KR19990086933A

KR19990086933A - 6자유도 운동 계측장치

Info

Publication number: KR19990086933A
Application number: KR1019980020120A
Authority: KR
Inventors: 유성선; 김세은; 김진기
Original assignee: 이해규; 삼성중공업 주식회사
Priority date: 1998-05-30
Filing date: 1998-05-30
Publication date: 1999-12-15
Also published as: KR100343021B1

Abstract

본 발명은 6자유도 운동 계측장치에 관한 것이며, 예인전차(2)에 탑재 및 고정되는 프레임(10); 가이드(20)를 따라 좌우방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된 메인 캐리어(30); 메인 캐리어(30)에 전후방향으로 이동 및 고정가능하게 설치된 서브 캐리어(50); 서브 캐리어(50)에 상하 방향으로 이동 및 고정가능하게 장착된 히브봉(70); 히브봉(70)의 하단에 히브봉(70)을 축으로 회전 및 고정가능하게 연결된 회전체(80); 회전체(80)의 하단에 고정된 짐벌(90); 메인 캐리어(30)에 설치된 2개의 제1 풀리(110), 제1 풀리(110) 사이에 걸리는 제1 와이어(120), 및 제1 풀리(110) 중 하나에 장착되는 제1 센서(130)를 포함하는 스웨잉 계측부(100); 히브봉(70)의 양단에 연결된 제2 와이어(210), 제2 와이어(210)에 물리는 제2 풀리(220), 및 제2 풀리(220)에 장착된 제2 센서(230)를 포함하는 히빙 계측부(200); 메인 캐리어(30)에 연결된 제3 와이어(310), 제3 와이어에 물리는 제3 풀리(320), 제3 풀리(320)에 장착되는 제3 센서(330)를 포함하는 서징 계측부(300); 히브봉(70)과 회전체(80)의 연결부에 설치된 제4 센서(410)를 포함하는 요잉 계측부(400); 짐벌(90)에 설치되어 피칭과 롤링을 계측하는 제5 및 제6 센서(510, 520)를 포함하는 피칭 및 롤링 계측부(500): 및 짐벌(90)의 하단에 설치되어는 연결판(600)으로 구성된 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치가 제공된다.

Description

6자유도 운동 계측장치

(기술분야)

본 발명은 6자유도 운동 계측장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 정박중인 선박의 운동 특성을 파악하기 위해 모형선박을 사용하여 행하는 예인수조 시험에서, 모형선박이 받는 운동을 계측하기 위한 장치에 관한 것이다.

(배경기술)

일반적으로 정박된 선박이나 해상에 정박된 상태로 기능을 수행하는 시추선과 같은 부유체(이하, 선박이라 함)는, 파랑과 같은 해수의 작용에 의해 각종 운동을 일으키며, 정박된 선박은 가능한 한 해수의 영향을 적게 받도록 설계되는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 갖춘 선박을 시행착오 없이 제작하기 위하여, 실선박의 제작하기에 앞서 모형선박을 미리 제작하여 정박된 상태에서 인위적인 파랑을 가하여 모형선박의 운동 특성 및 성능을 테스트할 필요가 있으며, 이와 같은 목적의 시험에는 항해 중인 선박의 운동 특성을 파악하는 것을 주목적으로 제작된 모형선박 시험용 예인수조를 사용하고 있다.

이러한 모형선박 시험용 예인장치는, 실해역과 같은 효과를 나타낼 수 있는 길이 및 폭, 깊이 등을 갖춘 예인수조에 조파기와 같이 인위적인 파랑을 형성할 수 있는 장치가 마련되어 있으며, 시험하고자하는 모형선박(또는 부유체)을 예인장치에 정박한 상태에서 모형선박에 장착된 각종 계측장비에 의해 선박의 운동에 관한 다양한 시험 데이터 값을 수득하여 이를 최적의 조건을 갖춘 선박을 구현하는 데 이용할 수 있도록 하고 있다.

정박 중에 있는 선박이 보이는 운동은, 선체의 길이 방향의 수평축에 연한 전후동요(surge: 서징), 선체의 길이 방향의 수평축에 대한 회전동요(roll: 롤링), 선체의 횡방향 수평축을 따라 움직이는 좌우동요(sway: 스웨잉), 선체의 횡방향 수평축에 대한 회전운동(pitch: 피칭), 선체의 연직축 방향으로의 상하동요(heave: 히빙), 및 선체의 연직축 방향으로 한 회전동요(yaw: 요잉) 등의 6방향 운동으로 대별할 수 있다.

