KR20140029690A - 심도 경사계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 본 출원인의 대한민국 특허 제10-0996411호의 "심도 경사계"를 개선한 것으로서, 천공장치가 천공하는 구멍의 깊이(심도)를 측정하는 이동거리 측정기(10)와, 천공장치가 구멍을 천공하는 동안, 천공장치가 X-Y축 방향으로 기울어지는 경사도를 측정하는 경사도 감지수단(20)과, 이동거리 측정기(10)와 경사도 감지수단(20)으로부터 신호를 입력받아, 심도에 따른 경사도를 디스플레이 및 저장하는 모니터(50)로 구성되는 심도 경사계에 있어서, 정북 방향을 측정하는 지자기 센서(30)와, 천공장치가 구멍을 천공하는 과정에서 발생하는 천공장치의 슬루잉 값(slewing value)을 측정하는 자이로 센서(40)를 더 포함하고, 지자기 센서(30)에 의해 정북 방향에 대한 천공장치의 배치위치가 모니터(50)에 디스플레이되고, 경사도 감지수단(20), 자이로 센서(40)의 표시값을 이용하여 천공장치를 천공위치에 세팅할 수 있을 뿐만 아니라, 천공장치가 구멍을 천공할 때, 이동거리 측정기(10), 경사도 감지수단(20) 및 자이로 센서(40)의 데이터가 모니터(50)로 제공되어, 모니터(50)에 천공깊이에 따른 천공장치의 경사도와 슬루잉 값이 디스플레이 및 저장되는 것을 특징으로 한다.

Description

심도 경사계{DEPTH-INCLINOMETER}
본 발명은 본 출원인의 대한민국 특허 제10-0996411호의 "심도 경사계"를 개선한 것으로서, 보다 상세하게는 지자기 센서와 자이로 센서가 추가 장착된 심도 경사계에 관한 것이다.
본 출원인의 대한민국 특허 제10-0996411호(2010년 11월 18일, 등록)에 "심도 경사계"가 소개되어 있다.
상기 심도 경사계는 지중 천공장비의 리더에 장착되어 지반을 천공할 때 심도에 따른 경사도를 측정하는 경사도 감지센서와, 상기 경사도 감지센서에 의해 측정된 아날로그 값의 경사도 실측값을 디지털 값의 경사도 실측값으로 변환하는 A/D 컨버터와, 상기 A/D 컨버터에 의해 디지털 값으로 변환된 경사도 실측값에서 회로 노이즈와 임펄스를 제거하고 입력신호인 정현파만을 통과시키는 FIR 필터(Finite Impulse Response filter)와, 상기 FIR 필터에서 회로 노이즈와 임펄스가 제거된 경사도 실측값을 상기 경사도 실측값의 변화량에 따라 버퍼 수를 달리하여 응답속도를 가지는 이동 평균값으로 선형화하는 이동평균필터와, 상기 경사도 감지센서와 상기 A/D 컨버터의 외부온도를 측정하고 해당 외부온도에서의 상기 경사도 감지센서와 상기 A/D 컨버터에서의 편차값을 구하고 이를 상기 경사도 감지센서에 의해 측정되는 경사도 실측값에 더해 심도 경사도를 구하는 온도 보상부와, 및 상기 온도 보상부에서 온도 보상된 심도 경사도를 사용자가 원하는 반응속도에 따라 선형화하여 표시부로 출력하는 댐핑(damping)부를 포함한다.
그러나, 상기 심도 경사계는 천공장치의 배치위치 기준을 정하기 어려웠고, 슬루잉 값을 알 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 자이로 센서와 지자기 센서가 추가로 장착되어, 지자기 센서에 의해 천공장치의 배치위치 기준을 쉽게 정할 수 있고, 심도에 따른 X-Y축 경사도 뿐만 아리라 슬루잉 값을 알 수 있어, 정밀한 작업 데이터를 얻을 수 있으며, 모니터에 천공하고자하는 지보공의 분할 각도를 표시할 수 있는 심도 경사계를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 심도 경사계는 천공장치가 천공하는 구멍의 깊이(심도)를 측정하는 이동거리 측정기와, 천공장치가 구멍을 천공하는 동안, 천공장치가 X-Y축 방향으로 기울어지는 경사도를 측정하는 경사도 감지수단과, 이동거리 측정기와 경사도 감지수단으로부터 신호를 입력받아, 심도에 따른 경사도를 디스플레이 및 저장하는 모니터로 구성되는 심도 경사계에 있어서,
정북 방향을 측정하는 지자기 센서와, 천공장치가 구멍을 천공하는 과정에서 발생하는 천공장치의 슬루잉 값(slewing value)을 측정하는 자이로 센서를 더 포함하고, 지자기 센서에 의해 정북 방향에 대한 천공장치의 배치위치가 모니터에 디스플레이되고, 경사도 감지수단, 자이로 센서의 표시값을 이용하여 천공장치를 천공위치에 세팅할 수 있을 뿐만 아니라, 천공장치가 구멍을 천공할 때, 이동거리 측정기, 경사도 감지수단 및 자이로 센서의 데이터가 모니터로 제공되어, 모니터에 천공깊이에 따른 천공장치의 경사도와 슬루잉 값이 디스플레이 및 저장되는 것을 특징으로 한다.
