KR20230015641A - 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치는, 지지대에 회전가능하게 장착된 회전축을 회전시키는 구동모터; 상기 회전축의 토크를 측정하는 토크센서; 및 상기 지지대의 일측에 설치되고, 상기 회전축에 결합되어 회전되는 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량을 포함하는 성능을 측정하는 베어링 부하장치 모듈을 포함한다.
Description
본 발명은 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량, 진동, 소음, 온도 등을 측정하고 분석하여 웨이브제너레이터의 품질을 개선하고 성능을 향상할 수 있는 웨이브제너레이터 베어링의 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 서큘러 스플라인(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, 서큘러 스플라인에는 플렉스플라인의 제1 치형에 대응하여 내주면에 제2 치형이 형성되어 있다.
이러한 스트레인 웨이브 감속기는 입력축, 입력축에 연결된 웨이브제너레이터, 플렉스플라인, 플렉스플라인과 맞물린 서큘러 스플라인, 서큘러 스플라인과 연결된 출력축의 순서로 동력이 전달된다. 즉, 입력축이 결합된 웨이브제너레이터가 시계방향으로 회전하면 플렉스플라인이 점진적으로 탄성 변형을 일으키면서 플렉스플라인의 제1 치형 중 일부가 서큘러 스플라인의 제2 치형 중 일부와 결합되어 동력이 전달된다. 이때, 플렉스플라인의 외주면에 형성된 제1 치형의 치수(齒數)와 서큘러 스플라인의 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, 서큘러 스플라인이 조립된 하모닉 감속기 전체의 강성 시험기에 관한 것으로서, 웨이브제너레이터의 캠을 회전시킴에 따라 외륜의 변형량을 변위측정센서로 측정할 수 있는 웨이브제너레이터의 변형량 측정장치는 개시된 바가 없다.
본 발명은 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량, 진동, 소음, 온도 등을 측정하고 분석하여 웨이브제너레이터의 품질을 개선하고 성능을 향상할 수 있는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치는, 지지대에 회전가능하게 장착된 회전축을 회전시키는 구동모터; 상기 회전축의 토크를 측정하는 토크센서; 및 상기 지지대의 일측에 설치되고, 상기 회전축에 결합되어 회전되는 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량을 포함하는 성능을 측정하는 베어링 부하장치 모듈을 포함한다.
상기 지지대는 상면에 상기 구동모터, 토크센서, 회전축이 각각 브라켓에 의해 장착되는 제1베이스베드와, 상면에 수평가이드레일을 구비하여 상기 베어링 부하장치 모듈을 슬라이딩 가능하게 지지하는 제2베이스베드를 포함할 수 있다.
상기 베어링 부하장치 모듈은 상기 수평가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 슬라이드베드와, 상기 슬라이드베드 상에 결합되는 수직프레임과, 상기 수직프레임에 구비되는 수직가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 외주면을 누르는 승강브라켓과, 상기 수직프레임의 상부에 장착되어 상기 승강브라켓을 누르는 부하실린더와, 상기 승강브라켓에 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량을 측정하는 거리센서를 포함할 수 있다.
상기 웨이브제너레이터 베어링은 상기 제1베이스베드의 일단부에 장착된 제1베어링브라켓과, 상기 슬라이드베드의 상면에 장착된 제2베어링브라켓 사이에 연결되는 회전축에 장착될 수 있다.
상기 부하실린더는 공기 압력에 의해 작동되는 공압실린더이고, 상기 베어링 부하장치 모듈은 상기 부하실린더로 공급되는 공기의 압력을 조절하는 압력밸브와, 상기 부하실린더로 공급되는 공기의 유동 방향을 조절하는 방향밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 베어링 부하장치 모듈은 상기 승강브라켓의 상면에 장착되는 힘센서를 더 포함하고, 상기 부하실린더는 상기 힘센서를 선택적으로 누를 수 있다.
상기 승강브라켓은 상기 수직가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 상부브라켓과, 상기 수직가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되고 상기 상부브라켓에 결합된 가이드바에 의해 상기 상부브라켓과의 이격거리가 제한되는 하부브라켓과, 상기 상부브라켓과 상기 하부브라켓 사이에 결합되는 적어도 하나의 부하스프링을 포함할 수 있다.
상기 거리센서는 상기 상부브라켓에 장착되는 레이저 거리센서이고, 상기 하부브라켓에는 상기 거리센서의 레이저가 반사되는 반사부재가 높이조절 가능하게 장착될 수 있다.
상기 승강브라켓은 상기 수직프레임에 승강가능하게 장착되어, 상기 하부브라켓이 상기 웨이브제너레이터 베어링을 누르는 위치까지 하강된 후 상기 상부브라켓을 상승하지 않도록 고정하는 클램프블록을 더 포함할 수 있다.
