KR20150028706A

KR20150028706A - 자동화된 튜브 스트레이트닝 장치

Info

Publication number: KR20150028706A
Application number: KR20140082263A
Authority: KR
Inventors: 피. 힐 스티븐; 로버트 레르모 로날드; 엘. 하메트너 알버트
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-07-02
Publication date: 2015-03-16
Also published as: JP6203689B2; CA2856231C; EP2845660B1; CN104416021B; US9138792B2; JP2015051460A; US20150068008A1; CA2856231A1; CN104416021A; EP2845660A1; KR101869128B1

Abstract

샤프트 스트레이트닝 또는 튜브 스트레이트닝 장치는 금속 튜브의 리니어 프로파일의 정확한 측정을 수행해서, 튜브의 길이를 따르는 이상적인 중심선으로부터 튜브 프로파일 크고 작은 편차들을 교정한다. 튜브 스트레이트닝 장치는 장치에 놓인 튜브의 리니어 프로파일을 정확하게 측정하도록 작동할 수 있다. 튜브는 튜브 프로파일에서의 한 쌍의 저점들 및 두 저점들 사이의 튜브의 고점의 위치를 찾도록 장치에서 회전된다. 튜브는 장치에서 한 쌍의 저점들에서 지지되고, 이후 튜브의 고점은 튜브의 금속의 항복점을 넘도록 휘어져 튜브를 영구적으로 변형시키고 튜브의 프로파일을 교정한다.

Description

자동화된 튜브 스트레이트닝 장치{AUTOMATED TUBE STRAIGHTENING APPARATUS}

본 발명은, 금속 튜브의 리니어 프로파일(linear profile)의 정확한 측정을 수행해서 튜브의 길이를 따르는 이상적인 중심선으로부터의 튜브 프로파일의 크고 작은 편차(deviation)들을 교정하는 샤프트 스트레이트닝(shaft straightening) 또는 튜브 스트레이트닝(tube straightening) 장치에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 장치에 놓인 금속 튜브의 리니어 프로파일을 정확하게 측정하도록 작동할 수 있는 자동화된 튜브 스트레이트닝 장치에 관한 것이다. 튜브는 튜브 프로파일에서의 한 쌍의 저점(low point)들 및 튜브 프로파일의 고점(high point)의 위치를 알아내기 위하여 장치에서 회전된다. 튜브는 장치에서 한 쌍의 저점들에서 지지되고, 이후 튜브의 고점이 튜브의 금속의 항복점(yield point)을 넘도록 휘어져(deflected), 튜브를 영구적으로 변형시키고(distort) 튜브의 프로파일을 교정한다.

길이 29-169 인치(0.74-4.29 m) 및 지름 1-3 ½ 인치(2.5-8.9 cm)부터의 범위에 존재하는 알루미늄 및 스테인레스 스틸 샤프트들 및/또는 튜브들은 종종 열처리되고(heat treated), 이것은 보통 하나 이상의 평면들에서 튜브를 휘게 만든다. 튜브들의 변형(deformation)은 튜브 길이를 따라서 존재하는 단순한 보우(simple bow)에서부터 튜브 길이의 복잡한 스파이럴(complex spiral)까지 형태에 있어서 다양할 수 있다. 변형의 폭(span)은 전체 튜브 길이의 4 인치(10.1 cm)에서부터 튜브의 전체 길이까지 다양할 수 있다. 복수의 변형들이 각각의 튜브에서 일어날 수 있다.

튜브 변형들 또는 "런아웃(run out)"에 대한 교정(correction)은 현재 다이얼 인디케이터(dial indicator), 핸드 프레스(hand press), 및 필요한 만큼 튜브 길이를 따라서 이동되는 튜브를 위한 두 개의 지지 픽스쳐(supporting fixture)들을 이용해서 수동으로 이루어진다. 튜브 길이를 프로파일링(profiling)하고, 교정이 필요한 곳을 결정하고, 이후 지지 픽스쳐들 상에 튜브를 전략적으로 배치함으로써 교정이 이루어지며, 튜브 런아웃을 감소시키고 튜브 프로파일을 스트레이트닝하기 위하여 핸드 프레스의 램(ram)이 튜브를 휘도록 이용될 수 있다. 핸드 프레스의 조작자는 튜브 고점에 프레스의 램을 배치하고, 이후에, 램의 힘이 제거된 후 튜브의 스프링 백(spring back)을 기대함으로써, 튜브를 휘게 하고 튜브 고점의 측정된 런아웃을 교정하도록 미리 결정된 거리만큼 램을 확장한다. 튜브의 전체 길이에 대하여 용인할 수 있는(acceptable) 런아웃은 일 인치의 5/1000(0.127 mm)이다. 튜브 변형들을 교정하기 위한 이러한 수동 프로세스는 많은 노동력이 들어가고(labor-intensive), 튜브들을 스트레이트닝하기 위하여 숙련된 조작자들을 필요로 한다. 이 프로세스는 구동 샤프트(drive shaft)들 및 엑츄에이터 로드들을 위해서 이용되는 튜브들을 제조하는 우주항공 산업에서 주요한 장애물이다.

본 발명은 샤프트 또는 튜브 스트레이트닝 장치 및 샤프트 또는 튜브 스트레이트닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 샤프트 또는 튜브 스트레이트닝 장치는, 수동 튜브 스트레이트닝 작업(manual tube straightening operation)을 시뮬레이션하는(simulate), 조작자에 의해 제어되는 또는 완전히 자동화된 시스템을 제공한다.

본 장치는 수직상방으로 장치를 지지하는 프레임을 포함한다. 프레임은 장치에 의해서 스트레이트닝될 하나의(a length of) 샤프트 또는 튜빙(tubing)을 받아들이도록 치수가 이루어진 중앙에 위치한(centrally located) 개방 영역을 가진다.

복수의 홀딩 실린더들 또는 홀딩 디바이스들은 프레임 상에서 지지된다. 홀딩 디바이스들은 프레임 개방 영역 아래에서 프레임 상에 나란히(side by side) 배열된다. 홀딩 디바이스들 각각은, 단부면에 의해 맞물리는(engaged) 튜브의 일부분을 잡고 있기 위하여 홀딩 픽스쳐로서 구성된 단부면을 갖는 로드를 가진다. 로드들 각각은 홀딩 디바이스로부터 로드의 뻗어 나온 위치와 홀딩 디바이스에 대한 로드의 집어넣어진 위치 사이에서 로드의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있다. 로드의 뻗어 나온 위치에서, 로드 단부면은, 개방 영역에 배치된 튜브와 맞물리고 로드 단부면 상에서 튜브를 지지하기 위하여 프레임 개방 영역으로 움직여진다.

