KR20150101287A

KR20150101287A - 3d 프린트의 헤드갭 자동 측정장치 및 그 측정방법

Info

Publication number: KR20150101287A
Application number: KR1020140022831A
Authority: KR
Inventors: 이명술; 이학규
Original assignee: (주) 디토스; 이학규
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2015-09-03
Also published as: KR101682600B1

Abstract

본 발명은 3D 프린트의 헤드갭 자동측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로서, 프린트헤드 또는 작업대에 진동감지형센서 또는 비접촉형센서를 구성하고, 상기 작업대의 평면상의 헤드갭 측정위치로 프린트헤드를 이동하면서 센서를 통하여 프린트헤드와 작업대 간의 헤드갭 및 수평오차를 자동으로 측정할 수 있는 데 그 목적이 있다.
이를 위해 본 발명은, 3차원의 물체를 인쇄하는 프린트헤드(110)와; 상기 프린트헤드(110)를 탑재하고 이를 이동시키기 위한 캐리어(100); 상기 프린트헤드(110)에서 인쇄되는 출력물을 적재하기 위한 작업대(120); 상기 캐리어(100)와 작업대(120)를 인쇄위치로 이동시키기 위해 X, Y, Z축 방향의 구동력을 제공하는 구동부; 상기 프린트헤드(110)와 작업대(120) 사이의 헤드갭을 측정할 수 있도록 출력신호를 발생하는 센서; 및 상기 구동부를 제어하고 센서의 출력신호를 감지하여 해당 연산처리를 통해 헤드갭 및 상기 작업대(120)의 수평오차를 산출하는 제어부(200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치 및 그 측정방법{Apparatus and method for automatic measuring of printhead gap in 3D printer}

본 발명은 3D 프린트의 헤드갭 자동측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 프린트헤드 또는 작업대에 진동감지형센서 또는 비접촉형센서를 구성하고, 상기 작업대의 평면상의 헤드갭 측정위치로 프린트헤드를 이동하면서 센서를 통하여 프린트헤드와 작업대 간의 헤드갭 및 수평오차를 자동으로 측정할 수 있는 3D 프린트의 헤드갭 자동측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.

근래에, 물체에 대한 3D 데이터를 이용하여 그 물건을 그대로 성형할 수 있는 3D 프린트의 사용이 증대되고 있다. 이러한 3D 프린트는 대량생산 이전의 모델링이나 샘플 제작과 같은 용도로 활용되었으나, 최근에는 다품종 소량생산 제품을 중심으로 양산 가능한 제품의 성형에도 사용될 수 있는 기술적 기반이 조성되고 있다.

또한, 3D 프린트의 제품성형 방식은 크게 대상물체를 2차원의 평면형태로 성형한 것을 3차원으로 적층하면서 용융 부착하여 형태를 만드는 이른바 첨가형과 재료덩어리를 조각하듯이 절삭해서 형태를 만드는 절삭형이 있다.

그리고, 첨가형의 일종으로 열가소성 플라스틱으로 된 와이어 또는 필라멘트를 공급릴과 이송롤을 통해 공급하고, 공급된 필라멘트를 작업대에 대하여 상대적으로 X,Y,Z 세 방향으로 위치조절되는 3차원이송기구에 장착된 히터노즐에서 용융시켜서 배출함으로써, 2차원 평면형태를 만들면서 이를 작업대 상에서 적층하여 물체를 3차원으로 성형하는 필라멘트 용융 적층 성형방법이 있다.

이러한 3차원 프린트 방식은 가는 실 형태로 가공한 열가소성 수지를 프린트헤드(또는 '압출기'라고도 함)를 통하여 녹여서 분사하며 한 층씩 적층하여 조형하는 FDM(Fused Deposition Modeling)방식이라 한다.

이외에도, 광경화성 수지를 프린트헤드를 통하여 녹여서 잉크젯 프린트처럼 분사한 후 UV light로 경화시키면서 적층하여 조형하는 MJM(Multi Jet Modeling)방식 또는 광경화성 수지에 레이저광선을 주사하여 주사된 부분이 경화되는 원리를 이용한 SLA(Stereo Lithographic Apparatus) 방식 및 SLA에서의 광경화성 수지 대신에 기능성 고분자 또는 금속분말을 사용하여 고결(固結)시켜 성형하는 원리를 이용한 SLS(Selective Laser Sintering)방식 등이 있다.

