KR20130072593A - 형상측정장치 및 형상측정방법 - Google Patents

형상측정장치 및 형상측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 형상측정장치 및 형상측정방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치는, V자 형상의 홈을 가지며, 상기 홈에 위치하는 피측정물을 일정한 속도로 이송하는 이송부; 상기 이송부의 상부에 구비되는 것으로서, 상기 피측정물과의 거리를 측정하여 변위값을 생성하는 비접촉식 변위센서; 상기 변위값을 이용하여, 상기 피측정물의 외경, 진직도, 길이를 계산하는 신호처리부를 포함할 수 있다.

Description

형상측정장치 및 형상측정방법 {Apparatus for measuring straightness, length and diameter of obect and method for measuring the same}
본 발명은 형상측정장치 및 형상측정방법에 관한 것으로서, 피측정물의 외경, 길이, 진직도 등 상기 피측정물의 외형 형상을 측정할 수 있는 형상측정장치 및 형상측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 파이프류의 가공은 그 목적에 따라 열처리 등의 가공 공정을 거치게 되며, 이 과정에서 파이프가 뒤틀리거나 휘어지는 현상이 발생할 수 있다. 특별히 높은 진직도(straighteness) 관리가 필요한 경우에는, 접촉식 게이지 등을 이용하여 가공 중에 진직도를 측정하여 보정하는 과정을 거치도록 할 수 있으나, 이 경우 가공 및 생산에 많은 시간에 소요될 수 있다.
또한, 제품의 외형 형상 측정을 위하여 샘플 검사를 수행하는 경우에는 검사 시간의 제약을 덜 받게 되므로 정밀한 검사가 가능하지만 전수검사가 불가능한 단점이 있다.
따라서, 진직도 관리에 있어서 전수검사를 요구할 경우, 검사 속도와 정밀도를 모두 만족하기 어려워 일반적으로 육안검사를 실시하고 있으나, 이 경우에는 검사 정밀도와 재현성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 피측정물의 외형 형상을 측정할 수 있는 형상측정장치 및 형상측정방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치는, V자 형상의 홈을 가지며, 상기 홈에 위치하는 피측정물을 일정한 속도로 이송하는 이송부; 상기 이송부의 상부에 구비되는 것으로서, 상기 피측정물과의 거리를 측정하여 변위값을 생성하는 비접촉식 변위센서; 상기 변위값을 이용하여, 상기 피측정물의 외경, 진직도, 길이를 계산하는 신호처리부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 비접촉식 변위센서는, 상기 V자 형상의 꼭지점 연직상방에 위치할 수 있다.
여기서 상기 신호처리부는, 상기 이송부의 이송속도와, 상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지하기 시작한 시점과 종료한 시점간의 시간간격을 이용하여 상기 피측정물의 길이를 계산할 수 있다.
여기서 신호처리부는, 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각, 상기 꼭지점과 상기 꼭지점의 연직상방에 위치하는 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리 및 상기 비접촉식 변위센서가 측정한 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경을 계산할 수 있다.
여기서 상기 신호처리부는, 식
Figure pat00001
을 이용하여 상기 피측정물의 외경을 계산한다. 상기 식에서, R은 피측정물의 외경, h1은 상기 꼭지점과 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리, d1은 상기 비접촉식 변위센서가 측정한 변위값, α는 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각일 수 있다.
여기서 상기 신호처리부는, 상기 피측정물의 이동거리를 가로축, 상기 피측정물의 이동거리에 대응되는 상기 변위값을 세로축에 나타낸 곡선을 생성하고, 상기 곡선의 양 끝점을 연결하는 직선을 만든 후, 상기 직선이 상기 가로축과 수평이 되도록 회전시켜, 상기 회전된 직선과 상기 회전된 곡선간의 변위 차를 구하여 상기 피측정물의 진직도를 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정방법은, 피측정물을 V자 형상의 홈에 위치시켜 상기 피측정물을 등속도로 이송하는 이송단계; 고정된 위치에 구비된 비접촉식 변위센서를 이용하여 상기 비접촉식 변위센서와 상기 피측정물 사이의 거리를 측정하여 변위값을 생성하는 측정단계; 및 상기 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경, 진직도, 길이를 계산하는 외형계산단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 외형계산단계는, 상기 피측정물의 이송속도를 입력받는 이송속도입력과정; 상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지하기 시작한 시점부터 종료한 시점까지 시간을 카운트하는 시간간격측정과정; 및 상기 이송속도 및 시간간격을 이용하여 상기 피측정물의 길이를 계산하는 길이 계산과정을 포함할 수 있다.
