KR20170053231A - 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치 및 방법 - Google Patents

캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치가 개시된다. 상기 홀 어레이 검사 장치는, 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트; 상기 홀들 각각의 내경 데이터를 획득하도록, 상기 홀들에 대응되게 상기 게이지 샤프트에 설치되는 복수개의 비접촉식 거리 센서들; 상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜, 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서들 각각으로 하여금 상기 홀들 각각의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 회전 구동부; 및 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서들이 획득한 내경 데이터들을 이용하여 상기 홀들 각각의 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 연산부를 포함한다.

Description

캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치 및 방법{system and method for inspecting hole array for camshaft}
본 발명은 엔진의 캠샤프트가 조립되는 캠샤프트용 홀 어레이를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 캠샤프트용 홀 어레이를 구성하는 홀들 각각의 내경 및 진원도와 그 홀들의 직선 정렬 상태(직선 정렬도)를 검사하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 엔진 상부에는 실린더 헤드가 결합된다. 실린더 헤드에는 크랭크 샤프트 스프로킷과 예컨대 타이밍 벨트로 연결되어 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐시키도록 흡기 캠과 배기 캠을 작동시키는 두개의 캠샤프트가 구비된다. 엔진의 연소실로 혼합기가 흡입되어 발생되는 폭발력으로 피스톤이 상하 왕복 운동을 하면 크랭크 샤프트 스프로킷이 회전운동을 한다. 크랭크 샤프트 스프로킷이 회전을 하면, 예컨대 크랭크 샤프트 스프로킷에 권취된 타이밍 벨트가 캠샤프트 스프로킷을 회전시키게 되고, 캠샤프트 스프로킷의 회전에 의해 캠샤프트도 회전한다. 캠샤프트가 회전함에 따라 캠샤프트에 설치된 흡기캠과 배기캠이 회전하여 흡기 밸브와 배기 밸브를 개폐한다.
하나의 캠샤프트, 즉, 흡기용 캠샤프트 또는 배기용 캠샤프트를 엔진 상부의 실린더 헤드에 조립하기 위해서는, 해당 캠샤프트를 동일 직선 상의 여러 지점에서 지지하는 캠샤프트용 홀 어레이가 요구된다. 캠샤프트용 홀 어레이는 하나의 축선에 대하여 중심이 일치하도록 일렬로 어레이된 복수개의 홀들을 포함한다. 캠샤프트용 홀 어레이는, 일열로 나란하게 배열된 복수개의 판 형상부에 형성된 원형 홀들이 축선을 따라 어레이되어 형성되는 것으로, 가장 큰 크기를 가지며 맨 앞에 위치한 하나의 선행 홀과 그 선행 홀의 뒤에 어레이된 복수개의 후행 홀들을 포함한다. 선행 홀은 캠샤프트의 구동부의 고정에 이용되고 후행 홀들은 캠샤프트의 중간을 여러 위치에서 지지하는데 이용된다. 한편, 상기 홀 어레이의 홀들은 머시닝 센터에서 긴 드릴을 이용해 상기 판 형상부들을 드릴 가공하여 형성될 수 있다. 이때, 미세한 가공 오차로 인해, 홀 어레이 내 홀들의 내경, 진원도 및 직선 정렬 상태(직선 정렬도)에 있어서 심각한 불량이 발생할 수 있다. 이러한 불량은 캠샤프트가 조립되지 않거나 조립된다 하더라도 캠샤프트가 잘못 작동되는 심각한 문제를 초래할 수 있다.
