KR101166918B1 - 정밀 계량 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분체의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있고, 배출시간을 단축하여 작업효율을 향상시킬 수 있는 정밀 계량 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 정밀 계량 장치는, 하부에 호퍼가 마련되는 저장빈과, 상기 저장빈의 호퍼 하부에 설치되는 제1배출게이트와, 상기 저장빈의 호퍼 일측에 설치되는 제2배출게이트와, 상기 제1배출게이트에 설치되어 분체를 다량으로 배출하는 제1계량수단과, 상기 제2배출게이트에 설치되어 분체를 소량으로 배출하는 제2계량수단과, 상기 제1 및 제2계량수단에서 배출된 분체가 저장되는 계량빈과, 상기 계량빈에 저장된 분체의 중량을 측정하는 로드셀을 포함한다.
또한, 본 발명에 의한 정밀 계량 방법은, 분체의 배출량 및 설정값을 설정하는 단계와, 분체를 다량으로 배출하는 단계와, 배출된 분체의 중량이 설정값에 도달하면 분체의 다량 배출을 중단하는 단계와, 분체를 소량으로 배출하여 배출량을 정밀하게 조절하는 단계와, 배출된 분체의 중량이 설정된 배출량에 도달하면 분체의 소량 배출을 중단하는 단계를 포함한다.

Description

정밀 계량 장치 및 방법{PRECISION MEASURING APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 정밀 계량 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 분체의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있고, 배출시간을 단축하여 작업효율을 향상시킬 수 있는 정밀 계량 장치 및 방법에 관한 것이다.

레미콘(remicon)은 레디믹스트콘크리트(ready-mixed concrete)의 약칭으로, 시멘트, 골재(자갈, 모래 등), 물 및 혼화재료 등을 일정한 비율로 혼합한 콘크리트를 뜻한다. 레미콘은 배처플랜트(batcher plant)라는 설비에서 제조되며, 공사현장까지 굳지 않은 상태로 운반할 수 있도록 트럭믹서(truck mixer)를 이용하여 운반한다.

레미콘 제조시 첨가되는 혼화재료는 콘크리트의 성질을 개선하기 위한 것으로, 첨가량에 따라 혼화제(混和劑)와 혼화재(混和材)로 구분된다. 이 중에서 혼화재는 콘크리트의 워커빌리티 향상, 수화열 감소, 수축저감, 알칼리성의 감소 등을 목적으로 혼합하는 재료이며, 플라이애쉬(fly-ash), 고로슬래그, 실리카흄(silica fume) 등이 이에 속한다.

이러한 혼화재는 레미콘 제조시 다량으로 혼합되므로 자체 용적을 배합계산에 고려해야 한다. 또한, 혼화재는 첨가량에 따라 콘크리트의 성질을 변하게 하므로 시멘트와 적당한 비율로 첨가될 수 있도록 시멘트와 혼화재를 정확하게 계량하여 혼합해야 한다.

종래에는 레미콘 제조시 시멘트, 혼화재료와 같은 분체 계량 작업을 숙련공들이 도맡아 진행하였다. 그러나 계량 작업시 발생하는 분진 및 냄새로 인해 건강상에 문제가 생기고, 반복적인 일을 하는 동안 정확도와 효율이 저하됨에 따라 최근에는 자동 계량 장치에 대한 관심이 증대되었다.

한편, 현재 사용되는 자동 계량 장치는, 분체를 저장하는 저장빈, 저장빈에 저장된 각종 분체를 이송하는 컨베이어, 컨베이어에 의해 이송된 각종 분체를 계량하는 계량빈을 포함한다.

이러한 종래의 자동 계량 장치는 저장빈에 설치된 게이트 밸브의 개폐시간 또는 개폐량을 조절하여 분체의 배출량을 제어하였다. 그러나 게이트 밸브의 개폐시간을 조절할 경우 분체의 배출량을 정밀하게 제어할 수 없고, 게이트 밸브의 개폐량을 조절할 경우 분체 배출에 많은 시간이 소요되는 등의 문제점이 발생하였다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 분체의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있고, 배출시간을 단축하여 작업효율을 향상시킬 수 있는 정밀 계량 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 정밀 계량 장치는, 하부에 호퍼가 마련되는 저장빈과, 상기 저장빈의 호퍼 하부에 설치되는 제1배출게이트와, 상기 저장빈의 호퍼 일측에 설치되는 제2배출게이트와, 상기 제1배출게이트에 설치되어 분체를 다량으로 배출하는 제1계량수단과, 상기 제2배출게이트에 설치되어 분체를 소량으로 배출하는 제2계량수단과, 상기 제1 및 제2계량수단에서 배출된 분체가 저장되는 계량빈과, 상기 계량빈에 저장된 분체의 중량을 측정하는 로드셀을 포함한다.

