KR20220118178A - 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛 및 이를 이용한 다중 탐침 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛은, 로봇암 등 이송장치의 구동단에 결합되는 원형의 마운팅 플레이트; 상기 마운팅 플레이트의 저면에 결합되는 원통형의 하우징; 상기 마운팅 플레이트와 하우징 사이에 삽입되는 수평가이드 수단; 일단이 수평가이드 수단을 수직하게 관통하여 결합됨과 함께 타단이 마운팅 플레이트 반대쪽 하우징을 통해 돌출되는 봉상의 샤프트; 상기 하우징을 통해 돌출된 샤프트의 끝단에 교체가능하게 결합되는 탐침 팁; 상기 마운팅 플레이트와 수평가이드 수단의 사이에 구비되어 수평가이드 수단을 z축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 z축 복원스프링; 상기 마운팅 플레이트의 중앙부를 관통하여 구비되어 샤프트 상단의 z축 변위량을 측정하는 z축 변위 센서; 상기 하우징의 중단부를 수평선 상에서 직교되도록 각각 관통하여 샤프트에 수직한 상태로 구비되며 상기 샤프트가 수평가이드 수단에 의해 x축 또는 y축의 어느 하나 또는 두 방향으로 가이드되면서 이동될 때 상기 x축 또는 y축 방향의 변위량을 측정하는 x축 및 y축 변위 센서; 및 상기 샤프트와 하우징 사이에 구비되어 샤프트를 x축 또는 y축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 x축 및 y축 복원스프링;을 포함한다.

Description

컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛 및 이를 이용한 다중 탐침 검사장치 {Compact type probing unit for mechanical parts inspection and multi-probing inspection apparatus using the same}

본 발명은 종래 대비 부품 수와 크기가 대폭 감소되어 컴팩트해짐은 물론, 검사를 위해 좁은 틈새에 진입할 수 있도록 소형화되면서도 분진 등이 발생되는 열악한 생산 환경에서도 측정 기준점이 틀어짐이 없어 부품의 홀 또는 종래 검사가 불가능했던 볼트나 핀 등의 요철부까지도 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛, 및 상기 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 기계 부품에 복수로 형성된 홀 또는 볼트나 핀 등의 요철부 개수만큼 다중으로 결합하여 다중 탐침 유닛을 구성함에 따라 복수의 홀 또는 볼트나 핀 등의 요철부 검사를 정밀도 저하없이 한번에 수행할 수 있는 작업 효율성이 대폭 향상된 다중 탐침 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 차체 생산라인에서는 각종 부품 조립을 위한 다수의 홀(hole)이 구비된 차체를 생산하고 있다.

이와 같이 차체에 구비되는 홀들이 정위치에 정확한 형상으로 가공되지 못할 경우, 이 홀들에 조립되는 부품들과 차체 간의 결합력이 약화되어 내구성이 저하될 수 있으며, 부품들이 서로 유기적으로 결합하여 동작할 수 없는 상태가 되어 제품 불량이 발생할 수 있기 때문에, 차체 생산라인에서는 차체에 가공된 홀의 위치와 형상을 측정하는 공정이 필수적으로 진행되며, 이 공정은 홀 변위량 측정공정으로 지칭된다.

이러한 홀 변위량 측정을 위한 종래 기술의 하나로, 카메라를 이용하여 차체에 형성되어 있는 홀의 위치와 형상을 측정하는 비전(vision) 측정 방식이 알려져 있다.

그러나 종래의 비전 측정 방식에 따르면 다음과 같은 문제점들이 있다.

첫째, 종래의 비전 측정 방식에 따르면, 차체 생산라인은 다량의 분진이 발생하는 환경이기 때문에, 카메라가 획득하는 이미지에 분진 등에 의한 잡음 성분이 다량 포함되어 측정 오류가 발생할 가능성이 높다는 문제점이 있다.

둘째, 종래의 비전 측정방식은 측정 시스템 구성이 복잡하여 설치와 유지보수를 포함하여 양산성 측면에서 효율이 낮다는 문제점이 있다.

셋째, 종래의 비전 측정방식은 기본적으로 영상 촬영을 위한 카메라와 영상 기록 및 관리를 위한 제반 장치들, 촬영 환경 유지를 위한 조명계 등을 포함하는 고가의 장비들이 필요하기 때문에, 초기 설치비가 과다하게 발생한다는 문제점이 있다.

이러한 종래 비전 측정방식 부품 검사장치의 정밀측정이 곤란한 문제점을 개선하기 위해 끝이 뾰족한 탐침(probe)을 기구적으로 부품의 홀 등에 삽입하고, 상기 탐침이 홀에 삽입되는 동안 x, y, z 축 상에 작용하는 외력 및 변위를 센서를 이용하여 측정함으로써 부품의 정상 가공상태 여부를 검사하는 장치가 제안된 바 있는데, 이러한 종래 탐침을 이용한 검사장치의 한가지 예가 국내 특허등록 제10-1725203호(이하, ‘선행문헌’이라 함)에 상세히 개시되어 있다.