본 장치는 또한 프레임 상에서 지지되는 복수의 엑츄에이터 램 실린더들 또는 엑츄에이터 디바이스들을 포함한다. 엑츄에이터 디바이스들은 복수의 홀딩 디바이스들로부터 프레임 개방 영역의 맞은편 쪽에서 프레임 상에 나란히 배치된다. 엑츄에이터 디바이스들 각각은 엑츄에이터 디바이스로터 램의 뻗어 나온 위치와 엑츄에이터 디바이스에 대한 램의 집어넣어진 위치 사이에서 램의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있는 램을 가진다. 각각의 램은 프레임 개방 영역에서 배치된 튜브의 영역에 대해 맞물리고 힘을 가하도록 구성된 단부면을 가진다. 램의 뻗어 나온 위치에서, 램 단부면은 개방 영역으로 뻗어 나온 홀딩 디바이스 로드들의 단부면들 중의 적어도 두 개에서 지지되는 튜브와 맞물리도록 프레임 개방 영역으로 움직여진다. 프레임 개방 영역에서 지지되는 튜브와 맞물리는 뻗어 나온 램 단부면은 튜브를 구부린다. 램 단부면이 튜브를 구부릴 때, 프레임 개방 영역을 통해서 일정한 거리(a distance)만큼 구부려지도록 튜브의 일부분을 움직인다.

복수의 근접 센서들 또한 프레임 상에서 지지된다. 근접 센서들은 복수의 홀딩 디바이스들로부터 프레임 개방 영역의 맞은편 쪽에서 복수의 엑츄에이터 디바이스들에 인접하게 나란히 배치된다. 튜브와 맞물리는 엑츄에이터 디바이스 램에 의해 튜브가 구부려질 때, 근접 센서들 각각은 튜브가 프레임 개방 영역을 통해서 움직여지는 거리를 감지하도록 작동할 수 있다.

본 장치는 또한 프레임 상에서 지지되는 회전 디바이스를 포함한다. 회전 디바이스는 복수의 홀딩 디바이스들과 복수의 엑츄에이터 디바이스들 사이에서 프레임 개방 영역에 인접하게 배치된다. 회전 디바이스는 프레임 개방 영역에 배치된 튜브에 연결가능하고, 개방 영역에서 튜브를 회전시키도록 작동할 수 있다.

본 장치는 또한 복수의 홀딩 디바이스들, 복수의 엑츄에이터 디바이스들, 복수의 근접 센서들, 및 회전 디바이스와 통신하는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는 컨트롤러와 통신하는 조작자 스크린 또는 디스플레이 스크린을 포함한다. 디스플레이 스크린은 근접 센서의 맞은편에 있는 프레임 개방 영역에서 튜브의 일부분에 대해 근접 센서들 각각에 의해 감지된 거리의 시각적 표시를 디스플레이하도록 작동할 수 있다.

본 장치의 작동시에, 장치에 의해 스트레이트닝될 하나의 튜브는 우선 프레임 개방 영역에 배치된다. 이후, 복수의 홀딩 디바이스들의 로드들은 로드의 뻗어 나온 위치들을 제어하는 홀딩 디바이스들의 정밀한 하드 스톱들까지 뻗어 나온다. 하나의 튜브는 로드 단부면들 상에서 지지된다. 회전 디바이스는 프레임 개방 영역에서 회전에 대해 튜브를 잡고 있도록 튜브의 단부에 연결된다. 복수의 근접 센서들은 근접 센서들 맞은편의 튜브의 표면에서 부유하도록(float) 활성화된다. 근접 센서들 각각은 튜브 표면으로부터의 거리를 감지하고, 하나의 평면에서의 튜브 프로파일은 근접 센서들에 의해 컨트롤러로 제공되는 데이터 신호들로부터 측정된다. 근접 센서 데이터는 디스플레이 스크린 상에서 디스플레이된다. 디스플레이된 데이터로부터 튜브는 튜브의 프로파일에서의 최대 에러가 검출될 때까지 회전된다. 튜브 프로파일의 원하는 교정을 위하여 튜브 프로파일의 두 개의 저점들에서 튜브를 지지하기 위한 최선의(best) 지지 홀딩 디바이스들이 식별된다. 선택된 두 개의 지지 로드(supporting rod)들 사이의 다른 홀딩 디바이스 로드들 모두는 두 개의 지지 로드들 사이에서 튜브의 디플렉션(deflection)을 허용하기 위해서 집어넣어진다.

디스플레이 스크린 상의 센서 데이터의 디스플레이는 또한 튜브 프로파일에서 고점을 식별한다. 이후, 고점에서 엑츄에이터 디바이스의 램은 튜브의 프로파일 고점에 대해 맞물리도록 엑츄에이터 디바이스로부터 뻗어 나온다. 튜브 고점에 대한 램 단부면의 맞물림(engagement)은 튜브를 구부리기 시작하고 프레임 개방 영역을 통해서 일정한 거리만큼 튜브를 움직인다. 램 단부면이 튜브를 구부릴 때 프레임 개방 영역을 통해서 튜브가 움직여지는 거리는 뻗어 나온 램의 엑츄에이터 디바이스와 연관된 근접 센서에 의해서 감지된다. 엑츄에이터 디바이스로부터의 램의 뻗어 나옴(extension)은, 튜브 고점에서 튜브의 일부분을 구부리고 튜브 프로파일의 런아웃을 기초로 하여 프레임 개방 영역을 통해서 특정 거리(specified distance)만큼 튜브의 일부분을 움직이도록 제어된다. 튜브의 구부림(bending)은 근접 센서 데이터로부터 컨트롤러에 의해 추적된다. 튜브의 원하는 디플렉션 거리가 달성될 때, 엑츄에이터 디바이스 램은 집어넣어진다. 결과적으로 얻어지는 튜브 프로파일은 복수의 근접 센서들 및 컨트롤러에 의해서 평가되고, 만일 필요하다면 프로파일 교정 프로세스(process)가 다시 적용된다. 일단 튜브 프로파일의 원하는 교정이 달성되면, 동일한 프로시저(procedure)를 이용하여 교정될 튜브의 다음 변형을 식별하기 위해서 회전 디바이스가 프레임 개방 영역에서 튜브를 회전시키도록 활성화된다. 본 프로세스는 튜브의 런아웃이 용인할 수 있는 사양(acceptable specification)들 내에 있을 때까지 반복된다.

본 장치 및 관련 방법의 추가적 특징들이 이하의 장치의 상세한 설명 및 도면들에서 제시된다.

도 1은 튜브 스트레이트닝 장치의 투시도의 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 변형 실시예의 일부분의 정면도의 도면이다.
도 3은 장치의 디스플레이 스크린의 도면이다.
도 4는 장치를 작동하는 방법의 단계를 나타내는, 도 3의 도면과 유사한 디스플레이 스크린의 도면이다.
도 5는 장치를 작동하는 방법의 추가적인 단계를 나타내는 디스플레이 스크린의 도면이다.
도 6은 장치를 작동하는 방법의 추가적인 단계를 나타내는, 도 5의 도면과 유사한 디스플레이 스크린의 도면이다.
도 7은 장치에 대한 제어 로직(control logical) 블록도의 도면이다.

