KR101611819B1 - 주행하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치 및 비접촉식 장력측정방법 - Google Patents

주행하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치 및 비접촉식 장력측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 조물의 절단 및 해체, 암반의 절삭, 터널의 지반 절삭 등에 사용되는 와이어 쏘(wire saw)가 피삭물을 절삭하기 위하여 고속으로 주행 중인 상태에 와이어 쏘에 작용하는 장력을 비접촉 방식으로 측정함으로써, 현장에서 용이하게 그리고 안전하게 와이어 쏘의 장력을 파악할 수 있도록 하는 "주행하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치 및 비접촉식 장력측정방법"에 관한 것이다.

Description

주행하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치 및 비접촉식 장력측정방법{Apparatus and Method for Measuring Tensile Force of Wire Saw in Running}
본 발명은 구조물의 절단 및 해체, 암반의 절삭, 터널의 지반 절삭 등에 사용되는 와이어 쏘(wire saw)에 작용하는 장력(tensile force)을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 와이어 쏘가 피삭물을 절삭하기 위하여 고속으로 주행 중인 상태에 와이어 쏘에 작용하는 장력을 비접촉 방식으로 측정함으로써, 현장에서 용이하게 그리고 안전하게 와이어 쏘의 장력을 파악할 수 있도록 하는 "주행하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치 및 비접촉식 장력측정방법"에 관한 것이다.
와이어 쏘는 암반 절삭, 구조물 해체, 터널 시공을 위한 지반 절삭 등에 주로 사용된다. 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0027429호에는 터널의 시공을 위하여 터널 지반면에 형성된 진입공에 와이어 쏘를 삽입하여 지반을 절삭하는 기술이 개시되어 있다.
와이어 쏘는 그 연장된 길이 방향으로 고속으로 주행하면서 암반, 콘크리트 등과 같은 피삭물(被削物)을 절삭하게 되는데, 와이어 쏘의 절삭 성능은 와이어 쏘의 주행속도 및 와이어 쏘에 작용하는 장력에 영향을 받는다. 일반적으로 와이어 쏘의 주행속도가 빠르고 와이어 쏘에 도입된 장력이 클수록 절삭속도는 빨라지지만, 와이어 쏘의 마모가 빠르게 진행되어 수명이 단축되는 부작용이 발생하게 된다. 따라서 절삭 효율을 향상시키고 와이어 쏘의 과도한 마모 방지를 위해서는, 현장 여건, 피삭물의 성질, 및 와이어 쏘의 종류에 따라 와이어 쏘의 주행속도와 장력을 적절히 제어하는 것이 매우 중요하다.
일반적으로 절삭 현장에서는 자주식 와이어 쏘를 주행속도 20-30 m/s와 장력 200-300 kgf으로 사용하고 있는 것으로 알려져 있다. 와이어 쏘의 주행속도는, 와이어 쏘를 주행시키도록 작동하는 동력원에서 와이어 쏘가 감겨 있는 메인 동력풀리의 회전속도와 그 직경으로부터 쉽게 연산하여 파악할 수 있다. 반면에 절삭 과정에서 와이어 쏘에 도입되는 장력은, 종래의 기술에 의해서는 직접적으로 알 수 없으며, 단지 와이어 쏘를 주행시키도록 작동하는 동력원에 가해지는 부하를 측정하여 간접적인 방법으로 와이어 쏘의 장력을 "추정"할 수 있을 뿐이다. 그러나 와이어 쏘를 작동시키는 동력원의 종류에 따라, 동력원에 가해지는 부하를 측정하는 방법과 측정 정밀도가 각각 상이하며 메인 동력풀리의 회전도 동력원에 가해지는 부하에 영향을 미치게 되므로 동력원 자체로부터 와이어 쏘의 장력을 추정하는 종래의 기술에 의해서는, 피삭물을 절삭할 때 실제 와이어 쏘에 도입된 장력을 정확히, 그리고 신뢰성 있게 파악하기 곤란하다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0027429호(2015. 03. 12. 공개).
