KR102427754B1 - 하중 측정 모듈 및 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 측정대상부품에 가해지는 하중을 측정하는 하중 측정 모듈과, 변형률을 통해 하중을 연산하는 하중 측정 모듈의 변환 매트릭스를 연산하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 관한 것으로서, 특히, 트랜스퍼 매트릭스를 통해, 복수개의 센서에서 측정되는 변형률을 하중으로 변환시킴으로써, 센서 및 제어부의 단순한 구성으로 측정대상부품의 하중을 정확히 측정할 수 있는 하중 측정 모듈과, 이러한 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

Description

하중 측정 모듈 및 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법{LOAD MEASURING MODULE AND CALIBRATION METHOD OF LOAD MEASURING MODULE}

본 발명은 측정대상부품에 가해지는 하중을 측정하는 하중 측정 모듈과, 변형률을 통해 하중을 연산하는 하중 측정 모듈의 변환 매트릭스를 연산하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 관한 것이다.

하중 측정 모듈은 측정대상부품에 가해지는 하중을 측정하는 장치이다.

기계 장치 등의 구동시 발생되는 진동을 측정하기 위해, 측정대상부품은 상기 기계 장치 등의 부품일 수 있다. 예컨데, 측정대상부품은, 차량, 오토바이, 항공기, 무인항공기, 기차 등 주행 또는 비행하는 탈것의 부품으로서, 탈것의 주행 또는 비행시 발생하는 진동으로 인해 하중이 가해지는 부품일 수 있다.

하나의 예로써, 하중 측정 모듈은 차량의 차량부품에 설치되어 차량이 구동될 때, 즉, 차량의 운행시 차량부품에 전달되는 하중을 측정하는 장치일 수 있다.

위와 같은 차량용 하중 측정 모듈에 대한 특허로는, 한국등록특허 제10-0997018호(이하, '특허문헌 1'이라 한다)에 기재된 것이 공지되어 있다.

특허문헌 1의 자동차의 내구시험용 변위 및 하중 측정 장치는, 쇽업쇼바에 전달되는 변위 및 하중을 측정하는 장치로서, 스트러트 로드와 함께 연동하도록 장착된 케이스부와, 댐퍼와 함께 연동하도록 장착되며, 승하강 작동을 통해 코일에 유도되는 자속을 변화시키는 코어부를 포함하는 선형변위차동변압기와, 선형변위차동변압기의 출력신호를 수신하여 쇽업쇼버의 변위하중특성곡선과 비교, 판단할 수 있는 신호처리 및 저장장치를 포함하여 구성된다.

그러나, 특허문헌 1의 자동차의 내구시험용 변위 및 하중 측정 장치는 선형변위차동변압기를 통해 전달되는 변위 및 하중을 측정하므로, 부품 자체에 직접 가해지는 정확한 하중을 측정하기 힘들다는 문제점이 있다.

또한, 기존의 자동차 부품에 선형변위차동변압기와 같은 별도의 구성을 구비하여야 하므로, 기존 부품의 설계를 변경하여 별도의 구성을 제조해야 하므로, 제조단가가 올라가고, 하중을 측정하는데에 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-0997018호

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 트랜스퍼 매트릭스를 통해, 복수개의 센서에서 측정되는 변형률을 하중으로 변환시킴으로써, 센서 및 제어부의 단순한 구성으로 측정대상부품의 하중을 정확히 측정할 수 있는 하중 측정 모듈과, 이러한 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 특징에 따른 하중 측정 모듈은, 측정대상부품에 가해지는 복수개의 축 방향에 대한 하중을 측정하는 하중 측정 모듈에 있어서, 상기 측정대상부품에 설치되며, 상기 복수개의 축 방향의 변형률 각각을 측정하는 복수개의 센서; 상기 측정대상부품에 하중이 가해질 때, 상기 복수개의 센서 각각에서 측정된 복수개의 축 방향의 변형률과 기설정된 트랜스퍼 매트릭스를 토대로 상기 측정대상부품에 가해진 하중을 복수개의 축 방향별로 연산하는 제어부;를 포함하고, 상기 트랜스퍼 매트릭스는 상기 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수개의 센서의 갯수는 상기 복수개의 축 방향의 갯수와 같거나 많은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 특징에 따른 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법은, 측정대상부품에 가해지는 복수개의 축 방향에 대한 하중을 측정하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 있어서, 상기 복수개의 축 방향의 변형률 각각을 측정하는 복수개의 센서를 상기 측정대상부품에 설치하는 센서설치단계; 상기 측정대상부품에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 테스트 하중을 인가하는 하중인가단계; 상기 테스트 하중이 가해질 때, 상기 복수개의 센서 각각에서 측정된 복수개의 축 방향의 변형률과, 상기 테스트 하중을 토대로 상기 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산하는 매트릭스연산단계; 및 상기 매트릭스연산단계에서 연산된 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 상기 하중 측정 모듈의 제어부에 기설정하는 설정단계;를 포함한다.

도한, 상기 매트릭스 연산 단계에서, 상기 복수개의 트랜스퍼 매트릭스의 연산시 상기 복수개의 트랜스퍼 매트릭스 각각과 맵핑되지 않는 축 방향의 테스트 하중에 스케일링 계수를 적용하여 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산하고, 상기 스케일링 계수는 0% 이상 10% 미만의 값인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서 설치 단계 전에, 상기 측정대상부품에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 해석 하중을 인가한 후, 상기 측정대상부품에서 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 민감하게 반응하는 영역인 복수개의 설치영역을 찾는 설치영역탐색단계;를 더 포함하고, 상기 센서설치단계에서 설치되는 복수개의 센서 각각은 상기 복수개의 설치영역 각각에 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 설치영역탐색단계 후, 상기 복수개의 설치영역 각각에 해석 하중을 인가할 때, 가장 높은 변형률을 갖는 방향이 전단 방향, 압축 방향 및 인장 방향 중 어느 방향인지를 찾는 변형률방향탐색단계;를 더 포함하고, 상기 센서설치단계에서 상기 복수개의 설치영역 각각에 설치되는 복수개의 센서 각각은 상기 변형률방향탐색단계에서 찾아낸 변형률 방향에 대응되는 센서인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 테스트 하중은 복수개의 축 방향의 테스트 축하중과, 복수개의 축 방향의 테스트 모멘트하중을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 하중 측정 모듈 및 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

측정대상부품에 직접적으로 가해지는 하중을 정확하게 측정할 수 있다.

측정대상부품에 설치되는 복수개의 센서와 복수개의 센서를 연결하는 제어부를 포함하여 구성됨으로써, 간단한 구성으로 측정대상부품에 가해지는 하중을 측정할 수 있다. 따라서, 기존의 부품의 훼손 없이 하중 측정을 용이하게 할 수 있으며, 차량 등의 주행시 측정대상부품에 가해지는 하중을 실시간으로 측정 할 수 있다.

또한, 하중 측정 테스트 환경이 아닌, 기존 차량에 하중 측정 모듈을 설치함으로써, 실시간으로 측정대상부품에 가해지는 하중을 모니터링할 수도 있다.

