KR101480719B1 - 수준측량용 스태빌라이저 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수준측량용 스태빌라이저에 관한 것으로, 삼각대에 장착되는 3축 짐벌에 의하여 스타프가 항상 연직방향을 향하도록 할 수 있으며, 삼각대의 다리에 진동감쇄수단을 구비하여 지면에 착지되는 하부다리의 상단에 피스톤이 상부다리 내에 충전된 진동감쇄유체 내에 삽입되어 삼각대의 높낮이와 스타프의 높낮이를 조절할 수 있으면서도 삼각대에 지면으로부터 진동이 가해지더라도 진동감쇄유체에 의해 감쇄되어 진동이 삼각대를 통해 3축 짐벌과 스타프에 전달되는 것을 방지하게 되고, 하부다리의 상단에 일체로 형성된 피스톤의 외주면에는 오링이 끼워져 있어 피스톤이 실린더의 내주면에 직접 접촉하지 않고 오링을 통해 간접적으로 접촉되며, 하부다리 가이드의 안내공의 내주면에는 오링이 끼워져 있어 하부다리의 외주면이 하부다리 가이드의 안내공의 내주면에 직접 접촉하지 않고 오링을 통해 간접적으로 접촉하게 되어 있으므로 하부다리에 가해지는 진동이 감쇄되어 3축 짐벌 및 스타프에 진동이 전달되지 않아 수준측량시 진동에 의한 영향을 최소화하여 관측값 오차영향을 줄이고 관측 결과값의 신뢰도를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
Description
본 발명은 측지측량 분야 중 수준측량용 스태빌라이저에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 수준측량시 스타프의 높낮이를 신속 간편하게 조절할 수 있으면서도 주변의 진동에 의한 영향을 최소화하고, 스타프가 항상 기준면에 연직방향을 이룰 수 있도록 하는 수준측량용 스태빌라이저에 관한 것이다.
수준 측량이란, 지구상에 있는 점들의 고저차를 관측하는 것을 말하며 레벨측량이라고도 한다. 측량법에 의해 측량은 기본측량, 공공측량, 일반측량, 기타 측량으로 분류되며, 정밀 수준 측량은 측량법에 의한 기본측량과 공공측량의 1급, 2급 수준측량을 일컫는다.
허용오차가 비교적 적은 공공측량 2급 수준측량의 허용오차는 5mm√S (S는 관측거리, Km)이며, 기본측량의 수준측량의 경우 지구의 물리적 특성(중력, 지구곡률, 대기굴절 등)까지 반영하기 때문에 작업자의 스타프(staff)의 오차 발생을 최소화하기 위한 방안이 정밀도를 높이는 방안이기도 하다.
도 9는 스타프(1)와 레벨기 등의 측량기기(2)를 이용하여 수준을 측량하는 방법을 설명하는 도면이다.
제1 단계로, 표척수(標尺手)가 스타프를 고도를 알고 있는 지상기준점(a0)에 세우고, 기계수(機械手)는 일정 거리 떨어진 제1관측점(b1)에서 레벨기 등의 측량기기(2)로 스타프(1)의 눈금을 읽는다.
제2 단계로, 표척수가 제1지점(a1)으로 이동하여 스타프(1)를 세우고, 기계수가 관측점(b1)에서 레벨기 등의 측량기기(2)의 방향을 전환하여 레벨기 등의 측량기기(2)를 통해 제1지점의 스타프 눈금을 읽는다. 여기서 지상기준점(a0)과 제1지점(a1)에서 읽은 눈금의 차와 지상기준점의 고도로부터 제1지점의 고도를 구한다.
제3 단계로, 기계수는 제1지점(a1) 뒤의 제2관측점(b2)으로 이동하고, 표척수가 스타프(1)를 제자리(제1지점)에서 방향 전환시켜 스타프(1)가 레벨기 등의 측량기기(2)를 바라보도록 하면 기계수가 제2관측점(b2)에서 레벨기로 제1지점(a1)의 스타프 눈금을 읽는다.
제4 단계로, 표척수가 제2지점(a2)으로 이동하여 스타프(1)를 세우고, 기계수가 제2관측점(b2)에서 제2지점(a2)의 스타프 눈금을 읽는다. 여기서 제2관측점(b2)에서 읽은 제1지점(a1)과 제2지점(a2)의 눈금 차이로부터 제2지점의 고도를 구한다.
이와 같은 방법으로 스타프(1)와 레벨기 등의 측량기기(2)를 계속하여 이동시키면서 각 지점의 스타프와 각 관측점에서의 레벨기의 방향을 전환시켜 눈금을 읽어 목표지점까지 각 지점의 고도를 구한다.
이때, 스타프가 세워지는 기준점(a0)이나 제1, 제2지점(a1, a2)과 레벨기 등의 측량기기(2)가 거치되는 제1, 제2관측점(b1, b2)의 표고 차에 따라 스타프의 높낮이를 조절해야 하는바, 종래의 스타프는 도 10에 도시한 바와 같이, 상하 2개의 척대(1a, 2b)를 슬라이드 신축식으로 높낮이조절이 가능하도록 결합한 것으로, 스타프의 높낮이를 조절하기 위해서는 한손으로 스타프(1)를 잡고 하부척대(1a)와 상부척대(1b)를 결합하는 결합나사(미도시)를 이완시킨 다음, 표척수가 한손으로는 하부척대(1a)를 잡고 다른 손으로는 상부척대(1b)를 잡은 상태에서 밀거나 당겨서 스타프(1)의 높낮이를 조절하고, 다시 하부척대(1a)와 상부척대(1b)를 고정하는 결합나사를 조여서 하부척대(1a)와 상부척대(1b)가 높낮이 조절된 상태로 결합되도록 하여야 하므로 높낮이 조절과정이 번거롭게 될 뿐만 아니라 스타프의 높낮이조절 과정이 번거롭게 되는 문제점이 있다.
