KR20190055407A - 3축 무게 중심 측정 장치와 측정 시스템 및 이를 이용한 무게 중심 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부에 피측정물를 안치시켜 중량을 측정하는 중량 측정 테이블, 상기 중량 측정 테이블과 연결되어 상기 피측정물의 x축 및 y축 무게중심을 연산하는 처리장치를 포함하여 형성되되, 지면과 상기 중량 측정 테이블 사이에 복수개 배치되어, 지면과 상기 중량 측정 테이블을 이격시키며, 지면과 상기 중량 측정 테이블이 형성하는 각도를 조절하는 유압 장치 및 상기 중량 측정 테이블 중앙을 기점으로 양측에 형성되는 지면과의 각도 크기가 동일하도록 상기 중량 측정 테이블 하부 중앙에 배치되는 휠을 더 포함하여, 상기 유압 장치가 형성하는 각도를 바탕으로 상기 처리장치에서 z축 무게중심을 연산하는 것을 특징으로 하는 무게 중심 측정 장치와 시스템 및 이를 이용하여 3축 각각의 무게 중심을 측정하는 방법이다.

Description

3축 무게 중심 측정 장치와 측정 시스템 및 이를 이용한 무게 중심 측정 방법{Device, system and method for measuring center of gravity for multi-axis driving system}

본 발명은 피측정물의 무게 중심을 측정하는 장치 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 크기가 비교적 크고 움직임에 민감한 장비의 3축(x축, y축 및 z축) 방향에서의 무게 중심을 측정하는데 있어서 용이함과 동시에 측정 시 장비의 손상을 방지할 수 있는 3축 무게 중심 측정 장치 및 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 무게 중심은 물체의 각 부분에 작용하는 중력의 합력의 작용점을 일컫는 것으로써, 이는 안정적인 고정을 위하여 무게 중심의 파악이 중요하다. 예를 들어, 무게 중심이 물체의 윗부분에 형성된다면, 불안정한 상태가 되어 쓰러지기가 쉬우며, 이에 반해 무게 중심이 물체의 아래 부분에 형성된다면, 안정된 상태로 잘 쓰러지지 않게 된다.

이러한 무게 중심의 특성으로 인하여 항공, 선박 등과 같은 다양한 분야에서는 물체의 무게 중심을 파악하는 것이 매우 중요해졌으며, 이를 위한 다양한 기술이 복수의 선행문헌에 기재되어 있다.

국내등록특허공보 제10-1743225호에는 다축 구동계의 무게 중심을 측정하는 장치가 기재되어 있으며, 3축에 대한 피측정물의 무게 중심을 측정할 수 있다.

이는 피측정물을 중력방향에 대해 수직으로 각도를 변환시킴으로써 가능하며, 이로 인하여 x축, y축 뿐 아니라 z축 방향에서의 무게 중심도 측정이 가능하다.

그러나 이는 피측정물을 반드시 중력방향에 대해 수직으로 각도를 형성할 시에만 무게 중심 측정이 가능하며, 항공, 선박분야와 같은 제한된 분야에서 활용되는 피측정물은 크기나 민감도에 대한 문제로 인하여 상기한 과정을 수행할 없는 경우가 비일비재하다.

국내등록특허공보 제10-1743225호 ("다축 구동계의 무게중심 측정 방법 및 장치")

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 피측정물을 지면에 수직하는 방향으로 배치하지 않은 상태에서 3축에서의 무게 중심 값을 도출하는 것을 그 목적으로 한다.

상부에 피측정물을 안치시켜 중량을 측정하는 중량 측정 테이블, 상기 중량 측정 테이블과 연결되어 상기 피측정물의 x축 및 y축 무게중심을 연산하는 처리장치를 포함하여 형성되되, 지면과 상기 중량 측정 테이블 사이에 복수개 배치되어, 지면과 상기 중량 측정 테이블을 이격시키며, 지면과 상기 중량 측정 테이블이 형성하는 각도를 조절하는 유압 장치 및 상기 중량 측정 테이블 중앙을 기점으로 양측에 형성되는 지면과의 각도 크기가 동일하도록 상기 중량 측정 테이블 하부 중앙에 배치되는 휠을 더 포함하여, 상기 유압 장치가 형성하는 각도를 바탕으로 상기 처리장치에서 z축 무게중심을 연산하는 것을 특징으로 한다.

