KR101314191B1 - 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛을 개시한 것으로서, 액튜에이터에 의해 좌표 이동이 가능하도록 구비되는 지지프레임과, 그 지지프레임에 설치된 슬라이드 가이드에 의해 슬라이딩 가능한 상태로 지지되는 중공형 지지축과, 측정 헤드를 지지하며 중공형 지지축의 끝단부에 일단이 지지되어 행깅된 상태로 설치되는 헤드 블록과, 중공형 지지축과 헤드 블록의 사이에 설치되는 충격흡수용 제1 탄성체와 및 공기 공급원과 측정 헤드의 공기 분사공을 연결하도록 중공형 지지축과 헤드 블록을 관통하게 설치되는 공기 공급관;을 포함하고, 상기 헤드 블록은, 중공형 지지축의 끝단부에 연결되도록 설치되어 자유단에 상기 측정 헤드가 지지되는 연결축과, 그 연결축과 측정 헤드의 사이에 개재되도록 설치되어 액튜에이터의 구동에 의해 측정 헤드가 피측정물과의 접촉시 탄성운동에 따른 자동조심 동작이 이루어지도록 기능하는 자동조심용 제2 탄성체를 포함하는 구성을 가진다. 이러한 구성에 의하면, 액튜에이터의 구동에 의해 자유단을 이루고 있는 측정 헤드가 피측정물과의 근접 접촉시 탄성체의 탄성운동에 따른 플로팅 동작이 이루어지도록 함에 따라 측정 헤드의 진입 위치 오차나 각도 오차를 흡수하는 자동조심 기능이 구현되어 보다 능동적인 보정 기능을 수행할 수 있게 되므로 측정 효율과 정밀도 및 수명을 향상시킬 수 있다.

Description

에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛{A self-aligning head unit of an air gauge}

본 발명은 일명 공기 마이크로미터(air micrometer)라고도 불리우는 에어 게이지(air gage)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 에어 게이지의 측정 동작 과정에서 발생하는 피측정물에 대한 측정 헤드의 진입 위치 오차나 각도 오차를 자동조심(self-aligning) 기능에 의해 능동적인 보정 동작을 수행할 수 있도록 개량한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 공기마이크로미터(air micrometer) 또는 에어 게이지(air gage)는 일정한 압력의 공기를 내뿜게 하여 그 유출량과 압력변화에 의해 피측정물의 미소한 치수를 정밀하게 측정하기 위한 측정장치로 널리 사용되고 있으며, 그 일예가 대한민국 등록특허공보 제10-0467210호, 공개특허공보 제2000-0032003호 및 등록실용신안공보 제20-0441984호에 상세하게 개시되어 있다. 이와 같은 에어 게이지는 통상 측정 대상물의 형상 구조나 가공 정밀도 등에 따라 다양한 형태의 측정 헤드가 공기 분사용 노즐로 사용된다. 예를 들면, 가공 부품의 축 홀이나 핀 홀 등과 같은 소형 홀의 내경 치수를 측정하기 위해서는 내경 측정대상 홀에 삽입되어 가장자리에 미소한 여유 공간이 형성되도록 가공된 측정 헤드에 공기 분사공을 형성하고, 공기 공급원과 연결되는 공기 공급관을 통하여 측정 헤드의 공기 분사공으로 일정한 압력의 공기를 내뿜게 하여 그 유출량과 압력변화에 대한 정보를 토대로 압력계와 지시계 등이 구비된 측정부가 내경 치수를 측정하여 표시할 수 있도록 되어 있다.

한편, 기존의 통상적인 에어 게이지의 경우 측정 동작 과정에서 발생하는 측정 헤드의 측정 홀에 대한 진입 위치 오차나 각도 오차의 보정 동작을 수행할 수 있도록 베어링 구동에 따른 플로팅(floating) 동작 기능을 가지는데, 이러한 베어링 플로팅 기구의 경우 베어링 예압 상태 등에 따라 측정 헤드의 플로팅이 원활하지 않은 경우가 많고 특히 각도 오차에 대해서는 플로팅 기능이 제대로 적용되지 않는 단점이 있다.

