KR101391272B1 - 하중 및/또는 응력 측정 수단을 구비한 리프팅 부재 - Google Patents

하중 및/또는 응력 측정 수단을 구비한 리프팅 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리프팅 장치와 리프팅되는 하중 사이의 리프팅력의 전부 또는 일부를 전달하기 위한 리프팅 부재(1)에 관한 것이고, 리프팅 부재는, 리프팅 장치에 고정되도록 구성되는 근위 부분(1a); 리프팅 장치에 연결되도록 디자인된 원위 부분(1b); 근위 부분(1a)으로부터 원위 부분(1b)을 향하여 연장하고, 리프팅력의 부분의 작용 하에서 탄성적으로 신장될 수 있는 세로 부분(1c); 원위 부분(1b)으로부터 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c) 내로 연장하는 세로 통로(1d); 상기 세로 통로(1d) 내로 삽입되어 상기 세로 통로(1d)의 측벽에 고정되는 응력 트랜스듀서(2); 응력 트랜스듀서(2)로부터 응력 트랜스듀서로부터의 광섬유 신호를 수신하여 분석하기 위한 수단(4)으로 광섬유 신호를 전송하기 위한 연결 수단(3)을 포함한다.
리프팅 장치, 하중, 광학 응력 센서, 신장

Description

하중 및/또는 응력 측정 수단을 구비한 리프팅 부재{LIFTING MEMBER WITH LOAD AND/OR STRESS MEASURING MEANS}
본 발명은 리프팅 장치와 리프팅되는 하중 사이의 리프팅력의 모두 또는 일부를 전달하도록 의도된 리프팅 부재에 관한 것이다. 이러한 리프팅 부재들은 민간 엔지니어 분야 및 부두에서 화물을 핸들링하는 것과 같은 분야에서 일상적으로 사용된다.
하중을 리프팅할 때 발생되는 많은 사고들이 리프팅 기계가 리프팅할 수 있는 최대 하중 이상의 초과 하중을 충분한 지식이 없는 사용자가 리프팅하도록 시도하는 것에 의해 유발되었었다.
이러한 사고를 방지하도록, 리프팅 기계의 액추에이터 상에서, 예를 들어 리프팅 기계의 유압 램(ram)들 상에서 조치들을 행하고 계산에 의해 간접적으로 리프팅 기계에 의해 리프팅되는 하중의 중량을 얻는 것이 이미 고려되었었다.
그러나, 이러한 간접적인 방법들은 근사치를 사용하고 리프팅 기계의 구조 상태를 충분히 고려하지 않는 방법들을 채택하기 때문에 위험한 것으로 판명되었었다.
다수의 리프팅 부재를 동시에 사용하는 리프팅 기계의 경우에, 리프팅 부재들의 단지 일부만이 하중을 리프팅하는 결과로서 많은 사고가 또한 발생되었었다. 예를 들어, 스프레더(spreader)로서 공지된 핸들링 및 리프팅 프레임들은 보완적인 형상을 가지는 회전 래치(latch)들에 의해 하중과 상호 결합하여 하중 상에 록킹하기에 적합한 다수의 회전 래치들을 포함한다. "스프레더"는 무엇보다도 컨테이너의 4개의 상부 모서리에 배치된 장방형(oblong) 구멍들에서의 회전 래치의 결합에 의해 부두에서 컨테이너들을 리프팅하고 핸들링하도록 사용된다. 컨테이너의 마모 상태 및 컨테이너가 받는 충격에 따라서, 장방형 구멍들은 변형될 수 있고 더 이상 그러한 록킹을 가능하게 할 수 없다. 리프팅은 그런 다음 단지 일부의 리프팅 부재들만으로 실행되며, 이러한 것은 과부하와 리프팅 부재 파손을 초래한다.
문헌 EP 1 236 980은,
- 적어도 하나의 유체 압축 챔버를 함께 한정하고 리프팅 부재와 하중 지지부 사이에 개입되도록 설계된 지지체와 압력 캡,
- 압축 챔버 내의 압력을 측정하기 위한 수단을 포함하는, 리프팅 부재를 위한 응력 센서를 개시한다.
이러한 종류의 응력 센서는 리프팅 부재에 대한 하중의 적용을 모니터하며, 압축 챔버 내의 압력을 측정하는 것에 의하여 리프팅에서 유도된 응력을 모니터한다.
그러나, 압력을 측정하는 것에 의해 응력을 측정하는 것은 비교적 부정확하며, 비교적 느리게 응답하고, 온도 변화에 민감하다.
