KR102557214B1 - Ultrasonic fatigue testing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 피로 시험 장치에 관한 것으로, 시험편 일측에 배치되는 압전변환기(Ultrasonic Transducer); 상기 압전변환기에 의해 발생된 진동을 증폭시켜 시험편에 전달하고, 상기 압전변환기와 시험편 일단을 연결하는 제1증폭혼 및 시험편 타단에 배치되는 제2증폭혼을 포함하는 증폭혼(Amplification Horn); 상기 압전변환기에서 공급받은 진동에 의해 시험편에서 발생하는 진동의 진폭 및 주파수를 검출하여 시험편의 변위를 측정하는 변위센싱부; 및 상기 제1증폭혼을 이동시켜 상기 시험편 일측으로 기설정된 인장력을 제공하는 구동모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an ultrasonic fatigue testing apparatus, comprising: a piezoelectric transducer disposed on one side of a test piece; An amplification horn that amplifies vibration generated by the piezoelectric transducer and transmits it to the test piece, and includes a first amplification horn connecting the piezoelectric transducer and one end of the test piece and a second amplification horn disposed at the other end of the test piece; a displacement sensing unit measuring the displacement of the test piece by detecting the amplitude and frequency of the vibration generated in the test piece by the vibration supplied from the piezoelectric transducer; and a driving module for providing a preset tensile force to one side of the test piece by moving the first amplifying horn.
Description
본 발명은 초음파 피로 시험 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스트레인게이지모듈 및 광센서모듈을 이용하여 시험편에 규칙적인 피로 응력을 가할 수 있도록 구성되어 피로 시험의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 초음파 피로 시험 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ultrasonic fatigue test apparatus, and more particularly, to an ultrasonic fatigue test apparatus configured to apply a regular fatigue stress to a test piece using a strain gauge module and an optical sensor module to improve the accuracy and reliability of a fatigue test. It is about the test device.
일반적으로 초고주기 피로시험장치 혹은 초음파 피로시험장치는 압전 변환기(Piezoelectric Transducer)를 이용하여 초음파 범위의 주파수를 갖는 진동을 발생시키고 이를 시험편에 인가하여 피로 시험을 수행하는 장치로, 열차의 차륜, 터빈 블레이드 등의 피로 응력에 대한 저항이 중요시되는 부품에 대한 피로 시험에 활용되고 있다.In general, an ultra-high cycle fatigue tester or ultrasonic fatigue tester is a device that uses a piezoelectric transducer to generate vibration with a frequency in the ultrasonic range and applies it to a test piece to perform a fatigue test. It is used for fatigue tests on parts where resistance to fatigue stress is important, such as blades.
종래 기술에 따른 초고주기 피로시험장치는, 시험편의 상측 영역에 마련되는 압전 변환기, 압전 변환기와 시험편의 상단부를 연결하여 압전 변환기에 의해 발생하는 진동을 증폭시켜 시험편에 전달하는 증폭혼 및 압전 변환기에 소정의 전력을 인가하는 전력 발생기를 포함한다.An ultra-high cycle fatigue test apparatus according to the prior art is a piezoelectric transducer provided in the upper region of a test piece, a piezoelectric transducer and an amplifying horn for amplifying vibration generated by the piezoelectric transducer and transmitting it to the test piece by connecting the piezoelectric transducer and the upper end of the test piece, and the piezoelectric transducer A power generator for applying a predetermined power is included.
여기서, 압전 변환기는 압전효과를 가진 재료를 사용해서 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환하고, 또 기계적 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 것으로, 전력 발생기에 의해 전력이 인가되면 길이 방향(상하 방향)으로 기계적인 진동을 발생시킨다.Here, the piezoelectric transducer converts electrical energy into mechanical energy using a material with a piezoelectric effect, and converts mechanical energy into electrical energy. generate mechanical vibrations.
그런데, 위와 같은 구성을 갖는 종래 기술에 따른 초고주기 피로시험장치는 하나의 압전 변환기 및 증폭혼에 의해 시험편의 일단부에만 진동을 전달하기 때문에, 시험편의 길이 방향으로 발생하는 변위 및 변형률이 시험편의 중심에 대해 대칭적인 파형을 이루지 못하고 있다. However, since the ultra-high cycle fatigue test apparatus according to the prior art having the above configuration transmits vibration only to one end of the test piece by one piezoelectric transducer and an amplification horn, the displacement and strain generated in the longitudinal direction of the test piece The waveform is not symmetric about the center.
이에 따라, 종래 기술에 따른 피로시험장치는 시험편의 중심에 불규칙적인 피로 응력이 가해져 피로 시험의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.Accordingly, the fatigue test apparatus according to the prior art has a problem in that reliability of the fatigue test is reduced because irregular fatigue stress is applied to the center of the test piece.
