KR20000069093A - 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실린더 라이닝(6), 특히 선박 엔진용의 대형 실린더 라이닝(6) 등의 내측 치수를 측정하는 장치에 관한 것이다. 이 측정 장치는 직립한 실린더 라이닝(6) 위에서 거의 직각 방향으로 놓이도록 배치된 서스펜션 유닛(4)을 포함한다. 또한, 상기 측정 장치는 상기 서스펜션 유닛(4)으로부터 실린더 라이닝(6) 내부로 하강하도록 배치된 측정 유닛(5)을 포함하며, 이 측정 유닛(5)에는 일련의 측정 작업을 수행하고, 상기 서스펜션 유닛(4)과 상기 측정 유닛(5) 사이를 연장하는 참조선으로부터 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)까지의 거리를 여러 고도에서 그리고 각 고도 대해 상이한 여러 레이디얼 방향으로 측정하기 위한 수단(28, 34, 36)이 마련되어 있다.

Description

실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치{DEVICE FOR DETERMINING THE INTERNAL MEASUREMENTS OF CYLINDER LININGS}
선박 엔진의 작동 조건을 최적으로 하고, 또 엔진 정지를 최대한으로 방지하기 위해 엔진의 작동 상태를 주기적인 간격으로 체크하여야 한다. 엔진 상태를 저하시키거나 엔진 정지를 유발하게 되는 공통된 원인 중 하나는 피스톤 링이 마모되거나 또는 타버리는 것으로, 그 결과 피스톤 링을 교체하여야 한다. 그러나, 경험상 상기 원인은 실린더에 장착된 라이닝에 대해서 동일하게 나타나는데, 즉 라이닝 벽으로의 침식 혹은 그을음의 퇴적, 또는 마모 정도에 따라 상기 원인을 유발시킨다는 것이 밝혀졌다. 이러한 유형의 침식은 엔진 작동에 사용된 황산 연료에 기인한 것으로, 이 황산 연료는 증기와 혼합하여 아황산을 형성하게 되고, 엔진의 예정된 온도 및 압력에서 응축하게 된다. 실린더 오일의 불균일한 분포, 피스톤 링과 라이닝간의 틈새 등의 간극을 통한 가스의 누설, 및/또는 실린더 벽 온도의 변화로 인해 실린더에 발생하는 전술한 침식은 국부화된다.
현재까지 실린더의 검사는 거의 수동으로 이루어져 왔다. 측정 작업 이전에 행해지는 예비 작업을 위한 소요 비용은 비교적 비싸다. 사다리를 실린더 내부로 집어넣어 작업자가 실린더로 들어가기 전에, 먼저 엔진의 실린더 헤드를 반드시 분해하고 하나의 실린더 속의 피스톤을 들어내어야 한다. 추가적으로, 미리 구멍을 뚫어 놓은 자(ruler)를 실린더 라이닝의 내벽을 따라 실린더 속에 수직으로 삽입한다. 측정 로드를 사용하여, 횡방향 및 전후방향으로 수직하게 소정 개수의 상이한 직경 치수를 측정한다.
이러한 방법을 이용하여, 적층된 그을음의 량, 부식에 의한 손실 정도 및 그 크기의 관점에서 실린더 라이닝의 상태를 평가하는 것은 대체로 부적합할 수 있다. 그러나, 상기 방법은, 실린더 라이닝이 실린더 원래의 형상으로부터 어느 정도 큰 편차가 있는지를 결정하고자 할 때, 즉 실린더 라이닝에 가해지는 열 응력이 라이닝을 변형시켜 그 라이닝을 S자형의 형상 혹은 바나나 모양의 굴곡 형상으로 만드는 원인 제공하는지를 판단하고자 할 때는 전혀 사용할 수 없다.
본 발명은 실린더 라이닝, 특히 선박 엔진용의 대형 실린더 라이닝의 내측 치수를 측정하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 실린더 상부에 놓이게 되는 서스펜션 유닛과 실린더 내부로 하강하는 측정 유닛으로 이루어진 본 발명에 따른 측정 장치가 설치되어 있는 실린더의 단면도이며,
도 2는 서스펜션 유닛을 구성하는 부품을 도시한 사시도이고,
도 3은 측정 유닛을 구성하는 부품을 도시한 사시도이며,
도 4 및 도 5는 측정 유닛의 변형례를 도시한 도면이다.
