KR20180093891A - 원통형 공동의 표면을 검사하기 위한 센서 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
광학 공초점 거리를 측정하도록 설정된 적어도 하나의 센서 유닛을 포함하는 원통형 공동의 표면을 검사하기 위한 센서 장치를 개시한다. 적어도 하나의 센서 유닛은 길다란 형상이며, 광을 방출하고 수용할 수 있는 측정 장치가 센서 유닛의 길이 방향 축에 대하여 횡 방향으로 배치되는 외부 광학 시스템을 포함한다. 센서 장치는 이동 기구를 추가로 포함하며, 이동 기구는 하나의 움직임 방향을 따라 적어도 하나의 센서 유닛을, 검사할 실린더 공동의 안팎으로 이동시키는데 적합하다. 원통형 공동(90)의 표면의 융기부(raisings)를 측정하기 위해 제어 수단을 마련하며, 제어 수단은 상기 측정 방향(11)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 20~85°의 각도를 이루는 제1 거리 측정을 수행하기 위해 제1 센서 유닛(10)을 제어하고, 상기 측정 방향(21)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 95~160°의 각도를 이루는 제2 거리 측정을 수행하기 위해 제2 센서 유닛(20)을 제어하는데 적합하다. 이를 위하여, 적어도 하나의 센서 유닛의 측정 방향은 센서 유닛의 길이 방향 축에 대하여 95~175°의 각도를 이룰 수 있으며, 센서 유닛은 동일한 센서 유닛이 제1 거리 측정 및 제2 거리 측정을 위하여 서로 다른 위치로 이동할 수 있도록 회전 가능한 베어링 상에 장착된다. 대안적으로, 적어도 하나의 센서 유닛은 적어도 하나의 제1 센서 유닛 및 적어도 하나의 제2 센서 유닛을 포함할 수 있으며, 제1 센서 유닛은 측정 방향이 움직임 방향에 대하여 20~85°의 각도를 이루는 방식으로 형성되어 이동 기구와 연결되고, 제2 센서 유닛은 측정 방향이 움직임 방향에 대하여 95~160°의 각도를 이루는 방식으로 형성되어 이동 기구와 연결된다. 또한, 대응하는 방법을 개시하였다.
Description
본 발명의 제1 측면에서 청구항 제1항의 전제부에 따른 원통형 공동의 표면을 검사하기 위한 센서 장치에 관한 것이다. 제2 측면에서, 본 발명은 청구항 제11항의 전제부에 따른 원통형 공동의 표면을 검사하기 위한 방법에 관한 것이다.
원통형 공동은 이론적으로 둥글게 처리된 단면을 갖는 임의의 공동일 수 있으며, 둥글게 처리된 단면은 반드시 정확한 원형일 필요는 없다. 원통형 공동은 원통형 공동의 한 높이에서 정확하게 동일한 단면을 가질 필요가 없다. 특히, 원통형 공동은 테이퍼 형상 및/또는 요철 표면을 가질 수 있다.
검사할 원통형 공동은 특히 작업 실린더(work cylinders), 예를 들어 내연 기관의 엔진 블럭의 원통형 보어, 또는 서보 모터의 작업 실린더일 수 있다.
특히, 원통형 공동의 경우, 기하학적 특성이 규격과 매우 정확하게 일치해야 한다. 이를 확인하기 위해, 특히 원통형 공동의 직경을 검사하고 원통형 공동의 표면의 요철을 검사하기 위해, 원통형 공동의 표면 조사가 수행될 수 있다.
이러한 원통형 공동의 표면을 검사하기 위한 일반적인 센서 장치는 광학 공초점 거리(optical confocal distance)를 측정하도록 설계된 적어도 하나의 센서 유닛을 포함한다. 적어도 하나의 센서 유닛은 길다란 형상을 가지며, 광을 송신 및 수신할 수 있는 측정 방향을 상기 센서 유닛의 길이 방향 축에 대해 횡 방향으로 배치시키는 외부 광학 시스템을 포함한다. 또한, 센서 장치는 검사할 원통형 공동의 내부 또는 외부 방향으로 적어도 하나의 센서 유닛을 이동시키는데 적합한 이동 기구(movement mechanism)를 포함한다.
상대적으로, 원통형 공동의 표면을 검사하기 위한 일반적인 방법은 적어도 다음의 단계를 포함한다: 움직임 방향(direction of motion)을 따라 검사할 원통형 공동 내로 적어도 하나의 센서 유닛을 이동시키는 단계; 상기 적어도 하나의 센서 유닛을 사용하여 광학 공초점 거리를 측정하는 단계; 상기 움직임 방향을 따라 적어도 하나의 센서 유닛을 검사할 원통형 공동의 밖으로 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 광학 공초점 거리를 측정하는 단계에서 외부 광학 시스템을 통해 측정 방향으로 광을 방출하며 측정 방향으로부터 광을 수신하고, 상기 적어도 하나의 센서 유닛은 길다란 형상을 가지며, 상기 측정 방향은 상기 센서 유닛의 길이 방향 축에 대해 횡 방향으로 배치된다.
전술한 유형의 센서 장치는 예를 들어 등록 번호 15151723을 갖는 유럽 특허 출원서에서 본 출원인에 의해 기재되어 있다. 또한, 이러한 센서 장치는 도 1a 및 1b를 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 실제로, 공지된 센서 장치는 예를 들어 원통형 공동의 직경과 같은 특정 기하학적 특성을 정확하게 결정할 수 있다. 하지만, 매끄럽지 않은 표면의 특성은 제한된 범위에서만 결정될 수 있다.
본 발명의 목적은 가능한 한 정확하게 해당 공동의 불규칙한 표면을 측정할 수 있는 원통형 공동의 표면을 검사하기 위한 방법 및 센서 장치를 제공하는 것으로 간주될 수 있다.
상기 목적은 청구항 제1항의 특징들을 갖는 센서 장치 및 청구항 제11항의 특징들을 갖는 방법에 의해 실현된다.
본 발명에 따르면, 전술한 일반적인 센서 장치는 원통형 공동의 표면의 돌출부(projections) 또는 융기부(raisings)를 측정하기 위한 제어 수단이 마련되며, 제어 수단은 측정 방향이 상기 움직임 방향에 대하여 20~85°, 보다 구체적으로는 30~60°의 각도를 이루는 제1 거리 측정을 수행하기 위해 적어도 하나의 센서 유닛을 제어하고, 측정 방향이 상기 움직임 방향에 대하여 95~160°, 보다 구체적으로는 120~150°의 각도를 이루는 제2 거리 측정을 수행하기 위해 적어도 하나의 센서 유닛을 제어하는데 적합하다. 이를 위해, 한편으로는 최소 하나의 센서 유닛의 측정 방향이 센서 유닛의 길이 방향 축에 대하여 95~175°, 보다 구체적으로는 105~150°의 각도를 이루도록 제공될 수 있으며(따라서 적어도 하나의 센서 유닛의 외부 광학 시스템은 센서 유닛의 측정 방향이 전술한 각도를 형성하는 방식으로 설계되며), 상기 센서 유닛은 제1 거리 측정 및 제2 거리 측정을 위하여 동일한 센서 유닛을 서로 다른 위치로 이동시킬 수 있는 회전 가능한 베어링(rotatable bearing) 상에 장착된다. 예를 들어, 센서 유닛은 측정 방향이 길이 방향 축에 대하여 130°의 각도에 있도록 설계될 수 있다. 길이 방향 축이 전술한 움직임 방향과 평행하게 향하는 경우, 측정 방향은 움직임 방향에 대하여 또한 130°의 각도에 있게 된다. 센서 유닛이 검사할 공동의 인접 표면으로부터 80° 정도 기울어져 있을 때(즉, 외부 광학 시스템으로부터 멀리 떨어진 센서 유닛의 단부가 인접 표면으로부터 기울어져 있을 때), 측정 방향과 움직임 방향 사이에 130°- 80°= 50°의 각도가 발생한다.
