KR101741207B1 - 중량중심 측정장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

중량중심 측정장치 및 방법을 공개한다. 본 발명은 인양수단과 중심에서 1점의 제1 인양점으로 연결되며, 관형태의 측정대상물과는 복수개의 제2 인양점으로 양측에서 연결되는 인양빔, 인양수단에 의해 측정대상물과 연결된 인양빔이 인양되면, 측정대상물과 연결된 인양빔의 중량과 인양빔의 기울어진 각도를 측정하여 감지 신호를 생성하는 센서부 및 감지 신호를 인가받아 측정 대상물의 중량중심의 위치를 계산하는 데이터 처리부를 포함한다.

Description

중량중심 측정장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING CENTER OF GRAVITY}

본 발명은 중량중심 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 중량과 매달림 각도를 이용하여 발사관의 중량중심을 측정하는 중량중심 측정장치 및 방법에 관한 것이다.

발사관은 로켓 또는 미사일와 같은 발사체의 보관이 용이하도록 하며, 외부환경으로부터 보호 할 뿐만 아니라, 발사 시에 발사체가 목표를 지향할 수 있도록 지지하는 장치이다.

도1 은 발사관의 일예를 나타낸다.

도1 에서 (a)는 발사관(LT)의 측면도를 나타내고, (b)는 발사관(LT)의 정면도를 나타낸다. 발사관(LT)은 평상시에 발사체를 수납하고, 발사체의 발사 시에는 발사체의 초기 진행 방향을 가이드할 수 있도록 일반적으로 길이가 긴 관(tube) 형태로 구현된다. 그리고 발사관(LT)은 발사체의 발사 시 발생하는 충격에도 자세가 안정적으로 유지되어 발사체의 진행 방향을 유지할 수 있어야 한다.

발사관(LT)이 발사체를 안정적으로 지지하고 진행 경로를 가이드하기 위해서는 발사관(LT)의 중량중심(CG)을 미리 확인하고, 확인된 발사관의 중량중심(CG)을 고려하여 발사관(LT)의 지지 구조를 설계할 필요가 있다.

발사관(LT)은 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 일반적으로 길이가 긴 원통형으로 구현되어 내부에 발사체가 수납가능한 관(TB)과 관(TB)을 외부 지지대에 고정하기 위한 고정수단(FS)으로 구현된다. 고정수단(FS)는 발사관(LT)의 안정성을 위해 관(TB)에 상하 또는 좌우 대칭으로 배치된다. 따라서 발사관(LT)의 중량중심(CG)은 길이 방향(도1 에서는 X 방향) 관(TB)의 중심선(X0) 상에 배치된다.

도2 는 기존의 중량중심 측정장치의 예를 나타낸다.

도2 에서 (a)는 다점 안착방식 중량중심 측정장치의 일 예를 나타내고, (b)는 다점 인양방식 중량중심 측정장치의 일 예를 나타낸다.

(a)에 도시된 다점 안착방식 중량중심 측정장치는 측정대상물(여기서는 일예로 발사관)이 2점이상 복수의 위치에서 측정장치와 접촉하여 안착된 상태에서 각 안착점에서의 중량(w1, w2)을 측정함으로써 중량중심을 계산하는 장치이다. 그리고 (b)에 도시된 다점 인양방식 중량중심 측정장치는 측정장치가 측정대상물의 2점이상 복수의 위치에서 인양하고, 각 인양점에서의 중량(w1, w2)을 측정함으로써 중량중심을 계산하는 장치이다.

(a) 및 (b)에 도시된 중량중심 측정장치는 수학식 1 및 2에 따라 측정대상물의 중량중심을 측정할 수 있다.

그러나 (a)에 도시된 다점 안착방식 중량중심 측정장치 및 (b)에 도시된 다점 인양방식 중량중심 측정장치가 측정대상물의 중량중심을 정확하게 측정하기 위해서는 단순히 측정대상물을 안착시키거나 인양시키는 것이 아니라 몇가지 전제 조건이 필요하다.

우선 두 가지 측정장치 모두 측정대상물의 중량중심 측정 축(발사관(LT)의 경우, 관(TB)의 길이 방향(도1 에서는 X 방향) 축선(X0축))이 수평이 되도록 조절해야 한다. 즉 높이(H1, H2)가 일치(H1 = H2)가 되도록 조절해야 한다. 또한 각 접촉점(안착점과 인양점) 사이의 상호 거리(L2-L1, L1)가 별도의 측정을 통해 확보되어야 한다.

또한 다점 안착방식 중량중심 측정장치의 경우에는 각 안착점에서 측정대상물을 무게를 측정하는 로드셀(load cell)과 측정대상물을 함께 지지하기 위한 구조물이 필요하다. 이 구조물은 일반적으로 측정 베드 또는 측정 플레이트라 불리는 평판 형태로 구현되며, 측정 베드는 측정대상물과 로드셀을 지지할 수 있는 구조적 강도와 더불어 측정대상물을 안착할 수 있도록 측정 대상물에 대응하는 크기를 갖도록 구현되어야 한다.

