KR101602379B1 - 교호집성재용 라미나 수율 예측방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다음 단계를 포함하는 교호집성재용 라미나(laminar) 수율 예측방법 및 이를 이용한 라미나 제작방법에 관한 것이다. (a) 대상 목재의 말구(末口)를 포함하는 제1구역(R1)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제1구역은 말구의 말단면을 밑면으로 하고 상기 제1구역의 밑면에서 원구(元口)의 말단면까지의 길이를 높이로 포함하는 육면체이고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 말구를 포함하는 정방형을 이용하여 산출하고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 제1구역의 전체 부피에 대한 제1구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하며; (b) 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외하고 라미나 제제가 가능한 제2구역(R2)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제2구역은 대상 목재의 원구(元口)의 말단면에서 상기 제1구역의 밑면을 제외한 부분을 제2구역의 밑면으로 하고 상기 제2구역의 밑면에서 말구의 말단면까지의 길이를 높이로 하는 대략 뿔 형상의 기둥이며, 상기 제2구역의 라미나 수율은 제2구역의 전체 부피에 대한 제2구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하고; 및 (c) 상기 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출하는 단계. 본 발명의 방법은 국산재의 형질을 고려하여 최대의 수율을 얻기 위한 예측기술로서, 국내 제재소나 집성재 공장에서 이윤 창출을 위해 필수적으로 필요한 기술이므로 본 발명의 수율예측에 관한 방법의 산업적 이용가능성은 매우 높다. 본 발명에서 제공하는 수율 예측식을 이용하여 원목의 형질을 고려하여 라미나의 크기에 따른 최대의 수율을 예측할 수 있다.