이러한 형태의 응력 센서의 느린 응답은 하중을 리프팅할 때 발생하는 충격 또는 급격한 가속의 경우에 리프팅 부재에서 유도된 응력을 측정할 수 없다. 진동이 하중을 리프팅하고 핸들링하는 작업동안 발생되면 동일한 것이 적용된다.
이러한 종류의 응력 측정은 필수적으로 리프팅 부재 자체로부터 먼곳에서 실행되고, 그 결과는 리프팅 부재가 실제로 받는 응력을 결정하는데 있어서 정확성의 부재이다.
또한, 이러한 종류의 응력 센서는 매우 부피가 큰 것으로 판명되고 모든 폭 넓게 사용되는 리프팅 및 핸들링 기계에 순응하는 것이 곤란한 물품을 리프팅 부재에 추가할 것을 요구한다.
본 발명에 의해 처리되는 첫 번째 문제점은 하중을 리프팅할 때 리프팅 부재에서 유도된 하중 및/또는 응력을 정확하게 측정하는 것이다.
동시에, 본 발명은 근사치를 사용하는 계산으로부터 초래될 수 있는 에러의 위험을 최소화하도록, 리프팅 부재에 대해 가능한 가까이에서 이러한 측정이 실행될 수 있는 것을 추구한다.
본 발명의 또 다른 양태는 매우 내구성이 있으며, 충격에 견딜 수 있고, 전자기장에 대해 민감하지 않으며 온도 변화를 보상하도록 의도적인 교정 작업을 필요로 하지 않는 측정 장치를 디자인하는 것을 추구한다.
본 발명은 또한 리프팅 부재에 의해 리프팅되는 하중의 중량 및/또는 하중을 매우 민감하고 매우 신속하게 리프팅하는 것에 의해 유도되는 응력을 측정하고, 실시간 측정을 가능하게 하는 장치를 디자인하는 것을 추구한다.
본 발명의 추가의 양태는 리프팅 분야에서 폭 넓게 사용되는 종래 리프팅 부재들의 대부분에 용이하게 끼워 맞추어질 수 있는 콤팩트한 측정 장치를 제공하는 것이며, 이러한 적응은 리프팅 부재들의 성질의 검출 가능한 변경없이 실행될 수 있다.
상기 및 다른 목적들을 달성하도록, 본 발명은 리프팅 장치와 리프팅되는 하중 사이의 리프팅력의 전부 또는 일부를 전달하도록 의도된 리프팅 부재를 제안하며, 리프팅 부재는,
- 리프팅 장치에 고정되는데 적합합 근위(proximal) 부분,
- 하중에 연결되는데 적합한 원위(distal) 부분,
- 상기 근위 부분으로부터 상기 원위 부분의 방향으로 연장하고, 리프팅력의 작용에 의해 탄성적으로 신장되는데(stretched) 적합한 세로 부분(longitudinal portion)을 포함하며,
- 상기 리프팅 부재의 세로 부분은 적어도 하나의 세로 통로(longitudinal passage)를 포함하고,
- 광학 응력 센서가 상기 적어도 하나의 세로 통로 내로 삽입되고, 상기 적어도 하나의 세로 통로의 측벽(lateral wall)에 고정되며,
- 연결 수단은 상기 광학 응력 센서로부터의 신호를 수신하여 분석하기 위한 수단으로 상기 광학 응력 센서로부터 신호를 전송하기 위하여 제공된다.
광학 응력 센서를 사용하여, 매우 민감하고 매우 정확하게 하중을 리프팅하는 것에 의해 리프팅 부재에서 유도된 응력 및/또는 하중을 측정한다.
광학 응력 센서는 유익하게 세로 통로의 길이 방향으로 서로로부터 일정 거리에 위치된 적어도 제 1 고정 영역과 제 2 고정 영역에서 세로 통로의 측벽에 고정된다.
하중을 리프팅할 때, 리프팅 부재의 세로 부분은 리프팅력에 의하여 탄성적으로 신장된다. 세로 부분의 이러한 신장은 2개의 고정 영역들 사이의 거리를 변화시키고, 이는 광학 응력 센서로부터의 신호에서의 변화를 유발하고, 이러한 변화로부터, 하중에 의해 리프팅 부재에서 유도된 응력 상태 및/또는 리프팅 부재에 의해 리프팅되는 하중의 중량이 직접 추론될 수 있다.
제 1 고정 영역과 제 2 고정 영역들은 바람직하게 리프팅 부재의 세로 부분의 일정한 지름의 영역에 있을 수 있다.
