KR20050005335A - 꼬인 케이블의 피치를 측정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

꼬인 케이블의 피치를 측정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 꼬인 케이블의 피치를 측정하기 위한 것으로서, 꼬인 케이블을 사이에 두고 양측에 발광부와 수광부를 배치하는 단계; 상기 케이블을 일정한 속도로 진행시킴과 더불어 상기 발광부로부터 수광부로 광을 조사하는 단계; 및 상기 수광부를 통해 측정되는 케이블의 꼬임구조에 상응하는 수광량 변화패턴을 이용하여 피치를 산출하는 단계;를 포함하는 피치 측정방법과 이를 수행하기 위한 장치가 개시된다.
본 발명에 의하면, 장치의 구성이 저렴하고, 나선형으로 꼬인 케이블의 피치를 실시간으로 측정할 수 있는 잇점이 있다.

Description

꼬인 케이블의 피치를 측정하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for measuring a pitch of stranded cable}
본 발명은 꼬인 케이블(stranded cable)의 피치를 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 케이블의 나선형 꼬임구조에 대한 피치(pitch)를 저렴한 비용으로 실시간 측정할 수 있는 꼬인 케이블의 피치 측정방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 케이블은 두 가닥 이상의 선재를 꼬아서 제조하게 되는데, 케이블의 품질 저하를 방지하기 위해서는 길이방향을 따라 균일한 피치로 선재를 꼬는 것이 중요하다.
도 1에는 꼬인 케이블(2)을 제조하기 위한 종래의 꼬인 케이블 제조장치의 구성이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 꼬인 케이블 제조장치에는 적어도 두 가닥 이상의 선재(1)를 공급하도록 선재보빈(11)이 구비된 선재 공급수단(pay-off)(10)과, 상기 선재(1)를 일정한 속도로 인취하는 인취기(capstan)(25)와, 상기 선재 공급수단(10)과 인취기(25) 사이에 개재되는 가이드 다이(15) 및 회전체(20)와, 꼬인 케이블(2)을 감기 위한 권취기(take-up)(30)가 구비된다.
상기 인취기(25)에 의해 당겨짐에 따라 선재 공급수단(10)으로부터 연속적으로 공급되는 선재(1)들은, 가이드 다이(15)에 의해 모아진 상태에서 회전체(20)를 통해 소정 피치로 꼬아진 후 권취기(30)에 전달된다.
이러한 케이블 제조장치를 이용해 꼬임구조를 형성하는 방법은, 상기 회전체(20)의 1회전시 생기는 피치의 수에 따라 예컨대, 1도연(single twister), 2도연(double twister), 3도연(triple twister) 방식 등으로 구분될 수 있다.
여기서, 케이블의 길이방향을 따라 균일한 피치를 형성하기 위해서는 꼬임공정이 이루어지는 도중에 피치의 크기를 정확하게 실시간으로 모니터링 하는 것이 중요한데, 종래에는 인라인(IN-LINE) 방식으로 케이블의 피치를 측정할 수 있는 수단이 제공되지 않은 관계로 모든 공정이 완료된 후에 오프라인(OFF-LINE)으로 피치를 측정하는 방식이 널리 사용되었다.
그러나, 오프라인 방식의 측정법은, 케이블의 일정구간을 샘플링한 후 마이크로미터나 버어니어캘리퍼스 등의 길이측정수단을 사용해 육안으로 측정작업을 수행하는 것이므로, 측정시간이 너무 오래 소요되고, 측정하는 사람에 따라 측정값에 오차가 발생하는 단점이 있다.
한편, 종래에는 케이블 꼬임공정중 피치 불량이 발생할 경우 이를 작업중에실시간으로 감지할 수가 없으므로, 피치 상태에 영향을 끼치는 작업조건을 적절히 설정할 수 없는 취약점이 있었다. 예를 들어, 케이블의 피치는, 선재에 작용하는 장력의 변화, 인취기(25)에서의 선재 미끄러짐(slip)에 의한 선재속도 대 회전체 회전수 비의 변화 등에 의해 끊임없이 변하게 되는데, 종래에는 이러한 변화를 실시간으로 모니터링 할 수 없는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 장치의 구성이 저렴하고, 나선형으로 꼬인 케이블의 피치를 실시간으로 고속측정할 수 있는 피치 측정방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 통상의 기술에 따른 꼬인 케이블 제조장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피치 측정장치의 구성도.
도 3은 도 2에서 케이블에 의해 수광면적이 부분적으로 가려진 상태를 도시하는 단면도.
도 4는 본 발명에 따라 케이블에 의해 가려진 폭을 계산하기 위한 구성도.
도 5는 케이블에 의해 가려지는 면적이 선재의 회전에 따라 변화하는 것을 도시하는 도표.
