KR20040036827A - automatic measurement system of multi-angular scanning for tomographic resconstruction - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 분무구조파악을 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비대칭분무구조 파악시 필요한 다각주사장치에 관한 것이다.The present invention relates to a device for detecting a spray structure, and more particularly, to a polygonal scanning device required when grasping an asymmetric spray structure.
분무는 내연기관, 가스터빈 등의 동력발생장치, 산업용로 등의 열발생장치, 분무건조, 분무냉각, 금속분말의 제조 및 분무페인팅 등의 공정산업 등 넓은 분야에서 이용되고 있다. 액체 분무연소는 높은 연소효율을 얻기위해서는 분사된 액체의 분산길이, 분무각, 침투거리와 더불어 미립화 특성 및 액적의 공간적 분포 등의 분무구조 파악이 중요하며, 공정산업분야에서는 분무입자의 증발특성 및 응고율 결정과 관련하여 분무구조 파악이 중요하다.Spraying is used in a wide range of fields such as power generation devices such as internal combustion engines and gas turbines, heat generating devices such as industrial furnaces, spray drying, spray cooling, manufacturing of metal powders and process industries such as spray painting. In order to achieve high combustion efficiency, it is important to know spray structure such as dispersion length, spray angle and penetration distance of atomized liquid, atomization characteristics and spatial distribution of droplets. It is important to know the spray structure in determining the coagulation rate.
분무구조를 파악하기 위해서는 임의의 점에서의 공간적 정보가 중요하므로, 입경측정장치(Laser Diffraction Particle Analyzer: 이하 "LPDA"라 함)로 측정한 경로적분 데이터를 국소점 정보로 변환할 필요가 있다. 단공분무와 같이, 축대칭인 경우 측정단면을 일회 주사(scanning)하고 아벨(Abel)변환을 통해 국소점 정보를 얻을 수 있으므로 측정시간과 노력을 줄일 수 있다.Since spatial information at any point is important for grasping the spray structure, it is necessary to convert path integral data measured by a particle diameter analyzer (hereinafter referred to as "LPDA") into local point information. In the case of axial symmetry, it is possible to scan the measurement section once and obtain local point information through Abel transformation, thus reducing measurement time and effort.
그런데, 실제 산업용으로 사용하는 대부분의 분무는 다공 노즐로 구성되어 있어 비대칭 분무구조를 가진다. 이러한 비대칭 분무구조를 파악하기 위해서는 도 5에 나타낸 바와 같이 다각주사법(multi-angular scanning)에 의한 경로적분데이터를 측정하여야 한다.However, most of the sprays actually used in the industry are composed of a porous nozzle has an asymmetric spray structure. In order to understand such an asymmetric spray structure, path integral data by multi-angular scanning should be measured as shown in FIG. 5.
여기서 x,y는 직교좌표계상에서 위치를 나타내며, θ는 다각주사세팅 각도, x,y 좌표계를 θ만큼 회전하였을 때 주사각 방향좌표(경로적분 방향)를 s, 그 직각방향을 r로 나타내었다. 12는 9번에서 측정된 광회절신호를 의미한다. 컨벌루션 알고리즘을 사용하면 체적농도, SMD(Saunter 평균입경), 전체 액적표면적 밀도의 경로적분데이터를 각각 국소체적농도, 국소SMD, 국소 액적 표면적 밀도분포로 변환할 수 있다.Here, x, y represents a position on the Cartesian coordinate system, θ represents the scan angle direction coordinate (path integration direction) s, and the perpendicular direction r when the polygonal scan setting angle, x, y coordinate system is rotated by θ. 12 represents the optical diffraction signal measured at No. 9. Using the convolution algorithm, path integral data of volume concentration, SMD (Saunter mean particle diameter), and total droplet surface area density can be converted into local volume concentration, local SMD, and local droplet surface area density distribution, respectively.