이러한 종류의 구성은 광섬유 응력 센서로부터 오는 신호로부터 하중의 중량 및/또는 응력을 평가하기 위한 계산에서 근사치를 사용하는 것을 피한다. 이러한 것은 동일한 하중 하에서 상이하게 신장되는 상이한 단면을 구비한 상이한 부분의 각각의 신장을 고려하여 계산을 실행하여야만 하는 것을 피한다. 이러한 계산들은 때때로 리프팅 부재의 기하학적 형태 및 상이한 단면을 구비한 부분들 사이의 연결 부분에 기초한 단순한 근사치에 지나지 않는다. 계산에서 고려하는 것을 어렵게 하고 제 1 및 제 2 고정 영역들의 특정 배치에 의해 효과적으로 회피되는 응력 집중 현상이 그럼에도 발생할 수 있다.
세로 통로는 바람직하게 리프팅 부재의 세로 부분의 단면의 중심에 배치될 수 있다.
그러므로, 광학 응력 센서는 리프팅 부재의 세로 부분의 중립 섬유 내로 삽입된다. 그러므로, 광학 응력 센서에 의해 측정된 응력은 순수 축선 방향 응력이다. 그러므로, 측정치는 리프팅된 하중의 중량의 계산을 왜곡할 수 있는 리프팅 부재의 어떠한 굽힘에 의해서도 악영향을 받지 않는다.
광학 응력 센서들이 리프팅 부재에 있는 세로 통로에 적어도 부분적으로 수용될 수 있으면, 다양한 형태의 광학 응력 센서들이 사용될 수 있다.
광섬유 광센서인 광학 응력 센서를 위한 제 1 선택이 있으며, 상기 광섬유는 제 1 고정 영역과 제 2 고정 영역에서 세로 통로의 측벽에 체결된다. 이러한 종류의 구조는 콤팩트하고 강인하며, 멀리 위치된 수신기 및 분석기 수단에 대해 동일한 광섬유에 의해 연결될 수 있다.
광섬유는 바람직하게 세로 통로 내에 결합되는 금속 튜브에 결합된다.
제조 상의 정보를 위하여 브래그 그레이팅(Bragg grating) 광섬유 센서 및 상기 종류의 광섬유 응력 센서의 사용에 관한 문헌 WO 86/01303을 참조한다.
또한, 이러한 종류의 광섬유 응력 센서로부터의 신호를 수신하여 분석하기 위한 수단의 사용 및 동작을 개시하는 문헌 WO 2004/056017을 참조한다.
리프팅 부재의 세로 부분의 신장을 이미지화하는 신호를 만드는데 적합한 레이저 거리계를 포함하는 광학 응력 센서를 위한 제 2 선택이 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 리프팅 부재의 원위 부분은 훅 형상일 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 리프팅 부재의 원위 부분은 T자 형상일 수 있다.
이러한 것은 민간 엔지니어링의 분야에서 또는 부두에서 화물을 핸들링하는 분야에서 가장 폭 넓게 사용되는 리프팅 부재들에 본 발명을 적합하게 한다.
본 발명에 따른 하나 이상의 리프팅 부재들은 바람직하게 핸들링 및 리프팅 프레임 상에 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는 하중을 측정하고 분석하기 위하여 상기된 바와 같은 적어도 하나의 리프팅 부재를 포함하는 장치를 제안하며, 장치에서, 신호 수신 분석 수단은 다음의 파라미터들 중 하나 이상을 결정하도록 광학 응력 센서로부터의 신호를 처리할 수 있다:
- 상기 적어도 하나의 리프팅 부재에 의해 리프팅되는 중량,
- 상기 적어도 하나의 리프팅 부재의 응력 상태,
- 하중의 적용 기간 및 그 강도,
- 상기 적어도 하나의 리프팅 부재에 의해 실행되는 사이클의 수, 및
- 상기 적어도 하나의 리프팅 부재의 하중 및/또는 응력 스펙트럼.
하중 및/또는 응력 스펙트럼은 리프팅 부재의 피로 상태를 평가하도록 사용된다. 그러므로, 리프팅 부재의 교체는 전체적인 안전성에서 계획될 수 있다.
하중을 측정하여 분석하기 위한 장치는 바람직하게 동일한 하중을 동시에 핸들링하기 위한 다수의 리프팅 부재들을 포함하며, 수신 분석 수단은 다음의 파라미터들 중 하나 또는 양자를 결정하도록 다수의 광학 응력 센서들로부터 오는 신호를 처리할 수 있다:
- 하중의 무게 중심의 위치, 및
- 각각의 리프팅 부재에 의해 발휘되는 리프팅력.
