KR20080110469A - 대상물의 진직도 및 두 대상물의 단차와 기울기 각도차를측정하는 측정 장치 및 이를 이용한 축정렬 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대상물의 진직도 및 두 대상물의 단차와 기울기 각도차를 측정하는 측정 장치 및 이를 이용한 축정렬 방법에 관한 것으로, 측정하고자 하는 대상물의 제1면의 기울기에 따라 회전하는 제1프로브와; 측정하고자 하는 대상물의 제2면의 기울기에 따라 회전하는 제2프로브를; 포함하여, 상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 회전 변위를 측정하여, 제1면과 제2면 또는 측정장치를 회전시키거나 이동시키지 않더라도, 측정된 회전각을 기초로 측정하고자 하는 제1면과 제2면의 단차, 기울기 각도차, 직진도 등을 측정할 수 있는 측정 장치를 제공한다.

단차, 기울기 각도, 평편도, 직진도, 스트레인게이지, 브리지전압차

Description

대상물의 진직도 및 두 대상물의 단차와 기울기 각도차를 측정하는 측정 장치 및 이를 이용한 축정렬 방법 {APPARATUS FOR MEASURING STRAIGHTNESS IN ADDITION TO DIFFERENCES OF STEP AND ANGLE OF TWO OBJECTS AND SHAFT ALIGNMENT METHOD USING SAME}

본 발명은 대상물의 진직도나 단차 및 기울기 각도차를 측정하는 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것으로, 정밀하게 연결되어 조립이 필요한 레일, 고속 회전축, 정밀 기계 등의 연결부 단차와 기울기 각도차를 측정하며, 인발, 압출, 압연의 공정으로 가공되는 소재의 직진도를 측정할 수 있는 측정 장치 및 그 측정 방법에 관한 것이다.

도1 및 도2는 종래의 직진도를 측정하는 장치를 도시한 개략도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 종래의 직진도를 측정하는 장치는 면의 평탄도나 직진도를 측정하기 위하여 측정하고자 하는 면(88)을 따라 탐침(10)을 슬라이드 이동하는 것에 의하여 측정하였다. 그러나, 이와 같은 방식의 측정 방법은 슬라이드 이동유닛 자체의 이동 정밀도가 면(88)의 평탄도 등의 측정 정밀도를 제한하게 되어, 측정 장치가 무거우며 비쌀 뿐만 아니라 측정 대상물의 크기를 제한하는 결과를 초래하였 다. 따라서, 실제 제품의 가공, 조립, 설치 작업을 행하는 현장에서도 쉽게 휴대하면서 사용하기 용이한 측정 장치가 요구되었다.

일반적으로, 인발, 압출, 압연에 의하여 제작된 제품의 굴곡도를 측정하기 위하여, 금형이나 치구를 조립하고 나서, 정밀 측정실에서 3차원 측정을 통하여 품질 상태를 파악하는 측정 방법은 연속적으로 이루어져야 하는 생산 공정의 생산성을 크게 저하시키는 문제점이 있었다. 따라서, 현장에서는 제작된 제품을 대략적으로 육안으로 파악하여 제품의 정확한 품질 측정없이 생산 공정을 지속하는 문제점이 야기되기도 하였고, 생산 공정에서의 제품 불량에 관한 해결책을 모색하거나 보다 우수한 공정관리를 구현하는 데 있어서도 한계가 있었다.

마찬가지로, 레일 조립 및 설치 현장에서도 연결부분의 단차 및 기울기 각도의 측정은, 주로 육안으로만 파악하거나 직선바 등을 밀착시켜 레일과 직선바 사이의 틈새량 등으로부터 대략적으로 파악하는 정도에 머물러 있다. 그러나, 승강기 레일의 경우 연결부 각도가 1/100도가 어긋날 경우 5m 레일 반대쪽에서는 1mm가 어긋나기 때문에 전체 연결이 지그재그로 설치되는 문제점이 있었다. 따라서, 레일을 따라 운행되는 이송물이 설치된 이후에 그 이송물의 운행을 통해서야 비로소 레일 설치 품질을 파악할 수 있게 되고, 이로부터 레일의 연결부를 다시 반복하여 재정렬시키는 작업을 통하여 조정할 수 밖에 없었다. 이에 따라, 레일의 직진도 측면에서 조립 품질이 불량한 경우가 많고, 작업자의 작업 숙련도에 조립 품질이 크게 좌우됨에 따라 체계적인 품질관리와 공정관리가 곤란한 문제점이 있었다.

한편, 고속, 고하중을 구동하는 모터와 압축기 등을 연결하는 커플링에서 회 전축의 연결 정밀도가 나쁠 경우 베어링 파손, 회전축 파단, 과도한 진동 및 소음, 과도한 전력 소모를 수반하게 된다. 축의 회전 정렬도와 설비의 수명은 도4에 도시된 바와 같이 밀접하게 관련된다.따라서, 회전축의 정확한 정렬 작업은 공장이나 플랜트의 설비 보전에 중요한 작업 중 하나이다.

이와 같은 측면에서, 현장에서는 주로 적용하는 방법은 다이얼게이지나 레이저 측정기(50)를 이용하여 회전축의 정확한 정렬 작업을 행하고 있다. 즉, 도5에 도시된 바와 같이 2개의 구동축(20)과 종동축(30)을 정렬하고자 하는 경우에는, 도6에 도시된 바와 같이, 다이얼 게이지(42)의 고정부(40)를 종동축(30)에 설치하고, 다이얼 게이지의 탐침(41)을 구동축(20)의 외주면에 접촉시킨 상태로 동시에 회전시키면서, 다이얼게이지(42)의 눈금을 읽는 방법에 의하여, 다이얼 게이지의 눈금의 양으로 나타나는 단차를 측정하였다. 그러나, 2개의 축의 정렬 불량은 각 축(20,30)의 단차(d'-d)만으로 표현되는 것이 아니라, 기울기 각도 성분(θ)으로도 나타나는 데, 도6의 방법으로는 각 축(20,30)의 기울기 각도에 대한 성분이 상대적으로 작게 나타나고, 다이얼게이지(42)의 눈금으로 표시된 값은 2개 축(20,30)의 단차와 기울기 각도차에 대한 것이 모두 반영되는 것이므로, 다이얼게이지(42)의 눈금으로 표시된 값을 기초로 단차 및 기울기 각도차의 공간 성분을 작업자가 머릿속으로 추론해야 하는 번거로움이 수반된다. 따라서, 매우 능숙하게 훈련된 작업자가 아니면 다이얼게이지(42) 눈금으로 표시된 값을 기초로 하여 각 축(20,30)의 단차와 기울기 각도를 어느정도로 조정하여야 정확한 정렬을 하는 것인지 가늠하기가 매우 어려우므로, 실질적으로 정확한 축정렬이 곤란한 문제점이 있었다.

이와 같은 어려움을 극복하기 위하여, 레이저를 이용한 측정 장치가 시중에 유통되고 있다. 레이저를 이용한 측정 장치는 구동축(20)과 종동축(30)을 회전시키면서 레이저광의 움직임양과 각도 변화를 이용하여 단차와 각도를 환산하는 방식이다. 그러나, 이와 같은 레이저 측정 장치는 수천만원을 호가하는 고가이어서 극도로 중요한 일부 분야에서만 적용되고 있을 뿐 다양한 현장인력들이 사용하기 어려운 한계를 가지고 있었다.