여기서 상기 외형계산단계는, 상기 피측정물의 이동거리를 가로축, 상기 피측정물의 이동거리에 대응되는 상기 변위값을 세로축에 나타낸 곡선을 생성하는 곡선생성과정; 상기 곡선의 양 끝점을 연결하는 직선을 만든 후, 상기 직선이 상기 가로축과 수평이 되도록 상기 곡선을 회전시키는 회전과정; 및 상기 상기 회전된 직선과 곡선간의 변위 차를 구하여 상기 피측정물의 진직도를 계산하는 진직도 계산과정을 포함할 수 있다.
여기서 상기 외형계산단계는, 식
Figure pat00002
를 이용하여 상기 피측정물의 외경을 계산한다. 여기서 R은 피측정물의 외경, d1은 상기 V자 형상의 꼭지점의 연직상방에 위치하는 비접촉식 변위센서가 측정한 변위값, h1은 상기 꼭지점과 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리, α는 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치 및 형상측정방법은, 파이프 등의 피측정물의 진직도, 외경, 길이를 동시에 측정하는 것이 가능하며, 신속하고 정확한 측정이 가능하다. 또한, 동시에 여러 종류의 파이프 등을 생산하는 경우에는, 외경, 길이에 따른 분류가 가능하므로, 생산성을 높이고 검사의 신뢰성을 높일 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 나타내는 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 이용한 피측정물의 길이 측정을 나타내는 블록도이다.
도3는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 이용한 피측정물의 외경 측정을 나타내는 블록도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 이용한 피측정물의 진직도 측정을 나타내는 블록도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 나타내는 블록도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치는 피측정물(1), 이송부(10), 비접촉식 변위센서(20) 및 신호처리부(30)를 포함할 수 있다.
이하, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 설명한다.
이송부(10)는, V자 형상의 홈을 가지며, 상기 홈에 위치하는 피측정물을 일정한 속도로 이송할 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 상기 이송부(10)는 V자 형상의 홈을 가질 수 있으며, 상기 피측정물은 상기 V자 형상의 홈에 안착되어 안정적으로 이송될 수 있다. 여기서 상기 피측정물은 파이프 등 원통형의 형상을 가지는 것일 수 있다.
상기 이송부(10)은 연속적으로 배열된 롤(roll)을 구비할 수 있으며, 상기 롤(roll)의 회전에 의하여 상기 피측정물이 이송될 수 있다. 따라서, 상기 롤의 회전속도에 따라 상기 피측정물의 이송속도가 결정될 수 있다.
상기 이송부(10)는 상기 피측정물을 이송시켜, 고정된 위치에 구비된 상기 비접촉식 변위센서(20)의 하부를 지나도록 할 수 있다.
비접촉식 변위센서(20)는, 상기 이송부(10)의 상부에 구비되는 것으로서, 상기 피측정물(1)과의 거리를 측정하여 변위값을 생성할 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서(20)는 레이저 변위센서일 수 있다. 상기 비접촉식 변위센서(20)는 상기 비접촉식 변위센서(20)와 피측정물(1) 사이의 거리를 측정하여 이를 변위값으로 생성할 수 있다.
여기서 상기 비접촉식 변위센서(20)는 복수개 구비될 수 있으며, 상기 복수개의 비접촉식 변위센서(20) 중에서 적어도 하나는 상기 이송부(10)의 V자 형상의 꼭지점의 연직상방에 위치할 수 있다. 구체적으로는, 도3에 도시된 바와 같이, 상기 이송부(10)의 V자 형상의 꼭지점과 원통형 피측정물(1)의 중심점을 지나는 직선상에 상기 비접촉식 변위센서(20)가 위치할 수 있다.
상기 복수의 비접촉식 변위센서(20)는, 상기 피측정물(1)의 진행방향과 직교하는 하나의 직선상에 위치할 수 있으며, 상기 비접촉식 변위센서(20)들의 사잇각은 적어도 45° 이상일 수 있으며, 바람직하게는 60°가 될 수 있다.