상기 제2베어링브라켓의 일측에 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 진동을 측정하는 진동센서와, 상기 제1베어링브라켓의 하부에 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 소음을 측정하는 소음센서를 더 포함할 수 있다.
상기 승강브라켓은 상기 하부브라켓의 하면에 결합되어 상기 웨이브제너레이터 베어링에 접촉하는 부하 바를 더 포함하고, 상기 부하 바에 부착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 회전에 따라 가열되는 상기 부하 바의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
상기 웨이브제너레이터 베어링에서 소정 거리 이격되도록 설치되어 상기 웨이브제너레이터 베어링을 향해 레이저를 주사하여 그 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치에 의하면, 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량, 진동, 소음, 온도 등을 측정하고 분석하여 웨이브제너레이터의 품질을 개선하고 성능을 향상할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2에서 웨이브제너레이터 베어링을 장착하는 것을 나타내는 정면도이다.
도 4는 웨이브제너레이터 베어링과 그 장착 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 웨이브제너레이터 베어링의 변위 및 변형량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 상방 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 하방 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 정면도이다.
도 9는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 좌측방 사시도이다.
도 10은 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 우측면도이다.
도 11은 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 온도센서의 설치 예를 나타내는 정면도이다.
도 13은 제1베어링브라켓과 제2베어링브라켓에 웨이브제너레이터 베어링과 진동센서와 소음센서가 설치된 것을 나타내는 절개 사시도이다.
도 14는 도 13의 정면도이다.
도 15와 도 16은 진동센서에 의해 측정된 진동 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 2는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2에서 웨이브제너레이터 베어링을 장착하는 것을 나타내는 정면도이다.
도 4는 웨이브제너레이터 베어링과 그 장착 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 웨이브제너레이터 베어링의 변위 및 변형량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 상방 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 하방 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 정면도이다.
도 9는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 좌측방 사시도이다.
도 10은 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 우측면도이다.
도 11은 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치의 제어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 발명의 온도센서의 설치 예를 나타내는 정면도이다.
도 13은 제1베어링브라켓과 제2베어링브라켓에 웨이브제너레이터 베어링과 진동센서와 소음센서가 설치된 것을 나타내는 절개 사시도이다.
도 14는 도 13의 정면도이다.
도 15와 도 16은 진동센서에 의해 측정된 진동 데이터를 나타낸 그래프이다.
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 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 정면도이며, 도 3은 도 2에서 웨이브제너레이터 베어링을 장착하는 것을 나타내는 정면도이고, 도 4는 웨이브제너레이터 베어링과 그 장착 상태를 나타내는 단면도이다.
우선, 하모닉 감속기(스트레인 웨이브 감속기)는 웨이브제너레이터(wave generator), 플렉스플라인(flexspline) 및 서큘러 스플라인(circular spline)을 포함하여 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 웨이브제너레이터(10)는 입력축(20)이 연결되는 타원 형상의 캠부(22)와, 캠부의 외주면에 결합되는 볼베어링을 포함한다. 볼베어링은 내륜(30)과 외륜(50) 사이에 복수의 볼(40)이 배열되어 있다. 타원형의 캠부(22)를 내륜(30) 내부에 삽입하여 결합하면, 원형의 내륜(30)과 외륜(50)이 타원형으로 변형된다.
본 발명의 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치(100)는, 지지대(110)에 회전가능하게 장착된 회전축(160)을 회전시키는 구동모터(150), 회전축(160)의 토크를 측정하는 토크센서(170), 및 지지대(110)의 일측에 설치되고, 회전축(160)에 결합되어 회전되는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변형량을 포함하는 성능을 측정하는 베어링 부하장치 모듈(200)을 포함한다.
지지대(110)는 소정 높이의 직사각형 테이블 형태로 이루어지고, 지지대(110)의 하단에는 복수의 바퀴(112)를 구비하여 이동가능하게 설치될 수 있다. 또한, 지지대(110)의 하부에는 복수의 고정브라켓(113)이 결합되어 지지대(110)를 바닥면에 고정할 수도 있다. 지지대(110)는 일측 상단과 타측 상단의 높이가 다르게 형성될 수 있다. 지지대(110)의 상단 일측에는 직사각형 플레이트 형태의 제1베이스베드(120)가 구비되고, 상단 타측에는 직사각형 플레이트 형태의 제2베이스베드(130)가 구비될 수 있다. 제2베이스베드(130)의 상면은 제1베이스베드(120)의 상면보다 낮게 배치될 수 있다. 제1베이스베드(120)의 상면에는 좌우로 길게 형성된 두 쌍의 장착홈(122)이 형성될 수 있다.
구동모터(150)는 그 회전속도와 토크를 조절할 수 있는 서보모터로서, 지지대(110)의 제1베이스베드(120)에 체결되어 고정되는 브라켓에 수평방향으로 체결되어 장착될 수 있다. 구동모터(150)는 그 회전속도를 측정하는 엔코더(152)를 포함하는 것이 바람직하다.
