KR0169742B1 - 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

점탄성 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하기 위한 장치가, 점탄성 재료에 비틀림 응력을 가하는 수단, 시간의 경과에 따라서 비틀림 응력의 이완을 측정하여 이러한 이완 능력을 대표적인 파형으로 변환시키는 수단, 및 상기 파형의 일부 형상에 근거하여 점탄성 재료의 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 처리수단을 포함하고 있다. 바람직하게, 상기 처리수단은 상기 파형의 디지털 파형을 발생시키는 제1전용 프로세서, 및 디지털 파형의 일부로부터 기본적인 점탄성 특성을 결정하는, IBM 겸용식 마이크로 컴퓨터와 같은 제2일반 프로세서를 포함하고 있다. 실험재료의 기본적인 점탄성 특성의 결정을 자동화하기에 편리하도록, 제1프로세서가 파형을 검사한 후에, 디지털 파형이 비틀림 응력이 가해진 점탄성 재료에 대한 예상되는 파형 보다 불규칙적일 경우에는 그 결정을 중단시킨다. 점탄성 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하기 위한 방법은, 점탄성 재료에 비틀림 응력을 가하는 단계, 시간의 경과에 따라서 비틀림 응력의 이완을 측정하여 그러한 이완 응력을 대표적인 아날로그 파형으로 변환시키는 단계, 아날로그 파형을 디지털화 하여 대표적인 디지털 파형을 발생시키는 단계, 및 상기 대표적인 디지털 파형의 일부 형상에 근거하여 점탄성 재료의 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 단계를 포함하고 있다. 이러한 방법을 자동화시키기 편리하도록, 파형의 형상이 분석되어서, 실험의 종료 및 실험이 유용한 것인 지의 여부를 검출한다. 바람직하게, 비틀림 진폭을 실험 재료의 기하학적 형상 계수와 곱하는 단계와 같이 파형의 진폭에 근거한 비틀림 값을 전단 이완 계수 값으로 변환시키는 단계, 및 공지된 야기/마에카와 근사법(Yagii/Maekawa approximation techniques)에 의해 전단 응력 계수 값을 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성으로 변환시키는 단계에 의해서, 실험재료의 기본적인 점탄성 특성이 결정된다.

Description

재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 방법 및 장치

제1도는 본 발명에 따른 동응력 리렉소미터(Dynamic Stress Relaxmeter) 장치를 나타낸 도면.

제2도는 제1도에 도시된 동응력 리렉소미터(DSR) 장치의 부분사시도.

제3도는 캐비넷이 제거된 DSR 장치의 내부를 보여주는 정면도.

제4도는 프로그램 I(이후 기술되는 DSR 장치에서 사용되는 몇몇 작동프로그램 또는 컴퓨터 프로그램중 하나)에 의해 형성된 토오크 대 시간의 그래프.

제5도는 프로그램 Ⅱ에 의해 형성된 로그-토오크 대 로그-시간의 그래프.

제6도 내지 제9도는 프로그램 Ⅲ에 의해서 형성된 각각의 그래프.

제10도는 DSR 장치의 부분 측면도.

제11도는 DSR 장치의 배면도.

제12도는 부분적으로 밀폐된 상태로 도시된 회전자를 구비한 고정자 조립체의 단면도.

제13도는 단면도로 도시된 고정자 및 회전자를 포함한 지역을 나타낸 도면.

제14도는 로드셀(road cell) 및 공기식 실린더에 연결된 회전자 테이블의 평면도.

제15도는 DSR 장치의 제어전자의 개략적인 회로도.

제16도는 전용프로세서 전자의 데이터 블록선도.

제17a도 내지 제17f도는 프로세서의 회로도.

제18도 및 제19도는 프로그램 Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ의 부분들을 포함하는 일반프로세서 내에서 일반소프트웨어의 작동을 설명하는 흐름도.

제20도 내지 제23도는 프로그램 Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ의 부분들을 포함하는 전용 프로세서의 소프트웨어의 작동을 나타내는 흐름도.

제24도 및 제25도는 프로그램 Ⅲ데이터 분석에 관련된 일반 프로세서내의 코드의 작동을 나타낸 흐름도.

제26도는 밀폐된 상태로 도시된 회전자 및 고정자의 상세한 도면.

제27도는 수학적으로 모델링 된 회전자 및 고정자의 상세한 도면.

제28도는 각각의 수학적 모델링 지역을 나타내는 회전자 및 고정자의 단면도.

제29도 내지 제34도는 일반프로세서 내에 있는 프로그램 Ⅲ 데이터 비교 작동을 나타내는 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : DSR 시스템 12 : DSR 장치

14 : 전용프로세서 16 : 범용컴퓨터 또는 프로세서

17 : 프린터 18 : 플로터

20 : 비디오 모니터 22 : 키보드

34 : 스테터 조립체 36 : 로터 조립체

37 : 콘트롤 일렉트로닉스 40 : 상부제어패널

42, 44a, 44b : 3극스위치 43 : 전원 스위치

46, 48 : 지시램프 50, 52, 54 : 게이지

56 : 하부제어패널 58 : 로터 온도제어기

60 : 스테이터 온도제어기 64 : 베이스

68 : 제2베이스 72 : 로드

74 : 로터테이블 76 : 스테터 테이블

80 : 실린더 조립체 82 : 실린더 로드

108 : 하부리미트 스위치 112 : 상부리미트 스위치

116 : 미세상부리미티 스위치 120 : 하부표면

128 : 스테터 베이스 138 : 전기가열요소

148 : 시편용기 152 : 공동

156 : 원추형표면 158 : 로터

162 : 원통형표면 168 : 로터축

178 : 플랜진 184 : 가열요소

200 : 로터아암 202 : 유니버설 조인트

204 : 연장아암 206 : 로드셀

208 : 라인 210 : 공압실린더

212 : 실린더로드 214, 216 : 포트

402 : CPU 403 : 저장메모리

404 : 프로그램 메모리장치 408 : A/D 컨버터

412 : 스팬 422 : 수동제어

458 : 정밀타이어 462 : 프로그래머블 인터페이스장치

482, 484 : LED 램프 488 : ready LED

490 : 4자리 LED 디스플레이 500 : 제로스위치

502 : 외부프로그램 스위치 600, 601 : 메인 메뉴

604 : 베리화이옵션 606 : 변경구성옵션

702 : 시험파라미터 704 : 데이터버스

708 : 모니터 802 : 포트

808 : 데이터버스 810 : 입력명령

818, 819, 920 : 루프

본 발명은 재료의 기본적인 점탄성 특성을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 동응력 리렉소미터(Dynamic Stress Relaxometer)에 관한 것이다.

탄성중합체, 고무, 플라스틱과 같은 점탄성 재료는 다수의 기본적인 점탄성 특성에 의해서 평가될 수가 있는데, 이러한 특성은 서로 다른 재료들간에 차이가 나며, 실제로 동일한 유형의 재료 중에도 서로 다른 배치(batches)들 간에 차이가 난다. 그 결과, 손실 및 저장계수, 복소 점도(comples viscosity) 및 손실 접선(loss tangent)등과 같은 기본적인 점탄성 특성이, 그 유형이나 품질 면에서 어떤 재료를 판정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 이러한 특성은 재료의 처리특성을 예견하는데도 이용될 수 있다.

그러나, 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 많은 방법들은, 많은 시간이 소모되는 것들이어서 때로는 수 시간이 걸리기도 하였으며, 또한 실험을 수행하는데 숙련된 사람이 필요하였다. 더욱이, 많은 실험에 따라서 다이 팽창(die swell)이나 응력 리랙세이션(stress relaxation)과 같은 몇몇 특성만이 측정될 수 있고, 실제적으로 재료의 기본적인 점탄성 특성이 측정될 수는 없었다. 이러한 결점으로 인해서, 실험의 결과가 재료의 조성이나 처리를 변경시키는데 사용되는 공장 또는 제어장치에서 사용하기에는 부적절한 것이 되고 말았다.

미합중국 특허 제 3,693,421호 및 제 3,818,751호에 개시된 바와 같이, 동응력 리렉소미터(DSR)는 재료의 어떤 특성을 예상하는데, 그리고 적어도 재료들간의 대체적인 구분 및 재료의 품질을 구별하는데 비교적 빠른 방법을 제공하였다. 상기 특허들에 개시된 내용을 본 발명에서는 참고로 기술한다. DSR 실험에서는, 점탄성 재료의 샘플이 소정의 각도 변형되어서, 재료내부에서 전단응력을 발생시킨다. 시간이 지남에 따라서 이러한 응력이 점차로 이완되는데, 이를 측정하여 선도를 작성해서 어떤 재료에 대한 응력 이완 곡선을 완성한다. 이러한 응력 이완 곡선이 대체로 지수함수 붕괴경로(exponential decay path)를 따라 진행되면서, 이 곡선을 따라서 몇 개의 기준 측정지점들이 선택되는데, 이러한 기준측정지점은 10분 이하의 비교적 단시간에 시편에 대한 중요한 정보를 제공한다는 사실이 밝혀졌다. 따라서, 이러한 정보는 다이 팽창, 재료의 처리가능성, 또는 그 유형이나 품질 등을 예상하는데 사용될 수 있다. 이러한 DSR 방법이 종래의 방법들에 비해서 어느 정도 개선된 것이기는 하지만, 이 방법에서도 재료의 기본적인 점탄성 특성을 정량적으로 결정하는 점에서는 여전히 부족한 것이다.

보다 정확한 DSR 장치의 개발, 및 이러한 DSR 장치를 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하기 위해서 그 결과를 해석하는 수단과 결합시키는 것 등에 대한 요구가 제기되고 있다.

여기서, 점탄성이라는 말의 의미는 합성고무, 자연고무, 플라스틱, 열가소성 수지, 탄성중합체, 및 점탄성 특성을 가지는 임의의 다른 재료들 모두를 포함하는 것이다.

본 발명의 주목적은 재료의 기본적인 점탄성 특성을 빠르고 정확하게 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 동응력 이완 실험을 수행하는 프로세서를 대체로 자동화시키는 것이다.

본 발명의 한 양상에 따르면, 점탄성 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하기 위한 장치가, 점탄성 재료에 비틀림 응력을 가하는 수단, 시간의 경과에 따라서 비틀림 응력의 이완을 측정하여 이러한 이완 응력을 대표적인 파형으로 변환시키는 수단, 및 상기 파형의 일부 형상에 근거하여 점탄성 재료의 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 처리수단을 포함하고 있다. 바람직하게, 상기 처리수단은 상기 파형의 디지털 파형을 발생시키는 제1전용 프로세서, 및 디지털 파형의 일부로부터 기본적인 점탄성 특성을 결정하는, IBM 겸용식 마이크로 컴퓨터와 같은 제2일반 프로세서를 포함하고 있다. 실험재료의 기본적인 점탄성 특성의 결정을 자동화하기에 편리하도록, 제1프로세서가 파형을 검사한 후에, 디지털 파형이 비틀림 응력이 가해진 점탄성 재료에 대한 예상되는 파형보다 불규칙적일 경우에는 그 결정을 중단시킨다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 점탄성 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하기 위한 방법은, 점탄성 재료에 비틀림 응력의 이완을 측정하여 그러한 이완 응력을 대표적인 아날로그 파형으로 변환시키는 단계, 아날로그 파형을 디지털화하여 대표적인 아날로그 파형으로 변환시키는 단계, 및 상기 대표적인 디지털 파형의 일부형상에 근거하여 점탄성 재료의 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 단계를 포함하고 있다. 이러한 방법을 자동화시키기 편리하도록, 파형의 형상이 분석되어서, 실험의 시작, 실험의 종료 및 실험이 유효한 것인 지의 여부를 검출한다. 바람직하게, 비틀림 진폭을 실험재료의 기하학적 형상계수와 곱하는 단계와 같이 파형의 진폭에 근거한 비틀림 값을 전단 이완 계수 값으로 변환시키는 단계, 및 공지된 야기/마에카와 근사법(Yagii/Maekawa approximation technique)에 의해 전단응력 계수 값을 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성으로 변환시키는 단계에 의해서, 실험재료의 기본적인 점탄성 특성이 결정된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

동일한 참조부호는 동일부분을 지시하는 몇 개의 도면들을 참조하면, 처음의 제1 내지 제3도에는 DSR(Dynamic Stress Relaxometer) 시스템(10)에 도시되어 있다. DSR 시스템(10)은 DSR 장치(12), 전용프로세서(14), 범용컴퓨터(16), 프린터(17) 및 플로터(18)를 포함하며, 이것들은 테스트 받는 점탄성 재료에 관한 질적, 양적 정보를 제공하도록 함께 작용한다.

