KR20030014042A - 레이저 축 정렬 검출장치 및 방법 - Google Patents

레이저 축 정렬 검출장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저를 이용하여 축의 정렬상태를 측정하는 축 정렬 검출장치에 관련된다.
본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 발광부가 발광소자에서 방출된 광이 제1축의 중심선을 따라 조사되도록 상기 발광부 고정모듈에 장착되며; 수광부가 제2축의 중심선을 따라 입사되는 광을 수광할 수 있도록 상기 수광부 고정모듈에 장착되며 상기 발광부로부터 조사되는 광을 투과 및 반사시키는 프리즘과 상기 프리즘을 통해 투과 및 반사되는 광을 수광하여 전기적 신호로 각각 출력하는 수광소자들을 구비하며; 상기 각각의 수광소자에서 출력되는 전기적신호를 입력하여 두축의 정렬 상태를 나타내는 동심도 편차 데이터(XC,YC)와 평행도 편차 데이터(XT,YT)를 연산하고, 그 연산결과에 대응하는 동심도 이격거리 데이터와 평행도 이격거리 데이터 각각을 중심축으로 하는 가상의 축 이미지를 기준축상에 맵핑하여 표시데이터로 출력하는 컨트롤러와; 상기 컨트롤러로부터 출력되는 표시데이터를 표시하기 위한 표시장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레이저 축 정렬 검출장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING THE ALIGNMENTS OF SHAFT BY LASER}
본 발명은 축 정렬 검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 축의 정렬상태를 측정하는 레이저 축 정렬 검출장치 및 방법에 관한 것이다.
정밀 측정기기는 산업의 모든 분야에서 필요로 하는 기계나 부품의 정밀도를 측정 및 평가하기 때문에 산업 발전의 선도적 역할을 한다고 할 수 있다.
산업이 발전할수록 기계는 대형화와 더불어 복잡한 구조를 가지므로써 구동축과 회전축 등을 서로 연결하여 동력을 전달하는 부분이 많아져 서로의 축을 정밀하게 연결해야 하는 필요성이 증가하고 있다.
이러한 구동축(이하 "제1축이라"한다)과 이에 따른 종동축(이하"제2축"이라한다)의 연결시, 동력의 손실을 줄이고 축의 어긋남에 의한 축 이탈 등의 사고를 방지하면서 동력을 전달하기 위해서는 정밀하게 두 축의 오차를 최소화하여 연결하는 것이 매우 중요하다.
따라서 두 축의 정렬 상태를 측정하는 측정기기가 개발되었으며 산업 현장에서 이런 측정기기를 사용하여 두 축을 정밀하게 연결하여 사용해왔다.
종래에 이러한 축 정렬의 측정기기로 많이 사용된 것은 다이얼 게이지(다이얼 인디케이터)를 이용한 방법이었다.
상기 다이얼 게이지는 기어장치로 미소변위를 확대해서 길이나 변위를 정밀하게 측정하는 계기로서, 공작물의 설치 혹은 축 중심의 흔들림 및 직각 편향 등 미소의 오차를 검사하는데 이용하지만 온도 변화 및 취급 상태와 측정자의 측정 자세 및 측정력에 따라 측정 오차가 발생되는 매우 섬세한 측정 장비이다.
그러나 이것은 다른 정밀 측정용 계기인 버니어 캘리퍼스와는 달리 축에 부착되어 독자적으로 사용될 수 없어 반드시 지지대와 같은 보조 장치를 필요로 했다.
따라서 다이얼 게이지를 이용한 종래의 기술에 있어서는 두 샤프트 축을 연결하거나 고가의 장비를 설치할 경우, 맞추고자 하는 시스템 특성상 동심도와 평행도를 동시에 맞추어야 정확한 측정이 가능하기 때문에 적용하기가 대단히 어려웠다.
그러므로 측정시간이 많이 걸리게 됨은 물론, 측정 작업이 상당히 어렵고 측정값을 육안으로 식별하기 때문에 위치에 따른 측정오차가 발생하여 정확성을 기대할 수 없으며 이로 인한 교정 및 측정을 반복적으로 작업하는 문제가 있었다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여 최근에 레이저를 이용한 측정 장치가 개발되었다. 그러나 이것은 종래의 다이얼 게이지와 마찬가지로 축의 외주에 부착하여 측정하는 것으로 별도의 구조물이나 고정물등이 필요하고, 복잡한 구조로 이루어진 곳에 설치된 축의 정렬상태 측정시 상기 레이저 축 정렬 장치의 설치가 용이하지 못한 문제가 있다.
