KR200220964Y1 - 토크 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 피측정물의 토크를 자동으로 측정하는 신규한 토크 측정장치를 개시한다. 본 고안은 프레임과, 프레임에 회전가능하게 설치되고 피측정물이 착탈가능하게 결합되는 회전축과, 회전축에 회전가능하게 설치되며 피측정물을 매개로 하여 회전축을 회전시킬 수 있는 회전체와, 회전체를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터와, 모터의 구동력을 회전체에 단속하여 전달하는 전동수단과, 회전축의 회전에 의한 변형을 전기저항값으로 측정하는 로드셀과, 로드셀의 전기저항값을 피측정물의 토크로 산출하여 표시수단에 표시하는 컨트롤러로 이루어진다. 본 고안에 의하면, 모터의 구동에 의하여 피측정물을 매개로 회전체와 회전축이 함께 회전되면서 로드셀을 작동시킴으로써, 피측정물의 토크가 자동으로 측정되어 측정작업을 매우 간편하고 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 회전모멘트가 기구적인 메커니즘에 의하여 피측정물에 일정하게 부여함으로써, 측정정도를 향상시킬 수 있으며, 로드셀의 채용으로 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 피측정물의 양품과 불량품을 쉽게 판별할 수 있도록 인디케이터, 램프와 프린터에 의하여 측정결과를 다양하게 표시할 수 있으며, 특히 전수검사에 매우 유용한 효과가 있다.

Description

토크 측정장치{TORQUE MEASURING MACHINE}

본 고안은 힌지장치 등과 같은 피측정물의 토크(Torque)를 자동으로 측정하는 토크 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 힌지장치 등과 같이 축을 보유하고 있는 피측정물의 품질을 관리하기 위하여 피측정물의 축에 작용하는 토크를 토크 측정장치에 의하여 측정하고 그 토크측정값에 따라 양품과 불량품을 판별하고 있다.

종래기술의 토크 측정장치의 일예를 살펴보면, 프레임의 일측에 피측정물을 고정시킬 수 있는 회전축이 회전가능하도록 설치되어 있으며, 회전축의 외면에는 휘트스톤 브리지(Wheats Bridge)를 구성하는 와이어 스트레인 게이지(Wire Stain Gauge)가 부착되어 있다. 그리고, 와이어 스트레인 게이지로부터의 전기저항값은 컨트롤러에 입력되고, 컨트롤러는 전기저항값을 피측정물의 토크로 산출하여 인디케이터(Indicator)에 표시할 수 있도록 구성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 종래기술의 토크 측정장치에 있어서는, 피측정물의 일단을 회전축에 고정시키고, 피측정물의 타단을 핸들에 고정시킨 후, 작업자가 수작업으로 핸들을 회전시키면 피측정물과 함께 회전축이 회전된다. 와이어 스트레인 게이지는 회전축의 회전에 의한 응력에 비례한 변형을 피측정물의 전기저항값으로 측정하며, 컨트롤러는 와이어 스트레인 게이지의 전기저항값을 피측정물의 토크로 산출하여 인디케이터에 표시한다. 따라서, 작업자는 인디케이터에 표시되는 토크측정값에 따라 피측정물의 양품과 불량품을 판별할 수 있다.

그러나, 종래기술의 토크 측정장치는 피측정물을 작업자의 수작업에 의하여 회전시켜야만 하므로, 측정작업이 번거롭고 불편할 뿐만 아니라, 측정시간이 많이 소요되며, 반복적인 측정작업을 실시하는 작업자의 피로를 가중시켜 작업성을 크게 저하시키는 문제가 있다. 또한, 작업자가 수작업에 의하여 피측정물을 회전시키는 회전모멘트(Turning Moment)는 작업자마다 상당히 다르고 동일 작업자에게도 차이가 많이 나고 있다. 이러한 회전모멘트의 차이는 피측정물의 토크를 크게 변동시키므로, 토크측정값의 정확도에 매우 큰 차이가 나타나고 있다.