간단하게, DSR 장치(12)는 테스트 시편을 대체로 1/2° 또는 1° 정도의 편차를 조건으로 하는 점탄성 재료(테스트 시편)의 테스트를 수행한다.(예를 들면, 재료의 성질들, DSR 기계의 성능 또는 디자인 등에 따라 다른 편차가 사용될 수 있다). 이러한 것은 테스트 시편에서 각도편차에 저항하는 회전응력을 생성시킨다. 그때, DSR 장치(12)는 시간 동안의 테스트 시편에서의 비틀림 응력의 이완을 측정하고, 전용프로세서(14)에 아날로그 신호 형태를 하는 데이터를 제공한다. 전용프로세서(14)는 신호를 축적하여 여과하고, 전용프로세서 및 때때로 범용프로세서(16)에서 처리하기 위하여 디지털화한다.

DSR 시스템(10)은 데이터를 조작하기 위하여, 테스트를 제어하기 위하여, 및 피드백 또는 피드포워드 제어시스템과 같은 보조 또는 외부작업들을 선택적으로 제어하기 위하여, 소위 프로그램 Ⅰ, 프로그램 Ⅱ, 및 프로그램 Ⅲ로 불리는 세 가지 테스트 절차 중 한가지 선택을 제공한다. 피드백 제어시스템에 있어서, DSR 시스템은 바람직한 점탄성 재료의 표본이 구비되어서, 후술되는 바와 같이, 기본적인 점탄성 성질들 또는 다른 측정 특징들을 결정할 것이다. 이들 성질 또는 측정 특징들 중 일부 또는 전부의 값들은 적절한 제어기에 제공되며, 제어기는 수지의 양을 조정하게 되며, 충전재 또는 다른 추가재들은 표면이 되는 점탄성 재료를 준비하는 연속혼합장치에 공급된다.

제어시스템에 있는 DSR 시스템의 또 다른 예에서, 제어는 앞서 준비된 점탄성 재료의 처리이상 가지게 될 수 있다. 이러한 예에서, DSR 시스템은 타이어를 형성하는 것에서와 같이 재료의 한 묶음으로부터 한 표본의 기본적인 점탄성 성질들 또는 측정 특징들을 결정한다. 이들 성질 또는 측정 특징들 중 일부 또는 전부의 값들은 다음 처리의 시간 또는 온도를 조정하게 되는 제어기에 제공된다. 한편, 이러한 것은 피드백 제어시스템의 한 예이고, DSR 시스템은 처리된 재료의 한 표본을 분석하는 것에 근거로 한 재료의 처리에서 사용된 피드백 제어시스템에서 유사하게 사용될 수 있다.

전용프로세서(14)에서 수행되는 프로그램 Ⅰ 테스트 절차는 토오크 대 시간 반응곡선(제4도)을 제공하며, 어떤 설정량(시간상수) 이상 완화하도록 테스트 시편에서의 응력을 위한 최대 토오크 및 시간을 측정하고, 2초의 주기와 같은 특정 시간주기 동안 완화 토오크의 총계를 계산한다. 프로그램 Ⅰ 테스트 결과들은 질적 제어목적을 위하여, 그리고 특정 사용을 위한 재료의 적합성 또는 처리성을 예견하기 위한 것과 같은 재료들의 등급을 매기는 것의 편리하고 효율적인 방법을 제공한다. 프로그램 Ⅰ이 질적 제어 메카니즘으로서 사용될 때, 워크 쉬프트(work shift) 또는 다른 시간주기 이상 수행된 몇 가지 테스트들의 수치결과들은 결과의 평균치 또는 표준편차를 제공하도록 통계적인 분석을 위하여 범용컴퓨터(16)로 전달되게 된다.

또한 전용프로세서Ⅱ(14)에서 수행되는 프로그램 Ⅱ 테스트 절차는 테스트 시편에서의 응력을 완화하는 로그 토오크 대 로그 시간곡선을 진행한다(제5도). 프로그램 Ⅱ 로그 플로트(log plot)는 프로그램 Ⅰ 테스트 결과의 판단 또는 설명을 제공하고, 또한 예를 들어 테스트 시편이 측쇄 또는 직쇄 폴리머인지 테스트 시편의 특정 성질들의 시편이 측쇄 또는 직쇄 폴리머인지 테스트 시편의 특정 성질들의 결정을 용이하게 한다. 프로그램 Ⅱ 플로트는 물론 다른 로그를 근거로 하게 되고, 그러나, 로그-근거 플로트는 편리한 형태로 이용할 수 있는 정보를 용이하게 제공하므로, 사용되고 있다.

프로그램 Ⅰ 또는 프로그램 Ⅱ 테스트들과는 달리, 프로그램 Ⅲ 테스트는 바람직하게 전용프로세서(14)에 범용프로세서(16)에서 부분적으로 수행된다. 전용프로세서(14)는 추가의 처리를 위하여 범용프로세서(16)에 전달되는 사전 선택된 수의 결합된 토오크 및 시간 데이터 쌍들을 진행된다. 범용프로세서(16)는 진동의 작용으로서 저장 모듈러스, 손실 모듈러스, 복합 점성 및 소위 탄-델타(tan-delta)라 불리는 또 다른 성질과 같은 테스트 시편의 기본적인 다수의 점탄성 성질들의 그들 쌍으로부터 결정한다. 이들 값들은 수치 및/또는 그래픽 형태로 표현될 수 있고, 어떤 경우에는 서로의 작용으로서, 또는 한 문단 상에서 다중 테스트들 및/또는 성질들로 표현될 수 있다(제6~9도에 도시).

프로그램 Ⅰ, 프로그램 Ⅱ 또는 프로그램 Ⅲ의 수치 및/또는 그래픽 출력은 프린터(17) 또는 플로터(18) 상에서 하드 카피(hard copy) 형태로, 또는 비디오 모니터(20) 상에서 나타날 수 있다. 비디오 모니터(20) 상에서 나타났을 때, 범용프로세서(16)는 실제적인 코디네이트 데이터 포인트(coordinate data points)들을 따르는 곡선의 피트(fit) 등급을 변화시키는 것을 통하여 전달되어야 할 훨씬 많은 그래픽 출력을 허용한다. 프로그램 Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ의 출력들은 테스트되는 재료들을 만들도록 사용되는 것과 같이 다양한 장치들을 제어하도록 사용될 수 있게 되고, 장치는 테스트되는 재료들을 이용한다.

제1~3도를 다시 참조하여 DSR 시스템(10)과 이의 구성품들을 보다 깊이 논의하면, 범용프로세서(16)는 비록 다른 일반화된 컴퓨터일지라도 COMPAC^TM에 의하여 제조된 것과 같은 IBM^TM겸용 마이크로 컴퓨터가 바람직하고, 처리 또는 등가물이 소통 프로토콜(protocol)에 대한 적절한 변경으로 바꾸어지게 될 수 있다. 범용컴퓨터(16)는 비디오 모니터(20)와 작동자와 작용하기 위한 키보드(22)를 구비한다.

전용컴퓨터(14)는 DSR 장치(12)로부터 아날로그 입력신호를 조절하기 위한 아날로그 구성부와, 디지털화된 신호를 분석 기록하여 범용컴퓨터(16)로 디지털 신호를 제공하기 위한 디지털 구성부를 포함한다. 디지털 구성부의 중앙은 비록 다른 마이크로 프로세서들이 사용될 수도 있지만 INTEL^TM8085 마이크로 프로세서가 바람직하며, 이는 당업자에게는 자명한 사실이다. 전용프로세서(14)의 보다 완벽한 설명은 다음과 같다.

DSR 장치(12)는 스테터 조립체(34) 부분적으로 에워싸는 캐비넷(32)을 형성하는 다수의 패널(30)들과, 로터조립체(36), 콘트롤 일렉트로닉스(37, 제15도에 도시), 및 각각의 장소에서 모든 요소들을 지지하는 지지구조물(38)을 포함한다.

기본적으로, DSR 장치(12)가 재료를 테스트하도록 사용될 때, 이러한 재료의 양은 스테터에 배치되고, 재료는 가열되고 스테터와 로터는 일정 두께를 가지는 표본을 얻기 위하여 재료에 압축력을 적용하도록 서로 접근하고, 상기 언급된 편차가 적용된다. 데이터는 특히 편향(비틀림 응력을 받게되는)된 후에 재료이완을 취하고, 데이터는 기술된 바와 같이 다양한 방법으로 처리되고 사용된다. 다음에 DSR의 작동이 추가로 기술된다.

스테터 조립체 바로 아래에 있는 DSR의 정면에 상부제어 패널(40)이 있다. 상부제어 패널(40)은 수동, 자동 및 꺼짐으로 DSR을 작동하기 위한 3극스위치(42), 전력스위치(43), 및 하나는 패널의 좌측, 다른 하나는 우측에 위치되는 한 쌍의 3극스위치(44a,44b)들을 포함한다. 스위치(44a,44b)들은 아래에 기술되는 바와 같이 스테터 및 로터 조립체(34,36)들을 개방 또는 폐쇄시키고, 눌(null) 위치로 편향된다. 조립체(34,36)들을 폐쇄시키는 것은 실제적으로 스테터 조립체(34)를 로터조립체(36) 바로 아래로 상승시키는 것에 의하여 달성되고, 스위치(44a,44b)들은 동시에 폐쇄 위치에서 유지되어야만 한다. 이러한 것은 작동자가 조립체들을 돌발적으로 폐쇄시키는 것을 방지하므로, 작동자가 다치는 것을 방지하는 안전 특징이다. 한 쌍의 지시램프(46,48)들은 로터 및 스테터 조립체들이 폐쇄 또는 개방위치에 있는지 없는지를 시각적으로 지시한다. DSR 장치(12)의 상부 가까이에 위치된 게이지(50,52 및 54)들은 종결의 시각적 판독, 행정 및 후퇴압력을 각각 제공한다.

상부 제어패널(40) 바로 아래에 있는 하부 제어패널(56)은 로터 및 스테터의 온도설정을 허용하는 로터 및 스테터온도 제어기(58,60)들과, DSR의 종결 사이의 시간주기와 테스트될 점탄성 재료의 수축을 제어하는 사전설정 행정타이머(62)를 포함한다.

제3도에 도시된 바와 같이, 지지구조물(38)은 수직으로 4개의 지지기둥(66)들이 연장하는 베이스(64)를 포함한다. 제2베이스(68)는 지지기둥(66)들의 상부에 부착된다. 베이스(64), 수직지지기둥(66)들, 및 제2베이스(68)는 지지테이블(70)이 고정되는 견고한 구조물을 제공한다.

직사각형 형태로 배치되며 지지테이블(70)로부터 수직으로 연장하는 4개의 원통형 로드(72)들은 상대적으로 정확한 위치에서 로터테이블(74)과 스테터 테이블(76)을 유지한다. 로터 조립체(36)가 설치되는 로터테이블(74)은 로드(72) 상부 또는 근처에 고정된다. 스테터 조립체(34)가 설치되는 스테터 테이블(76)은 부싱(78)에 의하여 로드(72) 상에서 미끄러지도록 고정되고, 부싱(78)은 스테터 테이블(76)이 로드(72)의 길이의 일부를 따라서 수직으로 미끄러지도록 허용한다. 수직운동은 제2베이스(68)와 스테터 테이블(76) 사이에 위치된 유압 실린더 조립체(80)에 의하여 성취된다. 실린더 조립체(80)의 막다른 단부는 제2베이스(68)에 고정되고, 실린더로부터 연장하는 실린더 로드(82)는 스테터 테이블(76)의 바닥에 고정된다. 유압 실린더 조립체(80)의 작동은 흡입구 및 배출구(도시 안됨)들을 통한 압력의 제어로 달성된다.