그러나 로켓 또는 미사일과 같은 대형 발사체의 발사관은 크기가 매우 커 측정 베드를 구현하기 어려울 뿐만 아니라, 구현하더라도 측정 베드를 배치할 장소를 확보하기 어렵다. 또한 측정대상물을 측정 베드로 이송해야 한다는 문제가 있다.

그에 비해 다점 인양방식 중량중심 측정장치는 크레인과 같은 인양 장비를 이용하므로, 측정 베드가 불필요하여 구현이 용이하고, 측정 장소에 대한 제약이 없다는 장점이 있다 그러나 다점 인양방식 중량중심 측정장치는 크레인이 측정대상물을 인양점 각각에서 인양해야 하므로 다수의 크레인이 필요할 뿐만 아니라, 높이(H1, H2)가 일치(H1 = H2)가 되도록 크레인을 조작해야 하므로 크레인 정밀 조작의 부담이 있다. 또한 인양점 사이의 상호 거리(L2-L1, L1)를 측정하기 어렵다는 제약이 있다.

한국 등록 특허 제10-1533382호 (2015.06.26 등록)

본 발명의 목적은 단일점 인양방식으로 인양되는 측정대상물의 중량과 매달림 각을 이용하여 중량중심을 측정하는 중량중심 측정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 중량중심 측정장치를 이용한 중량중심 측정방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 중량중심 측정장치는 인양수단과 중심에서 1점의 제1 인양점으로 연결되며, 관형태의 측정대상물과는 복수개의 제2 인양점으로 양측에서 연결되는 인양빔; 상기 인양수단에 의해 상기 측정대상물과 연결된 상기 인양빔이 인양되면, 상기 측정대상물과 연결된 상기 인양빔의 중량과 상기 인양빔의 기울어진 각도를 측정하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및 상기 감지 신호를 인가받아 상기 측정 대상물의 중량중심의 위치를 계산하는 데이터 처리부; 를 포함한다.

상기 인양빔은 상기 인양수단과 상기 제1 인양점으로 연결되고, 상기 측정대상물의 중량중심 위치에 대응하여 상기 인양빔이 회전하는 회전중심인 인양고리; 상기 인양고리가 일면의 중심에 연결되는 바 형태의 빔; 및 상기 빔의 타면에 배치되어 상기 측정대상물과 각각 연결되며, 중량중심측정 오차가 발생하지 않도록 동일한 형태 및 구성과 무게로 상기 빔의 중심으로부터 균등 배치되는 복수개의 측정대상 연결수단; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서부는 상기 인양고리와 상기 인양수단 사이에 연결되어 상기 인양수단에 의해 인양되는 중량을 측정하여 중량 측정값(w)를 출력하는 로드셀; 및 상기 인양빔에 배치되어 상기 인양빔의 기울어진 각도를 측정하여 각도 측정값(θ)을 출력하는 각도계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 데이터 처리부는 측정대상물의 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 회전중심(RC)과 인양빔(10)의 중량중심(CB)을 가로지르는 회전축선(RAX)과 측정대상물의 중심선(X0)이 만나는 교차점까지의 거리인 기본 중량중심 거리(D)가 미리 측정되어 저장되고, 상기 인양고리의 회전중심(RC)과 상기 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리(L2) 및 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제1 중량중심 보상거리(A)를 획득하며, 상기 회전중심(RC)을 가로지르는 중량 방향선인 중량중심선(MC)과 측정대상물의 중량중심(CG)을 가로지르는 중량방향선인 측정 중량중심선(MCL) 사이의 거리를 나타내는 중심오차거리(B2) 및 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제2 중량중심 보상거리(C)를 획득하여, 상기 기본 중량중심 거리(D)와 제1 중량중심 보상거리(A) 및 제2 중량중심 보상거리(C)를 합하여 상기 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 상기 중량중심(CG)까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 중량중심 측정방법은 인양수단과 중심에서 1점의 제1 인양점으로 연결되며, 관형태의 측정대상물과는 복수개의 제2 인양점으로 양측에서 연결되는 인양빔과 센서부 및 데이터 처리부를 포함하는 중량중심 측정장치를 이용하는 중량중심 측정 방법에 있어서, 상기 데이터 처리부가 상기 측정 대상물과 연결된 상기 인양빔이 인양되면, 상기 센서부의 각도계에서 인가되는 각도 측정값(θ)이 기설정된 시간 동안, 기설정된 기준 각도 범위 이내로 유지되는지 판별하는 단계; 및 상기 각도 측정값(θ)이 기준 각도 범위 이내로 유지되면, 상기 데이터 처리부가 상기 센서부로부터 중량 측정값(w)을 추가로 인가 받고, 상기 각도 측정값(θ)과 상기 중량 측정값(w) 및 미리 측정된 상기 인양빔의 회전중심(RC)과 측정장치(인양빔)의 중량중심(CB) 사이의 거리(L1), 회전중심(RC)과 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리(L2), 측정대상물의 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 회전중심(RC)과 인양빔(10)의 중량중심(CB)을 가로지르는 회전축선(RAX)과 측정대상물의 중심선(X0)이 만나는 교차점까지의 거리인 기본 중량중심 거리(D), 상기 인양빔의 중량중심(CB)의 수평 이동거리 및 상기 인양빔의 중량(w1)을 이용하여 측정대상물의 중량중심을 계산하는 단계; 를 포함한다.

