KR20130141742A - 화물차 중량측정을 위한 이동식 계근대 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이동식 계근대에 관한 것으로서, 화물차의 양 바퀴가 올라설 수 있는 길이로 형성되고, 상면 전단 및 후단에 바퀴 안착용 턱이 형성된 계근대판과, 상기 계근대판의 저면측에 내장되는 복수 개의 중량센서와, 상기 중량센서의 출력신호에 기초하여 상기 화물차의 중량을 산출하는 계측 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우 이동이 가능한 간단한 구조로서 화물차의 총중량 뿐만 아니라 축간 중량을 용이하게 측정할 수 있어 제조 및 설치 단가를 감소시키면서도 높은 정확도의 중량 측정이 가능한 효과가 있다.

Description

화물차 중량측정을 위한 이동식 계근대{PORTABLE WEIGHTING APPARATUS FOR MEASURING WEIGHT OF TRUCK}
본 발명은 화물차의 중량을 측정하는 이동식 계근대에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이동이 가능한 간단한 구조로서 화물차의 총중량 뿐만 아니라 축간 중량을 용이하게 측정할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다.
일반적으로 화물차량을 이용하여 화물을 반입/반출시키는 경우에 화물의 중량을 계근하고, 그 화물 중량에 따른 비용 또는 운송비 등을 산출 및 그에 따른 관리를 하고 있다.
종래의 계근 관리는, 계근대 위로 화물차량을 진입시켜 화물차량의 중량을 검출하되, 공차시와 실차시의 중량을 각기 검출하고, 이를 계산하여 실제 화물의 중량을 구하고, 그 실제 중량에 따라 계근 증명을 하도록 되어 있다.
즉, 일반적인 계근 시스템은 화물차량이 화물의 반입 및 반출구에 도착하여 차량 자체가 계근대에 올려지면, 시스템의 운영자가 해당 화물차량의 계근 정보를 읽어 그 데이타를 입력하고 중량확정을 확정한 후 증명서를 발생하면 운전자는 다시 상차하여 차량을 출발시키는 구성으로 되어 있다.
도 1에는 이러한 계근 시스템에 주로 사용되는 계근대의 일반적인 구조가 정단면도 형태로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 화물차용 계근대는 직육면체 형상으로 이루어진 계량판(110)과, 계량판(110)의 하중과 차량의 하중을 지지하는 중간빔(120)과, 중간빔(120)의 상부면 양쪽에서 중간빔(120)을 고정 지지시키는 철골빔(130)과, 철골빔(30)의 하부에 배치되는 복수 개의 로드셀(140)을 포함하도록 구성된다.
그리고, 계량판(110)의 표면에 전체 또는 부분적으로 미끄럼 방지 페인트(150)가 도포되고, 계량판(110)의 둘레에 전체 또는 부분적으로 야광페인트(60)가 도포된다.
이러한 종래 화물차용 계근대는 화물차 전체가 계량판(110)에 올라서는 구조로 되어 있어 전체적인 크기가 커서 공간을 많이 차지하고 큰 사이즈에 따라 재료비가 많이 소요되어 제조 단가가 높은 단점이 있다. 또한, 큰 부피로 인해 주로 지면에 고정식으로 설치되는 경우가 대부분이므로 이동식으로는 사용할 수 없는 단점이 있다.
이에 따라, 국내등록특허 제0367982호에서는 저면에 형성된 복수개의 요홈에 각각 로드셀을 장착하고 로드셀의 저면에는 지지판을 결합하도록 구성된 이동식 계근대가 제안된 바 있다. 상기 등록특허는 차량의 바퀴 하나에 가해지는 중량이 측정되면 미리 설정된 프로그램에 따라 차량 전체의 중량을 연산함으로써 차량의 중량을 측정하는 방식으로서, 1개의 바퀴에 가해지는 중량을 이용하여 차량 전체의 중량을 연산함에 따라 측정 정확도가 떨어지는 문제가 있다.
또한, 상기 등록특허는 측정된 중량 정보를 RS23C 또는 RS485 등의 출력 단자를 통해 외부로 전송되는데, 이러한 유선 통신 방식의 경우 통신라인 설비나 기타 주변 시설이 갖추어지지 않은 외지의 건설현장 등에서는 제대로 사용할 수 없고, 비평탄 노면 등 사용환경이 좋지 않은 상황에서 사용되는 경우 노면에 충분히 고정되지 않아 사용시 움직임이 발생하거나 무거운 압력이 가해지는 경우 각 로드셀에 하중이 고르게 가해지지 못하는 문제점이 발생하고 있다.
특히, 종래의 이동식 계근대는 측정하고자 하는 도로의 노면의 평평도 및 환경적인 요인에 의해서 계근대 판을 구성하고 있는 로드셀의 오프셋 오차 문제로 인하여 정확한 축하중 계측이 곤란한 상황이 종종 발생하는데, 이를 도 2 ~ 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래 이동식 계근대의 저면 분해 사시도이고, 도 3은 평탄한 도로면 상에서 차량의 중량을 측정하는 경우에 관한 도면이고, 도 4는 평탄하지 않은 도로면 상에서 종래방식에 의해 차량의 중량을 측정할 때의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래 이동식 계근대의 계근대판(100)은 저면 테두리를 따라 복수개의 결합홈(102)이 형성되어 있고, 상기 결합홈(102) 내면으로 제1단턱부(102a)와 제2단턱부(102b)가 형성된다.
