KR20080113862A - 기어 형상 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기어 형상 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 LVDT 센서를 이용하여 기어의 형상을 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 기어 형상 측정 시스템은, 두 개의 모니터 기어의 측정된 흠을 설정된 허용오차와 비교하여 흠의 측정값을 구하는 흠 측정부; 상기 두 개의 모니터 기어의 이와 이 사이의 합성 허용오차와, 상기 두 개의 모니터 기어 사이의 거리의 최소값을 구하여, 그 차를 연산하는 기어 왜곡 연산부; 및 상기 두 개의 모니터 기어의 중심간의 거리를 측정하는 중심거리 측정부;를 포함한다.

기어, 형상, 이, 흠, 허용오차

Description

기어 형상 측정 시스템 및 방법{System and method for measuring the configration of gear}

도 1은 종래의 기어의 이의 접촉 형상 측정방법의 흐름도이다.

도 2는 본 발명의 기어 형상 측정원리를 나타낸 개념도이다.

도 3은 본 발명의 기어 형상 측정시스템의 개략도이다.

도 4는 본 발명의 기어 형상을 측정한 타이밍 펄스에 대한 파형이다.

도 5는 본 발명의 기어 형상을 측정한 중심간의 거리에 대한 OBD의 그래프이다.

도 6a는 본 발명의 기어 형상을 측정한 마스터 셋업 화면이다.

도 6b는 본 발명의 기어 형상을 측정한 LVDT 디스플레이 화면이다.

도 6c는 본 발명의 기어 형상을 측정한 WORK 입력화면이다.

도 6d는 본 발명의 기어 형상을 측정한 데이터 입력화면이다.

도 6f는 본 발명의 기어 형상을 측정한 TEACHING 화면이다.

도 6g는 본 발명의 기어 형상을 측정한 MEASURE 화면이다.

본 발명은 기어 형상 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 LVDT 센서를 이용하여 기어의 형상을 측정하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 기어의 이의 접촉 형상 측정방법의 흐름도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기어의 이의 접촉 형상 측정방법은 변속기 오일에 연마제를 일정한 비율로 주입한 상태에서 변속기에 최대 부하를 적용하여 구동시키면 연마제의 작용에 의해 접촉되는 기어의 이의 면에 마모가 발생되고, 이 기어의 이의 면의 마모량을 측정하여 기어의 이의 접촉 형상을 측정하도록 이루어진다.

이러한 측정방법을 공정에 따라 자세히 설명한다.

먼저, 변속기 오일에 연마제를 일정한 비율로 첨가하여 변속기에 주입한다(S10). 여기에서, 상기 연마제는 주로 제품 가공 후 연마 공정에서 사용되는 것으로, 회전 부분에 일정한 정도의 마모를 발생시키는 미세한 금속성 알갱이가 혼합되어 있는 액체로 이루어진다.

상기 연마제와 변속기 오일의 혼합 비율은 연마제가 이의 면에 마모를 발생시키기 용이한 배율로서, 약 1:10 정도로 혼합하여 변속기에 주입한다.

이러한 상태에서, 엔진의 RPM을 실차량의 RPM 경우와 같이 최대 RPM으로 구동시키면 변속기에 최대 부하가 적용되어 입력축과 출력축 사이에 동기 물림된 변속 기어가 맞물려 회전된다(S20).

여기에서, 상기 RPM은 약 2000∼3000 RPM으로 시험을 실시한다.

이와 같이, 변속 기어가 맞물려 회전되면 변속기의 윤활과정에서 변속기 오일에 혼합된 연마제가 기어 이의 면 사이에 투입되어 기어의 이의 접촉되는 부위에 따라 기어의 이의 면에 마모를 발생시킨다.

즉, 연마제에 함유된 금속성 미립자가 기어의 이면에 투입되면서 기어의 이의 접촉 정도에 따라 그 접촉 부위에 일정한 정도의 마모를 발생시킨다.

일정한 정도의 시간이 경과된 후 변속기를 정지시키고, 동기장치의 변속 기어에 형성되는 마모 정도를 측정한다(S30).

즉, 동기 물림된 변속 기어의 이의 면의 마모 상태를 측정하면 실제 기어의 이의 접촉 형상을 측정할 수 있다.

