KR101330089B1

KR101330089B1 - 다분력 계측 시스템

Info

Publication number: KR101330089B1
Application number: KR1020130042967A
Authority: KR
Inventors: 노영희; 이환규
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-11-15

Abstract

본 발명의 다 분력 계측 시스템은 xyz 좌표계에서 xyz 방향으로 3조를 쌍으로 한 로드셀 조합체로 이루어진 제1계측모듈(1)과, xyz 좌표계에서 xyz 방향으로 3조를 쌍으로 한 로드셀 조합체로 이루어진 제2계측모듈(1-1)이 제1계측모듈(1)과 함께 구성됨으로써 시험대상체(200,200-1)의 장착이 용이한 플랫폼형 다분력 계측시스템으로 사용되고, 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)가 플렉셔(20,Flexure)-로드셀(22,Load Cell)-중공형 플렉셔(21,Flexure)로 구성됨으로써 계측 분력간 상호간섭(Interaction)의 최소화와 공간 축소에 따른 시험대의 공간 활용 극대화가 가능하며, 특히 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)이 서로 분리된 후 그 사이로 확장 고정프레임(1&이 삽입되어 6분력 추력 스탠드 형태로 사용됨으로써 큰 모멘트에 대해서도 안정된 다분력 계측이 가능한 다 분력 계측시스템으로 간단히 전환되는 특징을 갖는다.

Description

다분력 계측 시스템{Multi-Component Force Measuring System}

본 발명은 힘을 측정하는 계측시스템에 관한 것으로, 특히 6분력 추력스탠드형의 장점과 플랫폼형의 장점을 함께 구현하면서도, 힘을 측정하는 데 있어 힘의 크기 뿐 아니라 그 힘의 3차원 공간좌표상의 방향 성분과 함께 좌표축에 대한 각각의 모멘트들을 계측할 수 있는 다분력 계측시스템에 관한 것이다.

일반적으로 로드셀(Load Cell)은 계측하고자 하는 방향의 힘에 대해 힘 감지부의 미세한 변형을 계측하여, 작용한 힘과 이 힘에 대응하는 변형의 관계로부터 힘을 알 수 있는 센서이다.

일례로, 로드셀(Load Cell)이 3차원 공간상에서 서로 직각 방향으로 배치되면, 각각의 로드셀 감지부는 3방향의 힘 성분을 각각 계측할 수 있다.

하지만, 3차원 공간상에서 3방향의 힘 성분을 각각 계측하기 위한 로드셀(Load Cell)은 상호간섭(Interaction)으로부터 자유로울 수 없는데, 이러한 상호간섭(Interaction)은 서로 직각 방향으로 배치된 각각의 로드셀 감지부가 오로지 자기 방향의 힘 성분에만 반응할 수 없는 근본적인 한계에 기인된다.

이로 인해, 로드셀(Load Cell)을 이용하여 3차원 공간좌표상의 방향 성분과 함께 좌표축에 대한 각각의 모멘트들을 계측하는 계측시스템에서는 플렉셔(Flexure)라는 구조체가 함께 사용됨으로써 상호간섭(Interaction)을 최소화하고, 상호간섭(Interaction)에 의한 미세 상호간섭 오차를 수학적으로 보상하게 된다.

통상, 플렉셔(Flexure)는 주방향(로드셀의 축방향)으로는 큰 강성(Stiffness)을 갖지만 축방향과 직각을 이루는 측방향으로는 매우 작은 강성을 갖는 특성이 있고, 이러한 특성을 갖는 플렉셔(Flexure)가 로드셀(Load Cell)의 전후에 배치됨으로써 상호간섭(Interaction)이 하드웨어적으로 최소화될 수 있다.

그리고, 미세 상호간섭 오차의 수학적 보상은 상호 하중 교정을 통해 간섭 특성의 함수를 도출함으로써 플렉셔를 사용한 상호간섭의 배제 이후에도 존재하는 미세한 상호간섭 오차가 수학적으로 보상되는 방법이며, 이로부터 하드웨어적인 구성이 요구되지 않게 된다.

그러므로, 로드셀(Load Cell)이 이용되면, 3차원 공간좌표상의 방향 성분에 대한 힘 성분과 3차원 공간좌표축에 대한 각각의 모멘트들을 계측할 수 있는 다분력 계측시스템이 구성될 수 있으며, 이는 로드셀 결합구조의 배치로 힘의 분력 계측 수를 확장할 수 있다.

