KR101739075B1 - 구조물의 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조물의 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치에 관한 것으로, 특히 해머에 의한 연속 타격시 모터 제어를 이용하여 해머의 초기 위치를 일정하게 정할 수 있도록 함으로써 작업자의 부정확한 수작업의 개입 없이 신뢰할 수 있는 계측 데이터를 얻을 수 있는 것이다.
이러한 본 발명은, 구조물 표면에 지지되는 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임의 일측부에 수직하게 세워지는 Z 스테이지와, 상기 Z 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되고 Y방향으로 형성된 Y 스테이지와, 상기 Y 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되고 X방향으로 형성된 X 스테이지로 이루어진 3축 스테이지와; 상기 X 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되는 홀딩부재와; 상기 홀딩부재에 의해 홀딩되었다가 상기 홀딩부재가 홀딩을 해제하면 자유낙하하여 구조물을 타격하는 해머부재를 포함하며, 상기 Z 스테이지, Y 스테이지, X 스테이지에는 각각 그 길이방향으로 형성된 제1레일, 제2레일, 제3레일을 구비하고, 상기 Y 스테이지, X 스테이지, 홀딩부재는 각각 제1레일, 제2레일, 제3레일을 따라 모터구동에 의해 이동하는 것을 특징으로 한다.

Description

구조물의 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치{MOTOR CONTROL VIBRATION EXCITER FOR MEASURING DYNAMIC STIFFNESS OF STRUCTURE}

본 발명은 동강성 계측을 위한 가진장치에 관한 것으로, 특히 해머에 의한 연속 타격시 모터 제어를 이용하여 해머의 초기 위치를 일정하게 설정할 수 있도록 함으로써 작업자의 부정확한 수작업의 개입 없이 신뢰할 수 있는 계측 데이터를 얻을 수 있도록 한 구조물의 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박 엔진 및 펌프류 등에 의한 소음 및 진동이 발생하게 되는데, 이와 같은 소음 및 진동은 장비 받침대를 통해 전달되어 선체 자체의 안정성에 영향을 미칠 뿐만 아니라 선체 외부를 통해 수중으로 전달되면서 해양 생태계에 악영향을 끼치게 된다.

따라서, 해양구조물의 구조 안전성과 승조원의 거주 안락성, 해양생물 보호 등을 위한 선박 소음 및 진동 규제가 강화되고 있는 추세이며, 이로 인한, 저진동 설계 기술이 요구된다.

기존에는 선박 운항 중 장비류들의 진동이 장비 받침대를 통해 전달됨에 따라, 진동 저감을 위해 장비와 받침대 사이에 탄성 마운트, 감쇠물질, 음향차폐상자 등이 적용되고 있는데, 이때 탄성 마운트가 고유의 절연성능을 발휘하기 위해서는 장비 받침대와 하부 구조가 충분한 동강성(dynamic stiffness)을 갖도록 설계되어야 하고, 그런 다음에는 선박 건조시 받침대가 충분한 동강성 성능을 갖도록 설계, 제작되었는지를 평가해야 한다.

이에 임팩트 해머를 이용해 선박내 장비의 동강성을 평가하는 방법이 사용되고 있는데, 상기 임팩트 해머는 일반 망치와 같은 망치 구조를 가지며, 망치 몸체 끝단부에 힘 센서와 일정한 경도를 갖는 팁이 연결되도록 한 것이다.

받침대의 동강성은 받침대의 임피던스값을 이용하여 평가되며, 임팩트 해머 타격시 해머에 부착된 힘 센서와 받침대에 부착된 센서의 출력값을 이용하여 계산하게 된다.

현재, 장비 받침대의 동강성 평가는 임팩트 해머를 이용하여 작업자가 수작업으로 직접 받침대의 지정된 위치를 타격하는 방식으로 진행되며, 계측값의 신뢰성을 높이기 위해 3번 연속 타격된 결과값들의 평균치와 각 결과값들의 일치율(coherence)이 기준치 이상이 되는지를 평가하게 된다.