이러한 이유로 캠샤프트용 홀 어레이를 검사하는 것이 요구된다. 홀 어레이를 검사하는 종래의 대표적인 두 방식은 3D 측정 방식과 내경 측정기 및 그레이드바를 이용하는 방식이 있다. 전자(前者)는 홀 어레이의 홀들 내경 및 진원도 그리고 홀들의 직선 정렬 상태를 정밀하게 측정, 검사하는 것이 가능하지만, 고가의 3D 측정 장비를 이용한다는 점 그리고 현장에서 바로 검사하는 것이 불가능하다는 한계가 있다. 후자(候者)는 접촉식 내경 측정기로 홀 어레이의 각 홀들의 내경을 측정하여 내경이 허용 공차 안에 있는지 확인 후 그레이드바(grade bar)를 홀 어레이의 홀들에 밀어 넣어 그레이드바가 홀들을 걸림 없이 잘 통과하는지를 판단하는 것이지만, 검사의 신뢰성이 떨어지고 검사에 많은 시간과 수고가 필요하며, 특히, 큰 홀(즉, 선행 홀)과 작은 홀(후행홀(들))의 중심이 일치하는지 즉 상호 동심원을 이루고 있는지를 확인하기 어려웠다.
특허공개 제10-1998-0049411호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 회전하는 게이지 샤프트에 설치된 비접촉식 거리 센서를 이용하여 캠샤프트용 홀 어레이를 구성하는 홀들 각각의 내경 및 진원도와 그 홀들의 직선 정렬 상태(직선 정렬도)를 신뢰성 있게 검사하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치가 제공되며, 상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치는, 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트; 상기 홀들 각각의 내경 데이터를 획득하도록, 상기 홀들에 대응되게 상기 게이지 샤프트에 설치되는 복수개의 비접촉식 거리 센서들; 상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜, 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서들 각각으로 하여금 상기 홀들 각각의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 회전 구동부; 및 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서들이 획득한 내경 데이터들을 이용하여 상기 홀들 각각의 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 연산부를 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따르면, 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치가 제공되며, 상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치는, 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트; 상기 게이지 샤프트에 설치되는 비접촉식 거리 센서; 상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜 상기 비접촉식 거리 센서가 상기 홀들 중 해당 홀의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 한편, 상기 게이지 샤프트를 직선 이동시켜, 상기 비접촉식 거리 센서가 상기 홀들 모두의 내경 데이터들을 획득할 수 있게 해주는 직선 이동-회전 구동부; 및 상기 게이지 샤프트의 회전 구동 및 상기 게이지 샤프트의 직선 이동에 의해 상기 비접촉식 거리 센서가 획득한 상기 홀들 각각의 내경 데이터 및 상기 홀들 모두의 내경 데이터들을 이용하여. 상기 홀들 각각의 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 연산부를 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따르면, 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치가 제공되며, 상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치는, 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되며, 제1 샤프트부와 상기 제1 샤프트부에 대해 전후로 이동가능한 제2 샤프트부를 갖는 게이지 샤프트; 상기 제1 샤프트부에 설치되어 상기 홀 어레이 내 선행 홀의 내경 데이터 획득에 이용되는 제1 비접촉식 거리 센서; 상기 제2 샤프트부에 설치되어 상기 홀 어레이 내 후행 홀들 중 한 홀의 내경 데이터 획득에 이용되는 제2 비접촉식 거리 센서; 상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜 상기 제1 비접촉식 거리 센서 또는 상기 제2 비접촉식 거리 센서로 하여금 상기 선행 홀 또는 상기 후행 홀들 중 한 홀의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 한편, 상기 제1 샤프트부에 대하여 상기 제2 샤프트부를 직선 이동시켜, 상기 제2 비접촉식 거리 센서로 하여금 상기 후행 홀들 모두의 내경 데이터들을 획득할 수 있게 해주는 회전-전후 신장 구동부; 및 상기 제1 비접촉식 거리 센서가 획득한 선행 홀의 내경 데이터들과 상기 제2 비접촉식 거리 센서가 획득한 상기 후행 홀들의 내경 데이터들을 이용하여, 상기 홀들 각각의 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 연산부를 포함한다.
