KR20220151922A - 플렉스플라인의 성능 시험 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 플렉스플라인의 성능 시험 장치는, 지지대에 회전가능하게 장착된 입력측 회전축을 회전시키는 구동모터; 상기 입력측 회전축에 연결되는 입력부 감속기; 상기 입력부 감속기에 의해 감속되는 입력측 회전축의 회전각도를 측정하는 입력부 엔코더; 상기 입력측 회전축에 착탈가능하게 결합되는 출력측 회전축의 회전각도를 측정하는 출력부 엔코더; 상기 출력측 회전축의 토크를 측정하는 토크센서; 상기 출력측 회전축에 연결되는 출력부 감속기; 상기 출력측 회전축의 단부에 연결되는 브레이크; 상기 입력측 회전축과 상기 출력측 회전축 사이에 장착되어 플렉스플라인의 비틀림 강성을 측정하는 비틀림 강성 측정장치; 상기 입력측 회전축에 의해 회전되는 웨이브제너레이터에 의해 변형되는 플렉스플라인의 입력부 변형량을 측정하는 입력부 변형량 측정장치; 및 상기 지지대의 일측에 장착되고 플렉스플라인의 입력부 외주면에 반경방향으로 힘을 가함에 따라 상기 입력부의 변형량을 측정하는 반경방향 강성 측정장치를 포함한다.
Description
본 발명은 플렉스플라인의 성능 시험 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플렉스플라인의 비틀림 강성, 반경방향 강성, 입력부의 변형량을 각각 측정할 수 있는 플렉스플라인의 성능 시험 장치에 관한 것이다.
일반적으로 스트레인 웨이브 감속기(일명 하모닉 감속기)는 산업용 로봇, 휴머노이드 로봇, 반도체(웨이퍼) 제조장치, 전자부품 삽입장치, 세라믹 형성장치, 광디스크 제조장치, 의료장치 및 NC(Numerical Control) 선반 등과 같이 다양한 분야의 기계장치에서 광범위하게 사용되는 감속기로서, 소형 경량이면서, 기어 회전시 소음이 작고, 고정밀도의 감속비를 얻을 수 있으며, 동력 전달 효율이 우수한 것이 특징이다.
스트레인 웨이브 감속기는 기본적으로 웨이브제너레이터(wave generator), 플렉스플라인(flexspline) 및 서큘러스플라인(circular spline)을 포함한다. 웨이브제너레이터는 입력축이 연결되는 타원 형상의 캠 외주면에 볼베어링이 조립되고, 상기 볼베어링 외륜에는 플렉스플라인이 억지끼움되어 결합된다. 플렉스플라인은 원형의 얇은 금속 탄성체로서 일측 외주면에 제1 치형(기어 톱니)이 형성되어 있고, 서큘러스플라인에는 플렉스플라인의 제1 치형에 대응하여 내주면에 제2 치형이 형성되어 있다.
이러한 스트레인 웨이브 감속기는 입력축, 입력축에 연결된 웨이브제너레이터, 플렉스플라인, 플렉스플라인과 맞물린 서큘러스플라인, 서큘러스플라인과 연결된 출력축의 순서로 동력이 전달된다. 즉, 입력축이 결합된 웨이브제너레이터가 시계방향으로 회전하면 플렉스플라인이 점진적으로 탄성 변형을 일으키면서 플렉스플라인의 제1 치형 중 일부가 서큘러스플라인의 제2 치형 중 일부와 결합되어 동력이 전달된다. 이때, 플렉스플라인의 외주면에 형성된 제1 치형의 치수(齒數)와 서큘러스플라인의 제2 치형의 치수 간의 차이로 인해 큰 감속비를 갖는 감속기가 구현될 수 있다.
하모닉 감속기의 시험 장치에 관한 종래기술로서, 등록특허공보 제10-0926574호에 "하모닉 감속기용 강성 시험기"가 개시되어 있다. 개시된 시험기는 하모닉 감속기의 입출력 각도 전달 시험과 전체적인 감속기의 강도 시험을 할 수 있다. 이 강성 시험기는 전후 수평레일에 의해 부하 하중을 인가하고, 그 값을 로드셀에 의해 확인할 수 있는 구조로 구성되어 있다.
하지만, 개시된 종래기술은 웨이브제너레이터, 플렉스플라인, 서큘러스플라인이 조립된 하모닉 감속기 전체의 강성 시험기에 관한 것으로서, 플렉스플라인의 비틀림 강성, 반경방향 강성, 입력부의 변형량을 각각 측정할 수 있는 플렉스플라인의 성능 시험 장치는 개시된 바가 없다.
본 발명은 플렉스플라인의 비틀림 강성, 반경방향 강성, 입력부의 변형량을 각각 측정할 수 있는 플렉스플라인의 성능 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플렉스플라인의 성능 시험 장치는, 지지대에 회전가능하게 장착된 입력측 회전축을 회전시키는 구동모터; 상기 입력측 회전축에 연결되는 입력부 감속기; 상기 입력부 감속기에 의해 감속되는 입력측 회전축의 회전각도를 측정하는 입력부 엔코더; 상기 입력측 회전축에 착탈가능하게 결합되는 출력측 회전축의 회전각도를 측정하는 출력부 엔코더; 상기 출력측 회전축의 토크를 측정하는 토크센서; 상기 출력측 회전축에 연결되는 출력부 감속기; 상기 출력측 회전축의 단부에 연결되는 브레이크; 상기 입력측 회전축과 상기 출력측 회전축 사이에 장착되어 플렉스플라인의 비틀림 강성을 측정하는 비틀림 강성 측정장치; 상기 입력측 회전축에 의해 회전되는 웨이브제너레이터에 의해 변형되는 플렉스플라인의 입력부 변형량을 측정하는 입력부 변형량 측정장치; 및 상기 지지대의 일측에 장착되고 플렉스플라인의 입력부 외주면에 반경방향으로 힘을 가함에 따라 상기 입력부의 변형량을 측정하는 반경방향 강성 측정장치를 포함한다.
상기 브레이크는 자성 분말을 작동 매체로 사용하는 파우더 브레이크일 수 있다.
상기 비틀림 강성 측정장치는 상기 입력측 회전축의 단부에 결합되어 웨이브제너레이터가 장착되는 웨이브제너레이터 장착부와, 상기 입력측 회전축의 단부에 결합되어 서큘러스플라인이 장착되는 서큘러스플라인 장착부와, 상기 출력측 회전축의 단부에 결합되어 플렉스플라인이 장착되는 플렉스플라인 장착부를 포함할 수 있다.
상기 비틀림 강성 측정장치는 상기 플렉스플라인의 입력부를 회전시키면서 상기 브레이크를 통해 출력측 보스부에 토크를 가하여 상기 입력부 엔코더와 출력부 엔코더로 각각의 변위각을 측정함으로써 플렉스플라인의 비틀림 양을 측정할 수 있다.
상기 입력부 변형량 측정장치는 상기 입력측 회전축의 일측에 배치되어 입력측 회전축에 의해 회전되고 웨이브제너레이터가 장착되는 웨이브제너레이터 회전축과, 상기 웨이브제너레이터 회전축을 회전가능하게 지지하고 상기 웨이브제너레이터 주위에 플렉스플라인을 장착하여 고정하는 장착브라켓과, 상기 웨이브제너레이터가 회전됨에 따라 변형되는 플렉스플라인의 변형량을 측정하는 변위측정센서를 포함할 수 있다.
상기 입력부 변형량 측정장치는 상기 입력측 회전축에 장착되는 클러치와, 상기 클러치와 상기 웨이브제너레이터 회전축 사이에 연결되는 타이밍벨트와, 상기 지지대에 장착되고 상기 변위측정센서가 설치되는 센서브라켓을 더 포함할 수 있다.
상기 변위측정센서는 원형관 형태의 입력부 외측에 배치되는 2개 이상의 1차원 변위센서를 포함할 수 있다.
상기 1차원 변위센서는 비접촉식 변위센서일 수 있다.
상기 2개 이상의 1차원 변위센서는 상기 원형관 형태의 입력부에서 상기 플렉스플라인의 다이어프램부에 가까운 부위와, 상기 입력부의 톱니부 부위의 변형량을 측정할 수 있다.
상기 변위측정센서는 상기 플렉스플라인의 다이어프램부에 부착되는 복수의 스트레인게이지를 포함할 수 있다.
상기 복수의 스트레인게이지는 상기 다이어프램부의 표면에 원주방향으로 배치되는 제1스트레인게이지와, 원주방향과 반경방향 사이의 각도로 비스듬히 배치되는 제2스트레인게이지와, 반경방향으로 배치되는 제3스트레인게이지를 포함할 수 있다.
상기 반경방향 강성 측정장치는 상기 지지대에 장착되는 베이스플레이트; 상기 베이스플레이트에 고정되어 플렉스플라인이 결합되는 고정지그; 상기 베이스플레이트에 고정된 한 쌍의 슬라이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 제1슬라이드부재와 제2슬라이드부재; 상기 제1슬라이드부재와 제2슬라이드부재에 결합되는 제1클램프와 제2클램프; 상기 제1클램프의 관통홀을 통과하고 상기 제2클램프의 나사홀에 체결되는 리드스크류; 상기 리드스크류의 일단부에 결합되어 리드스크류를 회전시키는 핸들; 상기 제1클램프와 상기 제2클램프의 마주보는 내측에 구비되는 제1힘센서와 제2힘센서; 및 상기 제1클램프와 제2클램프에 장착되어 상기 플렉스플라인의 반경방향 변형량을 측정하는 거리센서를 포함할 수 있다.
상기 반경방향 강성 측정장치는 상기 한 쌍의 슬라이드레일에 장착되고 상기 리드스크류의 일단부가 회전가능하게 장착되며 상기 핸들에 연결된 핸들축이 회전가능하게 장착되는 핸들슬라이드블록과, 상기 핸들축에 구비되는 웜과, 상기 리드스크류의 단부에 결합되는 웜기어를 더 포함할 수 있다.
상기 반경방향 강성 측정장치는 상기 제1슬라이드부재에 장착되어 상기 리드스크류의 타단부를 회전가능하게 지지하는 베어링블록을 더 포함할 수 있다.
상기 제1클램프는 상기 제1슬라이드부재에 고정되는 제1클램프블록과, 상기 제1클램프블록의 일측면에서 연장되는 제1클램프바를 포함하고, 상기 제2클램프는 상기 제2슬라이드부재에 고정되는 제2클램프블록과, 상기 제2클램프블록의 일측면에서 연장되는 제2클램프바를 포함할 수 있다.
상기 제1힘센서는 상기 제1클램프블록과 제1클램프바의 연결부에 구비되는 로드셀로 구성되고, 상기 제2힘센서는 상기 제2클램프블록과 제2클램프바의 연결부에 구비되는 로드셀로 구성될 수 있다.
상기 거리센서는 상기 제2클램프블록에 장착되는 발광부 및 수광부와, 상기 제1클램프블록에 장착되는 반사부를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 플렉스플라인의 성능 시험 장치에 의하면, 하나의 장치로 플렉스플라인의 비틀림 강성, 반경방향 강성, 입력부의 변형량을 각각 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉스플라인의 성능 시험 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 플렉스플라인을 나타내는 사시도이다.
도 3은 하모닉 감속기의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 비틀림 강성 측정장치를 개략적으로 나타내는 일부 단면도이다.
도 5는 비틀림 강성 측정장치의 결합 구조를 나타내는 절개 사시도이다.
도 6은 입력부 변형량 측정장치를 나타내는 일부 사시도이다.
도 7은 입력부 변형량 측정장치를 나타내는 절개 사시도이다.
도 8은 입력부 변형량 측정장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 9는 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서가 설치된 것을 나타내는 개념도이다.
도 10은 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서 주위를 나타내는 일부 사시도이다.
도 11은 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서 주위를 나타내는 정면도(a) 및 측면도(b)이다.
도 12는 입력부 변형량 측정장치에서 2개의 1차원 변위센서가 동일한 위상의 위치에 나란히 배치된 것을 나타내는 정면도(a), 측면도(b), 변형량 그래프(c)이다.
도 13은 입력부 변형량 측정장치에서 2개의 1차원 변위센서가 90도 위상차를 갖는 위치에 배치된 것을 나타내는 정면도(a), 측면도(b), 변형량 그래프(c)이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 입력부 변형량 측정장치에서 변위측정센서로서 복수의 스트레인게이지가 설치된 것을 나타내는 개념도이다.
도 15는 복수의 스트레인게이지에 의해 측정된 변형량을 나타내는 그래프이다.
도 16은 지지대에 장착그루브를 구비하는 것을 나타내는 일부 사시도이다.
도 17은 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 사시도이다.
도 18은 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 상면도이다.
도 19는 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 플렉스플라인을 나타내는 사시도이다.
도 3은 하모닉 감속기의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 비틀림 강성 측정장치를 개략적으로 나타내는 일부 단면도이다.
도 5는 비틀림 강성 측정장치의 결합 구조를 나타내는 절개 사시도이다.
도 6은 입력부 변형량 측정장치를 나타내는 일부 사시도이다.
도 7은 입력부 변형량 측정장치를 나타내는 절개 사시도이다.
도 8은 입력부 변형량 측정장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
도 9는 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서가 설치된 것을 나타내는 개념도이다.
도 10은 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서 주위를 나타내는 일부 사시도이다.
도 11은 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서 주위를 나타내는 정면도(a) 및 측면도(b)이다.
도 12는 입력부 변형량 측정장치에서 2개의 1차원 변위센서가 동일한 위상의 위치에 나란히 배치된 것을 나타내는 정면도(a), 측면도(b), 변형량 그래프(c)이다.
도 13은 입력부 변형량 측정장치에서 2개의 1차원 변위센서가 90도 위상차를 갖는 위치에 배치된 것을 나타내는 정면도(a), 측면도(b), 변형량 그래프(c)이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 입력부 변형량 측정장치에서 변위측정센서로서 복수의 스트레인게이지가 설치된 것을 나타내는 개념도이다.
도 15는 복수의 스트레인게이지에 의해 측정된 변형량을 나타내는 그래프이다.
도 16은 지지대에 장착그루브를 구비하는 것을 나타내는 일부 사시도이다.
도 17은 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 사시도이다.
도 18은 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 상면도이다.
도 19는 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 정면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉스플라인의 성능 시험 장치를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉스플라인의 성능 시험 장치(100)는, 지지대(110)에 회전가능하게 장착된 입력측 회전축(130)을 회전시키는 구동모터(120), 입력측 회전축에 연결되는 입력부 감속기(140), 입력부 감속기에 의해 감속되는 입력측 회전축의 회전각도를 측정하는 입력부 엔코더(150), 입력측 회전축에 착탈가능하게 결합되는 출력측 회전축(131)의 회전각도를 측정하는 출력부 엔코더(160), 출력측 회전축의 토크를 측정하는 토크센서(170), 출력측 회전축에 연결되는 출력부 감속기(180), 출력측 회전축의 단부에 연결되는 브레이크(190), 입력측 회전축과 출력측 회전축 사이에 장착되어 플렉스플라인의 비틀림 강성을 측정하는 비틀림 강성 측정장치(200), 입력측 회전축에 의해 회전되는 웨이브제너레이터에 의해 변형되는 플렉스플라인의 입력부 변형량을 측정하는 입력부 변형량 측정장치(300), 및 지지대의 일측에 장착되고 플렉스플라인의 입력부 외주면에 반경방향으로 힘을 가함에 따라 입력부의 변형량을 측정하는 반경방향 강성 측정장치(400)를 포함한다.
지지대(110)는 소정 높이의 테이블 형태로 이루어지고, 하단에 복수의 바퀴를 포함할 수 있다.
구동모터(120)는 정역회전 가능한 서보모터이며, 모터 드라이버와 엔코더를 구비할 수 있다. 구동모터(120)에는 노이즈 필터를 거친 3상 220V 전원이 공급될 수 있다.
회전축(130)은 지지대(110)에 장착되는 복수의 지지베어링에 회전가능하게 장착되어 구동모터(120)에 의해 회전될 수 있다. 회전축은 입력측 회전축(130)과 출력측 회전축(131)이 비틀림 강성 측정장치(200)에서 선택적으로 축결합될 수 있다.
입력부 감속기(140)는 입력측 회전축(130)에 연결되어 구동모터(120)에 의해 회전되는 입력측 회전축(130)의 회전속도를 감속할 수 있다.
입력부 엔코더(150)는 입력부 감속기(140)를 지난 입력측 회전축(130)의 회전각도를 측정할 수 있다.
출력부 엔코더(160)는 입력측 회전축(130)에 축결합된 출력측 회전축(131)의 회전각도를 측정할 수 있다.
입력부 엔코더(150)와 출력부 엔코더(160)는 각각 회전축(130, 131)이 장착된 지지베어링에 장착될 수 있다.
토크센서(170)는 출력측 회전축(131)의 중간에 연결되어 출력측 회전축(131)의 토크를 측정할 수 있다. 토크센서(170)는 지지대(110)의 상면에 장착되는 지지브라켓에 의해 지지되도록 설치될 수 있다.
출력부 감속기(180)는 출력측 회전축(131)에 연결되어 출력측 회전축(131)의 회전속도를 감속할 수 있다.
브레이크(190)는 출력부 감속기(180)에 연결된 출력측 회전축(131)의 단부에 결합되어 출력측 회전축(131)의 회전을 정지시킬 수 있다.
브레이크(190)는 자성 분말을 작동 매체로 사용하는 파우더 브레이크인 것이 바람직하다. 파우더 브레이크는 응답 속도가 빠르고 미세하며 전달 토크를 가변할 수 있다. 또한, 파우더 성분이 Fe, Al, Cr 등의 합금 구상 분말이므로, 내열성, 내식성, 내마모성이 우수하다. 또한, 입력축 회전속도에 상관없이 출력축에 일정한 토크를 전달하고, 과부하시 슬립이 발생하므로 장치를 안전하게 보호할 수 있다.
파우더 브레이크는 냉각 방식에 따라 수냉식, 공랭식, 방열식, 팬 부착형 등이 있는데, 본 발명에서는 팬 부착형 파우더 브레이크를 사용할 수 있다.
비틀림 강성 측정장치(200)는 입력부 엔코더(150)와 출력부 엔코더(160) 사이의 회전축에 장착되어 플렉스플라인의 비틀림 강성을 측정할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 입력측 회전축(130)과 출력측 회전축(131)은 비틀림 강성 측정장치(200)에서 선택적으로 축결합될 수 있다.
입력부 변형량 측정장치(300)는 구동모터(120)와 입력부 감속기(140) 사이에 입력측 회전축(130)에 연결되도록 설치되어, 플렉스플라인의 입력부 변형량을 측정할 수 있다.
반경방향 강성 측정장치(400)는 회전축(130, 131)과 별도로 지지대(110)의 일측에 장착되고, 플렉스플라인의 입력부 외주면에 반경방향으로 힘을 가함에 따라 입력부의 반경방향 변형량을 측정할 수 있다.
도 2는 플렉스플라인을 나타내는 사시도이고, 도 3은 하모닉 감속기의 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 그리고, 도 4는 비틀림 강성 측정장치를 개략적으로 나타내는 일부 단면도이고, 도 5는 비틀림 강성 측정장치의 결합 구조를 나타내는 절개 사시도이다.
우선, 하모닉(harmonic) 감속기는 스트레인 웨이브(strain wave) 감속기라고도 하고, 기본적으로 웨이브제너레이터(wave generator), 플렉스플라인(flexspline) 및 서큘러스플라인(circular spline)을 포함한다. 웨이브제너레이터는 입력축이 연결되는 타원 형상의 캠 외주면에 볼베어링이 조립되고, 볼베어링 외륜에는 플렉스플라인이 억지끼움되어 결합된다. 플렉스플라인은 원형의 얇은 금속 탄성체로서 일측 외주면에 제1 치형(기어 톱니)이 형성되어 있고, 서큘러스플라인에는 플렉스플라인의 제1 치형에 대응하여 내주면에 제2 치형이 형성되어 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 플렉스플라인(20)은 원형관 형태로 형성되고 내부에 웨이브제너레이터(40)가 삽입되어 장착되는 입력부(21)와, 입력부의 단부에 반경방향으로 일체로 형성되는 원판형의 다이어프램부(23)와, 다이어프램부의 가장자리에 출력축이 결합되는 보스부(25)를 포함할 수 있다. 입력부(21)의 외주면 일측에는 서큘러스플라인(60)과 맞물리는 톱니부(22)가 형성되어 있다. 보스부(25)에는 다른 구조물에 결합하기 위한 복수의 체결공(27)이 형성될 수 있다.
플렉스플라인(20)은 내부에 장착되는 타원형의 웨이브제너레이터(40)가 회전함에 따라 플렉스플라인(20)의 입력부(21) 및 다이어프램부(23)가 변형될 수 있다. 웨이브제너레이터(40)는 장축과 단축을 가진 타원형으로 형성되고, 테두리부에 복수의 볼이 장착되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플렉스플라인(20)의 단면 부위는 웨이브제너레이터(40)의 장축이 지나갈 때 톱니부(22)의 반경이 증가하는 방향으로 변형될 수 있다. 이때, 플렉스플라인(20)의 몇개의 톱니가 서큘러스플라인(60)의 톱니에 맞물리게 됨으로써, 플렉스플라인(20)이 서큘러스플라인(60)을 감속된 속도로 회전시킬 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 비틀림 강성 측정장치(200)는 입력측 회전축(130)의 단부에 결합되어 웨이브제너레이터(40)가 장착되는 웨이브제너레이터 장착부(240)와, 입력측 회전축(130)의 단부에 결합되어 서큘러스플라인(60)이 장착되는 서큘러스플라인 장착부(250)와, 출력측 회전축(131)의 단부에 결합되어 플렉스플라인(20)이 장착되는 플렉스플라인 장착부(230)를 포함할 수 있다.
입력측 회전축(130)은 입력부 엔코더(150)의 단부 쪽에 복수의 볼베어링을 구비하는 제1지지베어링(210)에 회전가능하게 지지될 수 있다.
출력측 회전축(131)은 출력부 엔코더(160)의 단부 쪽에 복수의 볼베어링을 구비하는 제2지지베어링(220)에 회전가능하게 지지될 수 있다.
플렉스플라인 장착부(230)는 출력측 회전축(131)의 단부에 함께 회전되도록 결합되고, 일측면에 복수의 나사에 의해 플렉스플라인(20)이 장착될 수 있다.
웨이브제너레이터 장착부(240)는 입력측 회전축(130)의 단부에 함께 회전되도록 결합되고, 중심부에 웨이브제너레이터(40)가 장착될 수 있다.
서큘러스플라인 장착부(250)는 입력측 회전축(130)의 단부에 결합되어 서큘러스플라인(60)이 웨이브제너레이터(40)의 외측에 배치되도록 장착될 수 있다.
도 4의 개략도에서는 웨이브제너레이터 장착부(240)와 서큘러스플라인 장착부(250)가 일체로 형성되어 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이 웨이브제너레이터 장착부(240)와 서큘러스플라인 장착부(250)는 별도의 부재로 구성되어 서로 결합되는 것이 바람직하다.
웨이브제너레이터 장착부(240)와 서큘러스플라인 장착부(250)는 입력측 회전축(130)의 단부가 축방향으로 삽입되어 장착되는 축결합부에 복수의 나사에 의해 체결될 수 있다. 축결합부는 입력측 회전축(130)에 축방향으로 이동가능하기 때문에, 웨이브제너레이터 장착부(240)와 서큘러스플라인 장착부(250)에 웨이브제너레이터(40)와 서큘러스플라인(60)을 장착한 후 축결합부를 플렉스플라인 장착부(230) 쪽으로 이동하여 연결한 다음 축결합부를 입력측 회전축(130)에 나사로 고정할 수 있다.
비틀림 강성 측정장치(200)는 플렉스플라인(20)의 입력부(21)를 회전시키고 출력측 보스부(25)에 브레이크(190)를 통해 토크를 가하여 입력부 엔코더(150)와 출력부 엔코더(160)로 각각의 변위각을 측정함으로써 플렉스플라인의 비틀림 양을 측정할 수 있다.
구동모터(120)로 회전축(130)을 회전시키며 브레이크(190)를 작동할 수 있다. 그러면, 서큘러스플라인(60)이 회전되는 상태에서 브레이크(190)에 의해 회전되는 플렉스플라인(20)에 토크가 가해진다. 이때, 입력부 엔코더(150)와 출력부 엔코더(160)로 입력측 회전축(130)과 출력측 회전축(131)의 각 회전 변위각의 차이를 측정함으로써 서큘러스플라인(60)에 맞물려 있는 플렉스플라인(20)의 상대적인 비틀림 회전각을 측정할 수 있다.
아울러, 서큘러스플라인(60)에 대해 플렉스플라인(20)에 상대적으로 다른 토크를 가할 수 있다면, 서큘러스플라인(60)과 플렉스플라인(20) 중 정지되는 것과 회전되는 것이 서로 바뀔 수도 있고, 둘다 회전되되 상대적인 회전속도를 다르게 하여 비틀림 강성을 측정할 수도 있다. 즉, 서큘러스플라인(60)이 회전되고 플렉스플라인(20)을 브레이크(190)로 감속하면서 상대적인 회전속도를 달리함으로써 상대적인 비틀림 회전각을 측정할 수도 있다.
도 6은 입력부 변형량 측정장치를 나타내는 일부 사시도이고, 도 7은 입력부 변형량 측정장치를 나타내는 절개 사시도이며, 도 8은 입력부 변형량 측정장치의 일부를 나타내는 단면도이다.
입력부 변형량 측정장치(300)는 입력측 회전축(130)의 일측에 배치되어 입력측 회전축에 의해 회전되고 웨이브제너레이터(40)가 장착되는 웨이브제너레이터 회전축(330)과, 웨이브제너레이터 회전축을 회전가능하게 지지하고 웨이브제너레이터 주위에 플렉스플라인(20)을 장착하여 고정하는 장착브라켓(320)과, 웨이브제너레이터(40)가 회전됨에 따라 변형되는 플렉스플라인(20)의 변형량을 측정하는 변위측정센서(380)를 포함할 수 있다.
장착브라켓(320)은 지지대(110)에 복수의 나사에 의해 체결되어 장착되고, 입력측 회전축(130)과 웨이브제너레이터 회전축(330)을 각각 베어링 지지할 수 있다. 이를 위해, 장착브라켓(320)은 웨이브제너레이터 회전축(330)을 지지하는 베어링(360)과 입력측 회전축(130)을 지지하는 베어링을 각각 구비할 수 있다.
웨이브제너레이터 회전축(330)은 장착브라켓(320)의 상부 회전축공에 구비된 베어링(360)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 웨이브제너레이터 회전축(330)은 입력측 회전축(130)과의 사이에 기어 트레인 또는 벨트와 같은 동력전달장치에 의해 연결되어 입력측 회전축(130)에 의해 회전될 수 있다.
변위측정센서(380)는 장착브라켓(320)에 결합되어 고정되는 플렉스플라인(20)의 근처에 설치되어 웨이브제너레이터(40)가 회전됨에 따라 변형되는 플렉스플라인(20)의 변형량을 측정할 수 있다. 웨이브제너레이터(40)는 웨이브제너레이터 회전축(330)에 결합되어 회전됨으로써, 고정된 플렉스플라인(20)을 탄성적으로 변형시킨다. 변위측정센서(380)는 플렉스플라인(20)에서 인접한 위치에 설치되거나 접촉하도록 설치되어 플렉스플라인(20)의 주기적인 변형량을 실시간 측정할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 구동모터(120)의 구동축은 회전축(130)과 커플링(310)에 의해 축결합될 수 있다.
입력부 변형량 측정장치(300)는 입력측 회전축(130)에 장착되는 클러치(340)와, 클러치(340)와 웨이브제너레이터 회전축(330) 사이에 연결되는 타이밍벨트(350)와, 지지대(110)에 장착되고 변위측정센서(380)가 설치되는 센서브라켓(370)을 더 포함할 수 있다.
클러치(340)는 일측이 입력측 회전축(130)에 결합되어 함께 회전되도록 장착되고, 클러치(340)의 타측에는 타이밍벨트(350)가 장착되는 풀리가 구비될 수 있다. 클러치(340)의 타측이 일측에 결합되면, 그 풀리가 회전축(130)과 함께 회전될 수 있다.
웨이브제너레이터 회전축(330)에도 타이밍벨트(350)가 장착되는 풀리가 구비될 수 있다. 클러치(340)의 풀리와 웨이브제너레이터 회전축(330)의 풀리 사이에 타이밍벨트(350)가 연결된다. 클러치(340)의 풀리는 웨이브제너레이터 회전축(330)의 풀리보다 외경이 크게 형성됨으로써, 웨이브제너레이터 회전축(330)이 회전축(130)보다 더 빨리 회전될 수 있다.
센서브라켓(370)은 지지대(110)의 상면에 나사 체결되어 장착되고, 플렉스플라인(20)의 위까지 연장되도록 배치될 수 있다. 이 센서브라켓(370)에 변위측정센서(380)로서 복수의 변위센서가 장착되거나, 후술하는 바와 같이 복수의 스트레인게이지(390)로부터 연결되는 전선이 배치될 수 있다.
도 9는 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서가 설치된 것을 나타내는 개념도이고, 도 10은 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서 주위를 나타내는 일부 사시도이며, 도 11은 입력부 변형량 측정장치에서 1차원 변위센서 주위를 나타내는 정면도(a) 및 측면도(b)이고, 도 12는 입력부 변형량 측정장치에서 2개의 1차원 변위센서가 동일한 위상의 위치에 나란히 배치된 것을 나타내는 정면도(a), 측면도(b), 변형량 그래프(c)이며, 도 13은 입력부 변형량 측정장치에서 2개의 1차원 변위센서가 90도 위상차를 갖는 위치에 배치된 것을 나타내는 정면도(a), 측면도(b), 변형량 그래프(c)이다.
변위측정센서(380)는 원형관 형태의 입력부(21) 외측에 배치되는 2개 이상의 1차원 변위센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 1차원 변위센서는 입력부(21) 외주면에서 다이어프램부(23)에 가까운 지점의 변위를 측정하는 제1변위센서(381)와, 톱니부(22) 부위의 변위를 측정하는 제2변위센서(382)로 구성될 수 있다.
도 9 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 1차원 변위센서는 2개 이상의 비접촉식 변위센서로 구성될 수 있다. 비접촉식 변위센서는 물체에 빛을 조사하고 반사되어 빛을 수광하여 물체까지의 거리를 측정하는 광센서이거나, 프로브에 근접한 위치에서 물체가 이동하면 그 주변에 형성된 전류의 크기가 변하는 것을 측정하여 근접 거리를 측정하는 와전류 변위센서(GAP-센서)일 수 있다. 제1변위센서(381)는 입력부(21) 외주면에서 다이어프램부(23)에 가까운 부위의 반경방향 변형량을 측정하고, 제2변위센서(382)는 톱니부(22) 부위의 반경방향 변형량을 측정하도록 설치될 수 있다.
아울러, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1변위센서(381)와 제2변위센서(382)는 각각 직육면체 형태의 외관을 갖도록 구성되고 발광부와 수광부를 포함할 수 있다. 각 변위센서의 표면에서 발광부와 수광부는 동일한 위치에 겹치도록 배치될 수 없기 때문에, 각 변위센서는 길쭉한 직육면체 형태로 형성될 수 있다.
또한, 플렉스플라인(20)의 입력부(21) 크기에 비해 변위센서의 크기가 상대적으로 더 크기 때문에, 제1변위센서(381)는 플렉스플라인(20)의 입력부(21) 외측에 원주방향으로 길게 배치되고, 제2변위센서(382)는 플렉스플라인(20)의 입력부(21) 외측에 축방향으로 길게 배치될 수 있다. 그리고, 발광부에서 발광되는 광선과 수광부에 수광되는 광선 중 적어도 하나는 그 표면에 대해 수직으로 배치되지 않고 경사지게 배치될 수 있다. 이러한 배치 구조에 의해 플렉스플라인(20)의 입력부(21)의 가까운 두 지점의 변형량을 상대적으로 큰 2개의 1차원 변위센서로 측정할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 제1변위센서(381)와 제2변위센서(382)는 플렉스플라인(20)의 입력부(21) 외측에 원주방향으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 제1변위센서(381)가 측정하는 변형량 곡선은 사인 곡선을 따르고, 제2변위센서(382)가 측정하는 변형량 곡선은 사인 곡선을 뒤집은 곡선을 따를 수 있다. 두 변형량 곡선은 180도 위상차를 가질 수 있고, 제1변위센서(381)가 측정하는 변형량보다 제2변위센서(382)가 측정하는 변형량이 더 크게 형성될 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 제1변위센서(381)와 제2변위센서(382)는 플렉스플라인(20)의 입력부(21) 외측에 원주방향으로 90도 간격으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 배치하는 경우, 플렉스플라인(20)의 입력부(21)보다 상대적으로 큰 두 변위센서를 크기에 구애받지 않고 설치할 수 있다. 제1변위센서(381)가 측정하는 변형량 곡선은 사인 곡선을 따르고, 제2변위센서(382)가 측정하는 변형량 곡선도 최대값이 더 큰 사인 곡선을 따를 수 있다.
도 14는 다른 실시예에 따른 입력부 변형량 측정장치에서 변위측정센서로서 복수의 스트레인게이지가 설치된 것을 나타내는 개념도이고, 도 15는 복수의 스트레인게이지에 의해 측정된 변형량을 나타내는 그래프이다.
다른 실시예에서 변위측정센서는 플렉스플라인(20)의 다이어프램부(23)에 부착되는 복수의 스트레인게이지(390)로 구성될 수 있다. 복수의 스트레인게이지(390)는 입력부(21)의 외주면이 아니라 다이어프램부(23)의 표면에 입력부(21)에 가까운 위치에 부착될 수 있다. 웨이브제너레이터(40)가 회전함에 따라 플렉스플라인(20)은 주로 입력부(21)가 변형되지만 다이어프램부(23)도 함께 변형되므로, 복수의 스트레인게이지(390)가 다이어프램부(23)의 변형량을 측정함으로써 플렉스플라인(20)의 변형량을 평가할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 복수의 스트레인게이지(390)는 다이어프램부(23)의 표면에 원주방향으로 배치되는 제1스트레인게이지(391)와, 원주방향과 반경방향 사이의 각도로 비스듬히 배치되는 제2스트레인게이지(392)와, 반경방향으로 배치되는 제3스트레인게이지(393)를 포함할 수 있다. 플렉스플라인(20)이 변형될 때 다이어프램부(23)의 변형량을 원주방향, 45도방향, 반경방향의 3방향으로 측정함으로써, 플렉스플라인(20)의 3차원 변형량을 추정할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 각 스트레인게이지(390)에서 측정되는 변형량은 시간이 지남에 따라 다이어프램부(23)의 스트레인은 삼각함수를 따라 변화된다. 원주방향의 제1스트레인게이지(391)가 측정하는 변형량은 그 진폭이 가장 작고, 45도방향의 제2스트레인게이지(392)가 측정하는 변형량은 그 진폭이 400 정도로 크며, 반경방향의 제3스트레인게이지(393)가 측정하는 변형량은 그 진폭이 600 정도로 가장 크다.
본 발명의 변위측정센서는 상술한 바와 같이 2개의 1차원 변위센서 또는 3개의 스트레인게이지 중 한 가지로 구성되거나 하나의 2차원 변위센서로 구성될 수도 있다. 2차원 변위센서는 소정 면적 내부의 변형량을 동시에 측정할 수 있다. 한편, 2차원 변위센서와 스트레인게이지를 동시에 구비하거나, 1차원 변위센서와 스트레인게이지를 동시에 구비할 수도 있다. 2차원 변위센서는 직선상의 변형량 전체를 동시에 정확히 측정할 수 있으나, 센서가 상당히 고가이다. 1차원 변위센서는 저가이지만, 특정 지점의 변형량을 측정할 뿐 연속적인 직선 영역을 동시에 측정할 수 없다. 스트레인게이지는 측정 대상에 접착제로 부착하고 전선을 연결해야 하고, 입력부의 실제적인 변형량을 측정하는 것이 아니라 다이어프램부의 변형률을 측정함으로써 입력부의 반경방향 변형량을 추정할 수 있을 뿐이다. 전체적으로 2차원 변위센서와 스트레인게이지를 동시에 구비하는 구성이 성능 측면에서 가장 효과적이지만, 비용과 시험 장치의 실제적인 구현을 고려하면 2개의 1차원 변위센서로 구성하는 것이 적절하다.
도 16은 지지대에 장착그루브를 구비하는 것을 나타내는 일부 사시도이다.
지지대(110)의 상면에는 단면이 사각형으로 형성된 두 쌍의 장착홈(115)이 길이방향으로 길게 형성될 수 있다. 장착홈(115)은 그보다 작은 폭을 가진 개구부(117)를 통해 지지대(110)의 상면으로 개구되도록 형성될 수 있다. 이러한 복수의 장착홈(115)에 상기한 지지베어링(210, 220), 장착브라켓(320), 센서브라켓(370) 등을 매우 쉽게 장착할 수 있다.
도 17은 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 사시도이고, 도 18은 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 상면도이며, 도 19는 반경방향 강성 측정장치를 나타내는 정면도이다.
반경방향 강성 측정장치(400)는 지지대(110)에 장착되는 베이스플레이트(410), 베이스플레이트에 고정되어 플렉스플라인(20)이 결합되는 고정지그(415), 베이스플레이트에 고정된 한 쌍의 슬라이드레일(420)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 제1슬라이드부재(430)와 제2슬라이드부재(440), 제1슬라이드부재와 제2슬라이드부재에 결합되는 제1클램프(470)와 제2클램프(480), 제1클램프의 관통홀(476)을 통과하고 제2클램프의 나사홀(486)에 체결되는 리드스크류(460), 리드스크류의 일단부에 결합되어 리드스크류를 회전시키는 핸들(455), 제1클램프와 제2클램프의 마주보는 내측에 구비되는 제1힘센서(475)와 제2힘센서(485), 및 제1클램프와 제2클램프에 장착되어 플렉스플라인의 반경방향 변형량을 측정하는 거리센서(490)를 포함할 수 있다.
베이스플레이트(410)에는 복수의 체결홀이 관통 형성되어 복수의 나사에 의해 지지대(110)에 체결할 수 있다.
고정지그(415)와 한 쌍의 슬라이드레일(420)은 평판 형태의 베이스플레이트(410)에 각각 복수의 볼트에 의해 체결되어 고정될 수 있다. 이를 위해, 베이스플레이트(410)와 고정지그(415)와 한 쌍의 슬라이드레일(420)에는 볼트 체결을 위한 복수의 체결공이 형성될 수 있다.
고정지그(415)는 평판 형태의 브라켓의 정면에 원기둥 형태의 지그가 복수의 나사에 의해 결합되는 구조로 이루어질 수 있다. 고정지그(415)의 원형 정면에는 플렉스플라인(20)의 체결공(27)들에 대응하는 체결공들이 형성되어 있다.
한 쌍의 슬라이드레일(420)은 베이스플레이트(410)에 서로 소정 간격으로 평행하게 장착될 수 있다. 슬라이드레일(420)은 상하방향으로 복수의 관통공이 형성되어 복수의 볼트에 의해 베이스플레이트(410)에 체결될 수 있다. 슬라이드레일(420)의 양단부에는 슬라이딩 한계를 설정하는 스토퍼가 베이스플레이트(410)에 복수의 볼트에 의해 체결될 수 있다. 슬라이드레일(420)의 양측면에는 한 쌍의 가이드홈이 형성되어, 이에 장착되는 슬라이드부재들이 상하방향으로 움직이지 않고 길이방향으로만 슬라이딩하도록 할 수 있다.
제1슬라이드부재(430)와 제2슬라이드부재(440)는 한 쌍의 슬라이드레일(420)에 각각 걸쳐서 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다. 제1슬라이드부재(430)와 제2슬라이드부재(440)는 각각 한 쌍의 슬라이드레일(420)에 수직으로 배치되어 슬라이딩될 수 있다. 제1슬라이드부재(430)와 제2슬라이드부재(440)의 하부에는 각각 슬라이드레일(420)의 한 쌍의 가이드홈에 대응하는 한 쌍의 슬라이더가 형성되어 슬라이드레일(420)의 길이방향으로만 슬라이딩될 수 있다.
제1슬라이드부재(430)의 상면에는 제1클램프(470)가 장착되고, 제2슬라이드부재(440)의 상면에는 제2클램프(480)가 장착될 수 있다. 제1클램프(470)에는 리드스크류(460)가 통과하는 관통홀(476)이 형성되고, 제2클램프(480)에는 리드스크류(460)와 나사 결합되는 나사홀(486)이 형성될 수 있다.
리드스크류(460)는 제1클램프(470)의 관통홀(476)을 통과하고, 제2클램프(480)의 나사홀(486)에 체결될 수 있다. 리드스크류(460)는 관통홀(476)을 단순히 통과하기 때문에, 제1클램프(470)는 리드스크류(460)의 회전에 의해 바로 움직이지 않는다. 반면에, 리드스크류(460)는 나사홀(486)에 나사 결합되기 때문에, 리드스크류(460)의 회전에 의해 바로 움직일 수 있다.
핸들(455)은 리드스크류(460)의 일단부에 결합되어 리드스크류(460)를 회전시킬 수 있다. 핸들(455)은 손으로 회전시키기 쉽도록 바퀴부와 손잡이부를 포함할 수 있다.
반경방향 강성 측정장치(400)는 한 쌍의 슬라이드레일(420)에 장착되고 리드스크류(460)의 일단부가 회전가능하게 장착되며 핸들(455)에 연결된 핸들축(456)이 회전가능하게 장착되는 핸들슬라이드블록(450)과, 핸들축에 구비되는 웜(457)과, 리드스크류의 단부에 결합되는 웜기어(458)를 더 포함할 수 있다.
핸들슬라이드블록(450)은 한 쌍의 슬라이드레일(420)에 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다. 핸들슬라이드블록(450)의 상부에는 리드스크류(460)의 일단부를 선택적으로 조여서 장착할 수 있는 리드스크류 장착부(453)가 구비될 수 있다. 리드스크류 장착부(453)에는 리드스크류(460)를 수직방향으로 조일 수 있는 장착레버(454)를 구비할 수 있다. 장착레버(454)는 손으로 쉽게 돌릴 수 있는 형태로 이루어질 수 있다.
핸들슬라이드블록(450)의 상면에는 핸들(455)에 의해 회전되는 핸들축(456)이 회전가능하게 장착된다. 핸들축(456)의 외주면에는 웜(457)이 구비되어 리드스크류(460)의 단부에 결합되는 웜기어(458)를 회전시킬 수 있다. 그래서, 핸들(455)을 돌려 웜(457) 및 웜기어(458)를 통해 리드스크류(460)를 회전시킬 수 있다.
리드스크류(460)의 타단부는 제1슬라이드부재(430)의 상면에 장착된 베어링블록(143)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 베어링블록(143)은 리드스크류(460)를 회전가능하게 지지하되, 리드스크류(460)를 그 길이방향으로 움직이지 않도록 지지할 수 있다.
제1힘센서(475)는 제1클램프(470)의 연장된 상단부에 구비되고, 제2힘센서(485)는 제2클램프(480)의 연장된 상단부에 구비될 수 있다. 제1힘센서(475)와 제2힘센서(485)는 제1클램프(470)와 제2클램프(480)의 마주보는 내측에 배치될 수 있다.
제1클램프(470)는 제1슬라이드부재(430)에 고정되는 제1클램프블록(472)과, 제1클램프블록의 일측면에서 연장되는 제1클램프바(474)를 포함하고, 제2클램프(480)는 제2슬라이드부재(440)에 고정되는 제2클램프블록(482)과, 제2클램프블록의 일측면에서 연장되는 제2클램프바(484)를 포함할 수 있다.
제1클램프바(474)는 제1클램프블록(472)의 일측면에서 플렉스플라인(20)의 중심을 향해 연장되는 바 형태로 형성될 수 있다. 제1힘센서(475)는 제1클램프바(474)의 일측에 장착될 수 있다.
제2클램프바(484)는 제2클램프블록(482)의 일측면에서 플렉스플라인(20)의 중심을 향해 연장되는 바 형태로 형성될 수 있다. 제2힘센서(485)는 제2클램프바(484)의 일측에 장착될 수 있다.
제1힘센서(475)는 제1클램프블록(472)과 제1클램프바(474)의 연결부에 구비되는 로드셀로 구성될 수 있고, 제2힘센서(485)는 제2클램프블록(482)과 제2클램프바(484)의 연결부에 구비되는 로드셀로 구성될 수 있다. 스트레인게이지(Strain Gage)식 로드셀에 힘을 가하면 스트레인게이지가 변형함에 따라 스트레인게이지의 저항값이 변화한다. 로드셀의 전원단자에 전압을 가하면 출력단자에서 스트레인게이지의 저항값 변화에 비례하는 전압이 출력될 수 있다. 로드셀은 이러한 원리로 힘을 전기신호로 변환할 수 있다.
거리센서(490)는 제1슬라이드부재(430)와 제2슬라이드부재(440)에 장착되어 플렉스플라인(20)의 반경방향 변형량을 측정할 수 있다. 거리센서(490)는 레이저를 발광하여 반사되어 오는 레이저를 수광하여 반사체와의 거리를 측정하는 레이저 거리센서일 수 있다.
거리센서(490)는 제2클램프블록(482)에 장착되는 발광부 및 수광부(492)와, 제1클램프블록(472)에 장착되는 반사부(494)를 포함할 수 있다. 발광부 및 수광부(492)는 레이저를 방사하고 반사부(494)에 반사되어 돌아오는 레이저를 수광할 때 그 시간을 측정하여 거리를 계산할 수 있다.
반사부(494)는 제1클램프블록(472)의 일측면에서 수직으로 연장되는 바 형태로 형성될 수 있다. 거리센서(490)는 제1힘센서(475)와 제2힘센서(485)가 플렉스플라인(20)의 양측벽에 접촉한 이후부터 플렉스플라인(20)을 변형시킬 때, 발광부 및 수광부(492)와 반사부(494) 사이의 거리를 실시간으로 측정함으로써 그 변화량을 측정할 수 있다.
본 발명의 플렉스플라인의 반경방향 강성 측정장치(400)의 작동 관계를 설명한다.
우선, 플렉스플라인(20)을 복수의 나사에 의해 고정지그(415)에 고정한다. 이때, 제1클램프(470)와 제2클램프(480)는 플렉스플라인(20)의 양측벽에서 소정 거리 이격되도록 배치될 수 있다.
다음에, 핸들(455)을 돌려 리드스크류(460)를 회전시키면, 제2클램프(480)가 플렉스플라인(20) 쪽으로 이동되어 제2클램프바(484)가 플렉스플라인(20)의 일측벽에 접촉될 수 있다. 계속해서 핸들(455)을 돌려 리드스크류(460)를 회전시키면, 제2클램프바(484)가 플렉스플라인(20)의 일측벽에 지지되어 있기 때문에, 상대적으로 리드스크류(460)가 제1클램프(470)를 플렉스플라인(20) 쪽으로 이동시켜 제1클램프바(474)가 플렉스플라인(20)의 타측벽에 접촉될 수 있다. 이렇게 제2클램프바(484)와 제1클램프바(474)가 플렉스플라인(20)의 양측벽에 접촉하되, 제1힘센서(475)와 제2힘센서(485)에서 측정되는 힘이 제로로 되도록, 제2클램프(480)와 제1클램프(470)를 초기 위치로 세팅할 수 있다.
핸들(455)을 돌려 리드스크류(460)를 회전시켜서 제1힘센서(475)와 제2힘센서(485)가 플렉스플라인(20)의 양측벽에 접촉하여 플렉스플라인(20)을 변형하기 시작하면, 제1힘센서(475)와 제2힘센서(485)가 각각 플렉스플라인(20)에 반경방향으로 가하는 힘을 실시간 측정할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
20: 플렉스플라인
21: 입력부
22: 톱니부 23: 다이어프램부
25: 보스부 27: 체결공
40: 웨이브제너레이터 60: 서큘러스플라인
100: 플렉스플라인의 성능 시험 장치
110: 지지대 115: 장착홈
117: 개구부 120: 구동모터
130: 입력측 회전축 131: 출력측 회전축
140: 입력부 감속기 150: 입력부 엔코더
160: 출력부 엔코더 170: 토크센서
180: 출력부 감속기 190: 브레이크
200: 비틀림 강성 측정장치
210: 제1지지베어링 220: 제2지지베어링
230: 플렉스플라인 장착부 240: 웨이브제너레이터 장착부
250: 서큘러스플라인 장착부
300: 입력부 변형량 측정장치
310: 커플링 320: 장착브라켓
330: 웨이브제너레이터 회전축 340: 클러치
350: 타이밍벨트 360: 베어링
370: 센서브라켓 380: 변위측정센서
381: 제1변위센서 382: 제2변위센서
390: 스트레인게이지 391: 제1스트레인게이지
392: 제2스트레인게이지 393: 제3스트레인게이지
400: 반경방향 강성 측정장치
410: 베이스플레이트 415: 고정지그
420: 슬라이드레일 430: 제1슬라이드부재
433: 베어링블록 440: 제2슬라이드부재
450: 핸들슬라이드블록 453: 리드스크류 장착부
454: 장착레버 455: 핸들
456: 핸들축 457: 웜
458: 웜기어 460: 리드스크류
470: 제1클램프 472: 제1클램프블록
474: 제1클램프바 475: 제1힘센서
476: 관통홀 480: 제2클램프
482: 제2클램프블록 484: 제2클램프바
485: 제2힘센서 486: 나사홀
490: 거리센서 492: 발광부 및 수광부
494: 반사부
22: 톱니부 23: 다이어프램부
25: 보스부 27: 체결공
40: 웨이브제너레이터 60: 서큘러스플라인
100: 플렉스플라인의 성능 시험 장치
110: 지지대 115: 장착홈
117: 개구부 120: 구동모터
130: 입력측 회전축 131: 출력측 회전축
140: 입력부 감속기 150: 입력부 엔코더
160: 출력부 엔코더 170: 토크센서
180: 출력부 감속기 190: 브레이크
200: 비틀림 강성 측정장치
210: 제1지지베어링 220: 제2지지베어링
230: 플렉스플라인 장착부 240: 웨이브제너레이터 장착부
250: 서큘러스플라인 장착부
300: 입력부 변형량 측정장치
310: 커플링 320: 장착브라켓
330: 웨이브제너레이터 회전축 340: 클러치
350: 타이밍벨트 360: 베어링
370: 센서브라켓 380: 변위측정센서
381: 제1변위센서 382: 제2변위센서
390: 스트레인게이지 391: 제1스트레인게이지
392: 제2스트레인게이지 393: 제3스트레인게이지
400: 반경방향 강성 측정장치
410: 베이스플레이트 415: 고정지그
420: 슬라이드레일 430: 제1슬라이드부재
433: 베어링블록 440: 제2슬라이드부재
450: 핸들슬라이드블록 453: 리드스크류 장착부
454: 장착레버 455: 핸들
456: 핸들축 457: 웜
458: 웜기어 460: 리드스크류
470: 제1클램프 472: 제1클램프블록
474: 제1클램프바 475: 제1힘센서
476: 관통홀 480: 제2클램프
482: 제2클램프블록 484: 제2클램프바
485: 제2힘센서 486: 나사홀
490: 거리센서 492: 발광부 및 수광부
494: 반사부
Claims (17)
- 지지대에 회전가능하게 장착된 입력측 회전축을 회전시키는 구동모터;
상기 입력측 회전축에 연결되는 입력부 감속기;
상기 입력부 감속기에 의해 감속되는 입력측 회전축의 회전각도를 측정하는 입력부 엔코더;
상기 입력측 회전축에 착탈가능하게 결합되는 출력측 회전축의 회전각도를 측정하는 출력부 엔코더;
상기 출력측 회전축의 토크를 측정하는 토크센서;
상기 출력측 회전축에 연결되는 출력부 감속기;
상기 출력측 회전축의 단부에 연결되는 브레이크;
상기 입력측 회전축과 상기 출력측 회전축 사이에 장착되어 플렉스플라인의 비틀림 강성을 측정하는 비틀림 강성 측정장치;
상기 입력측 회전축에 의해 회전되는 웨이브제너레이터에 의해 변형되는 플렉스플라인의 입력부 변형량을 측정하는 입력부 변형량 측정장치; 및
상기 지지대의 일측에 장착되고 플렉스플라인의 입력부 외주면에 반경방향으로 힘을 가함에 따라 상기 입력부의 변형량을 측정하는 반경방향 강성 측정장치를 포함하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제1항에 있어서,
상기 브레이크는 자성 분말을 작동 매체로 사용하는 파우더 브레이크인 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제1항에 있어서,
상기 비틀림 강성 측정장치는
상기 입력측 회전축의 단부에 결합되어 웨이브제너레이터가 장착되는 웨이브제너레이터 장착부와,
상기 입력측 회전축의 단부에 결합되어 서큘러스플라인이 장착되는 서큘러스플라인 장착부와,
상기 출력측 회전축의 단부에 결합되어 플렉스플라인이 장착되는 플렉스플라인 장착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제3항에 있어서,
상기 비틀림 강성 측정장치는 상기 플렉스플라인의 입력부를 회전시키면서 상기 브레이크를 통해 출력측 보스부에 토크를 가하여 상기 입력부 엔코더와 출력부 엔코더로 각각의 변위각을 측정함으로써 플렉스플라인의 비틀림 양을 측정하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제1항에 있어서,
상기 입력부 변형량 측정장치는
상기 입력측 회전축의 일측에 배치되어 입력측 회전축에 의해 회전되고 웨이브제너레이터가 장착되는 웨이브제너레이터 회전축과,
상기 웨이브제너레이터 회전축을 회전가능하게 지지하고 상기 웨이브제너레이터 주위에 플렉스플라인을 장착하여 고정하는 장착브라켓과,
상기 웨이브제너레이터가 회전됨에 따라 변형되는 플렉스플라인의 변형량을 측정하는 변위측정센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제5항에 있어서,
상기 입력부 변형량 측정장치는
상기 입력측 회전축에 장착되는 클러치와,
상기 클러치와 상기 웨이브제너레이터 회전축 사이에 연결되는 타이밍벨트와,
상기 지지대에 장착되고 상기 변위측정센서가 설치되는 센서브라켓을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제6항에 있어서,
상기 변위측정센서는 원형관 형태의 입력부 외측에 배치되는 2개 이상의 1차원 변위센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제7항에 있어서,
상기 1차원 변위센서는 비접촉식 변위센서인 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제7항에 있어서,
상기 2개 이상의 1차원 변위센서는 상기 원형관 형태의 입력부에서 상기 플렉스플라인의 다이어프램부에 가까운 부위와, 상기 입력부의 톱니부 부위의 변형량을 측정하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제6항에 있어서,
상기 변위측정센서는 상기 플렉스플라인의 다이어프램부에 부착되는 복수의 스트레인게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제10항에 있어서,
상기 복수의 스트레인게이지는 상기 다이어프램부의 표면에 원주방향으로 배치되는 제1스트레인게이지와, 원주방향과 반경방향 사이의 각도로 비스듬히 배치되는 제2스트레인게이지와, 반경방향으로 배치되는 제3스트레인게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제1항에 있어서,
상기 반경방향 강성 측정장치는
상기 지지대에 장착되는 베이스플레이트;
상기 베이스플레이트에 고정되어 플렉스플라인이 결합되는 고정지그;
상기 베이스플레이트에 고정된 한 쌍의 슬라이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 제1슬라이드부재와 제2슬라이드부재;
상기 제1슬라이드부재와 제2슬라이드부재에 결합되는 제1클램프와 제2클램프;
상기 제1클램프의 관통홀을 통과하고 상기 제2클램프의 나사홀에 체결되는 리드스크류;
상기 리드스크류의 일단부에 결합되어 리드스크류를 회전시키는 핸들;
상기 제1클램프와 상기 제2클램프의 마주보는 내측에 구비되는 제1힘센서와 제2힘센서; 및
상기 제1클램프와 제2클램프에 장착되어 상기 플렉스플라인의 반경방향 변형량을 측정하는 거리센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제12항에 있어서,
상기 반경방향 강성 측정장치는
상기 한 쌍의 슬라이드레일에 장착되고 상기 리드스크류의 일단부가 회전가능하게 장착되며 상기 핸들에 연결된 핸들축이 회전가능하게 장착되는 핸들슬라이드블록과,
상기 핸들축에 구비되는 웜과,
상기 리드스크류의 단부에 결합되는 웜기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제12항에 있어서,
상기 반경방향 강성 측정장치는 상기 제1슬라이드부재에 장착되어 상기 리드스크류의 타단부를 회전가능하게 지지하는 베어링블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제14항에 있어서,
상기 제1클램프는 상기 제1슬라이드부재에 고정되는 제1클램프블록과, 상기 제1클램프블록의 일측면에서 연장되는 제1클램프바를 포함하고,
상기 제2클램프는 상기 제2슬라이드부재에 고정되는 제2클램프블록과, 상기 제2클램프블록의 일측면에서 연장되는 제2클램프바를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 성능 시험 장치. - 제15항에 있어서,
상기 제1힘센서는 상기 제1클램프블록과 제1클램프바의 연결부에 구비되는 로드셀로 구성되고,
상기 제2힘센서는 상기 제2클램프블록과 제2클램프바의 연결부에 구비되는 로드셀로 구성되는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 반경방향 강성 시험 장치. - 제15항에 있어서,
상기 거리센서는 상기 제2클램프블록에 장착되는 발광부 및 수광부와, 상기 제1클램프블록에 장착되는 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉스플라인의 반경방향 강성 시험 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210059230A KR102608140B1 (ko) | 2021-05-07 | 2021-05-07 | 플렉스플라인의 성능 시험 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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- 2021-05-07 KR KR1020210059230A patent/KR102608140B1/ko active IP Right Grant
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