회전축(160)은 제1베이스베드(120) 상에 체결되어 고정되는 복수의 서포트브라켓(180)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 회전축(160)은 구동모터(150)의 구동축에 축결합되어 회전될 수 있다.
토크센서(170)는 회전축(160)에 장착되어 구동모터(150)에 의해 회전되는 회전축(160)에 가해지는 토크를 실시간 측정할 수 있다. 토크센서(170)는 제1베이스베드(120)의 상면에 체결되는 지지브라켓에 의해 지지될 수 있다.
베어링 부하장치 모듈(200)은 제2베이스베드(130) 상에 슬라이딩 가능하게 설치되어, 회전축(160)에 결합되어 회전되는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변형량 등의 성능을 측정할 수 있다.
상기한 바와 같이, 지지대(110)는 상면에 구동모터(150), 토크센서(170), 회전축(160)이 각각 브라켓에 의해 장착되는 제1베이스베드(120)와, 베어링 부하장치 모듈(200)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 제2베이스베드(130)를 포함할 수 있다.
구동모터(150), 토크센서(170), 회전축(160)의 각 브라켓은 제1베이스베드(120) 상에 형성된 두 쌍의 장착홈(122)에 복수의 볼트에 의해 체결될 수 있다.
도 5(a)는 캠부에 의한 웨이브제너레이터 베어링 외주면의 반경방향 변위의 변화를 나타내는 변위 그래프이고, 도 5(b)는 웨이브제너레이터 베어링의 볼에 의한 외륜의 변형량의 변화를 나타내는 변형량 그래프이며, 도 5(c)는 변위와 변형량의 변화가 합성되어 나타나는 합성 그래프이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 변위 그래프는 회전되는 타원형 캠부(22)의 기하 형상에 따른 변위의 변화를 나타내는 것으로서, 삼각함수의 사인 곡선으로 나타날 수 있다.
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 변형량 그래프는 회전되는 웨이브제너레이터 베어링(10)을 구성하는 볼(40)과 외륜(50)이 부하와 외력 등에 의해 전달되는 진동 내지 찌그러짐에 따른 변형량을 나타낼 수 있다. 변형량 그래프는 변위 그래프에 비해 크기가 작고 불규칙한 곡선 형태로 나타날 수 있다.
도 5(c)에 도시된 바와 같이, 합성 그래프는 변위와 변형량의 변화가 합성되어 나타나는 것이다. 본 발명의 성능 시험 장치(100)에서는 변위와 변형량을 동시에 측정함으로써 도 5(c)의 합성 그래프로 나타낼 수 있다. 이러한 합성 그래프를 분석함으로써 웨이브제너레이터의 성능과 수명 등을 확인하고 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 상방 사시도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 하방 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 정면도이고, 도 9는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치를 나타내는 좌측방 사시도이며, 도 10은 베어링 부하장치 모듈을 나타내는 우측면도이다.
베어링 부하장치 모듈(200)은 수평가이드레일(140)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 슬라이드베드(210)와, 슬라이드베드 상에 결합되는 수직프레임(220)과, 수직프레임에 구비되는 수직가이드레일(230)에 슬라이딩 가능하게 장착되어 웨이브제너레이터 베어링(10)의 외주면을 누르는 승강브라켓(250)과, 수직프레임의 상부에 장착되어 승강브라켓을 누르는 부하실린더(270)와, 승강브라켓에 장착되어 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량을 측정하는 거리센서(320)를 포함할 수 있다.
제1베이스베드(120)보다 낮은 높이에 배치되는 제2베이스베드(130)의 상면에는 한 쌍의 수평가이드레일(140)이 구비될 수 있다. 베어링 부하장치 모듈(200)의 베이스플레이트를 구성하는 슬라이드베드(210)는 한 쌍의 수평가이드레일(140) 상에 좌우방향으로 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다. 이를 위해, 슬라이드베드(210)는 하면에 한 쌍의 수평가이드레일(140)을 감싸도록 장착되는 두 쌍의 슬라이더(212)를 구비할 수 있다.
그리고, 도 1 내지 도 3 및 도 9에 도시된 바와 같이, 슬라이드베드(210)는 한 쌍의 수평가이드레일(140)에서 슬라이딩된 후 그 위치에서 고정할 수 있도록 조임레버(215)를 구비할 수 있다. 조임레버(215)는 슬라이드베드(210)에 관통형성된 한 쌍의 가이드슬롯을 관통하여 설치되고, 그 하단은 제2베이스베드(130) 상에 결합된 체결부에 나사 체결될 수 있다. 조임레버(215)를 돌려서 조이면 중간부의 누름리브가 슬라이드베드(210)를 누르게 되어 슬라이드베드(210)를 그 위치에서 움직이지 않도록 고정할 수 있다.