일례로, 3조의 플렉셔-로드셀-플렉셔 결합구조가 적용됨으로써 3분력 계측이 가능한 다분력 계측시스템이 구성될 수 있다, 이 경우, 하나의 힘 성분과 두 개의 모멘트 성분을 계측하거나 또는 3개의 힘 성분을 직접 계측할 수 있으며, 특히 모멘트의 암(Arm)이 일정한 경우, 계측된 모멘트로부터 나머지 2개의 힘을 계산해 낼 수 있으므로 하나의 힘 성분과 두 개의 모멘트 성분을 계측하더라도 3개의 힘 성분을 직접 계측하는 시스템처럼 사용 될 수도 있다.

또한, 6조의 플렉셔-로드셀-플렉셔 결합구조가 적용됨으로써 6분력 계측이 가능한 다분력 계측시스템이 구성될 수 있다, 특히 6분력 계측이 가능한 다분력 계측시스템은 시험대상체인 추진기관의 형상에 따라 각각 다르게 구성된다.

일례로, 시험대상체인 추진기관의 형상이 길이가 짧고 추력(Thrust)에 비해 측력(Side Force)이 작으면 플랫폼형으로 간단하게 구성될 수 있으나, 시험대상체인 추진기관의 형상이 길이가 상대적으로 길어 시스템이 수용하여야 하는 모멘트 용량이 커지고 과도한 진동이 유발되면, 계측에 실패를 우려해 추진기관의 양 끝단이 고정되는 일반형 6분력 추력스탠드와 함께 구성된다.

국내특허등록10-0830055(2008년05월09일)

상기 특허문헌은 추진기관 연소시험의 성능 시험시 발생하는 추력에 대한 6개의 분력(3축 방향의 힘과 3축에 대한 모멘트)을 계측할 수 있는 일반형 6분력 추력스탠드의 형태를 가지면서, 성능이 향상되도록 로드셀 결합구조의 배치를 달리 한 추력 계측용 시험대의 예를 나타낸다. 상기 특허문헌에서 "제1 고정유닛"은 통상적으로 라이브프레임에 해당하며, 상기 특허문헌에서 "제2 고정유닛"은 통상적으로 고정프레임에 해당된다.

통상, 상기 특허문헌을 포함한 일반형 6분력 추력스탠드는 형상이 길이가 상대적으로 긴 추진기관으로 이루어진 시험대상체를 대상으로 함으로써, 무엇보다도 라이브프레임 내부에 시험 대상물이 견고히 고정된 상태로 시험이 수행되어야 한다.

하지만, 시험대상체가 무겁고 특히 모양이 일정하지 않을 경우, 일반형 6분력 추력스탠드형에서는 시험대상체의 탈착 과정이 매우 어려울 수밖에 없다.

이에 반해, 플랫폼(Platform)형은 플렉셔(Flexure)-로드셀(Load Cell)-플렉셔(Flexure)조합구조들 위에 플랫폼을 구비하고, 시험대상체는 플랫폼 위에 장착해주는 방식이다.

그러므로, 플랫폼(Platform)형은 시험대상체가 라이브 프레임(Live Frame)의 안에 조립되고, 복수의 플렉셔(Flexure)-로드셀(Load Cell)-플렉셔(Flexure)조합구조를 통해 고정프레임(Fixed Frame)으로 지지되는 일반형 6분력 추력스탠드(Thrust Stand)형에 비해 시험대상체의 탈착 과정이 매우 용이한 장점이 있다.

