KR100972117B1 - 하중 측정용 탄성체 및 이를 이용한 비접촉 하중 측정 장치 - Google Patents

Abstract

하중 측정용 탄성체 및 이를 이용한 비접촉 하중 측정 장치가 개시된다. 개시된 탄성체는 탄성체 바디; 상기 탄성체 바디에 형성되는 다수의 슬릿들; 및 상기 탄성체 바디에 형성되는 변형 공간부를 포함하되, 상기 변형 공간부 내에는, 힌지; 상기 힌지와 결합되는 제1 변형부; 및 상기 제1 변형부와 상기 힌지와 결합되며 상기 제1 변형부에 비해 긴 제2 변형부가 형성되며, 하중이 가해질 때 하중에 상응하여 상기 제1 변형부 및 상기 제2 변형부는 상기 힌지를 중심으로 회전 운동을 하며 상기 제1 변형부는 하중에 상응하여 하강하고 상기 제2 변형부는 상승하며, 상기 제2 변형부의 상승 변위를 하중 측정에 이용한다.

비접촉, 탄성체, 하중

Description

하중 측정용 탄성체 및 이를 이용한 비접촉 하중 측정 장치{Elastic Body for Measuring Weight and Device for Measuring Weight Using the Same}

본 발명은 하중 측정용 탄성체 및 이를 이용한 비접촉 하중 측정 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 하중 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 탄성체 및 이를 이용한 하중 측정 장치에 관한 것이다.

종래에 있어서, 하중 측정 장치로는 로드셀이 주로 이용되었다. 도 1은 종래의 로드셀 중 외팔보 탄성체를 이용한 로드셀의 단면도를 도시한 도면이고 도 2는 종래의 외팔보 탄성체를 이용한 로드셀의 상부 평면도(a) 및 하부 평면도(b)를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 외팔보 탄성체의 상 하부에는 고분자 본드를 이용하여 부착된 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)가 부착된다. 스트레인 게이지들은 전기적으로 연결되어 있으며, 하중이 가해질 경우 탄성체의 변형에 상응하여 변형된다.

도 3은 종래의 로드셀에 하중이 가해졌을 때 발생하는 변화를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 하중이 가해질 때 외팔보 탄성체는 변형을 일으키며 이에 따라 탄성체에 부착된 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16) 역시 변형을 일으킨다.

전술한 바와 같이, 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)들은 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 도 4는 스트레인 게이지들의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 스트레인 게이지들은 휘트스톤 브리지 회로가 되도록 연결이 되어 있으며, 서로 평형을 이루고 있을 때는 출력 전압이 0이 된다. 즉, 스트레인 게이지(10, 12, 14, 16)들은 회로에서 저항 성분으로 동작한다.

하중이 가해지면, 탄성체에 부착된 스트레인 게이지들은 팽창 또는 수축하게 된다. 저항은 도선의 단면적 및 길이에 따라 변화되는 바, 스트레인 게이지가 팽창 또는 수축함에 따라 각 스트레인 게이지의 저항값이 변경된다. 저항값이 변경될 경우 휘트스톤 브리지 회로의 평상 상태가 깨진다.

따라서, 도 4의 휘트스톤 브리지 회로에는 출력값이 발생하게 되며, 하중이 가해질때 발생하는 전기적인 출력값을 측정하여 탄성체에 가해진 하중을 측정한다.

스트레인 게이지는 본드에 의해 부착되나, 본드는 탄성체의 변형 시 탄성체의 변형율을 왜곡시키는 문제점이 있었으며 비정질 조직 구조를 가지고 있어서 기계적 특성이 균일하지 못한 문제점이 있었다.

또한, 스트레인 게이지 자체도 팽창 및 수축을 반복하면서 변형 특성이 변화되기 때문에 장시간 사용할 경우 그 정밀도가 떨어지는 문제점이 있었다.

이와 같은 스트레인 게이지에 의한 접촉식 하중 측정 방식의 문제점을 해결하기 위해 비접촉 하중 측정 장치가 본 출원의 발명자에 의해 등록특허 제589228호 에 제안되었다.