상기 중량중심을 계산하는 단계는 상기 각도 측정값(θ)과 상기 중량 측정값(w)을 인가받는 단계; 상기 중량 측정값(w)에서 상기 인양빔의 중량(w1)을 차감하여 상기 측정대상물의 중량(w2)를 계산하는 단계; 상기 인양빔의 중량중심(CB)의 수평 이동거리(B1)과 상기 인양빔의 중량(w1) 및 상기 측정대상물의 중량(w2)으로부터 상기 회전중심(RC)을 가로지르는 중량 방향선인 중량중심선(MC)과 측정대상물의 중량중심(CG)을 가로지르는 중량방향선인 측정 중량중심선(MCL) 사이의 거리를 나타내는 중심오차거리(B2)를 계산하는 단계; 상기 회전중심(RC)과 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리(L2)와 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제1 중량중심 보상 거리(A)를 계산하는 단계; 상기 중심오차거리(B2)와 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제2 중량중심 보상 거리(C)를 계산하는 단계; 및 상기 기본 중량중심 거리(D)와 상기 제1 중량중심 보상 거리(A) 및 상기 제2 중량중심 보상 거리(C)를 합하여, 상기 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 상기 중량중심(CG)까지의 거리를 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 중량중심 측정장치 및 방법은 로드셀 및 각도기를 이용하는 단순한 방식으로 중량중심 측정이 가능하여 측정 설비 비용 및 공간을 크게 줄일 수 있다. 또한 단일점 인양방식을 이용하기 때문에, 다수의 인양수단을 구비할 필요가 없이 하나의 인양 수단으로 측정대상물을 인양함과 동시에 중량중심을 측정할 수 있다. 즉 측정대상물의 이동을 위해 인양하면서 동시에 중량중심을 측정할 수 있다. 그러므로 측정 전 정밀 수평 조정 작업이 불필요하여 중량중심 측정의 편의성을 크게 향상 시킬 수 있으며, 측정 시간을 대폭 단축할 수 있다.

도1 은 발사관의 일예를 나타낸다.
도2 는 기존의 중량중심 측정장치의 예를 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량중심 측정장치의 구성을 나타낸다.
도4 는 본 발명의 중량중심 측정장치에 측정대상물이 결합되어 인양되는 상태의 일 예를 나타낸다.
도5 및 도6 은 본 발명의 중량중심 측정장치에 측정대상물이 결합되어 인양되는 상태의 다른 예를 나타낸다.
도7 은 본 발명의 일실시예에 따른 중량중심 측정장치를 이용한 중량중심 측정방법을 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 중량중심 측정장치의 구성을 나타낸다.

도3 을 참조하면 본 발명의 중량중심 측정장치는 인양빔(10)과 센서부(20) 및 데이터 처리부(30)를 구비한다. 인양빔(10)은 크레인과 같은 인양 수단이 측정 대상물을 인양할 수 있도록 인양수단과 측정대상물을 연결하기 위해 구비된다. 인양빔(10)은 빔(11)과 복수개의 측정대상연결수단(12) 및 인양고리(13)를 구비한다. 여기서 빔(beam)(11)은 바(bar) 형태로 구현되어 발사관과 같은 길이가 긴 관(tube) 형태의 측정대상물을 2점 이상 복수개의 인양점으로 연결되어 안정적으로 인양할 수 있도록 한다.

복수개의 측정대상연결수단(12)은 빔(11)과 측정대상물을 연결하기 위한 구성으로, 복수개의 측정대상연결수단(12)에 의해 인양빔(10)의 중량중심이 빔(11)의 일측으로 이동하지 않도록 균등하게 배치된다. 측정대상연결수단(12)이 2개이면 인양빔(10)은 측정대상물과는 2점의 인양점으로 연결될 수 있다.

