KR102034928B1 - 볼스크류의 피치 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 선반부; 상기 선반부의 길이방향 일측에 배치되며, 볼스크류용 너트를 회전 가능하게 지지하는 회전부; 상기 회전부에 의해 지지된 너트의 나선홈에 삽입되는 볼 프로브; 상기 볼 프로브와 연결되며, 상기 너트의 회전중심 축선과 평행하게 배치되는 지지봉; 상기 지지봉을 지지한 상태에서 상기 선반부의 길이방향 타측에 배치되며, 상기 너트의 회전에 의해 상기 회전부가 배치된 방향으로 이동되는 지지부;를 포함하며, 상기 지지부는, 상기 지지봉을 상승 또는 하강시키는 승강 로드; 상기 승강 로드를 사이에 두고 상기 선반부에 마련되는 한 쌍의 가이드 레일; 상기 가이드 레일의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 상기 승강 로드에 마련되는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트와 상기 가이드 레일 사이에 개재되는 부양 수단;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

볼스크류의 피치 측정장치{Pitch measuring device of ball- screw}

본 발명은, 볼스크류의 피치 측정장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 볼스크류를 구성하는 너트의 내주면에 형성된 나선홈의 피치 오차를 측정하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 볼스크류는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 기계부품을 말하며, 스크류(샤프트), 너트 및 강구로 구성되어 있다.

위와 같은 볼스크류는 수치제어 공작기계, 일반 산업용 기계의 위치 결정 장치, 자동차, 오토바이 및 항공기 등의 정밀을 요구하는 기계 장치류에 널리 적용되고 있다.

상기 볼스크류는 너트의 내주면과 샤프트의 외주면에 형성된 나선홈이 각각 반원형의 단면을 가지며, 이러한 반원형의 단면은 상기 볼너트 내부에 샤프트가 삽입될 때 원형의 단면을 이루게 됨으로써 나선형 통로를 형성하게 된다.

그리고 상기 너트와 샤프트의 결합으로 형성되는 나선형 통로 내부에는 볼(Ball)이 삽입되고, 상기 볼은 나선형의 통로를 따라 구름 운동하여 순환하게 됨으로써 상기 너트 또는 샤프트가 회전시에 발생되는 마찰력이 감소될 수 있다.

그러나, 상기 너트의 나선홈은 기계적으로 절삭되어 형성되므로 그 내주면에 형성된 나선홈과 나선홈 사이의 간격이 서로 상이해 질 수 있다.

따라서, 나선홈 사이의 간격이 상이한 너트가 적용된 볼스크류는 강구와 나선홈 사이에 마찰력으로 인하여 큰 소음 및 진동을 발생시키게 되고, 이러한 소음 및 진동은 볼스크류의 수명 저하 및 볼스크류가 적용된 장치의 파손을 야기시키는 문제점이 있다. 또한, 볼스크류의 적용된 장치의 정밀도를 떨어뜨려 위치 결정 공정 또는 이송 공정이 원활히 수행되지 못하는 문제점도 있다.

따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 등록특허 제10-0938121호의 '볼스크류 나선홈의 비레측정장치'가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 볼스크류용 너트의 나선홈에 삽입되는 안내구와, 별도의 인디케이터(indicator)를 너트의 피치에 맞게 설정하는 사전 준비 과정없이 너트의 나선홈간의 간격, 즉 피치를 용이하게 측정할 수 있는 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 선반부; 상기 선반부의 길이방향 일측에 배치되며, 볼스크류용 너트를 회전 가능하게 지지하는 회전부; 상기 회전부에 의해 지지된 너트의 나선홈에 삽입되는 볼 프로브; 상기 볼 프로브와 연결되며, 상기 너트의 회전중심 축선과 평행하게 배치되는 지지봉; 상기 지지봉을 지지한 상태에서 상기 선반부의 길이방향 타측에 배치되며, 상기 너트의 회전에 의해 상기 회전부가 배치된 방향으로 이동되는 지지부;를 포함하며, 상기 지지부는, 상기 지지봉을 상승 또는 하강시키는 승강 로드; 상기 승강 로드를 사이에 두고 상기 선반부에 마련되는 한 쌍의 가이드 레일; 상기 가이드 레일의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 상기 승강 로드에 마련되는 지지 플레이트; 및 상기 지지 플레이트와 상기 가이드 레일 사이에 개재되는 부양 수단;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전부는, 상기 선반부의 길이방향 일측에 배치되는 스핀들; 상기 스핀들에 마련되며 상기 너트의 파지하는 척; 상기 척에 회전동력을 전달하는 구동모터; 및 상기 스핀들과 연결되며, 상기 선반부의 길이방향 일측에서 상기 선반부의 폭방향을 따라 배치되어 상기 스핀들을 상기 선반부의 폭방향을 따라 직선 왕복 운동시키는 이송부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 회전부에는, 상기 너트의 회전 변위를 측정하는 제1측정수단; 및 상기 선반부의 폭방향을 따라 이송되는 상기 너트의 직선 이동 변위를 측정하는 제2측정수단;이 마련될 수 있다.

