KR20230006261A - 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치에 관한 것으로, 음향 수조에서 음향 파워를 측정하는 수중청음기를 송신기에 맞게 회전각도를 조절하여 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치에 관한 것이다. 회전유니트에 의해 수중청음기를 서보모터로 각도를 정밀제어할 수 있다.

Description

회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치{Sensor precision position control device with rotating unit for acoustic water tank}

본 발명은 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치에 관한 것으로, 음향 수조에서 음향 파워를 측정하는 수중청음기를 송신기에 맞게 회전각도를 조절하여 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치에 관한 것이다.

음향 수조는 수중음원의 음향 파워를 측정을 위해 활용된다. 음향 파워를 측정하기 위해 송신기(Transmitting)가 설치되고, 수중청음기(Hydrophone)는 수조의 폭, 높이 방향 중앙에서 길이 방향 길이를 변경하면서 실험을 진행하게 된다.

현재 음향 수조 내에서 수중청음기의 위치 조정은 계측에 의한 수작업으로 진행되고 있으며, 대형 수조 구조상 센서를 직접 고정하는 것은 실험 환경 특성상 어려움이 있다. 또한, 설치 위치 역시 인적 오류로 인해 재현성의 문제가 발생할 수 있다.

특히, 송신기의 설치 위치에 맞게 수중청음기의 방향을 정확히 맞춰 정밀 측정 가능한 기술이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 특2003-0096264

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 음향 수조 내에서 인적 오차를 줄이고 실험의 정확성을 높이기 위해 수중청음기의 정밀한 위치 제어를 갖춘 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치가 필요하다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 음향 수조에 설치되어 음향을 측정하는 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치에 있어서, 양측과 상부가 연결되고 상기 음향 수조에서 양측과 상부를 이격되되, 둘러싸는 형태로 설치되는 구조체; 상기 구조체 하부에 설치되는 제4서버모터와, 상기 제4서버모터에 연결되어 수평방향으로 회전 가능하고 상기 음향 수조의 내부로 위치하게 되는 회전축과, 상기 회전축 단부에서 수중청음기가 설치되는 고정구로 구성된 회전유니트;가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치를 제공하고자 한다.

상기의 해결 수단에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 따르면 회전유니트에 의해 음향 수조의 내부에서 수중청음기의 각도를 조절 가능하게 하므로, 송신기의 방향에 맞추어 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 X,Y,Z축 방향으로 서보모터에 의해 수중청음기를 X,Y,Z 축으로 정밀하게 조절하여 원하는 위치에서 음향 측정을 쉽게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시에에 따른 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치의 사시도.
도 2는 도 1의 측면도.
도 3은 도 1의 주요부 확대도.
도 4는 도 1의 회전유니트 확대도.
도 5는 음향 수조의 좌표 축 정의를 나타낸 도이다.
도 6은 위치 제어 알고리즘 순서도.
도 7은 제어판넬의 디스플레이 화면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 하기 설명 및 첨부 도면에 나타난 바는 본 발명의 전반적인 이해를 위해 제시된 것이므로 본 발명의 기술적 범위가 그것들에 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시에에 따른 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 측면도이며, 도 3은 도 1의 주요부 확대도이며, 도 4는 도 1의 회전유니트 확대도이다.

도 1과 2를 참조하면, 본 발명인 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치는 음향 수조에 설치되어 음향을 측정하는 장치로 크게 구조체와, 회전유니트(400)로 이루어지며, 구조체에는 프레임(100)을 중심으로 Y축 이동유니트(200), X축 이동유니트(300), Z축 이동유니트(400)를 포함되고, 또한 제어판넬이 설치된다.

상기 프레임(100)은 한 쌍의 수직프레임(120)과 수평프레임(140)으로 구성되며, 수직프레임(120)은 음향 수조의 양측에 이격되게 각각 설치된다. 수평프레임(140)은 수직프레임(120)의 상부에서 연결되도록 설치되어 음향 수조 상부에 위치하게 되어서 상기 Y축 이동유니트(200), X축 이동유니트(300), Z축 이동유니트(400), 회전유니트(500)를 설치할 수 있다.

여기서, 프레임(100)은 음향 수조와 이격되어 있어 음향 수조와 전혀 간섭을 받지 않게 되므로 정밀 측정이 가능하다.

또한, 상기의 프레임(100)은 음향 수조의 길이가 긴 방향인 X축 방향으로 이동 가능하다. 상기의 프레임(100)의 수직프레임(120) 하부에는 롤러(620)가 설치되게 하고 음향 수조의 양측에 이격되는 위치에 롤러(620)와 결합되는 레일(640)을 설치되도록 하여 프레임(100)을 음향 수조의 길이가 긴 방향을 따라 이동시킬 수 있다.

아래에서는 음향을 탐지하도록 정밀 이동을 위한 상기 Y축 이동유니트(200), X축 이동유니트(300), Z축 이동유니트(400), 회전유니트(500)를 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 상기 Y축 이동유니트(200)는 상기 상부프레임(140)에 레일이 설치되고 제1서보모터(220)에 의해 음향 수조의 길이가 짧은 폭 방향인 Y축 방향으로 이동된다.

