KR970005613B1

KR970005613B1 - 위치 결정 장치

Info

Publication number: KR970005613B1
Application number: KR1019890700327A
Authority: KR
Inventors: .후베르트 발트
Original assignee: 게디프 인제니의어뷔로 운트 인노바치온스베라퉁 개엠베하; 발트.후베르트
Priority date: 1987-06-23
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1997-04-18
Also published as: DE3881050D1; EP0365557A1; JPH02503887A; KR890701281A; US5397231A; WO1988010172A1; EP0365557B1

Abstract

내용없음.

Description

위치 결정 장치

제1도 및 제2도는 각각 결합전 또는 결합후에 상호 작용하는 부품에 의해서 기본 위치 결정 원리를 도시하는 본 발명의 원리에 따른 위치 결정 장치의 축선방향 단면도이다.

제3도는 보편적인 용도에 적합한 형태인 본 발명에 따른 위치결정장치의 축선방향 단면도이다.

제4도는 축선방향으로 변위될 수 있는 하나의 위치 결정 리세스를 가진 다른 구조의 위치 결정 장치의 단면도이다.

제5도는 공작물이 장착된 장착베이스를 포함하는 유니트의 단면도이다.

제6도는 2개의 공작물 절반부를 포함하는 유니트의 단면도이다.

본 발명은 대응하는 위치 결정 지점에서 중심축을 갖는 2개의 부품을 결합하기 위한 위치 결정 장치에 관한 것이며, 여기서 각각의 부품이 결합될 때 중심축은 동축선상에 놓인다. 예를들면, 하나의 부품은 지지 테이블이고 다른 하나의 부품은 교체가능한 펠릿이거나, 또는 하나의 부품은 장착 베이스이고 다른 하나의 부품은 장착 베이스상에 장착되는 공작물 등이 될 수 있다.

종종, 두개의 부품이 동축위치로 될때 매우 작은 편차, 예를들면 몇 미크론 정도의 축선방향 오차가 발생할 수 있으므로, 사용되는 위치 결정 장치는 매우 정확하고 재생 가능하게 작동되어야 한다.

매우 정확한 위치 결정 장치는 독일 특허 제 25 37 146호에 공지되어 있다. 이 특허에는, 2개의 부품의 조립시에 사용하기 위한 위치 결정 장치가 공개되어 있다. 위치 결정되는 부품의 전체 사이즈 또는 재료의 양에 따라서 위치 결정 부재와 사용되는 리세스는 변형시에 발생되는 접촉압력이 사용되는 재료의 허용가능한 한계내에 유지되도록 크기가 결정된다. 그러나, 접촉영역이 커짐에 따라서 제2결합단계에 가해지는 인장력도 커지는데, 이것은 대부분의 경우에 허용할 수 없는 값에 이른다.

본 발명의 목적은 위치 결정 부재의 직경이 클지라도 적당한 결합력이 제공되도록 하는 일반적인 위치 결정 장치의 제공에 관한것이다. 예를 들면, 고정장치에 대한 큰 통로가 구비되고, 횡방향의 높은 위치 결정력이 중화될수 도 있으며 필연적인 마모가 적어도 위치결정의 반복 정확성이 높은 경우에는 위치 결정 부재의 직경이 큰 것이 바람직하다.

위치 결정 부재와 위치결정 리세르에 경화 강철이 사용되고, 위치결정 부재가 60°의 테이퍼 각을 갖는 원추형 리세스와 상호 작용하는 볼이라고 가정하면, 여러가지 볼 직경에 대한 인장력은 다음의 표와 같다.

이 경우에 단지 0.06 내지 0.08mm의 결합 갭이 사용되지만, 상기 인장력은 위치결정되는 부품의 허용범위를 넘는 변형을 야기시킬수 있다.

공지된 위치 결정 원리의 경우, 2부품 사이에 초기에 존재하는 결합갭을 줄이기 위하여 반드시 재료의 변형이 수행되어야 한다. 독일 특허 제 25 37 146호에 따르면, 이 재료의 변형은 주로 접촉구역에서 발생되는 압축응력의 결과에 의해서 주로 이루어진다. 본 발명에 따른 해결책은 다른 방식의 탄성변형 즉, 횡방향의 위치결정력을 전달하는 벽내의 굽힘응력으로 부터 초래되는 재료변형을 선택하는 것이다. 따라서 결합 캡을 폐쇄하는데 필요한 힘은 매우 작다. 놀랍게도, 축방향의 편향 운동에도 불구하고, 실제로 변위가 축방향으로만 일어난다고 가정하면, 위치결정의 정확도가 떨어지지 않는 것으로 나타난다. 이것은 본 발명의 위치 결정 장치를, 부속기구로 공지된 이른바, 볼래치(ball ltach)와 구별하는 요소이다. 이러한 부속기구에서, 상호 작용하는 요소중의 하나, 즉 볼은 불가피한 방사상 유격을 가지는 보어내에서 탄성력에 대항하여 이동할 수 있다.

