KR102013591B1 - 심선 교체에 의한 광섬유 센서 내장 심선을 구비한 스마트 강연선 제작장치 및 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기성 강연선(300)을 후방으로 연속적으로 밀어서 진행시키는 과정에서, 회전 링(11)을 이용하여 측선(3)의 꼬임(twist)을 일시적으로 풀어서 기존 심선(4)을 노출시켜서 제거하고, 이와 병행하여 기존 심선(4)이 존재하던 위치에, 광섬유 센서 내장 심선(1)을 연속적으로 공급하여 배치하면서, 풀어졌던 측선(3)을 모아서 광섬유 센서 내장 심선(1)의 주변에 위치시킴으로써, 측선(3)이 자체적으로 가지고 있던 강한 꼬임 복원력에 의해 다시 광섬유 센서 내장 심선(1)을 감싸서 자동적으로 다시 꼬이게 되어, 광섬유 센서 내장 심선(1)이 중심에 위치하여 내장되어 있고, 그 주변에는 측선(3)들이 꼬여 있는 구조의 스마트 강연선(100)이 연속적으로 만들어지게 되는 스마트 강연선의 제작장치 및 제작방법에 관한 것이다.

Description

심선 교체에 의한 광섬유 센서 내장 심선을 구비한 스마트 강연선 제작장치 및 제작방법{Apparatus and Method for Manufacturing Smart Strand having Fiber Sensor Rod}

본 발명은 광섬유 센서가 내장된 심선(心線)이 중앙에 배치되고 주변에는 측선이 꼬여 있는 구성을 가지는 스마트 강연선(鋼撚線/smart strand)을 제작하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 긴장재 등으로 사용되는 강연선의 기성품에서, 측선의 꼬임을 강제로 해제한 후, 중심에 위치한 심선을 제거함과 동시에, 광섬유 센서가 중앙에 매립되어 내장되어 있는 새로운 심선(이하, "광섬유 센서 내장 심선"이라고 약칭함)을 중심에 배치하여 공급하면서 측선이 원래의 형상으로 복원되려는 힘에 의해 자동적으로 다시 꼬이게 함으로써, 광섬유 센서 내장 심선이 중앙에 배치되어 있고 그 주변에 측선이 꼬아져(twist) 있는 강연선(이하, "스마트 강연선"이라고 약칭함)을 제작하게 되는 "심선 교체에 의한 광섬유 센서 내장 심선을 구비한 스마트 강연선 제작장치 및 제작방법"에 관한 것이다.

FBG(Fiber Bragg Grating) 센서로 대표되며 변형률을 측정할 수 있는 광섬유 센서를 이용하여 교량 등과 같은 구조물의 응력을 측정하거나 거동을 모니터링하기 위한 방안으로서, 광섬유 센서가 중심에 매립되어 내장되어 있는 "광섬유 센서 내장 심선"이 대한민국 등록특허 제10-1394988호 및 제10-1406036호에 의해 개발되어 있다. 특히, 광섬유 센서 내장 심선을 중앙에 배치하고, 그 주변에 강선으로 이루어진 복수개의 측선이 꼬여 있는 구성을 가지는 스마트(smart) 강연선이 대한민국 등록특허 제10-1471909호에 의해 제안되어 있다. 도 1에는 스마트 강연선(200)의 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 1에서 도면부호 2는 광섬유 센서(2)를 나타내고, 도면부호 1은 광섬유 센서(2)가 중앙에 매립되어 내장되어 있는 광섬유 센서 내장 심선(1)을 나타내며, 도면부호 3은 스마트 강연선(1)의 주변에 배치되어 꼬여 있는 강선 즉, 측선(3)을 나타낸다.

위의 종래 기술에서는 광섬유 센서 내장 심선(1)을 가진 스마트 강연선을 제작하는 방법으로서, 광섬유 센서 내장 심선(1) 주변에 새로운 측선(3)을 배치하면서 측선(3)을 꼬는 작업을 수행하는 방안을 제시하고 있다. 그러나 광섬유 센서 내장 심선 주변에 새로 배치된 측선(3)의 꼬아진 형태를 유지하기 위해서는 고온의 열처리가 필요한데, 고온 열처리 과정에서 광섬유 센서(2) 또는 이를 내장하고 있는 광섬유 센서 내장 심선(1) 자체가 손상될 우려가 있다. 따라서 스마트 강연선을 제작함에 있어서는 고온의 열처리가 필요하지 않도록 해야 한다. 특히 스마트 강연선을 실용화하기 위해서는 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있어야 하는 바, 이를 위한 새로운 기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1394988호(2014. 05. 08. 공고). 대한민국 등록특허공보 제10-1406036호(2014. 06. 11. 공고). 대한민국 등록특허공보 제10-1471909호(2014. 12. 12. 공고).