수직프레임(220)은 대략 상하로 긴 직사각형 플레이트 형태를 가지고, 복수의 볼트에 의해 슬라이드베드(210)에 결합될 수 있다. 이를 위해, 슬라이드베드(210)와 수직프레임(220)에는 상하로 관통된 복수의 체결공이 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 수직프레임(220)의 일측면에는 한 쌍의 수직가이드레일(230)이 결합될 수 있다. 승강브라켓(250)은 각 수직가이드레일(230)을 감싸도록 장착되는 복수의 슬라이더(251)를 구비하여 수직가이드레일(230)을 따라 승강될 수 있다. 승강브라켓(250)은 하단에 구비된 부하 바(260)가 웨이브제너레이터 베어링(10)의 외주면을 누르게 된다.
부하실린더(270)는 수직프레임(220)의 상단에 구비된 브라켓의 상면에 장착되어, 그 실린더 바가 승강브라켓(250)을 소정의 힘으로 누르도록 설치될 수 있다. 즉, 부하실린더(270)는 승강브라켓(250)의 부하 바(260)가 웨이브제너레이터 베어링(10)의 외주면을 소정의 힘으로 눌러서 부하를 가하도록 할 수 있다.
거리센서(320)는 승강브라켓(250)에 장착되어 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변형량을 간접적으로 측정할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 거리센서(320)는 레이저 거리센서로 구성되되, 웨이브제너레이터 베어링(10) 외주면에 레이저를 반사시켜 그 반경방향 변위를 직접 측정하지 않고, 웨이브제너레이터 베어링(10) 외주면의 반경방향 움직임과 동일하게 움직이는 별도의 반사부재(325)를 설치하여 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변형량을 간접적으로 측정하는 것이 바람직하다.
한편, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 웨이브제너레이터 베어링(10)은 제1베이스베드(120)의 일단부에 장착된 제1베어링브라켓(181)과, 슬라이드베드(210)의 상면에 장착된 제2베어링브라켓(182) 사이에 연결되는 회전축(160)에 장착될 수 있다.
제1베어링브라켓(181)은 제1베이스베드(120)의 상면에서 좌측 단부에 설치될 수 있고, 제2베어링브라켓(182)은 슬라이드베드(210)의 상면 우측부에 설치될 수 있다. 그리고, 제1베어링브라켓(181)과 서포트브라켓(180)의 사이에는 웨이브제너레이터 베어링(10)이 장착되는 회전축(160)과 구동모터(150)에 연결되는 회전축(160)을 선택적으로 결합하는 커플링(190)을 구비할 수 있다.
도 3(b)에 도시된 바와 같이, 웨이브제너레이터 베어링(10)의 내부에 압입되는 캠부(22)가 장착되는 입력축(20)의 우측부와 좌측부에 각각 장착베어링(25)이 구비될 수 있다. 웨이브제너레이터 베어링(10)을 성능 시험 장치(100)에 장착할 때, 우측의 장착베어링(25)은 제1베어링브라켓(181) 내부에 장착되고, 좌측의 장착베어링(25)은 제2베어링브라켓(182) 내부에 장착될 수 있다.
웨이브제너레이터 베어링(10)과 한 쌍의 장착베어링(25)이 장착된 입력축(20)의 일측에 회전축(160)을 축결합한 다음, 회전축(160)을 제1베어링브라켓(181)을 통과하여 커플링(190)에 결합할 수 있다. 이어서, 슬라이드베드(210)를 우측으로 밀어서 제2베어링브라켓(182)의 내측에 좌측의 장착베어링(25)이 위치되도록 결합할 수 있다.
부하실린더(270)는 공기 압력에 의해 작동되는 공압실린더인 것이 바람직하다. 부하실린더(270)가 승강브라켓(250)을 통해 웨이브제너레이터 베어링(10)을 눌러서 부하를 가할 때 충격을 줄일 수 있기 때문이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 베어링 부하장치 모듈(200)은 부하실린더(270)로 공급되는 공기의 압력을 조절하는 압력밸브(280)와, 부하실린더(270)로 공급되는 공기의 유동 방향을 조절하는 방향밸브(290)를 더 포함할 수 있다.
압력밸브(280)는 공압펌프(미도시)로부터 부하실린더(270)로 연결되는 공기유로 호스에 구비되어, 그 공급되는 공기의 압력을 조절할 수 있다. 압력밸브(280)는 수직프레임(220)의 측면에 결합될 수 있다. 압력밸브(280)는 공기 압력 조절스위치와 공기 압력을 측정하는 압력계를 구비할 수 있다.
또한, 부하실린더(270)에는 공기가 공급되거나 배출되므로, 방향밸브(290)를 구비하여 부하실린더(270)로의 공기의 유동 방향을 조절할 수 있다. 방향밸브(290)는 수직프레임(220)의 측면 상부에 결합될 수 있다. 방향밸브(290)는 방향레버를 구비하여 사용자가 공기의 유동 방향을 쉽게 바꿀 수 있다.