도 5는 종래의 비접촉 하중 측정 하중 측정 장치의 분해 사시도를 도시한 도면이고, 도 6은 종래의 비접촉 하중 측정 장치의 단면도를 도시한 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 종래의 하중 측정 장치는 탄성체(60), 측벽(62) 및 하부면(72)을 포함한다. 탄성체(60)에는 하중을 측정하려는 대상물이 놓여지며, 탄성체는 알루미늄, 스틸과 같은 탄성체로 이루어진다.

하중 측정 장치 내부에는 전기적인 패턴이 형성된 두 개의 기판(66, 68)이 구비된다. 도 6을 참조하면, 제1 기판(66)은 하중 측정 장치의 하부면에 결합되며, 제2 기판(68)은 탄성체(60)의 하부면에 결합된다.

제1 기판(66) 및 제2 기판(68)에는 전기적인 패턴이 형성되어 있다. 제1 기판(66)은 고정되어 있는 하부면에 결합되기 때문에 고정적으로 위치되며, 제2 기판(68)은 탄성체의 하부면에 결합되어 있으므로 하중이 가해질 경우 탄성체의 변형에 상응하여 그 위치가 변경된다. 탄성체(60)가 하중에 의해 변형될 때, 제2 기판(68)은 아래로 내려간다.

제1 기판(66) 또는 제2 기판(68) 중 어느 하나에는 교류 전류가 제공된다. 예를 들어, 제1 기판(66)의 패턴에 교류 전류가 제공될 경우, 제2 기판이 하중에 의해 하강하면 전자기적인 유도 현상에 의해 제2 기판의 패턴에 유도 전류가 발생한다. 예를 들어, 제2 기판(68)의 패턴에 교류 전류가 제공될 경우, 제2 기판(66)이 하중에 의해 하강하면 전자기적인 유도 현상에 의해 제1 기판(66)의 패턴에 유도 전류가 발생한다.

특허등록 제589228호에 개시된 비접촉 하중 측정 장치는 상술한 바와 같이 전자기적인 유도 현상에 의해 발생하는 유도 전류를 이용하여 비접촉 방식으로 하중을 측정하였다. 그러나 종래의 비접촉 하중 측정 장치는 사용에 의해 정밀도가 감소되는 종래의 스트레인 게이지의 단점을 해소할 수는 있었다.

그러나, 이와 같은 비접촉 하중 측정 장치에서도 실질적인 정밀도는 탄성체의 변형량에 의해 좌우되었으며, 동일한 탄성체가 사용될 경우 정밀도를 더 높게 향상시키기에는 어려움이 있었다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 하중 측정 정밀도를 향상시킬 수 있는 비접촉 하중 측정 장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 지렛대의 원리를 이용하여 탄성체의 변형량에 비해 보다 높은 정밀도로 측정 가능한 비접촉 하중 측정 장치를 제안하는 것이다.

본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 용이하게 도출될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 탄성체 바디; 상기 탄성체 바디에 형성되는 다수의 슬릿들; 및 상기 탄성체 바디에 형성되는 변형 공간부를 포함하되, 상기 변형 공간부 내에는, 힌지; 상기 힌지와 결합되는 제1 변형부; 및 상기 제1 변형부와 상기 힌지와 결합되며 상기 제1 변형부에 비해 긴 제2 변형부가 형성되며, 하중이 가해질 때 하중에 상응하여 상기 제1 변형부 및 상기 제2 변형부는 상기 힌지를 중심으로 회전 운동을 하며 상기 제1 변형부는 하중에 상응하여 하강하고 상기 제2 변형부는 상승하며, 상기 제2 변형부의 상승 변위를 하중 측정에 이용하는 하중 측정용 탄성체가 제공된다.

상기 변형 공간부는 상기 탄성체 바디에 형성되는 홀이며, 상기 홀 내에 상기 힌지, 제1 변형부 및 제2 변형부가 형성된다.

