KR20020035048A - 원통의 기하오차 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통의 기하오차를 측정하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 원통면을 갖는 피측정물의 직경을 평행광을 이용한 비접촉식 직경측정센서를 사용하여 측정한다. 이때 피측정물 원통면의 중심축 위치를 사전 측정을 통해 미리 알아 두어 피측정물의 반경을 측정한다. 이와같은 방법으로 피측정물 원통면의 반경 변화를 피측정물 길이방향을 따라 또한 피측정물 단면의 원주를 따라 측정하고, 이 측정값으로부터 피측정물 원통면의 진직도, 평행도, 원통도, 흔들림, 원통단면의 진원도 등의 기하오차를 도출한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 측정할 때 발생하는 피측정물의 회전운동 오차, 피측정물 중심축과 측정센서 이송축 사이의 설치오차, 측정센서의 운동오차 등이 피측정물 원통면의 기하오차 측정결과에 미치는 부정적 영향을 감소시키며, 측정에 소요되는 시간을 단축시키는 이점이 있다.

Description

원통의 기하오차 측정장치{Cylindricity measurement machine}

본 발명은 원통의 기하오차, 즉, 원통도, 직진도, 평행도, 진원도, 흔들림 등을 측정하는 장치에 관한 것이다.

도 1은 종래기술에 의한 측정장치의 측정방법을 설명하기 위한 개략 사시도이다. 이에 따르면 원통형의 피측정물(1)은 척(2)에 의해 고정되며 척에는 제어용 회전모터가 구비되어 있어 척의 회전각, 회전속도 등이 제어된다. 직선운동 가이드(3)가 가이드 이송축(z'축)이 척의 회전축(z축)과 서로 평행하며 동일 평면상에 존재하도록 설치되며, 이 직선운동 가이드에는 동력장치 및 이송 제어장치가 구비되어 있어 변위센서(4)가 피측정물의 길이 방향을 따라 이송되며 이송위치, 이송속도 등이 제어된다.

상술한 바와 같은 장치를 이용한 원통의 기하오차 측정방법은 다음과 같다.

변위센서(4)를 측정하고자 하는 단면의 위치로 이송시킨 후 정지시키고, 피측정물(1)을 1회전 시키면서 회전각에 따른 반경의 변화를 측정하여 단면의 진원도와 흔들림을 도출한다.

피측정물(1)의 회전을 정지시키고 변위센서(4)를 피측정물의 길이 방향으로이송시키면서 길이 방향 위치에 따른 반경의 변화를 측정하여 원통면의 진직도를 도출한다.

서로 다른 두 회전각에 대하여 상술한 피측정물(1)의 길이 방향 위치에 따른 반경의 변화를 측정하여 원통면 위에 있는 두 직선 사이의 평행도를 도출한다.

피측정물(1)의 원통면 위에 있는 많은 점들에 대한 반경의 변화를 측정하여 원통의 원통도를 도출한다.

그러나 이상에서 설명한 바와 같은 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 지적된다. 즉, 척(2)이 회전할 때 회전축(z축)에 흔들림이 발생할 경우, 척의 회전축(z축)과 변위센서(4)의 이송축(z'축) 사이에 평행도 오차가 존재할 경우, 변위센서가 이송 중에 흔들릴 경우, 이것들이 모두 원통의 기하오차 측정결과에 직접적으로 오차를 초래한다는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 피측정물 원통면의 기하오차를 측정할 때 피측정물의 회전축(z축) 흔들림이나, 그 회전축(z축)과 센서 이송축(z'축) 사이의 평행도 오차, 센서의 이송 중 흔들림 등이 측정 결과에 미치는 부정적 영향을 감소시키고, 기하오차 측정에 소요되는 시간을 단축시키는 원통의 기하오차 측정장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래기술에 의한 원통의 기하오차 측정장치의 구성을 보인 개략 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 원통의 기하오차 측정장치의 제1실시예의 구성을 보인 개략 사시도.

도3은 도2에 보인 평면광을 이용한 비접촉식 직경측정센서를 사용한 직경측정의 예를 보인 사시도.

도 4는 본 발명에 의해 측정된 피측정물 길이방향 위치에서의 단면 반경을 보인 측면도.

도 5는 본 발명에 의한 측정값으로부터 진직도를 도출하는 설명도.

도 6은 본 발명에 의한 측정값으로부터 평행도를 도출하는 설명도.

도 7은 본 발명에 의한 측정값으로부터 진원도를 도출하는 설명도.