그러나, 이와 같은 수작업에 의한 방법은 작업자가 해머를 이용하여 타격할 경우 타격 위치뿐만 아니라, 가하는 힘이 타격할 때마다 다르기 때문에 대상물에 부착되어 있는 센서 출력 및 힘 센서 출력값이 달라지게 된다. 즉, 타격력 및 타격 위치가 바뀌기 때문에 3번 연속 타격된 결과값들의 일치율이 기준값을 충족하지 못하는 문제가 있었다.

또한, 해머가 대상물에 타격되는 순간 작업자가 재빨리 대상물 타격 방향과 반대방향으로 해머에 힘을 가하지 않을 경우, 해머가 대상물에 두 번 이상 부딪쳐 대상물에 2차 충격이 가해지는 문제가 있었다.

또한, 신뢰할 수 있는 계측 데이터를 얻을 때까지 작업자가 해머링 작업을 수행하기 때문에 많은 작업 시간이 소요될 뿐만 아니라, 작업자의 피로도가 커지는 문제점이 있었다.

한국등록특허공보 제1336560호(2013.12.03)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 해머에 의한 연속 타격시 모터 제어를 이용하여 해머의 초기 위치를 일정하게 설정할 수 있도록 함으로써 작업자의 부정확한 수작업의 개입 없이 신뢰할 수 있는 계측 데이터를 얻을 수 있도록 한 구조물의 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 모터 제어 가진장치는, 구조물 표면에 지지되는 베이스 프레임과; 상기 베이스 프레임의 일측부에 수직하게 세워지는 Z 스테이지와, 상기 Z 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되고 Y방향으로 형성된 Y 스테이지와, 상기 Y 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되고 X방향으로 형성된 X 스테이지로 이루어진 3축 스테이지와; 상기 X 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되는 홀딩부재와; 상기 홀딩부재에 의해 홀딩되었다가 상기 홀딩부재가 홀딩을 해제하면 자유낙하하여 구조물을 타격하는 해머부재를 포함하며, 상기 Z 스테이지, Y 스테이지, X 스테이지에는 각각 그 길이방향으로 형성된 제1레일, 제2레일, 제3레일을 구비하고, 상기 Y 스테이지, X 스테이지, 홀딩부재는 각각 제1레일, 제2레일, 제3레일을 따라 모터구동에 의해 이동하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

여기서, 상기 해머부재는 상하방향으로 길게 형성되어 상기 홀딩부재에 의해 안내를 받는 가이드봉과, 상기 가이드봉의 하단에 결합되고 하면에는 해머 팁을 구비하여 구조물을 타격하는 해머로 이루어지고, 상기 홀딩부재는 상기 가이드봉을 관통시킨 상태로 상기 가이드봉의 승강을 안내하는 가이드관과, 상기 해머부재의 가이드봉을 홀딩하는 홀더를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 홀딩부재의 홀더는 상기 가이드봉을 사이에 두고 서로 이격된 상태로 마주하여 있다가 전자기력에 의해 서로의 간격을 좁히면서 상기 가이드봉을 압박하여 홀딩하는 제1홀더와 제2홀더로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1홀더와 제2홀더의 마주하는 면에는 상기 가이드봉의 외주면에 대응하는 안착홈이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1홀더에는 가이드홀이 천공된 형태로 형성되고, 상기 제2홀더에는 상기 제1홀더의 가이드홀에 대응하여 삽입되는 봉 형상의 가이드가 형성되어 상기 제1홀더와 제2홀더 간 이격이 변할 때 서로 어긋나는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 성기 해머부재는 상기 해머와 가이드봉 사이에 설치된 로드셀을 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 해머부재는 상기 가이드봉에 끼워지는 와셔의 형태로 상기 해머 상측에 적층되어 상기 해머부재의 중량을 조절할 수 있도록 한 복수의 단위 웨이트를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 베이스 프레임의 타측부에 수직하게 세워지는 지지대와; 상기 지지대의 상단부에 설치되어 상기 해머를 촬영할 수 있도록 한 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 카메라는 상기 지지대에 대하여 틸팅 및 롤링 가능하게 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 베이스 프레임은 둘레부를 제외한 나머지가 개구부로 형성된 사각의 틀체이며, 상기 개구부를 통해 상기 해머부재가 낙하하여 구조물을 타격할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 베이스 프레임의 모서리 하면에는 각각 진동을 감쇄하는 댐핑받침이 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 의한 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치는, 해머에 의한 연속 타격시 모터 제어를 이용하여 해머의 초기 위치를 일정하게 설정할 수 있도록 함으로써 작업자의 부정확한 수작업의 개입 없이 신뢰할 수 있는 계측 데이터를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치의 전체 구성을 설명하기 위한 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치에서 홀딩부재와 해머부재의 구성을 설명하기 위한 부분 사시도
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치에서 홀딩부재의 작용 및 동작을 설명하기 위한 일련의 참고도
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치에서 카메라의 구성을 설명하기 위한 부분 사시도
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치의 동작 및 작용을 설명하기 위한 일련의 참조도

