KR100470035B1 - 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치 및측정방법과 영점 조정용 블록 - Google Patents

선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치 및측정방법과 영점 조정용 블록 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배관이나 또는 파이프의 외경을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세히는 상기 배관이나 또는 파이프(14)의 외표면을 원형링(13)의 둘레에 장착된 선형 가변 저항소자부(11)와 가이드 롤러(12)가 주행하게 하고, 상기 선형 가변 저항소자부(11)의 롤러형 탐침(3)에 연결된 선형 가변 저항소자(1)를 이용하여, 상기 선형 가변 저항소자(1)의 이동에 따라 가동 전극부(15)에서 발생되는 전압의 변화에 정비례하는 거리의 변화를 A/D 컨버터(8)로 산출한 후, 데이터 통신부(9)로 전송하고 컴퓨터(16)를 활용함으로써 관련된 식에 상기 거리 변화값을 대입하여 배관이나 또는 파이프의 외경을 측정하는 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

Description

선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치 및 측정방법과 영점 조정용 블록{A Measuring Instrument of Outside diameter of Moving Type using Linear variable resistance device and a method thereof}
본 발명은 배관이나 또는 파이프의 외경을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 상세히는 상기 배관이나 또는 파이프의 외표면을 주행하는 롤러형 탐침에 연결된 선형 가변 저항소자를 이용하여, 상기 선형 가변 저항소자의 가동전극부에서 발생되는 전압의 변화에 정비례하는 거리 변화값을 산출한 후, 관련된 식에 상기 거리 변화값을 대입하여 외경을 측정하는 주행식 외경 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.
배관이나 또는 파이프의 외경을 측정하려면, 종래에는 측정자가 측정하고자 하는 지점까지 직접 이동하여, 버어니어 캘리퍼스나 줄자와 같은 측정도구를 사용하여 외경을 측정한 후 자료를 기록하는 형식으로 측정작업이 이루어지고 있고, 이와 같은 측정작업은 배관이나 파이프가 높은 곳에 위치하는 경우, 측정자가 측정위치에 가까이 접근하기 위해서 작업대를 설치하여 그 위에서 측정을 행하고, 측정작업 후에는 다시 상기 작업대를 해체하고 있다.
그러나, 이러한 종래 측정작업 방식은 측정자가 버어니어 캘리퍼스나 줄자로 직접 측정하는 방식이기 때문에, 측정한 자료의 낮은 정확도, 불연속성, 측정자의 오차 발생의 문제점이 있으며, 또한, 작업대를 설치하는 경우, 측정준비를 위한 부대 경비의 발생 즉, 작업대의 설치 및 해체에 따른 경제적, 시간적 비용이 발생하는 문제가 있고, 더욱이 높은 곳이나 위험한 작업조건의 현장에서 측정자가 직접 버어니어 캘리퍼스나 줄자를 사용하게 되면, 추락 등과 같은 안전사고의 위험이 뒤따를 뿐만 아니라, 불안정한 상태에 있기 때문에 배관의 부분적인 외경을 측정하게 되는 문제가 있었다.
또한, 줄자를 이용한 측정은 원둘레를 이용한 계산적인 자료로서, 구조물의 실질적인 외경이 아닌 평균지름을 나타낸다. 즉, 구조물의 찌그러짐이나 수축을 평가할 수가 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 외경 측정방식의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 서로 마주보면서 가이드 롤러와 함게 배관이나 또는 파이프의 외표면을 주행하는 롤러형 탐침에 연결된 선형 가변 저항소자의 가동 전극부에서, 상기 롤러형 탐침의 주행에 따라 발생하는 전압의 변화값에 정비례하는 거리의 변화값을 관련된 식에 대입하여 외경을 측정함으로써, 측정자가 직접 측정도구를 사용하지 않고도 외경을 측정할 수 있는 외경 측정장치 및 측정방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선형 가변 저항소자부의 정면도 및 평면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 가이드 롤러부의 정면도 및 평면도이며,
도 3은 엔코더부가 장착된 가이드 롤러부의 정면도 및 평면도이고,
도 4는 주행용 모터인 감속모터가 장착된 가이드 롤러부의 정면도 및 평면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 외경 측정장치의 조립도이고,
도 6은 편심이 발생하였을 때, 오차를 제거하기 위한 원리를 설명하는 광폭 롤러형 탐침과 협폭 롤러형 탐침의 비교도이며,
도 7은 본 발명에 따른 선형 가변 저항소자로 배관이나 또는 파이프 등의 외경을 측정하는 원리를 설명하는 개념도이고,
도 8은 선형 가변 저항소자의 영점을 조정하기 위한 영점 조정용 블록의 구성도 및 영점조정 원리를 설명하기 위한 개념도이며,
도 9는 본 발명에 따른 외경 측정장치의 전체 작동 상태도이고,
도 10은 본 발명에 따른 외경 측정장치에 의한 측정결과 그래프이다.