도 8는 본 발명에 의한 원통의 기하오차 측정장치의 제2실시예의 구성을 보인 개략 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

4: 변위센서 5: 베이스 플레이트

6: 피측정물 7: 척

8: 비접촉식 직경측정센서(발광센서) 8': 비접촉식 직경측정센서(수광센서)

9: 직선운동가이드 10: 평면광

13,13': 회전바퀴(종동측) 14,14': 회전바퀴(구동측)

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 원통 형상을 갖는 피측정물의 일단을 파지하고 회전시키기 위한 회전수단과, 상기 피측정물의 일측에 구비되어평행한 직선광으로 이루어진 평면광을 제공하는 발광부와 상기 피측정물의 타측에 구비되어 상기 평면광을 감지하기 위한 수광부를 포함하는 비접촉식 직경측정센서, 및 상기 피측정물의 일측에서 상기 비접촉식 직경측정센서와 연결되고, 상기 비접촉식 직경측정센서를 상기 회전수단의 회전 중심축과 평행하게 이동시키기 위한 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통의 기하오차 측정장치를 제공한다.

이하 본 발명에 의한 측정장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

먼저 본 발명에 의한 제1실시예를 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2를 참조하면, 베이스 플레이트(5)에는 원통 형상을 갖는 피측정물(6)을 장착하고 회전시키기 위한 척(7)이 구비되어 있다. 여기서, 도시되지는 않았으나, 회전 모터와 같은 제1구동부가 베이스 플레이트(5)의 하부에 구비되어 척(7)을 회전시키기 위한 회전력을 제공한다. 척의 일측에는 피측정물(6)의 기하오차를 측정하기 위한 비접촉식 직경측정센서(8,8')를 상하 구동시키기 위한 직선운동가이드(9)가 척의 중심축(z)에 평행한 축(z')을 따라 구비되며, 비접촉식 직경측정센서는 직선운동가이드를 따라 상하 구동된다. 이때, 비접촉식 직경측정센서(8,8')는 볼 스크류 방식과 같은 직선 이동 방식에 의해 상하 이동이 가능하며, 베이스 플레이트(5)의 하부에는 비접촉식 직경측정센서를 상하 구동하기 위한 회전모터와 같은 제2구동부(미도시)가 구비된다. 또한, 베이스 플레이트(5)에는 척(7)의 회전각과 회전 속도 및 비접촉식 직경측정센서(8,8')의 상하 위치와 이동 속도를 제어하기 위한 제어부(미도시)가 구비되어 있다.

도 3를 참조하여 도 2에 보인 본 발명에 의한 장치에서 구비하고 있는 비접촉식 직경측정센서(8,8')의 측정원리를 설명한다. 평행한 직선광으로 이루어진 평면광(10)(이하 '평면광'이라 한다)이 발광센서(8)로부터 방사되어 수광센서(8')에 도달한다. 수광센서(8')에는 미세한 광 감지소자가 배열되어 있어 미세 간격으로 광의 도달 여부를 검출한다. 따라서 발광센서(8)와 수광센서(8') 사이에 피측정물(6)을 그것의 중심축이 평면광(10)과 직교하도록 위치시키면 평면광의 폭 중 피측정물의 직경길이 만큼이 수광센서에 도달하지 못하므로 수광센서에 배열되어있는 광 감지소자로부터 광이 도달하지 못한 부분의 길이를 측정하여 피측정물(6) 원통면의 직경을 측정한다.

또한 도 2와 도 3를 참조하여 피측정물의 반경을 측정하는 방법을 설명한다. 도 2에 보인 장치에 초정밀 표준원통을 그것의 중심축이 척(7)의 회전축(z)과 일치되도록 척에 장착한다. 이 표준원통의 직경을 비접촉식 직경측정센서(8,8')로 측정하며 이때 수광센서(8') 위에 평면광(10)이 도달하지 않은 부분의 중앙점 Q의 위치를 확인한다. 이점 Q는 척(7)의 회전축(z)이 평면광(10)에 의해 수광센서(8')에 투사된 점이다. 따라서 원통형 피측정물을 측정할 때 Q점으로부터 수광센서(8')에 평면광이 도달하지 않은 양 끝점까지의 거리 r, r'을 측정하면 이 값이 각각 원통면 상의 두점 A, A'의 반경이 된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 반경측정 방법의 종래기술에 비교한 장점은 다음과 같다. 도 2를 참조하여 설명하면, 비접촉식 직경측정센서(8,8')가 평면광의 방사방향(y방향)으로 흔들리거나 척(7)의 회전축(z)이 y-z 평면상에서 α회전방향으로 기울어져 있어도 반경측정 결과에는 아무런 오차를 초래하지 않는 이점이 있다. 또한 본 발명에 의한 측정은 한 측정 위치에서 중심축에 대칭되는 두 점의 반경을 동시에 측정하므로, 한 측정위치에서 한 점의 반경만을 측정하는 종래 기술에 비해 측정에 소요되는 시간이 단축되는 이점이 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의한 측정방법을 이용하여 원통의 기하오차를 도출하는 방법은 아래와 같다.

피측정물(6)의 회전을 정지시킨 후 비접촉식 직경측정센서(8,8')를 피측정물의 길이 방향으로 일정 간격씩 이송시키면서 각각의 위치에서 반경을 측정하여 도 4와 같은 측정값을 획득한다.