이 중 FDM 방식의 3D 프린트의 일례를 살펴보면, 대한민국 등록특허 제1346704호(2013.12.24. 등록)의 멀티칼라 제품성형이 가능한 3D 프린트는, 도 1에 도시된 바와 같이, 프레임(1)의 상부에 배치되는 X직선이동기구(4)와 Y직선이동기구(7)에 탑재되어 X,Y방향으로 위치조절되는 히터노즐(20)과, 상기 히터노즐(20)에 대하여 상대적으로 Z방향으로 위치조절되는 Z직선운동기구(14)에 탑재되는 작업대(18)와, 상기 프레임(1)의 일측에 배치되며 와이어 형태로 된 복수의 열가소성 필라멘트(3)를 상기 히터노즐(20)로 각각 이송하는 복수의 필라멘트이송부(31)를 구비하고, 상기 히터노즐(20)은 상기 복수의 필라멘트(3)가 개별적으로 도입되는 복수의 도입공(22)이 형성된 노즐바디(21)와, 이들 복수의 도입공(22)이 단일의 통로로 합류되어 배출되는 단일의 배출공이 형성된 노즐헤드와, 상기 히터노즐(20)의 X,Y,Z 상의 위치조절과 상기 복수의 필라멘트이송부(31)의 이송동작을 개별적으로 제어하는 콘트롤러(2)로 구성된다.

이에 따라, X직선이동기구(4)와 Y직선이동기구(7)에 의해 히터노즐(20)이 이동하고, Z직선이동기구(14)에 의해 작업대(18)가 이동하면서, 상기 작업대(18) 상에 3차원의 성형물을 순차적으로 적층하여 성형하게 된다.

또한, 종래의 3D 프린트는, 상기한 방식 외에 캐리어에 탑재된 프린트헤드 즉, 히터노즐(20)이 X, Z축 방향으로 이동하고, 작업대(18)가 Y축 방향으로 이동하는 방식도 있다. 또는, 작업대는 고정되어 있고, 프린트헤드가 동시에 X, Y, Z축 방향으로 직선운동과 회전운동을 병행하는 델타방식 등이 있다.

한편, 종래의 3D 프린트는, 캐리어에 탑재된 프린트헤드와 작업대 사이에는 일정간격 즉, 일반적으로 0.1 ~ 0.3mm의 헤드갭(head gap)이 상기 작업대의 전체 평면에 걸쳐 균일하고 정확하게 유지되어야 하며, 이는 상기 헤드갭을 얼마만큼 정확하고 균일하게 유지하느냐에 따라 인쇄품질이 결정되는 매우 중요한 사항이다.

이를 위해, 종래에는, 작업대 전체 평면에 대한 헤드갭을 균일하고 일정하게 유지시키기 위한 헤드갭 측정 및 보정작업이 수행된다. 이는, 도 2에 도시된 바와 같이, 작업대(120) 상부에 위치한 프린트헤드(110)를 상기 작업대(120)의 평면상의 위치로 이동시키면서, 상기 프린트헤드(110)와 작업대(120) 사이에 헤드갭측정용지(130)를 삽입시켜, 상기 프린트헤드(110)와 작업대(120) 간의 헤드갭을 측정한다.

이때, 측정된 헤드캡에 대하여 보정이 필요할 경우에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 작업대(120) 즉, 제1작업대(122)와 제2작업대(124) 사이에 구성된 복수의 조절나사(126)를 통해 상기 제1작업대(122)의 높이를 조절함으로써, 상기 프린트헤드(110)와 작업대(120) 사이의 헤드갭을 보정하게 된다.

미부호 설명, 나사축(128)은, 상기 작업대(120) 즉, 제2작업대(124)의 일측에 구성되어 상기 작업대(120)가 Z축으로 이송되도록 하는 것이고, 모터(129)는, 상기 나사축(128)에 회전력을 제공한다.

그러나, 상기와 같이, 종래의 헤드갭 측정작업은, 헤드갭측정용지(130)에 의해 작업자의 수작업을 통해 이루어져 작업자의 상태 즉, 숙련도, 신체적 조건 또는 감정상태에 따라 달라짐으로써, 정밀하고 정확한 헤드갭 측정이 수행되지 않는다는 문제점이 있다.