상기 중량 측정 테이블은 하부 중앙에서 지면과 이격시켜 상기 중량 측정 테이블을 지지하는 지지대가 형성되고, 상기 지지대의 상단에는 휠이 결합되어, 상기 중량 측정 테이블이 중앙을 기점으로 지면과 형성되는 각도를 바탕으로 상기 처리장치에서 z축 무게중심을 연산하는 것을 특징으로 한다.

상기 중량 측정 테이블은 사각 형상의 판으로 형성되고, 상기 복수의 유압 장치는 상기 중량 측정 테이블의 각 모서리 중앙 하부에 배치되어, x축 및 y축의 무게중심을 순차적으로 측정하는 것을 특징으로 한다.

3축 무게 중심 측정 장치를 이용하여 3축 각각의 무게 중심을 측정하는 시스템이 있어서, 피측정물의 중량을 측정하여 데이터를 송신하는 중량 측정부, 상기 중량 측정부에서 송신하는 데이터를 수신하여 3축의 무게 중심을 연산하는 처리부, 상기 처리부에서 연산하는 값을 바탕으로 유압 장치에 높이를 조절하는 유압 장치 구동부 및 상기 처리부에서 연산한 3축의 무게 중심을 표시하는 디스플레이부를 포함한다.

상기 처리부는 상기 중량 측정부에서 송신하는 데이터를 바탕으로 x축의 무게 중심을 연산하는 CGX 연산부, 상기 CGX 연산부에서 연산된 데이터를 수신하여 상기 중량 측정부와 지면이 형성하는 각도를 조절하는 틸팅각 제어부 및 상기 CGX 연산부 및 틸팅각 제어부에서 데이터를 수신하여 z축의 무게 중심을 연산하는 CGZ 연산부를 더 포함한다.

3축 무게 중심 측정 시스템을 이용하여 무게 중심을 측정하는 방법에 있어서, 상기 중량 측정부에서 피측정물의 중량을 측정하는 중량 측정 단계, 상기 중량 측정 단계에서 측정한 중량으로 피측정물의 x축 또는 y축의 무게 중심을 CGX 연산부에서 연산하는 CGX 연산 단계, 상기 CGX 연산부에서 측정한 값을 바탕으로 상기 틸팅각 제어부에서 틸팅 각도를 연산하는 틸팅 각도 연산 단계, 상기 틸팅각 제어부에서 연산한 데이터를 수신하여 상기 유압 장치의 높이를 조절하는 각도 조절 단계, 상기 중량 측정부에서 중량을 재측정하여, z축의 무게 중심을 CGX 연산부에서 연산하는 CGZ 연산 단계 및 x축 또는 y축의 무게 중심과 z축의 무게 중심을 상기 디스플레이부에 표시하는 디스플레이 단계를 포함하여 x축, y축 및 z축의 무게 중심을 측정한다.

본 발명은 피측정물의 z축 방향에 대한 무게 중심 값을 도출하는 과정에서 배치 과정에 따르는 피측정물의 손상을 방지할 수 있다.

또한 다양한 크기의 피측정물에 적용이 가능함에 따라, 거대한 크기에 민감도가 비교적 높은 항공 및 선박 분야에서 사용되는 부품에 대하여 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 중량 측정 테이블의 각도 변화를 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 시스템을 이용하여 x축, y축 및 z축의 무게 중심을 측정하는 방법을 도시한 순서도이다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 장치의 예시도이다. 피측정물의 질량을 측정하는 중량 측정 테이블(100)의 하부에는 복수의 유압 장치(300)가 배치될 수 있다. 상기 유압 장치(300)는 상기 중량 측정 테이블(100)과 지면을 이격시켜 지지하는 역할을 수행함과 동시에 각각의 높이를 다르게 조절함으로써, 상기 중량 측정 테이블(100)과 지면 사이의 각도를 제어할 수 있다. 즉, 상기 유압 장치(300) 각각의 높이에 따라, 상기 중량 측정 테이블(100)이 지면과 형성하는 각도의 크기가 결정된다.

이 때, 상기 유압 장치(300)는 유압에 의해서 각각의 높이를 가변시킬 수 있는 구성이나, 상기 중량 측정 테이블(100)의 기울기를 조절할 수 있는 구성이라면 유압에 따른 구동 장치로만 한정하지 않는다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 장치의 정면도이다. 지면에는 상기 복수개의 유압 장치(300)가 기립하는 형태로 배치된다. 상기 유압 장치(300)는 압력에 따라 상하운동을 하며, 상기 유압 장치(300)가 위치하는 높이에 따라 상기 중량 측정 테이블(100)의 기울기가 결정된다.

