KR20230061010A - 락볼트축력계 완제품 상태의 시험이 가능한 성능검증장치 - Google Patents

락볼트축력계 완제품 상태의 시험이 가능한 성능검증장치 Download PDF

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KR20230061010A
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Abstract

본 발명은 터널지반의 지보 보강재로 사용되는 락볼트의 축력을 측정하는 락볼트축력계의 완제품을 보정하는 계측장비에 있어서, 상기 락볼트축력계(400)는, 탄성력을 갖는 외부하우징부(401)와, 상기 외부하우징(401)의 내부에 설치되어 상기 외부하우징의 각 부위에 미치는 축력에 의해 발생하는 각 위치의 변위량을 측정하기 위해 각 위치에 배치되는 다수의 축력센서가 배치되되, 상기 축력센서는 상기 외부하우징(401)을 다수의 동일구간으로 나누고 각각의 동일구간의 소정의 위치에 상기 축력센서를 부착하여 각각의 구간들에 걸리는 축력을 측정하여 각 구간들에 걸리는 축력을 측정하며, 상기 계측장비는 상기 각각의 구간에서 축력에 의해 생성되는 변위량을 측정한 후 상기 변위량을 축력으로 환산하며, 상기 변위량에 따라 상기 축력센서를 통해 출력값을 획득하여 성능을 검증하는 것을 특징하는 락볼트축력계의 완제품 성능검증장치가 제공된다.

Description

락볼트축력계 완제품 상태의 시험이 가능한 성능검증장치{Finished Rock-Bolt tensometer performance verification device}
본 발명은 락볼트축력계 완제품 상태에서의 시험이 가능한 성능검증장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터널지반의 지보 보강재로 사용되는 락볼트의 축력을 측정하는 락볼트축력계를 보정하는 계측장비에 관한 것이다.
일반적으로 지하터널 또는 광산터널 등을 굴착하는 토목공사 현장에서는 터널공사를 하고자하는 곳의 각 지형마다 지반이나 암반의 구성상태와 토질조건 등이 차이를 나타내기 때문에, 터널공사를 하고자 하는 곳의 기초암반이나 지반 등의 구성상태와 거동상태 등을 파악한 기초자료가 반드시 필요하였는데, 이들 조건들을 사전에 정확히 조사하고 이를 토대로 터널의 굴착공법과 시공순서, 지반의 거동을 방지하는 락볼트의 설치위치와 설치수량 등에 관한 설계와 시공계획을 완벽하게 기획하고 안전하게 시공하도록 터널내부에 여러 가지 보강구조물을 설치하게 된다.
특히 터널내부로부터 지층으로 다수의 락볼트를 설치하여 지반이나 암반의 거동을 방지하여 터널의 붕괴를 방지하는 것은 물론 지하철 공사나 광산채굴 공사 기타 터널 토목공사에서는 필수적인 가장 중요한 작업이다.
그러나 지금까지는 일부 제한된 몇 곳의 지반과 암반조사 및 토질시험 결과로 부터 얻어진 자료에 근거하여 설계함으로서, 설계 시 추정한 값과 공사현장 에서 실제로 측정한 값이 상당한 차이를 보이기 때문에 설계된 내용대로 시공하였을 경우, 터널작업 도중이나 시공이 완료된 후에 터널주위를 둘러싸고 있는 주변요인인 불량 암반과 지반의 거동으로 일부 지반이 무너지거나 터널전체가 붕괴되는 등의 예상치 못했던 대형 안전사고의 위험이 발생할 우려가 있었다.
이에 터널공사 시에는 물론, 터널공사 완료 후에 터널주변을 둘러싸고 있는 주변요인인 암반과 지반의 거동상태를 측정함으로서, 락볼트의 증설여부와 설치할 락볼트의 적정길이를 판단하고, 상기 측정된 락볼트의 축력 데이터를 비교분석 함으로서 시공방향 설정이나 사후관리가 가능하도록 한 락볼트축력계가 안출되었다.
그러나 상기와 같은 정밀계측은 터널안정성 확보에 매우 중요한 부분임에도 불구하고 종래에 사용되고 있는 성능검사 규정이 미비하거나 센서길이가 약 2 ~4m 이상인 락볼트출력계 완제품 상태에서의 검증시험하는 장비가 전무하여 검증되지 않은 기기들이 무분별하게 사용됨에 따라 계측기기의 정밀도 및 정확도의 신뢰성이 떨어져 정확한 변위량을 감지할 수 없는 문제가 있다.
