KR102434644B1 - 토션미터 교정장치 및 교정방법 - Google Patents

Abstract

토션미터 교정장치 및 교정방법에 관한 것으로, 축이 수평 상태로 장착되는 축 장착부, 분동을 이용해서 상기 축에 작용하는 부하를 조절하는 부하 조절부, 상기 축 상에 설치되고 상기 축에 작용하는 비틀림 응력을 측정하는 스트레인 게이지 및 상기 스트레인 게이지에서 출력되는 감지신호를 이용해서 토크와 마력을 측정하고 측정된 토크값과 마력값을 표시하는 토션미터를 포함하는 구성을 마련하여, 수평 상태로 설치된 축에 표준 분동을 이용해서 부하를 작용시키고, 축에 작용하는 실제 비틀림 응력을 감지해서 측정된 토크값과 표준 토크값을 비교해서 토션미터를 정밀하게 교정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

토션미터 교정장치 및 교정방법{TORSION METER CALIBRATION APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 토션미터 교정장치 및 교정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 시운전 시 프로펠러 축의 비틀림을 측정하는 토션미터 교정장치 및 교정방법에 관한 것이다.

본 기술은 선박의 시운전 시 선박의 프로펠러 축의 비틀림을 측정하는데 사용되는 Yard Torsion meter의 교정장치가다.

선박의 마력측정방법에는 토션미터(Torsion meter)에 의한 계측 방식, 동압(Load indicator diagram)에 의한 계측 방식, 다이나미터(Dynamometer)에 의한 계측 방식 및 터보차져(turbocharger)에 의한 계측 방식 등이 있다.

그 중에서, 가장 범용적으로 사용되는 토션미터를 이용한 마력측정방식은 선박의 프로펠러 축에 스트레인 게이지(Strain Gauge)를 부착하여 비틀림 응력(torsion stress)으로 마력을 계측한다.

예를 들어, 도 1은 종래기술에 따른 토션미터를 이용한 마력측정장치의 구성도이다.

종래기술에 따른 토션미터를 이용한 마력측정장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 구동력을 프로펠러(2)로 전달하는 프로펠러 축(이하 '축'이라 함)(3)에 설치되고 축(3)에 작용하는 비틀림 응력을 감지하는 스트레인 게이지(4), 축(3)의 회전수를 감지하는 RPM 센서(5), 스트레인 게이지(4)와 RPM 센서(5)에서 출력되는 감지신호를 이용해서 축(3)에 작용하는 토크와 마력 및 RPM을 측정하여 디스플레이하는 토션미터(6)를 포함한다.

그리고 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 등에 토션미터와 스트레인 게이지를 이용한 선박의 마력측정장치 기술을 개시하여 특허 출원한 바 있다.

특허문헌 1에는 양측 엔진에 설치되어 비틀림응력을 측정하기 위한 스트레인게이지, 회전수를 감지하기 위해 엔진에 바라보도록 설치된 rpm센서, 각 엔진에 설치되고 측정된 비틀림 응력의 데이터를 송신하기 위한 트랜스미터모듈로부터 송신된 데이터 및 rpm센서에서 측정된 회전수를 수신하는 제1송수신안테나, 제1송수신안테나로부터 수신된 데이터를 표시하는 토션미터, 토션미터에서 표시된 데이터값을 아날로그값으로 변환시키는 아날로그출력기, 토션미터의 측정값이 송수신 되도록 연결된 제2송수신안테나가 구비된 컴퓨터를 포함하여 1대의 장비로 양측 엔진 연결된 쌍축에 작용하는 마력을 측정하는 쌍축 추진선박의 다채널 정밀 마력측정장치 및 마력측정방법 구성이 기재되어 있다.

한편, 각 선박에는 마력 측정을 위한 선박 토션미터(Ship Torsion meter) 장비가 부착되고, 선박의 시운전시에는 선박 토션미터에 대한 성능을 검증하기 위해, 현장 토션미터(Yard Torsion meter)와 선박 토션미터를 이용해서 비교 측정한다.

특히, 2015년에는 국제표준화기구(International Organization for Standardization, 이하 'ISO'라 함)는 ISO 15016:2015를 통해 선박의 시운전시 사용되는 계측기들의 모든 품목에 대한 교정(calibration) 작업을 수행하도록 개정하였다.