이를 위하여 상기 중량 측정 테이블(100)의 하부를 받치는 플레이트는 상기 유압 장치(300)의 상단과 결합 시 힌지 결합으로 이루어질 수 있으며, 이로 인하여 상기 중량 측정 테이블(100)이 상기 유압 장치(300)를 이탈하지 않은 상태에서 지면과의 각도를 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

상기 중량 측정 테이블(100)에서 측정한 피측정물의 중량 값과 사용자가 실측하는 치수값을 바탕으로 하여, 처리장치(200)에서는 각각의 축(x축, y축 및 z축)에 대한 무게 중심 값을 연산한다.

이 때, x축 및 y축의 무게 중심은 피측정물과 상기 중량 측정 테이블(100) 사이의 각도 데이터와 피측정물의 길이 값을 바탕으로 하여 연산할 수 있으며, 각각의 축에 대한 무게 중심 값을 연산하는 수식은 후술한다.

도 3은 본 발명에 따른 중량 측정 테이블의 각도 변화를 도시한 예시도이다. (a)에 도시된 바와 같이, 피측정물이 상부에 안치되는 상기 중량 측정 테이블(100)은 지면과 평행한 상태에서 피측정물의 중량을 측정한다. 이 때, 피측정물의 상부 모서리와 상기 중량 측정 테이블(100)의 밑면이 이루는 각도(a1)에 따라서, 피측정물의 x축 무게중심은 다음과 같이 연산할 수 있다.

<식 1>

이와 마찬가지로, y축 무게 중심도 같은 방식으로 연산이 가능하다. 이는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 유압 장치(300)가 사각판 형상의 상기 중량 측정 테이블(100) 하부에 동일한 간격으로 4개가 배치되는 구조로 실현될 수 있다.

위와 같은 수식으로 x축 및 y축 무게 중심이 연산되면, z축 무게 중심을 연산하기 위한 미세 각도(a2)를 틸팅한다. 중앙에 배치되는 상기 휠(400)을 기점으로 상기 중량 측정 테이블(100)의 길이를 동일 간격인 D로 가정하고, 상기 각각의 유압 장치(300)가 지면을 기준으로 이루는 높이를 각각 H1, H2로 가정하였을 시,

<식 2>

틸팅되는 미세 각도(a2)가 연산되면, 상기 틸팅된 미세 각도(a2)에서의 x축 또는 y축에서의 무게 중심을 다시 측정하며, 이는 하기와 같은 수식으로 연산이 가능하다.

<식 3>

z축의 무게 중심은 (b)에 도시된 것을 바탕으로 판단하면, 하기와 같은 수식으로 변환할 수 있으며,

<식 4>

상기 식 3 및 식 4를 종합하면,

<식 5>

와 같은 수식으로, 틸팅되지 않은 각도(a1)에서의 z축 무게 중심을 연산할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 시스템을 도시한 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 피측정물의 중량을 측정하는 중량 측정부(10)와 도 1 및 도 2에 도시된 상기 유압 장치(300)의 높이를 변환하는 유압 장치 구동부(30)는 처리부(20)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 중량 측정부(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 상기 중량 측정 테이블(100) 내에 형성될 수 있으며, 상기 중량 측정 테이블(100) 상부에 안치되는 피측정물의 중량을 측정한다.

앞서 기재한 바와 같이, 상기 중량 측정부(10)는 상기 처리부(20)와 전기적으로 연결되며, 상기 처리부(20)는 x축 또는 y축 무게 중심을 연산하는 CGX 연산부(21), 상기 중량 측정 테이블(10)이 지면과 형성하는 각도를 제어하는 틸팅각 제어부(22) 및 피측정물의 z축 무게 중심을 연산하는 CGZ 연산부로 구성될 수 있다.

상기 CGX 연산부(21)는 상기 중량 측정부(10)에서 수신하는 피측정물의 중량 데이터를 바탕으로 x축 무게중심을 도출하게 된다. 도출되는 결과값은 상기 틸팅각 제어부(22)로 전달하게 되며, 상기 틸팅각 제어부(22)에서는 피측정물의 z축 무게 중심을 측정하기 위한 틸팅 각도의 적정값을 파악하며, 이에 대한 결과를 상기 유압 장치(300) 내에 각각 독립적으로 배치되는 상기 유압 장치 구동부(30)로 전달하게 된다.