또한, 이로 인한 오차 발생에 따라 터널공사 현장의 지반이나 암반의 거동상태를 정확히 해독할 수 없어 터널공사도중 이나 공사완료후의 사후관리에 오류가 발생되어 안전사고를 유발하는 등 항상 위험부담을 안고 있어 터널 안정성 평가의 적정성이 우려되는 실정으로 계측기기의 성능을 검증할 수 있는 시스템 개발이 요구되는 바이다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-1999-0024136호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2000-0056288호 대한민국 공개실용신안공보 공개번호 20-1999-0014192호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 락볼트축력계의 정밀도 및 정확도의 신뢰성을 확보할 수 있도록 락볼트축력계를 완전이 완료된 완제품에 대해, 사용환경과 동일한 조건으로 발생시킨 축력에 의해 출력되는 값을 측정하고, 이 측정값을 보정하여 모든 에러요인을 수용하도록 하여 정확한 측정이 가능하도록 한 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 터널의 지반변위에 따라 발생하는 축력을 측정하는 락볼트축력계의 완제품을 보정하는 계측장비에 있어서, 상기 락볼트축력계(400)는, 탄성력을 갖는 외부하우징부(401)와, 상기 외부하우징(401)의 내부에 설치되어 상기 외부하우징의 각 부위에 미치는 축력에 의해 발생하는 각 위치의 변위량을 측정하기 위해 각 위치에 배치되는 다수의 축력센서가 배치되되, 상기 축력센서는 상기 외부하우징(401)을 다수의 동일구간으로 나누고 각각의 동일구간의 소정의 위치에 상기 축력센서를 부착하여 각각의 구간들에 걸리는 축력을 측정하여 각 구간들에 걸리는 축력을 측정하며, 상기 계측장비는 상기 각각의 구간에서 축력에 의해 생성되는 변위량을 측정한 후 상기 변위량을 축력으로 환산하며, 상기 변위량에 따라 상기 축력센서를 통해 출력값을 획득하여 성능을 검증하는 것을 특징하는 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치가 제공된다.
또한, 상기 계측장비는, 상기 각각의 구간에 미치는 축력에 따라 생기는 변위를 측정하는 변위센서의 출력값을 획득할 때, 상기 외부하우징(401)의 일단은 고정시키고 상기 외부하우징의 타단을 인장시키면서 외부하우징의 인장변위에 따라 상기 외부하우징에 걸리는 축력을 측정하는 로드셀을 구비하고, 상기 인장변위에 따라 상기 각각의 구간에 배치된 변위센서의 출력값을 획득하여 상기 변위센서의 측정값을 보정하는 것을 특징하는 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치가 제공된다.
또한, 상기 락볼트축력계의 외부하우징(401)은 3개 내지 6개의 구간으로 나누어 형성됨에 따라 상기 구간 중 외부하우징의 일단과 접한 구간을 제1구간부라 하고, 상기 외부하우징의 타단과 접한 구간은 출력구간부라고 하며, 상기 제1구간부와 상기 출력구간부 사이에 배치되면서 제1구간부부터 출력구간부 사이에 배열된 구간들은 순서에 따라 제2구간부, 제3구간부, 제4구간부, 제5구간부라 하며, 상기 제1구간부의 소정의 부위에 제1축력센서, 제2구간부의 소정의 부위에 제2축력센서, 제3구간부의 소정의 부위에 제3축력센서, 제4구간부의 소정의 부위에 제4축력센서, 제5구간부의 소정의 부위에 제5축력센서, 출력구간부의 소정의 부위에 엔드축력센서라 하고, 상기 각 축력센서의 출력값을 측정하는 출력라인은 상기 외부하우징의 타단부를 통해 외부로 연결되며, 상기 외부하우징의 일단부를 고정시키고 상기 타단부를 이동시켜 상기 외부하우징에 축력을 발생시킨 후 상기 외부하우징과 연결된 로드셀을 통해 상기 외부하우징에 발생한 입력축력을 측정하며, 상기 입력축력을 통해 상기 각 구간부에 배치된 제1 내지 제5축력센서와 엔드출력센서의 출력값을 측정하여 상기 측정된 출력값을 상기 입력축력을 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치다 제공된다.