따라서, 종래 에어 게이지의 경우 측정 동작 과정에서 발생하는 측정 헤드의 측정 홀에 대한 수직방향 진입 위치 오차나 각도 오차의 보정 범위가 매우 협소한 한계를 지님에 따라 측정 헤드의 수직방향 진입 위치 오차나 각도 오차의 범위가 커질 경우에는 측정 대상물에 헤드가 충돌하여 양자 또는 어느 하나의 손상 및 파손 등을 발생시키는 문제점을 가지는 동시에 측정 효율이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 종래 에어 게이지의 경우 특히 측정 헤드의 수평방향 진입시 선단부의 쳐짐 현상이 발생하게 됨에 따라 측정 헤드의 진입 위치 오차나 각도 오차의 범위가 더욱 크게 되어 측정에 더욱 불리한 단점을 가진다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 바와 같은 종래 에어 게이지의 측정 헤드 유닛이 지니는 문제점을 감안하여 이를 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에어 게이지의 측정 동작 과정에서 발생하는 측정 헤드의 측정 홀에 대한 진입 위치 오차나 각도 오차에 대해 보다 능동적인 보정 동작을 수행할 수 있도록 자동조심 기능을 부여하여 측정 효율과 정밀도 및 수명을 향상시킨 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛은, 공기 공급원으로부터 측정 헤드의 공기 분사공으로 공기를 분사하여 토출되는 공기압의 정보를 기초로 피측정물의 측정 부위에 대한 치수 정보를 측정하기 위한 것으로서, 액튜에이터에 의해 좌표 이동이 가능하도록 구비되는 지지프레임과; 상기 지지프레임에 설치된 슬라이드 가이드에 의해 슬라이딩 가능한 상태로 지지되는 중공형 지지축과; 상기 측정 헤드를 지지하며, 상기 중공형 지지축의 끝단부에 일단이 지지되어 행깅된 상태로 설치되는 헤드 블록과; 상기 중공형 지지축과 상기 헤드 블록의 사이에 설치되는 충격흡수용 제1 탄성체와; 상기 공기 공급원과 상기 측정 헤드의 공기 분사공을 연결하도록 상기 중공형 지지축과 상기 헤드 블록을 관통하게 설치되는 공기 공급관;을 포함하고, 상기 헤드 블록은, 상기 중공형 지지축의 끝단부에 연결되도록 설치되어 자유단에 상기 측정 헤드가 지지되는 연결축과; 상기 연결축과 상기 측정 헤드의 사이에 개재되도록 설치되어 상기 액튜에이터의 구동에 의해 상기 측정 헤드가 피측정물과의 접촉시 탄성운동에 따른 자동조심 동작이 이루어지도록 기능하는 자동조심용 제2 탄성체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛에 따르면, 상기 슬라이드 가이드는 볼부쉬가 설치되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 충격흡수용 제1 탄성체는 압축 코일 스프링이 설치되고, 상기 자동조심용 제2 탄성체는 인장 코일 스프링이 설치되는 것이 바람직하다. 또한 상기 헤드 블록은 상기 연결축과 상기 자동조심용 제2 탄성체의 외측에 마련되어 상기 충격흡수용 제1 탄성체를 지지하는 커버부재를 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 측정 헤드는 모따기 가공에 의해 선단부가 경사진 경사부를 가지는 것이 바람직하며, 상기 지지프레임은 로봇 엔드부에 설치되어 좌표운동이 가능한 로봇 기반형으로 구비될 수 있다.

