KR20180011377A

KR20180011377A - 분동 질량 자동 측정장치

Info

Publication number: KR20180011377A
Application number: KR1020160092419A
Authority: KR
Inventors: 이민수; 이기영
Original assignee: 한국산업기술시험원
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-02-01

Abstract

본 발명은 물질 고유의 질량을 측정하는데 사용되는 분동 질량 자동 측정장치에 관한 것이다. 분동 질량 자동 측정장치는 매거진과, 저울과, 이송로봇과, 공기밀도 측정부, 및 제어부를 포함한다. 매거진은 복수의 교정분동이 안착된다. 저울은 교정분동의 질량을 각각 측정한다. 이송로봇은 매거진에 안착된 교정분동 중 하나를 파지하여 저울로 이송하거나, 저울을 통해 교정분동의 질량이 측정되면 저울 상에 안착된 교정분동을 파지하여 매거진으로 이송한다. 공기밀도 측정부는 온도센서와, 습도센서와, 압력센서를 구비하여 저울 주변의 온도와, 습도와, 대기압을 측정하여 공기밀도를 산출한다. 제어부는 저울을 통해 측정된 교정분동의 질량 값을 수신하여 저장하며, 공기밀도 측정부를 통해 측정된 공기밀도 값을 수신하여 공기의 부력 보정 값을 산출하고, 공기의 부력 보정 값을 이용하여 저울을 통해 측정된 교정분동의 참질량 값을 구한다.

Description

분동 질량 자동 측정장치{AUTOMATIC MASS MEASUREMENT DEVICE OF WEIGHT}

본 발명은 물질 고유의 질량을 측정하는데 사용되는 분동의 정확성을 검증하는 분동 질량 자동 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 분동은 질량 표준의 보급에 있어 그 핵심 매개체이면서 "하나의 질량척도의 물체로서 물리적 및 화학적으로 규정에 맞춰진 것"으로 정의된다.

이러한 분동은 자신보다 낮은 등급의 분동을 교정하거나 계량법에 따른 저울을 검정할 때의 표준으로 쓰이며, 그의 허용오차가 국제적으로 정해져 있다. 따라서, 분동은 그 정밀도를 유지하기 위해서 분동의 질량값을 측정하여 최소 2년에 1회 교정을 받아야만 한다.

그러나, 종래에는 교정 설계 과정에서 실시되는 분동의 질량 측정이 고정밀도를 요함에도 불구하고, 질량 측정시 작업자가 수작업으로 교정 분동을 저울에 올림으로써 교정분동을 올려놓는 위치에 따라 편심오차가 발생하여 교정의 정확성을 높이는데 문제가 있었다.

등록특허공보 10-0844174 (2008.06.30 공고)

본 발명의 과제는 자동으로 교정분동을 파지하여 연속적으로 교정분동의 질량을 측정함으로써, 인력에 의한 불확도를 제거하여 측정 정밀도가 향상된 분동 질량 자동 측정장치를 제공함에 있다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 분동 질량 자동 측정장치는 매거진과, 저울과, 이송로봇과, 공기밀도 측정부, 및 제어부를 포함한다. 매거진은 복수의 교정분동이 안착된다. 저울은 교정분동의 질량을 각각 측정한다. 이송로봇은 매거진에 안착된 교정분동 중 하나를 파지하여 저울로 이송하거나, 저울을 통해 교정분동의 질량이 측정되면 저울 상에 안착된 교정분동을 파지하여 매거진으로 이송한다. 공기밀도 측정부는 온도센서와, 습도센서와, 압력센서를 구비하여 저울 주변의 온도와, 습도와, 대기압을 측정하여 공기밀도를 산출한다. 제어부는 저울을 통해 측정된 교정분동의 질량 값을 수신하여 저장하며, 공기밀도 측정부를 통해 측정된 공기밀도 값을 수신하여 공기의 부력 보정 값을 산출하고, 공기의 부력 보정 값을 이용하여 저울을 통해 측정된 교정분동의 참질량 값을 구한다.

본 발명에 따르면, 분동 질량 자동 측정장치는 자동으로 교정분동을 파지하여 연속적으로 질량을 측정하므로 인력의 수고를 감소시킬 수 있으며, 교정시간을 단축시킬 수 있게 된다.

