KR20220160141A - 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 변위측정장치에 관한 것이다. 추가적으로, 본 발명은 고속으로 회전하여 천공작업을 하거나 절단작업을 하는 공구의 변위를 측정할 수 있는 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치는, 공구의 변위측정부분이 사이에 수용되도록 하는 형상을 갖는 공구수용부가 형성된 본체부, 공구수용부 수용 내측의 일측에 배치되어 공구가 회전하는 상태에서 공구의 변위측정부분으로 광을 출력하는 선형투광부와 공구수용부 수용 내측의 타측에 배치되어 선형투광부로부터 출력되는 광을 수광하는 선형수광부를 포함하는 센싱부 및 선형수광부에 수광되는 복수의 수광정보에 기초하여 공구의 변위여부를 판단하는 제어부를 포함하여 제공될 수 있다.

Description

고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치{Displacement measuring device for tools rotating at high speed}

본 발명은 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 고속으로 회전하여 천공작업을 하거나 절단작업을 하는 공구의 변위를 측정할 수 있는 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치에 관한 것이다.

천공작업을 수행하거나 절단작업을 수행하는 공구는 작업이 진행됨에 따라 공구는 응력, 전단력 등으로 인하여 변형이 일어나다. 이에 의해 제품을 생산하는 데에 대한 제품의 불량율이 증가하게 된다. 그러므로 주기적으로 공구를 측정하여 변위가 발생했는 지 더 나아가서는 변위가 어느 정도 발생했는 지를 파악한다.

그러나, 근접 센서(proximitor sensor)나 레이저 거리 측정기 등을 이용하여 공구의 변위를 측정하나 변위측정장치를 측정대상인 공구에 근접하게 설치함에 따라 공구 자체의 진동에 의한 신호의 왜곡이 발생하여, 변위 측정의 정확성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명자들은 상기 종래 기술의 문제점 해결하기 위하여, 보다 공구의 변위를 정확하게 측정할 수 있는 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치를 제공하고자 한다.

본 발명은, 상기 언급한 과제 해결을 위하여, 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치는, 상기 공구의 변위측정부분이 사이에 수용되도록 하는 형상을 갖는 공구수용부가 형성된 본체부; 상기 공구수용부 수용 내측의 일측에 배치되어 상기 공구가 회전하는 상태에서 상기 공구의 변위측정부분으로 광을 출력하는 선형투광부선형투광부와, 상기 공구수용부 수용 내측의 타측에 배치되어 상기 선형투광부선형투광부로부터 출력되는 광을 수광하는 선형수광부를 포함하는 센싱부; 및 상기 선형수광부에 수광되는 복수의 수광정보에 기초하여 상기 공구의 변위여부를 판단하는 제어부를 포함하는 변위측정장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 본체부는, 상기 공구수용부로부터 상기 공구의 수용방향으로 연결되어 상기 공구수용부를 지지하는 센싱본체; 서로 이격간격을 갖는 상기 센싱본체의 2영역으로부터 상기 공구의 수용방향의 역방향으로 연장되어 배치되는 상기 공구수용부; 및 상기 공구수용부의 상호 이격간격이 신축되는 방향으로 이동되도록 가이드하는 간격가이드를 포함하는 변위측정장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 상기 간격가이드를 따라 상기 공구수용부가 신축되도록 구동하는 간격구동부를 더 포함하는 변위측정장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 공구는 베이스에 지지되며, 상기 베이스에 지지되며 상기 본체부를 이동 가능하게 지지하는 본체지지부; 및 상기 본체부가 상기 공구의 변위측정부분을 따라 이동하도록 구동하는 본체구동부를 더 포함하는 변위측정장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 선형투광부선형투광부는 영역을 갖는 광을 출력하는 발광영역을 갖고, 상기 선형수광부는 적어도 상기 발광영역에서 출력되는 광을 모두 수광할 수 있도록 하는 수광영역을 갖는 변위측정장치를 제공한다.

또한, 본 발명은, 상기 제어부는, 상기 선형수광부에 수광되는 최대면적에 대한 최소면적의 차이에 대한 임계수치를 저장하며, 상기 선형수광부에 수광되는 최대면적에 대한 최소면적의 차이가 상기 임계수치보다 초과하는 경우 상기 공구가 불량한 것으로 판단하는 변위측정장치를 제공한다.