부품의 탄성변형 가능한 부분의 측정은 개개의 경우에 따라서 행해지며, 이때, 고려되는 영향을 미치는 변수들로 위치결정되는 부품의 질량과, 위치결정 부재의 테이퍼부와 압착에 의해서 정해지는 V형 각과, 그리고 마찰계수등이 고려되어야 한다.

본 발명은, 부품들이 주어진 상대 위치에서 매우 정밀하게, 즉 0.001mm의 오차범위로 결합되어야 하는 경우에 특히 유용하다.

본 발명의 특별한 관심은, 교체가능한 둥근 펠릿의 중앙위치의 결정시와 같이 단 하나의 위치결정지점이 적절한 경우 또는 하나의 결합면의 2개의 좌표축에 대해서 한 부품의 위치결정을 위하여 2개 또는 그 이상의 위치 결정 장치가 사용되어야 하는 위치 결정의 문제점에 관한것이다. 후자의 경우에는, 예를 들면, 제5도에 도시된 바와 같은 지그 베이스 판(jig base plate)또는 공작물이 소정의 상대위치에 매우 정확하게 반복적으로 놓여져야 할 때 발생된다.

본 발명에 따른 위치 결정 원리의 특별한 장점은 유격이 없다는 것과, 큰 볼의 경우에도 직경이 대응하는 부품의 치수설계에 의해서 그리고 볼형태의 위치 결정 부재로 인해서 결합력이 바라는 만큼 작게 선택될수 있다는데 있다. 이들 특성의 효과가 0.001mm의 정화고 범위내에서 위치 결정의 문제점의 해결에서 중요한 역할을 하는 정도는 분명치 않다. 그러나, 위치결정의 최종의 정확도에 대해서 그 개개의 영향은 선택적은 측정에 의해서 없어지거나 줄어든다는 사실은 당업자에게는 명백한 사실이다. 이러한 의미에서, 후술되는 효과가 중요하다.

볼의 경우 예를들면 핀/보어의 위치결정 원리에서와 마찬가지로 제조공차, 편심 또는 굽힘하중(위치결정력)으로 인하여 위치 결정 부재의 대칭축의 경사위치가 발생하지 않을 수도 있다.

위치 결정 리세스의 역접촉구역을 반 영구적으로 형성하는 경우에도, 접촉면이 서로 일치하는 형태임에도 불구하고 확실한 잠금에 의해서 당해요소를 강제로 정렬하지 않아도 된다. 이러한 이유 때문에, 정화고에 영향을 미치는 마모가 발생될 수 있다.

더욱이, 제5도의 장치에서는 상부 및 하부 부분의 상이한 내부치수오차로 인해서 항상 그러하다. 이때, 결합작용은 바람직하게는 부품의 중첩후에 먼저 인장력 F가 하나의 위치 결정 지점, 예를 들면 오른쪽에서만 완전히 가해지도록 수행되며, 이로인해서 이 지점에서 2개의 위치 결정 리세스의 중심축이 명확하게 일치한다. 그 다음 완전한 인장력을 F을 왼쪽 위치 결정 지점을 연결하는 가상선에 수직방향으로 정확한 중심맞추기 작용이 유지된다. 이러한 효과는 본 발명에 따른 설계특성의 조합에 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따른 위치 결정 장치의 기본원리는 제1도 및 제2도에 명확하게 도시되어 있고, 그중 제1도는 고정되기 전의 상태를 나타내며 제2도는 고정된 후의 상태를 나타낸다.

제1도 및 제2도의 실시예에서, 2개의 부품(100,102)은 볼(106)의 중심점을 통과하는 축(104)에 대해서 중심이 맞추어져 있다. 각각의 부품(100,102)에는 서로 다른 구조의 위치 결정 플레이트(108,110)가 구비되어 있고, 이것은 서로 각각으로부터 상이하게 구성되고 각각 당해 부품에 상응하는 보어내에 삽입되어 있다. 플레이트(108)는 실제로 구멍난 원판이며 그 원주 부근에서는 부품(100)의 쇼울더에 의해서 지지되는 반면, 플레이트(110)는 바닥면의 중심구멍을 가진 포트형태이고 그 가장자리의 자유단부가 지지된다. 볼(106)은 클램핑 스크류(112)에 의해 천공되고 관통된다. 스크류(112)는 부품(102)과 나사결합될 수 있고 그 머리가 부품(100)의 대향 외주면위에 압착된다.