상기 다수의 슬릿은 탄성체 바디에 수평 방향으로 형성되며, 하중이 가해질 경우 탄성체의 변형이 상기 힌지에 제공되지 않도록 하는 제1 슬릿을 포함한다.

상기 다수의 슬릿은 상기 제1 슬릿으로부터 수직으로 연장되는 제2 슬릿을 포함한다.

상기 다수의 슬릿은 상기 제2 슬릿과 소정 거리 이격되어 탄성체 바디에 수직으로 형성되는 제3 슬릿을 포함한다.

상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿은 하중이 가해질 때 하중에 상응하여 변형되며 하중을 상기 제1 변형부에 전달하는 하중 전달부를 정의한다.

상기 하중 전달부는 하중에 상응하여 하강하며 상기 제1 변형부와 수직 상태가 되도록 변형된다.

상기 제2 슬롯의 양 단은 라운드 구조일 수 있다.

상기 제2 슬릿, 제3 슬릿 및 상기 제2 슬릿 및 제3 슬릿에 의해 정의되는 하중 전달부의 일부에는 홈이 형성된다.

상기 제3 슬릿의 하단에는 홀이 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 다수의 슬릿 및 변형 공간부가 형성되며, 상기 변형 공간부 내에는 힌지, 상기 힌지와 결합되는 제1 변형부 및 상기 제1 변형부와 상기 힌지와 결합되며 상기 제1 변형부에 비해 긴 제2 변형부가 형성되고, 하중이 가해질 때 하중에 상응하여 상기 제1 변형부 및 상기 제2 변형부는 상기 힌지를 중심으로 회전 운동을 하며 상기 제1 변형부는 하중에 상응하여 하강하고 상기 제2 변형부는 상승하는 탄성체; 상기 탄성체의 제2 변형부와 상기 제2 변형부의 길 이 방향으로 결합되는 아암; 상기 아암의 끝단에 결합되는 제1 기판; 및 고정 고조물에 결합되는 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 기판 및 제2 기판에는 전기적인 패턴이 형성되어 있으며, 상기 제1 기판의 움직임에 상응하여 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나에 형성되어 있는 전기적인 패턴에 발생하는 유도 전류를 이용하여 하중을 측정하는 하중 측정 장치가 제공된다.

본 발명은 비접촉 하중 측정 장치의 하중 측정 정밀도를 향상시킬 수 있으며, 지렛대의 원리를 이용하여 탄성체의 변형량에 비해 보다 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정밀도 향상을 위한 하중 측정용 탄성체 및 이를 이용한 하중 측정 장치를 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 탄성체의 사시도를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 탄성체의 정면도를 도시한 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치는 탄성체 바디(700), 제1 슬릿(702), 제2 슬릿(704), 제 3 슬릿(706) 및 변형 공간부(710)를 포함한다. 또한, 변형 공간부(710) 내에는 힌지(712), 제1 변형부(714) 및 제2 변형부(716)가 형성된다.

도 7에서, 하중 측정 대상물은 우측 상부에 놓여지며, 하중 측정 대상물에 상응하여 탄성체 바디(700)는 변형된다. 탄성체 바디(700)는 직육면체 형태일 수 있다.

도 7에서, 제1 슬릿(702)은 탄성체 바디 측면의 상부 영역에 수평 방형으로 형성되며 소정의 폭을 가지고 있다. 제1 슬릿(702)의 폭은 탄성체의 변형량에 의해 설정되며 탄성체 바디의 변형량이 크면 제1 슬릿(702)의 폭은 넓게 설정되고 탄성체 바디의 변형량이 작으면 제1 슬릿(702)의 폭은 좁게 설정될 수 있다.

제1 슬릿(702)은 제1 슬릿의 하부로 탄성체의 변형이 전달되지 않도록 하는 기능을 한다.

제2 슬릿(704)은 제1 슬릿(702)으로부터 연장되며 제1 슬릿(702)과 수직 방향으로 형성된다.

제2 슬릿(704)은 제3 슬릿(706)과 함께 하중 전달부(718)를 정의한다. 제3 슬릿(706)은 제2 슬릿과 소정 거리 이격되어 수직 방향으로 형성된다.