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 구조물의 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치의 전체 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치에서 홀딩부재와 해머부재의 구성을 설명하기 위한 부분 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치에서 홀딩부재의 작용 및 동작을 설명하기 위한 일련의 참고도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치에서 카메라의 구성을 설명하기 위한 부분 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 가진장치(100)는 베이스 프레임(110)과, 3축 스테이지(120)와, 홀딩부재(130)와, 해머부재(140)와, 카메라(150)를 포함하여 이루어지며, 해머(142)에 의한 연속 타격시 모터 제어를 이용하여 해머의 초기 위치를 일정하게 설정할 수 있도록 구성된다.

이로써, 작업자의 부정확한 수작업의 개입 없이도 구조물에 대한 해머(142)의 연속 타격이 가능하게 되어 신뢰할 수 있는 계측 데이터를 얻을 수 있는 것이다.

이하, 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명의 실시예에 의한 모터 제어 가진장치(100)의 구성에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

상기 베이스 프레임(110)은 3축 스테이지(120)를 포함하여 다른 구성요소들을 지지하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 베이스 프레임(110)은 둘레부를 제외한 나머지가 개구부(111a)로 형성된 사각의 틀체로 이루어져서 상기 개구부(111a)를 통해 상기 해머부재(140)가 낙하하여 구조물을 타격할 수 있도록 한 몸체(111)를 구비한다. 상기 베이스 프레임(110)은 가진장치(100)에 가해지는 450~4500kg_f에 달하는 충격력에 대한 구조적 안정성을 고려하여 구비된다. 그리고, 상기 베이스 프레임(110)의 모서리 하면에는 각각 진동을 감쇄하는 댐핑받침(112)이 설치된다. 이처럼 댐핑받침(112)이 설치되면 구조물이 해머(142) 타격에 의해 가진되는 상태에서 베이스 프레임(110)이 받는 진동의 영향을 최소화할 수 있게 된다.

상기 3축 스테이지(120)는 해머(142)가 연속적으로 낙하하는 초기 위치를 일정하게 설정하는데 있어 중추적인 역할을 수행한다. 이를 위해 상기 3축 스테이지(120)는 상기 베이스 프레임(110)의 일측부에 수직하게 세워지는 Z 스테이지(121)와, 상기 Z 스테이지(121)를 따라 이동 가능하게 설치되고 Y방향으로 형성된 Y 스테이지(122)와, 상기 Y 스테이지(122)를 따라 이동 가능하게 설치되고 X방향으로 형성된 X 스테이지(123)로 이루어진다. 그리고 상기 Z 스테이지(121), Y 스테이지(122), X 스테이지(123)에는 각각 그 길이방향으로 형성된 제1레일(121a), 제2레일(122a), 제3레일(123a)을 구비하고, 상기 Y 스테이지(122), X 스테이지(123), 홀딩부재(130)는 각각 제1레일(121a), 제2레일(122a), 제3레일(123a)을 따라 모터구동에 의해 이동한다. 여기서 상기 Z 스테이지(121), Y 스테이지(122), X 스테이지(123)에 각각 형성된 제1레일(121a), 제2레일(122a), 제3레일(123a)을 따라 Y 스테이지(122), X 스테이지(123), 홀딩부재(130)가 모터구동에 의해 이동하도록 한 구성은 일반적인 LM 가이드의 구성을 적용한다.