이론적 볼 직경은 실제적인 볼(106)이 없는 상태에서 부품이 인접할때 위치 결정 플레이트내의 위치 결정 리세스의 접촉구역에 의해서 형성된다. 이 이론적인 볼 직경은 실제의 볼(106)의 직경보다 작기 때문에 제1도에 도시되어 있는 바와 같이, 스크류를 조이기 전에는 서로 마주하는 결합면 사이에 갭(114)이 유지되어 있다. 스크류에 의해서 함께 조여질때 부품(106,108,110)은 탄성 변형되고 즉, 볼(106)은 압축응력에 의해서 그리고 플레이트(108 및 110)는 압축, 굽힘응력에 의해서 변형되며, 설계자가 치수를 적절히 선택함으로써 변형성분을 세분화할 수 있다. 물론 여기서 사용되는 재료의 탄성모듈은, 이들사이에서 작용하는 마찰계수, 위치 결정 리세스의 형상, 볼(106)의 선택되는 그 족더선에 더 가까운 또는 그 극에 더 가까운 접촉구역과 마찬가지로 이 경우에 중요한 역할을 한다. 볼의 직경이 60mm 일때도 불균일의 높은 이장력을 발생하지 않고 1미크론 및 그 미만의 크기로 센터링의 반복 정확성이 얻어질 수 있다.

제3도 및 제4도에는 예를 들면, 기계공학 또는 장치구성분야에서 일반적으로 사용될 수 있는 위치결정장치가 도시되어 있다. 여기서 위치 결정 장치는 표준화된 부재의 협력작용에 의해서 구현되어 있다. 위치 결정리세스(329,418)를 지탱하며 그 박막형 부분이 축선방향으로 변형가능한 구성요소는 끼워넣을 수 있는 위치 결정 삽입부재로 설계되어 있다. 이들 표준화된 위치 결정 삽입부재는 외경과 위치 결정 리세스에 경화된 표면을 가지며 그 외부 실린더에 끼워넣을 수 있는 상태를 유지한다.

제3도 및 제4도에 도시된 상태는 제2도의 상태와 동일하다. 즉, 정확한 상대위치에 놓여져야 하는 2개의 부품(300,302)은 그들의 결합면(324,326)에서 인장력 F에 의해 함께 조여지며 이것은 위치결정삽입부재(304,404)의 판형 부분을 변형시켜서 결합갭(제1도의 114와 유사함)을 제거함으로써 이루어진다.

제3도에서 보어(312)내에 끼워진 위치 결정 삽입부재(304)의 깊이는 스크퓨 삽입부재(308)에 의해서 미리 정해지거나 변경될 수 있다. 육각소켓(310)은 비틸림 토오크를 전달하도록 사용된다.

위치 결정 삽입부재(304)의 압축 끼움은 부품보어(312)에 대한 위치 결정 리세스(328)의 동심형 수용을 보장하고 동시에 위치 결정 삽입부재의 횡축강성을 좋아지게 한다.

위치 결정 부재로 작용되는 볼(306)을 잡아두기 위해서 나사볼트(314)가 용접되고 이 볼트는 컵 스프링(318)에 대해서 지지되는 너트(316)와 체결된다. 2개의 안전링(320,322)의 의해서 컵 스프링과 너트가 굴러떨어지는 것이 방지된다.

제4도에서 위치 결정 삽입부재(404)는 위치 결정 리세스(418)를 가진 판형부분(420)을 포함하고 있고, 부품 보어(410)의 바닥면(408)과 인접한다.

이 경우에, 위치 결정(406)는 구형으로 형성되지만, 결합면(324) 위로 돌출되는 볼형 접촉구역(416)을 가지는 것이 바람직하며, 원통형 부분(414)은 부품(302)의 수용보어(412)내에 압축삽입되어있다.

부품(300)에는 노즐(426)이 삽입되어 있고, 그 내부 보어는 도시되지 않은 압축공기원과 접속되어 있다.

결합 과정 동안, 2개의 결합면(324,326)이 접근함에 따라, 접촉구역(416)과 위치 결정 리세스(418)사이에는 환형갭이 존재한다. 결합 과정동안 노즐(426)을 통과하는 분사 공기가 접촉구역(416)위에 부딛치면 붕심축에 대해서 회전대칭을 이루는 공기필름 [화상표(424)로 표시됨]으로 변해서 접촉구역(416)의 표면에 있는 공간 안으로 유입된다.