또한, 상기 계측장비는, 상기 일단부를 고정하는 고정척(110)과, 상기 타단부를 고정하여 이동하는 이동척(120)과, 상기 고정척(110)과 상기 이동척(120)을 지지하는 지지대(100)와, 상기 이동척(120)을 이동시키는 구동부와, 상기 이동척(120)의 이동에 따라 상기 외부하우징(401)에 걸리는 축력을 측정하는 로드셀(130)과, 상기 각 축력센서에서 출력되는 출력값을 분석하는 분석부(390)를 포함하여 이루어져, 상기 구동부에 의해 상기 이동척을 이동시키면서 상기 외부하우징에 걸리는 입력축력을 상기 로드셀(130)로 측정하고, 상기 외부하우징의 각 구간에 걸리는 축력에 따라 각 구간에 설치된 각 축력센서에서 출력되는 출력값을 측정하고, 상기 측정된 출력값을 상기 입력축력을 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치가 제공된다.
또한, 상기 고정척(110)은 상기 지지대(100)에 결합되어 상기 외부하우징의 일단부는 고정되고, 상기 이동척(120)이 이동함에 따라 상기 외부하우징의 타단부가 이동할 때 상기 제1 내지 제5구간부와 상기 출력구간부가 변위되면서 상기 제1 내지 제5 구간부와 출력구간부에 축력이 발생하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치가 제공된다.
또한, 상기 구동부는 상기 지지대(100)에 결합되면서 상기 이동척(120)이 탑재된 이동테이블(160)과, 상기 이동테이블(160)이 좌우로 이동시에 가이드 하는 리니어 가이드(170)와, 상기 이동테이블(160) 아래에 배치되어 상기 이동테이블을 좌우로 이동시키는 나사부(180)와, 상기 나사부(180)를 회전시키는 모터(200)를 포함하며, 상기 이동테이블(160)에는 너트부가 고정되어 나사부(180)와 나사 결합됨에 따라 상기 나사부의 회전에 의해 상기 너트부가 좌우로 이동하면서 상기 이동척(120)을 이동시키는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치가 제공된다.
또한, 상기 락볼트축력계는 3개의 구간부와 출력구간부로 형성되고, 상기 3개의 구간부와 출력구간부(440)는 동일 길이로 형성되며, 상기 3개의 구간부는 제1구간부(410)와, 제2구간부(420)와, 제3구간부(430)로 이루어지고, 제1구간부(410)의 소정의 부위에 제1축력센서(411), 제2구간부(420)의 소정의 부위에 제2축력센서(421), 제3구간부(430)의 소정의 부위에 제3축력센서(431), 출력구간부의 소정의 부위에 엔드축력센서(441)가 배치되며, 상기 이동척(120)을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제1입력축력을 D 라고 할 때, 제1축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 11P가 되고, 제2축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 21P가 되고, 제3축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 31P가 되고, 엔드축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 41P가 되고, 상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제2입력축력을 2D 라고 할 때, 제1축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 12P가 되고, 제2축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 22P가 되고, 제3축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 32P가 되고, 엔드축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 42P가 되고, 상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제3입력축력을 3D 라고 할 때, 제1축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 13P가 되고, 제2축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 23P가 되고, 제3축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 33P가 되고, 엔드축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 43P가 되고, 상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제4입력축력을 4D 라고 할 때, 상기 제1축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 14P가 되고, 제2축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 24P가 되고, 제3축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 34P가 되고, 엔드축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 44P가 되도록 이동척의 변위를 조절하여 입력축력값을 변화시켜 각 축력센서의 출력값을 측정하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품의 성능검증장치가 제공된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 락볼트축력계를 완전 조립 후, 사용 환경과 동일한 조건으로 발생시킨 축력에 의해 출력되는 값을 측정하고, 이 측정값을 보정하여 모든 에러요인을 수용하도록 함으로써 락볼트축력계의 정확한 측정으로 인해 안전사고의 위험을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 락볼트축력계 완제품 성능검증장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 발명의 바람직한 일실시예에 따른 락볼트축력계 완제품 성능검증장치의 구동부를 개략적으로 도시한 평면도,
도 3은 발명의 바람직한 일실시예에 따른 락볼트축력계를 개략적으로 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제1함수, 제2함수, 제3함수 및 제4함수를 개략적으로 도시한 도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
첨부된 도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 락볼트축력계 성능검증장치를 개략적으로 도시한 사시도, 도 2는 발명의 바람직한 일실시예에 따른 락볼트축력계 성능검증장치의 구동부를 개략적으로 도시한 평면도, 도 3은 발명의 바람직한 일실시예에 따른 락볼트축력계를 개략적으로 도시한 단면도, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 제1함수, 제2함수, 제3함수 및 제4함수를 개략적으로 도시한 도이다.