선택적으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 센서 유닛은 본 발명에 따라 적어도 하나의 제1 센서 유닛 및 제2 센서 유닛을 포함할 수 있으며, (제1 거리 측정을 수행하기 위한) 제1 센서 유닛은 측정 방향이 움직임 방향에 대하여 20~85°, 보다 구체적으로는 30~60°의 각도를 이루도록 설계되어 이동 기구와 연결된다. 동시에, (제2 거리 측정을 수행하기 위한) 제2 센서 유닛은 측정 방향이 움직임 방향에 대하여 95~170°, 보다 구체적으로는 105~150°의 각도를 이루도록 설계되어 이동 기구와 연결된다.
전술한 유형의 방법의 경우에, 광학 공초점 거리의 측정은 본 발명에 따라 다음의 단계를 포함한다:
- 원통형 공동의 표면상의 돌출부를 측정하기 위하여 적어도 하나의 센서 유닛을 사용하여 제1 거리 측정을 수행하며, 상기 제1 거리 측정 중에 측정 방향은 움직임 방향에 대하여 20~85°, 보다 구체적으로는 30~60°의 각도를 이루고,
- 상기 원통형 공동의 표면상의 돌출부를 측정하기 위하여 상기 적어도 하나의 센서 유닛을 사용하여 제2 거리 측정을 수행하며, 상기 제2 거리 측정 중에 측정 방향은 움직임 방향에 대하여 95~160°, 보다 구체적으로는 120~150°의 각도를 이루고,
상기 제1 거리 측정 및 상기 제2 거리 측정을 위해 형성 가능한 관련 각도는 다음 중 적어도 하나로 제공된다:
- 적어도 하나의 센서 유닛의 측정 방향은 센서 유닛의 길이 방향 축에 대하여 95~175°, 보다 구체적으로는 105~150°의 각도를 이루며, 상기 센서 유닛은 동일한 센서 유닛이 각각 제1 거리 측정 및 제2 거리 측정을 위해 다른 회전 위치로 이동할 수 있도록 회전 가능한 베어링 상에 장착되고, 및/또는
- 적어도 하나의 센서 유닛은 적어도 하나의 제1 센서 유닛 및 제2 센서 유닛을 포함하며,
- 상기 제1 센서 유닛은 상기 측정 방향이 상기 움직임 방향에 대하여 20~85°, 보다 구체적으로는 30~60°의 각도를 이루는 방식으로 설계되어 상기 이동 기구와 연결되고
- 상기 제2 센서 유닛은 상기 측정 방향이 상기 움직임 방향에 대하여 95~160°95~170°, 보다 구체적으로는 105~150°의 각도를 이루는 방식으로 형성되어 상기 이동 기구와 연결된다.
본 발명에 따라, 매끄럽지 않은 표면, 즉 원통형 공동 표면의 돌출부 또는 상승부/함몰부를 효과적으로 측정할 수 있다.
특히, 돌출부는 반경 방향(radial direction)으로 원통형 공동 내에서 돌출할 수 있을 뿐만 아니라, 원통형 공동의 길이 방향으로 더 기울여질 수 있으며, 보다 구체적으로는 후크-형상(hook-shaped) 또는 도브테일-형상(dovetailed shape)을 갖는다. 이러한 표면 형상은 예를 들어 엔진 블록의 원통형 공동의 경우에 형성된다. 이러한 형상의 장점은 도포되는 코팅체가 더 높은 점착 강도를 갖는다는 것에 있다. 매끄럽지 않은 표면이 형성되는 것을 "활성화(activation)"라고도 지칭한다. 본 명세서의 범위 내에서, 매끄럽지 않은 표면이 표면상의 융기 영역에 의해 설명되는지, 아니면 표면 내 함몰부에 의해 설명되는지 여부는 중요하지 않다. 두 표현 모두 동일한 표면 형상에 관련된 것일 수 있다.
본 발명의 핵심 개념은 검사할 원통형 공동의 표면과 사용된 센서 유닛의 측정 방향이 수직으로 배치되지 않을 때 더 효율적으로 돌출부 또는 융기 영역을 더 효율적으로 검사할 수 있다는 점에 있다. 표면에 수직으로 예를 들어 15°의 각도를 형성하는 경사진 돌출부는 센서 유닛의 측정 방향이 표면에 수직으로 10~20°의 각도로 위치하는 경우에 특히 잘 측정될 수 있다. 특히, 작업 실린더가 코팅되는 경우, 표면 형상이 형성되어 공동 내측으로 돌출하는 돌출부가 공동의 축 방향으로 연장되고, 그 단부에서 축 방향으로 오버행(overhang)을 형성한다. 이러한 구조를 정확하게 측정하기 위해서는 표면에 대한 단일 측정 방향으로는 충분하지 않다는 것이 밝혀졌다. 오히려, 적어도 2개의 측정 방향이 적당하며, 이 방향은 예를 들어 검사할 표면에 수직으로 + 15° 및 - 15°의 각도를 이룬다.
이러한 문제점들은 도 1a 및 1b를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1a는 원통형 공동(90)의 종래의 조사를 도식적으로 도시한다. 원통형 공동(90)은 도포되는 코팅체의 그립(grip)을 향상시키기 위하여 기계적으로 처리되는(활성화되는) 표면(91)을 포함한다. 이로써, 표면(91)은 도브테일 단면(dovetailed cross-section)을 갖는 융기 영역(raised areas) 또는 돌출부(protrusions, 92)를 포함한다. 이러한 융기 영역(92)은 표면(91)의 밑면과 대체로 직각이 아닌, 도 1a에 도시한 각도로 돌출한다. 돌출한 융기 영역(92)의 치수를 가능한 정확하게 측정하는 것이 바람직하다. 도 1a는 센서 유닛(10)을 포함하는 종래 개술의 센서 장치(1)를 도시한다. 센서 장치(1)는 공초점 원리에 따라 작동하므로, 측정 방향(11)에서의 거리를 정확하게 측정할 수 있다. 측정 방향(11)은 센서 유닛(10)의 외부 광학 시스템(13)에 의해 고정되고, 이 광학 시스템(13)에 의해 측정 방향(11)으로 광이 방출되고, 측정 방향(11)으로부터 나오는 광은 센서 장치(1)의 광 검출기 쪽으로 더 가이드된다. 이를 위하여, 광은 광 섬유(10)를 통해 센서 유닛(10) 쪽으로 및/또는 센서 유닛(10)으로부터 멀어지도록 가이드된다. 도시한 종래의 센서 장치(1)의 경우, 측정 방향(11)은 센서 유닛(10)의 길이 방향 축(15)과 직각을 이룬다. 또한, 측정 방향(11)은 움직임 방향(direction of motion, 31)과 직각을 이루며, 움직임 방향(31)을 따라 센서 유닛(10)이 공동(90) 내로 이동한다. 도 1a로부터 알 수 있는 바와 같이, 검사할 표면(91)과 직각을 이루는 단일 측정 방향(11)을 사용하는 경우, 돌출부(92)의 돌출 영역의 기울기 및 형상을 관한 정보를 얻는 것을 거의 불가능하다.
