KR20190093272A - 공압 가진 시스템 및 이를 이용한 가진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형화되고 무거운 장비을 가진할 수 있고, 대형화 되고 무거운 장비가 제작되었지만 설치 위치에 따라 운용되는 진동 문제에 대비할 수 있는 공압 가진 시스템 및 이를 이용한 가진 방법에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 가진 대상이 올려지는 프레임 하부의 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 공압 액츄에이터; 상기 복수개의 공압 액츄에이터에 일정한 압력이 제공되도록 공압을 유지하는 공압 조절기; 상기 복수개의 공압 액츄에이터 각각에 연결되며, 상기 공압 조절기에 의하여 제공되는 공압이 상기 복수개의 공압 액츄에이터에 서로 독립적으로 전달되도록 개별적으로 개폐량이 조절되는 공압 밸브; 및 상기 복수개의 공압 액츄에이터를 작동시킬 진동신호에 기초하며 상기 공압밸브에 입력될 제어 신호를 발생시키는 제어기를 포함한다.

Description

공압 가진 시스템 및 이를 이용한 가진 방법{Pneumatic system and method of using it}

본 발명은 가진기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대형화되고 무거운 장비을 가진할 수 있고, 대형화 되고 무거운 장비가 제작되었지만 설치 위치에 따라 운용되는 진동 문제에 대비할 수 있는 공압 가진 시스템 및 이를 이용한 가진 방법에 관한 것이다.

산업의 발달에 따라 진동 및 소음이 중요한 문제로 대두되면서, 구조물의 동 특성을 규명하거나 구조물의 진동을 제어하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.

일반적으로 가진기(exciter)는 소정 목적에 부합되도록 설계된 제품 또는 구조물에 진동을 가해, 그 진동현상을 관찰하고자 할 때 사용된다. 이러한 가진기는 원하는 주파수 대역과 크기의 진동을 유발시킬 수 있는데, 전기적인 신호를 입력으로 하여 이 파형을 기계적인 변위나 힘으로 변환시켜주는 구조를 가진다. 가진기는 대부분 1자유도 시스템을 이용하고 있는데, 1자유도로 진동하기 때문에 공진주파수가 발생한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 산업현장에서는 주로 전동식 가진기와 압전식 가진기, 그리고 유압식 가진기가 이용되고 있다. 전동식 가진기와 압전식 가진기는 비교적 넓은 주파수 범위에서 정확한 작동을 보장할 수 있고, 유압식 가진기는 대형화를 통해 큰 가진력을 낼 수 있는 장점이 있다. 그러나 전동식 가진기와 압전식 가진기는 대형화가 어려워 큰 구조물의 진동 실험에 한계가 있다. 그리고 유압식 가진기는 작동유체를 공급하기 위한 기름탱크와 배관시설, 누유(oil leak) 방지를 위한 안전설비가 필요해 실험 준비가 복잡한 문제점이 있다.

더 나아가 대형화되고 무겁게 제작되는 장비가 생산되는 공장과 이 생산된 장비가 직접 설치되어 사용되는 곳의 바닥 진동 상태가 다르다. 그에 따라 생산된 장비가 제작 시엔 문제가 없지만, 공장에 설치했을 때 진동에 의한 문제가 발생하기도 한다. 따라서 장비 제작시 장비를 가진하여 어느 정도 레벨의 진동이 문제가 되는지, 문제가 되는 진동 주파수는 얼마인지를 확인할 필요가 있다.

KR 10-0444568

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 대형화되고 무거운 장비를 가진 할 수 있으면서, 장비가 제작되는 중에 이 장비를 가진하여 어느 정도의 진동 레벨이 문제가 되는지, 문제가 되는 진동 주파수가 얼마인지를 확인하여 설치 위치에 따라 운용되는 진동 문제에 대비할 수 있는 공압 가진 시스템 및 이를 이용한 가진 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가진 대상이 올려지는 프레임 하부의 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 공압 액츄에이터; 상기 복수개의 공압 액츄에이터에 일정한 압력이 제공되도록 공압을 유지하는 공압 조절기; 상기 복수개의 공압 액츄에이터 각각에 연결되며, 상기 공압 조절기에 의하여 제공되는 공압이 상기 복수개의 공압 액츄에이터에 서로 독립적으로 전달되도록 개별적으로 개폐량이 조절되는 공압 밸브; 및 상기 복수개의 공압 액츄에이터를 작동시킬 진동신호에 기초하며 상기 공압밸브에 입력될 제어 신호를 발생시키는 제어기를 포함한다.