도3 에서는 일 예로 측정대상연결수단(12) 각각이 측정대상물과 2점 결합되는 구조를 도시하였다. 그리고 2개의 측정대상연결수단(12)이 빔(11)의 양단에 배치되며, 2개의 측정대상연결수단(12)에 의한 중량중심측정 오차가 발생하지 않도록 동일한 형태 및 구성과 무게를 갖도록 구성된다. 또한 2개의 측정대상연결수단(12) 각각은 빔(11)의 일단으로부터 기설정된 소정 거리만큼 이격되어 배치되어도 무방하지만 2개의 측정대상연결수단(12)이 빔의 양단에서 이격되어 배치되는 경우, 중량중심 측정 오차가 발생하지 않도록 서로 동일 거리로 이격 배치되어야 한다.

2개의 측정대상연결수단(12)은 측정대상물과 볼트와 같은 결합 수단을 이용하여 직접 결합되는 것이 일반적이나, 경우에 따라서는 케이블과 같은 별도의 연결수단을 이용하여 결합될 수도 있다.

그리고 인양고리(13)는 빔(11)과 인양수단을 연결하기 위한 구성으로 인양수단과 1점 연결된다. 인양고리(13)는 인양빔(10)에 의한 중량중심측정 오차가 발생하지 않도록 인양빔(10)의 중량중심에 대응하는 위치(일반적으로 빔(11)의 중심선)에 배치된다. 즉 인양빔(10)이 인양수단에 의해 인양되는 경우, 인양빔(10)은 인양고리(13)을 기준으로 양단이 동일한 중량을 갖게 되어 자연적으로 수평을 유지하게 된다. 그리고 인양빔(10)이 측정대상물과 결합되어 인양되는 경우에는 측정대상물의 무게 중심 위치에 따라 인양빔(10)은 우측 또는 좌측으로 기울어지게 되며, 이때 인양고리(13)는 기울어지는 인양빔(10)의 회전중심(RC)이 되며, 인양고리(13)와 빔(11)의 중심을 중앙을 가로지르는 선이 중력이 작용하는 축선인 중량중심선(MC)이 된다.

여기서 인양고리(13)는 인양빔(10)이 측정대상물을 단순히 인양하기 위해 이용되는 경우에는 인양수단에 직접 결합되는 반면, 측정대상물의 중량중심을 특정하고자 하는 경우에는 도3 에 도시된 바와 같이, 센서부(20)의 로드셀(21)을 통해 인양수단과 결합될 수 있다.

센서부(20)는 측정대상물의 중량과 인양빔(10)에 결합된 측정대상물에 의해 인양빔(10)의 기울어진 각도를 감지하여 감지 측정값을 데이터 처리부(30)로 전송한다. 센서부(20)는 로드셀(21) 및 각도계(22)를 구비하며, 로드셀(21)은 인양빔(10)의 인양고리(13)과 인양수단 사이에 연결되어 인양빔(10)의 중량을 포함한 측정대상물의 중량을 감지하여 중량 측정값(w)을 출력한다. 로드셀(21)은 측정대상물이 결합되지 않은 상태의 인양빔(10)이 인양되는 경우, 인양빔(10) 자체의 중량을 측정한 인양빔 중량값(w1)을 출력하고, 측정대상물이 결합된 상태에서는 인양빔(10)의 중량(w1)과 측정대상물의 중량(w2)이 합해진 중량을 중량 측정값(w)으로 출력한다.

각도계(22)는 인양빔(10)의 내부 또는 외부에 구비되어 인양빔(10)가 수평으로부터 기울어진 각도를 측정하여, 각도 측정값(θ)을 생성한다. 상기한 바와 같이, 인양빔(10)은 측정대상물체가 결합되지 않은 상태에서 인양수단에 의해 인양되면, 수평을 유지하게 된다. 즉 각도계(22)는 인양빔(10)의 중량중심(CB)이 중량중심선(MC) 상에 위치하므로 각도를 0°로 측정한다. 그러나 측정대상물체가 인양빔(10)에 결합되어 인양되면, 측정대상물체의 중량중심(CG) 위치에 따라 결합된 인양빔(10)과 함께 기울어지게 되므로, 각도계(22)는 인양빔(10)이 수평으로부터 기울어진 각도를 측정하여 각도 측정값(θ)을 출력한다. 각도계(22)는 인양빔(10)이 수평인 상태에서 0°의 각도 측정값을 출력하고, 인양빔(10)이 우측으로 기울어지는 경우 양의 각도 측정값(0° < θ ≤ 90°)을 출력하며, 인양빔(10)이 좌측으로 기울어지는 경우 음의 각도 측정값(-90° ≤ θ ≤ 0°)을 출력한다.

각도계(22)는 인양빔(10)의 기울어진 각도를 측정하므로, 인양빔(10)에서 배치될 위치가 특정 위치로 지정될 필요는 없으나, 안정적으로 정확한 각도를 측정할 수 있도록 가급적 인양빔(10)의 중량중심 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 즉 회전 중심선(RC) 상에 배치되는 것이 바람직하다.