하중 전달부(718)는 하중 측정 대상물이 놓여질 때 하중 측정 대상물의 하중에 상응하여 변형된다.

변형 공간부(710) 내에는 힌지(712), 제1 변형부(714) 및 제2 변형부(716)가 형성된다. 제1 변형부(714) 및 제2 변형부(716)는 단일한 구조이며, 도 8에서 힌지(712)를 중심으로 오른쪽 부분이 제1 변형부(714)이고, 힌지를 중심으로 왼쪽 부분이 제2 변형부(716)이다. 제1 변형부(714)는 하중 전달부로부터 연장된다.

변형 공간부(710)는 하중이 가해질 때 제2 변형부(716)의 변형 공간을 확보 하기 위한 것이다.

힌지(712)는 지레대에서의 힌지와 동일한 역할을 수행하며, 하중이 가해질 때 힌지를 중심으로 제1 변형부(714) 및 제2 변형부(716)의 회전 운동이 이루어진다.

도 9는 본 발명의 원리를 설명하기 위해 지레대의 구조를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 일반적인 지레대는 힌지(900), 제1 변형단(902) 및 제2 변형단(904)을 포함한다.

제1 변형단(902)에 하중이 가해질 때, 제1 변형단(902)은 하강하며 이에 상응하여 제2 변형단(904)은 상승한다. 지레대의 원리에 의할 경우 제1 변형단(902)이 Δa 만큼 하강할 때 제2 변형단(904)은 Δb만큼 상승하며, Δa와 Δb의 비는 a와 b의 길이의 비에 상응한다. b가 a에 비해 길면 길수록 Δa에 비해 Δb의 길이는 커진다.

도 7 및 도 8에 도시된 비접촉 하중 측정 장치에서 제1 변형부(714)는 지레대의 제1 변형단(902)에 상응하고, 제2 변형부(716)은 지레대의 제2 변형단(904)에 상응하며, 힌지(712)는 지레대의 힌지(900)에 상응한다.

도 7에서, 하중 전달부(718)와 결합되어 있는 제1 변형부(714)의 끝단은 하중이 가해질 때 회전 운동을 하면서 아래로 하강한다.

한편, 힌지(712)의 좌측에 있는 제2 변형부(716)의 끝단은 힌지를 중심으로 회전하면서 상승한다.

제1 변형부(714)의 하강 변위와 제2 변형부(716)의 상승 변위는 제1 변형 부(714) 및 제2 변형부(716)의 길이에 따라 달라진다.

도 10은 도 7에 도시된 실시예의 탄성체가 하중에 의해 변형될 경우의 상태를 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, (a)는 하중이 가해지기 전의 상태이며, (b)는 하중이 가해진 후의 상태를 도시한 것이다.

도 10을 참조하면, 하중이 가해질 경우, 탄성체 바디의 a 부분은 휘어지면서 변형이 이루어진다. 한편, 제1 슬릿(702)의 하부에 있는 b 부분은 제1 슬릿(704) 및 제2 슬릿(706)에 의해 변형이 이루어지지 않는다. 한편, 탄성체의 아랫 부분인 d 부분 역시 휘어지면서 변형이 이루어진다.

탄성체 바디의 f 부분은 하중이 가해질 경우 하강하면서 변형이 이루어진다. 하중 전달부(718)에 해당되는 e 부분은 하중이 가해질 때의 하강력을 힌지(712)와 결합되어 있는 제1 변형부(714)에 전달한다.

c 부분인 제1 변형부(714) 및 제2 변형부(716)는 힌지(712)를 중심으로 회전 운동을 한다. 하중 전달부에 해당되는 e 부분은 제1 변형부와 수직이 되도록 변형된다. f 부분은 하중이 가해질 때 단순 하강이 이루어지나 제3 슬릿에 의해 e 부분은 e 부분은 하강하면서 제1 변형부와 수직인 관계를 유지할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 탄성체의 정면도를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 탄성체는 탄성체 바디(1100) 제1 슬릿(1102), 제2 슬릿(1104), 제3 슬릿(1106), 제 및 변형 공간부(1110)을 포함할 수 있으며, 변형 공간부(1110) 내부에는 힌지(1112), 제1 변형부(1114) 및 제2 변형부(1116)가 형성된다.