한편 상기 Z 스테이지(121)의 경우 다른 스테이지와 달리 홀딩부재(130) 및 해머부재(140)로 인한 하중을 받게 되므로 상기 베이스 프레임(110)에 대하여 보다 견고하게 지지될 필요가 있다. 따라서 도 1에 도시된 것처럼 베이스 프레임(110)의 측면에 접합되어 상기 Z 스테이지(121)의 후측면을 지지하는 보강판(124)과, 상기 Z 스테이지(121) 하단부의 좌측면과 우측면에 각각 위치하면서 상기 보강판(124)의 하단부를 상기 베이스 프레임(110)에 안정적으로 지지시켜주는 한 쌍의 삼각지지대(125)를 더 구비한다.

이같은 3축 스테이지(120)의 구성에 따르면 작업자의 수작업 없이도 해머부재(140)를 초기 위치로 반복 이동시킬 수 있게 되어, 작업자가 해머(142)를 이용하여 타격할 경우 타격 위치뿐만 아니라, 가하는 힘이 타격할 때마다 다르기 때문에 구조물에 부착되어 있는 가속도계의 출력값이 달라지는 문제를 완전히 해소하고 신뢰할 수 있는 계측 데이터를 얻을 수 있으며 작업자가 해머링 작업을 수행하기 때문에 소요되는 시간 및 노동력을 절감할 수 있다.

상기 홀딩부재(130)는 상기 해머부재(140)를 홀딩하여 X 스테이지(123)를 따라 이동시킨 후 낙하시켜주는 역할을 한다. 이를 위해 상기 홀딩부재(130)는 도 2에 도시된 것처럼 상기 해머부재(140)의 가이드봉(141)을 관통시킨 상태에서 상하방향으로 이동하도록 안내하는 가이드관(132)을 상부 몸체(131a)에 구비하고, 상부 몸체(131a)와 하부 몸체(131b) 사이에는 상기 해머부재(140)의 가이드봉(141)을 홀딩하는 홀더(133,134)를 구비한다. 여기서 상기 홀더(133,134)는 도 3a 및 도 3b에 도시된 것처럼 상기 가이드봉(141)을 사이에 두고 서로 이격된 상태로 마주하여 있다가 전자기력에 의해 서로의 간격을 좁히면서 상기 가이드봉(141)을 압박하여 홀딩하는 제1홀더(133)와 제2홀더(134)로 이루어진다. 상기 제1홀더(133)와 제2홀더(134)는 각각 사각의 바 형태를 가지며 서로 마주하는 면에는 상기 가이드봉(141)의 외주면에 대응하는 안착홈(133b,134b)이 형성된다. 참고로 도 3a는 제1홀더(133)와 제2홀더(134)가 서로의 간격을 좁히면서 해머부재(140)의 가이드봉(141)을 압박하고 있는 상태이며, 도 3b는 제1홀더(133)와 제2홀더(134)가 서로의 간격을 넓히면서 해머부재(140)의 가이드봉(141)을 자유낙하 가능하도록 해제한 상태이다. 한편, 상기 제1홀더(133)에는 가이드홀(133a)이 천공된 형태로 형성되고, 상기 제2홀더(134)에는 상기 제1홀더(133)의 가이드홀(133a)에 대응하여 삽입되는 봉 형상의 가이드(134a)가 형성되어 상기 제1홀더(133)와 제2홀더(134) 간 이격이 변할 때 서로 어긋나지 않도록 안내한다.

