KR102451396B1 - 물체의 부력중심 측정장치 및 방법 - Google Patents

물체의 부력중심 측정장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수중로봇, 잠수정 등을 제작한 후 실제 부력중심을 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 측정장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 측정장치는, 베이스부에 설치되고 물체를 4개의 지점에서 받쳐 각각 하중을 측정하는 하중측정부와, 상기 물체를 수평자세와 경사자세로 서로 전환시키도록 베이스부의 경사각을 조절하는 경사전환부와, 상기 물체가 수중에 잠수된 상태를 형성하는 수조부를 포함하고, 이에 따라 입수 전과 후에 각각 물체를 수평자세와 경사자세로 전환하고 그 각각의 경우에 측정되는 하중으로부터 부력중심을 산출할 수 있다.

Description

물체의 부력중심 측정장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING BUOYANCY CENTER OF OBJECT}
본 발명은 물체의 부력중심 측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수중로봇, 잠수정 등의 제작 후, 부력중심의 실제 위치와 설계상 위치의 차이에 대하여 오차를 보정할 수 있도록 하는, 물체의 부력중심 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
수중에서 이동하는 물체의 경우, 부력중심은 자세의 안정성에 매우 큰 영향을 미친다.
통상 물체의 부력중심과 무게중심이 일직선상에 있고, 무게중심이 부력중심보다 아래에 있도록 제작되어야, 수중 또는 수면에서 복원력이 발생하고 전복의 위험을 낮출 수 있다.
수중로봇 등 잠수용 물체는, 실제 제작시 부력중심의 설계된 위치와 실제 위치에 차이가 발생하므로, 종래에는 제품이 제작된 후 설계된 위치와 실제 위치의 차이를 줄이기 위해, 수중에서 테스트하면서 부력재를 가감하여 부력중심을 조절하는 보정작업이 이루어지고 있었다.
이에, 부력중심의 위치를 정확히 측정하여 설계치와의 차이를 확인함으로써 정확한 보정작업이 이루어질 수 있도록 하는 장치나 방법이 필요하다.
그러나, 종래의 기술을 참고하더라도, 한국등록특허공보 제10-1945396호, 한국등록특허공보 제10-0120287호 등에 물체의 무게중심을 결정하는 장치 및 방법은 제시되어 있으나, 부력중심을 정확히 측정하는 장치 또는 방법에 대하여는 제시되어 있지 않다.
본 발명은 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수중로봇, 잠수정 등을 제작한 후 실제 부력중심을 정확하고 용이하게 측정할 수 있는 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수중 물체의 부력중심 측정장치는, 베이스부와, 상기 베이스부에 설치되고 물체를 복수의 지점에서 받쳐 각각 상기 물체로부터 받는 하중을 측정하는 하중측정부와, 상기 물체를 수평자세와 경사자세로 서로 전환시키도록, 상기 베이스부의 경사각을 조절하거나, 복수의 상기 하중측정부가 받치는 높이를 서로 다르도록 조절하는 경사전환부와, 상기 물체가 수중에 잠수된 상태를 형성하기 위해 내부에 물과 상기 물체를 수용하는 수조부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정장치에서, 복수의 상기 하중측정부는 4개이고, 상기 하중측정부가 설치되는 4개의 지점이, 직사각형의 꼭지점에 해당하는 위치인 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정장치는, 상기 하중측정부로부터 측정치를 전달받아 부력중심을 결정하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 경사전환부가 상기 물체를 수평으로 한 상태의 상기 측정치와, 상기 경사전환부가 상기 물체를 경사자세로 전환한 상태의 경사각 및 상기 측정치에 기초하여, 부력중심의 위치를 산출하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정장치는, 상기 하중측정부로부터 측정치를 전달받아 부력중심을 결정하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는, 상기 경사전환부가 상기 물체를 수평으로 한 상태의 상기 측정치와, 상기 경사전환부가 상기 물체를 경사자세로 전환한 상태의 경사각 및 상기 측정치에 기초하여, 부력중심의 위치를 산출하되, 상기 부력중심의 위치는 아래의 계산식에 의해 산출되는 것을 또 다른 특징으로 하다.