Description

교호집성재용 라미나 수율 예측방법{A Method for Predicting Yield of Laminar for Cross Laminated Timber}
본 발명은 교호집성재용 라미나 수율 예측방법에 관한 것이다.
최근 건축을 위한 가공목재품인 교호집성재(Cross Laminated Timber, CLT)에 대한 관심이 높아지고 있다. XLAM (Cross-Lam)은 교호집성재를 제작하기 위한 공법으로서 목재 판재가 서로 90도 교차하도록 제작하기 때문에 교호집성재는 기존 목재품과 비교하여 차음성 및 내구성에서 탁월한 우위를 보인다. 즉, 교호집성재는 상하 목재 판재가 직교로 부착되어 있으므로 한 방향으로 출시되던 기존 제품과 비교하여 수직 또는 수평으로 가해지는 압력에 대하여 저항성이 크고, 판재와 판재 사이에 밀도가 낮은 각목을 삽입할 경우 흡음 성능이 개선되어 차음성이 향상되고 단열성이 높아지는 효과를 보인다.
친환경 건축이 주목을 받고 있는 현재 영국이나 북미에서는 교호집성재(Cross Laminated Timber)를 활용하여 고층의 목조건축물이 축조되고 있다. 국내에서는 목조건축의 수요가 증가하고 있으나, 대부분 저층 주택용으로 목조건축물의 다양성이 떨어진다. 건축물의 고층화 시대에 발맞춰 국내 또한 교호집성재를 활용한 목조건축의 고층화가 필요하다. 하지만 국산재를 활용한 교호집성재를 제작하기 위한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 발명자들은 기하학적 분석을 통하여 국산재를 활용한 교호집성재를 제작 시 최적의 수율을 얻기 위한 라미나 크기 분석방법을 제공하고자 한다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허 문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명자들은 국산재를 활용한 교호집성재 제작 시 라미나의 최대 수율을 예측하기 위한 방법을 개발하고자 예의 연구 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 기하학적 분석을 통하여 최적의 수율을 얻기 위한 라미나 크기를 분석하는 방법을 개발하였다. 본 발명에서 제공하는 수학식을 통하여 대상 목재의 말구에서 정방형 부분을 포함하는 제1구역의 수율을 산출하고, 상기 제1구역을 제외한 나머지 부분(제2구역)에서 제재가 가능한 부분에서의 수율을 각재의 두께 및 경사각에 따라 각재의 길이를 산출하여, 원목의 형질을 고려한 라미나의 크기에 따른 수율 예측이 가능함을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서 본 발명의 목적은 교호집성재용 라미나 수율 예측방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 교호집성재용 라미나 제작방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 교호집성재용 라미나 수율을 예측하도록 컴퓨터 프로세서를 지시하는 지시사항(instructions)이 포함된(embodied) 컴퓨터-독해가능한(computer-readable) 저장 매체를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 교호집성재용 라미나(laminar) 수율을 예측하기 위한 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 교호집성재용 라미나(laminar) 수율 예측방법을 제공한다:
(a) 대상 목재의 말구(末口)를 포함하는 제1구역(R1)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제1구역은 말구의 말단면을 밑면으로 하고 상기 제1구역의 밑면에서 원구(元口)의 말단면까지의 길이를 높이로 포함하는 육면체이고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 말구를 포함하는 정방형을 이용하여 산출하고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 제1구역의 전체 부피에 대한 제1구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하며;
(b) 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외하고 라미나 제제가 가능한 제2구역(R2)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제2구역은 대상 목재의 원구(元口)의 말단면에서 상기 제1구역의 밑면을 제외한 부분을 제2구역의 밑면으로 하고 상기 제2구역의 밑면에서 말구의 말단면까지의 길이를 높이로 하는 대략 뿔 형상의 기둥이며, 상기 제2구역의 라미나 수율은 제2구역의 전체 부피에 대한 제2구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하고; 및
(c) 상기 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출한다.
본 발명자들은 국산재를 활용한 교호집성재 제작 시 라미나의 최대 수율을 예측하기 위한 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 기하학적 분석을 통하여 최적의 수율을 얻기 위한 라미나 크기를 분석하는 방법을 개발하였다. 본 발명에서 제공하는 수학식을 통하여 대상 목재의 말구에서 정방형 부분을 포함하는 제1구역의 수율을 산출하고, 상기 제1구역을 제외한 나머지 부분(제2구역)에서 제재가 가능한 부분에서의 수율을 각재의 두께 및 경사각에 따라 각재의 길이를 산출하여, 원목의 형질을 고려한 라미나의 크기에 따른 수율 예측이 가능함을 확인하였다.
국산재의 형질을 고려하여 최대의 수율을 얻기 위한 예측기술의 개발은 국내 제재소나 집성재 공장에서 이윤 창출을 위해 필수적으로 필요한 기술이다. 원목의 형질과 라미나의 크기에 따라 수율이 매우 달라지며, 수율에 따른 이윤의 격차가 매우 크기 때문이다. 본 발명의 수율예측에 관한 수학식에 대한 산업적 이용가능성은 매우 높다고 볼 수 있다.
본 발명에서 제공하는 수율 예측식을 이용하여 원목의 형질을 고려하여 라미나의 크기에 따른 최대의 수율을 예측할 수 있는데, 즉 원목의 형질을 기하학적으로 분석하여 라미나의 크기에 따른 수율 예측식을 도출하고, 원목의 형질과 라미나의 크기에 따른 수율 예측을 가능하게 하는 것이다.
본 명세서에서 용어 “말구(末口)”는 대상 목재에 있어서 나뭇가지 방향에 가까운 부분을 의미한다. 말구는 원구와 비교하여 직경이 가늘고 둥글다. 본 발명에서 제1구역은 상기 말구를 기준으로 하여 지정된다.
본 명세서에서 용어 “원구(元口)”는 대상 목재에 있어서 뿌리 방향에 가까운 부분을 의미한다. 본 발명에서 제2구역은 상기 원구를 기준으로 하여 지정된다.
아래에서 이와 같은 본 발명에 따른 교호집성재용 라미나(laminar) 수율 예측방법에 대하여 구체적으로 설명한다:
단계 (a): 제1구역( R 1 )의 라미나 수율 산출
우선, 대상 목재의 말구(末口)를 포함하는 제1구역(R1)의 라미나 수율을 산출한다. 상기 제1구역은 말구의 말단면을 밑면으로 하고 상기 제1구역의 밑면에서 원구(元口)의 말단면까지의 길이를 높이로 포함하는 육면체이다.
제1구역의 라미나 수율은 말구를 포함하는 정방형을 이용하여 산출하고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 제1구역의 전체 부피에 대한 제1구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출한다.
제1구역의 라미나 수율은 다음의 순서로 구할 수 있다:
(a-1) 상기 정방형의 너비(W), 라미나의 너비(w1i) 및 너비 방향에서의 개수(n1i), 라미나의 두께(t1i) 및 두께 방향에서의 개수(n2i), 정방형의 라미나 넓이 및 대상 목재의 절단으로 인한 소실 넓이 포함하는 정방형 일 면의 넓이를 각각 구한다.
상기 “정방형”은 대상 목재의 말구를 포함하는 제1구역 중에서, 말구의 말단면을 한 면으로 포함하는 정육면체를 의미한다. 제1구역은 육면체로서 그의 높이(길이)에 따라 다수 개의 정방형을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 대상 목재의 정방형의 너비(W), 라미나의 너비(w1i) 및 너비 방향에서의 개수(n1i), 라미나의 두께(t1i) 및 두께 방향에서의 개수(n2i)는 각각 하기 수학식 1 내지 수학식 3으로부터 산출한다. 하기기 수학식에서 D1은 제재 전 대상 목재의 직경이고, st는 대상 목재 절단 도구의 두께이다.
수학식 1
Figure 112014047449063-pat00001