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 와이어 쏘가 고속으로 주행하여 피삭물을 절단하고 있는 상태에 와이어 쏘에 작용하는 장력을 비접촉 방식으로 측정함으로써, 현장에서 용이하게 그리고 안전하게 와이어 쏘의 장력을 파악할 수 있도록 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 장력측정유닛과, 상기 장력측정유닛을 와이어 쏘에 근접된 측정위치에 배치하는 설치프레임을 포함하여 구성되며; 장력측정유닛은, 와이어 쏘와 접촉하지 않도록 와이어 쏘와 간격을 두고 배치되어 와이어 쏘의 고유진동수를 측정하는 비접촉 진동센서와, 종방향으로 연장되어 있으며 비접촉 진동센서가 설치되는 지지 빔과, 종방향으로 간격을 두고 지지 빔에 구비되어 와이어 쏘가 밀착된 상태로 주행하게 함으로써 와이어 쏘의 지지 점을 이루게 되는 한 쌍의 회전풀리를 포함하여 구성되어; 피삭물을 절삭하도록 주행하고 있는 상태에 있는 와이어 쏘의 고유진동수를 취득하여 와이어 쏘의 장력을 측정하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치가 제공된다.
또한 본 발명에서는 상기한 목적을 달성하기 위하여, 상기한 본 발명의 비접촉식 장력측정장치를 이용한 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정방법이 제공되는데, 본 발명에 따른 비접촉식 장력측정방법은, 주행 중인 와이어 쏘에 대해, 비접촉 진동센서가 와이어 쏘 횡방향으로 간격을 가지고 마주하여 평행하게 위치하도록 배치하며; 주행 중의 와이어 쏘의 고유진동수를 비접촉 진동센서로부터 측정하여 취득하며; 측정하여 취득된 와이어 쏘의 고유진동수와, 장력측정유닛에서의 한 쌍의 회전풀리 사이의 종방향 간격 L과, 와이어 쏘의 단면적 A와, 와이어 쏘)의 밀도 ρ를 이용하여 연산하여 와이어 쏘의 장력 T를 연산하여 측정하는 구성을 가지는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명의 장치 및 방법에 있어서, 장력측정유닛의 지지 빔은 종방향으로의 길이가 변화되도록 신축이 가능한 구성을 가질 수도 있다.
또한 본 발명의 장치 및 방법에 있어서, 설치프레임은 와이어 쏘의 위치에 맞추어서 장력측정유닛을 연직방향으로 승,하강시키고, 종방향으로 이동시키며, 회전시킬 수 있는 구성을 가질 수도 있다.
특히, 본 발명의 장치 및 방법에 있어서, 설치프레임은, 연직 방향으로 연장된 연직 프레임부재와, 전후 방향으로 연장되며 연직 프레임부재를 따라 연직 방향으로 이동가능하도록 연직 프레임부재와 결합되는 전후 프레임부재와, 좌우 방향으로 연장되며 전후 프레임부재와 결합되는 좌우 프레임부재를 포함하며; 지지 빔은 좌우 프레임부재를 회전축으로 삼아서 회전이 가능하도록 좌우 프레임부재에 결합되어 있는 구성을 가질 수 있으며, 더 나아가, 전후 프레임부재는, 전후 방향으로 당겨지거나 밀어져서 연직 프레임부재와 결합되는 위치가 달라지도록, 연직 프레임부재에 결합되며; 좌우 프레임부재는 좌우 방향으로 당겨지거나 밀어져서 전후 프레임부재와 결합되는 위치가 달라지도록, 전후 프레임부재에 결합되어 있는 구성을 가질 수도 있다.
본 발명에서는 절삭을 위하여 주행 중에 있는 와이어 쏘로부터 직접 장력 측정을 위한 정보를 취득하여, 이를 기반으로 장력을 산출하는 직접적인 장력측정이 이루어지므로, 와이어 쏘를 주행시키는 동력원의 종류나 규모 등과 전혀 무관하게, 피삭물을 절삭할 때 실제 와이어 쏘에 도입된 장력을 측정할 수 있고, 와이어 쏘의 주행이나 장력 작용 상태에 교란을 일으키지 않은 상태로 장력을 측정할 수 있게 되므로 장력 측정값에 대한 정확성과 신뢰성이 높아지게 되는 장점이 있다.
또한 본 발명에서는 와이어 쏘 접촉하지 않는 채 장력의 측정이 이루어지므로, 장력측정 과정에서 고속주행하는 와이어 쏘로 인하여 측정자가 상해를 입거나 비접촉 진동센서가 손상되는 등의 문제가 발생하지 않게 되어 측정시의 안전을 도모할 수 있게 되는 장점을 가지게 된다.