Figure 112020071480477-pat00001
Figure 112020071480477-pat00002
Figure 112020071480477-pat00003
여기서,
Figure 112020071480477-pat00004
는 물체의 무게와 부력을 의미하고, 무게중심의 위치좌표는
Figure 112020071480477-pat00005
, 무게 및 부력의 합력중심의 위치좌표는
Figure 112020071480477-pat00006
, 부력중심의 위치좌표는,
Figure 112020071480477-pat00007
이다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정장치는, 상기 경사전환부가, 상기 베이스부의 일단과 타단에 각각 결합된 제1 및 제2와이어와, 상기 제1 및 제2와이어를 각각 권취하는 제1 및 제2권취풀리와, 상기 제1 및 제2권취풀리를 각각 회전구동시키는 제1 및 제2전동기를 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 다른 관점에서 본 발명은 물체를 수중에 입수시키기 전에, 상기 물체를 복수의 지점에서 하중측정부가 각각 받쳐 상기 물체로부터 받는 하중을 각각 측정하되, 수평자세와 경사자세에서 각 측정값을 획득하여 상기 물체의 무게중심의 위치를 산출하는 무게중심산출단계; 상기 물체를 수중에 입수시킨 후, 상기 물체를 복수의 지점에서 하중측정부가 각각 받쳐 상기 물체로부터 받는 하중을 각각 측정하되, 수평자세와 경사자세에서 각 측정값을 획득하여, 상기 물체에서 무게와 부력의 합력중심의 위치를 산출하는 합력중심산출단계; 무게중심산출단계 및 합력중심산출단계에서 산출된 위치에 기초하여, 부력중심의 위치를 산출하는 부력중심산출단계;를 포함하는 부력중심 측정방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정방법은, 상기 하중측정부가 상기 물체를 받치는 지점이 4개이고, 그 4개의 지점은, 직사각형의 꼭지점에 해당하는 위치인 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정방법은, 상기 하중측정부가 베이스부의 4개의 지점에 설치되어 상기 물체를 하측에서 받치고, 상기 무게중심산출단계는, 상기 물체 및 상기 베이스부가 수조 내에서 물이 공급되지 않은 상태로 진행되며, 상기 합력중심산출단계는 상기 수조 내에 물이 공급되어 상기 물체 및 상기 베이스부가 잠수된 상태로 진행되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정방법은, 상기 부력중심의 위치가 아래의 계산식에 의해 산출되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
Figure 112020071480477-pat00008
Figure 112020071480477-pat00009
Figure 112020071480477-pat00010
여기서,
Figure 112020071480477-pat00011
는 물체의 무게와 부력을 의미하고, 무게중심의 위치좌표는
Figure 112020071480477-pat00012
, 무게 및 부력의 합력중심의 위치좌표는
Figure 112020071480477-pat00013
, 부력중심의 위치좌표는,
Figure 112020071480477-pat00014
이다.
또한, 본 발명에 따른 부력중심 측정방법은, 상기 하중측정부가 베이스부의 4개의 지점에 설치되어 상기 물체를 하측에서 받치고, 상기 물체의 경사자세의 형성은, 상기 베이스부의 일단과 타단에 각각 결합된 제1 및 제2와이어와, 상기 제1 및 제2와이어를 각각 권취하는 제1 및 제2권취풀리와, 상기 제1 및 제2권취풀리를 각각 회전구동시키는 제1 및 제2전동기가 설치되어, 상기 제1 및 제2와이어가 상기 제1 및 제2권취풀리에 권취되는 권취량의 차이에 의해 이루어지는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 물체의 부력중심 측정장치 및 방법은, 수중로봇, 잠수정 등을 제작한 후, 실제의 부력중심을 정확하고 용이하게 측정함으로써, 부력재 등의 추가 및 위치변경을 통해, 설계된 위치와의 오차를 정확히 보정할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정장치의 구성에 대한 설명도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정장치에서 경사전환부에 의해 물체가 경사상태로 전환되는 작용을 설명하는 설명도
도 3의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정장치에서 수조에 물체 및 베이스부가 입수되어 수평상태 및 경사상태로 전환된 상태를 도시하는 구성 및 작용설명도