이로 인해, 현장 토션미터는 시운전 전에 토크, 마력, RPM 값이 제대로 측정되어 디스플레이되는지 점검되어야 한다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2009-0027366호(2009년 3월 17일 공개)

예를 들어, 도 2는 종래기술에 따른 토션미터 교정장치의 구성도이다.

종래에는 토션미터 교정을 위해, 중력 가속도, 휘스톤 브리지의 액티브 다리 수, 스트레인 게이지의 게이지 계수, 스트레인 게이지의 저항값, 축의 전단 강성계수, 마력값, 축직경, RPM의 값을 이용해서 스트레인 게이지에서 부하 작용시 예상되는 비틀림 계산값에 대응되는 션트(Shunt) 저항값을 산출한다.

그리고 종래기술에 따른 토션미터 교정장치는 도 2에 도시된 바와 같이, RPM과 토크값을 수신해서 엔진과 축의 사양에 따라 마력을 연산하는 연산 프로그램이 설정된 토션미터(6), 엔진과 축의 사양에 따른 회전수를 토션미터(6)에 입력하는 RPM 기준기(7) 및 미리 산출된 션트 저항값을 토션미터(6)에 입력하는 저항박스(예컨대, decade resistance box)(8)로 구성된다.

이와 같이 종래에는 산출된 션트 저항값과 선박의 엔진과 축의 사양에 따른 RPM 값을 토션미터(6)에 인위적으로 입력하고, 토션미터(6)에서 토크, 마력, RPM 값이 단계적으로 출력되는지에 대해 전자적인 확인만 가능하였다.

따라서, 상기한 종래의 방식으로는 축에 부착된 스트레인 게이지에서 실질적으로 부하가 작용하는 경우에 출력되는 토크값을 정확하게 확인할 수 없었다.