실린더 로드(72)를 따라 상향 주행되는 스테터 테이블(76)의 최대 주행길이는 제10도에 도시된 바와 같이 지지테이블(70)에 있는 틈새 구멍을 통하여 스테터 테이블(76)로부터 수직 하방으로 연장한다. 기계나사(90)에 의하여 지지테이블(70)의 바닥면(88)에 설치되는 심(shim)(86)은 스테터 조립체(34)의 폐쇄높이의 정확한 제어를 위하여 구비된다. 스테터 테이블(76)이 추가의 상승을 방지하는 최대 높이에 도달될 때, 스토퍼(92)는 심(86)들을 접촉하는 너트(94)에 의하여 로드(84)의 단부에 고정된다. 최대 상승은 스테터 테이블(76)로부터 로드(84)의 수직축선을 따라서 연장하는 접합로드(96)에 의하여 추가 결정된다. 접합로드(96)는 로터 테이블(74)의 바닥면으로부터 아래로 연장하는 상하 조정나사(98)를 밀착시킨다.

한 쌍의 게이지(102)들은 스테터 테이블(76)과 부착된 스테터 조립체(34)의 종결 높이의 시각적 측정을 위하여 제공된다. 게이지(102)들은 아래로 연장하는 게이지 핀(104)들을 포함하고, 게이지 핀들은 스테터 테이블(76)에 설치되는 기계나사들과 같은 조정요소(106)들을 수직으로 접촉한다.

스테터 조립체(66)의 수직위치에 관한 정확한 정보는 제11도에 도시된 바와 같이 리미트 스위치들로 결정되고, DSR 콘트롤 일렉트로닉스(37, 제15도에 도시)에 제공된다. 스테터 테이블에 고정되는 하부 리미트 스위치(108)는 스테터 테이블(76)이 최하부 위치에 도달되어 있을 때 핀(110)에 의하여 지지테이블을 접촉한다. 상부 리미트 스위치(112) 및 미세 상부 리미트 스위치(114)는 스테터 테이블(76)에 고정되는 공통지지부(116)에 설치된다. 상부 리미트 스위치(112)는 스테터 조립체(34)가 이것의 최종 폐쇄 높이 바로 아래 0.5inch 위치에 도달되어 있을 때 로터 테이블(74)의 바닥면(120)을 접촉하는 수직연장핀(118)을 포함한다. 미세 상부 리미트 스위치(114)는 스테터 테이블이 이것의 최종 폐쇄 높이로부터 0.005inch 위치에 도달되어 있을 때, 상하조정 접촉부(124)를 접촉하는 쌍방향 연장핀(122)을 포함한다. 리미트 스위치(108,112 및 114)들로부터의 전기출력 신호들은 다음에 논의되는 DSR 콘트롤 일렉트로닉스(37)에 제공된다.

로터 테이블(74), 지지테이블(70), 및 베이스(64)에 고정되는 외부 지지요소(126)들은 하우징 패널(30)들이 고정되는 외부 구조물을 제공한다.

제12도 및 제13도를 참조하면, 스테터 및 로터 조립체(34,36)들의 단면도가 도시되어 있다. 스테터 조립체(34)는 볼트(130)로 스테터 테이블(76)에 부착되는 스테터 베이스(128)를 포함한다. 스테터 베이스(128)와 스테터 테이블(76) 사이에 끼워진 절연부재(132)는 스테터 베이스(128)로부터 스테터 테이블(76)로 열전달을 방지한다. 스테터 베이스(128)는, 500W의 링형 전기 가열요소(138)를 끼우기 위하여 바닥면(136)에 위치된 환형홈부(134)와, 열 쌍과 같은 온도감지장치(142)를 끼우기 위한 측면홈부(140)를 포함한다. 스테터 베이스(128)는 상부면(146)에 있는 원추형 홈부(144)를 추가로 포함하고, 시편용기(148)는 홈부(144) 안으로 이동할 수 있도록 볼트(150)로 고정된다.

시편용기(148)는 로터조립체(36)의 로터(158)의 원추형 하부부분(156)을 수용하기 위하여 상부면(154)에 있는 모서리 잘린 원추형 공동부(152)를 추가로 포함한다. 공동부(152)의 원추형 하부부분(160)은 상부로 연장한 원통면(162)에서 모서리가 잘리게 된다. 원추형 하부부분(160)은 방사상으로 연장한 통로들 또는 홈부들 또는 다른 적적한 표면(도시 안됨)이 구비되게 되고, 이는 시편용기(148)에 관계하여 그 안에 포함된 시편의 회전을 방지한다.

로터(158)의 원추형 하부부분(156)과, 공동부(152)의 원추형 하부부분(160)들은 동일한 원추각도이다. 결과적으로, 스테터 조립체가 폐쇄된 위치로 상승될 때, 로터와 시편 사이에 끼워진 시편 재료의 용적은 일정한 두께로 될 것이다. 이러한 것은 정확한 테스트의 계산이 시편 전체의 일정 응력을 받게 되어야 하는 필요성 없이 산출하는 것이 용이하다.

스테터 베이스(128), 시편용기(148) 및 로터(158)들은 크롬강과 같은 시편 재료로 고효율의 열전도성 및 고등급의 화학반응에 대한 저항성을 가지는 재료로 만들어진다. 절연부재(132)와 관련된 저열전도성과 협력하여 스테터 베이스(128) 및 시편용기(148)의 고열전도성은 열전달 경로를 제공하고, 이에 의하여 가열요소(138)에 의하여 발생되는 열은 스테터 테이블(76)에 대한 열손실 없이 시편용기(148) 안에 위치된 테스트 시편에 효과적으로 전달된다.

제13도에 도시된 바와 같이, 스테터 조립체(34) 바로 위에 정렬되어 있는 로터 테이블(74)을 통하여 연장하고 볼트(166)에 의하여 로터 테이블(74)에 고정된 환형 하우징(164)을 포함한다. 로터 축(168)은 환형하우징(164) 안에서 배치되고, 환형 베어링(170,172)들에 의하여 비교적 정확한 위치에서 유지된다. 베어링(170,172)들은 환형하우징(164) 안에서 로터축(168)의 환형회전을 허용하는 한편 축선 움직임을 방지한다. 로터축(168)의 외부표면(174)은 지름이 증가하는 일련의 하부계단으로 단이 지게된다. 로터축(168)의 이러한 단이진 외부표면(174)은 로터축 상의 쌍방향 힘을 베어링 요소(170,172)들 사이에서 분산되게 한다.

로터(158)는 로터축(168)의 바닥에 고정된다. 로터는 시편용기(148) 안으로 끼우기 위한 하부원추부(156)와, 로터축(168)에 설치하기 위하여 플랜지(178) 안으로 넓혀지는 원통형 축부분(176)을 포함한다. 로터(158)의 하부원추부(156)는 시편을 편향 상태에 있는 표면(156)에 관계한 회전으로부터 방지하도록 방사상으로 연장한 통로 또는 홈부(180)가 구비될 수 있다. 로터(158)는 200W의 전기가열요소(184)를 끼우기 위한 수직통로(182)와, 열 쌍과 같은 온도감지장치(188)를 끼우기 위한 수직연장 편심통로(186)를 추가로 포함한다. 가열요소(184)의 전기선(190)과 열 쌍(188)은 다음에 기술되는 DSR 콘트롤 일렉트로닉스(37)에 연결하기 위하여 로터축(168)에 위치된 축선통로를 통하여 위로 연장한다.

제14도에 도시된 바와 같이, 로터아암(200)은 로터축(168)의 상부 또는 상부 가까이 위치된다. 로터아암(200)은 로터축(168)의 종방향 축선의 한 단부에 직각으로 연장하고, 유니버셜조인트(202)에 연결된다. 로드셀(206)에 차례로 연결된 연장아암(204)은 유니버셜조인트(202)의 다른쪽 단부에 연결된다. 로터아암(200)과 연장아암(204) 사이의 유니버셜조인트(202) 연결은 로드셀(206) 상에서 굽힘 모멘트와 함께 수반되는 응력을 전달하지 않고 선형 힘이 연장아암(104)을 통하여 로터아암(200)으로 토오크가 전달되는 것을 허용한다. 결과적으로, 로드셀(206)은 테스트 시편에 의하여 로터(158)의 원추면(156) 상에서 나타나는 토오크를 정확하게 측정한다.

로드셀(206)은, 자연적인 전기적이거나 또는 전기장치에서 또는 같이 사용되거나 또는 판독, 감지, 검파될 수 있는 출력을 만드는 편리한 장치이다. 한 예는 저항이고, 저항의 저항성은 저항에 적용되는 힘의 작용 또는 저항의 변형과 같이 다양하다. 다른 예는 피에조일렉트릭장치, 가변성 캐패시터 등이다.

로드셀(206)은 바람직하게 휘트스톤(whetstone) 브리지 구성(도시 안됨)에 결합되고, 휘트스톤 브리지 형태의 로드셀을 포함하는 또는 그 자체로서 다음에 기술될 것이다. 물론, 로드셀 장치와 회로들은 기계적인 입력을 검파 또는 감지하여, 그러한 입력을 전기출력 또는 필요한 분석의 반응으로 변화하도록 사용될 수 있다. 그러므로, 유사한 요소 또는 요소들은 기계적 응력을 전기에너지로 변환시킬 수 있고, 이는 사용되는 로터표면(56) 상의 저항 토오크에 선형으로 비례하는 전기신호를 발생시킨다. 전기신호는 와이어(208)를 지나서 전용프로세서(14)에 결합된다.

로드셀(206)은 실린더 로드(212)를 통하여 공압실린더(210)에 또한 연결된다. 공압실린더(210)는 공압공급/배출라인(도시 안됨)에 연결되는 2개의 포트(214,216)들을 포함한다. 포트(214)로부터 배출하는 압력이 공압실린더(210)로부터 연장하는 실린더 로드(212)에 힘을 가하는 동안 포트(216)에 압력을 연장한다. 이러한 것은 로터(158)를 반시계 방향으로 사전 결정된 각 거리만큼 회전시킨다. 실린더 로드(212)가 완전 후퇴위치에 있을 때, 이러한 각 거리는 실린더 로드(212)에 설치된 환형스토퍼(218)와 접합요소(220) 사이의 축선거리에 의하여 제어되고, 실린더 베이스(224)에 고정된다. 환형스토퍼(218)가 접합요소(220)를 접합할 때 로터(100)의 각도위치는 DSR 테스트의 시작에 있는 로터의 위치에 일치하는 로터(158)의 눌 위치에 있다.

역으로, 포터(26)를 배출하는 압력이 공압실린더(210) 안으로 실린더 로드(212)를 후퇴시키도록 가하는 동안 포트(214)를 통하여 압력을 작용하므로, 실린더 로드(212)가 완전히 연장된 위치에 있을 때, 로터(158)를 실린더 로드(212)에 설치된 접합요소(220)와 환형스토퍼(226) 사이의 축선거리에 상응하는 각 거리만큼 시계방향으로 회전시킨다. 바람직하게, 축선거리는 로터(158)의 2° 회전에 상응한다. 이는 완전한 2° 회전 및 시편의 편향을 초래하도록 대략 5밀리초 동안 취한다.

로터(158)의 각도 회전의 정도는 스토퍼(226)에 인접한 접합요소(220)의 면에 적당한 폭의 심(도시 안됨)을 설치하는 것에 의하여 감소될 것이다. 따라서, 완전히 연장된 위치로부터 후퇴된 위치로 실린더 로드(212)의 이동은 심의 폭에 의하여 짧게 될 것이다. 어떤 재료들을 위하여 단지 1° 또는 1/2°의 편차를 초래하도록 이롭다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 1° 편차를 초래하도록, 실린더 로드(212)가 완전히 후퇴된 위치에 있을 때, 끼워진 심은 적소에 심이 없이 스토퍼(226)와 접합요소(220) 사이의 축선 거리에 1/2에 상응하는 폭이 되곤 함으로, 로드의 이동이 이것의 정상 이동의 1/2로 줄 것이다.