연산하고자 하는 축 방향을 제외한 나머지 축 방향에 스케일링 계수를 적용시켜 트랜스퍼 매트릭스를 연산함으로써, 센서에서 측정되는 변형률의 오차를 줄이고, 정확한 하중 측정이 가능한 트랜스퍼 매트릭스를 연산해낼 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하중 측정 모듈을 도시한 도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법의 개략도.
도 3(a)은 종래의 스케일링 계수를 적용하지 않은 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중을 측정하였을 때의 하중 값 그래프 및 하중 값 표.
도 3(b)는 본 발명의 스케일링 계수를 적용한 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중을 측정하였을 때의 하중 값 그래프 및 하중 값 표.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하중 측정 모듈(10)에 대해 설명한다.

이하의 설명에서 언급되는 축 방향의 하중은, 축 방향의 축하중 및 축 방향의 모멘트하중을 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하중 측정 모듈을 도시한 도이다.

하중 측정 모듈(10)은 측정대상부품(100)에 가해지는 복수개의 축 방향에 대한 하중을 측정하는 장치이다.

하중 측정 모듈(10)은, 측정대상부품(100)에 설치되며, 복수개의 축 방향의 변형률 각각을 측정하는 복수개의 센서(200)와, 측정대상부품(100)에 하중이 가해질 때, 복수개의 센서(200) 각각에서 측정된 복수개의 축 방향의 변형률과 기설정된 트랜스퍼 매트릭스를 토대로 측정대상부품(100)에 가해진 하중을 복수개의 축 방향별로 연산하는 제어부(300)를 포함하여 구성될 수 잇다.

측정대상부품(100)은 기계, 장치 등의 부품이다. 따라서, 기계, 장치 등이 작동될 때, 하중 측정 모듈(10)은 진동 등에 의해 측정대상부품(100)에 가해지는 하중을 측정하게 된다.

이러한 측정대상부품(100)은 차량, 오토바이, 항공기, 무인항공기, 기차 등 주행 또는 비행하는 탈것의 부품으로서, 탈것의 주행 또는 비행시 발생하는 진동으로 인해 하중이 가해지는 부품일 수 있다. 일례로, 측정대상부품(100)은 차량에 사용되는 쇼크앱소버의 너클, 탑마운트, PT마운트일 수 있다.

센서(200)는 측정대상부품(100)에 설치되며, 측정대상부품(100)에 하중이 가해질 때, 설치 영역의 변형률을 측정하는 기능을 한다.

센서(200)는 전단 방향 변형률 또는 압축 방향 변형률 또는 인장 방향 변형률을 측정할 수 있다. 또한, 센서(200)는 복수개의 축 방향 중 하나의 축의 변형률을 측정하게 된다. 복수개의 축은 x축, y축, z축 등과 같이 서로 평행하지 않는 축을 의미한다.

센서(200)는 복수개가 구비되며, 복수개의 센서(200)는 복수개의 축 방향의 변형률을 각각 측정해야한다.

예컨데, 하중 측정 모듈(10)이 x축, y축, z축으로 총 3개의 축 방향의 하중을 측정하는 경우, 센서(200)는 x축의 변형률을 측정하는 센서(200)와 y축의 변형률을 측정하는 센서(200) 및 z축의 변형률을 측정하는 센서(200)를 포함하는 3개 이상의 센서(200)로 이루어질 수 있다.

복수개의 센서(200)는 측정하고자 하는 축의 방향의 갯수보다 그 갯수가 많거나 같아야 하며, 측정하고자 하는 축의 방향을 모두 측정하여야 한다. 다시 말해, 복수개의 센서(200)의 갯수는 복수개의 축 방향의 갯수와 같거나 많다.

복수개의 센서(200)는 측정대상부품(100)의 복수개의 설치영역 각각에 설치된다.

복수개의 센서(200)와 복수개의 설치영역의 갯수는 동일하다. 따라서, 1개의 센서(200)는 1개의 설치영역에 설치된다.

설치영역은 측정대상부품(100)에 복수개의 축 방향 각각에 대해 해석 하중을 인가한 후, 측정대상부품(100)에서 복수개의 축 방향 각각에 대해 민감하게 반응하는 영역이다. 예컨데, 센서(200)가 x축 방향의 변형률을 측정하는 센서(200)일 경우, 상기 센서(200)가 설치되는 설치영역은, x축 방향에 해석 하중을 인가할 때, 민감하게 반응하는 설치영역이다.

복수개의 설치영역은 복수개의 축 방향 중 적어도 어느 하나의 축 방향에서, 동일한 좌표를 갖도록 측정대상부품(100) 상에 배치되는 것이 바람직하다.

예컨데, 하중 측정 모듈(10)이 x축의 하중, y축의 하중, z축의 하중을 측정하는 경우, 동일한 z축 좌표를 갖도록 x-y평면상에서 동일한 위치에 복수개의 설치영역이 배치될 수 있다. 다시 말해, 측정대상부품(10)이 원통형 형상일 경우, 동일한 z축 높이를 갖도록 측정대상부품(10)의 외주면에 복수개의 설치영역이 배치될 수 있다. 따라서, 복수개의 센서(200)는 원통형 측정대상부품(10)의 외주면을 따라 나란히 배치될 수 있다. 물론, 이 경우, 복수개의 센서(200)의 z축 좌표는 동일하다. 따라서, 동일한 높이로 원통형 측정대상부품(10)의 외주면에 복수개의 센서(200)가 설치된다.

제어부(300)는 복수개의 센서(200)와 연결된다.

제어부(300)에는 트랜스퍼 매트릭스가 기설정되어 있다.

제어부(300)는 복수개의 센서(200)에서 측정된 변형률과, 기설정된 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 토대로 복수개의 축 방향 각각의 하중을 연산한다.

트랜스퍼 매트릭스는 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 매트릭스로 이루어진다. 따라서, 복수개의 트랜스퍼 매트릭스의 갯수는 측정하고자 하는 복수개의 축의 방향의 갯수와 동일하다.

복수개의 트랜스퍼 매트릭스 각각은 복수개의 센서(200)에서 측정된 변형률을 복수개의 축 방향 각각의 하중으로 변환하는 매트릭스이다.

복수개의 트랜스퍼 매트릭스 각각은 하중 측정 모듈(10)이 구하고자 하는 복수개 축 방향 각각과 연관된다.

예컨데, 하중 측정 모듈(10)이 x축 방향의 하중, y축 방향의 축하중, z축 방향의 축하중, x축 방향의 모멘트하중, y축 방향의 모멘트하중, z축 방향의 모멘트 하중 총 6개의 축 방향의 하중을 측정하는 경우, 트랜스퍼 매트릭스는, 복수개의 센서(200)에서 측정된 변형률을 x축 방향의 하중으로 변환하는 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스와, 복수개의 센서(200)에서 측정된 변형률을 y축 방향의 하중으로 변환하는 y축 하중 트랜스퍼 매트릭스 및 복수개의 센서(200)에서 측정된 변형률을 z축 방향의 하중으로 변환하는 z축 하중 트랜스퍼 매트릭스를 포함하여 총 3개의 트랜스퍼 매트릭스로 이루어지게 된다.

따라서, x축, y축, z축 총 3개의 축 방향의 하중을 측정하는 하중 측정 모듈(10)의 경우, 3개의 트랜스퍼 매트릭스가 제어부(300)에 기설정된다.