요약하면, 종래의 측정 방법은 단차와 각도의 절대적인 값을 측정하지 못한 채 2개의 축을 직접 회전시키는 것에 의하여 얻어지는 상대 오차 값만을 이용하는 간접 측정 방식을 채택함에 따라, 정렬시키고자 하는 축에 여러가지의 지그를 부착한 후, 신호선이나 전원공급선 등을 연결한 상태에서 축을 회전하여야 하는 번거로움이 수반된다. 더욱이, 단차 만큼이나 중요한 기울기 각도를 측정하고자 하는 경우에도, 단차와 기울기 각도가 모두 반영된 정보로만 표시되므로, 숙련된 작업자가 아니라면 올바른 축정렬 작업을 행하는 것이 곤란할 뿐만 아니라, 숙련된 작업자가 축정렬을 하더라도 오랜 작업 시간이 소요된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 측정하고자 하는 대상물의 2면의 단차와 기울기 각도를 직접 측정할 수 있는 측정장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 대상물의 2면의 단차와 기울기 각도차를 직접 측정함으로써 축을 회전시키지 않더라도 2개 축의 축정렬을 가능하게 하는 것을 다른 목적으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 레일등의 단차, 기울기 각도를 절대적인 값으로 직접 측정하고 소재의 굴곡도(평탄도)를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명은, 측정하고자 하는 대상물의 단차와 기울기 각도를 측정하는 측정장치를 휴대하기 편하도록 간단한 구성으로 저렴하게 제작하여, 다양한 작업 현장에서도 범용적으로 활용할 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 본 발명은 별도 연산을 위한 제어 회로를 구비하지 않고, 휘스톤 브리지의 브리지전압차만으로 측정하고자 하는 대상물의 단차와 기울기 각도차를 직접 측정할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 측정 공정 이전에 영점 조정을 위하여 기준 평판을 휴대하지 않더라도 영점 조정을 할 수 있도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 측정하고자 하는 대상물의 제1면의 기울기에 따라 회전하는 제1프로브와; 측정하고자 하는 대상물의 제2면의 기울기에 따라 회전하는 제2프로브를; 포함하여, 상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 회전 변위를 측정하여, 상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 측정된 회전 변위로부터 상기 제1면과 상기 제2면의 단차, 기울기 각도차, 직진도 중 어느 하나 이상을 측정하는 것을 특징으로 하는 측정 장치를 제공한다.

이는, 측정하고자 하는 대상물의 2개의 면의 기울기 각도만 측정하면, 이로부터 제1면과 제2면의 단차 및 기울기 각도, 직진도(평편도) 등을 산출하는 것이 가능하다는 새로운 원리에 기초한 것으로, 제1프로브와 제2프로브의 회전각을 스트레인게이지나 레이져 등의 수단을 이용하여 측정함으로써, 제1면과 제2면 또는 측정장치를 회전시키거나 이동시키지 않더라도, 측정된 회전각을 기초로 측정하고자 하는 제1면과 제2면의 단차, 기울기 각도차, 직진도 등을 측정할 수 있도록 하기 위함이다.

보다 구체적으로는, 제1면에 직접 밀착하거나 어댑터 등의 수단을 통하여 제1면의 기울기와 동일하게 회전하는 제1프로브의 회전각(θ1)을 측정하고, 마찬가지로, 제2면에 직접 밀착하거나 어댑터 등의 수단을 통하여 제2면의 기울기와 동일하게 회전하는 제2프로브의 회전각(θ2)을 측정하여, 제1면과 제2면의 기울기 각도차는 θ1과 θ2의 합으로서 구해지며, 제1면과 제2면 사이의 단차(d)는 아래의 수학식 1에 의하여 구해진다.

다시 말하면, 제1면과 제2면을 회전시키거나 이동하지 않더라도, 제1프로브와 제2프로브의 회전각(θ1, θ2)으로부터 제1면과 제2면의 단차, 기울기 각도차, 직진도 등을 측정할 수 있게 되는 것이다.

이 때, 상기 제1프로브 및 제2프로브가 제1면 및 제2면의 기울기를 정확하게 반영할 수 있도록 상기 제1프로브는 상기 제1면과 2점에서 접촉하고, 상기 제2프로브는 상기 제2면과 2점에서 접촉한다. 여기서, 제1프로브와 제2프로브가 제1면 및 제2면과 안정적으로 밀착되도록 제1프로브 및 제2프로브의 4개의 접촉부 중 하나의 접촉부는 기둥 높이가 상대적으로 큰 롤러 형상의 접촉 롤러로 형성되고, 4개의 접촉부 중 나머지 3개의 접촉부는 구형상의 접촉구로 형성된다. 이를 통하여, 하나의 접촉 롤러는 측정하고자 하는 면과 선접촉을 하게 되고, 나머지 3개의 접촉구는 측정하고자 하는 면과 점접촉을 하게되어, 제1면과 제2면의 기울기 정도나 방향에 관계없이 제1프로브와 제2프로브는 제1면 및 제2면과 안정적인 밀착상태를 유지할 수 있게 된다.

그리고, 일반적으로 측정하고자 하는 대상물은 강 재질로 형성되므로, 제1프로브와 제2프로브에는 각각 자석이 설치되어, 대상물과의 밀착 정도를 향상시킨다.

아울러, 상기 제1프로브와 상기 제2프로브를 회동 가능하게 지지하는 케이스를 구비하여, 케이스를 중심으로 제1프로브와 제2프로브가 하나의 몸체로 형성되어 취급이 용이해진다.

또한, 손잡이가 연장 형성된 회전축과, 상기 회전축에 편심되게 설치된 캠과, 상기 캠의 회전에 따라 상기 캠의 외주면과 접촉하여 상기 캠의 편심만큼 상기 케이스 내에서 왕복 이동하는 이동 몸체와, 상기 이동 몸체에 장착된 자석을 구비하고 상기 케이스에 설치된 탈부착 보조 유닛을; 구비하여, 상기 측정 장치를 측정하고자 하는 대상물에 부착시키고자 할 경우에는 회전축으로 캠을 회전시켜 이동 몸체에 결합되거나 이동 몸체와 일체인 상기 자석이 대상물에 근접하도록 하고, 상 기 측정 장치를 측정하고자 하는 대상물로부터 분리시키고자 할 경우에는 캠을 반대로 회전시켜 이동 몸체에 결합되거나 이동 몸체와 일체인 상기 자석이 대상물로부터 멀어지도록 하여, 상기 측정 장치를 대상물에 탈부착시키는 것을 보다 용이하도록 한다.

그리고, 상기 제1프로브는 정밀하게 회전 변위가 측정되어야 하므로, 상기 제1프로브에 관통 형성된 관통공에 보석, 세라믹 중 어느 하나의 재질로 형성되고 내부에 수용공간이 구비된 힌지 베어링과; 구면홈이 상기 힌지 베어링의 양쪽 외측으로 드러나도록 상기 힌지 베어링의 수용 공간에 삽입되는 구면 부재와; 선단면이 구면으로 형성되어 상기 선단면이 상기 곡면홈과 접촉하도록 상기 힌지 베어링의 양쪽 외측에 설치되는 핀을; 상기 제1프로브의 회전 중심에 구비한다. 이를 통하여, 상기 제1프로브는 상기 케이스에 대하여 경도가 높은 보석이나 세라믹 재질의 힌지 베어링으로 회전 지지되고, 힌지 베어링의 양측의 핀이 힌지 베어링 내에 수용되는 구면 부재의 구면홈을 가압함으로써, 제1프로브의 회전 중심은 자동 조심(self-alingment)된 상태로 설치되고, 사용에 따른 마모를 최소화할 수 있게 되어 정밀한 회전 상태를 장시간동안 유지시킬 수 있게 된다.

마찬가지로, 상기 제2프로브도 역시 제1프로브와 동일하게 회전 지지된다.