진술한 위치 결정 장치의 특수한 사용분야는 제5도 및 제6도에 도시되어 있다.

제5도에서, 부품(502)은 화살표 (F)로 표시된 인장력의 수준하에서 2개의 위치 결정 장치(544,546)를 사용하여 장착 베이스(504)에 대하여 위치 결정된다. 여기서, 부품(502)의 장착면(548)은 장착 베이스의 수용면(550)에 대하여 인접된다.

볼형태의 위치 결정 부재(528,530)를 사용하여 정렬되는 위치 결정 장치의 중심축은 선(512,526)으로 표시되어 있다.

변형 가능성을 구체적으로 나타내기 위해서, 2개의 위치 결정 장치가 서로 다른 부재로 구성되어 도시되어 있다. 좌측에는, 수용보어(522,536)내에 위치 결정 삽입부재(524,538)가 각각 삽입되어 있고 [제4도의 부분(404)과 유사함], 그 중심보어는 실제로 위치 결정 리세를 형성한다. 우측에는, 위치 결정 리세스가 하부 부분에서는 위치 결정 삽입부재(534)에 형성되어 있고, 상부분에서는 부품(502)내에 직접 형성되어 있다.

장착된 부품(502)은 임의의 공작물일 수 있다. 본 발명의 위치결정 장치를 특별한 용도로 사용하는 경우, 제5도에서는 부품(502)은 원제조자에 의해서 일정한 크기로 먼저 가공된 다음 최종형태를 제로하기 위해서 사용자에 의하여 재가공되는 표준형에 속하는 것이라고 가정한다.

이 경우에, 예를 들면 중심축(516) 중앙의 원통형 리세스(520)를 제조하는 것과 같은 후속가공은 일반적으로 여러 기계에 의해서 다수의 연속작업(예를들면 밀링, 부식, 연삭)을 함으로써 수행된다.

차례대로 연속되는 작업을 실시할 때 중요한 것은, 각 작업마다 선행 작업에서 얻어지는 가공 특성에 대한 정확한 치수 관계가 만들어져야 한다는 것이다. 또한 이경우에는 예를들면 보어(508)와 같이, 제조자에 의해서 미리 얻어진 특성에 대한 정확한 치수관계를 나타내는 가공특성이 사용자에 의해서 얻어질 필요가 있다.

사용자에 의한 추가의 가공과정동안 제조자에 의해서 형성된 위치 결정 리세스(518,540)는 각각 새로운 작업마다 부품을 새로이 정렬해야 하고 작업시 만들어지는 치수에 대해서 기준 치수예로서 작용한다.

각각의 작업마다 장착 베이스(504)는 서로 다른 것일 수 있으나 하나의 동일한 공작기계상에 항상 유지될 수 있다.

후자의 경우에, 공작기계의 측정 시스템은 바람직하게는 항상 베이스와의 정확한 치수관계로 되며, 이를 위해서 예를들면, 위치 결정 삽입부재(538,534)의 중심축이 사용될 수 있다. 따라서, 기계측정시스템은 성분(502)에 대하여 자동적으로 그리고 정확한 정렬을 가져올 수 있다.

이러한 방법에 의해서, 위치 결정 장치의 초정밀 위치 결정 정확도에 의해, 중요하고 합력적인 효과와 부품에 이루어지는 가공특성의 위치 결정의 증가되는 정확도를 얻을 수 있다.

장착 베이스 상에 끼워지는 위치 결정 장치의 개별 부품은 항상 동일한 지점에 다시 사용될 수 있는 반면, 부품(502)에 대해서는 예어이다.

부품(502)에 대한 제조비용을 줄이기 위히서, 위치 결정 리세스(518)가 부품몸체내에 직접 형성될 수 있다.

이때, 접촉구역은 돔 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 표준부품(502)이 처음에 수용보어(522)를 포함하고 있고 그 안으로 실제의 위치 결정 리세스(540)를 가지 위치 결정 삽입부재(524)가 삽입(압축)되는 경우에 제조비용이 절감될 수 있다. 이때, 위치 결정 삽입부재(5240는 여러번 재사용될 수 있다.

부품(502)에는 2개 이상의 위치 결정 리세스가 형성될 수 있다. 장착 베이스(504)는 일반적으로 상이한 크기의 부품을 수용하기 위해서 다수의 위치 결정 리세르를 가진다.