또한, 종래 기술에 따른 초고주기 피로시험장치는 장착된 시험편이 그 일단은 고정단으로 그 타단은 자유단으로 마련되는 외팔보(Cantilever) 형태이기 때문에, 시험편에 소정의 인장력 또는 압축력을 인가하기 어려워 피로 시험의 다양성 측면에서 한계가 있었다.In addition, since the ultra-high cycle fatigue test apparatus according to the prior art is in the form of a cantilever in which one end of the mounted test piece is provided as a fixed end and the other end as a free end, it is difficult to apply a predetermined tensile or compressive force to the test piece. There were limitations in terms of the diversity of the test.
따라서, 시험편의 일단 및 타단을 고정단으로 하고, 일단측으로 기설정된 인장력이 작용하도록 구성되어 시험편의 다양한 응력비 조절이 가능할 뿐 아니라 시험편의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지모듈 및 이격 배치되어 시험편에 투영된 조사광을 센싱하는 광센서모듈을 포함하여 시험편의 교정 응력을 도출하여 시험편에 규칙적인 피로 응력을 가할 수 있도록 구성되어 피로 시험의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 초음파 피로 시험 장치의 개발이 요구되고 있다.Therefore, one end and the other end of the test piece are set as fixed ends, and a predetermined tensile force is applied to one end side, so that various stress ratios of the test piece can be adjusted, as well as a strain gauge module that measures the strain of the test piece and irradiation that is spaced apart and projected on the test piece. Development of an ultrasonic fatigue test apparatus that can improve the accuracy and reliability of a fatigue test by including an optical sensor module that senses light to derive a calibrated stress of a test piece and apply a regular fatigue stress to the test piece is required. .
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 압전변환기와 시험편 일단을 연결하는 제1증폭혼 및 시험편 타단에 배치되는 제2증폭혼을 포함하는 증폭혼(Amplification Horn), 상기 압전변환기에서 공급받은 진동에 의해 시험편에서 발생하는 진동의 진폭 및 주파수를 검출하여 시험편의 변위를 측정하는 변위센싱부 및 상기 제1증폭혼을 이동시켜 상기 시험편 일측으로 기설정된 인장력을 제공하는 구동모듈을 포함함으로써, 시험편의 일단 및 타단을 고정단으로 하고, 일단측으로 기설정된 인장력이 작용하도록 구성되어 시험편의 다양한 응력비 조절이 가능할 뿐 아니라 시험편의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지모듈 및 이격 배치되어 시험편에 투영된 조사광을 센싱하는 광센서모듈을 포함하여 시험편의 교정 응력을 도출하여 시험편에 규칙적인 피로 응력을 가할 수 있도록 구성되어 피로 시험의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 초음파 피로 시험 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention, an amplification horn including a first amplification horn connecting the piezoelectric transducer and one end of the test piece and a second amplification horn disposed at the other end of the test piece, supplied from the piezoelectric transducer By including a displacement sensing unit for measuring the displacement of the test piece by detecting the amplitude and frequency of the vibration generated in the test piece by vibration, and a driving module for moving the first amplifying horn to provide a preset tensile force to one side of the test piece, With one end and the other end as fixed ends, it is configured so that a predetermined tensile force acts on one end side, so that various stress ratios of the test piece can be adjusted, as well as a strain gauge module that measures the strain of the test piece and is spaced apart to sense the irradiation light projected on the test piece. The purpose is to provide an ultrasonic fatigue test apparatus that can improve the accuracy and reliability of the fatigue test by deriving the calibration stress of the test piece and applying regular fatigue stress to the test piece.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 초음파 피로 시험 장치는 시험편 일측에 배치되는 압전변환기(Ultrasonic Transducer); 상기 압전변환기에 의해 발생된 진동을 증폭시켜 시험편에 전달하고, 상기 압전변환기와 시험편 일단을 연결하는 제1증폭혼 및 시험편 타단에 배치되는 제2증폭혼을 포함하는 증폭혼(Amplification Horn); 상기 압전변환기에서 공급받은 진동에 의해 시험편에서 발생하는 진동의 진폭 및 주파수를 검출하여 시험편의 변위를 측정하는 변위센싱부; 및 상기 제1증폭혼을 이동시켜 상기 시험편 일측으로 기설정된 인장력을 제공하는 구동모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.Ultrasonic fatigue test apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a piezoelectric transducer disposed on one side of the test piece (Ultrasonic Transducer); An amplification horn that amplifies vibration generated by the piezoelectric transducer and transmits it to the test piece, and includes a first amplification horn connecting the piezoelectric transducer and one end of the test piece and a second amplification horn disposed at the other end of the test piece; a displacement sensing unit measuring the displacement of the test piece by detecting the amplitude and frequency of the vibration generated in the test piece by the vibration supplied from the piezoelectric transducer; and a driving module for providing a preset tensile force to one side of the test piece by moving the first amplifying horn.