그러나, 종래의 기어의 이의 접촉 형상 측정방법은 변속기 오일에 연마제를 일정한 비율로 혼합하여 변속기를 작동시켜 기어의 이의 접촉 형상을 측정하게 됨으로써, 기어의 형상을 기계적 변위만으로만 측정할 수 밖에 없다. 즉, 기어의 형상을 전기적 신호로 변경할 수 없기 때문에 기어의 형상을 파형으로 나타낼 수 없어 정확한 수치 데이터로는 나타낼 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 기어의 형상을 기계적 변위에서 전기적 신호로 변경하여 파형으로 나타낼 수 있기 때문에 정확한 수치 데이터로는 나타낼 수 있는 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 두 개의 모니터 기어의 측정된 흠을 설정된 허용오차와 비교하여 흠의 측정값을 구하는 흠 측정부; 상기 두 개의 모니터 기어의 이와 이 사이의 합성 허용오차와, 상기 두 개의 모니터 기어 사이의 거리의 최소값을 구하여, 그 차를 연산하는 기어 왜곡 연산부; 및 상기 두 개의 모니터 기어의 중심간의 거리를 측정하는 중심거리 측정부;를 포함하는 기어 형상 측정 시스템을 제시한다.

그리고, 본 발명은 흠 측정부가 두 개의 모니터 기어의 측정된 흠을 설정된 허용오차와 비교하여 흠의 측정값을 구하는 단계; 기어 왜곡 연산부가 상기 두 개의 모니터 기어의 이와 이 사이의 합성 허용오차와, 상기 두 개의 모니터 기어 사이의 거리의 최소값을 구하여, 그 차를 연산하는 단계; 및 중심거리 측정부가 상기 두 개의 모니터 기어의 중심간의 거리를 측정하는 단계;를 포함하는 기어 형상 측정방법을 제시한다.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 통하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 기어 형상 측정원리를 나타낸 개념도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 기어가 서로 맞물려 돌아가고 있는데, 큰 기어를 마스터 기어(master gear, 200)라 하고, 작은 기어를 워크(work, 300)라 한다.

접근 스위치(proximity switch, 100)를 기어의 이 표면에 접근시켜 기어의 형상을 측정하는데, 이때 사용되는 접근 스위치(100)를 LVDT(Linear variable differential Transformer) 센서라고 한다. LVDT 센서는 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주는데, 코어(core)의 이동으로 1차코일에서 2차코일에 유도되는 자속 의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 변환기(transducer)로서 기계적, 전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 코어의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생된다. LVDT의 구성은 코일이 감기는 포머(former), 코어(core), 코어를 지지해 주는 지지봉 및 케이스(case)로 구성되어 있다.

도 3은 본 발명의 기어 형상 측정시스템의 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기어 형상 측정시스템은 흠 측정부(100), 기어 왜곡 연산부(120), 중심거리 측정부(130), OBD값 연산부(140) 및 보정부(150)를 포함할 수 있다.

흠 측정부(100)는 두 개의 모니터 기어의 측정된 흠을 설정된 허용오차와 비교하여 흠의 측정값을 구한다.

기어 왜곡 연산부(120)는 상기 두 개의 모니터 기어의 이와 이 사이의 합성 허용오차와, 상기 두 개의 모니터 기어 사이의 거리의 최소값을 구하여, 그 차를 연산한다.

중심거리 측정부(130)는 상기 두 개의 모니터 기어의 중심간의 거리를 측정한다.

OBD값 연산부(140)는 두 개의 다른 모니터 기어로부터 OBD값을 연산한다.

보정부(150)는 상기 모니터 기어의 워크 내부 직경과 축 사이의 빈틈을 보정한다.

도 4는 본 발명의 기어 형상을 측정한 타이밍 펄스에 대한 파형이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 기어 형상 측정방법은 다음과 같다.

(1) 흠의 측정방법은 다음과 같다.

샘플링 펄스와 동기화하여 전자 마이크로미터(electronic micrometer)로부터의 데이터를 읽은 후, 타이밍 펄스 T₀ 와 T₁ 사이의 거리의 최소값 A₀ 와 최대값 B₁을 읽는다.

이후, 타이밍 펄스 T₁ 와 T₂ 사이의 다음 거리의 최소값 A₁을 얻는다. A₀와 A₁을 잇는 직선과 B₁으로부터의 수직선이 B₁에 교차되는 점 C₁으로부터의 길이는 N₀인 것으로 한다.

이후, N₀로부터 N₁까지 흠의 허용오차에 있어서의 이와 이 사이의 값은 이와 이 사이의 합성 허용오차이다. 흠이 흠의 허용오차보다 더 큰 값이면, 그들의 최대값은 측정값이고, 흠의 허용오차보다 더 큰 흠에 표시가 된다. 그러나, 흠이 흠의 허용오차보다 작으면, 흠의 측정값은“O”으로 디스플레이된다. 즉, 이와 이 사이의 허용오차가 흠의 허용오차보다 적은 경우이다.