또한, 상기 측정 장치는, 상기 제1프로브를 상기 제1면으로부터 멀어지는 방향으로 잡아당기도록 일단에 걸림체가 형성되어 상기 제1프로브의 수용부에 삽입되어 걸리도록 형성된 제1와이어와; 상기 제2프로브를 상기 제2면으로부터 멀어지는 방향으로 잡아당기도록 일단에 걸림체가 형성되어 상기 제2프로브의 수용부에 삽입 되어 걸리도록 형성된 제2와이어와; 상기 제1와이어의 타단과 상기 제2와이어의 타단이 고정되어 이동 가능하게 형성된 조정 몸체를; 구비하여, 상기 조정 몸체의 이동에 따라 상기 제1와이어 및 상기 제2와이어에 인장력이 작용하여 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브가 미리 정해진 위치로 배열된 상태로 영점 조정하도록 구성된 다. 즉, 별도의 기준 블록을 휴대하지 않더라도, 제1와이어 및 제2와이어로 제1프로브 및 제2프로브를 잡아당겨 미리 예정된 일정한 위치와 형상으로 배열되는 상태를 안정적으로 구현함으로써, 이 상태를 상기 제1프로브 및 제2프로브의 기준 위치로 삼아 영점 조정을 행할 수 있게 된다.

이 때, 상기 걸림체가 제1프로브 및 제2프로브의 수용부 벽면과 일정한 접촉 상태를 유지하도록, 걸림체와 수용부의 접촉면은 일정한 경사면으로 형성된다. 그리고, 상기 조정 몸체는 전술한 이동 몸체로 형성될 수도 있다.

한편, 본 발명은, 케이스와; 측정하고자 하는 대상물의 제1면과 접촉하여 상기 제1면의 기울기에 따라 회전하는 제1프로브와; 측정하고자 하는 대상물의 제2면과 접촉하여 상기 제2면의 기울기에 따라 회전하는 제2프로브와; 상기 제1프로브의 회전 방향을 따라 끝단부가 상기 제1프로브에 고정되며 중앙부가 상기 케이스에 고정되는 제1판스프링과; 상기 제2프로브의 회전 방향을 따라 끝단부가 상기 제2프로브에 고정되며 중앙부가 상기 케이스에 고정되는 제2판스프링과; 상기 제1판스프링에 부착되는 제1스트레인게이지와; 상기 제2판스프링에 부착되는 제2스트레인게이지를; 포함하여 구성되고, 상기 제1스트레인게이지와 상기 제2스트레인게이지의 저항 변화값으로부터 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브의 회전 변위를 측정하여, 측 정된 회전 변위로부터 상기 제1면과 상기 제2면의 단차, 기울기 각도차, 직진도 중 어느 하나 이상을 측정하는 것을 특징으로 하는 측정 장치를 제공한다.

이는, 제1프로브와 제2프로브의 회전 변위를 검출하기 위하여 판스프링과 이에 부착된 스트레인게이지를 활용하는 것이다. 즉, 제1프로브 및 제2프로브에 양끝단부가 결합되는 제1판스프링 및 제2판스프링에 의하여, 제1프로브 및 제2프로브의 회전 변위는 제1판스프링 및 제2판스프링의 굽힘 변형으로 변형되어, 제1판스프링과 제2판스프링에 부착되는 제1스트레인게이지 및 제2스트레인게이지를 통하여 제1프로브 및 제2프로브의 회전 변위를 검출하도록 구성됨으로써, 제1프로브와 제2프로브의 회전 변위를 보다 저렴하고 신뢰성있게 검출할 수 있게 된다.

특히, 상기 제1스트레인게이지는 상기 제1판스프링의 중앙부로부터 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍이 부착되고, 상기 제2스트레인게이지는 상기 제2판스프링의 중앙부로부터 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍이 부착되어; 상기 제1스트레인게이지 중 압축되는 스트레인게이지는 상기 제2스트레인게이지 중 인장되는 스트레인게이지와 서로 마주보는 휘스톤브리지를 형성하여, 상기 제1면과 상기 제2면의 기울기 각도차에 비례하는 상기 휘스톤브리지의 브리지전압차가 출력치 신호로서 얻어지게 된다. 따라서, 별도의 신호처리 제어회로를 구비하지 않더라도, 출력 브리지 전압차만으로도 제1면과 제2면의 기울기 각도차를 직접 검출할 수 있게 된다. 즉, 휘스톤브리지 회로의 출력 브리지 전압차를 측정하여 그 브리지전압차로부터 사용 용도에 따른 일정한 게인값으로 즉시 교정(compensation)하여 쉽게 제1면과 제2면의 기울기 각도차를 얻을 수 있다.

이와 관련하여, 단차와 각도의 교정 작업은 기준 각도와 단차를 갖는 표준 측정구를 이용하여 제조 공정상에서 자동으로 쉽게 설정할 수 있다. 구체적으로는, 표준 측정구 상태에서 표준 각도와 단차를 갖도록 하드웨어의 롬(ROM)에 특성 상태의 게인(Gain) 값을 저장하도록 함으로써 가능하다. 다시 말하면, 판스프링의 선형성만 보장된다면 표준 측정구의 값을 이용하여 선형 특성의 기울기 값이 해당 게인(Gain)값에 해당된다. 이와 같은 방법은 전자 저울, 온습도 측정 등에서 폭넓게 사용되고 있는 방법으로 양산성이 우수한 장점을 갖는다.

이 때, 상기 제1스트레인게이지의 변형량은 상기 제2스트레인게이지의 변형량과 같게 되는 위치에 상기 제1스트레인게이지와 상기 제2스트레인게이지가 상기 제1판스프링 및 상기 제2판스프링에 부착된다. 예를 들면, 제1판스프링 및 제2판스프링의 두께가 전체에 걸쳐 일정하고, 제1판스프링의 중앙부로부터 이격된 상기 제1스트레인게이지까지의 거리가 상기 제2판스프링의 중앙부로부터 이격된 상기 제2스트레인게이지까지의 거리와 동일하게 위치하는 것에 의하여 상기 조건이 만족될 수 있다. 이를 통해, 휘스톤 브리지 회로의 저항값이 상호 대칭되도록 배열되어 휘스톤 브리지 회로로부터 출력되는 브리지 전압차의 교정(compensation) 작업이 훨씬 용이해진다.

한편, 상기 제1스트레인게이지는 상기 제1판스프링의 중앙부로부터 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍이 부착되고, 상기 제2스트레인게이지는 상기 제2판스프링의 중앙부로부터 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍이 부착되어; 상기 제1스트레인게이지 중 압축되는 스트레인게이지는 상기 제2스트레인게이지의 압축 되는 스트레인게이지와 서로 마주보고, 상기 제1스트레인게이지 중 인장되는 스트레인게이지는 상기 제2스트레인게이지의 인장되는 스트레인게이지와 서로 마주보는 휘스톤브리지를 형성하여, 상기 제1면과 상기 제2면의 단차에 비례하는 상기 휘스톤브리지의 브리지전압차가 출력치 신호로서 얻어지게 된다. 따라서, 별도의 신호처리 제어회로를 구비하지 않더라도, 출력 브리지 전압차만으로도 제1면과 제2면의 단차(d)를 직접 검출할 수 있게 된다. 즉, 휘스톤브리지 회로의 출력 브리지 전압차를 측정하여 그 브리지전압차로부터 사용 용도에 따른 일정한 게인값으로 즉시 교정(compensation)하여 쉽게 제1면과 제2면의 단차를 얻을 수 있다.

