KR20130052311A - 진원도 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원통 형상인 측정 대상물의 진원도를 측정하기 위한 장치로서, 동일 길이의 다수 절편들이 힌지에 의해 회동 가능하게 체결되어 있으며, 상기 각각의 절편들의 중앙에는 측정 대상물 표면과 절편간의 접촉점 위치를 측정할 수 있도록 접촉점 측정용 눈금자가 마킹되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 동일 길이의 다수 절편들을 힌지에 의해 회동 가능하게 체결한 후 이들 절편들을 대구경 파이프에 접촉시킨 상태에서 각 절편들 사이의 각도를 측정함으로써 대구경 파이프의 진원도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 대상물을 움직일 필요없이 최대, 최소 직경을 정확히 측정할 수가 있다.

Description

진원도 측정 장치 및 방법{ELLIPTICITY MEASURING APPARATUS AND METHOD MEASURING THE SAME}
본 발명은 진원도 측정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 대구경 파이프의 진원도를 정확하게 측정할 수 있도록 된 진원도 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
진원도(ELLIPTICITY)는 환봉(丸棒) 또는 배관이 진원(眞圓)인지 어떤지의 여부 정도를 의미한다.
종래 진원도 측정 방법으로서, 반경법 및 직경법 등을 들 수 있다.
반경법은 상용화된 진원도 측정기로서 원통 형상의 측정 대상물을 회전대 위에 놓고 회전시키면서 바깥쪽에서 접촉식 센서로 연속적인 반경의 차이를 측정하는데, 측정 대상물의 크기에 제한이 있다.
직경법은 실린더 게이지나 마이크로 미터를 이용하여 최대, 최소치의 차이를 구한다.
한편, 일반적으로 직경 600mm 미만의 소구경이고 길이가 600mm 이하이며 중량이 100kg 미만인 소형 파이프의 경우 상술한 진원도 측정 장치를 이용하여 측정이 가능하다. 그렇지만, 직경 600mm 이상의 대구경 파이프 또는 길이 600mm 이상인 대형 파이프의 경우 또는 크기가 작더라도 고정된 측정대 위로 올릴 수 없는 상황일 경우(설치 또는 조립 도중의 파이프 혹은 측정 장치의 회전 원판에 올릴 수 없는 형상 등)에는 진원도 측정 장치가 별도로 없고, 임의로 길이를 늘린 버니어 캘리퍼스를 사용하거나 더 큰 사이즈는 두 개의 갈고리를 연결한 형상의 클램프로 파이프 표면을 긁은 후 양 끝의 거리를 측정하는 간접적인 방법을 사용하고 있다.
이에 따라, 종래 측정방법의 경우 대구경 파이프의 진원도를 정확하게 측정하기 어려울 뿐만 아니라, 두 군데만 측정하므로 최대, 최소 직경을 정확히 측정하기가 매우 어려운 문제점이 있다.
한편, 종래 진원도 측정기술로서 베이스와, 상기 베이스에서 수직 방향으로 이동 가능하도록 연결된 원형 프레임과, 상기 원형 프레임에 방사상으로 형성되어 원형 프레임의 외측으로 탄성 지지되고 동일한 길이를 가진 다수의 탐침봉과, 상기 원형 프레임의 내측에서 상기 방사상으로 형성된 다수의 탐침봉에 접촉되어 상기 탐침보의 작동 변위에 따라 기울기가 결정되고 그 기울기를 액체 속의 기포를 통해 지시하도록 형성된 원뿔 지시체로 구성된 실린더 라이너 진원도 측정 장치가 제안되어 있다(특허문헌1 참조).
[특허문헌1] 국내등록특허 10-02106670호
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 대구경 파이프의 진원도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 최대, 최소 직경을 정확히 측정할 수 있도록 된 진원도 측정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 진원도 측정 장치는, 원통 형상인 측정 대상물의 진원도를 측정하기 위한 장치로서, 동일 길이의 다수 절편들이 힌지에 의해 회동 가능하게 체결되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 각각의 절편들의 중앙에는 측정 대상물 표면과 절편간의 접촉점 위치를 측정할 수 있도록 접촉점 측정용 눈금자가 마킹되어 있을 수 있다.
또한, 상기 진원도 측정 장치에는 각 절편들간에 이루는 각도를 측정할 수 있도록 디지털 각도 게이지 또는 엔코더가 설치될 수 있다.
또한, 상기 진원도 측정 장치에는 디지털 각도 게이지 또는 엔코더로부터 측정된 각도를 외부에 표시할 수 있도록 표시장치가 설치될 수 있다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 진원도 측정 방법은, 원통 형상인 측정 대상물의 진원도를 측정하기 위한 방법으로서, 측정 대상물의 둘레를 따라 동일 길이의 다수 절편들이 힌지에 의해 회동 가능하게 체결된 진원도 측정 장치를 접촉시킨 상태로 설치한 후, 상기 설치된 각 절편들간에 이루는 각도를 측정하여 측정 대상물의 진원 여부를 판단하고 측정 대상물의 진원도를 측정하는 것을 특징으로 하는 한다.