또한, 본 발명에 따른 상기 시험편은 상기 제2증폭혼에 의해 타단이 고정되고, 상기 구동모듈에 의해 일단측으로 인장력이 인가된 상태에서 피로 시험이 수행되어 시험편의 응력비가 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the test piece according to the present invention is characterized in that the stress ratio of the test piece is adjusted by performing a fatigue test in a state in which the other end is fixed by the second amplifying horn and a tensile force is applied to one end side by the driving module.
또한, 본 발명에 따른 상기 변위센싱부는, 상기 시험편 일측에 부착되어 시험편의 스트레인을 센싱하는 스트레인게이지모듈; 및 상기 시험편 일단에서 소정으로 이격 배치되어, 투영된 조사광을 센싱하여 시험편의 초음파 진동을 측정하는 비접촉 광센서모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the displacement sensing unit according to the present invention may include a strain gauge module attached to one side of the test piece and sensing a strain of the test piece; and a non-contact optical sensor module disposed at a predetermined distance from one end of the test piece and measuring the ultrasonic vibration of the test piece by sensing the projected irradiation light.
또한, 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치는 상기 변위센싱부가 출력하는 변위 데이터를 실시간 피드백 받아 상기 시험편의 길이가 기설정된 기준 범위에 포함되도록 상기 압전변환기에 제공되는 전력의 크기 및 주파수를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the ultrasonic fatigue test apparatus according to the present invention receives displacement data output from the displacement sensing unit as feedback in real time, and controls the magnitude and frequency of power provided to the piezoelectric transducer so that the length of the test piece is included in a predetermined reference range. It is characterized by including;
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는, 상기 스트레인게이지모듈에서 측정된 변위값 및 상기 광센서모듈에서 측정된 변위값을 교정하여 시험편의 교정 변위 데이터를 도출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the controller according to the present invention is characterized in that the calibration displacement data of the test piece is derived by calibrating the displacement value measured by the strain gauge module and the displacement value measured by the optical sensor module.
아울러, 본 발명에 따른 상기 제어부는, 상기 변위센싱부에서 측정된 변위값 정보를 반영하여 상기 시험편의 동적탄성계수(Dynamic Young's modulus)를 산출하고, 산출된 동적탄성계수를 이용하여 피로시험결과를 도출하는 것을 특징으로 한다.In addition, the controller according to the present invention calculates the dynamic Young's modulus of the test piece by reflecting the displacement value information measured by the displacement sensing unit, and calculates the fatigue test result using the calculated dynamic elastic modulus. It is characterized by derivation.
상기와 같은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치에 의하면, 시험편의 일단 및 타단을 고정단으로 하고, 일단측으로 기설정된 인장력이 작용하도록 구성되어 시험편의 다양한 응력비 조절이 가능할 뿐 아니라 시험편의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지모듈 및 이격 배치되어 시험편에 투영된 조사광을 센싱하는 광센서모듈을 포함하여 시험편의 교정 응력을 도출하여 시험편에 규칙적인 피로 응력을 가할 수 있도록 구성되어 피로 시험의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the ultrasonic fatigue test apparatus according to the present invention as described above, one end and the other end of the test piece are set as fixed ends, and a preset tensile force is applied to one end side, so that various stress ratios of the test piece can be adjusted and the strain of the test piece is measured It is configured to apply regular fatigue stress to the test piece by deriving the correction stress of the test piece, including a strain gauge module and an optical sensor module that is spaced apart and senses the irradiation light projected on the test piece, thereby improving the accuracy and reliability of the fatigue test. There are possible effects.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 전반적인 구성을 나타내는 제1구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 전반적인 구성을 나타내는 제2구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 응력 교정을 위한 기구도이다..
도 4는 본 발명에 따른 응력비 및 평균응력 조절을 예시적으로 도시한 제1그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 응력비 및 평균응력 조절을 예시적으로 도시한 제2그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 응력비 조절 세팅을 위한 프로그램을 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 전반적인 구성을 나타내는 사진이다.
도 8은 시험편의 일단만 고정단으로 설치한 피로 시험 장치에서의 시험편 응력을 도시한 그래프이다.1 is a first configuration diagram showing the overall configuration of an ultrasonic fatigue testing apparatus according to the present invention.
2 is a second configuration diagram showing the overall configuration of an ultrasonic fatigue testing apparatus according to the present invention.
3 is a mechanical diagram for stress calibration of the ultrasonic fatigue testing apparatus according to the present invention.