특히 진동에 의한 영향은 관측값의 오차를 증가시키는 직접적인 원인이 되며 이러한 진동은 교량구간, 대형차량의 통행, 철도의 레일 지역 또는 공사구간 등 다양한 부분에서 발생을 한다.
종래의 스타프(1)는 하부척대(1a)의 하단에 결합된 접지부재(1c)를 구비하고 있는 바, 이는 단순히 철재 또는 합성수지재 등으로 구성되어 있기 때문에 스타프(1)를 지면에 세우고 측량을 진행하는 과정에서 지면으로부터 스타프에 진동이나 충격이 가해질 경우 스타프가 흔들리게 되어 측량정밀도가 저하되는 문제점이 있다.
따라서 수준측량시 스타프의 높낮이를 신속 간편하게 조절할 수 있으면서도 주변의 진동에 의한 영향을 최소화하고 기준면(Datum Level)에 연직방향을 이룰 수 있는 수준측량용 스태빌라이저를 개발할 필요가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 수준측량시 스타프의 높낮이를 신속 간편하게 조절할 수 있으면서도 주변의 진동에 의한 영향을 최소화하고, 스타프가 항상 기준면에 연직방향을 이룰 수 있도록 하는 수준측량용 스태빌라이저를 제공하려는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은 상단지지대와, 상기 상단지지대의 외주부에서 방사상으로 연장 형성된 3개의 지지암과, 상기 지지암에 상단이 접이식으로 연결됨과 아울러 길이조절 가능하게 설치되는 3개의 다리를 포함하는 삼각대와; 상기 상단지지대의 하방에 배치되는 스타프와; 상기 상단지지대에 결합되어 스타프를 x축, y축 및 z축으로 지지함과 아울러 스타프가 항상 연직방향을 향하도록 하는 3축 짐벌; 및 상기 삼각대의 높낮이를 조절함과 아울러 삼각대에 가해지는 진동이 스타프에 전달되는 것을 방지하기 위한 진공감쇄수단; 을 포함하여 구성되며,
상기 다리는 지지암의 바깥쪽 단부에 회동 가능하게 연결되며 상단이 폐쇄되고 하단이 개방된 원통형으로 형성되어 내부공간에 진동감쇄유체가 가압 충전되는 상부다리와, 상기 상부다리의 내부에 삽입될 수 있는 외경을 가지는 환봉 형태로 형성되는 하부다리로 구성되고,
상기 스타프는 눈금이 새져진 전면이 상기 삼각대의 3개의 다리 중 2개의 사이를 향하도록 배치되며,
상기 3축 짐벌은, 상기 상단지지대의 중앙 상면에 장착되며 z축방향 모터축이 상단지지대를 관통하여 하향연장되는 z축회전모터와; 상기 z축회전모터의 모터축의 하단에 고정결합되는 z축회전 x축지지부재와; 상기 z축회전 x축지지부재에 장착되며 x축방향 모터축이 z축회전 x축지지부재를 관통하여 x축방향으로 연장되는 x축회전모터와; 상기 x축회전모터의 x축방향 모터축에 고정결합되는 x축회전 y축지지부재와; 상기 x축회전 y축지지부재에 장착되며 y축방향 모터축이 x축회전 y축지지부재를 관통하여 y축방향으로 연장되어 상기 스타프의 양측면 중간부에 고정되는 y축회전모터와; 및 상기 스타프의 연직방향에 대한 경사도에 따라 상기 z축회전모터, x축회전모터 및 y축회전모터를 제어하여 스타프가 항상 연직방향을 향하도록 하는 회전모터 제어장치; 를 포함하여 구성되며,
상기 z축회전 x축지지부재는 z축방향 모터축의 하단에 고정결합되는 모터축 결합판과, 상기 모터축 결합판의 일측단에서 하향 절곡되어 상기 x축회전모터가 장착되는 모터장착판을 포함하고,
상기 x축회전 y축지지부재는 x축방향 모터축에 고정결합되는 모터축 결합판과, 상기 모터축 결합판의 일단에서 x축방향으로 절곡 연장되는 모터장착판 및 상기 모터축 결합판의 타단에서 x축방향으로 절곡 연장되는 축지지판을 포함하며,
상기 회전모터 제어장치는, 상기 스타프의 상면에 장착되어 연직방향에 대한 스타프의 경사도를 감지하여 경사도감지신호를 출력하는 경사도감지센서와, 상기 경사도감지센서에서 출력하는 경사도감지신호에 따라 상기 z축회전모터, x축회전모터 및 y축회전모터에 대한 구동명령을 출력하는 회전모터 제어부 및, 회전모터 제어부의 구동명령에 따라 z축회전모터, x축회전모터 및 y축회전모터를 구동하는 회전모터 구동부를 포함하여 구성되고,
상기 진동감쇄수단은 상기 상부다리의 하단에 결합되어 상부다리의 내부에 가압 충전된 진동감쇄유체가 유출되지 않도록 밀봉함과 아울러 하부다리를 승강 가능하게 안내하는 밀봉부재와; 상기 하부다리의 상단에 일체로 형성되어 상기 상부다리의 내부에 승강 가능하게 삽입되는 피스톤과; 상기 상부다리의 상단에 연결되는 상부연결관과, 상기 상부다리의 하단에 연결되는 하부연결관과; 상기 상부연결관과 하부연결관 사이에 설치되어 상부연결관과 하부연결관을 연통되게 하거나 차단하는 솔레노이드 밸브와; 상기 솔레노이드 밸브의 전원을 온오프하는 솔레노이드 전원스위치; 를 포함하여 구성되며,
상기 솔레노이드 밸브는 상기 상부연결관에 연결되는 포트1과 상기 하부연결관에 연결되는 포트2가 구비된 밸브본체와, 상기 밸브본체 내에 슬라이드 가능하게 설치되는 로드와 상기 로드에 일체로 형성되어 상기 2개의 포트를 개폐하는 개폐부가 구비된 스풀과, 상기 스풀을 개방 위치로 작동시키는 솔레노이드 및, 상기 스풀을 폐쇄 위치로 작동시키는 스프링을 포함하여 구성되고,
상기 경사도감지센서와 회전모터 제어부와 회전모터 구동부 및 z축회전모터, x축회전모터 및 y축회전모터, 그리고 솔레노이드에 전원을 공급하기 위한 배터리가 상단지지대의 상면에 장착되는 수준측량용 스태빌라이저를 제공한다.