여기에서, 다음식
RMax=(L)/Tan(AMin/2)-t/2 (수식1)
RMin=(L)/Tan(AMax/2)-t/2 (수식2)
RAVR=(L)/Tan(AAVR/2)-t/2 (수식3)
(RMax: 최소 각도(AMin)에서의 최대 반경, RMin: 최대 각도(AMax)에서의 최소 반경, RAVR: 평균 각도(AAVR)에서의 평균 반경, L: 절편 1개의 길이, t: 절편 두께)
에 의해 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 구하고,
다음식
E = (RMax-RMin)/RAVR ×100(%) (수식4)
에 의해 측정 대상물의 진원도(E)를 측정할 수 있다.
또한, 상기 절편들의 중앙에는 측정 대상물 표면과 절편간의 접촉점 위치를 측정할 수 있도록 접촉점 측정용 눈금자가 마킹되어 있으며, 상기 접촉점의 위치가 접촉점 측정용 눈금자의 중심 눈금에서 벗어난 길이를 통해 측정 대상물의 진원 여부를 판단하고, 다음식
RMax=(L/2+△L)/Tan(AMin/2)-t/2 (수식5)
RMin=(L/2+△L)/Tan(AMax/2)-t/2 (수식6)
RAVR=(L/2+△LAVR)/Tan(AAVR/2)-t/2 (수식7)
(△L: 접촉점의 위치가 중심 눈금에서 벗어난 길이, △LAVR: 접촉점의 위치가 중심 눈금에서 벗어난 길이들의 평균)
에 의해 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 구하고,
상기 수식4에 구해진 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 대입하여 측정 대상물의 진원도(E)를 측정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 동일 길이의 다수 절편들을 힌지에 의해 회동 가능하게 체결한 후 이들 절편들을 대구경 파이프에 접촉시킨 상태에서 각 절편들 사이의 각도를 측정함으로써 대구경 파이프의 진원도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 대상물을 움직일 필요없이 최대, 최소 직경을 정확히 측정할 수가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제1 사용 상태도.
도 3은 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제2 사용 상태도.
도 4는 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제3 사용 상태도.
도 5는 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제4 사용 상태도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 개념도, 도 2는 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제1 사용 상태도, 도 3은 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제2 사용 상태도, 도 4는 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제3 사용 상태도, 도 5는 본 발명에 따른 진원도 측정 장치의 제4 사용 상태도이다.
본 발명에 따른 진원도 측정 장치 및 방법은 원통 형상인 측정 대상물, 특히 대구경 파이프의 진원도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 측정 대상물을 움직일 필요없이 최대, 최소 직경을 정확히 측정할 수 있도록 된 것을 그 핵심요지로 한다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 진원도 측정 장치(10)는 동일한 길이의 다수 절편들(11)이 힌지(12)에 의해 회동 가능하게 체결되어 있다.
그리고, 상기 각각의 절편들(11)의 중앙에는 측정 대상물 표면과 절편(11)간의 접촉점 위치를 측정할 수 있도록 접촉점 측정용 눈금자(13)가 마킹되어 있다. 이때, 눈금자(13)에 마킹되어 있는 중심 눈금은 각 절편(11)의 한가운데에 위치한다.
그리고, 본 발명에 따른 진원도 측정 장치(10)에는 각 절편들(11)간에 이루는 각도(Ai)를 자동으로 측정할 수 있도록 디지털 각도 게이지(미도시) 또는 엔코더(미도시)가 설치된다. 이들로부터 측정된 각도(Ai)는 별도의 전자식 표시장치(미도시)를 통해 외부에 표시할 수 있다.
한편, 디지털 각도 게이지(미도시) 또는 엔코더(미도시) 대신에 분도계를 이용하여 수동으로 각도(Ai)를 측정할 수도 있다.
이때, 측정된 각도(Ai) 중에서 가장 큰 값을 보이는 곳이 진원도에서 가장 많이 벗어난 곳이다. 측정된 각도(Ai)의 평균(AAVR .)이 측정된 구간에서의 가상 진원에서 절편들이 이루는 각도이고, 가상 진원의 반경(R), 최대 및 최소 반경 (Rmax, Rmin) 그리고 진원도 (E)를 계산할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 진원도 측정 장치(10)는 절편(11)의 길이 및 연결 개수에 따라 측정 장치(10)의 길이가 결정되고, 측정 장치(10)의 길이에 따라 측정 대상물(1)의 전체 원주를 측정할 수도 있고, 원주의 일부를 측정할 수도 있다.