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 광섬유 센서 내장 심선을 가진 스마트 강연선을 제작하되 고온의 열처리가 필요하지 않도록 함으로써 스마트 강연선 제작과정에서의 광섬유 센서 및 광섬유 센서 내장 심선의 손상을 방지할 수 있는 제작기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 발명에서는 이미 생산되어 있는 프리스트레스용 강연선 기성품(기성 강연선)을 활용하여 스마트 강연선을 제작함으로써, 긴 길이의 스마트 강연선을 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있는 제작기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 광섬유 센서 내장 심선이 중심에 위치하여 내장되어 있고, 그 주변에는 측선들이 꼬여 있는 구조의 스마트 강연선을 제작하는 장치로서, 원형 링부재로 이루어지며, 기성 강연선으로부터 꼬임이 풀려진 측선이 각각 관통하게 되는 측선 통과공이 원주를 따라 간격을 두고 형성되어 있으며 원주를 따라 회전하게 되는 회전 링과, 상기 회전 링이 회전할 수 있도록 지지하는 고정 링을 포함하여 구성되어, 회전 링의 회전에 의해 기성 강연선의 측선 꼬임을 해제하는 꼬임해제용 회전장치; 꼬임해제용 회전장치의 내측 중앙에 위치하여 기성 강연선의 중심에 위치하고 있던 기존 심선을 감아주는 심선 제거용 보빈; 상기 심선 제거용 보빈의 후방에 위치하며, 광섬유 센서 내장 심선을 기존 심선이 진행해 온 방향과 일직선을 이루면서 후방으로 공급하기 위한 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈; 및 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 후방에 배치되어, 측선 통과공을 관통한 측선들이 모여서 새로 공급된 광섬유 센서 내장 심선이 함께 통과하면서 측선들이 광섬유 센서 내장 심선의 외주에 밀착 배치되게 만드는 측선 재꼬임 가이드부재를 포함하고 있어서, 기성 강연선을 후방으로 연속적으로 밀어서 진행시키는 과정에서, 꼬임해제용 회전장치의 회전 링 회전에 의해 측선의 꼬임을 일시적으로 풀어서 기존 심선을 노출시켜서 제거하고, 이와 병행하여 기존 심선이 존재하던 위치에, 광섬유 센서 내장 심선을 연속적으로 공급하여 배치하면서, 풀어졌던 측선을 모아서 광섬유 센서 내장 심선의 주변에 위치시킴으로써, 측선이 자체적으로 가지고 있던 꼬임 복원력에 의해 다시 광섬유 센서 내장 심선을 감싸서 자동적으로 다시 꼬이게 되어 스마트 강연선이 연속적으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 스마트 강연선의 제작장치가 제공된다.

또한 본 발명에서는 광섬유 센서 내장 심선이 중심에 위치하여 내장되어 있고, 그 주변에는 측선들이 꼬여 있는 구조의 스마트 강연선을 제작하는 방법이 제공되는데, 본 발명에 따른 제작방법은 상기한 본 발명의 스마트 강연선 제작장치를 이용하는데, 기성 강연선의 단부 꼬임을 풀어서 측선을 꼬임해제용 회전장치의 회전 링에 형성된 측선 통과공에 각각 관통시킨 상태로 기성 강연선을 공급하면서 회전 링을 회전시킴으로써 기성 강연선의 꼬임을 해제하여 기존 심선과, 이를 둘러싸고 있는 측선을 분리시키는 단계; 꼬임해제용 회전장치의 내측에 위치한 심선 제거용 보빈에, 기성 강연선의 중심에 위치하고 있던 기존 심선을 감아서 제거하는 것과 병행하여, 심선 제거용 보빈의 후방에 위치하는 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈으로부터 광섬유 센서 내장 심선을 풀어내어 기존 심선이 진행해온 방향과 일직선을 이루면서 후방으로 공급하는 단계; 및 회전 링의 측선 통과공을 관통한 측선들과 새로 공급된 광섬유 센서 내장 심선을, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 후방에 위치하는 측선 재꼬임 가이드부재에 모두 관통시켜서, 측선들이 광섬유 센서 내장 심선의 외주를 배치되고 측선의 자체적인 꼬임 복원력에 의해 측선이 다시 광섬유 센서 내장 심선을 감싸서 자동적으로 꼬이게 하는 단계를 포함하고 있어서, 기존 심선이 제거되고 광섬유 센서 내장 심선이 중앙에 위치한 채로 측선이 다시 꼬여 있는 상태의 스마트 강연선을 제작하게 되는 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명에서 꼬임해제용 회전장치에는, 원형 링으로 이루어져서 회전 링이 회전할 수 있도록 지지하는 고정 링이 구비되어 있는데; 고정 링은 기성 강연선이 진행하는 방향과 직교하도록 배치되며; 회전 링은 고정 링의 원주 외면을 감싸도록 배치되어 있는 구성을 가질 수 있다.