하중을 측정하여 분석하는 장치는 바람직하게 핸들링 갠트리(gantry), 컨테이너 갠트리, 크레인, 이동 크레인, 스택커 또는 포크리프트 프레임을 구비한 프론트 로더(front loader)와 같은 리프팅 장치에서 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 기술된 다음의 상세한 설명으로부터 나온다.
도 1은 본 발명에 따른 리프팅 부재의 제 1 실시예의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 리프팅 부재의 제 2 실시예의 개략도.
도 3은 다수의 리프팅 부재를 포함하는 하중 핸들링 및 리프팅 프레임의 사시도.
도 4 및 도 5는 도 3으로부터의 다양한 사용을 도시한 도면.
도 1 및 도 2는,
- 리프팅 장치에 고정되는데 적합한 근위 부분(1a),
- 하중에 연결되는데 적합한 원위 부분(1b),
- 근위 부분(1a)으로부터 원위 부분(1b)을 향하여 연장하고 하중 리프팅력에 의해 탄성적으로 신장되는데 적합한 세로 부분(1c)을 포함하는 리프팅 부재(1)를 도시한다.
리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)은 근위 부분(1a)으로부터 연장하는 막힌 세 로 통로(1d)를 포함한다. 광학 응력 센서(2)는 세로 통로(1d) 내로 삽입되어, 세로 통로(1d)의 측벽에 고정된다. 광학 응력 센서(2)는 폭넓게 사용되는 에폭시 수지에 의해 상기 측벽에 고정될 수 있다.
세로 통로(1d)는 막혀 있으며, 리프팅 부재(1)의 근위 부분(1a)으로부터 연장한다. 이러한 종류의 구성은 하중을 부착하기 위한 리프팅 부재(1)의 "능동(active)" 부분인 원위 부분(1b) 상에 충돌하지 않는다. 대안적으로, 세로 통로(1d)는 예를 들어 광학 응력 센서(2)를 용이하게 삽입 및/또는 추출하도록 개방된 단부일 수 있다.
연결 수단(3)은 광학 응력 센서(2)로부터의 신호를 수신하여 분석하기 위한 수단(4)으로 광학 응력 센서(2)로부터 신호를 전송하기 위하여 제공된다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 광학 응력 센서(2)는 세로 통로(1d)의 길이 방향으로 서로로부터 이격되는 2개의 고정 영역(5a, 5b)에서 세로 통로(1d)의 측벽에 고정된다.
리프팅 부재(1)의 원위 부분(1b)에 부착된 하중이 리프팅될 때, 세로 부분(1c)은 리프팅력에 의해 탄성적으로 신장된다.
고정 영역(5a, 5b)에서 세로 통로(1d)의 측벽에 고정되면, 광학 응력 센서(2)는 또한 길이가 변화된다. 길이에서의 변화는 광학 응력 센서(2)로부터 연결 수단(3)을 통해 신호 수신 분석 수단(4)으로 보내지는 신호를 변화시킨다. 광학 응력 센서(2)로부터의 신호에서의 변화는 광학 응력 센서(2)가 받는 신장에 직접 링크된다.
광학 응력 센서(2)의 신장은 광학 응력 센서(2)로부터 오는 신호에서의 변화로부터 추론되고, 고정 영역(5a, 5b)들 사이에서 세로 부분(1c)의 탄성적 신장과 실질적으로 동일한 것으로 고려될 수 있다. 리프팅 부재(1)의 재료 및 그 기계적 특성이 알려지면, 당업자에게 널리 공지된 계산에 의해 하중에 의한 리프팅 부재(1)에서 유도된 응력을 추론하는 것은 매우 용이하다. 이러한 응력은 리프팅 부재(1)의 원위 부분(1b)에 고정된 하중의 중량에 직접 관련된다. 그러므로, 리프팅 부재(1)에 의해 리프팅되는 하중의 중량을 결정하는 것이 또한 가능하다.
그러므로, 리프팅 부재(1) 자체는 하중의 중량을 측정하기 위한 수단을 구성한다. 그러므로, 리프팅 부재에서 유도된 응력은 의도적으로 응력에 가능한 근접하여 측정되며, 이러한 것은 계산이 근사치를 사용할 때 발생할 수 있는 에러의 위험을 제한한다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 광섬유 광학 응력 센서(2)가 바람직하게 광학 응력 센서(2)로서 사용될 수 있다.