본 발명의 제4 실시예에 따르면, 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치가 제공되며, 상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치는 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트; 상기 홀들의 내경 데이터를 획득하도록, 상기 게이지 샤프트에 설치되는 적어도 하나의 비접촉식 거리 센서; 및 상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜, 상기 비접촉식 거리 센서로 하여금 상기 홀들 각각의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 회전 구동부를 포함하며, 상기 비접촉식 거리 센서는 상기 게이지 샤프트의 중공에 설치되는 레이저 발광 및 수광부와, 상기 레이저 발광 및 수광부에서 수평 방향으로 전달된 레이저빔을 상기 홀의 내주면을 향해 반사해 보내는 한편, 상기 홀의 내주면에 부딪힌 후 되돌아온 레이저빔을 상기 레이저 발광 및 수광부로 다시 보내는 리플렉터를 포함하는 레이저 센서를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 방법이 제공되며, 이 방법은, 하나 이상의 비접촉식 거리 센서가 설치된 게이지 샤프트를 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입하고, 상기 게이지 샤프트를 회전시켜, 상기 비접촉식 거리 센서가 상기 홀들 중 해당 홀의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득케 하고, 상기 비접촉식 거리 센서가 여러 회전 위치에서 회득한 상기 해당 홀의 내경 데이터를 이용해, 상기 해당 홀의 진원도를 검사하고, 상기 홀들의 내경 데이터 관련 정보를 비교하여 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 것을 포함한다.
본 발명에 따르면, 홀의 마모를 수반하지 않는 비접촉식 거리 센서를 게이지 샤프트에 설치한 후, 이 비접촉식 거리 센서를 이용해 캠샤프트용 홀 어레이를 구성하는 홀들 각각의 내경 및 진원도와 그 홀들의 직선 정렬 상태(직선 정렬도)를 신뢰성 있게 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치의 제어 및 연산을 위한 구성을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치의 제어 및 연산을 위한 구성을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치의 제어 및 연산을 위한 구성을 설명하기 위한 블록 다이어그램이다.
도 7은 홀 어레이 검사 장치에 적용되는 비접촉식 거리 센서의 구성을 보인 도면이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. 첨부된 도면들 및 이에 관한 설명은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 예시된 것이므로, 도면들 및 설명이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니됨에 유의하여야 할 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(1000)는 직선 배열된 복수개의 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 검사에 이용된다. 상기 홀 어레이 검사 장치(1000)는, 특정 엔진의 홀 어레이의 검사에 앞서, 미리 제작된 마스터 지그(미도시됨)에서 캘리브레이션(calibration) 된다.
본 실시예에서, 상기 홀 어레이는 32mm 내경을 갖는 선행 홀(1)과 23mm 내경을 갖는 복수개의 후행 홀들(2a, 2b, 2c 및 2d)을 포함한다. 후행 홀(2a, 2b, 2c 및 2d)들에는 캠샤프트(미도시됨)가 끼워져 지지되며, 선행 홀(1)은 캠샤프트의 구동부(미도시됨) 일부가 고정된다.
상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(1000)는 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 홀 어레이의 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트(1100)와, 상기 홀 어레이의 홀들(1, 2a, 2b, 2c 및 2d) 전후 간격에 대응되게 상기 게이지 샤프트(1100)에 설치되는 복수개의 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 및 1202d)와, 상기 게이지 샤프트(1100)를 회전시키는 회전 구동부(1300)를 포함한다. 또한, 상기 홀 어레이 검사 장치(1000)는 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 및 1202d)가 측정한 거리를 이용하여, 홀 어레이 내 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)들 각각의 진원도와 홀 어레이 내 홀들(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)의 직선 정렬도를 측정 및 검사하는 연산부(1500)를 포함한다.
상기 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 또는 1202d)는 조사된 레이저빔(L)이 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 내주면에 도달한 후 반사되어 돌아오기까지의 레이저빔(L)의 이동 거리를 측정하는 레이저 센서인 것이 바람직하다. 측정된 거리는 그 자체로 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 내경과 같거나, 임의의 수를 더하거나 감하여 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 실제 내경과 같아지는 거리일 수 있다. 이와 같이, 상기 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 또는 1202d)가 측정하는 거리가 각 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 내경과 같거나 또는 미리 정해진 임의의 수를 더하거나 감하여 각 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 내경을 구할 수 있는 거리이므로, 이하에서는 내경 데이터라 한다.
