KR20220081636A - 하중 측정 장치 - Google Patents

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KR20220081636A
KR20220081636A KR1020200171353A KR20200171353A KR20220081636A KR 20220081636 A KR20220081636 A KR 20220081636A KR 1020200171353 A KR1020200171353 A KR 1020200171353A KR 20200171353 A KR20200171353 A KR 20200171353A KR 20220081636 A KR20220081636 A KR 20220081636A
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force
axis
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gravity
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김주현
이동우
김의근
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한국항공우주연구원
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Abstract

일 실시예에 따른 하중 측정 장치는, 인양대상의 X, Y, Z축 각각의힘을 측정할 수 있는 하중 측정 센서부, 상기 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생시 알림 표시 여부를 결정하는 제어부, 및 상기 제어부의 알림 표시 신호를 받아, 상기 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생 여부 또는 힘의 크기 정보를 제공하는 경고알림부를 포함할 수 있고, 여기서, 상기 Z축은 중력 방향이고, 상기 X축 및 상기 Y축은 상기 중력 방향에 수직한다.

Description

하중 측정 장치{LOAD MEASURING DEVICE}
본 발명은 하중 측정 장치에 대해 개시한다.
일반적으로 부품 등 인양 물체를 싣거나 내리기 위해 구비되는 크레인(crane, 또는 기중기라고도 함)은 일정한 하중에도 안정성을 유지하면서 특정된 높이, 길이 및 회전반경을 유지하는 붐을 통해 고중량의 기계나 건축물을 이동시키거나 설치하는 중장비의 하나를 말한다.
크레인은 중량물(重量物)을 상승시키는 권상, 상승된 중량물을 수평 방향으로 이동하는 주행, 횡행, 선회, 및 수평 방향으로 이동한 중량물을 하강시키는 권하 등의 동작을 수행함으로써 중량물을 특정한 한 위치에서 다른 위치로 이동시키게 된다. 크레인은, 중량물이 걸리게 되는 훅(hook)부와, 훅부에 연결되는 와이어로프(wire rope)와, 와이어로프가 권취되는 와이어드럼 등을 포함하여 이루어진다.
크레인용 로드 셀은 인양 물체의 무게를 가늠하고 하중 여부를 확인하기 위하여 사용된다. 현재 실험실 내부에서 사용되는 크레인 로드 셀은 위성의 조립, 시험 시 위성 및 부품의 인양을 위해 사용된다.
이와 관련하여, 일본공개특허공보 제3229113호는 슬래브 거푸집이 매달아 올려 장치에 대해 개시한다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예에 따른 목적은 인양 물체의 중력 방향 하중뿐만 아니라 수평 방향으로 받는 힘을 확인할 수 있는 하중 측정 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 조작자가 다양한 방향에서 측정된 하중값을 확인할 수 있는 디스플레이부를 구비한 하중 측정 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 인양 물체의 무게중심점을 측정할 수 있는 하중 측정 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 하중 측정 장치는, 인양대상의 X, Y, Z축 각각의 힘을 측정할 수 있는 하중 측정 센서부, 상기 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생시 알림 표시 여부를 결정하는 제어부, 및 상기 제어부의 알림 표시 신호를 받아, 상기 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생 여부 또는 힘의 크기 정보를 제공하는 경고알림부를 포함할 수 있고, 여기서, 상기 Z축은 중력 방향이고, 상기 X축 및 상기 Y축은 상기 중력 방향에 수직한다.
일 측에 따르면, 일 실시예에 따른 하중 측정 장치는, 상기 인양대상의 무게중심점을 계산하는 연산부 및 상기 연산부를 통해 획득된 무게중심 정보를 표시하는 무게중심 표시부를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 무게중심 표시부는 상기 인양대상과 상기 하중 측정 장치의 연결 지점으로부터 상기 인양대상의 무게중심까지의 X축 및 Y축 이격 거리를 표시할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 경고알림부는 X축 또는 Y축 힘이 설정 힘 이상일 때, 소리 신호에 의한 경고알람을 발생시킬 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 경고알림부는, X축 힘이 설정 힘 이상일 때 제1 색상을 발광하는 제1 발광부재, 및 Y축 힘이 설정 힘 이상일 때 제2 색상을 발광하는 제2 발광부재를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 일 실시예에 따른 하중 측정 장치는, 시각 정보를 제공하는 디스플레이부를 더 포함할 수 있고, 상기 디스플레이부는 상기 힘 정보를 표시할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 경고알림부는 상기 디스플레이부를 통해 X축 힘 또는 Y축 힘이 설정 범위 이상임을 알리는 발광신호를 표시할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 디스플레이부는, 측정된 X 축 및 Y축 방향 각각의 각각의 힘 벡터를 시각화하여 표시할 수 있다.
