KR101981275B1 - 압입 충격 시험기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 솔레노이드 액추에이터를 이용해 고속의 압입 하중을 발생시켜 시편에 인가함에 따라 연속적으로 얻어지는 하중-변위곡선을 통해 시편의 물성을 측정하여 충격 거동 등의 평가를 수행할 수 있는 압입 충격 시험기에 관한 것이다. 압입 충격 시험기의 일실시예는, 시편에 압입 하중을 가하는 압입자와 수평 방향으로 마련되며 단부 측에 압입자가 구비되고, 내부에 구비되는 솔레노이드에 전류가 공급되어 생성된 하중을 압입자에 인가하는 액추에이터 및 압입자에 연결되어 압입자에 가해지는 하중을 연속적으로 측정하는 하중센서와 압입자가 시편 상에 압입 하중을 가하면서 이동한 변위를 연속적으로 측정하도록 구비되는 변위센서와 수평 방향으로 마련되며 압입자의 단부와 대응되는 위치에 시편을 고정하는 고정지그가 구비되는 스테이지와 스테이지가 장착되며, 압입자의 하중 인가 방향과 동일 축선상에서 스테이지를 이동시키는 스테이지 무버 및 액추에이터, 변위센서 및 스테이지 무버를 지지하는 지지프레임을 포함하는 것일 수 있다.

Description

압입 충격 시험기{Apparatus for Indentation Impact Test}
본 발명은 시편에 압입 충격 시험을 수행할 수 있는 압입 충격 시험기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 솔레노이드 액추에이터를 이용해 고속의 압입 하중을 발생시켜 시편에 인가함에 따라 연속적으로 얻어지는 하중-변위곡선을 통해 충격 거동 등의 평가를 수행할 수 있는 압입 충격 시험기에 관한 것이다.
일반적으로, 압입시험기를 이용한 재료 물성 평가 방법은 현재 상당한 주목을 받고 있는 방법으로서, 압입시험기를 이용하는 방법의 가장 큰 장점은 시편의 준비과정이 매우 간단하다는 점이다.
기존의 재료 물성 측정을 위한 표준 시험 방법, 예컨대 인장시험법과 같은 경우에는 시편을 가공하는 것과 재료 시험기에 장착하는 것, 시편의 변형량을 정밀하게 측정하는 것이 매우 어려운 작업이므로, 재료의 물성을 정확히 측정하는 것은 쉽지 않은 일이다.
반면, 압입시험기를 이용한 시험은 재료에 압입자를 침투시키면서 연속적인 하중과 변위를 정밀하게 측정하여 재료의 물성을 평가하는 방법으로서, 시편 가공 과정 및 시편 장착 과정이 매우 간단하다는 장점이 있기 때문에 재료 물성 평가에 자주 이용되고 있다.
종래 압입시험기는 일반적인 경도시험기와 마찬가지로 수직 방향을 축으로 시편에 압입 시험을 수행해 하중-변위곡선을 얻은 후 이를 해석하여 시편의 물성을 평가하여 왔으며, 압입자를 달리하면서 다양한 형태로 시편의 경도 및 인장물성, 파괴인성 등을 예측하는데 이용되어왔다.
한편, 최근에는 급격한 충격이 가해지더라도 이를 견딜 수 있는 재료로 구조물이 형성될 것이 요구되고 있으며, 이러한 재료를 연구하기 위해 재료에 대한 충격 인성, 고속 인장 시험(High strain rate test) 등이 수행되고 있다.
그러나, 종래 압입시험기는 모터식 액추에이터로 압입 시험이 수행되어 변형률 속도(Strain rate)가 10-6~10-2/s인 정적 시험만이 가능하고, 압입자의 순간적인 고속 압입이 불가하여 충격 인성, 고속 인장 시험 등과 같은 동적 시험으로부터 얻을 수 있는 물성 예측에 대해 적용할 수 없다는 한계점이 있어왔다.