한편, 회전축의 외면에 직접적으로 부착되는 와이어 스트레인 게이지는 반복적인 측정작업에 의하여 쉽게 피로변형을 일으키고, 결국 파손되어 기능을 상실하는 단점을 가지고 있다. 따라서, 와이어 스트레인 게이지는 피측정물의 샘플링검사에 제한적으로 사용되고 있다. 그러함에도 불구하고 피측정물의 품질을 엄격하게 관리하기 위하여 샘플링검사 대신에 전수검사가 요구되고 있으므로, 피측정물의 토크를 전수검사를 정확하고 효율적으로 실시할 수 있는 토크 측정장치가 필요하였으나, 이를 만족할 만한 토크 측정장치는 개발되지 못하고 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점과 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 피측정물의 토크가 자동으로 측정되어 측정작업을 간편하고 효율적으로 실시할 수 있는 토크 측정장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 회전모멘트가 기구적인 메커니즘에 의하여 피측정물에 일정하게 부여함으로써, 측정정도를 향상시킬 수 있는 토크 측정장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 로드셀의 채용으로 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있는 토크 측정장치를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 피측정물의 측정결과를 다양하게 표시하여 작업자로 하여금 양품과 불량품을 쉽게 판별할 수 있도록 한 토크 측정장치를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 축을 보유하는 피측정물의 토크를 측정하기 위한 토크 측정장치에 있어서, 프레임과; 프레임에 회전가능하게 설치되고, 피측정물이 착탈가능하게 결합되는 회전축과; 회전축에 회전가능하게 설치되며, 피측정물을 매개로 하여 회전축을 회전시킬 수 있는 회전체와; 회전체를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터와; 모터의 구동력을 회전체에 단속하여 전달하는 전동수단과; 회전축의 회전에 의한 변형을 전기저항값으로 측정하는 로드셀과; 로드셀의 전기저항값을 피측정물의 토크로 산출하여 표시수단에 표시하는 컨트롤러를 포함하는 토크 측정장치에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 토크 측정장치의 구성을 나타낸 단면도,

도 2는 본 고안에 따른 토크 측정장치의 구성을 부분적으로 나타낸 사시도,

도 3은 본 고안에 따른 토크 측정장치의 베어링하우징, 회전축, 회전체와 기어열의 구성을 부분적으로 나타낸 단면도,

도 4는 본 고안에 따른 토크 측정장치의 제어블록도,

도 5는 본 고안에 따른 토크 측정장치의 작동을 부분적으로 나타낸 평면도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

1: 피측정물 2: 축

10: 프레임 12: 테이블

20: 베어링하우징 30: 회전축

40: 회전체 44: 푸셔

50: 모터 60: 전자클러치

62: 기어열 64: 원동베벨기어

68: 종동베벨기어 80: 아암

90: 로드셀 100: 컨트롤러

102: 인디케이터 104: 램프

106: 입력수단 108: 컨트롤박스

110: 전원공급유닛 120: 프린터

130: 근접센서

이하, 본 고안에 따른 토크 측정장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 고안에 따른 토크 측정장치를 설명하기 위하여 나타낸 도면들이다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 고안의 토크 측정장치에 의하여 토크를 측정하는 피측정물(1)은 축(2) 및 이 축(2)을 중심으로 회전되는 하나이상의 부재(3)로 구성되어 있다. 이러한 피측정물(1)의 대표적인 예로는 힌지장치가 있으며, 축(2)과 유사한 형태의 부재, 예를 들어 핀, 포스트, 볼트 등을 중심으로 회전되는 부재의 토크를 측정하는 것도 물론 가능하다.