수학식 2
Figure 112014047449063-pat00002

수학식 3
Figure 112014047449063-pat00003

한편, 상기 대상 목재의 절단으로 인한 소실 넓이 포함하는 정방형 일 면의 넓이는 하기 수학식 4로부터 산출할 수 있다. 하기 수학식에서 D1은 제재 전 대상 목재 말구의 직경이고, st는대상 목재 절단 도구의 두께이다.
수학식 4
Figure 112014047449063-pat00004

(a-2) 제재 시 각재의 전체 부피(V1r) 및 제1구역의 전체 부피(V1t)를 구한다. 제1구역의 전체 부피(V1t)는 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피를 포함하여 구하여 진다.
상기 제재 시 각재의 전체 부피(V1r) 및 제1구역의 전체 부피(V1t)는 각각 하기 수학식 5 및 수학식 6으로부터 산출할 수 있다. 상기 제재 시 각재의 전체 부피(V1r)는 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피를 포함하지 않는다. 하기 수학식에서 L은 제재 전 대상 목재의 전체 길이이다.
수학식 5
Figure 112014047449063-pat00005

수학식 6
Figure 112014047449063-pat00006

(a-3) 상기 제1구역의 라미나 수율을 산출한다.
단계 (b): 제2구역( R 2 )의 라미나 수율 산출
이어 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외하고 라미나 제제가 가능한 제2구역(R2)의 라미나 수율을 산출한다. 상기 제2구역은 대상 목재의 원구(元口)의 말단면에서 상기 제1구역의 밑면을 제외한 부분을 제2구역의 밑면으로 하고 상기 제2구역의 밑면에서 말구의 말단면까지의 길이를 높이로 하는 대략 뿔 형상의 기둥이다.
상기 제2구역의 라미나 수율은 제2구역의 전체 부피에 대한 제2구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출한다.
제2구역의 라미나 수율은 다음의 순서로 구할 수 있다:
(b-1) 대상 목재의 원구(元口) 부분의 직경(D2), 제1구역의 정방형의 너비(W), 제2구역의 밑면과 제2구역의 외측면 전체가 이루는 각도(θ1), 라미나의 밑면 및 두께에 따른 각 라미나의 높이와 제2구역의 외측면이 접하는 지점까지의 빗면이 이루는 각도(θ2), 라미나의 너비(w2i) 및 너비 방향에서의 개수(n4i), 라미나의 두께(t2i) 및 두께 방향에서의 개수(n5i), 및 제제 시 각 라미나의 높이(Ln, n은 자연수)를 각각 구한다.
상기 제2구역의 밑면과 제2구역의 외측면 전체가 이루는 각도(θ1), 라미나의 밑면 및 두께에 따른 각 라미나의 높이와 제2구역의 외측면이 접하는 지점까지의 빗면이 이루는 각도(θ2), 및 두께에 따른 각 라미나의 높이(Ln)는 각각 하기 수학식 10 내지 수학식 12로부터 산출한다. 하기 수학식에서, L1은 제2구역의 라미나 중 제1구역과 접하는 라미나의 높이이고 L2는 제2구역의 라미나 중 상기 L1과 접하는 라미나의 높이이다(도 3b 참조).
수학식 10
Figure 112014047449063-pat00007