또한,본 발명은, 상기 제어부는, 상기 주기적인 편심을 확인함으로써 회전체의 회전주기(RPM)을 측정할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 제어부는, 허용 가능한 허용편심량을 저장하며, 측정된 상기 회전축의 편심량과 저장된 허용편심량과 비교하여 소정범위 이상 벗어나는 경우 사용자에게 알릴 수 있다.

본 발명에 따른 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치는, 종래 관련 기술과 비교하여 공구의 변위측정부분을 사이에 두고 광을 출력하며 수광되는 수광정보를 분석하여 공구의 변위를 정확하게 측정할 수 있는 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치를 제공할 수 있다.

첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명에 따른 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치의 간략 예시도이다.
도 2는, 본 발명에 따른 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치의 상세도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 공구수용부의 동작도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 본체부의 동작도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 공구의 일부분을 측정하는 예시도이다.도 6은, 본 발명에 따른 수광영역의 변화를 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명에 따른 선형수광부에 수광된 수광정보의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 본 발명에 따른 변위측정장치의 제어블록도이다.

이하, 본 발명에 따른 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치(1)에 관하여 상세히 설명하나, 상기 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치(1)의 범위가 하기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.

본 발명은 변위측정장치(1)에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명은 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치(1)에 대한 것이며, 보다 구체적으로 본 발명은 천공작업을 수행하거나 절단작업을 수행하는 공구 즉, 고속으로 회전하여 천공작업 및 절단작업을 하는 공구의 변위를 측정할 수 있는 변위측정장치에 관한 것이다.

본 명세서상의 용어, 공구는 예를 들어 작업물인 PCB의 천공작업을 수행하는 정밀드릴이나 PCB를 정밀하게 절단하는 회전칼 등을 말하며, 변위가 발생할 수 있는 공구를 통칭한다.

또한, 본 명세서상의 용어, "선형투광부선형투광부 및 선형수광부"는 일반적으로 LED광의 출력 및 수광하는 구성을 포함하되, 보다 바람직하게는 직진성이 우수한 광을 출력하며, 수광할 수 있는 구성이다.

도 1은, 본 발명에 따른 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치의 간략 예시도이고, 도 2는, 본 발명에 따른 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치의 상세도이며, 도 3은, 본 발명에 따른 공구수용부의 동작도이고, 도 4는, 본 발명에 따른 본체부의 동작도이며, 도 5는, 본 발명에 따른 공구의 일부분을 측정하는 예시도이고, 도 6은, 본 발명에 따른 수광영역의 변화를 나타내는 도면이며, 도 7은, 본 발명에 따른 선형수광부에 수광된 수광정보의 변화를 나타내는 그래프이며, 도 8은, 본 발명에 따른 변위측정장치의 제어블록도이다. 도 1내지 8을 참고하여 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치(1)를 설명한다.

고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치(1)는 본체부(10), 간격구동부(20), 본체지지부(30), 본체구동부(40), 센싱부(50), 디스플레이부(60) 및 제어부(70)를 포함한다.

본체부(10)는 공구(3)의 변위측정부분이 사이에 수용되도록 하는 형상을 갖는다. 본체부(10)는 센싱본체(11), 공구수용부(12) 및 간격가이드(13)를 포함할 수 있다.

센싱본체(11)는 판상의 형상을 가지며, 공구수용부(12)로부터 공구(3)의 수용방향으로 연결되어 공구수용부(12)를 지지한다. 센싱본체(11)는 넓이를 갖도록 하여 공구수용부(12)가 소정의 이격간격을 갖고 형성될 수 있도록 판상인 것이 바람직하다. 센싱본체(11)는 판상을 갖지 않아도 공구수용부(12)가 소정의 이격간격을 가질 수 있도록 하는 형상을 가지면 된다.