더 나아가 본 발명에서 측선 재꼬임 가이드부재는 후방으로 가면서 단면이 축소되어 넓은 입구와 상대적으로 좁은 출구를 가지는 깔때기 형태로 이루어질 수 있다.

특히 본 발명에서 심선 제거용 보빈과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈이 연결부재에 의해 일체로 결합되어 있고; 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 위치가 위,아래로 변화될 수 있도록, 연결부재에는 절곡에 의해 회전될 수 있는 관절부가 형성되어 있어서; 스마트 강연선이 제조됨에 따라 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈에 감겨 있던 광섬유 센서 내장 심선이 줄어들어서 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈에 광섬유 센서 내장 심선이 감겨있는 부분의 직경이 점차 감소하여 광섬유 센서 내장 심선이 후방으로 진행하는 방향이 변화될 때, 연결부재의 관절부를 중심으로 한 절곡 회전에 의해 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 위치가 조정되어 광섬유 센서 내장 심선의 후방 공급 방향을 기성 강연선의 진행방향과 일직선을 이루도록 만드는 구성을 가질 수도 있다.

본 발명에 의하면, 스마트 강연선을 제작함에 있어서, 측선의 인위적인 재꼬임 작업이나, 꼬임 상태의 유지를 위한 열처리 등이 전혀 필요 없으며, 그에 따라 스마트 강연선의 제작과정에서 광섬유 센서 및 광섬유 센서 내장 심선이 손상되는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 되는 유리한 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 이미 생산되어 있는 프리스트레스용 강연선 기성품(기성 강연선)을 활용하여 스마트 강연선을 제작하게 되므로, 스마트 강연선의 제작비용을 절감할 수 있고, 규격에 부합되는 스마트 강연선을 제작할 수 있게 되는 장점도 가진다.

더 나아가 본 발명에서는 측선의 꼬임을 해제하고 광섬유 센서 내장 심선을 공급하여 측선이 자연스럽게 재꼬임되도록 하는 일련의 과정이 기계화되며, 기성 강연선을 계속 공급하는 한 스마트 강연선의 제작이 연속적으로 이루어지므로, 원하는 길이만큼 긴 스마트 강연선을 신속하고 용이하게 제작할 수 있게 되는 장점이 있으며, 따라서 스마트 강연선의 대량 생산이 가능하게 되고 스마트 강연선을 이용한 시설물에 대한 유지, 관리 등도 더욱 효율적으로 실용화될 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 스마트 강연선의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 강연선 제작장치를 이용하여 스마트 강연선을 제작하는 상태를 보여주는 개략적인 측면도이다.
도 3 및 도 4는 각각 본 발명의 제1실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치의 구성을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 제1실시예의 스마트 강연선 제작장치를 강연선 진행방향으로 바라본 개략적인 정면도이다.
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치의 구성을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 8은 도 6 및 도 7에 도시된 제2실시예의 스마트 강연선 제작장치에 대한 도 5에 대응되는 개략적인 정면도이다.
도 9 및 도 10은 각각 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치의 구성을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 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.

도 2에는 본 발명에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)를 이용하여 스마트 강연선을 제작하는 상태를 보여주는 개략적인 측면도가 도시되어 있으며, 도 3 및 도 4에는 각각 본 발명이 제1실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)의 구성을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 스마트 강연선의 제작방법은, 이미 생산되어 있는 프리스트레스용 강연선 기성품(기성 강연선)을 활용하여 스마트 강연선을 제작하는 것을 기본적인 개념으로 삼고 있는데, 중앙에 위치한 심선 주위에 측선이 꼬여져 있는 구성을 가지는 기성 강연선의 단부에서 측선을 풀어 낸 후, 기성 강연선을 연속하여 공급하여 진출시키면서 본 발명의 강연선 제작장치(100)를 이용하여 회전에 의해 측선의 꼬임을 강제로 풀어서 해제하고, 중앙에 위치해 있던 기존 심선은 제거함과 동시에, 기존 심선과 동일한 위치에서 광섬유 센서 내장 심선을 공급하여 중심에 배치되도록 하며, 꼬임이 풀려 있던 기존의 측선이 자체 복원력에 의해 다시 광섬유 센서 내장 심선의 주변을 감싸면서 다시 꼬이게 하는 과정을 포함함으로써, 기존 심선을 광섬유 센서 내장 심선으로 교체하는 것을 기본 구성으로 가지고 있다.

이를 실행하기 위한 본 발명의 스마트 강연선 제작장치(100)에는, 기성 강연선(300)이 공급되는 과정에서 기성 강연선(300)의 측선(3)이 꼬여 있는 상태를 회전에 의해 풀어서 해제시키는 꼬임해제용 회전장치(10)와, 기성 강연선(300)의 중앙에 위치하던 기존 심선(4)을 감아주는 심선 제거용 보빈(20)과, 광섬유 센서 내장 심선(1)을 후방으로 공급하는 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)과, 일시적으로 꼬임이 풀려져 있던 측선(3)들을 모아서 자체 복원력에 의해 다시 꼬이게 만드는 측선 재꼬임 가이드부재(40)가 포함되어 있다. 도 3에서 화살표 F는 강연선의 진행방향을 나타낸다.