수학식 11
Figure 112014047449063-pat00008

수학식 12
Figure 112015096102963-pat00052
한편, 상기 라미나의 너비 방향에서의 개수(n4i) 및 라미나의 두께 방향에서의 개수(n5i)는 각각 하기 수학식 13 및 수학식 14로부터 산출할 수 있다. 하기 수학식에서 st는 대상 목재 절단 도구의 두께이고, A는 이고, 상기 X는 이며, 상기 r은 대상 목재의 원구부분의 반지름이다.
수학식 13
Figure 112014047449063-pat00010

수학식 14
Figure 112014047449063-pat00011

(b-2) 제2구역의 전체 부피(V2t), 제재 시 각재의 전체 부피(V2r) 및 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피를 포함하는 각재의 전체 부피를 구한다. 상기 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피는 절단 시 톱밥의 부피를 의미한다.
상기 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피를 포함하는 각재의 전체 부피는 하기 수학식 15로부터 산출할 수 있다. 하기 수학식에서 st는 대상 목재 절단 도구의 두께이다.
수학식 15
Figure 112014047449063-pat00012

상기 각재의 전체 부피(V2r) 및 제2구역의 전체 부피(V2t)는 각각 하기 수학식 16 및 수학식 17로부터 산출할 수 있다. 하기 수학식에서 L은 제재 전 대상 목재의 전체 길이이며, 상기 각재의 전체 부피(V2r)는 제제 후의 각재의 전체 부피를 의미하며, 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피를 포함하지 않고, 수학식 12에서 산출한 각재의 높이를 곱하여 산출할 수 있다.
수학식 16
Figure 112015096102963-pat00053
수학식 17
Figure 112014047449063-pat00014

(b-3) 제2구역의 라미나 수율을 산출한다. 전체 라미나 수율은 수학식 18에 의한다.
수학식 18
Figure 112014047449063-pat00015