또한, 상기 지지부에는, 상기 볼 프로브가 상기 너트가 배치된 방향으로 이동하는 직선 이동 변위를 측정하는 제3측정수단;이 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 에러 측정장치는, 회전부에 의해 지지된 너트와 볼 프로브가 서로 상대 이동되는 구성을 가지므로, 볼 너트의 회전 각도와 볼 프로브의 상태 위치 좌표를 통해 너트의 피치를 용이하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 에러 측정장치는, 회전부의 이동을 통해 볼 너트의 중심과 볼 프로브를 용이하게 일치시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 측정장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 측정장치의 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 볼스크류의 피치 측정장치의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 프로브가 너트의 나선홈에 삽입된 상태를 보여주는 단면도.
도 5는 도 2에 도시된 지지부를 우측에서 바라본 측면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 에러 측정장치가 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 측정장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 측정장치의 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 볼스크류의 피치 측정장치의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 프로브가 너트의 나선홈에 삽입된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 지지부를 우측에서 바라본 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 볼스크류의 피치 측정장치는, 볼스크류를 구성하는 너트의 내주면에 형성된 나선홈 간의 간격을 측정하여 나선홈 간의 간격이 기설정된 간격만큼 이격되어 있는지를 판단하는데 사용되는 장치라 할 수 있다.

상기 볼스크류의 피치 측정장치(100)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 선반부(10)와, 상기 선반부(10)의 길이방향 일측에 배치되되 볼스크류용 너트(N)를 회전 가능하기 지지하는 회전부(20)와, 상기 회전부(20)에 의해 지지된 너트(N)의 나선홈(1)에 삽입되는 볼 프로브(BP)와, 상기 볼 프로브(BP)와 연결되며, 상기 너트(N)의 회전중심과 평행하게 배치되는 지지봉(30)과, 상기 지지봉(30)을 지지한 상태에서 상기 선반부(10)의 길이방향 타측에 배치되되 상기 너트(N)의 회전에 의해 상기 회전부(20)가 배치된 방향으로 이동되는 지지부(40);를 포함할 수 있다.

상기 선반부(10)는, 작업대의 역할을 하는 부분으로서, 지면상에서 소정의 높이를 가진 채로 마련될 수 있으며, 전술한 구성요소들이 배치될 수 있는 면적을 형성하고 있다. 또한, 상기 선반부(10)는, 석정반(granite plate)으로 구현될 수도 있다.

상기 회전부(20)는, 상기 선반부(10)의 길이방향 일측에 배치되는 스핀들(21)과, 상기 스핀들(spindle, 21)에 마련되되 상기 너트(N)의 길이방향 일측을 수용한 채 파지하는 척(chuck, 22), 상기 척(22)에 회전동력을 전달하는 구동모터(23) 및 상기 스핀들(21)과 연결되며, 상기 선반부(10)의 길이방향 일측에서 상기 선반부(10)의 폭방향을 따라 배치되어 상기 스핀들(21)을 상기 선반부(10)의 폭방향을 따라 직선 왕복 운동시키는 이송부(24)를 포함할 수 있다.