이러한 종류의 광섬유 광학 응력 센서(2)에서, 광섬유는 제 1 고정 영역(5a)과 제 2 고정 영역(5b)에 있는 세로 통로(1d)의 측벽에 부착되고, 광섬유의 중간 부분은 2개의 고정 영역(5a, 5b)들 사이에 안치된다. 하중 하에서 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 신장으로, 중간 광섬유 부분의 동일한 신장이 발생하고, 이 신장은 광섬유의 광 특성에서의 대응하는 변화를 발생시킨다. 광섬유 내로 적절한 광파를 발진시키고 반사된 광파를 분석하는 것에 의하여, 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 길이 변화는 측정되고, 리프팅 부재가 받는 부하는 그로부터 추론될 수 있다.
실제적으로, 광섬유는 리프팅 부재(1)를 지나서 광원과 광학 응력 센서로부터 오는 신호를 수신 분석 수단을 수용하는 박스까지 연장할 수 있다.
가동성 리프팅 부재의 경우에, 신장에 의해 보호되는 광섬유가 바람직하게 사용된다. 광섬유는 대략 0.2㎜의 지름을 가질 수 있으며, 예를 들어, 고무층에 봉입된 왁스 층에 의해 덮여지며, 고무층 자체는 고무층에 덮여진 금속 끈에 의해 덮여지고, 전체는 대략 5㎜의 지름을 가진다. 이러한 종류의 섬유는 대략 10㎝의 반지름으로 만곡될 수 있으며, 전기 케이블 및 유압 호스와 같은 다른 연결 수단과 병렬로 결합되는 것을 가능하게 한다. 박스는 하중 측정 수단의 효율의 손실없이 리프팅 부재로부터 5 내지 10m 떨어질 수 있다.
리프팅 부재 내로 삽입되도록 의도된 영역에서, 광섬유는 세로 통로(1d) 내에 결합되는 금속 튜브 내에 결합될 수 있다.
리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)에서, 예를 들어 0.2㎜ 지름의 광섬유가 금속 튜브 내에 결합되고, 금속 튜브의 내경은 대략 0.6㎜이며, 외경은 대략 3㎜이며, 튜브 자체는 세로 통로(1d) 내에 결합된다.
광섬유 광학 응력 센서(2)는 예를 들어 브래그 그레이팅 광섬유를 사용하는 광학 신장 센서일 수 있다. 이러한 것은 강렬한 자외선 방사에 의해 특정 피치를 구비한 광섬유를 따라서 주기적으로 변조되는 굴절율을 가지는 부분을 단일모드 광섬유가 포함하는 센서이다. 주기적으로 변조되는 굴절율을 가지는 섬유 부분은 소의 브래그 그레이팅으로 지칭된다. 이러한 브래그 그레이팅은, 실질적으로 브래그 그레이팅에서의 광섬유를 따르는 굴절율의 변조의 피치의 2배인 브래그 파장으로 지칭되는 파장에서, 광섬유에서 진행하는 광파의 반사를 유발한다. 결과적으로, 브래그 그레이팅에 의해 반사된 광 파장은 실질적으로 광섬유의 굴절율의 2개의 변화 사이의 거리에 비례하고, 예를 들어 신장의 결과로서, 이러한 거리의 임의의 변화는 반사된 광 파장을 측정하는 것에 의해 검출될 수 있다.
그러나, 예를 들어 파브리페로(fabry-perot) 간섭계 센서와 같은 다른 형태의 광섬유 신장 센서들이 사용될 수 있다.
광섬유 광학 응력 센서(2)를 사용하면 신속하고 크게 신뢰할 수 있는 측정을 가능하게 한다. 이러한 측정은 또한 문헌 WO 86/01303에 개시된 바와 같은 기계적인 방식에 의한 온도 변화에 관계없이 간단하게 만들어질 수 있다. 대안적으로, 온도 변화를 보상하도록 광학 응력 센서의 신호를 사용하기 위하여, 응력이 없으며 부하를 받지 않는 추가의 광섬유 광학 응력 센서가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 신장을 이미지화하는 신호를 만드는데 적합한 레이저 거리계를 광학 응력 센서(2)로서 사용한다. 이러한 경우에, 세로 통로(1d)의 입구에 있는 레이저 다이오드는 통로(1d)의 멀리 있는 단부의 부근에서 반사되는 광 펄스를 방사하고, 센서는 반사된 펄스파를 수신한다. 세로 통로(1d)에서의 광의 일주 통행 시간은 이로부터 하중 하에서 리프팅 부재의 길이 및 어떠한 신장도 추론하도록 측정된다.
앞의 실시예에서, 막힌 튜브는 세로 통로 내로 결합되고, 광 경로는 막힌 튜브의 내측에 놓인다.