도 6은 본 발명의 기능적 구성을 도시하는 블록도.
도 7은 도 6의 각 부분의 출력신호에 대한 파형도.
도 8은 도 6의 신호처리부를 이용해 꼬인 케이블의 피치를 산출하기 위한 신호의 파형도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100...발광부 105...렌즈부
110...광학슬릿 115...수광부
120...가이드롤러 125...엔코더
130...제1증폭기 135...콘덴서
140...제2증폭기 145...콤퍼레이터
150...분주기 155...신호처리부
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 꼬인 케이블의 피치 측정방법은, 꼬인 케이블을 사이에 두고 양측에 발광부와 수광부를 배치하는 제1단계; 상기 케이블을 일정한 속도로 진행시킴과 더불어 상기 발광부로부터 수광부로 광을 조사하는 제2단계; 및 상기 수광부를 통해 측정되는 케이블의 꼬임구조에 상응하는 수광량 변화패턴을 이용하여 피치를 산출하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제3단계는, 상기 수광부에서 출력되는, 수광량 변화에 따른 신호를 콤퍼레이터를 이용해 구형파 신호로 만드는 단계; 상기 구형파 신호를 2분주하는 단계; 및 상기 분주된 구형파 신호를 트리거 신호로 하여 케이블의 진행거리를 측정함으로써 실질적으로 케이블의 피치를 산출하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명에는 상기 꼬인 케이블의 진행에 연동하여 회전되는 가이드롤러와, 상기 가이드롤러의 회전을 카운트하기 위한 엔코더가 구비되고, 상기 구형파 신호를 트리거 신호로 하여 상기 엔코더에서 출력되는 펄스수를 카운트하는 단계; 및 수학식를 이용해 피치 P를 산출하는 단계;가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 꼬인 케이블의 피치를 측정하는 장치에 있어서, 일정속도로 진행되는 케이블을 사이에 두고 양측에 배치되는 발광부 및 수광부와, 상기 수광부를 통해 측정되는, 케이블의 꼬임구조에 상응하는 수광량 변화패턴에 따라 피치를 산출하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피치 측정장치가 제공된다.
바람직하게, 본 발명은 상기 케이블의 진행에 연동하여 회전되는 가이드롤러; 상기 가이드롤러의 회전을 카운트하기 위한 엔코더; 상기 수광부에서 출력되는, 수광량 변화에 따른 신호를 구형파 신호로 변환하는 콤퍼레이터; 및 상기 콤퍼레이터에서 출력되는 구형파 신호를 2분주하기 위한 분주기;를 포함하고, 상기 신호처리부는, 상기 구형파 신호를 트리거 신호로 하여 상기 엔코더에서 출력되는 펄스수를 카운트하는 한편,
수학식를 이용해 피치 P를 산출한다.
상기 발광부의 발광소자로는 LED가 채용될 수 있다. 여기서, 상기 LED로는 적외선 LED가 사용되는 것이 바람직하다.
상기 수광부의 수광소자로는 포토 다이오드가 채용되는 것이 바람직하다.
부가적으로 본 발명에는, 상기 발광부에서 발산되는 광을 평행광으로 변환하도록 상기 발광부와 케이블 사이에 개재된 렌즈부;가 더 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에는 상기 케이블과 수광부 사이에 개재되는 광학슬릿;이 더 포함될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 피치 측정장치의 구성을 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에는 연속적으로 진행되는 꼬인 케이블(2)을 사이에 두고 양측에 배치되는 발광부(100) 및 수광부(115)와, 상기 꼬인 케이블(2)과접촉되어 연동되는 가이드롤러(120) 및 엔코더(125)와, 케이블(2)의 피치를 산출하기 위한 신호처리부(도 6의 155 참조)가 구비된다.
발광부(100)와 수광부(115) 사이에는 꼬인 케이블(2)이 개재되어 진행하므로, 상기 발광부(100)로부터 수광부(115)측으로 조사된 광은, 도 3에 도시된 바와 같이 케이블(2)의 나선형 꼬임구조에 상응하는 부분만큼 가려진 상태로 수광부(115)에 도달한다.
여기서, 케이블(2)에 의해 가려지는 폭 W는, 도 4를 참조했을 때 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
도 5에는 상기 수학식 1에 의해 산출되는, 케이블(2)의 진행에 따라 변화되는 W의 값과 선재의 회전모드가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, W값이 d가 되도록 발광부(100)와 수광부(115) 사이에 꼬인 케이블이 개재될 때 수광소자(115a)의 가려지는 면적이 최소가 되고, W값이 2d가 되도록 발광부(100)와 수광부(115) 사이에 꼬인 케이블이 개재될 때 수광소자(115a)의 가려지는 면적이 최대가 됨으로써 결과적으로 선재의 회전각에 상응하여 수광량이 변화하게 됨을 알 수 있다.
