KR100741025B1

KR100741025B1 - 연직도 자동제어장치

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Publication number: KR100741025B1
Application number: KR1020060009798A
Authority: KR
Inventors: 김정태; 조현수; 전문호; 조문영; 김정렬; 박재우; 김영석; 이정호; 이준복; 김한수; 김성근; 권순욱; 손재호; 조창연; 차연석; 장문교
Original assignee: 주식회사 에이엠티; 한국건설기술연구원; 주식회사 경인
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-07-19

Abstract

본 발명은 기성 콘크리트 파일 설치를 위한 사전 굴착 작업시 연직도를 실시간으로 측정하여 굴착작업을 자동 제어하여 리더의 연직도를 신속하고 정확하게 측정 및 조정할 수 있는 연직도 자동 제어장치에 관한 것이다.

본 발명은 일측은 상기 본체에 연결되고 타측은 상기 리더에 고정된 고정브라켓에 회동가능하도록 설치된 회전브라켓에 연결된 레버와, 상기 레버와 리더를 연결하는 백스테이실린더와, 상기 고정브라켓과 회전브라켓에 설치되는 각도조절실린더로 구성되는 조절부와; 상기 고정브라켓에 고정되는 틸트센서와, 상기 본체에 설치된 연결되는 서보밸브와, 상기 틸트센서와 서보밸브를 제어하는 서보콘트롤러로 구성되는 서보제어부를; 포함하여 구성된다.

본 발명은 리더의 연직도에 대한 실시간 제어가 가능하므로, 작업도중이나 다른 장소로의 이동중에 발생할 수 있는 리더의 휨모멘트 발생으로 인한 리더의 휨 발생에 의한 전복사고 예방이 가능하며, 운전자의 무리한 조작으로 인한 작업장비의 전복에 대한 모니터링이 가능하고, 차량전복 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.

연직도자동제어장치, 리더, 서보시스템

Description

연직도 자동제어장치{Vertical degree automatic control apparature}

도 1은 종래의 기둥이나 파일을 항타작업에 사용되는 항타기를 나타내는 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치를 나타내는 정면도이고,

도 3은 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치의 조절부를 나타내는 확대도이고,

도 4는 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치의 제어방법을 나타내는 플로차트이고,

도 5와 도 6은 본 발명에 따른 편심이 걸리는 경우의 자동제어장치의 작동상태를 나타내는 개략도이고,

도 7은 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치의 제어흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 구동부 11, 12 : 지지대

13 : 리더 14 : 오거드라이브

15 : 리프팅실린더 16 : 체인모터

17 : 지지실린더 20 : 조절부

21 : 백스테이실린더 22 : 각도조절실린더

23 : 회전브라켓 24 : 고정브라켓

25 : 레버 30 : 서보제어부

31 : 틸트센서 32 : 서보밸브

33 : 서보콘트롤러

종래에 굴착 및 파일 매입 작업 과정에서 파일의 연직성을 확보하지 못할 경우 파일에 휨 모멘트가 발생하고, 발생된 휨 모멘트가 파일 재료의 허용 파괴한도를 초과시 파일의 파괴 또는 하중 지지력이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

도 1a은 종래의 건물의 기초공사시 기둥 또는 파일을 항타 하거나 항발 작업 시 사용되는 항타기로서 파일드라이버는 주행장치로 구성된 본체(400)와, 본체(400) 상에 2개의 Back-Stay에 의해 지지되는 리더(430), 리더(430)의 안내부재를 따라 상하방향으로 이동하는 오거(440) 및 해머(450)로 구성되어 있으나 현재의 파일드라이버에 부수적인 장비를 장착하여 파일드라이버 리더의 연직도를 조정하고자 하는 기술은 천공 또는 파일항타 작업전에 아날로그식 방식으로 연직도를 측정 및 조정하는 기술로서 작업중에는 지속적으로 변위를 측정하고 제어하는 기능을 갖 추지 못하였으며 장시간 작업시 백스테이실린더가 하중에 의해 수축이 발생하고 누유로 인한 수축으로 인해 리더가 수축됨으로서 리더를 지지하는 백스테이실린더가 전도되어 안전사가고 발생될 수 있으며, 센서의 동작없이 단지 수동으로 조작하여 함으로 작업공정에서 일일이 수직을 맞추어 작업해야 하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상술한 바와 같이 종래의 장치가 안고 있는 제반 문제점을 해소하고자 발명된 것으로, 파일설치를 위한 사전 굴착작업시 연직도의 오차 허용범위를 초과하지 않도록 하고 정확한 연직성을 자동으로 측정하여 제어함으로서 정확한 시공에 의한 생산성을 향상시키고 시공효율을 증진시킬 수 있는 장치를 제공함에 목적이 있다.