본 발명의 수준측량용 스태빌라이저에 의하면 삼각대에 장착되는 3축 짐벌에 의하여 스타프가 항상 연직방향을 향하도록 할 수 있으며, 삼각대의 다리에 진동감쇄수단을 구비하여 지면에 착지되는 하부다리의 상단에 피스톤이 상부다리 내에 충전된 진동감쇄유체 내에 삽입되어 삼각대의 높낮이와 스타프의 높낮이를 조절할 수 있으면서도 삼각대에 지면으로부터 진동이 가해지더라도 진동감쇄유체에 의해 감쇄되어 진동이 삼각대를 통해 3축 짐벌과 스타프에 전달되는 것을 방지하게 되고, 하부다리의 상단에 일체로 형성된 피스톤의 외주면에는 오링이 끼워져 있어 피스톤이 실린더의 내주면에 직접 접촉하지 않고 오링을 통해 간접적으로 접촉되며, 하부다리 가이드의 안내공의 내주면에는 오링이 끼워져 있어 하부다리의 외주면이 하부다리 가이드의 안내공의 내주면에 직접 접촉하지 않고 오링을 통해 간접적으로 접촉하게 되어 있으므로 하부다리에 가해지는 진동이 감쇄되어 3축 짐벌 및 스타프에 진동이 전달되지 않아 수준측량시 진동에 의한 영향을 최소화하여 관측값 오차영향을 줄이고 관측 결과값의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 1 내지 도 8은 본 발명에 의한 수준측량용 스태빌라이저의 바람직한 실시예를 보인 것으로,
도 1은 3축 짐벌의 분해 사시도,
도 2는 진동감쇄수단의 분해 사시도,
도 3은 삼각대의 다리를 접은 상태를 보인 사시도,
도 4는 삼각대의 다리를 벌린 상태를 보인 사시도,
도 5는 스타프의 눈금이 보이는 방향에서 본 사시도,
도 6은 회전모터 제어장치를 보인 기능 블록도,
도 7은 진동감쇄수단의 작동을 보인 단면도,
도 8은 진동감쇄수단의 작동을 보인 공압회로도,
도 9는 종래 스타프와 레벨기를 이용하여 수준을 측량하는 방법을 설명하는 도면,
그리고,
도 10은 종래 스타프의 사시도이다.
도 1은 3축 짐벌의 분해 사시도,
도 2는 진동감쇄수단의 분해 사시도,
도 3은 삼각대의 다리를 접은 상태를 보인 사시도,
도 4는 삼각대의 다리를 벌린 상태를 보인 사시도,
도 5는 스타프의 눈금이 보이는 방향에서 본 사시도,
도 6은 회전모터 제어장치를 보인 기능 블록도,
도 7은 진동감쇄수단의 작동을 보인 단면도,
도 8은 진동감쇄수단의 작동을 보인 공압회로도,
도 9는 종래 스타프와 레벨기를 이용하여 수준을 측량하는 방법을 설명하는 도면,
그리고,
도 10은 종래 스타프의 사시도이다.
이하, 본 발명에 의한 수준측량용 스태빌라이저의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
이하의 설명에서 각종 나사 또는 볼트가 관통되는 관통공과 나사 또는 볼트가 체결되는 체결공은 도면에 도시하되 이에 대한 도면 부호 및 설명은 생략한다.
본 발명에 의한 수준측량용 스태빌라이저는, 도 1 내지 도 8에 도시한 바와 같이, 상단지지대(110)와, 상기 상단지지대(110)의 외주부에서 방사상으로 연장 형성된 3개의 지지암(120)과, 상기 지지암(120)에 상단이 접이식으로 연결됨과 아울러 길이조절 가능하게 설치되는 3개의 다리(130)를 포함하는 삼각대(100)와; 상기 상단지지대(110)의 하방에 배치되는 스타프(200)와; 상기 상단지지대(110)에 결합되어 스타프(200)를 x축, y축 및 z축으로 지지함과 아울러 스타프(200)가 항상 연직방향을 향하도록 하는 3축 짐벌(300); 및 상기 삼각대(100)의 높낮이를 조절함과 아울러 삼각대(100)에 가해지는 진동이 스타프(200)에 전달되는 것을 방지하기 위한 진공감쇄수단(400); 을 포함하여 구성된다.
상기 상단지지대(110)는 도시예와 같이, 원판형으로 형성할 수도 있으며, 삼각형으로 형성할 수도 있다.
상기 지지암(120)은 상단지지대(110)에 일체로 형성할 수도 있으며, 상단지지대(110)와 지지암(120)을 별도로 제작하여 나사결합이나 용접에 의하여 일체화할 수도 있다.