측정 방향(11)이 표면(91)과 더 이상 직각을 이루지 않고 융기된 돌출부(91)를 뒤에서 볼 수 있도록 센서 유닛(10)을 기울이는 것을 고려해볼 수 있다. 이러한 상황을 도 1b에 도시하였다. 센서 유닛(10)이 이와 같이 기울어지면, 반대쪽 단부에 외부 광학 시스템(13)이 형성된 길다란 센서 유닛(10)의 일 단부 (도 1b의 센서 유닛(10)의 상단부)가 표면(91)에 맞닿을 것이기 때문에, 검사할 표면(91)으로부터 외부 광학 시스템(13)까지의 거리가 증가한다. 공초점 거리 센서는 실제로 측정된 해상도가 매우 높지만, 상대적으로 작은 측정 범위만을 갖는다. 도 1b에 도시한 경사로 인해, 표면(91)으로부터 외부 광학 시스템(13)까지의 거리는 센서 유닛(10)의 측정 범위를 벗어난다. 이러한 이유로, 도시한 위치에서 센서 유닛(10)이 명확한 측정을 수행하는 것은 불가능하다.
이런 문제점은 본 발명의 센서 장치에 의해 극복할 수 있다. 본 발명에 따르면, 이미 단일 센서 유닛으로 충분할 수 있다. 그러나, 측정 방향은 센서 유닛의 길이 방향 축과 직각이 아닐 수 있다. 실제로, 측정 방향은 센서 유닛의 길이 방향 축과 100~250°의 각도를 이룬다. 이 경우, 상기 각도는 외부 광학 시스템으로부터 센서 유닛의 중심 영역까지 연장되는 외부 광학 시스템의 길이 방향 축에 대해 상대적으로 측정된다. 따라서, 180°의 각도는 측정 방향이 외부 광학 시스템으로부터 센서의 중심까지 일직선으로 이어진 것을 의미한다. 반대로, 0°의 각도는 측정 방향이 외부 광학 시스템으로부터 센서 유닛 내 중심 영역을 향하는 것을 의미할 것이다. 측정 방향과 센서 유닛의 길이 방향 축의 전술한 기울기로 인해, 원통형 공동의 표면상의 2개의 상이한 회전 위치에서의 돌출부를 조사할 수 있으며, 표면에서 충돌이 발생하지 않을 것이고, 공초점 센서 유닛의 측정 범위를 벗어나지 않을 것이다.
본 발명에 따르면, 측정 방향이 다른 적어도 2개의 센서 유닛이 존재할 수 있다. 특히, 원통형 공동의 표면의 돌출한 융기 영역을 효율적으로 측정하기 위하여 센서 유닛을 기울이거나 회전시킬 필요가 없도록, 2개의 측정 방향을 선택할 수 있다. 이 경우, 2개의 센서 유닛이 검사할 공동에 진입 및 이탈할 수 있는, 움직임 방향에 대한 측정 방향의 각도 기본 값을 결정할 수 있다. 작동시에, 검사할 원통형 공동은 이의 길이 방향 축이 움직임 방향과 일치하도록 유리하게 배치되기 때문에, 운동 방향은 중요한 기준 값이다. 이는 센서 유닛 또는 센서 유닛들이 원통형 공동의 모든 높이에서 비교 가능한 결과를 제공할 수 있고 공초점 거리의 측정이 있어서 한정된 측정 범위가 항상 충족된다는 것을 보장한다.
공초점 거리 측정은 일반적으로 센서 유닛이 광학 시스템, 예를 들어 볼록 렌즈, 전체 양의 굴절력을 갖는 렌즈 그룹 또는 집광 효과를 가지는 미러(mirror)와 같은 반사 수단(reflecting agents)을 갖는 것으로 정의될 수 있으며, 이에 의해 검사할 표면 쪽으로 방출되는 광을 모두 조사하고, 검사할 표면으로부터 되돌아오는 광을 광 검출기 쪽으로 통과시킨다. 유리하게, 이는 조명 포커스를 검출 포커스와 일치시킨다. 공초점 광학 시스템으로 지칭될 수 있는 전술한 광학 시스템과 광 검출기 사이에서, 핀홀이 중간면(intermediate plane)에 배치될 수 있다. 이 핀홀은 초점을 이탈한 광을 차단하므로, 광 검출기는 대체로 조명 포커스의 영역으로부터 나오는 광만 수신할 수 있다. 핀홀 대신에, 중간면에 광섬유를 배치하는 것도 가능하며, 이것은 광의 전송과 관련하여 핀홀과 유사한 효과를 갖는다. 광원과 공초점 광학 시스템 사이에서, 중간면에 핀홀을 배치하는 것도 가능하다. 핀홀 대신에 또는 핀홀에 추가적으로, 광원의 광을 전송하는 광 도파로(optical waveguide)를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 외부 광학 시스템과 마주하는 광 도파로의 단부는 중간면에 배치된다. 이러한 공초점 작동 모드로 인해 현저히 높은 측정 해상도가 달성된다. 이는, 예를 들어 삼각 측량 측정 방법에 따라 작동하는 다른 광학 거리 측정 장치의 해상도보다 낫다. 검증될 광이 공초점 광학 시스템에서 광원 쪽으로 통과하지 않고 광 검출기의 방향으로 통과시키기 위해서는, 빔 스플리터(beam splitter)를 사용하는 것이 유리하다. 빔 스플리터는 적어도 부분적으로는 공초점 광학 시스템으로부터 광 검출기로 검증될 광을 통과시키고, 적어도 부분적으로는 광원으로부터 공초점 광학 시스템으로 조명 광(illumination light)을 통과시킨다.빔 스플리터로서, 예를 들어 부분 반투명 미러(partial translucent mirror), 편광 빔 스플리터(polarization beam splitter), 또는 파장에 따라 광을 투과 또는 반사시키는 컬러 스플리터(color splitter)를 사용할 수 있다.
공초점 광학 시스템은 기본적으로 외부 광학 시스템과 동일할 수 있지만, 바람직하게는 외부 광학 시스템과 다르다. 이같이, 외부 광학 시스템을 원하는 작업에 더 단순하게 적용시키거나 이 작업을 위해 교체할 수 있다. 이로써, 외부 광학 시스템은 광이 방출되고 수신되는 측정 방향을 결정한다. 이론적으로, 외부 광학 시스템은 예를 들어 굴절성의, 광-회절 소자(light-diffracting element) 또는 광-반사 소자(light-reflecting element)와 같은 임의의 광학 소자일 수 있거나, 전술한 소자 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
측정 방향은 광이 외부 광학 시스템으로부터 방출되는 빔 경로(beam path)를 지정할 수 있다. 보통, 광은 원뿔 모양으로 방출되며, 상기 원뿔 모양은 측정 방향 쪽으로 구경 각(aperture angle)을 형성하며, 측정 방향은 원뿔을 통해 중심을 통과한다. 측정 방향에서 광이 방출되는 것은 측정 방향을 둘러싸는 원뿔의 형상으로 광이 방출되는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 측정 방향을 따라, 외부 광학 시스템으로부터 일정한 거리에서, 특히 초점 광학 시스템에 의해 결정될 수 있는 광 빔의 최소 단면의 초점을 생성한다.