상기 스핀들(21)은 도시되지 않은 동력 전달 수단으로 상기 구동모터(23)의 출력축과 연결될 수 있다. 예컨대, 공지의 풀리와 밸트를 이용하여 스핀들(21)과 구동모터(23)가 서로 연결될 수 있다.

따라서, 상기 구동모터(23)가 작동되면 상기 스핀들(21)과 상기 척(22)이 회전되고, 이에 연동하여 상기 너트(N)가 회전될 수 있다.

상기 이송부(24)는, 전술한 바와 같이, 상기 선반부(10)의 폭방향을 따라 배치될 수 있으며, 상기 스핀들(21)을 상기 선반부(10)의 폭방향을 따라 이송시키는 역할을 한다. 참고로, 상기 이송부(24)는, 공지의 볼스크류를 이용한 이송장치라 할 수 있다.

한편, 상기 회전부(20)에는 상기 척(22)이 회전되었을 때 상기 너트(N)의 회전 변위를 측정하는 제1측정수단(26)이 마련될 수 있다.

상기 제1측정수단(26)은 공지의 로터리 엔코더(Rotary Encoder)와 같은 센싱장치로 구현될 수 있으며, 상기 스핀들(21)의 길이방향 타측에 마련될 수 있다.

또한, 상기 회전부(20)에는, 상기 이송부(24)에 의하여 상기 스핀들(21)이 상기 선반부(10)의 폭방향을 따라 이송되었을 때, 상기 너트(N)의 직선 이동 변위를 측정하는 제2측정수단(27)이 마련될 수 있다.

상기 제2측정수단(27)은, 리니어 스케일(linear scale)과 같은 센싱 장치로 구현될 수 있으며, 상기 스핀들(21)을 지지하는 고정대(11)에 마련될 수 있다.

한편, 상기 회전부(20)에는 상기 스핀들(21)을 상기 지지부(40)가 배치된 방향으로 이동시키는 이송수단(28)이 마련될 수 있으며, 상기 이송수단(28)은 회전레버를 회전시켰을 때 상기 스핀들(21)을 전진 또는 후진시킬 수 있는 구성을 가질 수 있다. 이와 같은 이송수단(28)의 구성은 해당분야의 당업자라면 용이하게 실시할 수 있는 구성이므로, 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성설명이 생략된다.

상기 볼 프로브(BP)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 지지봉(30)의 단부에 마련될 수 있으며, 상기 너트(N)의 내주면에 절삭되어 형성된 나선홈(g)의 형상과 대응되는 구형 또는 반구형의 형태로 형성될 수 있다.

상기 볼 프로브(BP)는 다양한 너트(N)의 나선홈(g)에 대응되도록 상기 지지봉(30)에 착탈 가능하게 마련될 수 있다. 즉, 너트(N)의 나선홈(g)에 크기와 대응되는 크기를 가지는 볼 프로브(BP)가 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 지지봉(30)은 전술한 바와 같이 상기 너트(N)의 회전중심 축선과 평행하게 배치될 수 있으며, 상기 너트(N)의 회전에 연동되어 상대 운동되는 상기 볼 프로브(BP)에 의하여 상기 너트(N)의 내측으로 삽입될 수 있다.

또한, 상기 지지봉(30)은, 후술할 상기 지지부(40)에 의하여 상승되거나 하강될 수도 있다.

상기 지지부(40)는, 상기 지지봉(30)을 상승 또는 하강시키는 승강 로드(41)와, 상기 승강 로드(41)를 사이에 두고 서로 일정 간격으로 이격 된 상태로 상기 선반부에 마련되는 한 쌍의 가이드 레일(42)과, 상기 가이드 레일(42)의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 상기 승강 로드(41)에 마련되는 지지 플레이트(43) 및 상기 지지 플레이트(43)와 상기 가이드 레일(42) 사이에 개재되는 부양 수단(44)을 포함할 수 있다.