한편 레이저를 사용하므로 다이얼 게이지에 비하여 측정의 정밀도는 향상하였지만 동시에 동심도 및 평행도를 측정할 수 없었다. 즉 동심도 측정과 평행도 측정 등의 정렬상태를 측정하기 위해 축의 외주를 따라 장치의 위치를 옮겨가며 측정함으로써 정확한 측정에 상당한 시간이 소요되는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 전술한 종래의 축 정렬 장치에 관한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 레이저를 이용하여 높은 정밀도로 동심도 값과 평행도 값을 동시에 측정할 수 있는 레이저 축 정렬 검출장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 두 축의 외주에 접촉하지 않고 축 정렬 상태를 측정하므로 레이저 설치를 위한 별도의 구조물이 필요 없을 뿐만 아니라, 외형이 작은 축이나 복잡한 구조를 가진 기계에서도 측정할 수 있고 두 축의 정렬상태를 신속하게 측정할 수 있는 레이저 축 정렬 검출장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 두 축의 외주에 부착되지 않고 대향면의 중심부에 부착되어 측정함으로써 최초의 설치 후 설치상태의 변경 없이 축 정렬 상태를 측정할 수 있는 레이저 축 정렬 검출장치를 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치의 전체적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서 레이저 축 정렬 검출장치의 수광소자의 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 축 정렬 검출장치의 검출화면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 축 정렬 검출장치와 축과의 체결상태를 나타내는 종단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이저 축 정렬 검출장치와 축과의 체결상태를 나타내는 종단면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 축 정렬 검출방법을 도시한 흐름도이다.
<도면 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 제1축 11 : 플랜지 결함홈 12 : 플랜지 삽입홈
20 : 제2축
100 : 발광부 고정모듈
110 : 발광부 111 : 발광소자 112 : 콜리메이터 렌즈
121 : 결합공 122 : 삽입돌기 123 : 축 삽입홈
200 : 수광부고정모듈
210 : 수광부 211 : 프리즘 212,213 : 수광소자
214 : 광 가이드 홀
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 : 제1축(10)의 연결면 끝단에 체결되는 발광부 고정모듈(100)에는발광부(110)가 장착되되, 상기 발광부(110)는 발광소자(111)에서 방출된 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈(112)를 통해 조사되는 광이 상기 제1축(10)의 중심선을 따라 조사되도록 상기 발광부 고정모듈(100)에 장착되며; 상기 제1축(10)과 대향하는 상기 제2축(20)의 대향면 끝단에 체결되는 수광부 고정모듈(200)에는 수광부(210)가 장착되되, 상기 수광부(210)는 상기 제2축(20)의 중심선을 따라 입사되는 광을 수광할 수 있도록 상기 수광부 고정모듈(200)에 장착되며 상기 발광부(110)로부터 조사되는 광을 투과 및 반사시키는 프리즘(211)과 상기 프리즘(211)을 통해 각각 투과 및 반사되는 광을 수광하여 이에 따른 전기적 신호를 각각 출력하는 수광소자들(212,213)을 구비하며; 상기 수광소자들(212,213) 각각으로부터 출력되는 전기적 신호를 입력하여 두 축의 정렬 상태를 나타내는 동심도 편차 데이터(XC,YC)와 평행도 편차 데이터(XT,YT)를 연산하고, 그 연산결과에 대응하는 동심도 이격거리 데이터와 평행도 이격거리 데이터 각각을 중심축으로 하는 가상의 축 이미지를 기준축 상에 맵핑하여 표시 데이터로 출력하는 컨트롤러(300)와; 상기 컨트롤러(300)로부터 출력되는 표시 데이터를 표시하기 위한 표시장치(400); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이와 같은 양상에 따라 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 축의 정렬 상태를 알 수 있는 동심도와 평행도를 동시에 측정할 수 있으며 또한 레이저를 이용하므로 보다 정확하게 축의 정렬 상태를 측정할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 상기 수광부 고정모듈(200)이: 상기 발광부 고정모듈(100)로부터 조사되는 광의 수광범위를 제한하는 광 가이드 홀(214)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 일정한 범위로 입사되는 광만을 측정하므로 동심도와 평행도의 측정값을 정밀하게 측정할 수 있다.즉, 무분별하게 입사되는 광을 제한함으로써 동심도와 평행도를 측정하는데 필요한 광을 수광하여 축의 정렬상태를 측정하게 된다.