데이터 처리부(30)는 센서부(20)로부터 유선 또는 무선으로 중량 측정값와 각도 측정값을 포함하는 감지 측정값을 인가받아, 측정대상물의 중량중심을 계산한다. 데이터 처리부(30)는 센서부(20)로부터 인가되는 감지 측정값이 아날로그 신호로 인가되는 경우 디지털 신호로 변환하여 처리할 수 있으며, 디스플레이 수단을 구비하여 계산된 중량중심을 사용자에게 표시할 수 있다. 또한 데이터 처리부는 계산된 중량중심을 표시할 때, 측정대상물의 규격으로 미리 지정된 설정 중량중심과 함께 표시하여 측정대상물의 중량중심이 설정된 규격을 만족하는지 여부를 확인하도록 할 수 있다.

데이터 처리부(30)가 중량 측정값과 각도 측정값을 이용하여 중량중심을 계산하는 상세한 기법은 후술하도록 한다.

도4 는 본 발명의 중량중심 측정장치에 측정대상물이 결합되어 인양되는 상태의 일예를 나타낸다.

도4 에서는 중량중심 측정장치에 측정대상물로 발사관이 결합되고 크레인등의 인양수단에 의해 인양되는 상태를 나타내며, 인양빔(10)이 기울지 않은 상태 즉, 인양빔(10)이 수평을 유지하는 상태를 나타낸다. 도4 에 도시된 바와 같이, 인양빔(10)에 측정대상물이 결합되어 인양수단에 의해 인양됨에도 불구하고, 인양빔(10)이 수평을 유지한다면, 센서부(20)의 각도계는 각도 측정값(θ)을 0°로 측정하여 데이터 처리부(30)로 전송한다.

이는 현재 결합된 측정대상물의 중량중심(CG)이 중량중심선(MC) 상에 존재한다는 것을 나타낸다. 즉 측정대상물의 중량중심(CG)은 인양고리(13)의 회전중심(RC)로부터 중력 방향 축인 Z축 방향의 선상에 위치한다. 그리고 도4 에서 L1은 인양빔(10)의 회전중심(RC)과 인양빔(10)의 중량중심(CB) 사이의 거리를 나타내고, L2는 회전중심(RC)과 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리를 나타낸다. RAX는 회전중심(RC)과 인양빔(10)의 중량중심(CB)을 가로지르는 선으로써, 회전축선을 나타낸다. 회전축선(RAX)은 측정대상물이 인양빔(10)의 빔(11)과 평행하게 결합되므로 회전축선(RAX)은 측정대상물의 중심선(X0)와 수직을 이룬다. 도4 에서는 인양빔(10)이 수평 상태이므로 중량중심선(MC)과 회전축선(RAX)가 일치되는 것으로 도시되었으나, 인양빔(10)이 회전하는 경우, 회전축선(RAX)은 회전하지만, 중량중심선(MC)은 변경되지 않는다. 그리고 D는 측정대상물의 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 회전축선(RAX)과 측정대상물의 중심선(X0)이 만나는 교차점까지의 거리로서, 기본 중량중심 거리를 나타낸다. 도4 에서는 중량중심측정 시작점(D0)이 측정대상물의 좌측일단으로 설정되는 것으로 가정하였다. 그리고 L1, L2 및 D는 미리 측정되어 데이터 처리부에 저장될 수 있다.

도5 는 본 발명의 중량중심 측정장치에 측정대상물이 결합되어 인양되는 이상적인 상태를 나타낸다.

도5 는 인양빔(10)의 중량이 0인 이상적인 상태를 가정하여 도시하였으며, 인양빔(10)이 측정대상물의 중량 중심 위치에 의해 우측으로 기울어진 상태를 나타낸다. 도5 에 도시된 바와 같이, 측정대상물이 결합되어 인양되는 인양빔(10)이 우측으로 기울어지게 되면, 센서부(20)의 각도계(22)는 각도 측정값(θ)을 양의 값(0° < θ ≤ 90°)으로 측정하여 데이터 처리부(30)로 전송한다.

도5 에서 측정대상물이 우측으로 기울어지게 됨에 따라 회전축선(RAX)은좌측으로 기울어진다. 즉 회전축선(RAX)이 중량중심선(MC)으로부터 각도 측정값(θ)만큼 기울어지게 된다.

인양빔(10)의 중량이 0인것으로 가정하였으므로, 인양수단에 의해 측정대상물과 결합된 인양빔(10)이 인양되면, 인양빔(10)과 측정대상물은 오로지 측정대상물의 중량에 의해 기울어지게 된다. 이때 측정대상물의 중량중심(CG)의 위치는 도5 에 도시된 바와 같이, 중량중심선(MC)와 측정대상물의 중심선(X0)가 교차하는 위치가 된다.