이로 인해, 종래기술에 따른 토션미터 교정장치는 토션미터의 정밀한 교정작업이 어려움에 따라, 선주 및 선급의 신뢰도가 저하되고, 교정 작업에 소요되는 인적, 시간적, 경제적 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실제 축에 설치된 스트레인 게이지에서 작용되는 부하에 따라 출력되는 토크값을 측정해서 토션미터를 교정하는 토션미터 교정장치 및 교정방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 토션미터의 정밀한 교정작업이 가능하게 하여 신뢰도를 향상시킬 수 있는 토션미터 교정장치 및 교정방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 토션미터 교정장치는 수평 상태로 설치된 축에 표준 분동을 이용해서 부하를 작용시키고, 축에 설치된 스트레인 게이지에 작용하는 비틀림 응력을 감지하여 토션미터에서 측정되는 토크값과, 상기 축과 연결되는 토크암의 길이 및 상기 토크암에 설치되는 표준 분동의 무게를 이용해서 계산된 표준 토크값을 비교해서 상기 토션미터를 교정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 축이 수평 상태로 장착되는 축 장착부, 분동을 이용해서 상기 축에 작용하는 부하를 조절하는 부하 조절부, 상기 축 상에 설치되고 상기 축에 작용하는 비틀림 응력을 측정하는 스트레인 게이지 및 상기 스트레인 게이지에서 출력되는 감지신호를 이용해서 토크와 마력을 측정하고 측정된 토크값과 마력값을 표시하는 토션미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 축이 수평 상태를 유지하도록 상기 토크암의 회전각도를 조절하는 수평 조절부, 엔진과 축의 사양에 따른 RPM을 상기 토션미터에 입력하는 RPM 기준기 및 상기 스트레인 게이지에서 출력되는 감지신호를 상기 토션미터로 송신하는 텔레메트리 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 축 장착부는 베이스 상에 설치되고 상기 토크암을 회전 가능하게 지지하는 지지부재, 상기 베이스를 따라 슬라이딩 이동 가능하게 이동유닛, 상기 지지부재와 이동유닛 사이에 상기 축을 수평 상태로 설치한 상태에서 상기 이동유닛의 이동을 방지하도록 고정하는 고정유닛 및 상기 이동유닛에 설치되고 상기 축의 후단부를 지지하는 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 축은 실제 축을 미리 설정된 비율로 축소해서 제조되고, 상기 축의 선단과 후단에는 각각 상기 지지부재와 지지유닛에 결합되도록 결합돌부와 삽입홈이 형성되며, 상기 지지부재에는 상기 토크암과 지지부재를 관통해서 회전축이 설치되고, 상기 회전축의 후단부에는 상기 축의 선단부에 형성된 결합돌부가 결합되는 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 이동유닛은 상기 베이스의 양측단을 따라 슬라이딩 이동하는 이동본체, 상기 이동본체의 일측에 설치되는 제1 핸들 및 상기 베이스의 일측단 하면에 설치되는 래크와 맞물리게 설치되고 상기 제1 핸들의 회전에 의해 회전해서 상기 이동본체를 이동시키는 회전기어를 포함하고, 상기 고정유닛은 상기 이동본체의 일측에 회전 가능하게 설치되는 회전레버와 상기 회전레버의 내측단에 설치되고 상기 회전레버의 회전에 의해 상기 베이스에 고정되는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 지지유닛은 상기 이동본체의 상면에 설치되는 지지블록, 상기 지지블록의 전면에 설치되고 상기 축의 후단부와 결합되는 결합축 및 상기 수평 조절부로부터 전달되는 회전력을 미리 설정된 감속비에 따라 감속해서 상기 결합축에 전달하는 감속기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 토크암은 상기 축 장착부의 회전축과 결합되고 상기 회전축의 회전에 의해 회전운동하고, 상기 분동은 상기 축에 작용하는 부하를 점차적으로 증가시키도록, 상기 토크암의 일단에 개수를 하나씩 순차적으로 증가시켜 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 수평 조절부는 상기 토크암에 설치되는 수준기, 상기 축 장착부의 일측에 연결되는 조절블록, 상기 조절블록의 일측에 회전 가능하게 설치되는 제2 핸들 및 상기 조절블록 내부에 설치되고 상기 제2 핸들의 회전력을 상기 축 장착부의 지지유닛으로 전달하는 전달기어를 포함하여 상기 토크암을 수평 상태로 유지하도록 축을 회전시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 축 장착부의 이동유닛 및 고정유닛, 부하 조절부, 수평 조절부에 각각 설치된 감지센서의 감지신호에 따라 각 장치에 마련된 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 상기 토션미터의 교정작업을 자동화하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 토션미터 교정방법은 (a) 수평 상태로 설치된 축에 연결되는 토크암에 분동을 설치하는 단계, (b) 상기 축에 설치된 스트레인 게이지를 이용해서 상기 축에 작용하는 실제 비틀림 응력을 감지하는 단계, (c) 토션미터에서 상기 (b)단계의 감지신호를 이용해서 토크를 측정하고 측정된 토크값을 디스플레이하는 단계 및 (d) 상기 토크암의 길이 및 분동의 무게를 이용해서 계산된 토크의 표준값과 상기 (c)단계에서 측정된 측정값을 비교해서 상기 토션미터를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 (e) 상기 (c)단계를 수행한 후, 현재 상기 토크암에 설치된 상기 분동의 무게가 미리 설정된 최대 무게인지 여부를 검사하고, 상기 최대 무게에 미도달 상태이면 1개의 분동을 추가 설치하는 단계를 더 포함하고, 상기 (b)단계, (c)단계 및 (e)단계는 상기 분동의 무게가 상기 최대 무게에 도달될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 (d)단계는 (d1) RPM 기준기를 이용해서 상기 축의 최고 회전수를 측정한 측정값에 대응하는 주파수를 갖는 파형의 신호를 발생해서 상기 토션미터에 입력하는 단계, (d2) 상기 토션미터에서 상기 RPM 기준기에서 입력된 신호를 이용해서 토크와 함께 마력 및 RPM을 측정하고, 측정된 토크값과 마력값 및 RPM값을 표시패널에 디스플레이하는 단계 및 (d3) 상기 토션미터에서 디스플레이된 값을 이용해서 상기 토션미터를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 토션미터 교정장치 및 교정방법에 의하면, 수평 상태로 설치된 축에 표준 분동을 이용해서 부하를 작용시키고, 축에 작용하는 실제 비틀림 응력을 감지해서 측정된 토크값과 표준 토크값을 비교해서 토션미터를 정밀하게 교정할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 실제 축에 부착된 스트레인 게이지에서 축에 작용하는 부하에 의해 출력되는 토크값을 확인 가능함에 따라 토션미터를 이용한 마력측정결과에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 의하면, 토션미터의 정밀한 교정작업이 가능함에 따라, 토션미터의 교정작업에 소용되는 인적, 시간적, 경제적 비용을 절감하고, 작업성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 종래기술에 따른 토션미터를 이용한 마력측정장치의 구성도,
도 2는 종래기술에 따른 토션미터 교정장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정장치의 블록 구성도,
도 4는 축과 축 상에 설치된 스트레인 게이지의 사시도,
도 5는 도 3에 도시된 축 장착부, 부하 조절부 및 수평 조절부의 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 축 장착부, 부하 조절부 및 수평 조절부의 후면도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정장치 및 교정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 명세서에서는 베이스를 중심으로 토크암가 설치되는 방향을 전방이라 하고, 그 반대 방향을 후방이라 하며, 베이스를 중심으로 분동이 설치되는 방향을 우측이라 하고, 그 반대 방향을 좌측이라 한다.