4 is a first graph showing the stress ratio and average stress control according to the present invention by way of example.
5 is a second graph exemplarily showing stress ratio and average stress control according to the present invention.
6 is a diagram showing a program for setting stress ratio adjustment according to the present invention.
7 is a photograph showing the overall configuration of the ultrasonic fatigue test apparatus according to the present invention.
8 is a graph showing the stress of a test piece in a fatigue test apparatus in which only one end of the test piece is installed as a fixed end.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First of all, it should be noted that identical components or parts in the drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible. In describing the present invention, detailed descriptions of related known functions or configurations are omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 전반적인 구성을 나타내는 제1구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 전반적인 구성을 나타내는 제2구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 전반적인 구성을 나타내는 사진이다.1 is a first configuration diagram showing the overall configuration of an ultrasonic fatigue testing apparatus according to the present invention, FIG. 2 is a second configuration diagram showing the overall configuration of an ultrasonic fatigue testing apparatus according to the present invention, and FIG. This is a picture showing the overall configuration of the ultrasonic fatigue test device according to
본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치(1)는 도 1, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이 압전변환기(100), 증폭혼(200), 변위센싱부(300), 구동모듈(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.As shown in FIGS. 1, 2 and 7, the ultrasonic
상기 압전변환기(100)는 시험편(S) 일측에 배치될 수 있다.The
구체적으로, 상기 압전변환기(100)는 압전효과를 가진 재료를 사용해서 전기적 에너지를 기계적인 에너지로 변환하고, 또 기계적 에너지를 전기적인 에너지로 변환하는 기구로, 주로 티탄산바륨이나 지르콘산과 같은 재료로 만들어진다.Specifically, the
또한, 상기 압전변환기(100)는 전력 발생기(600)와 전기적으로 연결되어 전력 발생기(600)로부터 미리 설정된 양의 전력을 공급받고, 공급받은 전력을 진동으로 변환한다.In addition, the
따라서, 상기 압전변환기(100)는 시험편(S)의 일측 즉, 시험편(S)의 상측에 배치되고, 전력 발생기(600)에 의해 전력이 인가되면 길이 방향(상하 방향)으로 기계적인 진동을 발생시킨다.Therefore, the
상기 증폭혼(200)은 압전변환기(100)에 의해 발생된 진동을 증폭시켜 시험편(S)에 전달하도록 구성된다.The amplifying
구체적으로, 상기 증폭혼(200)은 압전변환기(100)에 의해 발생된 진동을 증폭시켜 시험편(S)에 전달하는 것으로, 압전변환기(100)와 시험편(S)을 연결하고 공진현상을 이용하여 압전변환기(100)에 의해 발생된 진동을 증폭시킬 수 있다.Specifically, the
일반적으로, 압전변환기(100) 자체에서 발생되는 진동은 진폭이 작기 때문에 증폭혼이 생략되고 압전변환기(100)가 직접 시험편에 연결될 경우, 시험편(S)에서 피로 시험을 위해 요구되는 크기의 변위가 발생하기 어렵다. 이러한 이유로 증폭혼(200)은 도 1에 도시된 바와 같이 압전변환기(100)와 시험편(S) 사이에 위치하도록 구성된다.In general, since the vibration generated by the
또한, 본 발명에 따른 상기 증폭혼(200)은 상기 압전변환기(100)와 시험편(S) 일단을 연결하는 제1증폭혼(210) 및 시험편(S) 타단에 배치되는 제2증폭혼(220)을 포함할 수 있다.In addition, the
상기 제1증폭혼(210)은 압전변환기(100)와 시험편(S)을 연결하여 압전변환기(100)에 의해 발생하는 진동의 진폭을 증폭시켜 시험편(S)에 전달하게 된다.The first amplifying
또한, 상기 제1증폭혼(210)은 공진 현상을 이용하여 압전변환기(100)에 발생하는 진동을 증폭시키는 것이므로, 압전 변환기(100)의 진동에 의해 공진할 수 있는 고유주파수(고유진동수)를 갖도록, 제1증폭혼(210)의 재질, 크기 및 형상을 설계하여야 한다. 또한, 상기 제1증폭혼(210)은 그 재질, 크기 및 형상에 따라 압전변환기(100)에서 발생하는 진동의 진폭을 증폭하는 정도가 달라지는데, 시험편(S)에서 최대 50㎛의 변위를 발생시킬 수 있도록 그 재질, 크기 및 형상을 선택하는 것이 바람직하다.In addition, since the first amplifying
도 3은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치의 응력 교정을 위한 기구도이고, 도 6은 본 발명에 따른 응력비 조절 세팅을 위한 프로그램을 나타낸 도이다.3 is a mechanism diagram for stress calibration of the ultrasonic fatigue test apparatus according to the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing a program for setting stress ratio adjustment according to the present invention.
