와이어 위치 센서에 있어서, 상기 와이어뭉치의 엔코더부는 원주면의 중앙에 원둘레 방향으로 홈이 형성된 측정축과, 상기 측정축의 끝단부에 결합되어 회전각을 측정하는 엔코더와, 상기 측정축의 홈에 접촉하는 상기 와이어의 반대쪽 표면에 접촉된 회전베어링을 지지하는 보조축을 포함하며; 상기 측정축은 회전이 가능하고 축방향으로의 움직임을 제한하게 고정베어링과 스넵링으로 상기 브래킷에 결합되어 있으며; 상기 보조축은 상기 브래킷의 외부에서 스넵링으로 고정되어서 상기 측정축의 홈에서 상기 와이어가 길이방향으로 움직일 경우에 회전하는 상기 회전베어링을 지지함으로써, 상기 측정축의 홈과 상기 와이어의 미끌림을 방지하는 것을 특징으로 하는 와이어 위치 센서가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 구면베어링은 상기 와이어를 공간상의 3방향으로 회전하게, 와이어뭉치 커버가 결합된 상기 와이어뭉치의 상면의 개구된 내경에 결합되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 와이어풀리부의 와이어풀리와 와이어풀리 커버는 풀리지지축에 베어링으로 결합되어 있으며, 상기 풀리지지축은 상기 브래킷에 와셔와 너트로 결합되어서 상기 와이어의 길이방향의 변위량에 따라서 자유롭게 회전할 수 있는 것이 바람직하다.
아래에서, 본 발명에 따른 와이어 위치 센서의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 와이어 위치 센서를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 와이어 위치 센서의 중요부위들의 결합관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2에 있어서, 본 발명의 한 실시예에 따른 와이어 위치 센서는 소정공간을 갖는 와이어뭉치(10)의 내부에 배치되어 있다. 이런 와이어뭉치(10)의 상면은 상기 와이어 위치 센서가 설치될 수 있게 개구되어 있으며, 이런 와이어뭉치(10)의 상면의 개구된 내경에는 3차원 공간상의 어떠한 위치에 대해서도 자유롭게 움직일 수 있게 구면베어링(12)이 배치되어 있다. 이런 구면베어링(12)은 원형테 형상으로 형성된 와이어뭉치 커버(11)로 고정되어 있다.
또한, 이런 구면베어링(12)의 하면에는 브래킷(50)이 배치되어 있다. 이런 브래킷(50)의 내부에는 와이어(20)가 감겨진 와이어풀리부(40)와, 상기 와이어(20)의 변위를 측정하는 엔코더부(30)가 배치되어 있다.
상기와 같이 배치된 구면베어링(12)은 내경에 내경축(13)이 삽입되어 있고, 공간상의 3방향의 회전이 가능한 것이다. 이런, 구면베어링(12)의 내경축(13)의 중심에는 와이어(20)가 통과할 수 있도록 구멍이 형성되어 있다. 또한, 이런 구면베어링(12)의 하단면에는 브래킷(50)이 고정되어서 구면베어링(12)의 회전운동에 대해서 같이 움직이도록 되어 있다.
도 2에 보이듯이, 와이어풀리부(40)의 와이어 풀리(41)은 나선형 스프링(43)이 내치될 수 있게 내부에 공간이 형성되어 있고, 와이어풀리 커버(42)에 의해서 원통형상으로 형성되어 있다. 또한, 이런 와이어 풀리(41)의 원주면에는 원둘레 방향으로 소정깊이의 홈(45)이 형성되어 있다. 이런 홈(45)에는 상기 와이어(20)가 감겨져 있다.
이런 와이어 풀리(41)와 와이어풀리 커버(42)는 브래킷(50)에 너트(49)로 고정된 풀리지지축(48)에서 자유롭게 회전할 수 있도록 베어링(46)으로 결합되어 있으며, 이런 풀리지지축(48)의 나사산이 형성된 양 단부는 너트(49)로 브래킷(50)에 고정된다. 또한, 이런 풀리지지축(48)에는 상기 와이어 풀리(41)와 상기 와이어풀리 커버(42)가 브래킷(50)의 내면에 서로 접촉하지 않게 와셔(47)들이 삽입되어 있다.
상기와 같은 와이어 풀리(41)의 내부에 내치된 나선형 스프링(43)의 한쪽 끝단는 와이어 풀리(41)의 내부에 연결되어 있고, 이런 스프링(43)의 다른쪽 끝단은 풀리지지축(48)에 연결되어 있다. 따라서, 이런 스프링(43)은 외력이 작용할 경우에, 회전하는 와이어 풀리(41)와 와이어풀리 커버(42)에 인장력을 작용하고, 이런 와이어 풀리(41)와 와이어풀리 커버(42)는 상기 스프링(43)의 인장력으로 와이어(20)를 감거나 풀게 회전한다.
도 4에 보이듯이, 엔코더부(30)는 상기 와이어(20)가 접촉할 수 있게 측정축(31)의 중앙에서 원둘레 방향으로 홈(36)이 형성되어 있고, 한쪽 끝에는 엔코더(38)가 결합되어 있다. 여기에서 엔코더(38)는 통상적인 업계에 널리 알려진 것으로 연결된 측정축(31)의 회전각을 전기적인 신호로 변환시키는 것으로서, 전기적으로 접속된 전산부(도시안됨)에 신호를 보내어 상기 측정축(31)의 회전각의 변위에 대응한 와이어(20)의 양방향의 증가 및 감소를 연속적으로 측정하게 된다.