(2) 기어 왜곡 연산방법은 상기 언급된 A_0, A₁, …, A_Z의 데이터로부터 A의 최대값과 A의 최소값을 얻고, 이들의 차를 구한다.

(3) 기어 중심 간의 거리 측정방법은 상기 언급된 A_0, A₁, …, A_Z의 평균값을 얻으면 된다.

도 5는 본 발명의 기어 형상을 측정한 중심간의 거리에 대한 OBD의 그래프이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 기어 형상을 측정한 중심간의 거리에 대한 OBD 측정방법은 다음과 같다.

단거리에 관한 한 두 개의 모니터 기어의 중심간의 거리와 OBD 사이의 값은 대략 선형함수관계이다. 그러므로, 중심간의 거리와 OBD 사이의 선형함수는 장비로 중심간의 거리를 추정함에 의해서 뿐만 아니라, OBD에 의해서 다르게 알려진 직경들을 갖는 각각의 모니터 기어들을 제공함에 의해 얻어질 수 있다.

(단, a, b는 정수)에서 a와 b를 얻는 방법은 다음과 같다.

먼저, 기어의 마스터값, 하나의 모니터 기어의 OBD값(Y₁), 다른 하나의 모니터 기어의 OBD값(Y₂)을 입력한다.

이후, 하나의 모니터 기어와 다른 하나의 모니터 기어의 중심간의 거리를 장비로 측정한다. 이때의 값을 X_{1 ,} X₂로 가정하면, 수학식 1과 같은 두 개의 식이 얻어진다.

이후, a와 b는 측정기구에서 수학식 1의 연립방정식을 풀어 연산할 수 있다.

이후, 중심간의 거리와 OBD 사이의 관계는 일반적으로 수학식 2와 같이 표현된다.

(단, a, b는 정수)

이후, 알려진 계수로서 a를 고정시키고, 중심간의 거리 X₁을 저장하여 결과가 얻어지는 모니터 기어의 OBD값 Y₁에 의한 제로 셋 동작을 수행한다. 이때, 중심간의 거리 X₂가 측정되면 OBD값 Y₂를 얻을 수 있다.

도 6a는 본 발명의 기어 형상을 측정한 마스터 셋업 화면이다. 기어 형상을 측정한 마스터 셋업과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, WORK를 선택하고, 장비를 수동으로 실행한 후, 현재의 화면을 선택한다. 장비를 먼저 돌리지 않으면 타임 아웃이 되어 실행이 되지 않는다.

이후, 기어선택버튼을 클릭하여 파형을 관찰한다.

이후, 파형을 보고 톱니파형의 끝을 확인하여 시간축의 값을 원점편차 입력박스에 입력한다. 단, 마이너스 값은 사용하지 않는다.

이후, 계속 관찰하면서 톱니파형의 끝이 시간축의 0인 지점에 도달하면 다른 기어를 선택하여 같은 방법으로 입력한다.

이후, 입력을 완료하면 다른 화면으로 이동한다. 그리고, 장비의 동작을 멈춘다. 화면이 닫히면, 자동으로 입력된 정보가 저장된다.

도 6b는 본 발명의 기어 형상을 측정한 LVDT 디스플레이 화면이다. LVDT 디스플레이 화면은 장비에 WORK를 놓고 수동으로 마스터 기어를 이동시켜 센서 데이터를 확인할 수 있다. 이때, 0에 가까우면 정상으로 판단한다. 필요할 경우에는 장 비의 센서 위치를 교정한다.

도 6c는 본 발명의 기어 형상을 측정한 WORK 입력화면이다. WORK 입력화면은 WORK 모델을 입력하는 화면인데, OK를 클릭하면 입력한 정보로 변경되고, CANCEL을 클릭하면 취소된다.

도 6d는 본 발명의 기어 형상을 측정한 데이터 입력화면이다. 데이터 입력화면은 현재 데이터가 Old Data 박스에 표시되고, 데이터를 입력하면 New Data 박스에 값이 표시된다. OK를 클릭하면 입력한 정보로 변경되고, Cancel을 클릭하면 취소된다.

도 6e는 본 발명의 기어 형상을 측정한 WORK SETUP 화면이다. 기어 형상을 측정한 WORK SETUP 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 화면의 WORK 이름을 클릭하여 WORK를 선택하고, LOAD 버튼을 클릭한다.

이후, 현재의 검사기준 데이터가 표시되며, 필요할 경우에는 수정한다.

이후, 원하는 항목을 클릭하면 입력박스가 표시된다.