본 실시 예에서는 선박에서 엔진의 구동력을 프로펠러로 전달하는 프로펠러 축의 마력을 측정하는 토션미터의 교정장치 및 교정방법을 설명하기로 한다.

그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 선박뿐만 아니라, 항공기, 자동차, 발전기, 전동기 등 구동원에서 구동하고자 하는 대상으로 구동력을 전달하는 다양한 형태 및 규격의 회전축에 적용해서 마력을 측정하도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정장치의 블록 구성도이다.

본 발명은 수평 상태로 설치된 축에 표준 분동을 이용해서 부하를 작용시키고, 축에 설치된 스트레인 게이지에 작용하는 비틀림 응력을 감지하여 토션미터에서 측정되는 토크값과, 토크암의 길이 및 분동의 무게를 이용해서 계산된 표준 토크값을 비교해서 토션미터를 정밀하게 교정할 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정장치(10)는 도 3에도시된 바와 같이, 축(11)이 수평 상태로 장착되는 축 장착부(20), 표준 분동(31)을 이용해서 축(11)에 작용하는 부하를 조절하는 부하 조절부(30), 축(11) 상에 설치되고 축(11)에 작용하는 비틀림 응력을 측정하는 스트레인 게이지(40) 및 스트레인 게이지(40)에서 출력되는 감지신호를 이용해서 토크와 마력을 측정하고 측정된 토크값과 마력값을 표시하는 토션미터(50)를 포함한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정장치(10)는 축(11)이 수평 상태를 유지하도록 부하 조절부(30)에 마련된 토크암(32)의 회전각도를 조절하는 수평 조절부(60), 엔진과 축(11)의 사양에 따른 축(11)의 RPM을 토션미터(50)에 입력하는 RPM 기준기(70) 및 스트레인 게이지(40)에서 출력되는 감지신호를 토션미터(50)로 송신하는 텔레메트리 모듈(80)을 더 포함할 수 있다.

축(11)은 토션미터의 교정작업을 위해, 단조 강 재질 등 실제 프로펠러 축과 동일하거나 유사한 재질의 재료를 이용해서 미리 설정된 비율만큼 축소해서 제조될 수 있다.

도 4는 축과 축 상에 설치된 스트레인 게이지의 사시도이다.

본 실시 예에서 축(11)은 도 4에 도시된 바와 같이, 실제 약 200mm의 길이와 약 50mm의 직경을 갖는 환봉 형상으로 제조될 수 있다.

이러한 축(11)의 일단에는 아래에서 설명할 축 장착부(20)에 형성된 결합홈에 결합되는 결합돌부(111)가 돌출 형성되고, 축(11)의 타단에는 축 장착부(20)의 삽입돌부가 삽입되는 삽입홈(112)이 형성될 수 있다.

예를 들어, 결합돌부(111)와 삽입홈(112)은 단면이 대략 사각 형상인 육면체 형상으로 형성될 수 있다.

스트레인 게이지(40)는 풀 브리지(full bridge)를 구성하도록 4개로 마련되고, 각 스트레인 게이지(40)는 축(11)의 외주면에 부착 방식으로 설치될 수 있다.

그리고 4개의 스트레인 게이지(40)를 이용해서 구성된 풀 브리지의 각 단자는 전선을 통해 터미널(41)과 텔레메트리 모듈(80)과 연결될 수 있다.

이러한 스트레인 게이지(40)는 부하 조절부(30)의 분동에 의해 축(11)에 작용하는 비틀림 응력을 감지하고, 스트레인 게이지(40)의 감지신호는 텔레메트리 모듈(80)을 통해 토션미터(50)로 전달된다.

다음, 도 5 및 도 6을 참조하여 축 장착부, 부하 조절부 및 수평 조절부의 구성을 상세하게 설명한다.

도 5는 도 3에 도시된 축 장착부, 부하 조절부 및 수평 조절부의 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 축 장착부, 부하 조절부 및 수평 조절부의 후면도이다.