상기 X축 이동유니트(300)는 상기 Y축 이동유니트(200)에 설치되어 Y축 이동유니트(200)의 이동에 연동되게 되며, 제2서보모터(320)에 의해 X축 방향으로 이동된다.

상기 Z축 이동유니트(400)는 상기 X축 이동유니트(300)에 설치되어 X축 이동유니트(300)의 이동에 연동되게 되며, 제3서보모터(420)에 의해 상,하 방향인 Z축으로 이동된다.

상기 회전유니트(500)는 상기 Z축 이동유니트(400)에 설치되어 Z축 이동유니트(400)의 이동에 연동되게 되며, 수중청음기를 클램핑하여 제4서보모터(520)에 의해 수평방향으로 일정각도 회전이 가능하다.

그리고, 본 발명에서는 상기의 X축 이동유니트(300), Z축 이동유니트(400), 회전유니트(500)를 정밀 제어하기 위한 제어판넬이 필요하다.

상세하게, 상기 수평프레임(140)은 제1,2플레이트(142,144)가 나란하게 형성되고, 상기 Y축 이동유니트(200)는, 상기 제1플레이트(142)에는 상기 제1서보모터(220)가 설치되어 상기 제1플레이트(142)를 따라 이동되는 대차(240)와, 상기 대차(240)에서 상기 제2플레이트(144)에 연결되어 연동되는 제3플레이트(260)와, 상기 제3플레이트(260)에 연결되어 상기 제2플레이트(144)를 따라 이동되는 제4플레이트(280)로 구성되는 것을 특징으로 한다. 여기서 상기 대차(240)에는 제1서보모터(220)와 파워서플라이 PLC(Programable Logic Controller)가 설치된다.

또한, 상기 X축 이동유니트(300)는 상기 제3플레이트(260)에 설치되어 상기 제3서보모터(420)에 의해 작동되는 제1볼스크류(340)로 이루어지고, 상기 Z축 이동유니트(400)는 상기 제1볼스크류의 너트(360)에 설치되어 상기 제3서보모터(420)에 의해 작동되는 제2볼스크류(440)로 이루어지고, 상기 회전유니트(500)는 상기 제2볼스크류(440)의 너트에 설치되는 제4모터(520)와, 상기 제4서버모터(520)에 연결되어 수평 회전 가능한 회전축(540)과 상기 회전축(540)의 하부에 설치되어 수중청음기가 설치되는 고정구(560)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

도 4를 참조하면, 상기 회전유니트(500)의 구체적 형상을 알 수 있으며, 제4서버모터(520)에 길게 연결된 회전축(540)은 길이가 길게 형성되어 음향 수조의 내부에 위치할 수 있도록 하고, 원활한 축 회전을 위해서 베어링(580)이 설치되게 된다. 따라서, 본 발명에서 회전유니트(500)는 제4서버모터(520)를 작동함으로써 설치되는 수중청음기의 각도를 정확하게 제어할 수 있게 된다. 수중청음기의 각도조절이 필요한 이유는 송신기와 일직선이 되도록 하여 정확한 수중 청음을 가능하게 하기 때문이다.

도 1과 2를 참조하면, 본 발명에서는 프레임이동수단(600)에 의해 상기의 프레임(100)을 X축 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기의 프레임이동수단(600)은 상기의 상기 음향 수조 양측으로 이격되어 본 발명에서는 음향 수조의 길이가 긴 방향인 X축 방향으로 수조의 길이와 대응되는 긴 레일(620)과, 상기 수직프레임(120) 하부에 형성되어 상기 레일과 맞닿는 롤러(640)로 구성된다.

그래서 프레임(100)을 X축 방향으로 전체 이동시킬 수 있다. 이와 같이 프레임이동수단(600)이 설치되는 이유는 음향 수조가 통상적으로 대형으로 형성되게 되는데, 상기 X축 이동유니트(300)는 모터에 의해 이동가능하므로 이를 무한히 길게 하기에는 비용과 그리고, 음향 수조의 상부에 설치하기는 어려움이 따른다.

따라서, 프레임이동수단(600)에 의해 프레임(100)을 이동시켜서 X축 이동유니트(300)로 정밀조정하면 되므로 X축 이동유니트(300)의 이동 한계를 극복할 수 있는 이점이 있다.

여기서, 제어판넬은 상기 음향 수조의 크기를 디스플레이하고, 상기 제1서보모터(220), 제2서보모터(320), 제3서보모터(420), 제4서보모터(520)의 작동을 제어하여 X,Y,Z축으로 지정된 위치에서 음향 측정 가능하게 한다. 따라서 본 발명은 음향 수조에서 발생한 송신기(Transmitting)에 위치에 대응되는 정확한 위치와 그리고 각도(θ)에 맞게 수중청음기를 정밀 제어하여 정확한 측정이 가능하게 한다.