더 나아가, 본 발명에서는 와이어 쏘가 주행하고 있는 방향과 위치에 맞추어서 비접촉 진동센서가 와이어 쏘가 평행하게 간격을 두고 마주하는 위치에 있도록 장력측정유닛을 현장에서 용이하게 배치할 수 있게 되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 장력측정장치가 고속주행에 의해 피삭물을 절삭하고 있는 와이어 쏘의 장력을 측정하고 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 원 A부분에 대한 개략적인 확대 사시도이다.
도 3은 도 2의 화살표 B-B에 따른 개략적인 단면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 비접촉식 장력측정장치에 구비되는 장력측정유닛의 또다른 실시예에서 지지 빔의 길이가 변화되는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 6은 장력측정유닛이 좌우 프레임부재에서 회전되는 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치의 개략적인 사시도이다.
도 7은 전후 프레임부재 자체를 전후 방향으로 위치 이동시킨 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치의 개략적인 사시도이다.
도 8은 좌우 프레임부재가 전후 프레임부재를 따라 전후 방향으로 위치 이동된 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
도 9는 첫 번째 방식에 의해 장력측정유닛이 좌우 방향 위치 이동된 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치의 개략적인 사시도이다.
도 10은 두 번째 방식에 의해 장력측정유닛이 좌우 방향 위치 이동된 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치의 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
와이어 쏘와 같은 선재(線材)에 작용하는 장력은 선재의 고유진동수와 직접적인 관련을 가지고 있음이 알려져 있다. 아래의 수학식 1은 선재에 작용하는 장력과 선재가 가지고 있는 고유진동수 간에 대한 수학적인 관계를 보여준다.
Figure 112015048813240-pat00001
위 수학식 1에서 T는 선재에 작용하는 장력을 의미하며, L은 장력을 측정하는 선재의 양 지지점 사이의 거리를 의미하고, f는 선재의 고유진동수, ρ는 선재의 밀도, 그리고 A는 선재의 단면적을 각각 의미한다. 따라서 특정 지지점 간격에서 와이어 쏘의 고유진동수를 측정하게 되면, 수학식 1에 의한 연산을 통하여 와이어 쏘의 장력을 산출할 수 있게 된다.
와이어 쏘와 같은 선재의 고유진동수를 비접촉 방식으로 측정하는 비접촉식 고유진동수 측정센서(이하, "비접촉 진동센서"라고 약칭한다)는 공지되어 있는데, 이러한 비접촉 진동센서는, 선재를 타격하였을 때 발생하는 음파를 측정하여 고유진동수를 파악하는 방식, 선재에 적외선을 조사하여 이를 통하여 고유진동수를 파악하는 방식, 전자기장을 이용하여 고유진동수를 파악하는 방식 등의 다양한 종류가 있다. 따라서 와이어 쏘의 고유진동수를 측정하기 위해서는 위와 같이 공지된 비접촉 진동센서를 와이어 쏘에 근접 배치하면 된다.
그런데 와이어 쏘가 그 연장된 길이 방향으로 주행하면서 피삭물과 마찰하여 피삭물을 절삭하는 과정에서는, 고속 주행으로 인하여 와이어 쏘에는 필연적으로 진동이 발생하게 되므로, 비접촉 진동센서를 무작정 와이어 쏘에 근접 배치한다면 절삭과정에서 야기되는 진동으로 인하여 와이어 쏘가 비접촉 진동센서를 타격하게 되는 경우가 발생할 수 있으며, 그에 따라 비접촉 진동센서에 의한 고유진동수 측정이 부정확하게 됨을 물론이고, 심지어 비접촉 진동센서 또는 와이어 쏘 자체가 손상될 수도 있다.
본 발명은 이와 같은 문제점이 발생하지 않도록 하면서도 절삭 중인 와이어 쏘에 작용하는 장력을 정밀하고 신뢰성 있게, 그리고 현장에서 용이하게 측정할 수 있도록 하는 구성을 가진다.
도 1에는 와이어 쏘(W)가 고속주행하면서 피삭물(200)을 절삭하고 있는 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치(100)(이하, "장력측정장치"라고 약칭한다)가 설치되어 와이어 쏘(W)의 장력을 측정하고 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 장력측정장치(100)만을 상세하게 보여주는 도 1의 원 A부분에 대한 개략적인 확대 사시도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 장력측정장치(100)에 구비되는 장력측정유닛(1)에 대한 종방향의 개략적인 단면도 즉, 도 2의 화살표 B-B에 따른 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 본 명세서에서는 와이어 쏘(W)의 장력을 측정하는 위치에서 와이어 쏘(W)가 길게 연장되는 방향을 편의상 "종방향"이라고 기재하고, 이에 대해 직교하는 방향을 "횡방향"이라고 기재한다.
