KR20070042717A - 진원도 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진원도 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 그 목적은 측정장치 기계적 오차값을 측정하여 이를 제품의 편심도 측정값에 반영하도록 함으로써 측정값의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 진원도 측정장치를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 진원도의 측정이 이루어지는 정반 및 다수개의 지지부재들이 구비된 프레임; 상기 정반에 회전 가능하게 설치된 회전축; 상기 회전축의 상단부에 설치되어 회전하며, 측정대상 제품이 놓여지는 공간을 제공하는 지그; 상기 프레임에 설치되어 회전축을 회전시키는 구동모터; 상기 프레임에 설치되어 회전축의 회전량을 감지하는 엔코더; 상기 정반의 상부에 설치되어 지그의 편심량을 측정하는 지그용 측정자; 상기 정반의 상부에 설치되어 제품의 편심량을 측정하는 다수개의 제품용 측정자들; 및 상기 지그용 측정자 및 상기 제품용 측정자들에 의해 측정된 지그 및 제품의 편심량을 이용해 제품의 진원도를 구하는 제어부;를 구비하는 진원도 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

진원도, 지그용 측정자, 제품용 측정자, 엔코더, 지그

Description

진원도 측정장치 및 그 측정방법{apparatus and method for measuring roundness}

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 측정장치의 정면도,

도 2 는 도 1에 도시된 지그용 측정자와 제품용 측정자의 설치상태를 나타낸 사시도,

도 3 은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 측정장치의 측면도,

도 4 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 측정장치의 평면도,

도 5 는 도 2에 도시된 측정자의 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(110): 프레임 (111) : 상판

(120) : 회전축 (121) : 베어링

(130) : 지그 (140) : 구동모터

(150) : 엔코더 (161) : 제1 지그용 측정자

(162) : 제2 지그용 측정자 (171) : 제1 제품용 측정자

(172) : 제2 제품용 측정자 (173) : 제3 제품용 측정자

(180) : 제어부

본 발명은 원형단면을 갖는 제품의 진원도를 측정하는 장치에 관한 것으로, 특히 제품을 회전시키면서 다수개의 측정자들을 이용해 제품의 외경에 대한 진원도를 측정하는 진원도 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 진원도 측정장치는 원형단면을 갖는 제품을 회전시키면서 제품의 진원도를 측정하는 장치로, 제품이 고정된 지그를 회전시키면서 측정자를 이용해 제품의 진원도를 측정하도록 구성된다. 이처럼 제품이 고정됨과 더불어 회전시키는 지그의 런아웃(runout)을 보상하여 높은 정밀도를 갖도록 하기 위해 공기정압 베어링이 사용되고 있다.

그러나 상기 공기정압 베어링은 고가의 부품으로서 진원도 측정장치의 단가를 상승시키는 요인으로 작용하게 되며, 또한 공기정압 베어링의 내부로 이물질이 유입된 경우 정밀도가 저하되어 측정값에 대한 신뢰도가 현저히 저하되는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 측정장치 기계적 오차값을 측정하여 이를 제품의 편심도 측정값에 반영하도록 함으로써 측정값의 신뢰도를 향상시킬 수 있는 진원도 측정장치 및 그 측정방법를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 공기정압 베어링을 대치하여 일반적인 볼이나 로울러 베어링의 사용이 가능하게 함으로써 측정장치를 보다 저렴한 비용으로 제공할 수 있도록 하는 진원도 측정장치 및 측정방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 진원도의 측정이 이루어지는 정반 및 다수개의 지지부재들이 구비된 프레임;

상기 정반을 수직하게 관통함과 더불어 회전가능하도록 베어링에 의해 정반에 설치된 회전축;

상기 정반의 상부로 돌출되는 상기 회전축의 상단부에 설치되어 회전하며, 측정대상 제품이 놓여지는 공간을 제공하는 지그;

상기 프레임에 설치되며, 상기 회전축의 하단부와 연결되어 회전축을 회전시키는 구동모터;

상기 프레임에 설치되며, 상기 회전축과 연결되어 회전축의 회전량을 감지하는 엔코더;

상기 정반의 상부에서 상호 90°의 각도 간격을 갖도록 설치되어 지그의 편심량을 측정하는 두개의 지그용 측정자들;