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정장치와 관련하여, 무게중심의 위치를 구하는 방법을 설명하는 설명도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정방법과 관련하여, 입수 전, 물체의 수평상태에서 하중측정부가 하중을 측정하여 무게중심의 x-y위치를 산출하는 과정을 설명하는 설명도
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정방법과 관련하여, 입수 전, 물체의 경사상태에서 하중측정부가 하중을 측정하여 무게중심의 x-y위치를 산출하는 과정을 설명하는 설명도
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정방법과 관련하여, 무게중심 의 x-y축 위치로부터 z축의 위치를 산출하는 과정을 설명하는 설명도
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정방법과 관련하여, 입수 후, 물체의 수평상태에서 하중측정부가 하중을 측정하여 무게와 부력의 합력중심의 x-y위치를 산출하는 과정을 설명하는 설명도
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정방법과 관련하여, 입수 후, 물체의 경사상태에서 하중측정부가 하중을 측정하여 무게와 부력의 합력중심의 x-y위치를 산출하는 과정을 설명하는 설명도
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정방법과 관련하여, 무게중심 및 합력중심의 위치로부터 부력중심의 위치를 산출하는 과정을 설명하는 설명도
본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정장치는, 베이스부(10)와, 상기 베이스부(10)에 설치되고 물체(60)를 4개의 지점에서 받쳐 각각 물체(60)로부터 받는 하중을 측정하는 하중측정부(20)와, 상기 물체(60)를 수평자세와 경사자세로 서로 전환시키도록, 상기 베이스부(10)의 경사각을 조절하거나, 4개의 상기 하중측정부(20)가 받치는 높이를 서로 다르도록 조절하는 경사전환부(30)와, 상기 물체(60)가 수중에 잠수된 상태를 형성하기 위해 내부에 물과 상기 물체(60)를 수용하는 수조부(40)를 포함한다.
상기 베이스부(10)는 하중측정부(20)가 설치되고 측정대상이 되는 물체(60)가 올려지는 판상체이다.
상기 하중측정부(20)는 로드셀이 설치되어 물체(60)의 하중을 측정하는 부분으로서, 베이스부(10)의 4개의 지점에서 상측으로 돌출되어 물체(60)를 받쳐 지지하고 하중을 측정한다.
베이스부(10)에서 상측으로 돌출된 높이는 4개의 하중측정부(20; 21~24)가 동일하여, 베이스부(10)가 수평상태라면 하중측정부(20)에 의해 받쳐지는 물체(60)도 수평상태가 된다.
하중측정부(20)가 설치되는 4개의 지점은, 도 4의 (b)와 같이 직사각형의 꼭지점에 해당하는 위치로서, 이러한 배치는 부력중심의 위치를 산출하는 과정을 단순화시키고 편리하게 한다.
상기 하중측정부(20)는 베이스부(10)의 평면에서 수직방향의 하중을 측정한다.
한편, 상기 경사전환부(30)는, 물체(60)를 수평자세와 경사자세로 서로 전환되도록 하여 각각에서 하중측정부(20)의 측정치를 획득하기 위한 것으로서, 베이스부(10)의 일단과 타단에 각각 결합된 제1 및 제2와이어(31a,31b)와, 상기 제1 및 제2와이어(31a,31b)를 각각 권취하는 제1 및 제2권취풀리(32a,32b)와, 상기 제1 및 제2권취풀리(32a,32b)를 각각 회전구동시키는 제1 및 제2전동기(33a,33b)를 포함한다.
상기 제1 및 제2와이어(31a,31b)가 제1 및 제2권취풀리(32a,32b)에 권취되는 권취량의 차이에 의해 베이스부(10)가 수평상태에서 설정된 경사각으로 경사진 상태로 전환될 수 있고, 하중측정부(20)에 의해 받쳐진 물체(60)도 설정된 경사각으로 경사진 상태가 될 수 있다.
물체(60)를 경사진 상태로 전환시키는 구조 및 방법은, 전술한 와이어에 의한 방법이 아니더라도, 베이스부(10)에서 돌출된 4개의 하중측정부(20)의 높이를 서로 다르게 변경하여 물체(60)를 경사지게 형성할 수도 있다.
즉, 4개의 하중측정부(20; 21~24)가 베이스부(10)에서 각각 상하이동하도록 구성되고, 물체(60)를 받치는 4개의 하중측정부(20; 21~24) 중, 타측의 2개(23,24)가 일측의 2개(21,22)보다 상승하여 높이가 달라지면, 수평의 베이스부(10) 상에서 물체(60)가 설정각의 경사진 상태로 전환될 수 있는 것이다.
한편, 상기 수조부(40)는, 물체(60)가 수중에 잠수된 상태를 형성하기 위해 내부에 물과 상기 물체(60)를 수용하는 부분이다.