본 발명에서 꼬임해제용 회전장치(10)는, 원형 링으로 이루어진 고정 링(12)과, 원형 링으로 이루어져서 상기 고정 링(12)의 원주 외면에 배치되며 꼬임이 풀어진 측선(3)의 단부가 각각 관통하게 되는 측선 통과공(110)이 원주를 따라 간격을 두고 배치되어 있으며 회전에 의해 측선(3)의 꼬임을 풀어서 해제하는 회전 링(11)을 포함하여 구성된다. 고정 링(12)은 원형 링으로 이루어진 부재로서, 회전 링(11)이 회전할 수 있도록 지지하는 기능을 수행한다. 고정 링(12)은 기성 강연선(300)이 진행하는 방향(강연선 진행방향)과 직교하도록 배치되며, 심선 제거용 보빈(20)과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)이 고정 링(12)에 의해 둘러싸인 공간을 관통하는 형태로 강연선 진행방향으로 순차적으로 위치하게 된다.

회전 링(11)은 원형 링으로 이루어지되 회전하는 부재로서, 회전 링(11)에는 기성 강연선(200)에서 풀어헤쳐진 복수개의 측선(3)이 각각 관통하게 되는 측선 통과공(110)이 원주를 따라 간격을 두고 회전 링(11)을 두께를 관통하도록 형성되어 있다. 회전 링(11)은 고정 링(12)의 원주 외면을 감싸고 있다. 즉, 회전 링(11)의 원주 내측에 고정 링(12)이 존재하는 것이다. 회전 링(11)이 고정 링(12)의 원주 외면을 감싼 상태에서, 고정 링(12)은 회전하지 않은 채 고정된 상태를 유지하고, 회전 링(11)은 고정 링(12)을 감싼 채 회전하게 되는데, 회전 링(11)이 원주를 따라 원활하고 용이하게 회전할 수 있도록 고정 링(12)과 회전 링(11) 사이에는 구름 운동을 하는 베어링이 구비될 수 있다.

도 5에는 도 3 및 도 4에 도시된 제1실시예의 스마트 강연선 제작장치(100)를 강연선 진행방향으로 바라본 개략적인 정면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 실시예에는 회전 링(11)을 회전시키기 위한 구성으로서, 복수개의 회전보조부재(41)가 회전 링(11)의 외주면에 밀착 구비되어 있다. 각각 회전보조부재(41)는 지지 프레임과 결합되어 고정된 위치에 설치된다. 이와 같이 복수개의 회전보조부재(41)가 회전 링(11)의 외주면에 밀착 구비되어 있으므로 회전 링(11)은 강연선 진행방향과 직교한 상태로 위치할 수 있다. 복수개의 회전보조부재(41)의 전부 또는 일부는 회전모터(43)의 구동에 의해 회전하게 되며, 회전보조부재(41)가 회전함에 따라 이에 밀착되어 있는 회전 링(11)이 회전하게 된다. 필요에 따라서는 회전 링(11)의 회전을 더욱 확실하게 보장하기 위하여, 회전 링(11)의 외면과 회전보조부재(41)의 외면에 각각 기어를 형성하여 기어 맞물림되도록 할 수도 있다.

도 6 및 도 7에는 각각 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)의 구성을 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)에 대한 도 5에 대응되는 개략적인 정면도가 도시되어 있다.

도 6 내지 도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)는, 회전 링(11)을 그 원주를 따라 회전가능하게 지지하기 위하여, 회전 링(11)의 하부에서 회전 링(11)의 가장자리를 회전가능하게 감싸는 회전지지덮개(42)를 구비하고 있다. 즉, 회전 링(11)에서 측선 통과공(110)의 외곽 부분 가장자리를 감싸도록 회전지지덮개(42)가 설치되어 있는 것이다. 회전지지덮개(42) 내부에는 베어링이 구비되어 있다. 이 경우에도 회전 링(11)의 외면과 밀착되어 회전 링(11)을 회전시키는 회전보조부재(41)가 구비된다. 이러한 구성에서 회전 링(11)의 가장자리 측면은, 회전지지덮개(42) 내부에 구비된 베어링에 놓여서 회전 가능한 상태로 회전지지덮개(42)에 의해 지지되며, 회전보조부재(41)의 회전에 의해 회전 링(11)이 회전하게 된다. 회전지지덮개(42)가 회전 링(11)의 가장자리에서 강연선 진행방향의 양면을 일부 덮고 있으므로, 회전 링(11)은 강연선 진행방향으로 전혀 기울어지지 않은 채 안정적으로 세워진 상태에서 회전이 가능하게 된다. 도 6 내지 도 8에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)의 기타 구성 및 작용효과는 도 2 내지 도 5에 제1실시예와 동일한 바, 반복 설명은 생략한다.