본 발명의 또 다른 부가적인 양상에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 제1축 및 제2축에 플랜지 삽입홈(12)과 플랜지 결합홈(11)이 형성되어 있는 경우 상기 발광부 고정모듈(100) 및 수광부 고정모듈(200) 각각은 : 상기 플랜지 삽입홈(12)에 대응하는 삽입돌기(122)와, 상기 플랜지 결합홈(11)에 대응하는 적어도 2이상의 플랜지 결합공(121)을 형성하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 제1축 및 이에 따른 제2축의 대향면의 중심부에 설치하여 측정하므로 측정시간 및 설치시간의 단축과 협소한 장소에서도 용이하게 설치할 수 있으며 설치상태의 변경 없이도 계속해서 축의 정렬 상태를 측정하는 작업이 가능하다.
또한 전술한 바와 같이 상기 고정부는 축의 형상에 따라 다양한 형상이 가능하며 종래의 레이저 축 정렬 장치에 비하여 제작비용이 저렴할 뿐만 아니라 저비용의 고정밀 측정장치를 제작할 수 있다.
본 발명의 추가적인 양상에 따른 레이저 축 정렬 검출방법은 : 축 정렬상태를 측정하기 위해 발광부 고정모듈 및 수광부 고정모듈 각각을 제1축 및 제2축에결합하여 축의 정렬 상태를 측정하는데 있어서, 상기 발광부 고정모듈(100)에서 레이저 광을 조사하는 단계(S10)와; 상기 조사되는 광을 상기 수광부 고정모듈(200)의 광 가이드 홀(214)에 입사시키는 단계(S20)와; 상기 수광부 고정모듈(200)에 장착된 수광소자들(212,213)을 통해 전기적 신호를 입력받는 단계(S30)와; 입력된 전기적 신호들을 연산하여 동심도 편차 데이터(XC,YC) 및 평행도 편차 데이터(XT,YT)를 산출하는 단계(S40)와; 산출된 연산결과에 대응하는 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터를 독출하는 단계(S50)와; 독출된 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터 각각을 중심축으로 하는 가상의 축 이미지를 맵핑하는 단계(S60)와; 맵핑된 가상의 축 이미지를 기준축에 재맵핑한 표시데이터를 표시장치(400)에 출력하는 단계(S70); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치에서 발광부 고정모듈(100)의 발광부(110)는 광을 방출하는 발광소자(111)와, 상기 발광소자에서 방출된 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이테 렌즈(112)로 구성되어 있다.
상기 발광소자(111)는 전기적 신호를 광으로 변환하여 방출하는 소자로서 태양전지와 같은 다양한 발광소자등이 사용될 수 있으나, GaAs와 Ga1-XAlXAs의 p-n접합으로 형성된 반도체를 이용한 레이저 다이오드가 바람직하다고 할 수 있다.
왜냐하면, 다른 발광소자와 비교하여 소형이며 단위 면적,단위 입체각에서의 발광파워가 크고 변조가 용이하여 제어하기가 쉬울 뿐만 아니라 응답속도가 빠르고 경제적으로도 효율적이기 때문이다.
한편 상기 콜리메이터 렌즈(112)는 상기 발광소자(111)에서 방출되는 광을 상기 수광부(210)의 프리즘(211)으로 조사하기 위하여 평행광으로 변환시켜준다. 이러한 역할을 하는 것으로 광을 집중시켜 주는 집광렌즈를 사용할 수 있다.
그러나 집광렌즈를 사용할 경우에는 색차수와 구면수차로 인한 영향을 제거하기 위하여 구면 2매 접합렌즈나 1매 비구면렌즈를 이용하는 것이 바람직하다.