일 실시예에 따른 하중 측정 장치는 인양 물체의 중력 방향 하중뿐만 아니라 수평 방향으로 받는 힘을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따른 하중 측정 장치는 조작자가 다양한 방향에서 측정된 힘의 값을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따른 하중 측정 장치는 인양 물체의 무게중심점을 확인하고 무게중심점에 정확하게 근접하여 인양할 수 있다.
일 실시예에 따른 소리 인식 및 알림 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 하중 측정 장치의 사용 상태를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 하중 측정 장치를 자세히 나타낸다.
도 3은 다른 실시예에 따른 하중 측정 장치를 자세히 나타낸다.
도 4는 무게중심 표시부가 구비된 일 실시예에 따른 하중 측정 장치를 도시한다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 하중 측정 장치(10)의 사용상태를 나타낸다.
일 실시예에 따른 하중 측정 장치(10)는 크레인에 연결되어 사용될 수 있으며, 예를 들어, 일 실시예에 따른 하중 측정 장치(10)는 크레인을 통해 인양대상을 인양하는 작업에 활용될 수 있다. 인양대상은 예를 들어 정밀한 조절을 요하는 인공위성 부품(P)일 수 있다.
일 실시예에 따른 하중 측정 장치(10)는 중력 방향으로 작용하는 하중(F1) 뿐만 아니라 수평 방향으로 작용하는 힘(F2)를 측정할 수 있다. 조작자(O)는 하중 측정 장치(10)의 측면에 표시된 힘(F1 또는 F2) 측정값을 확인하면서 인공 위성(S)에 부품(P)을 부착하기 위해 부품(P)을 이송하거나 인양하는 작업을 조절하는데 이용될 수 있다.
일 실시예에 따른 하중 측정 장치(10)는 3축 방향으로의 힘을 측정하는 센서를 포함할 수 있어, 3축 방향의 힘을 감지할 수 있다. 이를 통해, 인양 부품(P)의 중력 방향 뿐만 아니라 수평 방향으로 가해지는 힘을 측정할 수 있어, 수평방향으로의 힘이 설정 힘 이상으로 가해져서 부품(P)이 위성(S)을 가격하는 위험을 방지하는데 이용될 수 있다.
하중 측정 장치(10, 20)에 대해서는 아래의 도 2 내지 도 4에서 자세히 후술한다.
도 2는 일 실시예에 따른 하중 측정 장치(10)를 자세히 나타낸다.
도 2를 참고하여, 일 실시예에 따른 하중 측정 장치(10)는, 인양대상(P)의 X, Y, Z축 각각의 힘(F(x), F(y), F(z))을 측정할 수 있는 하중 측정 센서부(110), 하중 측정 센서부(110)가 수집한 정보를 표시하는 디스플레이부(120), X축 힘(F(x)) 또는 Y축 힘(F(y))의 발생시 알림 표시 여부를 결정하는 제어부(미도시), 및 제어부의 알림 표시 신호를 받아 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생 여부 또는 힘의 크기 정보 등을 제공하는 경고알림부(130)를 포함할 수 있다.
여기서, Z축은 중력 방향이고, X축 및 Y축은 중력 방향에 수직한 방향이다. 또한, X축과 Y축은 서로 수직한다.
하중 측정 센서부(110)는 Z축 힘, X축 및 Y축 방향으로의 하량을 측정할 수 있는 로드 셀일 수 있다. 하중 측정 센서부(110)는 하중 측정 장치(10)에 매달린 부품(P)과의 연결되는 부분에 배치될 수 있다.
디스플레이부(120)에는 하중 측정 센서부(110)가 측정한 Z축 힘의 값이 표시될 수 있다. 도 2에는 디스플레이부(120)가 하중 측정 장치(10)의 일 측면에만 구비된 것으로 도시되었으나, 하중 측정 장치(10)의 각 면에 디스플레이부(120)가 부착될 수 있고, 이로 인해 어떤 각도에서도 조작자(O)가 디스플레이부(120)에 표시된 값을 읽을 수 있다. 즉, 조작자(O)가 멀리서도 디스플레이부(120)를 확인하여 하중 측정 센서부(110)가 제공하는 정보를 손쉽게 바로 알 수 있도록 화면이 가독성 있게 구성될 수 있다.