그러나, 6분력 추력스탠드형이나 플랫폼(Platform)형은 각각 별도로 사용되고, 특히 단지 길이와 중량만 다른 시험대상체임에도 서로 공용화가 이루어지지 못함으로써 경제적이지 못하고 분력 계측 시스템의 효율적 운영도 불가할 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 xyz 좌표계에서 xyz 방향으로 3조를 쌍으로 한 로드셀 조합체로 이루어진 제1계측모듈과, xyz 좌표계에서 xyz 방향으로 3조를 쌍으로 한 로드셀 조합체로 이루어진 제2계측모듈이 제1계측모듈과 함께 구성됨으로써 시험대상체(추진기관)의 장착이 용이한 플랫폼형 다분력 계측시스템으로 사용되고, 로드셀 조합체가 플렉셔(Flexure)-로드셀(Load Cell)-중공형 플렉셔(Flexure)로 구성됨으로써 계측 분력간 상호간섭(Interaction)의 최소화와 공간 축소에 따른 시험대의 공간 활용 극대화가 가능하며, 특히 제1계측모듈과 제2계측모듈이 서로 분리된 후 그 사이로 확장 고정프레임이 삽입되어 6분력 추력 스탠드 형태로 사용됨으로써 큰 모멘트에 대해서도 안정된 다분력 계측이 가능한 다 분력 계측시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 시험대상체의 추력을 3차원 공간상에서의 힘의 방향 성분과, 특정 축들에 관한 모멘트를 계측하는 다 분력 계측시스템에 있어서;

상기 힘의 방향 성분에 대한 3분력과 상기 모멘트에 대한 3분력을 계측하는 6조의 로드셀 조합체와;

지반에 설치되는 하부 고정 프레임과, 상기 하부 고정 프레임과 이격된 상태를 이루는 하부 라이브 프레임으로 이루어지고, 상기 하부 고정 프레임과 상기 하부 라이브 프레임으로 상기 6조의 로드셀 조합체중 제1 로드셀 조합체와 제2 로드셀 조합체 및 제3 로드셀 조합체가 배열되는 제1계측모듈과;

상기 하부 고정 프레임의 위로 위치되는 상부 고정 프레임과, 상기 하부 라이브 프레임의 위로 위치되는 상부 라이브 프레임으로 이루어지고, 상기 상부 고정 프레임과 상기 상부 라이브 프레임으로 상기 6조의 로드셀 조합체중 제4 로드셀 조합체와 제5 로드셀 조합체 및 제6 로드셀 조합체가 배열되는 제2계측모듈과;

상기 제1계측모듈과 상기 제2계측모듈을 서로 결합하고 분리하는 프레임 체결볼트; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 로드셀 조합체는 상기 하부 고정 프레임과 상기 하부 라이브 프레임에서 수직한 좌표공간으로 배열되고, 상기 제2 로드셀 조합체와 상기 제3 로드셀 조합체는 상기 하부 고정 프레임과 상기 하부 라이브 프레임에서 수평한 좌표공간으로 배열되며, 상기 제4내지 제6 로드셀 조합체의 각각은 상기 상부 고정 프레임과 상기 상부 라이브 프레임에서 수평한 좌표공간으로 배열된다.

상기 로드셀 조합체는 플렉셔(Flexure)-로드셀(Load Cell)-중공형 플렉셔(Flexure)로 이루어지되, 상기 제1 로드셀 조합체는 상기 플렉셔(Flexure)와 상기 중공형 플렉셔(Flexure)의 사이로 상기 로드셀이 위치되고, 상기 제2 로드셀 조합체내지 제6 로드셀 조합체의 각각은 상기 플렉셔(Flexure)에 대해 연속된 상기 중공형 플렉셔(Flexure)로 상기 로드셀이 위치된다.

상기 중공형 플렉셔(Flexure)와 상기 로드셀은 상기 중공형 플렉셔(Flexure)를 관통한 하중전달봉으로 연결된다.

상기 제2계측모듈에는 플랫폼 플레이트가 위치되고, 상기 플랫폼 플레이트는 상기 프레임 체결볼트로 상기 상부 고정 프레임과 상기 상부 라이브 프레임에 체결되어져 상기 시험대상체가 장착된다.

상기 제1계측모듈과 상기 제2계측모듈의 사이에는 확장 고정프레임이 더 구비되고, 상기 확장 고정프레임은 상기 프레임 체결볼트로 연결된다.