수광부 고정모듈(200)의 수광부(210)는 상기 발광부 고정모듈(100)에서 조사된 평행광을 각각 투과 및 반사시키는 프리즘(211)과, 투과 및 반사된 광을 각각 수광하는 수광소자들(212,213)로 이루어져 있다.
상기 프리즘(211)은 축 정렬하고자 하는 축의 동심도와 평행도를 측정하는 각각의 수광소자로 상기 콜리메이터 렌즈(112)에 의한 평행광을 투과성분 및 반사성분으로 분할하는데 이러한 투과 및 반사비율을 언제나 1:1로 한정할 필요는 없다.
예를 들어 투과 및 반사비율이 1:1인 경우보다 3:7인 경우는 투과비율이 작아져 같은 거리이동에 대하여 나타나는 전기적 신호 값이 작아지기 때문에 거리에 대한 환산 비율이 크게 된다. 따라서 어떤 비율의 프리즘을 사용하더라도 무방하겠지만 상기 비율이 1:1인 직각 프리즘을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 수광소자들(212,213)은 상기 프리즘(211)에 의하여 투과 및 반사된 광을 검출하여 전기에너지로 변환하는 것으로 PIN 포토다이오드를 사용하는 것이 효율적이다.
이러한 포토다이오드는 보통 동작 영역이 1개로 되어 있는 것이 주로 많으나 레이저 광의 광량변화 등의 정보를 고속 고점도로 검출하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 바람직한 양상에 있어서는 동작영역이 4개로 분할된 하마마츠사에서 제작된 S5980,S5981을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 수광소자는 동심도를 측정하기 위하여 상기 프리즘(211)과 일직선상의 수평방향으로 위치한 제1수광소자(212)와 평행도를 측정하기 위하여 상기 프리즘에 수직방향으로 위치한 제2수광소자(213)로 이루어져 있다.
그리고 컨트롤러(300)는 상기 수광소자에서 수광한 광량에 따른 측정치를 연산하는 연산부(310)와, 연산결과에 대응하는 거리 및 각도를 얻기 위한 데이터 테이블(321) 및 이미지 영상이(322) 저장된 메모리부(320)와, 상기 메모리부(320)로부터 연산결과에 대응하는 거리 및 각도 데이터와 이미지 영상을 로드하여 표시장치(400)로 출력하도록 제어하는 출력구동제어부(330)를 포함하고 있다.
상기 연산부(310)는 센터에 대한 편차 데이터(XC,YC,이하 "동심도"라 한다)와 틸트(tilt)에 대한 편차 데이터(XT,YT,이하 "평행도"라 한다)를 얻기 위해 상기 제1·2수광소자(212,213)로부터 출력되는 전기적 신호를 하기 수학식1 및 2에 따라 연산하여 동심도(XC,YC)와 평행도(XT,YT)를 출력한다.
예를 들면 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 양상에 따른 4분할 포토다이오드에 있어서, 각 분할된 동작영역에서 검출한 광량에 비례하는 전기적신호를 입력받아 하기 수학식1 및 2를 이용하여 동심도(XC,YC)와 평행도(XT,YT)를 구한다.
즉 동심도(XC,YC)는 제1축의 중심선과 제2축의 중심선이 일직선상에 위치하는 것으로 수학식1과 같은 식에 의해 개략적으로 얻어질 수 있다.
,
이다.
또한 평행도(XT,YT)는 제1축의 중심선과 제2축의 중심선이 공간상에서 이루는 각도를 나타내는 것으로 수학식2와 같은 식에 의해 개략적으로 얻어질 수 있다.
,
이다.
윗식에서 Va1는 제1수광소자의 각각 분할된 a영역에서 검출한 광량에 따른 전압이고, Va2는 제2수광소자의 각각 분할된 a영역에서 검출한 광량에 따른 전압이다. 그리고 XC,YC는 동심도 측정을 위한 제1수광소자에서의 비율이며, XT,YT는 평행도 측정을 위한 제2수광소자에서의 비율을 표시한 것이다.
상기의 식에서 Va+Vb+Vc+Vd로 나누어 주는 이유는 광량의 변화에 따른 에러를 보정하기 위한 것이다. 즉 광량이 변한다면 거리 변화량에 대하여 전기적인 값에 대한 연산이 변하기 때문에 광량의 증감에 따른 거리 변화의 발생을 보정하기 위함이다.
