KR101015990B1 - 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 및 측정 방법 - Google Patents

목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 및 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것으로 목재를 장치에 투입시키고 일정한 휨 변형을 발생시킨 상태에서 제재목에 가해진 하중을 측정하여 얻어진 수치를 통해 휨 탄성 계수를 계산한다. 그리고, 하중에 따른 목재의 변형 및 휨 탄성 계수에 대한 내용을 디스플레이를 통해 그래프 및 수치로 나타냄에 따라 목재의 휨 탄성 계수를 짧은 시간 내에 계산하여 사용자의 편리함을 향상시킨다.
휨 탄성 계수, 목재

Description

목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 및 측정 방법{MEASUREMENT SYSTEM AND ITS METHOD FOR BENDING MODULUS OF ELASTICITY OF WOOD}
본 발명은 목재의 휘어지는 특성을 정확하고 편리하게 측정하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 및 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 목재의 휘어지는 탄성을 측정하는 방법으로 만능 강도 시험기를 사용하였으며, 측정하고자 하는 목재를 사람이 직접 기계의 중심에 맞추어 두고 하중을 가하여 목재의 변형을 측정한다.
하지만, 만능 강도 시험기를 사용하여 휨 탄성 계수를 측정할 경우에 목재 1개당 소요 시간이 20여분으로 많이 소요되며, 작업자가 집적 수동으로 목재의 중심을 맞추는 등의 번거로움이 발생한다.
이에 따라, 휨 탄성 계수만을 측정하는 장치들이 개발되고 있는데, 가장 대표적인 것이 목재를 사이에 두고 양쪽에 다수개의 롤러를 두어, 롤러 사이로 목재를 통과시키며 휨 탄성 계수를 측정하는 장치가 개발되었다.
이 장치를 사용함에 따라 측정에 소요되는 시간은 절감되었으나, 측정 가능한 목재의 치수(두께)에 제약을 받으며, 특히 목재의 좁은 재면(두께에 수직한 방향)으로의 휨 탄성 계수 측정이 불가능한 단점이 발생한다.
따라서, 목재의 두께나 측정 방향에 제약을 받지않으면서 짧은 소요시간에 사람의 인력을 사용하지 않고 편리하고 정확하게 목재의 휨 탄성 계수를 측정할 수 있는 장치가 요구된다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 목재를 장치에 투입하면 탄성계수를 측정하기 위해 목재를 정렬시키고 일정한 휨 변형을 발생시킨 상태에서 이때 가해지는 하중을 자동으로 측정함으로써 부재(목재) 1개당 소요되는 측정시간을 감축하면서 휨 탄성 계수를 정확하게 측정하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 및 측정 방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 및 측정 방법은 측정하고자 하는 목재를 장치에 투입시키고 일정한 휨 변형을 발생시킨 상태에서 이 때 목재에 가해진 하중을 측정하여 얻어진 수치를 통해 휨 탄성 계수를 계산한다. 그리고, 하중에 따른 목재의 변형 및 휨 탄성 계수에 대한 내용을 디스플레이를 통해 그래프 및 수치로 나타냄에 따라 목재의 휨 탄성 계수를 짧은 시간 내에 계산하여 사용자의 편리함을 향상시킨다.