본 발명은 전술한 배경에서 안출된 것으로, 솔레노이드 액추에이터를 이용해 고속의 압입을 수행하며, 고속 압입이 수행됨에 따른 압입 시험에 대한 중력 요인을 배제하고 압입자의 시편에 대한 박힘 현상을 개선하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명은 다른 측면에서 고속 압입을 수행함에 따라 압입자의 변위를 보다 정밀하게 측정하기 위한 레이저센서와, 압입자와 시편의 인게이지를 자동으로 수행하는 스테이지 무버 등이 마련되어 수평형태의 고속 압입 시험의 신뢰성을 보다 높이는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
압입 충격 시험기의 일실시예는, 시편에 압입 하중을 가하는 압입자와 수평 방향으로 마련되며 단부 측에 압입자가 구비되고, 내부에 구비되는 솔레노이드에 전류가 공급되어 생성된 하중을 압입자에 인가하는 액추에이터 및 압입자에 연결되어 압입자에 가해지는 하중을 연속적으로 측정하는 하중센서와 압입자가 시편 상에 압입 하중을 가하면서 이동한 변위를 연속적으로 측정하도록 구비되는 변위센서와 수평 방향으로 마련되며 압입자의 단부와 대응되는 위치에 시편을 고정하는 고정지그가 구비되는 스테이지와 스테이지가 장착되며, 압입자의 하중 인가 방향과 동일 축선상에서 스테이지를 이동시키는 스테이지 무버 및 액추에이터, 변위센서 및 스테이지 무버를 지지하는 지지프레임을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 압입자로부터 연장 형성되어 압입자와 함께 움직이며, 단부에 반사판이 마련되는 반사부재를 더 포함하며, 변위센서는 지지프레임에 연결되어 지지되며, 반사판에 레이저광을 조사하는 레이저광원과 레이저광원에서 조사한 레이저광의 반사광을 측정하여 압입자의 이동 변위를 연속적으로 측정하는 레이저센서를 갖는 레이저모듈을 포함하는 압입 충격 시험기.
또한, 스테이지 무버는 지지프레임에 고정되며, 내측면에 슬라이드홈이 마련되는 한 쌍의 고정프레임부와 스테이지가 장착되며, 고정프레임부의 슬라이드홈으로 삽입되는 돌출부가 마련되어 슬라이드홈을 따라 이동하면서 스테이지를 이동시키는 이동프레임부와 이동프레임부와 연결되며, 이동프레임부를 이동시키는 구동력을 제공하는 인게이지 모터부 및 인게이지 모터부와 전기적으로 연결되어 인게이지 모터부에 제어신호를 송신하여 이동프레임부를 이동시키되 하중센서 및 변위센서에서 감지된 하중과 변위가 미리 설정된 값에 해당하는 경우 제어신호의 송신을 중단하여 인게이지를 수행하는 인게이지 제어부를 포함하는 것일 수 있다.
추가로, 스테이지에 고정된 시편의 일면이 압입자의 단부와 접촉하면서 발생하는 하중을 감지하여 생성된 신호를 인게이지 제어부에 송신하는 인게이지 센서부를 더 포함할 수도 있으며, 고정프레임부에 결합하며, 이동프레임부의 움직임을 고정하는 고정클램프를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 고정지그는 테이퍼진 일면이 마주보도록 마련된 한 쌍의 가압부재 사이에 시편이 배치되어 가압부재가 시편의 양 측을 가압하면서 스테이지 상에 시편을 고정하도록 형성되는 것일 수 있다.
전술한 실시예의 압입 충격 시험기에 따르면, 압입자의 고속 압입을 통해 압입 충격 시험을 수행할 수 있으며, 수평 방향으로 압입을 수행하여 압입 하중에 대한 중력의 영향 및 압입자의 시편 박힘을 개선할 수 있다.