마찬가지로, 이 때에도, 상기 제1스트레인게이지의 변형량은 상기 제2스트레인게이지의 변형량과 같게 되는 위치에 상기 제1스트레인게이지와 상기 제2스트레인게이지가 상기 제1판스프링 및 상기 제2판스프링에 부착되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1면의 형상에 부합하는 면이 형성되어 상기 제1프로브의 밀착면에 결합되는 어댑터를; 추가적으로 포함하여, 제1면의 형상에 따라 제1프로브가 밀착할 수 있도록 보조한다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본발명은, 제1축과 제2축을 정렬시키는 방법으로서, 상기 제1축의 원주면의 기울기에 따라 회전하도록 제1프로브를 설치하는 제1프로브 설치단계와; 상기 제2축에 원주면의 기울기에 따라 회전하도록 제1프로브를 설치하는 제2프로브 설치단계와; 상기 제1축의 원주면의 기울기에 따른 상기 제1프로브의 회전각을 측정하는 제1프로브 회전각 측정 단계와; 상기 제2면축의 원주면의 기울기에 따른 상기 제2프로브의 회전각을 측정하는 제2프로브 회전각 측 정 단계와; 상기 제1프로브의 회전각과 상기 제2프로브의 회전각으로부터 상기 제1축과 상기 제2축의 기울기 각도차, 단차 중 어느 하나 이상을 산출하여 표시하는 표시 단계와; 상기 표시단계에서 표시된 상기 제1축과 상기 제2축의 기울기 각도차와 단차를 확인하면서 상기 제1축과 상기 제2축을 조정하여 정렬시키는 축정렬 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 축정렬 방법을 제공한다.

즉, 제1축과 제2축에 각각 제1프로브와 제2프로브를 설치하면, 제1프로브 및 제2프로브의 회전변위로부터 제1축과 제2축의 기울기 각도차와 단차가 곧바로 산출되어 표시되므로, 제1축과 제2축을 회전시키지 않더라도 제1프로브와 제2프로브의 기울기 각도차가 0이 되고 단차가 0이 되도록 제1축과 제2축을 조정함으로써, 간단히 제1축과 제2축의 정렬을 구현할 수 있게 된다.

보다 정밀한 축정렬을 위하여, 상하 방향 및 좌우 방향 이외에 대각선 방향을 포함하도록, 상기 제1프로브와 제2프로브가 포함된 측정 장치를 3군데에 설치하여 축정렬 작업을 행하는 것이 바람직하다. 이는, 정렬하고자 하는 제1축과 제2축의 외경이 정확하게 동일하지 않으므로, 상하 방향과 좌우 방향에 부착된 프로브의 단차 값이 0이더라도, 축 중심의 정렬이 안될 수 있기 때문이다. 이를 위하여 나머지 프로브의 단차 정보가 필요하게 된다. 따라서, 이와 같이 3군데에 부착된 모든 측정 장치의 단차값이 모두 같아지면, 제1축과 제2축의 외경이 정확히 동일하지 않더라도 단차 정렬된 상태로 쉽게 정렬시킬 수 있다.

이 때, 상기 제1축과 상기 제2축의 기울기 각도차(θ1+θ2)를 산출하는 것은, 상기 제1프로브의 회전 방향을 따라 끝단부가 상기 제1프로브에 고정되며 중앙 부가 상기 케이스에 고정되는 제1판스프링과; 상기 제2프로브의 회전 방향을 따라 끝단부가 상기 제2프로브에 고정되며 중앙부가 상기 케이스에 고정되는 제2판스프링과; 상기 제1판스프링의 중앙부로부터 일방으로 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍으로 부착된 제1스트레인게이지와, 상기 제2판스프링의 중앙부로부터 타방으로 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍으로 부착된 제2스트레인게이지를; 포함하여, 상기 외측면의 상기 제1스트레인게이지와 상기 외측면의 상기 제2스트레인게이지가 서로 마주보고, 상기 내측면의 상기 제1스트레인게이지와 상기 내측면의 상기 제2스트레인게이지가 서로 마주보는 휘스톤브리지를 형성하여, 상기 휘스톤브리지의 브리지전압차에 비례하여 상기 제2축과 상기 제2축의 기울기 각도차를 산출할 수 있다.

그리고, 상기 제1축과 상기 제2축의 단차(d)를 산출하는 것은, 상기 제1프로브의 회전 방향을 따라 끝단부가 상기 제1프로브에 고정되며 중앙부가 상기 케이스에 고정되는 제1판스프링과; 상기 제2프로브의 회전 방향을 따라 끝단부가 상기 제2프로브에 고정되며 중앙부가 상기 케이스에 고정되는 제2판스프링과; 상기 제1판스프링의 중앙부로부터 타방으로 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍으로 부착된 제1스트레인게이지와, 상기 제2판스프링의 중앙부로부터 일방으로 이격된 위치의 외측면과 내측면에 한쌍으로 부착된 제2스트레인게이지를; 포함하여, 상기 외측면의 상기 제1스트레인게이지와 상기 내측면의 상기 제2스트레인게이지가 서로 마주보고, 상기 내측면의 상기 제1스트레인게이지와 상기 외측면의 상기 제2스트레인게이지가 서로 마주보는 휘스톤브리지를 형성하여, 상기 휘스톤브리지의 브리지전 압차에 비례하여 상기 제1축과 상기 제2축의 단차를 산출한다.

이 때, 상기 제1프로브 설치 단계와 상기 제2프로브 설치 단계 이전에, 상기 제1프로브와 상기 제2프로브를 기준 평면을 갖는 기준 블록을 이용하여 영점조정(zero balance set)하는 단계를; 추가적으로 포함하여, 측정되는 제1프로브 및 제2프로브의 회전 변위가 정확히 측정될 수 있도록 한다.

이와 관련하여, 영점 조정은 잦은 기기 동작과 회로 내의 드리프트(Drift) 특성 등이 변하므로 주기적으로 설정해야 한다. 정밀한 측정을 구현하기 위해서는 측정 직전에 영점 조정 작업을 행하는 것이 가장 좋다. 이를 위하여, 본 발명에 따른 측정 장치의 양쪽 프로브의 접촉부에 측정기의 정밀도 이하의 평탄도를 갖는 기준 블록에 의해 교정이 가능해지는 것이다.

그러나 기준 블록을 이용하여 측정 직전에 영점 조정 작업을 수행하는 것은 기준 블록을 휴대해야 하므로 휴대 용이성 측면에서 바람직하지 않다.

따라서, 상기 제1프로브 설치 단계와 상기 제2프로브 설치 단계 이전에, 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브를 상기 제1면 및 상기 제2면으로부터 멀어지는 방향으로 와이어에 의하여 잡아당기는 것에 의하여, 상기 제1프로브 및 상기 제2프로브가 미리 정해진 위치로 배열된 상태에서 영점 조정하는 단계를 추가적으로 포함할 수도 있다. 이를 통해, 기준 블록을 휴대하지 않더라도 제1프로브 및 제2프로브의 영점 조정이 가능해진다.

보다 구체적으로는, 본 발명에 따른 측정 장치를 측정면에 쉽게 부착하기 위한 자석을 구비한 탈부착 보조 유닛이 상하 운동이 가능하고, 탈부착 보조 ㅇ유유 닛의 자석이 측정하고자 하는 면으로부터 멀리 떨어져 있는 상태에서는 측정이 이루어지지 않으므로, 이 상태에서 양 프로브의 위치 상태를 단차와 각도가 0이 되는 상태로 설정하도록 한다면 기준 블록이 필요 없이 영점조정작업(Auto Zero Balance)이 가능해 진다.