공구수용부(12)는 서로 이격간격을 갖는 센싱본체(11)의 2영역으로부터 공구(3)의 수용방향의 역방향으로 연장되어 배치된다. 공구수용부(12)는 공속으로 회전하는 공구(3)의 회전축 또는 회전체를 적어도 일부 수용할 수 있도록 형성되어 후술할 선형투광부선형투광부(51)에서 출력되는 광이 공구(3)에 의해 적어도 가려지도록 하는 형상이 이루어진다.

간격가이드(13)는 공구수용부(12)의 상호 이격간격이 신축되는 방향으로 이동되도록 가이드한다. 간격가이드(13)는 이동방향을 따라 형성된 레일과 레일을 수용하는 레일수용부로 형성될 수도 있고, 나사와 볼트 형상으로 마련될 수도 있으며, 피스톤과 실린더로 마련되어 이동될 수도 있다.

간격구동부(20)는 간격가이드(13)를 따라 공구수용부(12)가 신축되도록 구동한다. 간격구동부(20)는 모터로 마련될 수 있고, 유압컴프레셔로 마련될 수도 있다.

공구(3)는 베이스(2)에 지지되어 고속으로 회전될 수 있으며, 본체지지부(30)는 베이스(2)에 지지되며 본체부(10)를 이동 가능하게 지지한다. 본체지지부(30)는 일측이 베이스(2)에 결합된 상태에서 공구(3)의 변위측정부분으로 연장되어 형성된다. 이에 따라, 본체부(10)가 연장방향을 따라 이동되어 보다 많은 변위측정부분을 측정할 수 있게 된다. 본체지지부(30)는 외측에 숫나사산이 형성되어 있을 수 있고, 본체부(10)에는 암나사산이 형성된 이동공이 형성되어 있어 본체지지부(30) 또는 본체부(10)를 회전시켜 연장방향을 따라 이동되도록 할 수 있다.

본체구동부(40)는 본체부(10)가 공구의 변위측정부분을 따라 이동하도록 구동할 수 있다. 본체구동부(40)는 머터로 마련되어 본체지지부(30) 또는 본체부(10)를 회전시킬 수도 있다.

센싱부(50)는 고속으로 회전하는 공구(3)의 변위측정부분으로 광을 출력하여 변위가 있는 지 얼마나 있는 지를 파악할 수 있다. 센싱부(50)는 선형투광부선형투광부(51)와 선형수광부(52)로 이루어진다.

선형투광부선형투광부(51)는 공구수용부(12) 수용 내측의 일측에 배치되어 공구(3)가 회전하는 상태에서 공구(3)의 변위측정부분을 향해 선형으로 광을 출력한다. 선형투광부선형투광부(51)는 영역을 갖는 광을 출력하는 발광영역을 갖는다. 선형투광부(51)는 이 발광영역이 적어도 공구(3)의 변위측정부분을 비출 수 있도록 배치된다. 바람직하게는 적어도 변위가능범위를 비출 수 있도록 선형투광부(51)를 배치할 수 있다.

선형수광부(52)는 공구수용부(12) 수용 내측의 타측에 배치되어 선형투광부(51)로부터 선형으로 출력되는 광을 수직으로 수광할 수 있도록 배치된다. 선형수광부(52)는 수광영역에 대한 수광정보를 후술할 제어부(70)로 전달한다. 선형수광부(52)는 발광영역에서 출력되는 광을 모두 수광할 수 있도록 하는 수광영역을 갖는다. 선형수광부(52)는 공구(3)가 선형투광부(51)에서 출력되는 주사 광속을 차단하는 양에 따라 선형적으로 전압을 출력하는 처리부가 추가적으로 구비될 수 있다.

선형투광부(51)는 평행광을 형성하기 위해 소형 LED를 수평으로 배열한 후 확산 광학물을 추가할 수 있다.

여기서, 선형투광부(51)와 선형수광부(52)의 전면에는 장방형 슬릿구조를 갖는 광도입부를 추가로 가질 수 있다.

디스플레이부(60)는 내부 통신이나 외부통신을 통하여 관련데이터를 송출하여 편심량(변위측정량)을 그래픽으로 표시할 수 있다.

제어부(70)는 선형수광부(52)에 수광되는 복수의 수광정보에 기초하여 공구의 변위여부를 판단한다.