상기 제2증폭혼(220)은 시험편(S)의 타단 즉, 시험편(S)의 하단에 배치되는 것으로, 제2증폭혼(220)의 상단부는 시험편(S)의 하단부에 결합되어 시험편(S)의 상단 및 하단이 제1증폭혼(210) 및 제2증폭혼(220)으로 고정된 상태가 유지될 수 있도록 한다.The second amplifying
따라서, 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치(1)는 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 시험편(S)의 양단이 고정된 상태에서 상기 구동모듈(400)에 의해 기설정된 인장력이 시험편(S)에 작용하도록 구성되어 시험편(S)의 응력비(Stress Ratio)가 다양하게 조절될 수 있는 장점이 있다.Therefore, in the ultrasonic
응력비(Stress Ratio)는 피로 시험에서 하중이 한 주기에서의 최소 응력과 최대 응력 사이의 비율을 나타내는 것으로, 초음파 피로 시험을 인장-인장 시험으로 설치하면 응력비 R ratio를 0.1 또는 0.01 등 다양하게 조절할 수 있다.Stress Ratio represents the ratio between the minimum stress and maximum stress in a load cycle in a fatigue test. If the ultrasonic fatigue test is installed as a tensile-tensile test, the stress ratio R ratio can be adjusted in various ways, such as 0.1 or 0.01. there is.
또한, 응력비R은 아래와 같이 나타낼 수 있다.In addition, the stress ratio R can be expressed as follows.
R = R =
(는 응력의 최대치(최대응력), 는 응력의 최소치(최소응력))( is the maximum value of stress (maximum stress), is the minimum value of stress (minimum stress))
도 4는 본 발명에 따른 응력비 및 평균응력 조절을 예시적으로 도시한 제1그래프이다.4 is a first graph showing the stress ratio and average stress control according to the present invention by way of example.
도 4에 도시된 바와 같이, 최소 응력 10 MPa, 최대 응력 100 MPa 이며, 이 때, 응력비 R = 10/100 = 0.1 이다.As shown in FIG. 4, the minimum stress is 10 MPa and the maximum stress is 100 MPa, and at this time, the stress ratio R = 10/100 = 0.1.
도 5는 본 발명에 따른 응력비 및 평균응력 조절을 예시적으로 도시한 제2그래프이다.5 is a second graph exemplarily showing stress ratio and average stress control according to the present invention.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 인장 - 인장 시험에서 평균 응력(Mean Stress) 만큼의 응력을 가한 뒤 시험을 진행하여 최대 응력(Max Stress) 500MPa, 최소 응력(Min Stress) 50MPa, 평균 응력 (Mean Stress)은 275MPa 이다.In addition, as shown in FIG. 5, after applying stress as much as the mean stress in the tensile-tensile test, the test is performed to obtain a maximum stress of 500 MPa, a minimum stress of 50 MPa, and an average stress ( Mean Stress) is 275 MPa.
이 때, 진폭(Amplitude)은 225MPa로 나타난다.At this time, the amplitude (Amplitude) appears as 225MPa.
도 8은 시험편의 일단만 고정단으로 설치한 피로 시험 장치에서의 시험편 응력을 도시한 그래프이다.8 is a graph showing the stress of a test piece in a fatigue test apparatus in which only one end of the test piece is installed as a fixed end.
만약, 초음파 피로 시험 장치에 장착된 시험편(S)이 그 일단은 고정단으로 그 타단은 자유단으로 마련되는 외팔보(Cantilever) 형태의 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 응력비가 -1, 평균 응력(Mean Stress)은 0 값으로 나타나 응력비의 다양한 조절이 불가능하게 된다.If the test piece (S) mounted on the ultrasonic fatigue test device is in the form of a cantilever in which one end is fixed and the other end is free, as shown in FIG. 8, the stress ratio is -1 and the average stress (Mean Stress) appears as a value of 0, making various adjustments of the stress ratio impossible.