단계 (c): 대상 목재 전체의 라미나 수율 산출
최종적으로 상기 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 교호집성재용 라미나(laminar)의 제작방법을 제공한다:
(a) 라미나를 제작하기 위한 대상 목재를 선정하는 단계;
(b) 라미나(laminar) 최대 수율을 예측하여, 상기 대상 목재의 절단 방법을 결정하는 단계로서, (ⅰ) 대상 목재의 말구(末口)를 포함하는 제1구역(R1)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제1구역은 말구의 말단면을 밑면으로 하고 상기 제1구역의 밑면에서 원구(元口)의 말단면까지의 길이를 높이로 포함하는 육면체이고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 말구를 포함하는 정방형의 수율을 이용하여 산출하고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 제1구역의 전체 부피에 대한 제1구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하며; (ⅱ) 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외하고 라미나 제제가 가능한 제2구역(R2)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제2구역은 대상 목재의 원구(元口)의 말단면에서 상기 제1구역의 밑면을 제외한 부분을 제2구역의 밑면으로 하고 상기 제2구역의 밑면에서 말구의 말단면까지의 길이를 높이로 하는 대략 뿔 형상의 기둥이며, 상기 제2구역의 라미나 수율은 제2구역의 전체 부피에 대한 제2구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하고; 및 (ⅲ) 상기 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출하여, 최대 수율을 나타내는 라미나의 절단 크기를 결정하며; 및
(c) 상기 단계 (b)에서 결정된 크기로서 상기 대상 목재를 절단하는 단계.
본 발명의 교호집성재용 라미나(laminar)의 제작방법은 상술한 본 발명의 교호집성재용 라미나(laminar)의 수율 예측방법을 이용한 것으로서, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
본 발명의 제작방법을 각각의 단계 별로 상세하게 설명하면 다음과 같다:
우선, 라미나를 제작하기 위한 대상 목재를 선정한다.
상기 대상 목재는 라미나를 제작하기 위해 사용되는 공지된 다양한 목재를 포함한다.
이어, 본 발명의 라미나 수율 예측방법을 이용하여 대상 목재의 절단 방법을 결정한다. 즉, 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 전체 대상 목재의 라미나 수율을 산출하는 방법을 이용하여, 최대 수율을 나타내는 라미나의 절단 크기 및 개수를 결정한다.
최종적으로 상기 단계 (b)에서 결정된 라미나의 크기로서 대상 목재를 절단한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 하기의 단계를 실시하도록 컴퓨터 프로세서를 지시하는 지시사항(instructions)이 포함된(embodied) 컴퓨터-독해가능한(computer-readable) 저장 매체를 제공한다:
(a) 대상 목재의 말구(末口)를 포함하는 제1구역(R1)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제1구역은 말구의 말단면을 밑면으로 하고 상기 제1구역의 밑면에서 원구(元口)의 말단면까지의 길이를 높이로 포함하는 육면체이고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 말구를 포함하는 정방형의 수율을 이용하여 산출하고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 제1구역의 전체 부피에 대한 제1구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하며;
(b) 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외하고 라미나 제제가 가능한 제2구역(R2)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제2구역은 대상 목재의 원구(元口)의 말단면에서 상기 제1구역의 밑면을 제외한 부분을 제2구역의 밑면으로 하고 상기 제2구역의 밑면에서 말구의 말단면까지의 길이를 높이로 하는 대략 뿔 형상의 기둥이며, 상기 제2구역의 라미나 수율은 제2구역의 전체 부피에 대한 제2구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하고; 및
(c) 상기 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출하는 단계.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음을 포함하는 교호집성재용 라미나(laminar) 수율을 예측하기 위한 시스템을 제공한다:
(a) 컴퓨터 프로세서; 및
(b) 상기 프로세서와 커플링된 상기 제 12 항의 컴퓨터-독해가능한(computer-readable) 저장 매체.
본 발명의 저장매체 및 시스템은 상술한 본 발명의 방법을 실시하기 위한 것으로서, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
본 발명의 저장 매체는 특별하게 제한되지 않으며, 당업계에 공지된 다양한 저장 매체, 예컨대, CD-R, CD-ROM, DVD, 케리어 웨이브에 내포된 데이터 시그널, 플래쉬 메모리, 플로피 디스크, 하드 드라이브, 마그네틱 테이프, MINIDISC, 비휘발성 메모리 카드, EEPROM, 광학 디스크, 광학 저장매체, RAM, ROM, 시스템 메모리 및 웹 서버를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 시스템은 다양한 방식으로 구축될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 시스템은 멀티-프로세서 컴퓨터 어레이, 웹 서버 및 멀티-유저/인터액티브 시스템 등으로 구축될 수 있다.
본 발명의 시스템은 다양한 요소(element)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1구역(R1)의 라미나 수율 계산을 위해 필요한 인자(factor)(예컨대, 정방형의 너비(W), 라미나의 너비(w1i) 및 너비 방향에서의 개수(n1i), 라미나의 두께(t1i) 및 두께 방향에서의 개수(n2i), 정방형의 라미나 넓이, 대상 목재의 절단으로 인한 소실 넓이 포함하는 정방형 일 면의 넓이, 제재 전 대상 목재의 직경, 대상 목재 절단 도구의 두께)의 정보 저장 데이터베이스, 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율을 계산하기 위한 수학식의 정보 저장 데이터베이스, 상기 인자들 및 수학식을 이용하여 라미나 수율을 계산하는 컴퓨터 프로세서, 라미나 수율에 따른 라미나 크기(넓이 및 두께)의 매트릭스를 작성하는 프로세서 및 최적의 라미나 제작 크기를 결정하는 프로세서를 포함하도록 구축할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(a) 본 발명은 교호집성재용 라미나(laminar) 수율 예측방법 및 이를 이용한 라미나 제작방법에 관한 것이다.
(b) 본 발명의 방법은 국산재의 형질을 고려하여 최대의 수율을 얻기 위한 예측기술로서, 국내 제재소나 집성재 공장에서 이윤 창출을 위해 필수적으로 필요한 기술이므로 본 발명의 수율예측에 관한 방법의 산업적 이용가능성은 매우 높다.
(c) 본 발명에서 제공하는 수율 예측식을 이용하여 원목의 형질을 고려하여 라미나의 크기에 따른 최대의 수율을 예측할 수 있다.
도 1은 말구 직경(D1)에서 제재 가능한 라미나 두께(t), 폭(w), 폭방향 개수(n1), 두께방향 개수(n2) 및 톱 두께(st)를 나타낸 것이다.
도 2는 원구 직경(D2)에서 제재가능 한 각재(R2)를 나타낸 것이다.
도 3은 R2에서 각재의 두께 및 경사각에 따른 각재 길이를 나타낸 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
제1구역(Region 1, R1)은 말구(末口)에서 정방형 부분에서의 수율을 도 1과 같이 2차원적인 라미나(laminar)를 통해서 산출한다. 말구는 원목의 길이를 통해 일관된 단면(cross section)을 가지는데 사용된다. 정방형의 너비(W)는 수학식 1로부터 원목의 직경이 주어짐으로써 확인할 수 있다. 라미나의 너비와 그 방향에서의 개수는 수학식 2로부터 확인할 수 있다. 라미나의 두께와 그 방향에서의 개수는 식 수학3으로부터 확인할 수 있다. 정방향 부분에서의 톱밥의 넓이를 포함한 전체 라미나의 넓이는 수학식 4를 통하여 확인할 수 있다. 제재하였을 때 생산되는 각재의 전체 부피는 수학식 5와 같이 원목의 길이를 곱하여 산출할 수 있다. R1부분의 원목의 전체 부피는 식 수학6을 통하여 확인할 수 있다. 그러므로 R1부분의 수율은 수학식 7을 통해서 산출할 수 있다.
수학식 1
Figure 112014047449063-pat00016