이러한 종류의 레이저 거리계는 짧은 거리를 측정하도록 폭 넓게 사용되는 것과 유사할 수 있다.
광학 응력 센서(2)의 사용은 광학 응력 센서의 그 응답성 및 측정 속도 때문에, 충돌 동안 매우 간결하게 발생할 수 있는 순간적인 높은 응력, 리프팅 작업동안 발생하는 진동의 측정을 가능하게 하고, 광학 응력 센서(2) 없이는 이러한 충돌 또는 진동에 의해 손상될 수 있다. 이러한 것은 리프팅 부재(1)의 피로 상태의 보다 양호한 지시를 제공하고, 보다 빠른 리프팅 작업에 의해 손상되거나 손상될 수 있으면 리프팅 부재의 예방적인 교체(preventive replacement)를 계획하도록 할 수 있다. 실제로, 리프팅 부재(1)의 부하 및/또는 응력 상태를 실시간으로 측정하는 것을 가능하게 하고, 이에 의해, 리프팅 부재의 부하 및/또는 응력 스펙트럼을 정확하고 확실하게 확립하는 것이 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광학 응력 센서(2)는 그 기능적인 외부 형상이 변경되지 않는 리프팅 부재(1) 내로 직접 통합된다. 그러므로, 도 1 및 도 2에 도시된 리프팅 부재(1)는 본래 의도된 모든 리프팅 기계들에 설치될 수 있다.
광섬유 광학 응력 센서(2)는 매우 작은 지름(d)을 가지며, 그 결과, 리프팅 부재(1)의 기계적 강도는 가능하다면 세로 통로(1d)의 존재에 의해 거의 영향을 받지 않는다.
도 1 및 도 2에서, 고정 영역(5a, 5b)은 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 일정한 지름 영역에 배열된다.
광학 응력 센서(2)는 제 1 고정 영역(5a)과 제 2 고정 영역(5b) 사이의 리프 팅 부재(1)의 영역과 동일한 방식으로 신장된다. 이러한 영역은 일정한 지름(D)을 가지며, 이것은 리프팅 부재(1)의 원위 부분(1b)에 고정된 하중의 기능으로서 선형으로 신장된다.
그러므로 리프팅 부재(1)에서 유도된 응력과, 하중의 중량은 추가의 계산 없이, 그러므로 계산에서의 근사치를 사용하는 것을 통한 에러의 위험없이 용이하게 측정된다.
도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 세로 통로(1d)는 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 단면 중심에 있다.
그러므로, 광학 응력 센서(2)는 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 중립 섬유에 수용된다. 이러한 것은 리프팅 부재(1) 상에 발휘되는 순수 축선 방향 응력의 측정을 가능하게 한다. 측정은 리프팅 부재(1)의 굽힘의 어떠한 영향에 의해 악영향을 받지 않는다. 그렇지 않으면, 편심으로 배치된 광학 응력 센서(2)에 의해, 굽힘 영향은 광학 응력 센서(2)에 의해 만들어진 신호로부터 신호 수신 분석 수단(4)에 의해 계산된 응력을 감소시키거나 증가시킬 수 있다.
도 1에 도시된 제 1 실시예에서, 리프팅 부재(1)의 원위 부분(1b)은 "T 자 형상"이다.
통상 "트위스트록(twistlock)"으로 지칭되는 회전 래치는 컨테이너를 리프팅하고 핸들링하기 위한 핸들링 장치에서 부분적으로 사용된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 리프팅 부재(1)의 원위 부분(1b)은 훅 형상이다. 도 2에 도시된 리프팅 부재(1)는 많은 리프팅 장치에서, 예를 들어 민간 엔지니어 링의 분야에서 크레인에서 폭 넓게 사용된다.
도 1 및 도 2에서, 리프팅 부재(1)와 신호 수신 분석 수단(4)은 하중 측정 분석 장치(9)를 구성한다. 이러한 하중 측정 분석 장치(9)는 다음의 파라미터 중 하나 이상을 결정하도록 사용된다:
- 리프팅 부재(1)에 의해 리프팅되는 중량,
- 리프팅 부재(1)의 응력 상태,
- 하중의 적용 기간과 그 강도,
- 리프팅 부재(1)에 의해 수행되는 사이클의 수.
그러므로, 리프팅 부재(1)의 부하 및/또는 응력 스펙트럼을 확립하는 것에 의하여, 리프팅 부재(1)의 확실한 진단을 실행하고, 과잉 또는 부적절한 사용을 통하여 파손되기 전에 리프팅 부재의 교체를 계획하는 것이 가능하다.