본 발명은 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치에 관한 것으로 다수개의 롤러를 사용하여 휨 탄성 계수를 측정하고자 하는 목재를 이송하는 이송모터를 포함하고, 상기 롤러에 의해 이송되는 목재의 일단과 밀착되어 상기 목재의 이송을 정지시키는 스톱퍼를 포함하며, 상기 정지된 목재를 소정 높이로 올려주는 리프트를 포함한 다. 그리고, 상기 리프트에 의해 상승된 목재가 목재 가이드 바에 밀착되도록 정렬하는 정렬실린더를 포함하며, 상기 정렬된 목재에 일정량의 변형이 발생하도록 힘을 가하는 스크류잭을 포함한다. 또한, 상기 스크류잭에 의해 목재에 가해진 힘을 측정하는 로드셀을 포함하며, 상기 이송모터, 스톱퍼, 리프트, 및 스크류잭의 작동을 제어하고, 상기 로드셀에 의해 측정된 힘을 통해 휨 탄성 계수를 계산하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 스톱퍼는, 상기 목재의 일단이 밀착되는 것을 감지하는 스톱퍼 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 스르큐잭이 상기 목재에 밀착되는 여부를 감지하는 스크류잭 센서를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은 목재의 휨 탄성 계수 측정 방법에 관한 것으로 스톱퍼가 상승하고, 이송모터가 작동하는 단계를 포함하고, 상기 이송모터 작동에 의해 목재가 이동하고, 상기 목재가 스톱퍼 센서에 의해 감지되면 이송모터가 정지하는 단계를 포함한다. 그리고, 리프트를 사용하여 목재를 소정 높이까지 상승시킨 후, 정렬 실린더를 통해 목재를 정렬하는 단계를 포함하며, 상기 정렬된 목재에 힘을 부과하여, 상기 부과되는 힘의 크기와 그에 따른 상기 목재의 변형의 크기를 통해 휨 탄성 계수를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 스크류잭에 의해 부과되는 힘의 크기는, 상기 목재와 스크류잭의 밀착을 감지한 후, 상기 스크류잭이 목재방향으로 소정거리 이동하는 단계; 로드셀을 작동하는 단계; 및 상기 스크류잭을 목재방향으로 추가이동시키며, 상기 로드셀을 통해 상기 추가 이동에 따른 힘을 측정하는 단계;를 통해 측정할 수 있다.
본 발명에서 상기 스크류잭이 목재방향으로 소정거리 이동하는 단계에서 소정거리는 2mm만큼 이동할 수 있다.
본 발명에서 상기 스크류잭의 추가 이동 거리는 4mm 이상 6mm 이하이며, 바람직하게는 5mm로 할 수 있다.
본 발명에 의하면 목재를 정렬시키고 목재에 일정한 휨 변형을 발생시킨 상태에서 이때 가해진 하중을 측정하여 자동으로 목재의 휨 탄성 계수를 계산함으로서 목재 1개당 소요되는 측정시간을 감축하는 효과가 있다.
또한, 목재에 휨 변형을 발생시키는 과정에서 상기 스크류잭 센서에 의해 감지된 목재와 스크류잭이 밀착되는 시점을 기준으로 2mm 변형까지를 제외하고, 그 이후 추가 5mm 변형까지의 하중을 측정하여 휨 탄성 계수를 계산함으로써 측정의 정확도를 형상시키는 효과가 있다.
그리고, 측정하고자 하는 목재의 재면에 제약받지 않고 좁은 재면(폭 방향)과 넓은 재면(두께 방향) 모든 부분의 휨 탄성 계수를 측정할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치(100)는 롤러(110), 스톱퍼(120), 리프트(130), 정렬실린더(140), 스크류잭(150), 스크류잭 센서(152), 및 로드셀(160)을 포함한다.
롤러(110)는 목재의 이송이 가능하도록 다수개로 형성되며, 이송모터(미도시)의 동작에 의해 작동여부가 결정된다.
이송모터에 의해 롤러(110)가 작동되면, 롤러(110)의 상부에 휨 탄성 계수를 측정하고자 하는 목재를 올리면, 목재의 휨 탄성계수를 측정하기 위한 위치까지 사람이 일일이 목재를 이동시킬 필요없이 롤러(110)의 작동에 의해 목재가 측정위치까지 이동한다.
스톱퍼(120)는 롤러(110)에 의해 이송되는 목재를 정지시키는 장치로, 좀더 자세하게 스톱퍼(120)의 일면에 적어도 하나 이상의 스톱퍼 센서(122)를 설치하여 스톱퍼(120)에 가까워지게 이송되는 목재를 감지하고, 목재의 일단이 감지되면 이 송모터의 작동을 정지시킴으로써 휨 탄성 계수를 측정하기 위한 목재를 측정위치에 정확하게 위치시킨다.