상기 다리(130)는 지지암(120)의 바깥쪽 단부에 회동 가능하게 연결되며 상단이 폐쇄되고 하단이 개방된 원통형으로 형성되어 내부공간에 진동감쇄유체(F)가 가압 충전되는 상부다리(131)와, 상기 상부다리(131)의 내부에 삽입될 수 있는 외경을 가지는 환봉 형태로 형성되는 하부다리(132)로 구성된다.
상기 지지암(120)과 상부다리(131)를 회동 가능하게 연결하기 위하여 지지암(120)의 바깥쪽 단부와 상부다리(131)의 상단에 힌지부(121, 133)를 형성하고, 이들 힌지부(121, 133)를 힌지핀(134)에 의하여 연결할 수 있다.
상기 스타프(200)는 통상적인 스타프로서 전면에 눈금(210)이 새겨져 있다.
상기 스타프(200)는 눈금(210)이 새겨진 전면이 3개의 다리(130) 중 2개의 다리 사이를 향하게 하고, 배면이 나머지 하나의 다리를 향하도록 설치하여 기계수가 측량기기를 통해 스타프(200)의 눈금을 읽는 데에 지장이 없도록 한다.
상기 3축 짐벌(300)은, 상기 상단지지대(110)의 중앙 상면에 장착되며 z축방향 모터축(311)이 상단지지대(110)를 관통하여 하향연장되는 z축회전모터(310)와; 상기 z축회전모터(310)의 모터축(311)의 하단에 고정결합되는 z축회전 x축지지부재(320)와; 상기 z축회전 x축지지부재(320)에 장착되며 x축방향 모터축(331)이 z축회전 x축지지부재(320)를 관통하여 x축방향으로 연장되는 x축회전모터(330)와; 상기 x축회전모터(330)의 x축방향 모터축(331)에 고정결합되는 x축회전 y축지지부재(340)와; 상기 x축회전 y축지지부재(340)에 장착되며 y축방향 모터축(351)이 x축회전 y축지지부재(340)를 관통하여 y축방향으로 연장되어 상기 스타프(200)의 양측면 중간부에 고정되는 y축회전모터(350)와; 및 상기 스타프(200)의 연직방향에 대한 경사도에 따라 상기 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)를 제어하여 스타프(200)가 항상 연직방향을 향하도록 하는 회전모터 제어장치(360); 를 포함하여 구성된다.
상기에서 x축, y축 및 z축은 항상 직교좌표계의 3축을 이루는 것은 아니지만 3개의 축을 명확히 구별하기 위하여 편의상 x축, y축 및 z축으로 표현한다.
상기 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)는 정역회전 가능한 모터가 사용된다.
상기 z축회전 x축지지부재(320)는 z축방향 모터축(311)의 하단에 고정결합되는 모터축 결합판(321)과, 상기 모터축 결합판(321)의 일측단에서 하향 절곡되어 상기 x축회전모터(330)가 장착되는 모터장착판(322)을 포함한다.
상기 x축회전 y축지지부재(340)는 x축방향 모터축(331)에 고정결합되는 모터축 결합판(341)과, 상기 모터축 결합판(341)의 일단에서 x축방향으로 절곡 연장되는 모터장착판(342) 및 상기 모터축 결합판(341)의 타단에서 x축방향으로 절곡 연장되는 축지지판(343)을 포함한다.
상기 y축회전부재(360)는 상기 스타프(200)를 장착할 수 있는 블록 형태로 형성된다.
상기 모터축 결합판(321)에는 z축회전모터(310)의 z축방향 모터축(311)에 연결되는 z축방향 연결축(323)이 구비되고, 모터축 결합판(341)에는 x축방향 모터축(331)에 연결되는 x축방향 연결축(344)이 구비되며, 상기 스타프(200)의 일측면에는 y축방향 모터축(351)에 연결되는 y축방향 연결축(221)이 구비되고, 타측면에는 x축회전 y축지지부재(340)의 축지지판(343)에 회전 가능하게 지지되는 y축방향 지지축(222)이 구비된다.
상기 상단지지대(110)의 중앙과 모터장착판(322)과 모터장착판(342)에는 상기 z축방향 연결축(323)과 x축방향 연결축(343) 및 y축방향 연결축(361)이 관통되는 관통공(111, 324, 345)이 천공되고, 축지지판(343)에는 y축방향 지지축(222)이 관통되는 관통공(346)이 천공된다.
상기 z축방향 모터축(311)과 z축방향 연결축(323)은 통상적인 축연결방법에 의하여 연결된다.
상기 상단지지대(110)에 장착되는 z축회전모터(310)와, z축회전 x축지지부재(320)의 모터장착판(322)에 장착되는 x축회전모터(330) 및 x축회전 y축지지부재(340)의 모터장착판(342)에 장착되는 y축회전모터(350)는 통상적인 볼트/너트 체결방식으로 장착할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 회전모터 제어장치(360)는, 상기 스타프(200)의 상면에 장착되어 연직방향에 대한 스타프(200)의 경사도를 감지하여 경사도감지신호를 출력하는 경사도감지센서(361)와, 상기 경사도감지센서(361)에서 출력하는 경사도감지신호에 따라 상기 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)에 대한 구동명령을 출력하는 회전모터 제어부(362) 및, 회전모터 제어부(362)의 구동명령에 따라 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)를 구동하는 회전모터 구동부(363)를 포함하여 구성된다(도 6 참조).
상기 경사도감지센서(361)는 센서와 회로기판을 모듈화하여 스타프(200)의 상면에 부착된다. 경사도감지센서(361)를 스타프(200)의 상면에 부착함에 있어서는 접착제에 의한 접착방법과 고정나사에 의한 체결방법을 사용할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 회전모터 제어부(362)는 경사도감지센서(361)에 의하여 감지된 연직방향에 대한 스타프(200)의 경사도에 따라 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)를 제어하여 스타프(200)가 가장 빠른 경로를 통해 연직방향을 향하게 할 수 있는 구동명령을 출력한다.