또한, 본 발명에 의한 정밀 계량 방법은, 분체의 배출량 및 설정값을 설정하는 단계와, 분체를 다량으로 배출하는 단계와, 배출된 분체의 중량이 설정값에 도달하면 분체의 다량 배출을 중단하는 단계와, 분체를 소량으로 배출하여 배출량을 정밀하게 조절하는 단계와, 배출된 분체의 중량이 설정된 배출량에 도달하면 분체의 소량 배출을 중단하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 제1계량수단을 통해 분체를 다량으로 배출함으로써 분체의 배출시간을 단축하여 작업효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1계량수단을 통한 1차 배출 후 제2계량수단을 이용하여 분체를 소량으로 배출함으로써 분체의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 계량 장치의 도면.
도 2는 본 실시예에 따른 정밀 계량 장치 중 제1계량수단의 도면.
도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 정밀 계량 장치 중 제1계량수단의 도면.
도 5는 본 실시예에 따른 정밀 계량 장치 중 로드셀의 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 계량 방법의 순서도.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 계량 장치의 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 계량 장치(100)는, 분체가 저장되는 저장빈(110)과, 저장빈(110)에 저장된 분체를 배출하는 제1 및 제2배출게이트(120,130)와, 제1 및 제2배출게이트(120,130)를 통해 배출되는 분체를 계량하는 제1 및 제2계량수단(140,150)과, 제1 및 제2계량수단(140,150)에서 계량 및 배출된 분체가 저장되는 계량빈(160)과, 계량빈(160)에 저장된 분체의 중량을 측정하는 로드셀(170)과, 제1 및 제2계량수단(140,150)의 작동을 제어하는 제어부(180)를 포함한다.

도면부호 200은 상술한 정밀 계량 장치(100)에 의해 계량된 분체를 혼합하는 혼합장치이다.

저장빈(110)은, 원통의 몸체(112)와, 몸체(112) 하부에 형성된 호퍼(114)로 이루어진다. 이러한 형상의 저장빈(110)은 많은 양의 분체를 저장할 수 있음과 동시에 저장된 분체가 용이하게 배출될 수 있으므로, 분말형태의 원료를 저장하는데 매우 효율적이다.

제1배출게이트(120)는 수직으로 연장된 원통이다. 이 제1배출게이트(120)는 호퍼(114)의 하단부에 설치되고, 그 중단부에는 제1계량수단(140)이 설치되며, 하단부에 버터플라이밸브(122)가 설치된다.

제2배출게이트(130)는 수평관(132)과 수직관(134)으로 이루어진 T자 형상을 갖는다. 수평관(132)은 호퍼(114) 일측에서 수평으로 연장되고, 수직관(134)은 수평관(132)의 일단부에서 수직으로 연장된다. 이러한 제2배출게이트(130)의 수평관(132)의 내부에는 제2계량수단(150)이 설치되고, 수직관(134)의 중단에는 버터플라이밸브(136)가 설치된다.

계량빈(160)은 저장빈(110)의 하부에 설치되고, 제1배출게이트(120)와 제2배출게이트(120,130)를 통해 각각 배출된 분체가 저장된다. 계량빈(160)은 저장빈(110)과 동일한 형상으로 형성되어, 많은 양의 분체를 저장할 수 있으며 저장된 분체를 용이하게 배출할 수 있다. 이 계량빈(160)의 호퍼(162)의 하부에는 원통의 제3배출게이트(164)가 수직으로 설치되고, 제3배출게이트(164) 중단부에는 버터플라이밸브(166)가 설치된다.