경고알림부(130)는 적어도 두 개의 발광부재를 포함할 수 있다. 발광부재 각각은 X축 또는 Y축 힘이 설정 힘 이상일 때 서로 다른 색을 발광할 수 있다.
예를 들어, 두 개의 발광부재는 하중 측정 장치(10)의 상단의 좌우에 각각 배치될 수 있다. 좌측에 배치된 발광부재는 X축 힘이 설정힘(예를 들어 1~10kg) 이상으로 측정될 때 제1 색상(예를 들어, 주황색)으로 발광할 수 있고, 우측에 배치된 발광부재는 Y축 힘이 설정힘(예를 들어, 1~10kg) 이상으로 측정될 때 다른 색상(예를 들어, 빨강색)으로 발광할 수 있다. 조작자(O)는 이러한 경고등 역할을 하는 두 개의 발광부재를 통해 부품(P)의 좌우방향 충돌 위험을 빨리 알아차릴 수 있다.
또한, 경고알림부(130)는 X축 또는 Y축 힘이 설정 힘 이상일 때, 소리 신호에 의한 경고알람을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 발광부재가 발광할 때 부저음이 같이 발생할 수 있다. 이를 통해, 조작자(O)는 순간 하중 측정 장치(10)를 보고 있지 않아도 위험요소를 빠르게 인지할 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 하중 측정 장치(20)를 나타낸다.
도 3을 참고하여, 다른 실시예에 따른 하중 측정 장치(20)는 인양대상(P)의 X, Y, Z축 각각의 힘을 측정할 수 있는 하중 측정 센서부(210), 하중 측정 센서부(210)가 수집한 정보를 표시하는 디스플레이부(220), X축 힘 또는 Y축 힘의 발생시 알림 표시 여부를 결정하는 제어부(미도시), 및 제어부의 알림 표시 신호를 받아 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생 여부 또는 힘의 크기 정보 등을 제공하는 경고알림부(230)를 포함할 수 있다.
디스플레이부(220)는 하중 측정 장치(20)에 내장된 하중 측정 센서부(210)가 수집한 힘 정보를 표시할 수 있다. 여기에서, 디스플레이부(220)는, 조작자(O)가 힘 정보를 보다 더 직관적으로 인식할 수 있도록, 측정된 X 축 및 Y축 방향 각각의 힘 벡터를 시각화하여 표시할 수 있다. 디스플레이부(220)는 상기 벡터를 표시하는 주 디스플레이 외에도 Z축 힘, 즉 인양대상의 무게값만 표시하는 보조 디스플레이를 포함할 수 있다. 이러한 보조 디스플레이는 주 디스플레이가 배치된 하중 측정 장치(20)의 일 측면과 다른 측면에 구비될 수 있다.
경고알림부(230)는 디스플레이부(220)를 통해 수평 힘에 따른 경고 여부를 표시할 수 있다. 구체적으로, 경고알림부(230)는 수평 방향의 힘의 정도에 따라 디스플레이부(220)에 경고 색상을 표시할 수 있으며, 예를 들어, 경고알림부(230)는 디스플레이부(220)를 통해 X축 힘 또는 Y축 힘이 설정 범위에 따라 다른 색상을 표시할 수 있다.
예를 들어, 하중 측정 장치(20)가 Y축 방향으로 힘을 50kg 이상 받게 될 경우 경고알림부(230)는 디스플레이부(220)가 빨간색으로 깜빡이도록 경보를 발생시킬 수 있고, 5~10kg의 힘을 받을 경우 노란색으로 깜빡이도록 경보를 발생시킬 수 있다.
경고알림부(230)는 디스플레이부(220)의 발광과 함께 부저음과 같은 소리 경고를 통해 조작자(O)에게 위험 여부를 즉각적으로 인지시킬 수 있다.
도 4는 무게중심 표시부(300)가 구비된 하중 측정 장치(20)를 나타낸다.
하중 측정 장치(20)는 인양대상의 무게중심점을 계산하는 연산부(미도시) 및 연산부를 통해 획득된 무게중심 정보를 표시하는 무게중심 표시부(300)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이부(220)의 일 측에 무게중심 표시부(300)가 배치될 수 있다.