상기 회전모터 제어부(362)는 모듈화하여 상단지지대(110)의 상면에 부착한다. 모듈화된 회전모터 제어부(362)를 상단지지대(110)에 부착함에 있어서는 접착제에 의한 접착방법과 고정나사에 의한 체결방법을 사용할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 회전모터 구동부(363)는 회전모터 제어부(362)와 함께 모듈화하여 상단지지대(110)의 상면에 부착할 수 있으며, 도 1 내지 도 5에서는 회전모터 제어부(362)의 도면 부호만 표시하고, 회전모터 구동부(363)의 도면 부호는 생략한다.
상기 상단지지대(110)의 상면에는 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)의 전원을 온오프하기 위한 회전모터 전원스위치(364)가 부착된다.
상기 진동감쇄수단(400)은 상기 상부다리(131)의 하단에 결합되어 상부다리(131)의 내부에 가압 충전된 진동감쇄유체(F)가 유출되지 않도록 밀봉함과 아울러 하부다리(132)를 승강 가능하게 안내하는 밀봉부재(410)와; 상기 하부다리(132)의 상단에 일체로 형성되어 상기 상부다리(131)의 내부에 승강 가능하게 삽입되는 피스톤(420)과; 상기 상부다리(131)의 상단에 연결되는 상부연결관(431)과, 상기 상부다리(131)의 하단에 연결되는 하부연결관(432)과; 상기 상부연결관(431)과 하부연결관(432) 사이에 설치되어 상부연결관(431)과 하부연결관(432)을 연통되게 하거나 차단하는 솔레노이드 밸브(440)와; 상기 솔레노이드 밸브(440)의 전원을 온오프하는 솔레노이드 전원스위치(450); 를 포함하여 구성된다.
상기 상부다리(131)의 하단 외주면에는 밀봉부재(410)를 결합하기 위한 플랜지(135)가 형성되고, 외주면 상단과 하단에는 상기 상부연결관(431)과 하부연결관(432)을 연결하기 위한 통공(136, 137)이 형성된다.
상기 상부다리(131)에 가압 충전되는 진동감쇄유체(F)는 가스 또는 오일을 사용할 수 있다.
상기 밀봉부재(410)는 상부다리(131)의 하단 외주면에 형성된 플랜지(135)에 결합되는 플랜지부(411)와, 상기 플랜지부(411)의 하면에 일체로 형성되는 안내부(412) 및, 상기 플랜지부(411)와 안내부(412)에 관통형성된 안내공(413)을 구비한다.
상기 안내공(413)의 내주면에는 복수개(도면에서는 4개)의 링홈(414)이 형성되고, 링홈(414)에는 하부다리(132)의 외주면에 밀착되는 오링(415)이 삽입된다.
상기 상부다리(131)의 플랜지(135)와 밀봉부재(410)의 플랜지부(411)는 이들 플랜지(135)와 플랜지부(411)를 관통하는 결합볼트(416)와 결합볼트(416)에 체결되는 결합너트(417)에 의하여 결합할 수 있다.
또한 상기 플랜지(135)와 플랜지부(411) 사이에는 상부다리(311)를 기밀하게 유지하기 위하여 패킹이나 개스킷 등의 밀봉재(미도시)를 삽입하는 것이 바람직하다.
상기 상부다리(131)와 상, 하부연결관(431, 432)을 연결함에 있어서는 상, 하부연결관(431, 432)의 상, 하단을 상부다리(131)의 통공(136, 137)에 압입하여 고정하거나 상, 하부연결관(431, 432)의 상, 하단에 수나사부를 형성하고 통공(136, 137)에 암나사부를 형성하여 나사식으로 결합할 수 있다.
상기 피스톤(420)의 외주면에는 복수개의 링홈(421)이 형성되어 있으며, 상기 링홈(421)에는 오링(422)이 삽입된다.
상기 솔레노이드 밸브(440)는 상기 상부연결관(431)에 연결되는 포트1(P1)과 상기 하부연결관(432)에 연결되는 포트2(P2)가 구비된 밸브본체(441)와, 상기 밸브본체(441) 내에 슬라이드 가능하게 설치되는 로드(443)와 상기 로드(443)에 일체로 형성되어 상기 2개의 포트(P1, P2)를 개폐하는 개폐부(444)가 구비된 스풀(442)과, 상기 스풀(442)을 개방 위치로 작동시키는 솔레노이드(445) 및, 상기 스풀(442)을 폐쇄 위치로 작동시키는 스프링(446)을 포함하여 구성된다(도 7 및 도 8 참조).
상기 솔레노이드(443)는 스풀(442)의 로드(443)에 연결되는 플런저와 플런저를 작동시키기 위한 코일 등을 포함하는 통상적인 솔레노이드이므로 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 회전모터 전원스위치(364)와 솔레노이드 전원스위치(450)는 통상적인 온오프 스위치를 사용하며, 상기 솔레노이드 전원스위치(450)는 온오프 조작을 간편하게 할 수 있도록 하기 위하여 상기 상단지지대(110)의 상면에 부착하는 것이 바람직하다. 상기 솔레노이드 전원스위치(450)는 접착제에 의한 접착방법이나 나사를 이용한 체결방법 등 통상적인 방법으로 상단지지대(110)에 부착할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
상기 경사도감지센서(361)와 회전모터 제어부(362)와 회전모터 구동부(363) 및 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350), 그리고 솔레노이드(444)는 상단지지대(110)의 상면에 장착되는 배터리(B)의 전원을 공급받아 동작하도록 구성한다.