축 장착부(20)와 부하 조절부(30) 및 수평 조절부(60)는 베이스(12) 상에 설치된다.

베이스(12)는 대략 사각 판 형상으로 형성되고, 베이스(12)의 하부에는 아래에서 설명할 부하 조절부(30)의 토크암(31)과 분동(32)이 지면과 간섭되는 것을 방지하기 위해, 베이스(12)가 미리 설정된 높이에 배치되도록 다리부가 설치될 수 있다.

축 장착부(20)는 베이스(12)의 선단부에 설치되고 토크암(31)을 회전 가능하게 지지하는 지지부재(21), 베이스(11)의 후단부에 설치되고 베이스(21)를 따라 전후 방향으로 슬라이딩 이동 가능하게 이동유닛(22), 지지부재(21)와 이동유닛(22) 사이에 축(11)을 수평 상태로 설치한 상태에서 이동유닛(22)을 고정하는 고정유닛(23) 및 이동유닛(23) 상에 설치되고 축(11)의 후단부와 결합되어 지지하는 지지유닛(24)을 포함할 수 있다.

지지부재(21)는 각각 사각 형상으로 형성되는 한 쌍의 지지판으로 마련되고, 베이스(11)의 선단부에 베이스(11)의 폭 방향을 따라 나란하게 설치될 수 있다.

지지부재(21)에는 토크암(31)과 지지부재(21)를 관통해서 회전축(25)이 설치되고, 회전축(25)의 후단부에는 축(11)의 선단부에 형성된 결합돌부(111)가 결합되는 결합홈이 형성될 수 있다.

이동유닛(22)은 베이스(11)의 양측단을 따라 이동하는 이동본체(221), 이동본체(221)의 일측에 설치되는 제1 핸들(222) 및 베이스(11)의 일측단 하면에 설치되는 래크(113)와 맞물리게 설치되고 제1 핸들(221)의 회전에 의해 회전해서 이동본체(221)를 이동시키는 회전기어(223)를 포함할 수 있다.

이동본체(221)는 하면이 개구되어 대략 '┏┓' 형상으로 형성되고, 이동본체(221)의 일측에는 제1 핸들(222)과 회전기어(223) 및 고정유닛(23)이 설치될 수 있다.

고정유닛(23)은 이동본체(221)의 일측에 회전 가능하게 설치되는 회전레버(231)와 회전레버(231)의 내측단에 설치되고 회전레버(231)의 회전에 의해 베이스(11)의 일측 하면에 고정되는 고정부재를 포함할 수 있다.

지지유닛(24)은 이동본체(21)의 상면에 설치되는 지지블록(241) 및 지지블록(241)의 전면에 설치되고 축(11)의 후단부와 결합되는 결합축(242)을 포함할 수 있다.

지지블록(24)의 내부에는 수평 조절부(60)로부터 전달되는 회전력을 미리 설정된 감속비에 따라 감속해서 결합축(242)에 전달하는 감속기가 설치될 수 있다.

수평 조절부(60)는 토션미터(50)에서 측정되는 토크값의 정밀도를 향상시키기 위해, 토크암(31)을 수평 상태로 유지하도록 축을 회전시키는 기능을 한다.

이를 위해, 수평 조절부(60)는 토크암(31)의 수평 상태를 확인하기 위해 토크암(31)에 설치되는 수준기(61), 지지블록(241)의 일측에 연결되는 조절블록(62), 조절블록(62)의 일측에 회전 가능하게 설치되는 제2 핸들(63) 및 조절블록(62) 내부에 설치되고 제2 핸들(63)의 내측단에 연결되어 제2 핸들(63)의 회전력을 상기 감속기로 전달하는 전달기어를 포함할 수 있다.

부하 조절부(30)는 축 장착부(20)의 회전축(25)과 결합되고 회전축(25)의 회전에 의해 회전축(25)을 중심으로 회전운동하는 토크암(31) 및 토크암(31)의 일단에 설치되는 분동(32)을 포함할 수 있다.

토크암(31)은 미리 설정된 길이, 예컨대 약 100㎝의 길이를 갖는 바로 마련되고, 토크암(31)의 타단, 예컨대 좌측단에는 평형추가 설치될 수 있다.

분동(32)은 축(11)에 작용하는 부하를 점차적으로 증가시키기 위해, 토크암(31)의 일단, 예컨대 우측단에 개수를 하나씩 순차적으로 증가시켜 설치될 수 있다.