본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛에 따르면, 액튜에이터의 구동에 의해 자유단을 이루고 있는 측정 헤드가 피측정물과의 근접 접촉시 탄성체의 탄성운동에 따른 플로팅 동작이 이루어지도록 함에 따라 측정 헤드의 진입 위치 오차나 각도 오차를 흡수하는 자동조심 기능이 이루어지도록 하여 보다 능동적인 보정 기능을 수행할 수 있게 되므로 측정 효율과 정밀도 및 수명을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛을 개략적으로 도시해 보인 단면 구성도,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 헤드 유닛의 동작상태를 설명하기 위해 도시해 보인 개략적 외관 사시도,
도 3은 본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 헤드 유닛이 로봇 엔드부에 장착되어 로봇 기반형으로 사용되는 상태를 설명하기 위해 도시해 보인 개략도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛을 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면 본 발명에 따른 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛(100)은, 로봇의 엔드부 등과 같은 액튜에이터(미도시)에 의해 좌표 이동이 가능하도록 구비된 지지프레임(101)과, 그 지지프레임(101)에 설치된 슬라이드 가이드(110)와, 그 슬라이드 가이드(110)에 의해 상기 지지프레임(101)에 슬라이딩 가능한 상태로 설치되는 중공형 지지축(111)과, 그 중공형 지지축(111)의 끝단부에 일단이 지지되어 행깅된 상태로 설치되어 자유단에 측정 헤드(133)가 지지되는 헤드 블록(130)과, 상기 중공형 지지축(111)과 상기 헤드 블록(130)의 사이에 설치되는 충격흡수용 제1 탄성체(120)와, 외부의 공기 공급원(미도시)과 상기 측정 헤드(133)의 공기 분사공(133a)을 연결하도록 상기 중공형 지지축(111)과 상기 헤드 블록(130)을 관통하도록 설치되는 공기 공급관(150)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 상기 헤드 블록(130)은 상기 중공형 지지축(111)의 끝단부에 연결되도록 설치되어 자유단에 상기 측정 헤드(133)가 지지되는 연결축(131)과, 그 연결축(131)과 상기 측정 헤드(133)의 사이에 개재되도록 설치되어 상기 액튜에이터(미도시)의 구동에 의해 상기 측정 헤드(133)가 피측정물과의 접촉시 탄성운동에 따른 자동조심 동작이 이루어지도록 기능하는 자동조심용 제2 탄성체(134)를 포함하여 구성된다. 여기서, 도 1의 미설명 도면 부호 135는 상기 헤드 블록(130)에 구비되는 커버부재를 나타낸 것이다.

상기 커버부재(135)는 상기 중공형 연결축(131)과 자동조심용 제2 탄성체(134)의 외측에 마련되어 상기 충격흡수용 제1 탄성체(120)의 하방부를 지지하는 동시에 상기 자동조심용 제2 탄성체(134)가 충격에 의해 과도하게 휘어져 변형되는 것을 제한하는 기능을 수행하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예로서, 상기 자동조심용 제2 탄성체(134)는 인장 코일 스프링이 설치될 수 있다.

상기 측정 헤드(133)는 상기 헤드 블록(130)의 중공형 연결축(133)에 행깅(hanging; 매달려 있는)된 상태로 지지되어 최종 자유단을 이루고 있는 것으로서, 그 선단부에는 모따기 가공에 의해 경사진 경사부(133b)를 가지며, 상기 공기 공급관(150)에 의해 외부의 공기 공급원(미도시)과 연결되는 적어도 하나 이상의 공기 분사공(133a)을 가진다.

따라서 본 발명에 따르면, 상기 자동조심용 제2 탄성체(134)는 측정과정에서 상기 측정 헤드(133)가 피측정물에 근접하여 접촉 충돌시 탄성운동에 의해 휘어지게 된다. 이러한 탄성작용에 의해 상기 측정 헤드(133)가 플로팅(floating) 동작을 수행하면서 그 선단부의 경사부(133b)에 의한 안내 작용을 통하여 피측정물의 측정 홀(H)의 내부로 용이하게 삽입되는 자동조심 동작이 이루어지게 된다.