각각의 센서 유닛은 각각 광원을 마련하며, 각각의 경우 적어도 하나의 광 검출기를 마련할 수 있다. 광원 및 광 검출기는 센서 유닛의 길다란 몸체 내에 수용될 수 있다. 대안으로, 광원 및 광 검출기는 센서 유닛의 길다란 몸체의 바깥에 배치될 수 있다. 광 도파로에 의해, 광원으로부터 길다란 몸체까지 광을 전도할 수 있고, 이로부터 공초점 광학 시스템을 통해 외부 광학 시스템으로 광을 전도할 수 있다. 역 방향으로, 검증될 광은 외부 광학 시스템을 통해 공초점 광학 시스템으로, 그리고 광 도파로 또는 도파로들을 통해 광 검출기로 더 전도될 수있다.
공초점 측정에 있어서, 방출된 광은 원통형 공동의 표면 영역을 조명한다. 조명된 영역으로부터 후방 산란된 광, 더 구체적으로는 확산 및/또는 반사된 광은 광 검출기에 의해 측정된다. 이는 공간 해상도를 필요로 하지 않는다. 따라서, 광 검출기는 카메라일 필요는 없지만, 특히 단일 감광성 소자(photosensitive element)로 구성될 수 있다. 따라서, 하나의 조명된 영역에 대하여 수광 소자의 개수에 따라 무수한 측정 값을 생성하는 공간 분해 광 검출기를 갖는 와이드 필드 조명(widefield illumination)과는 달리, 조명 영역에 대하여 정확히 하나의 측정 값을 생성한다. 이러한 와이드 필드 조명과 비교하여, 본 발명에 의해 사용된 공 초점 측정은 현저하게 높은 측정 정확도를 제공하며, 더 구체적으로는 거리 정보와 관련하여 현저하게 높은 측정 정확도를 제공한다.
따라서, 길다란 형상의 센서 유닛은 상기 센서 유닛의 하우징 또는 외부 치수가 이와 직각을 이루는 방향의 치수의 적어도 2배 또는 3배인 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 길이 방향 축은 길다란 형상을 따라, 즉, 특히 센서 유닛이 가장 큰 치수를 갖는 방향으로 연장되는 축으로 정의할 수 있다. 길다란 형상의 단부면은 일 측에서 외부 광학 시스템으로 한정되고, 반대측에서 하나 이상의 광 섬유용 연결 수단으로 한정될 수 있다.
적어도 하나의 센서 유닛을 측정 위치로 이동시키기 위하여, 이동 기구를 사용할 수 있다. 이동 기구는 적어도 하나의 센서 유닛이 특정의, 더 구체적으로는 선형의 움직임 방향으로 이동할 수 있는 경우 임의의 바람직한 방식으로 설계될 수 있다. 움직임 방향은 검사할 원통형 공동의 길이 방향 축과 일치할 수 있다. 또한, 이동 기구는 적어도 하나의 센서 유닛을 상기 움직임 방향에 대하여 수직 또는 직각 방향으로 추가로 이동시키도록 설계될 수 있다. 이것은 우선, 검사할 원통형 공동에 적어도 하나의 센서 유닛을 위치시킨 다음, 상기 원통형 공동 내 움직임 방향으로 적어도 하나의 센서 유닛을 이동시키기 위해 바람직할 수 있다. 바람직하게, 이동 기구는 이 목적을 위해 적어도 하나의 구동부, 예를 들어 모터, 자기 선형 구동부 또는 다른 설정 소자를 포함한다.
본 발명에 따른 센서 장치의 바람직한 실시예의 경우, 제1 센서 유닛, 보다 구체적으로 제1 센서 유닛의 외부 광학 시스템은, 이의 측정 방향이 길이 방향 축에 대하여 20~85°, 보다 구체적으로는 30~80°의 각도를 이루도록 설계된다. 또한, 제2 센서 유닛, 보다 구체적으로 제2 센서 유닛의 외부 광학 시스템은, 이의 측정 방향이 길이 방향 축에 대하여 95~160°, 보다 구체적으로는 100~150°의 각도를 이루도록 설계된다.
유리하게, 센서 유닛의 외부 광학 시스템은 속해있는 센서 유닛의 단부 영역에서 길이 방향 축에 배치될 수 있다. 본 명세서의 전반에 걸쳐, 각도 사양은 길이 방향에 대하여 0°의 각도를 이룰 때 측정 방향이 센서 유닛의 안쪽을 향할 것이며, 길이 방향에 대하여 180°의 각도를 이루는 것은 측정 방향이 센서 유닛의 바깥쪽을 향하는 것을 의미하도록 이해될 수 있다. 길이 방향 축에 대한 측정 방향이 서로 다르게 설계된 2개의 센서 유닛으로 인해, 특히 실린더의 표면 벽면, 특히 내연 기관용으로 제조된 실린더의 표면 벽면의 융기 영역을 검사할 수 있다. 게다가, 전술한 각도 범위에 의해, 센서 유닛의 길이 방향 치수는 검사할 공동에 센서 유닛을 삽입하는 동안 크지 않거나 크지 않은 정도로만 달성된다.
또한, 제1 및 제2 센서 유닛의 길이 방향 축이 대체로 서로 평행하게 배치되고, 제1 및 제2 센서 유닛의 길이 방향 축이 움직임 방향과 대체로 평행하게 배치될 수 있다. 표현 "대체로 평행"은 최대 15°, 또는 바람직하게 최대 5°까지의 각도일 수 있다. 센서 유닛이 서로 평행하고 및 움직임 방향과 평행할 경우, 검사할 공동의 단면에 대하여 필요한 공간은 매우 작다. 이것은 센서 장치가 원통형 공동 내로 마찬가지로 이동할 수 있는, 이용 가능한 추가의 센서를 가질 때 유리하다.
바람직한 실시예의 경우, 제1 및 제2 센서 유닛은 동일한 형상이며, 하나의 유닛이 다른 하나의 유닛에 대해 회전하도록 배치된다. 특히, 이러한 경우 2개의 센서 유닛은 이들의 회전 방향을 제외하고 동일할 수 있다. 이로 인해 제조를 단순화시킨다. 센서 유닛 사이의 회전은 전술한 움직임 방향에 횡방향 또는 직각으로(따라서, 검사할 중공 실린더의 길이 방향 축에 횡방향 또는 직각으로) 배치되는 축에 대하여 수행될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 센서 유닛은 센서 유닛의 기본 프레임(base frame)에 상부 구조물(superstructure)을 부착시키기 위한 기계적 연결 수단을 갖는 상부 구조물을 포함하며, 상부 구조물은 센서 유닛의 외부 광학 시스템을 포함한다. 측정 방향을 서로 다르게 하기 위해서는, 다른 동일한 센서 유닛에서 상이한 상부 구조물을 사용하는 것으로 충분하다. 또한, 사용에 따라 상이한 상부 구조물을 갖는 동일한 센서 유닛을 제공하는 것이 가능하다. 상부 구조물 예를 들어 나사산(screw thread)과 같은 기계적 고정 수단을 포함할 수 있거나, 압입(press fit)에 의해 기본 프레임 상에 놓이도록 형성될 수 있다. 기본 프레임은 특히, 공초점 이미지에 필요한 광학 소자를 포함하는 센서 유닛의 일부분으로 간주 될 수 있는 반면, 상부 구조물의 외부 광학 시스템은 실질적으로 빔만 전환시킨다.