여기서, 분동(32)은 미리 설정된 무게, 예컨대 약 10kg의 표준 분동을 복수개 마련해서 하나씩 개수를 증가시켜 설치될 수 있다.

다시 도 3에서, RPM 기준기(60)는 파형 발생기로 마련되고, 선박의 엔진 구동시 발생하는 축의 최고 회전수를 측정한 측정값에 대응하는 주파수를 갖는 파형의 신호를 발생할 수 있다.

텔레메트리 모듈(80)은 스트레인 게이지(40)의 감지신호를 전달받아 무선 통신방식으로 토션미터(50)로 송신하도록 안테나(81)를 포함할 수 있다.

그래서 토션미터(50)는 스트레인 게이지(40)의 감지신호와 RPM 기준기(60)에서 발생한 주파수를 갖는 파형의 신호를 수신해서 토크와 마력을 측정하고, 측정된 토크값과 마력값을 표시패널에 디지털 지시값과 아날로그 지시값으로 디스플레이할 수 있다.

표 1은 표준값과 토션미터에서 측정된 토크 측정값 및 오차 테이블이다.

표 3에는 3개의 토션미터를 각각 실험예1 내지 실험예3으로 해서 측정한 토크 측정값과 표준값, 그리고 두값의 오차가 기재되어 있다.

이와 같이, 본 발명은 실제 축에 부하를 작용시키고 토션미터에서 측정되는 토크값과 표준값을 비교해서 토션미터를 정밀하게 교정할 수 있다.

한편, 스트레인 게이지를 이용한 분동의 개수별 표준 스트레인은 하기의 수학식 1에 의해 산출할 수 있다.

여기서, 8과 100은 상수, g는 중력가속도, T는 토크암 길이, w는 분동 무게, G는 축의 전단 강성계수, D는 축 직경.

예를 들어, 토크암의 길이가 101.62㎝이고, 분동의 무게가 10.2kg이며, 축의 직경이 5㎝인 경우, 각 값을 수학식 1에 대입해서 계산하면, 약 25.2㎛/N의 표준 스트레인을 산출할 수 있다.

다음, 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정방법을 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 토션미터 교정방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

먼저, 작업자는 축 장착부(20)의 지지부재(21)와 지지유닛(24) 사이에 축(11)을 수평 상태로 배치하고, 이동유닛(22)을 이용해서 축(11)의 양단을 각각 회전축(25)과 결합축(241)에 결합해서 고정한다.

이어서, 작업자는 고정유닛(23)의 회전레버(231)를 회전시켜 이동유닛(22)의 이동본체(221)를 고정한다.

도 7의 S10단계에서 작업자는 토션미터 교정장치(10)의 토크암(31) 일단에 1개의 분동(32)을 설치한다.

그리고 토션미터(50)에서 측정되는 측정값의 정밀도를 높이기 위해, 수평 조절부(60)의 제2 핸들(63)을 회전 조작해서 토크암(31)이 수평 상태가 되도록 조절한다(S12).

이때, 작업자는 토크암(31)에 설치된 수준기(61)를 이용해서 토크암(31)이 정확한 수평 상태인지를 용이하게 확인할 수 있다.

그리고 수평 조절부(60) 내부에 설치된 감속기는 제2 핸들(63)의 회전력을 감속해서 축(11)의 후단부에 결합된 결합축(242)에 전달함에 따라, 토크암(31)의 회전을 미세하게 조절해서 토크암(31)을 정확한 수평 상태로 조절할 수 있게 한다.

이와 같은 과정을 통하여 토크암(31)이 수평 상태가 되면, 작업자는 록킹유닛이나 록킹부재를 이용해서 축(11)과 토크암(31)의 회전을 방지하도록 록킹할 수 있다.

S14단계에서 축(11)의 외주면에 설치되는 스트레인 게이지(40)는 분동(32)에 의해 실제 축(11)에 작용하는 비틀림 응력을 감지하고, 스트레인 게이지(40)의 감지신호는 터미널(41)과 텔레메트리 모듈(40)을 통해 무선 통신방식으로 토션미터(50)로 송신된다.

S16단계에서 토션미터(50)는 수신된 감지신호를 이용해서 측정된 토크의 측정값과 표준값을 표시패널의 화면에 디스플레이하고, 작업자는 측정값과 표준값을 비교해서 오차를 산출한다(S18).

S20단계에서 측정하고자 하는 최대 무게, 예컨대 100kg까지 분동(32)을 설치해서 측정이 완료되었는지 검사한다.

