KR100216010B1 - 동적 하중 측정방법과 동적하중 측정장치 및 이들을 이용한 하중측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동요나 진동등의 변동이 존재하는 동적상태에서의 하중측정방법 및 장치에 관한 것이다. 스프링계를 구성하는 부재의 한끝단을 고정하고, 다른 끝단을 자유끝단으로 하고, 이 자유끝단에 하중을 걸어 순시변위 Yi 를 계측함에 의하여 정지하중 We 을
로 하여 측정한다. 식중, Wi 는 순시하중, g 는 중력가속도,는 변위 Yi 를 2회 미분하여 얻어지는 자유끝단의 가속도, k는 스프링정수이다. 스프링계를 구성하는 부재를 고정하는 베이스가 동요, 진동등의 변동을 하는 경우에 있어서는, 정지하중 We를
로 하여 측정한다. 단 식중

Description

[발명의 명칭]
동적(動的) 하중 측정방법과 동적하중 측정장치 및 이들을 이용한 하중 측정장치.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은, 동요나 진동이 존재하는 동적인 상태에서의 하중계측에 적합한 동적하중 측정방법과 동적하중 측정장치 및 이를 이용한 하중 측정 장치에 관한 것이다.
[배경기술]
종래부터, 동요나 진동등의 변동이 존재하는, 소위 동적인 상태에서의 하중측정에 대한 많은 제안이 있어왔다. 그러나 종래의 하중 측정방법 및 장치는, 변동주기가 1초 이상 등과 같은 비교적 긴 경우나, 변동에 의한 가속도가 1G 이하의 경우등과 같은 준(準)정상적으로, 동적인 하중계측에 지나지 않는 정적인 하중계측의 범주를 벗어나지 못한 것이었다.
먼저, 종래의 저울과 같이, 설치장소, 즉 베이스가 완전하게 고정되어 변동하지 않고, 또한 하중이 일정하며, 더우기 검출부위에 정적으로 얹혀 있는 것을 전제로 하는 하중측정장치에 대하여 고찰한다.
이와 같은 정적하중 측정장치는, 제 1(a) 도에 나타낸 바와 같이, 센서 어셈블리 (a)가 변동하지 않도록 베이스 (b)로 지지하고 질량이 m 인 피계측물 c 을 조용히 센서 어셈블리 (a) 상에 얹는다. 이와 같은 계(系)는 등속도 운동계를 형성하고, 힘 F=mg (N=Kgm/s2)로 측정된다. g 는 중력가속도 (m/s2) 이다. 이 경우, 제 1 (b) 도에 나타낸 바와 같이, 시간의 변화에 의하여 하중 S/L 은 변화하지 않고, 또한 제 1 (c) 도에 나타낸 바와 같이 센서어셈블리(a)의 가속도 a/L 는 항상 0 이다.
다음에 제 1 (a) 도에 나타낸 하중측정장치에 스텝하중이 걸리는 경우를 생각한다. 센서 어셈블리 (a)에 피계측물 c 을 위쪽에서 낙하시키는 등으로 하여 급격하게 하중을 작용시키면, 센서 어셈블리 (a)에 진동이 발생한다. 도시한 바와 같은 비임상의 센서 어셈블리 (a) 에서는 자유끝단에 제 2 (a) 도에 나타낸 바와 같은 진동이 발생하고, 또한 제 2 (b) 도와 같은 가속도 변동도 발생한다. 이 진동은, 센서 어셈블리 (a)를 구성하는 부재의 재질과 구조에 의한 댐퍼효과에 의하여 서서히 감쇠하여 일정하중으로 되고, 여기에서 처음으로 하중을 측정하는 것이 가능하다. 체중계에 의하여 인간의 체중을 계측하는 경우등도 이러한 상태라고 말할수 있다.
다시 제 1 (a) 도에 나타낸 하중측정장치에 변동하중이 가해지는 경우를 생각한다. 운동하고 있는 물체, 예를 들면 자동차가 센서 어셈블리 (a) 상을 통과하는 경우와 같이 펄스하중이 걸리는 경우를 상정한다. 그러면, 물체가 센서 어셈블리(a)상에 얹혀 있는 시간이 매우 짧으므로, 센서 어셈블리 (a)에는 잔동만이 남고, 이 진동은 시간의 경과와 함께 제 3 (a) 도에 나타낸 바와 같이 0 으로 수렴하고 말기 때문에, 하중을 계측하는 것이 불가능하다. 물론 센서 어셈블리 (a) 에는 가속도도 발생하지만, 이것도 제 3 (b) 도에 나타낸 바와 같이 시간의 경과와 함께 0 으로 수렴하고 말기 때문에 하중계측의 수단으로 할수는 없다.