본 발명은 수 개의 엔진 부품만을 분해하고, 실린더 라이닝의 중심으로부터 실린더 라이닝 내벽까지의 거리를 계산하여 선택된 고도와, 그리고 실린더 라이닝의 임의의 개수의 고도에서, 임의의 개수의 반경방향으로 실행되는 수많은 일련의 측정 작업을 신속하고 비교적 편리하게 처리할 수 있는 장치를 제공하는데 있다. 이러한 장치의 특징은 첨부된 특허 청구범위에 기재되어 있다.
본 발명의 양호한 실시예들은 첨부 도면을 참조하여 이하에 상세히 설명될 것이다.
도 1에는 피스톤(2)과 헤드(3)를 구비하는 실린더(1)가 도시되어 있으며, 본 발명에 따른 측정 장치를 수용하기 위해 실린더 헤드에서 배기 밸브를 제거한 상태로 도시되어 있다. 상기 측정 장치는 실린더 헤드(3)에 놓이도록 배치되는 서스펜션 유닛(4)과, 실린더(1) 내부로 하강하도록 배치되는 측정 유닛(5)으로 이루어진다. 실린더(1)에는 측정 대상의 라이닝(6)이 장착되어 있다.
서스펜션 유닛(4)은 와이어에 의해, 또는 도면에 도시된 바와 같이 스트랩(7)에 의해 측정 유닛(5)에 연결된다. 각각의 스트랩(7)은 모터(9)에 의해 작동되는 롤러(8)에 감기거나 풀릴 수 있도록 되어 있다. 각각의 별도의 모터(9)를 작동시켜 스트랩이 풀리는 전시간에 걸쳐 측정 유닛(5)에 의해 점령된 고도에 대한 정보를 얻어 완벽한 제어를 확보하기 위해 제어기(도시 생략)가 설치된다.
서스펜션 유닛(4)에는 측정 유닛(5)에 배치된 위치 감지 검출기(12; PSD)를 향해 하방으로 광(11) 빔을 공급하기 위한 레이저 직사(直射) 수단(10)이 설치되어 있다. 양호하게는, 상기 레이저 직사 수단(10)은 도 2에 상세히 도시된 바와 같은 구조로 되어 있다. 횡방향 운동 테이블은 2개의 플레이트(13, 14)로 이루어져 있으며, 이들 플레이트 각각에는 플레이트를 상호 직각 방향으로 이동시키도록 배치된 셋팅 너트(15, 16)가 구비되어 있다. 각각의 플레이트(13, 14)는 서로에 대해 직각으로 연장하는 타원형 구멍(17, 18)이 형성되어 있다. 레이저 직사 수단(10)은 부싱(19)에 장착되며, 이 부싱은 번갈아 2개의 타원형 구멍(17, 18)에 장착된다. 또한, 레이저 직사 수단(10)에는 돔형의 부분(20)이 마련되어 있으며, 이 부분은 부싱(19)에 형성된 돌출부(21)와 맞물리게 된다.
횡방향 운동 테이블에 연결되는 부품의 도움으로, 레이저 직사 수단(10)을 서로 직각인 양측방향으로 이동시킬 수 있으며, 또한 측정 유닛(5)이 소정 위치에 설정되어 참조선을 형성할 목적으로 광(11) 빔은 위치 감지 검출기(12)의 중앙에 가능한 근접하게 충돌하도록 상기 테이블의 경사를 조정할 수 있다.
도 1 및 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 측정 유닛(5)은 상부 링(22)을 구비한다. 상기 상부 링으로부터 3개의 조정 수단(23)이 반경방향 외측으로 연장하며, 또한 3개의 지지 레그(24)가 상기 조정 수단으로부터 돌출하는데, 이 레그 각각의 외측 자유단에는, 대응하는 조정 수단(23)이 작동할 때 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)에 맞닿는 위치에 설정될 수 있는 소형의 휠(25)이 마련되어 있다. 조정 수단(23)은 집적 모터에 의해 작동하는 선형 작동 수단으로 구성될 수 있으며, 측정 작업의 개시에 앞서 측정 유닛(5)을 실린더 라이닝(6)에 센터링하기 위해 사용된다.
만일 측정 유닛(5)이 소망의 고도까지 하강하고 소형 휠(25)이 실린더 내벽(26)에 맞닿는 위치로 이동하였을 때, 상부 링(22)은 실린더 라이닝(6)에 회전 불가능하게 클램핑된다.