도 1 이하에 도시된 바와 같이 본 발명은, 터널의 지반변위에 따라 발생하는 축력을 측정하는 락볼트축력계의 완제품을 보정하는 계측장비에 있어서, 상기 락볼트축력계(400)는, 탄성력을 갖는 외부하우징부(401)와, 상기 외부하우징(401)의 내부에 설치되어 상기 외부하우징의 각 부위에 미치는 축력에 의해 발생하는 각 위치의 변위량을 측정하기 위해 각 위치에 배치되는 다수의 축력센서가 배치된다.
그리고 상기 축력센서는 상기 외부하우징(401)을 다수의 동일구간으로 나누고 각각의 동일구간의 소정의 위치에 상기 축력센서를 부착하여 각각의 구간들에 걸리는 축력을 측정하여 각 구간들에 걸리는 축력을 측정하며, 상기 계측장비는 상기 각각의 구간에서 축력에 의해 생성되는 변위량을 측정한 후 상기 변위량을 축력으로 환산하며, 상기 변위량에 따라 상기 축력센서를 통해 출력값을 획득하여 성능을 검증하는 것을 특징한다.
즉, 종래의 락볼트축력계는 구간별로 외부하우징의 재질, 두께의 차이와 스트레인게이지의 설치상의 오차 등으로 인해 축력을 측정하는데 측정에러가 발생했다.
따라서 본 발명에서는 락볼트축력계를 완전조립 후 사용 환경과 동일한 외력을 가하고, 이로부터 출력되는 값을 측정하고 측정된 측정값을 보정하여 에러 요인들을 수용하여 검증함으로써 정확한 측정이 가능하도록 한다.
한편, 상기 계측장비는, 상기 각각의 구간에 미치는 축력에 따라 생기는 변위를 측정하는 변위센서의 출력값을 획득할 때, 상기 외부하우징(401)의 일단은 고정시키고 상기 외부하우징의 타단을 인장시키면서 외부하우징의 인장변위에 따라 상기 외부하우징에 걸리는 축력을 측정하는 로드셀을 구비하고, 상기 인장변위에 따라 상기 각각의 구간에 배치된 변위센서의 출력값을 획득하여 상기 변위센서의 측정값을 보정한다.
또한, 상기 각각의 구간에 미치는 축력은 모든 구간에 대해 동일한 축력이 걸리도록 하고 상기 축력센서의 출력값을 획득하여 상기 축력센서의 측정값을 보정한다.
또한, 상기 락볼트축력계의 외부하우징(401)은 3개 내지 6개의 구간으로 나누어 형성됨에 따라 상기 구간 중 외부하우징의 일단과 접한 구간을 제1구간부라 하고, 상기 외부하우징의 타단과 접한 구간은 출력구간부라고 한다.
그리고 상기 제1구간부와 상기 출력구간부 사이에 배치되면서 제1구간부부터 출력구간부 사이에 배열된 구간들은 순서에 따라 제2구간부, 제3구간부, 제4구간부, 제5구간부라 한다.
또한, 상기 제1구간부의 소정의 부위에 제1축력센서(411), 제2구간부의 소정의 부위에 제2축력센서(421), 제3구간부의 소정의 부위에 제3축력센서(431), 제4구간부의 소정의 부위에 제4축력센서, 제5구간부의 소정의 부위에 제5축력센서, 출력구간부의 소정의 부위에 엔드축력센서(441)라 하고, 상기 각 축력센서의 출력값을 측정하는 출력라인은 상기 외부하우징의 타단부를 통해 외부로 연결된다.
또한, 상기 외부하우징(401)의 일단부를 고정시키고 상기 타단부를 이동시켜 상기 외부하우징에 축력을 발생시킨 후 상기 외부하우징과 연결된 로드셀(130)을 통해 상기 외부하우징에 발생한 입력축력을 측정한다.
그리고 상기 입력축력을 통해 상기 각 구간부에 배치된 제1 내지 제5축력센서와 엔드출력센서의 출력값을 측정하여 상기 측정된 출력값을 상기 입력축력을 이용하여 보정한다.
여기서, 구간부가 3개인 락볼트축력계는 제3 내지 제5구간부와 제3 내지 제5축력센서가 제외되며, 구간부가 4개인 락볼트축력계는 제4 내지 제5구간부와 제4 내지 제5축력센서가 제외되고, 구간부가 5개인 락볼트축력계는 제5구간부와 제5축력센서가 제외된다.