이하, 일례로서 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 센서(200)가 6개 센서(200)로 이루어지고, 하중 측정 모듈(10)이 x축, y축, z축 총 3개의 축 방향의 하중을 측정할 때의 하중 측정 모듈(10)에 대해 상세하게 설명한다.

6개의 센서(200) 중 2개의 센서(200)는 x축 방향의 변형률을 측정하는 센서(200)이고, 2개의 센서(200)는 y축 방향의 변형률을 측정하는 센서(200)이고, 2개의 센서(200)는 z축 방향의 변형률을 측정하는 센서(200)이다.

제어부(300)에 기설정된 복수개의 트랜스퍼 매트릭스는 총 3개의 트랜스퍼 매트릭스로 이루어지며, 6개의 센서(200)에서 측정된 변형률을 x축 방향의 하중으로 변환하는 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스와, 6개의 센서(200)에서 측정된 변형률을 y축 방향의 하중으로 변환하는 y축 하중 트랜스퍼 매트릭스 및 6개의 센서(200)에서 측정된 변형률을 z축 방향의 하중으로 변환하는 z축 하중 트랜스퍼 매트릭스이다.

이 경우, x축의 하중은 x축의 축하중과, x축의 모멘트 하중을 포함하며, x축의 축하중은 'Fx' 이고, x축의 모멘트하중은 'Mx'이다.

또한, y축의 하중은 y축의 축하중과, y축의 모멘트 하중을 포함하며, y축의 축하중은 'Fy' 이고, y축의 모멘트하중은 'My'이다.

또한, z축의 하중은 z축의 축하중과, z축의 모멘트 하중을 포함하며, z축의 축하중은 'Fy' 이고, z축의 모멘트하중은 'My'이다.

제어부(300)에서 연산되는 x축의 하중, 즉, x축의 축하중은 'Fx'와, x축의 모멘트하중 'Mx' 는 '식 1-1'에 의해 연산될 수 있다.

[식 1-1]

이 경우, '

' 이고, 'Tx'는 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스이다.

또한, 'S1' 내지 'S6'은 하중 측정 모듈(10)에 하중이 가해졌을 때, 6개의 센서(200) 각각에서 측정된 각 축의 변형률이다.

측정대상부품(100)에 하중이 가해지는 경우, 측정대상부품(100)에서 측정되는 모든 변형률 상기 하중에 의해 발생된다. 따라서, x축 방향, y축 방향, z축 방향의 변형률 모두를 통해 x축 방향의 하중, 즉, x축 방향의 축하중과, x축 방향의 모멘트하중을 연산하여야 한다.

다시 말해, 6개의 센서(200) 중 2개의 센서만 x축 방향의 변형률을 측정하나, 나머지 4개의 센서(200)에 대한 변형률 값 모두를 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스를 통해 x축 하중으로 연산하게 된다.

또한, 위와 같이, x축 하중 트랜스퍼 매트릭스가 적용된 '식 1-1'을 통해, y축 방향의 하중(y축 방향의 축하중 'Fy', y축 방향의 모멘트하중 'My') 및 z축 방향의 하중(z축 방향의 축하중 'Fz', z축 방향의 모멘트하중 'Mz') 값을 연산하게 되나, x축 방향의 하중 값인 'Fx', 'Mx' 만을 추출하게 된다. 이는, 트랜스퍼 매트릭스가 x축에 대한 하중 값을 정확히 연산하기 위한 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스이므로, '식 1-1'은 x축의 하중 값인 'Fx' 및 'Mx' 를 연산하기 위한 식이기 때문이다.

제어부(300)에서 연산되는 y축의 하중, 즉, y축의 축하중 'Fy' 와, y축의 모멘트하중 'My' 는 '식 1-2'에 의해 연산될 수 있다.

[식 1-2]

이 경우, '

' 이고, 'Ty'는 y축 하중 트랜스퍼 매트릭스이다.

또한, 'S1' 내지 'S6'은 하중 측정 모듈(10)에 하중이 가해졌을 때, 6개의 센서(200) 각각에서 측정된 각 축의 변형률이다.

측정대상부품(100)에 하중이 가해지는 경우, 측정대상부품(100)에서 측정되는 모든 변형률 상기 하중에 의해 발생된다. 따라서, x축 방향, y축 방향, z축 방향의 변형률 모두를 통해 y축 방향의 하중을 연산하여야 한다.

다시 말해, 6개의 센서(200) 중 2개의 센서만 y축 방향의 변형률을 측정하나, 나머지 4개의 센서(200)에 대한 변형률 값 모두를 y축 하중 트랜스퍼 매트릭스를 통해 y축 하중으로 연산하게 된다.

또한, 위와 같이, y축 하중 트랜스퍼 매트릭스가 적용된 '식 1-2' 를 통해, x축 방향의 하중(x축 방향의 축하중 'Fx', x축 방향의 모멘트하중 'Mx') 및 z축 방향의 하중(z축 방향의 축하중 'Fz', z축 방향의 모멘트하중 'Mz') 값을 연산하게 되나, y축 방향의 하중 값인 'Fy', 'My' 만을 추출하게 된다. 이는, 트랜스퍼 매트릭스가 y축에 대한 하중 값을 정확히 연산하기 위한 y축 하중 트랜스퍼 매트릭스이므로, '식 1-2'은 y축의 하중 값인 'Fy' 및 'My' 를 연산하기 위한 식이기 때문이다.

제어부(300)에서 연산되는 z축의 하중, 즉, z축의 축하중은 'Fz'와, z축의 모멘트하중 'Mz' 는 '식 1-3'에 의해 연산될 수 있다.

[식 1-3]

이 경우, '

' 이고, 'Tz'는 z축 하중 트랜스퍼 매트릭스이다.

또한, 'S1' 내지 'S6'은 하중 측정 모듈(10)에 하중이 가해졌을 때, 6개의 센서(200) 각각에서 측정된 각 축의 변형률이다.

측정대상부품(100)에 하중이 가해지는 경우, 측정대상부품(100)에서 측정되는 모든 변형률 상기 하중에 의해 발생된다. 따라서, x축 방향, y축 방향, z축 방향의 변형률 모두를 통해 z축 방향의 하중을 연산하여야 한다.

다시 말해, 6개의 센서(200) 중 2개의 센서만 z축 방향의 변형률을 측정하나, 나머지 4개의 센서(200)에 대한 변형률 값 모두를 z축 하중 트랜스퍼 매트릭스를 통해 z축 하중으로 연산하게 된다.

또한, 위와 같이, z축 하중 트랜스퍼 매트릭스가 적용된 '식 1-3'을 통해, x축 방향의 하중(x축 방향의 축하중 'Fx', x축 방향의 모멘트하중 'Mx') 및 y축 방향의 하중(y축 방향의 축하중 'Fy', y축 방향의 모멘트하중 'My') 값을 연산하게 되나, z축 방향의 하중 값인 'Fz', 'Mz' 만을 추출하게 된다. 이는, 트랜스퍼 매트릭스가 z축에 대한 하중 값을 정확히 연산하기 위한 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스이므로, '식 1-3'은 z축의 하중 값인 'Fz' 및 'Mz' 를 연산하기 위한 식이기 때문이다.