상술한 진원도 측정 장치(10)를 이용하여 원통 형상인 측정 대상물의 진원도를 측정하기 위한 방법을 살펴보면, 먼저 측정 대상물(1)의 둘레를 따라 동일 길이의 다수 절편들(11)이 힌지(12)에 의해 회동 가능하게 체결된 진원도 측정 장치(10)를 접촉시킨 상태로 설치한다.
그리고, 이 상태에서 상기 설치된 각 절편들(11)간에 이루는 각도(Ai)를 측정하여 측정 대상물(1)의 진원 여부를 판단하고 측정 대상물의 진원도(E)를 측정한다. 예를 들면, 측정된 각도들(Ai)이 상이하면 진원이 아닌 것으로 판단하면 된다.
구체적으로, 진원도(E)는 다음과 같은 방법으로 측정할 수 있다.
먼저, 다음식
RMax=(L)/Tan(AMin/2)-t/2 (수식1)
RMin=(L)/Tan(AMax/2)-t/2 (수식2)
RAVR=(L)/Tan(AAVR/2)-t/2 (수식3)
(RMax: 최소 각도(AMin)에서의 최대 반경, RMin: 최대 각도(AMax)에서의 최소 반경, RAVR: 평균 각도(AAVR)에서의 평균 반경, L: 절편 1개의 길이, t: 절편 두께)
에 의해 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 구한다.
그리고, 다음식에 상기 식을 통해 구한 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 대입하여 측정 대상물의 진원도(E)를 측정한다.
E = (RMax-RMin)/RAVR ×100(%) (수식4)
한편, 다음과 같은 방법을 사용하면 측정 대상물의 진원도(E)를 더 정확하게 측정할 수 있다. 먼저, 접촉점의 위치가 접촉점 측정용 눈금자(13)의 중심 눈금에서 벗어난 길이를 통해 측정 대상물의 진원 여부를 판단하고, 다음식에 의해
RMax=(L/2+△L)/Tan(AMin/2)-t/2 (수식5)
RMin=(L/2+△L)/Tan(AMax/2)-t/2 (수식6)
RAVR=(L/2+△LAVR)/Tan(AAVR/2)-t/2 (수식7)
(△L: 접촉점의 위치가 중심 눈금에서 벗어난 길이, △LAVR: 접촉점의 위치가 중심 눈금에서 벗어난 길이들의 평균)
에 의해 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 구한다.
그리고, 상기 수식4에 구해진 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 대입하게 되면 측정 대상물의 진원도(E)를 더 정확하게 측정할 수가 있다.
부연하여, 본 발명에 따른 진원도 측정 장치 및 방법에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 도 2는 원통 형상인 측정 대상물(1)의 외경이 진원인 경우로서, 각 절편들(11)간에 이루는 각도(A1,A2,A3.…)는 동일하고, 각 절편들(11)에서의 반경(R1,R2,R3,…) 또한 동일하다.
진원 상태에서의 반경(R)은 다음식으로 나타낼 수 있다.
Tan(A1/2)=(L/2)/(R+t/2)
R-(L/2)/Tan(A1/2)-t/2
도 3은 원통 형상인 측정 대상물(1)의 외경이 진원이 아닌 경우로서, 각 절편들(11)간에 이루는 각도(A1,A2,A3.…)는 동일하지 아니하고, 각 절편들(11)에서의 반경(R1,R2,R3,…) 또한 동일하지 아니하다.
참고적으로, 측정된 각도(Ai)의 평균 각도(AAVR)가 가상 진원과 절편들(11)이 이루는 각도이다. 진원보다 예각이 되어 뾰족해지면 부분 원주에 의한 반경은 작아지고, 둔각이 되면 부분 원주에 의한 반경은 커진다. 최소 및 최대 각도(AMin, AMax)를 이루는 두 곳이 최대 둔각 및 최소 예각을 이루는 곳이며, 각각의 반경은 다음 식으로 나타낼 수 있다.
Tan(A')=(L')/(R'+t/2)
R'=(L/2+△L)/Tan(AMax or Min /2)-t/2
R이 R'로 변화하면서 △L만큼 접촉점이 이동한다(L'=L/2+△L).
(예1 : R'〉R이면 △L〈0 이다. 예2 : R'〈R이면 △L〉0 이다.)
도 4는 원통 형상인 측정 대상물(1)의 외경이 진원이 아닌 경우로서 절편들(11)간 각도가 최소인 경우를 보여준다.
R'과 RAVR의 차이에 의해 △L 만큼 접촉점이 변화한다(L'=L/2+△L).
RAVR는 가상 진원의 반경이다.
(예1 : R'〉RAVR이면 △L〈0 이다.)