상기 배터리(B)로부터 경사도감지센서(361)와 회전모터 제어부(362)와 회전모터 구동부(363) 및 x축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350), 그리고 솔레노이드(444)에 전원을 공급하는 배선은 통상적인 방법을 채용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
이하, 본 발명에 의한 수준측량용 스태빌라이저의 작동에 대하여 설명한다.
[삼각대 및 스타프의 높낮이 조절 과정]
하부다리(132)를 올리거나 내려서 다리(130)의 길이를 조절하는 것에 의하여 삼각대의 높낮이를 조절할 수 있다.
진동감쇄수단(400)의 솔레노이드 전원스위치(450)를 오프로 하면, 도 7의 (a) 및 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 스풀(442)이 좌측으로 밀린 상태로 되고, 이 상태에서는 스풀(442)에 구비된 개폐부(444)가 포트1, 2(P1, P2) 사이를 폐쇄하게 되며, 피스톤(420)을 기준으로 상부공간과 상부연결관(431)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)와 하부공간과 하부연결관(432)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)가 솔레노이드 밸브(440)에 의해 차단된다.
이 상태에서 상부공간과 상부연결관(431)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)와 하부공간과 하부연결관(432)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)는 압력의 균형을 이루게 되므로 실린더(410) 내에서 진동감쇄유체(F) 내에 삽입되어 있는 피스톤(420)은 상하로 이동할 수 없게 되며, 따라서 하부다리(132)를 올리거나 내리려고 하더라도 진동감쇄유체(F)의 압력에 의하여 하부다리(132)는 상하로 이동하지 않게 된다.
진동감쇄수단(400)의 솔레노이드 전원스위치(450)를 온으로 하면, 도 7의 (b) 및 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 솔레노이드(445)가 작동하여 스풀(442)을 스프링(446)에 대항하여 밀게 되며, 스풀(442)이 우측으로 밀린 상태로 되고, 이 상태에서는 스풀(442)에 구비된 개폐부(444)가 포트1, 2(P1, P2) 사이에서 벗어나게 되어 포트1, 2(P1, P2) 사이가 개방되며, 피스톤(420)을 기준으로 상부공간과 상부연결관(431)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)와 하부공간과 하부연결관(432)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)는 솔레노이드 밸브(440)의 포트1, 2(P1, P2)를 통해 서로 왕래할 수 있는 상태로 된다.
이 상태에서는 하부다리(132)를 올리면 하부다리(132)의 상단에 일체로 형성된 피스톤(420)이 상부공간의 진동감쇄유체(F)를 밀어 올리게 되고, 상부공간의 진동감쇄유체(F)가 실린더(410)의 상부공간에서 상부연결관(431), 포트1(P1), 밸브본체(441)의 내부공간, 포트2(P2), 하부연결관(432)을 통해 실린더(410)의 하부공간으로 유입되며, 하부다리(132)를 내리면 하부다리(132)의 상단에 일체로 형성된 피스톤(420)이 하부공간의 진동감쇄유체(F)를 밑으로 누르게 되고, 하부공간의 진동감쇄유체(F)가 실린더(410)의 하부공간에서 하부연결관(432), 포트2(P2), 밸브본체(441)의 내부공간, 포트1(P1), 상부연결관(431)을 통해 실린더(410)의 상부공간으로 유입된다.
따라서 다리(130)의 길이를 조절하여 삼각대(100)의 높이를 조절할 수 있으며, 이에 따라 삼각대(100)에 3축 짐벌(300)을 통해 결합되어 있는 스타프(200)의 높낮이를 조절할 수 있게 된다.
다리(130)의 길이 조절이 완료되면, 솔레노이드 전원스위치(450)를 오프로 하여 하부다리(132)가 상하로 이동하지 않도록 고정한다.
이와 같이 본 발명의 수준측량용 스태빌라이저에 의하면 스타프(200)의 높낮이를 조절함에 있어서 나사를 풀고 조이는 번거로운 과정을 거치지 않고 솔레노이드 전원스위치(450)를 온오프하는 것에 의하여 스타프(200)의 높낮이를 신속 간편하게 조절할 수 있게 된다.
[삼각대의 보관 및 설치 과정]
삼각대(100)는 접은 상태로 보관 및 운반하고, 벌린 상태에서 하부다리(132)의 하단을 지면에 착지하고 측량 작업을 수행할 수 있게 된다. 삼각대(100)는 지지암(120)과 상부다리(131)의 힌지부(121, 133) 및 힌지핀(134)에 의하여 도 3에 도시한 바와 같이 접은 상태와 도 4에 도시한 바와 같이 벌린 상태로 가변될 수 있다.
삼각대를 설치할 경우에는 상술한 바와 같이, 솔레노이드 전원스위치(450)를 오프로 하여 솔레노이드 밸브(440)가 폐쇄된 상태로 되어 하부다기(132)를 올리거나 내리려고 하더라도 진동감쇄유체(F)의 압력에 의하여 하부다리(132)가 상하로 이동하지 않게 고정한다.
[3축 짐벌의 작용]
3축 짐벌(300)은 수준 관측점에 설치한 상태에서 지면의 경사도나 장비의 설치 상태에 무관하게 스타프(200)가 항상 연직방향을 향하도록 작동한다.
즉, 스타프(200)의 상면에 부착된 경사도감지센서(361)는 연직방향에 대한 스타프(200)의 경사도를 감지하여 경사도감지신호를 출력하게 되고, 회전모터 제어부(362)는 경사도감지센서(361)에서 출력되는 경사도감지신호에 따라 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)를 정역회전시키기 위한 구동명령을 출력하며, 회전모터 제어부(362)의 구동명령에 따라 회전모터 구동부(363)가 z축회전모터(310)와 x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)를 정회전 또는 역회전시키게 되며, 이에 따라 z축회전 x축지지부재(320)와 x축회전 y축지지부재(340) 및 y축회전부재(360)를 회전시키게 된다.