도 1은 자동화된 튜브 스트레이트닝 장치(10)의 투시도의 도면이다. 설명될 바와 같이, 장치(10)는 수동 튜브 스트레이트닝 작업을 시뮬레이션하는, 조작자에 의해 제어되는 또는 완전히 자동화된 시스템을 제공한다.

장치(10)는 일반적으로 수직상방(upright orientation)으로 장치를 지지하는 프레임(frame)(12)을 포함한다. 도 1에서 도시된 프레임(12)은 평평한, 일반적으로 직사각형인 패널(panel)로서 표현된다. 하지만, 프레임(12)은 설명될 관련 위치들에서 장치(10)의 컴포넌트(component) 부분들을 단단히 지지하는 임의의 구조물일 수 있다. 프레임(12)은 중앙에 위치한 개방 영역(open area)(14)을 가지고, 설명될 장치의 컴포넌트 부분들은 이 개방 영역의 마주보는 측들(opposite sides) 상에 배치된다. 개방 영역(14)은 장치에 의해 스트레이트닝될 하나의(a length of) 샤프트 또는 튜브(16)를 수용하도록 치수가 이루어진다. 설명될 장치(10) 및 그 작동 방법은 하나의 튜브(16)를 스트레이트닝하는 장치에 관한 것이지만, 장치(10)의 개념은 샤프트들, 로드들 등과 같은 하나의 다른 유사한 구조적 피쳐(structural feature)들을 스트레이트닝하는 데 채용될 수 있다고 이해되어야 한다.

복수의 홀딩 디바이스(holding device)들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)이 프레임(12) 상에서 지지된다. 도 1에 도시된 장치(10)의 예시적인 실시예에서, 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)은 각각 홀딩 실린더(holding cylinder)(18c, 20c, 22c, 24c, 26c, 28c, 30c) 및 각각의 실린더로부터 돌출한 로드(rod)(18r, 20r, 22r, 24r, 26r, 28r, 30r)로 이루어진다. 장치의 다른 실시예들에서, 홀딩 디바이스들은 공기압 실린더(pneumatic cylinder)들, 유압 실린더(hydraulic cylinder)들, 및 모터 및 스크류 엑츄에이터들(motor and screw actuators)을 포함하는, 다른 등가적인 타입의 선형 엑츄에이터(linear actuator)들일 수 있다. 로드들 각각은 홀딩 디바이스로부터의 로드의 뻗어 나온(extended) 위치와 홀딩 디바이스에 대한 로드의 집어넣어진(retracted) 위치 사이에서 로드의 축을 따라 왕복 운동(reciprocating movement)으로 움직일 수 있다(movable).

도 1에서 도시된 바와 같이, 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)은 프레임 개방 영역(14) 아래에서 프레임(12) 상에 나란히 배열된다. 로드들(18r, 20r, 22r, 24r, 26r, 28r, 30r)은 그 축들이 평행하게 배치된다. 로드들(18r, 20r, 22r, 24r, 26r, 28r, 30r) 각각은 각각의 홀딩 실린더로부터의 로드의 원위단부(distal end) 상에서 각각의 단부면(end surface)(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s)을 가진다. 로드 단부면들(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s) 모두는 그 각각의 실린더들에 대해 집어넣어진 위치에 있는 로드들과 함께 실질적으로 동일한 평면에 배치되고, 모두 프레임 개방 영역(14) 아래에 배치된다. 관련 홀딩 실린더 내부에서, 로드들(18r, 20r, 22r, 24r, 26r, 28r, 30r) 각각에는 그 관련 실린더로부터의 로드의 뻗어 나옴을 제한하는 정밀한 하드 스톱(precision hard stop)이 제공된다. 로드들 각각은 그 정밀한 하드 스톱까지 뻗어 나오고, 로드 단부면들(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s) 모두는 실질적으로 동일한 평면에 배치되고, 모두 프레임 개방 영역(14)에 배치된다. 로드 단부면들(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s) 각각은 로드 단부면에 의해 맞물리는 튜브(16)의 일부분을 잡고 있기 위한 홀딩 픽스쳐(holding fixture)로서 구성된다. 로드의 뻗어 나온 위치들에서, 로드 단부면들(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s)은 프레임 개방 영역(14) 안으로 움직여서, 개방 영역에 배치된 튜브(16)와 맞물리고 로드 단부면들 중의 적어도 두 개에서 튜브를 지지한다.

장치(10)는 또한 프레임(12) 상에서 지지되는 복수의 엑츄에이터 디바이스(actuator device)들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44)을 포함한다. 도 1에서 도시되는 장치(10)의 예시적인 실시예에서, 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44) 각각은 엑츄에이터 실린더(32c, 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c) 및 그 각각의 실린더로부터 돌출한 램(ram)(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r)으로 이루어진다. 램들 각각은 엑츄에이터 디바이스로부터의 램의 뻗어 나온 위치와 엑츄에이터 디바이스에 대한 램의 집어넣어진 위치 사이에서 램의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있다. 램들(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r)의 왕복운동 축들 모두는 서로 평행하고, 홀딩 디바이스 로드들(18r, 20r, 22r, 24r 26r, 28r, 30r)의 각각의 왕복운동 축들과 동축이다(coaxial). 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44)은 각각의 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)로부터 프레임 개방 영역(14)의 맞은편 쪽(opposite side)에서 프레임(12) 상에 나란히 배치된다.

도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 인접한 램들(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r)의 근접도(closeness)는 각각의 엑츄에이터 실린더들의 지름 치수들에 의해서 제한된다. 예를 들어, 엑츄에이터 실린더들(32c, 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c) 각각이 4 인치(10.16 cm)의 지름 치수를 가진다면, 가장 가까운 인접한 로드들(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r)은 서로에 대해 4 인치(10.16 cm)일 수 있다. 하지만, 도 2에서 도시된 장치의 변형 실시예에서, 엑츄에이터 실린더들(32c, 34c, 36c, 38c, 40c, 42c, 44c)의 위치들을 스태거링(staggering)하고 상이한 축 길이를 갖는 램을 모든 다른 엑츄에이터 디바이스에 제공함으로써, 인접한 램들(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r) 간의 거리들은 도 1에서 도시된 장치의 실시예에서의 것의 실질적으로 절반으로 감소될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 램들(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r) 각각은 그 각각의 엑츄에이터 실린더로부터 램의 원위단부 상에서 각각의 단부면(32s, 34s, 36s, 38s, 40s, 42s, 44s)을 가진다. 램들의 집어넣어진 위치들에서, 램 단부면들(32s, 34s, 36s, 38s, 40s, 42s, 44s)은 프레임 개방 영역(14) 위에서 실질적으로 동일한 평면에 배치된다. 각각의 램 단부면(32s, 34s, 36s, 38s, 40s, 42s, 44s)은 프레임 개방 영역(14)에 배치된 튜브(16)의 영역에 대해 맞물려서 힘을 가하도록 구성된다. 램들의 뻗어 나온 위치에서, 램 단부면들(32s, 34s, 36s, 38s, 40s, 42s, 44s)은 프레임 개방 영역(14) 안으로 움직여서, 튜브(16)와 맞물리고, 튜브(16)는 개방 영역(14) 안으로 뻗어 나온 홀딩 디바이스 로드 단부면들(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s) 중의 적어도 두 개에서 지지된다. 각각의 램 단부면은 프레임 개방 영역(14) 안으로 선택적으로 움직여질 수 있어서, 프레임 개방 영역에서 지지되는 튜브와 맞물리고 튜브를 구부릴 수 있다. 램 단부면이 튜브를 구부릴 때, 그것은 프레임 개방 영역(14)을 통해서 일정한 거리만큼 구부려지도록 튜브의 일부분을 움직인다.