제어부(70)는 선형수광부(52)에 수광되는 최대면적에 대한 최소면적의 차이에 대한 임계수치를 저장하며, 선형수광부(52)에 수광되는 최대면적에 대한 최소면적의 차이가 임계수치보다 초과하는 경우 공구(3)가 불량한 것으로 판단한다.

제어부(70)는 선형수광부(52)에 수광되는 복수의 수광정보 즉, 영역의 넓이를 파악하여 가장 넓은 수광영역과 가장 좁은 수광영역을 최고와 최저로 하고 넓이가 작아지는 속도, 넓이가 넓어지는 속도 등을 고려하여 변위의 정도를 판단할 수도 있다.

제어부(70)는 선형수광부(52)에 수광되는 복수의 수광정보 즉, 변위측정부분의 직진도, 휨정도, 삐침도를 파악하여 변위의 정도를 판단할 수도 있다.

제어부(70)는 수광영역과 변위측정부분의 직진도, 휨정도, 삐침도를 종합하여 변위의 정도를 판단할 수도 있다.

제어부(70)는 FFT(fast Fourier transform)의 디지털 신호 처리로 주기적인 편심을 측정할 수 있다. 여기서, 변위측정장치(1)는 수직 방향의 보조적 측정지그를 사용하여 회전축과 평행방향으로 배치된 부분을 측정함으로써 공구(3) 회전축의 주기적인 변위량을 측정할 수도 있다. 제어부(70)는 평행방향으로 배치된 부분을 측정함으로써 공구(3) 회전축의 주기적인 변위량을 측정하며 회전하는 공구(3)의 진동을 측정할 수도 있다.

제어부(70)는 허용 가능한 허용편심량을 저장하며, 측정된 회전축의 편심량과 저장된 허용편심량과 비교하여 소정범위 이상 벗어나는 경우 사용자에게 알릴 수 있다.

도 3은, 본 발명에 따른 공구수용부(12)의 동작도이다.

도 3 (a) 공구수용부(12)가 센싱본체(11)와 동일한 외측으로 배치되어 있으며 공구(3)가 수용될 수 있도록 하는 이격간격이 형성되어 있다.

도 3 (b) 변위를 측정하려는 공구(3)가 큰 경우 도 3 (a) 이격간격에 수용되지 않을 수 있다. 이러한 경우 제어부(70)는 간격구동부(20)를 구동하여 공구수용부(12)가 상하로 이동되어 이격간격이 커지었다. 이에 더욱 큰 공구(3)가 수용될 수 있게 될 수 있다.

도 4는, 본 발명에 따른 본체부(10)의 동작도이다.

도 4 (a) 공구수용부(12)의 상하두께가 크지 않으므로 공구(3)의 일부분만의 변위를 측정할 수 있다.

도 4 (b) 제어부(70)는 본체구동부(40)를 구동하여 본체부(10)를 상부로 이동시키면서 공구(3) 전체에 대하여 변위를 측정할 수 있다.

여기서, 본체부(10)를 이동시킨 후에 변위를 측정하고 본체부(10)를 이동시킨 후에 변위를 측정하는 방식으로 공구(3)의 변위를 측정할 수도 있고, 본체부(10)를 이동시키면서 연속으로 공구(3) 전체에 대하여 변위를 측정할 수도 있다.

도 5는, 본 발명에 따른 공구의 일부분을 측정하는 예시도이다. 회전축에 원판과 같은 지그를 부착하여 변위측정장치(1)를 회전축과 수직 방향으로 설치할 수 있는 예시도이다. 이렇게 측정을 하면 공구(3) 회전축을 수용하여 변위를 측정하기 어려운 경우에도 쉽게 공구(3) 회전축의 변위를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 수직 방향의 보조적 측정지그를 사용함으로써 회전축과 평행방향으로 배치된 부분을 측정함으로써 공구(3) 회전축의 주기적인 변위량을 측정할 수도 있다

도 6은, 본 발명에 따른 수광영역의 변화를 나타내는 도면이다.