바람직하게는 상기 프레임은 정방향으로 네 군데 모서리 부분에 상기 공압 액츄에이터가 설치되는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다른 특징은 복수개의 공압 액츄에이터를 포함하는 공압 가진 시스템의 가진 방법으로서, (a) 서로 다른 위치에 설치되는 공압 액츄에이터의 출력을 입력받는 단계; (b) 상기 단계 (a)에서 입력받은 공압 액츄에이터의 출력에 기초하여 공압 밸브의 제어 신호를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 단계 (b)에서 결정된 제어신호에 기초하여 상기 서로 다른 위치에 설치된 공압 액츄에이터를 작동시키기 위한 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

바람직하게는 상기 단계 (a)에서의 공압 액츄에이터의 출력은 공압 액츄에이터마다 달라진다.

본 발명에 의하면, 대형화되고 무겁게 제작되는 장비가 생산되는 공장과 이 생산된 장비가 직접 설치되어 사용되는 곳의 바닥 진동 상태에 대비하여 어느 정도 레벨의 진동이 문제가 되는지를 파악함으로써 설치 위치에 운용되는 진동 문제를 해결하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공압 가진 시스템을 간략하게 도시한 구성도.
도 2은 본 발명에 따른 공압 가진 시스템의 공압 액츄에이터가 제작된 장비 및 이 장비가 올려지는 프레임의 하부에 설치된 예를 보여주는 사진.
도 3는 본 발명에 따른 공압 가진 시스템에서의 공압 액츄에이터를 개념적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 공압 가진 시스템에서의 공압 액츄에이터의 외형을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 공압 가진 시스템을 이용한 가진 방법을 도시한 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 공압 가진 시스템을 이용한 공압 가진 성능을 보여주는 그래프.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 공압 가진 시스템을 간략하게 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공압 가진 시스템의 공압 액츄에이터가 제작된 장비 및 이 장비가 올려지는 프레임의 하부에 설치된 예를 보여주는 사진이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공압 가진 시스템은 복수개의 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)와, 복수개의 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)에 일정한 압력이 제공되도록 공압을 유지하는 공압 조절기(300)와, 복수개의 공압 액츄에이터(100a, 100b, 1000c, 100d) 각각에 연결되며, 공압 조절기(300)에 의하여 제공되는 공압이 복수개의 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)에 서로 다르게 전달되도록 개폐량이 조절되는 공압 밸브(200a, 200b, 200c, 200d)와, 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)를 작동시킬 진동신호에 기초하며 공압 밸브(200a, 200b, 200c, 200d)에 입력될 제어 신호를 발생시키는 제어기(400)를 포함한다.

공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)는 도 2의 사진에서 보여주는 바와 같이 프레임(1) 하부의 모서리 부분에 각각이 서로 다른 위치에 설치된다. 예를 들면 일반 레벨 풋 옆에 설치할 수 있으며 사용자가 임의로 배치해도 상관없다. 이때 프레임(1)은 다양한 형태 일 수 있으며 도 2에 도시된 프레임과 같이 정방형일 수도 있으며, 장방형, 원형도 가능하며 이 외에 다른 형태도 가능할 수 있다.

그리고 본 발명에서의 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)의 개수는 4개를 이용하였지만 제작되는 장비와 이 제작되는 장비가 올려지는 프레임의 무게를 포함하는 총 무게에 따라 개수가 더 늘어날 수 있으며 장비 및 프레임(1)의 형태에 따라 개수가 달라질 수 있다. 예를 들면 정방형의 프레임을 포함한 가진 대상이 10톤 이상인 경우 프레임(1) 하부의 모서리 부분에 두 개씩의 공압 액츄에이터를 한 쌍으로 하여 8개의 공압 액츄에이터가 설치될 수도 있고, 원형의 프레임일 경우 일정한 간격을 두고 적어도 하나 이상의 공압 액츄에이터가 설치 될 수도 있다.