무게중심 표시부(300)는 인양대상인 부품(P)과 하중 측정 장치(20)가 연결된 지점으로부터 부품(P)의 무게중심까지의 X축 및 Y축 이격 거리를 표시할 수 있다. 구체적으로, 연산부는 X축 힘과 Y축 힘의 벡터 값으로부터 상기 연결된 지점이 부품(P)의 무게중심으로부터 얼마나 이격되어 있는지를 계산할 수 있다. 이렇게 계산된 X축 값과 Y축 값은 수치적으로 표시될 수 있으며, 무게중심 표시부(300)를 이를 표시하게 된다. 이러한 수치 값들은 + 또는 -로 표시될 수 있다.
하중 측정 장치(20)로 부품(P)을 인양할 때, 크레인의 인양부가 부품(P)의 무게중심에 정확히 근접하지 않을 경우 경고알람부(230)를 통하여 경보가 발생될 수 있다. 이와 함께, 무게중심 표시부(300)가 부품(P)의 연결 지점이 부품(P)의 무게중심으로부터 X축과 Y축으로 얼마나 떨어져 있는지를 표시함으로써, 조작자(O)는 부품(P)의 연결 지점을 부품(P)의 무게 중심으로 용이하게 재조정할 수 있다.
무게중심 표시부(300)를 통해서, 크레인이 부품(P)을 완전히 들어올리기 전에 무게중심으로 연결 지점을 조정함으로써 부품(P)과 위성(S)의 충돌을 미리 방지할 뿐만 아니라 재조정 작업 시간도 감축할 수 있다.
위에서는 다른 실시예에 따른 하중 측정 장치(20)에 무게중심 표시부(300)가 포함되었음을 설명하였으나, 일 실시예에 따른 따른 하중 측정 장치(10)에도 무게중심 표시부(300)가 구비될 수 있다.
하중 측정 장치(10, 20)를 통하여, 중력 방향 하중뿐만 아니라 수평 방향(좌우 방향)으로 받는 힘을 확인할 수 있고, 인양부의 무게중심으로부터의 이격 거리를 확인할 수 있다.
이를 통하여, 수평방향으로 힘을 받은 상태에서 인양시 부품(P)이 이탈하거나 흔들리는 상황을 방지하여, 부품(P)과 위성(S)의 의도치 않은 충돌을 사전에 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 하중 측정 장치(10, 20)는, 조작자가 무게 디스플레이를 여러 방향에서 확인할 수 있음으로써, 정밀 조립을 요하는 작업에 활용될 수 있다. 이는 위성 부품(P)과 같은 인양대상 뿐만 아니라 작업자의 안전성을 확보하는데 도움이 될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
10, 20: 하중 측정 장치
110, 210: 하중 측정 센서부
120, 220: 디스플레이부
130, 230: 경고알림부
300: 무게중심 표시부
P: 부품
S: 위성
O: 조작자

Claims (8)

  1. 인양대상의 X, Y, Z축 각각의 힘을 측정할 수 있는 하중 측정 센서부;
    상기 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생시 알림 표시 여부를 결정하는 제어부; 및
    상기 제어부의 알림 표시 신호를 받아, 상기 X축 힘 또는 Y축 힘의 발생 여부 또는 힘의 크기 정보를 제공하는 경고알림부;
    를 포함하는,
    여기서, 상기 Z축은 중력 방향이고, 상기 X축 및 상기 Y축은 상기 중력 방향에 수직하는,
    하중 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인양대상의 무게중심점을 계산하는 연산부; 및
    상기 연산부를 통해 획득된 무게중심 정보를 표시하는 무게중심 표시부;
    를 더 포함하는,
    하중 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 무게중심 표시부는 상기 인양대상이 연결 지점으로부터 상기 인양대상의 무게중심까지의 X축 및 Y축 이격 거리를 표시하는,
    하중 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 경고알림부는 X축 또는 Y축 힘이 설정 힘 이상일 때, 소리 신호에 의한 경고 알람을 발생시키는,
    하중 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 경고알림부는,
    X축 힘이 설정 힘 이상일 때 제1 색상을 발광하는 제1 발광부재; 및
    Y축 힘이 설정 힘 이상일 때 제2 색상을 발광하는 제2 발광부재;
    를 포함하는,
    하중 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    시각 정보를 제공하는 디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 디스플레이부는 상기 힘 정보를 표시하는,
    하중 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경고알림부는 상기 디스플레이부를 통해 X축 힘 또는 Y축 힘이 설정 범위 이상임을 알리는 발광신호를 표시하는,
    하중 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 디스플레이부는,
    측정된 X축 힘 및 Y축 힘을 힘 벡터로 시각화하여 표시하는,
    하중 측정 장치.
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