전술한 일실시예는 센터를 나타낼 수 있는 거리에 대한 설명이며 틸트인 각도 역시 동일한 방법에 의해 산출되는데 상기의 식은 4분할의 수광소자를 이용한 본 발명에 한정된다. 이하에서는 센터와 틸트의 의미 및 이들의 상호관계를 설명한다.
먼저, 동심도의 편차를 알 수 있는 센터의 측정은 제1수광소자의 구분된 영역에서 검출된 광량에 따른 신호세기를 대입하여 알 수 있다. 즉 상기의 식에서 XC는 제1축에 대한 동심도의 좌·우 편차를 나타내는 값이고, YC는 상·하의 편차를 나타내는 값이다.
그리고 평행도의 편차를 알 수 있는 틸트의 측정은 제2수광소자의 구분된 영역에서 검출된 광량에 따른 신호세기로 측정하며, 상기의 식에서 XT는 제1축에 대한 평행도의 수평방향으로의 편차이고 YT는 수직방향으로의 편차를 나타낸다.
이들 측정치 각각의 절대값들이 0이면 제1축과의 동심도 및 평행도가 정확히일치한다는 것이다. 그러나 아무리 정확하게 측정하여 정렬하더라도 동시에 센터와 틸트를 각각 원점에 조정하는 것은 매우 힘들 것이다.
따라서 두 축 사이의 정확한 정렬를 위해서 우선적으로 틸트 값을 이용하여 평행도를 조정한 뒤 센터 값을 이용하여 동심도를 조절함으로써 보다 정확한 축의 정렬을 이루게 된다.
상기 메모리부(320)에는 상기 연산부(310)에서 연산된 동심도(XC,YC) 및 평행도(XT,YT) 데이터에 대응하는 동심도 이격거리 및 평행도 이격각도 데이터들이 저장되어 있는 데이터 테이블(321)과 이에 따른 이미지 영상(322)이 저장되어 있다.
한편 상기 데이터 테이블(321)은 상기 제1·2수광소자(212,213)에 의해 검출된 신호세기를 이용하여 연산된 동심도(XC,YC)에 대한 이격거리 데이터(X,Y) 즉 두 축의 수평 및 수직에 대한 편차를 나타내는 데이터와, 평행도(XT,YT)에 대한 이격각도 데이터(X,Y) 즉 두 축의 평행에 대한 편차를 나타내는 데이터을 저장하고 있다.
상기 이미지 영상(322)은 상기 데이터 테이블(321)에서 독출된 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터 각각을 중심축(c,d)으로 하는 가상의 축 이미지(A,B)로서, 도3에 도시된 바와 같은 이미지가 출력구동제어부(330)의 제어에 따라 표시장치에 표시된다.
즉 절대 수평을 나타내는 기준축(a,b)을 중심으로 상기 연산결과에 대응하는 각각의 동심도 이격거리 및 평행도 이격각도의 결과에 따른 가상축(c,d)을 중심축으로 하는 이미지 영상(A,B)을 저장하고 있다.
이러한 이미지 영상은 동심도에 대하여는 축의 이미지(A,B)가 기준축(a,b)을 중심으로 상·하로 표시되고, 평행도에 대해서는 좌·우로 표시되어 표시장치에 출력된다.
따라서 표시장치에 출력된 각각의 이격거리 및 이격각도 데이터(X,Y)와 기준축에 맵핑된 각 데이터(X,Y)에 따른 가상축을 중심축으로 하는 축 이미지 영상을 보면서 작업자는 보다 용이하게 제2축을 조정할 수 있는 장점이 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 제1축의 접합면 중심에 부착된 발광부에서 광을 조사하면 축 정렬하고자 하는 제2축의 접합면 중심에 부착된 상기 수광부에서 광을 검출하고, 검출된 광량의 신호세기를 이용하여 상기 컨트롤러에서 거리 및 각도좌표로 연산하여 표시장치에 출력해주므로 작업자는 상기 제1축과 상기 제2축의 축 정렬상태를 일치하도록 상기 제2축을 조정할 수 있게 되는 것이다.