이후, 값을 입력하고 OK 버튼을 클릭하면 해당 항목의 값이 수정된다.

이후, 다른 기어를 수정할 때는 좌측의 메뉴에서 원하는 기어를 선택하여 수정하면 된다.

이후, 수정이 끝나면 SAVE 버튼을 클릭하여 데이터를 저장한다.

이후, offset는 검사 데이터를 보정할 때 사용된다.

이후, Master와 Work는 기어의 톱니 개수를 나타내는데, 계산을 위해 사용된 다.

도 6f는 본 발명의 기어 형상을 측정한 TEACHING 화면이다. 기어 형상을 측정한 TEACHING 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 장비 판넬에서 WORK 모델을 설정한다.

이후, MASTER WORK의 기준 데이터를 설정한다.

이후, L Monitor와 H Monitor 버튼을 WORK에 따라 선택하여 클릭한다. WORK SETUP 화면에서 해당 WORK 모델의 기준값을 등록해야 한다.

이후, MASTER WORK를 STATION 1에 넣고 수동검사를 한다. 이때, 상태표시에 Station 1이 표시된다.

이후, MASTER WORK를 STATION 2에 옮겨 놓고 수동검사를 한다. 이때, 상태표시에 Station 2가 표시된다.

이후, 완료되면 버튼이 원상태로 표시된다.

도 6g는 본 발명의 기어 형상을 측정한 MEASURE 화면이다. 기어 형상을 측정한 MEASURE 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 장비 판넬에서 WORK 모델을 설정한다.

이후, 화면의 WORK를 클릭하여 장비에서 설정한 WORK를 설정한다. 필요할 경우에는 카운트를 CLEAR 버튼을 클릭하여 초기화한다. CLEAR 버튼을 클릭하면 통계정보가 인쇄된다.

이후, 장비 판넬에서 자동검사 버튼을 누른다.

이후, 검사를 시작하면 검사결과가 표시되고 카운트된다.

이후, Print 버튼을 클릭하여 인쇄옵션을 지정한다. NG Print는 NG일 경우에 인쇄하고, NG Only는 NG일 경우에 NG 항목만 인쇄한다. 그리고, All Print일 경우에 모든 데이터를 인쇄한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 기어 형상 측정 시스템 및 방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명은 LVDT 센서를 이용하여 기어의 형상을 측정함으로써, 기계적 변위에서 전기적 신호로 변경하여 파형으로 나타낼 수 있기 때문에 정확한 수치 데이터로는 나타낼 수 있어 기어의 형상을 정확하고 빠르게 측정할 수 있다.

Claims (5)

1. 두 개의 모니터 기어의 측정된 흠을 설정된 허용오차와 비교하여 흠의 측정값을 구하는 흠 측정부;

   상기 두 개의 모니터 기어의 이와 이 사이의 합성 허용오차와, 상기 두 개의 모니터 기어 사이의 거리의 최소값을 구하여, 그 차를 연산하는 기어 왜곡 연산부; 및

   상기 두 개의 모니터 기어의 중심간의 거리를 측정하는 중심거리 측정부;

   를 포함하는 기어 형상 측정 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 두 개의 다른 모니터 기어로부터 OBD값을 연산하는 OBD값 연산부를 더 포함하는 기어 형상 측정 시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 모니터 기어의 워크 내부 직경과 축 사이의 빈틈을 보정하는 보정부를 더 포함하는 기어 형상 측정 시스템.
4. 흠 측정부가 두 개의 모니터 기어의 측정된 흠을 설정된 허용오차와 비교하여 흠의 측정값을 구하는 단계;

   기어 왜곡 연산부가 상기 두 개의 모니터 기어의 이와 이 사이의 합성 허용오차와, 상기 두 개의 모니터 기어 사이의 거리의 최소값을 구하여, 그 차를 연산하는 단계; 및

   중심거리 측정부가 상기 두 개의 모니터 기어의 중심간의 거리를 측정하는 단계;

   를 포함하는 기어 형상 측정방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 흠의 측정부가 흠의 측정값을 구하는 단계는,

   샘플링 펄스와 동기화하여 전자 마이크로미터로부터의 데이터를 읽은 후, 각 타이밍 펄스 사이의 거리의 최소값과 최대값을 얻는 제1단계;

   상기 최대값으로부터의 수직선과, 상기 최소값을 연결한 직선과의 교차점을 구하는 제2단계; 및

   상기 교차점과 최대값을 이은 직선의 길이를 나타내는 흠을 측정하는 제3단계;

   를 포함하는 기어 형상 측정방법.

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