본 발명에 따른 장력측정장치(100)는, 장력측정유닛(1)과, 상기 장력측정유닛(1)을 와이어 쏘(W)에 근접된 측정위치에 설치하기 위한 설치프레임(2)을 포함하여 구성된다.
장력측정유닛(1)은, 와이어 쏘(W)와 접촉하지 않도록 와이어 쏘(W)와 간격을 두고 배치되어 와이어 쏘(W)의 고유진동수를 측정하는 비접촉 진동센서(10)와, 종방향으로 연장되어 있으며 비접촉 진동센서(10)가 설치되는 지지 빔(11)과, 종방향으로 간격을 두고 지지 빔(2)에 구비되어 와이어 쏘(W)가 밀착된 상태로 안정적으로 주행하게 함으로써 와이어 쏘(W)의 지지점을 이루게 되는 한 쌍의 회전풀리(12)를 포함하여 구성된다.
비접촉 진동센서(10)는 앞서 언급한 것처럼, 와이어 쏘(W)에 접촉하지 않은 상태에서 와이어 쏘(W)의 고유진동수를 측정하는 센서로서, 도면에서는 비접촉 진동센서(10)가 공지된 전자기파 센서(electro-magnetic sensor)로 구성된 것을 예시하고 있으나, 앞서 언급한 것처럼 선재의 고유진동수를 비접촉 방식으로 측정하게 되는 비접촉 진동센서 자체는 공지된 것이므로 비접촉 진동센서(10)는 다양한 종류의 것을 선택하여 사용할 수 있다.
도면에 예시된 실시예에서 비접촉 진동센서(10)는 종방향으로 연장된 형상을 가지고 있어서, 와이어 쏘(W)와 간격을 둔 채로 와이어 쏘(W)와 마주하여 평행하게 배치되어 있다. 그리고 비접촉 진동센서(10)는 종방향으로 연장되어 있는 지지 빔(11)에 결합되어 구비되어 있다. 지지 빔(11)에서 비접촉 진동센서(10)가 구비된 측면 즉, 와이어 쏘(W)와 마주하게 되는 측면에는, 와이어 쏘(W)가 밀착된 상태로 주행하게 만드는 한 쌍의 회전풀리(12)가 종방향으로 간격을 두고 구비된다. 한 쌍의 회전풀리(12) 사이에는 비접촉 진동센서(10)가 위치한다. 각각의 회전풀리(12)는 와이어 쏘(W)의 지지점을 형성하게 되며, 한 쌍의 회전풀리(12) 사이의 종방향 간격에서는 와이어 쏘(W)가 최소의 진동상태로 안정적으로 주행하게 된다. 따라서 와이어 쏘(W)가 주행하는 과정에서 비접촉 진동센서(10)를 타격하게 되는 사고의 발생을 사전에 방지할 수 있게 되며, 비접촉 진동센서(10)를 보호하고 측정자를 보호한 상태로 측정이 가능하게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 와이어 쏘(W)가 회전풀리(12)에 의해 지지된 상태로 안정적으로 주행하고 있는 상태에서 비접촉 진동센서(10)를 통해서 와이어 쏘(W)의 고유진동수를 측정할 수 있게 되므로, 이를 통해서 신뢰성 있는 와이어 쏘(W)의 장력측정값을 취득할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 지지 빔(11)은 그 길이방향 즉, 종방향으로 길이가 신축되도록 구성될 수 있다. 도 4 및 도 5에는 각각 본 발명의 장력측정장치(100)에 구비되는 장력측정유닛(1)의 일 실시예로서, 종방향으로의 길이 신축이 가능한 장력측정유닛(1)에서 그 종방향 길이가 변화된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 실시예의 경우, 지지 빔(11)은 2개의 빔부재가 종방향으로 연결된 구성을 가지는데, 구체적으로 2개의 빔부재(11a, 11b)가 소정 길이로 포개져서 볼트 결합되어 있는 구성을 가지고 있다. 각각의 2개 빔부재(11a, 11b)에는 볼트공(13)이 복수개의 위치에 형성되어 있다. 2개의 빔부재(11a, 11b)가 겹쳐진 길이를 변경하여 볼트부재(14)를 볼트공(13)에 관통시켜 볼트 결합함으로써 빔부재(11a, 11b)에 의해 형성된 지지 빔(11)을 종방향으로 신축할 수 있게 된다. 그러나 지지 빔(11)을 종방향으로 길이가 신축되도록 하는 구성은 위에 예시된 것에 한정되지 아니하며, 다양한 형태로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 비접촉식 장력측정방법에서는, 우선 상기한 본 발명에 따른 비접촉식 장력측정장치를 와이어 쏘(W)에 근접하여 배치한다. 즉, 피삭물(200)을 절삭하도록 주행하고 있는 상태에 있는 와이어 쏘(W)에 대해, 비접촉 진동센서(10)가 와이어 쏘(W)와 횡방향으로 간격을 가지고 마주하여 평행하게 위치하도록 배치하는 것이다. 이러한 상태에서 비접촉 진동센서(10)를 통해서, 주행 중의 와이어 쏘(W)의 고유진동수(f)를 비접촉 진동센서(10)로부터 측정하여 취득하게 된다.