본 실시예에 따른 초음파 피로 시험 장치(1)에서 시험편(S)의 길이 방향으로 발생하는 변위(Displacement) 및 변형률(Strain)은 시험편(S)의 중심에 대해 대칭적인 파형을 이루고 있음을 알 수 있다. It can be seen that the displacement and strain generated in the longitudinal direction of the test piece (S) in the ultrasonic
이는 본 실시예에 따른 초음파 피로 시험 장치(1)가 시험편(S)을 중심으로 상하 대칭으로 배치되는 한 쌍의 증폭혼()에 의해 시험편(S)의 양단부에 각각 동일한 파형의 진동이 전달되기 때문에 얻을 수 있는 결과이다.This is because the ultrasonic
이에 따라, 본 실시예에 따른 초음파 피로 시험 장치(1)는, 하나의 압전 변환기(100) 및 증폭혼(200)에 의해 시험편(S)의 일단부에만 진동을 전달하는 종래의 피로 시험 장치(1)에서 시험편(S)의 길이 방향으로 발생하는 변위 및 변형률이 시험편(S)의 중심에 대해 대칭적인 파형을 이루지 못함으로 인해 시험편(S)의 중심에 불규칙적인 피로 응력이 가해져 피로 시험의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점을 해결할 수 있다. Accordingly, the ultrasonic
즉, 본 실시예에 따른 초음파 피로 시험 장치(1)는 시험편(S)에 규칙적인 피로 응력을 가하여 피로 시험의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.That is, the ultrasonic
상기 변위센싱부(300)는 상기 압전변환기(100)에서 공급받은 진동에 의해 시험편(S)에서 발생하는 진동의 진폭 및 주파수를 검출하여 시험편(S)의 변위를 측정하도록 구성된다.The
구체적으로, 상기 변위센싱부(300)는 피로 시험 중 시험편(S)에서 발생하는 진동의 특성, 즉 진동의 진폭 및 주파수를 검출하는 것으로, 변위센싱부(300)에 의해 검출된 시험편(S)의 진동 특성은 전력 발생기(600)를 제어하기 위한 피드백 데이터로 사용될 수 있다.Specifically, the
또한, 상기 변위센싱부(300)는 스트레인게이지모듈(310) 및 비접촉 광센서모듈(320)을 포함할 수 있다.In addition, the
상기 스트레인게이지모듈(310)은 상기 시험편(S) 일측에 부착되어 시험편(S)의 스트레인을 센싱하도록 구비되는 것으로, 상기 비접촉 광센서모듈(320)과 함께 시험편(S)의 스트레인을 동시에 감지함으로써 시험편(S)의 교정 응력을 도출하여 시험편(S)에 규칙적인 피로 응력을 가할 수 있도록 구성된다.The
상기 비접촉 광센서모듈(320)은 상기 시험편(S) 일단에서 소정으로 이격 배치되어, 투영된 조사광을 센싱하여 시험편의 초음파 진동을 측정하도록 구비된다.The non-contact
구체적으로, 상기 비접촉 광센서모듈(320)은 시험편(S)의 타단 즉, 하단에 일정 간격 이격 배치되어 시험편(S)을 향해 빛을 조사하고, 조시된 빛이 시험편(S)에 의해 반사되는 것을 검출하여 시험편(S)의 진동 특성을 분석하는 모듈일 수 있다.Specifically, the non-contact
따라서, 상기 광센서모듈(320)은 검출된 빛의 세기가 전압의 크기로 표시될 수 있다.Accordingly, the
또한, 피로 시험 중 시험편(S)이 기설정된 진폭과 주파수로 진동하고, 시간에 따라 기준 전압값을 중심으로 최대 전압값과 최소 전압값 사이에서 파형을 이루며 진동하는 형태로 나타난다.In addition, during the fatigue test, the test piece S vibrates at a predetermined amplitude and frequency, and appears in a form of vibrating while forming a waveform between the maximum voltage value and the minimum voltage value around the reference voltage value over time.
이 때, 피로 시험에 의해 시험편의 길이가 늘어나는 변형이 발생하면, 시험편(S)의 하단과 광센서모듈(320) 사이의 간격이 감소한다. 이 경우, 광센서모듈(320)이 출력하는 변위 데이터는 시험편(S) 치수 증가 시점 이후부터 시간에 따른 전압 크기의 그래프가 전체적으로 상향 이동한 형태로 나타난다.At this time, when the strain in which the length of the test piece is increased by the fatigue test occurs, the distance between the lower end of the test piece (S) and the
즉, 시험편(S) 치수 증가 시점 이후부터의 기준 전압값, 최대 전압값 및 최소 전압값은 시험편 치수 증가 시점 이전에서의 기준 전압값, 최대 전압값 및 최소 전압값 각각에 대해 미리 설정된 크기만큼을 더한 값을 갖는다.That is, the reference voltage value, the maximum voltage value, and the minimum voltage value from the point of increase in the size of the test piece (S) are set by the preset size for each of the reference voltage value, the maximum voltage value, and the minimum voltage value before the point of increase in the size of the test piece. has an added value.