도4 및 도5에 도시한 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치와 축과의 체결상태를 나타낸 각각의 종단면도 및 정면도를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이저 축 정렬 검출장치의 설치과정을 설명하기로 한다.
도4은 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치와 축과의 체결상태를 도시한 종단면도 및 정면도이다. 도시한 바와 같이 발광부/수광부 고정모듈(100,200) 각각에는 정렬하고자 하는 축(10,20)이 삽입,고정할 수 있도록 축 삽입홈(123)이 형성되어 있다. 이러한 발광부/수광부 고정모듈(100,200)을 축(10,20)에 고정시킬 수 있도록 고정모듈의 일부를 마그네틱으로 제작할 수도 있다.
한편 상기 발광부/수광부 고정모듈(100,200) 중심의 상향면에 상기 발광부(110) 및 수광부(210)의 중심이 일치하도록 각각 부착되되 일체형으로 구성을 이루고 있다.
그리고 앞에서 전술한 바와 같이 축의 형상에 따라 상기 고정부의 형상도 다양하게 제작할 수 있는데 예를 들면 도5와 같은 경우이다.
도5는 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 시스템과 축과의 또 다른 체결상태를 도시한 종단면도 및 정면도이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 실시예에 있어서 제1축(10) 및 이에 따른 제2축(20)은 예를 들면, 자동차의 엔진 구동축과 이에 상응되는 회전축이다.
상기 제1축(10) 및 제2축(20)은 두 축을 연결하기 위해 사용되는 플랜지와의 체결을 위해 형성된 플랜지 삽입홈(12)이 형성되어 있으며, 상기 플랜지 삽입홈(12) 외주연으로부터 소정거리 이격된 지점에 플랜지와의 결합을 위한 다수의 플랜지 결합홈(11)이 형성되어 있다.
상기 형상의 축에 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치의 발광부 고정모듈(100) 및 수광부 고정모듈(200)이 체결되기 위하여 다음과 같은 구조를 가지며 체결된다.
즉 상기 발광부/수광부 고정모듈(100,200)은 상기 제1·2축(10,20)에 형성된 플랜지 결합홈(11)에 대응하여 나사 또는 볼트와 같은 체결수단에 의해 결합되도록 형성된 다수의 플랜지 결합공(121)을 구비하고 있다.
또한, 상기 발광부/수광부 고정모듈(100,200)는 고정모듈 중심의 하향으로상기 플랜지 삽입홈(12)에 대응하는 삽입돌기(122)가 형성되어 있고, 고정모듈 중심의 상향면에 상기 발광부(110) 및 수광부(210)의 중심이 일치하도록 각각 부착되되 일체형으로 구성을 이루고 있다.
따라서 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 발광부 및 수광부가 고정부의 정중앙에 위치하는 각 모듈을 플랜지 삽입홈에 삽입,고정시킬수 있으므로 축의 외주에 부착하여 측정하는 종래의 장치보다 손쉽게 설치할 수 있다.
이와 같은 구성을 이루고 있는 레이저 축 정렬 검출장치는 제1축 및 제2축의 외주에 설치되어 동심도 및 평행도를 측정하는 종래의 기술보다 용이하게 설치할 수 있을 뿐만 아니라, 축 정렬 상태를 정확하게 측정할 수 있고 제작비용을 절감할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 방법을 첨부된 흐름도를 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명한다.
도6는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 레이저 축 정렬 검출방법을 도시한 흐름도로서 축 정렬 상태를 측정하기 위해 발광부/수광부 고정모듈 각각을 제1축 및 제2축에 결합하여 축의 정렬상태를 측정하는 것이다.
도시한 바와 같이 우선적으로 상기 발광부 고정모듈(100)에서 레이저 광을 조사한다(S10). 즉, 외부의 전원부(미도시)에서 입력된 전기적 신호가 상기 발광소자를 통하여 광을 방출하게 되는데 이때 방출되는 광은 약 8°~22°의 각도로 방출하게 된다. 이렇게 방출된 광은 콜리메이터 렌즈(112)를 통하여 평행광으로 변환되어 조사된다.