도 3는 본 발명에 따른 공압 가진 시스템에서의 공압 액츄에이터를 개념적으로 도시한 도면이다. 공압 액츄에이터는 압축 공기가 충전된 챔버(110)와 공기를 밀봉하기 위한 다이아프램(140)과 테이블(130)과, 테이블(130)을 지지하기 위한 피스톤 축(120)으로 구성되며 에어튜브(160)가 연결되는 에어튜브 홀(150)을 포함한다. 챔버(110) 내 공기는 압축 및 팽창을 통해 스프링 역할을 하며, 점탄성 재료로 만들어지는 다이아프램(140)은 공기에 비해서는 작지만 무시할 수 없는 강성 및 감쇠특성을 가진다. 일반적으로 공압식 실린더의 피스톤 로드(piston rod) 및/또는 피스톤(piston)이 각각 에어 베어링에 의해 선형 방식으로 안내되는 것이 제안된다. 이러한 경우의 선형 안내 수단 및 부하 보상 수단은 피스톤 로드 및/또는 피스톤을 공통의 컴포넌트로서 공유한다. 공압식 실린더의 하우징이 기초부 및 이동가능한 피스톤에 또는 피스톤로드가 이동 가능한 전기자에 연결된다면, 그리고 피스톤 및/또는 피스톤 로드가 공기 베어링에 의해 각각 안내된다면, 전기자의, 그리고 이 전기자 위에 선택적으로 배열되는 물체의 중력의 보상은 저마찰 방식으로 유발될 수 있다. 그러므로, 비선형의 마찰-관련된 효과들은 액추에이터에 의해 전기자의 가진 동안 최소화될 수 있다. 부하 보상 수단이 1 초과의 n 개의(n > 1) 공압식 실린더(pneumatic cylinder)를 포함하며, 공압식 실린더의 피스톤 로드(piston rod) 및/또는 피스톤(piston)은 각각 에어 베어링에 의해 선형 방식으로 안내되는 것이 제공될 수 있다. 복수의 공압식 실린더들(n)의 배열로 인해, 이들은 단일의 더 큰 치수 형성된 공압식 실린더가 이를 위해 제공되는 경우보다 주어진 중력의 보상을 위한 치수가 더 작을 수 있다. 부하 보상 수단이 1 초과의 n 개의 공압식 실린더들을 포함한다면, 1 초과의 n 개의 공압식 실린더들이 동일한 중심 각도들(α = 360ㅀ/n)을 각각 갖는 상기 액추에이터를 주변에 원형으로 배열되는 것이 제공될 수 있다. 중심 각도는 센터링 각도(centering angle)로 또한 불릴 수 있다. 이러한 배열로 인해, 중력의 특히 대칭적인 보상이 달성되어, 도입되는 토크들과 같은 다른 섭동 영향들(perturbing influences)을 최소화한다. 본 발명의 개념은 다른 패턴들, 예컨대 정사각형 또는 직사각형의 공압식 실린더들의 배열들을 또한 포함한다.

도 4는 본 발명에 따른 공압 가진 시스템에서의 공압 액츄에이터의 외형을 도시한 도면으로 상부의 테이블(130)은 나사(170)로 체결되며, 이 체결된 나사(170)를 돌리면 프레임(1)의 높이가 높아지므로 공압 액츄에이터를 원하는 위치에 놓은 후, 상부를 돌려 프레임(1)에 밀착하여 설치할 수 있다. 이로써 간편하게 공압 액츄에이터를 설치할 수 있으며 이동이 손쉬울 수 있다.

공압 밸브(200a, 200b, 200c, 200d)는 복수개의 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d) 각각에 연결되며, 공압 조절기에 의하여 제공되는 공압이 복수개의 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)에 서로 다르게 전달되도록 개폐량이 조절되도록 한다. 일반적으로 공압 밸브는 공기압 회로에서 액츄에이터에 공급되는 압축공기의 흐름에 대한 방향전환, 역류방지 등 유동방향을 제어하는 밸브를 총칭하며 전환밸브, 체크밸브, 급속배기밸브 등이 있을 수 있다.