이와 유사하게 측정 유닛(5)은 측정 로드(28)가 관통하는 하부 링(27)을 구비한다. 이 하부 링(27)은 작동 링(29)에 일체로 연결되어 있으며, 이 작동 링은 베어링(30)을 경유하여 상부 링(22)에 연결된다. 작동 링(29), 하부 링(27) 및 측정 로드(28)는 스텝 모터(31)의 작동 시 360°양방향으로 회전 가능하게 장착되며, 스텝 모터는 도 3에 도시된 바와 같이 또는 다른 방법으로 코그 벨트(32)를 경유하여 작동 링(29)에 연결될 수 있다.
측정 로드(28)는 볼 부싱(도시 생략) 등에 의해 하부 링(27)에 지지되며, 솔래노이드(33)에 의해 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)에 맞닿는 위치를 향해 반경방향으로 이동할 수 있다. 상기 위치 감지 검출기(12)는 측정 유닛(5)의 중앙에서 측정 로드(28)상에 장착된다.
도 4에는 도 3에 도시된 실시예의 변형례가 도시되어 있다. 이 변형례에 따르면, 측정 유닛(5')에는 측정 로드(28)가 설치되어 있지 않고 대신에 거의 수평방향으로 배치된 레이저 직사 수단(34)을 구비한다. 위치 감지 검출기(12)는 전술한 방법과 같이 광(11) 빔을 이용하여 측정 유닛(5')을 조정하기 위해 레이저 수단의 상부면에 배치된다. 레이저 직사 수단(34)은 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)에 대해 제2의 광(35) 빔을 직사하도록 배치되어 있다. 레이저 직사 수단(34)은 임의의 수의 레이디얼 치수를 측정하기 위해 360°선회할 수 있도록 배치된다.
도 5에는 측정 유닛의 또 다른 변형례가 도시되어 있다. 이 변형례에 따른 측정 유닛(5")에는 수직으로 배치된 레이저 직사 수단(36)이 마련되어 있으며, 이 수단은 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)에 대해 외측 직각 방향으로 광의 빔을 편향시키도록 경사지게 배치된 회전 거울(38)에 반발하게 광(37) 빔을 직사한다. 거울(38)을 선회시킴으로써, 상이한 각방향(angular direction)에서 레이디얼 치수를 측정할 수 있다. 이 경우, 측정 유닛(5")을 실린더 라이닝(6)의 중앙에 위치 설정하도록 배치된 위치 감지 검출기(12)는 레이저 직사 수단(36)의 상단부 벽에 위치하게 된다.
이와 유사하게, 본 발명에 따른 측정 장치는 실린더 라이닝(6)의 측정용 프로그램이 저장된 분리형 컴퓨터 유닛(도시 생략)을 포함한다. 서스펜션 유닛(4)과 측정 유닛(5)은 컴퓨터 유닛에 연결된 하나의 소프트웨어 모듈(프로세서; 도시 생략)을 구비한다. 상기 레이디얼 치수에 추가하여 등록될 측정 대상으로는 측정 작업 일자 및 시간뿐만 아니라 각 측정점에서의 실린더 라이닝(6) 온도가 있다.
측정 작업을 시작하기 전, 필요에 따라 레이저 직사 수단(10)의 위치를 체크하여야 하고, 그 위치는 참조선 역할을 하는 레이저 직사 수단의 광(11) 빔이 실린더 라이닝(6)의 종축과 가능한 최고의 수준으로 일치하는 것을 보정하도록 조정된다. 그 다음, 측정 유닛(5)은 최하 위치로 하강하며, 상부 링(22)이 정위치에 고정될 때 실린더 라이닝(6)의 내부에서 그 유닛의 중앙 및 경사진 고도는 측정 및 보정된다.
그 후, 미리 프로그램된 측정 시퀀스가 시작되고, 이 때 측정 유닛(5)은 상이한 각방향에 설정된 하부 링(27), 혹은 레이저 직사 수단(34), 혹은 거울(38)을 사용하여 일련의 레이디얼 측정 작업을 수행하게 된다. 따라서, 측정치는 측정 유닛(5)의 프로세서 메모리에 저장된 다음, 서스펜션 유닛(4)의 프로세서 메모리 또는 컴퓨터 유닛에 직접 전달된다. 측정 유닛(5)을 해제한 후, 그것을 한 단계 상승시켜 높은 고도에서 움직이지 못하게 한 다음, 바로 이전에서 설명한 측정 시퀀스를 반복한다. 일단 완전한 측정 절차를 종료하고 모든 측정치를 서스펜션 유닛(4)의 프로세서 메모리에 저장하고 나면, 측정 데이터는 디스플레이 및 분석을 위해 컴퓨터 유닛으로 전달될 수 있다.