계근대판(100)은 양 측면으로 손잡이(104)를 구비하여 휴대 또는 이동시 파지가 용이하도록 되어 있다.
결합홈(102)에는 차량의 중량을 측정하기 위한 중량센서(300)가 복수 개가 설치되는데, 이동식 계근대의 중량센서로는 주로 로드셀이 사용된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로드셀(300)과 로드셀(300) 사이에는 연결용 PCB가 장착되는 조인트 블록(120)이 설치되는데, 연결용 PCB에는 각 로드셀(300)에서 발생하는 오프셋 오차 성분 및 영점 오차 성분에 해당하는 값에 대응되는 보정용 저항이 실장되어 있다.
각 로드셀(300)들은 서로 병렬로 연결되며, 그에 따라 각 로드셀(300)의 신호 출력단은 동일 가닥으로 연결되어 계측 모듈(미도시 됨)로 입력되어 계측모듈에 의해 차량의 축중량을 산출하게 된다.
여기서, 계근대판(100)에 설치된 각각의 로드셀 저항을 RA, RB, RC,....RN 이라고 한다면 동일 신호 라인에 병렬로 연결된 전체 로드셀 저항은 아래와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
이러한 로드셀 저항의 병렬 연결을 통한 전체 로드셀 저항 검출신호들의 평균값 산출방식은 도 3과 같이 도로면이 평탄하고 개별 로드셀(300)이 정상적으로 동작하는 환경에서는 아무런 문제가 되지 않는다. 즉, 도 3과 같이, 계근대가 설치되는 도로면이 평탄한 경우에는 계근대판(100)에 가해지는 전체 하중에 대하여 각각의 로드셀(300)에 평균적인 힘이 가해지므로 개별 로드셀 저항이 모두 동일한 값을 나타내므로 상기 수식을 통해 전체 로드셀 저항(Rpad)를 구하면, 개별 로드셀(300)들의 저항을 알아낼 수 있고, 이로부터 계근대판(100)에 가해지는 전체 하중을 정확하게 산출할 수 있게 된다.
그러나, 어느 특정의 로드셀 즉, 첫 번째 연결된 로드셀 저항(RA)에 문제가 생겨 0Ω이 되거나 라인 고장이 발생하는 경우에는 해당 로드셀 저항의 이상이 전체 로드셀 저항에 영향을 줄 수밖에 없는 문제점이 발생한다. 또는 어느 특정의 로드셀의 저항값이 틀어져 있다면 전체 저항에 영향을 줄 수밖에 없는 문제점이 있다. 이와 같이, 기존의 계근대판(100)의 로드셀 회로는 병렬 연결방식을 사용함에 따라 특정 센서(로드셀)에 문제가 발생했을 경우에 대한 대처가 미흡하도록 설계되어 있다. 이러한 설계는 모든 로드셀의 저항값이 동일하다는 조건이 성립된다는 전제에서 이루어진 것으로서, 차동 증폭기, A/D 변환기 등의 부품을 적게 사용하여 구성할 수 있다는 장점이 있으나, 상기와 같은 상황에 직면했을 시에 측정오차가 발생할 수 있는 문제가 있다.
더욱이, 이러한 보정기법은 도로가 평탄하지 않은 도 4와 같은 상황이 발생할 경우 더욱 큰 문제를 가져오게 된다. 즉, 도 4와 같이, 도로가 평탄하지 않은 경우에는 차량의 바퀴로부터의 하중이 각 로드셀(300)에 고르게 가해지지 않고 어느 특정한 로드셀에 더 많은 하중이 가해지게 되므로 평균적인 무게에 비례한 데이터가 산출되었을 시에 각 로드셀의 전기 저항값이 틀어지게 된다.
이는 각 로드셀에서 불균형하게 발생한 저항 오차 성분을 보정용 저항을 통해 각 센서 간의 불균형을 교정할 수 있도록 하였으나, 실제 차량의 축중량을 측정하는 실제 상황에서는 도로가 평탄하지 않은 환경에 의해 특정 위치의 로드셀에 더 많은 하중이 가해짐에 따라 각 로드셀 저항값이 서로 달라지게 되어 각 로드셀의 저항값이 모두 동일한 경우와 비교할 때 전체 저항값이 달라지게 되어 측정 오차가 발생하게 된다.
또한, 특정 위치의 로드셀에 더 많은 하중이 가해짐에 따라 각 로드셀(300)의 오프셋 값이 다른 로드셀(300)에 영향을 주게 되며, 특히, 시간에 따른 경년변화에 의해 각 로드셀(300)의 저항 기울기 값이 틀어질 경우에 더욱 측정 오차가 커지게 된다.
이뿐 아니라, 온도 및 습도에 따른 센서의 변화는 정밀성을 계측해야 하는 데이터 측정에 많은 영향을 끼치게 된다.