전술한 복수개의 축 방향의 트랜스퍼 매트릭스는 '

' 행렬이다.

이 경우, 'm', 'n' 은 자연수이다.

'm'은 하중 측정 모듈(10)로 측정하는 복수개의 축 방향 하중의 갯수와 동일하다.

'n'은 하중 측정 모듈(10)의 측정대상부품(100)에 설치되는 복수개의 센서(200)의 갯수와 동일하다.

전술한 예시에서는 하중 측정 모듈(10)이 x축 방향의 축하중 'Fx', x축 방향의 모멘트하중 'Mx', y축 방향의 축하중 'Fy', y축 방향의 몸네트하중 'My', z축 방향의 축하중 'Fz', z축 방향의 모멘트하중 'Mz' 을 측정하여 총 6개의 축 방향 하중을 측정하고, 총 6개의 센서(200)가 측정대상부품(100)에 설치되어 있으므로, 전술한 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스, y축 하중 트랜스퍼 매트릭스, z축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 '

' 행렬이다.

본 발명에서의 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스, y축 하중 트랜스퍼 매트릭스, z축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 종래와는 다르게 크로스토크가 최소화된 매트릭스로서, 이에 대한 구체적인 설명은 아래에서 구체적으로 설명한다.

이하, 도 2를 참조하여, 하중 측정 모듈(10)의 캘리브레이션 방법에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법의 개략도이다.

하중 측정 모듈(10)의 캘리브레이션이란 하중 측정 모듈(10)에 복수개의 센서(200)를 설치한 후, 하중 측정 모듈(10)에 테스트 하중을 가하고, 복수개의 센서(200)를 통해 측정된 테스트 하중에 대한 변형률을 통해 전술한 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산 및 기설정하는 것이다.

다시 말해, 하중 측정 모듈(10)의 캘리브레이션 방법은, 측정대상부품(100)에 가해지는 복수개의 축 방향에 대한 하중을 측정하는 방법이다.

하중 측정 모듈(10)의 캘리브레이션 방법은, 설치영역탐색단계(S10)와, 변형률방향탐색단계(S20)와, 센서설치단계(S30)와, 하중인가단계(S40)와, 매트릭스연산단계(S50)와, 설정단계(S60)를 포함하여 구성될 수 있다.

설치영역탐색단계(S10)는 센서설치단계(S30) 전에 수행된다.

설치영역탐색단계(S10)에서는, 측정대상부품(100)에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 해석 하중을 인가한 후, 측정대상부품(100)에서 복수개의 축 방향 각각에 대해 민감하게 반응하는 영역인 복수개의 설치영역을 탐색하여 찾는 과정이 수행된다.

일례로, 전술한 바와 같이, 하중 측정 모듈(10)이 x축, y축, z축 총 3개의 축 방향의 하중을 측정하는 경우, 설치영역탐색단계(S10)에서는 총 3개의 해석 하중, 즉, x축에 대한 해석 하중, y축에 대한 해석 하중 및 z축에 대한 해석 하중을 인가하게 된다.

다시 말해, 각 축 방향에 대한 해석 하중을 인가하여 각 축 방향에 대해 민감하게 반응하는 영역인 설치영역을 찾는 것이다. 따라서, 설치영역탐색단계(S10)에서는, 각 축 방향에 대한 해석 하중을 인가한 후, 각 축방향에 대해 민감하게 반응하는 영역인 설치영역을 찾는 과정을 반복적으로 수행하게 된다.

전술한 바와 같이, 복수개의 센서가 x축의 변형률을 측정하는 2개의 센서와, y축의 변형률을 측정하는 2개의 센서와, z축의 변형률을 측정하는 2개의 센서를 포함하여 총 6개의 센서인 경우, 설치영역탐색단계(S10)에서는 6개의 설치영역을 찾게 된다. 다시 말해, 하중 측정 모듈(10)의 복수개의 센서(200)의 갯수와, 설치영역탐색단계(S10)에서 찾게되는 복수개의 설치영역의 갯수는 동일하다.

또한, 복수개의 축 방향 중 측정하고자하는 축 방향의 변형률을 측정하는 센서에 대한 설치영역은, 측정하고자하는 축 방향에 대한 해석 하중을 하중 측정 모듈(10)에 인가한 후, 민감하게 반응하는 영역을 찾는 과정을 수행한다.

x축의 변형률을 측정하는 센서에 대한 설치영역은 하중 측정 모듈(10)에 x축에 대한 해석 하중을 인가한 후, x축에 대한 해석 하중에 민감하게 반응하는 영역을 찾는 과정을 수행한다. 이 경우, x축에 대한 해석 하중을 인가하여, 2개의 설치영역을 찾게 되며, 이러한 2개의 설치 영역은 x축의 변형률을 측정하는 센서에 대한 설치영역이다.

y축의 변형률을 측정하는 센서에 대한 설치영역은 하중 측정 모듈(10)에 y축에 대한 해석 하중을 인가한 후, y축에 대한 해석 하중에 민감하게 반응하는 영역을 찾는 과정을 수행한다. 이 경우, y축에 대한 해석 하중을 인가하여, 2개의 설치영역을 찾게 되며, 이러한 2개의 설치 영역은 y축의 변형률을 측정하는 센서에 대한 설치영역이다.

z축의 변형률을 측정하는 센서에 대한 설치영역은 하중 측정 모듈(10)에 z축에 대한 해석 하중을 인가한 후, z축에 대한 해석 하중에 민감하게 반응하는 영역을 찾는 과정을 수행한다. 이 경우, z축에 대한 해석 하중을 인가하여, 2개의 설치영역을 찾게 되며, 이러한 2개의 설치 영역은 z축의 변형률을 측정하는 센서에 대한 설치영역이다.

설치영역탐색단계(S10)에서 해석 하중에 대해 민감하게 반응하는 영역을 찾는 과정은 3D 모델링 프로그램을 통해 수행될 수 있다.

설치영역탐색단계(S10)가 완료된 후, 변형률방향탐색단계(S20)가 수행된다.

변형률방향탐색단계(S20)에서는, 복수개의 설치영역 각각에 해석 하중을 인가할 때, 가장 높은 변형률을 갖는 방향이 전단 방향, 압축 방향 및 인장 방향 중 어느 방향인지를 비교하여 찾는 과정이 수행된다.

변형률방향탐색단계(S20)에서는 복수개의 설치영역에서 각 축 방향에 해석 하중을 인가할 때, 전단 방향, 압축 방향 및 인장 방향의 변형률 모두를 측정하여 비교한 후, 가장 높은 변형률을 갖는 방향을 찾아내게 된다.

위와 같이, 설치영역에서 변형률에 민감하게 반응하는 방향을 찾음에 따라, 추후 센서설치단계(S30)에서 설치영역에 설치할 센서(200)의 종류를 선택할 수 있다.

다시 말해, 센서설치단계(S30)에서 설치영역 각각에서 설치되는 복수개의 센서는 상기 변형률방향탐색단계(S20)에서 찾아낸 변형률 방향에 대응되는 센서(200)이다. 따라서, 설치영역에 설치된 센서(200)를 통해 보다 정확한 설치영역의 변형률을 측정할 수 있다.