또한, 상기 구간부와 축력센서의 개수는 일실시예로써 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
한편, 상기 계측장비는, 상기 일단부를 고정하는 고정척(110)과, 상기 타단부를 고정하여 이동하는 이동척(120)과, 상기 고정척(110)과 상기 이동척(120)을 지지하는 지지대(100)와, 상기 이동척(120)을 이동시키는 구동부와, 상기 이동척(120)의 이동에 따라 상기 외부하우징(401)에 걸리는 축력을 측정하는 로드셀(130)과, 상기 각 축력센서에서 출력되는 출력값을 분석하는 분석부(390)를 포함하여 이루어져, 상기 구동부에 의해 상기 이동척을 이동시키면서 상기 외부하우징에 걸리는 입력축력을 상기 로드셀(130)로 측정한다.
그리고 상기 외부하우징의 각 구간에 걸리는 축력에 따라 각 구간에 설치된 각 축력센서에서 출력되는 출력값을 측정하고, 상기 측정된 출력값을 상기 입력축력을 이용하여 보정한다.
또한, 상기 고정척(110)은 상기 지지대(100)에 결합되어 상기 외부하우징의 일단부는 고정되고, 상기 이동척(120)이 이동함에 따라 상기 외부하우징의 타단부가 이동할 때 상기 제1 내지 제5구간부와 상기 출력구간부가 변위되면서 상기 제1 내지 제5 구간부와 출력구간부에 축력이 발생한다.
또한, 상기 구동부는 상기 지지대(100)에 결합되면서 상기 이동척(120)이 탑재된 이동테이블(160)과, 상기 이동테이블(160)이 좌우로 이동시에 가이드 하는 리니어 가이드(170)와, 상기 이동테이블(160) 아래에 배치되어 상기 이동테이블을 좌우로 이동시키는 나사부(180)와, 상기 나사부(180)를 회전시키는 모터(200)를 포함하여 이루어진다.
그리고 상기 이동테이블(160)에는 너트부가 고정되어 나사부(180)와 나사 결합됨에 따라 상기 나사부의 회전에 의해 상기 너트부가 좌우로 이동하면서 상기 이동척(120)을 이동시킨다.
한편, 상기 락볼트축력계는 3개의 구간부와 출력구간부로 형성되고, 상기 3개의 구간부와 출력구간부(440)는 동일 길이로 형성되며, 상기 3개의 구간부는 제1구간부(410)와, 제2구간부(420)와, 제3구간부(430)로 이루어진다.
그리고 상기 제1구간부(410)의 소정의 부위에 제1축력센서(411), 제2구간부(420)의 소정의 부위에 제2축력센서(421), 제3구간부(430)의 소정의 부위에 제3축력센서(431), 출력구간부의 소정의 부위에 엔드축력센서(441)가 배치된다.
그리고 상기 이동척(120)을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제1입력축력을 D 라고 할 때, 제1축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 11P가 되고, 제2축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 21P가 되고, 제3축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 31P가 되고, 엔드축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 41P가 된다.
또한, 상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제2입력축력을 2D 라고 할 때, 제1축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 12P가 되고, 제2축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 22P가 되고, 제3축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 32P가 되고, 엔드축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 42P가 된다.
또한, 상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제3입력축력을 3D 라고 할 때, 제1축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 13P가 되고, 제2축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 23P가 되고, 제3축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 33P가 되고, 엔드축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 43P가 된다.
또한, 상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제4입력축력을 4D 라고 할 때, 상기 제1축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 14P가 되고, 제2축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 24P가 되고, 제3축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 34P가 되고, 엔드축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 44P가 되도록 이동척의 변위를 조절하여 입력축력값을 변화시켜 각 축력센서의 출력값을 측정한다.
또한, 상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 11P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 12P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 13P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 14P를 통해 상기 제1구간부(410)의 입력축력 변화로 인해 변하는 제1축력센서의 출력값들을 활용하여 제1함수를 만들 수 있다.
또한, 상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 제2축력센서(421)에서 측정된 출력값 21P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 제2출력센서(421)에서 측정된 출력값 22P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 제2축력센서(421)에서 측정된 출력값 23P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 제2축력센서(421)에서 측정된 출력값 24P를 통해 상기 제2구간부(420)의 입력축력 변화로 인해 변하는 제2축력센서의 출력값들을 활용하여 제2함수를 만들 수 있다.