이렇게 측정하여 취득된 와이어 쏘(W)의 고유진동수(f)를 상기한 수학식 1에 대입하여 연산함으로써 와이어 쏘(W)의 장력 T를 연산하여 측정하게 된다. 수학식 1에서 L은 와이어 쏘(W)가 지지되고 있는 지지점 간의 거리를 의미하므로, 장력측정유닛(1)에서의 한 쌍의 회전풀리(12) 사이의 종방향 간격이 수학식 1의 L에 해당하게 된다. 와이어 쏘(W)의 단면적 A와 와이어 쏘(W)의 밀도 ρ는, 측정대상이 되는 와이어 쏘(W)에 대해 이미 알고 있는 기지의 정보이다. 따라서 측정된 와이어 쏘(W)의 고유진동수(f)를 이용하여 수학식 1의 연산을 수행하게 되면 측정 당시에 와이어 쏘(W)에 작용하는 장력 T를 알 수 있게 되는 것이다.
본 발명에 따른 장력측정장치(100)에서 설치프레임(2)은, 장력측정유닛(1)을 와이어 쏘(W)에 근접된 측정위치에 설치하기 위한 부재로서, 와이어 쏘(W)의 위치에 맞추어서 장력측정유닛(1)을 연직방향으로 승,하강시키고, 종방향으로 이동시키며, 회전시키게 된다. 도면에 도시된 실시예에서 설치프레임(2)은, 연직 프레임부재(23)와, 전후 프레임부재(21)와, 횡 프레임부재(22)를 포함하여 구성되어 있다. 도면에 표시된 것처럼 서로 직교하는 3차원의 x-y-z 3축 좌표에서 연직 프레임부재(23)는 z축 방향(연직 방향)으로 연장된 부재이며, 전후(前後) 프레임부재(21)는 x축 방향(전후 방향)으로 연장되는 부재이고, 좌우(左右) 프레임부재(22)는 y축 방향(좌우 방향)으로 연장되는 부재이다. 전후 프레임부재(21)는 연직 프레임부재(23)를 따라 연직 방향(z축방향)으로 이동가능하도록 연직 프레임부재(23)에 결합되어 있다. 이에 더하여 전후 프레임부재(21)는 전후 방향으로 전후 프레임부재(21)의 위치가 변화되도록 연직 프레임부재(23)에 결합될 수도 있다. 즉, 전후 프레임부재(21)가 전후 방향으로 당겨지거나 밀어져서, 연직 프레임부재(23)와 결합되는 위치가 전후 프레임부재(21)의 길이 방향(전후 방향)에서 각각 다른 위치로 변경될 수 있는 것이다.
좌우 프레임부재(22)는 전후 프레임부재(21)에 결합되는데, 좌우 프레임부재(22) 자체가 전후 프레임부재(21)를 따라 전후 방향으로 이동가능하도록 전후 프레임부재(21)에 결합될 수 있으며, 이와 달리 또는 이와 병행하여 좌우 프레임부재(22)가 전후 프레임부재(21)에 결합되는 위치가 좌우 프레임부재(22)의 길이 방향으로 달라질 수 있도록, 좌우 프레임부재(22)는 전후 프레임부재(21)에 결합될 수 있다. 즉, 좌우 프레임부재(22) 역시 그 자체가 좌우 방향으로 당겨지거나 밀어져서, 전후 프레임부재(21)와 결합되는 위치가 좌우 프레임부재(22)의 길이 방향(좌우 방향)에서 각각 다른 위치로 변경될 수 있는 것이다.