제어부(180)는, 분체 배출량 및 설정값을 입력하기 위한 입력부(182)와, 로드셀(170)을 통해 측정된 계량빈(160)의 분체 저장량이 입력되는 감지부(184)와, 입력부(182) 및 감지부(184)를 통해 분체 배출량 및 분체 저장량에 따라 제1 및 제2계량수단(140,150)의 작동을 제어하는 컨트롤러(186)를 포함한다.

제어부(180)의 입력부(182)를 통해 입력되는 분체 배출량은 저장빈(110)에서 계량빈(160)으로 배출되어야하는 분체의 총 배출량이며, 설정값은 제1 및 제2계량수단(140,150)의 작동을 전환하기 위해 작업자가 입력하는 임의의 값이다. 또한, 분체 저장량은 제1계량수단(140)에 의한 1차 계량시 계량빈(160)으로 배출된 분체의 중량이다.

이때, 설정값은 분체의 배출량 중 70~90%인 것이 바람직한데, 이는 분체의 배출시간을 단축하여 작업효율을 향상시킴과 동시에 분체의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있는 최적의 값이다. 또한, 1차 계량에 의한 분체 저장량이 설정값에 도달할 경우 제어부(180)는 제1계량수단(140)의 작동을 중지함과 동시에 제2계량수단(150)을 작동시켜 2차 정밀 계량을 실시한다.

한편, 제1 및 제2계량수단(140,150)의 작동을 제어하는 제어부(180)의 컨트롤러(186)는, 후술할 제2계량수단(150)의 전동기(도 3의 154)를 회전수를 제어할 수 있도록 가변전압, 가변주파수(Variable Voltage & Variable Frequency; VVVF) 인버터 컨트롤러를 포함하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 실시예에 따른 정밀 계량 장치 중 제1계량수단의 도면이다.

제1계량수단(140)은 저장빈(110)에 저장된 분체를 다량으로 배출하는 1차 계량수단이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1계량수단(140)은, 제1배출게이트(120)에 설치되고 수평으로 이동 가능한 개폐 플레이트(142)와, 개폐 플레이트(142)를 수평으로 이동시키는 액추에이터(144)를 포함한다.

이러한 구성의 제1계량수단(140)은 제어부(도 1의 180)에서 인가된 신호에 따라 제1배출게이트(120)를 개방 또는 폐쇄한다. 즉, 제어부(180)에서 개방신호가 인가되면 액추에이터(144)가 작동하여 개폐 플레이트(142)를 이동시키고, 개폐 플레이트(142)의 이동에 의해 제1배출게이트(120)가 개방되어 다량의 분체가 배출된다. 이를 1차 계량이라 하며, 1차 계량에 의해 계량빈(도 1의 160)에 저장된 분체 저장량은 분체의 배출량 중 70~90%인 것이 바람직하다.

반면, 계량빈(160)에 저장된 분체 저장량이 설정값에 도달하면 제어부(180)에서 폐쇄신호가 인가되고, 이를 수신한 액추에이터(144)는 개폐 플레이트(142)를 최초의 위치(제1배출게이트(120)를 폐쇄하는 위치)로 이동시켜 분체의 배출을 차단한다. 그와 동시에 제2계량수단(도 1의 150)을 작동시켜 2차 정밀 계량을 실시한다.

도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 정밀 계량 장치 중 제2계량수단의 도면이다.

제2계량수단(150)은 제1계량수단(140)에 의한 1차 계량 후 작동하여 분체의 배출량을 정밀하게 계량하기 위한 2차 계량수단이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2계량수단(150)은, 제2배출게이트(130)의 수평관(132) 내부에 설치되는 스크루 피더(screw feeder, 152)와, 수평관(132)의 외부로 돌출된 스크루 피더(152)의 회전축(152a) 일단부에 설치되는 전동기(154)와, 스크루 피더(152)의 회전축(152a)과 전동기(154) 사이에 설치되는 감속기(156)를 포함한다.

스크루 피더(152)는, 상술한 회전축(152a)과, 회전축(152a)의 외주면에 나선형으로 감긴 이송날개(152b)로 이루어진다. 회전축(152a)의 일단부는 수평관(132)의 외부로 돌출되어 감속기(156)에 연결되고, 타단부는 저장빈(110)의 내부에 위치된다. 또한, 회전축(152a)에 감긴 이송날개(152b)는 회전축(152a)의 타단부에서 일단부까지 연장되며, 일단부 측은 수직관(134)의 상부까지만 연장된다. 따라서 스크루 피더(152)가 작동하면 저장빈(110)에 저장된 분체가 수평관(132)을 통해 이송되고, 수직관(134)을 통해 계량빈(도 1의 160)으로 배출된다.