리프트(130)는 롤러(110)에 의해 이송되어진 목재를 소정의 높이 - 스크류잭(150)이 위치한 높이 - 까지 들어올린다. 이때, 리스트(130)를 통해 목재를 상승시킴에 따라 목재의 휨 탄성 계수 측정 시 롤러와 목재 사이에 발생할 수 있는 마찰력을 감소시키는 효과를 가져온다.
본 발명에 한정되는 것은 아니나 리프트(130)는 스크류잭(150)을 기준으로 양쪽으로 두 개 존재하며, 스크류잭(150)과 각각의 리프트(130) 사이의 간격은 동일하거나 상이하게 형성하여 목재가 소정의 높이로 상승되었을 때 수평이 되도록 한다. 그리고, 리프트(130)는 롤러(110)의 길이와 유사하게 형성할 수 있으며, 바람직하게는 측정하고자 하는 목재의 세로 길이와 같거나 크게 형성할 수 있다.
정렬실린더(140)는 리프트에 의해 소정 높이까지 상승된 목재를 정렬하는 장치로, 스크류잭(150)을 중심으로 양측에 두 개 존재하며 상승된 목재의 일면이 목재 가이드 바(142)에 밀착되도록 정렬한다.
목재 가이드 바(142)는 스크류잭(150)의 높이 및 정렬실린더(140)의 높이와 동일한 높이로 형성되며, 목재의 길이에 따라 길이 조절이 가능하도록 레일(144)의 상부에 형성한다. 그리고, 목재와 밀착되는 부분은 타원형 또는 원형으로 형성하여 목재 가이드 바(142)와 목재가 밀착되었을 때 목재 가이드 바(142)가 목재에 직선 모양으로 나타난다.
스크류잭(150)은 목재의 휨 탄성 계수 측정을 위해 목재에 힘 변형을 발생시 키는 부분으로 목재 가이드 바(142)에 밀착되어 정렬된 목재와 스크류잭(150)이 밀착되어 있는 상태에서 스크류잭(150)을 목재 방향으로 일정 거리만큼 추가 이동시키고, 스크류잭(150)에 의해 목재에 가해진 힘(하중)을 로드셀(160)을 통해 측정한다.
이때, 목재의 휨 탄성 계수 산출을 위한 힘(하중)-변형 선도를 고려하여 스크류잭(150)을 통해 힘을 가하면 목재의 변형이 일어나고, 목재의 변형이 7mm가 되는 지점까지 변형과 힘(하중)을 측정하여 목재의 휨 탄성 계수를 정확하게 산출할 수 있다.
그리고, 목재의 힘(하중)-변형 선도에서 탄성구간의 기울기가 직선을 나타내는 구간이 목재가 힘을 받기 시작한 순간부터 소정의 힘이 가해진 이후이기 때문에 목재의 변형이 2mm 이상 7mm 이하가 되는 부분을 계산하여 목재의 휨 탄성 계수 산출의 정확도를 향상시킨다.
참고적으로, 휨 탄성 계수는 비례 한도 내에서의 힘(하중)과 변형의 관계로부터 하기의 식에 의해 탄성계수(MOE)를 계산할 수 있다.
Figure 112009029693068-pat00001
(단, P1은 비례한도 내에서 상한 하중과 하한 하중의 차이(N), L은 목재의 길이(지간거리,mm), b는 목재의 이동방향과 수직한 목재의 단면수치(좁은재면 측정시 목재의 두께,mm), h는 스크류잭 이동방향과 평향한 목재의 단면치수(좁은재면 측정시 목재의 폭,mm), ㅿ1은 P1일 때의 L의 중앙의 처짐의 차이(mm))
로드셀(160)은 스크류잭(150)에 의해 목재에 하중이 가해질 때, 스크류잭(150)이 목재에 밀착된 순간부터 2mm 이동한 위치의 하중과, 2mm 이동한 위치에서 5mm 추가 이동(밀착순간부터 총 7mm 이동)한 위치의 하중의 차이를 측정한다.