도 11을 참조하면, 제1 슬릿(1002)은 탄성체의 변형 시 제1 슬릿 하부로 휘어짐이 전달되지 않도록 한다. 제1 슬릿(1102)에 의해 제1 슬릿의 윗부분은 변형이 이루어지나 아랫 부분은 변형이 이루어지지 않는다.

제2 슬릿(1104)은 제1 슬릿(1102)으로부터 수직으로 연장된다. 도 7 및 도 8에 도시된 실시예와는 달리 제2 슬릿(1104)의 시작 부분과 끝 부분은 라운드 구조이다. 이와 같은 라운드 구조는 하중이 가해질 때 보다 많은 변형을 일으키기 위한 것이다.

제2 슬릿(1104)은 제3슬릿(1106)과 함께 하중 전달부(1118)를 정의한다.

제3 슬릿(1106)은 탄성체 바디에 수직으로 형성되며, 제3 슬릿(1106)의 끝단에는 홀(1130)이 형성된다.

하중 전달부(1118)는 하중 측정 대상물이 놓여질 때 하중 측정 대상물의 하중에 상응하여 변형되며, 변형량은 하중에 상응한다. 제3 슬릿(1006) 끝단의 홀(1030)은 하중 전달부(1118)의 변형량을 증가시켜 정밀도를 향상시키기 위한 것이다.

제2 슬릿(1104), 제3 슬릿(1106) 및 하중 전달부 중앙에는 홈(1132)이 형성되는데, 홈(1132) 역시 하중 전달부 하중 전달부(1016)의 변형량을 증가시켜 정밀도를 향상시키기 위한 것이다.

변형 공간부(1110) 내에는 힌지(1112), 제1 변형부(1114) 및 제2 변형 부(1116)가 형성된다. 제1 변형부(1114) 및 제2 변형부(1116)는 단일한 구조이며, 도 11에서 힌지(1112)를 중심으로 오른쪽 부분이 제1 변형부(1114)이고, 힌지를 중심으로 왼쪽 부분이 제2 변형부(1116)이다.

제1 변형부(1114)의 끝단은 하중 전달부(1118)와 결합되며 제1 변형부(1114)의 끝단은 하중이 가해질 때 하강한다.

힌지(1112)는 도 7에 도시된 실시예와 같이 하중이 가해질 때 제1 변형부(1114) 및 제2 변형부(1116)가 회전 운동을 하도록 한다.

힌지(1112)를 중심으로 좌측에 형성되는 제2 변형부(1116)의 끝단은 회전 운동에 의해 제1 변형부(1114)의 하강에 상응하여 상승한다. 전술한 바와 같이, 제2 변형부(1116) 끝단의 상승 변위는 제1 변형부(1114) 및 제2 변형부(1116)의 길이의 비에 상응한다.

제2 변형부(1116)에는 홀(1116a, 1116b)이 형성될 수 있으며, 이 홀(1116a, 1116b)은 추후에 설명할 아암이 결합되기 위한 홀이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치에 하중이 가해졌을 때의 상태를 도시한 도면이다.

도 6과 같은 종래의 비접촉 하중 측정 장치는 하중에 상응하여 하강하는 변위에 의해 그 정밀도가 결정되었으며, 동일한 탄성체가 사용될 때 정밀도를 더 높이기는 어려웠다.

그러나, 본 발명에 의한 비접촉 하중 측정 장치는 탄성체에 다수의 슬릿 및 변형 공간부를 형성하고 지레대의 원리를 하중 측정 장치에 적용함으로써 탄성체의 탄성력에 비해 보다 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능하다.

도 13은 본 발명의 탄성체에 탄성체의 변형을 전기적인 신호로 변환하기 위한 전기 신호 변환부가 결합된 하중 측정 장치를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 신호 변환부는 아암(1300), 제1 기판(1302) 및 제2 기판(1304)을 포함할 수 있다.