또한, 상기 홀 어레이 검사 장치(1000)는 상기 회전 구동부(1300)와, 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 및 1202d)와 상기 연산부(1500)를 제어하는 제어부(1400)를 더 포함한다.
도 1과 2를 함께 참조하면, 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 및 1202d)는 선행 홀(1)인 제1 홀(1)의 내경 데이터를 측정하는 제1 비접촉식 거리 센서(1201)와, 상기 선행 홀(1)보다 작다 작은 내경을 갖도록 그리고 상호 같은 내경을 같도록 의도된 제2, 제3, 제4 및 제5 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d) 각각의 실제 내경 데이터를 측정하는 제2, 제3, 제4 및 제5 비접촉식 거리 센서(1202a, 1202b, 1202c 및 1202d)를 포함한다.
또한, 각각의 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 및 1202d)는 게이지 샤프트(1100)의 회전에 의해 홀들(1201, 1202a, 1202b, 1202c 및 1202d) 각각의 내주 여러 지점에 대한 여러 개의 내경 데이터를 측정할 수 있다. 이 여러 개의 내경 데이터를 비교하기 위해, 전술한 연산부(1500)는 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c, 1202d)에 대응되는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(1511, 1512a, 1512b, 1512c, 1512d)를 포함할 수 있다.
게이지 샤프트(1100)가 일정 각도 회전과 정지를 반복하면서 360도 회전하는 동안, 상기 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 또는 1202d)는 게이지 샤프트(1100)가 정지해 있을 때, 특정 내경 데이터를 측정할 수 있다. 상기 게이지 샤프트(1100)의 회전 각도 간격이 작을수록, 더 많은 내경 데이터를 측정하여 해당 로컬 비교 연산부(1511, 1512a, 1512b, 1512c 또는 1512d)에서 더 정확한 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 진원도를 측정 및 검사할 수 있을 것이다.
제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(1511, 1512a, 1512b, 1512c 또는 1512d) 각각은 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)에서 측정된 복수개의 내경 데이터를 비교, 연산할 수 있으며, 이를 통해, 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 진원도를 구할 수 있다. 예를 들면, 측정된 내경 데이터 중 최대값과 최소값 사이의 차 또는 내경 데이터의 평균과 최소 및/또는 최대 최소값과의 차로부터 또는 그 차와 미리 설정된 기준값과의 비교를 통해 해당 홀의 진원도 검사가 가능하다.
또한, 전술한 연산부(1500)는 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 및 1202d) 및/또는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(1511, 1512a, 1512b, 1512c 및 1512d)로부터 받은 데이터를 통합 연산하여 홀 어레이의 직선 정렬도를 측정하는 통합 연산부(1520)를 포함할 수 있다. 상기 통합 연산부(1520)는, 예컨대, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 비접촉식 거리 센서(1201, 1202a, 1202b, 1202c 또는 1202d) 각각에서 측정한 홀들(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d) 각각의 내경 데이터들을 이용하여, 홀들(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d) 각각의 중심 위치값을 계산할 수 있으며, 이 홀들(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 중심 위치값들을 비교하여, 홀 어레이의 직선 정렬도를 측정 및 검사할 수 있다. 또한, 상기 통합 연산부(1520)는 전술한 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(1511, 1512a, 1512b, 1512c 및 1512d)가 계산한 각 홀들의 평균 내경 데이터를 비교, 연산하여 직선 정렬도를 측정 및 검사할 수도 있다.