또한, 변위센서가 레이저센서 형태로 형성되어 압입자의 이동 변위를 보다 정밀하게 측정할 수 있으며, 인게이지 제어부가 스테이지 무버에 마련되어 압입자와 시편의 인게이지를 자동으로 정밀하게 수행할 수 있어 수평 형태의 고속 압입 시험을 정확하게 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 압입 충격 시험기의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기의 일부 구성을 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기 중 일부를 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기 중 일부를 나타낸 확대도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 압입 충격 시험기의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기의 일부 구성을 나타낸 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기 중 일부를 나타낸 측면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기 중 일부를 나타낸 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 압입 충격 시험기를 구성하는 전체적인 구성요소를 살펴본다.
압입자(100)는 시편(10)에 압입 하중을 가하는 구성으로, 액추에이터(200)의 단부 측에 마련되어 시편(10)에 압입 하중을 가하는 니들 형상으로 형성된다. 압입자(100)는 시편(10) 또는 시험의 성질에 따라 비커스(Vickers), 누프(Knoop), 벌코비치(Verkovich), 구형 등의 다양한 형태로 마련되어 필요에 따라 종류를 교체할 수 있다.
액추에이터(200)는 단부 측에 구비되는 압입자(100)에 하중을 인가하여 압입자(100)를 매개로 시편(10)에 압입 하중을 가하기 위해 구동력을 발생시켜 하중을 생성하는 구성요소이다. 이러한 액추에이터(200)는 내부에 솔레노이드(Solenoid, 미도시)가 마련되어, 외부에서 공급된 전류가 솔레노이드에 인가되면서 발생하는 구동력으로 인해 하중이 생성되는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 액추에이터(200) 내부에 마련된 솔레노이드에 전류가 인가되면, 솔레노이드는 약 40Kgf의 하중을 생성해 압입자(100)에 인가하며, 압입자(100)는 시편(10)에 해당 하중을 인가하여 103/s 이상의 변형률 속도(Strain rate)로 동적(Dynamic) 시험을 수행할 수 있다. 이러한 솔레노이드의 일례로, 구동전압 24VDC, 이동 변위 12mm의 솔레노이드가 이용될 수 있다.
액추에이터(200)의 내부에 솔레노이드가 마련되어 시편(10)에 대한 동적 시험을 수행함에 따라, 압입자(100)와 액추에이터(200)만으로도 동적 경도(Dynamic Hardness) 시험이 가능하다.
스테이지(500)는 시편(10)이 고정되는 구성요소로, 압입자(100)의 단부와 대응되는 위치에 시편(10)을 고정하는 고정지그(510)가 마련되어, 고정지그(510)에 시편(10)이 고정된 상태에서 압입자(100)의 단부가 시편(10)에 압입 하중을 가할 수 있다.
한편, 솔레노이드 형태의 액추에이터(200)는 순간적인 고속의 하중을 생성할 수 있으나, 압입자(100)가 압입 하중을 가하는 방향으로 1회에 한하여 고속의 하중을 생성할 뿐 전진한 압입자(100)를 후퇴시키는 하중을 생성할 수 없다.
그러므로, 시편(10)이 고정된 스테이지(500)와 액추에이터(200)가 지면에 수직한 수직 방향으로 배치된 상태에서 액추에이터(200)의 압입 하중이 순간적으로 압입자(100)에 인가되면 압입자(100)의 압입 하중에 중력의 영향이 더해져 시편(10)에 압입자(100)가 박히게 될 가능성이 있으며, 압입자(100)의 후퇴운동이 불가하기 때문에 외력을 가해 시편(10)에 박힌 압입자(100)를 제거하여야 하는 불편함이 있다.
또한, 순간적인 압입자(100)의 하중 인가로 시편(10)으로부터 압입자(100)가 반발(Rebound)되는 현상을 압입자(100)에 작용하는 중력의 영향 및 압입자(100)의 후퇴운동이 불가함으로 인해 측정할 수 없게 된다.