또한, 상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 31P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 32P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 33P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 34P를 통해 상기 제3구간부(430)의 입력축력 변화로 인해 변하는 제3축력센서의 출력값들을 활용하여 제3함수를 만들 수 있다.
또한, 상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 41P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 42P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 43P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 44P를 통해 상기 엔드구간부의 입력축력 변화로 인해 변하는 엔드축력센서(441)의 출력값들을 활용하여 제4함수를 만들고, 상기 제1 내지 제4함수를 통해 각 축력센서의 출력값이 측정되면 이를 통해 상기 외부하우징에 발생되는 축력을 유추할 수 있다.
또한, 상기 제1함수 내지 제4함수는 1차 또는 5차 방정식이며, 3차방정식일 경우, 상기 제1함수는 y1 = a11x3 +a12x2+ a13x + a14 이고, 상기 제2함수는 y2 = a21x3 +a22x2+ a23x + a24 이고, 상기 제3함수는 y3 = a31x3 +a32x2+ a33x + a34 이고, 상기 제4함수는 y4 = a41x3 +a42x2+ a43x + a44 로 정의될 수 있다.
또한, 상기 제1함수 내지 제4함수가 3차방정식일 경우, 도 4에서 보는 바와 같이 상기 제1함수에서 x(가로축)와 y1(세로축) 에 (D, 11P), (2D, 12P), (3D, 13P), (4D, 14P)를 넣고 연립방정식에서 각 상수인 a11, a12, a13, a14를 구하여 수식을 완성하고, 상기 제2함수에서 x(가로축)와 y2(세로축) 에 (D, 21P), (2D, 22P), (3D, 23P), (4D, 24P)를 넣고 연립방정식에서 각 상수인 a21, a22, a23, a24를 구하여 수식을 완성하고, 상기 제3함수에서 x(가로축)와 y3(세로축) 에 (D, 31P), (2D, 32P), (3D, 33P), (4D, 34P)를 넣고 연립방정식에서 각 상수인 a31, a32, a33, a34를 구하여 수식을 완성하고, 상기 제1함수에서 x(가로축)와 y4(세로축) 에 (D, 41P), (2D, 42P), (3D, 43P), (4D, 44P)를 넣고 연립방정식에서 각 상수인 a41, a42, a43, a44를 구하여 수식을 완성할 수 있다.
여기서 각 함수를 3차 방정식으로 가정하였으나, 사용되는 센서의 특성에 따라 해당 센서의 특성을 잘 표현하는 함수로 가정될 수 있음은 당연하다.
또한, 상기 제1함수 내지 제4함수에서 구한 각각의 상수들을 제어부의 메모리에 저장한 다음 실제 상기 락볼트축력계를 현장에 설치하여 측정을 할 때 제1축력센서(411)에서 얻어진 실제값이 P1인 경우 상기 메모리에 저장된 a11, a12, a13, a14를 활용하여 실제 축력값 D1을 구하고, 상기 제2축력센서(421)에서 얻어진 실제값이 P2인 경우 상기 메모리에 저장된 a21, a22, a23, a24를 활용하여 실제 축력값 D2를 구하고, 제3축력센서(431)에서 얻어진 실제값이 P3인 경우 상기 메모리에 저장된 a31, a32, a33, a34를 활용하여 실제 축력값 D3을 구하고, 엔드축력센서(441)에서 얻어진 실제값이 P4인 경우 상기 메모리에 저장된 a41, a42, a43, a44를 활용하여 실제 축력값 D4를 구하여, 각 축력센서에서 얻어진 실제측정값을 상기 각 상수를 사용하여 보정함으로써 정확한 실제 축력값을 측정할 수 있다.
여기서 P1, P2, P3, P4은 센서로부터 출력되는 값이고 상기 출력된 값은 전기적인 신호값으로 이를 분석부에서 필요한 값으로 변환 또는 분석한다.