따라서, 이러한 종래 고정식 또는 이동식 계근대의 문제점을 개선하여 간단한 구조를 가지면서도 정확한 차량의 축중량을 계산할 수 있는 장치에 대한 요구가 높아지고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 이동이 가능한 간단한 구조로서 화물차의 총중량 뿐만 아니라 축간 중량을 용이하게 측정할 수 있는 이동식 계근대를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 개별 오차 보정 방식을 적용하여 각 중량센서의 오차 보정을 아날로그 단이 아닌 디지털 단에서 개별적으로 처리함으로써 도로의 평탄성이 보장되지 않는 환경에서 주로 사용되는 이동식 계근대의 특성으로 인한 하중의 편중 또는 중량센서의 고장 등에 따라 발생하는 측정 오차를 획기적으로 개선하여 정밀하게 화물차량의 중량을 검측할 수 있도록 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 일 측면에 따르면, 화물차의 양 바퀴가 올라설 수 있는 길이로 형성되고, 상면 전단 및 후단에 바퀴 안착용 턱이 형성된 계근대판과, 상기 계근대판의 저면측에 내장되는 복수 개의 중량센서와, 상기 중량센서의 출력신호에 기초하여 상기 화물차의 중량을 산출하는 계측 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대가 제공된다.
여기서, 상기 계근대판은 산출된 화물차의 중량 데이터를 무선으로 송출하는 무선 통신모듈이 더 포함되는 것이 바람직하다.
그리고, 바닥부와 상기 바닥부로부터 상부로 연장형성되는 측벽부를 포함하고, 바닥부와 측벽부에 의해 내부에 상기 계근대판을 수용하는 수용공간이 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 바닥부의 상면 또는 내부에 설치되는 히터가 더 포함되고, 상기 하우징의 측벽부 일측에는 상기 하우징 내부로 유입된 물을 배출하기 위한 배출공이 형성되는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 하우징의 측벽부와 상기 계근대판 사이의 공간에 탄성재질로서 링형상을 갖는 실링부재가 끼움 설치되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 계측모듈에서 산출된 화물차의 중량 데이터가 화면에 표시되는 전광판이 더 포함되되, 상기 계측 모듈은 화물차가 상기 계근대판에 진입하는 경우 상기 복수 개의 중량센서의 출력신호에 기초하여 상기 화물차의 바퀴의 중심위치를 산출하여 상기 전광판으로 전송하고, 상기 전광판은 상기 화물차의 바퀴 중심위치, 정위치 도달을 위한 이동방향 및 정위치 도달 안내를 위해 바 형상 도형, 화살표 도형 및 문자 형태로 각각 이를 표출하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 계근대판의 내부에는 주변의 환경에 대한 환경 데이터를 검출하는 환경 센서가 설치되고, 상기 계측 모듈은 미리 저장된 개별 중량센서들의 현재의 오프셋 정보와, 로드셀의 경년 변화에 따른 오프셋 변화 정보를 포함하는 오프셋 정보와 상기 주변의 환경 데이터를 반영하여 측정 데이터를 보상하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 계측 모듈은 중량센서의 이상에 대비하기 위하여, 상기 복수 개의 중량센서 중 어느 하나에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 이상이 발생한 중량센서와 가장 인접한 위치의 중량센서의 측정값을 이상이 발생한 중량센서의 측정값으로 사용하거나, 정상상태의 중량센서들의 설치위치와 측정값의 관계를 분석하여 상기 계근대판의 하중 편중 패턴을 산출하고, 산출된 하중 편중 패턴에 기초하여 이상상태의 중량센서의 측정값을 예측한 후, 예측된 측정값을 적용하여 화물차의 중량을 산출하도록 할 수 있다.
계측 모듈은 상기 복수 개의 중량센서 중 2개 이상의 중량센서에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우에는, 정상상태의 중량센서들의 측정값들의 최대편차를 계산하고, 계산된 최대편차가 미리 설정된 허용기준 이하인 경우에는 정상상태의 중량센서들의 측정값들을 이용하여 화물차의 중량을 산출하고, 계산된 최대편차가 미리 설정된 허용기준을 초과하는 경우에는 화물차의 중량을 산출하지 않고 경보신호만을 생성하는 것도 가능하다.
상기 계측 모듈은 세부적으로 상기 각 중량센서와 대응되도록 설치되어 대응되는 중량센서의 출력 신호를 증폭하는 차동 증폭기와, 상기 증폭된 중량센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 각 중량센서의 오프셋 조정과 축중량 산출을 위한 신호처리 알고리즘이 미리 저장되어 있고, 상기 A/D 변환기로부터 디지털 신호를 수신하면 상기 신호처리 알고리즘을 통해 각각의 중량센서의 출력신호에 대한 오프셋 보정을 수행한 후 전체 중량센서의 측정값을 합산하여 화물차의 중량을 산출하는 메인 컨트롤러를 포함하여 구성되며, 메인 컨트롤러는 화물차의 각 바퀴축에 대하여 중량을 측정하여 1차적으로 각 바퀴축의 축중량을 산출하고, 모든 바퀴축의 중량 측정이 완료되면, 2차적으로 측정된 각 바퀴축의 축중량 정보에 기초하여 상기 화물차의 중량을 산출한다.
