KR20120065525A - 변위센서를 이용한 외경 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제품의 외경을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 제품의 외경을 연속적으로 정밀하게 측정할 수 있는 변위센서를 이용한 외경 측정장치에 관한 것이다.
본 발명은 피측정물(A)이 놓여지는 작업스테이지(111)가 구비된 고정프레임(110);
상기 고정프레임(110)에 승강가능하게 설치되어 피측정물(A)의 상부를 가압 지지하는 고정자(120);
상기 작업스테이지(111)의 양측에 서로 마주보게 배치된 센서고정블럭(130);
피측정물(A)의 최측단에 접촉되도록 독립적으로 왕복이동하는 탄성접촉자(141)를 구비하며 상기 탄성접촉자(141)가 피측정물(A)의 최측단에 접촉될 때까지 발생된 각각의 이동변위량을 합산하여 피측정물(A)의 외경을 측정할 수 있도록 각 센서고정블럭(130)에 끼워져 고정되는 변위센서(140)와,;
상기 탄성접촉자(141)에 왕복이동력을 부여하도록 상기 변위센서(140)의 후단에 연결된 구동수단(150)를 포함하여 구성된다.

Description

변위센서를 이용한 외경 측정장치{Measuring Apparatus For Measuring Outer Diameter Of Object Using Displacement Sensor}

본 발명은 제품의 외경을 측정하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 제품의 외경을 연속적으로 정밀하게 측정할 수 있는 변위센서를 이용한 외경 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업 현장에서는 제작된 제품의 치수를 측정하여 불량여부를 판정하는 검수과정을 거치도록 하고 있다. 이러한 검수과정은 품질관리 및 품질향상을 위하여 반드시 거쳐야 하는 과정으로서, 제작된 제품이 정밀성과 안전성을 요구하는 자동차와 같은 제품에 장착되는 캡실링(cap sealing)과 같은 부속물일 경우에는 전수검사를 통한 철저한 치수관리가 이루어지도록 하고 있다.

상기 캡실링은 제품의 특성상 제품의 외경을 치수관리의 주요항목으로 인식되고 있으며, 이러한 외경의 측정은 버어니어켈리퍼스나 마이크로미터와 같은 측정기구를 이용하거나 특별히 제작된 측정지그 또는 통과검사구를 이용하여 작업자가 일일이 제품의 치수를 검사하는 방식이 대부분이었다. 따라서, 작업자의 숙련도에 따라 측정오차가 발생하기 쉽고 측정시간도 오래 걸려 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

특히, 상기한 방법들은 검사속도가 매우 느리기 때문에 부품이 연속적으로 공급되어야 하는 조립라인에서는 적용이 어려우므로 제품의 출시전에 일괄적으로 이루어지도록 할 수밖에 없다. 따라서, 검수과정에서는 양품으로 판정을 받았다 하더라도 제품 출시 후, 운송 및 보관과정에서 치수가 변화되어 실제 피측정물이 장착되어지는 조립라인에 불량품으로 공급될 수도 있기 때문에 제품의 신뢰도가 크게 떨어지는 문제가 발생된다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 제품의 외경을 신속하고 정확하게 연속 측정함으로써 실제 피측정물이 장착되어지는 조립라인에 설치하여 운용이 가능한 변위센서를 이용한 외경 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 변위센서를 이용한 외경 측정장치는피측정물이 놓여지는 작업스테이지가 구비된 고정프레임과, 상기 고정프레임에 승강가능하게 설치되어 피측정물의 상부를 가압 지지하는 고정자와, 상기 작업스테이지의 양측에 서로 마주보게 배치된 센서고정블럭과, 피측정물의 최측단에 접촉되도록 독립적으로 왕복이동하는 탄성접촉자를 구비하며 상기 탄성접촉자가 피측정물의 최측단에 접촉될 때까지 발생된 각각의 이동변위량을 합산하여 피측정물의 외경을 측정할 수 있도록 각 센서고정블럭에 끼워져 고정되는 변위센서와, 상기 변위센서의 탄성접촉자에 왕복이동력을 부여하도록 상기 변위센서 후단에 연결된 구동수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 탄성접촉자는 수평면으로 이루어진 접촉단을 가지는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 변위센서에는 부시가 끼워져 결합되고, 상기 센서고정블럭에는 부시의 측부를 가압하는 조임나사가 체결될 수 있다.