또한 D1, D2, D3, D4은 축력값으로 축방향으로 발생하는 인장응력 또는 압축응력을 의미한다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 지지대 110 : 고정척 120 : 이동척
130 : 로드셀 160 : 이동테이블 170 : 리니어 가이드
180 : 나사부 200 : 모터 390 : 분석부
400 : 락볼트축력계 401 : 외부하우징 410 : 제1구간부
411 : 제1축력센서 420 : 제2구간부
421 : 제2축력센서 430 : 제3구간부
431 : 제3축력센서 440 : 축력구간부 441 : 엔드축력센서

Claims (9)

  1. 터널의 지반변위에 따라 발생하는 축력을 측정하는 락볼트축력계의 완제품을 보정하는 계측장비에 있어서,
    상기 락볼트축력계(400)는, 탄성력을 갖는 외부하우징부(401)와,
    상기 외부하우징(401)의 내부에 설치되어 상기 외부하우징의 각 부위에 미치는 축력에 의해 발생하는 각 위치의 변위량을 측정하기 위해 각 위치에 배치되는 다수의 축력센서가 배치되되,
    상기 축력센서는 상기 외부하우징(401)을 다수의 동일구간으로 나누고 각각의 동일구간의 소정의 위치에 상기 축력센서를 부착하여 각각의 구간들에 걸리는 축력을 측정하여 각 구간들에 걸리는 축력을 측정하며,
    상기 계측장비는 상기 각각의 구간에서 축력에 의해 생성되는 변위량을 측정한 후 상기 변위량을 축력으로 환산하며, 상기 변위량에 따라 상기 축력센서를 통해 출력값을 획득하여 성능을 검증하는 것을 특징하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 계측장비는,
    상기 각각의 구간에 미치는 축력에 따라 생기는 변위를 측정하는 변위센서의 출력값을 획득할 때, 상기 외부하우징(401)의 일단은 고정시키고 상기 외부하우징의 타단을 인장시키면서 외부하우징의 인장변위에 따라 상기 외부하우징에 걸리는 축력을 측정하는 로드셀을 구비하고,
    상기 인장변위에 따라 상기 각각의 구간에 배치된 변위센서의 출력값을 획득하여 상기 변위센서의 측정값을 보정하는 것을 특징하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 구간에 미치는 축력은 모든 구간에 대해 동일한 축력이 걸리도록 하고 상기 축력센서의 출력값을 획득하여 상기 축력센서의 측정값을 보정하는 것을 특징하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 락볼트축력계의 외부하우징(401)은 3개 내지 6개의 구간으로 나누어 형성됨에 따라 상기 구간 중 외부하우징의 일단과 접한 구간을 제1구간부라 하고, 상기 외부하우징의 타단과 접한 구간은 출력구간부라고 하며,
    상기 제1구간부와 상기 출력구간부 사이에 배치되면서 제1구간부부터 출력구간부 사이에 배열된 구간들은 순서에 따라 제2구간부, 제3구간부, 제4구간부, 제5구간부라 하며,
    상기 제1구간부의 소정의 부위에 제1축력센서, 제2구간부의 소정의 부위에 제2축력센서, 제3구간부의 소정의 부위에 제3축력센서, 제4구간부의 소정의 부위에 제4축력센서, 제5구간부의 소정의 부위에 제5축력센서, 출력구간부의 소정의 부위에 엔드축력센서라 하고, 상기 각 축력센서의 출력값을 측정하는 출력라인은 상기 외부하우징의 타단부를 통해 외부로 연결되며,
    상기 외부하우징의 일단부를 고정시키고 상기 타단부를 이동시켜 상기 외부하우징에 축력을 발생시킨 후 상기 외부하우징과 연결된 로드셀을 통해 상기 외부하우징에 발생한 입력축력을 측정하며,
    상기 입력축력을 통해 상기 각 구간부에 배치된 제1 내지 제5축력센서와 엔드출력센서의 출력값을 측정하여 상기 측정된 출력값을 상기 입력축력을 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 계측장비는, 상기 일단부를 고정하는 고정척(110)과,
    상기 타단부를 고정하여 이동하는 이동척(120)과,
    상기 고정척(110)과 상기 이동척(120)을 지지하는 지지대(100)와,
    상기 이동척(120)을 이동시키는 구동부와,
    상기 이동척(120)의 이동에 따라 상기 외부하우징(401)에 걸리는 축력을 측정하는 로드셀(130)과,
    상기 각 축력센서에서 출력되는 출력값을 분석하는 분석부(390)를 포함하여 이루어져, 상기 구동부에 의해 상기 이동척을 이동시키면서 상기 외부하우징에 걸리는 입력축력을 상기 로드셀(130)로 측정하고,
    상기 외부하우징의 각 구간에 걸리는 축력에 따라 각 구간에 설치된 각 축력센서에서 출력되는 출력값을 측정하고, 상기 측정된 출력값을 상기 입력축력을 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고정척(110)은 상기 지지대(100)에 결합되어 상기 외부하우징의 일단부는 고정되고, 상기 이동척(120)이 이동함에 따라 상기 외부하우징의 타단부가 이동할 때 상기 제1 내지 제5구간부와 상기 출력구간부가 변위되면서 상기 제1 내지 제5 구간부와 출력구간부에 축력이 발생하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 지지대(100)에 결합되면서 상기 이동척(120)이 탑재된 이동테이블(160)과,
    상기 이동테이블(160)이 좌우로 이동시에 가이드 하는 리니어 가이드(170)와,
    상기 이동테이블(160) 아래에 배치되어 상기 이동테이블을 좌우로 이동시키는 나사부(180)와,
    상기 나사부(180)를 회전시키는 모터(200)를 포함하며,
    상기 이동테이블(160)에는 너트부가 고정되어 나사부(180)와 나사 결합됨에 따라 상기 나사부의 회전에 의해 상기 너트부가 좌우로 이동하면서 상기 이동척(120)을 이동시키는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 락볼트축력계는 3개의 구간부와 출력구간부로 형성되고,
    상기 3개의 구간부와 출력구간부(440)는 동일 길이로 형성되며,