도면에는 생략하였으나, 압력밸브(280)와 방향밸브(290)와 부하실린더(270) 사이에는 공압 호스가 각각 연결될 수 있다.
그리고, 베어링 부하장치 모듈(200)은 승강브라켓(250)의 상면에 장착되는 힘센서(310)를 더 포함하고, 부하실린더(270)는 힘센서를 선택적으로 누르도록 배치될 수 있다.
힘센서(310)는 승강브라켓(250)의 상면에 장착되어, 부하실린더(270)의 실린더 바가 힘센서(310)를 누르는 힘을 측정할 수 있다. 힘센서(310)는 로드셀(load cell)로 구성되어 측정된 부하 신호를 제어부(400, 도 11 참조)로 전달할 수 있다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 승강브라켓(250)은 수직가이드레일(230)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 상부브라켓(252)과, 수직가이드레일(230)에 슬라이딩 가능하게 장착되고 상부브라켓에 결합된 가이드바(256)에 의해 상부브라켓과의 이격거리가 제한되는 하부브라켓(254)과, 상부브라켓과 하부브라켓 사이에 결합되는 적어도 하나의 부하스프링(258)을 포함할 수 있다.
수직프레임(220)의 일면에는 한 쌍의 수직가이드레일(230)이 체결되어 고정되고, 상부브라켓(252)은 한 쌍의 슬라이더(251)에 의해 상하로 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다. 하부브라켓(254)도 한 쌍의 슬라이더(251)에 의해 상하로 슬라이딩 가능하게 장착될 수 있다.
상부브라켓(252)과 하부브라켓(254) 사이에는 한 쌍의 가이드바(256)가 결합될 수 있다. 하부브라켓(254)은 한 쌍의 가이드바(256)가 통과하는 관통공을 구비하되, 각 가이드바(256)의 하단 머리부에 의해 하부브라켓(254)이 상부브라켓(252)으로부터 이격되는 최대 거리가 제한될 수 있다.
상부브라켓(252)과 하부브라켓(254) 사이에는 3개의 부하스프링(258)이 결합될 수 있다. 부하스프링(258)의 갯수는 3개로 한정되지 않고, 1~3개의 부하스프링(258)이 결합될 수 있다. 부하의 크기가 클수록 부하스프링(258)의 갯수가 많은 것이 일반적이다. 부하스프링(258)은 부하실린더(270)가 상부브라켓(252)을 누를 때 그 부하를 부하 바(260)를 통해 웨이브제너레이터 베어링(10)으로 전달할 뿐만 아니라, 하부브라켓(254)에 대해 상부브라켓(252)이 그 이격거리가 작아지도록 하강하는 것을 허용할 수 있다.
거리센서(320)는 상부브라켓(252)에 장착되는 레이저 거리센서이고, 하부브라켓(254)에는 거리센서(320)의 레이저가 반사되는 반사부재(325)가 높이조절 가능하게 장착되는 것이 바람직하다.
레이저 거리센서(320)는 발광부와 수광부를 구비하여 물체에 반사되는 레이저 광을 수광하여 그 물체까지의 거리를 측정할 수 있다. 그래서, 거리센서(320)는 비접촉식 1차원 거리센서이다. 본 발명에서 거리센서(320)는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 외주면까지의 거리를 직접 측정하지 않고, 반사부재(325)까지의 거리 변화를 측정함으로써 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변형량을 간접적으로 측정할 수 있다.
반사부재(325)는 하부브라켓(254)에 그 상단 높이를 조절할 수 있도록 장착될 수 있다. 이를 위해, 하부브라켓(254)에 높이조절클램프(327)가 결합되고, 이 높이조절클램프(327)에 반사부재(325)가 삽입되어 장착될 수 있다. 반사부재(325)는 원기둥 형태로 형성될 수 있고, 높이조절클램프(327)는 클램프레버(328)를 구비하여 반사부재(325)의 장착 높이를 조절한 후 클램프레버(328)를 돌려 조일 수 있다.
하면에 부하 바(260)가 결합된 하부브라켓(254)은 부하 바(260)가 웨이브제너레이터 베어링(10)의 외주면에 접촉되어 있으므로, 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변위는 하부브라켓(254)에 장착된 반사부재(325)의 상하방향 변위와 동일하게 된다. 따라서, 거리센서(320)는 반사부재(325) 상면의 상하방향 변위를 측정함으로써 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변위를 측정할 수 있다.