도 1에서는 스크류잭(150)의 총 이동을 7mm로 한정하였으나, 추가이동되는 거리는 목재마다 설정할 수 있으며, 추가 이동거리를 4mm 이상 6mm 이하로 하여 측정하는 것이 바람직하다.
제어부(미도시)는 이송모터(미도시), 스톱퍼(120), 리프트(130), 정렬실린더(140), 및 스크류잭(150)의 작동을 제어하며, 상기 로드셀(160)에 의해 측정된 힘의 크기를 통해 목재의 휨 탄성 계수를 계산한다.
그리고, 제어부는 휨 탄성 계수 측정 장치 내에 장착되거나, 외부에 설치되어 유선 또는 무선으로 데이터를 송수신할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치와 제어패널이 연결된 모습을 나타낸 도면으로서, 도 1에서 설명한 제어부가 외부 제어패널에 장착되어 있는 모습을 나타내었다. 하지만, 제어부는 외부 제어패널이 아닌 휨 탄성 계수 측정 장치 내에 장착되어 형성할 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 1에서 설명한 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치(100)와 제어패널(200)이 연결된 모습을 나타낸 도면으로 좀더 정확하게 휨 탄성 계수 측정 장치(100)와 제어패널(200) 내의 제어부(미도시)가 연결된 모습을 나타낸다.
제어패널(200)은 스크류잭(150)에 의해 목재에 가해지는 힘, 로드셀(160)에 의해 측정되는 스크류잭(150)의 이동에 따른 하중의 차이, 및 제어부에 의해 계산된 휨 탄성 계수 등의 정보를 디스플레이창(210)을 통해 사용자에게 알려준다.
그리고, 제어패널(200)은 입력부(220)에 의해 목재의 정보(목재의 크기, 목재의 종류 등)를 사용자로부터 입력받아 제어부로 전송하여 휨 탄성 계수 계산의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 목재의 휨 탄성 계수 측정 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치에 목재가 투입되면(S300), 스톱퍼를 상승시키며 이송모터를 작동한다(S310).
스톱퍼의 목재 감지(S320) 단계는 이송모터의 작동에 따라 롤러가 구동되면, 목재가 측정 위치로 점차적으로 이동하고 스톱퍼에 부착된 센서에 목재가 감지되는 지를 판단한다.
목재가 감지되지 않을 경우에는 계속 이송모터를 작동시켜 목재가 측정 위치에 오도록 이송하며, 센서에 의해 목재가 감지되면 이송모터를 정지시켜(S330) 목재의 이송을 정지시킨다.
리프트를 작동(S340)하는 단계는 이송이 정지된 목재를 스크류잭의 높이까지 들어올린다.
정렬실린더 및 스크류잭을 작동(S350)하는 단계는 상승된 목재가 목재 가이드 바에 정렬되도록 정렬실린더를 사용하여 목재를 이동시켜 목재 가이드 바에 밀착되도록 정렬시킨다. 그리고, 정렬 실린더가 작동할 때 스크류잭이 정렬실린더보다 느린 속도로 작동하여 스크류잭 센서에 의해 목재와 스크류잭의 밀착이 감지될 때까지 이동한다.
스크류잭 목재 감지(S360) 단계는 스크류잭이 이동하여 목재에 밀착되는 것을 스크류잭 센서를 통해 감지하며, 밀착이 감지될 때까지 스크류잭을 계속 이동한다.
스크류잭 2mm 이동 및 정렬 실린더 후퇴(S370)단계는 스크류잭 센서에 의해 목재가 감지되면, 그 지점에서부터 스크류잭을 2mm 전진시켜 목재에 하중을 가하고, 정렬실린더를 후퇴시킴으로써 목재가 목재 가이드 바와 스크류잭에 밀착되어 위치한다.
로드셀 작동(S380)하는 단계는 스크류잭이 2mm 더 이동하여 다시 이동시키기 전에 로드셀을 작동하여 스크류잭의 하중을 측정한다.