이러한 하중 측정 분석 장치(9)는 리프팅 장치에 제공된 안전 장치(도시되지 않음)에 연결될 수 있으며, 하중 측정 분석 장치(9)가 리프팅 부재(1)에 의해 리프팅될 수 있는 최대 하중보다 크거나, 또는 리프팅 부재가 안전하게 리프팅할 수 있는 최대 하중보다 큰 하중을 검출하면, 리프팅 장치에 대한 동력의 공급을 차단하는데 적합하다.
이러한 종류의 부하 측정 분석 장치(9)는 또한 리프팅 부재(1)의 피로 및 부하 상태를 모니터하도록 사용될 수 있다. 그러므로, 리프팅 부재를 파손시킬 수 있는 리프팅 부재(1)의 탄성 변형의 징후를 나타내는, 리프팅 부재(1)에서의 어떠한 잔류 응력 또는 세로 부분(1c)의 비탄성 거동이 용이하게 확인될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 실시예에 따른 4개의 리프팅 부재(1)들을 포함하는 핸들링 및 리프팅 프레임(6)을 도시한다. 리프팅 부재(1)들은 프레임(6)의 4개의 모서리에 배치되고, 프레임(6)은 도 4에 도시된 바와 같이 핸들링 갠트리(7) 또는 크레인 상에서 상호 교환 가능하게 사용될 수 있거나, 또는 도 5에 도시된 바와 같이 포크리프트 프레임(8)을 구비한 프론트 로더와 함께 사용될 수 있다.
도 3에 도시된 프레임(6)에서, 리프팅 부재(1)들은 모두, 차폐된 광섬유 연결 수단(3)에 의하여 리프팅 부재(1)에 포함된 광섬유 광학 응력 센서들로부터 오는 신호를 연속적으로 분석하는 신호 수신 분석 수단(4)에 연결된 광섬유 광학 응력 센서들을 구비한다. 신호 수신 분석 수단(4)은 광섬유들에 의해 분사된 광파를 검사하고, 그로부터 각각의 리프팅 부재(1)의 신장, 즉 지지하는 하중의 값을 추론한다.
그러므로, 신호 수신 분석 수단(4)은 다음의 파라미터들 중 하나 이상을 결정하도록 리프팅 부재(1)에 포함된 광섬유 광학 응력 센서들로부터 오는 신호를 처리할 수 있다:
- 각각의 리프팅 부재(1)에 의해 리프팅되는 중량,
- 각각의 리프팅 부재(1)의 응력 상태,
- 각각의 리프팅 부재(1)에 의해 수행되는 사이클의 수,
- 하중의 무게 중심의 위치.
각각의 리프팅 부재(1)에 의해 리프팅되는 중량을 알면, 하중의 무게 중심의 정밀 위치가 추론될 수 있으며, 하중을 리프팅할 때 하중의 무게 중심의 편심 위치 때문에 발생할 수 있는 사고를 방지한다. 이러한 것은 그 중량이 장치의 최대 중량 제한보다 작을지라도 편심 무게 중심을 가지는 부하를 리프팅하는 것에 의해 유발되는 리프팅 장치의 불시의 모든 틸팅 위험을 방지한다.
유사하게, 각각의 리프팅 부재(1)에 의해 리프팅되는 중량을 아는 것은 각각의 리프팅 부재(1)가 실제로 부과되고 하중을 리프팅하는데 기여하는지를 지시한다. 그러므로, 하중을 리프팅하는 어떠한 시도도 리프팅 부재(1)의 어떠한 것이 충분히 기여하지 않거나 또는 전혀 기여하지 않고 다른 리프팅 부재(1)들이 과잉 하중을 지지하면 정지될 수 있다. 이러한 것은 리프팅 장치와 장치의 아주 가까운 주위에서 움직이는 사람의 안전성을 증가시킨다.
비록 도 3 내지 도 5에 도시된 핸들링 및 리프팅 프레임(6)이 단지 4개의 리프팅 부재(1)들을 포함할지라도, 하나의 컨테이너보다 많이 동시에 리프팅 하기 위하여 상이하게 배열되는 보다 많은 수의 리프팅 부재(1)들을 예측하는 것이 가능하다.
본 발명은 예시적으로 기술된 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내의 변형예 및 보편예를 포용한다.