변형률방향탐색단계(S20)가 완료된 후, 센서설치단계(S30)가 수행된다.

센서설치단계(S30)에서는, 복수개의 축 방향의 변형률 각각을 측정하는 복수개의 센서(200)를 측정대상부품(100)에 설치하는 과정이 수행된다.

센서설치단계(S30)에서 설치되는 복수개의 센서(200) 각각은 측정대상부품(100)의 복수개의 설치영역 각각에 설치된다.

설치영역은 전술한 바와 같이, 설치영역탐색단계(S10)를 통해 얻어진 영역이다.

센서설치단계(S30)에서 설치영역 각각에서 설치되는 복수개의 센서는 상기 변형률방향탐색단계(S20)에서 찾아낸 변형률 방향에 대응되는 센서(200)이다.

예컨데, 전술한 예시와 같이, 6개의 센서(200)가 6개의 설치영역에 각각 설치되고, x축의 변형률을 측정하는 센서와, y축의 변형률을 측정하는 센서 및 z축의 변형률을 측정하는 센서가 각각 2개씩 있을 경우를 가정하자.

이 경우, 2개의 x축 방향의 변형률을 측정하는 센서는 해석 하중이 인가될 때, x축 방향의 변형률이 가장 민감하게 반응하는 영역인 설치영역 2개에 각각 설치되게 된다. 또한, 상기 2개의 x축 방향의 변형률과 연관된 설치영역 중 어느 1개의 설치영역에서 인장 방향 변형률이 가장 높은 변형률을 갖을 경우, 상기 어느 1개의 설치영역에는 x축 방향의 인장 방향 변형률을 측정하는 센서가 설치되게 되고, 상기 2개의 설치영역 중 나머지 1개의 설치영역에서 전단 방향 변형률이 가장 높은 변형률을 갖을 경우, 상기 나머지 1개의 설치영역에는 x축 방향의 전단 방향 변형률을 측정하는 센서가 설치되게 된다.

2개의 y축 방향의 변형률을 측정하는 센서는 해석 하중이 인가될 때, y축 방향의 변형률이 가장 민감하게 반응하는 영역인 설치영역 2개에 각각 설치되게 된다. 또한, 상기 2개의 y축 방향의 변형률과 연관된 설치영역 중 어느 1개의 설치영역에서 압축 방향 변형률이 가장 높은 변형률을 갖을 경우, 상기 어느 1개의 설치영역에는 y축 방향의 인장 방향 변형률을 측정하는 센서가 설치되게 되고, 상기 2개의 설치영역 중 나머지 1개의 설치영역에서 인장 방향 변형률이 가장 높은 변형률을 갖을 경우, 상기 나머지 1개의 설치영역에는 y축 방향의 압축 방향 변형률을 측정하는 센서가 설치되게 된다.

2개의 z축 방향의 변형률을 측정하는 센서는 해석 하중이 인가될 때, z축 방향의 변형률이 가장 민감하게 반응하는 영역인 설치영역 2개에 각각 설치되게 된다. 또한, 상기 2개의 z축 방향의 변형률과 연관된 설치영역 중 어느 1개의 설치영역에서 압축 방향 변형률이 가장 높은 변형률을 갖을 경우, 상기 어느 1개의 설치영역에는 z축 방향의 압축 방향 변형률을 측정하는 센서가 설치되게 되고, 상기 2개의 설치영역 중 나머지 1개의 설치영역에서 전단 방향 변형률이 가장 높은 변형률을 갖을 경우, 상기 나머지 1개의 설치영역에는 z축 방향의 전단 방향 변형률을 측정하는 센서가 설치되게 된다.

전술한 바와 같이, 설치영역탐색단계(S10)에서 얻어진 복수개의 설치영역 각각에 각 축 방향 및 각 변형률 방향에 대응되는 복수개의 센서(200)가 설치되면, 센서설치단계(S30)가 완료된다.

센서설치단계(S30) 후, 하중인가단계(S40)가 수행된다.

하중인가단계(S40)에서는, 측정대상부품(100)에 복수개의 축 방향 각각에 대해 테스트 하중을 인가하는 과정이 수행된다.

따라서, 하중인가단계(S40)에서는 복수개의 축 방향 개수만큼 테스트 하중을 인가하게 된다.

예컨데, 복수개의 축 방향이 x축, y축, z축인 경우, x축 방향으로 테스트 하중 인가, y축 방향으로 테스트 하중 인가 및 z축 방향으로 테스트 하중 인가를 통해 총 3번의 하중을 인가하게 된다.

테스트 하중의 인가는 UTM(Universal Test machine)을 통해 수행될 수 있다. 다시 말해, 하중인가단계(S40)에서 UTM을 통해 측정대상부품(100)에 복수개의 축 방향 별로 테스트 하중을 인가하는 것이다.

각 축 방향의 테스트 하중은, 축방향 테스트 축하중 및 축방향 테스트 모멘트 하중을 포함한다.

다시 말해, x축 방향의 테스트 하중은, x축 방향의 테스트 축하중 'Ux'와, x축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMx'를 포함할 수 있다.

또한, y축 방향의 테스트 하중은, y축 방향의 테스트 축하중 'Uy'와, y축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMy'를 포함할 수 있다.

또한, z축 방향의 테스트 하중은, z축 방향의 테스트 축하중 'Uz'와, z축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMz'를 포함할 수 있다.

위와 같이, 각 축 방향 별 테스트 하중 인가가 완료되면 하중인가단계(S40)가 완료된다.

하중인가단계(S40)가 완료된 후, 매트릭스연산단계(S50)가 수행된다.

매트릭스연산단계(S50)에서는, 테스트 하중이 가해질 때, 복수개의 센서(200) 각각에서 측정된 복수개의 축 방향의 변형률과, 테스트 하중을 토대로 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산하는 과정이 수행된다.

매트릭스연산단계(S50)는 연산부에 의해 수행될 수 있다.

연산부는 하중인가단계(S40)에서 인가된 테스트 하중에 의한 결과값인 복수개의 축 방향의 변형률을 토대로 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산한다.

전술한 바와 같이, 하중 측정 모듈(10)에 설치되는 복수개의 센서(200)가 x축 방향의 변형률, y축 방향의 변형률, z축 방향의 변형률을 측정하는 총 6개의 센서로 이루어진 경우, 연산부에 의해 연산되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스는 x축 방향과 맵핑되는 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스와, y축 방향과 맵핑되는 y축 하중 트랜스퍼매트릭스와, z축 방향과 맵핑되는 z축 하중 트랜스퍼 매트릭스로 총 3개의 트랜스퍼 매트릭스로 이루어지게 된다.

즉, 복수개의 센서(200)에 의해 측정되는 축 방향의 갯수와, 연산부에 의해 연산되는 트랜스퍼 매트릭스의 갯수는 동일하다.

연산부에서 연산되는 x축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 '식 2-1'을 통해 연산될 수 있다.

[식 2-1]

x축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 'Tx'이며, '

'이다.

연산부에서 연산되는 y축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 '식 2-2'를 통해 연산될 수 있다.

[식 2-2]

y축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 'Ty'이며, '

'이다.