한편, 상기 구동수단은 유압실린더 또는 공압실린더일 수 있다.

또한, 상기 센서고정블럭은 작업스테이지의 양측으로 접근가능하도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 변위센서를 이용한 외경 측정장치에 따르면, 피측정물의 양측단으로부터 접근하는 변위센서들의 탄성접촉자의 이동변위량을 합산하여 피측정물의 외경을 측정하므로 피측정물의 위치가 정확한 측정위치에 놓이지 않게 되더라도 이에 상관없이 신속하고 정밀한 외경측정이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 탄성접촉자의 접촉단이 수평면으로 이루어져 있기 때문에 피측정물의 측단의 형상이 곡면이거나 불규칙한 요철부위로 이루어져 있다 하더라도 접촉단이 항상 최측단에 접촉될 수 있을 뿐만 아니라, 피측정물이 정확한 측정위치에 놓이지 않게 되더라도 일정 허용범위 내에서는 항상 피측정물의 최측단에 접촉할 수 있으므로 연속적으로 공급되는 피측정물에 대한 정밀한 외경 측정이 가능하다.

그 결과, 본 발명은 피측정물이 장착되어지는 조립라인에 설치되어 연속적으로 공급되는 모든 피측정물에 대하여 신속 정확한 측정이 가능해지므로, 양품으로 판정된 제품만을 작업현장에 실시간으로 제공함으로써 제품의 신뢰도를 크게 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 변위센서를 이용한 외경 측정장치의 사시도;
도 2는 본 발명의 변위센서를 이용한 외경 측정장치의 정면도;
도 3은 본 발명을 구성하는 변위센서의 설치단면도;
도 4는 본 발명을 구성하는 변위센서의 배치상태를 나타내는 평면도;
도 5는 본 발명의 변위센서를 이용한 외경 측정장치의 정면도로서 변위센서의 탄성접촉자가 센서고정블럭으로부터 전진된 상태를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 변위센서를 이용한 외경 측정장치의 정면도로서, 탄성접촉자의 탄성접촉자가 피측정물의 양측단에 접촉된 상태를 나타내는 도면; 및
도 7은 본 발명의 변위센서를 이용한 외경 측정장치의 정면도로서, 탄성접촉자가 압축된 상태를 나타낸 도면이다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변위센서(140)를 이용한 외경 측정장치는 피측정물(A)이 놓여지는 작업스테이지(111)가 구비된 고정프레임(110)과, 상기 고정프레임(110)에 승강가능하게 설치되어 피측정물(A)의 상부를 가압 지지하는 고정자(120)와, 상기 작업스테이지(111)의 양측에 서로 마주보게 배치된 센서고정블럭(130)과, 피측정물(A)의 최측단에 접촉되도록 독립적으로 왕복이동하는 탄성접촉자(141)를 구비하며 상기 탄성접촉자(141)가 피측정물(A)의 최측단에 접촉될 때까지 발생된 각각의 이동변위량을 합산하여 피측정물(A)의 외경을 측정할 수 있도록 각 센서고정블럭(130)에 끼워져 고정되는 변위센서(140)와, 상기 변위센서(140)의 탄성접촉자(141)에 왕복이동력을 부여하도록 상기 변위센서(140)의 후단에 연결된 구동수단(150)을 포함하여 구성된다.

상기 고정프레임(110)의 중앙에는 작업스테이지(111)가 위치된다. 상기 작업스테이지(111)의 바닥 양측에는 변위센서(140)와의 간섭을 피하기 위한 홈부(111a)가 형성되어 있다. 도시되지는 않았으나, 작업스테이지(111)의 전방에는 작업스테이지(111)측으로 피측정물(A)을 연속적으로 공급해주는 이송장치가 연결되어 있고, 작업스테이지(111)의 일측에는 이송장치를 통해 공급된 피측정물(A)이 측정위치를 벗어나지 않도록 제한하는 스토퍼가 설치되어 있다.

그리고 상기 고정프레임(110)의 전면에는 수직으로 가이드레일(121)이 설치된다. 상기 고정자(120)는 상기 가이드레일(121)에 끼워져 결합되고, 상기 가이드레일(121)의 안내를 받아 수직으로 이동한다. 상기 고정자(120)는 고정프레임(110)의 상단에 설치된 구동수단(122)로부터 상승력을 부여받는다. 상기 구동수단(122)로부터 상승력을 부여받아 상승한 고정자(120)는 자유낙하를 통해 작업스테이지(111)에 놓여진 피측정물(A)의 상단에 접촉될 때까지 하강한다. 상기 구동수단(122)으로는 공압실린더 또는 유압실린더가 적당하다.