이러한 측정치는 컴퓨터 유닛의 스크린에 디스플레이될 수 있는데, 이 스크린 상에는 수집된 레이디얼 치수가 수치 데이터와 함께 지도와 유사한 윤곽선 다이어그램 형태로 나타나게 된다. 상기 디스플레이는 또한 칼라 패턴 형태가 될 수 있으며, 여기서 각각의 칼라에 의해 깊이 혹은 높이도 표시된다.
본 발명에 따른 장치는 취급이 매우 용이하다. 전술한 바와 같이, 측정 유닛(5)은 측정 시퀀스를 시작하기 전에 조정 수단(23)에 의해 소정 위치에 고정된다. 광(11) 빔의 위치를 도 1에서 위치 감지 검출기(12)상의 X 및 Y 좌표 방향으로 측정함으로써, 서스펜션 유닛(4)의 프로세서에 저장된 정상저인 레이디얼 치수를 계산할 수 있다. 그 다음, 광(11) 빔은 참조선 역할을 하게 되며, 이 참조선을 사용하여 측정 시퀀스 중에 레이디얼 치수뿐만 아니라, 실린더 라이닝(6)이 원래의 원통형상에 비해 찌그러지거나(바나나 형상으로) 또는 다른 형태로 변형되었는지를 결정할 수 있다.
측정 시퀀스의 평가를 더 간략화시키고 가속시키기 위해, 실린더 라이닝(6)의 내벽(26) 중 전술한 바와 같이 찌그러지거나 원통형이 아닌 부분에 대해서만, 즉 제한 영역내에서 예정된 한정치로부터 벗어나는 레이디얼 치수를 나타내도록 선택될 수 있다. 이러한 방법에 따라, 조작자는 원할 경우 실린더 라이닝(6) 상의 허용 불가능한 국부 마모에 대한 정보를 신속히 얻을 수 있다.
서스펜션 유닛(4)의 프로세서가 완전한 측정 시퀀스로부터 데이터를 저장할 수 있을 정도로 충분히 강력하여 추가의 외부 제어가 필요하지 않게 된다면 유리하다. 그 이유는 엔진실에서 측정을 수행하기 위해 컴퓨터 유닛을 사용할 필요가 없고, 그 대신 수집된 측정 데이터를 컴퓨터 유닛에 전달하여 다른 위치에 나타낼 수 있기 때문이다.
본 발명은 도시된 실시예 및 그 설명에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허 청구범위내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 예컨대, 서스펜션 유닛(4)에는 측정 유닛(5)의 반사면에 반발하게 광 빔을 공급하는 레이저 거리 측정기가 설치될 수 있다. 더욱이, 도 2에 도시된 바와 같이 돔형의 부분(20)이 구비되어 있는 레이저 직사 수단(10)을 설치하는 대신, 횡방향 운동 테이블 전체를 크레들(cradle)에 배치할 수도 있다.