그리고 도5 에서 회전중심선(CGL)은 측정대상물의 중심선(X0) 중량중심선(MC)가 만나는 점에서 회전축선(RAX)과 평행한 선을 나타낸다. 그리고 제1 중량중심 보상거리(A)는 회전축선(RAX)과 회전중심선(CGL)사이의 거리를 나타낸다. 도5 에서는 회전중심선(CGL)이 측정대상물의 중량중심(CG)를 지나므로, 제1 중량중심 보상거리(A)는 기본 중량중심 거리(D)로부터 측정된 중량중심(CG)까지의 거리차가 된다. 즉 측정대상물의 중량중심(CG)은 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.

그리고 제1 중량중심 보상거리(A)는 삼각함수 해석에 따라 수학식 4 에 따라 계산될 수 있다.

즉 수학식 3 및 4에 따라, 측정 대상물의 중량중심(CG)를 매우 용이하게 계산할 수 있다.

그러나 도5 는 인양빔(10)의 중량이 0 인 이상적인 상태를 가정한 것으로 현실적으로 인양빔(10)의 중량은 0이 아니므로, 상기한 방법으로 실제 측정 대상물의 중량중심(CG)를 획득할 수는 없다.

도6 및 도7 은 본 발명의 중량중심 측정장치에 측정대상물이 결합되어 인양되는 상태의 다른 예를 나타낸다.

도6 및 도7 은 인양빔(10)의 중량이 0으로 가정한 도5 와 달리 인양빔(10)의 중량(w1)이 존재하는 경우에 측정 대상물의 중량중심(CG)를 획득하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도6 은 도5 와 마찬가지로 인양빔(10)이 우측으로 기울어진 상태를 나타내며, 도7 은 인양빔(10)이 좌측으로 기울어진 상태를 나타낸다. 인양빔(10)의 중량(w1)이 존재하는 경우, 측정대상물과 결합된 인양빔(10)의 중량중심(CG)는 인양빔(10)의 중량(w1)에 의해 도5 의 이상적인 경우와 달리, 중량중심선(MC) 상에 위치하지 않는다.

도6 에 도시된 바와 같이, 측정대상물이 결합되어 인양되는 인양빔(10)이 우측으로 기울어지게 되면, 센서부(20)의 각도계(22)는 각도 측정값(θ)을 양의 값(0° < θ ≤ 90°)으로 측정하여 데이터 처리부(30)로 전송한다. 반대로 도7 과 같이 인양빔(10)이 좌측으로 기울어지게 되면, 각도계(22)는 각도 측정값(θ)을 음의 값(-90° ≤ θ ≤ 0°)으로 측정하여 데이터 처리부(30)로 전송한다.

도6 및 도7 을 참조하여 인양빔(10)이 우측 또는 좌측으로 기울어진 상태에서 측정대상물의 중량중심을 계산하는 방법을 설명하면, 우선 인양빔(10)이 회전축(RC)을 중심으로 우측으로 기울어지면, 인양빔(10)의 중량중심(CB)은 수평 상태에 비해 좌측 방향으로 B1 만큼 이동하게 된다. 반대로 인양빔(10)이 회전축을 중심으로 좌측으로 기울어지면, 인양빔(10)의 중량중심(CB)은 수평 상태에 비해 좌측 방향으로 B1 만큼 이동하게 된다. 즉 B1은 인양빔(10)의 중량중심(CB)의 수평 이동거리를 나타낸다.

여기서 B1 은 수학식 5와 같이 계산된다.

그리고 중량중심선(MC)과 측정대상물의 중량중심(CG)을 가로지르는 중량방향선인 측정 중량중심선(MCL) 사이의 거리를 나타내는 중심오차거리(B2)는 수학식 6으로 계산될 수 있다.

한편, 센서부(20)의 로드셀(21)에서 측정되는 중량 측정값(w)은 인양빔(10)의 중량(w1)과 측정대상물의 중량(w2)이 합해진 중량을 의미하므로, 측정대상물의 중량(w2)은 수학식 7로 계산된다.

그리고 인양빔(10)의 자세가 안정된 상태에서 인양빔(10)의 중량중심(CB)이 중량중심선(MC)으로 이동하고자 하는 힘(F1)과 측정대상물의 중량중심(CG)이 중량중심선(MC)으로 이동하고자 하는 힘(F2)은 동일하다. 두 힘(F1, F2)이 동일한 상태라는 조건으로부터 수학식 8이 도출된다.

수학식 8을 중심오차거리(B2)에 대해 정리하면 수학식 9가 획득된다.

또한 회전축선(RAX)과 회전중심선(CGL) 사이의 거리를 나타내는 제1 중량중심 보상거리(A)는 수학식 4와 동일하게 계산된다.

한편, 회전중심선(CGL)과 측정대상물의 중량중심(CG) 사이의 거리를 나타내는 제2 중량중심 보상거리(C)는 수학식 10에 따라 계산될 수 있다.