다음으로 조사되는 광을 상기 수광부 고정모듈(200)의 광 가이드홀(214)에 입사시킨다(S20). 즉 제2축(20)에서 상기 발광부 고정모듈(100)로부터 조사된 광을 확인하여 조사되는 광이 상기 수광부 고정모듈(200)의 광 가이드 홀(214)에 입사하도록 제2축을 조정하게 된다.
이후에 상기 수광부 고정모듈(200)에 장착된 수광소자들(212,213)을 통해 전기적 신호를 입력받는다(S30). 즉 상기 수광부 고정모듈(200)로 조사된 광은 프리즘(211)에 의하여 투과 및 반사되는데 이때 수평방향으로 투과되는 광은 동심도를 측정하기 위함이고 수직방향으로 반사되는 광은 평행도를 측정하기 위함이다.
이렇게 투과 및 반사된 광은 제1·2수광소자(212,213)의 각각 적어도 4개의 구분된 영역에서 수광된 광량에 따라 각 영역에서의 전기적 신호를 연산부(310)로 출력한다.
다음으로 입력된 전기적 신호들을 연산하여 동심도 편차 데이터(XC,YC) 및 평행도 편차 데이터(XT,YT)를 산출한다(S40). 이러한 데이터들은 전술한 수학식 1,2를 이용하여 개략적인 편차 데이터를 각각 산출할 수 있다.
산출된 연산결과에 대응하는 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터를 독출한다(S50). 상기의 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터는 메모리부에 저장된 데이터 테이블로부터 독출하게 된다.
독출한 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터 각각을 중심축(c,d)으로 하는 가상의 축 이미지(A,B)를 맵핑한다(S60). 이후에 맵핑된 가상의 축 이미지(A,B)를 기준축(a,b)에 재맵핑하여 표시장치에 출력(S70)함으로써 종료한다.
즉 도3에 도시된 바와 같이 축 정렬상태를 나타내는 동심도 및 평행도에 대한 검출결과를 가상의 축 이미지로 표시장치에 출력하게 된다.
따라서 표시장치에 출력된 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터와 기준축에 맵핑된 각각의 데이터(X,Y)에 따른 가상축을 중심축으로 하는 축 이미지 영상을 보면서 작업자는 보다 용이하게 제2축을 조정할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저 축 정렬 검출장치는 레이저를 이용함으로써 축의 정렬상태를 정확하게 측정할 수 있으며 조사된 광을 분할하여 측정하기 때문에 축의 정렬상태를 알 수 있는 동심도 및 평행도를 동시에 측정하는 것이 가능하다.
또한, 각 모듈을 축의 대향 면에 부착하여 사용하기 때문에 이러한 검출장치를 설치하기 위한 별도의 구조물 등이 필요 없을 뿐만 아니라, 직경이 작은 축이나 협소한 공간에서도 측정이 가능하다.
추가적으로 이에 따라 설치시간이나 두 축의 측정시간을 단축할 수 있으며 축의 정렬상태를 측정하기 위한 최초의 설치 후 설치상태의 변경이 없이 축 정렬 작업의 진행이 가능하다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (7)

  1. 제1축과, 이에 연결되는 제2축의 정렬 상태를 측정하기 위한 레이저 축 정렬 검출장치에 있어서,
    상기 제1축의 연결면 끝단에 체결되는 발광부 고정모듈에는 발광부가 장착되되, 상기 발광부는 발광소자에서 방출된 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이터 렌즈를 통해 조사되는 광이 상기 제1축의 중심선을 따라 조사되도록 상기 발광부 고정모듈에 장착되며;
    상기 제1축과 대향하는 상기 제2축의 대향면 끝단에 체결되는 수광부 고정모듈에는 수광부가 장착되되, 상기 수광부는 상기 제2축의 중심선을 따라 입사되는 광을 수광할 수 있도록 상기 수광부 고정모듈에 장착되며 상기 발광부로부터 조사되는 광을 투과 및 반사시키는 프리즘과 상기 프리즘을 통해 각각 투과 및 반사되는 광을 수광하여 이에 따른 전기적 신호를 각각 출력하는 수광소자들을 구비하며;
    상기 수광소자들 각각으로부터 출력되는 전기적신호를 입력하여 두 축의 정렬 상태를 나타내는 동심도 편차 데이터(XC,YC)와 평행도 편차 데이터(XT,YT)를 연산하고, 그 연산결과에 대응하는 동심도 이격거리 데이터와 평행도 이격거리 데이터 각각을 중심축으로 하는 가상의 축 이미지를 기준축 상에 맵핑한 표시데이터를 출력하는 컨트롤러와;