S20단계의 검사결과 최대 무게 측정이 미완료된 상태이면, 작업자는 1개의 분동(32)을 추가 설치하고(S22), 최대 무게 측정이 완료될 때까지 S12단계 내지 S20단계를 반복 수행한다.

반면, S20단계의 검사결과 최대 무게까지 측정이 완료되면, RPM 기준기(60)는 선박의 엔진 구동시 발생하는 축의 최고 회전수를 측정한 측정값에 대응하는 주파수를 갖는 파형의 신호를 발생해서 토션미터(50)로 입력한다(S24).

그러면, S26단계에서 토션미터(50)는 스트레인 게이지(40)의 감지신호와 RPM 기준기(60)에서 발생한 주파수를 갖는 파형의 신호를 수신해서 토크와 마력 및 RPM을 측정하고, 측정된 토크값과 마력값 및 RPM값을 표시패널에 디지털 지시값 또는 아날로그 지시값으로 디스플레이한다.

S28단계에서 작업자는 디스플레이된 결과를 이용해서 토션미터(50)를 교정한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 수평 상태로 설치된 축에 표준 분동을 이용해서 부하를 작용시키고, 축에 작용하는 실제 비틀림 응력을 감지해서 측정된 토크값과 표준 토크값을 비교해서 토션미터를 정밀하게 교정할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 작업자가 축 장착부(20), 부하 조절부(30), 수평 조절부(60)를 수동으로 조작해서 토션미터(50)의 교정작업을 수행하는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

즉, 본 발명은 축 장착부(20)의 이동유닛(22) 및 고정유닛(23), 부하 조절부(30), 수평 조절부(60)에 각각 구동모터와 감지센서를 적용하고, 감지센서의 감지신호에 따라 각 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 마련해서 자동으로 토션미터 교정작업을 수행하도록 변경될 수도 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 축에 분동을 이용해서 부하를 작용시키고, 축에 작용하는 실제 비틀림 응력을 감지해서 측정된 토크값과 표준 토크값을 비교해서 토션미터를 정밀하게 교정하는 기술에 적용된다.

10: 토션미터 교정장치 11: 베이스
111: 결합돌부 112: 삽입홈
113: 래크 20: 축 장착부
21: 지지부재 22: 이동유닛
221: 이동본체 222: 제1 핸들
223: 회전기어 23: 고정유닛
231: 회전레버 24: 지지유닛
241: 지지블록 242: 결합축
25: 회전축 30: 부하 조절부
31: 토크암 32: 분동
40: 스트레인 게이지 41: 터미널
50: 토션미터 60: 수평 조절부
61: 수준기 62: 조절블록
63: 제2 핸들 70: RPM 기준기
80: 텔레메트리 모듈 81: 안테나

Claims (13)