앞서 언급한 것처럼, 본 발명에서 꼬임해제용 회전장치(10)의 내측 중앙에는 심선 제거용 보빈(20)과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)이 순차적으로 위치한다. 심선 제거용 보빈(20)은 기성 강연선(300)의 중심에 위치하고 있던 기존 심선(4)을 감아서 제거하기 위한 것이다. 심선 제거용 보빈(20)에 기존 심선(4)이 감기게 됨으로써, 기성 강연선(300)에서 기존 심선(4)이 제거된다. 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)은 광섬유 센서 내장 심선(1)이 감겨 있는 것으로서, 광섬유 센서 내장 심선(1)을 기존 심선(4)이 진행해온 방향과 일직선을 이루면서 강연선 진행방향의 후방으로 공급하는 것이다. 이를 위해서 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)은 심선 제거용 보빈(20)의 후방 즉, 강연선 진행방향의 일직선상 후방에서 심선 제거용 보빈(20)에 이웃하여 배치된다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 심선 제거용 보빈(20)과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)이 연결부재(21)에 의해 일체로 결합되어 있고, 더 나아가 일체화된 심선 제거용 보빈(20)과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)이, 가교부재(22)에 의해 고정 링(12)과도 결합되어 있다. 이러한 구성에 의하면, 심선 제거용 보빈(20)과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30), 그리고 고정 링(12) 및 회전 링(11)이 하나의 연결된 조립체를 이루고 있으므로, 설치 및 이동이 편리하게 되는 장점이 있다. 그러나 본 발명에 있어서, 심선 제거용 보빈(20)과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)이 서로 연결되어야만 하는 것은 아니다.

한편, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에서 광섬유 센서 내장 심선(1)이 풀려서 후방으로 공급되어 갈수록, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에 광섬유 센서 내장 심선(1)이 감겨있는 두께가 변화된다. 즉, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에 광섬유 센서 내장 심선(1)이 감겨있는 부분의 직경은 점차 감소하게 되는 것이다. 이로 인하여 광섬유 센서 내장 심선(1)이 후방으로 공급되는 방향에 변화가 생길 수 있다. 광섬유 센서 내장 심선(1)은 직경이 비교적 작으므로, 이와 같은 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 감겨진 부분의 직경 변화로 인하여 발생하게 되는 광섬유 센서 내장 심선(1)의 후방 진행방향 변화는 그리 크지는 않지만, 스마트 강연선(100)의 제작 정밀도를 높일 필요가 있을 경우에는, 이러한 광섬유 센서 내장 심선(1)의 후방 진행방향 변화를 보정하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 필요한 경우에는 본 발명에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)는, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 위치를 연직방향으로 변화시킬 수 있는 구성을 가질 수도 있다. 도 9 및 도 10에는 이와 같이 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 위치가 연직방향으로 변화되게 하는 구성을 가지는 본 발명의 제3실시예에 따른 스마트 강연선 제작장치(100)를 바라보는 방향을 달리하여 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 제3실시예는, 심선 제거용 보빈(20)과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)을 연결하는 연결부재(21)에, 절곡에 의해 회전될 수 있는 관절부가 형성되어 있어서, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 위치가 위,아래로 변화될 수 있는 구성을 가지고 있다. 도면에 도시된 것처럼, 광섬유 센서 내장 심선(1)이 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 위쪽에서부터 인출되어 후방으로 진행하는 경우, 스마트 강연선(100)이 제조됨에 따라 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에 감겨 있던 광섬유 센서 내장 심선(1)이 줄어들어서 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에 광섬유 센서 내장 심선(1)이 감겨있는 부분의 직경은 점차 감소함에 따라 광섬유 센서 내장 심선(1)이 아래에서 위쪽으로 경사지게 진행될 수 있다. 이 경우, 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서는 연결부재(21)의 관절부를 중심으로 한 절곡 회전에 의해, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)이 위로 상승하면서, 광섬유 센서 내장 심선(1)의 후방 공급 방향이 조정되어 기성 강연선(300)의 진행방향과 일직선을 이루면서 일관성 있게 진행되게 만들 수 있다.