(도면 부호의 설명)
1...선형 가변 저항소자, 2...엘보우,
3...롤러형 탐침, 4...가이드 롤러,
5...엔코더, 6...감속 모터,
7...영점 조정용 블록, 8...A/D 컨버터,
9...데이터 통신부, 10...모터 제어부,
11...선형 가변 저항소자부, 12...가이드 롤러부,
13...원형링, 14...배관 또는 파이프,
15...가동 전극부, 16...컴퓨터.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치 및 측정방법에 대한 구성을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 선형 가변 저항소자부(11)의 정면도 및 평면도를 도시한 것으로서,
중간의 지지부재(17)를 중심으로 일측에 연결된 "L"자형 엘보우(2)에는 롤러형 탐침(3)이 결합되고, 타측에는 선형 가변 저항소자(1)가 결합되며, 상기 선형 가변 저항소자(1) 내에는 탄소 피막저항(18)과 이 피막저항(18)을 따라 이동하는 탐침자(19)로 구성된 가동 전극부(15)가 설치되며, 상기 탐침자(19)는 "L"자형 엘보우(2)의 일측에 복원 스프링(22)과 함께 결합되는 지지봉(20)의 타측에 연결되어, 롤러형 탐침(3)의 구동에 따른 "L"자형 엘보우(2)의 변동과 함께 연동하도록 되어 있고, 상기 지지부재(17)의 중간에는 사각홈(21)이 형성되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 가이드 롤러부(12)의 평면도 및 사시도이고, 도 3과 4는 상기 도 2의 가이드 롤러부(12)에 엔코더(5)와 주행용 모터인 감속 모터(6)가 장착된 가이드 롤러부를 도시한 것으로서,
기본적으로는 중간의 지지부재(17') 양측으로 복원 스프링(22')이 끼워진 지지봉(20')에 결합된 "L"자형 엘보우(31)(32)에 가이드 롤러(41)(42)가 장착된 형태로 구성되고, 가이드 롤러(41 또는 42)의 축과 나란하게 엔코더(5) 또는 감속 모터(6)가 장착되며, 상기 지지부재(17')의 중간에는 사각홈(21')이 형성되어 있다.
도 5는 본 발명에 따른 외경 측정장치의 조립도를 도시한 것으로서,
선형 가변 저항소자부(11)를 구성하는 지지부재(17)의 사각홈(21)에 원형링(13)의 외측을 삽입시켜 고정하는데, 상기 선형 가변 저항소자부(11)는 상기 원형링(13)의 원주를 따라 일정한 간격을 두고 4개가 고정되며, 상기 각각의 선형 가변 저항소자부(11)의 사이에는 상기 선형 가변 저항소자부(11)와 동일하게 4개의 가이드 롤러부(12)가 원형링(13)에 고정되는 한편, 상기 가이드 롤러부(12) 중 2개에는 감속 모터(6)가 장착되고, 1개에는 엔코더(5)가 장착되는 형태로 구성되며, 나머지 1개에는 가이드 롤러(41)(42)만 장착된 형태로 구성되어 있다.