제15도에는 DSR 장치(12), 제어전자장치(37)에 대한 회로(300)를 보여준다. 회로(300)는 기본적으로 고정자 어셈블리(34)의 상향 또는 하향 이동, 회전자(158)의 충동적인 회전, 그리고 고정자 베이스(128)와 회전자(158)의 가열 및 온도제어를 제어한다. 회로(300)는 파워스위치(43)를 통해 115V 20A 교류 파워 서플라이(302)에 연결된다. 15A 퓨우즈(304)는 회로(300)에 대한 전체 과전류를 보호한다. DSR 장치가 ON 상태에 있을 경우, 즉 지시패널(40) 상의 스위치(43)가 ON 위치에 있을 경우 스위치(43a,43b)는 폐쇄된다. 이 경우, 보조전원 아우틀렛(306)을 포함한 회로(300)의 나머지에 전원이 공급되게 된다.

전원이 회로(300)에 공급되는 동안 고정자 온도제어기(308)는 열전쌍(142)의 출력신호에 의해 지시되는 바와 같이 고정자 어셈블리(34)의 온도를 계속해서 감시한다. 지시된 온도에 기초하여 고정자 온도제어기(308)는 고체 스위치(310)로 하여금 개방 또는 폐쇄된 위치를 취하게 할 것이다. 고체스위치(310)가 폐쇄된 위치에 있을 경우, 라인(312)으로부터 고정자 베이스(128)에 있는 500W 링 타입 전기가열 엘레멘트(138)에 전원이 공급된다. 10A 퓨우즈(314)는 회로를 과전류로부터 보호한다. 고정자 온도제어기(308)에 의해 고정자 어셈블리(34)가 바람직한 온도에 도달되었다는 것이 결정된 경우, 고체스위치(314)는 개방되어 500W 고정자 히이터(138)로의 전원공급이 차단된다.

마찬가지로, 회전자(158)의 온도는 회전자의 열전쌍(188)로부터의 출력신호에 기초하여 회전자 온도제어기(316)에 의해 제어된다. 회전자(158)가 선택된 온도보다 아래에 있을 경우, 고체스위치(318)는 폐쇄되어 전원이 라인(312)로부터 200W 회전자 히이터(184)로 공급됨으로서 회전자가 가열된다. 10A 퓨우즈(320)는 그 영역에 있는 회로의 과전류를 방지하기 위한 것이다.

DSR 장치(12)의 고정자 및 회전자 어셈블리(34,36)가 각각 완전 개방상태에 있을 경우, 하부 리미트 스위치(108)의 핀(110)이 지지테이블(70)에 대항해 눌려짐으로서 스위치(108A)를 폐쇄하고 라인(312)로부터의 전원이 전방제어 패널(40)에 위치되는 OPEN 지시램프(48)로 흐르게 한다. 스위치(44A,44B)는 무효한 상태로 된다.

하부 리미트 스위치(108)는 또한 스위치(108b)를 구비하고 있는바, 이 스위치는 핀(110)이 지지테이블(70)에 대항해 눌려질 때 접점(322)과 맞물리거나 고정자 테이블(128)이 상승되어 핀(110)이 지지테이블(70)에 의해 눌려지지 않을 때 접점(34)과 맞물려진다. DSR 장치(12)가 완전히 개방된 위치에 있으면, 스위치(108b)는 접점(322)과 맞물리는 위치에 있게 되므로 라인(312)으로부터 폐쇄된 업 래치(up latch)접점(326)을 통해 전원이 공급되어 다운 솔레노이드(328)와 다운 래치(330)를 작동시켜 고정자 어셈블리(34)로 하여금 완전히 낮아진 위치에서 유지되게끔 한다. 작동된 다운 래치(330)는 통상 폐쇄되어 있는 다운 래치 접점(332)을 개방시켜 업 솔레노이드(334)로 전류가 흐르는 것을 방지한다.

테스트를 개시하기 위해, 작동자는 스위치(44a,44b)를 동시에 업, 또는 CLOSE 위치로 유지함으로써 공급라인(312)으로부터 업 솔레노이드(334)와 업 래치 엘레멘트(336)로 전원이 공급된다. 업 래치 엘레멘트(336)에 에너지를 공급하면 통상적으로 폐쇄되어 있는 업 래치 접점(326)이 개방되어 전류가 다운 솔레노이드(328)와 다운 래치(330)로 흐르는 것이 방지되고, 다운 래치 접점(332)이 폐쇄된다. 이것은 고정자 테이블(76)이 상향 이동되게 하는 바, 하부 리미트 스위치(108)의 핀(110)은 여전히 눌려져 있고, 스위치(108b)는 접점(322)과 맞물려 있는 위치에 있게 된다. 스위치(44A,44B)가 CLOSE 위치에 있을 시, 업 솔레노이드(334)에 전원이 계속적으로 공급되어 고정자 어셈블리(34)가 회전자(158) 쪽으로 올려진다.

고정자 어셈블리(34)가 최종 폐쇄높이로부터 대략 0.050inch 위치에 도달하면, 상부 리미트 스위치(112)의 상부 연장핀(118)이 회전자 테이블(74)의 밑면(120)에 대항해 눌려져 스위치(112a)를 폐쇄시키고 라인(312)으로부터 전원이 공급되게 하여 제어패널(40)에 위치된 CLOSED 지시램프(46)에 불이 켜지게 할 것이다. 동시에, 상부 리미트 스위치(112)의 스위치(112b)도 폐쇄될 것이고, 라인(312)으로부터 폐쇄된 다운 래치 접점(332)과 상부 리미트 스위치(112b)를 통해 업 솔레노이드(334)로 조작자 스위치(44a)를 바이패스하여 전원이 공급된다. 일단 고정자 어셈블리(34)가 최종 폐쇄높이로부터 높이 0.005inch에 도달한 후, 정밀 상부 리미트 스위치(114)의 핀(122)이 조정 가능한 접점(124)에 의해 눌려질 것이므로 스위치(114a)가 폐쇄된다. 자동테스트의 경우에, 제어패널(40) 상의 스위치(42)는 (접점(338)과 맞물리는) AUTOMATIC 위치에 놓일 것이고, 전원은 공급라인(312)으로부터 상부 리미트 스위치(112a), 3극스위치(42) 및 접점(338), 그리고 정밀 상부 리미트 스위치(114a)를 통해 프리세트 가능한 예열 타이머(340)로 공급될 것이다. 이 예열 타이머(340)는 프리세트 값으로부터 제로(영)으로 계수하기 시작할 것인바, 상기 프리세트 값이란 고정자 및 회전자 온도제어기(308,316)가 각각 테스트 견본이 바람직한 온도에 도달하기에 충분한 시간을 확실히 갖도록 선택되는 그러한 값이다. 업 솔레노이드(334)는 고정자 어셈블리(34)가 그것의 최종 폐쇄높이의 도달할 때까지 그것을 계속 상승시킬 것이다.

예열 타이머(340)의 작동이 끝났을 때 타이머 접점(342)이 폐쇄될 것이고, 따라서 공급라인(312)으로부터 배기 솔레노이드(344)와 배기 타이머(346)로 전원이 공급된다. 배기 솔레노이드(344)의 작동에 의해 공기실린더 포트(216)가 대기 통기되게 된다. 배기타이머(346)는 공기실린더 내의 압력이 대기압에 확실히 도달되게 하도록 5초의 기간을 갖는다. 5초 후, 배기타이머 접점(348)은 폐쇄되고 공급라인(312)으로부터 스트로크 솔레노이드(350)로 전원이 공급되어 70psi의 압력이 공기실린더(210)의 포트(214)에 공급되게 된다. 이것은 실린더 로드(212)로 하여금 철회되게 하여 회전자(158)가 예정된 양만큼 회전하게 한다. 이때, 테스트에 의해 부하전지(206)는 테스트 견본에 의해 회전자(158) 상에 걸리는 토오크에 비례하는 신호를 발생시키고 그 신호를 후술되는 처리를 위해 전용프로세서(14)에 보낸다.

만일 DSR 장치(12)가 수동모드로 작동할 경우, 작동자는 고정자 어셈블리가 일단 최종 폐쇄높이에 도달하면 상부 제어패널(40) 상의 스위치(42)를 MANUAL 위치로 작동시킨다. 이것에 의해 스위치(42)가 접점(352)과 맞물림으로서 라인(354)을 통해 배기타이머(346)와 배기 솔레노이드(344)에 전원이 공급되게 된다. 이후의 동작은 상기 언급된 자동모드에 관계된다. DSR 장치는 바람직하게 그 장치의 세트-업 동작을 실행하기 위해서는 수동모드로만 작동되고 실재 재료 시험 동안에는 그렇지 않다는 것을 주의해야 한다.

테스트가 완료된 후, 작동자는 고정자 어셈블리(34)를 낮추기 위해 스위치(40A,40B)를 둘 다 OPEN 또는 LOWER 위치로 유지한다. 스위치(40A,40B)가 OPEN 위치에 유지될 경우 공급라인(312)으로부터 접점(324)과 맞물릴 위치에 있는 하부 리미트 스위치(108b)를 통해 다운 솔레노이드(328)와 다운 래치(330)에 전원이 공급된다. 다운 래치(330)는 다운 래치 접점(332)이 개방위치에 놓여지게 함으로서 상부 리미트 스위치(112a)와 접점(332)의 위치와 무관하게 업 솔레노이드(334)와 업 래치(336)에 전류가 흐르는 것을 방지한다. 동시에, 스위치(44a,44b)가 둘 다 OPEN 위치에 유지되는 동안 다운 솔레노이드(328)에 전원이 공급되고, 고정자에 샘블리(34)가 계속해서 낮아지게 된다.

회로(37)의 한가지 안전특성은 작동자의 직접 작동 없이는 고정자 어셈블리의 방지된다는 것이다. 고정자 어셈블리(34)가 완전개방, 또는 완전히 낮아진 위치에 있을 때 업래치 접점(326)은 폐쇄된 위치에 있고 그리고 하부 리미트 스위치(108)는 다운 래치(328)와 다운 솔레노이드(330)로 전류가 흐르게 하기 위한 위치에 있으므로 스위치(44a,44b)가 둘 다 동시에 업 또는 CLOSE 위치에 위치될 때까지 고정자 어셈블리의 어떠한 이동도 방지된다. 언제든지 완전 폐쇄높이로부터 0.050inch 위치에 도달하기 전의 고정자 어셈블리(34)의 상승 동안, 또는 어떤 점에서 고정자의 하강 동안 고정자 어셈블리의 이동은 스위치(44a) 또는 (44b) 중 어느 하나가 제 위치에 유지되지 않는다는 정지하게 된다.

제16도는 전용프로세서(14)에 대한 전기회로 데이터 흐름도를 개략적으로 보여준다. 전용프로세서(14) 전자장치는 디지털 변환전 부하전지(206)로부터의 아날로그신호를 처리하기 위한 아날로그 회로를 포함하고, 그리고 테스트 견본의 다양한 점탄성 특성을 나타내는 값을 결정하기 위해 디지털 정보를 분석하기 위한 디지털 회로를 포함한다. 디지털 전자장치는 인텔 8085 마이크로 프로세서와 같은 컴퓨터 처리 유니트(402), 판독전용 프로그램 메모리(404), 랜덤 액세스 메모리(406), A/D 변환기(408), 그리고 상세히 후술될 기타 다수의 구성요소를 포함한다.

회로의 아날로그 성분 또는 아날로그 성분 패키지를 논의할 목적으로 웨트스톤 브리지와 같은 부하전지(206)의 전기성분이 제16도에 부호 206으로 도시되어 있다. 부하전지(206)에 의해 발생되는 토오크 신호는 여기 신호전압(410)뿐만 아니라 부하전지 상의 축력의 함수이다. 따라서, 스팬회로(412)는 5.25V의 ±5% 범위 내에서 조정될 부하전지(206)에 대한 공급전원이 상이한 부하전지들 사이에서 피할 수 없는 감도변화를 조절하도록 공급된다.

참고부호(414)는 여기나 그 밖의 다른 곳에서 라인, 라인그룹, 연결 또는 출력을 표시하도록 또는 거기서의 신호를 표시하도록 사용될 수 있다. 일반적으로, 그러한 표시간의 차이에 어떤 중요한 것이 있을 경우에는 문맥을 통해 명백해질 것이다. 이와 유사한 참조부호의 이용이 다른 라인 및 신호에 대해서도 이루어질 것이다.