바람직하게, 부품 및 장착 베이스의 위치 결정 리세스의 중심축은 표준 그리드의 그리드선의 교차점위에 놓인다.

제6도에는 2개의 성형 절반부(602,604)를 매우 정확하게 센터링하기 위한 주물 공작물상에서의 위치 결정 장치가 도시되어 있다. 위치 결정 장치(628) 및 안내지주(608)는 각각 2개씩이지만 도면에는 하나만이 도시되어 있다. 안내보어(612)보다 작은 직경을 가진 안내지주(608)는 안내보어(612)내에 삽입되어 있다. 이들은 성형부품(606)을 사출하기 위한 공작물의 개방과 위치 결정 장치(628)에 의한 위치 결정 과정 이전에 성형 절반부를 예비 센터링하기 위하여 공작물의 폐쇄시에 상부 절반부를 안내한다. 이것은 밀례 변위의 마지막 상태에서야 비로소 시작된다. 도시된 실시예에서, 위치 결정 장치(628)는 위치 결정 삽입부재(616,620)를 구비하고 있으며, 그들중 하나의 부품(616)만이 축선방향으로 변위 가능한 판형 부품일 수 있다.

화살표(F)로 표시된 힘은 기계적으로 작용하는 고정요소를 사용하여 수동식으로 발생될 수 있을 뿐만 아니라 부분적인 진송, 전자기적, 유압 또는 다른 수단에 의해서 유도될 수 있다.

본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명하였지만 당압자는 그밖의 다른 실시예도 이해할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구의 범위에 의해서 한정된 사항이외에는 제한되지 않아야 한다.

Claims

(a) 제1부품(102,302)이 축(104)에 대해서 중심대칭이며 접촉영역의 범위에서 구형 곡률로 테이퍼진 돌출 위치 결정 부재(106,306,416)를 구비하고, (b) 제2부품(100,300)이 축(1040에 대해서 중심대칭이며 접촉영역의 구역에서 안으로 데이퍼진 위치 결정 리세스를 구비하고 있고, 상기 제2부품은 결합된 부품의 상기 축(104)이 일치하도록 제1부품과 결합되며, (c) 상기 제1및 제2부품은 결합된 후에 서로간에 접하게 되는 서로 마주하는 결합면(116,118,326,324)을 가지고 있고, 상기 위치 결정 부재 및 위치 결정 리세스는 아래의 (d) 및 (e)에 정의된 바와 같은 결합작용을 발생시키는 치수를 가지고 있으며, (d) 결합시 제1결합단계에서, 2개의 부품의 중심을 맞추기 위해서 제공된 접촉구역이 서로간에 접촉할때까지, 상기 위치 결정 요소가 상기 위치 결정 리세스를 관통하지만 상기 결합면 사이에는 여전리 갭(114)이 있으며, (e) 제2결합단계에서, 결합갭이 축선방향 압축력의 작용하에 밀폐됨으로써 접촉영역의 구역에서 재료가 탄성변형되며, 상기 탄성변형은 재료를 축선방향으로 변위시키는 굽힘변형이고, (f) 상기 위치 결정 부재 및 위치결정 리세스중의 적어도 하나는 외곽근방에서만 축선방향으로 지지되며 그 중앙역이 축선방향의 가요성을 가지는 판형 캐리어(108,420)상에 제공되어 있는, 미리 설정된 상대위치에서 2개의 부품을 결합하기 위한 위치 결정 장치에 있어서, 상기 플레이트(108) 및 판형부분(420)이 부품의 보어내에 삽입된 플레이트(110) 및 삽입부재(404)의 바닥 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
제1항이 있어서, 상기 제1및 제2부품은 위치결정부재(106,416)가 그들 사이에 배열되는 위치결정 리세스(412,418)를 갖는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
제1항이 있어서, 상기 플레이트(108) 및 판형 부분(420)이 각각 부품내에 삽입되어서 횡축방향으로 꼭 끼워지는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
제1항이 있어서, 상기 위치 결정 부재(416)가 한 측면상에서 그리고 적어도 상기 위치 결정 리세스(418)와 접촉하는 부분에서 구형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
제4항에 있어서, 상기 위치 결정 부재(106,306)가 볼인것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
제3항에 있어서, 상기 위치 결정 부재(306)가 자체체결을 위하여 상기 부품중의 하나로 돌출된 연장부(314)를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.
제1항 내지 6항중 어느 한 항에 있어서, 2개의 부품(502,504)의 위치를 결정하기 위하여 2개 이상의 위치 결정 장치(544,546)가 구비되는 것을 특징으로 하는 위치 결정 장치.