도 1에 보이는 바와 같이, 본 고안의 토크 측정장치는 외관을 구성하는 프레임(10)을 구비한다. 프레임(10)의 상면에 피측정물(1)의 측정위치를 제공하는 테이블(12)이 설치되며, 테이블(12)에는 관통구멍(14)이 형성되어 있다. 그리고, 프레임(10)의 저면에는 복수의 다리(16)가 부착되어 있다.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 프레임(10)의 중앙에 베어링하우징(20)이 수직하게 설치되어 있다. 베어링하우징(20)에는 중공부(22)와 연통하는 구멍(24)이 형성되어 있으며, 베어링하우징(20)의 중공부(22)에는 회전축(30)이 베어링(32a, 32b)의 지지에 의하여 회전가능하도록 수직하게 장착되다. 회전축(30)의 외면에는 베어링(32a, 32b)의 상하측에 배치되어 회전축(30)의 상하 이동을 구속할 수 있도록 스냅링(34a, 34b)이 결합되어 있다. 회전축(30)의 상부에는 테이블(12)의 관통구멍(14)을 통하여 노출되는 결합구멍(36)이 형성되어있다.

또한, 회전축(30)의 상부에 회전체(40)의 축구멍(42)이 끼워져 회전가능하도록 장착되어 있고, 회전체(40)의 상면에는 결합구멍(36)에 결합되어 있는 피측정물 (1)을 밀어 회전시킬 수 있도록 푸셔(44)가 장착되어 있다. 회전축(30)과 회전체 (40)의 사이의 상하측에 베어링(46a, 46b)이 장착되어 있으며, 회전축(30)의 외면에는 베어링(46a, 46b)의 상하측에 배치되어 회전체(40)의 상하 이동을 구속할 수 있도록 스냅링(48a, 48b)이 결합되어 있다. 테이블(12)의 관통구멍(14)과 회전체 (40)의 외면 사이에는 회전체(40)의 회전을 지지하는 베어링(46c)이 장착되어 있다.

도 1과 도 5에 보이는 바와 같이, 본 고안의 토크 측정장치는 회전축(30)을 회전시키는 구동력을 제공할 수 있도록 프레임(10)의 내부에 설치되어 있는 모터 (50)를 구비하며, 모터(50)의 구동력은 감속기(52)에 의하여 미리 정해진 속도로 감속되어 구동축(54)에 전달된다.

또한, 토크 측정장치는 모터(50)의 구동력을 단속하여 전달하는 전동수단으로 모터(50)의 구동축(54)에 장착되어 있는 전자클러치(60)와, 전자클러치(60)와 협동하여 모터(50)의 구동력을 회전체(40)에 전달하는 기어열(62)을 구비한다. 기어열(62)은 구동축(54)에 장착되는 원동베벨기어(64)와, 이 원동베벨기어(64)와 맞물려 회전축(30)에 회전가능하도록 장착되며 회전체(40)의 저면에 나사(66)의 체결에 의하여 고정적으로 장착되는 종동베벨기어(68)로 구성된다. 회전축(30)과 종동베벨기어(68) 사이에 종동베벨기어(68)의 회전을 지지하는 베어링(70)이 장착되어 있고, 회전축(30)의 외면에는 베어링(70)의 하측에 배치되어 종동베벨기어(68)의 상하 이동을 구속하는 스냅링(72)이 결합되어 있다.

도 1, 도 4와 도 5를 참조하면, 회전축(30)의 외면에 베어링하우징(20)의 관통구멍(24)을 통하여 아암(80)의 일단이 고정적으로 연결되며, 아암(80)의 타단은 토크측정수단으로 로드셀(Load Cell: 90)과 고정적으로 연결되어 있다. 로드셀(90)은 아암(80)의 회전에 의한 응력에 비례한 변형을 전기저항값으로 측정하고, 로드셀(90)에 의하여 측정된 전기저항값은 컨트롤러(100)의 프로그램에 의하여 피측정물(1)의 토크측정값으로 산출되어 표시수단으로 인디케이터(102: 102a∼102d)와 램프(104: 104a∼104d)에 표시된다. 본 실시예에 있어서 인디케이터(102)에 의해서는 피측정물(1)의 토크, 월생산 및 일생산 수량, 모터(50)의 회전수를 표시할 수 있으며, 램프(104)에 의해서는 피측정물(1)의 합격, 불합격, 작업자에 의하여 설정되어 있는 토크의 상한값과 하한값을 표시할 수 있다. 따라서, 작업자는 인디케이터 (102)와 램프(104)의 표시에 의하여 피측정물(1)의 토크를 쉽게 확인할 수 있다.