도면에 도시된 실시예에서는 광섬유 센서 내장 심선(1)이 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 위쪽에서부터 인출되어 후방으로 진행하고 있지만, 이와 달리 광섬유 센서 내장 심선(1)은 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 아래에서부터 인출되어 후방으로 진행할 수도 있다. 이와 같이 광섬유 센서 내장 심선(1)이 아래에서부터 인출되는 경우, 스마트 강연선(100)이 제조됨에 따라 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에 감겨 있던 광섬유 센서 내장 심선(1)이 줄어들어서 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에 광섬유 센서 내장 심선(1)이 감겨있는 부분의 직경은 점차 감소함에 따라 광섬유 센서 내장 심선(1)이 위쪽에서 아래로 경사지게 진행될 수 있다. 이러한 경우, 도 9 및 도 10에 도시된 실시예에서는 연결부재(21)의 관절부를 중심으로 한 절곡 회전에 의해 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)이 아래로 하강하면서 광섬유 센서 내장 심선(1)의 후방 공급 방향을 기성 강연선(300)의 진행방향과 일직선을 이루면서 일관성 있게 진행될 수 있게 된다. 이러한 관절부를 중심으로 하여 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 위치가 변화될 수 있게 하는 구성은, 도 6 내지 도 8에 도시된 실시예에도 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 스마트 강연선 제작장치(100)에서, 강연선 진행방향으로 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)의 후방에는 측선 재꼬임 가이드부재(40)가 구비되는데, 측선 재꼬임 가이드부재(40)는, 일시적으로 꼬임이 풀려져 있던 측선(3)들을 모아주어서 광섬유 센서 내장 심선(1)의 외주면에 배치되도록 가이드하는 부재이다. 이를 위해서, 도면에 예시된 것처럼 측선 재꼬임 가이드부재(40)는 후방으로 가면서 단면이 축소되어 넓은 입구와 상대적으로 좁은 출구를 가지는 깔때기 형태를 가질 수 있다. 측선 재꼬임 가이드부재(40)의 이러한 깔때기 형상을 통해서 흩어져 있던 측선(3)들이 더욱 효과적으로 모아져서 재꼬임 가이드부재(40)의 입구로 들어와서 광섬유 센서 내장 심선(1)의 외주면에 배치된다. 광섬유 센서 내장 심선(1)의 외주면에 모아진 측선(3)들은, 후술하는 것처럼 자체적으로 가지고 있던 꼬임 상태로의 복원력에 의해 자동적으로 광섬유 센서 내장 심선(1)을 감싸면서 다시 꼬여서 스마트 강연선을 이루게 된다. 그러나 측선 재꼬임 가이드부재(40)는, 측선(3)들이 모아져서 관통되는 부재로 이루어지면 그 기본적인 성능을 발휘하게 되는 것인 바, 반드시 깔때기 형상으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 스마트 강연선의 제작방법에서는 상기한 구성을 가지는 스마트 강연선 제작장치(100)를 이용하여 스마트 강연선(200)을 제작하게 된다. 우선 기성 강연선(300)의 단부에서 측선(3)의 꼬임을 인위적으로 해제하여 풀어헤친 후, 각각의 측선(3)을 꼬임해제용 회전장치(10)의 회전 링(11)에 형성된 측선 통과공(110)에 통과시킨 후, 측선(3)들을 모아서 측선 재꼬임 가이드부재(40)에 관통 삽입한다. 이와 병행하여 기성 강연선(300)의 중심에 위치하던 기존 심선(4)은 심선 제거용 보빈(20)에 감기도록 심선 제거용 보빈(20)에 연결한다. 그리고 심선 제거용 보빈(20)의 후방에 배치된 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에 감겨 있던 광섬유 센서 내장 심선(1)을 후방으로 인출하여 측선 재꼬임 가이드부재(40)를 향하게 만든다. 인출된 광섬유 센서 내장 심선(1)을 측선(3)들과 함께 측선 재꼬임 가이드부재(40)에 끼우는 것도 바람직하다.

이와 같은 준비작업이 완료되면, 강연선 진행방향의 전방에서 후방으로 기성 강연선(300)을 연속 공급함과 동시에, 회전 링(11)을 측선(3)이 꼬여 있던 방향과 반대되는 방향으로 회전시키게 된다. 이에 의해 기성 강연선(300)이 후방으로 연속하여 공급되어 진행되는 과정에서, 기성 강연선(300)에서 기존 심선(4)의 주변에 꼬여 있던 측선(3)은 그 꼬임 상태가 해제되어 기존 심선(4)이 완전하게 노출되며, 노출된 기존 심선(4)은 후방으로 진행되어 심선 제거용 보빈(20)에 감겨지게 된다. 이와 같은 과정 즉, 회전 링(11)을 회전시키면서 기존 심선(4)을 노출시켜 심선 제거용 보빈(20)에 감아서 제거하는 과정은 기성 강연선(300)을 진행방향으로 연속적으로 공급하여 움직이면서 지속적으로 진행된다. 즉, 기성 강연선(300)을 후방으로 연속 공급하면서 위와 같은 기존 심선(4)의 제거가 연속적으로 이루어지는 것이다.