스크류잭 추가 이동(S390)하는 단계는, 로드셀을 작동하여 하중을 측정하면서 스크류잭을 추가로 이동시킴으로써 목재가 일정한 휨 변형이 발생한 상태에서의 하중을 측정하는 것으로, 4mm 이상 6mm 이하로 스크류잭을 추가 이동하며, 목재마다 추가 이동 거리가 다르지만, 5mm 추가 이동하는 것이 바람직하다.
스크류잭의 추가 이동이 완료되고, 추가 이동하는 동안 로드셀에 의해 측정된 하중은 제어부로 전송되어 휨 탄성 계수를 계산하고, 목재를 배출(S400)한다.
목재 배출(S400) 단계는 스크류잭를 후진하여 목재와 분리시키고, 리프트와 스톱퍼를 하강시킨다. 그리고 리프트 하강에 따라 목재가 롤러의 상부에 위치하면 이송모터를 작동시켜 목재를 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치에서 배출한다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치와 제어패널이 연결된 모습을 나타낸 도면.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 목재의 휨 탄성 계수 측정 방법을 나타낸 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치 110 : 롤러
120 : 스톱퍼 122 : 스톱퍼 센서
130 : 리프트 140 : 정렬실린더
142 : 목재 가이드 바 144 : 레일
150 : 스크류잭 152 : 스크류잭 센서
160 : 로드셀 200 : 제어패널
210 : 디스플레이창 220 : 입력부

Claims (7)

  1. 다수개의 롤러를 사용하여 휨 탄성 계수를 측정하고자 하는 목재를 이송하는 이송모터;
    상기 롤러에 의해 이송되는 목재의 일단과 밀착되어 상기 목재의 이송을 정지시키는 스톱퍼;
    상기 정지된 목재를 소정 높이로 올려주는 리프트;
    상기 리프트에 의해 상승된 목재가 목재 가이드 바에 밀착되도록 정렬하는 정렬실린더;
    상기 정렬된 목재에 힘을 가하는 스크류잭;
    상기 목재에 가해지는 힘의 크기를 측정하는 로드셀; 및
    상기 이송모터, 스톱퍼, 리프트, 정렬실린더 및 스크류잭의 작동을 제어하며, 상기 로드셀에 의해 측정된 힘의 크기를 통해 상기 목재의 휨 탄성 계수를 계산하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스톱퍼는,
    상기 목재의 일단이 밀착되는 것을 감지하는 스톱퍼 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 스크류잭이 상기 목재에 밀착되는 여부를 감지하는 스크류잭 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 장치.
  4. 스톱퍼가 상승하고, 이송모터가 작동하는 단계;
    상기 이송모터 작동에 의해 목재가 이동하고, 상기 목재가 스톱퍼 센서에 의해 감지되면 이송모터가 정지하는 단계;
    리프트를 사용하여 목재를 소정 높이까지 상승시킨 후, 정렬 실린더를 통해 목재를 정렬하는 단계; 및
    상기 정렬된 목재에 힘을 부과하여, 상기 부과되는 힘의 크기와 그에 따른 상기 목재의 변형의 크기를 통해 휨 탄성 계수를 측정하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 부과되는 힘의 크기는,
    상기 목재와 스크류잭의 밀착을 감지한 후, 상기 스크류잭이 목재방향으로 소정거리 이동하는 단계;
    로드셀을 작동하는 단계; 및
    상기 스크류잭을 목재방향으로 추가이동시키며, 상기 로드셀을 통해 상기 추가 이동에 따른 힘을 측정하는 단계;
    를 통해 측정하는 것을 특징으로 하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 스크류잭이 목재방향으로 소정거리 이동하는 단계에서 소정거리는 2mm 인 것을 특징으로 하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 스크류잭의 추가 이동 거리는 4mm 이상 6mm 이하인 것을 특징으로 하는 목재의 휨 탄성 계수 측정 방법.
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