이 때, 외경이 큰 피측정물의 경우에는 상기 선형 가변 저항소자부(11)와 가이드 롤러부(12)를 각각 4개 이상 짝수개로 구성할 수 있다.
가이드 롤러부(12)는 엔코더(5)와 감속 모터(6)를 지지하는 역할을 하는데, 상기 엔코더(5)는 측정지점의 위치정보를 제공하는 기능을 담당하고 있으며, 상기 감속 모터(6)는 회전 토크를 크게 하기 위한 감속 기어가(미도시) 내장된 상태로 구성되어, 작업자의 손길이 닿지 않는 곳까지 외경 측정장치의 능동적 이동을 가능하게 한다.
도 6은 편심이 발생하였을 때, 오차를 제거하기 위한 원리를 설명하는 광폭 롤러형 탐침(3")과 협폭 롤러형 탐침(3')의 비교도를 도시한 것으로서,
파이프와 같은 피측정물의 외주면을 주행하는 롤러형 탐침이 기준 상태에서 편향되면, 협폭 롤러형 탐침(3')은 피측정물의 정확한 외경 OD보다는 작은 외경 d와 접촉하게 되어 정확한 외경을 측정할 수 없게 되나, 광폭 롤러형 탐침(3")은 기준 상태에서 편향되더라도 정확한 외경 OD와 항상 접촉하고 있기 때문에, 정확한 외경 OD를 측정하기 위해서는 광폭 롤러형 탐침(3")이 가장 바람직하다는 것을 잘 보여주고 있다.
도 7은 본 발명에 따른 선형 가변 저항소자부로 배관이나 또는 파이프 등의 외경을 측정하는 원리를 설명하는 개념도를 도시한 것으로서,
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 주행식 외경 측정장치에서 롤러형 탐침(3)이 배관 또는 파이프(14)와 같은 피측정물의 외표면에 위치하게 되면, 상기 롤러형 탐침(3)은 피측정물의 표면을 따라 변위 운동을 하게 되고, 이 운동에 따라 연동되는 탐침자(19)가 가동 전극부(15)의 탄소 피막저항(18) 위를 움직이면서 저항값을 바꾸게 되며, 그 결과 가동 전극부(15)의 전압은 변하게 된다.
저항값의 변화는 변위에 비례하므로 전압의 변화도 탐침자(19)의 변위에 비례하여 변하게 된다. 이 때, 탐침자의 변위는 "L"자형 엘보우(2)의 빗면을 제외한 두 면의 각도변화에 따라 결정된다. 변화된 전압은 A/D 컨버터(8)로 수치화 및 전산자료화 된 후 데이터 통신부(9)를 거쳐 자료처리용 컴퓨터(16)에 전달된다. 전산화된 자료는 상기 컴퓨터(16)에 프로그래밍 되어 있는 수학적 계산과정을 거치면서 피측정물의 외경으로 환산된다(도 9 참조).
외경이 OD인 피측정물을 서로 마주보고 있는 한 쌍의 선형 가변 저항소자(1)는 원형링(13)의 바깥지름 L과, 설계조건에 따르는 지지부재(17)의 사각홈(21) 저면과 "L"자형 엘보우(2)의 회전 중심점 사이의 거리 A 그리고, 각각의 탐침 측정위치 l'n, l"n(n=1, 2, 3)으로부터 아래 식을 구성한다.
OD = L - (A + l'n) - (A + l"n)
상기 식 1에 A/D-컨버터로부터 얻어진 각각의 측정값 l'n, l"n을 대입하여 연산하면 피측정물의 외경 OD가 계산되어는데, 이는 전압의 변화에 따라 정비례하여 변화되는 l'n, l"n값이 이미 주어져 있기 때문에, 저항값의 변화에 따른 전압의 변화만 측정되면 그 전압에 해당되는 l'n, l"n값을 구할 수 있게 되는 것이다.