또한, 컨트롤러(100)는 측정장치의 제어에 필요한 데이터를 입력하는 입력수단(106)으로 키패드(106a)와 버튼(106b∼106f)을 구비한다. 컨트롤러(100), 인디케이터(102), 램프(104), 입력수단(106)의 키패드(106a)와 버튼(106b∼106d)은 컨트롤박스(108)에 구성되며, 컨트롤박스(108)는 칼럼(108a)에 의하여 테이블(12)의 상면에 설치되어 있다. 그리고, 버튼(106e, 106f)는 데이블(12)의 상면 일측에 구성되어 있고, 이 버튼(106e, 106f)의 조작에 의해서는 모터(50)의 정역회전을 제어할 수 있다.

본 고안의 측정장치는 작동에 필요한 전원을 공급할 수 있도록 프레임(10)의 내부에 설치되는 전원공급유닛(110)과 프레임(10)의 전면에 설치되어 컨트롤러 (100)의 프로그램에 의하여 인쇄를 수행하는 프린터(120)를 구비한다. 프린터(120)는 컨트롤박스(108)의 일측면에 구성할 수도 있다. 그리고, 컨트롤러(100)에는 모터(50)의 회전수를 검출하는 회전수검출수단으로 종동베벨기어(68)와 근접하도록 설치되는 근접센서(130)를 구비한다. 근접센서(130)는 종동베벨기어(68)의 기어이에 빛을 투사하고 반사되는 빛을 검출하여 검출신호를 출력한다. 컨트롤러(100)는 근접센서(130)로부터 입력되는 검출신호에 의하여 모터(50)의 회전수를 산출하고 모터(50)의 구동을 제어한다.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 토크 측정장치의 작용을 설명한다.

도 2를 참조하면, 피측정물(1)이 회전축(30)에 제공되어 있지 않거나 또는 푸셔(44)가 피측정물(1)의 부재(3)와 맞닿지 않는 상태에서는, 회전체(40)만이 회전되고, 회전축(30)은 회전되지 않는다. 이 경우, 본 고안의 토크 측정장치에 의한 피측정물(1)의 토크는 측정할 수 없다.

도 1, 도 3과 도 5를 참조하면, 작업자는 회전축(30)의 결합구멍(36)에 피측정물(1)의 부재(3)가 푸셔(44)의 회전궤적에 배치되도록 축(2)을 결합시키고, 입력수단(106)의 조작에 의하여 모터(50)를 구동시킨다. 모터(50)의 구동력은 전자클러치(60), 기어열(62)의 원동베벨기어(64)와 종동베벨기어(64)에 의하여 회전체(40)에 전달된다. 회전체(40)는 회전축(30)을 중심으로 회전되고, 회전체(40)의 회전에 의하여 푸셔(44)는 피측정물(1)의 부재(3)를 밀어주게 된다. 따라서, 피측정물(1)이 회전체(40)와 함께 회전되면서 회전축(30)을 회전시키게 된다. 본 실시예에 있어서 피측정물(1)의 부재(3)를 회전축(30)의 결합구멍(36)에 결합시키고, 푸셔(44)에 의하여 축(2)을 밀어 피측정물(1)을 회전시킬 수도 있다. 그리고, 회전축(30)의 결합구멍(36)에 푸셔(44)에 의하여 피측정물(1)을 회전시킬 수 있도록 결합시키기 위하여 피측정물(1)에 적당한 지그(Jig) 또는 고정기구를 채용할 수 있다.