한편, 이와 같은 기존 심선(4)의 제거 작업과 병행하여 광섬유 센서 내장 심선(1)의 공급 작업이 수행된다. 즉, 심선 제거용 보빈(20)에서 기존 심선(4)이 감겨서 제거되는 것과 병행하여 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에서는 광섬유 센서 내장 심선(1)이 인출되어서, 기존 심선(4)이 진행해오던 방향과 일직선을 이루면서 후방으로 진행되는 것이다. 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈(30)에서 인출된 광섬유 센서 내장 심선(1)은 측선 재꼬임 가이드부재(40)의 중앙으로 진행하게 되고, 회전 링(11)에 의해 간격이 크게 벌려져 있던 측선(3)들이 모이면서 측선 재꼬임 가이드부재(40)를 지나가는 과정에서 광섬유 센서 내장 심선(1)의 주위에 위치하게 된다. 기성 강연선(300)에서 측선(3)들은 기존 심선(4)의 주변에서 꼬인 상태에 있었으나, 회전 링(11)의 회전에 의해 강제적으로 그 꼬임 상태가 풀어져 있다. 따라서 측선(3)은 탄성에 의해 원래의 꼬임 상태로 되돌아가려는 매우 강한 복원력을 가지고 있다. 이러한 다시 꼬이게 되려는 강한 복원력을 가진 측선(3)들이 측선 재꼬임 가이드부재(40)를 지나면서 광섬유 센서 내장 심선(1)의 외주에서 모이게 되면, 측선(3)이 가지고 있는 매우 강한 복원력(꼬여 있던 형태로 되돌아가려는 복원력)으로 인하여 기성 강연선(300)에서와 마찬가지로 측선(3)들은 자동적으로 광섬유 센서 내장 심선(1)을 감싸면서 원래의 꼬임상태로 복원된다. 즉, 광섬유 센서 내장 심선(1)이 중심에 위치하고, 그 주변에는 측선(3)들이 꼬여 있는 도 1에 도시된 상태의 스마트 강연선(100)이 만들어지는 것이다.

이와 같이, 본 발명에서는 기성 강연선(300)을 후방으로 연속적으로 밀어서 진행시키는 과정에서, 회전 링(11)을 이용하여 측선(3)의 꼬임(twist)을 일시적으로 풀어서 기존 심선(4)을 노출시켜서 제거하고, 이와 병행하여 기존 심선(4)이 존재하던 위치에, 광섬유 센서 내장 심선(1)을 연속적으로 공급하여 배치하면서, 풀어졌던 측선(3)을 모아서 광섬유 센서 내장 심선(1)의 주변에 위치시킴으로써, 측선(3)이 자체적으로 가지고 있던 강한 꼬임 복원력에 의해 다시 광섬유 센서 내장 심선(1)을 감싸서 자동적으로 다시 꼬이게 되어 스마트 강연선(100)이 연속적으로 만들어진다. 따라서 본 발명에서는 측선의 재꼬임 작업이나, 꼬임 상태의 유지를 위한 열처리 등이 전혀 필요 없으며, 그에 따라 스마트 강연선의 제작과정에서 광섬유 센서 및 광섬유 센서 내장 심선가 손상되는 것을 원천적으로 방지할 수 있게 되는 유리한 효과가 발휘된다.

특히, 본 발명에서는 이미 생산되어 있는 프리스트레스용 강연선 기성품을 활용하여 스마트 강연선을 제작하게 되므로, 스마트 강연선의 제작비용을 절감할 수 있고, 규격에 부합되는 스마트 강연선을 제작할 수 있게 되는 장점도 가진다.

무엇보다도 본 발명에서는 측선의 꼬임을 해제하고 광섬유 센서 내장 심선을 공급하여 측선이 자연스럽게 재꼬임되도록 하는 일련의 과정이 기계화되며, 기성 강연선을 계속 공급하는 한 스마트 강연선의 제작이 연속적으로 이루어지므로, 원하는 길이만큼 긴 스마트 강연선을 신속하고 용이하게 제작할 수 있게 되는 장점이 있다. 이러한 스마트 강연선의 용이한 제작을 통해서 스마트 강연선의 대량 생산이 가능하게 되며, 그에 따라 스마트 강연선을 이용한 시설물에 대한 유지, 관리 등도 더욱 효율적으로 실용화될 수 있게 된다.

1: 광섬유 센서 내장 심선
2: 광섬유 센서
3: 측선
4: 기존 심선
10: 꼬임해제용 회전장치
11: 회전 링
12: 고정 링
20: 심선 제거용 보빈
30: 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈
40: 측선 재꼬임 가이드부재
100: 스마트 강연선 제작장치
200: 스마트 강연선
300: 기성 강연선

Claims (5)