이러한 본 발명은 3조의 플렉셔(Flexure)-로드셀(Load Cell)-중공형 플렉셔(Flexure)로 이루어진 계측모듈이 2개가 한 쌍을 이루는 플랫폼형 구조로 이루어짐으로써 시험대상체(추진기관)의 탈착 작업 용이성과 다양한 형태의 시험대상체(추진기관)의 시험이 가능한 플랫폼형의 장점을 그대로 구현하고, 특히 시험 대상체(추진기관)를 고정해주는 확장 고정프레임이 용이하게 결합되어 추력 스탠드형태로 전환됨으로써 큰 토크 암(arm)의 힘을 발생시키는 시험 대상체(추진기관)의 시험도 가능한 6분력 추력 스탠드형태의 장점도 함께 구현되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 플랫폼형을 이루는 한 쌍의 계측모듈을 서로 분리한 후 분리된 계측모듈의 사이에 확장 고정프레임을 조립해 6분력 추력 스탠드형태로 전환되므로, 플랫폼형에서 다분력 추력 스탠드형으로 전환이나 그 역으로 전환이 매우 간단하게 이루어지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 하나의 다분력 계측 시스템에서 플랫폼형과 다분력 추력 스탠드형이 모두 구현됨으로써 분력 계측시험기를 중복 제작 및 유지에 따르는 비용과 시험장 차지 및 보관 공간 면에서 큰 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 플렉셔(Flexure)-로드셀(Load Cell)-중공 플렉셔(Flexure)의 조합에서 두 개의 플렉셔가 서로 반대의 힘을 받도록 구성되고, 전달되는 힘을 중공을 통과한 하중전달 봉으로 로드셀이 전달받음으로써 계측 분력간 최소화된 상호간섭(Interaction)으로 계측 정밀도가 크게 향상되고, 특히 공간 축소에 따른 시험대의 공간 활용도 극대화 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다 분력 계측시스템이 플래폼 형을 기본으로 구성된 예이고, 도 2는 본 발명에 따른 다 분력 계측시스템이 다분력 추력 스탠드형으로 전환된 구성예이며, 도 3은 본 발명에 따른 다 분력 계측시스템을 구성하는 다수 로드셀 조합체의 레이아웃의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 다 분력 계측시스템에 적용된 로드셀 조합체의 구성예이며, 도 5는 본 발명에 따른 다 분력 계측시스템이 플래폼 형으로 사용되는 예이고, 도 6은 본 발명에 따른 다 분력 계측시스템이 다분력 추력 스탠드형으로 사용되는 예이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 다 분력 계측시스템이 플래폼 형을 기본으로 구성된 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 플래폼 형 다 분력 계측시스템은 지반에 고정된 제1계측모듈(1)과, 시험대상체(추진기관)를 장착하고 제1계측모듈(1)과 결합 및 분리되는 제2계측모듈(1-1)과, 시험대상체(추진기관)에서 발생되는 추진력을 3축(x,y,z)방향 힘과 3축(x,y,z)방향의 모멘트를 이용해 시험대상체에 대한 6분력 계측이 이루어지는 다수의 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)로 구성된다.

그러므로, 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)이 프레임 체결볼트(16)로 직접 결합됨으로써 비교적 작은 크기의 시험대상체(추진기관)가 제2계측모듈(1-1)에는 직접 장착되어진 플랫폼형으로 구성될 수 있다. 이 경우, 시험대상체(추진기관)의 추력은 제2계측모듈(1-1)을 통해 제1계측모듈(1)로 전달된다. 반면, 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)은 이격거리(L)를 형성해줌으로써 다분력 추력 스탠드형으로 전환될 수 있으며, 이는 도 2를 통해 상세히 설명된다.

그리고, 상기 제1계측모듈(1)에는 지반에 견고히 고정되고 내부에 공간을 형성한 하부 고정 프레임(11)과, 시험대상체(추진기관)의 추력을 전달 받는 하부 라이브 프레임(13)이 포함된다.

상기 하부 고정 프레임(11)의 내부 공간으로는 제1 로드셀 조합체(3)가 수직한 배열 상태로 설치되며, 측면부위로는 제1 로드셀 조합체(3)와 함께 3조를 구성하는 제2 로드셀 조합체(4) 및 제3 로드셀 조합체(5)가 수평한 배열 상태로 설치된다.

상기 제2계측모듈(1-1)에는 제1계측모듈(1)의 하부 고정 프레임(11)과 고정부재(16)를 매개로 결합 및 분리되는 상부 고정 프레임(12)과, 제1계측모듈(1)의 하부 라이브 프레임(13)과 고정부재(16)를 매개로 결합 및 분리되는 상부 라이브 프레임(14)과, 상부 라이브 프레임(14)에 결합되어 시험대상체(추진기관)의 추력을 받는 플랫폼 플레이트(15)가 포함된다.