이에 따라서 상기 유압 장치 구동부(30)는 수신한 데이터를 바탕으로, 상기 유압 장치(300)의 높이를 독립적으로 제어하게 되며, 이로 인하여 상기 중량 측정 테이블(100)과 지면 사이에 새로운 각도가 형성된다.

이에 대한 z축 무게 중심을 상기 CGZ 연산부(23)에서 도출하게 되며, 순차적으로 진행됨에 따라 얻게 되는 x축, y축 및 z축에서의 무게 중심 값이 별도의 디스플레이부(40)를 통하여 표시될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 3축 무게 중심 측정 시스템을 이용하여 x축, y축 및 z축의 무게 중심을 측정하는 방법을 도시한 순서도이다. 먼저, 상기 중량 측정 테이블(100)에 형성되는 상기 중량 측정부(10)에서 피측정물의 전체적인 중량을 측정하는 중량 측정 단계(S100)를 수행한다. 이 과정은 실험자가 피측정물을 상기 중량 측정 테이블(100) 상부에 안치시킴으로써, 시작될 수 있다.

상기 중량 측정 단계(S100)가 수행된 후, 상기 중량 측정 테이블(100)이 지면과 평행을 이루는 시점에서 x축에서의 무게 중심을 측정하는 CGX 연산단계(S200)를 거치게 된다. 이는 상기 중량 측정부(10)에서 측정한 중량 데이터를 기반으로 하여, 상기 처리부(20)의 상기 CGX 연산부(21)에서 연산하게 되며, 이에 대한 상세한 연산 과정은 도 3을 설명할 시에 식 1을 통하여 설명하였다.

이후에 상기 틸팅각 제어부(22)는 상기 중량 측정 테이블(100)에서 측정한 중량 데이터 및 상기 CGX 연산단계(S200)에서 도출한 데이터를 기반으로 하여 적정한 틸팅각을 판단하는 틸팅 각도 연산 단계(S300)를 수행한다. 이는 식 2의 과정을 통하여 연산될 수 있으며, 이에 대한 데이터를 상기 유압 장치 구동부(30)로 전달한다.

상기 틸팅 각도 연산 단계(S300)를 마치면, 상기 유압 장치 구동부(30)는 상기 틸팅각 제어부(22)에서 수신한 데이터를 바탕으로 상기 유압 장치(300)가 지면을 기준으로 이루는 높이를 가변시키는 각도 조절 단계(S400)를 실행한다. 이로 인하여 상기 중량 측정 테이블(100)은 지면을 기준으로 미세한 각도 변화를 이루게 되며, 이로 인하여 무게 중심 또한 가변할 수 있다.

이후에 상기 CGZ 연산부(23)는 복수의 연산 과정을 거쳐 z축의 무게 중심 값을 도출하는 CGZ 연산 단계(S500)에 돌입한다. 상기 복수의 연산 과정은 상기 식 3 내지 식 5의 과정을 통하여 z축 무게 중심을 도출할 수 있다.

상기한 과정을 모두 수행하게 되면, 무게 중심을 측정하는 장치 내지 시스템은 피측정물에 대한 3축에서의 무게 중심 값을 도출하게 되며, 이에 대한 결과 값을 상기 디스플레이부(40)를 통하여 실험자에게 표시하는 디스플레이 단계(S600)를 끝으로 측정을 마치게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10 : 중량 측정부
20 : 처리부
21 : CGX 연산부 22 : 틸팅각 제어부
23 : CGZ 연산부
30 : 유압 장치 구동부 40 : 디스플레이부
100 : 중량 측정 테이블 200 : 처리 장치
300 : 유압 장치
400 : 지지대 410 : 휠
l : 피측정물 상부 모서리
a1 : 초기 각도 a2 : 틸팅된 미세 각도
D : 중량 측정 테이블 길이
S100 : 중량 측정 단계 S200 : CGX 연산 단계
S300 : 틸팅 각도 연산 단계 S400 : 각도 조절 단계
S500 : CGZ 연산 단계 S600 : 디스플레이 단계

Claims (6)