도 3과 도 4를 함께 참조하면, 본 실시예예 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(2000)는 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 홀 어레이의 홀들(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)에 삽입되는 게이지 샤프트(2100)와, 상기 게이지 샤프트(2100)에 설치된 하나의 비접촉식 거리 센서(2200)와, 상기 게이지 샤프트(2100)를 전후 이동시키는 한편 상기 게이지 샤프트(2100)를 회전 이동 및 직선 이동시키는 직선 이동-회전 구동부(2300)를 포함한다. 상기 직선 이동-회전 구동부(2300)의 직선 이동 구동과 회전 구동은 별개의 동력원을 이용할 수도 있고 하나의 동력원을 이용할 수 있다.
또한, 상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(2000)는 상기 비접촉식 거리 센서(2200)와 상기 직선 이동-회전 구동부(2300)를 제어하는 제어부(2400)를 포함한다.
상기 홀 어레이 검사 장치(2000)는 하나의 비접촉식 거리 센서(2200)가 모든 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)들의 내경 데이터를 측정하되, 이 내경 데이터들을 이용하여 홀 어레이 내 홀들(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)의 진원도와 홀 어레이 내 홀들(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)의 직선 정렬도를 측정 및 검사하는 연산부(2500)를 포함한다.
본 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(2000) 또한 앞선 실시예의 홀 어레이 검사 장치와 마찬가지로 특정 엔진의 홀 어레이의 검사에 앞서, 미리 제작된 마스터 지그에서 캘리브레이션(calibration) 된다.
앞선 실시예와 달리, 상기 홀 어레이 검사 장치(2000)는 상기 직선 이동-회전 구동부(2300)의 직선 구동에 의해 상기 게이지 샤프트(2100)를 순차적으로 전진시키고, 이에 의해, 하나의 비접촉식 거리 센서(2200)가 홀 어레이 내 여러 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)들, 즉, 제1 홀(1), 제2 홀(2a), 제3 홀(2b), 제4 홀(2c) 및 제 5홀(2d)에 대하여 차례로 내경 데이터를 측정하도록 구성된다.
상기 게이지 샤프트(2100)가 특정 위치에서 회전하여 하나의 비접촉식 거리 센서(2200)가 하나의 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d) 내 여러 지점의 내경 데이터를 측정하며, 그 후, 상기 게이지 샤프트(2100)가 전진하여, 비접촉식 거리 센서(2200)로 하여금 다음 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d) 내 여러 지점의 내경 데이터를 측정하도록 한다. 이렇게 하여 획득된 제1 홀(1), 제2 홀(2a), 제3 홀(2b), 제4 홀(2c) 및 제5 홀(2d) 각각의 내경 데이터들 각각은 연산부(2500)에 의해 처리된다.
상기 연산부(2500)는 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d) 각각의 여러 내경 데이터를 비교, 연산하여, 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 진원도를 측정하는 복수의 로컬 비교 연산부(2511, 2512a, 2512b, 2512c 및 2512d), 즉, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(2511, 2512a, 2512b, 2512c 및 2512d)를 포함한다. 게이지 샤프트(2100)가 직선 상의 특정 위치에서 일정 각도 회전과 정지를 반복하면서 360도 회전하는 동안, 상기 비접촉식 거리 센서(2200)는 게이지 샤프트(2100)가 정지해 있을 때, 특정 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d) 내 여러 지점의 내경 데이터들을 차례로 측정한다. 상기 비접촉식 거리 센서(2200)가 차례로 측정한 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d) 각각의 내경 데이터들은 상기 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(2511, 2512a, 2512b, 2512c 및 2512d) 각각에서 비교, 연산되며, 이에 의해, 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 진원도가 측정 및 검사될 수 있다.
또한, 전술한 연산부(2500)는 하나의 비접촉식 거리 센서(2200)가 측정하여 제공한 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)의 내경 데이터를 통합 연산하여, 홀 어레이의 직선 정렬도를 측정하는 통합 연산부(2520)를 포함한다.