또한, 저울의 정확한 위치에 교정분동을 안착시켜 질량을 측정하므로, 인력에 의한 불확도를 제거하여 측정 정밀도를 향상시킴으로써 교정결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

아울러, 저울 주변의 공기의 부력 변화에 따라, 저울을 통해 측정된 유체의 질량 값을 보정해 줌으로써 측정 정밀도를 향상시켜줄 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분동 질량 자동 측정장치의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 분동 질량 자동 측정장치를 구현한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 분동 질량 자동 측정장치에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분동 질량 자동 측정장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 분동 질량 자동 측정장치를 구현한 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 분동 질량 자동 측정장치(100)는 매거진(110)과, 저울(120)과, 이송로봇(130)과, 공기밀도 측정부(140), 및 제어부(150)를 포함한다. 여기서, 분동이란 질량 표준의 보급에 있어 그 핵심 매개체로서, 물질 고유의 질량을 측정하는데 쓰인다.

매거진(110)에는 복수의 교정분동(10)이 안착된다. 보다 구체적으로, 매거진(110)은 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 교정분동(10)에 먼지나 이물질 등이 달라붙지 않도록 전면이 개구된 박스(box) 형태로 이루어질 수 있다. 이는, 교정분동(10)이 1 mg ~ 500 mg과 같이 미세 분동으로 이루어진 경우, 교정분동(10)에 먼지나 이물질이 붙게 되면 질량값의 측정시 영향을 받아 정확한 교정작업을 수행할 수 없기 때문이다.

한편, 교정분동(10)은 질량이 각각 다르게 형성될 수 있으며, 와이어 형태 또는 원기둥 형태로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 1 mg ~ 500 mg의 미세분동은 삼각 또는 사각 형태와 같이 일정 각도를 갖는 와이어 형태로 형성될 수 있으며, 500 mg을 초과하는 일반 분동은 원기둥 형태로 형성될 수 있다.

이에 따라, 매거진(110)의 전면에는 와이어 형태의 교정분동(10)이 걸리는 고리(111)가 형성될 수 있다. 그리고, 매거진(110)의 상측면에는 원기둥 형태의 교정분동(10)이 안착되는 안착 홈(112)이 형성될 수 있다.

필요에 따라, 고리(111)와 안착 홈(112) 중 하나만 매거진(110)에 형성될 수도 있고, 고리(111)와 안착 홈(112) 모두 매거진(110)에 형성될 수 있다. 이때, 안착 홈(112)은 각 교정분동(10)의 지름 크기와 일치되도록 형성하는 것이 바람직하다.

저울(120)은 교정분동(10)의 질량을 각각 측정한다. 여기서, 저울(120)은 1 mg 이하의 미세 분동을 측정할 수 있는 전자저울(120)로 형성되는 것이 바람직하다.

이송로봇(130)은 매거진(110)에 안착된 교정분동(10) 중 하나를 파지하여 저울(120)로 이송하거나, 저울(120)을 통해 교정분동(10)의 질량이 측정되면 저울(120) 상에 안착된 교정분동(10)을 파지하여 매거진(110)으로 이송한다.

보다 구체적으로, 이송로봇(130)은 제1 가이드부재(131)와, 제2 가이드부재(132)와, 제3 가이드부재(133)와, 그리퍼(134)를 포함하다.

제1 가이드부재(131)는 X축 방향의 가이드 레일이 형성된다. 보다 구체적으로, 제1 가이드부재(131)는 바닥면으로부터 일정 높이로 이격되어 설치될 수 있으며, 전후면에 각각 X축 방향의 가이드 레일이 형성될 수 있다.

제2 가이드부재(132)는 제1 가이드부재(131)와 결합하여 X축 방향으로 이동 가능하게 형성되며, Y축 방향의 가이드 레일이 형성된다. 보다 구체적으로, 제2 가이드부재(132)는 제1 가이드부재(131)의 상측에 배치되어 제1 가이드부재(131)의 가이드 레일을 따라 이동 가능하게 형성되며, 상하측면에 각각 Y축 방향의 가이드 레일이 형성될 수 있다.

제3 가이드부재(133)는 제2 가이드부재(132)와 결합하여 Y축 방향으로 이동 가능하게 형성되며, Z축 방향의 가이드 레일이 형성된다. 보다 구체적으로, 제3 가이드부재(133)는 제2 가이드부재(132)의 전면에 배치되어 제2 가이드부재(132)의 가이드 레일을 따라 이동 가능하게 형성되며, 양측면에 각각 Z축 방향의 가이드 레일이 형성될 수 있다.

그리퍼(134)는 제3 가이드부재(133)와 결합하여 Z축 방향으로 이동 가능하게 형성되며, 교정분동(10)을 파지하거나 파지한 상태를 해제하도록 형성된다. 여기서, 그리퍼(134)의 형상 및 구동방법은 한정되지 않으나, 회전 액추에이터와, 회전 액추에이터로부터 동력을 전달받아 집게 형태의 그리퍼를 선형 이동시키는 동력 전달부재를 구비하여 구동하는 것이 바람직하다. 즉, 회전 액추에이터가 우측 또는 좌측방향으로 회전하게 되면, 동력전달부재를 통해 집게가 좌우로 이동하며 오므라지거나 펴지게 되어 교정분동(10)을 파지하거나 파지한 상태를 해제할 수 있게 된다.