상기 해머부재(140)는 구조물을 직접 타격하여 가진하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 해머부재(140)는 상하방향으로 길게 형성되어 상기 홀딩부재(130)에 의해 안내받는 가이드봉(141)과, 상기 가이드봉(141)의 하단에 결합되고 하면에는 해머 팁(미도시됨)을 구비하여 구조물을 타격하는 해머(142)와, 상기 가이드봉(141)과 해머(142) 사이에 설치된 로드셀(미도시됨)로 이루어진다. 이같은 해머부재(140)의 구성에 따르면 상기 해머(142)가 상승한 상태에서 자유낙하하여 구조물을 타격할 때까지 상기 가이드봉(141)이 상기 가이드관(132)을 관통한 상태를 유지하게 되며, 상기 홀딩부재(130)의 제1홀더(133) 및 제2홀더(134)는 이같은 가이드봉(141)을 양편에서 붙잡는 방식으로 홀딩하여 승강 및 자유낙하시킬 수 있다. 특히 해머(142)가 구조물을 타격한 직후에 반동에 의해 튀어 오른 순간 상기 제1홀더(133) 및 제2홀더(134)가 전자기력에 의해 가이드봉(141)을 홀딩하여 브레이킹 함으로써 구조물에 대한 2차 충격이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.

나아가, 상기 해머부재(140)는 상기 가이드봉(141)에 끼워지는 와셔의 형태로 상기 해머(142) 상측에 적층되는 복수의 단위 웨이트(143)를 포함한다. 이처럼 복수의 단위 웨이트(143)가 구비되면 구조물에 대하여 더 큰 하중으로 타격해야 하는 경우 단위 웨이트(143)의 적층 개수를 늘리는 방식으로 해머부재(140)의 중량을 용이하게 증가시킬 수 있다.

상기 카메라(150)는 상기 Z 스테이지(121)에 대응하여 반대편에 세워진 지지대(160) 상단부에 설치되어 상기 해머(142)를 촬영할 수 있도록 구비된다. 여기서 상기 지지대(160)는 상기 베이스 프레임(110)의 타측부에 세워지는 수직부(161)와 상기 수직부(161)의 상단부에서 Z 스테이지(121)가 있는 쪽으로 연장된 수평부(162)로 이루어지고 상기 카메라(150)는 상기 수평부(162)를 하향하여 비스듬히 관통하는 형태로 틸팅 및 롤링 가능하게 설치된다. 상기 카메라(150)가 지지대(160)에 대하여 틸팅 및 롤링 가능하도록 하기 위해서 도 4에 도시된 것처럼 상기 카메라(150)의 바디(151)가 구형으로 형성되고 상기 지지대(160)의 수평부(162)에 상기 카메라(150)의 바디(151)를 수용할 수 있는 수용부(162a)가 형성되도록 하여 마치 유니버셜 조인트와 같이 매우 간단하지만 카메라(150)의 틸팅 및 롤링 동작이 복합적으로 이루어지도록 할 수 있다. 물론 상기 카메라(150)의 틸팅 및 롤링을 위해 상기 구성 이외에도 상기 카메라(150) 바디(151)를 상하방향 틸팅 가능하게 지지하는 회전축을 마련하고 상기 회전축을 좌우방향 회전시키기 위한 회전체를 설치하는 구성 등 다소 복잡하지만 다양한 구성을 생각할 수 있다.

이처럼 상기 지지대(160)의 상단부에서 틸팅 및 롤링 가능한 카메라(150)가 설치되면 촬영된 영상 분석을 통해 해머(142)를 자유낙하시키기 위한 초기 위치를 정확히 설정하는데 도움이 된다. 특히 상기 해머(142)의 초기 위치를 설정할 때 상기 카메라(150)가 촬영한 영상 분석을 통해 X-Y 축 좌표를 설정하고, Y 축 좌표는 고정되어 있는 Z 스테이지(121)에 대하여 Y 스테이지(122)가 위치했던 지점을 기억하여 제어하는 방식으로 행함으로써 초기 위치 설정이 정확하게 이루어진다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 동강성 계측을 위한 모터 제어 가진장치의 동작 및 작용을 도 5a 내지 도 5f를 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 5a는 가진장치(100)의 베이스 프레임(110)이 구조물에 지지된 상태에서 해머부재(140)의 해머(142)가 구조물 표면에 접촉하여 놓여진 상태를 나타낸 것이다. 이때 Y 스테이지(122)가 적당한 높이로 이동한 후 홀딩부재(130)를 이용하여 해머부재(140)의 가이드봉(141)을 홀딩한다. 이때 Z 스테이지(121)에 대한 Y 스테이지(122)의 1차 높이 정보를 제어기에 전송하여 기억토록 한다.