본 발명에 의할 경우 이동이 가능한 간단한 구조로서 화물차의 총중량 뿐만 아니라 축간 중량을 용이하게 측정할 수 있어 제조 및 설치 단가를 감소시키면서도 높은 정확도의 중량 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 검측을 위해서 계근대를 위치한 도로 노면의 평평도 및 기타 물리적인 환경변화에 따라 각 로드셀의 저항치 오차 편중에 따라서 각각 로드셀의 무게 값이 다르게 읽혀지는 상황이 발생하더라도 센서패드 자체의 능동적 보정기법에 의해서 정확한 무게 값을 산출할 수 있다. 따라서 정확성을 기해야 하는 계근 시스템에 좋은 대안이 될 것으로 기대된다.
도 1은 종래 고정식 계근대의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 종래 이동식 계근대의 저면 분해 사시도이다.
도 3은 평탄한 도로면 상에서 차량의 중량을 측정하는 경우에 관한 도면이다.
도 4는 평탄하지 않은 도로면 상에서 종래방식에 의해 차량의 중량을 측정할 때의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명에 따른 이동식 계근대판의 평면도를 나타낸 것이고, 도 5b는 본 발명에 따른 이동식 계근대판의 저면도를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 개별 오차 보정 방식의 이동식 계근대판의 회로 구성도이다.
도 7a는 계근대판이 수용된 하우징의 길이 방향의 종단면도이고, 도 7b는 계근대판이 수용된 하우징의 폭 방향의 횡단면도이다.
도 8은 본 발명에 사용되는 전광판의 유형별 표시 데이터를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 화물차 계근 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 5a는 본 발명에 따른 이동식 계근대판의 평면도를 나타낸 것이고, 도 5b는 본 발명에 따른 이동식 계근대판의 저면도를 나타낸 것이며, 도 6은 본 발명에 따른 개별 오차 보정 방식의 이동식 계근대판의 회로 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동식 계근대(1)의 계근대판(10)은 화물차의 양 바퀴가 올라설 수 있는 길이로 형성되어 화물차량의 양 바퀴가 동시에 계근대판(10)에 올라선 상태에서 중량이 측정되는 것이 특징이며, 계근대판(10)의 상면 전단 및 후단에는 화물차의 양 바퀴가 계근대판(10)의 중앙에 안착되도록 가이드하기 위한 바퀴 안착용 턱(11, 12)이 길이방향을 따라 돌출형성되어 있다.
그리고, 계근대판(10)의 일측면에는 전원 공급을 위한 전원 커넥터(13)가 형성되고, 계근대판(10)의 상면 좌측 및 우측 모서리 각각 일측에는 현재 측정중인 차축의 무게를 쉽게 알아볼 수 있도록 표시부(14)가 형성되어 있다.
또한, 계근대판(10)의 양측면에는 사용자의 요청에 의해 설치장소 변경시 계근대의 용이한 이동을 위하여 손잡이(15)가 형성되어 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 계근대판(10)의 저면에는 길이방향을 따라 2조의 로드셀(20)이 복수 개가 설치되어 있다. 로드셀(20)은 고정식 대형 계근대에서 주로 사용하는 말굽형 로드셀을 사용하지 않고 소형의 작고 심플한 구조의 원형 로드셀 12개를 밑면에 설치하여 좌,우 바퀴의 1축에 대한 무게를 측정하도록 되어 있다. 물론, 로드셀의 종류에 따라 더 적은 개수가 소요되거나, 더 많은 로드셀을 추가 할 수도 있다.
본 발명에서는 종래와 같이 각 로드셀(20)의 출력 라인(21)이 상호 병렬적으로 접속되는 것이 아니라, 각 로드셀(20)들이 개별적인 출력 라인(21)들을 통해 계측 모듈(30)로 입력되고, 로드셀(20)과 계측 모듈(30) 간에 조인트 블록(120)이 설치되지 않는 것이 큰 차이점이다.
즉, 본 발명에서는 각 로드셀(20)들이 개별적인 출력 라인(21)들을 통해 계측모듈(30)로 입력되고, 계측 모듈(30)에서 각 로드셀(20)의 측정 데이터를 보상한 후 각각의 로드셀 값에 해당하는 중량치를 산출한 후, 전체 로드셀들의 중량치를 합산하여 차량의 축중량을 산출하게 되므로, 개별 로드셀(20)들을 위한 보정용 저항(121)이 필요하지 않게 된다.
보다 상술하면, 종래에는 로드셀이 병렬접속되는 구조이므로 로드셀의 출력신호들이 모두 1개의 라인을 통해 계측 모듈로 입력되므로, 모든 로드셀에 동일한 하중이 인가되고 모든 로드셀이 동일한 저항값을 갖는다는 조건을 만족해야 하며, 그에 따라 모든 로드셀들의 오프셋 값들을 보정하기 위해 보정용 저항(121)이 필수적으로 요구되었으나, 본 발명에 따르면, 각 로드셀(20)의 측정값들이 개별적으로 계측모듈(30)로 인가되어 개별적으로 저항값이 보정 및 산출이 되므로 종래와 같은 보정용 저항이 필요하지 않게 되는 것이다.