제1 기판(1302)에는 전기적 패턴인 제1 패턴(1310)이 형성되며, 제2 기판(1304)에는 전기적인 패턴인 제2 패턴(미도시)이 형성된다.

아암(1300)은 제2 변형부의 홀(1116a, 1116b)을 통해 결합되며, 다양한 결합 방식이 사용될 수 있을 것이다.

아암(1300)은 제2 변형부(1116)의 길이를 실질적으로 증가시켜 제1 변형부에 하강 시 상승되는 변위를 증폭시킨다.

제1 기판(1302)은 아암(1300)과 결합된다. 탄성체에 하중이 가해져서 제2 변형부(1116)가 상승할 경우, 아암(1300)은 제2 변형부(1116)의 움직임에 상응하여 상승한다.

아암(1300)이 상승하게 되면 아암(1300)과 결합된 제1 기판(1302) 역시 상승한다.

한편, 제2 기판(1304)은 제1 기판(1302)과는 독립적으로 고정된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 기판(1304)은 탄성체를 받치는 받침대(1320)에 고정적으로 연결될 수 있다. 따라서, 하중이 가해질 때 제1 기판은 위로 상승하나 제2 기판은 고정적으로 유지된다.

제1 기판(1302)의 제1 패턴(1310) 및 제2 기판(1304)의 제2 패턴 중 어느 하나에는 교류 전류가 제공되며, 다른 하나에는 교류 전류가 제공되지 않는다.

탄성체에 하중이 가해져 제1 기판(1302)이 상승할 경우 교류가 흐르지 않는 패턴에는 유도 전류가 발생한다. 예를 들어, 제1 기판(1302)의 제 1 패턴(1310)에 교류 전류가 제공되고 제2 기판(1302)의 제2 패턴에는 교류 전류가 제공되지 않을 경우, 제1 기판(1302)이 하중에 의해 상승하면 제2 기판(1304)의 제2 패턴에는 유도 전류가 발생한다. 유도 전류는 제1 기판의 상승 변위에 상응한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탄성체에 의할 경우 지레대의 원리를 이용하여 탄성체의 변형량이 증폭될 수 있으므로 하중에 따른 제1 기판의 변위도 증폭되어 보다 정밀한 하중 측정이 가능하다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판에 형성되는 패턴을 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 제1 기판(1302) 및 제2 기판(1304)에는 동일한 형태의 패턴이 형성된다. 패턴은 에칭, 프린팅, 스퍼터링 등과 같은 다양한 방식으로 형성될 수 있다.

도 14에는 구형 펄스 형태의 패턴이 도시되어 있으나, 패턴이 구형 펄스 형태에 한정되는 것은 아니며, 유도 전류가 발생할 수 있는 어떠한 형태의 패턴도 사용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나의 패턴에는 교류 전류가 제공되고 다른 하나의 패턴에는 교류 전류가 제공되지 않는다. 도 14에는 연 속적인 패턴이 도시되어 있으나, 반드시 연속적일 필요는 없으며 일부가 단절된 다수의 구형 펄스파형 패턴이 기판에 형성될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 하중 측정은 유도 전류의 크기를 이용한 하중 측정 및 유도 전류의 위상을 이용한 하중 측정이 모두 가능하며, 어떠한 물리량을 이용하는지에 따라 적절한 패턴이 형성될 수 있을 것이다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 외팔보 탄성체에 하중이 가해질 때 제1 기판 및 제2 기판에 형성된 패턴들간의 위치 변동 관계를 도시한 도면이다.

도 15에서 실선으로 표시한 것은 고정되는 기판인 제2 기판의 제2 패턴(1312)이고 점선으로 표시한 것은 탄성체의 변형에 따라 이동하는 제1 기판의 제1 패턴(1310)이다. 제1 기판의 패턴에는 교류 전류가 제공되어 흐르는 상태라고 가정한다.