상기 모니터는 화면에 좌우 경사도를 나타내는 X축과 상하 경사도를 나타내는 Y축이 교차되게 표시되어, X축과 Y축의 교차점이 0으로 표시되고, 정북 방향을 지시하는 지침과 스루잉 값을 표시하는 지침이 원 안에 표시되며, 좌측 상단에 어태치먼트(리더)의 작업 형태가 표시되는 것을 특징으로 한다.
터널에 지보공을 소정의 간격으로 천공해야 할 경우, 자이로 센서에 의해 모니터의 화면에 지보공을 천공할 각도가 분할 표시될 수 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 본 발명에 따른 심도 경사계는 지자기 센서에 의해 천공장치의 배치위치 기준을 쉽게 정할 수 있고, 이동거리 측정기, 경사도 감지수단 및 자이로 센서에 의해 심도에 따른 X-Y축 경사도 뿐만 아니라 슬루잉 값을 알 수 있어, 정밀한 작업 데이터를 얻을 수 있으며, 모니터에 천공하고자하는 지보공의 분할 각도를 표시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 심도 경사계를 도시한 블록도이다.
도 2는 터널의 천정에 지보공을 천공하는 예를 도시한 개략도이다.
도 3 내지 도 6은 모니터 화면의 디스플레이를 보고 천공 작업을 세팅하고 지보공을 천공하는 과정을 도시한 것이다.
도 7은 실제 터널에 천공해야할 지보공의 위치가 도시되고, 도 8은 도 7의 지보공 천공위치에 대응되게 모니터 화면에 천공위치를 분할 표시한 것이다.
도 9는 본 발명에 따른 심도 경사계가 지반천공장치에 적용되는 예를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 심도 경사계는 천공장치가 천공하는 구멍의 깊이(심도)를 측정하는 이동거리 측정기(10)와, 천공장치가 구멍을 천공하는 동안, 천공장치가 X-Y축 방향으로 기울어지는 경사도를 측정하는 경사도 감지수단(20)과, 이동거리 측정기(10)와 경사도 감지수단(20)으로부터 신호를 입력받아, 심도에 따른 경사도를 디스플레이 및 저장하는 모니터(50)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 심도 경사계에 있어서, 본 발명은 정북 방향을 측정하는 지자기 센서(30)와, 천공장치가 구멍을 천공하는 과정에서 발생하는 천공장치의 슬루잉 값(slewing value)을 측정하는 자이로 센서(40)를 더 포함한다.
이것에 의해, 지자기 센서(30)에 의해 정북 방향에 대한 천공장치의 배치위치가 모니터(50)에 디스플레이되고, 경사도 감지수단(20), 자이로 센서(40)의 표시값을 이용하여 천공장치를 천공위치에 세팅할 수 있을 뿐만 아니라, 천공장치가 구멍을 천공할 때, 이동거리 측정기(10), 경사도 감지수단(20) 및 자이로 센서(40)의 데이터가 모니터(50)로 제공되어, 모니터(50)에 천공깊이에 따른 천공장치의 경사도와 슬루잉 값이 디스플레이 및 저장된다.
여기서, 슬루잉 값(slewing)은 천공장치가 구멍을 천공하는 과정에서 외부 환경요인에 의해 모니터의 X축과 Y축 사이로 미끄러져 배치되는 각도를 의미한다.
상기 천공장치(100)는 터널의 천정을 보강하기 위해 지보공을 천공하는 장치, 지반보강, 관정, 시추공 시공 등에서 지반에 구멍을 천공하는 장치, 또는 항타기 중 어느 하나일 수 있으며, 도 2에 도시된 것처럼, 이동수단인 베이스(110)에 천공수단인 어태치먼트(120 ; "리더" 또는 "베드"라고도 함)가 장착된 것이다.