이는, 헤드갭측정용지(130)의 상태 즉, 장시간 사용으로 인한 훼손 등에 의해 상기 헤드갭측정용지(130)의 평탄도가 불규칙하고, 또한 연질의 헤드갭측정용지(130)의 성질 때문에 작업자가 어떠한 위치에서 어떠한 방식으로 끼워넣는가에 따라 헤드갭의 측정높이가 달라질 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 헤드갭 측정작업은, 작업자의 숙련도에 따라 헤드갭의 측정오차가 발생함으로써, 정확한 헤드갭 측정이 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.

또한, 헤드갭 측정작업 중 캐리어(100)에 탑재된 프린트헤드(110)가 헤드갭측정용지(130)를 사이에 두고 작업대(120)에 직접 접촉됨으로써, 상기 프린트헤드(110)가 무리한 힘의 작용으로 손상될 수 있다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안하는 것으로서, 본 발명의 목적은, 프린트헤드 또는 작업대에 진동감지형센서 또는 비접촉형센서를 구성하고, 상기 작업대의 평면상의 헤드갭 측정위치로 프린트헤드를 이동하면서 센서와 모터를 이용하여 작업대 평면 전체에 대해서 헤드갭 및 수평오차를 정확하고 정밀하게 자동으로 측정할 수 있도록 하는 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 3차원의 물체를 인쇄하는 프린트헤드와, 상기 프린트헤드를 탑재하고 이를 이동시키기 위한 캐리어와, 상기 프린트헤드에서 인쇄되는 출력물을 적재하기 위한 작업대, 및 상기 캐리어와 작업대를 인쇄위치로 이동시키기 위해 X, Y, Z축 방향의 구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 3D 프린트에 있어서, 상기 3D 프린트에는, 상기 프린트헤드와 작업대 사이의 헤드갭을 측정할 수 있도록 하는 캐리어와 작업대 사이에 구성되는 진동감지형센서 또는 비접촉형센서; 및 상기 진동감지형센서 또는 비접촉형센서를 통해 감지신호가 출력되면, 상기 캐리어 또는 프린트헤드와 작업대 상호 간의 이동거리를 이용하여 헤드갭 및 수평오차를 산출하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 진동감지형센서는, 가속센서와, 진동센서 및 소형마이크 중 어느 하나;인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 비접촉형센서는, 광센서 또는 마그네트센서;인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 작업대에는, 복수의 헤드갭 측정위치가 설정;된 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 프린트헤드가 작업대에 직접 접촉되지 않고 헤드갭을 측정하기 위하여 프린트헤드 보다 낮은 높이를 갖는 스토퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 캐리어 또는 작업대를 미리 설정된 순서에 따라 헤드갭 측정영역에 해당되는 위치로 수평이동시키는 단계와; 상기 측정위치로 수평이동이 완료되면, 캐리어와 작업대가 접근하는 방향으로 수직방향으로 이동시키는 단계; 상기 수직방향으로 이동하는 과정에서 진동감지형센서 또는 비접촉형센서에서 출력신호가 감지되었는지를 확인하는 단계; 상기 진동감지형센서 또는 비접촉형센서에서 출력신호가 감지되면, 수직이동 동작을 중지하고, 수직방향으로 이동한 거리를 해당 측정영역에서의 측정값으로 설정하고 헤드갭의 절대치를 산출하여 이를 제어부에 저장하는 단계; 상기 제어부에 저장이 완료되면, 캐리어 또는 작업대를 수직방향으로 이동하기 전의 원위치로 복귀시켜 다음 측정영역으로 이동하기 위해 준비하는 단계; 상기 이동준비가 완료되면, 미리 설정된 모든 측정영역에서의 헤드갭 측정이 완료되었는지를 확인하여, 완료되지 않았다면 초기단계로 회기하여 상기 과정을 반복하고 완료되었다면 해드갭 편차(수평오차)를 산출하는 ;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드갭 자동 측정장치 및 그 측정방법은, 센서와 모터를 이용하여 헤드갭을 측정함으로써 작업자나 사용자의 숙련도와 무관하게 정확하고 정밀한 측정값을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드갭 측정장치 및 그 측정방법은, 까다로운 작업공수를 줄임으로써 대폭적인 생산원가의 절감효과를 제공하며, 사용자의 불만족을 감소시키는 효과를 제공한다.