각각의 반경은 다음식으로 나타낼 수 있다.
Tan(A')=(L')/(R'+t/2)
R'=(L/2+△L)/Tan(AMin/2)-t/2
도 5는 원통 형상인 측정 대상물(1)의 외경이 진원이 아닌 경우로서 절편들(11)간 각도가 최대인 경우를 보여준다.
R'과 RAVR의 차이에 의해 △L 만큼 접촉점이 변화한다(L'=L/2+△L).
(예2 : R'〈RAVR이면 △L〉0 이다.)
반경은 다음식으로 나타낼 수 있다.
Tan(A')=(L')/(R'+t/2)
R'=(L/2+△L)/Tan(AMax/2)-t/2
본 발명을 적용하게 되면, 동일 길이의 다수 절편들(11)이 힌지(12)에 의해 회동 가능하게 체결하고 각 절편들(11) 사이의 각도(Ai)를 측정함으로써 대구경 파이프의 진원도를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 최대, 최소 직경을 정확히 측정할 수가 있게 된다. 그리고, 절편들(11)의 길이가 짧을수록 정확도를 더 높일 수가 있다.
한편, 본 발명에 따른 진원도 측정 장치 및 방법을 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 파이프 10 : 진원도 측정 장치
11 : 절편 12 : 힌지
13 : 눈금자

Claims (7)

  1. 원통 형상인 측정 대상물의 진원도를 측정하기 위한 장치(10)로서,
    동일 길이의 다수 절편들(11)이 힌지(12)에 의해 회동 가능하게 체결되어 있는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각각의 절편들(11)의 중앙에는 측정 대상물 표면과 절편(11)간의 접촉점 위치를 측정할 수 있도록 접촉점 측정용 눈금자(13)가 마킹되어 있는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 진원도 측정 장치에는 각 절편들(11)간에 이루는 각도(Ai)를 측정할 수 있도록 디지털 각도 게이지 또는 엔코더가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 진원도 측정 장치에는 디지털 각도 게이지 또는 엔코더로부터 측정된 각도(Ai)를 외부에 표시할 수 있도록 표시장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 장치.
  5. 원통 형상인 측정 대상물의 진원도를 측정하기 위한 방법으로서,
    측정 대상물의 둘레를 따라 동일 길이의 다수 절편들(11)이 힌지(12)에 의해 회동 가능하게 체결된 진원도 측정 장치(10)를 접촉시킨 상태로 설치한 후, 상기 설치된 각 절편들(11)간에 이루는 각도(Ai)를 측정하여 측정 대상물의 진원 여부를 판단하고 측정 대상물의 진원도를 측정하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    다음식
    RMax=(L)/Tan(AMin/2)-t/2 (수식1)
    RMin=(L)/Tan(AMax/2)-t/2 (수식2)
    RAVR=(L)/Tan(AAVR/2)-t/2 (수식3)
    (RMax: 최소 각도(AMin)에서의 최대 반경, RMin: 최대 각도(AMax)에서의 최소 반경, RAVR: 평균 각도(AAVR)에서의 평균 반경, L: 절편 1개의 길이, t: 절편 두께)
    에 의해 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 구하고,
    다음식
    E = (RMax-RMin)/RAVR ×100(%) (수식4)
    에 의해 측정 대상물의 진원도(E)를 측정하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 절편들(11)의 중앙에는 측정 대상물 표면과 절편(11)간의 접촉점 위치를 측정할 수 있도록 접촉점 측정용 눈금자(13)가 마킹되어 있으며,
    상기 접촉점의 위치가 접촉점 측정용 눈금자(13)의 중심 눈금에서 벗어난 길이를 통해 측정 대상물의 진원 여부를 판단하고, 다음식
    RMax=(L/2+△L)/Tan(AMin/2)-t/2 (수식5)
    RMin=(L/2+△L)/Tan(AMax/2)-t/2 (수식6)
    RAVR=(L/2+△LAVR)/Tan(AAVR/2)-t/2 (수식7)
    (△L: 접촉점의 위치가 중심 눈금에서 벗어난 길이, △LAVR: 접촉점의 위치가 중심 눈금에서 벗어난 길이들의 평균)
    에 의해 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 구하고,
    상기 수식4에 구해진 최대 반경(RMax), 최소 반경(RMin) 및 평균 반경(RAVR)을 대입하여 측정 대상물의 진원도(E)를 측정하는 것을 특징으로 하는 진원도 측정 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103817395A (zh) * 2014-03-14 2014-05-28 上海气焊机厂有限公司 椭圆度测量装置、相贯线切割装置及控制方法
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KR102610238B1 (ko) 2022-11-07 2023-12-06 주식회사 지비하이텍 머신 비전 기반 초정밀 검사 시스템

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