상기 승강 로드(41)는 도시되지 않은 유압 실린더 또는 공압 실린더와 같은 액추에이터(Actuator)와 연결될 수 있으며, 상기 액추에이터로부터 동력을 전달받아 상승 또는 하강될 수 있다. 그러면, 상기 지지봉(30)도 상기 승강 로드(41)의 승강 운동에 연동되어 수평자세로 상승 또는 하강될 수 있다.

여기서, 상기 승강 로드(41)와 상기 지지봉(30)은, 연결 프레임(f)을 매개로 서로 연결될 수 있다. 즉, 상기 승강 로드(41)의 상단은 상기 지지봉(30)의 길이방향 단부는 연결 프레임(f)에 연결될 수 있다.

상기 승강 로드(41)는, 상기 지지봉(30)의 단부에 연결된 볼 프로브(BP)를 상기 너트(N)의 내주면에 형성된 나선홈(g)에 삽입시킬 시에 승강될 수 있다. 즉, 상기 승강 로드(41)는 상기 볼 프로브(BP)를 나선홈(g)에 위치 결정시킬 수 있다. 이때, 상기 회전부(20)의 스핀들(21)이 이송부(24)에 의해 선반부(10)의 폭방향을 따라 이동될 수도 있다.

상기 가이드 레일(42)은 상기 선반부(10)의 길이방향 타측에서 상기 선반부(10)의 길이방향을 따라 배치될 수 있으며, 상기 너트(N)가 회전되어 상기 볼 프로브(BP)가 상대운동 될 시에, 상기 회전부(20)가 배치된 방향으로 이동되는 상기 승강 로드(41)와 상기 지지 플레이트(43)를 안내하는 역할을 한다.

즉, 상기 회전부(20)의 척(22)이 회전되면, 너트(N)의 나선홈(g)에 삽입된 볼 프로브(BP)의 상대운동에 의해 상기 지지봉(30)과 상기 승강 로드(41) 및 상기 지지 플레이트(43)가 상기 너트(20)가 배치된 방향으로 직선 운동될 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 가이드 레일(42) 사이에 배치된 상기 선반부(10)의 윗면은, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(40)가 직선 운동될 수 있도록 개방되어 있다.

아울러, 상기 가이드 레일(42)은, 화광석과 같은 석재로 제작되는 것이 바람직하다.

상기 지지 플레이트(43)는, 상기 승강 로드(41)의 길이방향을 따라 서로 일정간격을 두고 상기 승강 로드(41)에 연결될 수 있다. 상기 지지 플레이트(43)와 상기 승강 로드(41)는 공지의 에어 부싱(46, air bushing)을 매개로 서로 연결될 수 있다.

상기 부양 수단(44)은, 정압 베어링의 일종인 에어 베어링(air bearing)으로 구현될 수 있으며, 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 가이드 레일(42)의 윗면에 놓여진 상태에서 상기 가이드 레일(42)의 상부에 배치된 지지 플레이트(43)에 연결될 수 있다.

상기 부양 수단(44)은 상기 승강 로드(41) 및 상기 지지 플레이트(43)가 상기 상기 선반부(10)의 길이방향을 따라 직선왕복 운동될 시에 상기 가이드 레일(42)의 윗면 상에서 부양되어 상기 지지 플레이트(43)를 상승시킬 수 있다.

그러면, 상기 지지 플레이트(43)의 상승에 연동되어 지지봉(30)이 소정의 간격 만큼 부양될 수 있으며, 이에 따라, 상기 너트(N)의 나선홈(g)과 볼 프로브(BP)간에 발생되는 마찰력이 줄어들 수 있다.

한편, 상기 가이드 레일(42)에는 상기 볼 프로브(BP)가 상기 너트(N)가 배치된 방향으로 이동하는 직선 이동 변위를 측정하는 제3측정수단(45)이 마련될 수 있다.

한편, 상기 지지부(40)는, 상기 볼 프로브(BP)가 상기 너트(N)가 배치된 방향으로 이동하는 직선 이동 변위를 측정하는 제3측정수단(45)을 더 포함할 수 있다. 상기 제3측정수단(45)은, 리니어 스케일(linear scale)과 같은 센싱 장치로 구현될 수 있으며, 상기 가이드 레일(43)상에 마련될 수 있다.