바람직하게, 제1 센서 유닛의 상부 구조물 및 제2 센서 유닛의 상부 구조물은 각각의 센서 유닛의 기본 프레임 내 광 경로에 대하여 각각의 외부 광학 시스템에 의해 지정되는 측정 방향이 상이하다. 예를 들어, 2개의 상부 구조물의 외부 광학 장치는 다르게 기울어진 미러 표면에 의해 형성될 수 있다. 외부 광학 시스템 외에도 다른 상부 구조물이 동일할 수 있다.
제1 센서 유닛의 측정 방향 및 제2 센서 유닛의 측정 방향은 서로에 대하여 15~60°, 보다 구체적으로는 18~45°의 각도를 이룬다. 이 경우, 각도는 움직임 방향 및 제1 센서 유닛의 측정 방향에 의해 결정되는 평면에서 정의될 수 있다; 제2 센서 유닛의 측정 방향이 상기 평면에 있지 않으면, 상기 평면에 대한 측정 방향의 투영은 각도 규격을 결정하는데 사용된다. 이러한 방식으로, 측정 방향 주위의 센서 유닛 사이의 회전 각은 무시된다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 제1 및 제2 거리를 측정하기 위하여 피봇 베어링에 의해 장착된 센서 유닛을 서로 다른 회전 위치에서 회전시키도록 적용된 전동 장치(motorized device)가 마련된다. 적절하게는, 센서 유닛이 회전 가능하게 장착된 홀더를 제공할 수 있으며, 보다 구체적으로는 이동 기구를 통해 상기 홀더를 검사할 중공 실린더 내로 선형으로 이동시킬 수 있고, 전동 장치는 검사할 공동 내의 센서 유닛을 회전시킬 수 있다. 따라서, 단일 센서 유닛은 간단한 방식으로 제1 및 제2 거리 측정을 정확하게 수행하는데 충분할 수 있다.
본 명세서 내에서 제1 거리 및 제2 거리를 측정하는 것은 측정 방향에 따라 서로 상이하다. 높이에 따른 원통형 공동을 조사하기 위해, 센서 유닛 또는 유닛들을 움직임 방향으로 이동시켜, 상이한 높이에서 복수의 제1 거리 측정을 수행할 수 있다. 마찬가지로, 복수의 제2 거리 측정을 수행할 수 있다. 특히, 제1 및 제2 거리 측정은 서로 다른 센서 유닛이 사용될 때 동시에 수행될 수 있다. 이러한 경우, 제1 거리 측정의 높이 위치는 동시해 수행되는 제2 거리 측정의 높이 위치와 상이할 수 있다.
따라서, 제어 수단을 다음을 수행하는데 적합할 수 있다:
- 이동 기구를 사용하여 적어도 하나의 센서 유닛을 원통형 공동에서 다른 높이 위치로 이동시키고,
- 다른 높이 위치에서 복수의 제1 거리 측정을 수행하고, 다른 높이 위치에서 복수의 제2 거리 측정을 수행하며(이 경우, 제1 거리 측정의 높이 위치는 제 2 거리 측정의 높이 위치와 동일하거나 상이할 수 있음),
- 복수의 제1 거리 측정에서 얻어진 측정 결과들에 의해, 상기 높이 위치를 고려하여 상기 원통형 공동(90)의 표면 융기 영역의 기하학적 치수를 계산하고,
- 복수의 제2 거리 측정에서 얻어진 측정 결과들에 의해, 상기 높이 위치를 고려하여 상기 원통형 공동(90)의 표면 융기 영역의 기하학적 치수를 계산하는데 적합하다.
계산된 기하학적 치수는 특히 움직임 방향 및/또는 융기 영역이 돌출하는 각도에서 융기 영역의 오버행(overhang), 및/또는 에 관련될 수 있다. 제1 거리 측정으로 인해, 특히 센서 유닛을 원통형 공동 내로 삽입하는 방향에서 융기 영역의 오버행을 검사할 수 있다; 반면, 제2 거리 측정으로 인해, 특히 센서 유닛을 회수하는 방향에서 융기 영역의 오버행을 검사할 수 있다.
일반적으로, 2개의 센서 유닛의 진동 또는 바이브레이션은 이동 기구에 대해 횡방향 또는 직각으로 발생할 수 있다. 이러한 바이브레이션으로 인해, 공동으로부터의 센서 유닛의 거리가 달라질 수 있다. 따라서, 거리를 측정하는 것은 이러한 바이브레이션에 의해 악영향을 받는다. 따라서, 이러한 바이브레이션을 적어도 하나의 제3 센서 유닛으로 감지하는 것이 유리할 수 있다. 그 후, 제1 센서 유닛 및 제2 센서 유닛의 거리 측정 데이터는 확인된 진동에 따라 보정될 수 있다. 따라서, 용어 "적어도 제3 센서 유닛"은 제1 센서 유닛 및 필요한 경우, 현재의 제2 센서 유닛 외에 추가로 하나 이상의 센서 유닛이 제공된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이들 센서 유닛 중 하나 이상은 광학 공초점 거리를 측정하는 것으로 설정된다. 적어도 하나의 제3 센서 유닛의 측정 방향은 각도가 45~315°인 움직임 방향에 직각인 평면 내에서 제1 및 제2 거리 측정의 측정 방향에 대하여 비스듬히 배치될 수 있다. 제어 수단은 움직임 방향에 직각인 평면에서 작동하는 적어도 하나의 제3 센서 유닛의 거리 측정 데이터를 사용하여, 제1 센서 유닛의 위치 및 선택적으로 제2 센서 유닛의 위치 변화를 분류하도록 조정된다. 바람직하게, 선택적으로 추가된 제3 센서 유닛은 측정 방향에 대하여 90~270°의 각도를 이루며, 제1 거리 측정 및 제2 거리 측정을 위해 사용되고, 상기 90~270°의 각도는 움직임 방향에 직각인 평면에서 한정된다. 또한, 상기 평면으로부터 바깥쪽으로의 경사각이 존재할 수도 있다. 제3 및 제4 센서 유닛을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이 경우, 상기 평면에서 이들 2개의 센서 유닛의 측정 방향이 서로 90~180°의 각도를 이루는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 이 각도는 120°이며, 또한 이들 2개의 센서 유닛의 2개의 측정 방향은 각각 제1 및 제2 거리 측정의 측정 방향에 대해 120°의 각을 형성한다. 제1 및 제2 거리 측정의 측정 방향은 움직임 방향에 직각인 평면에 서로 정렬될 수 있으며, 즉 0°의 각을 이룬다. 이러한 정렬은 본 명세서에 기술된 모든 나머지 실시예의 경우에도 제공될 수 있다.