테스트 견본의 각도변형 시, 부하전지(206)는 라인(416) 상에 아날로그 신호를 발생시키고, 이 아날로그 신호는 통상의 매뉴얼 제로(manual zero)(422) 또는 오프셋장치로부터의 라인(420) 상의 제로화신호와 함께 차동증폭기(418)에 제공된다. 이 증폭기(418)는 제로신호(420)를 부하전지신호(416)와 합하여 부하전지(206)의 측정에 대비한다. 얻어진 신호는 부하전지의 여기 출력전압이 비교적 작은 관계로 166의 이득으로 증폭된다.

증폭기(418)의 출력신호(424)는 그것의 고주파 성분이 제거되도록 50Hz의 컷오프 주파수를 갖는 저역필터에 공급된다. 얻어진 신호(428)는 가산기(430)에서 CPU(402)가 후술된 PROGRAM Ⅰ 또는 PROGRAM Ⅱ/PROGRAM Ⅲ를 실행하고 있는지에 관련한 프로그램 오프셋 회로(434)로부터의 오프셋 신호(432)와 가산된다. 1inch pound의 토오크에 대해 20mV의 상관관계를 갖는 출력신호(436)는 스트립 헤코더에 의한 이용을 위해 또는 테스트 신호(438)로서의 이용을 위해 탭핑될 수 있다.

스케일링 유니트(440)는 아날로그 신호(442)를 제공하기 위해 제로와 1.5 사이에서 조정 가능한 이득으로 가산기(430)의 출력신호(436)를 스케일링한다. 스케일링 유니트(440)의 이득은 아날로그 성분 패키지의 여러 가지 성분들의 누적공차를 통해 아날로그 토오크 신호에 지워지는 에러를 흡수하도록, 그리고 1카운트가 0.1inch pound 토오크와 동일한 A/D 변환기(408)에 스케일링을 제공하도록 조정된다. 이 방법에서, 아날로그 성분의 어떤 선택이 일관된 명세로 실행되도록 조정될 수 있으므로 DSR의 성능에 영향을 미치지 않고 아날로그 성분 패키지의 교환 또는 교체가 가능하게 된다. 스케일링 및 필터링된 토오크 신호(442)는 이제 12비트 A/D 변환기(408)에 의한 디지털 변환을 위해 적당하다.

A/D 변환기(408) 및 스케일링된 신호(442)는 스케일링된 신호로 하여금 적당한 조건으로 테스트 신호(446)에 의해 교체되게 하는 테스트 스위치(444)를 통해 연결된다. 테스트 신호(446)는 시간곡선대 실제 DSR 네스트 토오크를 묘사하는 공지된 파형이다. 파형, 그리고 따라서 파형에 따른 데이터 포인트들이 공지되어 있기 때문에 테스트 결과도 또한 공지되어 있고 전용프로세서(14)의 디지털 성분이 예상되는 공지된 값을 계산하고 있는지의 여부에 의해 적절히 기능하고 있는 지의 여부를 결정하는데 이용될 수 있다.

테스트 신호(446)는 프로그램 메모리(404)에 기억되는 일련의 데이터 포인트들의 아날로그 변형이다. CPU(402)는 어드레스 버스(448)를 통해 테스트 디지털 데이터 포인트를 포함하는 위치 메모리(404)에 위치를 액세스한다. 데이터 포인트는 데이터 버스(450)를 통해 CPU(402)로 귀환된다. 그때 CPU(402)는 테스트 데이터를 12비트 래치(454)를 통해 12비트 D/A 변환기(452)로 전달한다. D/A 변환기(452)는 래칭된 12비트 테스트 데이터를 아날로그 테스트 신호(446)로 변환한다. 테스트 신호(446)는 테스트 상태 동안 A/D 변환기(408)와의 연결을 위해, 스케일링된 신호(442)의 진폭에 비례하는 테스트신호의 진폭을 증가시키는 버퍼(456)를 통해 테스트 스위치(444)에 공급된다.

테스트 스위치(444)의 위치는 아날로그 입력신호가 부하전지(206) 또는 재생된 테스트 데이터로부터의 실제 토오크 이완 데이터를 나타내는 가와는 무관하게 아날로그 입력신호를 디지털 워드로 변환하는 A/D 변환기(408)의 동작으로 명백하다. 12정보 비트를 갖는 A/D 변환기(408)는 4096 비차원적 카운트의 분해능을 갖는다. 실시예에서, 500Lbf 부하전지(206)는 작동상태에서 최대 200파운드의 힘을 경험하고, 그리고 바람직한 분해능은 0.1inch pound이다. 따라서, 포지티브 토오크의 변환을 위한 A/D 변환기(408)에 4096 카운트 중 4000을 할당하는 것이 편리하다. 결과적으로, 1카운트는 0.1inch-Lbsf와 동일하다. PROGRAM Ⅰ 테스트를 위해, 측정된 토오크는 향상 포지티브이므로, 나머지 96카운트는 사용되지 않는다. 그러나 PROGRAM Ⅱ 또는 PROGRAM Ⅲ 테스트를 실행할 때는 작은 네거티브 토오크를 나타내는 측정치를 갖는 것도 가능하다. 이 경우에, 나머지 96카운트는 어떤 작은 네거티브 토오크 값을 보상하기 위해 9.6inch-Lsbf와 동등한 오프셋으로서 이용된다.

A/D 변환기(408)가 입력 아날로그 신호를 12비트 디지털 데이터 워드를 변환하는 비율은 초당 1,000 또는 4,000 변환 중 어느 하나이다(다른 변환율이 등가적으로 이용될 수 있다). A/D 변환기가 동작하는 비율은 정밀한 타이머(458)에 의해 결정된다. 타이머(458)는 라인(460) 상에 바람직한 변환율을 발생시키도록 A/D 변환기에 보내지는 1,000 또는 4,000 Hz 클럭신호를 발생시킨다.

A/D 변환기(409)에 의해 변환된 각각의 12비트 디지털 데이터 워드는 12비트 데이터 버스(464)를 통해 프로그램 가능 주변 인터페이스장치(462)로 보내진다. 프로그램 가능 주변 인터페이스(462)는 CPU(402)에 의해 액세스되기 전에 인터페이스(462)의 데이터 버퍼부에 디지털 데이터 워드를 일시 저장한다.

CPU(402)는 어드레스 버스(408)를 통해 데이터 버퍼의 적당한 위치를 어드레싱 함으로서 프로그램 가능 주변 인터페이스(462)로부터 데이터 워드를 액세스한다. 데이터 워드는 데이터 버스(450)를 통해 CPU(402)로 귀환된다. 프로그램 가능 인터페이스(462)로부터 얻어진 각각의 데이터 워드는 CPU(402)에 의해 시험된 다음 정적 램(406)의 위치에 위치된다. 액세스 가능한 메모리의 40kbyte는 토오크 및 하나 또는 둘 이상의 DSR 테스트를 위한 경과된 시간 데이터의 축적을 위해 제공된다. 메모리(406)는 정전시 기억된 데이터의 상실을 방지하기 위해 백업 밧데리(466)를 구비하고 있다. 택일적으로, 메모리는 EPROM 기술을 이용한 칩으로 구현될 수도 있다.

CPU(402)는 옵토아이솔레이터(468)를 통해 플로터(18) 또는 프린터(17)에 정보를 제공한다. 또한 CPU(402)에는 8비트 래치(472)를 통해 칼렌더 클럭(470)이 제공되어 데이터가 테스트가 일어났던 시간으로 태깅되게 하고 CPU(402)가 예정된 시간에 테스트 데이터를 전달하게 한다. CPU(402)는 저장된 데이터를 UART(474)와 옵토-아이솔레이터(476)를 통해 메모리(406)로부터 일반 컴퓨터(16)로 전달한다.

CPU(402)는 어드레스 버스(448) 및 데이터 버스(450)를 통해 14kbyte 프로그램 메모리장치(404)와 인터페이스한다. 메모리(404)는 테스트 데이터를 기억하는 외에 PROGRAM Ⅰ, PROGRAM Ⅱ, PROGRAM Ⅲ의 일부, 기타 관련된 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 가능한 컴퓨터 프로그램 코드 또는 전용프로세서(14)를 제어하는데 필요한 동작코드를 기억한다. 메모리(404)는 테스트 중인지(480), 제1의 시간에 도달되었는지(482), 제2의 시간에 도달되었는지(484), 데이터가 저장되었는지(486), 그리고 PROGRAM Ⅱ 또는 PROGRAM Ⅲ 테스트가 완료되었는지(488)와 같은 정보를 표시하는 다수의 LED 디스플레이(478)의 제어를 위한 다수의 포트를 포함한다. 다른 포트는 매뉴얼 제로(422)를 통해 부하전지(206)를 측정하는데 이용하는 토오크 정보의 주기적인 가시적 디스플레이를 제공하기 위해 디스플레이 드라이버(492)를 통해 4디지트 디지털 디스플레이(490)로 작동시킨다. 또 다른 포트는 부가적 키보드(496), 리세트 스위치(498), 제로 스위치(500) 및 프로그램스위치(502)(이들의 기능은 후술된다)와 같은 기능스위치와 인터페이스한다.

디지털 파워 서플라이(504)는 디지털 성분에 5V 전원을 공급한다. 아날로그 파워 서플라이(506)는 전용프로세서(14)의 아날로그 성분에 ±15V 전원을 공급한다.

제17a-17f도를 참조하면, 전용프로세서(14)의 아날로그 및 디지털 전자장치를 위한 도식적인 전기회로 다이어그램이 도시되어 있다. 도면들은 회로를 연결하도록 몇 페이지에 걸쳐 여러 전기라인과 연결의 연속을 묘사하도록 나란히 놓여질 수 있다. 로드셀(206)(제175도)은 제16도에 대하여 위에서 기술된 스케일러(440), 합산기(430), 저주파 필터(426), 차동증폭기(418)의 기능을 수행하는 일련의 연산증폭기(550,552,554)(제17e도)로 아날로그 신호를 제공한다. 나타나는 신호는 테스트 스위치(444)(제175도)를 통하여 A/D 컨버터(408)(제17d도)에 제공된다. A/D 컨버터(408)는 두 개의 8비트 포트와 하나의 6비트 포트를 가지는 스크랫치 패드 RAM으로서 이행되는 프로그램 가능 주변장치(462)에 12비트 워드를 제공한다. 이러한 포트에서의 정보는 CPU(402)(제17a도)에 의하여 액세스 가능하며, 이는 바람직하게는 결합된 어드레스/데이터 버스(616)를 지나는 인텔 8085 마이크로 프로세서이다. CPU(402)는 약 3MHz에서 작동한다.

바람직하게는 3개의 인텔 독점의 2kbyte 전자적 프로그램 가능 판독전용 메모리(EPROM) 집적회로 또는 칩(556a,556b,556c)이 프로그램 메모리(404)를 형성한다. 각 칩은 기능스위치(494) 및 LED 디스플레이(478)(제17a도)를 가진 인터페이스용 두 개의 8비트 입력/출력포트, A/D 컨버터(454) 및 4자리 디스플레이(490)를 갖는다(집적회로, 칩 등의 용어는 여기에서 같은 의미로 사용될 수 있다). 이러한 EPROM 칩(556a,556b,556c)(제17a도 및 제17b도)은 결합된 어드레스/데이터버스(558)를 지나서 CPU(402)에 의해 액세스될 수 있다. 각 인텔 EPROM 칩(556a,556b,556c)은 결합된 어드레스/데이터버스(558)로부터 하위 8개 어드레스 비트를 래치시키기 위한 수단을 담고 있다. 그러나, EPROM 칩의 기능이 다른 상업용 EPROM들과 실행된다면, 아래에 EPROM 칩(568a 및 568b)(제17e도)에 관하여 기술된 것처럼, 하위 8개의 어드레스 비트를 래치하기 위하여 부가의 하드웨어를 포함하는 것이 필요하다. 칩 셀렉트 디코더(559)(제17c도)는 저장으로 할당된 EPROM(556a,556b 또는 556c)과 포트 어드레스가 CPU(402)에 의하여 액세스되도록 할 수 있다.