정박중인 선박의 운동 특성을 정확하게 계측하기 위해서는, 선박이 정지한 상태에서 일어날 수 있는 상기한 6가지의 운동을 계측할 수 있어야 할 뿐만 아니라, 모든 6방향의 운동을 자유로이 허용하면서 각 운동간의 상호 간섭이나 변형이 없도록 하는 것이 여야하며, 정밀성과 반복성이 우수한 센서가 사용되고, 교정이 편리하여야 바람직할 것이다.

본 발명의 목적은 실제의 해양 상태를 축소하여 인위적인 파랑을 재현한 예인수조에서 정박된 모형선박의 운동 특성을 시험함에 있어서, 모형선박의 모든 6방향 운동을 보다 정확하게 계측할 수 있는 장치를 제공하고자 하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치의 사시도,

도2는 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치의 측면도,

도3은 히브봉 하단부의 정면도,

도4는 히브봉 하단부의 측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2: 예인전차 10: 프레임

20: 가이드 30: 메인 캐리어

50: 서브 캐리어 70: 히브봉

80: 회전체 90: 짐벌

100: 스웨잉 계측부 500: 피칭 및 롤링 계측부

600: 연결판

상기한 본 발명의 목적은, 예인전차에 탑재 및 고정되고 좌우 방향으로 평행하게 설치된 가이드를 구비한 프레임; 상기 가이드를 따라 좌우방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된 메인 캐리어; 상기 메인 캐리어에 전후 방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된 서브 캐리어; 상기 서브 캐리어에 상하 방향으로 이동 및 고정 가능하게 장착된 히브봉; 상기 히브봉의 하단에 상기 히브봉을 축으로 회전 및 고정 가능하게 연결된 회전체; 상기 회전체의 하단에 고정된 짐벌; 상기 메인 캐리어의 양측에 설치된 2개의 제1 풀리, 상기 두 제1 풀리 사이에 걸리고 상기 메인 캐리어의 운동을 상기 제1 풀리에 전달하는 루프식 제1 와이어, 및 상기 두 제1 풀리 중 하나에 장착되어 상기 메인 캐리어의 좌우방향 직선운동을 계측하는 제1 센서를 포함하는 스웨잉 계측부; 상기 히브봉의 양단에 연결된 제2 와이어, 상기 제2 와이어에 물려 상기 제2 와이어의 상하 이동에 따라 회전하는 제2 풀리, 및 상기 제2 풀리에 장착되어 상기 히브봉의 상하 직선 운동을 계측하는 제2 센서를 포함하는 히빙 계측부; 상기 메인 캐리어에 전후 방향으로 연결된 제3 와이어, 상기 제3 와이어에 물려 상기 서브 캐리어의 전후 이동에 따라 회전하는 제3 풀리, 상기 제3 풀리에 장착되어 상기 서브 캐리어의 전후 운동을 계측하는 제3 센서를 포함하는 서징 계측부; 상기 히브봉과 상기 회전체의 연결부에 설치된 제4 센서를 포함하는 요잉 계측부; 상기 짐벌에 설치되어 피칭과 롤링을 계측하는 제5 및 제6 센서를 포함하는 피칭 및 롤링 계측부: 및 상기 짐벌의 하단에 설치되어 상기 히브봉을 모형선박에 고정시키는 연결판으로 구성된 6자유도 운동 계측장치에 의해 달성된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치를 상세히 설명한다. 이하의 구체예는 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치를 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다.

도1은 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치의 사시도, 도2는 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치의 측면도, 도3은 히브봉 하단부의 정면도, 도4는 히브봉 하단부의 측면도이다.

본 발명에 따른 계측장치(1)는 프레임(10), 메인 캐리어(30), 서브 캐리어(50), 히브봉(70), 회전체(80), 짐벌(90), 스웨잉 계측부(100), 히빙 계측부(200),서징 계측부(300), 요잉 계측부(400), 피칭 및 롤링 계측부(500), 및 연결판(600)을 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

프레임(10)은 본 발명에 따른 계측장치(1)를 지지하고 이를 예인전차(2: 구체적으로 서브예인전차의 레일)에 탑재 및 고정하기 위한 골격 부재로서, 강재바(11)로 만든 두 직사각형 프레임(10a)을 연결구(12)에 의해 2층으로 연결한 구성으로 되어 있으며, 프레임(10)의 좌우방향(화살표A)으로 위치하는 두 강재바(11) 내측에는 각각 가이드(20)가 설치되어 있다. 또한, 프레임(10)의 네 모서리에는 본 발명의 장치(1)를 예인전차(2)에 고정하기 위한 클램프(13)가 설치되어 있다.