목적을 달성하기 위한 본 발명에서 구성은, 일측은 상기 본체에 연결되고 타측은 상기 리더에 고정된 고정브라켓에 회동가능하도록 설치된 회전브라켓에 연결된 레버와, 상기 레버와 리더를 연결하는 백스테이실린더와, 상기 고정브라켓과 회전브라켓에 설치되는 각도조절실린더로 구성되는 조절부와; 상기 고정브라켓에 고정되는 틸트센서와, 상기 본체에 설치된 연결되는 서보밸브와, 상기 틸트센서와 서보밸브를 제어하는 서보콘트롤러로 구성되는 서보제어부를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

목적을 달성하기 위한 다른 구성은, 상기 조절부는 일측은 상기 레버 상단부에 조인트로 결합되고 타측은 상기 회전브라켓에 조인트로 결합되고 양측으로 구비 된 백스테이실린더와 일측은 고정브라켓에 고정된 지지대에 조인트로 설치되고 타측은 회전브라켓 양측으로 구비된 회전조인트에 일정한 각도로 기울어져 대향되게 설치된 각도조절실린더로 구성된다.

목적을 달성하기 위한 다른 구성은, 상기 리더의 경사각 (θ,θ')은 3°이내인 것을 특징으로 한다.

목적을 달성하기 위한 또 다른 구성은, 상기 서보제어부는 상기 리더에 고정된 상기 고정브라켓에 설치되고 백스테이실린더와 리프팅실린더 사이에 구비되는 틸트센서와, 상기 본체에 설치되고 상기 백스테이실린더와 각도조절실린더에 유압호스로 연결되는 서보밸브와, 상기 틸트센서와 서보밸브를 제어하고 본체에 설치되는 서보콘트롤러로 구성된다.

이하, 첨부된 도면 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치를 나타내는 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치의 조절부를 나타내는 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치의 제어방법을 나타내는 플로차트이고, 도 5와 도 6은 본 발명에 따른 편심이 걸리는 경우의 자동제어장치의 작동상태를 나타내는 개략도이고, 도 7은 본 발명에 따른 연직도 자동제어장치의 제어흐름도이다.

도 2와 도 3을 참조로 하여 그 구성을 살펴보면, 본 발명의 연직도 자동제어장치(100)는 리더(13)를 지지하고 각도를 조절하기 위한 조절부(20)와 상기 조절부를 제어신호로 제어하기 위한 서보제어부(30)로 구성되어 있으며, 양측에 구비되어 있는 지지대(11, 12)는 주행장치를 갖는 본체(10)를 지지하여 본체(10)의 위치를 고정시키게 되고, 리더(13)의 일측은 하부에 구비되어 있는 클램프(142)에 의해 오거(141)의 끝단을 고정시키게 되고 타측은 상기 오거(141)를 회전시키기 위한 구동장치인 오거드라이브(14)에 의해 고정되어 있으며 상기 오거드라이브(14)는 체인(161)에 연결되어 있어 체인모터(16)의 구동으로 인해 상하운동이 가능하며 또한 타측은 상기 리더(13)를 상하로 위치이동시키기 위한 리프팅실린더(15)가 고정서포터(24)에 고정되어 있는 구조로 연직도를 측정제어하기 위한 본 발명의 장치 구성을 살펴보면 다음과 같다.

우선 리더(13)의 편심된 각도를 조절하기 위한 장치인 조절부(20)는 일측은 상기 본체(10)에 연결되고 타측은 상기 리더(13)에 고정된 고정브라켓(24)에 회동가능하도록 설치된 회전브라켓(23)에 연결된 레버(25)와, 상기 레버(25) 상단부에 조인트(211)로 결합되고 타측은 상기 회전브라켓(23)에 조인트(212)에 결합되고 양측으로 구비된 백스테이실린더(21)와 일측은 고정브라켓(24)에 고정된 지지대(221)에 조인트(222)로 설치되고 타측은 회전브라켓(23) 양측으로 구비된 회전조인트(231)에 일정한 각도로 기울어져 대향되게 설치된 각도조절실린더(22)로 구성된다.

상기 레버(25)는 지지실린더(17)에 의해 양측으로 본체(10)와 연결되어 상기 레버(25)의 위치가 고정 지지하는 역할을 한다.

