KR20110075246A - 정밀 단조 성형품 측정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템은, 내부에 다수의 그루브가 형성된 정밀 단조 성형품의 치수를 측정하기 위한 것으로서, ⅰ)프레임과, ⅱ)상기 프레임의 길이 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되고, 상기 단조 성형품을 클램핑 하기 위한 다수의 클램퍼들이 구비된 이동 테이블과, ⅲ)상기 이동 테이블의 이동 경로 상측에서 상기 프레임에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 상기 단조 성형품의 초기 셋팅 위치를 결정하는 위치결정유닛과, ⅳ)상기 이동 테이블의 이동 경로 상측에서 상기 프레임에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 상기 단조 성형품 내부의 그루브 치수를 측정하기 위한 측정유닛을 포함한다.

단조, 성형품, 치수, 측정

Description

정밀 단조 성형품 측정 시스템 {FORGING MEASUREMENT SYSTEM FOR AUTOMOBILE PARTS}

본 발명의 예시적인 실시예는 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 등속조인트와 같이 정밀도가 요구되는 단조 성형품의 치수를 빠르고 정확하게 전수 검사할 수 있도록 한 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 정밀단조 성형품 측정은 기계적인 탐침(Mechanical Probe)을 사용한 3차원 측정방식과, 비접촉 광학 탐침을 사용한 3차원측정법 등이 있다. 하지만 이는 생산 현장에 전수 검사 용도로는 맞지 않으며, 수초 만에 제품이 생산되는 단조 공정에서의 로트 단위 검사에는 한계가 있다.

이를 극복하기 위해 최근 들어 많은 노력이 있어 왔지만 최적의 시스템은 전무 하였으며, 단순히 한계 게이지 등을 이용하여 제품의 양불 여부를 정성적으로 판단하고 있는 실정이다.

특히, 차량용 단조 성형품 중 가장 정밀도가 요구되는 것은 등속 조인트로서, 이 등속 조인트는 내부에 6개의 볼그루브를 포함하고 있는 구조이며, 내부 볼 그루브를 따라 6개의 베어링이 인너 레이어와 함께 엔진으로부터 전달되어 오는 동력을 바퀴에 전달함과 동시에 스티어링 휠의 조작에 따라 캠각을 변화시키며 조향을 하는 중요한 부품이다.

이러한 단조 성형품은 단조 공정을 통해 생산하게 되는데, 내면의 60도 간격 6개 그루브의 치수 정밀도가 가장 중요하다고 할 수 있다.

그러나, 상기 단조 성형품은 평균 3~5초에 하나씩 생산되는 매우 빠른 생산성의 제품으로서 로트 단위 검사로는 한계가 있다. 기존의 3차원 범용 측정기를 사용했을 시 제품 1개의 평균 검사 시간이 25분 정도이다.

만약, 해당 로트에서 결함을 발견하게 되면, 25분 동안의 생산품 양인 500개를 폐기시켜야 하는 부담감이 많다. 따라서 당 업계에서는 빠르고 정확한 계측이 요구되는 측정 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다.

따라서 본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 정밀도가 요구되는 단조 성형품의 치수를 빠르고 정확하게 전수 검사할 수 있도록 한 정밀 단조 성형품 측정 시스템을 제공한다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템은, 내부에 다수의 그루브가 형성된 정밀 단조 성형품의 치수를 측정하기 위한 것으로서, ⅰ)프레임과, ⅱ)상기 프레임의 길이 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되고, 상기 단조 성형품을 클램핑 하기 위한 다수의 클램퍼들이 구비된 이동 테이블과, ⅲ)상기 이동 테이블의 이동 경로 상측에서 상기 프레임에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 상기 단조 성형품의 초기 셋팅 위치를 결정하는 위치결정유닛과, ⅳ)상기 이동 테이블의 이동 경로 상측에서 상기 프레임에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 상기 단조 성형품 내부의 그루브 치수를 측정하기 위한 측정유닛을 포함한다.

상기 정밀 단조 성형품 측정 시스템은, 상기 이동 테이블을 상기 프레임의 길이 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제1 구동유닛과, 상기 위치결정유닛을 상하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제2 구동유닛과, 상기 측정유닛을 상하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제3 구동유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 정밀 단조 성형품 측정 시스템은, 상기 제1,2,3 구동유닛이 공압 실린 더로서 이루어질 수 있다.

상기 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 있어서, 상기 위치결정유닛은 상기 제2 구동유닛에 의해 상하 방향으로 왕복 이동되는 제1 이동 블록과, 상기 제1 이동 블록에 설치되어 상기 단조 성형품의 내부에 끼워지며 상기 단조 성형품의 초기 셋팅 위치를 결정하는 위치 결정 헤드를 포함할 수 있다.