제3 센서 유닛 및 가능하게는 다른 사용 가능한 센서 유닛들은 제1 및 제2 센서 유닛과 기계적으로 연결되고, 제1 및 제2 센서 유닛과 함께 이동 기구에 의해 이동한다. 따라서, 상기 센서 유닛들 사이의 거리는 공지되어 있고, 특히 고정될 수 있으며, 즉 변경할 수 없다. 이것은 적어도 하나의 제3 센서 유닛의 거리 측정 데이터부터 모든 센서 유닛의 하나의 위치까지 제안할 수 있기 때문에 중요하다. 따라서, 적어도 하나의 제3 센서 유닛은 연속적으로 원통형 공동에 대한 거리 측정을 수행하며, 센서 유닛과 원통형 공동 사이의 바이브레이션이 발생하는 경우, 얻어진 거리 측정 데이터의 변화를 제안할 수 있다. 이러한 위치 데이터에 의해, 제1 및/또는 제2 센서 유닛을 통해 얻어지는 기하학적 정보가 보정될 수 있다. 적어도 하나의 제3 센서 유닛의 측정 방향은 움직임 방향에 직각인 평면에 정확히 놓일 수 있다. 그러나, 대안적으로, 적어도 하나의 제3 센서 유닛의 측정 방향 또는 측정 방향들은 제1 및/또는 제2 센서 유닛에 대해 설명한 바와 같이 움직임 방향에 수직인 평면으로부터 투영될 수 있다. 다른 측면에서, 적어도 하나의 제3 센서 유닛은 특히 제1 및/또는 제2 센서 유닛과 동일하게 설계될 수 있다.
또한, 본 발명의 센서 장치의 다른 실시예는 본 발명에 따른 방법의 유리한 변형 예로서 간주되어야 한다.
특히, 본 방법의 변형은 센서 장치의 사용 목적으로부터 기인한다.
본 발명의 다른 장점들 및 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 설명된다.
도 1a는 종래 기술의 센서 장치의 예를 도시한 도.
도 1b는 상이하게 정렬된 도 1a의 센서 장치를 도시한 도.
도 2a는 본 발명에 따른 센서 장치의 실시예를 도시한 도.
도 2b는 도 2a의 기하학적 정보를 도시한 도.
도 3은 본 발명에 따른 센서 장치의 다른 실시예를 도시한 도.
도 4a는 제1 측정 위치에서의 본 발명에 따른 센서 장치의 다른 실시예를 다시 도시한 도.
도 4b는 제2 측정 위치에서 도 4a의 센서 장치를 도시한 도.
도 1a는 종래 기술의 센서 장치의 예를 도시한 도.
도 1b는 상이하게 정렬된 도 1a의 센서 장치를 도시한 도.
도 2a는 본 발명에 따른 센서 장치의 실시예를 도시한 도.
도 2b는 도 2a의 기하학적 정보를 도시한 도.
도 3은 본 발명에 따른 센서 장치의 다른 실시예를 도시한 도.
도 4a는 제1 측정 위치에서의 본 발명에 따른 센서 장치의 다른 실시예를 다시 도시한 도.
도 4b는 제2 측정 위치에서 도 4a의 센서 장치를 도시한 도.
동일하며, 동일하게 작용하는 구성 요소는 일반적으로 도면에서 동일한 참조 번호로 표시된다.
도 1a 및 도 1b에서의 종래의 센서 장치(1)는 위에서 설명되었다. 센서 장치 (1)의 구성 요소에 관한 설명은 본 발명에 따른 센서 장치의 실시예와 동일한 참조 번호를 갖는 구성 요소에도 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 장치(100)의 제1 실시예는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 도 2a는 검사할 공동(90) 내로 이동하는 센서 장치(100)의 개략적인 구성 요소를 도시한다. 도 2b는 도 2a의 센서 장치(100)에 대한 특정 각도를 설명하는 역할을 한다.
센서 장치(100)는 각각 공초점 거리 측정을 수행하도록 설정된 2개의 센서 유닛(10, 20)을 포함한다.
이를 위해, 센서 장치(100)는 하나 이상의 광원(미도시)을 가지며, 광원의 광은 광 도파로 또는 광섬유(19, 29)를 통해 2개의 센서 유닛(10, 20)에 전도된다. 각각의 센서 유닛(10, 20)은 방출된 광의 초점을 생성하는 공초점 광학 시스템(예를 들어, 렌즈 또는 렌즈 그룹)을 포함한다. 센서 유닛(10, 20)은 각각 사용 가능한 외부 광학 시스템(13, 23)을 추가로 포함하여, 측정 방향(11, 21), 즉 공초점 광학 시스템으로부터 나오는 빛의 방출 방향을 설정한다.
방출된 광은 검사할 공동(90)의 표면(91)을 조명한다. 이러한 방식으로, 광은 후방-산란되고, 및/또는 반사된다. 반사된 광은 다시 외부 광학 시스템(13, 23) 및 각각의 공초점 광학 시스템을 통해 광 검출기(미도시)를 향해 추가로 전도된다. 예를 들어, 후방 산란된 광은 광 섬유(19, 29)를 통해 광 검출기로 전도될 수 있으며, 광 검출기는 검사할 공동(90) 내로 이동하지 않는다.
광원이 센서 유닛(10, 20)의 외부에 배치되고 광 섬유(19, 29)를 통해 센서 유닛(10, 20)과 연결됨과 동시에, 각각의 센서 유닛(10, 20)이 센서 유닛(10, 20)의 길다란 몸체에 포함되는 사용 가능한 광 검출기를 가질 때 유리할 수 있다.
본 명세서의 범위 내에서, 광 섬유(19, 29)는 특히 서로 독립적으로, 광원으로부터의 조명 광 및 검증될 후방 산란 광을 전도할 수 있는 복수의 섬유를 포함하는 번들(bundle)을 의미하는 것으로 이해해야 한다.
도 2a에서, 2개의 센서 유닛(10, 20)은 공통 운반 장치(common carrier)에 장착된다. 이는 움직임 방향(31)으로 이동할 수 있다. 이러한 방식으로, 센서 유닛(10, 20)은 움직임 방향(31)을 따라 검사할 공동(90) 내로 이동하여, 조사가 끝난 후 공동으로부터 다시 회수될 수 있다. 이는 측정 과정 중에 검사할 공동(90)의 외부에 배치되는 이동 기구(여기에서는 도시되지 않음)에 의해 수행된다. 바람직하게, 움직임 방향(31)은 원통형 공동(90)의 길이 방향 축 또는 원통형 축에 해당한다.
본 발명의 핵심 아이디어는 2개의 센서 유닛(10, 20)의 측정 방향(11, 21)이 측정 과정에서 서로 수직을 이루지 않고 공동(90)의 표면(91)에 기울어지도록 배치되는 것에 있다. 표면(91)의 미세 구조, 즉 표면(91)의 오목부 및/또는 융기부는 예시적인 목적을 위해 확대된 척도로 도면에 도시되어있다. "수직(perpendicular)"이라는 용어는 그러한 미세 구조에 관련한 것이 아니라 표면(91)의 더 넓은 영역에 관련하는 것으로 이해되어야 한다.