수조에는 급수구(41) 및 배수구(42)가 설치되고, 수조 내에서 비워진 상태로 하중측정부(20)의 측정치를 얻고, 수조 내에 물이 채워져 물체(60)와 하중측정부(20) 및 베이스부(10)가 잠수된 상태로 하중측정부(20)의 측정치를 얻을 수 있다.
한편, 본 실시예에서 부력중심 측정장치는, 하중측정부(20)로부터 측정치를 전달받아 부력중심을 결정하는 제어기(50)를 포함한다.
상기 제어기(50)는, 경사전환부(30)가 물체(60)를 수평으로 한 상태에서 하중측정부(20)의 측정치와, 경사전환부(30)가 물체(60)를 경사자세로 전환한 상태에서 경사자세의 경사각 및 하중측정부(20)의 측정치에 기초하여, 부력중심의 위치를 산출한다.
제어기(50)에 의한 부력중심의 위치의 산출은 이하에서 설명하는 부력중심 측정방법에서 획득한 측정치와, 계산식을 이용하고 있다.
이하에서, 물체(60)의 부력중심 측정방법을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 부력중심 측정방법은, 물체(60)를 수중에 입수시키기 전에, 물체(60)를 복수의 지점에서 하중측정부(20)가 각각 받쳐 물체(60)로부터 받는 하중을 각각 측정하되, 수평자세와 경사자세에서 각 측정값을 획득하여 물체(60)의 무게중심의 위치를 산출하는 무게중심산출단계와, 상기 물체(60)를 수중에 입수시킨 후, 물체(60)를 복수의 지점에서 하중측정부(20)가 각각 받쳐 물체(60)로부터 받는 하중을 각각 측정하되, 수평자세와 경사자세에서 각 측정값을 획득하여, 물체(60)에서 무게와 부력의 합력중심의 위치를 산출하는 합력중심산출단계와, 상기 무게중심산출단계 및 합력중심산출단계에서 산출된 위치에 기초하여, 부력중심의 위치를 산출하는 부력중심산출단계를 포함한다.
상기 무게중심산출단계는, 수중에 입수되지 않은 상태로 측정하는 것으로서, 수평자세와 경사자세에서 하중측정부(20)의 각 측정값을 획득하여 물체(60)의 무게중심의 위치를 산출한다.
먼저, 도 4의 (a)를 참고하여 무게중심의 위치를 산출하는 방법을 살펴보면, 외력이 없이 4개의 지점에서 무게가 작용할 때, 좌표의 원점을 기준으로 y축을 중심으로 회전하는 모멘트는 아래와 같이 구할 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00015
여기서,
Figure 112020071480477-pat00016
는 모멘트,
Figure 112020071480477-pat00017
는 4개 지점의 무게의 합력,
Figure 112020071480477-pat00018
는 무게중심의 x축방향 위치값이다.
위의 식을 정리하면, 무게중심의 x축방향 위치값은 아래와 같다.
Figure 112020071480477-pat00019
그와 같은 방식으로 x축을 중심으로 회전하는 모멘트는 아래와 같이 구할 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00020
여기서,
Figure 112020071480477-pat00021
는 모멘트,
Figure 112020071480477-pat00022
는 4개 지점의 무게의 합력,
Figure 112020071480477-pat00023
는 무게중심의 y축방향 위치값이다.
위의 식을 정리하면, 무게중심의 y축방향 위치값도 아래와 같이 구할 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00024
위의 무게중심의 위치
Figure 112020071480477-pat00025
,
Figure 112020071480477-pat00026
를 결정하는 방법에 따라, 본 실시예에서 물체(60)를 4개의 하중측정부(20)가 측정하는 경우, 물체(60)의 무게 중심을 아래와 같이 산출할 수 있다.
산출과정을 편리하게 하기 위해, 도 4의 (b)와 같이, 하중측정부(20)가 물체(60)를 받치는 4개의 지점은 x-y평면에서 직사각형의 꼭지점에 해당하는 위치로 설정하고, 그 중 하나의 지점을 좌표의 원점(0,0)으로 설정한다.
이 경우, 원점에 위치하는 하중측정부(20)에 작용하는 하중(무게)은, 원점에서의 모멘트에 기여하지 않고, x축방향으로 동일거리에 2개의 하중(F3,F4)이 작용하고, y축방향으로도 동일거리에 2개의 하중(F2,F3)이 작용하고 있는 것이므로, 계산과정을 단순화시킬 수 있다.