상기 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 있어서, 상기 측정유닛은 상기 제3 구동유닛에 의해 상하 방향으로 왕복 이동되는 제2 이동 블록과, 상기 제2 이동 블록의 상면에 방사 상으로 설치되며 전후 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되는 다수의 센서부재들과, 상기 각 센서부재에 연결되게 설치되어 그 센서부재를 왕복 이동시키는 공압 실린더로서의 엑츄에이터와, 상기 제2 이동 블록의 하면에 설치되어 상기 단조 성형품에 삽입 가능한 탐침 헤드와, 상기 탐침 헤드를 관통하며 상기 각 센서부재에 접촉 가능하게 설치되고 상기 탐침 헤드의 내부에 회동 가능하게 힌지 결합되 측정팁을 포함하여 이루어질 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 의하면, 정밀도가 요구되는 단조 성형품의 치수를 간단한 구조로서 빠르고 정확하게 실시간으로 전수 검사할 수 있는 효과가 기대된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템(100)은 정밀도가 요구되는 정밀 단조 성형품(1)을 제작하기 위한 단조 성형 공정에 적용된다.

여기서, 본 발명의 예시적인 실시예에 적용되는 상기 정밀 단조 성형품(1)은 차량용 등속조인트를 예로 들 수 있는데, 이 등속조인트는 내부에 6개의 볼 그루브(2)를 포함하는 구조로 이루어지며, 볼 그루브(2)를 따라 6개의 베어링이 인너 레이어와 함께 엔진으로부터 전달되어 오는 동력을 바퀴에 전달함과 동시에 스티어링 휠의 조작에 따라 캠각을 변화시켜가며 조향을 하는 중요한 부품이다.

본 실시예에 의한 상기 정밀 단조 성형품 측정 시스템(100)은 정밀 단조 성형품(1) 내부의 그루브 치수를 측정하기 위한 것으로서, 정밀 단조 성형품(1)을 보다 빠르고 정확하게 실시간으로 전수 검사를 할 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템(100)은 기본적으로, 프레임(10)과, 이동 테이블(30)과, 위치결정유닛(50)과, 측정유닛(70)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서, 상기 프레임(10)은 이하에서 설명하는 각종 구성 요소들을 지지하기 위한 것으로서, 이들 구성 요소는 하나의 프레임(10)에 모두 설치될 수 있고, 분획된 각각의 프레임에 결합된 형태일 수도 있다.

상기 프레임(10)은 각종 브라켓, 지지블록, 플레이트, 하우징, 커버, 칼라 등과 같은 부속 요소들을 구비하는데, 이들 부속 요소는 하기의 구성 요소를 프레임(10)에 설치하기 위한 것이므로, 이하에서는 예외적인 경우를 제외하고 이들 부속 요소를 프레임(10)으로 통칭하는 것을 원칙으로 한다.

본 실시예에서, 상기 이동 테이블(30)은 언급한 바 있는 정밀 단조 성형품(1)(이하에서는 편의상 "단조 성형품" 이라고 한다)을 장착하기 위한 것이다.

상기 이동 테이블(30)은 프레임(10)의 길이 방향(도면에서의 좌우 방향)으로 왕복 이동 가능하게 설치되고, 단조 성형품(1)을 클램핑 하기 위한 다수의 클램퍼들(31)이 구비된다.

여기서, 상기 클램퍼(31)는 이동 테이블(30)의 상면에 단조 성형품(1)을 중심에 두고 방사 상으로 설치되며, 공압 실린더와 같은 작동 실린더의 작동 로 드(33)를 통해 단조 성형품(1)을 다각도에서 클램핑 할 수 있는 통상적인 구조의 클램핑 장치로서 구비된다.

이 경우, 상기 이동 테이블(30)은 제1 구동유닛(40)에 의해 프레임(10)의 길이 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 구성되는 바, 제1 구동유닛(40)은 프레임(10)에 고정되게 설치되는 제1 공압 실린더(41)로서 이루어진다.

즉, 상기 제1 공압 실린더(41)는 프레임(10)의 길이 방향을 따라 전후진 하는 제1 작동 로드(43)를 구비하여 이루어지며, 제1 작동 로드(43)는 이동 테이블(30)에 연결되게 설치된다.

본 실시예에서, 상기 위치결정유닛(50)은 단조 성형품(1)의 초기 셋팅 위치를 결정하기 위한 것으로서, 단조 성형품(1)의 절대 위치값을 정확하게 조정하는 기능을 하게 된다.

상기 위치결정유닛(50)은 이동 테이블(30)의 이동 경로 상측에서 프레임(10)에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다.