따라서, 광센서모듈(320)의 변위 데이터를 분석함으로써, 시험편(S)의 길이가 얼마만큼 늘어났는지의 시험편 치수 변화가 파악될 수 있다.Therefore, by analyzing the displacement data of the
또한, 변위센싱부(300)의 스트레인게이지모듈(310)에서 감지된 시험편(S)의 스트레인게이지값과 광센서모듈(320)에서 감지되는 시험편(S)의 변위값을 교정하여 도출된 시험편(S)의 변위 데이터는 실시간 제어부(500)로 전송되며 상기 제어부(500)는 변위 데이터를 실시간 피드백 받아 시험편(S)의 길이가 기설정된 기준 범위에 포함되도록 압전변환기(100)에 제공되는 전력의 크기 및 주파수를 제어하게 된다.In addition, the test piece derived by calibrating the strain gauge value of the test piece S detected by the
상기 구동모듈(400)은 상기 제1증폭혼(210)을 이동시켜 상기 시험편(S) 일측으로 기설정된 인장력을 제공하도록 구비된다.The
구체적으로, 상기 구동모듈(400)은 하단이 고정된 시험편(S)에 상측으로 인장력을 제공하기 위한 구성으로, 한 쌍의 유압실린더로 마련되고, 상기 한 쌍의 유압실린더는 제1증폭혼(210)이 장착된 지지 테이블(420)에 고정 설치되고 신축 가능한 실린더로드(410)가 제1증폭혼(210)이 장착된 지지 테이블(420)에 결합된다.Specifically, the
또한, 한 쌍의 유압 실린더의 실린더 로드(410)는 신축 동작에 의해 상기 제1증폭혼(210)은 상단부에 결합된 압전변환기(100)와 함께 상하 방향으로 이동할 수 있게 된다.In addition, the
이에 따라, 상기 제1증폭혼(210)의 상단부와 하단부 사이의 간격은 한 쌍의 유압 실린더의 구동에 의해 일정 범위 내에서 조정될 수 있게 된다.Accordingly, the distance between the upper end and the lower end of the
이처럼, 본 실시예에 따른 초음파 피로 시험 장치(1)는 한 쌍의 유압 실린더로 마련되는 구동 모듈(400)을 이용하여 장착된 시험편(S)에 소정의 인장력 또는 압축력을 인가할 수 있으므로, 시험편(S)에 초기 인장력 또는 압축력을 인가한 상태에서 피로 시험을 수행하는 것이 가능하여 피로 시험의 다양성을 확보할 수 있다. As such, since the ultrasonic
상기 제어부(500)는 상기 변위센싱부(300)가 출력하는 변위 데이터를 실시간 피드백 받아 상기 시험편(S)의 길이가 기설정된 기준 범위에 포함되도록 상기 압전변환기(100)에 제공되는 전력의 크기 및 주파수를 제어하도록 구성된다.The
특히, 상기 제어부(500)는 상기 스트레인게이지모듈(310)에서 측정된 변위값 및 상기 광센서모듈(320)에서 측정된 변위값을 교정하여 시험편(S)의 교정 변위 데이터를 도출한 후 상기 시험편(S)의 길이가 기설정된 기준 범위에 포함되도록 상기 압전변환기(100)에 제공되는 전력의 크기 및 주파수를 제어하도록 구성된다.In particular, the
또한, 상기 제어부(500)는 상기 변위센싱부(300)에서 측정된 변위값 정보를 반영하여 상기 시험편(S)의 동적탄성계수(Dynamic Young's modulus)를 산출하고, 산출된 동적탄성계수를 이용하여 피로시험결과를 도출하도록 구성된다.In addition, the
상기와 같은 본 발명에 따른 초음파 피로 시험 장치에 의하면, 시험편의 일단 및 타단을 고정단으로 하고, 일단측으로 기설정된 인장력이 작용하도록 구성되어 시험편의 다양한 응력비 조절이 가능할 뿐 아니라 시험편의 스트레인을 측정하는 스트레인게이지모듈 및 이격 배치되어 시험편에 투영된 조사광을 센싱하는 광센서모듈을 포함하여 시험편의 교정 응력을 도출하여 시험편에 규칙적인 피로 응력을 가할 수 있도록 구성되어 피로 시험의 정확성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the ultrasonic fatigue test apparatus according to the present invention as described above, one end and the other end of the test piece are set as fixed ends, and a preset tensile force is applied to one end side, so that various stress ratios of the test piece can be adjusted and the strain of the test piece is measured It is configured to apply regular fatigue stress to the test piece by deriving the correction stress of the test piece, including a strain gauge module and an optical sensor module that is spaced apart and senses the irradiation light projected on the test piece, thereby improving the accuracy and reliability of the fatigue test. There are possible effects.
이에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms and words used in this specification and claims described herein should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the present inventors appropriately use the concept of terms in order to explain their invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the configurations shown in the drawings and embodiments described in this specification are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention, so they can be replaced at the time of the present application. It should be understood that there may be many equivalents and variations.