그리고 장력측정유닛(1)의 지지 빔(11)은 좌우 프레임부재(22)를 회전축으로 삼아서 회전이 가능하도록 좌우 프레임부재(22)에 결합된다. 도 6에는 장력측정유닛(1)이 좌우 프레임부재(22)에서 회전되는 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 도 6 및 후술하는 도 7 내지 도 10의 각각에서 점선은 부재를 회전 또는 이동시키기 전의 상태를 보여주며, 실선은 회전 또는 이동시킨 후의 상태를 보여준다.
지지 빔(11)을 좌우 프레임부재(22)에 조립 결합함에 있어서 필요에 따라서는, 지지 빔(11)이 회전하는 구성에 더하여 지지 빔(11)은 좌우 프레임부재(22)를 따라 좌우 방향으로 이동가능하도록 결합될 수도 있다.
이와 같은 설치프레임(2)의 구성에서 우선 전후 프레임부재(21)가 연직 프레임부재(23)와 결합된 상태로 연직 프레임부재(23)를 따라 움직이게 되면, 그에 따라 장력측정유닛(1)이 연직방향으로 승,하강되어 장력측정유닛(1)의 설치 높이가 조절된다. 앞서 언급한 것처럼, 전후방향으로 전후 프레임부재(21)의 위치가 변화되도록 연직 프레임부재(23)에 결합될 수도 있는데, 이 경우에는 전후 프레임부재(21)를 전후 방향으로 당기거나 밀게 되면 장력측정유닛(1)을 전후 방향으로 위치 이동시킬 수 있다. 도 7에는 이와 같이 전후 프레임부재(21) 자체를 전후 방향으로 위치 이동시킨 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
장력측정유닛(1)의 전후 방향 위치는, 또다른 방식에 의하여 이동시킬 수 있는데, 앞서 언급한 것처럼, 좌우 프레임부재(22)가 전후 방향으로 이동가능하도록 전후 프레임부재(21)에 결합된 경우에는, 전후 프레임(21)은 고정시킨 상태에서 좌우 프레임부재(22)만을 전후 프레임부재(21)를 따라 전후 방향으로 위치 이동시킴으로써 좌우 프레임부재(22) 자체가 전후로 움직이게 하여 장력측정유닛(1)의 전후 방향 위치를 변화시킬 수 있는 것이다. 도 8에는 이와 같이 좌우 프레임부재(22)가 전후 프레임부재(21)를 따라 전후 방향으로 위치 이동된 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다.
물론 위에서 언급한 2가지의 방식 즉, 전후 프레임부재(21)를 전후 방향으로 움직이는 방식과 좌우 프레임부재(22) 자체를 전후 프레임부재(21)를 따라 전후 방향으로 움직이는 방식을 동시에 조합함으로써, 장력측정유닛(1)의 전후 방향 위치를 변화시킬 수도 있다. 특히, 도면에 도시된 실시예의 경우, 각각의 프레임부재의 외면을 감싸는 형태의 결합지그를 이용하여 각각의 프레임부재를 서로 결합하고 있는데, 전후 프레임부재(21)와 연직 프레임부재(23)가 결합되는 위치에서는, 연직 프레임부재(23)를 감싸는 결합지그와 전후 프레임부재(21)를 감싸는 결합지그가 서로 감싸는 방향이 직교하도록 서로 일체로 결합되어 있다. 즉, 전후 프레임부재(21)와 연직 프레임부재(23)가 직교하게 되도록 각각의 결합지그가 일체로 결합되어 있는 것이다.
한편, 장력측정유닛(1)을 좌우 방향으로 위치 이동시킴에 있어서도, 다양한 방식을 이용할 수 있다. 첫째는 좌우 프레임부재(22)가 전후 프레임부재(21)와 결합되는 위치가 달라지도록 하는 방식이다. 도 9에는 첫 번째 방식에 의해 장력측정유닛(1)이 좌우 방향 위치 이동된 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 앞서 언급한 것처럼, 좌우 프레임부재(22)와 전후 프레임부재(21)가 결합되는 위치가 좌우 프레임부재(22)의 길이 방향으로 달리질 수 있도록 좌우 프레임부재(22)가 전후 프레임부재(21)에 결합될 수 있다. 이 경우에는 좌우 프레임부재(22)를 좌우 방향으로 밀거나 당김으로써 장력측정유닛(1)을 좌우 방향으로 위치 이동시킬 수 있는 것이다.