수학식 2
Figure 112014047449063-pat00017

수학식 3
Figure 112014047449063-pat00018
수학식 4
Figure 112014047449063-pat00019

수학식 5
Figure 112014047449063-pat00020

수학식 6
Figure 112014047449063-pat00021

수학식 7
Figure 112014047449063-pat00022

D1: 원목의 직경
W: 정방형 부분의 너비
w: 라미나의 너비
t: 라미나의 두께
n1: 정방형 부분에서 너비 방향으로 잘린 라미나의 개수
n2: 정방형 부분에서 두께 방향으로 잘린 라미나의 개수
st: 톱날 두께
도 2는 원목에서 R1의 부분을 제외하고, 라미나 제재가 가능한 제2구역(Region 2, R2)을 보여준다. 원목의 중심에서 R2의 끝부분까지의 거리(X)는 수학식 8로부터 산출할 수 있다. R2부분의 폭(A)는 수학식 9로부터 산출할 수 있다.
수학식 8
Figure 112014047449063-pat00023
수학식 9
Figure 112014047449063-pat00024

도 3은 원목의 말구 중심으로부터 길이방향으로 잘랐을 때 R2 부분을 보여준다. 원목의 원구에서 말구로 갈수록 지름이 줄어들기 때문에 기울기(θ)가 생기는데 원목의 부피를 구하기 위한 기울기(θ1)는 수학식 10으로부터 구할 수 있고 라미나의 길이를 구하기 위한 기울기(θ2)은 수학식 11로부터 구할 수 있다. 도 3b과 같이 R2부분은 경사진 삼각형으로 잘려지므로 각 라미나의 높이(L)가 다르다. 두께(t)에 따른 각 라미나의 길이(L)는 수학식 12로부터 구할 수 있다. 라미나의 너비(w)에 따른 개수는 수학식 13으로부터 확인할 수 있다. 라미나의 두께(t)에 따른 개수는 수학식 14로부터 확인할 수 있다. R2부분에서 톱밥의 부피를 포함한 전체 라미나의 부피는 수학식 15로부터 확인할 수 있다. 제재하였을 때 생산되는 각재의 전체 부피는 수학식 16과 같이 수학식 12에서 산출한 각재의 높이를 곱하여 산출할 수 있다. R2부분의 원목의 전체 부피는 수학식 17을 통하여 확인할 수 있다. 그러므로 R2 부분의 수율은 수학식 18을 통해서 확인할 수 있다.
수학식 10
Figure 112014047449063-pat00025

수학식 11
Figure 112014047449063-pat00026

수학식 12
Figure 112015096102963-pat00054
수학식 13
Figure 112014047449063-pat00028

수학식 14
Figure 112014047449063-pat00029

수학식 15
Figure 112014047449063-pat00030
수학식 16
Figure 112015096102963-pat00055
수학식 17
Figure 112014047449063-pat00032