상기 가이드(20)에는 메인 캐리어(30)가 전후방향(화살표B 방향) 설치되어 있으며, 메인 캐리어(30)는 상기 가이드(20)에 접하는 슬라이딩부(31)와 이 두 슬라이딩부를 연결하는 연결부재(32)로 이루어진다. 메인 캐리어(30)는 상기 가이드(20)를 따라 좌우방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치되며, 상기 슬라이딩부(31)에 메인 캐리어를 고정하기 위한 스토퍼(고정볼트: 33)가 구비되어 있다.

상기 가이드(20)의 두 슬라이딩부(31) 사이에는 2개의 원형의 안내바(40)가 전후방향으로 설치되어 있으며, 이 안내바(40)는 메인 캐리어(30)와 함께 좌우로 이동된다. 이 안내바(40)는 여기에 끼워진 서브 캐리어(50)가 전후방향으로 이동되는 이동로이며, 서브 캐리어(50)에는 이를 선택적으로 안내바(40)에 고정시킬 수 있는 스토퍼(51: 고정볼트)가 형성되어 있다.

상기 안내바(40)를 이중 구조로 한 것은 여기에 지지 및 안내되는 서브 캐리어(50)를 모형선박(3)의 운동과 관련하여 발생할 수 있는 의도하지 않은 유동을 최소화하기 위한 것이다.

다시 서브 캐리어(50)에는 히브봉(70)의 상하방향(화살표 C방향) 이동을 안내하는 안내홀(60)이 상하방향으로 형성되어 있고, 이 안내홀(60)에도 히브봉(70)의 상하 이동을 선택적으로 고정시킬 수 있는 스토퍼(61: 고정볼트)가 설치되어 있다.

상기 히브봉(70) 하단의 연결단자(71)에는 베어링(81)을 매개하여 회전체(80)가 히브봉(70)을 축으로 시계방향 및 반시계방향으로 회전할 수 있도록 연결되어 있고, 연결단자(71)에는 회전체(80)의 회전을 선택적으로 고정하는 스토퍼(82: 고정볼트)가 설치되어 있다. 상기 베어링(81)은 연결단자(71)에 수용된다.

상기 회전체(80)의 하단에는 짐벌(90)이 플랜지(91)가 연결되어 있으며, 회전체(80)와 짐벌(90)은 히브봉(70)을 축으로 일체로 회전한다. 짐벌(90)은 전후좌우로의 회전을 허용하는 공지의 구조인 바, 그 구체적인 구성에 대해서는 설명을 생략한다. 짐벌(90)에도 그 한쪽 또는 양쪽 방향의 회전을 고정시키는 스토퍼들(92)이 구비되어 있다.

짐벌(90)의 하단에는 이를 모형선박(3)에 고정시키는 연결판(600)이 플랜지 타입으로 형성되어 있으며, 연결판(600)은 모형선박(3)의 안쪽 바닥에 부착된 어댑터(610)에 볼트(620) 체결된다.

이하, 발명에 따른 계측장치(1)의 6자유도 운동의 계측부에 대해 설명한다.

선체의 횡방향 수평축에 따른 운동을 계측하는 스웨잉 계측부(100), 전술한 가이드(20)에 대한 메인 캐리어(30)의 좌우방향(화살표A 방향) 이동을 계측하는 것으로서, 메인 캐리어(30)의 양측에 2개의 제1 풀리(110)를 설치하고, 이 두 제1 풀리(110) 사이에 루프식 제1 와이어(120)를 걸어 제1 와이어(120)의 일점을 연결구(34)로 메인 캐리어(30)에 고정시키고, 상기 제1 풀리(110) 중 어느 하나에 풀리의 회전을 전기적으로 계측하는 예컨대 포텐쇼미터(potentio meter)와 같은 센서(제1 센서: 130)를 설치한 구성으로 되어 있다.