이에 따라 y축회전부재(360)의 상면에 부착된 스타프(200)가 항상 연직방향을 향하게 되어 수준측량을 정확하게 수행할 수 있게 된다.
여기서 스타프(200)가 연직방향을 향하는 것은 반드시 z축방향 모터축(311), x축방향 모터축(331) 및 y축방향 모터축(351)이 직각좌표계의 3축에 일치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
즉, z축방향 모터축(311), x축방향 모터축(331) 및 y축방향 모터축(351)이 직각좌표계의 3축에 일치하지 않더라도 스타프(200)가 연직방향을 향하도록 할 수 있는 것이다.
따라서 본 발명의 수준측량용 스태빌라이저에 의하면 스타프(200)를 항상 연직방향을 향하도록 유지할 수 있으므로 보다 정밀한 수준측량을 수행할 수 있게 된다.
[진동감쇄 작용]
진동감쇄수단(400)의 솔레노이드 전원스위치(450)를 오프로 하면, 도 7의 (a) 및 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 스풀(442)이 좌측으로 밀린 상태로 되고, 이 상태에서는 스풀(442)에 구비된 개폐부(444)가 포트(P1, P2) 사이를 폐쇄하게 되며, 피스톤(420)을 기준으로 상부공간과 상부연결관(431)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)와 하부공간과 하부연결관(432)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)가 솔레노이드 밸브(440)에 의해 차단된다.
이 상태에서 상부공간과 상부연결관(431)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)와 하부공간과 하부연결관(432)에 충전되어 있는 진동감쇄유체(F)는 압력의 균형을 이루게 되므로 실린더(410) 내에서 진동감쇄유체(F) 내에 삽입되어 있는 피스톤(420)은 상하로 이동할 수 없게 되며, 따라서 하부다리(132)를 밀어 올리거나 상부다리(131)를 밀어 내리려고 하더라도 진동감쇄유체(F)의 압력에 의하여 상부다리(131)와 하부다리(132)는 상하로 이동하지 않게 된다.
이 상태에서 수준측량 작업을 수행하게 되는데, 삼각대(100)에 지면으로부터 진동이 가해질 경우, 지면에 착지된 하부다리(132)의 상단에 일체로 형성된 피스톤(420)이 실린더(410) 내에 충전된 진동감쇄유체(F) 내에 삽입되어 있으므로 하부다리(132)에 가해진 진동이 진동감쇄유체(F)에 의해 감쇄되어 진동이 상부다리(131)와, 지지암(120), 상단지지대(110) 및 3축 짐벌(300)을 통해 스타프(200)에 전달되는 것을 방지하게 된다.
또한 하부다리(132)의 상단에 일체로 형성된 피스톤(420)의 외주면에는 오링(422)이 끼워져 있어 피스톤(420)이 실린더(410)의 내주면에 직접 접촉하지 않고 오링(422)을 통해 간접적으로 접촉되며, 하부다리 가이드(430)의 안내공(433)의 내주면에는 오링(435)이 끼워져 있어 하부다리(132)의 외주면이 하부다리 가이드(430)의 안내공(433)의 내주면에 직접 접촉하지 않고 오링(435)을 통해 간접적으로 접촉하게 되어 있으므로 하부다리(132)에 가해지는 진동이 감쇄되어 하부다리(132), 하부다리 가이드(430), 피스톤(420), 실린더(410) 및 상부다리(131)를 통해 삼각대(100)와 3축 짐벌(300) 및 스타프(200)에 진동이 전달되지 않아 수준측량시 진동에 의한 영향을 최소화하여 관측값 오차영향을 줄이고 관측 결과값의 신뢰도를 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 삼각대 110 : 상단지지대
131 : 상부다리 132 : 하부다리
200 : 스타프 300 : 3축 짐벌
310 : z축회전모터 320 : z축회전 x축지지부재
330 : x축회전모터 340 : x축회전 y축지지부재
350 : y축회전모터 360 : 회전모터 제어장치
361 : 경사도감지센서 362 : 회전모터 제어부
363 : 회전모터 구동부 364 : 회전모터 전원스위치
400 : 진동감쇄수단 410 : 밀봉부재
420 : 피스톤 431 : 상부연결관
432 : 하부연결관 440 : 솔레노이드 밸브
441 : 밸브본체 442 : 스풀
445 : 솔레노이드 446 : 스프링
450 : 솔레노이드 전원스위치
131 : 상부다리 132 : 하부다리
200 : 스타프 300 : 3축 짐벌
310 : z축회전모터 320 : z축회전 x축지지부재
330 : x축회전모터 340 : x축회전 y축지지부재
350 : y축회전모터 360 : 회전모터 제어장치
361 : 경사도감지센서 362 : 회전모터 제어부
363 : 회전모터 구동부 364 : 회전모터 전원스위치
400 : 진동감쇄수단 410 : 밀봉부재
420 : 피스톤 431 : 상부연결관
432 : 하부연결관 440 : 솔레노이드 밸브
441 : 밸브본체 442 : 스풀
445 : 솔레노이드 446 : 스프링
450 : 솔레노이드 전원스위치
Claims (1)
- 상단지지대(110)와, 상기 상단지지대(110)의 외주부에서 방사상으로 연장 형성된 3개의 지지암(120)과, 상기 지지암(120)에 상단이 접이식으로 연결됨과 아울러 길이조절 가능하게 설치되는 3개의 다리(130)를 포함하는 삼각대(100)와; 상기 상단지지대(110)의 하방에 배치되는 스타프(200)와; 상기 상단지지대(110)에 결합되어 스타프(200)를 x축, y축 및 z축으로 지지함과 아울러 스타프(200)가 항상 연직방향을 향하도록 하는 3축 짐벌(300); 및 상기 삼각대(100)의 높낮이를 조절함과 아울러 삼각대(100)에 가해지는 진동이 스타프(200)에 전달되는 것을 방지하기 위한 진동감쇄수단(400); 을 포함하여 구성되며,