하나의 8비트 포트인 EPROM 칩(556a)은 디스플레이 드라이버(492)(제17b도)를 통하여 4자리 LED 디스플레이(490)(제17a도)에 자리정보를 제공한다. 또 다른 8비트 포트의 EPROM(556a)는 프로그램 스위치(502) 및 제로 스위치(500)를 모니터한다(제17a도). 8비트 포트 중 하나인 EPROM 칩(556c)은 LED 디스플레이 램프(478)를 제어한다(제17a도). 많은 비트의 다른 포트들은 디스플레이 드라이버(492)를 제어한다. 단일칩(560)(제17c도)은 아날로그 테스트 신호를 만들도록 12비트 D/A 컨버터(452) 및 12비트 래치(454) 기능을 제공한다. 버스(562)를 거쳐 EPROM 칩(556b)의 출력포트로부터 12비트의 디지털 데이터가 칩(560)에 제공된다. 발생된 아날로그 테스트 신호는 라인(564)을 거쳐 스케일링 연산증폭기(566)에 보내진다. 나타난 신호는 테스트 스위치(444)를 통하여 A/D 컨버터(408)에 결합된다(제17f도).

두 개의 표준화된 상업용 4kbyte EPROM 칩(568a, 568b)(제17e도)은 부가의 8kbyte 판독전용 메모리를 더하여 전체가 14kbyte의 프로그램 메모리(404)로 된다. 이러한 EPROM 칩(568a 및 568b)은 또한 어드레스/데이터 버스(558)를 지나 액세스된다. 그러나, 이러한 것은 표준화된 상업용 EPROM 칩이기 때문에, 래치(570)(제17d도)는 어드레스/데이터버스(558)로부터 하위 8비트 어드레스를 래치시키도록 요구된다. 이러한 하이 8개 어드레스 비트들이 어드레스 전용버스(572)를 지나 EPROM 칩(568a,568b)으로 보내진다. 칩 셀렉트 디코더(574)(제17b도)는 어느 EPROM 칩(568a 또는 568b)이 어드레스되는 메모리 구역을 포함하고 있는가를 결정한다.

5개의 8kbyte x 8비트 스테이틱 RAM 칩(576a,576b,576c,576d,576e)(제17b-17d도)은 저장메모리(406)를 포함하는 40kbyte의 RAM을 제공한다. 바람직하게는 이러한 RAM 칩(576a-e)은 상업용 칩으로 표준화되어 있어서 EPROM 칩(568a,568b)에 관하여 상기에 기술된 어드레싱 계획은 다시 필요하다. 따라서, CPU(402)가 어드레스/데이터버스(558)를 지나서 이러한 칩 가운데 하나에 있는 메모리 장소를 어드레스 지정할 때, 래치(570)는 어드레스 전용버스(572)를 지나 칩(576a-e)에 제공하는 하위 8개 어드레스 비트를 래치시킨다. 칩 셀렉트 리코더(578)로 인하여 어드레스를 담고 있는 적당한 RAM 칩이 액세스될 수 있다. 파워가 로우일 때 RAM 칩(576a-e)을 디스에이블시키는 옵토-아이솔레이터(580)(제17a도)를 통하여 조건부 전력이 칩 셀렉트 디코더(578)에 제공되어, 파워가 ON 또는 OFF로 될 때 RAM 칩에서의 데이터 변경을 막는다.

EPROM 칩(556a,556b,556c,568a 및 568b), RAM 칩(567a-e) 및 UART(500)을 위한 타이밍 신호를 타이머칩(582)에 의하여 발생된다(제17e도).

제17a-f도에 도시되고 상기에서 언급된 바와 같이, 전용프로세서(14)의 기능의 특정한 실행은 전용 프로세서가 구성될 수 있는 오직 하나의 방법이 있다. 똑같은 목적을 달성하는 부품과 특정 칩의 선택, 배열 및 전용 프로세서의 다른 실행은 당업자에게 명백할 것이다.

[작동]

제18도에서 제25도까지와 그리고 제29도에서 제34도까지에서 보면 일반적인 프로세서(16)와 전용프로세서(1)의 운용을 도해한 몇 가지의 흐름도가 나타나 있다. 운용에 있어서의 여러 가지 단계들은 도면에서의 동일한 숫자에 해당하는 괄호 안에 있는 수에 의해 다음과 같이 참조된다. 도면에서 사용된 바와 같이 문자나 숫자를 가리키는 화살표는 루틴이 흐름도 상의 또 하나의 위치에 원으로 표시한 같은 문자나 숫자로부터 연장되는 또 하나의 화살표에 의해 나타난 흐름도 상의 단계로 뛰어 넘는다는 것을 나타내는 것을 주목할 수 있다. 여러 가지의 흐름도는 우선된 구조를 도해하는 것으로써, 다음에 설명되는 바와 같이, 이 기술분야에서의 통상의 기술의 하나가 상주 프로세서나 어떤 다른 컴퓨터 프로그램 실행장치나 시스템에 의하여 실행하는데 적합한 컴퓨터 프로그램 코드로 축소된다.

DSR 시험을 시작하기 위해서, 스위치가 켜져 있지 않으면 전원스위치(43)를 거쳐서 전원이 공급되어야 한다. 전원이 공급될 때 일반 프로세서(16)와 전용프로세서(14)는 그 초기치에 맞추는 루틴을 수행한다. 일반 프로세서(16)는 IBM 호환성 마이크로 컴퓨터에 의하여 전원이 공급되어 통상적으로 그 기능을 수행한다. 전용프로세서(14)는 CPU 402(단계 800, 제20도)의 소프트웨어 리세트를 실행하여 메모리를 지우고 그 포트(802)를 세팅하며 일반 프로세서(16)와의 통신을 준비하는 것(804)과 같은 프로그램 카운터를 영에 맞추고 또 초기 기능을 수행하게 한다.

오퍼레이터는 시험표본을 개략적 수량을 계량하여 표본 콘테이너(148)의 공동(152) 안에 놓는다. DSR 12의 앞면 상의 하부 제어패널(56) 상의 각각 위치한 로터와 스테이터 온도제어기(58)(60)는 시험표본이 가열되는 온도에 맞추어진다. 우선적으로 온도제어기는 시험표본 전체에 걸쳐서 균일한 온도를 갖게 하기 위하여 대략 같은 온도에 맞추어진다. 하부 제어패널(56) 상에 위치한 스트로크 타이머(62)는 편향되기 전에 시험표본이 온도제어기(58)(60) 상에서 선택된 온도에 이르는데 충분한 예열시간에 맞추어진다. 오퍼레이터는 프로그램 Ⅰ이 또는 프로그램 Ⅱ가 또는 프로그램 Ⅲ이 수행되는 가를 나타내는 위치로 전용프로세서(14)의 앞면에 위치한 외부 프로그램 스위치(502)를 세트한다.

일단 일반 프로세서(16)가 그 초기기능을 완성하면, 오퍼레이터는 원하는 프로그램의 실행을 개시하기 위해 일반 프로세서에 명령을 내린다. 일반 프로세서 내의 실행 코드는 두 개의 세그먼트로 일반적으로 나뉘어지고 또 고려된다. 프로그램 Ⅰ 또는 프로그램 Ⅱ를 실행하는 첫 번째 것은 오퍼레이팅 시스템 레벨에서 문자 DSR1 또는 DSR2를 기입하고 타이핑함에 의해 이루어진다. 프로그램 Ⅲ을 실행하는 두 번째의 것은 오퍼레이팅 시스템 레벨에서 DSR3을 기입하여 이루어진다. 코드의 명백한 구분을 하는 이유는, 프로그램 Ⅰ과 프로그램 Ⅱ가 전용프로세서(14) 안에서만 단독으로 실행되기 때문에 DSR이 일반 프로세서의 작용이 없이 어떤 구현 하에서 운용되도록 배열되어 있기 때문이다. 그러나 프로그램 Ⅲ에 의해 요구되는 기능을 수행하기 위해서 그리고 원하는 경우 고도의 오퍼레이터 상호작용을 허용하기 프로그램 Ⅲ은 일반 프로세서의 사용을 요한다. 기입된 명령에 의거해서 일반 프로세서는 프로그램 Ⅰ이나 프로그램 Ⅱ에 해당하는 메인 메뉴 1(제18도, 600)을 디스플레이 하거나 또는 프로그램 Ⅲ에 해당하는 메인 메뉴 2(601)를 디스플레이한다. DSR 시스템을 캘리브레이트하거나 시스템 배열을 바꾸거나 운용조회 기능을 수행하거나 또는 오퍼레이팅 시스템으로 귀환하는 것과 같이 메뉴에 의해 제공되는 많은 선택은 동일하다는 것을 주목할 수 있다.

선택된 시험이나, 프로그램 Ⅰ, 프로그램 Ⅱ, 또는 프로그램 Ⅲ을 수행하는 코드의 기능을 조사하기 전에, 공통의 기능을 설명한다. 오퍼레이팅 시스템으로 나가는 것, 이 경우에는 DOS가 자명하다. 이것은 오퍼레이터로 하여금 프로그램 Ⅰ 또는 프로그램 Ⅱ 시험을 수행하는 것으로부터 프로그램 Ⅲ 시험으로 전환시키거나 또는 그 역으로의 전환을 허용한다. 또한 마이크로 컴퓨터에 전형적인 다른 기능이나 프로그램이 실행되는 것을 허용한다. 사하 중 보정 선택(일반적으로, 602)은 DSR 시스템을 보정하는 방법을 제공한다. 간단히 말해서 공지의 하중이 가해지고 또 로드셀 위에 공지의 힘을 가하도록 그 시스템에 연결된다. 전용프로세서(14)와의 상호 작용을 통하여 DSR 시스템에 의하여 측정된 해당 회전력은 4자리 LED 디스플레이(490) 상에 디스플레이된다. 그 디스플레이 상에 기초하여 기사는 정확한 값을 갖도록 수동제로(422)와 스팬(412)을 조절하여 그 시스템을 보정할 수 있다. 베리화이옵션(604)은 개시레벨을 정하거나 진단을 수행하는 것과 같이 일반 프로세서(16)를 통하여 오퍼레이터가 전용프로세서(14)(제23도 참조)와 상호 작용을 하는 것을 허용한다. 유사하게, 변경 구성옵션(606,제18도)은 몇 개는 전용프로세서(14)에 옮겨지는 커브휘트의 정도, 로터 높이, 쉬프트타임 등과 같은 시스템 생략성 값을 오퍼레이터가 수정하는 것을 허용한다.

메뉴 1만으로부터 얻은 옵션은 입력 프로그램 Ⅱ 데이터 파일옵션으로써, 나중에 더욱 상세히 설명되는 것으로, 커브휘트나 스케일링 요소를 변경시키는 것과 같이 하여 오퍼레이터로 하여금 그래픽 조작을 위한 미리 저장된 프로그램 Ⅱ 데이터 파일을 기입하는 것을 허용한다. 프로그램 Ⅲ 메뉴에서 얻을 수 있는 옵션은 변경 DSR 휙스처디멘션 옵션이다. 이 옵션은 폼 요소로 구성되는 것과 같이 오퍼레이터로 하여금 중요한 기하학적 값을 변경시키는 것을 허용한다. 이 값들이 회전력으로부터 전단응력 완화치로의 프로그램 Ⅲ에서 수행된 변환에 대해서만 그리고 그로부터 유도된 기본적인 점탄성의 결정에 대해서만 필요하기 때문에, 프로그램 Ⅰ이나 프로그램 Ⅱ를 운용할 때 그 값들의 수정은 허용되지 않는다.