첨부된 도 1을 참조하면 종래 탐침을 이용한 부품 검사장치(1)는 베이스부(2), 받침부(3), 고정부(4), 및 검사부(5)를 포함한다. 베이스부(2)는 지면과 같은 고정물에 고정 설치되고, 받침부(3)는 베이스부(2)에 장착된다. 복수개의 받침부(3)는 베이스부(2)의 상측 전면에 골고루 배치되어 이송수단에 의해 이송되는 부품(100)이 안정적으로 안착된다. 상기 부품(100)에는 하나 이상의 홀(101)이 형성될 수 있다.

또한 고정부(4)는 받침부(3)에 결합되고, 받침부(3)에 안착된 부품(100)을 고정시킨다. 일 예로, 고정부(4)는 고정실린더부(4a)와 고정덮개부(4b)를 포함할 수 있다. 고정실린더부(4a)는 받침부(3)에 결합되고, 유압에 의해 길이가 가변될 수 있다. 고정덮개부(4b)는 받침부(3)에 회전 가능하도록 장착되고, 고정실린더부(4a)에 연결될 수 있다. 이로 인해, 고정실린더부(4a)의 길이가 줄어들면 고정덮개부(4b)가 회전되어 받침부(3)의 상방에서 벗어난 지점에 배치될 수 있다. 그리고, 받침부(3)에 부품(100)이 안착되면, 고정실린더부(4a)의 길이가 늘어나 고정덮개부(4b)가 회전되어져 부품(100)의 상측을 압박한다. 또한 검사부(5)는 베이스부(2)에 장착되고, 부품(100)에 형성된 홀(101) 위치를 파악하여 부품(100)의 불량 여부를 감지한다.

한편, 도 2를 참조하면, 측정부(40)는 바닥측정부(50)와, 수직측정부(60)와, 수평측정부(70)와, 삽입측정부(80)를 포함한다.

바닥측정부(50)는 수직조절부(30)에 장착되고, 수직측정부(60)는 바닥측정부(50)에 장착되며, 수평측정부(70)는 수직측정부(60)에 장착된다. 그리고, 삽입측정부(80)는 수평측정부(70)에 장착된다. 삽입측정부(80)는 홀(101)에 삽입되는 과정에서 부품(101)과의 간섭에 의해 이동될 수 있다. 이때, 삽입측정부(80)와 연동되어 수직측정부(60)와 수평측정부(70)가 이동될 수 있다. 수직측정부(60)는 홀(101)의 z축 방향의 위치를 측정하고, 수평측정부(70)는 홀(101)의 x축과 y축 방향의 위치를 측정할 수 있다.

수직측정부(60)는 수직판부(61)와, 수직복원부(62)와, 수직안착부(63)와, 수직고정부(64)와, 수직센서부(65)를 포함한다.

수직판부(61)는 바닥측정부(50)에 안착된다. 수직판부(61)는 원판 형상을 하고, 원주를 따라 하나 이상의 탄성홈부(611)가 형성된다. 그 외, 수직판부(61)에는 하나 이상의 수직고정홈부(612)가 형성될 수 있다. 또한, 수직판부(61)에는 수직관통홀부(613)가 형성될 수 있다.

수직복원부(62)는 탄성홈부(611)에 삽입되고 복원력을 갖는다. 일 예로, 수직복원부(62)는 각각의 탄성홈부(611)에 삽입되고, 외력에 대한 복원력을 갖는 탄성재질의 코일 스프링이 될 수 있다.

수직안착부(63)는 수직복원부(62)에 탄성 지지되고 z축으로 이동된다. 일 예로, 수직안착부(63)는 외력에 의해 하방 이동될 수 있다. 그리고, 외력이 제거되면 수직복원부(62)의 복원력에 의해 상방 이동될 수 있다.

수직고정부(64)는 수직안착부(63)에 안착되고, 수직판부(61)와 수직안착부(63)에 연결되어 좌우 유동을 제한한다. 일 예로, 수직고정부(64)는 수직고정판부(641)와 수직고정핀부(642)를 포함할 수 있다. 수직고정판부(641)는 수직안착부(63)에 안착되고, 수직고정판부(641)의 저면에 수직고정핀부(642)가 결합될 수 있다. 하나 이상의 수직고정핀부(642)는 수직안착부(63)에 형성되는 수직안착홀부(631)를 관통하여 수직고정홈부(612)에 삽입될 수 있다. 그 외, 수직고정판부(641)의 중심축에는 수직고정축부(643)가 형성되어 하방으로 돌출되고, 수직고정축부(643)는 수직안착부(63)를 관통하여 수직판부(61)와 중심축에 결합될 수 있다.

수직센서부(65)는 수직판부(61)를 수직으로 관통하고, 수직안착부(63)의 위치를 측정한다. 즉, 수직센서부(65)는 바닥측정부(50)와 수직판부(61)를 관통하여 수직안착부(63)와 접촉되고, 수직안착부(63)의 높이가 가변됨에 따라 z축 방향의 좌표를 측정할 수 있다.

수평측정부(70)는 수평바닥부(71)와, 수평이동부(72)와, 수평커버부(73)와, 수평센서부(74)를 포함하며, 수평바닥부(71)는 수직측정부(60)에 장착된다. 일 예로, 수평바닥부(71)는 수직고정판부(641)의 상측면에 결합될 수 있다. 수평바닥부(71)의 중심부에는 수평바닥홈부(711)가 형성된다. 이러한 수평바닥홈부(711)는 수평이동부(72)의 이동범위를 한정할 수 있다.