복수의 근접 센서(proximity sensor)들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) 또한 프레임(12) 상에서 지지된다. 근접 센서들은 예를 들어 약 0.0001 인치(0.00254 mm)까지 정밀하고 정확한 측정을 할 수 있다. 예를 들어, 근접 센서들은 유도성(inductive) 근접 센서들이거나 다른 등가적인(equivalent) 타입의 센서들일 수 있다. 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58)은 각각의 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)로부터 프레임 개방 영역(14)의 마주보는 측들 상에서 각각의 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44)에 인접하게 배치된다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56) 각각은 튜브의 위치를 따라가는 각각의 타겟(target)(46t, 48t, 50t, 52t, 54t, 56t)에 겨냥되고, 프레임 개방 영역(14)에서의 튜브(16)의 일부분이 근접 센서로부터 떨어져 있는 거리를 감지하도록 작동할 수 있다. 이로써, 인접한 램이 튜브의 일부분과 맞물리고 튜브의 일부분을 구부리는 경우에 인접한 엑츄에이터 디바이스 램(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r)에 의해서 튜브가 구부려지고 있을 때 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) 각각은 센서의 맞은편에 있는 튜브(16)의 일부분이 프레임 개방 영역(14)을 통해서 움직여지는 거리를 감지할 수 있다.

장치(10)는 또한 프레임(12) 상에서 지지되는 회전 디바이스(rotation device)(60)를 포함한다. 도 1에서 표현된 바와 같이, 회전 디바이스(60)는 복수의 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)과 복수의 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44) 사이에서 프레임 개방 영역(14)에 인접하게 프레임(12) 상에 배치된다. 회전 디바이스(60)는 프레임 개방 영역(14)에 배치된 튜브(16)의 단부에 선택가능하게 연결될 수 있는 클램프(clamp)(62)를 포함한다. 튜브(16)에 연결될 때, 회전 디바이스(60)는 프레임 개방 영역(14)에서 튜브(16)를 회전시키도록 작동할 수 있다(operable).

장치는 또한 복수의 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30), 복수의 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44), 복수의 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58), 및 회전 디바이스(60)와 통신하는 프로그램가능한 로직 컨트롤러(programmable logic controller)(66)를 포함한다. 컨트롤러(66)는 컨트롤러와 통신하는 조작자 스크린(operator screen) 또는 디스플레이 스크린(display screen)(68)을 포함한다. 디스플레이 스크린(68)은 근접 센서의 맞은편에 있는 프레임 개방 영역(14)에서의 튜브(16)의 일부분에 대하여 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) 각각에 의해 감지된 거리의 시각적 표시(visual indication)를 디스플레이하도록 작동할 수 있다. 이것은 디스플레이 스크린(68)으로 하여금 프레임 개방 영역(14)에서 회전 디바이스(60)에 의해 유지되는 튜브의 특정 방향으로 튜브(16)의 프로파일의 시각적 표시를 제공하는 것을 가능하게 한다. 튜브의 상부 표면(upper surface) 또는 근접 센서들을 향해 겨냥된 표면의 위치가 디스플레이되고, 이상적인 기준 영점(zero reference) 위에서 튜브의 상부 표면의 위치의 시각적 표시를 제공한다. 컨트롤러(66)는 또한 컨트롤러의 마주보는 측들 상에서 한 쌍의 조이스틱(joystick)들(72, 74)을 포함한다. 조이스틱들(72) 중의 하나, 즉 도 3에 도시된 왼쪽 조이스틱은 조이스틱의 원위단부 상에서 썸 휠(thumb wheel)(76)을 가지고, 다른 조이스틱, 즉 도 3에 도시된 오른쪽 조이스틱(74)은 조이스틱의 원위단부 상에서 트리거(trigger)(78)를 가진다. 장치(10)의 수동 모드(manual mode)에서, 왼쪽 조이스틱(72)을 이용함으로써, 조작자는 튜브의 한 쌍의 원하는 지지(supporting) 저점 부분들 및 튜브의 원하는 디플렉션 고점 부분이 디스플레이 스크린(68) 상에 디스플레이될 때까지 튜브(16)를 병진이동시키거나(translate) 회전시킬 수 있다.

장치(10)의 동작시, 장치에 의해서 스트레이트닝될 하나의 튜브(16)는 우선 프레임 개방 영역(14)에 배치된다. 튜브(16)의 일 단부는 회전 디바이스(60)의 클램프(62)에 의해서 단단히 파지된다(grasped). 이후, 홀딩 디바이스 로드들(18r, 20r, 22r, 24r, 26r, 28r, 30r)이 프로그램 로직 컨트롤러(program logic controller)(66)를 작동시키는 조작자에 의해서 뻗어 나온다. 로드들은 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)의 정밀한 하드 스톱들까지 뻗어 나온다. 이들은 실질적으로 동일한 평면에 로드 원위단부면들(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s)을 배치한다. 하나의 튜브(16)는 그것의 휜 프로파일(warped profile)로 인해서 로드들의 단부면들 중의 적어도 일부에서 지지된다.

이후, 조작자의 스크린(68)에서 조작자는 프레임 개방 영역(14)에서 튜브(16)를 회전시키기 위해서 회전 디바이스(60)를 활성화한다(activate). 튜브(16)가 회전 디바이스(60)에 의해 회전될 때, 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) 각각은 센서의 맞은편에 있는 튜브 표면의 일부분의 거리를 감지하고 이 거리를 나타내는 신호를 생성한다. 이 신호들은 프로그램가능한 로직 컨트롤러에 전송되고, 프로그램가능한 로직 컨트롤러는 이후에 센서의 맞은편에 있는 튜브 표면의 일부분에 대한 각각의 근접 센서의 거리의 시각적 표현을 디스플레이하기 위하여 디스플레이 스크린(68)을 제어한다. 조작자는, 컨트롤러(66)의 왼쪽 조이스틱(72)을 이용함으로써, 근접 센서들의 맞은편에 있는 튜브 표면의 원하는 휜 프로파일이 디스플레이 스크린(68) 상에 디스플레이될 때까지 튜브(16)의 병진이동(translation) 및 프레임 개방 영역(14)에서의 튜브의 회전(rotation)을 제어한다.