더구나, 본 발명에 따른 3D 프린터의 헤드갭 측정장치 및 그 측정방법은, 센서가 측정 대상물과 직접 접촉하는 일이 없으므로 센서의 변형이나 파손에 따른 오류 발생의 원인을 완전히 제거하는 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 3D 프린트의 일례를 도시한 사시도.
도 2는 종래의 3D 프린트에서 헤드갭을 측정하는 상태를 도시한 사시도.
도 3은 종래의 3D 프린트에서 프린트헤드 및 작업대의 결합관계를 보인 개략적인 측면도.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 헤드갭 측정장치의 결합관계 및 작동관계를 도시한 요부 확대도로서,
4a는 본 발명의 제1실시 예에 따른 진동감지형센서를 구비하고, 프린트헤드와 작업대가 접촉하는 순간을 감지하는 헤드갭 측정방법에 대한 개략도.
4b는 본 발명의 제2실시 예에 따른 진동감지형센서를 구비하고, 캐리어에 스토퍼를 구비하고, 캐리어와 작업대가 접촉하는 순간을 감지하는 헤드갭 측정방법에 대한 개략도.
4c는 본 발명의 제3실시 예에 따른 비접촉형센서를 구비하고, 프린트헤드와 작업대가 근접하는 순간을 감지하는 헤드갭 측정방법에 대한 개략도.
도 5는 본 발명의 제1실시 예에 따른 작업대의 헤드갭 측정위치를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명의 제1실시 예에 따른 헤드갭 측정방법을 도시한 블록도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다(종래와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 이에 대한 상세한 설명은 생략한다).

본 발명의 헤드갭 측정장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 3차원의 물체를 인쇄하는 프린트헤드(110)와, 상기 프린트헤드(110)를 탑재하고 이를 이동시키기 위한 캐리어(100)와, 출력물을 적재하기 위한 작업대(120)와, 상기 캐리어(100) 및 작업대(120)를 인쇄위치로 이동시키기 위해 X, Y, Z축 방향으로 구동시키기 위한 구동부와, 상기 프린트헤드(110) 및 작업대(120) 사이의 헤드갭을 측정하기 위한 진동감지형센서(140) 또는 비접촉형센서(142), 및 측정동작을 수행하기 위해 상기 구동부를 동작시키고 상기 진동감지형센서(140) 또는 비접촉형센서(142)의 출력신호를 감지하여 측정값을 설정하고 헤드갭(프린트헤드와 작업대의 이격거리)의 절대치 및 X축, Y축 헤드갭 편차(헤드갭의 수평오차)를 연산처리하는 제어부(200)로 구성된다.

상기 구동부는, 캐리어(100) 또는 작업대(120)를 X, Y, Z축 방향의 3차원 방향으로 이동되도록 구동력을 제공하여, 상기 캐리어(100)에 탑재된 프린트헤드(110)를 통해 분사 또는 토출되는 용융액이 상기 작업대(120) 상에 인쇄되면서 3차원의 물체가 성형되도록 한다.

상기 진동감지형센서(140)는, 상기 프린트헤드(110) 또는 캐리어(100)와 상기 작업대(120)가 접촉되는 순간을 감지하기 위한 수단으로서, 접촉되는 순간 진동이나 충격에 의해서 출력신호가 발생하며 캐리어(100) 또는 작업대(120)의 어느 일측에 구성되거나 양측에 구성된다.

또한, 상기 진동감지형센서(140)는, 반복되는 접촉에 의한 진동이나 충격에도 변형이 없는 가속센서와, 진동센서 또는 소형마이크 중 어느 하나로 구성됨이 바람직하다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 캐리어(100) 또는 프린트헤드(110)와 작업대(120)가 접촉하는 순간에 반응할 수 있는 센서이면 어느 것이든 사용 가능하다.