연산부에서 연산되는 z축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 '식 2-3'을 통해 연산될 수 있다.

[식 2-3]

y축 하중 트랜스퍼 매트릭스는 'Tz'이며, '

'이다.

'Ux'는 하중인가단계(S40)에서 인가되는 x축 방향의 테스트 축하중이다.

'UMx'는 하중인가단계(S40)에서 인가되는 x축 방향의 테스트 모멘트하중이다.

'Uy'는 하중인가단계(S40)에서 인가되는 y축 방향의 테스트 축하중이다.

'UMy'는 하중인가단계(S40)에서 인가되는 y축 방향의 테스트 모멘트하중이다.

'Uz'는 하중인가단계(S40)에서 인가되는 z축 방향의 테스트 축하중이다.

'UMz'는 하중인가단계(S40)에서 인가되는 z축 방향의 테스트 모멘트하중이다.

'Ux', 'UMx', 'Uy', 'UMy', 'Uz', 'UMz' 는 UTM에 의해 인가되는 테스트 하중일 수 있다.

'Sx1 내지 Sx6'은 x축 방향의 테스트 하중 'Ux'을 인가하였을 때, 6개의 센서(200) 각각에서 측정되는 변형률 값이다.

'Sy1 내지 Sy6'은 y축 방향의 테스트 하중 'Uy'을 인가하였을 때, 6개의 센서(200) 각각에서 측정되는 변형률 값이다.

'Sz1 내지 Sz6'은 z축 방향의 테스트 하중 'Uz'을 인가하였을 때, 6개의 센서(200) 각각에서 측정되는 변형률 값이다.

'SC' 는 스케일링 계수이다.

연산부는 매트릭스연산단계(S50)에서, 복수개의 트랜스퍼 매트릭스의 연산시 복수개의 트랜스퍼 매트릭스 각각과 맵핑되지 않는 축 방향의 테스트 하중에 스케일링 계수를 적용하여 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산할 수 있다. 다시 말해, 연산하고자 하는 축 방향이 아닌 나머지 방향의 테스트 하중에 스케일링 계수를 곱하는 것이다.

따라서, x축 하중 트랜스퍼 매트릭스를 연산할 때에는 '식 2-1'에 기재된 바와 같이, 맵핑되지 않는 축 방향인 x축 방향의 테스트 하중(x축 방향의 테스트 축하중 'Ux' 및 x축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMx')이 아닌 나머지 방향의 테스트 하중, 즉, y축 방향의 테스트 하중(y축 방향의 테스트 축하중 'Uy' 및 y축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMy') 및 z축 방향의 테스트 하중(z축 방향의 테스트 축하중 'Uz' 및 z축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMz')에 스케일링 계수를 곱한다.

또한, y축 하중 트랜스퍼 매트릭스를 연산할 때에는 '식 2-2'에 기재된 바와같이, 맵핑되지 않는 축 방향인 y축 방향의 테스트 하중(y축 방향의 테스트 축하중 'Uy' 및 y축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMy')이 아닌 나머지 방향의 테스트 하중, 즉, x축 방향의 테스트 하중(x축 방향의 테스트 축하중 'Ux' 및 x축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMx') 및 z축 방향의 테스트 하중(z축 방향의 테스트 축하중 'Uz' 및 z축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMz')에 스케일링 계수를 곱한다.

또한, z축 하중 트랜스퍼 매트릭스를 연산할 때에는 '식 2-3'에 기재된 바와같이, 맵핑되지 않는 축 방향인 z축 방향의 테스트 하중(z축 방향의 테스트 축하중 'Uz' 및 z축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMz')이 아닌 나머지 방향의 테스트 하중, 즉, x축 방향의 테스트 하중(x축 방향의 테스트 축하중 'Ux' 및 x축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMx') 및 y축 방향의 테스트 하중(y축 방향의 테스트 축하중 'Uy' 및 y축 방향의 테스트 모멘트하중 'UMy')에 스케일링 계수를 곱한다.

전술한 바와 같이, 연산하고자 하는 축 방향을 제외한 나머지 축 방향의 테스트 하중에 스케일링 계수를 적용함에 따라 상기 나머지 축 방향에서 발생되는 크로스토크(CrossTalk)를 최소화하는 효과가 있다.

상세하게 설명하면, 연산하고자 하는 축 방향의 트랜스퍼 매트릭스를 연산한 후, 상기 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중 측정 모듈(10)에 가해지는 하중을 측정하게 되면, 연산하고자 하는 축 방향을 제외한 나머지 축 방향의 하중이 실제로 가해진 하중보다 높은 수치로 연산되는 크로스토크 현상이 발생하게 된다.

이러한 크로스토크 현상은 하나의 몸체로 이루어진 측정대상부품(100)에서 어느 한 축 방향에 테스트 하중을 가할 때, 나머지 축 방향에 대해서도 변형률의 영향이 발생하게 되는데, 센서(200)를 통해 측정되는 상기 변형률의 영향이 민감하게 측정되는 등 오차가 발생하기 때문이다. 따라서, 연산하고자 하는 축 방향을 제외한 나머지 축 방향에 대한 테스트 하중에 스케일링 계수를 적용함으로써, 위의 오차를 줄일 수 있으며, 이를 통해, 정확한 하중 측정이 가능한 트랜스퍼 매트릭스를 연산할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, x축 하중 트랜스퍼 매트릭스 'Tx', y축 하중 트랜스퍼 매트릭스 'Ty', z축 하중 트랜스퍼 매트릭스 'Tz' 모두 x축 방향의 모멘트하중, y축 방향의 모멘트 하중 및 z축 방향의 모멘트 하중과 연관되어 있으므로, 크로스토크를 더욱 최소화시킬 수 있다. 이는, 변형률을 측정하는 복수개의 센서(200)는 실제로 측정대상부품(100)에 가해지는 하중에 직교(Orthogonal)하지 않으므로, 모멘트하중에 대한 영향도가 크게 발생하게 되는데, 위와 같이, 각 축 방향의 모멘트하중을 고려한 트랜스퍼 매트릭스를 이용함으로써, 위의 영향도까지 고려하여 캘리브레이션시킬 수 있기 때문이다. 이처럼, 모멘트하중이 고려된 트랜스퍼 매트릭스를 사용함에 따라, 하중 측정 모듈(10)에 의해 측정된 하중은 크로스토크가 최소화된 하중을 측정할 수 있다.

스케일링 계수 'SC'는 0% 이상 100% 미만의 값을 갖는다. 크로스토크 현상을 효과적으로 방지하기 위해서는, 스케일링 계수 'SC'는 0% 이상 내지 10% 미만 내의 값인 것이 바람직하다.

연산부가 전술한 과정을 수행하여 복수개의 트랜스퍼 매트릭스의 연산을 완료하면, 매트릭스연산단계(S50)가 완료된다.

매트릭스연산단계(S50)가 완료된 후, 설정단계(S60)가 수행된다.

설정단계(S60)에서는, 매트릭스연산단계(S50)에서 연산된 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 하중 측정 모듈(10)의 제어부(300)에 기설정하는 과정이 수행된다.