도 3은 디스플레이 스크린(68)에서 디스플레이된 튜브(16)의 프로파일의 도면이다. 도 3을 참조하면, 디스플레이 스크린(68)은 두 개의 튜브 저점들에 배치된 각각의 홀딩 디바이스들(18, 30)의 맞은편에 있는 근접 센서들(46, 58)로부터 감지된 거리 표현들(82, 84)을 디스플레이한다. 오른쪽 조이스틱(74)을 왼쪽 및 오른쪽으로 움직임으로써, 이 홀딩 디바이스들(18, 30)은 튜브(16)를 지지하기 위해서 스크린(68)에서 조작자에 의해 선택된다. 이것이 도 4에서 도시된다. 나머지 각각의 홀딩 디바이스들(20, 22, 24, 26, 28)의 로드들(20r, 22r, 24r, 26r 28r)은 집어넣어진다. 이것은 튜브(16)의 디플렉션을 위해 두 개의 지지 홀딩 디바이스들(18, 30) 사이의 여유(clearance)를 제공한다.

디스플레이 스크린은 또한 튜브 프로파일의 고점의 맞은편에 있는 근접 센서(50)로부터 감지된 거리 표현(86)을 디스플레이한다. 오른쪽 조이스틱(74)을 이용함으로써, 이후 스크린(68)에서 조작자는 근접 센서(50)에 의해 감지된 튜브 프로파일의 가장 높은 부분의 맞은편에 있는 엑츄에이터 디바이스(36)를 선택한다. 이것은 도 4에서 표현된다. 동작의 수동 모드에서, 이후 컨트롤러(66) 및 디스플레이 스크린(68)은 도 5에서 표현된 것과 같이 오른쪽 썸 휠(76)을 이용해서 디플렉션 거리(deflection distance)를 선택하도록 조작자에게 프롬프팅한다(prompt). 장치를 수동으로(manually) 조작할 때, 조작자는 원하는 상태로 스프링 백(spring back)하도록 항복점을 넘어서 튜브를 구부리기 위하여 얼마나 많은 디플렉션이 요구되는지를 짐작해서 원하는 디플렉션 값(deflection value)을 입력한다. 이것은 여러 번의 교정을 요하고, 각각의 부분은 시행착오(trial and error)를 통해서 스트레이트닝된다. 하지만, 정상적인 동작 동안, 프로그램가능한 컨트롤러는 튜브의 벽 두께, 지름, 이용되는 재료에 대한 영률(Young's Modulus), 두 개의 지지 다이(supporting die)들 간의 간격(span), 벤드(bend)를 위한 2차 관성 모멘트(the second moment of inertia), 측정된 에러값, 응력-변형 곡선(stress-strain curve)의 기하구조, 및 다수의 근사화(approximation)들을 기초로 하여 수학적인 계산들을 수행한다. 이로부터 원하는 디플렉션이 계산된다. 선택된 거리가 도 6에서 표현되어 있다. 이후, 선택된 엑츄에이터 디바이스(36)의 맞은편의 튜브 표면의 일부분과 램 단부면(36s)이 접촉할 때까지, 선택된 엑츄에이터 디바이스(36)의 램(36r)이 제어된 비율(controlled rate)로 뻗어 나온다. 이후, 튜브(16)를 휘게 하기 위하여 또는 프레임 개방 영역(14)을 통해서 튜브를 구부리기 위하여, 조작자에 의해 선택되거나 프로그램가능한 로직 컨트롤러(66)에 의해 계산된 원하는 거리만큼 엑츄에이터 램(36r)이 계속해서 움직여진다. 튜브의 디플렉션은 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58)로부터 수신된 신호들로부터 프로그램가능한 로직 컨트롤러(66)에 의해서 동적으로 추적된다. 튜브(16)의 지정된 디플렉션 거리가 달성되면, 선택된 엑츄에이터 디바이스(36)가 비활성화된다(deactivated).

이후, 결과로 얻어지는 튜브(16)의 프로파일은 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58)로부터의 프로그램가능한 로직 컨트롤러(66)에 의해 수신된 데이터로부터 평가되고, 필요하다면 교정 프로세스가 다시 적용된다. 일단 튜브 프로파일에서 원하는 교정이 달성되면, 동일한 프로시저를 이용해서 튜브(16)의 다음 변형이 식별되고 교정될 때까지 프레임 개방 영역(14)에서 튜브(16)를 회전시키도록 회전 디바이스(60)를 다시 활성화하기 위해서 프로그램가능한 로직 컨트롤러(66)가 조작자에 의하여 작동된다. 튜브(16)의 런아웃이 사양(specification)들 내에 있게 될 때까지 이 프로세스는 반복된다.

게다가, 본 발명은 이하의 항목(clause)들에 따른 실시예들을 포함한다:

항목 1. 샤프트 스트레이트닝 장치(shaft straightening apparatus)로서: 개방 영역(open area)에서 샤프트를 받아들이도록 치수가 이루어진 개방 영역을 갖는 프레임(frame); 개방 영역에 인접한 프레임 상의 홀딩 디바이스(holding device); 개방 영역에 인접한 프레임 상의 근접 센서(proximity sensor); 및 홀딩 디바이스로부터 개방 영역의 맞은편 쪽(opposite side)에 있는 프레임 상의 엑츄에이터 디바이스(actuator device);를 포함하고, 홀딩 디바이스는, 홀딩 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고(extendible) 홀딩 디바이스로 집어넣어질 수 있는(retractable) 로드(rod)를 가지고, 로드는, 개방 영역에 배치된 샤프트에 대해 맞물리고 로드에 의해 맞물린 곳에서 샤프트를 지지하기 위하여 홀딩 디바이스로부터 개방 영역으로 뻗어 나올 수 있고; 근접 센서는 근접 센서에서부터, 개방 영역에 배치된 샤프트까지의 거리를 감지하도록 작동할 수 있고, 홀딩 디바이스 로드에 의해 지지되고, 감지된 거리를 나타내는 신호를 출력하고; 엑츄에이터 디바이스는, 엑츄에이터 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 엑츄에이터 디바이스로 집어넣어질 수 있는 램(ram)을 가지고, 램은, 개방 영역에 배치되고 홀딩 디바이스 로드에 의해 지지되는 샤프트에 대해 맞물리도록 엑츄에이터 디바이스로부터 개방 영역으로 뻗어 나올 수 있고, 개방 영역을 통해서 일정한 거리만큼 샤프트를 움직이는 동안 램에 의해 개방 영역을 통해서 샤프트가 움직여지는 거리를 근접 센서가 감지하면서, 샤프트를 구부리도록 엑츄에이터 디바이스로부터 개방 영역으로 뻗어 나오는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 2. 항목 1에 있어서, 프레임 상의 두 개의 홀딩 디바이스들 중의 하나인 홀딩 디바이스를 더 포함하고, 두 개의 홀딩 디바이스들은 엑츄에이터 디바이스로부터 개방 영역의 맞은편 쪽에서 프레임 상에 배치되고, 엑츄에이터 디바이스는 두 개의 홀딩 디바이스들 사이에서 프레임 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 3. 항목 1에 있어서, 홀딩 디바이스로부터 개방 영역의 맞은편 쪽에서 엑츄에이터 디바이스에 인접하게 프레임 상에 배치되는 근접 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 4. 항목 1에 있어서, 개방 영역에 인접한 프레임 상의 회전 디바이스(rotation device)를 더 포함하고, 회전 디바이스는 개방 영역에 배치된 샤프트를 회전시키도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 5. 항목 1에 있어서, 실린더(cylinder)를 가지는 홀딩 디바이스를 더 포함하고, 로드는 실린더로부터 뻗어 나올 수 있고 실린더 안으로 집어넣어질 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 6. 항목 1에 있어서, 실린더를 가지는 엑츄에이터 디바이스를 더 포함하고, 램은 실린더로부터 뻗어 나올 수 있고 실린더 안으로 집어넣어질 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 7. 항목 1에 있어서, 근접 센서에 의해 출력된 신호를 수신하기 위해서 근접 센서와 통신하도록 작동할 수 있는 컨트롤러(controller); 및 컨트롤러에 통신가능하게 연결된(communicatively coupled) 디스플레이 스크린(display screen);을 더 포함하고, 디스플레이 스크린은 근접 센서에 의해 감지된 거리의 시각적 표시를 디스플레이하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 8. 항목 1에 있어서, 개방 영역의 제1 측(first side)에서 나란히 배치된 프레임 상의 복수의 동일한 홀딩 디바이스들 중의 하나인 홀딩 디바이스를 더 포함하고, 엑츄에이터 디바이스는 개방 영역의 제1 측의 맞은편에 있는 개방 영역의 제2 측(second side)에서 나란히 배치된 프레임 상의 복수의 동일한 엑츄에이터 디바이스들 중의 하나인 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 9. 항목 8에 있어서, 개방 영역의 제2 측에 나란히 배치된 프레임 상의 복수의 동일한 근접 센서들 중의 하나인 근접 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 10. 샤프트 스트레이트닝 장치로서: 개방 영역에서 샤프트를 받아들이도록 치수가 이루어진 개방 영역을 갖는 프레임; 개방 영역에 인접한 프레임 상의 복수의 홀딩 디바이스들; 복수의 홀딩 디바이스들로부터 개방 영역의 맞은편 쪽에서 프레임 상의 복수의 엑츄에이터 디바이스들; 및 개방 영역에 인접한 프레임 상의 복수의 근접 센서들;을 포함하고, 각각의 홀딩 디바이스는 단부면을 가진 로드를 가지고, 로드는 로드의 뻗어 나온 위치와 로드의 집어넣어진 위치 사이에서 로드의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있고, 로드의 뻗어 나온 위치에서는 로드 단부면이, 개방 영역에 배치된 샤프트와 맞물리고 로드 단부면에서 샤프트를 지지하기 위해서, 개방 영역 안으로 움직여지고, 로드의 집어넣어진 위치에서는 로드 단부면이 개방 영역 밖으로 움직여지고; 각각의 엑츄에이터 디바이스는 단부면을 가진 램을 가지고, 램은 램의 뻗어 나온 위치와 램의 집어넣어진 위치 사이에서 램의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있고, 램의 뻗어 나온 위치에서는 램 단부면이, 로드 단부면에 의해 개방 영역에서 지지되는 샤프트와 맞물리고 샤프트를 구부리고 개방 영역을 통해서 일정한 거리만큼 샤프트를 움직이기 위해서, 개방 영역 안으로 움직여지고, 램의 집어넣어진 위치에서는 램 단부면이 샤프트와 맞물리지 않게 개방 영역 밖으로 움직여지고; 각각의 근접 센서는, 개방 영역 안으로 움직여져서 샤프트와 맞물리고 샤프트를 구부리는 복수의 엑츄에이터 디바이스 램 단부면들 중의 하나에 의해 샤프트가 개방 영역을 통해서 움직여지는 거리를 감지하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 11. 항목 10에 있어서, 복수의 근접 센서들이 프레임 상에 배치되고, 각각의 근접 센서는 복수의 엑츄에이터 디바이스들의 엑츄에이터 디바이스에 인접해 있는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 12. 항목 10에 있어서, 개방 영역에 인접한 프레임 상의 회전 디바이스를 더 포함하고, 회전 디바이스는 개방 영역에 배치된 샤프트에 연결가능하고(connectable), 회전 디바이스는 개방 영역에서 샤프트를 회전시키도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 13. 항목 10에 있어서, 복수의 홀딩 디바이스들이 동일한 평면에서 나란히 배치되고, 복수의 엑츄에이터 디바이스들이 동일한 평면에서 나란히 배치되는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 14. 항목 10에 있어서, 램 축과 동축인 각각의 로드 축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 15. 항목 10에 있어서, 평행하고 동일평면에 있는(coplanar) 복수의 홀딩 디바이스 로드들의 로드 축들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 16. 항목 10에 있어서, 평행하고 동일평면에 있는 복수의 엑츄에이터 디바이스 램들의 램 축들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 17. 항목 10에 있어서, 각각의 근접 센서에 의해 출력된 신호를 수신하기 위해서 복수의 근접 센서들과 통신하도록 작동할 수 있는 컨트롤러; 및 컨트롤러에 통신가능하게 연결된 디스플레이 스크린;을 더 포함하고, 디스플레이 스크린은 복수의 근접 센서에 의해 감지된 거리의 시각적 표시를 디스플레이하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 18. 샤프트 스트레이트닝 장치로서: 프레임; 프레임 상의 복수의 홀딩 디바이스들; 프레임 상의 복수의 엑츄에이터 디바이스들; 및 프레임 상의 회전 디바이스;를 포함하고, 각각의 홀딩 디바이스는 단부면을 가진 로드를 가지고, 로드는 로드의 뻗어 나온 위치와 로드의 집어넣어진 위치 사이에서 로드의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있고, 로드의 뻗어 나온 위치에서는 로드 단부면이 로드 단부면에서 샤프트를 지지하도록 배치되고; 각각의 엑츄에이터 디바이스는 로드 단부면을 마주보는 단부면을 가진 램을 가지고, 램은 램의 뻗어 나온 위치와 램의 집어넣어진 위치 사이에서 램의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있고, 램의 뻗어 나온 위치에서는 램 단부면이 로드 단부면에 의해 지지되는 샤프트와 맞물리고 샤프트를 구부리고 일정한 거리만큼 샤프트를 움직이도록 움직여지고, 램의 집어넣어진 위치에서는 램 단부면이 샤프트와 맞물리지 않도록 움직여지고; 회전 디바이스는 로드 단부면 상에서 지지되는 샤프트에 연결가능하고 회전 디바이스는 샤프트를 회전시키도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치.