도 8은 선형 가변 저항소자의 영점을 조정하기 위한 영점 조정용 블록(7)의 구성도 및 영점조정 원리를 설명하기 위한 개념도를 도시한 것으로서,
정확한 외경 OD의 측정을 위한 영점 조정작업은 측정의 초기조건을 입력하는 과정으로서, 영점 조정용 블록을 이용하여 탐침자의 최대, 최소 측정위치를 입력하는 작업이다.
도 8의 영점 조정용 블록(7)은, 선형 가변 저항소자부(11)의 지지부재(17) 중간에 형성된 사각 홈(21)에 삽입되는 몸체(81) 상에 판 상의 롤러 밀착부(82)가 상기 몸체(81)의 중심에서 벗어나서 기립되는 형태로 구성되며, 도 8의 영점 조정작업에서, 영점 조정용 블록(8)의 몸체(81) 바깥 쪽에서 먼 쪽에 있는 롤러밀착부(82)에 롤러형 탐침(3)을 밀착시키면(도 8에서 A+l"1로 주어진 거리값), 가동 전극부(15)의 전압의 변화에 정비례하는 거리 변화값(예컨대, 8㎜)이 정해지는 최소 측정위치가 설정되고, 영점 조정용 블록(8)의 몸체(81) 바깥 쪽에서 가까운 쪽에 있는 롤러 밀착부(82)에 롤러형 탐침(3)을 밀착시키면(도 8에서 A+l"3으로 주어진 거리값), 가동 전극부(15)의 전압의 변화에 정비례하는 거리 변화값(예컨대, 2㎜)이 정해지는 최대 측정위치가 설정되어, 상기 거리 변화값의 중간값(예컨대, 5㎜)으로 영점이 정해지게 된다.
여기서, 롤러형 탐침(3") 폭의 적절한 범위가 주어지게 되는데, 최소 측정위치에 있을 때의 "L"자형 엘보우(2)의 회전 중심점과 피측정물의 외표면 사이의 거리인 l"1에서, 최대 측정위치에 있을 때의 "L"자형 엘보우(2)의 회전 중심점과 피측정물의 외표면 사이의 거리인 l"3을 감해준 차이값의 2배 이상 3배 이하의 범위로 한다. 이와 같은 범위는 롤러형 탐침(3)이 기준 상태에서 편향되더라도 정확한 외경 OD와 항상 접촉할 수 있는 최소한의 범위로 주어지게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 외경 측정장치의 전체 작동 상태도를 도시한 것으로서,
파이프와 같은 피측정물(14)의 외표면에서 주행하는 롤러형 탐침(3)에 의해 변화되는 전압값이 엔코더(5)에 의해 측정된 특정 위치값과 함께 A/D 컨버터(8)로 입력되어 특정 위치에 따른 외경 변화값으로 전환되고, 전환된 외경 변화값이 데이터 통신부(9)를 거쳐 컴퓨터(16)로 전송되며, 상기 데이터 통신부(9)는 모터 제어부(10)를 통해 피측정물의 외표면에서 주행하는 가이드 롤러(41)에 장착된 감속 모터(6)를 제어하게 된다.
도 10은 본 발명에 따른 외경 측정장치에 의한 측정결과 그래프를 도시한 것으로서,
피측정물 외표면의 상부에서부터 하부까지 측정결과에 따른 외경의 변화량을 나타내고 있는데, 외경이 작아지는 두 부위(X축 좌표 3500, 7000)는 용접부위이다.
이상과 같은 목적과 구성에 의해 이루어지는 본 발명의 주행식 외경 측정장치 및 측정방법에 의하면, 선형 가변 저항소자는 기계적 측정을 전자적인 측정법으로 개선하였고, 롤러형 탐침부는 자료의 불연속적 취득방식을 연속적 방식으로 개선하였다. 또한 구동부는 장치의 주행을 가능하게 하여 측정의 자동화를 실현하고, 측정자의 위험환경 노출을 최소화하였다. "L"자형 롤러구조는 협소한 공간에서의 측정과 이동을 가능하게 하며, 엔코더의 휠과 가이드 롤러를 통합한 구조 및 구동부 휠과 가이드 롤러를 통합한 구조는 중복되는 요소를 통합하여 장치의 경량화와 소형화를 실현하였다.