점탄성 재료의 DSR 시험을 수행하기 위해 오퍼레이터는 적용되는 메인 메뉴(600 또는 601, 제18도)로부터 프로그램 Ⅰ, 프로그램 Ⅱ, 또는 프로그램 Ⅲ 중에서 수행될 원하는 특정 시험을 선택하게 된다. 만일 프로그램 Ⅰ 또는 프로그램 Ⅱ가 선택되면, 일반 프로세서(16)는 전용프로세서(14)(제19도)의 시험 기능을 조절하는 루틴으로 점핑하게 된다. 이 루틴은 시험온도(즉 로터와 스테이터 온도제어기(58)(60)로 들어가는 온도)와 같이 시험될 재료를 식별하는 정보와 여러 가지 시험 파라미터(702)를 오퍼레이터가 입력하도록 재촉한다. 이 루틴은 RS-232 데이터버스(704)에 관하여 전용프로세서(14)와의 통신을 설정하게 된다. 만일 통신이 성공하지 못하면, 그 프로세서는 오퍼레이터로 하여금 전용프로세서(14)(706)를 리세트하도록 지시한다. 이는 전용프로세서(14)(제20도, 단계806 참조)의 하드웨어 리세트를 실행하고 또 전용프로세서로 하여금 그 메모를 리세트하도록 하고 그 포트(802)를 세트하고 또 다시 통신을 준비하게 해준다. 일반 프로세서 루틴은 통신을 다시 시도한다(704, 제19도 참조). 만일 통신이 이루어지면, 적합한 메시지가 모니터(708) 상에 나타나고 또 그 루틴은 프로그램 Ⅰ 또는 프로그램 Ⅱ 테스트루틴이 실행되는가(710)를 나타내면서 전용프로세서(14)에 명령을 일련적으로 옮기기 시작하게 된다.

만일 프로그램 Ⅲ이 선택되면, 일반프로세서는 전용프로세서(14)와 즉시로 통신이 되고 또 프로그램 Ⅲ 코드를 실행하기 위한 명령과 모아야 할 데이터 포인트 수를 전용프로세서에 일련적으로 전달하기 시작한다.

전용프로세서 회로는 데이터버스(808,제2도) 상에서 하나의 비트스트링 포매트로 일반프로세서(16)로부터 명령을 얻게 되고, 또 그 비트들은 개별적인 입력명령(810)을 형성하도록 어셈블리된다. 어셈블리된 명령에 기초하여, 전용프로세서(14)는 프로그램 Ⅰ, 프로그램 Ⅱ 또는 프로그램 Ⅱ 시험루틴을 실행하기 위해 적합한 루틴으로 프로그램 제어를 옮기게 된다.

만일 프로그램 Ⅰ 테스트루틴이 실행을 위하여 선택되었다면(제21도 참조) 그 루틴은 일반 프로세서(810-812)로부터의 헤더 정보를 요구하여 얻고 또 그 정보를 저장메모리 406(814)에 저장하게 된다. 이 루틴은 4000의 초당 12비트 단어(816)의 디지털 변환비율을 설정하기 위해 A/D 콘버터(408)에 맞춘 4000 헤르쯔의 클록신호를 발생하기 시작하도록 정밀 타이머(458)에 명령한다. 이 루틴은 유효한 테스트가 시작되지 않았다는 것을 나타내기 위해 표시문자를 털게 된다(여기서 유효테스트란 것은 DSR 장치가 시험표본을 실제로 벗어나게 했다는 것을 가리키는데 사용된다). CPU 402는 프로그래머를 인터페이스 장치(462)로부터 단어를 도달시키기 시작하고, 유효시험이 진행 중인가(818)를 결정하기 위해 개시표시 문자를 점검하며 또 다음에 더 상세히 설명되는 바와 같이 유효테스트가 시작되었는가(820)를 결정하기 위해서 미리 정해진 값에 대해 각 단어를 비교한다. 유효테스트가 아직 발생되지 않았기 때문에, 그 루틴은 단어들을 도달시키고 개시표시문자(818)를 점검하면서 루프(818-820)에 머무르게 되며, 유효테스트가 진행되지 않는다는 것을 나타내고, 새로 도달된 단어를 개시 레벨(820)에 비유하고, 그 단어는 유효테스트가 진행되지 않으므로 초과해서는 안되며, 또 루프를 또 다시 시작하기 위해 또 하나의 단어를 도달시키게 된다.

만일 프로그램 Ⅱ 또는 프로그램 Ⅲ이 선택되었다면(제22도 참조), 이들 테스트를 다루는 루틴은 일반 프로세서(852-854)로부터의 필요한 정보를 요구하여 얻고 또 그 정보를 다시 저장 메모리 406(856)에 저장한다. 그러나, 정밀타이어(458)는 1000의 초당 12비트 단어(858)의 디지털 변환비율을 설정하기 위해 A/D 콘버터에 보내진 1000헤르쯔의 클록신호를 발생하기 시작하도록 명령을 받는다. 개시표시문자는 테스트가 진행되지 않는다는 것을 나타내기 위해 털어진다. CPU 402는 프로그래머를 인터페이스 장치(462)로부터의 단어들에 도달하기 시작하게 되고, 유효테스트가 진행 중인가(860)를 결정하기 위해 개시 표시문자를 점검하고, 또 다음에 충분히 설명되는 바와 같이 유효테스트가 시작되었는가(862)를 결정하기 위해 미리 정해진 값에 대해 각 단어를 비교한다. 유효테스트가 진행되지 않기 때문에, 그 루틴은, 테스트가 시작되는 것을 대기하면서, 프로그램 Ⅰ에 관하여 상기한 바와 같이 루프(860-862)된다.

전용프로세서(14)가 프로그램 Ⅰ이나 프로그램 Ⅱ나 프로그램 Ⅲ 시험을 수행하기 위해 메인 메뉴로부터 오퍼레이터 선택을 통하여 일반프로세서(16)에 의해 명령을 받은 때로부터 전용프로세서는 로드셀(206)로부터의 입력신호를 테스트 샘플이 벗어났는가를 결정하기 위해 선택된 루틴에 의해 분석되는 해당 디지털 단어로 계속 변환시키게 된다.

이점에 대해서, 오퍼레이터에 의해 수행되는 여러 가지 기능 즉 온도제어기를 설치하고 메인 메뉴로부터 수행될 테스트를 선택하며 표본 공동에 시험표본을 위치시키는 것 등은 상기한 것보다 다른 순서로 수행된다는 것을 주목해야 한다. 상기에 묘사한 순서는 도해뿐이다. 같은 목적을 수행하는 다른 시퀀스는 이 기술분야에 숙달된 사람에게는 명백한 것이며 또 발명의 범위에 포함되어 있다.

오퍼레이터가 일반프로세서(16)에 의해 요구되는 모든 정보를 입력하고 또 그 정보가 전용프로세서(14)에 옮겨지면, 일반프로세서는 DSR이 테스트를 시작할 준비가 되어 있다는 것을 나타내는 모니터 상의 메시지를 디스플레이한다(712, 제19도). 상기에 개요를 밝힌 바와 같이, 모든 다른 오퍼레이터 기능이 수행된다고 가정하면, 오퍼레이터는 폐쇄위치에 스위치(44a)(44b)를 동시에 유지시킴에 의해 스테이터 어셈블리를 올려주게 된다.

스테이터 테이블(76)이 최종의 폐쇄높이 아래에 약 0.050인치 위치에 도달함에 따라 상부 리미트 스위치(112)는 로터 테이블(74)의 하부표면(120)에 접촉하고, 이에 의해 스테이터 어셈블리(34)의 고도의 자동제어가 로터(158) 아래에서 미리 정해진 거리까지 올려주게 된다. 이점에서 폐쇄 게이지는 스테이터 어셈블리(34)가 그 높이에 도달하여 거기서 연속된 고도가 자동적으로 수행되며 또 오퍼레이터는 스위치(44a)(44b)를 해제시킨다는 것을 오퍼레이터에게 시각적으로 나타낸다.

DSR 상의 이점으로부터 테스트가 완전히 자동화되며 또 그 테스트가 완성될 때까지 오퍼레이터의 참여를 요구하지 않는다. 이는 인간 상호영향에 귀착되는 변수를 제거함에 의하여 테스트 결과의 신빙성과 정확도 그리고 계산된 기본 점탄성 성질을 상당히 개선시킨다. 또한 테스트의 중요시기에 요구되는 오퍼레이터의 상호영향이 없기 때문에(즉, 테스트 샘플의 벗어나기 전으로부터 결과가 나타나기까지의 시간), 오퍼레이터에게 요구되는 기술 수준과 주의는 최소에 이른다.

스테이터 어셈블리(34)가 그 최종의 폐쇄 고도에 접근함에 따라, 로터(158)의 원추형표면(156)은 표본 콘테이너(148)의 공동(152)으로 들어가고 또 그 안에 포함된 시험표본을 압축한다. 이는 시험표본으로부터 빈틈이나 기포와 같은 불연속부분을 강요하며 또 로터(158)의 표면(156)의 외부 가장자리와 표본 콘테이너(148)의 원통형 표면(162) 사이에서 과다한 표본 재료를 입출시킨다. 시험표본과 접촉하고 있는 로터(158) 내의 가열 엘레멘트(184)는 로터표면(156)과 공동(152) 사이에 끼워진 시험표본을 균일하게 가열하는데 기여하기 시작하게 된다.

일단 스테이터 어셈블리(34)가 그 최종의 고도 바로 아래의 위치에 이르면, 제2의 상부 리미트 스위치와 미세한 리미트 스위치(114)는 조절할 수 있는 접촉부(124)에 접촉하고 또 전기적으로 닫혀져서 예열 스트로크 타이머를 개시시킨다. 이는 표본재료의 온도가 그 미리 정해진 온도에 도달하도록 하기 위해 미리 정해진 예열시간(스트로크 타이머(62)에 들어가는 시간) 동안 DSR이 멈춰지게 한다. 이 기간 동안 스테이터 어셈블리는 그 최종의 고도에 도달하고, 또 로터(148)의 원추형표면(156)과 표본 콘테이너(148)의 표본(160)(162) 사이에 포함된 시험표본 재료를 압축하는 동안에 생긴 잉여 스트레스는 실질적으로 없어지게 된다.

실린더 로드(212)를 그 연장된 위치에 유지하는 공기압력은 포트(216)를 통하여 배기되고 또 실린더 내의 압력이 주위 압력으로 복귀되는 데는 5초가 걸리게 한다. 그때에 약 70psi의 압력 충격이 실린더 로드(212)를 수축시키기 위해 포트(212)를 통하여 실린더(210)에 보내진다. 실린더 로드(212)의 축상수축은 로터축(168)을 통하여 유니버셜조인트(202)와 로터아암(200)에 의하여 각 회전으로 진행되어 로터(158)의 원하는 회전을 유발시킨다.

로터(158)의 충격적인 회전편향이 있을 때 로터의 표면(156)과 표본공동(152)의 표면(160)(162) 사이에 포함된 시험표본은 변형되고 또 표면(158)(160)(162) 상에 저항하는 회전력을 가해준다. 이 회전력은, 그 회전력이 로드셀(206)에 연장아암(204)을 통하여 가해지는 축상의 힘으로 변환되는 유니버셜조인트(202)로 로터축(168)과 로터아암(200)을 통하여 다시 진행된다. 스트레스 감지요소 또는 로드셀(206)의 요소는 축상의 힘에 의해 생긴 기계적 스트레스를 축상의 힘에 비례하는 아날로그 신호로 변환시킨다. 로드셀(206)에 생긴 이러한 아날로그 신호는, 다음에 개별적으로 설명되는 바와 같이, 앞에서 선택된 테스트 프로그램 Ⅰ, 프로그램 Ⅱ 또는 프로그램 Ⅲ에 따라서 처리하기 위하여 전용프로세서(14)로 라인(208)을 거쳐서 보내진다.

[프로그램 Ⅰ]

테스트 표본이 편향되기 바로전 간단하게 적시에 그 주기로 벗어나고, 제21도를 참고하면, 상기에 언급된 바와 같이, 프로그램 Ⅰ 테스트 루틴이 이미 일반프로세서(16)로부터 헤더정보를 요청하여 얻고(810-812), 그 정보를 메모리에 저장하고(814), 디지털 변환속도를 초당 4000 12비트 워드로 세트시키고(816), 실제의 테스트의 시작을 기다리도록 루프를 설정한 것(818-820)이 보여져 있다. 지금 완전한 작동모드로 작동하고 있는 전용프로세서(14) 자신은 테스트 표본의 실제 편향이 발생되고 그후 즉시 테스트 데이터를 저장하고 해석하기 시작할 때를 결정해야 하기 때문에 유효한 테스트의 출발 이전의 처리가 필요하다.