1. 상부에 피측정물를 안치시켜 중량을 측정하는 중량 측정 테이블(100);
   상기 중량 측정 테이블(100)과 연결되어 상기 피측정물의 x축 및 y축 무게중심을 연산하는 처리장치(200);
   를 포함하여 형성되되,
   지면과 상기 중량 측정 테이블(100) 사이에 복수개 배치되어, 지면과 상기 중량 측정 테이블(100)을 이격시키며, 지면과 상기 중량 측정 테이블(100)이 형성하는 각도를 조절하는 유압 장치(300);
   상기 중량 측정 테이블(100) 중앙을 기점으로 양측에 형성되는 지면과의 각도 크기가 동일하도록 상기 중량 측정 테이블(100) 하부 중앙에 배치되는 휠(400);
   을 더 포함하여,
   상기 유압 장치(300)가 형성하는 각도를 바탕으로 상기 처리장치(200)에서 z축 무게중심을 연산하는 것을 특징으로 하는 3축 무게 중심 측정 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 중량 측정 테이블(100)은
   하부 중앙에서 지면과 이격시켜 상기 중량 측정 테이블(100)을 지지하는 지지대(400)가 형성되고,
   상기 지지대(400)의 상단에는 휠(410)이 결합되어,
   상기 중량 측정 테이블(100)가 중앙을 기점으로 지면과 형성되는 각도를 바탕으로 상기 처리장치(200)에서 z축 무게중심을 연산하는 것을 특징으로 하는 3축 무게 중심 측정 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 중량 측정 테이블(100)는
   사각 형상의 판으로 형성되고,
   상기 복수의 유압 장치(300)는
   상기 중량 측정 테이블(100)의 각 모서리 중앙 하부에 배치되어,
   x축 및 y축의 무게중심을 순차적으로 측정하는 것을 특징으로 하는 3축 무게 중심 측정 장치.
   
4. 제1항 내지 제3항의 3축 무게 중심 측정 장치를 이용하는 3축 무게 중심 측정 시스템이 있어서,
   피측정물의 중량을 측정하여 데이터를 송신하는 중량 측정부(10);
   상기 중량 측정부(10)에서 송신하는 데이터를 수신하여 3축의 무게 중심을 연산하는 처리부(20);
   상기 처리부(20)에서 연산하는 값을 바탕으로 유압 장치(300)에 높이를 조절하는 유압 장치 구동부(30); 및
   상기 처리부(20)에서 연산한 3축의 무게 중심을 표시하는 디스플레이부(40);
   를 포함하는 3축 무게 중심 측정 시스템.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 처리부(20)는
   상기 중량 측정부(10)에서 송신하는 데이터를 바탕으로 x축의 무게 중심을 연산하는 CGX 연산부(21),
   상기 CGX 연산부(21)에서 연산된 데이터를 수신하여 상기 중량 측정부(10)와 지면이 형성하는 각도를 조절하는 틸팅각 제어부(22) 및
   상기 CGX 연산부(21) 및 틸팅각 제어부(22)에서 데이터를 수신하여 z축의 무게 중심을 연산하는 CGZ 연산부(23)를 더 포함하는 3축 무게 중심 측정 시스템.
   
6. 제5항의 3축 무게 중심 측정 시스템을 이용하여 무게 중심을 측정하는 방법에 있어서,
   상기 중량 측정부(10)에서 피측정물의 중량을 측정하는 중량 측정 단계(S100);
   상기 중량 측정 단계(S100)에서 측정한 중량으로 피측정물의 x축 또는 y축의 무게 중심을 CGX 연산부(21)에서 연산하는 CGX 연산 단계(S200);
   상기 CGX 연산부(21)에서 측정한 값을 바탕으로 상기 틸팅각 제어부(22)에서 틸팅 각도를 연산하는 틸팅 각도 연산 단계(S300);
   상기 틸팅각 제어부(22)에서 연산한 데이터를 수신하여 상기 유압 장치(300)의 높이를 조절하는 각도 조절 단계(S400);
   상기 중량 측정부(10)에서 중량을 재측정하여, z축의 무게 중심을 CGX 연산부(23)에서 연산하는 CGZ 연산 단계(S500); 및
   x축 또는 y축의 무게 중심과 z축의 무게 중심을 상기 디스플레이부(40)에 표시하는 디스플레이 단계(S600);
   를 포함하여 x축, y축 및 z축의 무게 중심을 측정하는 3축 무게 중심 측정 방법.

Images