도 15에 도시된 바와 같이, 하중이 가해질 경우, 제1 기판이 상승하면서 제1 기판의 제1 패턴은 제2 기판의 제2 패턴에 비해 우측으로 이동한다.

도 15와 같이 제1 기판이 움직일 경우 제1 기판의 제1 패턴 및 제2 기판의 제2 패턴 사이에는 전자기적인 상호 작용이 발생하며, 이로 인해 전류가 흐르지 않는 제2 기판의 제2 패턴에는 유도 전류가 발생한다.

유도 전류가 발생하는 제2 기판의 제 2패턴은 별도의 신호 처리부와 전기적으로 연결되어 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 도시한 블록도이다.

도 16를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부는 신호 변환부(1600), 하중 계산부(1602) 및 디스플레이부(1604)를 포함할 수 있다.

신호 변환부(1600)는 유도 전류 신호를 미리 설정된 형식으로 변환하는 기능을 한다. 일례로, 신호 변환부(1600)는 아날로그 신호인 유도 전류를 디지털 신호로 변환하고 노이즈 성분을 제거하는 신호 변환을 수행할 수 있다. 또한, 신호 변환부(1600)는 유도 전류의 증폭을 수행할 수도 있다.

하중 계산부(1602)는 신호 변환부에서 출력되는 신호를 이용하여 대상물의 하중을 계산한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 하중 계산부(1602)는 마이크로 프로세서를 이용하여 하중을 계산할 수 있다. 하중 계산부(1602)는 신호 변환부의 출력 신호의 크기 및 위상 정보를 이용하여 하중을 계산한다. 하중 계산부는 미리 설정된 계산 알고리즘을 이용하여 하중을 계산할 수도 있으며, 큰 정밀도가 요구되지 않을 경우 룩업 테이블을 이용하여 하중을 계산할 수도 있다.

디스플레이부(1604)는 하중 계산부에 의해 계산된 하중을 표시하는 기능을 한다. LCD, LED와 같은 다양한 표시 장치가 이용될 수 있다.

도 1은 종래의 로드셀의 단면도를 도시한 도면.

도 2는 종래의 로드셀의 상부 평면도(a) 및 하부 평면도(b)를 도시한 도면.

도 3은 종래의 로드셀에 하중이 가해졌을 때 발생하는 변화를 도시한 도면.

도 4는 스트레인 게이지들의 연결 상태를 회로적으로 표시한 도면.

도 5는 종래의 비접촉 하중 측정 하중 측정 장치의 분해 사시도를 도시한 도면.

도 6은 종래의 비접촉 하중 측정 장치의 단면도를 도시한 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 탄성체의 사시도를 도시한 도면.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 탄성체의 정면도를 도시한 도면

도 9는 본 발명의 원리를 설명하기 위해 지레대의 구조를 도시한 도면.

도 10은 도 7에 도시된 실시예의 탄성체가 하중에 의해 변형될 경우의 상태를 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치의 탄성체의 정면도를 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉 하중 측정 장치에 하중이 가해졌을 때의 상태를 도시한 도면.

도 13은 본 발명의 탄성체에 탄성체의 변형을 전기적인 신호로 변환하기 위 한 전기 신호 변환부가 결합된 하중 측정 장치를 도시한 도면.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판에 형성되는 패턴을 도시한 도면.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 외팔보 탄성체에 하중이 가해질 때 제1 기판 및 제2 기판에 형성된 패턴들간의 위치 변동 관계를 도시한 도면.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 신호 처리부의 구성을 도시한 블록도.