상기 이동거리 측정기(10), 경사도 감지수단(20), 및 모니터(50)는 이미 대한민국 특허 제10-0996411호의 심도 경사계에 자세하게 소개되어 있고, 지자기 센서(30) 및 자이로 센서(40)는 이미 잘 알려져 있어, 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 도 3에 도시된 것처럼, 상기 모니터(50)는 화면(51)에 좌우 경사도를 나타내는 X축과 상하 경사도를 나타내는 Y축이 교차되게 표시되어, X축과 Y축의 교차점이 0으로 표시되고, 정북 방향을 지시하는 지침(52)과 스루잉 값을 표시하는 지침(53)이 원(54) 안에 표시되며, 좌측 상단에 어태치먼트의 작업 형태가 표시된다. 도 3에는 어태치먼트가 오거인 것으로 표시되어 있으나, 어태치먼트는 헤머일 수 있다.
또한, 상기 화면(51)에는 X축 경사도와 Y축 경사도가 디지털 값으로 표시되고, 스루잉 값이 NW 0.00, NE 0.00, SE 0.00, SW 0.00 형태로 디지털 값으로 표시되며, 천공장치의 베이스(BASE)의 X축 및 Y축 경사도 또한 디지털 값으로 표시된다.
그리고, 상기 모니터(50)에는 경사각도 설정범위를 초과하면 깜박거리는 경사각도 알람 표시등(AL), 알람 소리를 온/오프하는 스위치(BZ), 화면에 표시되는 수치 및 좌표의 표시를 "0.0"으로 세팅하는 제로 스위치(SET), 베이스에 대한 데이터와 어태치먼트에 대한 데이터 중 어느 한 데이터가 화면에 디스플레이되도록 하는 화면 선택 스위치(L/B), 어태치먼트 화면에서 작업 형태가 오거/해머 중 어느 하나임을 표시하는 스위치(A/H), 알람 및 속도감응 설정 스위치(AL/SP, ↑, ↓)가 장착된다.
상기 알람 및 속도감응 설정 스위치(AL/SP, ↑, ↓)는 AL/SP 스위치를 5초가 누른 후, 알람 또는 감응속도를 업 다운 스위치(↑, ↓)를 이용하여 설정값을 선택할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 경사도 감지수단(20) 및 지자기 센서(30)는 천공장치(100)의 베이스(110) 및 어태치먼트(120)에 각각 장착된다.
예들 들어, 도 2에 도시된 것처럼, 터널(200)의 천정(210)을 보강하기 위해 지보공(220)을 천공하는 것으로 가정하고, 도 2와 같이, 천공장치(100)의 베이스가 작업 위치에 도달되면, 화면 선택 스위치(L/B)를 눌러, 화면에 베이스에 대한 경사도 정보가 표시되도록 한다. 이것에 의해, 천공장치(100)의 베이스(110)에 장착된 경사도 감지수단(20)이 베이스의 X축 및 Y축 경사도를 감지하여, 모니터(50)로 데이터를 전송하게 되어, 도 3에 도시된 것처럼, 모니터의 화면(51)에 천공장치 베이스의 X축 및 Y축에 대한 경사도가 디스플레이된다. 도 3에는 베이스의 X축 경사도(BX)가 -3.5°이고, Y축 경사도(BY)가 -3.0°로 표시되어 있다.
따라서, 작업자는 모니터 화면에 표시된 베이스의 X축 및 Y축 경사도를 보고, 베이스의 전후좌우가 수평이 되도록 조작하여 제로 세팅함으로써, X축 및 Y축 경사도가 "0"으로 표시된다.
베이스의 제로 세팅이 완료되면, 다시, 화면 선택 스위치(L/B)를 눌러, 화면에 어태치먼트에 대한 경사도 정보가 표시되도록 한다. 그리고, 어태치먼트의 위치를 확인하고, 어태치먼트가 작업 도면에 지시된 지보공 천공위치에 놓이도록 조정한다. 즉, 도 4에서 정북 방향을 가리키는 지침(52)과 작업도면(도시하지 않음)의 정북 방향을 일치시킴으로써, 작업자가 어태치먼트의 배치 방향을 인식할 수 있다. 이후, 작업자는 이를 기준으로 하여, 자이로 센서를 나타내는 지침(53)을 작업도면에 지시된 지보공 천공위치로 모니터 화면(51)에 표시하고, 도 4에 도시된 것처럼, 자이로 센서를 나타내는 지침(53)이 Y축에 일치되도록 어태치먼트를 조정한다. 이것에 의해, 모니터의 화면(53)에는 지보공 천공위치에 배치된 어태치먼트의 상하 경사도를 나타내는 Y축 경사도와 좌우 경사도를 나타내는 X축 경사도가 디지털 값으로 표시된다. 도 4에는 어태치먼트의 상하 경사도를 나타내는 Y축 경사도가 30°로 표시되어 있다.
이후, 제로 스위치(SET)를 눌러, 도 5에 도시된 것처럼, 모니터의 화면에 자이로 센서 지침(53)이 Y축과 일치된 상태에서 어태치먼트를 나타내는 사각 표시점이 X축 0 그리고 Y축 0 지점에 세팅된다.