도 1과 도 4를 참조하면, 피측정물(1)과 회전축(30)이 함께 회전되면, 아암 (80)이 로드셀(90)를 작동시키게 되고, 로드셀(90)은 아암(80)의 회전에 의한 응력에 비례한 변형을 전기저항값으로 측정한다. 로드셀(90)에 의하여 측정된 전기저항값은 컨트롤러(100)의 프로그램에 의하여 피측정물(1)의 토크측정값으로 산출되어 인디케이터(102)와 램프(104)에 표시된다. 따라서, 작업자는 인디케이터(102)와 램프(104)의 표시에 따라 피측정물(1)의 합격과 불합격을 쉽게 판별할 수 있다. 그리고, 피측정물(1)의 토크측정값을 포함한 측정결과는 프린터(120)에 의하여 인쇄할 수 있다.

한편, 모터(50)의 회전수는 작업자가 입력수단(106)의 조작에 의하여 설정한다. 근접센서(130)는 종동베벨기어(68)의 기어이에 빛을 투사하고 반사되는 빛을 검출하여 검출신호를 출력한다. 컨트롤러(100)는 근접센서(130)로부터 입력되는 검출신호에 의하여 모터(50)의 회전수를 산출하고, 모터(50)의 회전수가 설정되어 있는 회전수에 도달되면, 전자클러치(60)를 작동시켜 모터(50)의 구동력을 단속한다.

또한, 본 고안의 모터(50)는 입력수단(106)의 조작에 의하여 시계방향 또는 반시계방향으로 구동하므로, 피측정물(1)의 축(2) 주위에 시계방향과 반시계방향으로 작용되는 토크를 모두 측정할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예는 본 고안의 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 고안의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 등록청구범위내에서 적절하게 변경가능한 것이다. 예를 들어 본 고안의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 토크 측정장치에 의하면, 모터의 구동에 의하여 피측정물을 매개로 회전체와 회전축이 함께 회전되면서 로드셀을 작동시킴으로써, 피측정물의 토크가 자동으로 측정되어 측정작업을 매우 간편하고 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 회전모멘트가 기구적인 메커니즘에 의하여 피측정물에 일정하게 부여함으로써, 측정정도를 향상시킬 수 있으며, 로드셀의 채용으로 내구성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 그리고, 피측정물의 양품과 불량품을 쉽게 판별할 수 있도록 인디케이터, 램프와 프린터에 의하여 측정결과를 다양하게 표시할 수 있으며, 특히 전수검사에 매우 유용한 효과가 있다.

Claims (4)

1. 축을 보유하는 피측정물의 토크를 측정하기 위한 토크 측정장치에 있어서,

   프레임과;

   상기 프레임에 회전가능하게 설치되고, 상기 피측정물이 착탈가능하게 결합되는 회전축과;

   상기 회전축에 회전가능하게 설치되며, 상기 피측정물을 매개로 하여 상기 회전축을 회전시킬 수 있는 회전체와;

   상기 회전체를 회전시키는 구동력을 제공하는 모터와;

   상기 모터의 구동력을 상기 회전체에 단속하여 전달하는 전동수단과;

   상기 회전축의 회전에 의한 변형을 전기저항값으로 측정하는 로드셀과;

   상기 로드셀의 전기저항값을 상기 피측정물의 토크로 산출하여 표시수단에 표시하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전동수단은,

   상기 모터의 구동축에 장착되며, 상기 컨트롤러에 의하여 제어되는 전자클러치와;

   상기 모터의 구동축에 장착되는 원동베벨기어와, 이 원동베벨기어와 맞물려 상기 회전축을 중심으로 회전가능하도록 상기 회전체에 고정적으로 장착되는 종동베벨기어를 갖는 기어열로 이루어지는 것을 특징으로 하는 토크 측정장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 모터의 회전수를 측정하여 상기 컨트롤러에 입력하는 회전수검출수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 토크 측정장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 회전체의 상면에 피측정물을 밀어 회전시키는 푸셔가 장착되는 것을 특징으로 하는 토크 측정장치.