상기 통합 연산부(2520)는, 예컨대, 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)들 각각의 내경 데이터들을 이용하여, 홀들(1, 2a, 2b, 2c 및 2d) 각각의 중심 위치값을 계산한 후, 이 홀들의 중심 위치값들을 비교하여, 홀 어레이의 직선 정렬도를 검사하거나, 또는, 전술한 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(2511, 2512a, 2512b, 2512c 및 2512d)가 계산한 각 홀들의 평균 내경 데이터를 비교, 연산하여 직선 정렬도를 검사할 수도 있다.
도 5 및 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(3000)는, 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 홀 어레이에 삽입되되, 제1 샤프트부(3110)와, 상기 제1 샤프트부(3110)에 대하여 전진 또는 후퇴가능하게 설치된 제2 샤프트부(3120)를 구비한 게이지 샤프트(3100)를 포함한다. 또한, 상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(3000)는, 상기 게이지 샤프트(3100)를 회전 구동시키는 한편, 상기 제1 샤프트부(3110)에 대하여 상기 제2 샤프트(3120)를 전진 또는 후퇴킬 수 있는, 회전-전후 신장 구동부(3300)를 포함한다. 상기 회전-전후 신장 구동부(3300)의 게이지 샤프트 회전 구동 및 제1 샤프트부에 대한 제2 샤프트부의 전진 또는 후퇴를 위한 전후 신장(또는 수축) 구동은 별개의 동력원을 이용하거나 또는 하나의 동력원을 이용할 수 있다.
또한, 상기 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치(3000)는 상기 게이지 샤프트(3100)의 제1 샤프트부(3110)에 설치되어, 항상 제자리에서 홀 어레이 내 홀들(1, 2a, 2b, 2c 및 2d) 중 제1 홀(1)의 내경 데이터만을 측정하는 제1 비접촉식 거리 센서(3201)와, 상기 게이지 샤프트(3100)의 제2 샤프트부(3120)에 설치되어, 상기 제2 샤프트부(3120)의 전진 또는 후퇴 이동에 의해, 상기 제2, 제3, 제4, 제5 홀(2a, 2b, 2c 및 2d) 중 하나의 홀 내경 데이터를 측정하는 제2 비접촉식 거리 센서(3202)를 포함한다. 상기 제1 비접촉식 거리 센서(3201)와 상기 제2 비접촉식 거리 센서(3202) 모두는 상기 게이지 샤프트(3100)가 회전됨에 따라, 제1 홀(1)과 제2, 3, 4 및 5홀(2a, 2b, 2c, 2d) 중 어느 한 홀의 내경 데이터를 여러 지점에서 측정할 수 있다.
또한, 상기 홀 어레이 검사 장치(3000)는 상기 회전-전후 신장 구동부(3300)와, 상기 제1 및 제2 비접촉식 거리 센서(3201, 3202)와, 이하 자세히 설명되는 연산부(3500)를 제어하는 제어부(3400)를 더 포함한다.
상기 제1 비접촉식 거리 센서(3201)는 상기 제1 샤프트부(3110)에 설치된 채, 항상, 선행 홀(1)인 제1 홀(1)의 내경 데이터를 측정하며, 상기 제2 비접촉식 거리 센서(3202)는 상기 제2 샤프트부(3120)에 설치된 채, 상기 제2 샤프트부(3120)가 점진적으로 전진함에 따라, 상기 선행 홀보다 작은 후행 홀들, 즉, 제2, 제3, 제4 및 제5 홀(2a, 2b, 2c, 2d)의 내경 데이터를 차례로 측정한다.
또한, 제1 및 제2 비접촉식 거리 센서(3201 및 3202)는 게이지 샤프트(3100)의 회전에 의해 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 내주 여러 지점에 대한 여러개의 내경 데이터를 측정할 수 있다. 이 여러 개의 내경 데이터를 비교하기 위해, 전술한 연산부(3400)는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 홀(1, 2a, 2b, 2c 및 2d)에 대응되는 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(3511, 3512a, 3512b, 3512c 또는 3512d)를 포함할 수 있다.