고가의 레이저 거리센서(320)는 정밀하게 측정할 수 있는 최적의 측정 거리 범위를 가질 수 있다. 부하실린더(270)에 의해 가해지는 부하가 커질수록 부하스프링(258)이 압축되어 거리센서(320)에서 반사부재(325)까지의 거리가 가까워질 수 있다. 그래서, 반사부재(325)의 상단 높이를 조절함으로써 거리센서(320)가 최적의 초점거리 범위에서 측정하도록 할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 6, 도 9에 도시된 바와 같이, 승강브라켓(250)은 수직프레임(220)에 승강가능하게 장착되어, 하부브라켓(254)이 웨이브제너레이터 베어링(10)을 누르는 위치까지 하강된 후 상부브라켓(252)을 상승하지 않도록 고정하는 클램프블록(240)을 더 포함하는 것이 바람직하다.
클램프블록(240)은 수직프레임(220)의 좌측면에 상하방향으로 체결되어 결합되는 고정가이드(242)에 슬라이드부재(245)가 상하로 슬라이딩 가능하게 안내되도록 장착될 수 있다. 고정가이드(242)는 원형 샤프트 형태로 형성되고 수직프레임(220)의 좌측면에서 소정거리 이격되도록 상하단이 브라켓에 결합되어 고정될 수 있다. 슬라이드부재(245)는 일측면이 절개되고 고정가이드(242)가 삽입된 상태에서 고정레버(246)를 조여서 그 위치에서 고정될 수 있다. 슬라이드부재(245)의 반대쪽에는 수평방향으로 지지바(247)가 연장되고, 지지바(247)는 수직프레임(220)에 상하로 길게 관통형성된 장공을 통과하도록 배치될 수 있다.
부하실린더(270)를 작동하여 승강브라켓(250)을 내려 부하 바(260)가 웨이브제너레이터 베어링(10)을 소정 부하로 누르면, 사용자는 클램프블록(240)의 슬라이드부재(245)를 내려서 지지바(247)가 상부브라켓(252)에 접촉하도록 한 다음 고정레버(246)를 조여서 그 위치에서 고정한다. 이에 따라, 웨이브제너레이터 베어링(10)이 회전됨에 따라 반경방향으로 변형될 때 클램프블록(240)이 눌러서 상부브라켓(252)이 상승하는 것을 제한할 수 있다.
도 11은 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치의 제어 구성을 나타내는 블록도이고, 도 12는 본 발명의 온도센서의 설치 예를 나타내는 정면도이며, 도 13은 제1베어링브라켓과 제2베어링브라켓에 웨이브제너레이터 베어링과 진동센서와 소음센서가 설치된 것을 나타내는 절개 사시도이고, 도 14는 도 13의 정면도이며, 도 15와 도 16은 진동센서에 의해 측정된 진동 데이터를 나타낸 그래프이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치(100)는 상기한 구동모터(150), 토크센서(170), 힘센서(310), 거리센서(320) 외에, 진동센서(330), 소음센서(340), 온도센서(350)를 더 포함하고, 이들의 작동을 제어하는 제어부(400)를 포함할 수 있다.
제어부(400)는 구동모터(150)를 작동하는 모터 드라이버(410)와, 토크센서(170)의 신호를 증폭하는 토크센서 증폭기(420)와, 힘센서(310)의 신호를 증폭하는 힘센서 증폭기(430)와, 거리센서(320)의 측정 신호를 증폭하는 거리센서 증폭기(440)와, 진동센서(330)의 측정 신호를 증폭하는 진동센서 증폭기(450)와, 소음센서(340)의 신호를 증폭하는 소음센서 증폭기(460)와, 온도센서(350)의 신호를 증폭하는 온도센서 증폭기(470)를 포함할 수 있다.
모터 드라이버(410)는 제어부(400)로부터 작동 명령을 수신하여 구동모터(150)의 회전속도와 토크를 제어할 수 있다.
토크센서 증폭기(420)는 토크센서(170)에 의해 감지되는 구동모터(150)의 토크에 대한 전기 신호를 증폭하여 제어부(400)로 전달할 수 있다.
힘센서 증폭기(430)는 힘센서(310)에 의해 감지되는 부하 신호를 증폭하여 제어부(400)로 전달할 수 있다.
거리센서 증폭기(440)는 거리센서(320)에 의해 감지되는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변위 신호를 증폭하여 제어부(400)로 전달할 수 있다.
진동센서 증폭기(450)는 진동센서(330)에 의해 감지되는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 진동 신호를 증폭하여 제어부(400)로 전달할 수 있다.
소음센서 증폭기(460)는 소음센서(340)에 의해 감지되는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 소음 신호를 증폭하여 제어부(400)로 전달할 수 있다.
온도센서 증폭기(470)는 온도센서(350)에 의해 감지되는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 온도 신호를 증폭하여 제어부(400)로 전달할 수 있다.