이를 개선하기 위해, 액추에이터(200) 및 스테이지(500)는 수평 방향으로 마련되어 압입자(100)가 시편(10)에 수평 방향의 압입 하중을 가할 수 있다. 이때 수평이라 함은 지면에 중력이 작용하는 방향과 수직한 방향, 즉 지면과 평행한 방향을 의미한다. 액추에이터(200)와 스테이지(500)가 수평 방향으로 마련되면 중력의 영향을 최대한 배제할 수 있어 시편(10)에 대한 압입자(100)의 박힘 가능성을 줄이고 압입자(100)의 반발을 보다 용이하게 측정할 수 있다.
하중센서(300)는 액추에이터(200)와 압입자(100)에 연결되어 액추에이터(200)가 압입자(100)에 인가하는 하중을 연속적으로 측정한다. 이때 연속적이라 함은 액추에이터(200)가 압입자(100)에 인가하는 하중을 시간 별로 연속적으로 측정함을 의미한다. 하중센서(300)는 액추에이터(200)가 압입자(100)에 인가하는 하중을 측정하여 전기신호로 변환하는 로드셀(Load Cell) 형태로 마련될 수 있다. 하중센서(300)의 일례로 최대 감지 하중 100kgf의 센서가 이용될 수 있다. 이러한 하중센서(300)는 컴퓨터 등의 연산수단 또는 후술할 인게이지 제어부(640)와 유선 또는 무선으로 연결되어 측정신호를 송신할 수 있다.
변위센서(400)는 압입자(100)가 시편(10) 상에 압입 하중을 가하면서 이동한 변위를 연속적으로 측정한다. 이때 연속적이라 함은 압입자(100)의 이동 변위를 시간 별로 연속적으로 측정함을 의미한다. 이러한 변위센서(400)는 컴퓨터 등의 연산수단 또는 후술할 인게이지 제어부(640)와 유선 또는 무선으로 연결되어 측정신호를 송신할 수 있다.
액추에이터(200)가 솔레노이드로 마련되어 고속 압입이 수행됨에 따라, 변위센서(400)는 순간적으로 발생하는 압입자(100)의 이동을 측정하기 위해 레이저광을 이용해 압입자(100)의 변위를 측정하도록 마련될 수 있다. 이는 후술하여 상세히 설명한다.
한편, 시편(10)을 스테이지(500)에 고정 및 고정해제하기 위한 공간의 확보나 압입자(100)를 시편(10)에 접근시키기 위한 목적으로 스테이지(500)가 이동될 필요가 있다. 이를 위해, 스테이지 무버(600)에는 스테이지(500)가 장착되며, 스테이지 무버(600)는 압입자(100)의 하중 인가 방향과 동일 축선상에서 스테이지(500)를 이동시킨다. 이러한 스테이지 무버(600) 역시 후술하여 상세히 설명한다.
지지프레임(700)은 액추에이터(200), 변위센서(400) 및 스테이지 무버(600)를 지지하는 베이스에 해당하는 구성이다. 액추에이터(200)와 스테이지(500) 또는 스테이지(500)를 장착한 스테이지 무버(600)가 수평 방향으로 마련되는 경우 지지프레임(700)은 액추에이터(200)와 스테이지(500)를 지지하기 위해 도 1과 같이 수평 방향으로 마련될 수 있다. 이때 액추에이터(200)는 지지프레임(700)과 연결되는 별도의 프레임에 액추에이터(200)의 선형 운동을 유지하기 위한 가이드부싱(720)이 마련되는 형태로 구비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기의 일부 구성을 나타낸 정면도이다.
스테이지(500)에 마련되는 고정지그(510)는 압입자(100)의 단부와 대응되는 위치에 시편(10)을 고정하는데, 이러한 시편(10)의 위치를 조절하기 위해 스테이지(500)를 조절하여 시편(10)의 고정 위치를 변경시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3에 정의된 X, Y축 방향에서 스테이지(500)를 이동시켜 압입자(100)의 단부와 대응되는 위치에 시편(10)을 고정하기 위해 스테이지(500)는 조절나사(520)를 포함할 수 있다.