이후 홀딩부재(130)가 상기 해머부재(140)를 붙잡은 상태에서 도 5b와 같이 Z 스테이지(121)를 따라 Y 스테이지(122)를 상승시키며 이때 상승한 2차 높이 정보 역시 제어기에 전송하여 기억토록 한다. 여기서 해머(142)가 구조물로부터 상승한 높이(Y 축 좌표)가 정해지는데 이는 위 언급된 Y 스테이지(122)의 2차 높이에서 1차 높이를 감한 높이 증가분에 해당하며 이를 낙하를 위한 해머(142)의 초기 위치 Z 축 좌표로 설정한다.

또한, 위와 같이 해머(142)가 상승한 상태에서 Z 스테이지(121) 반대편에 설치된 카메라(150)가 해머(142)의 위치를 촬영하여 그 영상정보를 제어기에 전송함으로써 해머(142)의 초기 위치 X-Y 축 좌표를 설정할 수 있도록 한다.

이후, 해머(142)로 구조물을 타격하여 가진하기 위한 작업이 이어진다. 이를 위해 홀딩부재(130)의 제1홀더(133) 및 제2홀더(134)에 인가되었던 전자기력을 해제하면 상기 제1홀더(133) 및 제2홀더(134)가 서로 간의 이격을 넓히면서 가이드봉(141)을 놓아주게 되어 도 5c와 같이 해머(142)가 자유낙하면서 구조물을 타격한다. 이로써 구조물이 1차로 가진되면 구조물에 설치된 가속도계를 이용하여 충격 가진으로 인한 구조물의 진동응답 y(t)을 측정할 수 있고, 상기 해머부재(140)에 설치된 로드셀을 이용하여 가해진 순간하중도 측정할 수 있다.

이때 순간적으로 구조물을 타격한 해머(142)가 반발력에 의해 위로 튀어 오르게 되는데, 도 5d에 도시된 것처럼 홀딩부재(130)의 제1홀더(133) 및 제2홀더(134)에 전자기력을 인가하여 가이드봉(141)을 붙잡아줌으로써 튀어 오른 해머(142)가 구조물로 낙하하여 2차 충격을 가하지 않도록 한다.

이후, 구조물에 대한 2차 가진을 위하여 해머(142)를 1차 가진시 설정된 초기 위치로 되돌리는 작업이 이루어지다. 이를 위해 먼저 튀어 오른 해머부재(140)의 가이드봉(141)을 붙잡고 있던 홀딩부재(130)의 전자기력을 해제하여 도 5e와 같이 해머(142)가 구조물 표면에 접촉된 상태가 되도록 하고, 그 상태에서 Y 스테이지(122)를 하강시켜 1차 가진시 기억된 Y 스테이지(122)의 1차 높이에 이르도록 한다. 그리고 나서 도 5f와 같이 홀딩부재(130)를 이용하여 해머부재(140)의 가이드봉(141)을 홀딩하여 들어 올리는데, 1차 가진시 기억된 Y 스테이지(122)의 2차 높이까지 Y 스테이지(122)를 상승시키면 된다. 이로써 해머(142)의 Y축 좌표가 초기 설정된 Y축 좌표에 위치한다.

이후 1차 가진시 기억된 카메라(150) 영상정보에 따라 해머(142)의 X 스테이지(123)와 홀딩부재(130)를 이동시켜 초기 X-Y 축 좌표로 이동시켜준다. 이로써 해머(142)가 1차 가진시 위치하였던 초기 위치에 정확히 위치하게 된다. 이후 해머(142)를 자유낙하시켜 2차 가진을 실시하고, 동일한 방법으로 상기 수치 설정부에서 설정한 가진 횟수만큼 가진을 더 실시할 수 있다.