항목 19. 샤프트를 스트레이트닝(straightening)하는 방법으로서, 상기 방법은: 프레임의 개방 영역에 샤프트를 배치하는 단계, 개방 영역은 샤프트를 받아들이도록 치수가 이루어져 있음; 프레임 개방 영역에 인접한 프레임 상에 배치된 제1 홀딩 디바이스로부터 제1 로드를 뻗어 나오게 하는(extending) 단계, 제1 로드는 제1 홀딩 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 제1 홀딩 디바이스로 집어넣어질 수 있음; 제1 로드가 프레임 개방 영역에서 샤프트에 대해 맞물릴 때까지 제1 로드를 프레임 개방 영역으로 뻗어 나오게 하는 단계; 프레임 개방 영역으로 뻗어 나오고 샤프트와 맞물린 제1 로드 상에서 프레임 개방 영역에서의 샤프트를 지지하는 단계; 프레임 개방 영역에 인접한 프레임 상에 배치된 근접 센서를 작동시키는 단계; 근접 센서에서부터, 프레임 개방 영역으로 뻗어 나온 제1 로드 상에서 지지되는 샤프트까지의 거리를 감지하기 위하여 근접 센서를 작동시키고, 감지된 거리를 나타내는 근접 센서로부터의 신호를 출력하는 단계; 제1 홀딩 디바이스로부터 프레임 개방 영역의 맞은편 쪽에서 프레임 상에 배치된 엑츄에이터 디바이스로부터 램을 뻗어 나오게 하는 단계, 램은 엑츄에이터 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 엑츄에이터 디바이스로 집어넣어질 수 있음; 램이 프레임 개방 영역에서 샤프트에 대해 맞물릴 때까지 엑츄에이터 디바이스로부터 프레임 개방 영역으로 램을 뻗어 나오게 하는 단계; 램을 프레임 개방 영역으로 계속해서 뻗어 나오게 하고, 샤프트를 구부리고, 램을 계속해서 뻗어 나오게 함으로써 프레임 개방 영역을 통해서 일정한 거리만큼 샤프트를 움직이는 단계; 및 뻗어 나온 램에 의해서 샤프트가 프레임 개방 영역을 통해서 움직여지는 거리를 감지하기 위하여 근접 센서를 작동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트를 스트레이트닝하는 방법.

항목 20. 항목 19에 있어서, 프레임 개방 영역에 인접한 프레임 상에 배치된 제2 홀딩 디바이스로부터 제2 로드를 뻗어 나오게 하는 단계, 제2 로드는 제2 홀딩 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 제2 홀딩 디바이스로 집어넣어질 수 있음; 제2 로드가 프레임 개방 영역에서 샤프트에 대해 맞물릴 때까지 제2 로드를 프레임 개방 영역으로 뻗어 나오게 하는 단계; 프레임 개방 영역으로 뻗어 나오고 샤프트와 맞물린 제2 로드 상에서 프레임 개방 영역에서의 샤프트를 지지하는 단계; 및 엑츄에이터 디바이스로부터 램을 뻗어 나오게 해서, 샤프트를 지지하는 제1 로드와 제2 로드 사이에서 샤프트와 맞물리게 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트를 스트레이트닝하는 방법.

본 명세서에서 설명된 장치 및 그 사용 방법은 장치의 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 첨부된 청구항의 의도된 범위를 벗어나지 않으면서 장치 및 방법에 대한 수정들 및 변형들이 만들어질 수 있다고 이해되어야 한다.