상기 복수의 비접촉식 변위센서(20)가 측정한 변위값들은 각각 상기 신호처리부(30)로 전송될 수 있다. 여기서 상기 비접촉식 변위센서(20)는 측정하고자 하는 피측정물(1)의 크기 등을 고려하여 미리 상기 측정되는 변위값의 범위를 설정할 수 있다. 즉, 상기 피측정물(1) 크기의 최소값 및 최대값을 고려하여 상기 비접촉식 변위센서(20)의 측정범위를 설정할 수 있으며, 상기 측정범위를 벗어나는 측정값에 대하여는 측정하고자 하는 대상이 아닌 것으로 판단할 수 있다.
신호처리부(30)는, 상기 변위값을 이용하여, 상기 피측정물(1)의 외경, 진직도, 길이를 계산할 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 이용한 피측정물의 길이 측정을 나타내는 블록도로서, 이하 상기 도2를 참조하여 상기 신호처리부(30)에서의 피측정물(1) 길이 계산을 설명한다.
상기 신호처리부(30)는, 상기 이송부(10)의 이송속도와, 상기 비접촉식 변위센서(20)가 상기 피측정물(1)을 감지하기 시작한 시점과 종료한 시점간의 시간간격을 이용하여 상기 피측정물(1)의 길이를 계산할 수 있다.
상기 이송부(10)의 이송속도는 상기 이송부(10)로부터 전송받을 수 있으며, 상기 이송속도는 상기 이송부(10)에 구비된 롤의 회전속도에 의하여 결정될 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서(20)가 상기 피측정물(1)을 감지하기 시작하는 시점과 상기 피측정물(1)에 대한 감지가 종료된 시점간의 시간간격은 상기 비접촉식 변위센서(20)의 측정범위를 설정함으로써 측정할 수 있다.
구체적으로 상기 비접촉식 변위센서(20)는, 상기 피측정물(1)의 a지점이 상기 비접촉식 변위센서(20)의 하단부에 도달하기 전에는, 상기 이송부(10)까지의 거리를 측정할 수 있다. 따라서, 이때 상기 비접촉식 변위센서(20)가 측정한 값은 상기 비접촉식 변위센서(20)의 측정범위를 벗어날 수 있으므로, 상기 신호처리부(30)는 아직 상기 피측정물(10)이 감지되지 않은 것으로 판별할 수 있다.
이후, 상기 a지점이 상기 비접촉식 변위센서(20)의 하단부에 도달하게 되면, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 상기 측정범위에 속하는 변위값을 생성하게 되고, 이때 상기 신호처리부(30)는 상기 피측정물(1)이 감지되기 시작함을 알 수 있다. 따라서, 상기 신호처리부(30)는 상기 시점부터 시간 카운트를 시작할 수 있다.
상기 피측정물(1)의 b지점이 상기 비접촉식 변위센서(20)의 하단부를 지나가게 되면, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 다시 상기 이송부(10)까지의 거리를 측정하게 되고 이는 상기 측정범위를 벗어날 수 있다. 이로 인하여 상기 신호처리부(30)는 상기 피측정물(1)에 대한 감지가 종료되었음을 알 수 있으며, 상기 시간카운트를 중단할 수 있다.
따라서, 상기 신호감지부(30)는 상기 비접촉식 변위센서(20)가 상기 피측정물(1)을 감지하기 시작하는 시점과 상기 피측정물(1)에 대한 감지가 종료된 시점간의 시간간격을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 피측정물(1)의 이송속도(v)와 상기 비접촉식 변위센서(20)가 상기 피측정물(1)을 감지하는 시간간격(t)이 주어졌으므로, 속도, 시간, 거리의 관계식 즉, 거리 = 속도 * 시간에 의하여 상기 피측정물(1)의 길이(S)를 계산할 수 있다. 구체적으로, S = v * t에 의하여 구할 수 있다.
여기서 상기 비접촉식 변위센서(20)는 복수개 구비될 수 있으며, 상기 신호처리부(30)는 상기 복수의 비접촉식 변위센서(20) 각각이 측정한 변위값 중에서 상기 측정범위내에 있는 유효 변위값을 추출한 후, 상기 유효 변위값이 추출되는 시간간격 및 상기 이송속도를 이용하여 상기 피측정물(1)의 길이를 계산할 수 있다. 상기 신호처리부(30)는 상기 각각의 비접촉식 변위센서(20)에 의한 상기 피검출물(1)의 길이를 구하여 각각 나타낼 수 있으며, 상기 각각의 비접촉식 변위센서(20)에 의한 상기 피검출물(1)의 길이를 평균내어 하나의 값으로 출력할 수도 있다.