특히, 본 발명은 복수 개의 로드셀(20) 중 어느 하나에 이상이 발생한 경우에 해당 로드셀과 가장 인접한 거리에 위치한 로드셀의 출력신호를 이상이 발생한 로드셀의 출력신호로 사용하여 축중량을 계산하거나, 해당 로드셀을 제외한 나머지 로드셀들의 출력신호만을 이용하여 축중량을 계산한 후, 로드셀 이상을 통지하는 경고신호를 생성하도록 할 수 있으며, 이를 통해 개별 로드셀의 이상 발생시에도 대처가 가능하고 이상 발생을 경고하여 신속한 수리가 가능한 장점이 있다. 또는 미리 여러 가지 이상상황을 미리 예상하여 예상가능한 상황 및 그러한 상황 발생시의 대처 방안을 미리 롬테이블에 입력하여 어느 특정의 로드셀이 문제가 발생할 경우, 미리 설정된 산출방식에 따라 현재의 무게 값을 산출하도록 할 수도 있다.
예를 들면, 복수 개의 로드셀(20) 중 어느 하나에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 정상상태의 중량센서들의 계근대판(10) 평면상의 설치위치와 측정값들의 관계를 분석하여 계근대판(10)의 하중 편중 패턴을 산출하고, 산출된 하중 편중 패턴에 기초하여 이상상태의 중량센서의 측정값을 예측한 후, 예측된 측정값을 적용하여 축중량을 산출하는 것이 가능하다. 즉, 노면이 평탄하지 않고 불규칙하여 특정 로드셀(20)에 하중이 편중되는 경우 일반적으로 특정 로드셀(20)에만 하중이 집중적으로 가해지기보다는 가장 하중 집중도가 높은 로드셀(20)에서 하중 집중도가 가장 낮은 로드셀(20)로의 하중 경사 패턴이 형성되는 것이 일반적이므로, 이러한 하중 경사 패턴 상에서 이상이 발생한 로드셀(20)의 위치를 적용하면 해당 로드셀(20)의 측정값을 예측할 수 있다.
그리고, 만일 1개의 로드셀이 아닌 2개 이상의 로드셀에 이상이 발생하는 경우에는 인접한 로드셀의 측정값을 이용하는 경우에는 측정 오차가 커질 우려가 있으므로, 정상상태의 로드셀들의 측정값들의 최대편차를 계산하여 계산된 최대편차가 미리 설정된 허용기준 이하인 경우에만 정상상태의 로드셀들의 측정값들을 이용하여 축중량을 산출하고, 계산된 최대편차가 미리 설정된 허용기준을 초과하는 경우에는 축중량을 산출하지 않고 경보신호만을 생성하는 것도 가능하다.
이와 같이 특정 로드셀에 이상이 발생한 경우 종래의 방식으로는 측정자체가 불가능하거나 로드셀의 고장으로 인한 측정 오류를 전혀 파악할 수 없게 되나, 본 발명에 따른 개별오차 보정방식을 사용한 이동식 계근대에서는 이러한 경우에도 비교적 정확한 측정이 가능하고, 무게를 측정해야하는 중요한 시점에서 특정 로드셀 고장에 따라 측정이 이루어지지 못하는 경우를 미연에 방지할 수 있게 된다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계측 모듈(30)은 로드셀(20)의 수와 동일한 개수의 차동 증폭기(31) 및 A/D 변환기(32)와, 메인 컨트롤러(33)를 포함하여 구성되고, 메인 컨트롤러(33)에는 온습도 센서(60)가 연결되어 있다.
각각의 로드셀(20)에서 출력되는 신호(무게에 따른 저항변화 신호)는 각각의 레퍼런스 소자의 전압을 기준으로 무게값이 전압값으로 변환된 신호이다.
이러한 로드셀(20)의 출력 신호는 별도의 출력 라인(21)을 통해 차동 증폭기(31)에 접속되고, 그에 따라 각각의 로드셀(20)에서 발생되는 미약한 크기의 출력신호는 각각의 차동 증폭기(31)에 의해 신호처리가 가능한 충분한 레벨의 신호로 증폭되고, 이들 각각의 증폭된 신호는 각각의 A/D 변환기(32)를 통해 디지털 신호로 변환되어 메인 컨트롤러(33)로 입력된다.
도면에는 도시되어 있지 않으나, 메인 컨트롤러(33)의 칩 선택단자에는 동시에 입력되는 복수 개의 로드셀 출력신호 중에서 어느 하나의 신호를 선택하기 위한 칩 선택 신호가 입력되며, 그에 따라 메인 컨트롤러(33)는 시분할 방식에 의해 각각의 로드셀 출력신호들을 처리하게 된다.