다음에 베이스 (b) 자체가 변동하는 경우의 하중의 계측에 대하여 생각한다. 제 1 (a) 도에 나타낸 장치를, 동요, 진동 또는 가속도 운동하는 베이스 (b') 상에 설치한 것으로 한다(제 4 (a) 도). 질량 m 의 피계측물 c 을 조용히 센서 어셈블리 (a) 상에 얹는다. 이와 같은 계는 비등속도 운동계를 형성한다. 이러한 계에서는, 베이스 (b')가 변동하기 때문에 제 4 (b) 도에 나타낸 바와 같이 일정 하중으로는 될수 없다. 또한, 제 4 (c) 도에 나타낸 바와 같이 베이스 (b')에는 그 변동에 의한 가속도 G/L 가 발생하고, 또한 센서 어셈블리 (a)에는 베이스 (b')의 가속도 G/L 에 센서 어셈블리 (a) 자체의 진동에 의한 가속도 a/L 가 가해진 가속도가 발생한다. 또한, 제 4 (c) 도 중의 실선은 센서 어셈블리 (a) 자체의 진동에 의한 가속도 a/L 를, 파선은 베이스 (b') 의 가속도 G/L 를 나타낸다.
다음에 제 4 (a)에 나타낸 장치의 설정상태에서, 스텝하중이 가해진 경우를 생각한다. 센서 어셈블리 (a)가 전체적으로 변동하고 있는 상태에서 하중을 급격하게 스텝하중으로서 작용시킨 경우, 센서 어셈블리 (a) 에는 베이스 (b')의 진동에 스텝하중에 의한 진동이 발생한다. 이 진동은, 센서 어셈블리 (a) 의 댐퍼효과에 의하여 서서히 감쇠하여 가지만, 베이스 (b')의 진동이 남아, 거의 정확한 계측은 불가능하다 (제 5 (a) 도). 가속도에 대해서는 베이스 (b')의 가속도만이 남아있으므로 하중계측의 수단으로 하는 것은 불가능하다. 제 5 (b) 도중의 실선은 센서 어셈블리 (a) 자체의 진동에 의한 가속도 a/L 를, 파선은 베이스 (b')의 가속도 G/L 를 나타낸다.
다시, 변동하중으로서 펄스하중이 걸리는 경우를 상정한다. 이 경우, 하중이 걸리는 시간이 매우 짧기 때문에, 시간의 경과와 함께 센서 어셈블리 (a)와 베이스 (b')의 진동만이 남고, 이 진동도 제 6 (a) 도에 나타낸 바와 같이 0 으로 수렴하고 말기 때문에, 하중을 계측하는 것이 불가능한 것으로 된다(제 6 (a) 도). 가속도에 대해서도 스텝하중의 경우와 마찬가지로 베이스 (b')의 가속도만이 남게된다 (제 6 (b) 도). 제 6 (b) 도중의 실선은 센서 어셈블리 (a) 자체의 진동에 의한 가속도 a/L 를, 파선은 베이스 (b')의 가속도 G/L 를 나타낸다.
[발명의 개시]
본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것이다. 또한, 이하에서 「순시변위(瞬時變位)」, 「순시하중(瞬時荷重)」이라 함은, 계측중에 있어서의 어떤 시각에서의 변위, 측정하중치를 말하고, 또한 「정지하중」이라 함은, 계의 모든것이 정지하여 정상상태로 되어 있는 경우에 측정되는 하중치를 말한다.
본 발명에 관한 동적하중 측정방법은, 스프링계를 구성하는 부재의 한끝단을 고정하고, 다른 끝단을 자유끝단으로 하고, 이 자유끝단에 하중을 걸어 순시변위 Yi 를 계측하고, 이 변위 Yi 에 대하여 미리 관계지워지는 순시하중 Wi 을 구함과 동시에 상기 변위 Yi 를 2회 미분하여 상기 부재의 자유끝단의 가속도 (스캔) 를 구하고, 정지하중 We 을
(a/L)i (a/L)i 3 (a/L)i (a/L)i (G/L)i (G/L)i 1 2 1 2 1 2 (a/L)i (G/L)i LED LED

Claims (23)

  1. 스프링계를 구성하는 부재의 한끝단을 고정하고, 다른 끝단을 자유끝단으로 하고, 이 자유끝단에 하중을 걸어 순시변위 Yi를 계측하고, 이 변위 Yi에 대하여 미리 관계지워지는 순시하중 Wi을 구함과 동시에 상기 변위 Yi를 2회 미분하여 상기 부재의 자유끝단의 가속도 (스캔) 를 구하고, 정지하중 We을
    (단, 식중의 g는 중력가속도, k:스프링정수)
    로 하여 측정하는 동적하중 측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 스프링계를 구성하는 부재를 고정하는 베이스가 동요, 진동 등의 변동을 하는 경우에 있어서, 이 베이스의 변동 가속도를 계측하고, 정지하중 We을
    로 하여 측정하는 동적하중 측정방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 순시하중 Wi을,
    Wi = kㆍyi
    로 하여 구하는 동적하중 측정방법.