조절나사(520)는 스테이지(500)를 X축 방향으로 이동시키는 X축 조절나사와 스테이지(500)를 Y축 방향으로 이동시키는 Y축 조절나사로 마련될 수 있다. 이러한 조절나사(520)를 조작하여 스테이지(500)의 위치를 조절해 고정지그(510)에 장착된 시편(10)의 위치를 압입자(100)의 단부와 대응되는 위치에 조절하여 시편(10)을 고정할 수 있다. 이러한 조절나사(520)의 일례로, 스테이지(500)를 X, Y축 방향으로 ±20mm만큼 이동시키는 이동 변위를 갖는 조절나사(520)가 구비될 수 있다.
스테이지(500)는 도브테일(Dovetail) 형태로 스테이지 무버(600)에 결합하여 X, Y축 방향으로 이동하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 스테이지 무버(600)에 형성된 도브테일홈에 결합하는 도브테일을 갖는 제1스테이지(501)는 Y축 방향으로 이동하고, 이러한 제1스테이지(501)에 형성된 도브테일홈에 X축 방향으로 이동하는 제2스테이지(503)가 결합하여 스테이지(500)가 X, Y축 방향으로 이동하도록 구비되는 것일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기 중 일부를 나타낸 측면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 고정지그(510)는 한 쌍의 가압부재(511)로 마련될 수 있으며, 이러한 가압부재(511)는 테이퍼진 일면이 마주보도록 한 쌍이 마련되되 그 사이에 배치되는 시편(10)의 양 측을 가압하면서 스테이지(500) 상에 시편(10)을 고정할 수 있다.
가압부재(511)에는 일면 상에서 내측으로 중공홀이 형성되고 스테이지(500)에는 중공홀과 대응되는 삽입홀이 형성되며, 이러한 가압부재(511)를 스테이지(500) 상에서 중공홀과 삽입홀이 정렬되도록 위치시킨 후, 가압부재(511)의 중공홀로 볼트를 삽입하여 가압부재(511)와 스테이지(500)를 결합시킬 수 있다. 즉, 한 쌍의 가압부재(511)는 테이퍼진 일면이 시편(10)의 양 측을 가압한 상태에서 중공홀에 볼트를 삽입하고, 이를 렌치 등으로 조여 스테이지(500)와 결합시킴으로써 시편(10)을 스테이지(500) 상에 고정시키는 것일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 압입 충격 시험기 중 일부를 나타낸 확대도이다.
도 5를 참조하여 레이저광을 이용한 변위센서(400)를 살펴보면, 변위센서(400)는 고속으로 압입되는 압입자(100)의 이동을 측정하기 위해 레이저광을 조사하는 구성을 포함할 수 있다. 이러한 변위센서(400)는 레이저광원(411) 및 레이저센서(413)로 구성되는 레이저모듈(410) 형태로 형성될 수 있다.
변위센서(400)가 레이저모듈(410) 형태로 형성되는 경우, 압입자(100)의 이동 변위를 레이저광을 이용해 측정하기 위해, 압입자(100)로부터 연장 형성되어 압입자(100)와 함께 움직이며, 단부에 반사판이 마련되는 반사부재(101)가 마련될 수 있다. 압입자(100)는 액추에이터(200)로부터 하중을 인가받아 시편(10)에 압입 하중을 가하면서 이동하게 되는데, 반사부재(101)는 압입자(100)와 연결되어 압입자(100)의 이동 변위만큼 이동하게 된다. 반사부재(101)는 SUS(Steel Use Stainless) 재질로 마련될 수 있다.
이러한 반사부재(101)에 레이저광을 조사하여 압입자(100)의 이동 변위를 측정하기 위해 레이저모듈(410)에는 레이저광원(411)이 구비된다. 레이저광원은 반사부재(101)의 반사판으로 레이저광을 조사한다. 레이저광원(411)의 일례로, 측정거리 10±1mm를 갖는 광원이 이용될 수 있다.