설정단계(S60)에서 복수개의 트랜스퍼 매트릭스가 제어부(300)에 기설정됨에 따라, 하중 측정 모듈(10)은 제어부를 통해 측정대상부품(100)에 가해지는 하중을 연산할 수 있게 된다.

설정단계(S60)가 완료된 후, 하중 측정 모듈(10)의 캘리브레이션 방법의 모든 과정이 완료된다.

요약하자면, 하중 측정 모듈(10)의 캘리브레이션 방법은, 설치영역탐색단계(S10)를 통해, 측정대상부품(100)에서 복수개의 센서(200)가 설치된 위치를 탐색하고, 센서설치단계(S30)를 통해 복수개의 센서(200)를 측정대상부품(100)에 설치하고, 하중인가단계(S40) 및 매트릭스연산단계(S50)를 통해 트랜스퍼 매트릭스를 연산하게 된다. 이를 통해, 크로스 토크가 최소화된 트랜스퍼 매트릭스를 취득할 수 있다.

하중 측정 모듈(10)의 캘리브레이션 방법을 통해, 하중 측정 모듈(10)은 측정대상부품(100)과 복수개의 센서 및 복수개의 트랜스퍼 매트릭스가 동기화되어 캘리브레이션 되며, 이를 통해, 측정대상부품(100)에 가해진 하중을 각 축 방향 별로 측정할 수 있다.

하중 측정 모듈(10)은 측정대상부품(100)이 기계 장치 등의 일부 부품일 경우, 그대로 기계 장치에 측정대상부품(100)을 설치함으로써, 기계 장치의 동작시에 측정대상부품(100)에 가해지는 하중을 정밀하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

이는, 측정대상부품(100) 자체에 복수개의 센서(200)를 연결하고, 복수개의 센서(200)를 제어부(300)와 연결시킴으로써, 하중 측정 모듈(10)의 구성이 매우 간단하기 때문이다.

또한, 하중 측정 모듈(10)은 측정대상부품(100)에 가해지는 하중을 실시간으로 측정할 수 있다.

측정대상부품(100)이 차량의 쇼크앱소버의 너클일 경우를 예를 들어보자. 이 경우, 측정대상부품(100)인 너클을 쇼크앱소버에 장착한 채, 차량을 주행시킨다. 이 후, 복수개의 센서(200) 및 제어부(300)를 통해, 차량의 주행에 따라 측정대상부품(100)인 너클에 가해지는 하중을 측정함으로써, 하중 측정 모듈(10)은 차량의 주행에 따른 진동에 의해 측정대상부품(100)인 너클에 가해되는 하중을 실시간으로 측정할 수 있다.

또한, 하중 측정 테스트 환경이 아닌, 기존 차량에 하중 측정 모듈(10)을 설치함으로써, 실시간으로 측정대상부품(100)에 가해지는 하중을 모니터링할 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 경우, 스케일링 계수를 적용함에 따라 다음과 같은 효과가 있다.

스케일링 계수를 적용하지 않는 기존의 경우, 하나의 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여, 센서에서 측정된 변형률을 축 방향 하중으로 연산하였다. 반면에, 본 발명은 복수개의 축 방향 하중 별로 서로 다른 트랜스퍼 매트릭스를 이용하게 된다.

복수개의 축 방향 하중 별로 구분되는 축 방향 하중 트랜스퍼 매트릭스는, 축 방향 하중 트랜스퍼 매트릭스를 연산할 경우, 구하고자 하는 축 방향(즉, 주방향) 하중 이외의 다른 방향 하중에 스케일링 계수를 적용하여 복수개의 축 방향 하중 트랜스퍼 매트릭스를 취득하게 된다. 다시 말해, 각 주방향 하중 별로 트랜스퍼 매트릭스를 취득하게 되는 것이다.

이렇게 취득된 주방향별 하중 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중 측정 모듈(10)이 측정대상부품(100)에 가해지는 하중을 실측할 경우, 크로스토크가 10% 이하로 감소하게 된다.

이하, 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하여, 스케일링 계수를 적용한 트랜스퍼 매트릭스를 이용시 장점에 대해 상세히 설명한다.

도 3(a)은 종래의 스케일링 계수를 적용하지 않은 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중을 측정하였을 때의 하중 값 그래프 및 하중 값 표이고, 도 3(b)는 본 발명의 스케일링 계수를 적용한 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중을 측정하였을 때의 하중 값 그래프 및 하중 값 표이다.

도 3(a)의 하중 값 그래피 및 하중 값 표는 UTM을 이용하여, x축 방향의 하중을 인가하였을 때, 종래의 스케일링 계수를 적용하지 않은 트랜스퍼 매트릭스를 통해 연산되는 x축 방향의 축하중 값인 'Fx', y축 방향의 축하중 값인 'Fy', z축 방향의 축하중 값인 'Fz'를 나타낸 것이다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, UTM을 통해 Minimum 값인 '-35.53 kgf'의 하중을 x축 방향으로 인가하였을 때, 연산되는 'Fx', 'Fy', 'Fz' 값은 각각 '-35.48 kgf', '-90.86 kgf', '22.99 kgf'이다.

연산된 'Fx' 는 그 값이 하중 인가 대비 99.86% 이다.

연산된 'Fy' 는 그 값이 하중 인가 대비 255.73% 이다.

연산된 'Fz' 는 그 값이 하중 인가 대비 -64.70% 이다.

UTM을 통해 Maximum 값인 '35.22 kgf'의 하중을 x축 방향으로 인가하였을 때, 연산되는 'Fx', 'Fy', 'Fz' 값은 각각 '35.27 kgf', '73.39 kgf', '-24.04 kgf'이다.

연산된 'Fx' 는 그 값이 하중 인가 대비 100.14% 이다.

연산된 'Fy' 는 그 값이 하중 인가 대비 208.38% 이다.

연산된 'Fz' 는 그 값이 하중 인가 대비 -68.26% 이다.

UTM을 통해 x축 방향에 하중을 인가할 경우, y축 방향 하중인 'Fy' 값과, z축 방향 하중인 'Fz' 값은 '0'에 수렴되는 값을 가져야 한다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 종래의 스케일링 계수가 적용되지 않은 트랜스퍼 매트릭스를 사용할 경우, 연산된 'Fx'의 경우, x축에 인가된 하중과 거의 동일하게 나타난다.

그러나, 'Fy' 값은 x축에 가해진 하중보다 2배 많은 값을 갖게 되며, z축 방향 하중인 'Fz' 값은 x축에 가해진 하중보다 반대 방향으로 약 0.7배의 값을 갖게 된다. 이는, 전술한 크로스 토크의 영향으로 인해, 'Fy' 값과 'Fz' 값에 오차가 발생하는 것이다.

이처럼 종래의 경우, 스케일링 계수가 적용되지 않아, 하중을 가한 주 방향축인 x축의 연산된 하중 'Fx' 값은 실제 가해진 하중과 거의 동일하게 연산되나, 다른 방향 축인 y축 방향, z축 방향의 연산된 하중 'Fy', 'Fz'는 이상적으로 측정되어야 하는 '0' 에 비해 과도한 하중이 측정되게 된다.