Claims

샤프트 스트레이트닝 장치(shaft straightening apparatus)(10)로서:
개방 영역(open area)에서 샤프트(16)를 받아들이도록 치수가 이루어진 개방 영역(14)을 갖는 프레임(frame)(12);
개방 영역에 인접한 프레임 상의 홀딩 디바이스(holding device)(18);
개방 영역에 인접한 프레임 상의 근접 센서(proximity sensor)(46); 및
홀딩 디바이스로부터 개방 영역의 맞은편 쪽(opposite side)에 있는 프레임 상의 엑츄에이터 디바이스(actuator device)(32);를 포함하고,
홀딩 디바이스는, 홀딩 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고(extendible) 홀딩 디바이스로 집어넣어질 수 있는(retractable) 로드(rod)(18r)를 가지고,
로드는, 개방 영역에 배치된 샤프트에 대해 맞물리고 로드에 의해 맞물린 곳에서 샤프트를 지지하기 위하여 홀딩 디바이스로부터 개방 영역으로 뻗어 나올 수 있고,
근접 센서는 근접 센서에서부터, 개방 영역에 배치된 샤프트까지의 거리를 감지하도록 작동할 수 있고, 홀딩 디바이스 로드에 의해 지지되고, 감지된 거리를 나타내는 신호를 출력하고,
엑츄에이터 디바이스는, 엑츄에이터 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 엑츄에이터 디바이스로 집어넣어질 수 있는 램(ram)(32r)을 가지고,
램은, 개방 영역에 배치되고 홀딩 디바이스 로드에 의해 지지되는 샤프트에 대해 맞물리도록 엑츄에이터 디바이스로부터 개방 영역으로 뻗어 나올 수 있고,
램은, 개방 영역을 통해서 일정한 거리만큼 샤프트를 움직이는 동안 램에 의해 개방 영역을 통해서 샤프트가 움직여지는 거리를 근접 센서가 감지하면서, 샤프트를 구부리도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1에 있어서,
홀딩 디바이스(18)는 프레임 상의 두 개의 홀딩 디바이스들 중의 하나이고,
두 개의 홀딩 디바이스들은 엑츄에이터 디바이스(32)로부터 개방 영역(14)의 맞은편 쪽에서 프레임(12) 상에 배치되고,
엑츄에이터 디바이스는 두 개의 홀딩 디바이스들 사이에서 프레임 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1 또는 2에 있어서,
근접 센서(46)는 홀딩 디바이스(18)로부터 개방 영역(14)의 맞은편 쪽에서 엑츄에이터 디바이스(32)에 인접하게 프레임(12) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1 내지 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
개방 영역(14)에 인접한 프레임(12) 상의 회전 디바이스(rotation device)(60)를 더 포함하고,
회전 디바이스는 개방 영역에 배치된 샤프트(16)를 회전시키도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
홀딩 디바이스(18)는 실린더(cylinder)(18c)를 가지고,
로드(18r)는 실린더로부터 뻗어 나올 수 있고 실린더 안으로 집어넣어질 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1 내지 5 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
엑츄에이터 디바이스(32)는 실린더(32c)를 가지고,
램(32r)은 실린더로부터 뻗어 나올 수 있고 실린더 안으로 집어넣어질 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1 내지 6 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
근접 센서에 의해 출력된 신호를 수신하기 위해서 근접 센서(46)와 통신하도록 작동할 수 있는 컨트롤러(controller)(66); 및
컨트롤러에 통신가능하게 연결된(communicatively coupled) 디스플레이 스크린(display screen)(68);을 더 포함하고,
디스플레이 스크린은 근접 센서에 의해 감지된 거리의 시각적 표시를 디스플레이하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1 내지 7 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
홀딩 디바이스(18)는 개방 영역(14)의 제1 측(first side)에서 나란히 배치된 프레임(12) 상의 복수의 동일한 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) 중의 하나이고,
엑츄에이터 디바이스(32)는 개방 영역의 제1 측의 맞은편에 있는 개방 영역의 제2 측(second side)에서 나란히 배치된 프레임 상의 복수의 동일한 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 8에 있어서,
근접 센서(46)는 개방 영역(14)의 제2 측에 나란히 배치된 프레임(12) 상의 복수의 동일한 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) 중의 하나인 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 1에 있어서,
홀딩 디바이스(18)는 개방 영역(14)에 인접한 프레임(12) 상의 복수의 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30) 중의 하나이고,
각각의 홀딩 디바이스는 로드(18r, 20r, 22r, 24r, 26r, 28r, 30r)를 가지고,
로드는 단부면(end surface)(18s, 20s, 22s, 24s, 26s, 28s, 30s)을 가지고, 로드의 뻗어 나온 위치와 로드의 집어넣어진 위치 사이에서 로드의 축을 따라 왕복 운동(reciprocating movement)으로 움직일 수 있고,
로드의 뻗어 나온 위치에서는 로드 단부면이, 개방 영역에 배치된 샤프트(16)와 맞물리고 로드 단부면에서 샤프트를 지지하기 위해서, 개방 영역 안으로 움직여지고,
로드의 집어넣어진 위치에서는 로드 단부면이 개방 영역 밖으로 움직여지고,
엑츄에이터 디바이스(32)는 복수의 홀딩 디바이스들로부터 개방 영역의 맞은편 쪽에 있는 프레임 상의 복수의 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44) 중의 하나이고,
각각의 엑츄에이터 디바이스는 램(32r, 34r, 36r, 38r, 40r, 42r, 44r)을 가지고,
램은 단부면(32s, 34s, 36s, 38s, 40s, 42s, 44s)을 가지고, 램의 뻗어 나온 위치와 램의 집어넣어진 위치 사이에서 램의 축을 따라 왕복 운동으로 움직일 수 있고,
램의 뻗어 나온 위치에서는 램 단부면이, 로드 단부면에 의해 개방 영역에서 지지되는 샤프트와 맞물리고 샤프트를 구부리고 개방 영역을 통해서 일정한 거리만큼 샤프트를 움직이기 위해서, 개방 영역 안으로 움직여지고,
램의 집어넣어진 위치에서는 램 단부면이 샤프트와 맞물리지 않게 개방 영역 밖으로 움직여지고,
근접 센서(46)는 개방 영역에 인접한 프레임 상의 복수의 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58) 중의 하나이고,
각각의 근접 센서는, 개방 영역 안으로 움직여져서 샤프트와 맞물리고 샤프트를 구부리는 복수의 엑츄에이터 디바이스 램 단부면들 중의 하나에 의해 샤프트가 개방 영역을 통해서 움직여지는 거리를 감지하도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 10에 있어서,
복수의 근접 센서들(46, 48, 50, 52, 54, 56, 58)은 프레임(12) 상에 배치되고, 각각의 근접 센서는 복수의 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44)의 엑츄에이터 디바이스에 인접한 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 10 또는 11에 있어서,
개방 영역(14)에 인접한 프레임(12) 상의 회전 디바이스(60)를 더 포함하고,
회전 디바이스는 개방 영역에 배치된 샤프트에 연결가능하고(connectable),
회전 디바이스는 개방 영역에서 샤프트를 회전시키도록 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
청구항 10 내지 12 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
복수의 홀딩 디바이스들(18, 20, 22, 24, 26, 28, 30)이 동일한 평면에서 나란히 배치되고,
복수의 엑츄에이터 디바이스들(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44)이 동일한 평면에서 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 샤프트 스트레이트닝 장치(10).
샤프트(16)를 스트레이트닝(straightening)하는 방법으로서, 상기 방법은:
프레임(12)의 개방 영역(14)에 샤프트를 배치하는 단계, 개방 영역은 샤프트를 받아들이도록 치수가 이루어져 있음;
프레임 개방 영역에 인접한 프레임 상에 배치된 제1 홀딩 디바이스(18)로부터 제1 로드(18r)를 뻗어 나오게 하는(extending) 단계, 제1 로드는 제1 홀딩 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 제1 홀딩 디바이스로 집어넣어질 수 있음;
제1 로드가 프레임 개방 영역에서 샤프트에 대해 맞물릴 때까지 제1 로드를 프레임 개방 영역으로 뻗어 나오게 하는 단계;
프레임 개방 영역으로 뻗어 나오고 샤프트와 맞물린 제1 로드 상에서 프레임 개방 영역에서의 샤프트를 지지하는 단계;
프레임 개방 영역에 인접한 프레임 상에 배치된 근접 센서(46)를 작동시키는 단계;
근접 센서에서부터, 프레임 개방 영역으로 뻗어 나온 제1 로드 상에서 지지되는 샤프트까지의 거리를 감지하기 위하여 근접 센서를 작동시키고, 감지된 거리를 나타내는 근접 센서로부터의 신호를 출력하는 단계;
제1 홀딩 디바이스로부터 프레임 개방 영역의 맞은편 쪽에서 프레임 상에 배치된 엑츄에이터 디바이스(32)로부터 램(32r)을 뻗어 나오게 하는 단계, 램은 엑츄에이터 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 엑츄에이터 디바이스로 집어넣어질 수 있음;
램이 프레임 개방 영역에서 샤프트에 대해 맞물릴 때까지 엑츄에이터 디바이스로부터 프레임 개방 영역으로 램을 뻗어 나오게 하는 단계;
램을 프레임 개방 영역으로 계속해서 뻗어 나오게 하고, 샤프트를 구부리고, 램을 계속해서 뻗어 나오게 함으로써 프레임 개방 영역을 통해서 일정한 거리만큼 샤프트를 움직이는 단계; 및
뻗어 나온 램에 의해 샤프트가 프레임 개방 영역을 통해서 움직여지는 거리를 감지하기 위하여 근접 센서를 작동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트(16)를 스트레이트닝하는 방법.
청구항 14에 있어서,
프레임 개방 영역(14)에 인접한 프레임(12) 상에 배치된 제2 홀딩 디바이스(20)로부터 제2 로드(20r)를 뻗어 나오게 하는 단계, 제2 로드는 제2 홀딩 디바이스로부터 뻗어 나올 수 있고 제2 홀딩 디바이스로 집어넣어질 수 있음;
제2 로드가 프레임 개방 영역에서 샤프트(16)에 대해 맞물릴 때까지 제2 로드를 프레임 개방 영역으로 뻗어 나오게 하는 단계;
프레임 개방 영역으로 뻗어 나오고 샤프트와 맞물린 제2 로드 상에서 프레임 개방 영역에서의 샤프트를 지지하는 단계; 및
엑츄에이터 디바이스(32)로부터 램(32r)을 뻗어 나오게 해서, 샤프트를 지지하는 제1 로드(18r)와 제2 로드 사이에서 샤프트와 맞물리게 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 샤프트(16)를 스트레이트닝하는 방법.