도 5는 음향 수조의 좌표 축 정의를 나타낸 도이다.

도 5에서 보면, 음향 수조의 길이가 긴 방향을 X축으로 정의하고, 너비 방향을 Y축으로 정의하였으며, 높이 방향을 Z축으로 정의하였으며, 각도는 Z축을 중심으로 수평방향을 회전각을 θ로 정의하였다.

도 6은 위치 제어 알고리즘 순서도이다.

상기 제어판넬에는 상기 음향 수조의 크기에 대한 길이가 X축, 너비가 Y축, 높이가 Z 축으로 설정되고, 상기 음향 수조의 크기 미만으로 상기 X축,Y축,Z축 이동유니트의 제어범위가 설정되어 제어범위 이내에서는 작동되고, 제어범위를 벗어나는 경우 오류로 인식하는 것을 특징으로 한다.

도 7은 제어판넬의 디스플레이 화면도이다.

상기 제어판넬에는 상기 음향 수조의 크기를 나타낸 길이방향과 너비방향을 나타낸 X,Y축 평면도가 디스플레이 되고, 상기 음향 수조의 크기를 나타낸 길이방향과 높이방향을 나타낸 X,Z축 정면도가 디스플레이 되고, 상기 음향 수조에서 수중청음기의 각도 세타(θ)가 디스플레이 되며, 상기 수중청음기의 위치는 원점 위치를 리셋 가능하게 하며, 상기 수중청음기의 원점 위치에서 상기 X,Y축 평면도와 X,Z축 정면도에 상기 X축,Y축,Z축 이동유니트의 이동제어범위가 디스플레이되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명은 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치의 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100: 프레임
120: 수직프레임
140: 수평프레임
142: 제1플레이트
144: 제2플레이트
200: Y축 이동유니트
220: 제1서버모터
240: 대차
260: 제3플레이트
280: 제4플레이트
300: X축 이동유니트
320: 제2서버모터
340: 제1볼스크류
400: Z축 이동유니트
420: 제3서버모터
440: 제2볼스크류
500: 회전유니트
520: 제4서버모터
540: 회전축
560: 고정구

Claims (5)

1. 음향 수조에 설치되어 음향을 측정하는 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치에 있어서,
   양측과 상부가 연결되고 상기 음향 수조에서 양측과 상부를 이격되되, 둘러싸는 형태로 설치되는 구조체;
   상기 구조체 하부에 설치되는 제4서버모터와, 상기 제4서버모터에 연결되어 수평방향으로 회전 가능하고 상기 음향 수조의 내부로 위치하게 되는 회전축과, 상기 회전축 단부에서 수중청음기가 설치되는 고정구로 구성된 회전유니트;가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구조체는,
   음향 수조의 양측면에서 각각 이격 되게 설치되는 한 쌍의 수직프레임(120)과, 한 쌍의 상기 수직프레임 상부 사이에 연결되어 상기 음향 수조 상부에 이격되게 위치하는 수평프레임(140)으로 구성되어 상기 음향 수조의 길이가 긴 방향인 X축 방향으로 이동가능한 프레임(100);
   상기 상부프레임에 레일이 설치되고 제1서보모터에 의해 음향 수조의 길이가 짧은 폭 방향인 Y축 방향으로 이동되는 Y축 이동유니트(200);
   상기 Y축이동유니트에 설치되어 제2서보모터에 의해 X축 방향으로 이동되는 X축 이동유니트(300);
   상기 X축 이동유니트에 설치되고 제3서보모터에 의해 상,하 방향인 Z축으로 이동되는 Z축 이동유니트(400);이 포함되는 것을 특징으로 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 수평프레임(140)은 제1,2플레이트가 나란하게 형성되고,
   상기 Y축 이동유니트(200)는, 상기 제1플레이트에는 상기 제1서보모터가 설치되어 상기 제1플레이트를 따라 이동되는 대차(240)와, 상기 대차에서 상기 제2플레이트에 연결되어 연동되는 제3플레이트(260)와, 상기 제3플레이트에 연결되어 상기 제2플레이트를 따라 이동되는 제4플레이트(280)로 구성되는 것을 특징으로 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 X축 이동유니트(300)는 상기 제3플레이트에 설치되어 상기 제3서보모터에 의해 작동되는 제1볼스크류(340)로 이루어지고,
   상기 Z축 이동유니트(400)는 상기 제1볼스크류의 너트에 설치되어 상기 제4서보모터에 의해 작동되는 제2볼스크류로 이루어지고,
   상기 회전유니트(500)는 상기 제2볼스크류의 너트에 설치되는 제4서버모터와, 상기 제4서버모터에 연결되어 수중청음기가 설치되는 회전축으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 음향 수조의 크기를 디스플레이하고, 상기 제1서보모터, 제2서보모터, 제3서보모터, 제4서보모터의 작동을 제어하여 지정된 위치에서 음향 측정 가능하게 하는 제어판넬이 포함되는 것을 특징으로 하는 회전유니트가 구비된 음향 수조용 센서 정밀 위치 제어장치.

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