상기 정반의 상부에 설치되어 지그에 고정된 제품의 편심량을 측정하는 다수개의 제품용 측정자들; 및

상기 지그용 측정자 및 상기 제품용 측정자들에 의해 측정된 지그 및 제품의 편심량을 이용해 제품의 진원도를 계산하는 제어부;를 구비하는 진원도 측정장치를 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 진원도 측정장치의 지그에 측정대상 제품을 고정하는 단계(S1);

상기 단계(S1)를 의해 지그 상에 놓여진 제품을 지그와 함께 회전시키는 단계(S2);

상기 단계(S2)에 의한 지그의 회전시 지그의 편심량을 측정하는 단계(S3);

상기 단계(S2)에 의한 제품의 회전시 제품의 편심량을 측정하는 단계(S4);

상기 단계(S3)에 의해 측정된 지그의 편심량을 이용해 상기 단계(S4)에 의해 측정된 제품의 편심량을 보정하는 단계(S5); 및

상기 단계(S5)를 거쳐 보정된 제품의 편심량을 이용해 제품의 진원도를 구하는 단계(S6);로 이루어진 진원도 측정방법을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 측정장치를 나타내고 있다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 측정장치는 프레임(110)과, 회전축(120)과, 지그(130)와, 구동모터(140)와, 엔코더(150)와, 제1,2 지그용 측정자(161,162)와, 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)와, 제어부(180)로 구성된다. 이러한 측정장치는 측정대상인 제품(10)을 지그(130)상에 고정하여 지그(130)와 제품(10)을 회전시키면서 상기 제1,2 지그용 측정자(161,162)와 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)를 이용해 지그(130)와 제품(10)의 편심량을 각각 측정하게 되며, 이때 측정된 지그(130)의 편심량을 이용해 제품(10)의 편심량을 보정함으로써 보다 정밀한 계측이 가능하도록 구성된다.

상기 프레임(110)은 정반(111)과, 이 정반(111)을 지지하는 다수개의 지지대(112)들로 구성되어 제품(10)에 대한 진원도의 측정이 이루어지는 공간을 제공하게 된다.

상기 회전축(120)은 베어링(121)에 의해 정반(111)에 설치되며, 이때 그의 상단부는 정반(111)의 상부로 돌출되어 지그(130)에 연결되고, 그의 하단부는 정반(111)의 하부로 돌출되어 구동모터(140) 및 엔코더(150)와 연결되도록 구성되어 있다.

상기 지그(130)는 측정대상 제품(10)이 놓여지는 공간을 제공하는 것으로, 상기 정반(111)의 상부에 배치되며, 회전축(120)의 상단부에 연결되어 회전하도록 구성되어 있다.

상기 구동모터(140)는 회전축(120)의 회전을 위한 동력을 제공하는 것으로, 상기 정반(111)의 하부에 설치되며, 상기 회전축(120)과 구동모터(140)의 축에 각각 설치된 한쌍의 풀리(141,142) 및 이 한쌍의 풀리(141,142)들을 연결하는 벨트(143)에 의해 회전축(120)과 연결되어 동력을 전달하도록 구성되어 있다.

상기 엔코더(150)는 구동모터(140)에 의해 회전하는 회전축(120)의 회전량을 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 것으로, 상기 정반(111)의 하부에 설치되며, 상기 회전축(120)의 하부에 연결되어 회전축(120)의 회전량을 감지하도록 구성되어 있다.

상기 제1,2 지그용 측정자(161,162)는 지그(130)의 편심량를 측정하는 것으로, 상호 90ㅀ의 각도 간격을 갖도록 고정용 브라켓(191,192)에 의해 상지 정반(111)의 상부에 설치되며, 이때 각 지그용 측정자(161,162)의 끝단이 지그(130)의 외주면에 닿을 수 있도록 설치되어 있다. 이러한 지그용 측정자(161,162)들은 지그(130)의 X축과 Y축 방향에 정렬되어 X축과 Y축에 대한 편심량을 측정하게 된다.

상기 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)는 제품(10)의 편심량을 측정하는 것으로, 상기 지그(130)에 고정된 제품(10)을 중심으로 90ㅀ의 각도 간격으로 배치되며, 이때 각각의 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)는 고정용 브라켓(191,192,193)에 의해 정반(111)의 상부에 설치되어 있다. 한편, 상기 제1,2 제품용 측정자(171,172)는 제1,2 지그용 측정자(161,162)와 동일한 고정용 브라켓(191,192)에 설치되어 제1,2 지그용 측정자(161,162)의 수직 상부에서 제품(10)의 편심량을 측정하도록 구성되어 있다.