모터 드라이버(410)로부터의 전기 신호와 각 증폭기(420, 430, 440, 450, 460, 470)로부터 증폭된 전기 신호는 DAQ(Data Acquisition)(480)를 통해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환되어 제어부(200)로 전달될 수 있다. 제어부(400)는 DAQ(480)로부터 전달된 디지털 신호를 분석하여 웨이브제너레이터 베어링(10)의 반경방향 변형량, 진동, 소음, 온도 등 성능의 실시간 변화를 모니터(490)를 통해 숫자 또는 그래프로 표시할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 온도센서(350)는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 부근에 설치되어 웨이브제너레이터 베어링(10)의 온도 변화를 측정할 수 있다. 온도센서(350)는 부하 바(260)의 측면에 접합되어 설치되는 탐침용 온도측정기(350-1)로 구성되거나, 웨이브제너레이터 베어링(10)의 외주면에서 소정 거리 이격되도록 설치되는 레이저 주사용 온도측정기(350-2)로 구성될 수 있다.
탐침용 온도측정기(350-1)는 웨이브제너레이터 베어링(10)에 접촉하는 부하 바(260)에 부착되어, 웨이브제너레이터 베어링(10)의 회전에 따라 가열되는 부하 바(260)의 온도를 측정함으로써 웨이브제너레이터 베어링(10)의 온도 변화를 간접적으로 측정할 수 있다.
레이저 주사용 온도측정기(350-2)는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 외주면에서 소정 거리 이격되도록 설치되고, 웨이브제너레이터 베어링(10)을 향해 레이저를 주사하여 그 온도를 직접 측정할 수 있다. 경우에 따라 탐침용 온도측정기(350-1)와 레이저 주사용 온도측정기(350-2)를 동시에 사용할 수도 있다.
도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 진동센서(330)는 제2베어링브라켓(182)의 일측에 장착되어 웨이브제너레이터 베어링(10)의 진동을 측정하고, 소음센서(340)는 제1베어링브라켓(181)의 하부에 장착되어 웨이브제너레이터 베어링의 소음을 측정할 수 있다.
진동센서(330)는 웨이브제너레이터 베어링(10)이 장착된 입력축(20)을 베어링 지지하는 제2베어링브라켓(182)의 축방향 측면에 설치되어, 웨이브제너레이터 베어링(10)이 회전하면서 발생되는 진동을 측정할 수 있다. 진동센서(330)는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 회전축과 나란하게 설치되어 X방향, Y방향, Z방향 각각에 대한 진동 데이터를 취득할 수 있다.
소음센서(340)는 제1베어링브라켓(181)의 하부에 형성된 관통공에 삽입되어 장착될 수 있다. 소음센서(340)는 회전축(160)에 의해 회전되는 웨이브제너레이터 베어링(10)의 입력축(20)과 그 베어링들에서 발생하는 소음을 측정할 수 있다.
도 15 및 도 16은 진동센서에 의해 측정된 진동의 크기 변화를 실시간으로 나타낸다. 시험자는 이렇게 측정된 진동 데이터의 주파수 분석을 통해 조립 불량, 오동작, 고장 등의 성능을 평가할 수 있다. 제어부(400)는 FFT(Fast Fourier Transform) 분석을 통해 진동 데이터의 주파수 분석을 자동으로 수행하여 그 결과를 모니터(490)에 나타낼 수도 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.
10: 웨이브제너레이터 베어링
20: 입력축 22: 캠부
25: 장착베어링 30: 내륜
40: 볼 50: 외륜
100: 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치
110: 지지대 112: 바퀴
113: 고정브라켓
120: 제1베이스베드 122: 장착홈
130: 제2베이스베드 140: 수평가이드레일
150: 구동모터 152: 엔코더
160: 회전축 170: 토크센서
180: 서포트브라켓 181: 제1베어링브라켓
182: 제2베어링브라켓 190: 커플링
200: 베어링 부하장치 모듈
210: 슬라이드베드 212: 슬라이더
215: 조임레버 220: 수직프레임
230: 수직가이드레일 240: 클램프블록
242: 고정가이드 245: 슬라이드부재
246: 고정레버 247: 지지바
250: 승강브라켓 251: 슬라이더
252: 상부브라켓 254: 하부브라켓
256: 가이드바 258: 부하스프링
260: 부하 바 270: 부하실린더
280: 압력밸브 290: 방향밸브
310: 힘센서 320: 거리센서
325: 반사부재 327: 높이조절클램프
328: 클램프레버 330: 진동센서
340: 소음센서 350: 온도센서
400: 제어부 410: 모터 드라이버
420: 토크센서 증폭기 430: 힘센서 증폭기
440: 거리센서 증폭기 450: 진동센서 증폭기
460: 소음센서 증폭기 470: 온도센서 증폭기
480: DAQ 490: 모니터
20: 입력축 22: 캠부
25: 장착베어링 30: 내륜
40: 볼 50: 외륜
100: 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치
110: 지지대 112: 바퀴
113: 고정브라켓
120: 제1베이스베드 122: 장착홈
130: 제2베이스베드 140: 수평가이드레일
150: 구동모터 152: 엔코더
160: 회전축 170: 토크센서
180: 서포트브라켓 181: 제1베어링브라켓
182: 제2베어링브라켓 190: 커플링
200: 베어링 부하장치 모듈
210: 슬라이드베드 212: 슬라이더
215: 조임레버 220: 수직프레임
230: 수직가이드레일 240: 클램프블록
242: 고정가이드 245: 슬라이드부재
246: 고정레버 247: 지지바