이를 위하여, 프로브의 회전축의 바로 위에 형성되는 수용부의 내벽은 V홈 형상으로 형성하도록 하고, 이 V홈 형상의 내벽으로 형성되는 수용부의 중앙에 상기 와이어가 통과할 수 있는 구멍을 형성한다. 그리고, 상기 구멍으로 와이어의 끝단이 삽입되도록 하고 V홈 내벽과 맞물리는 형상의 걸림체를 와이어의 끝단에 고정시킨다. 이와 동시에 와이어를 케이스 및 판스프링 고정부(120a)의 내부 관통홈을 통과하도록 하고, 이 경로를 안내 롤러에 의해 조정한다.

이를 통해, 탈부착 보조 유닛의 자석이 측정면으로부터 멀어진 상태에서는 와이어에 장력이 작용하여, 프로브의 수용부의 내벽에 와이어 끝단의 걸림체가 밀착한 상태로 걸리게 된다. 이와 같은 밀착 시에 와이어에 작용하는 장력(약 1kgf)이 발생되고, 이에 다라 프로브는 미리 예정된 특정 위치 및 상태를 유지하게 된다. 이 상태에서 영점 조정을 하게 되면, 측정 이전에는 항상 프로브가 특정 위치로 설정된 상태로 재현가능하므로 정밀한 측정이 가능해진다.

물론 프로브와 케이스의 제작 오차로 인하여 프로브와 와이어 끝단의 걸림체와의 배열을 정밀하게 조정할 필요가 있다. 이를 위하여, 안내 롤러가 고정되는 조정 플레이트의 일측 경사면과 접시머리나사의 머리부 경사면이 맞닿도록 하여, 조정 플레이트를 횡방향으로 미세하게 조정할 수 있도록 함으로써 프로브와 와이어 경로의 배열을 조정하는 것이 가능해진다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도9 내지 22는 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치의 구성 및 작용 원리를 도시한 도면이다. 도9 및 도12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치(100)는 서로 다른 2개의 제1면(20)과 제2면(30)에 제1프로브(110)와 제2프로브(110')를 각각 2점에서 접촉하도록 하여, 제1면(20) 및 제2면(30)의 기울기에 따라 제1프로브(110) 및 제2프로브(110')가 힌지점(110a,110a')을 중심으로 회전하도록 하고, 이에 따른 제1프로브(110) 및 제2프로브(110')의 회전 변위(θ1,θ2)를 검출하여 제1프로브(110) 및 제2프로브(110')의 기울기 각도차이와 단차(d)을 직접 측정할 수 있도록 구성된다.

보다 구체적으로는, 도15 내지 도22에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치(100)는, 측정하고자 하는 대상물 표면(20,30)의 기울기 각도로 회전하는 프로브(110,110')와, 상기 프로브(110,110')를 회전 가능하게 지지하며 측정 장치의 외형을 이루는 케이스(120)와, 프로브(110,110')의 회전 변위를 측정하도록 프로브(110,110')에 끝단부가 클램프 고정되고 중앙부가 케이스(120)에 고정되는 'ㄷ'자 형상의 판스프링(130,130')과, 대상물 표면(20,30) 방향으로 자력이 작용하면서 대상물 표면(20,30)을 향하여 전진이나 후퇴 가능하게 케이스(120) 에 설치되는 탈부착 보조 유닛(140)과, 판스프링(130,130')의 중앙부로부터 일방 및 타방으로 이격된 위치의 외측면과 내측면에 부착된 스트레인게이지(R1i,R1e,R2i,R2e,R3i,R3e,R4i,R4e)와, 프로브(110,110')의 회전 변위에 따른 스트레인게이지의 저항값 변화로부터 산출된 제1면(20)과 제2면(30) 사이의 기울기 각도 차이와 단차(d)를 표시하는 표시 유닛(150)으로 구성된다.

상기 프로브(110,110')는 제1면(20)과 제2면(30)에 각각 접촉하는 한 쌍의 제1프로브(110) 및 제2프로브(110')로 이루어진다. 제1프로브(110)와 제2프로브(110')는 동일하게 구성되며, 일례로 제1프로브(110)의 구성을 살펴보면, 도20에 도시된 바와 같이, 제1면과 2점에서 접촉하도록 고정된 접촉 롤러(111)와, 제1프로브(110)가 대상물의 표면(20)에 보다 밀착하도록 보조하는 자석 롤러(112)와, 제1판스프링(130)의 끝단부를 고정하는 클램프 볼트(113)와, 제1프로브(110)의 회전 중심의 위치에 설치되는 힌지 베어링(114)을 구비한다.

여기서, 자석 롤러(112)는 표면(20,30)과 접촉하지 않도록 설치되며, 제1프로브(110)의 하단이 측정하고자 하는 제1면과 확실히 밀착되도록 보조한다. 그리고, 접촉 롤러(111)와 자석 롤러(112)를 살짝 가압하는 가압 볼트(111b,112b)가 프로브(110,110')에 설치되어, 접촉 롤러(111)와 자석 롤러(112)의 위치를 견고하게 고정한다. 이 때, 접촉 롤러(111)는 열처리강이나 세라믹 재질로 형성되어, 잦은 사용에도 충분한 내마모성을 갖도록 한다.

그리고, 상기 프로브(110,110')를 일반 베어링으로 회전지지하는 경우에는, 베어링 틈새가 허용치보다 높아 정밀한 측정이 불가능하게 되므로, 경도가 매우 높 은 보석이나 세라믹 재질의 힌지 베어링(114)으로 피벗 지지된다. 즉, 힌지 베어링(114)은 엄격한 치수 공차 관리에 의하여 제작되고 내부 격벽을 중심으로 수용 공간을 구비한 베어링(114a)과, 구면홈이 베어링(114a)의 양쪽 외측으로 드러나도록 베어링(114a) 내부의 수용 공간에 각각 삽입되는 한 쌍의 구면 부재(114b)로 구성된다. 이 때, 도18에 도시된 바와 같이, 선단면이 구면으로 형성되어 구면 선단면이 구면 부재(114b)의 구면홈과 접촉하도록 케이스(120)에 고정되는 핀(115)에 의하여, 힌지 베어링(114)은 축공에 대하여 항상 자동 정렬(self-alignment) 상태로 유지된다. 여기서 핀(115)은 케이스(120)에 나사 결합에 의하여 고정되므로, 외력에 의하여 나사산의 유격만큼 유동이 가능하므로, 이를 방지하기 위하여 클램핑 스크류(116)로 핀(115)을 견고하게 고정한다. 이로 인하여, 프로브(110,110')의 미세한 회전(tilt) 운동의 유격을 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 회전 운동에 있어서 작용하는 마찰 특성도 크게 낮추고 고정밀도를 갖는 미세한 회전 운동을 측정할 수 있게 된다.

상기 케이스(120)는 제1프로브(110) 및 제2프로브(110')를 회동 가능하게 수용하고, 이들(110,110')에 연결된 판스프링(130,130')의 중앙부(120a)를 고정한다.

상기 판스프링(130,130')은 주요 단면이 'ㄷ'형상으로 형성되어 프로브(110,110')의 회전 양 끝단부가 클램프 볼트(113)로 프로브(110,110')에 고정되고, 단면의 중앙부는 고정부(120a,120a')가 끼워진 상태로 케이스(120)에 고정된다.

이 때, 도9에 도시된 바와 같이, 제1프로브(110)에 고정되는 제1판스프 링(130)에는 중앙부(120a)로부터 일방으로 이격된 위치의 외측면에 스트레인게이지(R2e)가 부착되고 그 내측면에 스트레인게이지(R2i)가 부착되며, 제1판스프링(130)의 중앙부(120a)로부터 타방으로 이격된 위치의 외측면에도 스트레인게이지(R1e)가 부착되고 그 내측면에 스트레인게이지(R1i)가 부착된다. 그리고, 도9에 도시된 바와 같이, 제2프로브(110')에 고정되는 제2판스프링(130')에는 중앙부(120a')로부터 일방으로 이격된 위치의 외측면에 스트레인게이지(R4e)가 부착되고 그 내측면에 스트레인게이지(R4i)가 부착되며, 제2판스프링(130')의 중앙부(120a')로부터 타방으로 이격된 위치의 외측면에도 스트레인게이지(R3e)가 부착되고 그 내측면에 스트레인게이지(R3i)가 부착된다. 이 때, 중앙부(120a,120a')로부터 스트레인게이지까지의 거리는 모두 일정하게 배치된다.