상기 충격흡수용 제1 탄성체(120)는 측정과정에서 상기 측정 헤드(133)가 피측정물에 근접하여 접촉 충돌시 탄성력에 의해 충격흡수 작용을 하게 되는 것으로서, 예를 들면 압축 코일 스프링이 설치되는 것이 바람직하다.

상기 슬라이드 가이드(110)는 상기 중공형 지지축(111)을 슬라이딩 가능한 상태로 지지하기 위한 것으로서, 예를 들면 볼부쉬가 바람직한 실시예로 적용될 수 있다.

따라서 상기 슬라이드 가이드(110)는 측정과정에서 상기 측정 헤드(133)가 피측정물에 근접하여 접촉 충돌시 상기 자동조심용 제2 탄성체(134)와 상기 충격흡수용 제1 탄성체(120)에 의해 순차적으로 흡수되고 남아 오버 플로우(over flow)되는 충격량을 흡수할 수 있도록 자유롭게 밀려 후진(도면에서 상방으로 후진)하게 됨으로써 최종적인 충격흡수 작용을 하게 된다.

여기서, 도 1의 미설명 부호 S2는 측정 헤드(133)의 충돌감지센서로서, 과도한 플로팅량으로 인하여 측정 헤드(133)가 측정대상물과 충돌되는 경우에 후방으로 쉬프트(shift)되는 것을 검지하게 된다. 다른 미설명 부호 S1은 측정 헤드(133)의 회전방지용 플레이트로서, 측정 헤드(133)의 회전을 방지하여 항상 일정한 위치에서 측정이 이루어지도록 가이드하는 기능을 수행하게 된다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛(100)에 따르면, 도 2a에 예시한 바와 같이 액튜에이터(미도시)의 구동에 의해 지지프레임(101)과 슬라이드 가이드(110; 볼부쉬)와 중공형 지지축(111)과 헤드 블럭(130) 및 측정 헤드(133)가 행깅(hanging; 매달려 있는)된 상태로 측정 대상물의 측정 홀(H)의 중심축과 정렬되도록 좌표 이동하게 된다.

이어서, 측정 대상물의 측정 홀(H)의 내경 측정을 위해 측정 헤드(133)가 측정 홀(H)에 삽입되도록 하강운동하게 된다. 이때, 자유단을 이루고 있는 측정 헤드(133)가 액튜에이터의 구동에 의해 하강할 때, 측정 홀(H)과 수직축상으로 미소한 위치 오차를 가지게 될 경우, 도 2b 및 도 2c에 예시한 바와 같이 측정 헤드(133)의 선단부가 측정 홀(H)의 테두리부에 접촉하게 된다. 이와 같은 접촉시에 발생하는 충격력에 의해 헤드 블럭(130)의 자동조심용 제2 탄성체(134)가 탄성운동에 의해 휘어지게 된다. 이러한 탄성작용에 의해 상기 측정 헤드(133)가 플로팅(floating) 동작을 하게 되면서, 그 선단부의 경사부(133b)에 의한 안내 작용으로 인하여 도 1 및 도 2b에 예시한 경사진 화살표시 방향으로 힘이 작용하여 측정 대상물의 측정 홀(H)의 내부로 용이하게 삽입되는 자동조심 동작이 이루어지게 된다.