상기 상부 라이브 프레임(14)은 상부 고정 프레임(12)의 안쪽공간으로 위치되어 제1계측모듈(1)의 하부 라이브 프레임(13)에 고정되는 반면, 상기 플랫폼 플레이트(15)는 상부 라이브 프레임(14)과 결합되어 상부 고정 프레임(12)에 고정된다.

상기 고정부재(16)는 볼트나 스크류를 사용한다.

한편, 도 2는 본 실시예에 따른 다 분력 계측시스템이 다분력 추력 스탠드형으로 전환된 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 추력 스탠드형 다 분력 계측시스템은 지반에 고정된 제1계측모듈(1)과, 시험대상체(추진기관)를 장착하고 제1계측모듈(1)과 결합 및 분리되는 제2계측모듈(1-1)과, 제1계측모듈(1)에서 이격된 제2계측모듈(1-1)이 형성하는 간격으로 위치되어 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)의 간격을 넓게 벌려주는 확장 고정프레임(17)과, 시험대상체(추진기관)에서 발생되는 추진력을 3축(x,y,z)방향 힘과 3축(x,y,z)방향의 모멘트를 이용해 시험대상체에 대한 6분력 계측이 이루어지는 다수의 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)로 구성된다.

상기 제1계측모듈(1)과 상기 제2계측모듈(1-1) 및 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)는 도1의 플래폼 형 다 분력 계측시스템의 구성요소와 동일하다.

그러므로, 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)의 사이로 프레임 체결볼트(16)로 고정되는 확장 고정프레임(17)이 삽입됨으로써 상대적으로 큰 크기이면서 큰 토크 암(arm)의 힘을 발생시키는 시험대상체(추진기관)가 제2계측모듈(1-1)로 지지되고 제1계측모듈(1)에 직접 장착되어진 추력 스탠드형으로 구성될 수 있다.

이 경우, 시험대상체(추진기관)의 추력은 제1계측모듈(1)로 직접 전달된다.

한편, 도 3은 본 실시예에 따른 다 분력 계측시스템을 구성하는 다수 로드셀 조합체의 레이아웃의 예를 나타낸다.

도 3(가),(나)에 도시된 바와 같이, 총 6조의 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)중 3조의 로드셀 조합체(3,4,5)는 제1계측모듈(1)로 배열되고, 다른 3조의 로드셀 조합체(6,7,8)는 제2계측모듈(1-1)로 배열됨을 알 수 있다.

일례로, 상기 제1 로드셀 조합체(3)는 하부 고정 프레임(11)과 하부 라이브 프레임(13)의 사이에서 수직하게 위치됨으로써 하부 라이브 프레임(13)으로 전달되는 시험대상체(추진기관)의 수직 분력을 계측할 수 있다.

상기 제2 로드셀 조합체(4)와 상기 제3 로드셀 조합체(5)는 하부 고정 프레임(11)과 하부 라이브 프레임(13)의 사이에서 수평하게 위치됨으로써 하부 라이브 프레임(13)으로 전달되는 시험대상체(추진기관)의 2개의 수평 분력을 계측할 수 있다.

상기 제4 로드셀 조합체(6)와 상기 제5 로드셀 조합체(7) 및 상기 제6 로드셀 조합체(8)는 상부 라이브 프레임(14)의 사이에서 수평하게 위치됨으로써 하부 라이브 프레임(13)으로 전달되는 시험대상체(추진기관)의 3개의 모멘트 분력을 계측할 수 있다.

본 실시예에서, 상기 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)는 플렉셔-로드셀- 플렉셔의 동일한 구성으로 이루어지며, 다만 수직 방향으로 배열되거나 또는 수평방향으로 배열됨에 따라 플렉셔-로드셀- 플렉셔의 배열이 다소 변형될 수 있다.

일례로, 도 4(가)의 제1 로드셀 조합체(3)는 수직 방향으로 배열되는 경우로서, 이 경우 상기 제1 로드셀 조합체(3)는 플렉셔 유연힌지(20-1)를 갖춘 플렉셔(20, Flexure)와, 플렉셔(20, Flexure)에 연결된 로드셀(22)과, 플렉셔 유연힌지(21-1)를 갖춘 중공형 플렉셔(21)와, 로드셀(22)과 중공형 플렉셔(21)를 서로 연결해주는 하중전달봉(24)으로 구성된다.