이하, 본 발명의 경우를 살펴보자. 도 3(b)는 본 발명의 스케일링 계수를 적용한 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중을 측정하였을 때의 하중 값 그래프 및 하중 값 표이고, 도 3(b)는 본 발명의 스케일링 계수를 적용한 트랜스퍼 매트릭스를 이용하여 하중을 측정하였을 때의 하중 값 그래프 및 하중 값 표이다.

도 3(a)의 하중 값 그래피 및 하중 값 표는 UTM을 이용하여, x축 방향의 하중을 인가하였을 때, 종래의 스케일링 계수를 적용하지 않은 트랜스퍼 매트릭스를 통해 연산되는 x축 방향의 축하중 값인 'Fx', y축 방향의 축하중 값인 'Fy', z축 방향의 축하중 값인 'Fz'를 나타낸 것이다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, UTM을 통해 Minimum 값인 '-35.53 kgf'의 하중을 x축 방향으로 인가하였을 때, 연산되는 'Fx', 'Fy', 'Fz' 값은 각각 '-36.19 kgf', '0.97 kgf', '-1.17 kgf'이다.

연산된 'Fx' 는 그 값이 하중 인가 대비 101.86% 이다.

연산된 'Fy' 는 그 값이 하중 인가 대비 0.97% 이다.

연산된 'Fz' 는 그 값이 하중 인가 대비 -1.17% 이다.

UTM을 통해 Maximum 값인 '35.22 kgf'의 하중을 x축 방향으로 인가하였을 때, 연산되는 'Fx', 'Fy', 'Fz' 값은 각각 '32.76 kgf', '3.41 kgf', '1.39 kgf'이다.

연산된 'Fx' 는 그 값이 하중 인가 대비 93.02% 이다.

연산된 'Fy' 는 그 값이 하중 인가 대비 9.68% 이다.

연산된 'Fz' 는 그 값이 하중 인가 대비 3.95% 이다.

UTM을 통해 x축 방향에 하중을 인가할 경우, y축 방향 하중인 'Fy' 값과, z축 방향 하중인 'Fz' 값은 '0'에 수렴되는 값을 가져야 한다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스케일링 계수가 적용된 트랜스퍼 매트릭스를 사용할 경우, 연산된 'Fx'의 경우, x축에 인가된 하중과 거의 동일하게 나타난다. 'Fy' 값 및 'Fz' 값 또한, 가해진 하중 대비 10% 이하의 값을 갖게 된다.

다시 말해, 전술한 바와 같이, 크로스토크가 10% 이하로 감소하게 되는 것이다.

이처럼, 본 발명의 경우, 스케일링 계수를 적용한 트랜스퍼 매트릭스를 통해 크로스 토크를 최소화함으로써, 하중 측정 모듈(10)을 통해 하중 측정시 정확한 하중을 측정할 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 하중 측정 모듈
100: 측정대상부품 200: 센서
300: 제어부
S10: 설치영역탐색단계 S20: 변형률방향탐색단계
S30: 센서설치단계 S40: 하중인가단계
S50: 매트릭스연산단계 S60: 설정단계

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 측정대상부품에 가해지는 복수개의 축 방향에 대한 하중을 측정하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 있어서,
   상기 복수개의 축 방향의 변형률 각각을 측정하는 복수개의 센서를 상기 측정대상부품에 설치하는 센서설치단계;
   상기 측정대상부품에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 테스트 하중을 인가하는 하중인가단계;
   상기 테스트 하중이 가해질 때, 상기 복수개의 센서 각각에서 측정된 복수개의 축 방향의 변형률과, 상기 테스트 하중을 토대로 상기 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산하는 매트릭스연산단계; 및
   상기 매트릭스연산단계에서 연산된 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 상기 하중 측정 모듈의 제어부에 기설정하는 설정단계;를 포함하고,
   상기 매트릭스 연산 단계에서, 상기 복수개의 트랜스퍼 매트릭스의 연산시 상기 복수개의 트랜스퍼 매트릭스 각각과 맵핑되지 않는 축 방향의 테스트 하중에 스케일링 계수를 적용하여 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산하고,
   상기 스케일링 계수는 0% 이상 10% 미만의 값인 것을 특징으로 하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법.
4. 삭제
5. 측정대상부품에 가해지는 복수개의 축 방향에 대한 하중을 측정하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 있어서,
   상기 복수개의 축 방향의 변형률 각각을 측정하는 복수개의 센서를 상기 측정대상부품에 설치하는 센서설치단계;
   상기 측정대상부품에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 테스트 하중을 인가하는 하중인가단계;
   상기 테스트 하중이 가해질 때, 상기 복수개의 센서 각각에서 측정된 복수개의 축 방향의 변형률과, 상기 테스트 하중을 토대로 상기 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산하는 매트릭스연산단계;
   상기 매트릭스연산단계에서 연산된 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 상기 하중 측정 모듈의 제어부에 기설정하는 설정단계; 및
   상기 센서 설치 단계 전에, 상기 측정대상부품에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 해석 하중을 인가한 후, 상기 측정대상부품에서 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 민감하게 반응하는 영역인 복수개의 설치영역을 찾는 설치영역탐색단계;를 포함하고,
   상기 센서설치단계에서 설치되는 복수개의 센서 각각은 상기 복수개의 설치영역 각각에 설치되는 것을 특징으로 하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법.
6. 측정대상부품에 가해지는 복수개의 축 방향에 대한 하중을 측정하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법에 있어서,
   상기 복수개의 축 방향의 변형률 각각을 측정하는 복수개의 센서를 상기 측정대상부품에 설치하는 센서설치단계;
   상기 측정대상부품에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 테스트 하중을 인가하는 하중인가단계;
   상기 테스트 하중이 가해질 때, 상기 복수개의 센서 각각에서 측정된 복수개의 축 방향의 변형률과, 상기 테스트 하중을 토대로 상기 복수개의 축 방향 각각과 맵핑되는 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 연산하는 매트릭스연산단계;
   상기 매트릭스연산단계에서 연산된 복수개의 트랜스퍼 매트릭스를 상기 하중 측정 모듈의 제어부에 기설정하는 설정단계;
   상기 센서 설치 단계 전에, 상기 측정대상부품에 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 해석 하중을 인가한 후, 상기 측정대상부품에서 상기 복수개의 축 방향 각각에 대해 민감하게 반응하는 영역인 복수개의 설치영역을 찾는 설치영역탐색단계; 및
   상기 설치영역탐색단계 후, 상기 복수개의 설치영역 각각에 해석 하중을 인가할 때, 가장 높은 변형률을 갖는 방향이 전단 방향, 압축 방향 및 인장 방향 중 어느 방향인지를 찾는 변형률방향탐색단계;를 포함하고,
   상기 센서설치단계에서 설치되는 복수개의 센서 각각은 상기 복수개의 설치영역 각각에 설치되고,
   상기 센서설치단계에서 상기 복수개의 설치영역 각각에 설치되는 복수개의 센서 각각은 상기 변형률방향탐색단계에서 찾아낸 변형률 방향에 대응되는 센서인 것을 특징으로 하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법.
7. 제3항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 테스트 하중은 복수개의 축 방향의 테스트 축하중과, 복수개의 축 방향의 테스트 모멘트하중을 포함하는 것을 특징으로 하는 하중 측정 모듈의 캘리브레이션 방법.

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