한편, 이송로봇(130)은 6 m/min ~ 12 m/min 속도로 이동할 수 있다. 이는, 이송로봇(130)이 12 m/min의 속도를 초과하여 이동하게 되면 그 빠르기에 의해 교정분동(10)이 이송로봇(130)의 그리퍼(134)로부터 이탈할 수 있기 때문이다.

상기와 같이, 이송로봇(130)이 X축 방향과, Y축 방향과, Z축 방향으로 이동 가능하게 형성됨에 따라 매거진(110)에 안착된 교정분동(10)을 파지하여 저울(120)로 이송하여 내려놓을 수 있게 되고, 저울(120)을 통해 질량측정이 끝난 교정분동(10)을 파지하여 다시 매거진(110)에 수납할 수 있게 된다. 여기서, 이송로봇(130)이 매거진(110)에서 교정분동(10)을 선택하는 방법은 매거진(110)의 위치를 미리 입력한 후, 입력된 위치에 안착된 교정분동(10)을 선택하는 방식으로 구현할 수 있다.

공기밀도 측정부(140)는 온도센서와, 습도센서와, 압력센서를 구비하여 저울(120) 주변의 온도와, 습도와, 대기압을 측정하여 공기밀도를 산출한다. 여기서, 공기밀도 산출하는 식은 아래와 같다.

ρ : 공기밀도(g/cm³) p : 대기압(Pa)

h : 상대습도(%) t : 온도(°C)

제어부(150)는 저울(120)을 통해 측정된 교정분동(10)의 질량 값을 수신하여 저장하며, 공기밀도 측정부(140)를 통해 측정된 공기밀도 값을 수신하여 공기의 부력 보정 값을 산출하고, 공기의 부력 보정 값을 이용하여 저울을 통해 측정된 교정분동의 참질량 값을 구한다.

즉, 저울(130)을 통해 측정된 교정분동(10)의 질량 값은 공기의 부력 값에 따라 미세한 변화가 있으므로, 이를 보정해 줌으로써 측정의 정밀도를 향상시키는 것이다. 여기서, 교정분동의 참질량을 구하는 식은 아래와 같다.

M_S: 표준분동의 참질량, d_s: 표준분동의 밀도

M_T: 교정분동의 참질량, d_r: 교정분동의 밀도

: 저울에서 측정된 질량차이의 평균값

: 감도분동의 밀도

ρ: 공기밀도

그리고, 저울(120)로부터 측정된 교정분동(10)의 질량 값을 보정하여 교정분동(10)의 참질량을 구하는 식은 아래와 같다.

: 상용질량

한편, 제어부(150)는 이송로봇(130)의 구동을 제어할 수도 있다. 여기서, 제어부(150)는 응용 프로그램이 내장된 PC로 이루어질 수 있으며, 상기 응용프로그램은 PC 상에서 간단한 조작명령을 통해 교정분동(10)을 선택하여 저울(120) 또는 매거진(110)으로 이동시키는 명령을 이송로봇(130)으로 전달할 수 있다.

또다른 실시예에 따르면, 분동 질량 자동 측정장치(100)는 챔버(160) 내에 설치될 수 있다. 이처럼 분동 질량 자동 측정장치(100)이 챔버(160) 내에 설치됨에 따라 교정분동(10)에 먼지나 이물질 등이 부착되는 것을 방지하여 질량측정의 정확성을 향상시킬 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 분동 질량 자동 측정장치(100)는 자동으로 교정분동(10)을 파지하여 연속적으로 질량을 측정하므로 인력의 수고를 감소시킬 수 있으며, 교정시간을 단축시킬 수 있게 된다.

또한, 저울(120)의 정확한 위치에 교정분동(10)을 안착시켜 질량을 측정하므로, 인력에 의한 불확도를 제거함으로써 측정 정밀도를 향상시켜 교정결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

아울러, 저울(120) 주변의 공기의 부력 변화에 따라, 저울(120)을 통해 측정된 유체의 질량 값을 보정해 줌으로써 측정 정밀도를 향상시켜줄 수 있게 된다.

도 1 및 도 2를 참조하여 분동 질량 자동 측정장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 이송로봇(130)의 제2 가이드부재(132) 및 제3 가이드부재(133)가 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하여 그리퍼(134)를 매거진(110)에 안착된 교정분동(10)으로 안내한다.