Claims (18)

1. 탄성체 바디;

   상기 탄성체 바디에 형성되는 다수의 슬릿들; 및

   상기 탄성체 바디에 형성되는 변형 공간부를 포함하되,

   상기 변형 공간부 내에는,

   힌지; 상기 힌지와 결합되는 제1 변형부; 및 상기 제1 변형부와 상기 힌지와 결합되며 상기 제1 변형부에 비해 긴 제2 변형부가 형성되며,

   하중이 가해질 때 하중에 상응하여 상기 제1 변형부 및 상기 제2 변형부는 상기 힌지를 중심으로 회전 운동을 하며 상기 제1 변형부는 하중에 상응하여 하강하고 상기 제2 변형부는 상승하며, 상기 제2 변형부의 상승 변위를 하중 측정에 이용하는 하중 측정용 탄성체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 변형 공간부는 상기 탄성체 바디에 형성되는 홀이며, 상기 홀 내에 상기 힌지, 제1 변형부 및 제2 변형부가 형성되는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 다수의 슬릿은 탄성체 바디에 수평 방향으로 형성되며, 하중이 가해질 경우 탄성체의 변형이 상기 힌지에 제공되지 않도록 하는 제1 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
4. 제3항에 있어서,

   상기 다수의 슬릿은 상기 제1 슬릿으로부터 수직으로 연장되는 제2 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
5. 제4항에 있어서,

   상기 다수의 슬릿은 상기 제2 슬릿과 소정 거리 이격되어 탄성체 바디에 수직으로 형성되는 제3 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿은 하중이 가해질 때 하중에 상응하여 변형되며 하중을 상기 제1 변형부에 전달하는 하중 전달부를 정의하는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
7. 제6항에 있어서,

   상기 하중 전달부는 하중에 상응하여 하강하며 상기 제1 변형부와 수직 상태가 되도록 변형되는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제2 슬롯의 양 단은 라운드 구조인 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
9. 제6항에 있어서,

   상기 제2 슬릿, 제3 슬릿 및 상기 제2 슬릿 및 제3 슬릿에 의해 정의되는 하중 전달부의 일부에는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
10. 제6항에 있어서,

    상기 제3 슬릿의 하단에는 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 하중 측정용 탄성체.
11. 다수의 슬릿 및 변형 공간부가 형성되며, 상기 변형 공간부 내에는 힌지, 상기 힌지와 결합되는 제1 변형부 및 상기 제1 변형부와 상기 힌지와 결합되며 상기 제1 변형부에 비해 긴 제2 변형부가 형성되고, 하중이 가해질 때 하중에 상응하여 상기 제1 변형부 및 상기 제2 변형부는 상기 힌지를 중심으로 회전 운동을 하며 상기 제1 변형부는 하중에 상응하여 하강하고 상기 제2 변형부는 상승하는 탄성체;

    상기 탄성체의 제2 변형부와 상기 제2 변형부의 길이 방향으로 결합되는 아암;

    상기 아암의 끝단에 결합되는 제1 기판; 및

    고정 고조물에 결합되는 제2 기판을 포함하되,

    상기 제1 기판 및 제2 기판에는 전기적인 패턴이 형성되어 있으며, 상기 제1 기판의 움직임에 상응하여 상기 제1 기판 및 제2 기판 중 어느 하나에 형성되어 있는 전기적인 패턴에 발생하는 유도 전류를 이용하여 하중을 측정하는 하중 측정 장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 변형 공간부는 탄성체에 형성되는 홀이며, 상기 홀 내에 상기 힌지, 제1 변형부 및 제2 변형부가 형성되는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치.
13. 제11항에 있어서,

    상기 다수의 슬릿은 상기 탄성체에 수평 방향으로 형성되며, 하중이 가해질 경우 상기 탄성체의 변형이 상기 힌지에 제공되지 않도록 하는 제1 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 다수의 슬릿은 상기 제1 슬릿으로부터 수직으로 연장되는 제2 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 다수의 슬릿은 상기 제2 슬릿과 소정 거리 이격되어 탄성체 바디에 수직으로 형성되는 제3 슬릿을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿은 하중이 가해질 때 하중에 상응하여 변형되며 하중을 상기 제1 변형부에 전달하는 하중 전달부를 정의하는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 제2 변형부에는 상기 아암이 결합되기 위한 적어도 하나의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치.
18. 제11항에 있어서,

    상기 탄성체의 일단이 놓여지는 받침대를 더 포함하며, 상기 제2 기판은 상기 받침대로부터 연장되는 암에 의해 고정적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 하중 측정 장치.

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