레이저센서(413)는 레이저광원(411)에서 조사한 레이저광이 반사부재(101)의 반사판으로 입사되어 다시 반사된 반사광을 감지해 압입자(100)의 이동 변위를 연속적으로 측정한다. 레이저센서(413)의 일례로는 분해능이 10nm 수준인 센서가 이용될 수 있다.
이때 레이저광원(411)과 레이저센서(413)를 포함하는 레이저모듈(410)이 압입자(100)나 액추에이터(200)와 연결되어 구비되면 압입자(100)나 액추에이터(200)와 함께 이동하게 되어 압입자(100)의 이동 변위만을 측정할 수 없게 된다. 이를 개선하기 위해, 레이저모듈(410)은 압입자(100)나 액추에이터(200)와는 별도로 지지프레임(700)에 연결되어 지지될 수 있다. 레이저모듈(410)과 지지프레임(700)의 연결은 다양한 형태로 수행될 수도 있으나, 이러한 연결방식의 일례로 지지프레임(700)으로부터 연장되는 별도의 프레임(710)이 마련되고, 이러한 프레임(710)의 하측에 레이저모듈(410)이 매달려 지지되는 것일 수 있다.
변위센서(400)가 레이저광을 이용해 압입자(100)의 이동 변위를 측정함에 따라 압입자(100)의 미세한 이동 변위를 정밀하게 측정할 수 있으며, 고속의 시험환경에도 불구하고 이동 변위의 측정이 가능하다.
한편, 도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 스테이지 무버(600)는 스테이지(500)를 이동시키기 위한 다양한 구성요소를 포함하며, 이러한 스테이지 무버(600)는 고정프레임부(610), 이동프레임부(620), 인게이지 모터부(630), 인게이지 제어부(640)의 구성을 포함할 수 있다.
고정프레임부(610)는 볼트 등의 결합수단을 이용해 지지프레임(700)에 고정되며, 내측면에 슬라이드홈이 형성된다. 이러한 고정프레임부(610)는 지지프레임(700)의 양 측에 한 쌍으로 마련되어 슬라이드홈이 마주보도록 형성될 수 있다.
이동프레임부(620)에는 스테이지(500)가 장착되며, 하부 양 측면으로 돌출부가 형성된다. 이러한 돌출부를 갖는 이동프레임부(620)는 한 쌍의 고정프레임부(610) 사이의 슬라이드홈으로 돌출부가 삽입되면서 슬라이드홈을 따라 이동하게 되며, 이동프레임부(620)의 이동으로 인해 이동프레임부(620)에 장착된 스테이지(500)가 이동될 수 있다.
고정프레임부(610)에 대한 이동프레임부(620)의 이동은 사용자가 외력을 제공해 수동으로 수행될 수도 있으나, 압입자(100)와 시편(10)을 미세하게 맞닿게 해 시험을 시작할 수 있는 상태를 만드는 인게이지(Engage)를 정밀하게 수행하기 위해 인게이지를 자동으로 수행하는 일련의 구성이 더 구비될 수 있다.
인게이지 모터부(630)는 이동프레임부(620)와 연결되어 이동프레임부(620)를 이동시키는 구동력을 제공한다. 인게이지 모터부(630)는 외부전원으로부터 공급받은 전력으로 구동되어 발생된 회전동력을 직선운동으로 변환하여 이동프레임부(620)에 제공하고, 이동프레임부(620)는 이러한 동력으로 고정프레임부(610)의 슬라이드홈을 따라 움직일 수 있다.
인게이지 제어부(640)는 하중센서(300) 및 변위센서(400)와 유선 또는 무선으로 연결되어 하중센서(300) 및 변위센서(400)에서 생성된 신호에 근거하여 인게이지 모터부(630)를 제어한다. 인게이지 제어부(640)는 인게이지 모터부(630)와 도 유선 또는 무선으로 전기적으로 연결된다.