그러면, 그리퍼(134)는 매거진(110)에 안착된 복수의 교정분동(10) 중 하나를 파지한다. 그리고, 그리퍼(134)가 교정분동(10)을 파지한 상태에서 이송로봇(130)의 제2 가이드부재(132) 및 제3 가이드부재(133)는 다시 X축 방향 및 Y축 방향으로 이동하여 그리퍼(134)를 저울(120)의 상부로 안내한다.

저울(120)의 상부로 그리퍼(134)가 위치하게 되면 그리퍼(134)는 Y축 방향으로 이동하여 저울(120)의 짐판(weighing pan)에 교정분동(10)을 안착시키고, 저울(120)은 교정분동(10)의 질량을 측정한다. 이때, 교정분동(10)은 이송로봇(130)을 통해 정해진 스트로크 하에서 로딩되면서 저울(120)의 짐판에 놓여질 수 있게 되므로, 정확한 질량측정이 이루어질 수 있게 된다.

저울(120)을 통해 교정분동(10)의 질량측정이 끝난 후에는, 공기밀도 측정부(140)가 저울(120) 주변의 온도와, 습도와, 대기압을 측정하여 공기밀도를 산출한다.

그러면, 제어부(150)는 저울(120)을 통해 측정된 교정분동(10)의 질량 값을 수신하여 저장한다. 이때, 제어부(150)는 디스플레이부를 구비하여 측정된 질량 값을 디스플레이부로 출력할 수도 있다. 그리고, 제어부(150)는 공기밀도 측정부(140)부로터 공기밀도 값을 수신하여 공기의 부력 보정 값을 산출하고, 공기의 부력 보정 값을 이용하여 저울(120)을 통해 측정된 교정분동(10)의 참질량 값을 구한다.

제어부(150)를 통해 교정분동(10)의 질량측정 값을 보정한 이후에는 이송로봇(130)을 통해 저울(120)에 안착된 교정분동(10)을 파지하여 다시 매거진(110)으로 이송시켜 수납한다. 여기서, 이송로봇(130)을 통해 교정분동(10)을 매거진(110)으로 수납하는 과정은 앞서 설명한 바와 동일하므로 생략하도록 한다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

110.. 매거진
120.. 저울
130.. 이송로봇
131.. 제1 가이드부재
132.. 제2 가이드부재
133.. 제3 가이드부재
134.. 그리퍼
140.. 공기밀도 측정부
150.. 제어부
160.. 챔버

Claims

복수의 교정분동이 안착된 매거진;
상기 교정분동의 질량을 각각 측정하는 저울;
상기 매거진에 안착된 교정분동 중 하나를 파지하여 상기 저울로 이송하거나, 상기 저울을 통해 상기 교정분동의 질량이 측정되면 상기 저울 상에 안착된 교정분동을 파지하여 상기 매거진으로 이송하는 이송로봇;
온도센서와, 습도센서와, 압력센서를 구비하여 상기 저울 주변의 온도와, 습도와, 대기압을 측정하여 공기밀도를 산출하는 공기밀도 측정부; 및
상기 저울을 통해 측정된 교정분동의 질량 값을 수신하여 저장하며, 상기 공기밀도 측정부를 통해 측정된 공기밀도 값을 수신하여 공기의 부력 보정 값을 산출하고, 상기 공기의 부력 보정 값을 이용하여 상기 저울을 통해 측정된 교정분동의 참질량 값을 구하는 제어부;
를 포함하는 분동 질량 자동 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 이송로봇은, X축 방향의 가이드 레일이 형성된 제1 가이드부재와,
상기 제1 가이드부재와 결합하여 X축 방향으로 이동 가능하게 형성되며, Y축 방향의 가이드 레일이 형성된 제2 가이드부재와,
상기 제2 가이드부재와 결합하여 Y축 방향으로 이동 가능하게 형성되며, Z축 방향의 가이드 레일이 형성된 제3 가이드부재와,
상기 제3 가이드부재와 결합하여 Z축 방향으로 이동 가능하게 형성되며, 상기 교정분동을 파지하거나 파지한 상태를 해제하도록 형성된 그리퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 분동 질량 자동 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 이송로봇은 6 m/min ~ 12 m/min 속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 분동 질량 자동 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 분동 질량 자동 측정장치는 챔버 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 분동 질량 자동 측정장치.
제1항에 있어서,
상기 교정분동은 와이어 형태 또는 원기둥 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 분동 질량 자동 측정장치.
제5항에 있어서,
상기 매거진의 전면에는 와이어 형태의 교정분동이 걸리는 고리가 형성된 것을 특징으로 하는 분동 질량 자동 측정장치.
제5항에 있어서,
상기 매거진의 상측면에는 원기둥 형태의 교정분동이 안착되는 안착 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 분동 질량 자동 측정장치.