한편, 상기 고정자(120)에는 하강시 발생되는 피측정물(A)과의 접촉충격을 방지하도록 댐퍼가 설치된다. 이를 위하여, 상기 고정자(120)의 일측 또는 양측 중 적어도 한 곳 이상에는 상기 댐퍼를 설치하기 위한 지지블럭(123)이 설치된다.

상기 댐퍼는 고정자(120)에 설치된 지지블럭(123)을 관통하는 가이드봉(124)과, 상기 가이드봉(124)의 하단에 끼워져 고정자(120)가 하강할 때 상단이 지지블럭(123)의 하단에 의해 압축되면서 고정자(120)가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링(125)으로 구성된다.

한편, 상기 댐퍼는 고정자(120)의 상단에 수직으로 설치되어 고정프레임(110)의 상단(110a)을 통과하는 가이드봉(126)과, 상기 가이드봉(126)의 상단과 고정프레임(110)의 상단(110a)에 양단이 지지되어 고정자(120)가 상승하는 방향으로 탄반력을 제공하는 압축스프링(127)으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 고정자(120)는 편심되지 않은 보다 안정적이고 균일한 댐핑력을 제공받게 된다.

물론 상기 댐퍼는 고정자(120)의 양측부와 상단에 모두 설치되어도 무방하다.

상기 작업스테이지(111)의 양측에는 센서고정블럭(130)이 서로 마주보게 배치된다. 상기 센서고정블럭(130)은 작업스테이지(111)의 중앙을 기준으로 동일한 거리에 위치된다. 상기 센서고정블럭(130)은 변위센서(140)의 이동변위량을 측정하는 기준위치를 제공하게 되므로 설치위치가 유동되지 않도록 작업스테이지(111) 또는 고정프레임(110)상에 견고하게 체결되는 것이 바람직하다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 각 센서고정블럭(130)에는 전방에 위치되는 피측정물(A)의 측단의 높이에 대응되는 수평관통공(131)이 형성되어 있으며, 각 수평관통공(131)으로 변위센서(140)가 끼워져 결합된다.

본 발명을 구성하는 변위센서(140)로는 LVDT(linear Variab1e differentia1 transformer)가 채용된다. 상기 LVDT는 피측정물(A)과의 직선적 접촉을 통해 발생되는 인덕턴스의 변화를 전기신호로 표시하여 주는 변위측정센서로서, 1mm 이하의 변위까지 정밀하게 측정이 가능하여 정밀기계부품의 직접적인 측정수단으로 매우 적합하다.

한편, 변위센서(140)의 전단에는 피측정물(A)의 최측단에 접촉되는 탄성접촉자(141)가 구비된다. 상기 탄성접촉자(141)는 변위센서(140)의 본체로부터 인출되어 전방으로 이동하면 피측정물(A)과 접촉되며 자체 탄성에 의해 압축된다. 따라서, 변위센서(140)로 전달되는 접촉충격이 제거된다. 탄성접촉자(141)가 후방으로 이동하면 압축된 탄성접촉자(141)는 원래대로 신장된다.

상기 탄성접촉자(141)의 접촉단(141a)은 수평면으로 이루어져 있다. 이는, 피측정물(A)의 측단의 형상이 곡면이거나 불규칙한 요철부위로 이루어져 있다 하더라도 접촉단(141a)이 항상 최측단에 접촉될 수 있도록 하기 위함이다.

아울러, 접촉단(141a)이 수평면으로 이루어지도록 한 것은 피측정물(A)이 정확한 측정위치에 놓이지 않게 되더라도 상기 접촉단(141a)은 피측정물(A)의 최측단에 정확하게 접촉할 수 있도록 하기 위함이다. 즉, 작업스테이지(111)에는 이송장치에 의해 공급되는 피측정물(A)이 정위치에 놓여지도록 가이드 해 주는 장치가 마련되어 있지 않기 때문에 작업스테이지(111)에 놓여지는 피측정물(A)의 위치는 유동적일 수밖에 없고, 이 유동범위가 접촉단(141a)의 수평면의 범위 이내일 경우라면 상기 접촉단(141a)은 항상 피측정물(A)의 최측단에 접촉될 수 있게 되는 것이다. 따라서, 상기 수평면은 피측정물(A)의 유동범위보다 크게 형성되도록 설계단계에서 고려되어야 한다.