상기 다리(130)는 지지암(120)의 바깥쪽 단부에 회동 가능하게 연결되며 상단이 폐쇄되고 하단이 개방된 원통형으로 형성되어 내부공간에 진동감쇄유체(F)가 가압 충전되는 상부다리(131)와, 상기 상부다리(131)의 내부에 삽입될 수 있는 외경을 가지는 환봉 형태로 형성되는 하부다리(132)로 구성되고,
상기 스타프(200)는 눈금(210)이 새져진 전면이 상기 삼각대(100)의 3개의 다리 중 2개의 사이를 향하도록 배치되며,
상기 3축 짐벌(300)은, 상기 상단지지대(110)의 중앙 상면에 장착되며 z축방향 모터축(311)이 상단지지대(110)를 관통하여 하향연장되는 z축회전모터(310)와; 상기 z축회전모터(310)의 모터축(311)의 하단에 고정결합되는 z축회전 x축지지부재(320)와; 상기 z축회전 x축지지부재(320)에 장착되며 x축방향 모터축(331)이 z축회전 x축지지부재(320)를 관통하여 x축방향으로 연장되는 x축회전모터(330)와; 상기 x축회전모터(330)의 x축방향 모터축(331)에 고정결합되는 x축회전 y축지지부재(340)와; 상기 x축회전 y축지지부재(340)에 장착되며 y축방향 모터축(351)이 x축회전 y축지지부재(340)를 관통하여 y축방향으로 연장되어 상기 스타프(200)의 양측면 중간부에 고정되는 y축회전모터(350)와; 및 상기 스타프(200)의 연직방향에 대한 경사도에 따라 상기 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)를 제어하여 스타프(200)가 항상 연직방향을 향하도록 하는 회전모터 제어장치(360); 를 포함하여 구성되며,
상기 z축회전 x축지지부재(320)는 z축방향 모터축(311)의 하단에 고정결합되는 모터축 결합판(321)과, 상기 모터축 결합판(321)의 일측단에서 하향 절곡되어 상기 x축회전모터(330)가 장착되는 모터장착판(322)을 포함하고,
상기 x축회전 y축지지부재(340)는 x축방향 모터축(331)에 고정결합되는 모터축 결합판(341)과, 상기 모터축 결합판(341)의 일단에서 x축방향으로 절곡 연장되는 모터장착판(342) 및 상기 모터축 결합판(341)의 타단에서 x축방향으로 절곡 연장되는 축지지판(343)을 포함하며,
상기 회전모터 제어장치(360)는, 상기 스타프(200)의 상면에 장착되어 연직방향에 대한 스타프(200)의 경사도를 감지하여 경사도감지신호를 출력하는 경사도감지센서(361)와, 상기 경사도감지센서(361)에서 출력하는 경사도감지신호에 따라 상기 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)에 대한 구동명령을 출력하는 회전모터 제어부(362) 및, 회전모터 제어부(362)의 구동명령에 따라 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350)를 구동하는 회전모터 구동부(363)를 포함하여 구성되고,
상기 진동감쇄수단(400)은 상기 상부다리(131)의 하단에 결합되어 상부다리(131)의 내부에 가압 충전된 진동감쇄유체(F)가 유출되지 않도록 밀봉함과 아울러 하부다리(132)를 승강 가능하게 안내하는 밀봉부재(410)와; 상기 하부다리(132)의 상단에 일체로 형성되어 상기 상부다리(131)의 내부에 승강 가능하게 삽입되는 피스톤(420)과; 상기 상부다리(131)의 상단에 연결되는 상부연결관(431)과, 상기 상부다리(131)의 하단에 연결되는 하부연결관(432)과; 상기 상부연결관(431)과 하부연결관(432) 사이에 설치되어 상부연결관(431)과 하부연결관(432)을 연통되게 하거나 차단하는 솔레노이드 밸브(440)와; 상기 솔레노이드 밸브(440)의 전원을 온오프하는 솔레노이드 전원스위치(450); 를 포함하여 구성되며,
상기 솔레노이드 밸브(440)는 상기 상부연결관(431)에 연결되는 포트1(P1)과 상기 하부연결관(432)에 연결되는 포트2(P2)가 구비된 밸브본체(441)와, 상기 밸브본체(441) 내에 슬라이드 가능하게 설치되는 로드(443)와 상기 로드(443)에 일체로 형성되어 상기 2개의 포트(P1, P2)를 개폐하는 개폐부(444)가 구비된 스풀(442)과, 상기 스풀(442)을 개방 위치로 작동시키는 솔레노이드(445) 및, 상기 스풀(442)을 폐쇄 위치로 작동시키는 스프링(446)을 포함하여 구성되고,
상기 경사도감지센서(361)와 회전모터 제어부(362)와 회전모터 구동부(363) 및 z축회전모터(310), x축회전모터(330) 및 y축회전모터(350), 그리고 솔레노이드(444)에 전원을 공급하기 위한 배터리(B)가 상단지지대(110)의 상면에 장착되는 수준측량용 스태빌라이저.
Priority Applications (1)
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| KR20140121925A KR101480719B1 (ko) | 2014-09-15 | 2014-09-15 | 수준측량용 스태빌라이저 |
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