도 6 (a) 변위를 측정하려는 공구(3)의 회전축에 변이가 있는 경우 회전축이 회전하는 상태에서 선형투광부(51)에서 광을 출력하면 선형수광부(52)에서 광을 수광하는데 수광영역이 작다. 이런 경우는 변위측정부분이 내측으로 조금 휘었다는 것으로 판단할 수 있다.

도 6 (b) 회전축이 회전하는 상태에서 선형투광부(51)에서 광을 출력하여 선형수광부(52)에서 광을 수광한 수광영역이 크다. 이런 경우는 변위측정부분이 외측으로 조금 휘었다는 것으로 판단할 수 있다.

도 7은, 본 발명에 따른 선형수광부에 수광된 수광정보의 변화를 나타내는 그래프이다.

도6의 수광영역의 넓이를 그래프로 나타낸 것이다. 일측으로 변위가 있는 회전축이 회전하면서 선형수광부(52)에 수광되는 수광영역의 넓이가 변하는 것을 나타낸다. 일측으로 변위가 있는 회전축은 회전하면서 수광영역의 넓이가 주기적으로 변하는 것을 나타낸다.

상기의 변위측정장치(1)로 인하여, 공구의 변위측정부분을 사이에 두고 광을 출력하며 수광되는 수광정보를 분석하여 공구의 변위를 정확하게 측정할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 변위측정장치
2: 베이스
3: 공구
10: 본체부
11: 센싱본체
12: 공구수용부
13: 간격가이드
20: 간격구동부
30: 본체지지부
40: 본체구동부
50: 센싱부
51: 선형투광부
52: 선형수광부
60: 디스플레이부
70: 제어부

Claims (8)

1. 고속으로 회전하는 공구의 변위측정장치에 있어서,
   상기 공구의 변위측정부분이 사이에 수용되도록 하는 형상을 갖는 공구수용부가 형성된 본체부;
   상기 공구수용부 수용 내측의 일측에 배치되어 상기 공구가 회전하는 상태에서 상기 공구의 변위측정부분으로 광을 출력하는 선형투광부선형투광부와, 상기 공구수용부 수용 내측의 타측에 배치되어 상기 선형투광부선형투광부로부터 출력되는 광을 수광하는 선형수광부를 포함하는 센싱부; 및
   상기 선형수광부에 수광되는 복수의 수광정보에 기초하여 상기 공구의 변위여부를 판단하는 제어부를 포함하는 변위측정장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 본체부는,
   상기 공구수용부로부터 상기 공구의 수용방향으로 연결되어 상기 공구수용부를 지지하는 센싱본체;
   서로 이격간격을 갖는 상기 센싱본체의 2영역으로부터 상기 공구의 수용방향의 역방향으로 연장되어 배치되는 상기 공구수용부; 및
   상기 공구수용부의 상호 이격간격이 신축되는 방향으로 이동되도록 가이드하는 간격가이드를 포함하는 변위측정장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 간격가이드를 따라 상기 공구수용부가 신축되도록 구동하는 간격구동부를 더 포함하는 변위측정장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 공구는 베이스에 지지되며,
   상기 베이스에 지지되며 상기 본체부를 이동 가능하게 지지하는 본체지지부; 및
   상기 본체부가 상기 공구의 변위측정부분을 따라 이동하도록 구동하는 본체구동부를 더 포함하는 변위측정장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 선형투광부선형투광부는 영역을 갖는 광을 출력하는 발광영역을 갖고, 상기 선형수광부는 적어도 상기 발광영역에서 출력되는 광을 모두 수광할 수 있도록 하는 수광영역을 갖는 변위측정장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 선형수광부에 수광되는 최대면적에 대한 최소면적의 차이에 대한 임계수치를 저장하며, 상기 선형수광부에 수광되는 최대면적에 대한 최소면적의 차이가 상기 임계수치보다 초과하는 경우 상기 공구가 불량한 것으로 판단하는 변위측정장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 주기적인 편심을 확인함으로써 회전체의 회전주기(RPM)을 측정하는 변위측정장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   허용 가능한 허용편심량을 저장하며, 측정된 상기 회전축의 편심량과 저장된 허용편심량과 비교하여 소정범위 이상 벗어나는 경우 사용자에게 알리는 변위측정장치.
   

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