도면에 도시되지는 않았지만, 상기 프로브(110,110')의 주변에는 판스프링(130,130') 및 스트레인게이지의 탄성 범위를 벗어나는 회전 변위가 발생되지 않도록 스토퍼가 형성된다. 이 때, 스토퍼는 별도의 추가적인 구성이 없더라도 케이스(120)와 프로브(110,110') 사이의 간극에 의하여 구성될 수도 있고, 별도의 추가적인 구성에 의하여 프로브(110,110')의 회전 변위를 일정치 이상만큼 구속하도록 구성될 수도 있다.

상기 탈부착 보조 유닛(140)은, 도19, 도21 및 도22에 도시된 바와 같이, 영구자석으로 형성되거나 영구자석을 포함하여 강 재질의 대상물에 밀착을 가능하게 하는 이동 몸체(141)와, 상기 이동 몸체(141)를 관통하도록 설치되고 일단부에 외부로 노출되는 손잡이(142a)가 연장 형성된 회전축(142)과, 회전축(142)에 편심되 게 설치된 캠(143)과, 캠(143)을 이동 몸체(141)와 사이에 두고 이동 몸체(141)의 하단면에 부착되는 플레이트(144)로 구성된다.

이와 같은 구성에 의하여, 회전축(142)의 회전(142d)에 따라, 회전축(142)에 편심 설치된 캠(143)은 플레이트(144) 및 이동 몸체(141)를 도면부호 141d 방향으로 밀어올리거나 낮추어, 이동 몸체(141)의 영구 자석이 측정하고자 하는 대상물과 멀어지거나 가까와지도록 하는 것에 의하여, 측정 장치(100)를 대상물에 밀착시키는 일정한 밀착력을 안정적으로 확보하여 정밀한 측정을 가능하게 한다. 아울러, 착탈 작업을 용이하게 하기 위하여, 회전축(142)의 끝단에 연장 형성된 손잡이(142a)를 조작하는 것에 의하여, 영구자석과 측정 대상물의 표면과의 거리를 조정할수도 있다.

상기 표시 유닛(150)은, 도28에 도시된 바와 같이, 스트레인게이지에 기준 전압을 인가하는 회로를 내장하는 표시부 케이싱(151)과, 상기와 같이 산출된 단차(d) 및 기울기 각도차(θ)를 표시하는 단차 표시부(152) 및 기울기 각도차 표시부(153)와, 기준 전압 등을 인가하도록 외부로부터 연장되는 전원 케이블(154)로 구성된다.

한편, 이와 같은 측정 장치(100)만을 이용하여, 레일, 정밀 조립물의 단차와 각도를 측정할 수도 있지만, 회전 축과 같이 측정 대상물의 표면이 곡면인 경우의 단차와 각도를 측정하는 데 있어서, 회전축에 밀착하는 것을 보조하는 도25에 도시된 어댑터(Adaptor,190)를 사용하는 것이 바람직하다. 물론 이 어댑터(190)는 축과 밀착하는 접촉 부재(192)와 측정 장치(100)와 결합하는 결합 플레이트(191)의 사이 에 평행도와 높이가 측정 정밀도 이하로 정확하게 교정된 상태로 장착된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은, 측정하고자 하는 대상물의 제1면과 접촉하여 상기 제1면의 기울기에 따라 회전하는 제1프로브와; 측정하고자 하는 대상물의 제2면과 접촉하여 상기 제2면의 기울기에 따라 회전하는 제2프로브를; 포함하여, 상기 제1프로브와 상기 제2프로브의 회전 변위를 측정하여, 제1면과 제2면 또는 측정장치를 회전시키거나 이동시키지 않더라도, 측정된 회전각을 기초로 측정하고자 하는 제1면과 제2면의 단차, 기울기 각도차, 직진도 등을 측정할 수 있는 측정 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 측정하고자 하는 대상물의 2면의 단차와 기울기 각도를 직접 측정하는 것에 의하여, 축을 회전시키지 않더라도 2개 축의 축정렬을 가능하게 함과 동시에, 측정장치를 휴대하기 편하도록 간단한 구성으로 저렴하게 제작하여, 다양한 작업 현장에서도 범용적으로 활용할 수 있는 측정 장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은, 판스프링의 양측에 접착 고정된 스트레인게이즈를 이용하여 휘스톤 브리지를 적절히 구성함으로써, 별도 연산을 위한 제어 회로를 구비하지 않고도 휘스톤 브리지의 브리지전압차만으로 측정하고자 하는 대상물의 단차와 기울기 각도차를 직접 측정할 수 있도록 한다.

이하, 이와 같이 구성된 측정 장치(100)를 이용하여, 대상물의 제1면과 제2면의 기울기 각도와 단차를 측정하는 작용 원리를 상술한다.

상기와 같은 구성에 의하여 프로브(110,110')의 회전 변위는 양쪽에 고정된 판스프링(130,130')에 부착된 스트레인게이지에 동일한 신호의 저항 변화량을 유도하며, 판스프링(130,130')의 중앙부를 중심으로 일방과 타방의 스트레인게이지들이 서로 다른 변형 상태(인장 혹은 압축)를 가지므로, 측정하고자 하는 대상물의 제1면(20)과 제2면(30)이 동일한 방향의 기울기를 갖는다면, 표 1과 같이 스트레인게이지의 저항 값이 변화하게 된다.

스트레인게이지	저항값변호
R1e	+△R1
R1i	-△R1
R2i	+△R1
R2e	-△R1
R3e	+△R2
R3i	-△R2
R4i	+△R2
R4e	-△R2

즉, 판스프링(130)의 외측면과 내측면에 각각 부착된 스트레인게이지는 대칭적 배열에 의하여 저항값의 변화는 모두 동일하지만, 저항값의 부호 변화는 인장과 압축 상태에 따라 달라지게 된다.

제1면(20)과 제2면(30)의 단차와 각도는 링크의 기하학적 특성으로부터 제1프로브(110)와 케이스(120)의 회전각(θ1)과 제2프로브(110')와 케이스(120)의 회전각(θ2)을 이용하여 수학식 1을 참조하여 환산이 가능하다. 즉, 위와 같이 측정된 △R1, △R2의 스트레인게이지 변형신호가 각각의 회전각(θ1,θ2)에 비례하므로, 이와 같이 부착된 제1스트레인게이지(R1i,R1e,R2i,R2e)와 제2스트레인게이지(R3i,R3e,R4i,R4e)를 이용하여 도13에 도시된 바와 같은 휘스톤 브리지 회로가 구성되어 별도의 연산이 없더라도 기울기 각도차를 곧바로 구해지며, 도14에 도시된 바와 같은 휘스톤 브리지 회로의 브리지 전압차로부터 별도의 연산없이 단차를 곧바로 구할 수 있게 된다.

예를 들어, 제1프로브(110)와 제2프로브(110')의 회전 방향이 반대인 경우에는 각각의 스트레인게이지의 저항값은 아래와 같다.