이하에서,
Figure 112020071480477-pat00027
는 각 하중측정부(20)에서 측정된 하중을 의미하고, 도 4의 (b)와 같이,
Figure 112020071480477-pat00028
은 좌표원점의 위치에서 측정된 하중이고, 직사각형의 각 꼭지점 중,
Figure 112020071480477-pat00029
는 x축방향이 0인 위치,
Figure 112020071480477-pat00030
는
Figure 112020071480477-pat00031
과 대각의 위치,
Figure 112020071480477-pat00032
는 y축방향이 0인 위치의 하중측정부(20)에서 각각 측정된 하중이다.
이에 따라, 도 4의 (b) 및 도 5를 참고하면, 입수 전에 베이스부(10)를 기울이지 않고 물체(60)를 수평으로 유지한 상태에서, 무게중심의 x축방향, y축방향 위치는 아래와 같이 도출될 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00033
여기서,
Figure 112020071480477-pat00034
,
Figure 112020071480477-pat00035
는 각각 입수되기 전, 수평상태에서 무게중심의 x축방향, y축방향 위치이고,
Figure 112020071480477-pat00036
,
Figure 112020071480477-pat00037
는 원점의 하중측정부(21)에서 x축, y축방향으로 다른 하충측정부(22,23,24)까지의 거리이다.
이후, 도 6을 참조하면, 입수 전에 베이스부(10)를 기울여 물체(60)를 경사자세로 전환한 후, 무게중심의 x축방향, y축방향 위치를 아래와 같이 도출할 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00038
여기서,
Figure 112020071480477-pat00039
,
Figure 112020071480477-pat00040
는 각각 입수되기 전, 경사상태에서 무게중심의 x축방향, y축방향 위치이다.
한편, 도 6 및 도 7을 참고하면, 물체가 수평상태에서 경사상태로 전환되더라도 무게중심은 물체 내에서 항상 동일한 3차원 상의 위치에 존재하므로, Z축방향의 무게중심의 위치는, 수평상태의 x-y평면의 무게중심 위치에서 수직방향인 법선과, 경사상태인
Figure 112020071480477-pat00041
평면의 무게중심 위치에서 수직인 법선이 교차하는 위치에 존재한다.
따라서, 도 7과 같이 Z축방향의 무게중심의 위치를 산출하면, 아래와 같다.
Figure 112020071480477-pat00042
위에서 산출한 결과들을 종합하면,
무게중심의 x축방향 위치값은,
Figure 112020071480477-pat00043
y축방향 위치값은,
Figure 112020071480477-pat00044
z축방향 위치값은,
Figure 112020071480477-pat00045
(단,
Figure 112020071480477-pat00046
) 가 되는 것이다.
이상의 과정을 통해 무게중심을 산출하는 단계는, 물체(60) 및 베이스부(10)가 수조 내에서 물이 공급되지 않은 상태로 진행되며, 이하 진행되는 합력중심산출단계는 수조 내에 물이 공급되어 물체(60) 및 베이스부(10)가 잠수된 상태로 진행된다.
본 실시예에서, 무게중심의 위치를 산출하기 위해, 직사각형의 꼭지점에 해당하는 4개의 위치에 하중측정부(20)를 설치하고 있으나, 이는 계산과정을 가장 단순화시킬 수 있는 구조를 채택한 것일 뿐이므로, 계산과정이 복잡해지더라도 3개의 위치, 5개의 위치 등으로 하중측정부(20)의 설치위치의 개수를 증감시킬 수도 있다.
다음으로 합력중심산출단계에 관한 것으로서, 물체(60)를 수중에 입수시킨 후, 물체(60)를 복수의 지점에서 하중측정부(20)가 각각 받쳐 물체(60)로부터 받는 하중을 각각 측정하되, 수평자세와 경사자세에서 각 측정값을 획득하여, 물체(60)에서 무게와 부력의 합력중심의 위치를 산출한다.
도 8을 참조하면, 수중에서는 물체(60)의 중력과 부력의 합력이 작용하여 하중측정부(20)에서 측정되게 될 것이고, 이때의 합력중심의 위치에 대하여는 입수 전에 산출된 수식과 같이 아래의 수식이 도출된다.
Figure 112020071480477-pat00047
여기서,
Figure 112020071480477-pat00048
,
Figure 112020071480477-pat00049
는 각각 입수 후, 수평상태에서 합력중심의 x축방향, y축방향 위치이다.