  4. 한끝단을 고정함과 함께 다른 끝단을 자유끝단으로 한 스프링계를 구성하는 기본체와, 이 기본체의 자유끝단 앞끝단쪽에 배치한 변위 Yi를 계측하는 변위센서와, 이 변위 Yi로부터 정지하중 We을 산출하는 연산수단으로 구성하며, 이 연산수단은, 상기 변위 Yi에 대하여 미리 관계지워지는 순시하중 Wi을 구함과 동시에 상기 변위 Yi를 2회 미분하여 상기 부재의 자유끝단의 가속도 (스캔) 를 구하고, 정지하중 We을
    (단, 식중의 g는 중력가속도, k:스프링정수)
    로 하여 측정하는 것을 특징으로 하는 동적하중 측정장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 순시하중 Wi을
    Wi = kㆍyi
    로 하여 구하는 동적하중 측정장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 기본체의 고정끝단 쪽에, 이 기본체를 고정한 부위의 동요, 진동등에 의한 변동의 가속도 (스캔) 를 계측하는 수단을 형성하고, 상기 연산수단은 정지하중 We을
    로 하여 측정하는 것을 특징으로 하는 동적하중 측정장치.
  7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 기본체를 중공(中空)틀체형상으로 하고, 이 중공부내의 고정끝단 쪽에 대들보 형상부재의 한끝단을 고정하고, 이 대들보 형상부재의 자유끝단을 중공부내에서 상기 기본체의 자유끝단에 대향시키고, 이 대들보 형상부재의 자유끝단과 상기 기본체의 자유끝단의 사이에 상기 변위센서를 배치한 것을 특징으로 하는 동적하중 측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 변위센서는, 광학적 변위검출센서인 동적하중 측정장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 변위센서는 1차원 위치검출소자를 이용한 것인 동적하중 측정장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 1차원 위치검출소자를 상기 대들보 형상부재의 자유 끝단에 착설되고, 이 1차원 위치검출소자에 광을 조사하는 발광소자를 상기 기본체의 고정끝단 쪽에 착설한 동적하중 측정장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 가속도를 계측하는 수단이, 상기 기본체의 동요, 진동등의 변동에 의하여 진동하도록 착설된 발광소자와, 이 발광소자로부터 사출하는 광의 입사위치 변동을 검출하는 위치고정의 1차원 위치검출소자로 이루어지는 동적하중 측정장치.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 1차원 위치검출소자가 반도체 위치검출소자(PSD)인 동적하중 측정장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 1차원 위치검출소자와, 이 소자에 광을 조사하는 발광소자를 간격을 두고 상기 대들보 형상부재의 자유끝단 근방에 고정하고, 상기 기본체의 자유끝단에 착설된 봉형상부재에 의하여 상기 1차원 위치검출소자의 일부를 덮도록 된 동적하중 측정장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 봉형상부재를 상기 기본체와 함께 진동하는 스프링부재로서 상기 가속도를 계측하는 수단을 구성한 동적하중 측정장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 1차원 위치검출소자가 적어도 한쌍의 실리콘 포토다이오드를 연이어 접속하여 각각으로부터 상기 발광소자에 의한 조사면적에 대응하는 출력이 생기도록 한 동적하중 측정장치.
  16. 제 4 항에 기재된 동적하중 측정장치를 이용한 하중측정장치로서, 상기 동적하중 측정장치의 기본체의 고정끝단을 매달아 유지하여 되는 하중측정장치.
  17. 제 4 항에 기재된 동적하중 측정장치를 이용한 하중 측정장치로서, 상기 동적하중 측정장치를 상하운동하는 대(台)상에 얹어놓은 하중측정장치.
  18. 제 4 항에 기재된 동적하중 측정장치를 이용한 하중측정장치로서, 상기 동적하중 측정장치를 콘베이어등의 한쌍의 반송수단 사이에 배치하여 반송물이 이동적하중 측정장치 상을 통과하도록 한 하중측정장치.
  19. 제 4 항에 기재된 동적하중 측정장치를 이용한 하중측정장치로서, 상기 동적하중 측정장치를 콘베이어등의 반송수단의 아래쪽에 배치하여 이 반송수단을 통과하는 반송물의 하중을 계측하도록 한 하중측정장치.
  20. 제 4 항에 기재된 동적하중 측정장치를 이용한 하중측정장치로서, 상기 동적하중 측정장치를 도로 또는 통로에 매설하고, 차량등의 통행체가 이 동적하중 측정장치를 통과하도록 한 하중측정장치.
  21. 제 4 항에 기재된 동적하중 측정장치를 이용한 하중측정장치로서, 상기 동적하중 측정장치를 차량등의 통행체상에 설치한 하중측정장치.
  22. 제 4 항에 기재된 동적하중 측정장치를 이용한 하중측정장치로서, 상기 기본체상에 용기를 착설되고, 이 용기중의 물체의 하중을 측정하는 하중측정장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 기본체중의 물체가 위치, 양등을 가변하는 것인 하중측정장치.
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