    상기 3개의 구간부는 제1구간부(410)와, 제2구간부(420)와, 제3구간부(430)로 이루어지고,
    제1구간부(410)의 소정의 부위에 제1축력센서(411), 제2구간부(420)의 소정의 부위에 제2축력센서(421), 제3구간부(430)의 소정의 부위에 제3축력센서(431), 출력구간부의 소정의 부위에 엔드축력센서(441)가 배치되며,
    상기 이동척(120)을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제1입력축력을 D 라고 할 때, 제1축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 11P가 되고, 제2축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 21P가 되고, 제3축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 31P가 되고, 엔드축력센서는 제1입력축력 D로 인하여 출력값은 41P가 되고,
    상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제2입력축력을 2D 라고 할 때, 제1축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 12P가 되고, 제2축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 22P가 되고, 제3축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 32P가 되고, 엔드축력센서는 제2입력축력 2D로 인하여 출력값은 42P가 되고,
    상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제3입력축력을 3D 라고 할 때, 제1축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 13P가 되고, 제2축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 23P가 되고, 제3축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 33P가 되고, 엔드축력센서는 제3입력축력 3D로 인하여 출력값은 43P가 되고,
    상기 이동척을 이동시킴에 따라 상기 외부하우징에 발생되는 제4입력축력을 4D 라고 할 때, 상기 제1축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 14P가 되고, 제2축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 24P가 되고, 제3축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 34P가 되고, 엔드축력센서는 제4입력축력 4D로 인하여 출력값은 44P가 되도록 이동척의 변위를 조절하여 입력축력값을 변화시켜 각 축력센서의 출력값을 측정하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 11P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 12P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 13P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 제1축력센서(411)에서 측정된 출력값 14P를 통해 상기 제1구간부(410)의 입력축력 변화로 인해 변하는 제1축력센서의 출력값들을 활용하여 제1함수를 만들고,
    상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 제2축력센서(421)에서 측정된 출력값 21P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 제2출력센서(421)에서 측정된 출력값 22P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 제2축력센서(421)에서 측정된 출력값 23P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 제2축력센서(421)에서 측정된 출력값 24P를 통해 상기 제2구간부(420)의 입력축력 변화로 인해 변하는 제2축력센서의 출력값들을 활용하여 제2함수를 만들고,
    상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 31P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 32P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 33P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 제3축력센서(431)에서 측정된 출력값 34P를 통해 상기 제3구간부(430)의 입력축력 변화로 인해 변하는 제3축력센서의 출력값들을 활용하여 제3함수를 만들고,
    상기 제1입력축력 1D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 41P와, 제2입력축력 2D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 42P와, 제3입력축력 3D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 43P와, 제4입력축력 4D로 인해 상기 엔드축력센서(441)에서 측정된 출력값 44P를 통해 상기 엔드구간부의 입력축력 변화로 인해 변하는 엔드축력센서(441)의 출력값들을 활용하여 제4함수를 만들고, 상기 제1 내지 제4함수를 통해 각 축력센서의 출력값이 측정되면 이를 통해 상기 외부하우징에 발생되는 축력을 유추하는 것을 특징으로 하는 락볼트축력계 완제품 성능검증장치.
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Citations (7)

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