이러한 위치결정유닛(50)은 프레임(10)에 상하 방향으로 왕복 이동되는 제1 이동 블록(51)과, 제1 이동 블록(51)에 설치되는 위치 결정 헤드(55)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 이동 블록(51)은 제2 구동유닛(60)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 바, 제2 구동유닛(60)은 프레임(10)의 상면에 고정되게 설치되는 제2 공압 실린더(61)로서 이루어진다.

여기서, 상기 제2 공압 실린더(61)는 프레임(10)의 상하 방향을 따라 전후진 하는 제2 작동 로드(63)를 구비하여 이루어지며, 제2 작동 로드(63)는 제1 이동 블록(51)에 연결되게 설치된다.

그리고, 상기 위치 결정 헤드(55)는 이동 테이블(30)에 대응하여 제1 이동 블록(51)의 하면에 고정되게 설치되는 바, 이동 테이블(30) 상에서 클램퍼들(31)에 의해 클램핑 된 단조 성형품(1)의 내부에 끼워지며 그 단조 성형품(1)의 초기 셋팅 위치를 결정하고, 그 절대 위치값을 정확하게 조정하는 기능을 하게 된다.

본 실시예에서, 상기 측정유닛(70)은 단조 성형품(1) 내부의 그루브(2)의 치수를 측정하기 위한 것으로서, 이동 테이블(30)의 이동 경로 상측에서 프레임(10)에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다.

이러한 측정유닛(70)은 이동 테이블(30)의 이동 경로 상측에서 위치결정유닛(50)과 이격되게 구성되는 바, 도 2 내지 도 4에서와 같이 제2 이동 블록(71)과, 센서부재들(73)과, 탐침 헤드(77)와, 측정 팁(78)을 포함하여 이루어진다.

상기 제2 이동 블록(71)은 프레임(10)에 상하 방향으로 왕복 이동되는 플레이트 형태로서 이루어지며, 제3 구동유닛(80)에 의해 상하 방향으로 왕복 이동된다.

여기서, 상기 제3 구동유닛(80)은 프레임(10)의 상면에 고정되게 설치되는 제3 공압 실린더(81)로서 이루어지는 바, 제3 공압 실린더(81)는 프레임(10)의 상하 방향을 따라 전후진 하는 제3 작동 로드(83)를 구비하며, 제3 작동 로드(83)는 제2 이동 블록(71)에 연결되게 설치된다.

상기 센서부재들(73)은 제2 이동 블록(71)의 상면에 방사 상으로 설치되며, 전후 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성된다. 이 때, 각 센서부재(73)는 엑츄에이터(75)에 의해 방사 상으로 왕복 이동된다.

상기에서, 엑츄에이터(75)는 전후진 하는 작동 로드를 통해 센서부재(73)를 왕복 이동시키는 작동 실린더로서 이루어지며, 그 작동 로드를 통해 센서부재(73)와 연결된다.

이 경우, 상기 각 센서부재(73)는 엑츄에이터(75)에 의해 이동되는 거리를 감지하고, 그 감지 신호를 제어기(도면에 도시되지 않음)로 출력하는 통상적인 구조의 위치 센서로서 구비된다.

상기 탐침 헤드(77)는 제2 이동 블록(71)의 하면에 설치되며, 제2 이동 블록(71)의 하측으로 이동된 이동 테이블(30) 상의 단조 성형품(1)에 삽입 가능한 중공 형태로서 이루어진다.

그리고, 상기 측정 팁(78)은 탐침 헤드(77)의 중공을 관통하며 각각의 센서부재(73)에 접촉 가능하게 구비되고, 탐침 헤드(77)의 내부에서 그 내벽면에 회동 가능하게 힌지 결합된다.

즉, 상기 측정 팁(78)은 센서부재(73)에 대응하는 개수로서 구비되며, 힌지핀(79)을 통하여 탐침 헤드(77)의 내벽면에 지렛대 원리로서 회동 가능하게 힌지 결합된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템(100)의 작동을 도 5를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템의 작동 상태를 도시한 도면이다.

도면을 참조하면, 우선 본 실시예에서는 이동 테이블(30) 상에 단조 성형품(1)을 로딩하고, 클램퍼들(31)을 통하여 그 단조 성형품(1)을 클램핑시킨다.

이어서, 제1 구동유닛(40)을 통해 이동 테이블(30)를 프레임(10)의 길이 방향을 따라 위치결정유닛(50)의 하측으로 이동시킨다.

다음, 상기 이동 테이블(30)이 이동된 상태로, 제2 구동유닛(60)을 통해 위치결정유닛(50)의 제1 이동 블록(51)을 하측 방향으로 이동시키게 되면, 위치 결정 헤드(55)가 단조 성형품(1)의 내부에 끼워지며 그 단조 성형품(1)의 초기 셋팅 위치를 결정하고, 그 절대 위치값을 정확하게 조정하게 된다(S1 단계).