또한, 케이블의 진행에 따라 실질적으로 선재가 360도 회전하여 원위치가 될 때 케이블(2)의 꼬임구조가 1피치가 되나, 상기 1피치 내에는 2주기의 수광량 변화가 존재함을 알 수가 있다.
바람직하게, 상기 발광부(100)와 꼬인 케이블(2) 사이에는 콜리메이터(collimator) 기능을 갖는 렌즈부(105)가 개재되어 상기 발광부(100)로부터 발산되는 광을 평행광으로 변환하여 수광부(115)측으로 조사한다.
또한, 상기 꼬인 케이블(2)와 수광부(115) 사이에는 광학슬릿(110)이 개재되어 수광소자(115a)에 감지되는 광량의 변화정도를 조절함으로써 실질적으로 상기 수광소자(115a)로부터 출력되는 신호의 신호대잡음비(S/N비)를 조절하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 광학슬릿(110)의 폭이 소정 기준치보다 좁아지면 수광소자(115a)에 도달하는 광량의 변화정도가 커지므로 신호대잡음비가 향상되어 신호의 검출도가 높아지게 된다.
상기 발광부(100)를 이루는 발광소자(100a)로는 다른 소자에 비해 상대적으로 가격이 저렴하면서도 광특성이 우수한 LED(Light Emitting Diode), 특히 적외선 LED를 채용하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 수광부(115)를 이루는 수광소자(115a)로는 포토 다이오드가 바람직하게 채용될 수 있다.
상기 가이드롤러(120)는 그 외주가 꼬인 케이블(2)와 접촉된 상태로 꼬인 케이블(2)와 연동하여 회전하게 된다. 이때, 가이드롤러(120)의 일측에는, 바람직하게 상기 가이드롤러(120)와 동기화된 1회전당 소정 수의 펄스를 발생시키는 엔코더(125)가 설치되어 상기 가이드롤러(120)의 회전을 카운트한다. 실질적으로 꼬인 케이블(2)의 진행거리(혹은 속도)를 측정하게 되는 상기 가이드롤러(120)와 엔코더(125)의 결합관계는 통상의 타코메터나 로터리엔코더와 같은 회전속도계의구성이 동일하게 채용될 수 있다.
신호처리부(155)는, 상기 수광부(115)에서 출력되는 신호와, 상기 엔코더(125)로부터 출력되는 케이블 진행속도 관련 신호를 처리하여 나선형으로 꼬인 케이블의 피치를 산출하는 기능을 수행한다.
도 6에는 이러한 작용을 위한 본 발명의 신호처리부(155)에 대한 기능적 구성이 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에는 수광부(115)에서 출력되는 전기신호를 구형파로 변환하기 위한 통상의 콤퍼레이터(comparator;비교기)(145)와, 상기 구형파 신호를 2분주하기 위한 분주기(150)가 구비되고, 신호처리부(155)는 상기 분주기(150)에서 출력되는 구형파 신호와 상기 엔코더(125)에서 출력되는 펄스신호를 이용하여 꼬인 케이블의 피치를 산출한다.
구형파의 생성을 위해, 상기 수광부(115)의 출력단과 콤퍼레이터(145) 사이에는 감지신호를 소정 레벨로 증폭하는 제1증폭기(130)와, 상기 제1증폭기(130) 출력단의 신호성분중 교류(AC)성분만을 분리하기 위한 콘덴서(135)와, 상기 콘덴서(135) 출력단의 신호를 소정 레벨로 증폭하기 위한 제2증폭기(140)가 개재되는 것이 바람직하다. 이러한 각 구성요소에서의 출력파형은 도 7에 도시된 바와 같다.
상기 제2증폭기(140)에서 출력되는 구형파는 분주기(150)를 통과시켜, 케이블의 1피치 동안 발생하는 2주기의 수광량 변화를 1주기의 구형파에 상응하도록 분주시키는 것이 바람직하다.
신호처리부(155)는 도 8에 도시된 바와 같이, 2분주된 상기 구형파 신호를 트리거(trigger) 신호로 하여 엔코더(125)의 펄스수를 카운트함으로써 꼬임구조의 1피치에 상응하여 회전된 가이드롤러(120)의 외주 길이를 측정하는 방식으로 피치를산출한다. 이에 따라, 상기 신호처리부(155)에서는 아래의 수학식 2를 이용해 케이블의 피치 P를 산출한다.
상기와 같은 수학식을 이용하면 한 주기의 구형파에 상응하는 피치를 계산할 수 있으며, 이러한 과정을 각각의 구형파에 대하여 반복하면 꼬인 케이블(2)의 길이방향을 따라 각 지점의 피치를 실시간으로 산출하는 것이 가능하다.