Claims (15)

  1. 리프팅 장치와 리프팅되는 하중 사이의 리프팅력의 전부 또는 일부를 전달하도록 의도된 리프팅 부재(1)로서,
    - 상기 리프팅 장치에 고정되는 근위 부분(1a),
    - 상기 하중에 연결되는 원위 부분(1b),
    - 상기 근위 부분(1a)으로부터 상기 원위 부분(1b)의 방향으로 연장하고, 세로방향의 리프팅력의 작용에 의해 탄성적으로 신장되는 세로 부분(1c)을 포함하는 리프팅 부재(1)에 있어서,
    - 상기 리프팅 부재의 원위 부분(1b)은 T자 형상의 회전 래치를 포함하고, 상기 T자 형상의 회전 래치는 장방형 형상의 견부(shoulder)를 포함하고,
    - 상기 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)은 적어도 하나의 세로 통로(1d)를 포함하고,
    - 광학 응력 센서(2)는 상기 적어도 하나의 세로 통로(1d) 내로 삽입되고, 상기 적어도 하나의 세로 통로(1d)의 측벽에 고정되며,
    - 상기 광학 응력 센서(2)는 상기 리프팅 부재의 세로 부분(1c)의 세로방향 신장을 이미지화하는 신호를 생성하고,
    - 연결 수단(3)은 상기 광학 응력 센서(2)로부터의 신호를 수신하고 분석하기 위한 신호 수신 분석 수단(4)으로 상기 광학 응력 센서(2)로부터 신호를 전송하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 리프팅 부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 응력 센서(2)는 상기 세로 통로(1d)의 길이 방향으로 서로로부터 일정 거리에 위치된 적어도 제 1 고정 영역(5a)과 제 2 고정 영역(5b)에서 상기 세로 통로(1d)의 측벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 리프팅 부재.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 고정 영역(5a)과 상기 제 2 고정 영역(5b)은 상기 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 일정한 지름(D)의 영역에 있는 것을 특징으로 하는 리프팅 부재.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 세로 통로(1d)는 막혀 있고 상기 근위 부분(1a)으로부터 연장하고, 상기 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 단면의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 리프팅 부재.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 광학 응력 센서(2)는 광섬유 광센서이고, 상기 광섬유는 상기 제 1 고정 영역(5a)과 상기 제 2 고정 영역(5b)에서 상기 세로 통로(1d)의 측벽에 체결되는 것을 특징으로 하는 리프팅 부재.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광섬유는 상기 세로 통로(1d) 내에 결합되는 금속 튜브에 결합되는 것을 특징으로 하는 리프팅 부재.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 광학 응력 센서(2)는 상기 리프팅 부재(1)의 세로 부분(1c)의 신장을 이미지화하는 신호를 생성하는 레이저 거리계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리프팅 부재.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항 또는 제 5 항에 따른 적어도 하나의 리프팅 부재(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핸들링 및 리프팅 프레임(6).
  11. 하중을 측정하고 분석하기 위한 장치(9)에 있어서,
    제 1 항 또는 제 5 항에 따른 적어도 하나의 리프팅 부재를 포함하며, 상기 신호 수신 분석 수단(4)은 상기 광학 응력 센서(2)로부터의 신호를 처리하여,
    - 상기 적어도 하나의 리프팅 부재(1)에 의해 리프팅되는 중량;
    - 상기 적어도 하나의 리프팅 부재(1)의 응력 상태;
    - 상기 하중의 적용 기간 및 그 강도;
    - 상기 적어도 하나의 리프팅 부재(1)에 의해 실행되는 사이클의 수; 및
    - 상기 적어도 하나의 리프팅 부재(1)의 하중, 또는 응력 스펙트럼, 또는 하중 및 응력 스펙트럼;
    을 포함하는 파라미터들 중 하나 이상을 결정하는 것을 특징으로 하는, 하중을 측정하고 분석하기 위한 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 동일한 하중을 동시에 핸들링하기 위한 다수의 리프팅 부재(1)들을 포함하며, 상기 신호 수신 분석 수단(4)은 다수의 광학 응력 센서(2)들로부터 오는 신호를 처리하여,
    - 상기 하중의 무게 중심의 위치; 및
    - 각각의 리프팅 부재에 의해 발휘되는 리프팅력;
    을 포함하는 파라미터들 중 하나 또는 양자를 결정하는 것을 특징으로 하는, 하중을 측정하고 분석하기 위한 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 리프팅 장치는 핸들링 갠트리(7)인 것을 특징으로 하는, 하중을 측정하고 분석하기 위한 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 리프팅 장치는 크레인인 것을 특징으로 하는, 하중을 측정하고 분석하기 위한 장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 리프팅 장치는 포크리프트 프레임(8)을 구비한 프론트 로더인 것을 특징으로 하는, 하중을 측정하고 분석하기 위한 장치.
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