제1 중량중심 보상거리(A)와 제2 중량중심 보상거리(C)가 계산되면, 중량중심(CG)은 수학식 11와 같이 계산될 수 있다.

수학식 4 내지 11 에서 L1, L2, θ, w1, w2, D는 측정에 따라 획득할 수 있는 값이므로, B1, B2를 계산할 수 있고, B1, B2를 이용하여 A 및 C를 다시 획득할 수 있다. 결과적으로 인양빔(10)에 결합된 측정대상물을 인양함과 동시에 측정대상물의 무게중심(CG)을 획득할 수 있다.

도8 은 본 발명의 일실시예에 따른 중량중심 측정장치를 이용한 중량중심 측정방법을 나타낸다.

도3 내지 도7 을 참조하여 도8 의 중량중심 측정방법을 설명하면, 먼저 인양빔(10)의 2개의 측정대상연결수단(12)이 측정대상물과 연결된다(S10). 그리고 크리인과 같은 인양수단이 인양빔(10)의 인양고리(13)과 1점 연결되어 인양빔(10)과 함께 측정대상물을 인양한다(S20).

인양 수단에 의해 인양빔(10)이 인양되면, 인양빔(10)의 자세가 안정될 때까지 흔들림이 발생하고, 각도계(22)에서 데이터 처리부(30)로 인가되는 각도 측정값(θ)은 계속적으로 변화하게 된다. 이에 데이터 처리부(30)는 각도 측정값(θ)이 기설정된 시간(예를 들면 1초)동안 고정되는지 판별한다(S30). 여기서 고정의 의미는 각도 측정값(θ)이 기설정된 기준 각도 범위(예를 들면 1°) 이내로 유지됨을 의미한다.

만일 각도 측정값(θ)이 고정되지 않으면, 아직 인양빔(10)의 자세가 안정되지 않았음을 의미하므로, 대기한다. 그러나 각도 측정값(θ)이 고정되면, 인양빔(10)의 자세가 안정된 것으로 판단하고, 센서부(20)의 로드셀(21)에서 출력되는 중량 측정값(w)와 각도계(22)에서 출력되는 각도 측정값(θ)이 포함된 감지 측정값을 인가받아 중량중심 측정을 위한 값으로 획득한다(S40).

그리고 데이터 처리부(30)는 획득된 감지 측정값과 미리 측정된 측정장치의 회전중심(RC)과 측정장치(인양빔(10))의 중량중심(CB) 사이의 거리(L1), 회전중심(RC)과 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리(L2), 기본 중량중심 거리(D) 및 인양빔(10)의 중량(w1)을 이용하여 측정대상물의 중량중심을 수학식 7 내지 11 에 따라 계산한다(S50).

이후 계산된 측정대상물의 중량중심을 디스플레이 수단을 통해 사용자에게 표시한다. 이때, 데이터 처리부(30)는 측정대상물의 규격으로 지정된 설정 중량중심이 미리 저장된 경우, 저장된 설정 중량중심을 계산된 중량중심과 함께 표시하여 사용자가 설정 중량중심과 계산된 중량중심 사이의 오차를 확인할 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

1. 인양수단과 중심에서 1점의 제1 인양점으로 연결되며, 관형태의 측정대상물과는 복수개의 제2 인양점으로 양측에서 연결되는 인양빔;
   상기 인양수단에 의해 상기 측정대상물과 연결된 상기 인양빔이 인양되면, 상기 측정대상물과 연결된 상기 인양빔의 중량과 상기 인양빔의 기울어진 각도를 측정하여 감지 신호를 생성하는 센서부; 및
   상기 감지 신호를 인가받아 상기 측정 대상물의 중량중심(CG)의 위치를 계산하는 데이터 처리부; 를 포함하고,
   상기 인양빔은
   상기 인양수단과 상기 제1 인양점으로 연결되고, 상기 측정대상물의 중량중심(CG) 위치에 대응하여 상기 인양빔이 회전하는 회전중심인 인양고리;
   상기 인양고리가 일면의 중심에 연결되는 바 형태의 빔; 및
   상기 빔의 타면에 배치되어 상기 측정대상물과 각각 연결되며, 중량중심측정 오차가 발생하지 않도록 동일한 형태 및 구성과 무게로 상기 빔의 중심으로부터 균등 배치되는 복수개의 측정대상 연결수단; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정장치.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 센서부는
   상기 인양고리와 상기 인양수단 사이에 연결되어 상기 인양수단에 의해 인양되는 중량을 측정하여 중량 측정값(w)를 출력하는 로드셀; 및
   상기 인양빔에 배치되어 상기 인양빔의 기울어진 각도를 측정하여 각도 측정값(θ)을 출력하는 각도계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정장치.
4. 제3 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는
   측정대상물의 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 회전중심(RC)과 인양빔(10)의 중량중심(CB)을 가로지르는 회전축선(RAX)과 측정대상물의 중심선(X0)이 만나는 교차점까지의 거리인 기본 중량중심 거리(D)가 미리 측정되어 저장되고,
   상기 인양고리의 회전중심(RC)과 상기 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리(L2) 및 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제1 중량중심 보상거리(A)를 획득하며,
   상기 회전중심(RC)을 가로지르는 중량 방향선인 중량중심선(MC)과 측정대상물의 중량중심(CG)을 가로지르는 중량방향선인 측정 중량중심선(MCL) 사이의 거리를 나타내는 중심오차거리(B2) 및 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제2 중량중심 보상거리(C)를 획득하여,
   상기 기본 중량중심 거리(D)와 제1 중량중심 보상거리(A) 및 제2 중량중심 보상거리(C)를 합하여 상기 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 상기 중량중심(CG)까지의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정장치.
5. 제4 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는
   상기 제1 중량중심 보상거리(A)를 수학식
   