그러면, 위와 같은 방법으로 이루어진 구조물에 대한 각각의 가진시 측정된 구조물의 진동응답 y(t)을 근거로 구조물의 동강성을 산출할 수 있는 것이다.

참고로 구조물의 동강성 Z(ω)은 구조물을 단위 힘으로 가진한 경우의 주파수 ω 별 구조물의 진동응답 y(t)로 평가한다. 즉, Z(ω)는 구조물에 입력되는 충격력 시간 신호 x(t)의 주파수 스펙트럼 X(ω)와 이로 인한 구조물의 변위, 속도, 가속도 등에 해당하는 진동 시간응답 y(t)의 주파수 스펙트럼 Y(ω)에 의해 Y(ω)/X(ω)로 평가되며, 이의 역수로도 평가될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

110 : 베이스 프레임 120 : 3축 스테이지
130 : 홀딩부재 140 : 해머부재
150 : 카메라 160 : 지지대

Claims (11)

1. 구조물 표면에 지지되는 베이스 프레임과;
   상기 베이스 프레임의 일측부에 수직하게 세워지는 Z 스테이지와, 상기 Z 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되고 Y방향으로 형성된 Y 스테이지와, 상기 Y 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되고 X방향으로 형성된 X 스테이지로 이루어진 3축 스테이지와;
   상기 X 스테이지를 따라 이동 가능하게 설치되는 홀딩부재와;
   상기 홀딩부재에 의해 홀딩되었다가 상기 홀딩부재가 홀딩을 해제하면 자유낙하하여 구조물을 타격하는 해머부재를 포함하며,
   상기 Z 스테이지, Y 스테이지, X 스테이지에는 각각 그 길이방향으로 형성된 제1레일, 제2레일, 제3레일을 구비하고, 상기 Y 스테이지, X 스테이지, 홀딩부재는 각각 제1레일, 제2레일, 제3레일을 따라 모터구동에 의해 이동하며,
   상기 해머부재는 상하방향으로 길게 형성되어 상기 홀딩부재에 의해 안내를 받는 가이드봉과, 상기 가이드봉의 하단에 결합되고 하면에는 해머 팁을 구비하여 구조물을 타격하는 해머로 이루어지며,
   상기 홀딩부재는 상기 가이드봉을 관통시킨 상태로 상기 가이드봉의 승강을 안내하는 가이드관과, 상기 해머부재의 가이드봉을 홀딩하는 홀더를 구비하고, 상기 홀딩부재의 홀더는 상기 가이드봉을 사이에 두고 서로 이격된 상태로 마주하여 있다가 전자기력에 의해 서로의 간격을 좁히면서 상기 가이드봉을 압박하여 홀딩하는 제1홀더와 제2홀더로 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1홀더와 제2홀더의 마주하는 면에는 상기 가이드봉의 외주면에 대응하는 안착홈이 형성된 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1홀더에는 가이드홀이 천공된 형태로 형성되고, 상기 제2홀더에는 상기 제1홀더의 가이드홀에 대응하여 삽입되는 봉 형상의 가이드가 형성되어 상기 제1홀더와 제2홀더 간 이격이 변할 때 서로 어긋나는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
6. 제1항에 있어서,
   성기 해머부재는 상기 해머와 가이드봉 사이에 설치된 로드셀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이 설치된 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 해머부재는 상기 가이드봉에 끼워지는 와셔의 형태로 상기 해머의 상측에 적층되어 상기 해머부재의 중량을 조절할 수 있도록 한 복수의 단위 웨이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 베이스 프레임의 타측부에 수직하게 세워지는 지지대와;
   상기 지지대의 상단부에 설치되어 상기 해머를 촬영할 수 있도록 한 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 카메라는 상기 지지대에 대하여 틸팅 및 롤링 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 프레임은 둘레부를 제외한 나머지가 개구부로 형성된 사각의 틀체이며, 상기 개구부를 통해 상기 해머부재가 낙하하여 구조물을 타격할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 베이스 프레임의 모서리 하면에는 각각 진동을 감쇄하는 댐핑받침이 설치되는 것을 특징으로 하는 모터 제어 가진장치.

Images