    상기 컨트롤러로부터 출력되는 표시데이터를 표시하기 위한 표시장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 축 정렬 검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수광부 고정모듈이:
    상기 발광부 고정모듈로부터 조사되는 광의 수광범위를 제한하는 광
    가이드 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 축 정렬 검출장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 :
    4분할 포토다이오드로 각각 구성되는 수광소자들로부터 전기적신호를 입력하여 두 축의 정렬 상태를 나타내는 동심도 편차 데이터(XC,YC)와 평행도 편차 데이터(XT,YT)를 연산하는 연산부와:
    축의 동심도 편차 데이터(XC,YC)와 평행도 편차 데이터(XT,YT)에 대응하는 동심도 이격거리 데이터와 평행도 이격각도 데이터를 독출하기 위한 데이터 테이블과, 상기 표시장치에 제2축의 동심도 이격거리 데이터와 평행도 이격각도 데이터 각각에 가상의 축 이미지를 맵핑하기 위한 이미지 영상이 저장된 메모리부와;
    상기 메모리부로부터 독출된 동심도 이격거리 데이터와 평행도 이격각도 데이터 각각이 중심축이 되도록 가상의 축 이미지를 맵핑한 표시데이터를 상기 표시 장치로 출력하도록 제어하는 출력구동제어부;
    를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 축 정렬 검출장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1축 및 제2축에 결합되는 상기 발광부 고정모듈 및 수광부 고정모듈
    각각은 :
    상기 제1축 및 제2축에 결합하는 축 삽입홈을 형성하고 있으며 마그네틱 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저 축 정렬 검출장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1축 및 제2축에 플랜지 삽입홈과 플랜지 결합공이 형성되어 있는 경우 상기 발광부 고정모듈 및 수광부 고정모듈 각각은 :
    상기 플랜지 삽입홈에 대응하는 삽입돌기와, 상기 플랜지 결합홈에 대응하는 적어도 2이상의 플랜지 결합공을 형성하는 것을 특징으로 하는 레이저 축 정렬 검출장치.
  6. 축 정렬상태를 측정하기 위해 발광부 고정모듈 및 수광부 고정모듈 각각을 제1축 및 제2축에 결합하여 축의 정렬 상태를 측정하는 레이저 축 정렬 검출방법에 있어서,
    상기 발광부 고정모듈에서 레이저 광을 조사하는 단계와;
    상기 조사되는 광을 상기 수광부 고정모듈의 광 가이드 홀에 입사시키는 단계와;
    상기 수광부 고정모듈에 장착된 수광소자들을 통해 전기적 신호를 입력받아 연산하는 단계와;
    상기 연산단계에서 산출된 동심도 편차 데이터 및 평행도 편차 데이터를 표시장치에 출력하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 축 정렬 검출방법.
  7. 축 정렬상태를 측정하기 위해 발광부 고정모듈 및 수광부 고정모듈 각각을 제1축 및 제2축에 결합하여 축의 정렬 상태를 측정하는 레이저 축 정렬 검출방법에 있어서,
    상기 발광부 고정모듈에서 레이저 광을 조사하는 단계와;
    상기 조사되는 광을 상기 수광부 고정모듈의 광 가이드 홀에 입사시키는 단계와;
    상기 수광부 고정모듈에 장착된 수광소자들을 통해 전기적 신호를 입력받는단계와;
    입력된 전기적 신호들을 연산하여 동심도 편차 데이터 및 평행도 편차 데이터를 산출하는 단계와;
    산출된 데이터에 각각 대응하는 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터를 독출하는 단계와;
    독출된 동심도 이격거리 데이터 및 평행도 이격각도 데이터 각각을 중심축으로 하는 가상의 축 이미지를 맵핑하는 단계와;
    맵핑된 가상의 축 이미지를 기준축에 재맵핑한 표시데이터를 표시장치에 출력하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 축 정렬 검출방법.
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