   

   
   에 따라 획득하고,
   상기 제2 중량중심 보상거리(C)를 수학식
   

   

   
   에 따라 획득하는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정장치.
6. 제5 항에 있어서, 상기 데이터 처리부는
   상기 중심오차거리(B2)를 수학식
   

   

   
   (여기서, w1은 상기 인양빔의 중량이고, w2 는 상기 측정대상물의 중량이며, B1은 상기 인양빔의 중량중심(CB)의 수평 이동거리를 나타낸다. )
   에 따라 획득하는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정장치.
7. 인양수단과 중심에서 1점의 제1 인양점으로 연결되며, 관형태의 측정대상물과는 복수개의 제2 인양점으로 양측에서 연결되는 인양빔과 센서부 및 데이터 처리부를 포함하는 중량중심 측정장치를 이용하는 중량중심 측정 방법에 있어서,
   상기 데이터 처리부가 상기 측정 대상물과 연결된 상기 인양빔이 인양되면, 상기 센서부의 각도계에서 인가되는 각도 측정값(θ)이 기설정된 시간 동안, 기설정된 기준 각도 범위 이내로 유지되는지 판별하는 단계; 및
   상기 각도 측정값(θ)이 기준 각도 범위 이내로 유지되면, 상기 데이터 처리부가 상기 센서부로부터 중량 측정값(w)을 추가로 인가 받고, 상기 각도 측정값(θ)과 상기 중량 측정값(w) 및 미리 측정된 상기 인양빔의 회전중심(RC)과 측정장치(인양빔)의 중량중심(CB) 사이의 거리(L1), 회전중심(RC)과 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리(L2), 측정대상물의 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 회전중심(RC)과 인양빔(10)의 중량중심(CB)을 가로지르는 회전축선(RAX)과 측정대상물의 중심선(X0)이 만나는 교차점까지의 거리인 기본 중량중심 거리(D), 상기 인양빔의 중량중심(CB)의 수평 이동거리 및 상기 인양빔의 중량(w1)을 이용하여 측정대상물의 중량중심(CG)을 계산하는 단계; 를 포함하는 중량중심 측정방법.
8. 제7 항에 있어서, 상기 중량중심을 계산하는 단계는
   상기 각도 측정값(θ)과 상기 중량 측정값(w)을 인가받는 단계;
   상기 중량 측정값(w)에서 상기 인양빔의 중량(w1)을 차감하여 상기 측정대상물의 중량(w2)를 계산하는 단계;
   상기 인양빔의 중량중심(CB)의 수평 이동거리(B1)과 상기 인양빔의 중량(w1) 및 상기 측정대상물의 중량(w2)으로부터 상기 회전중심(RC)을 가로지르는 중량 방향선인 중량중심선(MC)과 측정대상물의 중량중심(CG)을 가로지르는 중량방향선인 측정 중량중심선(MCL) 사이의 거리를 나타내는 중심오차거리(B2)를 계산하는 단계;
   상기 회전중심(RC)과 측정대상물의 중심선(X0)까지의 거리(L2)와 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제1 중량중심 보상 거리(A)를 계산하는 단계;
   상기 중심오차거리(B2)와 상기 각도 측정값(θ)으로부터 제2 중량중심 보상 거리(C)를 계산하는 단계; 및
   상기 기본 중량중심 거리(D)와 상기 제1 중량중심 보상 거리(A) 및 상기 제2 중량중심 보상 거리(C)를 합하여, 상기 중량중심측정 시작점(D0)으로부터 상기 중량중심(CG)까지의 거리를 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정방법.
9. 제8 항에 있어서, 제1 중량중심 보상 거리(A)는
   수학식
   

   

   
   에 따라 획득되는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정방법.
10. 제8 항에 있어서, 상기 제2 중량중심 보상거리(C)는
    수학식
    

    

    
    에 따라 획득하는 것을 특징으로 하는 중량중심 측정방법.

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