또한, 피측정물(A)의 측부형상에 대응되게 접촉단(141a)의 형상을 호형상으로 제작할 수도 있으나, 이 경우에는 탄성접촉자(141)의 왕복이동 거리가 과도하게 커지므로 신속한 측정이 이루어지기 어렵다. 따라서, 탄성접촉자(141)의 접촉단(141a)이 수평면으로 이루어지도록 하면 변위센서(140)의 왕복이동 거리를 최소화시킬 수 있으므로 신속한 측정이 가능해진다.

한편, 상기 변위센서(140)의 탄성접촉자(141)는 변위센서(140)의 본체 후단에 연결된 구동수단(150)을 통해 센서고정블럭(130)의 수평관통공(131) 내부에서 독립적으로 일정구간을 왕복 이동할 수 있는 이동력을 부여받는다. 상기 구동수단(150)은 유압실린더 또는 공압실린더가 바람직하다.

예컨대, 변위센서(140)의 본체 후단에 연결된 공압실린더를 통해 변위센서(140) 본체의 내부공기가 모두 외부로 배출되면 탄성접촉자(141)가 후방으로 이동되며, 피측정물(A)이 작업대에 위치되어 공압실린더를 통해 변위센서(140)의 본체 내부로 압축공기가 유입되면 탄성접촉자(141)가 변위센서(140)의 본체로부터 배출되면서 전방으로 이동된다.

그리고, 센서고정블럭(130)에는 변위센서(140)의 측부를 가압하여 변위센서(140)의 본체가 수평관통공(131) 내부에서 유동되지 않고 고정시켜 주는 조임나사(132)가 체결된다. 이 경우, 변위센서(140)의 위치는 피측정물(A)의 외경측정에 있어서 대단히 중요한 관리항목이 되므로 자칫 조임나사(132)의 조임력이 떨어질 경우에 구동수단(150)의 작동력에 의해 변위센서(140)의 위치가 전후로 변동되는 사고가 발생되지 않도록 상기 변위센서(140)의 본체에는 부시(133)가 끼워지는 것이 바람직하다. 조임나사(132)는 부시(133)의 측부를 가압한다. 따라서, 조임나사(132)의 조임력이 떨어진다 하더라도 상기 변위센서(140)의 본체는 부시(133)의 마찰력으로 인해 좌우로 쉽게 유동되지 않는다.

한편, 상기 센서고정블럭(130)은 작업스테이지(111)의 양측으로 접근이 가능 하도록 설치될 수도 있다. 이는 변위센서(140)의 탄성접촉자(141)의 이동범위가 4mm 정도로 작기 때문에 서로 다른 외경을 가진 다양한 종류의 피검사체(A)들의 외경을 무리없이 측정할 수 있도록 하기 위함이다. 이를 위하여, 상기 센서고정블럭( 130)의 하부에는 센서고정블럭(130)을 작업스테이지(111)의 양측으로 왕복 이동시켜 주는 이송블럭(160)이 설치되어 있다. 상기 이송블럭(160)은 상부몸체(161)와 하부몸체(162)로 분할되어 있고, 상부몸체(161)와 하부몸체(162) 사이에는 상부몸체(161)를 작업스테이지(111)측으로 슬라이딩 이동시켜주는 이송부재(163)가 설치된다. 상기 이송부재(163)로는 정숙운전과 정밀제어가 가능한 크로스 롤러 가이드가 적당하다. 도시하지는 않았으나, 상기 이송블럭(160)의 일측에는 이송이 완료된 상부블럭( 161)이 유동되지 않도록 고정시켜 주는 스토퍼가 더 설치될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 변위센서(140)를 이용한 외경 측정장치는 다음과 같이 피측정물(A)의 외경을 측정한다.

먼저, 피측정물(A)의 외경과 변위센서(140)의 탄성접촉자(141)의 이동범위를 함께 고려하여 센서고정블럭(130)에 변위센서(140)를 고정시킨다 .

이송블럭(160)이 설치된 경우에는 변위센서(140)를 센서고정블럭(130)에 먼저 고정시킨 다음 이송블럭(160)에 설치된 이송부재(163)를 동작시켜 센서고정블럭(130)을 작업스테이지(11)의 양측으로 왕복이동시켜가면서 적정한 위치에 셋팅시킨다 .