상술한 구조의 제2계량수단(150)은 스크루 피더(152)의 회전수에 따라 분체의 배출량을 조절할 수 있으므로, 가변전압, 가변주파수 인버터 컨트롤러를 이용하여 전동기(154)의 회전수를 제어할 경우 정밀한 계량이 가능하다.

한편, 제2배출게이트(130)의 수직관(134)의 상단부, 즉 수평관(132)과 연결되는 상단부는 상부로 갈수록 직경이 커지는 테이퍼 형상으로 형성된다. 이와 같이, 수직관(134)의 상단부를 호퍼 형태로 제작할 경우 스크루 피더(152)에 의해 이송된 분체의 배출이 용이하고, 이에 분체 배출량을 더욱 정밀하게 계량할 수 있다.

도 5는 본 실시예에 따른 정밀 계량 장치 중 로드셀의 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 로드셀(170)은 계량빈(160)의 일측에 설치되어 계량빈(160)에 저장된 분체 저장량을 측정한다. 이 로드셀(170)을 이용한 분체 저장량의 측정 과정을 살펴보면, 우선 계량빈(160)의 중량과 저장빈(110)에서 배출된 분체의 저장량을 모두 측정하고, 그 값에서 계량빈(160)의 최초 중량(분체가 저장되지 않은 상태의 중량)을 빼 분체의 중량을 측정한다.

이렇게 측정된 분체 저장량은 감지부(도 1의 184)를 통해 입력되고, 제어부(180)는 이 값을 설정값과 비교하며, 설정값에 도달하면 제어부(180)에서 폐쇄신호를 인가하며 제1계량수단(140)의 작동을 중지시킴과 동시에 제2계량수단(150)을 작동시켜 2차 정밀 계량을 실시한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 계량 방법의 순서도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 계량 장치를 이용한 정밀 계량 방법에 대해 살펴보도록 한다.

우선, 작업자는 제어부(180)의 입력부(182)를 통해 분체의 배출량과 설정값을 입력한다(S10). 이때, 분체의 배출량은 저장빈(110)에서 계량빈(160)으로 배출되어야하는 분체의 총량이며, 설정값은 제1 및 제2계량수단(140,150)의 작동을 전환하기 위해 작업자가 입력하는 임의의 값이다.

분체의 배출량 및 설정값이 설정되면, 제어부(180)는 제1계량수단(140)을 작동시켜 1차 계량한다(S20). 즉, 제1계량수단(140)의 액추에이터(144)를 작동시켜 개폐 플레이트(142)를 이동시킴으로써 제1배출게이트(120)를 개방하여 다량의 분체가 배출되도록 한다. 이를 1차 계량이라 하며, 1차 계량에 의해 계량빈(도 1의 160)에 저장된 분체 저장량은 분체의 배출량 중 70~90%인 것이 바람직하다.

1차 계량에 의해 배출된 분체의 중량, 즉 분체 저장량이 설정값에 도달하면 분체의 다량 배출을 중단한다(S30). 그리고 이와 동시에 분체를 소량으로 배출하여 배출량을 정밀하게 조절한다(S40).

이때, 분체 저장량은 제1계량수단(140)에 의한 1차 계량시 계량빈(160)으로 배출된 분체의 중량이다. 이 분체 저장량이 설정값에 도달하면, 로드셀(170)이 이를 감지하여 감지부(184)에 전달하고, 제어부(180)는 폐쇄신호를 인가하며 제1계량수단(140)의 작동을 중지시킨다. 이와 동시에 제어부(180)는 제2계량수단(150)을 작동시켜 2차 정밀 계량을 실시한다.

2차 정밀 계량에서는 상술한 바와 같이 가변전압, 가변주파수 인버터 컨트롤러를 이용할 경우 분체 배출량의 정밀한 계량이 가능하다. 즉, 인버터 컨트롤러를 이용하여 전동기(154)의 회전수와 스크루 피더(152)의 회전수 제어하여 스크루 피더(152)에 의해 이송 및 배출되는 분체의 양을 조절할 수 있으며, 이를 통해 분체 배출량을 정밀하게 계량할 수 있다.