250: 승강브라켓 251: 슬라이더
252: 상부브라켓 254: 하부브라켓
256: 가이드바 258: 부하스프링
260: 부하 바 270: 부하실린더
280: 압력밸브 290: 방향밸브
310: 힘센서 320: 거리센서
325: 반사부재 327: 높이조절클램프
328: 클램프레버 330: 진동센서
340: 소음센서 350: 온도센서
400: 제어부 410: 모터 드라이버
420: 토크센서 증폭기 430: 힘센서 증폭기
440: 거리센서 증폭기 450: 진동센서 증폭기
460: 소음센서 증폭기 470: 온도센서 증폭기
480: DAQ 490: 모니터
Claims (12)
- 지지대에 회전가능하게 장착된 회전축을 회전시키는 구동모터;
상기 회전축의 토크를 측정하는 토크센서; 및
상기 지지대의 일측에 설치되고, 상기 회전축에 결합되어 회전되는 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량을 포함하는 성능을 측정하는 베어링 부하장치 모듈을 포함하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제1항에 있어서,
상기 지지대는
상면에 상기 구동모터, 토크센서, 회전축이 각각 브라켓에 의해 장착되는 제1베이스베드와,
상면에 수평가이드레일을 구비하여 상기 베어링 부하장치 모듈을 슬라이딩 가능하게 지지하는 제2베이스베드를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제2항에 있어서,
상기 베어링 부하장치 모듈은
상기 수평가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 슬라이드베드와,
상기 슬라이드베드 상에 결합되는 수직프레임과,
상기 수직프레임에 구비되는 수직가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 외주면을 누르는 승강브라켓과,
상기 수직프레임의 상부에 장착되어 상기 승강브라켓을 누르는 부하실린더와,
상기 승강브라켓에 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 반경방향 변형량을 측정하는 거리센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제3항에 있어서,
상기 웨이브제너레이터 베어링은
상기 제1베이스베드의 일단부에 장착된 제1베어링브라켓과,
상기 슬라이드베드의 상면에 장착된 제2베어링브라켓 사이에 연결되는 회전축에 장착되는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제3항에 있어서,
상기 부하실린더는 공기 압력에 의해 작동되는 공압실린더이고,
상기 베어링 부하장치 모듈은
상기 부하실린더로 공급되는 공기의 압력을 조절하는 압력밸브와,
상기 부하실린더로 공급되는 공기의 유동 방향을 조절하는 방향밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제3항에 있어서,
상기 베어링 부하장치 모듈은 상기 승강브라켓의 상면에 장착되는 힘센서를 더 포함하고,
상기 부하실린더는 상기 힘센서를 선택적으로 누르는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제6항에 있어서,
상기 승강브라켓은
상기 수직가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되는 상부브라켓과,
상기 수직가이드레일에 슬라이딩 가능하게 장착되고 상기 상부브라켓에 결합된 가이드바에 의해 상기 상부브라켓과의 이격거리가 제한되는 하부브라켓과,
상기 상부브라켓과 상기 하부브라켓 사이에 결합되는 적어도 하나의 부하스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제7항에 있어서,
상기 거리센서는 상기 상부브라켓에 장착되는 레이저 거리센서이고,
상기 하부브라켓에는 상기 거리센서의 레이저가 반사되는 반사부재가 높이조절 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제7항에 있어서,
상기 승강브라켓은
상기 수직프레임에 승강가능하게 장착되어, 상기 하부브라켓이 상기 웨이브제너레이터 베어링을 누르는 위치까지 하강된 후 상기 상부브라켓을 상승하지 않도록 고정하는 클램프블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제2베어링브라켓의 일측에 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 진동을 측정하는 진동센서와,
상기 제1베어링브라켓의 하부에 장착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 소음을 측정하는 소음센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제7항에 있어서,
상기 승강브라켓은 상기 하부브라켓의 하면에 결합되어 상기 웨이브제너레이터 베어링에 접촉하는 부하 바를 더 포함하고,
상기 부하 바에 부착되어 상기 웨이브제너레이터 베어링의 회전에 따라 가열되는 상기 부하 바의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치. - 제7항에 있어서,
상기 웨이브제너레이터 베어링에서 소정 거리 이격되도록 설치되어 상기 웨이브제너레이터 베어링을 향해 레이저를 주사하여 그 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이브제너레이터 베어링의 성능 시험 장치.
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- 2021-07-23 KR KR1020210097028A patent/KR102578077B1/ko active IP Right Grant
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