2개의 측정 방향(11, 21)은 서로에 대하여 15~40°, 바람직하게 18~30°의 각도를 이룬다. 이 경우, 각도는 움직임 방향(31) 및 실린더 축을 포함하는 평면에서 정의된다. 따라서, 실린더 축에 대한 측정 방향(11, 21) 사이의 회전각은 무관하다. 전술한 모든 실시예의 경우에 이러한 회전 각이 기본적으로 형성될 수 있다.
도 2a에서 측정 방향(11, 22)의 배치는 도 2b를 참조하여 더 자세히 설명될 것이다. 센서 유닛(10)은 측정 방향(11)과 각도(12)를 이루는 길이 방향 축(15)을 가진다. 센서 유닛(20)은 측정 방향(21)과 각도(22)를 이루는 길이 방향 축(25)을 가진다. 도시한 예에서, 2개의 센서 유닛(10, 20)은 각도(12, 122)가 일치할 수 있도록 동일하게 설계될 수 있다. 하지만, 2개의 센서 유닛(10, 20)은 서로에 대하여 회전한다. 그 결과, 이들의 길이 방향 축(15, 25)은 서로 평행하지 않으며, 움직임 방향(31)과 서로 다른 각도를 이룬다. 이러한 이유로, 측정 방향(11)은 측정 방향 (31)에 대하여 각도(32)를 이루며, 이 각도(32)는 측정 방향(21)이 움직임 방향(31)에 대하여 이루는 각도(33)와 다르다. 각도(32)는 70~85°이며, 각도(33)는 95~110°일 수 있다.
측정 방향이 각도(32)에 대하여 명시한 각도 범위에 있는 경우, 해당하는 거리를 측정하는 것도 제1 거리 측정으로 지정될 것이다. 한편, 측정 방향이 각도(33)에 대하여 명시한 각도 범위에 있는 경우, 해당하는 거리를 측정하는 것은 제2 거리 측정으로 지정될 것이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 이러한 정렬로 표면(91)의 돌출부 (92) 뒤에서 빛을 방출하고, 여기에서 후방 산란된 빛을 수용할 수 있다. 반면에, 이는 도 1a에서와 같이 공동(90)의 표면에 측정 방향이 수직인 경우에는 불가능하다.
본 발명에 따른 센서 장치(100)의 추가 실시예를 도 3에 도식적으로 도시하였다. 도 3의 센서 장치는 도 2a에 도시한 센서 장치와 거의 유사하지만, 2개의 센서 유닛(10, 20)의 각각의 외부 광학 시스템(13, 23)에 있어서, 도 2a에 도시한 센서 장치와 차이가 있다. 도 3에서, 2개의 센서 유닛은 상이한 광-편향 방향에 영향을 주는 상이한 외부 광학 시스템(13, 23)을 나타낸다. 이러한 방식으로, 도 2b를 참조하여 설명되는 바와 같이, 도 3에서 측정 방향(11) 및 길이 방향 축(15) 사이에 형성된 각도(12)는 측정 방향(21) 및 길이 방향 축(25) 사이에 형성된 각도(22)와 상이하다. 반면, 측정 방향(11, 21) 및 움직임 방향(31) 사이에서 정의된 각도(32, 33)는 도 2b를 참조하여 기술된 바와 같을 수 있다. 따라서, 도 3에서, 측정 방향(11, 12)은 검사할 표면(91)에 대하여, 및 움직임 방향(31)에 대하여 서로 다른 각도를 이룬다. 반면에, 2개의 길이 방향 축(91)은 특히 서로 평행하게 배치될 수 있고, 및/또는 움직임 방향(31)과 평행하게 배치될 수 있다. 그 결과, 움직임 방향(31)에 직각인 평면에서의 공간 요구 조건은 낮다. 평행 배열 대신에, 20°까지의 편차가 있을 수 있고, 이는 상기 평면에서 여전히 상대적으로 낮은 공간 요구 조건이 존재함을 의미한다.
도시한 2개의 센서 유닛 이외에도 다른 센서 유닛이 제공될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 전술한 2개의 측정 방향(11, 21)을 단일 센서 유닛(10)에 의해 연속적으로 조정할 수 있다. 이 경우는, 도 4a 및 4b에서 2개의 상이한 조정에 대해 도시한 센서 장치(100)의 추가 실시예에 해당한다.
센서 장치(100)는 센서 유닛(10)을 다시 포함하며, 외부 광학 시스템(13)이 상기 센서 유닛(10)의 길이 방향 축에 대한 측정 방향(11)을 결정한다. 이 경우, 측정 방향(11) 및 길이 방향 축(15) 사이의 각도(12)는 90°이상이며, 바람직하게는 100~250°이다.
이 점에서, 센서 유닛(10)은 측정 방향이 길이 방향 축과 직각을 이루는 도 1a의 공지된 센서 유닛과 다르다. 98~110°의 각도에 의하면, 도 1b의 경우와 같이 검사할 표면(90)을 향해 외부 광학 시스템(13)과 마주보는 길다란 센서 유닛(10)의 단부를 기울일 필요 없이, 도 4a에 도시한 바와 같이 돌출부(92)의 뒤에서 측정할 수 있다.
도 4a의 센서 유닛(10)은 움직임 방향(31)에 횡 방향 또는 직각으로 배치되는 회전 축과 함께 회전 가능하게 장착된다. 이러한 방식으로, 센서 유닛은 도 4b에 도시한 바와 같은 회전 위치로 이동할 수 있다. 도 4b에서의 회전 위치에서, 제1 거리 측정이 가능하며, 도 4a에서의 회전 위치는 제2 거리 측정을 가능하게 한다. 따라서, 유리하게는, 전술한 제1 거리 및 제2 거리 측정이 단일 센서 유닛(10)에 의해서만 수행될 수 있다.
여기에 도시한 센서 유닛(10, 20) 이외에도, 센서 장치(100)는 측정 방향이 움직임 방향과 직각인 평면에서의 측정 방향(11, 21)과 다른 추가 센서 유닛을 포함할 수 있다. 이러한 추가 센서 유닛은 센서 유닛(10, 20)의 위치를 제어하는 역할을 한다. 따라서, 추가 센서 유닛은 각각 원통형 공동에 대한 거리를 측정하고, 여기서 측정한 거리의 변화는 원통형 공동에 대한 모든 센서 유닛의 바이브레이션인 것으로 결론지을 수 있다. 상기 바이브레이션에 대한 정보는 센서 유닛(10, 20)의 제1 및 제2 거리 측정의 측정 데이터를 보정하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 장치(100)에 의하면, 공동, 보다 구체적으로는 원통형 공동의 요철 표면에 관한 중요한 기하학적 정보를 수집할 수 있는 이점이 있다.