이어서, 상기 제1 구동유닛(40)을 통해 이동 테이블(30)를 프레임(10)의 길이 방향을 따라 측정유닛(70)의 하측으로 이동시킨다(S2 단계).

다음, 상기 이동 테이블(30)이 이동된 상태로, 제3 구동유닛(80)을 통해 측정유닛(70)의 제2 이동 블록(71)을 하측 방향으로 이동시키게 되면, 탐침 헤드(77)가 단조 성형품(1)의 내부에 점차적으로 삽입하게 된다(S3 내지 S5 단계).

그러면, 상기 탐침 헤드(77) 내부의 측정 팁(78)이 단조 성형품(1)의 그루브(2)에 접촉되면서 회동하게 되고, 센서부재들(73)은 측정 팁(78)의 회동 범위를 감지하게 된다.

이러한 상태에서, 엑츄에이터(75)를 통해 센서부재들(73)을 전진 이동시킴과 동시에, 제3 구동유닛(80)을 통해 제2 이동 블록(71)을 상측 방향으로 이동시키게 되면, 측정 팁(78)이 회동하게 되는데, 이 때 센서부재들(73)은 측정 팁(78)의 회 동 범위를 감지하게 된다(S6 내지 S8 단계).

따라서, 본 실시예에서는 상기 센서부재들(73)에 의해 감지된 감지 신호를 제어기(도면에 도시되지 않음)로 출력하게 되면, 제어기는 감지 신호에 상응하는 데이터값을 산출하게 되고, 그 데이터값을 디스플레이장치에 전송하여 단조 성형품(1)의 치수를 표시하게 된다.

이로써, 본 실시예에서는 전술한 바와 같은 과정을 통해 단조 성형품(1)의 내부에 형성된 볼 그루브(2)의 치수 정밀도를 보다 빠르고 정확하게 실시간으로 전수 검사 할 수 있게 된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 적용되는 위치결정유닛 및 측정유닛을 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 적용되는 측정유닛의 센서부재들을 도시한 도면이다.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 적용되는 측정유닛을 도시한 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 정밀 단조 성형품 측정 시스템의 작동 상태를 도시한 도면이다.

Claims (5)

1. 내부에 다수의 그루브가 형성된 정밀 단조 성형품의 치수를 측정하기 위한 정밀 단조 성형품 측정 시스템에 있어서,

   프레임;

   상기 프레임의 길이 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되고, 상기 단조 성형품을 클램핑 하기 위한 다수의 클램퍼들이 구비된 이동 테이블;

   상기 이동 테이블의 이동 경로 상측에서 상기 프레임에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 상기 단조 성형품의 초기 셋팅 위치를 결정하는 위치결정유닛; 및

   상기 이동 테이블의 이동 경로 상측에서 상기 프레임에 상하 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되어 상기 단조 성형품 내부의 그루브 치수를 측정하기 위한 측정유닛

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 단조 성형품 측정 시스템.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 이동 테이블을 상기 프레임의 길이 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제1 구동유닛;

   상기 위치결정유닛을 상하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제2 구동유닛; 및

   상기 측정유닛을 상하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 제3 구동유닛을 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 정밀 단조 성형품 측정 시스템.
3. 제2 항에 있어서,

   상기 제1,2,3 구동유닛이 공압 실린더로서 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀 단조 성형품 측정 시스템.
4. 제2 항에 있어서,

   상기 위치결정유닛은,

   상기 제2 구동유닛에 의해 상하 방향으로 왕복 이동되는 제1 이동 블록; 및

   상기 제1 이동 블록에 설치되어 상기 단조 성형품의 내부에 끼워지며 상기 단조 성형품의 초기 셋팅 위치를 결정하는 위치 결정 헤드

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 단조 성형품 측정 시스템.
5. 제2 항에 있어서,

   상기 측정유닛은,

   상기 제3 구동유닛에 의해 상하 방향으로 왕복 이동되는 제2 이동 블록;

   상기 제2 이동 블록의 상면에 방사 상으로 설치되며, 전후 방향으로 왕복 이동 가능하게 구성되는 다수의 센서부재들;

   상기 각 센서부재에 연결되게 설치되어 그 센서부재를 왕복 이동시키는 공압 실린더로서의 엑츄에이터;

   상기 제2 이동 블록의 하면에 설치되어 상기 단조 성형품에 삽입 가능한 탐침 헤드; 및

   상기 탐침 헤드를 관통하며 상기 각 센서부재에 접촉 가능하게 설치되고, 상기 탐침 헤드의 내부에 회동 가능하게 힌지 결합되 측정팁

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀 단조 성형품 측정 시스템.

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