도3는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 이용한 피측정물의 외경 측정을 나타내는 블록도로서, 이하 상기 도3를 참조하여 상기 신호처리부(30)에서의 피측정물(1)의 외경 계산을 설명한다.
도3에 도시된바와 같이, 상기 피측정물(1)의 외경 계산을 위하여, 상기 비접촉식 변위센서(20) 중에서 적어도 하나는 상기 이송부(10)의 V자 형상의 꼭지점 연직상방에 위치할 수 있다. 여기서 상기 피측정물(1)은 파이프 등 원통형의 형상을 지닌 것으로 가정한다.
상기 신호처리부(30)는, 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각(α), 상기 꼭지점과 상기 꼭지점의 연직상방에 위치하는 상기 비접촉식 변위센서(20) 사이의 거리(h1) 및 상기 비접촉식 변위센서(20)가 측정한 변위값(d1)을 이용하여 상기 피측정물(1)의 외경(R)을 계산할 수 있다.
구체적으로, 상기 피측정물의 외경(R)은, 이하의 수학식 1을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00003
여기서, 상기 꼭지점과 상기 꼭지점의 연직상방에 위치하는 상기 비접촉식 변위센서(20) 사이의 거리(h1) 및 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각(α)은 고정된 값으로서 이미 알고 있는 상수로 볼 수 있다. 따라서, 상기 변위값(d1)을 상기 비접촉식 변위센서(20)로부터 입력받으면, 상기 수학식1에 의하여 상기 피측정물(1)의 외경(R)을 구할 수 있다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정장치를 이용한 피측정물의 진직도 측정을 나타내는 블록도로서, 이하 도4를 참조하여 상기 신호처리부(30)에서의 진직도 계산을 설명한다.
도4(a)에 도시된 바와 같이, 상기 신호처리부(30)는, 상기 피측정물(1)의 이동거리를 가로축, 상기 피측정물(1)의 이동거리에 대응되는 상기 변위값을 세로축에 나타낸 곡선(p)을 생성할 수 있다. 여기서 상기 변위값은 상기 측정범위에 속하는 변위값만을 표시할 수 있다.
상기 피측정물(1)의 진직도를 측정하기 위하여, 상기 측정범위에 속하는 변위값이 최초로 측정된 최초의 점과 상기 측정범위에 속하는 변위값이 마지막으로 측정된 최후의 점 즉, 상기 곡선(p)의 양 끝점을 연결하는 직선(q)를 만들 수 있다.
이후, 도4(b)와 같이, 상기 직선(q)이 상기 가로축과 수평이 되도록 회전시키면서, 상기 곡선(p)도 함께 회전할 수 있다. 상기 도4(b)에서 상기 직선(q)는 상기 피측정물(1)의 진직도의 오차가 0인 가상의 선으로 볼 수 있으며, 상기 직선(q)와 상기 곡선(p)의 변위값의 차이를 상기 진직도 오차로 볼 수 있다.
여기서 상기 피측정물(1)의 이동거리는, 상기 피측정물(1) 표면의 길이방향으로의 위치에 대응될 수 있다. 따라서, 상기 피측정물(1)의 길이방향의 각 지점에서의 상기 진직도 오차를 상기 도4(b)를 통하여 구할 수 있다.
여기서 상기 비접촉식 변위센서(20)는 복수개 구비될 수 있으며, 상기 각각의 비접촉식 변위센서(20)에서 측정된 변위값을 이용하여 상기 도4(b)와 같은 그래프를 복수개 얻을 수 있다. 따라서, 상기 피측정물(1)의 동일한 표면상의 위치에 대하여 복수개의 진직도 오차가 계산될 수 있으며, 상기 복수의 진직도 오차를 각각 나타내거나 또는 상기 복수의 진직도 오차를 평균내어 나타낼 수 있다.
앞서 살핀바와 같이, 상기 신호처리부(30)는 상기 비접촉식 변위센서(20)의 변위값을 이용하여, 상기 피측정물의 길이, 외경, 진직도를 계산할 수 있으며, 이를 동시에 계산할 수 있다.