Claims (10)

  1. 실린더 라이닝, 특히 선박 엔진용의 대형 실린더 라이닝의 내측 치수를 측정하기 위한 장치에 있어서,
    직립한 실린더 라이닝(6) 위에서 실질적으로 수직 방향으로 놓이도록 배치되는 서스펜스 유닛(4)과, 상기 서스펜션 유닛(4)으로부터 실린더 라이닝(6) 내부로 하강하도록 배치되는 측정 유닛(5)을 포함하며,
    상기 측정 유닛(5)에는, 일련의 측정 작업을 수행하고, 상기 서스펜션 유닛(4)과 상기 측정 유닛(5) 사이를 연장하는 참조선으로부터 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)까지의 거리를 여러 고도에서 그리고 상기 각 고도 대해 상이한 여러 반경 방향으로 측정하기 위한 수단(28, 34, 36)이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정 유닛(5)의 수직 방향의 위치 설정을 조정하기 위해, 상기 측정 유닛(5)은 상기 서스펜션 유닛(4)에 지지된 롤러(8)에 감기거나 풀릴 수 있게 배치되는 와이어 또는 스트랩(7)에 의해 매달려 있는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  3. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서스펜션 유닛(4)에는 측정 유닛(5)에 근접하게 위치한 위치 감지 검출기(12)에 대해 광(11) 빔을 직사하도록 배치되는 제1 레이저 직사 수단(10)이 마련되어 있으며, 상기 광(11) 빔은 상기 참조선을 형성하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  4. 선행항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 레이저 직사 수단(10)은 횡방향 운동 테이블(13, 14)에 배치되며, 상기 횡방향 운동 테이블에서 상기 레이저 직사 수단(10)은 2개의 상호 직각 방향에서 광(11) 빔의 방향에 실질적으로 수직방향으로 이동 가능하며, 상기 횡방향 운동 테이블은 제1 타원형 구멍(18)이 형성되어 있는 바닥 플레이트(14) 하나와, 제2 타원형 구멍(17)이 형성되어 있는 상부 플레이트(13) 하나로 이루어지며, 상기 제2 타원형 구멍(17)은 상기 제1 타원형 구멍(18)이 위치하는 평면에 평행하면서 그 위에 있는 평면에서 상기 제1 타원형 구멍(18)에 직각으로 연장하며, 상기 레이저 직사 수단(10)은 상기 2개의 구멍(17, 18)을 관통하여 연장하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 레이저 직사 수단(10)에는 외주방향으로 연장하는 돔형 부분(20)이 마련되어 있으며, 상기 돔형 부분은 제1 레이저 직사 수단(10)의 위치 설정이 상이한 경사 위치에서 이루어지도록 상기 구멍(17, 18)에 장착된 부싱(19)의 대응 돌출부(21)에 수용되는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 측정 유닛(5)에는 3개 이상의 지지 레그(24)가 마련되어 있으며, 이 레그는 각각 다른 방향으로 상기 측정 유닛(5)으로부터 반경방향으로 연장하며, 측정 유닛(5)을 실린더 라이닝(6)의 선택된 고도에 정착시킬 목적으로 대응하는 조정 수단(23)에 의해 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)과 접촉되도록 연장할 수 있게 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  7. 제1항 및 제6항에 있어서, 상기 측정 유닛(5)에는 상기 지지 레그(24)에 대해 회전 운동 가능하게 장착된 부분(27)이 마련되어 있으며, 상기 부분(27)은 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)까지의 거리를 측정하기 위해 배치된 수단(28, 34, 36)을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  8. 제3항 및 제7항에 있어서, 상기 수단(28, 34, 36)은 지지 레그(24)에 대해 회전 가능하게 장착되는 제2 레이저 직사 수단(34)을 구비하며, 상기 제2 레이저 직사 수단(34)의 상면에는 제1 레이저 직사 수단(10)에서 방사되는 참조선 형성용 광(11) 빔을 포획하여 제2 레이저 직사 수단(34)의 위치를 결정하기 위해 배치된 위치 감지 검출기(12)가 마련되어 있으며, 상기 제2 레이저 직사 수단(34)은 실린더 라이닝(6) 내벽(26)상의 선택된 지점을 향하는 방향으로 제1 광(11) 빔에 실질적으로 직각인 제2 광(35) 빔을 방사하도록 배치되어 참조선을 형성하는 광(11) 빔에서 상기 내벽(26)의 상기 지점까지의 거리를 결정하는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 레이저 직사 수단(36)은 지지 레그(24)에 대해 고정식이며, 하방으로 향하는 광(37) 빔을 직사하며, 회전 거울(38)은 상기 광(37) 빔을 포획하여 참조선을 형성하는 상기 광(11) 빔에 실질적으로 직각으로 실린더 라이닝(6)의 내벽을 향해 상기 광 빔을 직사하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 회전 부분(27)은 스텝 모터(31)에 의해 상이한 각위치에서 설정 가능하며, 상기 회전 부분(27)은 위치 감지 검출기(12)가 설치되어 있는 측정 로드(28)를 구비하며, 상기 위치 감지 검출기는 참조선을 형성하는 광(11) 빔의 광 궤도내에 위치하여 상기 측정 로드(28)의 위치를 결정하도록 배치되며, 상기 측정 로드는 참조선을 형성하는 광(11) 빔에서 측정 대상인 내벽(26)의 접촉점까지의 거리를 결정하기 위해 실린더 라이닝(6)의 내벽(26)과 접촉하도록 종방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 실린더 라이닝의 내측 치수 측정 장치.
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