도 9를 참고하면, 입수상태에서 베이스부(10)를 기울여 경사자세로 전환한 후, 합력중심의 x축방향, y축방향 위치는 아래와 같이 도출될 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00050
여기서,
Figure 112020071480477-pat00051
,
Figure 112020071480477-pat00052
는 각각 입수 후, 경사상태에서 합력중심의 x축방향, y축방향 위치이다.
따라서, 도 7과 같은 방식으로 Z축방향의 합력중심의 위치를 산출하면, 아래와 같다.
Figure 112020071480477-pat00053
위에서 산출한 결과들을 종합하면,
무게중심의 x축방향 위치값은,
Figure 112020071480477-pat00054
y축방향 위치값은,
Figure 112020071480477-pat00055
z축방향 위치값은,
Figure 112020071480477-pat00056
가 되는 것이다.
이후, 앞에서 구한 무게중심과 합력중심의 위치로부터 부력중심의 위치를 산출하는 부력중심산출단계가 진행된다.
도 10을 참고하면, 무게와 부력의 합력중심(CGB)은 무게중심(CG)과 부력중심(CB)을 연결하는 선상에 존재하고, 거리는 무게/부력에 비례한다.
모멘트 평행에 따른 아래의 수식이 성립한다.
Figure 112020071480477-pat00057
여기서,
Figure 112020071480477-pat00058
는 물체(60)의 무게와 부력을 의미하고, 무게중심(CG)의 위치좌표는
Figure 112020071480477-pat00059
, 합력중심(CGB)의 위치좌표는
Figure 112020071480477-pat00060
, 부력중심(CB)의 위치좌표는,
Figure 112020071480477-pat00061
이다.
위 수식을 정리하면, 부력중심의 x축방향 위치는 아래와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00062
그와 같은 방식으로, 부력중심의 y축방향 위치와, z축방향 위치도 아래와 같이 산출될 수 있다.
Figure 112020071480477-pat00063
Figure 112020071480477-pat00064
여기서, 무게
Figure 112020071480477-pat00065
는 입수전에 수평상태에서 모든 하중측정부가 측정한 하중의 합이므로,
Figure 112020071480477-pat00066
가 되고, 부력
Figure 112020071480477-pat00067
은, 입수후의 수평상태에서 모든 하중측정부에서 측정한 하중이 무게와 부력의 합력이므로, 무게를 감산하여
Figure 112020071480477-pat00068
이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 상기의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 있는 일 실시예에 불과하며, 동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상 내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.
10; 베이스부 20, 21~24; 하중측정부
30; 경사전환부 31a; 제1와이어
31b; 제2와이어 32a; 제1권취풀리
32b; 제2권취풀리 33a; 제1전동기
33b; 제2전동기 40; 수조부
41; 급수구 42; 배수구
50; 제어기 60; 물체

Claims (10)

  1. 베이스부(10)와,
    상기 베이스부(10)에 설치되고 물체(60)를 복수의 지점에서 받쳐 각각 상기 물체(60)로부터 받는 하중을 측정하되 상기 베이스부(10)의 평면에 대하여 수직방향의 하중을 측정하도록 설치되는 하중측정부(20)와,
    상기 물체(60)를 수평자세와 경사자세로 서로 전환시키도록, 상기 베이스부(10)의 경사각을 조절하는 경사전환부(30)와,
    상기 물체(60)가 수중에 잠수된 상태를 형성하기 위해 내부에 물과 상기 물체(60)를 수용하는 수조부(40)를 포함하되,
    복수의 상기 하중측정부(20)는 각각 물체(60)를 하측에서 받치도록 4개의 지점에 설치되고, 상기 하중측정부(20)가 설치되는 4개의 지점은, x-y평면에서 직사각형의 꼭지점에 해당하는 위치이고, 그 4개의 지점 중 하나의 지점을 x-y평면의 좌표의 원점(0,0)으로 설정하며,
    상기 경사전환부(30)는,
    상기 베이스부(10)의 일단과 타단에 각각 결합된 제1 및 제2와이어(31a,31b)와,
    상기 제1 및 제2와이어(31a,31b)를 각각 권취하는 제1 및 제2권취풀리(3 2a,32b)와,
    상기 제1 및 제2권취풀리(32a,32b)를 각각 회전구동시키는 제1 및 제2전동기(33a,33b)를 포함하여 권취량의 차이에 의해 상기 베이스부(10)가 수평상태에서 설정된 경사각으로 경사진 상태로 전환하도록 하며,