전환밸브는 흐름의 상태가 두 가지 이상이 있고 관로 접속구 즉 포트가 2개 이상 있어서 압축공기의 흐름 상태를 변환시키는 밸브이며, 주 관로가 접속되는 밸브의 포트 수에 따라 2포트, 3포트, 4포트, 5포트 밸브 등이 있고, 압축공기의 흐름 상태를 결정하는 밸브의 전환 위치 수에 따라서 2위치, 3위치, 4위치, 5위치 밸브 등이 있는데 주로 2위치 밸브와 3위치 밸브가 많이 쓰이고 있다. 그리고 3위치 밸브 (또는 4위치 밸브) 의 중앙 위치의 흐름형식 (유로형식) 에 따라 클로즈드 센터형 (올 포드 블록형), 압력센터형 (PAB 접속형), 배기센터형(ABR 접속형) 등이 있다.

그리고 전환밸브를 전환하는데 필요한 조작력을 가하는 방식에 따라 인력 조작방식, 기계조작방식, 전기 조작방식, 파일럿 조작방식 등으로 분류한다. 인력 조작방식은 버튼, 레버 등의 수동조작과 페달에 의한 발 조작방식이 있으며, 기계조작 방식은 플런저, 스프링, 롤러 등이 이용된다. 또한 전기조작 방식은 전자조작과전동기조작이 있으며 전자 조작방식은 전자석으로 조작하는 방식으로서 단동 슬레노이드 조작방식이 있는데 이들 밸브의 조작에 의해 공급되는 파일럿 공기압력으로 전환밸브를 전환하는 밸브로서 직접 파일럿 조작방식과 간접 파일럿 조작방식이 있다.

한편 주 밸브의 기본구조에 따라 포핏밸브(poppet valve), 스풀밸브(spool valve), 슬라이드밸브(slide valve) 등이 있다. 포핏밸브는 밸브 몸체가 밸브자리에서 수직방향으로 이동하여 유로를 개폐하는 형식이며 스풀밸브는 밸브몸체가 원형통 미끄럼면에 내접하여 축방향으로 이동하여 유로를 개폐하는 형식이다.

그리고 정상위치의 흐름상태에 따라 분류할 수 있는데 전환밸브에 조작력 또는 제어신호가 작용하지 않는 상태에서 밸브 몸체의 위치를 정상위치라 한다. 이 정상위치에서 압축공기 공급포드 (P 포트) 로 공급되는 압축공기가 흐를 수 있도록 열려 있으면 상시개 (N.O) 밸브, 닫혀 있어서 압축공기가 차단되는 상태이면 상시폐(N.C) 밸브라고 한다.

또한 밸브 몸체의 복귀형식에 따라서도 분류할 수 있는데 전환밸브에 조작력 또는 제어신호를 제거했을 때 밸브 몸체의 복귀 방식에 따라 스프링리턴, 공기압 리턴, 디텐트 (detent) 방식으로 분류된다. 이때 스프링리턴 방식은 스프링력에 의해서, 또 공기압리턴 방식은 공기압력에 의해서 밸브 몸체를 정상위치로 복귀시키는 방식이며, 디텐드 방식은 밸브의 조작력 또는 제어신호를 제거하여도 복귀하지 않고 그 위치를 유지할 수 있도록 한 밸브이다. 따라서 이 밸브의 복귀는 다른 조작력 또는 제어신호에 의해서만 가능하다.

그러나 본 발명에서의 공압 밸브(200a, 200b, 200c, 200d)로 비례 밸브를 이용하며, 비례 밸브는 스풀을 무한대로 배치하여 무한히 조절할 수 있는 유량을 제공한다. 스트로크 제어 또는 강제 제어 솔레노이드를 사용하여 스풀의 무한 위치를 결정한다. 이 가변 포지셔닝은 방향과 속도에 대해 별도의 밸브가 필요하지 않고 계량 노치로 스풀을 설계하여 흐름 / 속도 제어는 물론 방향 제어 기능을 하나의 밸브에 모두 제공할 수 있는 특징이 있으며, 다만 공압 밸브(200a, 200b, 200c, 200d)를 비례 밸브로 한정하지 않으며 다양한 밸브를 사용할 수도 있다.