스트레인게이지	저항값변호
R1e	R+△R12
R1i	R-△R12
R2i	R+△R12
R2e	R-△R12
R3e	R-△R34
R3i	R+△R34
R4i	R-△R34
R4e	R+△R34

여기서, △R12는 제1판스프링(130)에 부착된 스트레인게이지의 저항값의 변화치이며, △R34는 제2판스프링(130')에 부착된 스트레인게이지의 저항값의 변화치를 말한다. 그리고, 도13의 휘스톤브리지 회로를 참고하면, R2e로부터 R2i로 흐르는 전류(i2)와, R3i로부터 R3e로 흐르는 전류(i3)는 다음 수학식 2와 같다.

따라서, 브리지 전압차 (V)는 아래의 수학식 3과 같이 도출된다.

따라서,

즉, 브리지 전압차는 각 스트레인게이지의 저항 변화값에 비례하게 도출된다. 마찬가지로, 제1프로브(110)와 제2프로브(110') 사이의 단차(d)의 경우에도 마찬가지로 구해진다.

이를 위하여, 측정 장치(100)는 측정 초기 상태에서 영점조정을 하여야 한다. 이를 위하여, 열처리 강 혹은 Granite(돌)로 고정밀 연마하여 측정 정밀도 이하의 평탄도를 갖는 기준 블록(미도시)을 준비하여, 측정 장치(100)를 사용하기 앞서 기준 블록에 밀착한 후 영점 조정을 한 후에 측정을 함으로써 고정밀도의 측정이 가능해진다. 그리고, 판 스프링(130,130') 및 스트레인게이지 등은 사용 영역에서 모투 탄성 변형만 가능하도록 하여, 프로브(110,110')의 회전 각도에 비례하는 신호가 각 휘스톤 브리지로부터 출력되도록 한다. 초기 영점 조정 상태에서 스트레인 게이지나 판스프링(130,130')의 제작 오차에 의하여 브리지 출력 전압이 0이 되지 않는 것은 일반적인 브리지형 센서와 같은 방법으로 스트레인게이지와 동일한 온도 특성을 갖는 저항으로 교정하여 구성하여 고정밀도를 갖는 측정을 구현할 수 있다. 마지막으로, 판스프링(130,130')과 기타 기구물의 제작 오차로 인하여 회전 변위에 따른 브리지 전압의 크기가 달라지는 데, 이는, 제작 완료 후 교정(Calibration) 작업을 통해 정확히 교정할 수 있다. 즉, 정확한 단차와 각도를 갖는 기준 대상물을 미리 제작한 후, 측정기에 이 기준 대상물에 접촉하여 측정하여, 이 값이 정해진 단차와 각도가 되도록 소프트웨어 혹은 회로 게인 값을 조정하는 것에 의하여,스트레인 게이지가 각도에 비례하는 신호를 나타내는 경우에 고정밀 측정을 확실하게 구현할 수 있도록 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치(100)를 이용하여 2개의 축을 정렬하는 공정을 상술한다.

도23 및 도24는 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치(100)를 이용하여 제1면(20)과 제2면(30)의 기울기 각도차이와 단차(d)를 측정하기 위하여 제1프로브(110) 및 제2프로브(110')가 제1축(20) 및 제2축(30)의 외주면(20a,30a)에 밀착되도록 설치된 상태를 도시한 것이다.

이와 같은 방식으로 도26 및 도27에 도시된 바와 같이, 회전축(20,30)에 상하방향, 좌우 방향 및 대각선 방향으로 3군데에 측정 장치(100)를 설치한다. 이를 통해, 정렬하고자 하는 제1축(20)과 제2축(30)의 외경(20a,30a)이 정확하게 동일하지 않은 경우에, 상하 방향과 좌우 방향에 부착된 프로브의 단차 값이 0이더라도, 축 중심의 정렬이 안될 수 있는 문제점을 해소할 수 있다. 즉, 부착된 모든 측정 장치(100) 프로브의 단차값이 모두 같아지면, 제1축과 제2축의 외경이 정확히 동일 하지 않더라도 단차 정렬된 상태가 된다.

이와 같이, 측정 장치(100)의 표시 유닛(150)에 각각 좌우, 상하 및 대각선 방향의 각도(θ)와 단차(d) 정보가 표시되므로, 직관적으로 작업자가 오차를 알 수 있어 조정 작업이 쉬워진다. 또한, 종래의 측정 방법과 달리, 회전축을 회전시키지 않더라도 정렬하고자 하는 축의 단차(d)를 곧바로 알 수 있으므로, 조정 즉시 조정 결과가 계기에 표시되기 때문에 보다 용이한 작업을 구현할 수 있다.

한편, 도29는 본 발명의 제2실시예에 따른 측정 장치의 저면에서 바라본 사시도이다. 도29에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 측정 장치(100')는 전술한 제1실시예의 구성(100)과 대비하여 볼 때, 프로브(110,110')가 제1면(20)과 제2면(30)과 2점 접촉하는 구성에 있어서만 차이가 있다.

다시 말하면, 도29에 도시된 바와 같이, 제1프로브(110)와 제2프로브(110')가 제1면(20) 및 제2면(30)과 안정적으로 밀착되도록 제1프로브(110) 및 제2프로브(110')의 4개의 접촉부 중 하나의 접촉부는 기둥 높이가 상대적으로 큰 롤러 형상의 접촉 롤러(1111)로 형성되고, 4개의 접촉부 중 나머지 3개의 접촉부는 구형상의 접촉구(1112,1112')로 형성된다. 이를 통하여, 하나의 접촉 롤러(1111)는 측정하고자 하는 면과 선접촉을 하게 되고, 나머지 3개의 접촉구(1112,1112')는 측정하고자 하는 면과 점접촉을 하게되어, 제1면과 제2면의 기울기 정도나 방향에 관계없이 제1프로브(110)와 제2프로브(110')는 제1면(20) 및 제2면(30)과 안정적인 밀착상태를 유지할 수 있게 된다.

또 한편, 도30 및 도31은 본 발명의 제3실시예에 다른 측정 장치의 단면도, 도32는 도30의 상부에서 바라본 사시도, 도33은 도32의 와이어 인장 방향 조절부의 구성을 도시한 사시도이다.

본 발명의 제3실시예에 따른 측정 장치(200)는 전술한 제1실시예에 따른 측정장치(100)에 비하여 기준 블록이 없더라도 와이어(261)에 의하여 영점 조정을 행할 수 있도록 구성된 점에서 차이가 있다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 측정 장치(300)를 설명함에 있어서, 제1실시예에 따른 측정 장치(100)의 동일 또는 유사한 기능 혹은 구성에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 제3실시예에 따른 측정 장치(300)는, 프로브(210,210')의 힌지축(210a,210a')의 상측에 위치한 수용부(210b)에 삽입되는 걸림체(262)에 일단이 고정되고, 타단(260a)이 이동 몸체(240)에 고정되어, 이동 몸체(240)의 상하 이동에 따라 제1프로브(210)를 제1면(20)으로부터 멀어지는 방향으로 잡아당기거나 풀어주는 와이어(261)를 구비한다. 그리고, 프로브(210,210')를 상하 방향으로 정교하게 이동시키도록, 이동 몸체(240)의 이동에 따라 와이어(261)가 일정한 경로로 긴장되도록 안내하는 안내 롤러(263)가 배치된다. 이 때, 도32에 도시된 바와 같이, 안내 롤러(263)의 중앙부에는 직경이 작은 홈이 형성되어, 와이어(261)가 일정한 경로로만 이동하도록 안내한다.

또한, 프로브(210,210')의 수용부(210b)의 내벽에 대하여 걸림체(262)가 일 정한 접촉 상태가 반복적으로 구현되도록, 걸림체(262)의 상부 외주면과 수용부(210b) 상부 내벽은 서로 맞물리는 경사면으로 형성된다.