수평이동부(72)는 수평바닥부(71)에 안착되고, 삽입측정부(80)와 연동되어 x축과 y축으로 이동된다. 일 예로, 수평이동부(72)는 수평바닥홈부(711)에 일부 삽입될 수 있다.

수평커버부(73)는 수평바닥부(71)에 결합되고, 수평이동부(72)를 감싼다. 일 예로, 수평커버부(73)는 중앙부가 개구된 도우넛 형상을 하며, 수평커버부(73) 내부에서 수평이동부(72)가 이동될 수 있다.

2개의 수평센서부(74)는 수평커버부(73)를 수평으로 관통하고, 수평이동부(72)의 위치를 측정한다. 일 예로, x축과 y축 방향으로 배치되는 2개의 수평센서부(74)는 수평커버부(73)를 관통하여 수평이동부(72)와 접촉되고, 수평이동부(72)가 수평 이동함에 따라 x축과 y축 방향의 좌표를 측정할 수 있다.

삽입측정부(80)는 삽입판부(81)와 삽입핀부(82)를 포함한다. 삽입판부(81)는 수평측정부(70)에 결합된다. 삽입핀부(82)는 삽입판부(81)에서 상방으로 돌출되고, 홀(101)에 삽입된다. 삽입핀부(82)는 상방으로 갈수록 뾰족한 첨탑 형상을 갖는다. 일 예로, 삽입판부(81)는 수평커버부(73)를 관통하는 수평이동부(72)와 연결되어 수평이동부(72)에 외력을 전달할 수 있다.

한편, 수평커버부(73)에는 삽입지지판부(83)가 안착되고, 삽입지지판부(83)에 형성된 삽입지지홈부(831)에 삽입지지볼부(832)가 삽입되어 회전될 수 있다. 삽입지지볼부(832)에 안착되는 삽입매개판부(84)는 삽입판부(81)와 결합되고, 삽입지지볼부(832)에 의해 수평 이동 과정에서 마찰이 억제될 수 있다. 이 때, 수평이동부(72)는 삽입지지판부(83)와 삽입매개판부(84)를 통과하여 삽입판부(81)에 결합될 수 있다.

삽입측정부(80)는 삽입돌기부(88)를 더 포함할 수 있다. 삽입돌기부(88)는 삽입판부(81)와 삽입핀부(82) 사이에 배치되고, 삽입핀부(82) 및 홀(101) 보다 더 큰 직경을 갖도록 형성되어, 과도한 상승시 부품(100)에 걸릴 수 있다.

그러나, 상기 선행문헌에 개시된 종래 탐침을 이용한 부품 검사장치는 탐침을 포함한 삽입측정부가 삽입판, 삽입매개판, 삽입지지판이 조립된 복잡한 구성을 가질 뿐만 아니라 조립한 상태에서 그 크기가 과대하여 예컨대, 좁은 틈새에 위치된 부품의 홀에는 삽입측정부 어셈블리의 접근 자체가 불가능하였다. 이에 따라, 하나의 부품에 형성된 여러 개의 홀이 형성된 경우 상기 홀을 하나씩 일일이 측정할 수밖에 없었는데, 상기와 같이 홀에서 홀로 측정을 위해 삽입측정부를 이동하는 과정에서 상기 삽입측정부는 크기가 과대한 반면 x축 및 y축의 수평 방향에서 삽입측정부에 외력이 작용되기 전의 맨 처음 검사 기준 위치(대기 위치)로 복원할 수 있는 수단이 없어 삽입핀부가 자중 방향으로 처지게 되고, 이에 따라 자중 방향으로 처진 삽입핀부의 탐침 직전의 위치를 센싱하고 다시 홀 측정 시마다 상대 변위량을 측정하다 보니 홀 간을 이동하며 측정을 거듭하면 할수록 측정의 기준 위치 및 변위량 측정에 미세한 오차가 발생되는 문제점이 있었다.

상술한 바와 같이 선행문헌에 개시된 종래 탐침 방식의 부품 검사장치는 수평이동부(72)의 하부에 수평바닥부(71), 수직안착부(63) 및 바닥측정부(50)가 적층 조립된 복잡하고 큰 부피를 갖기 때문에 좁은 틈새 공간에 위치된 부품에 진입하여 측정이 불가능하였다.

또한, 하나의 부품에 검사해야 할 다수의 홀이 있는 경우에는 선행문헌의 탐침 유닛이 상기 홀들을 하나씩 이동하면서 개별적으로 각각 검사해야만 했으므로 검사를 거듭할수록 홀 간 이동 과정에서 진동 등으로 인해 측정 기준 위치가 미세하게 틀어질 수밖에 없고, 이에 따라 상기 홀 간 측정에서 미세한 오차가 계속적으로 발생되어 홀 측정의 정확도가 저하될 수밖에 없었다.

아울러 상기 홀을 하나씩 측정한 후 기준 위치를 센싱한 후 다시 다음 홀로 이동한 후 상대 변위량을 다시 측정 및 계산하여만 했으므로 이 과정에서도 미세한 오차가 발생되므로 정확도가 저하될 뿐만 아니라, 탐침 검사의 작업 효율성도 낮을 수밖에 없었다.

한편, 통상적으로 기계 부품에는 측정 대상물로서 홀(hole)뿐만 아니라 상기 홀에 볼트(bolt)나 핀(pin) 등의 체결부재가 체결된 반조립 상태의 부품이 반입되는 경우가 많은데, 상술한 선행문헌의 종래 부품 검사장치로는 홀에 볼트나 핀 등이 반조립되어진 돌출부에 대해서는 측정 자체가 불가능하므로 볼트나 핀 등을 다시 분해한 후 검사를 진행해야 하므로 현장에서 이에 대한 불편 및 개선에 대한 요구가 높은 실정이다.

국내 등록특허 제10-1725203호(2017.04.04.자 등록, 명칭: 부품 검사장치)

본 발명의 기술적 과제는 종래 탐침 방식의 부품 검사장치 대비 부품 수와 크기가 대폭 감소되어 탐침 유닛의 구성 및 구조가 컴팩트해짐은 물론, 검사를 위해 좁은 틈새에 진입할 수 있도록 소형화되어 모든 부품의 검사가 가능하면서도 분진 등이 발생되는 열악한 생산 환경에서도 측정 기준점이 틀어짐이 없어 부품의 홀 등의 변위량을 정확하게 측정할 수 있어 측정의 정확도가 대폭 향상된 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 상술한 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 기계 부품에 복수로 형성된 홀 또는 볼트나 핀 등 요철부의 개수만큼 하나의 브라켓에 다중으로 결합하여 다중 탐침 검사장치를 구성함에 따라 복수의 홀 등의 검사를 정밀도 저하없이 한번에 수행할 수 있는 작업 효율성이 대폭 향상된 다중 탐침 검사장치를 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 로봇암 등 이송장치의 구동단에 결합되는 원형의 마운팅 플레이트; 상기 마운팅 플레이트의 저면에 결합되는 원통형의 하우징; 상기 마운팅 플레이트와 하우징 사이에 삽입되는 수평가이드 수단; 일단이 수평가이드 수단을 수직하게 관통하여 결합됨과 함께 타단이 마운팅 플레이트 반대쪽 하우징을 통해 돌출되는 봉상의 샤프트; 상기 하우징을 통해 돌출된 샤프트의 끝단에 교체가능하게 결합되는 탐침 팁; 상기 마운팅 플레이트와 수평가이드 수단의 사이에 구비되어 수평가이드 수단을 z축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 z축 복원스프링; 상기 마운팅 플레이트의 중앙부를 관통하여 구비되어 샤프트 상단의 z축 변위량을 측정하는 z축 변위 센서; 상기 하우징의 중단부를 수평선 상에서 직교되도록 각각 관통하여 샤프트에 수직한 상태로 구비되며 상기 샤프트가 수평가이드 수단에 의해 x축 또는 y축의 어느 하나 또는 두 방향으로 가이드되면서 이동될 때 상기 x축 또는 y축 방향의 변위량을 측정하는 x축 및 y축 변위 센서; 및 상기 샤프트와 하우징 사이에 구비되어 샤프트를 x축 또는 y축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 x축 및 y축 복원스프링;을 포함하여 구성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 x축 및 y축 복원스프링의 일단이 하우징을 통해 관통 결합되며 타단이 샤프트의 중단부에 형성된 스프링 끼움공에 끼워져 고정된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 x축, y축 또는 z축 변위 센서는, 접촉 방식의 프로브 센서이거나 레이저 센서, 초음파 센서 또는 와류 센서 등 비접촉 방식의 센서 중에서 하나가 채택된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 탐침 팁은, 기계 부품의 홀에 끼워져 상기 홀의 위치 및 깊이를 측정할 수 있도록 끝이 뾰족한 원추형의 형상을 갖는 수형 탐침 팁이다.

또한 다른 실시예에 따라, 상기 탐침 팁은, 기계 부품의 볼트나 핀 등의 요철부에 끼워져 상기 요철부의 위치나 높이를 측정할 수 있도록 내부에 원추형의 요입홈이 형성되는 암형 탐침 팁이다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 수평가이드 수단은, 하우징 내부에 삽입되는 한쌍의 평판 프레임; 상기 평판 프레임 사이에 구비되며 샤프트가 관통 결합되는 리테이너 프레임; 및 상기 평판 프레임과 리테이너 프레임 사이에 구비되어 구름운동에 의해 리테이너 프레임의 수평방향 이송을 안내하는 다수의 볼(ball);을 포함하여 구성된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 하우징을 통해 돌출된 샤프트의 끝단에는 팁 삽입홈이 형성됨에 따라 상기 팁 삽입홈에 탐침 팁이 끼워져 교체가능하게 결합된다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 마운팅 플레이트의 상면에는 링 형상의 고정 프레임이 더 구비됨과 함께 상기 마운팅 플레이트와 고정 프레임은 봉상의 다수의 연결 프레임에 의해 고정된다.

또한 일 실시예에 따라, 기계 부품에 형성된 다수의 홀 등의 홈부 또는 볼트나 핀 등의 돌출부를 한번의 탐침으로 동시에 측정할 수 있도록 하나의 브라켓에 상술한 기계 부품 검사용 탐침 유닛이 복수개로 인접하여 결합됨으로써 다중 탐침 검사장치를 구성한다.

또한 일 실시예에 따라, 상기 브라켓은 로봇암 등 이송장치의 구동부 끝단에 일체로 결합된다.

본 발명에 따르면, 하기와 같은 효과가 있다.

첫째, 종래 탐침 방식의 부품 검사장치 대비 탐침 유닛의 부품 수와 크기가 대폭 감소되어 컴팩트해짐은 물론, 검사를 위해 좁은 틈새에 진입할 수 있도록 소형화됨에 따라 분진 등이 발생되는 열악한 생산 환경에서도 측정 기준점이 틀어짐이 없이 부품의 홀 등의 변위량을 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명의 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 기계 부품에 복수로 형성된 홀의 개수만큼 다중으로 결합하여 다중 탐침 검사장치를 구성함에 따라 복수의 홀 등의 검사의 정밀도를 더 향상시키면서 한번에 여러 개의 기계 부품을 검사할 수 있어 작업 효율성이 대폭 향상되는 효과가 있다.

셋째, 본 발명의 기계 부품 검사용 탐침 유닛의 탐침 팁을 볼트 검사용 탐침 팁으로 교체함에 따라 종래 검사 자체가 불가능했던 상기 기계 부품의 홀에 볼트나 핀이 체결된 반조립 상태에서도 부품의 홀 또는 볼트나 핀 등의 돌출부까지도 변위량을 정확하게 측정할 수 있게 되므로 기계 부품의 검사 대상 범위가 확장되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기계 부품 검사용 탐침 검사장치를 전체적으로 보인 사시도
도 2는 도 1의 탐침 유닛을 확대하여 보인 요부 분해 사시도
도 3은 본 발명 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 이용한 다중 탐침 검사장치를 일 실시예에 따라 보인 사시도
도 4는 도 3에서 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛만을 분리하여 보인 요부 사시도
도 5는 도 4의 분해 사시도
도 6은 도 4의 종단면도
도 7은 도 4의 종단면도로서, (a)는 홀 등의 홈부 측정을 위해 수형 탐침 팁이 장착된 상태, (b)는 볼트 등의 돌출부 측정을 위해 암형 탐침 팁이 장착된 상태

본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작동 관계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 이용한 다중 탐침 검사장치를 일 실시예에 따라 보인 사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다중 탐침 검사장치(110)는, 예컨대 차량 생산라인에서 공급되는 차체 등의 부품에 가공된 다수의 홀(H)의 x축, y축 및 z축 방향의 변위량을 동시에 자동 측정하여 관리하는 진보된 형태의 생산 관리 장치이다.

상기 본 발명의 다중 탐침 검사장치(110)는, 로봇암(R), 상기 로봇암(R)의 구동단에 결합된 복수의 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛(1000#1 내지 1000#n) 및 제어부(도면 미도시)를 포함할 수 있다.

상술한 본 발명 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛(1000#1 내지 1000#n)이 복수개로 서로 결합되어 여러 개의 탐침 팁(1400)을 갖는 하나의 다중 탐침 검사장치(110)를 구성함으로써 차체 등 기계 부품에 형성된 다수의 홀(H) 등의 홈부나 볼트(B)나 핀 등의 돌출부를 갯수에 상관없이 한번의 탐침으로 다수의 부품을 한번에 검사할 수 있게 한다.

이를 위해 본 발명 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛(1000#1 내지 1000#n)을 이용한 다중 탐침 검사장치(110)는, 로봇암(R)의 구동단에 결합될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 다중 탐침 검사장치(110)를 구성하는 다수의 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛(1000#1 내지 1000#n)을 하나의 브라켓(10)에 인접하여 배치 및 조립되며, 상기 브라켓(10)은 다관절 로봇암(R) 등의 구동단에 일체로 결합될 수 있다.

따라서, 제어부의 제어에 따라 로봇암(R)이 차체 등 각종 부품에 구비된 검사 대상인 복수의 홀(H)로 본 발명 다중 탐침 검사장치(110)를 이동시킨 뒤, 상기 다중 탐침 검사장치(110)에 구비된 다수의 탐침 팁(1400)이 각각의 홀(H)에 동시에 삽입되면서 각각의 홀(H)의 위치 및 깊이 등을 측정하여 검사한다.

이 때, 상기 탐침 팁(1400)은 홀(H) 등의 홈부를 측정하기 위한 수형 탐침 팁(1400)이 탑재된 상태를 예시하고 있으나, 상기 수형 탐침 팁(1400)을 암형 탐침 팁(1410, 도 7b 참조)으로 교체하는 경우 볼트(B) 등의 돌출부를 측정할 수도 있으므로 탐침 팁(1400, 1410)의 상호 교체에 의해 홀(H) 등의 홈부 뿐만 아니라 볼트(B) 등의 돌출부까지도 모두 한번에 측정할 수 있게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하는 도 7에서 보다 자세히 살펴보기로 한다.

따라서, 이러한 다관절 로봇암(R)은 각종 부품에 형성되어 있는 홀(H)까지 본 발명의 다중 탐침 검사장치(110)를 자유로이 이동시킬 수 있음에 따라 종래 대비 검사장치의 전체 부피가 대폭 컴팩트해질 수 있으며, 이에 따라 본 발명의 다중 탐침 검사장치(110)를 차체 등 부품에 형성된 굴곡부 및 좁은 틈새도 용이하게 통과하면서 홀(H)까지 도달할 수 있도록 상기 본 발명의 다중 탐침 검사장치(110)를 자유로이 안내할 수 있다.

이 후, 로봇암(R)에 의해 목표지점인 다수의 홀(H)로 본 발명의 다중 탐침 검사장치(110)가 이동되면 로봇암(R)이 본 발명 다중 탐침 검사장치(110)의 탐침 팁(1400)을 각각의 홀(H)에 밀어 넣음에 의해 상기 홀(H)의 변위 또는 깊이 등을 측정하는 검사가 진행된다.

도 4는 도 3에서 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛만을 분리하여 보인 요부 사시도이고, 도 5는 도 4의 분해 사시도이며, 도 6은 도 4의 종단면도이다.

상기 도 4 내지 6을 참조하면, 본 발명 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛(1000#1 내지 1000#n) 각각은 일 실시예에 따라, 다관절 로봇암(R) 등 이송장치의 구동단에 결합되는 원형의 마운팅 플레이트(1100)가 구비된다.

상기 마운팅 플레이트(1100)의 저면에는 원통형의 하우징(1500)이 결합되고, 상기 마운팅 플레이트(1100)와 하우징(1500) 사이에는 수평가이드 수단(1200)이 삽입된다.

일 실시예에 따라, 상기 수평가이드 수단(1200)은, 하우징(1500) 내부에 삽입되는 한쌍의 평판 프레임(1210)과, 상기 평판 프레임(1210) 사이에 구비되며 후술하는 봉상의 샤프트(1300)가 관통 결합되는 리테이너 프레임(1220)과, 상기 평판 프레임(1210)과 리테이너 프레임(1220) 사이에 구비되어 구름운동에 의해 상기 리테이너 프레임(1220)의 수평방향 이송을 안내하는 다수의 볼(ball, 1230)로 구성될 수 있다.

또한, 상기 수평가이드 수단(1200)에는, 일단이 수평가이드 수단(1200)을 수직하게 관통하여 결합됨과 함께 타단이 마운팅 플레이트(1100) 반대쪽 하우징(1500)을 통해 돌출되는 봉상의 샤프트(1300)가 구비된다.

이에 따라, 상기 수평가이드 수단(1200)과 결합된 샤프트(1300)가 x, y축의 수평방향으로 이동될 때 상기 수평가이드 수단(1200)의 볼(1230)이 평판 프레임(1210)과 리테이너 프레임(1220) 사이에서 구름운동되면서 샤프트(1300)의 수평방향 이동이 안내된다.

한편, 상기 하우징(1500)을 통해 돌출된 샤프트(1300)의 끝단에는 팁 삽입홈(1301)이 형성됨과 함께 상기 팁 삽입홈(1301)에는 탐침 팁(1400)이 교체가능하게 끼워져 결합된다.

상기 마운팅 플레이트(1100)와 수평가이드 수단(1200)의 사이에는 수평가이드 수단(1200)을 z축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 z축 복원스프링(1630)이 구비된다.

또한, 상기 마운팅 플레이트(1100)의 중앙부를 관통하여 샤프트(1300) 상단의 z축 변위량을 측정하는 z축 변위 센서(1730)가 구비되는 한편, 상기 하우징(1500)의 중단부를 수평선 상에서 직교되도록 각각 관통하여 샤프트(1300)에 수직한 상태로 끼워지며 상기 샤프트(1300)가 수평가이드 수단(1200)에 의해 x축 또는 y축의 어느 하나 또는 두 방향으로 가이드되면서 이동될 때 상기 x축 또는 y축 방향의 변위량을 측정하는 x축 및 y축 변위 센서(1710)(1720)가 구비된다.

이 때, 상기 x축, y축 및 z축 변위 센서(1710)(1720)(1730)는 각각의 고정 브라켓(1711)(1721)(1731)에 의해 결합된 상태로 하우징(1500)의 측면에 형성된 각각의 센서 끼움공(1502)에 끼워져 결합된다. 이 때, 상기 각각의 고정 브라켓(1711)(1721)(1731)은 볼트 체결에 의해 하우징(1500)에 더 견고히 고정될 수 있다.

이에 따라, 상기 x축 변위 센서(1710)는 탐침 팁(1400)에 결합되어 x축 방향으로 자유 유동하는 수평가이드 수단(1200)에 의한 x축 방향의 변위를 측정하고, 상기 y축 변위 센서(1720)는 탐침 팁(1400)에 결합되어 y축 방향으로 자유 유동하는 수평가이드 수단(1200)에 의한 y축 방향의 변위를 측정하며, z축 변위 센서(1730)는 샤프트(1300)에 결합되어 부품의 홀(H)에 삽입되는 탐침 팁(1400)의 깊이방향인 z축 방향의 변위를 측정한다.

즉, 상기 x축, y축 및 z축 변위 센서(1710)(1720)(1730)는 로봇암(R)에 유동(遊動) 가능하게 결합된 탐침 팁(1400)이 검사대상인 부품의 홀(H)에 삽입될 때, 탐침 팁(1400)이 상기 홀(H)에 삽입되기 전과 후의 위치정보를 측정하여 제어부(도면 미도시)로 전달하는 기능을 수행한다.

예컨대, 차체 등의 부품에 형성된 홀(H)이 설계조건을 정확히 충족하도록 형성되어 있는 경우, 탐침 팁(1400)이 홀(H)에 삽입되기 전후의 시점에서 후술하는 x축 방향과 y축 방향, z축 방향의 변위가 발생하지 않는다.

그러나, 만약 상기 홀(H)이 설계조건과 다르게 형성되어 있는 경우, 즉, 차체 등 부품에 형성된 홀(2)의 가공 위치 또는 깊이가 불량인 경우에는 탐침 팁(1400)이 로봇암(R)에 의해 홀(H)에 끼워져 삽입될 때 x축 방향과 y축 방향, z축 방향의 변위가 발생하게 되며, 이러한 x축 방향과 y축 방향, z축 방향의 변위에 대한 정보는 x축, y축 및 z축 변위 센서(1710)(1720)(1730)에 의해 각각 측정된다.

상기 x축, y축 및 z축 변위 센서(1710)(1720)(1730)는, 예컨대 접촉 방식의 프로브 센서이거나 레이저 센서, 초음파 센서 또는 와류 센서 등 비접촉 방식의 센서 중에서 하나가 채택될 수 있다.

또한, 상기 샤프트(1300)와 하우징(1500) 사이에는 샤프트(1300)를 x축 또는 y축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 x축 및 y축 복원스프링(1610)(1620)이 구비된다. 보다 구체적으로, 상기 x축 및 y축 복원스프링(1610)(1620)의 일단이 하우징(1500)을 통해 관통 결합되며 타단이 샤프트(1300)의 중단부에 형성된 스프링 끼움공(1501)에 각각 끼워져 고정된다.

한편, 상기 하우징(1500)의 저면을 통해 돌출된 샤프트(1300)의 끝단에는 팁 삽입홈(1301)이 형성됨에 따라 상기 팁 삽입홈(1301)에 탐침 팁(1400)이 끼워져 교체가능하게 결합될 수 있다. (도 6 또는 도 7 참조)

또한, 상기 마운팅 플레이트(1100)의 상면에는 링 형상의 고정 프레임(1810)이 더 구비될 수 있으며, 상기 고정 프레임(1810)은 봉상의 다수의 연결 프레임(1820)에 의해 마운팅 플레이트(1100) 상면에 고정될 수 있다.

이에 따라, 상기 고정 프레임(1810)과 연결 프레임(1820)의 추가 구성에 의해 z축 변위 센서(1730)가 상기 고정 프레임(1810)과 연결 프레임(1820)에 의해 보호되는 한편, 상기 고정 프레임(1810)을 도 3에서 살펴본 브라켓(10)에 용이하게 고정 설치할 수 있다.

그러므로, 상술한 구성에 따라 제어부(도면 미도시)는 로봇암(R)의 동작을 제어하여 로봇암(R)에 유동 가능하게 결합된 탐침 팁(1400)이 부품에 형성된 홀(H)에 삽입되면서 홀(H)의 위치 및 깊이를 측정하고, x축, y축 및 z축 변위 센서(1710)(1720)(1730)로부터 측정된 부품의 홀(H)에 삽입되기 전과 후의 위치정보를 기준으로 상기 홀(H)의 변위량 정보를 계산함으로써 상기 홀(H)의 가공상태가 정상인지 불량인지를 판단하게 된다.

이 때, 상기 x축, y축 및 z축 변위 센서(1710)(1720)(1730)와 제어부(도면 미도시) 간의 통신은 RS435 등과 같은 유선통신방식 또는 블루투스(Bluetooth)), 지그비(ZigBee) 등과 같은 무선통신방식으로 수행될 수 있으나, 통신방식이 이에 한정되지는 않는다.

또한, 도면상에 도시하지는 않았으나, 물론, x축, y축 및 z축 변위 센서(1710)(1720)(1730)와 제어부(도면 미도시) 간에는 정해진 특정 통신을 지원하는 통신모듈(도면 미도시)이 더 구비될 수 있다.

도 7은 도 4의 종단면도로서, (a)는 홀 등의 홈부 측정을 위해 수형 탐침 팁이 장착된 상태, (b)는 볼트 등의 돌출부 측정을 위해 암형 탐침 팁이 장착된 상태이다.

도 7a에 도시된 바와 같이, 상기 탐침 팁은, 기계 부품의 홀(H)에 끼워져 상기 홀(H)의 위치 및 깊이를 측정할 수 있도록 끝이 뾰족한 원추형의 형상을 갖는 수형 탐침 팁(1400)일 수 있다. 이에 따라, 상기 수형 탐침 팁(1400)을 이용하여 부품에 형성된 홀(H) 등의 홈부의 위치 및 깊이 등의 변위량을 측정 및 검사할 수 있다.

한편, 도 7b에 도시된 바와 같이, 상기 탐침 팁은, 기계 부품의 볼트(B)나 핀 등의 요철부에 끼워져 상기 요철부의 위치나 높이를 측정할 수 있도록 내부에 원추형의 요입홈(1410a)이 형성되는 암형 탐침 팁(1410)일 수 있다.