수학식 18
Figure 112014047449063-pat00033

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 다음의 단계를 포함하는 라미나 수율 예측시스템을 이용한 교호집성재용 라미나(laminar) 수율 예측방법:
    (a) 사용자로부터 입력받은 제1구역(R1)에 대한 정보를 이용하여, 대상 목재의 말구(末口)를 포함하는 제1구역(R1)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제1구역은 말구의 말단면을 밑면으로 하고 상기 제1구역의 밑면에서 원구(元口)의 말단면까지의 길이를 높이로 포함하는 육면체이고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 말구를 포함하는 정방형을 이용하여 산출하고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 제1구역의 전체 부피에 대한 제1구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하며;
    (b) 사용자로부터 입력받은 제2구역(R2)에 대한 정보를 이용하여, 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외하고 라미나 제제가 가능한 제2구역(R2)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제2구역은 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외한 나머지 부분으로서, 상기 제2구역은 대상 목재의 원구(元口)의 말단면에서 상기 제1구역의 밑면을 제외한 부분을 제2구역의 밑면으로 하고 상기 제2구역의 밑면에서 말구의 말단면까지의 길이를 높이로 하며, 상기 제2구역의 라미나 수율은 제2구역의 전체 부피에 대한 제2구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하고; 및
    (c) 상기 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출하는 단계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1구역의 라미나 수율은 (ⅰ) 상기 정방형의 너비(W), 라미나의 너비(w1i) 및 너비 방향에서의 개수(n1i), 라미나의 두께(t1i) 및 두께 방향에서의 개수(n2i), 정방형의 라미나 넓이 및 대상 목재의 절단으로 인한 소실 넓이 포함하는 정방형 일 면의 넓이를 각각 구하고, (ⅱ) 제재 시 각재의 전체 부피(V1r) 및 제1구역의 전체 부피(V1t)를 구한 후, (ⅲ) 상기 제1구역의 라미나 수율을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 대상 목재의 정방형의 너비(W), 라미나의 너비(w1i) 및 너비 방향에서의 개수(n1i), 라미나의 두께(t1i) 및 두께 방향에서의 개수(n2i)는 각각 하기 수학식 1 내지 수학식 3으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    수학식 1
    Figure 112014047449063-pat00034


    수학식 2
    Figure 112014047449063-pat00035


    수학식 3
    Figure 112014047449063-pat00036


    상기 수학식에서 D1은 제재 전 대상 목재의 직경이고, st는 대상 목재 절단 도구의 두께이다.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 정방형 일 면의 넓이는 하기 수학식 4로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    수학식 4
    Figure 112014047449063-pat00037


    상기 수학식에서 D1은 제재 전 대상 목재 말구의 직경이고, st는 대상 목재 절단 도구의 두께이다.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제재 시 각재의 전체 부피(V1r) 및 제1구역의 전체 부피(V1t)는 각각 하기 수학식 5 및 수학식 6으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    수학식 5
    Figure 112014047449063-pat00038


    수학식 6
    Figure 112014047449063-pat00039


    상기 수학식에서 L은 제재 전 대상 목재의 전체 길이이다.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제2구역의 라미나 수율은 (ⅰ) 상기 대상 목재의 원구(元口) 부분의 직경(D2), 제1구역의 정방형의 너비(W), 제2구역의 밑면과 제2구역의 외측면 전체가 이루는 각도(θ1), 라미나의 밑면 및 두께에 따른 각 라미나의 높이와 제2구역의 외측면이 접하는 지점까지의 빗면이 이루는 각도(θ2), 라미나의 너비(w2i) 및 너비 방향에서의 개수(n4i), 라미나의 두께(t2i) 및 두께 방향에서의 개수(n5i), 및 제제 시 각 라미나의 높이(Ln, n은 자연수)를 각각 구하고, (ⅱ) 제2구역의 전체 부피(V2t), 제재 시 각재의 전체 부피(V2r) 및 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피를 포함하는 각재의 전체 부피를 구한 후, (ⅲ) 상기 제2구역의 라미나 수율을 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제2구역의 밑면과 제2구역의 외측면 전체가 이루는 각도(θ1), 라미나의 밑면 및 두께에 따른 각 라미나의 높이와 제2구역의 외측면이 접하는 지점까지의 빗면이 이루는 각도(θ2), 및 두께에 따른 각 라미나의 높이(Ln)는 각각 하기 수학식 10 내지 수학식 12로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    수학식 10
    Figure 112015096102963-pat00040