센서고정블럭의 위치가 셋팅되면, 피측정물(A)이 작업스테이지(111)에 공급되면, 작업스테이지(111) 상부에 위치한 고정자(120)가 하강하면서 피측정물(A)의 상부를 가압하여 유동되지 않도록 고정시킨다. 그리고 구동수단(150)이 작동되면서 도 5에 도시된 바와 같이, 작업스테이지(111)의 양측에 배치된 각 센서고정블럭(130)의 수평관통공(131)의 내부에 위치되어 있던 변위센서(140)의 탄성접촉자(141)가 피측정물(A)의 양측단을 향해 전진한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 탄성접촉자(141)는 전방에 위치된 센서고정블럭(130)의 최측단에 접촉될 때까지 구동수단(150)에 의해 전진하게 되며, 상기 변위센서(140)들은 탄성접촉자(141)가 피측정물(A)의 최측단에 접촉될 때까지 발생된 이동변위량을 측정한다.

만일 피측정물(A)의 외경이 정상수치보다 크게 제작된 경우나 피측정물(A)의 위치가 일측으로 치우치게 놓여진 경우, 이에 대응되는 탄성접촉자(141)의 정상이동거리가 짧아지므로 이미 피측정물(A)과 탄성접촉자(141)가 접촉되었다 할지라도 탄성접촉자(141)는 변위센서(140)의 본체로부터 인출되어 전방으로 이동하게 되며, 이 경우 도 7에 도시된 바와 같이, 탄성접촉자(141)가 압축되면서 피측정물(A) 또는 변위센서(140)의 본체로 전달되는 충격을 흡수하게 된다.

작업자는 각 변위센서(140)의 탄성접촉자(141)가 측정한 이동변위량을 합산하여 피측정물(A)의 외경을 정밀하게 측정할 수 있으며 이를 통해 피측정물(A)의 양/불량을 판단할 수 있게 된다.

한편, 이를 컴퓨터 프로그램화하여 변위센서(140)들로부터 측정된 탄성접촉자(141)의 이동변위량을 합산한 값이 미리 셋팅 해 놓은 양품 허용범위 이내인지의 여부를 컴퓨터가 판별하도록 하고, 그 결과에 따라 후속공정으로 선별 이송되도록 자동화시스템을 구축할 수도 있다.

본 발명은 피측정물(A)의 양측단으로부터 접근하는 탄성접촉자(141)들의 이동변위량을 합산하여 피측정물(A)의 외경을 측정하므로 피측정물(A)의 위치가 정확한 측정위치에 놓이지 않게 되더라도 이에 상관없이 신속하고 정밀하게 외경을 측정할 수 있게 된다.

이와 같이, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상술하였으나 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 변형 가능하며, 이러한 변형은 본 발명의 권리범위에 속할 것이다.

110...고정프레임 111...작업스테이지
120...고정자 130...센서고정블럭
132...조임나사 133...부시
140...변위센서 141...탄성접촉자
141a...접촉단 150...구동수단
160...이송블럭 A...피측정물

Claims (5)

1. 피측정물이 놓여지는 작업스테이지가 구비된 고정프레임;
   상기 고정프레임에 승강가능하게 설치되어 피측정물의 상부를 가압 지지하는 고정자;
   상기 작업스테이지의 양측에 서로 마주보게 배치된 센서고정블럭;
   피측정물의 최측단에 접촉되도록 독립적으로 왕복이동하는 탄성접촉자를 구비하며 상기 탄성접촉자가 피측정물의 최측단에 접촉될 때까지 발생된 각각의 이동변위량을 합산하여 피측정물의 외경을 측정할 수 있도록 각 센서고정블럭에 끼워져 고정되는 변위센서;
   상기 탄성접촉자에 왕복이동력을 부여하도록 상기 변위센서 후단에 연결된 구동수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 외경 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 탄성접촉자는 수평면으로 이루어진 접촉단을 가진 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 외경 측정장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 변위센서에는 부시가 끼워져 결합되고,
   상기 센서고정블럭에는 부시의 측부를 가압하는 조임나사가 체결된 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 외경 측정장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 구동수단은 유압실린더 또는 공압실린더인 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 외경 측정장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 센서고정블럭은 작업스테이지의 양측으로 접근이 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 변위센서를 이용한 외경 측정장치.

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