메인 컨트롤러(33)는 A/D 변환기(32)로부터 각각의 로드셀(20)에 대한 무게데이터가 입력되면, 주변 센서(예를 들면, 온습도 센서(60))가 읽은 환경데이터 값을 참조하여 현재의 데이터를 보상한 후 각각의 로드셀 값에 해당하는 무게 값을 산출하여 전체를 합산하게 된다. 즉, 메인 컨트롤러(33)는 미리 설정된 신호변환 알고리즘을 통해서 외부 노이즈에 대한 필터링과 오프셋 보정처리를 수행한 후 화물차량의 중량 데이터를 산출하게 된다. 이를 위해 종래 아날로그 오프셋 조정용 회로를 대신하는 신호처리 알고리즘을 펌웨어로 작성하여 메인 컨트롤러 내부에 프로그램밍하는 것이 필요하다.
메인 컨트롤러(33)는 각각의 로드셀(20)에 대한 오프셋 정보를 미리 저장하고 있으며, 그에 따라 데이터 보상시 미리 저장된 오프셋 정보와 환경 데이터를 참조하여 현재의 데이터를 보상하게 된다. 여기서, 오프셋 정보는 각 로드셀(20)의 현재의 오프셋 정보 외에 로드셀의 경년 변화에 따른 오프셋 변화 정보를 포함하여 경년 변화에 따른 로드셀의 오프셋 변화 정보를 실시간으로 반영하여 정확한 축중량 검출이 가능하도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의할 경우 이러한 오프셋 정보와 환경 데이터에 기반한 로드셀 검출 신호의 보상이 디지털 단에서 소프트웨어적으로 이루어지므로 종래와 같은 보상용 저항이 필요하지 않을 뿐 아니라, 종래 일정 주기마다 이루어지던 보상용 저항의 조정 작업(가변저항 조정을 통한 저항값 변경)이 요구되지 않으므로 불필요한 인건비를 방지할 수 있는 장점이 있다.
메인 컨트롤러(33)는 차량의 1번 축의 무게 측정이 완료되면 2번째 축, 이후 3번째 축 등과 같이 차례대로 차량의 축 중량을 측정하면서 차량의 전체 중량을 산출하고, 산출된 결과를 전광판(2)으로 전송하여 전광판(2)에 산출된 차량 중량 정보가 표출되도록 한다.
메인 컨트롤러(33)에서 산출된 차량의 중량 데이터는 무선통신 모듈(40)을 통해 전광판(2), 스마트 단말기(3), 관리자 클라이언트 단말기(4) 또는 관리 서버(5) 등의 관리 장치로 전송된다.
경년 변화, 기타 온도 또는 습도의 영향 및 센서패드가 위치한 도로의 평탄도의 불균형 등의 상황은 센서를 이용한 계측 시 종종 발생하는 것으로서, 극히 정확성을 기해야 하는 이동식 계근대의 정밀도 향상에 많은 영향을 준다.
그러나, 본 발명에 따르면, 이러한 상황에 의해 각 로드셀의 저항값의 오차가 발생하더라도 능동적인 대처로 정확한 중량 측정이 이루어질 수 있게 된다.
도 7a는 계근대판이 수용된 하우징의 길이 방향의 종단면도이고, 도 7b는 계근대판이 수용된 하우징의 폭 방향의 횡단면도이다.
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 이동식 계근대(1)는 계근대판(10)을 내부에 수용하여 움직임이 없도록 고정하도록 하우징(70)을 포함하여 구성된다. 하우징(70)은 중량이 가해졌을 경우에도 계근대판(10)에 취부된 로드셀(20)에 하중이 골고루 가해지도록 편평도를 유지시킬 수 있는 금속 프레임 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
금속 프레임 형태의 하우징(70)은 계근대판(10)에 대응되는 평면 형상을 갖는 바닥부(71)와, 바닥부(71)로부터 상부로 연장형성되는 측벽부(72)를 포함하고, 바닥부(71)와 측벽부(72)에 의해 내부에 계근대판(10)을 수용하는 수용공간이 형성된다.
이러한 하우징(70)에 계근대판(10)이 수용되는 구조의 경우, 동절기에 계근대판(10)과 하우징(70)의 바닥부(71) 간에 묻어있는 수분이 동결되어, 계근대판(10)의 로드셀(20)의 움직임 둔화에 따른 중량 측정값 오류를 방지하기 위해서 바닥부(71)의 내부에는 히터(73)를 설치하는 것이 바람직하다. 히터(73)는 바닥부(71)의 전면에 고른 열을 제공할 수 있도록 면상발열체가 사용되는 것이 바람직하다. 히터(73)는 동절기에 수분이 동결되지 않을 정도의 낮은 열을 제공하는 것이 바람직하다.
그리고, 하우징(70)의 측벽부(72) 하단 일측에는 우천시 하우징(70) 내부로 유입된 우수를 배출하기 위한 배출공(74)이 형성되어 하우징(70) 내부의 수분으로 인한 제품 손상 또는 동절기의 수분 동결을 방지하는 것이 바람직하다.
또한, 하우징(70)의 측벽부(72) 상단과 계근대판(10) 사이의 공간에는 탄성재질로서 링형상을 갖는 실링부재(80)가 끼움 설치되어 있다. 본 실시예에서 하우징(70)의 측벽부(72) 상단과 계근대판(10) 사이는 실링부재(80)는 약 0.5mm의 간격을 가지며 실링부재(80)는 하단 돌출부가 0.5mm의 폭을 갖고 상단부는 1 ~ 2mm의 폭을 갖도록 형성하였다.