데이터 통신부는 컴퓨터를 이용한 자료의 전산화를 용이하게 하여 많은 자료의 실시간 수집, 정리, 평가를 가능하게 하였다. 또한, 이렇게 얻어진 측정자료는 원형구조물의 손상원인 분석 및 수명예측 등에 활용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 종래 기술에서 소요되었던 많은 시간적, 경제적 비용을 최소화하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 일측에 형성된 엘보우(2)에는 롤러형 탐침(3)이 결합되고, 타측에는 선형 가변 저항소자(1)가 결합된 선형 가변 저항소자부(11)와;
    양측에 형성된 엘보우(31)(32)에 가이드 롤러(41)(42)가 장착되고, 각각의 가이드 롤러(41)(42)의 축에 나란하게 엔코더(5) 또는 감속 모터(6)가 장착된 가이드 롤러부(12)와;
    상기 선형 가변 저항소자부(11)와 가이드 롤러부(12)가 장착되는 원형링(13)과;
    선형 가변 저항소자(1) 및 엔코더(5)로부터 데이터 신호를 받는 A/D 컨버터(8)와;
    상기 A/D 컨버터(8)로부터 데이터 신호를 받는 데이터 통신부(9)와;
    상기 데이터 통신부(9)로부터 제어 신호를 받고, 감속 모터(6)로 제어 신호를 주는 모터 제어부(10)와;
    상기 데이터 통신부(9)로부터 데이터 신호를 받고, 테이터 통신부(9)로 제어어 신호를 주는 컴퓨터(16)를 포함하여 구성되며,
    상기 선형 가변 저항소자(1)는 탄소 피막저항(18)과 이 피막저항(18) 위를 따라 이동하는 탐침자(19)로 구성된 가동 전극부(15)인 것을 특징으로 하는 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 롤러형 탐침(3)의 폭은, 최소 측정위치에 있을 때의 엘보우(2)의 회전 중심점과 피측정물의 외표면 사이의 거리인 l"1에서, 최대 측정위치에 있을 때의 엘보우(2)의 회전 중심점과 피측정물의 외표면 사이의 거리인 l"3을 감해준 차이값의 2배 이상 3배 이하의 범위로 한 것을 특징으로 하는 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치.
  4. 몸체(81) 상에 판 상의 롤러 밀착부(82)가 상기 몸체(81)의 중심에서 벗어나서 기립되는 형태로 구성되어 있는, 제2항 또는 제3항의 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치의 영점을 조정하는 것을 특징으로 하는 영점 조정용 블록.
  5. 파이프와 같은 피측정물의 외표면에서 주행하는 롤러형 탐침(3) 및 이와 함께 연동하는 가동 전극부(15)에 의해 변화되는 전압값이 A/D 컨버터(8)로 입력되어 외경 변화값(l'n, l"n)으로 전환되고, 전환된 외경 변화값이 데이터 통신부(9)를 거쳐 컴퓨터(16)로 전송되어, 하기의 식에 의해 연산하여 외경을 측정하는 것을 특징으로 하는 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정방법.
    OD = L - (A + l'n) - (A + l"n)
    여기서, OD는 피측정물의 외경, L은 원형링(13)의 바깥지름, A는 설계조건에 따르는 지지부재(17)의 사각홈(21) 저면과 엘보우(2)의 회전 중심점 사이의 거리, l'n, l"n(n=1, 2, 3)은 각각의 탐침 측정위치이다.
  6. 제5항에 있어서,
    엔코더(5)는 측정지점의 위치정보를 제공하고, 상기 데이터 통신부(9)는 모터 제어부(10)를 통해 피측정물의 외표면에서 주행하는 가이드 롤러(4)에 장착된 감속 모터(6)를 제어하는 방법을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정방법.
KR10-2001-0039389A 2001-07-03 2001-07-03 선형 가변 저항소자를 이용한 주행식 외경 측정장치 및측정방법과 영점 조정용 블록 KR100470035B1 (ko)

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