한편, 상기 측정 헤드(133)의 선단부가 측정 홀(H)의 테두리부에 접촉하여 충격을 받게 되는 경우, 자동조심용 제2 탄성체(134)의 탄성운동에 이어서 충격흡수용 제1 탄성체(120)가 압축 탄성운동을 하면서 충격을 흡수하게 되고, 이후 상기 슬라이드 가이드(110)가 연쇄적으로 충격을 흡수하여 자유롭게 밀려 후진(도면에서 상방으로 후진)하도록 기능하게 된다. 이로써, 상기 측정 헤드(133)의 충돌 충격시 그 충격 흡수를 위한 연쇄적인 완충작용을 통하여 측정 헤드(133)와 측정대상물의 손상을 방지할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛(100)은, 상술한 바와 같은 자동조심 동작에 의해 측정 헤드(133)의 측정 홀(h)에 대한 진입 위치 오차나 각도 오차를 능동적으로 보정하여 측정 홀(H)의 내부에 삽입된다. 이어서 통상적인 에어 게이지의 측정과정에서와 같이 외부의 공기 공급원(미도시)으로부터 공기 공급관(150)을 통해 상기 측정 홀(H)의 내부에 삽입된 측정 헤드(133)의 공기 분사공(133a)으로 일정한 압력의 공기를 내뿜고 그 유출량과 압력변화에 대한 정보를 기초로 제어부(미도시)에서 피측정물의 측정 정보를 연산하여 출력하게 된다.

한편, 도 3은 본 발명에 의한 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛(100)이 로봇(10) 등과 같은 액튜에이터 엔드부에 장착되어 측정대상물에 대한 좌표 이동이 가능하도록 로봇 기반형으로 적용된 실시예의 형태를 나타내 보인 것이다. 이러한 로봇 기반형 에어 게이지의 경우, 자동차 부품 등과 같이 대량 생산시스템에서의 측정 대상물에 대한 측정 효율을 높일 수 있는 장점을 가지게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

101 : 지지프레임 110 : 슬라이드 가이드(볼부쉬)
111 : 중공형 지지축 120 : 충격흡수용 제1 탄성체
130 : 헤드 블록 131 : 중공형 연결축
133 : 측정 헤드 134 : 자동조심용 제2 탄성체
150 : 공기 공급관

Claims (6)

1. 공기 공급원으로부터 측정 헤드의 공기 분사공으로 공기를 분사하여 토출되는 공기압의 정보를 기초로 피측정물의 측정 부위에 대한 치수 정보를 측정하기 위한 것으로서,
   액튜에이터에 의해 좌표 이동이 가능하도록 구비되는 지지프레임과;
   상기 지지프레임에 설치된 슬라이드 가이드에 의해 슬라이딩 가능한 상태로 지지되는 중공형 지지축과;
   상기 측정 헤드를 지지하며, 상기 중공형 지지축의 끝단부에 일단이 지지되어 행깅된 상태로 설치되는 헤드 블록과;
   상기 중공형 지지축과 상기 헤드 블록의 사이에 설치되는 충격흡수용 제1 탄성체와;
   상기 공기 공급원과 상기 측정 헤드의 공기 분사공을 연결하도록 상기 중공형 지지축과 상기 헤드 블록을 관통하게 설치되는 공기 공급관;을 포함하고,
   상기 헤드 블록은,
   상기 중공형 지지축의 끝단부에 연결되도록 설치되어 자유단에 상기 측정 헤드가 지지되는 연결축과;
   상기 연결축과 상기 측정 헤드의 사이에 개재되도록 설치되어 상기 액튜에이터의 구동에 의해 상기 측정 헤드가 피측정물과의 접촉시 탄성운동에 따른 자동조심 동작이 이루어지도록 기능하는 자동조심용 제2 탄성체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬라이드 가이드는 볼부쉬가 설치되는 것을 특징으로 하는 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 충격흡수용 제1 탄성체는 압축 코일 스프링이 설치되고, 상기 자동조심용 제2 탄성체는 인장 코일 스프링이 설치되는 것을 특징으로 하는 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 헤드 블록은 상기 연결축과 상기 자동조심용 제2 탄성체의 외측에 마련되어 상기 충격흡수용 제1 탄성체를 지지하는 커버부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 측정 헤드는 모따기 가공에 의해 선단부가 경사진 경사부를 가지는 것을 특징으로 하는 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지프레임과 상기 중공형 지지축은 로봇 엔드부에 설치되어 좌표운동이 가능한 로봇 기반형으로 구비되는 것을 특징으로 하는 에어 게이지의 자동조심형 측정 헤드 유닛.

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