실링부재(80)는 하우징(70)과 계근대판(10) 간의 간격을 충진함으로써 차량의 바퀴가 계근대판(10) 상에 위치할 때 계근대판(10)을 고정함과 아울러 차량 진입시 계근대판(10)의 진동을 흡수하여 계근대판(10)의 진동에 따른 로드셀(20)의 탄성도에 영향을 주지 않도록 하는 위치 고정 및 방진 역할뿐만 아니라, 하우징(70)과 계근대판(10) 간의 틈새를 통해 우수 또는 각종 이물질이 침투하는 것을 방지하는 실링 기능을 동시에 제공한다.
도 8은 본 발명에 사용되는 전광판의 유형별 표시 데이터를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전광판(2)은 운전자에게 중량정보 및 기타 정보를 보여주는 장치로서, 중량정보 및 기타 정보가 표시되는 디스플레이부(2a)와 디스플레이부(2b)의 하부에 설치되어 디스플레이부(2a)를 지지하는 지지부(2b)를 포함하여 구성된다.
도 8의 (a)는 초기에 화물 차량의 진입을 안내하는 문구가 디스플레이부(2a)에 표시되는 것을 나타내는 것이고, (b) ~ (d)는 차량의 바퀴가 계근대판(10)의 정중앙 위치(정위치)에 위치하도록 하는 안내 화면을 나타낸 것이다.
(b) ~ (d)에서 바 형상(2c)은 계근대판(10) 상에 차량의 바퀴 중심이 위치하는 지점을 표시한 것으로서, (b)의 경우는 차량의 바퀴 중심이 계근대판(10)의 중심선에서 전방으로 더 진입한 경우를 나타내고, 화살표(2d)는 차량의 운전자에게 차량을 후방으로 이동시킬 것을 안내하기 위한 것이고, (d)의 경우는 (b)의 반대의 경우를 나타낸 것으로, 차량의 바퀴가 정위치에 도달하지 않은 경우에는 바 형상(2c)이 적색으로 표시되어 사용자들에게 주의를 줄 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
(c)의 경우는 차량의 바퀴 중심이 계근대판(10)의 정위치에 도달하였을 경우를 나타낸 것으로서, 이 경우에는 바 형상(2c)을 녹색으로 표시하여 사용자들이 이를 인식할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
(b) ~ (d)와 같이, 차량 바퀴의 정위치 도달 여부 안내 및 정위치로의 유도를 위해, 계측 모듈(30)은 화물차가 계근대판(10)에 진입하는 경우 복수 개의 로드셀(20)의 출력신호에 기초하여 화물차의 바퀴의 중심위치를 산출하여 전광판(2)으로 전송하고, 전광판은 수신된 정보에 기초하여 디스플레이부(2b) 상에 상기 화물차의 바퀴 중심위치, 정위치 도달을 위한 이동방향 및 정위치 도달 안내를 위해 바 형상 도형, 화살표 도형 및 문자 형태로 각각 이를 표출한다.
차량의 중량 측정이 완료된 경우, 전광판(2)은 디스플레이부(2b) 상에 측정된 중량 및 과적 여부를 문자로 표시하게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 화물차 계근 시스템의 구성을 도시한 구성도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 화물차 계근 시스템은 차량의 중량을 계측하는 계근대판(10)을 비롯하여 출입에 대한 관리를 담당하는 관리 서버(5), 관리자 클라이언트 단말기(4), 차량 중량 측정을 위한 어플리케이션이 탑재된 스마트 단말기(3) 및 측정된 차량 중량을 운전자에게 표시해주는 전광판(2)으로 구성된다.
관리 서버(5)가 현장이 아닌 원격에 있는 같은 시간 다른 장소에서 운영될 수 있도록 이동식 계근대(1)와 관리 서버(5) 간의 연결을 담당하는 CDMA 모뎀 또는 기타 통신용 게이트웨이가 더 포함될 수도 있다.
스마트 단말기(3), 관리자 클라이언트 단말기(4) 또는 관리 서버(5)
이때, 스마트 단말기(3)는 시스템의 실시간 업무관리를 위해서 어느 장소에서든지 계측 데이터를 실시간으로 확인할 수 있도록 하는 서버용 프로그램이 어플리케이션 형태로 저장되어 있다. 여기서, 스마트 단말기(3)는 스마트폰, 스마트패드 외에 무선 인터넷 통신이 지원하되는 각종 기기를 포함하는 개념이다.
또한, 이러한 스마트 단말기(3)를 이용하는 경우, 기존의 시스템에 사용하는 RFID 방식이나 카드 체크방식을 탈피하여 스마트 단말기(3) 및 계근대판(10)의 무선 통신모듈(40)에 탑재된 블루투스 통신을 이용하여 각 개인이 소지하고 있는 스마트 단말기(3)에 내장된 고유 통신 ID를 확인하는 방식을 통해 차량과 차량 운전자의 ID를 알아내는 방식을 사용하였다. 따라서 종래와 같이 차량과 차량 운전자의 확인을 위한 별도의 ID 카드가 요구되지 않는 장점이 있다.