상술한 과정을 거쳐 분체 배출량의 계량이 완료되면 분체의 소량 배출을 중단한다(S50). 이때, 분체 배출량은 로드셀(170)에 의해 측정되며, 측정된 분체 배출량은 감지부(184)를 통해 제어부(180)로 전달되어 제2계량수단(150)의 작동을 중지시킨다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 정밀 계량 장치 110: 저장빈
120: 제1배출게이트 130: 제2배출게이트
140: 제1계량수단 142: 개폐 플레이브
144: 액추에이터 150: 제2계량수단
152: 스크루 피더 152a: 회전축
152b: 이송날개 154: 전동기
156: 감속기 160: 계량빈
170: 로드셀 180: 제어부

Claims (9)

1. 삭제
2. 하부에 호퍼가 마련되는 저장빈;
   상기 저장빈의 호퍼 하부에 설치되는 제1배출게이트;
   상기 저장빈의 호퍼 일측에 수평으로 설치되는 수평관과, 상기 수평관의 일단부에 수직하게 형성되는 수직관으로 구성되고, 상기 저장빈의 호퍼 일측에 설치되는 제2배출게이트;
   상기 제1배출게이트에 설치되어 분체를 다량으로 배출하는 제1계량수단;
   상기 수평관의 내부에 설치되는 스크루 피더(screw feeder)와, 상기 수평관의 외부로 돌출된 상기 스크루 피더의 회전축 일단부에 설치되는 전동기로 구성되며, 상기 제2배출게이트에 설치되어 분체를 소량으로 배출하는 제2계량수단;
   상기 제1 및 제2계량수단에서 배출된 분체가 저장되는 계량빈; 및
   상기 계량빈에 저장된 분체의 배출량을 측정하는 로드셀을 포함하고, 상기 제1계량수단에 의한 분체의 1차 계량 후 상기 제2계량수단에 의한 2차 정밀 계량이 연속적으로 진행되는 것을 특징으로 하는 정밀 계량 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 스크루 피더의 회전축과 상기 전동기 사이에 설치되는 감속기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 계량 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 제2배출게이트 중 상기 수평관과 연결되는 상기 수직관의 상단부는 상부로 갈수록 직경이 커지는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 정밀 계량 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 제1계량수단은, 상기 제1배출게이트에 수평으로 이동 가능하게 설치되는 개폐 플레이트와, 상기 개폐 플레이트를 수평으로 이동시키는 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 계량 장치.
6. 청구항 2 내지 청구항 5 중 어느 하나에 있어서,
   상기 제1 및 제2계량수단의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 계량 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 제어부는, 분체의 배출량 및 설정값을 입력하는 입력부와, 상기 입력부를 통해 입력된 분체의 배출량 및 상기 계량빈의 분체 저장량에 따라 상기 제1 및 제2계량수단의 작동을 제어하는 컨트롤러와, 상기 로드셀을 통해 측정된 분체 저장량이 입력되는 감지부를 포함하고,
   상기 감지부에 입력된 분체 저장량이 입력된 설정값에 도달할 경우, 상기 컨트롤러를 이용하여 상기 제1계량수단의 작동을 중지시킴과 동시에 상기 제2계량수단을 작동시켜 2차 정밀 계량을 실시하는 것을 특징으로 하는 정밀 계량 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 컨트롤러는 가변전압, 가변주파수 인버터 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 계량 장치.
9. 청구항 2에 따른 정밀 계량 장치를 이용한 정밀 계량 방법에 있어서,
   상기 정밀 계량 장치에 분체 배출량 및 설정값을 설정하는 단계;
   상기 제1계량수단을 작동시켜 분체를 다량으로 배출하는 단계;
   배출된 분체의 저장량이 설정값에 도달하면 분체의 다량 배출을 중단하는 단계;
   상기 제2계량수단을 작동시켜 분체를 소량으로 배출하여 배출량을 정밀하게 조절하는 단계; 및
   배출된 분체의 중량이 설정된 배출량에 도달하면 분체의 소량 배출을 중단하는 단계를 포함하고, 분체의 다량 배출과 소량 배출을 통해 분체의 배출을 신속하고 정밀하게 계량하는 것을 특징으로 하는 정밀 계량 방법.

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