이와 같은 구성에 따라 파랑에 의해 모형선박이 스웨잉 운동을 하면, 메인 캐리어(30)가 가이드(20)를 따라 좌우로 이동하고, 이 운동은 제1 와이어(120)를 통해 제1 풀리(110)를 회전시키고, 제1 풀리의 회전량은 제1 센서(130)에 의해 스웨잉 운동으로 계측된다. 스웨잉 운동을 계측할 필요가 없거나 이를 제거할 필요가 있을 때에는 스토퍼(23)로 슬라이딩부(21)에 메인 캐리어(30)를 고정하여 두면 된다.

선체의 연직축 방향으로의 상하운동을 계측하는 히빙 계측부(200)는, 전술한 서브 캐리어(50)에 대한 히브봉(70)의 상하이동을 계측하는 것으로서, 히브봉(70)의 양단 사이에 히브봉과 힘께 상하 이동하는 제2 와이어(210)를 연결하고, 서브 캐리어(50)에 제2 풀리(220)를 설치하여 상기 와이어(210)를 걸고, 상기 제2 풀리(220)에 포텐쇼미터와 같은 센서(230: 제2 센서)를 장착한 구성으로 되어 있다.

이런 구성에 따라, 파랑에 의해 모형선박이 히빙 운동을 하면, 히브봉(70)의 상하이동이 와이어(210)를 통해 제2 풀리(220)를 회전시키고, 이 회전량을 제2 센서가 측정하여 히빙 운동을 계측하게 된다. 히빙 운동을 계측할 필요가 없거나 이를 제거할 필요가 있을 때에는 스토퍼(61)로 안내홀(60)에 히브봉(70)을 고정하여 두면 된다.

선체의 길이 방향의 수평축에 따른 전후동요를 계측하는 서징 계측부(300)는, 전술한 메인 캐리어(30)에 대한 서브 캐리어(50)의 전후방향 이동을 측정하는 것으로서, 메인 캐리어(30)의 상기 두 슬라이딩부(21) 사이에 전후 방향으로 제3 와이어(310)를 연결하고, 제3 와이어에 물려 회전하는 제3 풀리(320)를 서브 캐리어(50)에 설치하고, 제3 풀리(320)에 포텐쇼미터와 같은 센서(330: 제3 센서)를 설치한 구성으로 되어 있다.

따라서, 파랑에 의해 모형선박이 서징 운동을 하면, 서브 캐리어(50)의 전후 운동이 와이어(310)를 통해 전달되어 제3 풀리(320)를 회전시키고, 이 회전을 제3 센서(330)가 측정하여 서징 운동을 계측하게 된다. 서징 운동을 계측할 필요가 없거나 이를 제거할 필요가 있을 때에는, 스토퍼(51)로 상기 안내바(40)에 서브 캐리어(50)를 고정해 두면 된다.

선체의 연직축 방향의 회전운동을 계측하는 요잉 계측부(400)는, 상기한 히브봉(70)에 대한 회전체(80)의 회전 운동을 계측하는 것으로서, 히브봉(70)과 회전체(80)의 연결부에 설치된 포텐쇼미터와 같은 센서(410: 제4 센서)에 의해 모형선박(3)의 요잉이 계측된다. 도면번호 420은 센서 하우징을 나타낸다. 요잉 운동을 계측할 필요가 없거나 이를 제거할 필요가 있을 때에는, 스토퍼(82)로 히브봉(70)에 회전체(80)를 고정시키면 된다.

피칭 및 롤링 계측부(500)는 선체 횡방향 수평축에 대한 회전운동과 선체 길이 방향 수평축에 대한 회전운동을 계측하기 위한 것으로서, 히브봉(70) 하단에 연결되는 짐벌(90)에 포텐쇼미터와 같은 센서(510,520: 제5 및 제6 센서)에 의해 모형선박의 피칭과 롤링이 계측된다. 피칭이나 롤링 운동을 계측할 필요가 없거나 이를 제거할 필요가 있을 때에는, 스토퍼들(92)로 짐벌(90)의 한쪽 또는 양쪽 방향의 회전을 억제하면 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치(1)는, 프레임(10)을 예인수조의 예인전차(2)에 탑재하고 연결판(600)을 모형선박(3)의 바닥에 설치된 어댑터(610)에 고정하므로써 설치되며, 시험 계획에 따라 실시되는 가해지는 인위적인 파랑에 의한 모형선박(3)의 6방향 운동을 계측할 수 있으며, 또한 측정이 필요 없거나 제한하여야 하는 운동이 있는 경우에는, 전술한 바와 같이 스토퍼에 의해 해당 운동을 계측하는 부위를 확실히 구속하여 다른 운동의 간섭을 최소화한 상대로 필요로 하는 운동을 정밀하게 계측할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 6자유도 운동 계측장치에 의하면, 인위적인 파랑을 재현한 예인수조에서 정박된 모형선박의 6방향 운동 특성을 정확하게 계측할 수 있는 효과가 있다.