1 : 이동식 계근대 2 : 전광판
3 : 스마트 단말기 4 : 관리자 클라이언트
5 : 관리서버 10 : 계근대판
11, 12 : 바퀴 안착용 턱
13 : 전원 커넥터 14 : 표시부
15 : 손잡이 20 : 로드셀
30 : 계측 모듈 31 : 차동 증폭기
32 : A/D 변환기 33 : 메인 컨트롤러
34 : 멀티플렉서 40 : 무선통신 모듈
50 : 기준전원 공급부 60 : 온습도 센서
70 : 하우징 71 : 베이스부
72 : 측벽부 73 : 히터
74 : 물 배출공 80 : 실링부재

Claims (9)

  1. 화물차의 중량을 측정하기 위한 이동식 계근대에 있어서,
    화물차의 양 바퀴가 올라설 수 있는 길이로 형성되고, 상면 전단 및 후단에 바퀴 안착용 턱이 형성된 계근대판과;
    상기 계근대판의 저면측에 내장되는 복수 개의 중량센서와;
    상기 중량센서의 출력신호에 기초하여 상기 화물차의 중량을 산출하는 계측 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출된 화물차의 중량 데이터를 무선으로 송출하는 무선 통신모듈이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  3. 제 1 항에 있어서,
    바닥부와 상기 바닥부로부터 상부로 연장형성되는 측벽부를 포함하고, 바닥부와 측벽부에 의해 내부에 상기 계근대판을 수용하는 수용공간이 형성되는 하우징과;
    상기 하우징의 바닥부의 상면 또는 내부에 설치되는 히터가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징의 측벽부 일측에는 상기 하우징 내부로 유입된 물을 배출하기 위한 배출공이 형성되고, 상기 하우징의 측벽부와 상기 계근대판 사이의 공간에 탄성재질로서 링형상을 갖는 실링부재가 끼움 설치되는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측모듈에서 산출된 화물차의 중량 데이터가 화면에 표시되는 전광판이 더 포함되되,
    상기 계측 모듈은 화물차가 상기 계근대판에 진입하는 경우 상기 복수 개의 중량센서의 출력신호에 기초하여 상기 화물차의 바퀴의 중심위치를 산출하여 상기 전광판으로 전송하고, 상기 전광판은 상기 화물차의 바퀴 중심위치, 정위치 도달을 위한 이동방향 및 정위치 도달 안내를 위해 바 형상 도형, 화살표 도형 및 문자 형태로 각각 이를 표출하는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 계근대판의 내부에는 주변의 환경에 대한 환경 데이터를 검출하는 환경 센서가 설치되고,
    상기 계측모듈은 상기 각 중량센서와 대응되도록 설치되어 대응되는 중량센서의 출력 신호를 증폭하는 차동 증폭기와, 상기 증폭된 중량센서의 출력신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환기와, 각 중량센서의 오프셋 조정과 축중량 산출을 위한 신호처리 알고리즘이 미리 저장되어 있고, 상기 A/D 변환기로부터 디지털 신호를 수신하면 상기 신호처리 알고리즘을 통해 각각의 중량센서의 출력신호에 대한 오프셋 보정을 수행한 후 전체 중량센서의 측정값을 합산하여 화물차의 중량을 산출하는 메인 컨트롤러를 포함하며,
    상기 메인 컨트롤러는 미리 저장된 개별 중량센서들의 현재의 오프셋 정보와, 로드셀의 경년 변화에 따른 오프셋 변화 정보를 포함하는 오프셋 정보와 상기 주변의 환경 데이터를 반영하여 측정 데이터를 보상하는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 모듈은 상기 복수 개의 중량센서 중 어느 하나에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 이상이 발생한 중량센서와 가장 인접한 위치의 중량센서의 측정값을 이상이 발생한 중량센서의 측정값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 모듈은 상기 복수 개의 중량센서 중 어느 하나에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 정상상태의 중량센서들의 설치위치와 측정값의 관계를 분석하여 상기 계근대판의 하중 편중 패턴을 산출하고, 산출된 하중 편중 패턴에 기초하여 이상상태의 중량센서의 측정값을 예측한 후, 예측된 측정값을 적용하여 화물차의 중량을 산출하고, 상기 복수 개의 중량센서 중 2개 이상의 중량센서에 이상이 발생한 것으로 판단되는 경우, 정상상태의 중량센서들의 측정값들의 최대편차를 계산하고, 계산된 최대편차가 미리 설정된 허용기준 이하인 경우에는 정상상태의 중량센서들의 측정값들을 이용하여 화물차의 중량을 산출하고, 계산된 최대편차가 미리 설정된 허용기준을 초과하는 경우에는 화물차의 중량을 산출하지 않고 경보신호만을 생성하는 것을 특징으로 하는 이동식 계근대.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 계측 모듈은 화물차의 각 바퀴축에 대하여 중량을 측정하여 1차적으로 각 바퀴축의 축중량을 산출하고, 모든 바퀴축의 중량 측정이 완료되면, 2차적으로 측정된 각 바퀴축의 축중량 정보에 기초하여 상기 화물차의 중량을 산출하는 것을 특징으로 하는 개별 오차 보정 방식의 이동식 계근대.
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