또한, 상기 진동감지형센서(140)를 적용할 경우는 상기 프린트헤드(110)와 작업대(120)가 직접 접촉하도록 구성할 수도 있고, 상기 프린트헤드(110)를 보호하기 위하여 상기 캐리어(100)에 상기 작업대(120)와 접촉할 수 있는 스토퍼(150)를 구비하고 상기 스토퍼(150)와 작업대(120)가 접촉하도록 구성할 수도 있다.

상기 스토퍼(150)는 인쇄할 때 상기 캐리어(100)의 이동에 의해 상기 작업대(120)에 적재된 출력물과 충돌을 피하기 위해 프린트헤드(110) 보다 높게 위치시키는 것이 바람직하다.

상기 비접촉형센서(142)는 상기 프린트헤드(110) 또는 상기 캐리어(100)와 상기 작업대(120)가 일정한 거리까지 근접되는 순간을 감지하기 위한 수단으로서, 근접하는 순간 출력신호를 발생시키기 위하여 감지거리를 미리 설정하고, 설정된 감지거리에서의 출력신호의 레벨을 센서감지의 판단기준치(Threshold)로 설정하며 이는 실험치로 정해진다.

상기 비접촉형센서(142)는 광센서 또는 마그네트센서 중 어느 하나로 구성됨이 바람직하다.

물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 캐리어(100)와 작업대(120)가 일정한 거리까지 근접하는 순간에 일정한 출력을 낼 수 있는 센서이면 어느 것이든 사용 가능하다.

또한, 비접촉형센서(142)는 상기 캐리어(100)에 구비되고 상기 작업대(120)에는 태그(도면 미표시)를 구비하여 반응시키는 것이 바람직하다.

예를 들면, 반사형 광센서인 경우는 반사판 태그를, 마그네트 센서에는 철성분을 포함하는 태그를 사용하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 3D 프린터의 해드갭 자동 측정장치에 따른 해드갭 측정과정을 도 4를 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 제1실시 예에 따른, 도 4a는 진동감지형센서(140)를 사용하고 상기 프린트헤드(110)와 상기 작업대(120)를 직접 접촉을 시키는 방식으로서, 시작 단계에는 상기 작업대(120)가 (BO)에 위치하고 있는 상태에서 상기 작업대(120)의 좌측영역의 헤드갭을 측정하기 위하여 상기 캐리어(100)를 (C1)위치로 이동시키고 Z축 구동계를 제어하여 상기 작업대(120)를 상기 진동감지형센서(140)가 감지할 때까지 수직 이동시키면 상기 작업대(120)는 (B1)에 위치하게 된다.

상기 캐리어(100)가 작업대(120) 좌측영역인 (C1)위치에서의 헤드갭은 H(1)= M(1)이 된다.

여기서, M(1)은 상기 캐리어(100)가 (C1)위치에서 상기 작업대(120)가 (B0)에서 (B1)까지 이동한 거리이다.

다음 동작을 위하여 상기 작업대(120)를 (B0)위치로 되돌린 후 상기 작업대(120)의 우측영역의 헤드갭을 측정하기 위하여 상기 캐리어(100)를 이동시켜서 (C2)에 위치시키고 Z축 구동계를 제어하여 상기 작업대(120)를 상기 진동감지형센서(140)가 감지할 때까지 수직 이동시키면서 상기 작업대(120)는 (B2)에 위치하게 된다. 상기 캐리어(100)가 작업대(120) 우측영역인 (C2) 위치에서의 헤드갭은 H(2) = M(2)가 된다.

여기서, M(2)은, 상기 캐리어(100)가 (C2)위치에서 상기 작업대(120)가 (B0)에서 (B2)까지 이동한 거리이다.

본 발명의 제2실시 예에 따른 도 4b는 진동감지형센서(140)를 사용하고 상기 캐리어(100)에 구비된 스토퍼(150)와 상기 작업대(120)를 접촉을 시키는 방식으로서, 시작단계에서 상기 작업대(120)가 (B0)에 위치하고 있는 상태에서, 상기 작업대(120)의 좌측영역의 헤드갭을 측정하기 위하여 상기 캐리어(100)를 이동시켜서 (C1)에 위치시키고 Z축 구동계를 제어하여 상기 작업대(120)를 상기 진동감지형센서(140)가 감지할 때까지 수직 이동시키면 상기 작업대(120)는 (B1)에 위치하게 된다. 상기 캐리어(100)가 작업대(120) 좌측영역인 (C1)위치에서의 헤드갭은 H(1)=M(1)-d1이 된다.