보다 자세히 설명하면, 현재 상용화되고있는 LDPA에서 제공하는 경로적분 체적비 계산에는 반드시 빔 산란길이(beam scattering length)를 알아야 하며, 이런 이유로 표준 빔산란길이를 제공하는 용기를 준비하여야 한다. 이러한 과정을 통하여 경로적분체적비를 구하는 것은 매우 복잡하며, 또한 데이터가 국소정보를 제공하지 못하고, 경로적분된 정보만을 제공하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 다각주사에 의한 LDPA경로적분데이터를 이용하여 토모그래피재구성(tomographic reconstruction)을 함으로써 공간상의 임의의 국소점(local point)에서의 정보를 얻을 수 있다. 또한 LDPA는 경로적분체적비외에도 경로적분 SMD를 제공하는데 토모그래피에 의한 국소점 체적비를 얻는 방법과 동일한 방법을 SMD에 적용하면, 국소점에서의 SMD를 얻을 수 있다. 이러한 내용은 1996년 1월에 발표된 '한국자동차공학회논문집 제 4권 제 1호'에 본 발명자 등이 발표한 바 있다.In more detail, the path scattering volume ratio calculation provided by the currently commercially available LDPA must know the beam scattering length, and for this reason, a container providing a standard beam scattering length must be prepared. It is very complicated to calculate the path integral volume ratio through this process, and there is a disadvantage that data does not provide local information and only path integrated information. To compensate for this drawback, information at any local point in space can be obtained by tomographic reconstruction using LDPA path integral data by polygonal scanning. LDPA also provides a path integral SMD in addition to the path integral volume ratio. SMD can be obtained at a local point by applying the same method to the SMD as the method for obtaining the local point volume ratio by tomography. Such contents were published by the inventors in the Korean Society of Automotive Engineers Vol. 4, No. 1, published in January 1996.
그런데, 이러한 원리하에 기존의 다각 주사방법에 의한 경로적분데이터를 얻는 과정은 측정데이터의 수가 '세팅각도수×1차원 이송위치'로 계산되는데 무려 1200에 달하며 이는 시간이 걸리는 것은 물론, 수작업 세팅과정에서 많은 에러를 유발할 수 있다.However, under this principle, the process of acquiring the path integral data by the conventional polygonal scanning method reaches 1200, which is calculated as the number of setting angle × 1-dimensional feed position, which takes time and manual setting process. Can cause many errors.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다각주사방법에 의한 계측을 완전히 자동화할 수 있는 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and a method capable of fully automating the measurement by the polygonal scanning method.
본 발명의 기타 다른 목적이나 효과는 첨부된 도면과 후술하는 상세한 설명을 통해 이해할 수 있을 것이다.Other objects and effects of the present invention will be understood through the accompanying drawings and the following detailed description.
도 1은 본 발명에 따른 다각주사계측용 장치의 개략도1 is a schematic view of an apparatus for polygonal scanning measurement according to the present invention
도 2는 도 1의 장치가 적용되는 예인 입경측정장치의 개략도2 is a schematic diagram of a particle size measuring device that is an example to which the apparatus of FIG. 1 is applied;
도 3은 도 1의 장치를 도 2의 입경측정장치에 설치한 개략도3 is a schematic view of the apparatus of FIG. 1 installed in the particle size measuring apparatus of FIG.
도 4는 도 1의 수평이송장치의 상세 원리도4 is a detailed principle view of the horizontal transfer apparatus of FIG.
도 5는 토모그래피 재구성용 데이터를 획득하기 위한 다각주사법에 의한 경로적분데이터 획득 개념도5 is a conceptual diagram of path integrating data obtained by polygonal scanning for acquiring data for tomography reconstruction.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명** Brief description of symbols for the main parts of the drawings *
20: 제어부2: 제 1 모터20: controller 2: first motor
7: 제 2 모터3, 5: 기어7: 2nd motor 3, 5: gear
1: 수평이송장치4: 분무기 어댑터1: Horizontal feeder 4: Sprayer adapter
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제어부와; 다공분무기와; 상기 제어부에 의해 제어되어, 상기 다공분무기의 회전각도를 조절하는 회전부와; 상기 제어부에 의해 제어되어, 상기 다공분무기를 수평이동거리를 조절하는 수평이송부를 포함하는 다각주사계측장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises a control unit; Porous atomizer; A rotating unit controlled by the control unit to adjust a rotation angle of the porous atomizer; It is controlled by the control unit, and provides a polygonal scanning measuring device including a horizontal transfer unit for adjusting the horizontal moving distance of the porous atomizer.