상기 플렉셔(20)는 하부 라이브 프레임(13)에 대해 수직하게 위치되고, 상기 중공형 플렉셔(21)는 하부 고정 프레임(11)에 대해 수직하게 위치되며, 상기 로드셀(22)은 플렉셔(20)와 중공형 플렉셔(21)의 사이에 위치된다.

특히, 상기 제1 로드셀 조합체(3)는 플렉셔(20)-로드셀(22)-중공형 플렉셔(21)의 조합을 이룸으로써 플렉셔(20)와 중공형 플렉셔(21)가 서로 반대의 힘을 받도록 구성될 수 있다. 즉, 중공형 플렉셔(21)가 압축되면 이와 반대로 플렉셔(20)는 인장되고, 전달되는 힘을 중공을 통과한 하중전달봉(24)으로 로드셀(22)이 전달받음으로써 계측 분력간 최소화된 상호간섭(Interaction)으로 계측 정밀도가 크게 향상될 수 있다.

반면, 도 4(나)의 제2내지 제 6 로드셀 조합체(4,5,6,7,8)는 수평 방향으로 배열되는 경우로서, 이 경우 제2내지 제 6 로드셀 조합체(4,5,6,7,8)는 플렉셔 유연힌지(20-1)를 갖춘 플렉셔(20, Flexure)와, 플렉셔 유연힌지(21-1)를 갖춘 중공형 플렉셔(21)와, 중공형 플렉셔(21)에 연결된 로드셀(22)과, 로드셀(22)과 중공형 플렉셔(21)를 서로 연결해주는 하중전달봉(24)으로 구성된다.

그러므로, 상기 제2내지 제 6 로드셀 조합체(4,5,6,7,8)에서는 플렉셔(20)와 중공형 플렉셔(21)가 연속되고, 로드셀(22)은 중공형 플렉셔(21)에 연속된다.

이로부터, 상기 제2내지 제 6 로드셀 조합체(4,5,6,7,8)도 제1 로드셀 조합체(3)와 동일하게 플렉셔(20)와 중공형 플렉셔(21)가 서로 반대의 힘을 받도록 구성됨으로써 계측 분력간 최소화된 상호간섭(Interaction)으로 계측 정밀도가 크게 향상된다.

특히, 중공형 플렉셔(21)의 프레임간 거리(D')는 제1 로드셀 조합체(3)의 플렉셔(20)와 중공형 플렉셔(21)가 형성하는 프레임간 거리에 비해 상대적으로 짧게 구성된다. 이로부터, 시험대상체(추진기관)의 설치 공간 확보도 더욱 용이해 질 수 있다.

한편, 도 5는 본 실시예에 따른 다 분력 계측시스템이 플래폼 형으로 사용되는 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 다 분력 계측시스템은 프레임 체결볼트(16)를 매개로 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)이 직접 결합됨으로써 플랫폼형 다 분력 계측시스템으로 간단하게 구성된다.

상기 제1계측모듈(1)과 상기 제2계측모듈(1-1)이 결합되면, 하부 고정 프레임(11)과 상부 고정 프레임(12)이 서로 연결되고, 하부 라이브 프레임(13)과 상부 라이브 프레임(14)이 서로 연결되며, 플랫폼 플레이트(15)가 상부 고정 프레임(12)과 상부 라이브 프레임(14)을 이용해 결합된다.

이어, 플랫폼 플레이트(15)에는 비교적 작은 크기의 시험대상체(200)가 직접 장착되고, 시험대상체(200)의 추력(T)에 대한 계측이 이루어질 수 있다. 이때, 3조의 로드셀 조합체(3,4,5)는 제1계측모듈(1)로 배열되고, 다른 3조의 로드셀 조합체(6,7,8)는 제2계측모듈(1-1)로 배열된다.

이러한 상태에서, 시험대상체(200)의 추력(T)은 노즐의 방향에 따라 측방향 추력성분(Tx)과 수직방향 추력성분(Tz)으로 나눠지고, 상기 측방향 추력성분(Tx)과 상기 수직방향 추력성분(Tz)은 플랫폼 플레이트(15)와 상부 라이브 프레임(14) 및 하부 라이브 프레임(13)을 통해 제1내지 제6 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)로 전달된다.