상기 백스테이실린더(21)는 일측은 본체(10)와 연결되고 타측은 리더(13)에 고정된 고정브라켓(24)에 회동가능하도록 구성된 회전브라켓(23)에 조인트(212)로 결합되고, 도 5에서 보는 바와 같이 상기 리더(13)가 경사를 이루게 되면 레버(24) 에 의해 고정된 위치에서 상기 틸트게이지(31)에서 받은 입력신호를 서보콘트롤러(33)에서 제어신호로 서보밸브(32)로 보내어 공급되는 유량에 의해 양쪽으로 설치된 백스테이실린더(21)가 번갈아 가며 작동하게 되어 경사각(θ)을 조정하여 상기 리더(13)의 편심 위치를 조정하게 된다.

또한, 상기 각도조절실린더(22)는 도 6에서 보는 바와 같이 리더(13)가 경사를 이루게 되면 백스테이실린더(21)와 같이 경사를 조정하는 역할을 하는 것으로 일측은 리더(13)에 고정된 고정브라켓(24)에 구비된 지지브라켓(221)에 고정되어 있고 타측은 회전브라켓(23)에 고정되어 있으며 리더(13)가 편심에 의해 경사를 이루게 되면 소정의 각도로 기울어져 있는 상기 각도조절실린더(22)가 제어신호를 받아 유압을 공급하는 상기 서보밸브(32)에 의해 작동하게 되며 리더(13)의 자세가 셋팅된 자세로 교정될때까지 틸트센서(31)로부터 받은 입력신호를 서보콘트롤러(33)를 통해 제어신호로 변환되어 상기 서보밸브(32)를 통해 제어함으로써 양측으로 구비된 각도조절실린더(22)가 작동하여 경사각(θ')을 조정하여 상기 리더(13)의 편심 위치를 조정하게 된다.

지금까지 리더(13)를 각도를 조절하기 위한 조절부(20)에 대해 살펴보았으며 다음에는 상기 조절부(20)를 제어하는 서보제어부(30)에 대해 살펴보도록 한다.

상기 서보제어부(30)는 상기 리더(13)에 고정된 고정브라켓(24)에 고정되어 백스테이실린더(21)와 리프팅실린더(15) 사이에 구비된 틸트센서(31)와, 상기 본체(10)에 설치되고 상기 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)에 유압호스(321)로 연결되는 서보밸브(32)와, 상기 틸트센서(31)와 서보밸브(32)를 제어하고 서보 콘트롤러(33)로 구성되어 있고 상기 서보콘트롤러(33)도 본체(10)에 설치된다.

상기 서보제어부(30)에서 틸트센서(31)은 상기 백스테이실린더(21)와 리프팅실린더(15) 사이에 구비되어 있으면서 리더(13)의 변화하는 경사각를 상기 서보콘트롤러(33)에 신호를 보내게 되어 제어하기 위한 연산을 수행할 수 있도록 하기 위한 장치이다.

상기 틸트센서(31)는 아날로그 전류출력 형태이고 2개의 운동요소(Roll, Pitch)의 기울기 값을 측정하는데 사용되며, 측정된 리더(13)의 휨거동 변위를 측정하여 대응시킴으로서 수직에 대한 오차범위를 감소시킬 수 있으며, 기존의 리더(13) 하단에 구비되어 있던 기존의 아날로그식 출력게이지(자동차 속력계 같은것)를 조정자가 시각적으로 확인하여 레버를 조절, 원점(Roll=0도, Pitch=0도)로 이동시키거나, 게이지 없이 시각적으로 리더(13)의 각도를 판단하여 교정하던 아날로그식의 각도게이지를 대체하며 리더(13) 상단에 추가적으로 상기 틸트센서(31)를 설치하여 리더(13) 기울기에 대한 측정의 정확성 향상 뿐아니라, 리더(13) 자체에서 발생하는 휨모멘트 등의 리더(13) 자체 모멘트 측정이 가능하다.

자체진동이 심하며, 주변 환경이 실내공간이 아닌 현장이기 때문에 고내구형 센서를 선택해야 하며, 비접촉식 센서를 적용할 경우 주위의 진동여부에 이해 측정결과의 오차 발생율이 높아지며, 가격대비 성능면에서 접촉식 센서보다 불리하다고 사료되어, 자동화 장비용으로 접촉식 센서를 선택하였다, 파일드라이버는 최고높이까지 리더(13) 길이를 연장한 경우 리더(13)의 경사각이 (Roll=θ, Pitch=θ')으로 3°를 초과하는지 여부에 대한 측정이 가능하다.