여기서 상기 다공분무기는 회전축을 가지고 있으며, 상기 회전부는 상기 제어부에 의해 제어되는 제 1 모터와; 상기 제 1 모터에 의해 회전하는 제 1 기어와; 상기 제 1 기어와 치합하며 상기 다공분무기의 회전축에 장착된 제 2 기어를 가지고 있다.Wherein the porous atomizer has a rotating shaft, and the rotating unit includes a first motor controlled by the controller; A first gear rotated by the first motor; It has a second gear meshing with the first gear and mounted to the rotating shaft of the porous atomizer.
상기 다공분무기는 지지플레이트에 의해 지지되고 있으며, 상기 수평이송부는 상기 제어부에 의해 제어되는 제 2 모터와, 상기 제 2 모터에 의해 구동되고, 상기 지지플레이트를 이송시키는 볼스크루를 가지고 있다.The porous nebulizer is supported by a support plate, and the horizontal transfer unit has a second motor controlled by the control unit, a ball screw driven by the second motor, and conveying the support plate.
상기 제어부는 컴퓨터이며, 상기 다공분무기의 하측에는 LDPA장치가 설치되어있다.The control unit is a computer, and an LDPA device is provided below the porous sprayer.
이하 본 발명에 따른 다각분사계측장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention A preferred embodiment of the polygonal injection measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략도로서, 다공분무기를 내장한 분무기어댑터(4)와, 회전부(2)(3)(5)와, 수평이송부(1)(7)와, 제어부(20)를 포함하고 있다. 다공분무기는 예를 들어 2 공을 기준으로 분무(6)를 도시하고 있다. 수평이송부는 분무기 마운트 어댑터(4)에 장착된 종동기어(5)와, 이 종동기어(5)와 치합하는 구동기어(3)와, 이 구동기어(3)를 구동시키는 스텝모터(2)로 이루어져 있으며, 이 스템모터(2)는 제어부 즉, PC(20)에 의해 제어된다.1 is a schematic diagram of a device according to the present invention, comprising a nebulizer adapter 4 with a porous atomizer, a rotating part 2, 3, 5, a horizontal conveying part 1, 7 and a control part 20 ) Is included. The porous atomizer shows a spray 6 on the basis of two holes, for example. The horizontal transfer section includes a driven gear 5 mounted on the sprayer mount adapter 4, a drive gear 3 meshing with the driven gear 5, and a step motor 2 for driving the drive gear 3. The stem motor 2 is controlled by a control unit, that is, the PC (20).
한편, 수평이송부 역시 또 다른 모터(7)에 의해 구동되는 볼스크루(1)에 의해 이루어 지고, 이 모터(7) 역시 PC(20)에 의해 제어된다. 이 볼스크루(1)는 분무기(4)를 지지하는 지지플레이트(21)를 1차원적으로 이송하는데, 볼스크루(1)의 상세도는 도 4에 도시되어 있다. 스크루축(17)이 모터(7)에 의해 정회전 또는 역회전하면, 스크루축(17)에 장착된 볼베어링(27)이 스크루축(17)의 나사산을 따라 이동하면서 지지플레이트(21)를 이동시키게 된다. 이때 볼 베어링(27)을 사용하면, 정밀한 이송을 이룰 수 있으나, 비용절감을 위해 그냥 랙(rack)타입을 적용할 수 있음은 물론이다.On the other hand, the horizontal transfer unit is also made by a ball screw (1) driven by another motor (7), which is also controlled by the PC (20). This ball screw 1 conveys the support plate 21 supporting the sprayer 4 in one dimension, a detailed view of the ball screw 1 being shown in FIG. When the screw shaft 17 is rotated forward or reverse by the motor 7, the ball bearing 27 mounted on the screw shaft 17 moves along the thread of the screw shaft 17 to move the support plate 21. Let's go. At this time, by using the ball bearing 27, it is possible to achieve a precise conveying, of course, it is possible to apply a rack type (rack) just for cost reduction.