인게이지 제어부(640)는 인게이지 모터부(630)에 제어신호를 송신하여 인게이지 모터부(630)에서 생성된 구동력으로 이동프레임부(620)를 이동시켜 시편(10)을 압입자(100)의 단부 방향으로 이동시키되, 하중센서(300) 및 변위센서(400)의 신호를 토대로 압입자(100)와 시편(10)이 맞닿은 것으로 판단한 경우 제어신호의 송신을 중단하여 시편(10)과 압입자(100)가 맞닿은 인게이지를 수행한다. 여기서, 제어신호의 송신을 중단하는 기준이 되는 하중센서(300)와 변위센서(400)의 신호 값은 각각 0.2~2kgf, 5~30μm의 범위 내에서 정해지는 값일 수 있다.
인게이지 제어부(640)는 하중센서(300)와 변위센서(400)의 신호값을 토대로 압입자(100)와 시편(10)이 맞닿은 것으로 판단한 경우, 인게이지 모터부(630)에 시편(10)을 압입자(100)의 단부 방향으로 이동시키는 제어신호의 송신을 중단하고 시편(10)을 압입자(100)의 단부에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 제어신호를 송신할 수도 있다. 이때 시편(10)이 압입자(100)의 단부에서 멀어지는 방향으로 이동되는 거리는 5μm인 것일 수 있다. 이러한 인게이지 제어부(640)의 동작에 의하면, 시편(10)이 압입자(100)에 맞닿은 후 다시 압입자(100)의 단부에서 멀어지는 방향으로 5μm만큼 이동하여 압입 시험을 수행하기 위한 인게이지 과정이 완료될 수 있다.
보다 정확한 하중의 감지를 위해, 스테이지 무버(600)는 인게이지 센서부(미도시)를 가질 수도 있다. 인게이지 센서부는 스테이지(500)에 고정된 시편(10)의 일면이 압입자(100)의 단부와 접촉하면서 발생하는 하중을 감지하여 하중신호를 발생시키며, 하중센서(300) 보다 높은 분해능을 갖는 센서로 마련되어, 하중센서(300)의 발생 신호값을 대체하여 인게이지 수행에 이용될 수 있다. 인게이지 센서부는 스테이지(500)에 인가되는 하중을 측정하여 전기신호로 변환하는 로드셀(Load Cell) 형태로 마련될 수 있다.
고정클램프(611)는 고정프레임부(610)에 결합하면서 이동프레임부(620)의 움직임을 고정하여 스테이지(500) 및 스테이지(500)에 고정된 시편(10)의 움직임을 방지한다. 압입자(100)가 시편(10)에 압입 하중을 인가하면, 인가된 하중으로 인해 시편(10)이 압입 방향으로 밀리게 될 수 있다. 이러한 경우 시편(10)에 대한 정확한 하중의 인가가 불가하므로 압입자(100)의 하중 인가로 도출되는 하중-변위곡선의 결과값이 부정확해질 우려가 있다. 이때 고정클램프(611)가 구비되어 이동프레임부(620)를 고정하면 압입자(100)의 압입 하중 인가에 따른 시편(10)의 밀림 현상을 방지할 수 있다.
고정클램프(611)는 고정프레임부(610)와 이동프레임부(620) 사이에서 두 부재의 이격거리를 좁혀 조여주는 레버 형태로 마련되어, 레버의 회전에 따라 이동프레임부(620)가 고정되거나 고정해제될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 압입 충격 시험기에 따르면, 압입자의 고속 압입을 통해 압입 충격 시험을 수행할 수 있으며, 수평 방향으로 압입을 수행하여 압입 하중에 대한 중력의 영향 및 압입자의 시편 박힘을 개선할 수 있다.