그러면, 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 케이블 피치 측정장치의 동작을 설명하기로 한다.
본 발명에 의하면, 꼬인 케이블(2)을 사이에 두고 양측에 각각 발광부(100)와 수광부(115)가 배치되어 발광 및 수광이 이루어지므로 꼬임구조에 따른 선재의 회전각 θ에 상응하여 수광량의 패턴이 주기적으로 변화하게 된다.
상기 수광량의 변화패턴에 따라 발생되는 정현파 신호는 콤퍼레이터(145) 및 분주기(150)를 거치면서 케이블의 1피치에 상응하는 구형파로 변환된 후 신호처리부(155)에 인가된다.
신호처리부(155)에서는, 상기 구형파 신호와, 상기 꼬인 케이블(2)의 진행에연동하여 회전하는 가이드롤러(120)에 연결된 엔코더(125)의 펄스신호를 이용하여 피치를 산출한다.
즉, 상기 신호처리부(155)는 상기 구형파 신호를 트리거 신호로 하여 상기 엔코더(125)에서 출력되는 펄스를 카운트함으로써 구형파 한 주기에 상응하여 회전된 가이드롤러(120)의 외주 길이를 상기 수학식 2에 따라 연산하고, 이로부터 꼬인 케이블의 피치를 실시간으로 산출하게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 저가의 LED를 사용하여 피치 측정장치를 구성할 수 있으므로 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 꼬인 케이블의 진행과 더불어 각 지점의 피치가 연속적으로 실시간 고속측정되므로 케이블의 꼬임상태를 신속하게 파악하여 대처할 수 있다.
따라서, 이러한 본 발명을 꼬인 케이블 제조공정에 적용할 경우, 길이방향을 따라 균일한 피치를 갖는 케이블을 보다 효율적으로 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims (10)

  1. 꼬인 케이블의 피치를 측정하는 방법에 있어서,
    꼬인 케이블을 사이에 두고 양측에 발광부와 수광부를 배치하는 제1단계;
    상기 케이블을 일정한 속도로 진행시킴과 더불어 상기 발광부로부터 수광부로 광을 조사하는 제2단계; 및
    상기 수광부를 통해 측정되는, 케이블의 꼬임구조에 상응하는 수광량 변화패턴을 이용하여 피치를 산출하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피치 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제3단계가,
    상기 수광부에서 출력되는, 수광량 변화에 따른 신호를 콤퍼레이터를 이용해 구형파 신호로 만드는 단계;
    상기 구형파 신호를 2분주하는 단계; 및
    상기 분주된 구형파 신호를 트리거 신호로 하여 케이블의 진행거리를 측정함으로써 실질적으로 케이블의 피치를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피치 측정방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 케이블의 진행에 연동하여 회전되는 가이드롤러와, 상기 가이드롤러의회전을 카운트하기 위한 엔코더가 구비되고,
    상기 구형파 신호를 트리거 신호로 하여 상기 엔코더에서 출력되는 펄스수를 카운트하는 단계; 및
    수학식를 이용해 피치 P를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 피치 측정방법.
  4. 꼬인 케이블의 피치를 측정하는 장치에 있어서,
    일정속도로 진행되는 케이블을 사이에 두고 양측에 배치되는 발광부 및 수광부와,
    상기 수광부를 통해 측정되는, 케이블의 꼬임구조에 상응하는 수광량 변화패턴에 따라 피치를 산출하는 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 피치 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 케이블의 진행에 연동하여 회전되는 가이드롤러;
    상기 가이드롤러의 회전을 카운트하기 위한 엔코더;
    상기 수광부에서 출력되는, 수광량 변화에 따른 신호를 구형파 신호로 변환하는 콤퍼레이터; 및
    상기 콤퍼레이터에서 출력되는 구형파 신호를 2분주하기 위한 분주기;를 포함하고,
    상기 신호처리부는,
    상기 구형파 신호를 트리거 신호로 하여 상기 엔코더에서 출력되는 펄스수를 카운트하는 한편, 수학식를 이용해 피치 P를 산출하는 것을 특징으로 하는 피치 측정장치.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 발광부의 발광소자로서 LED가 채용된 것을 특징으로 하는 피치 측정장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 LED는 적외선 LED인 것을 특징으로 하는 피치 측정장치.
  8. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 수광부의 수광소자로서 포토 다이오드가 채용된 것을 특징으로 하는 피치 측정장치.
  9. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 발광부에서 발산되는 광을 평행광으로 변환하도록 상기 발광부와 케이블 사이에 개재된 렌즈부;를 더 포함하는 피치 측정장치.
  10. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 케이블과 수광부 사이에 개재된 광학슬릿;을 더 포함하는 피치 측정장치.
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