Claims

예인전차(2)에 탑재 및 고정되고 좌우 방향으로 평행하게 설치된 가이드(20)를 구비한 프레임(10); 상기 가이드(20)를 따라 좌우방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된 메인 캐리어(30); 상기 메인 캐리어(30)에 전후 방향으로 이동 및 고정 가능하게 설치된 서브 캐리어(50); 상기 서브 캐리어(50)에 상하 방향으로 이동 및 고정 가능하게 장착된 히브봉(70); 상기 히브봉(70)의 하단에 상기 히브봉(70)을 축으로 회전 및 고정 가능하게 연결된 회전체(80); 상기 회전체(80)의 하단에 고정된 짐벌(90); 상기 메인 캐리어(30)의 양측에 설치된 2개의 제1 풀리(110), 상기 두 제1 풀리(110) 사이에 걸리고 상기 메인 캐리어(30)의 운동을 상기 제1 풀리(110)에 전달하는 루프식 제1 와이어(120), 및 상기 두 제1 풀리(110) 중 하나에 장착되어 상기 메인 캐리어(30)의 좌우방향 직선운동을 계측하는 제1 센서(130)를 포함하는 스웨잉 계측부(100); 상기 히브봉(70)의 양단에 연결된 제2 와이어(210), 상기 제2 와이어(210)에 물려 상기 제2 와이어의 상하 이동에 따라 회전하는 제2 풀리(220), 및 상기 제2 풀리(220)에 장착되어 상기 히브봉(70)의 상하 직선 운동을 계측하는 제2 센서(230)를 포함하는 히빙 계측부(200); 상기 메인 캐리어(30)에 전후 방향으로 연결된 제3 와이어(310), 상기 제3 와이어에 물려 상기 서브 캐리어(30)의 전후 이동에 따라 회전하는 제3 풀리(320), 상기 제3 풀리(320)에 장착되어 상기 서브 캐리어의 전후 운동을 계측하는 제3 센서(330)를 포함하는 서징 계측부(300); 상기 히브봉(70)과 상기 회전체(80)의 연결부에 설치된 제4 센서(410)를 포함하는 요잉 계측부(400); 상기 짐벌(90)에 설치되어 피칭과 롤링을 계측하는 제5 및 제6 센서(510, 520)를 포함하는 피칭 및 롤링 계측부(500): 및 상기 짐벌(90)의 하단에 설치되어 상기 히브봉(70)을 모형선박(3)에 고정시키는 연결판(600)으로 구성된 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 프레임(10)은 직사각형 프레임(10a)을 연결구(12)에 의해 2층으로 연결한 구성으로 되어 있으며, 상기 가이드(20)는 상기 프레임(10)의 좌우방향 내측에 각각 설치되어 있고, 상기 프레임(10)의 네 모서리에는 예인전차(2)에 고정하기 위한 클램프(13)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 안내바(40)는 이중 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 메인 캐리어(30)는 상기 두 가이드(20)에 접하는 슬라이딩부(31)와 상기 두 슬라이딩부를 연결하는 연결부재(32)로 이루어지고, 상기 슬라이딩부(31)에 상기 메인 캐리어(30)를 고정하기 위한 스토퍼(33)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 서브 캐리어(50)는 안내바(40)를 따라 이동되고, 상기 서브 캐리어(50)에는 이를 상기 안내바(40)에 고정시키는 스토퍼(51)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 서브 캐리어(50)에는 상기 히브봉(70)의 상하 이동을 안내하는 안내홀(60)이 상하방향으로 형성되어 있고, 상기 안내홀(60)에는 상기 히브봉(70)을 고정시키는 스토퍼(61)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 히브봉(70) 하단에는 베어링(81)이 수용되는 연결단자(71)가 설치되고, 상기 연결단자(71)에 상기 회전체(80)가 연결되며, 상기 연결단자(71)에는 상기 회전체(80)를 고정시키는 스토퍼(82)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항에 있어서, 상기 짐벌(310)에는 그 한쪽 또는 양쪽 방향의 회전을 고정시키는 스토퍼들(92)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서들은 포텐쇼미터인 것을 특징으로 하는 6자유도 운동 계측장치.