제어기(400)는 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)의 특성 및 공압 밸브(200a, 200b, 200c, 200d)의 특성, 공압 조절기의 상태를 파악하고 있으며, 공압 액츄에이터(100a, 100b, 100c, 100d)의 특성에 기반하여 작동시킬 진동신호를 기초로 공압 밸브(200a, 200b, 200c, 200d)에 입력될 제어 신호를 발생한다.

도 5는 본 발명에 따른 공압 가진 시스템을 이용한 가진 방법을 도시한 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 공압 가진 시스템을 이용한 공압 가진 성능을 보여주는 그래프이다.

도 5에 도시된 바와 같이 제어기는 서로 다른 위치에 설치되는 공압 액츄에이터의 출력을 입력 받는다(S110). 이때 제어기는 액츄에이터의 특성 및 공압 밸브의 특성, 공압 조절기의 상태를 파악하고 있으며, 공압 액츄에이터의 출력은 공압 액츄에이터를 작동시킬 진동신호이며, 각각이 서로 다른 위치에 설치되어 있으므로 작동시킬 진동신호를 다르게 입력할 수 있다. 예를 들면 서로 다른 4개의 공압 액츄에이터에 각각의 진동신호를 다르게 입력시키므로 3축 방향으로 진동할 수 있도록 출력을 입력 받는다.

이후 단계 S110에서 입력 받은 공압 액츄에이터의 출력에 기초하여 공압 밸브의 제어 신호를 결정한다(S120).

그리고 단계 S120에서 결정된 제어신호로 서로 다른 위치에 설치된 공압 액츄에이터로 신호를 발생시킨다(S30). 이때 발생된 제어 신호에 의하여 공압 액츄에이터가 진동하게 되며, 이 공압 액츄에이터의 진동에 의하여 프레임 및 프레임에 올려진 가진 대상을 가진할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1: 프레임
100a, 100b, 100c, 100d: 공압 액츄에이터
110: 챔버
120: 피스톤 축
130: 테이블
140: 다이아프램
150: 공압 튜브 홀
160: 공압 튜브
200a, 200b, 200c, 200d: 공압 밸브
300: 공압 조절기
400: 제어기

Claims (4)

1. 가진 대상이 올려지는 프레임 하부의 서로 다른 위치에 설치되는 복수개의 공압 액츄에이터;
   상기 복수개의 공압 액츄에이터에 일정한 압력이 제공되도록 공압을 유지하는 공압 조절기;
   상기 복수개의 공압 액츄에이터 각각에 연결되며, 상기 공압 조절기에 의하여 제공되는 공압이 상기 복수개의 공압 액츄에이터에 서로 독립적으로 전달되도록 개별적으로 개폐량이 조절되는 공압 밸브; 및
   상기 복수개의 공압 액츄에이터를 작동시킬 진동신호에 기초하며 상기 공압밸브에 입력될 제어 신호를 발생시키는 제어기
   를 포함하는 공압 가진 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 프레임은 정방향으로 네 군데 모서리 부분에 상기 공압 액츄에이터가 설치되는 것
   을 특징으로 하는 공압 가진 시스템.
3. 복수개의 공압 액츄에이터를 포함하는 공압 가진 시스템의 가진 방법으로서,
   (a) 서로 다른 위치에 설치되는 공압 액츄에이터의 출력을 입력받는 단계
   (b) 상기 단계 (a)에서 입력받은 공압 액츄에이터의 출력에 기초하여 공압 밸브의 제어 신호를 결정하는 단계; 및
   (c) 상기 단계 (b)에서 결정된 제어신호에 기초하여 상기 서로 다른 위치에 설치된 공압 액츄에이터를 작동시키기 위한 신호를 발생시키는 단계
   를 포함하는 공압 가진 시스템의 가진 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 단계 (a)에서의 공압 액츄에이터의 출력은 공압 액츄에이터마다 달라지는 것
   을 특징으로 하는 공압 가진 시스템의 가진 방법.

Images