    상기 하중측정부(20)로부터 측정치를 전달받아 부력중심을 결정하는 제어기(50)를 포함하고,
    상기 제어기(50)는, 상기 경사전환부(30)가 상기 물체(60)를 수평으로 한 상태의 상기 측정치와, 상기 경사전환부(30)가 상기 물체(60)를 경사자세로 전환한 상태의 경사각 및 측정치에 기초하여, 부력중심의 위치를 산출하되,
    상기 부력중심의 위치는 아래의 계산식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 부력중심 측정장치
    Figure 112022070732715-pat00093

    Figure 112022070732715-pat00094

    Figure 112022070732715-pat00095

    여기서,
    Figure 112022070732715-pat00096
    는 물체(60)의 무게와 부력을 의미하고, 무게중심의 위치좌표는
    Figure 112022070732715-pat00097
    , 무게 및 부력의 합력중심의 위치좌표는
    Figure 112022070732715-pat00098
    , 부력중심의 위치좌표는
    Figure 112022070732715-pat00099
    이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 물체(60)를 수중에 입수시키기 전에, 상기 물체(60)를 복수의 지점에서 하중측정부(20)가 각각 받쳐 상기 물체(60)로부터 받는 하중을 각각 측정하되, 수평자세와 경사자세에서 각 측정값을 획득하여 상기 물체(60)의 무게중심의 위치를 산출하는 무게중심산출단계;
    상기 물체(60)를 수중에 입수시킨 후, 상기 물체(60)를 복수의 지점에서 하중측정부(20)가 각각 받쳐 상기 물체(60)로부터 받는 하중을 각각 측정하되, 수평자세와 경사자세에서 각 측정값을 획득하여, 상기 물체(60)에서 무게와 부력의 합력중심의 위치를 산출하는 합력중심산출단계;
    무게중심산출단계 및 합력중심산출단계에서 산출된 위치에 기초하여, 부력중심의 위치를 산출하는 부력중심산출단계;를 포함하되,
    상기 하중측정부(20)가 상기 물체(60)를 하측에서 받치도록 베이스부(10)에서 4개의 지점에 각각 설치되고, 상기 하중측정부(20)가 설치되는 4개의 지점은, x-y평면에서 직사각형의 꼭지점에 해당하는 위치이며, 그 4개의 지점 중 하나의 지점을 x-y평면의 좌표의 원점(0,0)으로 설정하고,
    각 상기 하중측정부(20)는 상기 베이스부(10)의 평면에 대하여 수직방향의 하중을 측정하도록 설치되며,
    상기 경사자세는 상기 베이스부(10)가 수평상태에서 설정된 경사각으로 경사진 상태로 전환된 것이고,
    상기 무게중심산출단계는, 상기 물체(60) 및 상기 베이스부(10)가 수조 내에서 물이 공급되지 않은 상태로 진행되며, 상기 합력중심산출단계는 상기 수조 내에 물이 공급되어 상기 물체(60) 및 상기 베이스부(10)가 잠수된 상태로 진행되는 것이고,
    상기 경사자세의 형성은, 상기 베이스부(10)의 일단과 타단에 각각 결합된 제1 및 제2와이어(31a,31b)와, 상기 제1 및 제2와이어(31a,31b)를 각각 권취하는 제1 및 제2권 취풀리(32a,32b)와, 상기 제1 및 제2권취풀리(32a,32b)를 각각 회전구동시키는 제1 및 제2전동기(33a,33b)가 설치되어, 상기 제1 및 제2와이어(31a,31b)가 상기 제1 및 제2권취풀리(32a,32b)에 권취되는 권취량의 차이에 의해 이루어지는 것이며,
    상기 부력중심의 위치는 아래의 계산식에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 부력중심 측정방법
    Figure 112022070732715-pat00100

    Figure 112022070732715-pat00101

    Figure 112022070732715-pat00102

    여기서,
    Figure 112022070732715-pat00103
    는 물체(60)의 무게와 부력을 의미하고, 무게중심의 위치좌표는
    Figure 112022070732715-pat00104
    , 무게 및 부력의 합력중심의 위치좌표는
    Figure 112022070732715-pat00105
    , 부력중심의 위치좌표는
    Figure 112022070732715-pat00106
    이다.
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  10. 삭제
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