또한, 상기 비접촉식 변위센서(20)는 측정범위내에 해당하는 피측정물(1)은 모두 측정할 수 있으므로, 길이, 외경 등이 상이한 피측정물(1)이 연속적으로 입력되어도 상기 신호처리부(30)는 상기 피측정물의 길이, 외경 등을 각각 계산할 수 있다. 또한, 상기 신호처리부(30)는 상기 길이, 외경 등에 따라 상기 피측정물(1)의 종류를 분류하는 것도 가능하다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정방법을 나타내는 순서도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정방법은, 이송단계(S10), 측정단계(S20) 및 외형계산단계(S30)를 포함할 수 있다.
이하, 도5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 형상측정방법을 설명한다.
이송단계(S10)는, 피측정물을 V자 형상의 홈에 위치시켜 상기 피측정물을 등속도로 이송할 수 있다.
상기 피측정물은 파이프 등 원통형의 형상을 가질 수 있으며, 상기 원통형의 피측정물은 상기 V자 형상의 홈에 안착되어 지지될 수 있다. 상기 피측정물은 상기 V자 형상으로, 연속적으로 배열된 복수의 롤의 회전에 의하여 이송될 수 있다. 상기 피측정물의 이송속도는 상기 복수의 롤의 회전속도에 따라 달라질 수 있으며, 등속도로 회전하는 상기 복수의 롤에 의하여 상기 피측정물도 등속도로 이송될 수 있다.
측정단계(S20)는, 고정된 위치에 구비된 비접촉식 변위센서를 이용하여 상기 비접촉식 변위센서와 상기 피측정물 사이의 거리를 측정하여 변위값을 생성할 수 있다.
상기 피측정물은 이송되어 상기 비접촉식 변위센서의 하부를 지날 수 있다. 상기 비접촉식 변위센서는 고정된 위치에 구비되어, 상기 비접촉식 변위센서의 하부와 상기 피측정물사이의 거리를 측정하여 변위값으로 출력할 수 있다.
구체적으로, 상기 비접촉식 변위센서는 레이저 변위센서일 수 있으며, 상기 비접촉식 변위센서는 복수개 구비될 수 있다. 상기 복수개의 비접촉식 변위센서 중에서 적어도 하나는 상기 V자 형상의 꼭지점의 연직상방에 위치할 수 있다.
상기 복수의 비접촉식 변위센서는 상기 피측정물의 이송방향과 직교하는 하나의 직선상에 위치할 수 있으며, 상기 비접촉식 변위센서들간의 사잇각은 적어도 45°이상일 수 있으며, 바람직하게는 60°일 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서는 측정하고자 하는 피측정물의 크기의 최소값 및 최대값을 고려하여 상기 비접촉식 변위센서의 측정범위를 설정할 수 있으며, 상기 측정범위를 벗어나는 측정값에 대하여는 유효한 데이터로 인정하지 않을 수 있다.
외형계산단계(S30)는, 상기 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경, 진직도, 길이를 계산할 수 있다. 상기 외형계산단계(S30)는, 상기 피측정물의 길이 계산단계, 진직도 계산단계, 외경 계산단계(S37)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 피측정물의 길이 계산단계는, 이송속도입력과정(S31), 시간간격측정과정(S32) 및 길이 계산과정(S33)을 포함할 수 있다.
이송속도입력과정(S31)은, 상기 피측정물의 이송속도를 입력받을 수 있다. 상기 피측정물의 길이는, 속도, 시간, 거리간의 관계식, 즉 거리 = 속도 X 시간을 이용하여 계산하는 것이므로, 먼저 상기 피측정물의 이송속도를 입력받을 수 있다. 상기 피측정물의 이송속도는, 상기 이송단계(S10)에서 상기 복수의 롤의 회전속도에 의하여 결정되는 것으로서, 상기 롤의 회전속도는 알 수 있는 값이다. 따라서, 상기 롤의 회전속도로부터 상기 피측정물의 이송속도를 입력받을 수 있다.
시간간격측정과정(S32)은, 상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지하기 시작한 시점부터 종료한 시점까지 시간을 카운트할 수 있다.