이 측정값들로부터 도 5에 보인 바와 같은 진직도의 정의에 의해 측정된 원통면 상의 길이방향 직선의 진직도 S를 도출한다. 이와 같은 본 발명에 의한 진직도 측정에서는 도 2에서 보인 α, β의 회전 방향으로 피측정물(6)이 기울어져 있거나, 비접촉식 직경측정센서(8,8')가 평면광의 방사방향(y축 방향)으로 흔들려도 측정결과에는 아무런 오차를 초래하지 않는 이점이 있다.

또한 도 6에 보인 바와 같은 평행도 정의에 의하여 중심축에 대하여 대칭인 원통면 상의 길이방향 두 직선 사이의 평행도 P를 도출한다. 이와 같은 본 발명에 의한 평행도 측정에서는 도 2에서 보인 α, β의 회전 방향으로 피측정물(6)이 기울어져 있거나, 비접촉식 직경측정센서(8,8')가 평면광의 방사방향(y축 방향)으로 흔들려도 측정결과에는 아무런 오차를 초래하지 않는 이점이 있다.

비접촉식 직경측정센서(8,8')를 피측정물(6) 길이 방향으로 임의의 위치에이송한 후 정지시키고, 피측정물을 회전시키면서 미소 회전각 Δθ 마다 반경을 측정하여 도 7에 보인 바와 같이 피측정물 단면의 형상을 측정하고, 진원도의 정의에 의하여 측정된 단면의 진원도 C를 도출한다.

도 7에 보인 피측정물(6) 단면 회전각에 따른 반경의 최대값 r_max와 최소값 r_min으로부터 측정된 단면의 흔들림 오차 R = r_max- r_min이 도출된다.

상술한 바와 같은 방법으로 피측정물(6)의 각각의 미소 회전각에 대하여, 피측정물의 길이 방향 각각의 위치에서의 원통면 반경을 측정하면 피측정물의 원통면이 공간상에 정의되고, 이 값들로부터 원통도의 정의에 따라 원통도 오차를 도출한다.

본 발명에 의한 바람직한 제2실시예를 도 8에 보인 개략 사시도를 참조하여 설명한다. 도 8을 참조하면, 직선운동가이드(11)가 하부에 수평으로 구비되며, 직선운동가이드의 양단부에는 피측정물(12)을 수평으로 장착하고 회전시키기 위한 종동측 회전바퀴(13,13')와 구동측 회전바퀴(14,14')를 지지하기 위한 제1지지부(15) 및 제2지지부(16)가 구비된다. 구동측 회전바퀴(14,14')는 제2지지부(16)에 장착되는 제1회전모터(17)와 벨트(18) 및 풀리(19)에 의해 강제 회전되며, 피측정물(12)은 구동측 회전바퀴와의 접촉면 마찰에 의해 회전된다. 비접촉식 직경측정센서(20,20')는 제1지지부(15)와 제2지지부(16) 사이에 구비되는 제3지지부(21) 상에 장착되며, 제3지지부는 직선운동가이드(11)를 따라 왕복 운동된다. 제3지지부(21)를 이동시키기 위하여 직선운동가이드(11)에는 일측에제2회전모터(22)가 구비되고, 볼 스크류와 같은 직선운동 방식이 구비된다. 제어부(미도시)에 의해 피측정물(12)의 회전각과 회전속도 및 제3지지부(21)의 이동 위치 및 이동 속도가 제어되며, 앞에서 설명한 바와 같이 피측정물의 기하오차가 도출된다. 이와 같은 제2실시예는 원통형 피측정물이 현장에서 수평으로 놓여져 사용되는 경우, 중력에 의한 처짐 발생 등 실제 사용 조건의 영향이 포함된 상태의 기하오차를 측정할 수 있는 이점이 있다.

위에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 원통의 기하오차 측정장치에 의하면 측정할 때 발생하는 피측정물 회전축의 흔들림, 피측정물 회전축과 센서 이송축 사이의 평행도 오차, 센서의 이송 중 흔들림 등이 원통의 기하오차 측정정밀도에 미치는 부정적 영향을 감소시키는 효과가 있다. 또한 측정에 소요되는 시간을 감소시키는 효과가 있다.

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

Claims (1)

1. 원통 형상을 갖는 피측정물의 일단을 파지하고 회전시키기 위한 회전수단;

   상기 피측정물의 일측에 구비되어 직선광으로 이루어진 평면광을 제공하는 발광부와 상기 피측정물의 타측에 구비되어 상기 평면광을 감지하기 위한 수광부를 포함하는 비접촉식 직경측정센서; 및

   상기 피측정물의 일측에서 상기 비접촉식 직경측정센서와 연결되고, 상기 비접촉식 직경측정센서를 상기 회전수단의 회전 중심축과 평행하게 이동시키기 위한 구동수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 원통의 기하오차 측정장치.