여기서, M(1)은 상기 작업대(120)가 (B0)에서 (B1)까지 이동한 거리이고,

d1은 프린트헤드(110)와 스토퍼(150) 간의 간격이며, 설계 치수에 의해서 정해진다.

다음 동작을 위하여 상기 작업대(120)를 (B0)위치로 되돌린 후, 상기 작업대(120)의 우측영역의 헤드갭을 측정하기 위하여 상기 캐리어(100)를 이동시켜서 (C2)에 위치시키고 Z축 구동계를 제어하여 상기 작업대(120)를 상기 진동감지형센서(140)가 감지할 때까지 수직 이동시키면 상기 작업대(120)는 (B2)에 위치하게 된다. 상기 캐리어(100)가 작업대(120) 우측영역인 (C2)위치에서의 헤드갭은 H(2)=M(2)-d1이 된다.

여기서, (H2)는 상기 작업대(120)가 (B0)에서 (B2)까지 이동한 거리이고,

한편, 제1 및 제2실시 예의 진동감지형센서(140)는, 프린트헤드(110) 또는 스토퍼(150)가 작업대(120)에 접촉되는 순간 발생하는 진동 또는 충격을 감지하여 출력신호를 발생하는 것으로서, 이에 한정하는 것은 아니다.

즉, 상기 프린트헤드(110) 또는 스토퍼(150)가 상기 작업대(120)에 접촉되는 순간을 감지하는 접촉형센서로 구성할 수 있다. 상기 접촉형센서는, 리드스위치 또는 리미트스위치, 압력센서 중 어느 하나로 구성할 수도 있다.

이 경우, 상기 접촉형센서는, 캐리어(100)의 하단 일측에 구성됨이 바람직하다. 물론, 이에 한정하는 것은 아니며, 작업대(120)의 접촉에 의해 출력신호를 낼 수 있는 위치이면 어느 곳이든 사용 가능하다. 예컨대, 상기 접촉형센서는 프린트헤드(110)의 일측에 구성할 수도 있다.

본 발명의 제3실시 예에 따른, 도 4c는 비접촉형센서(142)를 사용하고 상기 캐리어(100)와 상기 작업대(120) 근접 이동시키는 방식으로서, 시작단계에서 상기 작업대(120)가 (B0)에 위치하고 있는 상태에서, 상기 작업대(120)의 좌측영역의 헤드갭을 측정하기 위하여 상기 캐리어(100)를 이동시켜서 (C1)에 위치시키고 Z축 구동계를 제어하여 상기 작업대(120)를 상기 비접촉형센서(142)가 감지할 때까지 수직 이동시키면서 상기 작업대(120)는 (B1)에 위치하게 된다. 상기 캐리어(100)가 작업대(120) 좌측영역인 (C1)위치에서의 헤드갭은 H(1)=M(1)+(d2-d1)이 된다.

d1은 프린트헤드(110)와 비접촉형센서(142)간의 간격이며, 설계 치수에 의해서 정해지고,

d2는 비접촉형센서(142)의 대상물에 대한 감지거리이며, 설계 기준에 의해서 미리 정해진다.

다음 동작을 위하여 상기 작업대(120)를 (B0)위치로 되돌린 후, 상기 작업대(120)의 우측영역의 헤드갭을 측정하기 위하여 상기 캐리어(100)를 이동시켜서 (C2)에 위치시키고 Z축 구동계를 제어하여 상기 작업대(120)를 상기 비접촉형센서(142)가 감지할 때까지 수직 이동시키면 상기 작업대(120)는 (B2)에 위치하게 된다. 상기 캐리어(100)가 작업대(120) 좌측영역인 (C1)의 위치에서의 헤드갭은 H(2)=M(2)+(d2-d1)이 된다.

여기서, M(2)는 상기 작업대(120)가 (B0)에서 (B2)까지 이동한 거리이고,

d1은 프린트헤드(110)와 비접촉형센서(142)간의 간격이며, 설계 치수에 의해서 정해진다.

d2는 비접촉형센서(142)의 대상물에 대한 감지거리이며, 설계기준에 의해서 미리 정해진다.