상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지하기 시작한 시점은, 상기 비접촉식 변위센서의 변위값의 변화를 통하여 알 수 있다. 즉, 상기 피측정물이 감지되기 전에는 상기 측정범위 이상의 변위값을 출력할 것이고, 상기 피측정물이 감지되기 시작하면, 상기 변위값은 상기 측정범위 내의 값으로 변화될 수 있다. 따라서, 상기 변위값이 측정범위 이상의 변위값에서 상기 측정범위 내의 값으로 변화하는 순간을 상기 피측정물이 감지되는 시점으로 볼 수 있으며, 이 시점부터 시간을 카운트하기 시작할 수 있다.
이후, 상기 변위값은 상기 측정범위 내의 값으로 유지되다가, 상기 피측정물이 상기 비접촉식 변위센서를 통과하여 지나가게 되면, 상기 변위값은 다시 상기 측정범위 이상의 변위값으로 변화하게 된다. 따라서, 상기 변위값이 상기 측정범위 이내의 값에서 상기 측정범위 이상의 변위값으로 변화하는 순간을 상기 피측정물에 대한 감지가 종료되는 시점으로 볼 수 있으며, 이 시점에서 시간 카운트를 종료할 수 있다.
그러므로, 상기 시간간격측정과정(S32)에서 상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지하는 동안의 시간간격을 측정할 수 있다.
길이 계산과정(S33)은, 상기 이송속도(v) 및 시간간격(t)을 이용하여 상기 피측정물의 길이(S)를 계산할 수 있다. 상기 이송속도입력과정(S31)에서 상기 피측정물의 이송속도(v)를 입력받고, 상기 시간간격측정과정(S32)에서 상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지한 시간(t)을 입력받았으므로, 상기 피측정물의 길이(S)는 상기 속도, 시간, 거리간의 관계식에 의하여 구할 수 있다. 즉, S = v * t의 수식을 이용하여 상기 피측정물의 길이(S)를 구할 수 있다.
피측정물의 진직도계산단계는, 구체적으로, 곡선생성과정(S34), 회전과정(S35) 및 진직도 계산과정(S36)를 포함할 수 있다.
곡선생성과정(S34)는, 상기 피측정물의 이동거리를 가로축, 상기 피측정물의 이동거리에 대응되는 상기 변위값을 세로축에 나타낸 곡선을 생성할 수 있다. 상기 곡선은 상기 비접촉식 변위센서로부터 상기 피측정물까지의 거리를 나타내는 것으로서, 상기 피측정물이 이송방향으로 완벽하게 직선을 이루지 않는 이상 상기 곡선의 형태가 나타나게 된다.
회전과정(S35)는, 상기 곡선의 양 끝점을 연결하는 직선을 만든 후, 상기 직선이 상기 가로축과 수평이 되도록 상기 곡선을 회전시킬 수 있다. 상기 직선과 곡선간의 거리차를 쉽게 구하기 위하여, 상기 직선과 곡선을 함께 회전시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 직선이 상기 가로축과 수평이 되도록 회전시키면 상기 직선의 수선은 세로축이 될 수 있다. 따라서, 상기 직선과 곡선간의 거리는 단순히 상기 세로축의 값을 읽음으로써 측정할 수 있다.
진직도 계산과정(S36)은, 상기 회전된 직선과 곡선간의 변위 차를 구하여 상기 피측정물의 진직도를 계산할 수 있다. 진직도는 기하학적인 직선을 기준으로, 상기 기하학적인 직선과의 오차를 계산하여 측정할 수 있다. 따라서, 상기 곡선과 상기 곡선의 양 끝점을 연결한 기하학적인 직선을 이용하여 상기 피측정물의 진직도를 계산할 수 있다. 구체적으로, 상기 진직도는 상기 양 끝점을 잇는 직선 상의 각 점에서의 수선과 상기 곡선이 만나는 점까지의 거리차를 이용하여 구할 수 있다. 그러므로, 상기 회전된 직선과 곡선간의 변위 차를 상기 세로축의 값으로부터 구하여, 상기 진직도를 구할 수 있다.
피측정물의 외경계산단계(S37)는, 식
Figure pat00004
를 이용하여 상기 피측정물의 외경을 계산할 수 있다. 여기서 R은 피측정물의 외경, d1은 상기 V자 형상의 꼭지점의 연직상방에 위치하는 비접촉식 변위센서가 측정한 변위값, h1은 상기 꼭지점과 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리, α는 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각일 수 있다.