    수학식 11
    Figure 112015096102963-pat00041


    수학식 12
    Figure 112015096102963-pat00056

    상기 수학식에서, L1은 제2구역의 라미나 중 제1구역과 접하는 라미나의 높이이다.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 라미나의 너비 방향에서의 개수(n4i) 및 라미나의 두께 방향에서의 개수(n5i)는 각각 하기 수학식 13 및 수학식 14로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    수학식 13
    Figure 112015096102963-pat00043


    수학식 14
    Figure 112015096102963-pat00044


    상기 수학식에서 st는 대상 목재 절단 도구의 두께이고,
    Figure 112015096102963-pat00057
    이고,
    Figure 112015096102963-pat00058
    이며, 상기 r은 대상 목재의 원구부분의 반지름이다.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 대상 목재의 절단으로 인한 소실 부피를 포함하는 각재의 전체 부피는 하기 수학식 15로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    수학식 15
    Figure 112014047449063-pat00045


    상기 수학식에서 st는 대상 목재 절단 도구의 두께이다.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 각재의 전체 부피(V2r) 및 제2구역의 전체 부피(V2t)는 각각 하기 수학식 16 및 수학식 17로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 방법.
    수학식 16
    Figure 112015096102963-pat00059


    수학식 17
    Figure 112015096102963-pat00047


    상기 수학식에서 L은 제재 전 대상 목재의 전체 길이이다.
  11. 다음의 단계를 포함하는 교호집성재용 라미나(laminar)의 제작방법:
    (a) 라미나를 제작하기 위한 대상 목재를 선정하는 단계;
    (b) 제 1 항에 따른 라미나(laminar) 수율 예측방법에 의해 라미나(laminar) 최대 수율을 예측하여, 상기 대상 목재의 절단 방법을 결정하는 단계로서, 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출하여, 최대 수율을 나타내는 라미나의 절단 크기를 결정하며; 및
    (c) 상기 단계 (b)에서 결정된 크기로서 상기 대상 목재를 절단하는 단계.
  12. 하기의 단계를 실시하도록 컴퓨터 프로세서를 지시하는 지시사항(instructions)이 포함된(embodied) 컴퓨터-독해가능한(computer-readable) 저장 매체:
    (a) 대상 목재의 말구(末口)를 포함하는 제1구역(R1)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제1구역은 말구의 말단면을 밑면으로 하고 상기 제1구역의 밑면에서 원구(元口)의 말단면까지의 길이를 높이로 포함하는 육면체이고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 말구를 포함하는 정방형의 수율을 이용하여 산출하고, 상기 제1구역의 라미나 수율은 제1구역의 전체 부피에 대한 제1구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하며;
    (b) 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외하고 라미나 제제가 가능한 제2구역(R2)의 라미나 수율을 산출하는 단계로서, 상기 제2구역은 대상 목재에서 상기 제1구역을 제외한 나머지 부분으로서 상기 제2구역은 대상 목재의 원구(元口)의 말단면에서 상기 제1구역의 밑면을 제외한 부분을 제2구역의 밑면으로 하고 상기 제2구역의 밑면에서 말구의 말단면까지의 길이를 높이로 하며, 상기 제2구역의 라미나 수율은 제2구역의 전체 부피에 대한 제2구역의 제재 시 생산되는 각재의 전체 부피의 비율로서 산출하고; 및
    (c) 상기 제1구역 및 제2구역의 라미나 수율로부터 대상 목재 전체의 라미나 수율을 산출하는 단계.
  13. 다음을 포함하는 교호집성재용 라미나(laminar) 수율을 예측하기 위한 시스템:
    (a) 컴퓨터 프로세서; 및
    (b) 상기 프로세서와 커플링된 상기 제 12 항의 컴퓨터-독해가능한(computer-readable) 저장 매체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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공진혁 외 2인, '국산재 형질과 제재크기에 따른 수율 분석', 한국목재공학회 정기총회 및 학술대회, 2014.04.18.
한연중 외 7인, '열기건조 중 라미나의 변형억제를 통한 교호집성재의 제조수율 향상', 한국목재공학회 정기총회 및 학술대회, 2014.04.18.

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