Claims (11)
- 원통형 공동(90)의 표면을 검사하기 위한 센서 장치로서,
- 각각 광학 공초점 거리를 측정하도록 설정된 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)을 가지며,
- 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)은 적어도 하나의 제1 센서 유닛(10) 및 적어도 하나의 제2 센서 유닛(20)을 포함하며,
- 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)은 각각 광원 및 광 검출기, 또는 광 도파로를 가지며,
- 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)은 각각 길다란 형상을 가지며, 광을 조사하고 수신할 수 있는 측정 방향(11, 21)을 각각의 상기 센서 유닛(10, 20)의 길이 방향 축에 횡 방향으로 배치시키는 외부 광학 시스템(13, 23)을 포함하고,
- 하나의 움직임 방향(31)을 따라 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)을 검사할 원통형 공동(90)의 안팎으로 이동시키는데 적합한 이동 기구(movement mechanism)를 가지며,
- 상기 원통형 공동(90)의 표면의 융기부(raisings)를 측정하기 위한 제어 수단이 마련되며, 상기 제어 수단은 상기 측정 방향(11)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 20~85°의 각도(32)를 이루는 제1 거리 측정을 수행하기 위해 제1 센서 유닛(10)을 제어하고, 상기 측정 방향(21)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 95~160°의 각도(33)를 이루는 제2 거리 측정을 수행하기 위해 제2 센서 유닛(20)을 제어하는데 적합하고,
- 상기 제1 센서 유닛(10)은 상기 측정 방향(11)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 20~85°의 각도(32)를 이루는 방식으로 형성되어 상기 이동 기구와 연결되며,
- 상기 제2 센서 유닛(20)은 상기 측정 방향(21)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 95~160°의 각도(33)를 이루는 방식으로 형성되어 상기 이동 기구와 연결되는, 센서 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서 유닛(10)은 상기 측정 방향(11, 21)이 상기 제1 센서 유닛(10)의 길이 방향 축에 대하여 20~85°의 각도를 이루는 방식으로 형성되며,
상기 제2 센서 유닛(20)은 상기 측정 방향(11, 21)이 상기 제2 센서 유닛(10)의 길이 방향 축에 대하여 95~160°의 각도를 이루는 방식으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 센서 유닛 및 제2 센서 유닛(10, 20)의 길이 방향 축은 서로 실질적으로 평행하게 배치되며, 상기 움직임 방향(31)과 실질적으로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 센서 유닛 및 제2 센서 유닛(10, 20)은 동일하게 형성되어 서로에 대하여 회전 가능한 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 상기 센서 유닛(10, 20)은 상기 센서 유닛(10, 20)의 기초 요소에 상부 구조물(superstructure)을 부착하기 위해 기계적 연결 수단을 갖는 상부 구조물을 포함하며,
상기 상부 구조물은 상기 센서 유닛(10, 20)의 상기 외부 광학 시스템(13, 23)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제1 센서 유닛(10)의 상부 구조물 및 상기 제2 센서 유닛(20)의 상부 구조물은 각각의 상기 외부 광학 시스템(13, 23)에 의해 특정되는 측정 방향(11, 21)이 상이한 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 센서 유닛(10)의 측정 방향(11) 및 상기 제2 센서 유닛(20)의 측정 방향(21)은 서로에 대하여 15~40°의 각도를 이루는 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 거리 측정 및 상기 제2 거리 측정을 위하여 회전 가능한 베어링(rotable bearing) 상에 장착된 상기 적어도 하나의 센서 유닛(10, 20)을 상이한 회전 위치에서 회전시키는데 적합한 구동 시스템이 마련되는 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 수단은:
- 상기 이동 기구를 사용하여 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)을 상기 원통형 공동(90)에서 다른 높이 위치로 이동시키고,
- 다른 높이 위치에서 복수의 제1 거리 측정을 수행하고, 다른 높이 위치에서 복수의 제2 거리 측정을 수행하며,
- 복수의 제1 거리 측정에서 얻어진 측정 결과들에 의해, 상기 높이 위치를 고려하여 상기 원통형 공동(90)의 표면 융기부의 기하학적 치수(geometrical dimensions)를 계산하고,
- 복수의 제2 거리 측정에서 얻어진 측정 결과들에 의해, 상기 높이 위치를 고려하여 상기 원통형 공동(90)의 표면 융기부의 기하학적 치수를 계산하는데 적합한 것을 특징으로 하는, 센서 장치 - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
광학 공초점 거리를 측정하는데 적합한 적어도 하나의 제3 센서 유닛이 마련되며,
상기 적어도 하나의 제3 센서 유닛의 측정 방향은 상기 제1 거리 측정 및 상기 제2 거리 측정의 상기 측정 방향(11, 21)에 대하여 상기 움직임 방향(31)에 직각인 평면 내에서 45~315°의 각도를 이루며,
상기 제어 수단은 상기 적어도 하나의 제3 센서 유닛의 거리 측정 데이터를 사용하여 상기 움직임 방향(31)에 직각인 평면에서의 상기 제1 센서 유닛(10) 및 선택적으로 상기 제2 센서 유닛(20)의 위치 변화를 측정하는데 적합한 것을 특징으로 하는, 센서 장치. - 원통형 공동(90)의 표면을 검사하기 위한 방법으로서,
- 움직임 방향(31)을 따라 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)을 검사할 원통형 공동(90) 내로 이동시키고,
- 각각의 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)에 의해 광학 공초점 거리 측정을 수행하며, 상기 광학 공초점 거리 측정을 수행하기 위하여 각각의 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)은 외부 광학 시스템(13, 23)을 통해 측정 방향(11, 21)으로 광을 방출하고, 상기 측정 방향(11, 21)으로부터 광을 수용하고,
- 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)은 적어도 하나의 제1 센서 유닛(10) 및 적어도 하나의 제2 센서 유닛(20)을 포함하며, 각각의 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)은 광원 및 광 검출기 또는 광 도파로를 마련하고,
- 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)은 길다란 형상을 가지며, 각각의 측정 방향(11, 21)은 각각 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)의 각 길이 방향 축에 대하여 횡 방향으로 배치되고,
- 상기 움직임 방향(31)을 따라 상기 적어도 2개의 센서 유닛(10, 20)을 검사할 상기 원통형 공동(90)의 밖으로 이동시키는 단계들을 수행하고,
각각의 상기 광학 공초점 거리 측정 수행은:
- 상기 원통형 공동(90)의 표면의 융기부를 측정하기 위하여 상기 제1 센서 유닛(10)에 의해 제1 거리 측정을 수행하며, 상기 제1 거리 측정 중에 상기 측정 방향(11)은 상기 움직임 방향(31)에 대하여 20~85°의 각도(32)를 이루고,
- 상기 원통형 공동(90)의 표면의 융기부를 측정하기 위하여 상기 제2 센서 유닛(20)에 의해 제2 거리 측정을 수행하며, 상기 제2 거리 측정 중에 상기 측정 방향(21)은 상기 움직임 방향(31)에 대하여 95~160°의 각도(33)를 이루는 것을 포함하고,
상기 제1 거리 측정 및 상기 제2 거리 측정에 관련한 상기 각도들은:
- 상기 제1 센서 유닛(10)이 상기 측정 방향(11)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 20~86°의 각도를 이루는 방식으로 형성되어 상기 이동 기구와 연결되고,
- 상기 제2 센서 유닛(20)이 상기 측정 방향(21)이 상기 움직임 방향(31)에 대하여 95~160°의 각도를 이루는 방식으로 형성되어 상기 이동 기구와 연결됨으로써 형성 가능한, 방법.
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |