KR20230011017A

KR20230011017A - 제동디스크의 마모 프로파일 측정시스템

Info

Publication number: KR20230011017A
Application number: KR1020210091538A
Authority: KR
Inventors: 김민수; 최돈범
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-20

Abstract

제동디스크의 마모 프로파일 측정시스템은 베이스 프레임, 수직 프레임, 이송 프레임, 이송모듈 및 센서부를 포함한다. 상기 수직 프레임은 상기 베이스 프레임에 수직으로 위치하는 연결 프레임, 및 상기 연결 프레임으로부터 서로 평행하게 연장되어 중앙에 고정공간을 형성하는 상부 및 하부 프레임들을 포함한다. 상기 이송 프레임은 상기 상부 및 하부 프레임들 상에서 이송되는 상부 및 하부 이송프레임들, 및 상기 상부 및 하부 이송프레임들을 연결하는 중앙 프레임을 포함한다. 상기 이송모듈은 상기 이송 프레임에 이송력을 제공한다. 상기 센서부는 상기 상부 및 하부 이송프레임들 중 적어도 하나에 고정되어, 시험편의 표면까지의 거리를 측정한다.

Description

제동디스크의 마모 프로파일 측정시스템{MEASUREMENT SYSTEM FOR ABRASION PROFILE OF BRAKE DISK}

본 발명은 마모 프로파일 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉 방식으로 제동디스크와 같은 시험편에 대한 마모 프로파일을 측정하되, 한 쌍의 센서들에 대한 정렬 보정을 통해 초기 위치 오차의 보정이 가능하여 보다 정확한 마모 프로파일의 측정이 가능한 제동디스크의 마모 프로파일 측정시스템에 관한 것이다.

일반적으로 제동디스크는 마찰재와의 마찰을 통해 차량의 속도를 감속시키거나 정지시키는 역할을 수행하는데, 이러한 제동과정에서 제동디스크의 마찰면은 마모가 발생하고 시간의 경과에 따라 마찰면의 불균일에 의해 제동디스크의 표면에 대한 삭정작업이 수행되고 있다. 또한, 제동디스크의 마모량은 소정 기준값 이내로 유지되도록 별도의 규정이 마련되고 있다.

종래에는 이러한 제동디스크의 마모량 측정의 경우, 외경용 마이크로미터 등을 이용하여 시험 전후 동일한 지점에서 마모량을 측정하는 것이 일반적인데, 이러한 측정의 경우, 제동디스크 표면의 편마모에 의해 측정위치에 따라 마모량이 상이하게 측정되는 문제가 있었다.

즉, 제동디스크의 측정 시 측정위치 선정 및 측정방법에 따라 오차가 크게 발생하여, 시험 전후의 측정 위치의 불일치에 따른 오차로 정밀 측정이 어려운 한계가 있었으며, 마이크로미터를 이용하는 경우, 마이크로미터를 제동디스크의 표면과 직각을 유지하여야 하는 측정의 어려움도 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 일본국 등록특허 제6352987호 등과 같이 비접촉 측정방식을 이용하여 디스크의 마모를 측정하는 기술도 개발되고는 있으나, 여전히 정밀하고 정확한 제동디스크의 마모 측정에는 한계가 있다.

일본국 등록특허 제6352987호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 비접촉 방식으로 제동디스크와 같은 시험편에 대한 마모 프로파일을 측정하되, 한 쌍의 센서들에 대한 정렬 보정을 통해 초기 위치 오차의 보정이 가능하여 보다 정확한 마모 프로파일의 측정이 가능한 제동디스크의 마모 프로파일 측정시스템을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 마모 프로파일 측정시스템은 베이스 프레임, 수직 프레임, 이송 프레임, 이송모듈 및 센서부를 포함한다. 상기 수직 프레임은 상기 베이스 프레임에 수직으로 위치하는 연결 프레임, 및 상기 연결 프레임으로부터 서로 평행하게 연장되어 중앙에 고정공간을 형성하는 상부 및 하부 프레임들을 포함한다. 상기 이송 프레임은 상기 상부 및 하부 프레임들 상에서 이송되는 상부 및 하부 이송프레임들, 및 상기 상부 및 하부 이송프레임들을 연결하는 중앙 프레임을 포함한다. 상기 이송모듈은 상기 이송 프레임에 이송력을 제공한다. 상기 센서부는 상기 상부 및 하부 이송프레임들 중 적어도 하나에 고정되어, 시험편의 표면까지의 거리를 측정한다.

일 실시예에서, 상기 시험편은, 상기 고정공간 상에 상기 베이스 프레임과 평행하게 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 시험편은 제동 디스크이며, 상기 센서부는 상기 제동 디스크의 상면 또는 하면까지의 거리를 측정하는 레이저 센서일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 센서부는, 상기 상부 이송프레임에 고정된 제1 센서 및 상기 하부 이송프레임에 고정된 제2 센서를 포함하며, 상기 제1 센서는 상기 시험편의 상면까지의 거리를 측정하고, 상기 제2 센서는 상기 시험편의 하면까지의 거리를 측정할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 센서에 의해 측정되는 상기 상면까지의 거리의 초기 위치와, 상기 제2 센서에 의해 측정되는 상기 하면까지의 거리의 초기 위치를 서로 동일하게 보정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 제어부에 의한 초기 위치의 보정 후, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 측정결과를 바탕으로, 상기 시험편의 상면 및 하면의 마모 프로파일 및 상기 시험편의 두께 프로파일 정보를 획득할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 이송 프레임은 일체로 상기 수직 프레임 상에서 이송되며, 상기 상부 프레임에는 상기 상부 이송프레임에 구비되는 상부 이송부가 슬라이딩되는 상부 가이드가 형성되고, 상기 하부 프레임에는 상기 하부 이송프레임에 구비되는 하부 이송부가 슬라이딩되는 하부 가이드가 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 이송모듈은, 회전 구동력을 제공하는 구동부, 상기 연결 프레임에 고정되는 고정 블록, 상기 중앙 프레임에 고정되어 상기 중앙 프레임과 함께 이송되는 이송 블록, 및 상기 구동부로부터 상기 고정 블록 및 상기 이송 블록을 관통하여 연장되어, 끝단이 상기 연결 프레임에 위치하는 고정부에 고정되는 이송바를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 구동부가 회전 구동력을 제공함에 따라 상기 이송 블록은 상기 이송바를 따라 이송되고, 상기 이송 블록의 이송에 따라 상기 이송 프레임이 이송될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 이송 블록의 초기 위치, 및 상기 구동부의 회전량을 바탕으로 상기 이송 블록의 이송 거리가 센싱될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 베이스 프레임 상에 고정되며, 상면에 상기 시험편이 위치하도록 상기 시험편을 고정시키는 지지블록을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 지지블록은, 상기 하부 프레임이 인입되어 위치하도록 외면으로부터 중앙까지 개구부가 형성되는, 실린더 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 상부 및 하부 이송프레임들 중 적어도 하나에 센서부가 구비되어, 시험편의 표면까지 거리를 측정하되, 특히 센서부는 시험편의 표면에 평행인 방향으로 이송되며 거리를 측정하므로, 시험편의 표면의 마모 프로파일을 균일하고 정확하며 정밀하게 측정할 수 있다.

이 경우, 상부 및 하부 이송프레임들 각각에 센서부가 구비되는 경우라면, 시험편의 상면 및 하면의 표면 마모 프로파일을 동시에 측정할 수 있어, 측정 시간을 단축할 수 있으며, 상면 및 하면 마모 상태를 즉각적으로 비교할 수 있다.

또한, 상면 및 하면의 마모 상태는 물론, 시험편의 두께에 대한 프로파일도 즉각 획득할 수 있어, 시험편의 다양한 상태 정보 획득을 통한 평가 및 시험의 효율성을 향상시킬 수 있다.

특히, 상면 및 하면의 표면까지의 거리를 측정하되, 시작 위치가 서로 다른 경우, 이를 동일하게 보정함으로써, 상기 두께에 대한 정보를 보다 정확하게 획득할 수 있다.

나아가, 이러한 시험편의 상면 및 하면의 프로파일 등의 측정시, 상기 시험편이 제동 디스크인 경우, 제동 디스크의 크기나, 무게 또는 형상 등을 고려하여 제동 디스크의 안정적인 지지를 지지블록을 통해 수행할 수 있는 것은 물론, 제동 디스크가 지면에 수평 방향으로 위치하는 것이 가장 안정적인 것을 고려하여, 수직 프레임, 이송프레임 및 이송모듈을 설계함으로써, 제작의 용이성은 물론 시험의 편의성 및 이에 따른 반복 재현성을 보다 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마모 프로파일 측정시스템을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 측정시스템을 다른 방향에서 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 측정시스템에 의해 제동디스크의 마모 프로파일을 측정하는 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 측정상태를 간략하게 모식화한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 측정시스템을 이용한 마모 프로파일의 측정에서, 보정을 수행하지 않은 경우의 상부 및 하부 마모 프로파일, 및 제동디스크 두께 프로파일을 도시한 측정 결과들이다.
도 6a 및 도 6b는 도 1의 측정시스템을 이용한 마모 프로파일의 측정에서, 보정을 수행한 경우의 상부 및 하부 마모 프로파일, 및 제동디스크 두께 프로파일을 도시한 측정 결과들이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 마모 프로파일 측정시스템을 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 측정시스템을 다른 방향에서 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 마모 프로파일 측정시스템(10, 이하 측정시스템이라 함)은 베이스 프레임(100), 수직 프레임(200), 이송 프레임(300), 센서부(400), 이송모듈(500), 지지블록(600) 및 제어부(700)를 포함한다.

상기 베이스 프레임(100)은 상기 측정시스템(10)의 베이스를 형성하는 것으로, 지면 등에 위치할 수 있도록 소정 면적의 평면일 수 있다. 즉, 상기 베이스 프레임(100)은 도 1에서와 같이, XY 평면을 따라 연장되는 평면일 수 있다.

상기 수직 프레임(200)은 상기 베이스 프레임(100)에 수직인, 제3 방향(Z)을 따라 연장되며, 연결 프레임(210), 상부 프레임(220) 및 하부 프레임(230)을 포함한다.

상기 연결 프레임(210)은 소정 면적으로 가지며, ZX 평면을 따라 연장되는 평면일 수 있으며, 상기 상부 프레임(220)은 상기 연결 프레임(210)의 상부의 일 측으로부터 제1 방향(X)을 따라 길게 연장되고, 상기 하부 프레임(230)은 상기 연결 프레임(210)의 하부의 일 측으로부터 제1 방향(X)을 따라 길게 연장된다.

그리하여, 상기 상부 프레임(220)과 상기 하부 프레임(230)은 서로 평행하게 연장될 수 있다. 이에, 상기 수직 프레임(200)은 전체적으로 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다.

그리고, 상기 상부 프레임(220)과 상기 하부 프레임(230)의 사이에는 고정공간(240)이 형성되며, 상기 고정공간(240)에는 후술되는 시험펀(20)이 위치한다.

이 경우, 상기 하부 프레임(230)은 상기 베이스 프레임(100) 상에서 상기 제1 방향(X)을 따라 연장될 수 있다.

한편, 상기 상부 프레임(220)에는 상기 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)을 따르는 일 면 상에 상부 가이드(221)가 형성되며, 마찬가지로, 상기 하부 프레임(230)에도 상기 제1 방향(X)에 수직인 제2 방향(Y)을 따르는 일 면 상에 하부 가이드(231)가 형성된다.

상기 상부 가이드(221) 및 상기 하부 가이드(231)는 상기 제1 방향(X)을 따라 소정 길이만큼 연장되며, 후술되는 상부 이송부(322) 및 하부 이송부(332)가 슬라이딩되는 슬라이딩 가이드에 해당된다.

상기 상부 프레임(220)의 상면 상에는, 적어도 하나의 고정유닛들(260)이 구비되며, 상기 고정유닛들(260)은 후술되는 상기 상부 이송프레임(320)을 선택적으로 고정시킴으로써, 상기 이송 프레임(300)을 소정의 위치에 고정시킬 수 있다.

또한, 상기 상부 프레임(220) 중, 상기 연결 프레임(210) 상에는, 고정부(250)가 블록 형상으로 상기 제2 방향(Y)을 따라 돌출되며 형성된다. 상기 고정부(250)는 상기 연결 프레임(210)에 고정되어 그 위치가 가변되지 않는 블록인 것으로, 후술되는 이송바(550)의 끝단이 고정된다.

상기 이송 프레임(300)은 상기 수직 프레임(200) 상에서, 상기 제1 방향(X)을 따라 이동되는 프레임인 것으로, 상기 수직 프레임(200)과 유사하게 전체적으로 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다.

즉, 상기 이송 프레임(300)은 중앙 프레임(310), 상부 이송 프레임(320) 및 하부 이송 프레임(330)을 포함한다.

이 경우, 상기 중앙 프레임(310)은 상기 제3 방향(X)을 따라 연장되며, 상기 중앙 프레임(310)의 상부로부터 상기 상부 이송 프레임(320)이 상기 제1 방향(X)을 따라 연장되고, 상기 중앙 프레임(310)의 하부로부터 상기 하부 이송 프레임(330)이 상기 제1 방향(X)을 따라 연장된다.

그리하여, 상기 상부 이송 프레임(320) 및 상기 하부 이송 프레임(330)은 서로 평행하게 연장된다.

이 때, 상기 상부 이송 프레임(320)은 상기 상부 프레임(220)을 따라 연장되는데, 상기 상부 이송 프레임(320)에서 상기 상부 프레임(220)을 향하는 면에는 상부 이송부(322)가 형성된다.

이 경우, 상기 상부 이송부(322)는 상기 상부 프레임(220)에 형성되는 상부 가이드(221)와 결합되어, 상기 상부 가이드(221)를 따라 슬라이딩된다. 즉, 상기 상부 이송부(322)는 상기 상부 가이드(221)를 따라 상기 제1 방향(X)으로 왕복 이송이 가능하며, 이에 따라 상기 상부 이송 프레임(320)도 상기 제1 방향(X)으로 왕복 이송이 가능하게 된다.

마찬가지로, 상기 하부 이송 프레임(330)은 상기 하부 프레임(230)을 따라 연장되는데, 상기 하부 이송 프레임(330)에서 상기 하부 프레임(230)을 향하는 면에는 하부 이송부(332)가 형성된다.

이 경우, 상기 하부 이송부(332)는 상기 하부 프레임(230)에 형성되는 하부 가이드(231)와 결합되어, 상기 하부 가이드(231)를 따라 슬라이딩된다. 즉, 상기 하부 이송부(332)는 상기 하부 가이드(231)를 따라 상기 제1 방향(X)으로 왕복 이송이 가능하며, 이에 따라 상기 하부 이송 프레임(330)도 상기 제1 방향(X)으로 왕복 이송이 가능하게 된다.

한편, 상기 상부 이송 프레임(320)에서, 상기 상부 이송부(322)가 고정되는 면과 반대면에는 상부 센서 블록(321)이 형성되며, 상기 상부 센서 블록(321) 상에는 상기 센서부(400)가 고정된다.

마찬가지로, 상기 하부 이송 프레임(330)에서, 상기 하부 이송부(332)가 고정되는 면과 반대면에는 하부 센서 블록(331)이 형성되며, 상기 하부 센서 블록(331) 상에는 상기 센서부(400)가 고정된다. 이 경우, 상기 하부 센서블록(331) 상에는 상기 센서부(400)가 고정되지 않은 것을 도시하였으나, 상기 센서부(400)는 상기 하부 센서블록(331) 상에 고정될 수도 있고, 고정되지 않을 수도 있다.

즉, 상기 센서부(400)는, 하나의 센서가, 상기 상부 센서블록(321) 및 상기 하부 센서블록(331)의 어느 하나에만 선택적으로 고정될 수 있으며, 이와 달리, 두 개의 센서가 상기 상부 센서블록(321) 및 상기 하부 센서블록(331) 모두에 각각 고정될 수도 있다.

이 경우, 상기 센서부(400)는, 예를 들어, 레이저 센서로서, 비접촉식으로 상기 고정공간(240) 상에 위치하는 시험편(20)의 표면까지의 거리를 측정할 수 있다. 이러한 상기 시험편(20)의 측정에 대하여는 후술한다.

상기 이송모듈(500)은 상기 이송 프레임(300)을 상기 제1 방향(X)으로 왕복 이송시키는 것으로, 구동 발생부(510), 구동부(520), 고정블록(530), 이송블록(540) 및 이송바(550)를 포함한다.

상기 구동 발생부(510)는 구동력을 발생시키는 것으로, 예를 들어, 회전 구동력을 발생시키는 모터일 수 있다.

상기 구동부(520)는 실질적으로 상기 이송 프레임(300)에 회전 구동력을 제공하는 것으로, 상기 구동 발생부(510)에서 발생된 구동력이 구동 전달부(511)를 통해 상기 구동부(520)로 전달될 수 있다. 이 경우, 상기 구동 전달부(511)는 벨트 등일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

이와 달리, 상기 구동 발생부(510)가 생략되고, 상기 구동부(520)가 회전 구동력을 발생시키는 모터일 수도 있으며, 이러한 구동 발생 또는 전달 메커니즘은 다양하게 설계 변경될 수 있다.

상기 이송바(550)는 일 끝단은 상기 구동부(520)에 연결되고, 타 끝단은 앞서 설명한 바와 같이, 상기 고정부(250)에 고정될 수 있다. 그리하여, 상기 구동부(520)의 회전에 따라 상기 이송바(550)로 회전 구동력이 전달된다.

상기 고정블록(530)은 상기 연결 프레임(210) 상에 고정되며, 상기 이송바(550)가 관통하여 연장된다.

한편, 자세히 도시하지는 않았으나, 상기 구동부(520)의 회전 구동력을 발생시키는 회전 구동 모터는 상기 고정블록(530) 상에 구비될 수도 있으며, 이와 같이 상기 회전 구동 모터가 상기 고정블록(530) 상에 구비된다면, 상기 구동 발생부(510)는 구동을 발생하지 않으며, 오히려 상기 구동부(520)를 통해 회전 구동력이 구동전달부(511)를 거쳐 상기 구동 발생부(510)로 제공될 수 있다.

다만, 이러한 구동 발생 및 전달 메커니즘은 앞서 설명한 바와 같이 다양하게 가변 설계될 수 있으며, 최종적으로 상기 이송바(550)에 회전 구동력이 전달되면 충분하다.

상기 이송블록(540)은 상기 이송바(550)가 관통하며, 상기 이송블록(540)은 상기 중앙 프레임(310) 상에 고정된다.

그리하여, 상기 이송바(550)로 제공되는 회전 구동력에 의해, 상기 이송블록(540)은 상기 이송바(550) 상에서 상기 제1 방향(X)으로 왕복운동을 하게 된다. 이를 위해, 도시하지는 않았으나, 상기 이송블록(540)에는 회전 구동을 직선 구동을 변환시키는 구동 변환부가 구비될 수 있다.

즉, 상기 구동부(520)를 통한 회전 구동력에 의해 상기 이송바(550)는 회전하며, 상기 이송블록(540)의 구동 변환부에 의해, 상기 이송바(550)의 회전이 상기 이송블록(540)의 직선 구동을 유도하게 된다.

그리하여, 상기 이송블록(540)은 상기 이송바(550) 상에서 상기 제1 방향(X)을 따라 왕복이송하게 되며, 이를 통해, 최종적으로 상기 이송 프레임(300)도 상기 제1 방향(X)을 따라 왕복이송하게 된다.

이와 달리, 상기 이송바(550)는 별도의 회전운동을 수행하지 않으며 단순히 상기 이송블록(540)의 왕복 이송을 위한 가이드 역할만 수행할 수도 있다. 즉, 상기 구동부(520)의 회전 구동력에 의해 상기 이송블록(540)의 내부에 구동 변환부는 회전하게 되며, 이러한 회전 구동에 의해 상기 이송블록(540)은 상기 이송바(550)를 따라 상기 제1 방향(X)으로 왕복이송할 수도 있다.

한편, 이러한, 회전 구동력이 변환되어 상기 이송블록(540)이 직선 운동하게 되는 구동 변환 메커니즘은 다양하게 설계될 수 있으며, 최종적으로 상기 이송블록(540)은 상기 이송바(550) 상에서 상기 제1 방향(X)으로 왕복 이송되는 것으로 충분하다.

나아가, 도시하지는 않았으나, 상기 이송블록(540) 또는 상기 고정블록(530) 상에는 엔코더가 구비되어, 상기 이송블록(540)의 이송거리에 대한 정보를 획득할 수 있다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 구동 변환부에 의해 회전 운동이 직선운동으로 변환되므로, 상기 엔코더를 통해 회전 운동량을 측정함으로써, 직선으로 운동하는 운동량, 즉 이송거리 정보를 정확하게 획득할 수 있다.

더 나아가, 상기 이송블록(540)의 초기 위치 정보도 획득할 수 있으므로, 상기 이송블록(540)의 초기 위치 정보를 바탕으로, 반복적인 상기 시험편(20)에 대한 측정을 동일한 초기 위치를 바탕으로 수행할 수 있으므로, 측정의 재현성을 향상시킬 수 있다.

상기 제어부(700)는 상기 이송 프레임(300)의 이송을 전반적으로 제어하는 것으로, 예를 들어, 상기 이송모듈(500)의 동작을 제어하여, 상기 이송블록(540)의 이송 및 정지를 제어할 수 있다. 또한, 상기 이송블록(540)의 이송 정보 및 초기 위치 정보를 전달받을 수 있다.

나아가, 상기 제어부(700)는, 상기 센서부(400)의 동작을 제어할 수 있으며, 상기 센서부(400)를 통해 센싱되는 데이터, 즉 상기 시험편(20)의 표면까지의 거리 정보를 전달받을 수 있다.

그리하여, 상기 제어부(700)는, 상기 획득되는 정보를 바탕으로, 정보 처리를 수행하여 필요한 데이터, 예를 들어, 상기 시험편(20)의 표면의 마모 프로파일이나 상기 시험편(20)의 두께에 대한 정보 등을 획득할 수 있다.

한편, 상기 제어부(700)는 후술하겠으나, 상기 센서부(400)가 상기 시험편(20)의 상면 및 하면을 각각 측정하는 경우, 상기 상면 및 하면의 초기 위치에 대한 보정을 수행하여, 상기 상면 및 하면의 초기 위치를 동일하게 보정할 수도 있다.

도 3은 도 1의 측정시스템에 의해 제동디스크의 마모 프로파일을 측정하는 상태를 도시한 사시도이다.

도 3을 참조하면, 우선, 상기 지지블록(600)은 상기 베이스 프레임(100)에 인접하도록 배치되는 것으로, 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 베이스 프레임(100)이 고정면(101)을 형성하는 경우, 상기 고정면(101) 상에 상기 지지블록(600)의 외면이 접하여 위치할 수 있다.

이 경우, 상기 지지블록(600)은, 예를 들어 실린더 형상을 가지는 것으로, 상기 지지블록(600)의 외면은 원주 형상을 가지므로, 상기 고정면(101)도 오목한 원주 형상을 가지도록 형성될 수 있다.

그리하여, 상기 지지블록(600)은 상기 베이스 프레임(100) 상에 밀착되어 위치하게 되며, 안정적으로 그 위치가 고정될 수 있다.

다만, 상기 베이스 프레임(100) 상에는 상기 제1 방향(X)으로 연장되는 하부 프레임(230)이 형성되므로, 상기 지지블록(600)이 상기 하부 프레임(230)과 서로 간섭되지 않으면서 그 위치가 고정되어야 한다.

이에, 상기 지지블록(600)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 일측 외면으로부터 중앙까지 함입된 개구부(610)가 형성되며, 상기 개구부(610)의 내측으로 상기 하부 프레임(230)이 연장되어 위치한다. 그리하여, 상기 지지블록(600)은 상기 하부 프레임(230)을 간섭하지 않으면서 상기 고정공간(240) 상에 위치할 수 있다.

상기 시험편(20)은 상기 지지블록(600) 상면에 위치하게 되며, 이에 따라 상기 시험편(20)은 상기 고정공간(240) 상에 위치하게 된다.

특히, 상기 시험편(20)이 철도 차량의 제동 디스크인 경우라면, 도시된 바와 같이, 상기 지지블록(600)의 상면에 위치함으로서, 상기 제동 디스크의 상면 및 하면에 대한 표면 상태 측정이 가능하게 된다.

즉, 상기 지지블록(600)의 직경이 상기 제동 디스크의 중앙의 개구부의 직경보다 다소 크게 형성됨으로써, 상기 지지블록(600)이 상기 제동 디스크를 안정적으로 고정시키는 것은 물론, 상기 제동 디스크의 제동면과 상기 지지블록(600)이 서로 접하지 않도록 유지됨으로써, 상기 제동 디스크의 제동면에 대하여 상면 및 하면 모두를 상기 센서부(400)를 이용하여 용이하게 측정할 수 있다.

도 4는 도 3의 측정상태를 간략하게 모식화한 도면이다.

도 3에서 상기 시험편(20)으로서 제동디스크가 상기 고정공간(240) 상에 위치하는 경우, 상기 상부 이송 프레임(320)에 고정된 센서부(400, 제1 센서(410)라 함)와, 상기 하부 이송 프레임(330)에 고정된 센서부(400, 제2 센서(420)라 함)를 도 4와 같이 모식화할 수 있다.

즉, 도 4를 참조하면, 상기 제1 센서(410)는 상기 제동 디스크(20)의 상면(21)까지의 거리를 측정하고, 상기 제2 센서(420)는 상기 제동 디스크(20)의 하면(22)까지의 거리를 측정한다.

이와 같이, 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 또는 하면(22)까지의 거리를 측정하면, 결국 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 또는 하면(22)의 마모 프로파일을 획득할 수 있으며, 상기 상면(21) 및 하면(22)의 상대적인 마모 프로파일의 차이를 바탕으로 상기 제동 디스크(20)의 두께에 대한 정보도 획득할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 제동 디스크(20)의 두께에 대한 마모 프로파일

은 하기 식 (1)로 연산될 수 있다.

식 (1)

이 때,

는 상기 제1 센서(410) 및 상기 제2 센서(420) 사이의 거리값이고,

는 상기 제1 센서(410)로부터 상기 제동 디스크(20)의 상면(21)까지의 거리값이며,

는 상기 제2 센서(420)로부터 상기 제동 디스크(20)의 하면(22)까지의 거리값이다.

또한,

는 상기 제1 센서(410)의 측정가능 한계 거리값이고,

는 상기 제2 센서(420)의 측정가능 한계 거리값이다. 그리고,

는 상기 제동 디스크(20)의 상부에 대한 마모 프로파일이고,

은 상기 제동 디스크(20)의 하부에 대한 프로파일이다.

즉, 이상과 같이, 상기 식(1)로부터 상기 제동 디스크(20)의 상부 및 하부 프로파일 정보를 바탕으로 상기 제동 디스크(20)의 두께에 대한 정보를 획득할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 도 1의 측정시스템을 이용한 마모 프로파일의 측정에서, 보정을 수행하지 않은 경우의 상부 및 하부 마모 프로파일, 및 제동디스크 두께 프로파일을 도시한 측정 결과들이다.

도 5a를 참조하면, 도 1의 측정시스템(10)을 이용하여 상기 제동 디스크(20)의 상부 프로파일 및 하부 프로파일에 대한 측정 결과에서는, 상기 상부 프로파일 및 상기 하부 프로파일이 시작 위치가 서로 다른 것(A)을 확인할 수 있다.

즉, 상기 측정시스템(10)의, 상기 제1 및 제2 센서들(410, 420)의 경우 상기 제3 방향(Z)으로의 정렬 오차를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 상기 제3 방향(Z)으로의 정렬 오차로 인해, 상기 제1 및 제2 센서들(410, 420)에 의해 측정되는 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 및 하면(22)의 프로파일의 초기 측정 위치는 서로 다를 수 있다.

한편, 이와 같이 상기 제1 및 제2 센서들(410, 420)에 의해 측정되는 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 및 하면(22)의 프로파일의 초기 측정 위치가 서로 다르다면, 도 5b에서와 같이, 상기 제동 디스크(20)에 대한 두께 프로파일에 대한 정보는 정확성 및 신뢰성이 떨어진다.

이에, 본 실시예에서는, 상기 제어부(700)를 통해, 상기 제1 센서(410) 및 상기 제2 센서(420)에 의해 측정되는 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 및 하면(22)의 초기 측정 위치가 서로 일치하도록 제어한다.

즉, 상기 제어부(700)는, 상기 제1 센서(410) 및 상기 제2 센서(420)의 초기 측정 위치에 대한 측정 결과를 바탕으로, 상기 제1 센서(410) 및 상기 제2 센서(420) 중 어느 하나의 초기 위치에 대한 측정결과를 다른 하나의 초기 위치에 대한 측정결과와 일치하도록 프로그램 상으로 보정을 수행한다.

도 6a 및 도 6b는 도 1의 측정시스템을 이용한 마모 프로파일의 측정에서, 보정을 수행한 경우의 상부 및 하부 마모 프로파일, 및 제동디스크 두께 프로파일을 도시한 측정 결과들이다.

즉, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(700)에 의해 상기 제1 센서(410) 및 상기 제2 센서(420) 중 어느 하나의 초기 위치에 대한 측정결과를 다른 하나의 초기 위치에 대한 측정결과와 일치하도록 프로그램 상으로 보정된 결과, 상기 제1 및 제2 센서들(410, 420)에 의해 측정되는 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 및 하면(22)의 프로파일의 초기 측정 위치들(B)은 서로 일치하게 된다.

이 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 실제 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 및 하면(22)에 대한 마모 프로파일을 측정하는 경우, 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 또는 하면(22)이 시작되는 위치에서 측정되는 마모 프로파일의 결과값이 급속하게 증가하게 된다.

따라서, 상기 제1 센서(410)에 의해 측정된 결과값이 증가하기 시작하는 점과, 상기 제2 센서(420)에 의해 측정된 결과값이 증가하기 시작하는 점은 매우 용이하게 서로 일치시킬 수 있다. 특히, 이러한 시작점의 일치는 상기 제어부(700)에 의해 구동되는 프로그램을 통해서도 충분히 보정할 수 있다.

즉, 본 실시예에서와 같이, 상기 제1 센서(410) 및 상기 제2 센서(420)가 일체로 상기 제1 방향(X)을 따라 이송되도록 설계된 경우라도, 상기 제동 디스크(20)의 마모 프로파일의 측정 데이터가 가지는 특성을 통해, 상기 제어부(700)를 이용하여 상기 시작점들을 용이하게 보정처리할 수 있다.

나아가, 이상과 같이, 상기 제동 디스크(20)의 상면(21) 및 하면(22)의 프로파일의 초기 측정 위치들(B)은 서로 일치하게 되면, 도 6b에서와 같이, 상기 제동 디스크(20)의 두께 프로파일에 대한 정보도 상기 식 (1)을 통해 획득할 수 있으며, 이렇게 획득되는 정보의 신뢰성과 정확도는 증가하게 된다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 상부 및 하부 이송프레임들 중 적어도 하나에 센서부가 구비되어, 시험편의 표면까지 거리를 측정하되, 특히 센서부는 시험편의 표면에 평행인 방향으로 이송되며 거리를 측정하므로, 시험편의 표면의 마모 프로파일을 균일하고 정확하며 정밀하게 측정할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 마모 프로파일 측정시스템 20 : 시험편(제동 디스크)
100 : 베이스 프레임 200 : 수직 프레임
210 : 연결 프레임 220 : 상부 프레임
230 : 하부 프레임 240 : 고정공간
250 : 고정부 300 : 이송 프레임
310 : 중앙 프레임 320 : 상부 이송프레임
330 : 하부 이송프레임 400 : 센서부
500 : 이송모듈 510 : 구동 발생부
520 : 구동부 530 : 고정블록
540 : 이송블록 550 : 이송바
600 : 지지블록 700 : 제어부

Claims

베이스 프레임;
상기 베이스 프레임에 수직으로 위치하는 연결 프레임, 및 상기 연결 프레임으로부터 서로 평행하게 연장되어 중앙에 고정공간을 형성하는 상부 및 하부 프레임들을 포함하는 수직 프레임;
상기 상부 및 하부 프레임들 상에서 이송되는 상부 및 하부 이송프레임들, 및 상기 상부 및 하부 이송프레임들을 연결하는 중앙 프레임을 포함하는 이송 프레임;
상기 이송 프레임에 이송력을 제공하는 이송모듈; 및
상기 상부 및 하부 이송프레임들 중 적어도 하나에 고정되어, 시험편의 표면까지의 거리를 측정하는 센서부를 포함하는 마모 프로파일 측정시스템.
제1항에 있어서, 상기 시험편은,
상기 고정공간 상에 상기 베이스 프레임과 평행하게 위치하는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제2항에 있어서,
상기 시험편은 제동 디스크이며,
상기 센서부는 상기 제동 디스크의 상면 또는 하면까지의 거리를 측정하는 레이저 센서인 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제1항에 있어서,
상기 센서부는, 상기 상부 이송프레임에 고정된 제1 센서 및 상기 하부 이송프레임에 고정된 제2 센서를 포함하며,
상기 제1 센서는 상기 시험편의 상면까지의 거리를 측정하고, 상기 제2 센서는 상기 시험편의 하면까지의 거리를 측정하는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제4항에 있어서,
상기 제1 센서에 의해 측정되는 상기 상면까지의 거리의 초기 위치와, 상기 제2 센서에 의해 측정되는 상기 하면까지의 거리의 초기 위치를 서로 동일하게 보정하는 제어부를 더 포함하는 마모 프로파일 측정시스템.
제5항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제어부에 의한 초기 위치의 보정 후,
상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 측정결과를 바탕으로, 상기 시험편의 상면 및 하면의 마모 프로파일 및 상기 시험편의 두께 프로파일 정보를 획득하는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제1항에 있어서,
상기 이송 프레임은 일체로 상기 수직 프레임 상에서 이송되며,
상기 상부 프레임에는 상기 상부 이송프레임에 구비되는 상부 이송부가 슬라이딩되는 상부 가이드가 형성되고,
상기 하부 프레임에는 상기 하부 이송프레임에 구비되는 하부 이송부가 슬라이딩되는 하부 가이드가 형성되는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제1항에 있어서, 상기 이송모듈은,
회전 구동력을 제공하는 구동부;
상기 연결 프레임에 고정되는 고정 블록;
상기 중앙 프레임에 고정되어 상기 중앙 프레임과 함께 이송되는 이송 블록; 및
상기 구동부로부터 상기 고정 블록 및 상기 이송 블록을 관통하여 연장되어, 끝단이 상기 연결 프레임에 위치하는 고정부에 고정되는 이송바를 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제8항에 있어서,
상기 구동부가 회전 구동력을 제공함에 따라 상기 이송 블록은 상기 이송바를 따라 이송되고,
상기 이송 블록의 이송에 따라 상기 이송 프레임이 이송되는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제9항에 있어서,
상기 이송 블록의 초기 위치, 및 상기 구동부의 회전량을 바탕으로 상기 이송 블록의 이송 거리가 센싱되는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제1항에 있어서,
상기 베이스 프레임 상에 고정되며, 상면에 상기 시험편이 위치하도록 상기 시험편을 고정시키는 지지블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.
제11항에 있어서, 상기 지지블록은,
상기 하부 프레임이 인입되어 위치하도록 외면으로부터 중앙까지 개구부가 형성되는, 실린더 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 마모 프로파일 측정시스템.