1. 광섬유 센서 내장 심선이 중심에 위치하여 내장되어 있고, 그 주변에는 측선들이 꼬여 있는 구조의 스마트 강연선을 제작하는 장치로서,
   원주를 따라 회전하며 기성 강연선의 측선이 각각 관통하게 되는 측선 통과공이 형성되어 있는 회전 링을 포함하여 구성되어, 회전 링의 회전에 의해 기성 강연선의 측선 꼬임을 해제하는 꼬임해제용 회전장치;
   꼬임해제용 회전장치의 내측에 위치하여 기성 강연선의 기존 심선을 감아주는 심선 제거용 보빈;
   심선 제거용 보빈의 후방에 위치하며, 광섬유 센서 내장 심선을 후방의 중심 위치로 공급하는 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈; 및
   광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 후방에 배치되어, 측선 통과공을 관통한 측선들이 모여서 광섬유 센서 내장 심선과 함께 통과하면서 측선들이 광섬유 센서 내장 심선의 외주에 배치되게 만드는 측선 재꼬임 가이드부재를 포함하고 있어서,
   기성 강연선을 후방으로 연속 진행시키면, 회전 링의 회전에 의해 측선의 꼬임을 일시적으로 풀어서 기존 심선을 노출시켜서 심선 제거용 보빈에 감아서 제거하고, 광섬유 센서 내장 심선을 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈으로부터 풀어내어 기존 심선이 존재하던 위치에 연속적으로 공급하여 배치하면서, 풀어져있던 측선을 모아서 광섬유 센서 내장 심선의 주변에 위치시킴으로써, 측선의 자체적인 꼬임 복원력에 의해 측선이 다시 광섬유 센서 내장 심선을 감싸서 자동적으로 꼬이게 되어 스마트 강연선이 만들어지는 것을 특징으로 하는 스마트 강연선의 제작장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   꼬임해제용 회전장치에는, 원형 링으로 이루어져서 회전 링이 회전할 수 있도록 지지하는 고정 링이 구비되어 있는데;
   고정 링은 기성 강연선이 진행하는 방향과 직교하도록 배치되며;
   회전 링은 고정 링의 원주 외면을 감싸도록 배치되어 있는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 스마트 강연선의 제작장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   측선 재꼬임 가이드부재는 후방으로 가면서 단면이 축소되어 넓은 입구와 상대적으로 좁은 출구를 가지는 깔때기 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 스마트 강연선의 제작장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   심선 제거용 보빈과 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈이 연결부재에 의해 일체로 결합되어 있고;
   광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 위치가 위,아래로 변화될 수 있도록, 연결부재에는 절곡에 의해 회전될 수 있는 관절부가 형성되어 있어서;
   스마트 강연선이 제조됨에 따라 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈에 감겨 있던 광섬유 센서 내장 심선이 줄어들어서 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈에 광섬유 센서 내장 심선이 감겨있는 부분의 직경이 점차 감소하여 광섬유 센서 내장 심선이 후방으로 진행하는 방향이 변화될 때, 연결부재의 관절부를 중심으로 한 절곡 회전에 의해 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 위치가 조정되어 광섬유 센서 내장 심선의 후방 공급 방향을 기성 강연선의 진행방향과 일직선을 이루도록 만드는 것을 특징으로 하는 스마트 강연선의 제작장치.
   
5. 광섬유 센서 내장 심선이 중심에 위치하여 내장되어 있고, 그 주변에는 측선들이 꼬여 있는 구조의 스마트 강연선을 제작하는 방법으로서,
   청구항 1 내지 4 중의 어느 한 항에 의한 스마트 강연선의 제작장치를 이용하는데,
   기성 강연선의 단부 꼬임을 풀어서 측선을 꼬임해제용 회전장치의 회전 링에 형성된 측선 통과공에 각각 관통시킨 상태로 기성 강연선을 공급하면서 회전 링을 회전시킴으로써 기성 강연선의 꼬임을 해제하여 기존 심선과, 이를 둘러싸고 있는 측선을 분리시키는 단계;
   꼬임해제용 회전장치의 내측에 위치한 심선 제거용 보빈에, 기성 강연선의 중심에 위치하고 있던 기존 심선을 감아서 제거하는 것과 병행하여, 심선 제거용 보빈의 후방에 위치하는 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈으로부터 광섬유 센서 내장 심선을 풀어내어 기존 심선이 진행해온 방향과 일직선을 이루면서 후방으로 공급하는 단계; 및
   회전 링의 측선 통과공을 관통한 측선들과 새로 공급된 광섬유 센서 내장 심선을, 광섬유 센서 내장 심선 공급용 보빈의 후방에 위치하는 측선 재꼬임 가이드부재에 모두 관통시켜서, 측선들이 광섬유 센서 내장 심선의 외주를 배치되고 측선의 자체적인 꼬임 복원력에 의해 측선이 다시 광섬유 센서 내장 심선을 감싸서 자동적으로 꼬이게 하는 단계를 포함하고 있어서, 기존 심선이 제거되고 광섬유 센서 내장 심선이 중앙에 위치한 채로 측선이 다시 꼬여 있는 상태의 스마트 강연선을 제작하게 되는 것을 특징으로 하는 스마트 강연선의 제작방법.
   
   

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