위에서 언급한 바를 종합하면, 상기 작업대(120) 좌측영역의 헤드갭은 H(1)이고, 우측영역인 헤드갭은 H(2)가 된다.

이때, 상기 작업대(120)의 좌우측 헤드갭 편차(수평오차)는 ΔH=H(1)-H(2)가 된다.

또한, 상기 측정결과로서 얻은 데이터 H(1),H(2) 및 ΔH는 상기 작업대(120)의 헤드갭 및 수평을 조절하기 위한 정보로 활용된다.

또한, 상기의 측정과정은 이해의 편의를 돕기 위한 것으로서, X축(좌우측) 헤드갭 측정과정만 언급된 것이며, Y축(전후측) 헤드갭 측정과정에도 동일한 과정을 적용할 수 있다.

도 5는 본 발명의 상기 작업대(120)상의 헤드갭 측정영역을 설정한 일례로서, 도 4를 참조하여 살펴보면,

상기 작업대(120)상의 헤드갭 측정영역은 임의의 영역을 설정할 수 있으나, 중앙과 테두리(A0 내지 A8)에 설정함이 바람직하다.

또한, 헤드갭 편차(수평오차)를 산출하기 위해서는 중앙영역(A0)과 X축의 좌측영역(A1, A2, A3) 및 우측영역인(A5, A6, A7), Y축의 전방영역(A3, A4, A5) 및 후방영역(A1, A7, A8)으로 구분하는 것이 바람직하다.

상기 작업대(120) 수평면에 대한 헤드갭 편차를 측정하기 위해서는 최소 3개소 이상의 측정영역을 설정해야 하나, 정확도를 높이기 위해서는 보다 여러 곳을 설정하여 평균치를 적용할 수도 있다.

또한, 측정영역은 X축 및 Y축의 각축에 대해서 축의 중앙선을 기준으로 대칭되는 영역을 설정하는 것이 바람직하다.

예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이 X축에 대해 A2 영역은 A6 영역이 대칭되고, A1, A2, A3 영역의 평균치에 대칭된 것은 A5, A6, A7 영역의 평균치가 된다.

동일한 방법으로 Y축에 대해서도 대칭되는 영역을 설정할 수 있다.

상기와 같이 구성된 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치에 따른 헤드갭 측정방법을 도 6을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 캐리어 또는 작업대를 미리 설정된 순서에 따라 헤드갭 측정영역에 해당되는 위치로 수평이동시키는 단계이다(S1).

이는, 작업대(120)에 설정된 측정위치(A1 내지 A8)들 중 측정하고자 하는 영역의 상부에 캐리어(100) 또는 프린트헤드(110)가 위치되도록 구동부에서 제공되는 구동력에 의해 수평이동된다.

상기 캐리어 또는 작업대가 측정위치로 수평이동되면(S1), 상기 캐리어 및 작업대가 접근하는 방향으로 수직이동시키면서 센서출력을 감지하는 단계이다(S2).

이는, 작업대(120)상의 A0 ~ A8 중 선정된 측정영역의 상부로 캐리어(100)가 위치되면, 구동부에서 제공되는 구동력에 의해 상기 캐리어(100) 및 작업대(120)가 상호 접근하는 방향으로 수직이동된다.

상기 캐리어 및 작업대가 접근하는 방향으로 이동하면서(S2), 상기 캐리어 또는 작업대의 일측에 구성되는 센서에서 출력신호가 감지되었는지를 확인하는 단계이다(S3).

이는 센서로부터 출력신호가 감지될 때까지 계속된다.

상기 센서로부터 출력신호가 감지되면(S3), 수직이동을 중지하고, 수직 이동한 거리를 해당 측정영역에서의 측정값으로 설정하고 헤드갭의 절대치를 산출하여 제어부에 저장하는 단계이다(S4).

다음 동작을 위한 준비단계로서 작업대를 캐리어의 수직 하단에 있는 수직방향으로 접근 이동하기 전의 원래의 위치로 되돌린다(S5).