둘째는 지지 빔(11) 자체를 좌우 프레임부재(22)를 따라 좌우 방향으로 이동시키는 방식이다. 도 10에는 두 번째 방식에 의해 장력측정유닛(1)이 좌우 방향 위치 이동된 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 본 발명에 따른 장력측정장치(100)의 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 앞서 언급한 것처럼, 지지 빔(11)은 좌우 프레임부재(22)를 따라 좌우 방향으로 이동가능하도록 결합될 수 있다. 따라서 이 경우에는 좌우 프레임부재(22)는 위치 고정시키고 지지 빔(11)만을 움직여서 지지 빔(11) 자체가 좌우 프레임부재(22)를 따라 좌우 방향으로 이동되도록 함으로써, 그 위치를 변경시킬 수 있는 것이다.
물론 위에서 설명한 좌우 프레임부재(22)가 전후 프레임부재(21)와 결합되는 위치가 달라지도록 하는 첫 번째 방식과, 지지 빔(11) 자체를 좌우 프레임부재(22)를 따라 좌우 방향으로 이동시키는 두 번째 방식을 동시에 모두 적용하여 장력측정유닛(1)을 좌우 방향으로 위치 이동시킬 수 있다. 이러한 지지 빔(11)의 위치 이동과 병행하여, 장력측정유닛(1)은 좌우 프레임부재(22)에 결합된 상태로 와이어 쏘(W)의 경사진 배치에 맞추어 기울어질 수 있다.
좌우 프레임부재(22)와 전후 프레임부재(21)를 서로 직교한 상태로 결합함에 있어서도, 앞서 설명한 전후 프레임부재(21)와 연직 프레임부재(23)의 결합과 마찬가지로, 각각의 프레임부재의 외면을 감싸는 형태의 결합지그를 이용할 수 있으며, 전후 프레임부재(21)와 좌우 프레임부재(22)가 결합되는 위치에서는, 좌우 프레임부재(22)를 감싸는 결합지그와 전후 프레임부재(21)를 감싸는 결합지그가 서로 감싸는 방향이 직교하도록 서로 일체로 결합될 수 있는 것이다.
이와 같이, 상기한 본 발명의 설치프레임(2)의 구성에 의하면, 와이어 쏘(W)가 주행하고 있는 방향과 위치에 맞추어서, 비접촉 진동센서(10)가 와이어 쏘(W)와 평행하게 간격을 두고 마주하는 위치에 있도록, 장력측정유닛(1)을 현장에서 용이하게 배치할 수 있게 된다.
따라서 본 발명에서는, 와이어 쏘(W)를 장력측정유닛(1)을 좌우 방향으로 위치 이동주행시키는 동력원을 통해서 와이어 쏘(W)의 장력을 측정하는 종래 기술과 달리, 절삭을 위하여 주행 중에 있는 와이어 쏘(W)로부터 직접 장력 측정을 위한 정보를 취득하여, 이를 기반으로 장력을 산출하는 직접적인 장력측정이 이루어진다. 그러므로 본 발명에 의하면, 와이어 쏘를 주행시키는 동력원의 종류나 규모 등과 전혀 무관하게, 피삭물을 절삭할 때 실제 와이어 쏘에 도입된 장력을 정확히, 그리고 신뢰성있게 측정할 수 있게 된다.
특히, 앞서 설명한 것처럼 본 발명에서는 와이어 쏘(W)와 접촉하지 않는 채 장력의 측정이 이루어진다. 따라서 와이어 쏘(W)의 주행이나 장력 작용 상태에 교란을 일으키지 않은 상태로 장력을 측정할 수 있게 되며, 그 만큼 장력 측정값에 대한 신뢰성이 높아지게 되는 장점이 있다. 무엇보다도 와이어 쏘(W)와 접촉하지 않는 채 장력의 측정이 이루어지므로, 장력측정 과정에서 고속주행하는 와이어 쏘로 인하여 측정자가 상해를 입거나 비접촉 진동센서가 손상되는 등의 문제가 발생하지 않게 되어, 측정시의 안전을 도모할 수 있게 되는 장점을 가지게 된다.
또한 3차원의 3축 방향으로 자유롭게 움직일 수 있는 설치프레임(2)을 이용하여 장력측정유닛(1)을 지지하고 배치하게 되므로, 와이어 쏘(W)의 현장 상황에 맞추어서 비접촉 진동센서(10)를 와이어 쏘(W)와 평행하게 배치할 수 있게 되어, 더욱 편리하고 정확한 측정작업을 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.