이후, 어태치먼트가 지보공을 천공하기 시작하면, 이동거리 측정기(10), 경사도 감지수단(20) 및 자이로 센서(40)의 신호가 모니터(50)로 전송되어, 모니터(50)에 표시된다.
예를 들어, 지보공 1m 천공지점에서 외부 환경요인에 의해, 어태치먼트의 0.0 세팅점에서 벗어나게 되면, 도 6에 도시된 것처럼, 모니터의 화면에 표시된다. 즉, 도 6에는 제 1 사각 표시점(55)이 X축 방향으로 1.5, 제 2 사각 표시점(56)이 Y축 방향으로 -1.0 그리고, 스루잉 값이 NE 20.00으로 표시되어 있다.
이때, 작업자는 허용오차 범위에 들면 천공작업을 계속 진행하고, 허용오차 범위를 넘어서면, 천공 작업을 정지하고, 재시공한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 심도 경사계는 작업 데이터가 모니터에 표시될 뿐만 아니라 저장되어, 천공작업을 실시간 관리할 수 있을 뿐만 아니라 작업 데이터를 보관할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명은, 도 7에 도시된 것처럼, 터널에 지보공을 소정의 간격으로 천공해야 할 경우, 도 8에 도시된 것처럼, 자이로 센서에 의해 모니터의 화면에 지보공을 천공할 각도가 분할 표시될 수 있다.
이것에 의해, 작업자는 어느 한 지보공을 천공한 후, 다음 지보공의 천공위치를 편리하게 찾을 수 있는 장점이 있다.
위에서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 심도 경사계는 지자기 센서에 의해 천공장치의 배치위치 기준을 쉽게 정할 수 있고, 이동거리 측정기, 경사도 감지수단 및 자이로 센서에 의해 심도에 따른 X-Y축 경사도 뿐만 아리라 슬루잉 값을 알 수 있어, 정밀한 작업 데이터를 얻을 수 있으며, 자이로 센서에 의해 모니터에 천공하고자하는 지보공의 분할 각도를 표시할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 심도 경사계는 위에서 터널천공작업의 지보공 천공 작업과 관련하여 설명하였기만, 도 9에 도시된 것처럼, 지반을 천공할 때에도 똑같이 적용할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
10 : 이동거리 측정기 20 : 경사도 감지수단
30 : 지자기 센서 40 : 자이로 센서
50 : 모니터

Claims (3)

  1. 천공장치가 천공하는 구멍의 깊이(심도)를 측정하는 이동거리 측정기(10)와, 천공장치가 구멍을 천공하는 동안, 천공장치가 X-Y축 방향으로 기울어지는 경사도를 측정하는 경사도 감지수단(20)과, 이동거리 측정기(10)와 경사도 감지수단(20)으로부터 신호를 입력받아, 심도에 따른 경사도를 디스플레이 및 저장하는 모니터(50)로 구성되는 심도 경사계에 있어서,
    정북 방향을 측정하는 지자기 센서(30)와, 천공장치가 구멍을 천공하는 과정에서 발생하는 천공장치의 슬루잉 값(slewing value)을 측정하는 자이로 센서(40)를 더 포함하고,
    지자기 센서(30)에 의해 정북 방향에 대한 천공장치의 배치위치가 모니터(50)에 디스플레이되고, 경사도 감지수단(20), 자이로 센서(40)의 표시값을 이용하여 천공장치를 천공위치에 세팅할 수 있을 뿐만 아니라, 천공장치가 구멍을 천공할 때, 이동거리 측정기(10), 경사도 감지수단(20) 및 자이로 센서(40)의 데이터가 모니터(50)로 제공되어, 모니터(50)에 천공깊이에 따른 천공장치의 경사도와 슬루잉 값이 디스플레이 및 저장되는 것을 특징으로 하는 심도 경사계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 모니터(50)는 화면(51)에 좌우 경사도를 나타내는 X축과 상하 경사도를 나타내는 Y축이 교차되게 표시되어, X축과 Y축의 교차점이 0으로 표시되고, 정북 방향을 지시하는 지침(52)과 스루잉 값을 표시하는 지침(53)이 원(54) 안에 표시되며, 좌측 상단에 어태치먼트(리더)의 작업 형태가 표시되고, 베이스의 X축과 Y축 경사도가 표시되는 것을 특징으로 하는 심도 경사계.
  3. 제 1 항에 있어서,
    터널에 지보공을 소정의 간격으로 천공해야 할 경우, 자이로 센서에 의해 모니터의 화면에 지보공을 천공할 각도가 분할 표시될 수 있는 것을 특징으로 하는 심도 경사계.
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