이에 따라, 부품에 가공된 다수의 검사대상, 즉 홀(H) 등의 홈부와 볼트(B) 등의 돌출부의 배치상황에 따라 다수의 본 발명 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛(1000#1 내지 1000#n)을 상기 수형 탐침 팁(1400)과 암형 탐침 팁(1410)을 적절히 배치함으로써 상기 다수의 홈부와 돌출부의 검사를 한번에 수행할 수 있으므로 검사대상인 부품의 범위 및 검사작업의 효율이 대폭 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

아울러 본 발명은 단지 앞서 기술된 일 실시예에 의해서만 한정된 것은 아니며, 장치의 세부 구성이나 개수 및 배치 구조를 변경할 때에도 동일한 효과를 창출할 수 있는 것이므로 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 구성의 부가 및 삭제, 변형이 가능한 것임을 명시하는 바이다.

10 : 브라켓 110: 다중 탐침 검사장치
1000#1 내지 1000#n: 컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛
1100: 마운팅 플레이트 1200: 수평가이드 수단
1300: 샤프트 1400: 수형 탐침 팁
1410: 암형 탐침 팁 1500: 하우징
1610: x축 복원스프링 1620: y축 복원스프링
1630: z축 복원스프링 1710: x축 변위 센서
1720: y축 변위 센서 1730: z축 변위 센서
1810: 고정 프레임 1820: 연결 프레임

Claims (10)

1. 로봇암 등 이송장치의 구동단에 결합되는 원형의 마운팅 플레이트;
   상기 마운팅 플레이트의 저면에 결합되는 원통형의 하우징;
   상기 마운팅 플레이트와 하우징 사이에 삽입되는 수평가이드 수단;
   일단이 수평가이드 수단을 수직하게 관통하여 결합됨과 함께 타단이 마운팅 플레이트 반대쪽 하우징을 통해 돌출되는 봉상의 샤프트;
   상기 하우징을 통해 돌출된 샤프트의 끝단에 교체가능하게 결합되는 탐침 팁;
   상기 마운팅 플레이트와 수평가이드 수단의 사이에 구비되어 수평가이드 수단을 z축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 z축 복원스프링;
   상기 마운팅 플레이트의 중앙부를 관통하여 구비되어 샤프트 상단의 z축 변위량을 측정하는 z축 변위 센서;
   상기 하우징의 중단부를 수평선 상에서 직교되도록 각각 관통하여 샤프트에 수직한 상태로 구비되며 상기 샤프트가 수평가이드 수단에 의해 x축 또는 y축의 어느 하나 또는 두 방향으로 가이드되면서 이동될 때 상기 x축 또는 y축 방향의 변위량을 측정하는 x축 및 y축 변위 센서; 및
   상기 샤프트와 하우징 사이에 구비되어 샤프트를 x축 또는 y축 상의 맨 처음 기준 위치로 복원하도록 탄성력을 부가하는 x축 및 y축 복원스프링;을 포함하는,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 x축 및 y축 복원스프링의 일단이 하우징을 통해 관통 결합되며 타단이 샤프트의 중단부에 형성된 스프링 끼움공에 끼워져 고정되는,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 x축, y축 또는 z축 변위 센서는,
   접촉 방식의 프로브 센서이거나 레이저 센서, 초음파 센서 또는 와류 센서 등 비접촉 방식의 센서 중에서 하나가 채택되는,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 탐침 팁은,
   기계 부품의 홀에 끼워져 상기 홀의 위치 및 깊이를 측정할 수 있도록 끝이 뾰족한 원추형의 형상을 갖는 수형 탐침 팁인,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 탐침 팁은,
   기계 부품의 볼트나 핀 등의 요철부에 끼워져 상기 요철부의 위치나 높이를 측정할 수 있도록 내부에 원추형의 요입홈이 형성되는 암형 탐침 팁인,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 수평가이드 수단은,
   하우징 내부에 삽입되는 한쌍의 평판 프레임;
   상기 평판 프레임 사이에 구비되며 샤프트가 관통 결합되는 리테이너 프레임; 및
   상기 평판 프레임과 리테이너 프레임 사이에 구비되어 구름운동에 의해 리테이너 프레임의 수평방향 이송을 안내하는 다수의 볼(ball);을 포함하는,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징을 통해 돌출된 샤프트의 끝단에는 팁 삽입홈이 형성됨에 따라 상기 팁 삽입홈에 탐침 팁이 끼워져 교체가능하게 결합되는,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 마운팅 플레이트의 상면에는 링 형상의 고정 프레임이 더 구비됨과 함께 상기 마운팅 플레이트와 고정 프레임은 봉상의 다수의 연결 프레임에 의해 고정되는,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛.
9. 기계 부품에 형성된 다수의 홀 등의 홈부 또는 볼트나 핀 등의 돌출부를 한번의 탐침으로 동시에 측정할 수 있도록 하나의 브라켓에 제 1 항 내지 8 항의 기계 부품 검사용 탐침 유닛이 복수개로 인접하여 결합 구성되는,
   컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 이용한 다중 탐침 검사장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 브라켓은 로봇암 등 이송장치의 구동부 끝단에 일체로 결합되는,
    컴팩트 타입의 기계 부품 검사용 탐침 유닛을 이용한 다중 탐침 검사장치.

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