그러므로, 시험대상체(200)의 추력(T)은 3축(x,y,z)좌표계에서 x,y,z방향의 3개의 힘 분력과 x,y,z방향의 3개의 모멘트 분력으로 각각 계측될 수 있다.

반면, 도 6은 본 실시예에 따른 다 분력 계측시스템이 다분력 추력 스탠드형으로 사용되는 예를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 다 분력 계측시스템은 서로 분리된 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)의 사이로 확장 고정프레임(17)이 위치되고, 프레임 체결볼트(16)로 확장 고정프레임(17)과 제1계측모듈(1)을 고정하고 다시 제2계측모듈(1-1)을 고정함으로써 추력 스탠드형 다 분력 계측시스템이 간단하게 구성될 수 있다.

상기 제1계측모듈(1)과 상기 확장 고정프레임(17) 및 상기 제2계측모듈(1-1)이 결합되면, 하부 고정 프레임(11)과 상부 고정 프레임(12)은 확장 고정프레임(17)을 매개로 서로 연결되고, 하부 라이브 프레임(13)과 상부 라이브 프레임(14)은 서로 분리된 상태에서 상부 라이브 프레임(14)은 시험대상체(200-1)의 노즐 부위를 지지하는 반면 하부 라이브 프레임(13)은 시험대상체(200-1)를 직접 장착한다.

그러므로, 상대적으로 큰 크기의 시험대상체(200-1)도 확장 고정프레임(17)을 통해 확장된 높이로 인해 용이하게 장착될 수 있다. 이러한 상태에서 하부 라이브 프레임(13)은 시험대상체(200-1)로부터 힘을 직접 전달받도록 견고히 고정됨으로써 큰 진동과 모멘트에 대응하도록 할 수 있게 된다. 이때, 3조의 로드셀 조합체(3,4,5)는 제1계측모듈(1)로 배열되고, 다른 3조의 로드셀 조합체(6,7,8)는 제2계측모듈(1-1)로 배열된다.

이러한 상태에서, 시험대상체(200-1)의 추력(T)은 노즐의 방향에 따라 측방향 추력성분(Tx)과 수직방향 추력성분(Tz)으로 나눠지고, 상기 측방향 추력성분(Tx)과 상기 수직방향 추력성분(Tz)은 상부 라이브 프레임(14)과 하부 라이브 프레임(13) 및 확장 고정프레임(17)을 통해 제1내지 제6 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)로 전달된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 다 분력 계측 시스템은 xyz 좌표계에서 xyz 방향으로 3조를 쌍으로 한 로드셀 조합체로 이루어진 제1계측모듈(1)과, xyz 좌표계에서 xyz 방향으로 3조를 쌍으로 한 로드셀 조합체로 이루어진 제2계측모듈(1-1)이 제1계측모듈(1)과 함께 구성됨으로써 시험대상체(200,200-1)의 장착이 용이한 플랫폼형 다분력 계측시스템으로 사용되고, 로드셀 조합체(3,4,5,6,7,8)가 플렉셔(20,Flexure)-로드셀(22,Load Cell)-중공형 플렉셔(21,Flexure)로 구성됨으로써 계측 분력간 상호간섭(Interaction)의 최소화와 공간 축소에 따른 시험대의 공간 활용 극대화가 가능하며, 특히 제1계측모듈(1)과 제2계측모듈(1-1)이 서로 분리된 후 그 사이로 확장 고정프레임(1&이 삽입되어 6분력 추력 스탠드 형태로 사용됨으로써 큰 모멘트에 대해서도 안정된 다분력 계측이 가능한 다 분력 계측시스템으로 간단히 전환될 수 있다.