1. 축이 수평 상태로 장착되는 축 장착부,
   분동을 이용해서 상기 축에 작용하는 부하를 조절하는 부하 조절부,
   상기 축 상에 설치되고 상기 축에 작용하는 비틀림 응력을 측정하는 스트레인 게이지 및
   상기 스트레인 게이지에서 출력되는 감지신호를 이용해서 토크와 마력을 측정하고 측정된 토크값과 마력값을 표시하는 토션미터,
   상기 축이 수평 상태를 유지하도록 토크암의 회전각도를 조절하는 수평 조절부,
   엔진과 축의 사양에 따른 RPM을 상기 토션미터에 입력하는 RPM 기준기 및
   상기 스트레인 게이지에서 출력되는 감지신호를 상기 토션미터로 송신하는 텔레메트리 모듈을 포함하여
   수평 상태로 설치된 상기 축에 표준 분동을 이용해서 부하를 작용시키고, 상기 축에 설치된 상기 스트레인 게이지에 작용하는 비틀림 응력을 감지하여 상기 토션미터에서 측정되는 토크값과, 상기 축과 연결되는 토크암의 길이 및 상기 토크암에 설치되는 표준 분동의 무게를 이용해서 계산된 표준 토크값을 비교해서 상기 토션미터를 교정하는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 축 장착부는
   베이스 상에 설치되고 상기 토크암을 회전 가능하게 지지하는 지지부재,
   상기 베이스를 따라 슬라이딩 이동 가능하게 이동유닛,
   상기 지지부재와 이동유닛 사이에 상기 축을 수평 상태로 설치한 상태에서 상기 이동유닛의 이동을 방지하도록 고정하는 고정유닛 및
   상기 이동유닛에 설치되고 상기 축의 후단부를 지지하는 지지유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 축은 실제 축을 미리 설정된 비율로 축소해서 제조되고,
   상기 축의 선단과 후단에는 각각 상기 지지부재와 지지유닛에 결합되도록 결합돌부와 삽입홈이 형성되며,
   상기 지지부재에는 상기 토크암과 지지부재를 관통해서 회전축이 설치되고,
   상기 회전축의 후단부에는 상기 축의 선단부에 형성된 결합돌부가 결합되는 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 이동유닛은 상기 베이스의 양측단을 따라 슬라이딩 이동하는 이동본체,
   상기 이동본체의 일측에 설치되는 제1 핸들 및
   상기 베이스의 일측단 하면에 설치되는 래크와 맞물리게 설치되고 상기 제1 핸들의 회전에 의해 회전해서 상기 이동본체를 이동시키는 회전기어를 포함하고,
   상기 고정유닛은 상기 이동본체의 일측에 회전 가능하게 설치되는 회전레버와
   상기 회전레버의 내측단에 설치되고 상기 회전레버의 회전에 의해 상기 베이스에 고정되는 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 지지유닛은 상기 이동본체의 상면에 설치되는 지지블록,
   상기 지지블록의 전면에 설치되고 상기 축의 후단부와 결합되는 결합축 및
   상기 수평 조절부로부터 전달되는 회전력을 미리 설정된 감속비에 따라 감속해서 상기 결합축에 전달하는 감속기를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
8. 제4항에 있어서,
   상기 토크암은 상기 축 장착부의 회전축과 결합되고 상기 회전축의 회전에 의해 회전운동하고,
   상기 분동은 상기 축에 작용하는 부하를 점차적으로 증가시키도록, 상기 토크암의 일단에 개수를 하나씩 순차적으로 증가시켜 설치되는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 수평 조절부는
   상기 토크암에 설치되는 수준기,
   상기 축 장착부의 일측에 연결되는 조절블록,
   상기 조절블록의 일측에 회전 가능하게 설치되는 제2 핸들 및
   상기 조절블록 내부에 설치되고 상기 제2 핸들의 회전력을 상기 축 장착부의 지지유닛으로 전달하는 전달기어를 포함하여 상기 토크암을 수평 상태로 유지하도록 축을 회전시키는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 축 장착부의 이동유닛 및 고정유닛, 부하 조절부, 수평 조절부에 각각 설치된 감지센서의 감지신호에 따라 각 장치에 마련된 구동모터의 구동을 제어하는 제어부를 더 포함하여 상기 토션미터의 교정작업을 자동화하는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정장치.
11. (a) 수평 상태로 설치된 축에 연결되는 토크암에 분동을 설치하는 단계,
    (b) 상기 축에 설치된 스트레인 게이지를 이용해서 상기 축에 작용하는 실제 비틀림 응력을 감지하는 단계,
    (c) 토션미터에서 상기 (b)단계의 감지신호를 이용해서 토크를 측정하고 측정값을 디스플레이하는 단계,
    (d) 상기 토크암의 길이 및 분동의 무게를 이용해서 계산된 토크의 표준값과 상기 (c)단계에서 측정된 측정값을 비교해서 상기 토션미터를 교정하는 단계 및
    (e) 상기 (c)단계를 수행한 후, 현재 상기 토크암에 설치된 상기 분동의 무게가 미리 설정된 최대 무게인지 여부를 검사하고, 상기 최대 무게에 미도달 상태이면 1개의 분동을 추가 설치하는 단계를 포함하고,
    상기 (b)단계, (c)단계 및 (e)단계는 상기 분동의 무게가 상기 최대 무게에 도달될 때까지 반복 수행되는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정방법.
12. 삭제
13. 제11항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) RPM 기준기를 이용해서 상기 축의 최고 회전수를 측정한 측정값에 대응하는 주파수를 갖는 파형의 신호를 발생해서 상기 토션미터에 입력하는 단계,
    (d2) 상기 토션미터에서 상기 RPM 기준기에서 입력된 신호를 이용해서 토크와 함께 마력 및 RPM을 측정하고, 측정된 토크값과 마력값 및 RPM값을 표시패널에 디스플레이하는 단계 및
    (d3) 상기 토션미터에서 디스플레이된 값을 이용해서 상기 토션미터를 교정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션미터 교정방법.
    

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