보다 구체적으로는, 도30에 도시된 바와 같이, 이동 몸체(240)가 상방(240d)으로 이동하면, 와이어(261)는 도면 부호 260d 방향으로 긴장되며, 이에 따라 제1프로브(210) 및 제2프로브(210')는 걸림체(262)에 의하여 들려 올라가 일정한 배열 상태가 된다. 이 상태를 기준으로 판스프링(230,230')에 부착된 스트레인게이지는 영점 조정된다.

그리고, 측정 장치(200)로 측정하고자 하는 대상면(20,30)에 접촉하기 위해서는, 도31에 도시된 바와 같이, 이동 몸체(240)를 하방(240d')으로 이동시켜, 와이어(261)의 긴장 상태를 풀어준다. 이에 따라, 영점 조정된 측정 장치(200)의 제1프로브(210) 및 제2프로브(210')는 접촉하는 대상면(20,30)에 따라 자유롭게 회전(tilt)되어, 대상면의 기울기 각도, 기울기 각도차 및 단차 등을 측정할 수 있게 된다.

한편, 측정 장치(200)를 제조하는 제조사는 와이어(261)가 제1프로브(210)와 제2프로브(210')를 잡아당긴 상태를 일정하게 미세 조정할 필요가 있다. 이를 위하여, 도33에 도시된 조정 기구(270)가 케이스(220)에 고정된다. 즉, 상기 조정 기구(270)는, 와이어(261)의 경로를 조정하는 안내 롤러(263)가 고정되고 케이스(220) 내에서 측방향으로 이동 가능하게 설치된 조정 플레이트(271)와, 조정 플레이트(271)의 일측 경사면(271a)과 머리부가 접촉하도록 케이스(220)에 체결 결합되는 접시머리나사(272)로 이루어진다. 이에 따라, 접시머리나사(272)가 케이 스(220)내에 깊숙히 체결될 수록, 도31의 접시머리나사(272)의 머리부 경사면과 접촉하는 조정 플레이트(271)는 좌측으로 이동하게 되고, 반대로, 접시머리나사(272)가 케이스(220)내에 얕게 체결될 수록, 도31의 접시머리나사(272)의 머리부 경사면과 접촉하는 조정 플레이트(271)는 우측으로 이동하여, 안내 롤러(263)의 미세 위치 조정에 의하여 와이어(261)의 경로를 조정할 수 있게 된다.

전술한 방법 이외에도 본 발명에 따른 측정 장치를 이용하여 다른 방법으로 축을 정렬할 수도 있다. 즉, 측정 장치를 한 개만 면에 밀착시킨 상태에서 두 축을 커플링으로 연결하고, 회전시키면 두 축의 단차와 각도의 변화를 알 수 있다. 이 정보를 통해서도 축의 정렬 상태를 파악할 수 있다. 즉, 기존의 다이얼 게이지를 사용할 경우에는 단차의 오차만이 측정되며 두개의 다이얼 게이지값을 통해 단차와 각도 정보가 모두 포함된 다이얼게이지 값의 변화를 이용하여 추측하는 방법에 비하여, 단차와 각도 정보가 분리되어 나타나기 때문에 전문가가 아닌 사람도 정렬 작업을 할 수 있을 정도로 쉬운 방법이 된다.

한편, 본 발명에 따른 측정 장치를 이용하여 도34에 도시된 바와 같이 일정 곡률을 갖는 면(97)에 제1프로브(110)와 제2프로브(110')를 밀착하면, 골곡도와 측정된 각도 사이에는 다음과 같은 관계식이 성립한다.

곡률 반경 = 측정기 피치(P) / sinβ

따라서, 상기와 같은 관계식에 의하여 원하는 굴곡도(평탄도)도 역시 측정하 는 것이 가능해진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도1 및 도2는 종래의 직진도를 측정하는 장치를 도시한 개략도

도3은 축정렬 공차 지침을 도시한 도면

도4는 축정렬 오차에 따른 회전체 기계의 수명을 도시한 도면

도5 내지 도8은 종래의 축정렬 방법에 따른 구성을 도시한 도면

도9 및 도10은 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치의 작용 원리를 도시한 개략도

도11은 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치의 측정 상태의 외관을 도시한 정면도

도12는 도11의 내부 구성을 도시한 정면도

도13은 도9의 스트레인게이지로 제1면과 제2면의 기울기 각도차를 측정하는 휘스톤브리지의 회로도

도14는 도9의 스트레인게이지로 제1면과 제2면의 단차를 측정하는 휘스톤브리지의 회로도

도15는 본 발명의 제1실시예에 따른 측정 장치의 구성을 도시한 분해 사시도

도16은 도15의 측정 장치의 결합 상태를 저면에서 바라본 사시도

도17은 도16의 절단선 A-A에 따른 단면도

도18은 도17의 절단선 B-B에 따른 단면도

도19는 도17의 절단선 C-C에 따른 절개 사시도

도20은 도15의 제1프로브의 분해 사시도

도21은 도15의 탈부착 보조 유닛의 구성을 도시한 사시도

도22는 도21의 탈부착 보조 유닛이 케이스에 장착된 상태를 도시한 사시도

도23은 도15의 측정 장치를 이용하여 제1축과 제2축의 기울기 각도차와 단차를 측정하는 상태를 도시한 사시도

도24는 도23의 정면도

도25는 도5의 측정장치에 부착되는 어댑터의 구성을 도시한 사시도

도26은 도15의 측정 장치를 이용하여 제1축과 제2축의 기울기 각도차와 단차를 3군데에서 측정하는 상태를 도시한 사시도

도27은 도26의 측면도

도28은 도23의 표시 유닛을 도시한 정면도

도29는 본 발명의 제2실시예에 따른 측정 장치의 저면에서 바라본 사시도

도30 및 도31은 본 발명의 제3실시예에 다른 측정 장치의 단면도

도32는 도30의 상부에서 바라본 사시도

도33은 도32의 와이어 인장 방향 조절부의 구성을 도시한 사시도

도34는 도15의 측정 장치를 이용하여 굴곡도를 측정하는 방법을 도시한 개략도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

20: 제1축 30: 제2축

100,100',200: 측정 장치 110,210: 제1프로브

110',210': 제2프로브 110a,210a: 제1프로브 힌지

110a',210a': 제2프로브 힌지 111,111',211,211': 접촉 롤러

1111: 접촉 롤러 1112,1112': 접촉구

112,112',212,212': 자석 롤러 113,113': 판스프링 고정클램프

114,114': 힌지 베어링 114a: 힌지 베어링

114b: 구면부재 115: 핀

120,220: 케이스 120a,120a': 고정부

130,230:제1판스프링 130',230': 제2판스프링

140: 탈부착 보조유닛 141: 이동 몸체

142: 회전축 142a: 손잡이

143: 캠 144: 플레이트

150: 표시 유닛 190: 어댑터

191: 결합 플레이트 192: 접촉 부재

260: 영점조정유닛 261: 와이어

262: 걸림체 263: 안내 롤러

R1e,R2e: 외측 제1스트레인게이지 R1i,R2i: 내측 제1스트레인게이지

R3e,R4e: 외측 제2스트레인게이지 R3i,R4i: 내측 제2스트레인게이지

Claims (1)

1. 측정하고자 하는 대상물의 제1면의 기울기에 따라 회전하는 제1프로브와;

   측정하고자 하는 대상물의 제2면의 기울기에 따라 회전하는 제2프로브와;

   상기 제1프로브와 상기 제2프로브를 회동가능하게 고정하는 케이스와;

   제1프로브의 상기 케이스에 대한 회전각을 검출하는 제1검출수단과;

   제2프로브의 상기 케이스에 대한 회전각을 검출하는 제2검출수단을;

   포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 측정 장치.

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