1 : 제1계측모듈 1-1 : 제2 계측모듈
3,4,5,6,7,8 : 제1ㅇ2ㅇ 3ㅇ4ㅇ5ㅇ6 로드셀 조합체
11 : 하부 고정 프레임 12 : 상부 고정 프레임
13 : 하부 라이브 프레임 14 : 상부 라이브 프레임
15 : 플랫폼 플레이트 16 : 프레임 체결볼트
17 : 확장 고정프레임 20 : 플렉셔(Flexure)
20-1,21-1 : 플렉셔 유연힌지
21 : 중공형 플렉셔 22 : 로드셀
24 : 하중전달봉 200,200-1 : 시험대상체
D' : 프레임간 거리(중공형 플렉셔)
L : 제1계측모듈과 제2계측모듈의 이격거리
T : 시험대상체(추진기관)추력(추진기관)
Tx : 측방향 추력성분 Tz : 수직방향 추력성분

Claims

시험대상체의 추력을 3차원 공간상에서의 힘의 방향 성분과, 특정 축들에 관한 모멘트를 계측하는 다 분력 계측시스템에 있어서;
상기 힘의 방향 성분에 대한 3분력과 상기 모멘트에 대한 3분력을 계측하는 6조의 로드셀 조합체와;
지반에 설치되는 하부 고정 프레임과, 상기 하부 고정 프레임과 이격된 상태를 이루는 하부 라이브 프레임으로 이루어지고, 상기 하부 고정 프레임과 상기 하부 라이브 프레임으로 상기 6조의 로드셀 조합체중 제1 로드셀 조합체와 제2 로드셀 조합체 및 제3 로드셀 조합체가 배열되는 제1계측모듈과;
상기 하부 고정 프레임의 위로 위치되는 상부 고정 프레임과, 상기 하부 라이브 프레임의 위로 위치되는 상부 라이브 프레임으로 이루어지고, 상기 상부 고정 프레임과 상기 상부 라이브 프레임으로 상기 6조의 로드셀 조합체중 제4 로드셀 조합체와 제5 로드셀 조합체 및 제6 로드셀 조합체가 배열되는 제2계측모듈과;
상기 제1계측모듈과 상기 제2계측모듈을 서로 결합하고 분리하는 프레임 체결볼트와;
상기 제1계측모듈과 상기 제2계측모듈의 사이에서 상기 프레임 체결볼트로 연결되는 확장 고정프레임;이 포함되고,
상기 제1계측모듈과 상기 제2계측모듈의 사이로 연결된 상기 확장 고정프레임은 상기 하부 고정 프레임과 상기 상부 고정 프레임을 서로 연결시켜주고, 상기 하부 라이브 프레임을 상기 상부 라이브 프레임과 서로 분리시켜주며, 상기 상부 라이브 프레임이 상기 시험대상체의 노즐 부위를 지지하는 반면 상기 하부 라이브 프레임이 상기 시험대상체를 직접 장착하도록 플랫폼형에서 추력 스탠드형으로 전환되는 것을 특징으로 하는 다 분력 계측시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 로드셀 조합체는 상기 하부 고정 프레임과 상기 하부 라이브 프레임에서 수직한 좌표공간으로 배열되고, 상기 제2 로드셀 조합체와 상기 제3 로드셀 조합체는 상기 하부 고정 프레임과 상기 하부 라이브 프레임에서 수평한 좌표공간으로 배열되며, 상기 제4내지 제6 로드셀 조합체의 각각은 상기 상부 고정 프레임과 상기 상부 라이브 프레임에서 수평한 좌표공간으로 배열되는 것을 특징으로 하는 다 분력 계측시스템.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 로드셀 조합체는 플렉셔(Flexure)-로드셀(Load Cell)-중공형 플렉셔(Flexure)로 이루어지되, 상기 제1 로드셀 조합체는 상기 플렉셔(Flexure)와 상기 중공형 플렉셔(Flexure)의 사이로 상기 로드셀이 위치되고, 상기 제2 로드셀 조합체내지 제6 로드셀 조합체의 각각은 상기 플렉셔(Flexure)에 대해 연속된 상기 중공형 플렉셔(Flexure)로 상기 로드셀이 위치되는 것을 특징으로 하는 다 분력 계측시스템.
청구항 3에 있어서, 상기 중공형 플렉셔(Flexure)와 상기 로드셀은 상기 중공형 플렉셔(Flexure)를 관통한 하중전달봉으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다 분력 계측시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 제2계측모듈에는 플랫폼 플레이트가 위치되고, 상기 플랫폼 플레이트는 상기 프레임 체결볼트로 상기 상부 고정 프레임과 상기 상부 라이브 프레임에 체결되어져 상기 시험대상체가 장착되는 것을 특징으로 하는 다 분력 계측시스템.
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