상기 게이지 샤프트(3100)가 일정 각도 회전과 정지를 반복하면서 360도 회전하는 동안, 상기 제1 비접촉식 거리 센서(3201)는 게이지 샤프트(3100)의 회전이 정지해 있을 때, 제1 홀(1)의 내경 데이터를 측정할 수 있다. 또한, 상기 게이지 샤프트(3100)가 일정 각도 회전과 정지를 반복하면서 360도 회전하는 동안, 상기 제2 비접촉식 거리 센서(3202) 또한 게이지 샤프트(3100)의 회전이 정지해 있을 때, 제2, 제3, 제4 또는 제5 홀(2a, 2b, 2c 또는 2d)의 내경 데이터를 측정한다.
상기 게이지 샤프트(3100)의 회전 각도 간격이 작을 수로, 더 많은 내경 데이터를 측정하여 해당 로컬 비교 연산부(3511, 3512a, 3512b, 3512c 또는 3512d)에서 더 정확한 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 진원도를 측정 및 검사할 수 있을 것이다.
제1, 제2, 제3, 제4 및 제5 로컬 비교 연산부(3511, 3512a, 3512b, 3512c 또는 3512d) 각각은 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d))에서 측정된 복수개의 내경 데이터를 비교, 연산할 수 있으며, 이를 통해, 해당 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d))의 진원도를 구할 수 있다. 예를 들면, 측정된 내경 데이터 중 최대값과 최소값 사이의 차 또는 내경 데이터의 평균과 최소 및/또는 최대 최소값과의 차로부터 또는 그 차와 미리 설정된 기준값과의 비교를 통해 해당 홀의 진원도 검사가 가능하다.
또한, 전술한 연산부(3500)는 상기 제1 홀(1)의 (평균) 내경 데이터 또는 내경 중심값과 제2 홀, 제3 홀, 제4홀 및 제5 홀(2a, 2b, 2c 및 2d)의 각각의 (평균) 내경 데이터 또는 내경 중심값을 비교, 연산하여, 홀 어레이의 직선 정렬도를 검사하는 통합 연산부(3520)를 더 포함한다.
도 7은 홀 어레이 검사 장치에 적용되는 비접촉식 거리 센서의 바람직한 한 예의 구성을 보인 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 예의 비접촉식 거리 센서(4200)는 게이지 샤프트(4100)의 중공(4101)에 설치되는 레이저 발광 및 수광부(4210)와, 상기 레이저 발광 및 수광부(4210)에서 수평 방향으로 전달된 레이저빔(L)을 홀(1, 2a, 2b, 2c 또는 2d)의 내주면을 향해 반사해 보내는 한편 내주면에 부딪힌 후 되돌아온 레이저빔을 상기 레이저 발광 및 수광부(4210)로 다시 보내는 리플렉터(4220)를 포함한다. 상기 게이지 샤프트(4100)는 상기 중공(4101)과 수직으로 연결되어 레이저빔이 게이지 샤프트(4100)에 대하여 수직으로 나가거나 들어오는 것을 허용하는 수직 홀(4102)이 형성된다.
1, 2a, 2b, 2c,2d ..................홀
1100, 2100, 3100, 4100...............게이지 샤프트
1201, 1202a, 1202b, 1202c, 1202d, 2200, 3201, 3201...비접촉식 거리 센서
1520, 2500, 3500......................연산부

Claims (5)

  1. 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치로서,
    상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트;
    상기 홀들 각각의 내경 데이터를 획득하도록, 상기 홀들에 대응되게 상기 게이지 샤프트에 설치되는 복수개의 비접촉식 거리 센서들;
    상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜, 상기 복수개의 비접촉식 거리 센서들 각각으로 하여금 상기 홀들 각각의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 회전 구동부; 및
    상기 복수개의 비접촉식 거리 센서들이 획득한 내경 데이터들을 이용하여 상기 홀들 각각의 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치.