도 2는 도 1의 장치가 적용되는 LDPA장치를 도시한 것으로, 레이저빔(11)을 조사하는 레이저 트랜스미터(10)와, 이를 수신하는 광회절신호 디텍터(9)로 이루어져 있다.FIG. 2 illustrates an LDPA device to which the device of FIG. 1 is applied and includes a laser transmitter 10 for irradiating a laser beam 11 and an optical diffraction signal detector 9 for receiving the same.
도 3은 도 1의 장치를 도 2의 장치에 적용한 개략도로서, 이를 통하여 작동관계를 설명한다.3 is a schematic view of applying the apparatus of FIG. 1 to the apparatus of FIG.
먼저 PC(20)로 제 1 모터 즉, 스텝모터(2)를 구동하여 필요한 회전각을 고정한 후, 제 2 모터 즉, 볼스크루구동모터(7)를 구동하여 필요한 위치를 잡고, 계측후 제 2 모터(7)를 이용하여 수평위치를 변화시키면서 계측한 후 필요한 데이터를 얻는다. 다음 회전각도에서 계측하기 위해서는 제 1 모터(2)를 다시 조정한 후 분무기(4)의 각도를 세팅한 후, 위 방법을 반복하면 원하는 경로적분 데이터를 얻을 수 있게 된다.First, drive the first motor, that is, the step motor 2, with the PC 20 to fix the required rotation angle, and then drive the second motor, that is, the ball screw drive motor 7, to set the required position, and then measure the second. The measurement is performed while the horizontal position is changed by using the motor 7 to obtain necessary data. In order to measure at the next rotation angle, after adjusting the first motor 2 again, setting the angle of the nebulizer 4, and repeating the above method, desired path integration data can be obtained.
이런 과정을 거쳐 도 5에 도시된 데이터를 얻을 수 있어 토모그래피재구성을 함으로써, 공간상의 임의의 국소점에서의 정보를 얻을 수 있게 된다. 미설명부호 13은 수평이송방향을 지시하는 것이다.Through this process, the data shown in FIG. 5 can be obtained, and by reconfiguring the tomography, information at any local point in space can be obtained. Reference numeral 13 denotes a horizontal feed direction.
이상에서 본 발명에 따른 장치의 실시예를 설명하였으나, 이는 예시이며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않고, 다양한 변화와 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식인은 이해할 수 있을 것이나, 이러한 변화와 변형은 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 첨부된 청구범위에서 알 수 있을 것이다.Although the embodiment of the apparatus according to the present invention has been described above, this is merely an example, and various changes and modifications can be understood by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. It will be apparent from the appended claims that they belong to the scope of the invention.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 장치로 인하여, 종래에 분무의 국소점 정보를 얻을 수 있는 훌륭한 방법인 다각주사에 의한 토모그래피재구성 계측을 수작업으로 세팅하여, 시간이 많이 걸리고, 수작업세팅과정에서 많은 에러를유발하던 문제점을 완전히 해결하게 되는 이점을 가져오게 된다. 이에 따라 분무해석이 보다 간편하고, 정확성 있게 이루어짐으로써, 분무가 적용되는 여러 가지 분야의 기술발전에 기여하게 된다.As described above, due to the apparatus according to the present invention, it is time-consuming to manually set the tomographic reconstruction measurement by polygonal scanning, which is a great way to obtain the local point information of the spray in the past, and in the manual setting process This has the advantage of completely solving the problem that caused many errors. Accordingly, the spray analysis is made simpler and more accurate, thereby contributing to the technical development of various fields in which spray is applied.
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