1 : 초음파 피로 시험 장치
100 : 압전 변환기 200 : 증폭혼
210 : 제1증폭혼 220 : 제2증폭혼
300 : 변위센싱부 310 : 스트레인게이지모듈
320 : 비접촉 광센서 모듈 400 : 구동모듈
500 : 제어부 600 : 전력 발생기1: Ultrasonic Fatigue Test Device
100: piezoelectric transducer 200: amplification horn
210: 1st amplification soul 220: 2nd amplification soul
300: displacement sensing unit 310: strain gauge module
320: non-contact optical sensor module 400: driving module
500: control unit 600: power generator
Claims (6)
상기 압전변환기에 의해 발생된 진동을 증폭시켜 시험편에 전달하고, 상기 압전변환기와 시험편 일단을 연결하는 제1증폭혼 및 시험편 타단에 배치되는 제2증폭혼을 포함하는 증폭혼(Amplification Horn);
상기 압전변환기에서 공급받은 진동에 의해 시험편에서 발생하는 진동의 진폭 및 주파수를 검출하여 시험편의 변위를 측정하는 변위센싱부; 및
상기 제1증폭혼을 이동시켜 상기 시험편 일측으로 기설정된 인장력을 제공하는 구동모듈;을 포함하고,
상기 변위센싱부는,
상기 시험편 일측에 부착되어 시험편의 스트레인을 센싱하는 스트레인게이지모듈; 및
상기 시험편 일단에서 소정으로 이격 배치되어, 투영된 조사광을 센싱하여 시험편의 초음파 진동을 측정하는 비접촉 광센서모듈;을 포함하며,
상기 변위센싱부가 출력하는 변위 데이터를 실시간 피드백 받아 상기 시험편의 길이가 기설정된 기준 범위에 포함되도록 상기 압전변환기에 제공되는 전력의 크기 및 주파수를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 스트레인게이지모듈에서 측정된 변위값 및 상기 광센서모듈에서 측정된 변위값을 교정하여 시험편의 교정 변위 데이터를 도출한 후 상기 압전변환기에 제공되는 전력의 크기 및 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 피로 시험 장치.
A piezoelectric transducer disposed on one side of the test piece (Ultrasonic Transducer);
An amplification horn that amplifies vibration generated by the piezoelectric transducer and transfers it to the test piece, and includes a first amplification horn connecting the piezoelectric transducer and one end of the test piece and a second amplification horn disposed at the other end of the test piece;
a displacement sensing unit measuring the displacement of the test piece by detecting the amplitude and frequency of the vibration generated in the test piece by the vibration supplied from the piezoelectric transducer; and
A driving module for moving the first amplifying horn to provide a preset tensile force to one side of the test piece;
The displacement sensing unit,
a strain gauge module attached to one side of the test piece to sense the strain of the test piece; and
A non-contact optical sensor module disposed at a predetermined distance from one end of the test piece and measuring the ultrasonic vibration of the test piece by sensing the projected irradiation light;
A control unit for controlling the magnitude and frequency of power supplied to the piezoelectric transducer so that the length of the test piece is included in a preset reference range by receiving real-time feedback of the displacement data output by the displacement sensing unit;
The control unit,
After calibrating the displacement value measured by the strain gauge module and the displacement value measured by the optical sensor module to derive calibration displacement data of the test piece, the ultrasonic wave characterized in that for controlling the magnitude and frequency of power supplied to the piezoelectric transducer Fatigue test device.
상기 시험편은,
상기 제2증폭혼에 의해 타단이 고정되고, 상기 구동모듈에 의해 일단측으로 인장력이 인가된 상태에서 피로 시험이 수행되어 시험편의 응력비가 조절되는 것을 특징으로 하는 초음파 피로 시험 장치.
According to claim 1,
The test piece,
The ultrasonic fatigue test apparatus, characterized in that the stress ratio of the test piece is adjusted by performing a fatigue test in a state where the other end is fixed by the second amplifying horn and a tensile force is applied to one end by the driving module.
상기 제어부는,
상기 변위센싱부에서 측정된 변위값 정보를 반영하여 상기 시험편의 동적탄성계수(Dynamic Young's modulus)를 산출하고, 산출된 동적탄성계수를 이용하여 피로시험결과를 도출하는 것을 특징으로 하는 초음파 피로 시험 장치.According to claim 1,
The control unit,
Ultrasonic fatigue test apparatus, characterized in that for calculating the dynamic elastic modulus (Dynamic Young's modulus) of the test piece by reflecting the displacement value information measured by the displacement sensing unit, and deriving a fatigue test result using the calculated dynamic elastic modulus .
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