  2. 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치로서,
    상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트;
    상기 게이지 샤프트에 설치되는 비접촉식 거리 센서;
    상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜 상기 비접촉식 거리 센서가 상기 홀들 중 해당 홀의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 한편, 상기 게이지 샤프트를 직선 이동시켜, 상기 비접촉식 거리 센서가 상기 홀들 모두의 내경 데이터들을 획득할 수 있게 해주는 직선 이동-회전 구동부; 및
    상기 게이지 샤프트의 회전 구동 및 상기 게이지 샤프트의 직선 이동에 의해 상기 비접촉식 거리 센서가 획득한 상기 홀들 각각의 내경 데이터 및 상기 홀들 모두의 내경 데이터들을 이용하여. 상기 홀들 각각의 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치.
  3. 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치로서,
    상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되며, 제1 샤프트부와 상기 제1 샤프트부에 대해 전후로 이동가능한 제2 샤프트부를 갖는 게이지 샤프트;
    상기 제1 샤프트부에 설치되어 상기 홀 어레이 내 선행 홀의 내경 데이터 획득에 이용되는 제1 비접촉식 거리 센서;
    상기 제2 샤프트부에 설치되어 상기 홀 어레이 내 후행 홀들 중 한 홀의 내경 데이터 획득에 이용되는 제2 비접촉식 거리 센서;
    상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜 상기 제1 비접촉식 거리 센서 또는 상기 제2 비접촉식 거리 센서로 하여금 상기 선행 홀 또는 상기 후행 홀들 중 한 홀의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 한편, 상기 제1 샤프트부에 대하여 상기 제2 샤프트부를 직선 이동시켜, 상기 제2 비접촉식 거리 센서로 하여금 상기 후행 홀들 모두의 내경 데이터들을 획득할 수 있게 해주는 회전-전후 신장 구동부; 및
    상기 제1 비접촉식 거리 센서가 획득한 선행 홀의 내경 데이터들과 상기 제2 비접촉식 거리 센서가 획득한 상기 후행 홀들의 내경 데이터들을 이용하여, 상기 홀들 각각의 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치.
  4. 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치로서,
    상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입되는 게이지 샤프트;
    상기 홀들의 내경 데이터를 획득하도록, 상기 게이지 샤프트에 설치되는 적어도 하나의 비접촉식 거리 센서; 및
    상기 게이지 샤프트를 회전 구동시켜, 상기 비접촉식 거리 센서로 하여금 상기 홀들 각각의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득할 수 있게 해주는 회전 구동부를 포함하며,
    상기 비접촉식 거리 센서는 상기 게이지 샤프트의 중공에 설치되는 레이저 발광 및 수광부와, 상기 레이저 발광 및 수광부에서 수평 방향으로 전달된 레이저빔을 상기 홀의 내주면을 향해 반사해 보내는 한편, 상기 홀의 내주면에 부딪힌 후 되돌아온 레이저빔을 상기 레이저 발광 및 수광부로 다시 보내는 리플렉터를 포함하는 레이저 센서인 것을 특징으로 하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 장치.
  5. 직선 배열된 복수개의 홀들을 포함하는 캠샤프트용 홀 어레이의 홀 내경 및 진원도와 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 방법으로서,
    하나 이상의 비접촉식 거리 센서가 설치된 게이지 샤프트를 마스터 지그에 적용하여 캘리브레이션 한 후,
    상기 게이지 샤프트를 상기 홀 어레이의 중심에 맞추어 상기 홀들에 삽입하고,
    상기 게이지 샤프트를 회전시켜, 상기 비접촉식 거리 센서가 상기 홀들 중 해당 홀의 내경 데이터를 여러 회전 위치에서 획득케 하고,
    상기 비접촉식 거리 센서가 여러 회전 위치에서 회득한 상기 해당 홀의 내경 데이터를 이용해, 상기 해당 홀의 진원도를 검사하고,
    상기 홀들의 내경 데이터를 비교하여 상기 홀들의 직선 정렬도를 검사하는 것을 특징으로 하는 캠샤프트용 홀 어레이 검사 방법.
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