또한, 변위센서가 레이저센서 형태로 형성되어 압입자의 이동 변위를 보다 정밀하게 측정할 수 있으며, 인게이지 제어부가 스테이지 무버에 마련되어 압입자와 시편의 인게이지를 자동으로 정밀하게 수행할 수 있어 수평 형태의 고속 압입 시험을 정확하게 수행할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 시편 100 : 압입자
101 : 반사부재 200 : 액추에이터
300 : 하중센서 400 : 변위센서
410 : 레이저모듈 411 : 레이저광원
413 : 레이저센서 500 : 스테이지
510 : 고정지그 511 : 가압부재
600 : 스테이지 무버 610 : 고정프레임부
611 : 고정클램프 620 : 이동프레임부
630 : 인게이지 모터부 640 : 인게이지 제어부
700 : 지지프레임

Claims (6)

  1. 시편에 압입 하중을 가하는 압입자;
    수평 방향으로 마련되며 단부 측에 상기 압입자가 구비되고, 내부에 구비되는 솔레노이드에 전류가 공급되어 생성된 하중을 상기 압입자에 인가하는 액추에이터;
    상기 액추에이터 및 상기 압입자에 연결되어 상기 압입자에 가해지는 하중을 연속적으로 측정하는 하중센서;
    상기 압입자가 상기 시편 상에 압입 하중을 가하면서 이동한 변위를 연속적으로 측정하도록 구비되는 변위센서;
    수평 방향으로 마련되며 상기 압입자의 단부와 대응되는 위치에 상기 시편을 고정하는 고정지그가 구비되는 스테이지;
    상기 스테이지가 장착되며, 상기 압입자의 하중 인가 방향과 동일 축선상에서 상기 스테이지를 이동시키는 스테이지 무버; 및
    상기 액추에이터, 상기 변위센서 및 상기 스테이지 무버를 지지하는 지지프레임을 포함하되,
    상기 스테이지 무버는,
    상기 지지프레임에 고정되며, 내측면에 슬라이드홈이 마련되는 한 쌍의 고정프레임부;
    상기 스테이지가 장착되며, 상기 고정프레임부의 상기 슬라이드홈으로 삽입되는 돌출부가 마련되어 상기 슬라이드홈을 따라 이동하면서 상기 스테이지를 이동시키는 이동프레임부;
    상기 이동프레임부와 연결되며, 상기 이동프레임부를 이동시키는 구동력을 제공하는 인게이지 모터부; 및
    상기 인게이지 모터부와 전기적으로 연결되어 상기 인게이지 모터부에 제어신호를 송신하여 상기 이동프레임부를 이동시키되 상기 하중센서 및 상기 변위센서에서 감지된 하중과 변위가 미리 설정된 값에 해당하는 경우 상기 제어신호의 송신을 중단하는 인게이지 제어부를 포함하여,
    상기 인게이지 제어부가 상기 시편을 상기 압입자의 단부 방향으로 이동시키는 제어신호를 송신하여 상기 압입자와 시편이 맞닿고, 상기 압입자와 시편이 맞닿은 후 상기 인게이지 제어부가 상기 시편을 상기 압입자의 단부에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 제어신호를 송신하여 인게이지를 수행하는 압입 충격 시험기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압입자로부터 연장 형성되어 상기 압입자와 함께 움직이며, 단부에 반사판이 마련되는 반사부재를 더 포함하며,
    상기 변위센서는, 상기 반사판에 레이저광을 조사하는 레이저광원과 상기 레이저광원에서 조사한 레이저광의 반사광을 측정하여 상기 압입자의 이동 변위를 연속적으로 측정하는 레이저센서를 갖는 레이저모듈을 포함하는 압입 충격 시험기.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스테이지에 고정된 상기 시편의 일면이 상기 압입자의 단부와 접촉하면서 발생하는 하중을 감지하여 생성된 신호를 상기 인게이지 제어부에 송신하는 인게이지 센서부를 더 포함하는 압입 충격 시험기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정프레임부에 결합하면서 상기 이동프레임부의 움직임을 고정하는 고정클램프를 더 포함하는 압입 충격 시험기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고정지그는,
    테이퍼진 일면이 마주보도록 마련된 한 쌍의 가압부재를 포함하며, 상기 가압부재 사이에 상기 시편이 배치되어 상기 가압부재가 상기 시편을 가압하면서 상기 스테이지 상에 상기 시편을 고정하도록 형성되는 압입 충격 시험기.
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