여기서, 상기 꼭지점과 상기 꼭지검의 연직상방에 위치하는 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리(h1) 및 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각(α)은 고정된 값으로서 이미 알고 있는 상수이다. 따라서, 상기 변위값(d1)을 상기 비접촉식 변위센서로부터 입력받으면, 상기 피측정물의 외경(R)을 구할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
1: 피측정물 10: 이송부
20: 비접촉식 변위센서 30: 신호처리부
S10: 이송단계 S20: 측정단계
S30: 외형계산단계 S31: 이송속도입력과정
S32: 시간간격측정과정 S33: 길이계산과정
S34: 곡선생성과정 S35: 회전단계
S36: 진직도계산과정 S37: 외경계산단계

Claims (10)

  1. V자 형상의 홈을 가지며, 상기 홈에 위치하는 피측정물을 일정한 속도로 이송하는 이송부;
    상기 이송부의 상부에 구비되는 것으로서, 상기 피측정물과의 거리를 측정하여 변위값을 생성하는 비접촉식 변위센서;
    상기 변위값을 이용하여, 상기 피측정물의 외경, 진직도, 길이를 계산하는 신호처리부를 포함하는 형상측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비접촉식 변위센서는
    상기 V자 형상의 꼭지점 연직상방에 위치하는 형상측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는
    상기 이송부의 이송속도와, 상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지하기 시작한 시점과 종료한 시점간의 시간간격을 이용하여 상기 피측정물의 길이를 계산하는 형상측정장치.
  4. 제2항에 있어서, 신호처리부는
    상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각, 상기 꼭지점과 상기 꼭지점의 연직상방에 위치하는 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리 및 상기 비접촉식 변위센서가 측정한 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경을 계산하는 형상측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 신호처리부는
    Figure pat00005
    을 이용하여 상기 피측정물의 외경을 계산하는 것으로서, 여기서, R은 피측정물의 외경, h1은 상기 꼭지점과 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리, d1은 상기 비접촉식 변위센서가 측정한 변위값, α는 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각인 형상측정장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는
    상기 피측정물의 이동거리를 가로축, 상기 피측정물의 이동거리에 대응되는 상기 변위값을 세로축에 나타낸 곡선을 생성하고, 상기 곡선의 양 끝점을 연결하는 직선을 만든 후, 상기 직선이 상기 가로축과 수평이 되도록 회전시켜, 상기 회전된 직선과 상기 회전된 곡선간의 변위 차를 구하여 상기 피측정물의 진직도를 계산하는 형상측정장치.
  7. 피측정물을 V자 형상의 홈에 위치시켜 상기 피측정물을 등속도로 이송하는 이송단계;
    고정된 위치에 구비된 비접촉식 변위센서를 이용하여 상기 비접촉식 변위센서와 상기 피측정물 사이의 거리를 측정하여 변위값을 생성하는 측정단계; 및
    상기 변위값을 이용하여 상기 피측정물의 외경, 진직도, 길이를 계산하는 외형계산단계를 포함하는 형상측정방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 외형계산단계는
    상기 피측정물의 이송속도를 입력받는 이송속도입력과정;
    상기 비접촉식 변위센서가 상기 피측정물을 감지하기 시작한 시점부터 종료한 시점까지 시간을 카운트하는 시간간격측정과정; 및
    상기 이송속도 및 시간간격을 이용하여 상기 피측정물의 길이를 계산하는 길이 측정과정을 포함하는 형상측정방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 외형계산단계는
    상기 피측정물의 이동거리를 가로축, 상기 피측정물의 이동거리에 대응되는 상기 변위값을 세로축에 나타낸 곡선을 생성하는 곡선생성과정;
    상기 곡선의 양 끝점을 연결하는 직선을 만든 후, 상기 직선이 상기 가로축과 수평이 되도록 상기 곡선을 회전시키는 회전과정; 및
    상기 회전된 직선과 곡선간의 변위 차를 구하여 상기 피측정물의 진직도를 계산하는 진직도 계산과정을 포함하는 형상측정방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 외형계산단계는
    Figure pat00006
    를 이용하여 상기 피측정물의 외경을 계산하는 것으로서, 여기서 R은 피측정물의 외경, d1은 상기 V자 형상의 꼭지점의 연직상방에 위치하는 비접촉식 변위센서가 측정한 변위값, h1은 상기 꼭지점과 상기 비접촉식 변위센서 사이의 거리, α는 상기 V자 형상이 수평선과 이루는 각인 형상측정방법.
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