도 5는 상기 지그용 측정자와 제품용 측정자로 사용된 측정자를 나타내고 있 다. 상기 제1,2 지그용 측정자(161,162)와 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)를 구성하는 측정자는 동일한 구성으로서, 바디(B)와 탐침봉(R)이 구비된 통상의 변위측정센서(Linear Variable Differential Transformer, LVDT)가 사용되며, 상기 탐침봉(R)이 지그(130) 또는 제품(10)에 대하여 근접하거나 멀어지는 거리를 검출함으로써 편심량을 측정하게 된다.

상기와 같이 구성된 진원도 측정장치를 이용한 제품(10)의 진원도 측정방법을 설명하면 다음과 같다.

측정대상 제품(10)을 지그(130)의 상부에 올려 놓는다. 이때 지그(130)는 측정하고자 하는 제품에 맞추어 제작된 것으로, 다른 제품을 측정하기 위해서는 해당 제품에 맞는 지그를 제작하여 사용하게 된다.

상기와 같이 제품(10)이 놓여지면, 구동모터(140)를 작동하여 제품(10)의 회전을 위한 동력을 발생시킨다. 이처럼 발생된 동력은 한쌍의 풀리(141,142) 및 벨트(143)를 통해 회전축(120)으로 전달되어 회전축(120) 및 지그(130)를 회전시킴으로서 제품(10)을 회전시키게 된다.

상기와 같이 지그(130) 및 제품(10)이 회전되면, 상기 제1,2 지그용 측정자(161,162)와 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)의 탐침봉(R)이 전진하여 지그(130) 및 제품(10)에 대한 편심량의 측정이 시작되며, 제1,2 지그용 측정자(161,162)와 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)는 지그(130) 및 제품(10)이 일정각도 회전될 때마다 해당 위치에 대한 편심량을 측정하여 제어부(180)로 전달하게 된다. 다시 말해, 제품(10)과 지그(130)의 원주상에 위치한 무수히 많은 점들 중 소정의 각도 간격을 갖는 일정 개수의 점들에 대한 편심량을 측정하게 된다. 한편 상술한 실시 예의 경우, 3개의 제품용 측정자(171,172,173)들이 구비되어 있어 제품(10)이 1회전 할 경우, 3번의 편심량 측정 즉, 진원도의 측정이 이루어지게 되며, 이처럼 각각의 제품용 측정자(171,172,173)들에 의해 측정된 진원도의 평균값을 구하게 되면 보다 정밀한 진원도의 측정이 가능하게 된다.

한편, 제1,2 지그용 측정자(161,162)들에 의해 각각 측정된 지그(130)의 X축과 Y축에 대한 편심량과, 상기 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)들에 의해 측정된 제품(10)의 편심량이 제어부(180)로 전달되면, 제어부(180)는 제1,2 지그용 측정자(161,162)에 의해 측정된 편심량을 이용해 제1,2,3 제품용 측정자(171,172,173)에 의해 측정된 편심량을 보정하게 된다. 이때 X축 방향에 위치한 제1 지그용 측정자(161)와 제1 제품용 측정자(171)는 동일한 고정용 브라켓(191)에 고정되어 동일방향에서 편심량을 측정하게 되므로 제1 지그용 측정자(161)에 의해 측정된 편심량을 제1 제품용 측정자(171)에 의해 측정된 편심량에 그대로 반영하여 보정하게 되고, Y축 방향에 위치한 제2 지그용 측정자(162)와 제2 제품용 측정자(172) 또한 동일한 고정용 브라켓(192)에 고정되어 동일방향에서 편심량을 측정하게 되므로 제2 지그용 측정자(162)에 의해 측정된 편심량을 제2 제품용 측정자(172)에 의해 측정된 편심량에 그대로 반영하여 보정하게 된다. 반면 나머지 제3 제품용 측정자(173)는 그와 동일한 방향에서 지그의 편심량을 측정하는 지그용 측정자가 없으므로 그와 동축, 즉 X축 상에 위치하여 측정방향만이 다른 제1 지그용 측정자(161)에 의해 측정된 지그의 편심량을 음의 값으로 환산한 뒤 제3 제품용 측 정자에 의해 측정된 제품의 편심량을 보정하게 된다.