상기 서보밸브(32)는 상기 틸트센서(31)로 받은 입력값이 서보콘트롤러(33)에서 연산되어 나온 제어신호를 받아 각각에 연결되어 있는 백스테이실린더(21)과 각도조절실린더(22)에 유압을 조절하여 리더(13)의 자세를 제어할 수 있는 유압의 공급 제어하는 장치로 기존의 유압밸브를 서보밸브(32)로 대체하여 설치하여 서보콘트롤러(33)에서 보내주는 전기신호를 이용함으로서 기존의 전기식으로 조작이 되는 기존의 솔레노이드 밸브나 비례밸브들에는 없는 피드백 기능을 이용하여 정밀하고 정확한 자동으로 자세제어를 할 수 있다.

상기 서보콘트롤(33)는 틸트센서(31)의 기울기 값을 입력받아 제어프로그램에 의해 결과값을 얻은 후 서보밸브(32)로 출력하는 기능을 합니다.

상기에 설명한 구성을 참조하여 본 발명의 작용을 상세히 설명하기로 한다.

도 4를 참조로 연직도 자동제어장치의 제어방법을 설명하면 아래와 같은 단계로 제어되게 된다.

영점을 조정하는 단계(S10)와, 상기 리더(13)가 거동하는 단계(S20)와, 상기 리더(13)의 자세를 제어하는 단계(S30)와, 상기 리더(13)가 원위치 하는 단계(S40)로 진행하여 연직도를 자동으로 제어하게 된다.

우선, 영점을 조정하는 단계(S10)는 틸트센서(31)의 영점 조정에 의해 목표값을 설정함으로써 리더(13)의 영점을 조정하는 단계이다.

상기 리더(13)는 일측은 상기 본체(10)에 연결되고 타측은 상기 리더(13)에 고정된 고정브라켓(24)에 회동가능하도록 설치된 회전브라켓(23)에 연결된 상기 레버(25)로 지지되는 것으로, 상기 리더(13)의 변위는 평면상으로는 직선변위를 측면 에서는 회전변위를 가진다. 또한, 상기 리더(13)를 연장한 경우 리더(13)의 경사각(θ,θ')이 3°를 초과하면 전복의 위험이 높아지므로 직선변위 뿐만아니라, 회전변위에 대한 측정이 가능한 상기 틸트센서(31)를 사용하여 측정하게 된다.

상기 리더(21)가 거동하는 단계(S20)는 영점을 조정함에 의해 목표값을 설정하게 됨으로서, 상기 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)가 거동하게 되어 틸트센서(31)에 발생하는 변위를 서보콘트롤러(33)로 전송하게 되어 상기 리더(13)가 거동하게 되는 것이다.

상기 리더(13)의 자세를 제어하는 단계(S30)는 상기 리더(13)의 거동에 의해 상기 서보콘트롤러러(33)은 발생한 변위와 원래의 목표값(θ=0, θ'=0)을 비교하여 목표값으로 리더(13)가 이동하도록 서보밸브(32)에 유압 및 유량 조절명령을 전송하게 되면 상기 틸트센서(31)의 수치가 변화하고 변위측정을 통한 목표값으로 피드백(Feed Back)하게 되며, 상기 서보밸브(32)는 서보콘트롤러(34)의 제어에 의해 필요한 만큼 유압 및 유랑을 증감시켜, 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)가 자세제어를 위한 서보콘트롤러(33)의 명령에 의해 자세제어를 위한 운동을 하게 되어 리더(21)의 자세를 제어하게 된다.

상기 리더(21)가 원위치 하는 단계(S40)는 리더(21)의 자세 제어가 완료하게 되면 서보콘트롤러(33)는 제어신호를 보내게 되어 서보밸브(32)에서 각각의 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)에 유압 공급을 중단하며 이렇게 됨으로서 상기 틸트센서(31)는 영점으로 이동하게 된다. 즉 리더(13)는 자동으로 목표점으로 복귀하게 되는 것이다.

상기와 같은 단계를 통해 진행되는 연직도 자동제어장치(100)는 도 7에서 보는 바와 같이 폐루프(Closed loop) 제어구조로 되어 있어 기존 시스템과의 가장 큰 차이점으로 자체적인 피드백능력이 없던 기존의 장비와는 달리 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)를 리더(13)에 부착하여 틸트센서(31)를 이용하여 리더(13)의 위치 값에 대한 피드백이 서보콘트롤러(33)와 연계가 이루어지게 됨으로서 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)의 위치 값 변화에 대한 자동제어가 가능하다.