작업대상의 미리 설정된 모든 측정영역에서의 헤드갭 측정이 완료되었는지를 확인하여, 완료되지 않았다면 남은 측정영역에 대해 헤드갭 측정을 진행하기 위하여 초기단계로 회기한 후 완료될 때까지 상기 S1 ~ S5단계를 반복한다.

미리 설정한 모든 측정영역에 헤드갭 측정 동작이 완료되면 도 4를 참조하여 영역별 헤드갭 절대치 및 X축, Y축 방향으로의 헤드갭 편차를 산출한다.

이상에서 설명한 것은 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치 및 그 측정방법을 실시하기 위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니한다. 본 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변경실시가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

100: 캐리어 110: 프린트헤드
120: 작업대 130: 헤드갭측정용지
140: 진동감지형센서 142: 비접촉형센서
150: 스토퍼

Claims

3차원의 물체를 인쇄하는 프린트헤드(110)와;
상기 프린트헤드(110)를 탑재하고 이를 이동시키기 위한 캐리어(100);
상기 프린트헤드(110)에서 인쇄되는 출력물을 적재하기 위한 작업대(120);
상기 캐리어(100)와 작업대(120)를 인쇄위치로 이동시키기 위해 X, Y, Z축 방향의 구동력을 제공하는 구동부;
상기 프린트헤드(110)와 작업대(120) 사이의 헤드갭을 측정할 수 있도록 출력신호를 발생하는 센서; 및
상기 구동부를 제어하고 센서의 출력신호를 감지하여 해당 연산처리를 통해 헤드갭 및 상기 작업대(120)의 수평오차를 산출하는 제어부(200);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치.
청구항 1에 있어서, 상기 센서는,
진동감지형센서(140)와, 비접촉형센서(142) 또는 접촉센서 중 어느 하나;
인 것을 특징으로 하는 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치.
청구항 1에 있어서,
상기 캐리어(100)의 일측에는, 프린트헤드(110)가 작업대(120)에 직접 접촉되지않아도 센서에서 헤드갭의 측정을 위한 출력신호가 발생할 수 있도록 보조하는 적어도 하나 이상의 스토퍼(150);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서의 진동감지형센서는, 가속센서와, 진동센서 또는 소형마이크 중 어느 하나;
인 것을 특징으로 하는 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서,
상기 센서의 비접촉식센서(142)는,
광센서 또는 마그네트센서;
인 것을 특징으로 하는 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 있어서, X축 및 Y축 헤드갭편차는,
중앙을 기준으로 대칭되는 측정영역 중 대표되는 각각 1개의 측정영역의 헤드갭의 차이를 설정하거나, 또는 복수의 측정영역의 헤드갭의 평균치를 차이를 설정;
하는 것을 특징으로 하는 3D 프린트의 헤드갭 자동 측정장치.
캐리어 및 작업대를 미리 설정된 순서에 따라 헤드갭 측정영역의 해당 위치로 수평이동시키는 단계(S1)와;
상기 해당 위치로 수평이동이 완료되면, 캐리어와 작업대가 접근하는 방향으로 수직방향으로 이동시키는 단계(S2);
상기 수직방향으로 이동하는 과정에서 진동감지형센서, 비접촉형센서 또는 접촉센서에서 출력신호가 감지되었는지를 확인하는 단계(S3);
상기 진동감지형센서, 비접촉형센서 또는 접촉형센서에서 출력신호가 감지되면, 수직이동 동작을 중지하고, 수직방향으로 이동한 거리를 해당 측정영역에서의 헤드갭 측정값으로 설정하며 헤드갭 절대치로 환산하여 이를 제어부에 저장하는 단계(S4);
상기 제어부에 저장이 완료되면, 캐리어 또는 작업대를 수직방향으로 이동하기 전의 원위치로 복귀시켜서 다음 측정영역으로 이동하도록 준비하는 단계(S5);
상기 이동준비가 완료되면, 설정된 모든 측정영역에 대한 측정이 완료되었는지를 확인하고, 만약 완료되지 않을 경우에는 S1 내지 S5단계를 반복하기 위하여 S1단계로 회귀하는 단계(S6); 및
각 측정영역의 헤드갭 측정이 완료되면 X축 및 Y축에 대한 헤드갭편차(수평오차)를 산출하는 단계(S7);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 프린터의 헤드갭 자동 측정방법.