아울러, 상기 승강 로드(41)의 승강 운동에 따른 상기 볼 프로브(BP)의 수직 방향 변위를 측정하는 리니어 스케일을 상기 지지부(40)상에 마련하면, 상기 너트(N)에 형성된 나선홈(g)의 진원도도 측정이 가능하다.

따라서, 상기 볼 프로브(BP)의 위치와 상기 제1측정수단(26)에서 측정되는 측정치 및 상기 제3측정수단(45)에서 측정되는 측정치 등을 연산하는 도시되지 않은 연산부를 통해 너트(N)의 내주면에 형성된 나선홈(G)의 간격(피치)를 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 상기 회전부(20)에 마련된 이송부(24)를 이용하여 스핀들(21) 및 척(22)을 선반부(10)의 폭방향을 따라 이송시켜 너트(N)의 회전중심과 상기 볼 프로브(BP), 즉, 상기 지지봉(30)의 단부를 서로 용이하게 일치시킬 수도 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 선반부 11 : 고정대
20 : 회전부 21 : 스핀들
22 : 척 23 : 구동모터
24 : 이송부 26 : 제1측정수단
27 : 제2측정수단 30 : 지지봉
40 : 지지부 41 : 승강 로드
42 : 가이드 레일 43 : 지지 플레이트
44 : 부양 수단 45 : 제3측정수단
46 : 에어 부싱 N : 너트
g : 나선홈 BP : 볼 프로브 f : 연결 프레임

Claims (4)

1. 선반부;
   상기 선반부의 길이방향 일측에 배치되며, 볼스크류용 너트를 회전 가능하게 지지하는 회전부;
   상기 회전부에 의해 지지된 너트의 나선홈에 삽입되는 볼 프로브;
   상기 볼 프로브와 연결되며, 상기 너트의 회전중심 축선과 평행하게 배치되는 지지봉;
   상기 지지봉을 지지한 상태에서 상기 선반부의 길이방향 타측에 배치되며, 상기 너트의 회전에 의해 상기 회전부가 배치된 방향으로 이동되는 지지부;를 포함하며,
   상기 지지부는,
   상기 지지봉을 상승 또는 하강시키는 승강 로드;
   상기 승강 로드를 사이에 두고 상기 선반부에 마련되는 한 쌍의 가이드 레일;
   상기 가이드 레일의 상부 및 하부에 각각 배치된 상태에서 상기 승강 로드에 마련되는 지지 플레이트; 및
   상기 지지 플레이트와 상기 가이드 레일 사이에 개재되는 부양 수단;을 포함하되,
   상기 부양수단(44)은, 상기 가이드 레일(42)의 윗면과 저면 및 내측면에 각각 마련된 상태에서 상기 가이드 레일(42)의 상부에 배치된 상기 지지 플레이트(43)와 상기 가이드 레일(42)의 하부에 배치된 상기 지지 플레이트(43) 및 상기 한 쌍의 지지 플레이트(43)를 서로 연결하는 수직 프레임에 각각 연결되며,
   상기 회전부는,
   상기 선반부의 길이방향 일측에 배치되는 스핀들;
   상기 스핀들에 마련되며 상기 너트를 파지하는 척;
   상기 척에 회전동력을 전달하는 구동모터; 및
   상기 스핀들과 연결되며, 상기 선반부의 길이방향 일측에서 상기 선반부의 폭방향을 따라 배치되어 상기 스핀들을 상기 선반부의 폭방향을 따라 직선 왕복 운동시키는 이송부;를 포함하고,
   상기 회전부에는,
   상기 너트의 회전 변위를 측정하는 제1측정수단; 및
   상기 선반부의 폭방향을 따라 이송되는 상기 너트의 직선 이동 변위를 측정하는 제2측정수단;이 마련되며,
   상기 지지부에는,
   상기 볼 프로브가 상기 너트가 배치된 방향으로 이동하는 직선 이동 변위를 측정하는 제3측정수단;이 마련되는 것을 볼스크류의 피치 측정장치.
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