도 5와 6은 참조로 설명하면, 상기 리더(13)에 특별한 거동이 발생하지 않고 정상적으로 작동하고 있을 때는, 상기 틸트센서(31)의 값이 영점을 지정하고 있으며 연직이 맞는 것으로 판단하여 서보콘트롤러(33)는 서보밸브(32)에 특별한 명령을 보내지 않게 되면 상기 서보밸브(32)는 유압을 공급하지 않으므로 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)는 거동을 하지 않고 작업을 진행하게 된다.

그러나, 리더(13)에 편심이 걸리면, 이로 인하여 상기 리더(13)의 연직도 값이 변하게 되며 이럴 경우에 상기 틸트센서(31)는 상기 리더(13)의 변위값을 서보콘트롤러(33)에 전송하게 되며, 상기 서보콘트롤러(33)는 상기 틸트센서(31)의 변화량을 이용하여 리더(13)의 경사각 (θ,θ')을 판단하며, 정상상태로 자세제어 하기 위하여 틸트게이지(31)로 부터의 입력값이 서보콘트롤러(33)에서 제어 신호로 변환되어 오일을 공급하기 위한 서보밸브(32)로 보내게 되어 상기 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)에 유입되는 유압을 결정해줌으로서 상기 리더(13)의 자세제어를 하게 되며 이런 자세제어를 위한 반복 작업이 틸트게이지(31)와 서보콘트 롤(33)을 통해 각각의 서보밸브(32)로 보내지게 되며 이로 인해 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)를 제어하게 됨으로서 상기 리더(13)의 연직도를 자동으로 제어하게 된다.

상기에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였으나, 이는 예시이며, 다양한 변화와 변형이 가능함은 당업자는 알 수 있을 것이나, 이는 모두 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 첨부된 청구범위를 통해서 알 수 있을 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 리더의 연직도에 대한 실시간 제어가 가능하므로, 작업도중이나 다른 장소로의 이동중에 발생할 수 있는 리더의 휨모멘트 발생으로 인한 리더의 휨 발생에 의한 전복사고 예방이 가능하며, 운전자의 무리한 조작으로 인한 작업장비의 전복에 대한 모니터링이 가능하고, 차량전복 위험을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims

지지대(11, 12)로 지지되고 주행장치를 갖는 본체(10)와, 일측 하부에 클램프(142)로 지지되고 오거(141)를 구동하기 위한 오거드라이브(14)가 체인(161)에 연결되어 체인모터(16)의 구동으로 상하로 운동하며 타측은 고정브라켓(24)에 설치되는 리프팅실린더(15)로 구성된 리더(13)의 연직도를 자동 측정 및 제어하는 장치(100)에 있어서,

일측은 상기 본체(10)에 연결되고 타측은 상기 리더(13)에 고정된 고정브라켓(24)에 회동가능하도록 설치된 회전브라켓(23)에 연결된 레버(25)와, 상기 레버(25)와 리더(13)를 연결하는 백스테이실린더(21)와, 상기 고정브라켓(24)과 회전브라켓(23)에 설치되는 각도조절실린더(22)로 구성되는 조절부(20)와;

상기 고정브라켓(24)에 고정되는 틸트센서(31)와, 상기 본체(10)에 설치된 연결되는 서보밸브(32)와, 상기 틸트센서(31)와 서보밸브(32)를 제어하는 서보콘트롤러(33)로 구성되는 서보제어부(30)를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연직도자동제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 조절부(20)는 일측은 상기 레버(25) 상단부에 조인트(211)로 결합되고 타측은 상기 회전브라켓(23)에 조인트(212)로 결합되고 양측으로 구비된 백스테이실린더(21)와 일측은 고정브라켓(24)에 고정된 지지대(221)에 조인트(222)로 설치 되고 타측은 회전브라켓(23) 양측으로 구비된 회전조인트(231)에 일정한 각도로 기울어져 대향되게 설치된 각도조절실린더(22)로 구성되는 것을 특징으로 연직도 자동 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 리더(13)의 경사각 (θ,θ')은 3°이내인 것을 특징으로 하는 연직도 자동 제어장치.
제 1항에 있어서,

상기 서보제어부(30)는 상기 리더(13)에 고정된 상기 고정브라켓(24)에 설치되고 백스테이실린더(21)와 리프팅실린더(15) 사이에 구비되는 틸트센서(31)와, 상기 본체(10)에 설치되고 상기 백스테이실린더(21)와 각도조절실린더(22)에 유압호스(321)로 연결되는 서보밸브(32)와, 상기 틸트센서(31)와 서보밸브(32)를 제어하고 본체(10)에 설치되는 서보콘트롤러(33)로 구성되는 것을 특징으로 하는 연직도자동제어장치.