1: 장력측정유닛
2: 설치프레임
10: 비접촉 진동센서
11: 지지 빔
12: 회전풀리

Claims (6)

  1. 장력측정유닛(1)과, 상기 장력측정유닛(1)을 와이어 쏘(W)에 접근시켜 배치하는 설치프레임(2)을 포함하며;
    장력측정유닛(1)은, 와이어 쏘(W)와 접촉하지 않도록 와이어 쏘(W)와 간격을 두고 배치되어 와이어 쏘(W)의 고유진동수를 측정하는 비접촉 진동센서(10)와, 상기 비접촉 진동센서(10)가 설치되는 지지 빔(11)과, 종방향으로 간격을 두고 지지 빔(2)에 구비되어 와이어 쏘(W)가 밀착 주행하게 함으로써 와이어 쏘(W)의 지지점을 이루는 한 쌍의 회전풀리(12)를 포함하여 구성되어;
    피삭물(200)을 절삭하도록 주행하는 상태의 와이어 쏘(W)의 고유진동수를 취득하여 와이어 쏘(W)의 장력을 측정하며;
    설치프레임(2)은 와이어 쏘(W)의 위치에 맞추어서 장력측정유닛(1)을 연직방향으로 승,하강시키고, 와이어 쏘(W)가 연장되는 방향에 해당하는 종방향으로 장력측정유닛(1)을 이동시키며, 장력측정유닛(1)을 회전시킬 수 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    장력측정유닛(1)의 지지 빔(11)은 종방향으로의 길이가 변화되도록 신축이 가능한 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    설치프레임(2)은,
    연직 방향으로 연장된 연직 프레임부재(23)와,
    전후 방향으로 연장되며 연직 프레임부재(23)를 따라 연직 방향으로 이동가능하도록 연직 프레임부재(23)와 결합되는 전후(前後) 프레임부재(21)와,
    좌우 방향으로 연장되며 전후 프레임부재(21)와 결합되는 좌우(左右) 프레임부재(22)를 포함하며;
    지지 빔(11)은 좌우 프레임부재(22)를 회전축으로 삼아서 회전이 가능하도록 좌우 프레임부재(22)에 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    전후 프레임부재(21)는, 전후 방향으로 당겨지거나 밀어져서 연직 프레임부재(23)와 결합되는 위치가 달라지도록, 연직 프레임부재(23)에 결합되며;
    좌우 프레임부재(23)는 좌우 방향으로 당겨지거나 밀어져서 전후 프레임부재(21)와 결합되는 위치가 달라지도록, 전후 프레임부재(21)에 결합되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정장치.
  6. 장력측정유닛(1)과, 상기 장력측정유닛(1)을 와이어 쏘(W)에 접근시켜 배치하는 설치프레임(2)을 포함하며; 장력측정유닛(1)은, 와이어 쏘(W)와 접촉하지 않도록 와이어 쏘(W)와 간격을 두고 배치되어 와이어 쏘(W)의 고유진동수를 측정하는 비접촉 진동센서(10)와, 상기 비접촉 진동센서(10)가 설치되는 지지 빔(11)과, 종방향으로 간격을 두고 지지 빔(2)에 구비되어 와이어 쏘(W)가 밀착 주행하게 함으로써 와이어 쏘(W)의 지지점을 이루게 되는 한 쌍의 회전풀리(12)를 포함하는 비접촉식 장력측정장치를, 피삭물(200)을 절삭하도록 주행 중인 와이어 쏘(W)에 대해, 비접촉 진동센서(10)가 와이어 쏘(W)와 간격을 가지고 마주하여 평행 위치시키고;
    주행 중인 와이어 쏘(W)의 고유진동수(f)를 비접촉 진동센서(10)로부터 측정하여 취득하며;
    취득된 와이어 쏘(W)의 고유진동수(f)와, 장력측정유닛(1)에서의 한 쌍의 회전풀리(12) 사이의 종방향 간격 L과, 와이어 쏘(W)의 단면적 A와, 와이어 쏘(W)의 밀도 ρ를 이용하여 수학식 1에 의해 연산하여 와이어 쏘(W)의 장력 T를 산출하는 것을 특징으로 하는 와이어 쏘의 비접촉식 장력측정방법.
    (수학식 1)
    Figure 112015048813240-pat00002
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