한편, 상기와 같이 제품(10)과 지그(130)의 회전 시 엔코더(150)는 회전축(120)의 회전량, 즉 제품(10)과 지그(130)의 실제 회전량을 감지하게 되고, 이를 구동모터(140)의 제어 또는 편심량의 측정값에 반영하게 된다. 즉 실제 구동모터(140)를 제어하여 제품(10)을 90ㅀ의 각도로 회전시키고자 할 경우에도 제품(10)의 실제 회전각은 90ㅀ에 일치하지 못하게 되며, 이처럼 발생된 오차각을 엔코더(150)로서 측정한 뒤, 이 오차각을 구동모터(140)의 제어에 다시 반영함으로써 정확한 측정 포인트에서 측정이 이루어질 수 있도록 하거나, 또는 측정된 오차각을 이용해 측정된 편심량을 보정하게 된다.

상기와 같이 3개의 제품용 측정자(171,172,173)로부터 측정되어 보정된 각각의 편심량을 KSB5545에 의거하여 계산함으로써 제품(10)의 진원도를 구하게 된다. 이처럼 제품의 1회전시 3개의 제품용 측정자들에 의해 3번의 진원도 측정이 이루어지므로, 반복측정시 발생할 수 있는 오차를 방지할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같이 지그용 측정자와 제품용 측정자를 이용해 지그와 제품의 편심량을 측정한 뒤, 지그의 편심량을 이용해 제품의 편심량을 보정함으로써 측정장치의 기계적 오차에 의한 측정값의 오차 발생을 방지할 수 있게 되었다. 더욱이 기계적 오차를 보정하는 구성으로 회전축의 지지를 위한 고가의 공기정압 베어링이 아닌 일반 베어링을 사용할 수 있게 하여 구조가 단순하고, 측정장치의 생산 단가를 낮추어 경쟁력을 향상시킬 수 있게 되었다.

Claims (6)

1. 진원도의 측정이 이루어지는 정반 및 다수개의 지지부재들이 구비된 프레임;

   상기 정반을 수직하게 관통함과 더불어 회전가능하도록 베어링에 의해 정반에 설치된 회전축;

   상기 정반의 상부로 돌출되는 상기 회전축의 상단부에 설치되어 회전하며, 측정대상 제품이 놓여지는 공간을 제공하는 지그;

   상기 프레임에 설치되며, 상기 회전축의 하단부와 연결되어 회전축을 회전시키는 구동모터;

   상기 프레임에 설치되며, 상기 회전축과 연결되어 회전축의 회전량을 감지하는 엔코더;

   상기 정반의 상부에서 상호 90ㅀ의 각도 간격을 갖도록 설치되어 지그의 편심량을 측정하는 두개의 지그용 측정자들;

   상기 정반의 상부에 설치되어 지그에 고정된 제품의 편심량을 측정하는 다수개의 제품용 측정자들; 및

   상기 지그용 측정자 및 상기 제품용 측정자들에 의해 측정된 지그 및 제품의 편심량을 이용해 제품의 진원도를 계산하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제품용 측정자들은 3개로 구성되며,

   상기 3개의 제품용 측정자들은 상호 90ㅀ의 각도 간격을 갖도록 지그의 회전 중심점을 기준으로 원형배열된 것을 특징으로 하는 진원도 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 3개의 제품용 측정자들 중 두개의 제품용 측정자는 상기 각 지그용 측정자의 수직 상부에 설치되어 지그용 측정자와 동일방향에서 편심량을 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 진원도 측정장치.
4. 진원도 측정장치의 지그에 측정대상 제품을 고정하는 단계(S1);

   상기 단계(S1)를 의해 지그 상에 놓여진 제품을 지그와 함께 회전시키는 단계(S2);

   상기 단계(S2)에 의한 지그의 회전시 지그의 편심량을 측정하는 단계(S3);

   상기 단계(S2)에 의한 제품의 회전시 제품의 편심량을 측정하는 단계(S4);

   상기 단계(S3)에 의해 측정된 지그의 편심량을 이용해 상기 단계(S4)에 의해 측정된 제품의 편심량을 보정하는 단계(S5); 및

   상기 단계(S5)를 거쳐 보정된 제품의 편심량을 이용해 제품의 진원도를 구하 는 단계(S6);로 이루어진 것을 특징으로 하는 진원도 측정방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 단계(S2)는, 지그와 제품의 회전량을 엔코더를 이용해 감지하는 단계(S2`)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정방법.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 단계(S4)는, 상호 90ㅀ의 각도 간격을 갖는 3개의 제품용 측정자를 이용해 제품의 1회전시 3번의 진원도측정이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정방법.

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