또한, 측정축(31)은 고정베어링(37)으로 회전이 가능하게 브래킷(50)에 끝단부가 관통되게 결합되어 있고, 이런 측정축(31)의 축방향으로의 움직임을 제한하기 위해 브래킷(50)의 외부에서 스넵링(33)으로 고정되어 있다. 또한, 와이어(20)의 미끌림을 방지하고 측정축(31)을 지지하기 위한 보조축(32)은 상기 브래킷(50)의 소정위치에 삽입되어 있고, 브래킷(50)의 외부에서 스넵링(34)으로 고정되어 있다. 또한, 이런 보조축(32)은 와이어(20)와 접촉하는 위치에 회전베어링(35)을 설치하여, 이런 회전베어링(35)이 상기 측정축(31)과 동시에 회전하므로써, 와이어(20)의 움직임을 일정하게 유지하도록 하였다.
아래에서, 앞서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명의 와이어 위치 센서의 작동방법에 대해서 설명하겠다.
먼저, 본 발명의 와이어 위치 센서는 피측정물을 측정할 수 있는 베이스판에 다수개로 배치된다. 이렇게 배치된 다수의 와이어 위치 센서들의 와이어(20)는 구면베어링(12)의 내경축(13)의 구멍을 통해서 상기 베이스판의 상향의 공간에 배치된 측정부에 각각 힌지결합된다.
이때, 와이어(20)는 와이어풀리부(40)에서 소정크기의 인장력으로 회전할 수 있게 결합된 와이어 풀리(41)의 홈(45)에서 풀려나온다. 이와 동시에, 엔코더부(30)의 측정축(31)은 상기와 같이 풀려나오는 와이어(20) 표면의 마찰력에 의해서 회전하며, 이런 측정축(31)에 연결된 엔코더(38)는 측정축(31)의 회전에 대응한 와이어(20)의 길이방향의 증가 및 감소 길이를 연속적으로 측정하게 된다. 또한, 보조축(32)의 회전베어링(35)은 상기 와이어(20) 표면의 마찰력에 의해서 상기 측정축(31)과 반대방향으로 동시에 회전하게 된다.
따라서, 이런 보조축(32)의 회전베어링(35)은 상기 와이어(20)의 표면 마찰력에 의해 회전하는 측정축(31)의 회전과 동시에 회전하면서, 상기 측정축(31)을 지지하기 때문에, 상기 측정축(31)의 홈(36)에서의 상기 와이어(20)의 미끌림을 방지하게 된다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 와이어 위치 센서는 병렬구조의 메카니즘을 갖는 다양하고 넓은 측정영역에서도 사용할 수 있게 와이어를 이용한 공간 6자유도 정밀측정장치 또는, 직선길이를 측정하는 일반 기계부품가공이나 건축, 토목 분야에서 광범위하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 와이어 위치 센서는 보조축의 베어링에 의해서 와이어가 측정축의 홈에서 미끄러지지 않기 때문에 안정되고 연속적으로 와이어의 변위를 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 와이어 위치 센서는 구면 베어링에 의해서 3차원 공간상의 어떠한 위치에 대해서도 위치를 측정할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 와이어 위치 센서는 스프링의 인장력을 이용한 비교적 간단한 구성으로 설계되어 있기 때문에 기존의 레이저등을 이용한 고가의 센서에 비해 저비용으로 제작 및 활용이 가능한 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 와이어 위치 센서에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

  1. 공간좌표계에서 6자유도로 움직이는 물체의 위치(position)와 방위(orientation)를 측정하기 위해서 와이어뭉치(1)에 배치된 구면베어링과, 상기 구면베어링의 하면에 부착된 브래킷에 상기 와이어의 길이를 측정하게 결합된 엔코더부와, 상기 와이어를 길이방향으로 감거나 풀기 위한 인장력을 갖는 스프링이 결합된 와이어풀리부를 포함하는 와이어 위치 센서에 있어서,
    상기 와이어뭉치(10)의 엔코더부(30)는 원주면의 중앙에 원둘레 방향으로 홈(36)이 형성된 측정축(31)과, 상기 측정축(31)의 끝단부에 결합되어 회전각을 측정하는 엔코더(38)와, 상기 측정축(31)의 홈(36)에 접촉하는 상기 와이어(20)의 반대쪽 표면에 접촉된 회전베어링(35)을 지지하는 보조축(32)을 포함하며; 상기 측정축(31)은 회전이 가능하고 축방향으로의 움직임을 제한하게 고정베어링(37)과 스넵링(33)으로 상기 브래킷(50)에 결합되어 있으며; 상기 보조축(32)은 상기 브래킷(50)의 외부에서 스넵링(34)으로 고정되어서 상기 측정축(31)의 홈(36)에서 상기 와이어(20)가 길이방향으로 움직일 경우에 회전하는 상기 회전베어링(35)을 지지함으로써, 상기 측정축(31)의 홈(36)과 상기 와이어(20)의 미끌림을 방지하는 것을 특징으로 하는 와이어 위치 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구면베어링(12)은 상기 와이어(20)를 공간상의 3방향으로 회전하게, 와이어뭉치 커버(11)가 결합된 상기 와이어뭉치(10)의 상면의 개구된 내경에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 위치 센서.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 와이어풀리부(40)의 와이어풀리(41)와 와이어풀리 커버(42)는 상기 와이어(20)의 길이방향의 변위량에 따라서 스프링(43)에 의해 자유롭게 회전할 수 있게 풀리지지축(48)에 베어링(46)으로 결합되어 있고, 상기 풀리지지축(48)은 상기 브래킷(50)에 와셔(47)와 너트(49)로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 와이어 위치 센서.
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