그 루틴은 실제 테스트의 토오크-시간 응답 곡선이 따르는 어떤 기준에 대하여 일정 비율로 만들어지고 여과된 아날로그 신호의 디지털 데이터 워드 표시를 비교함으로써 테스트 표본이 편향되었을 때를 결정하는 것이 가능하다. 설명하자면, DSR 테스트 동안(테스트 표본이 실제로 편향되었을 때를 의미) 앞서 논의된 각 편향을 받는 점탄성의 물질에서 생긴 비틀림 응력은 40밀리세컨드 윈도우 동안, 보통은 5-10밀리세컨드 편향 내에 어떤 점에서 최대로 상승하고 나서 일반적으로 지수적 응답곡선을 따라 완화될 것이라고 알려져 있다. 주어진 물질에 있어서, 이것은 응력을 만들고 그리하여 부하에 의하여 발생된 신호는 START LEVEL로 불리는 어떤 알려진 값을 초과하는데, 이 알려진 값은 테스트 물질 내에서 생길 것이라고 기대된 적당한 최대 응력 이하에서, 그러나 샘플을 일정한 두께 또는 다른 변칙적 두께로 압축시킴으로써 생긴 응력 때문에 부딪쳐질 수 있는 대부분의 신호 이상에서 잘 선택된다. 또한, 생겨난 응력은 40밀리세컨드 윈도우의 끝에서 START LEVEL의 1/2보다 작은 값으로 완화되지 않을 것이라고 알려져 있다. 따라서, 디지털화된 응답곡선은 테스트 표본이 편향되었는지를 명확히 결정하기 위하여 이러한 알려진 실제 곡선의 특성에 비교될 수 있다.

데이터 워드가 START LEVEL을 초과하는 프로그램 가능 인터페이스(462)로부터 얻어졌을 때까지, 테스트 표본은 아직 편향되지 않았고, 따라서 저장메모리(403)로 기입된 이전의 워드 각각은 오버라이트될 것이라고 알려져 있다. 일단 한 원드가 START LEVEL을 초과한다고 조사되면(820), 두가지의 가능성이 있다:

1) 테스트 표본이 편향되어 있어 데이터 워드는 샘플에서 만들어진 응력의 디지털화된 등가의 워드인 것; 또는 2) 변칙적인 신호가 입력라인 상에 생겨 전용프로세서로 가는 것. 루틴은 이때에 실제 테스트가 생겼었는지 또는 신호가 변칙적인 것인지 확인할 수 없기 때문에, 루틴은 데이터가 실제의 테스트의 일부라고 가정한다.

그러므로, 40밀리세컨드 윈도우가 시작되고, 스타트 플래그는 유효한 테스트가 진행 중이라는 것을 나타내도록 선택된다. 그리고 나서, START LEVEL을 초과했던 제1워드는 2초의 적분합의 시작을 형성하고 40밀리세컨드 타이머는 증가된다(822). 그리고 나서, 액세스된 데이터 워드는 최대 기록 토오크 값에 비교되는데, 이는 이 경우에 제로이고, 이리하여 임시의 최대 토오크 값이 된다(824). 타이머는 START LEVEL이 초과되던 이래 40밀리세컨드가 경과되었는지를 결정하도록 점검된다. 40밀리세컨드가 경과되지 않았으면, 어떤 행동도 취해지지 않고, 다음의 데이터 워드가 액세스되어 순차적으로 경과된 시간과 함께 메모리(406)에 저장되고 나서 메모리에 완화 토오크 대 시간곡선의 디지털 표시의 누적을 시작한다.

그리고 나서 루틴은 스타트 플래그를 점검할 것이다. 이는 이제 유효한 테스트가 진행 중이라는 것을 나타낸다(818). 그리고 나서, 데이터 워드는 두 개의 제2적분합에 더해지고 40밀리세컨드 타이머가 증가된다(822). 데이터 워드가 일시적 최대 토오크 값에 비교되고, 데이터 워드가 그 값을 초과한다면, 최대 토오크 값이 새롭게 된다(824). 그리고 나서 타이머는 40밀리세컨드 윈도우가 만료되었는지를 결정하도록 다시 점검된다(826); 그렇지 않다면, 다음의 데이터 워드가 초당 4000 데이터 워드의 비율로 디지털화되어 루프가 반복된다(818,822-826).

일단 40밀리세컨드 윈도우가 만료되었다고 결정되면(826), 마지막 액세스된 데이터 워드는 START LEVEL의 절반 값에 비교된다(828). 이 데이터 워드가 START LEVEL의 절반보다 작으면, 위에서 만들어진 가정(데이터 워드가 START LEVEL을 초과했을 때 테스트는 유효한 테스트이어야 한다는 것)은 에러라고 생각되고 테스트는 변칙이라고 선언된다. 그리고 나서 두 개의 제2적분합, 40밀리세컨드 타이머, 스타트 플래그는 클리어되고(830), 테스트는 START LEVEL을 초과하는 데이터 워드를 찾아 다시 루프에서 새롭게 시작된다(818-820). 일단 유효한 테스트가 후에 시작된다면, 새롭게 연속적으로 저장된 데이터 워드는 무효 테스트 동안 저장 메모리(406)에 이미 저장된 워드 위에 기입될 것이다.

마지막으로 액세스된 데이터 워드는 START LEVEL의 절반 이하의 값으로 되지 않는다면, 테스트는 유효하다고 선언되어 계속된다. 유효한 테스트를 위한 최대의 워드 토오크는 40밀리세컨드 윈도우 내에서 생긴다고 알려져 있기 때문에, 윈도우 동안(단계 824) 얻어진 일시적 최대 토오크 값은 최대 토오크(TM)이어야 한다. A/D 컨버터(408)가 새롭게 세트되어 있는 초당 1000 데이터 워드 비율 이하 동안 순차적으로 누적된 값으로 똑같이 적분합에 누적되도록 현재의 두 개의 제2적분합을 4로 나눔(832)으로서 테스트는 계속된다.

표본물질 안의 응력이 지수적으로 감소하기 때문에, 거의 제로로 감소되는데 걸리는 시간은 매우 크며 A/D 컨버터(408)의 제한된 12비트의 해상도 및 테스트 끝 무렵에 때때로 토오크 신호의 비교적 작은 변화율 때문에 정확히 측정하기가 곤란하다. 이러한 이유로 인하여, 신호 또는 기능이 최대 진폭의 일정한 백분율로 감소하는데 걸리는 시간의 측정치인 잘 알려진 시정수에 시스템 측정의 기초를 두는 것이 유리하다. 일반화된 시스템의 제1시정수(T1)는 최대 진폭의 1/e₁또는 36.79퍼센트(논의의 편의를 위하여 가장 가까운 1/100으로 반올림된)로서 정의되고 제2시정수(T₂)는 최대 진폭의 1/e₂또는 13.53퍼센트로서 정의된다. 따라서, DSR 시스템에 있어서, 제1시정수(T₁)는 토오크 신호의 디지털 신호가 최대 측정 토오크(TM)의 36.79퍼센트의 값으로 감소되는데 걸리는 시간일 것이고 제2시정수(T₂)는 디지털 표시가 TM의 13.53퍼센트로 감소되는데 걸리는 시간일 것이다.

두 개의 제2적분합(822)에 이전에 더해지고 유효한 테스트가 진행되는지를 결정하도록 점검되는 가장 최근의 액세스된 데이터 워드는 이제 TC1(836)이라 불려지는 최대의 측정된 토오크(TM)(수학적으로는 1/e x TM)의 36.79퍼센트와 같은 값에 비교된다. 데이터 워드가 TC1보다 작은 값으로 감소된다면, 제1의 시정수(T₁)가 도달되고 START LEVEL이 초과된 이래 밀리세컨드의 시간은 T1로서 저장메모리(406)에 저장되고 플래그는 그 때를 나타내도록 세트된다. 이때에 CPU(402)는 또한 전용프로세서(14)의 전면에 있는 LED 램프(482)를 밝히기 위하여 프로그램 메모리(404)에 있는 포트에 기입되어 제1시정수가 도달되었다는 가시적 표시를 제공한다. 조사된 데이터 워드가 TC1보다 작게 감소되지 않는다면, 어떤 행동도 취해지지 않는다.

제1시정수(T₁)에 관련된 상기 단계와 비슷하게, 루틴은 제2시정수(T₂)가 도달되는지를 결정한다(838). 데이터 워드는 TC2라고 불리는 최대 측정 토오크 TM(수학적으로, 1/e2 x TM)의 14.53퍼센트와 같은 값에 비교된다. 데이터 워드가 TC2보다 작은 값으로 감소된다면, 제2시정수(T₂)가 도달되고 START LEVEL이 초과된 이래(단계(822)에 의해서 결정되는 것처럼) 밀리세컨드의 시간은 T2로써 저장메모리(406)에 저장되고, 플래그는 그때를 나타내도록 세트된다. 이때에, CPU(402)는 또한 전용프로세서(14)의 전면에 위치된 LED 램프(484)를 밝히기 위하여 프로그램 메모리장치(404)에 있는 포트에 기입하여 제2시정수(T₂)가 도달되었다는 가시적 표시를 제공한다. 다시, 조사된 데이터 워드가 TC2보다 작게 감소되지 않는다면, 어떤 행동도 취해지지 않는다.

이러한 단계(836,838)를 통한 제1의 통과 때, 토오크 대 시간 응답곡선의 디지털화된 표시는 제1시정수(T₁)에서의 값으로 감소되지 않는데, 이는 TC1에 비교된 데이터 워드가 40밀리세컨드 윈도우의 끝에서 액세스된 제1데이터 워드이고 테스트는 유효하도록 결정되기 때문이다. (그리고, 물론 제2의 시정수(T₂)에서의 값이 제1의 시정수(T₁)에서의 값보다 작기 때문에, 제2의 시정수(T₂)는 또한 아직 도달되지 않았어야 한다.) 따라서, 제1 또는 제2의 시정수는 데이터 워드가 TC1 또는 TC2와 비교되지 않을 때 40밀리세컨드 윈도우 동안 달성되어 있을 것이다.

다음에, 루틴은 시정수 플래그 및 테스트가 완결되었는지를 결정한 테스트 시간을 점검한다. 양쪽 플래그가 세트되지 않으면, 적어도 제2의 시정수(T₂)가 아직 도달되지 않았다는 것을 나타내지 않거나 테스트 시간이 2초보다 작고, 그리고 나서 테스트는 끝나지 않고 또 다른 데이터 워드는 처리를 위하여 액세스되고 테스트 시간이 증가된다(842). 테스트 시간이 여전히 2초보다 작다면, 데이터 워드는 두 개의 제2적분합에 더해진다(844). 그리고 나서, 데이터 워드는 제1 또는 제2시정수가 도달되었는지를 결정하기 위하여 TC1 및 TC2에 비교되고(836,838) 시정수 프래그 및 테스트 시간은 다시 테스트가 끝내졌는지를 결정하도록 조사된다. 루트는 데이터 워드를 액세스하는 이 루프(840,842,844,836,838,840)에 남아 있어, 이 데이터 워드를 두 개의 제2적분합에 더하고 양쪽의 시정수가 도달되고 두 개의 제2적분이 계산되었을 때까지 TC1 및 TC2와 비교한다.

일단 테스트가 종료되면, 데이터(T1, T2, 토오크 대 시간좌표 및 두 개의 제2적분)는 저장되고(846) RS-232 데이터 버스를 지나 일반프로세서(16)로 보내진다(848). 그리고 나서 데이터 레지스터는 클리어되고 모든 프래그 및 테스트 타이머는 리세트되고 LED 디스플레이는 소등된다(850). 그리고 나서 루틴은 A/D 컨버터(408)를 초당 4000 데이터 워드 비율로 세트시키고(816) 새로운 테스트의 시작을 찾는 루프를 시작한다(817,818,820).

RS-232 데이터 버스의 다른 끝에 있는 일반프로세서(16)는 전용프로세서(14)로부터 테스트 정보를 수신하고 그 데이터를 디스플레이 모니터(20) 상에 숫자 형태로 디스플레이시킨다(714, 제19도). 그리고 나서, 그 데이터는 일반프로세서(16)의 하드디스크 또는 플로피 디스크 상에 저장되고, 부착된 프린터(17) 상에서 프린트된다(716). 그리고 나서, 일반프로세서(16) 내에서 실행하는 루틴은 리세트 스위치가 눌러져 있는지를 알아보기 위하여 점검된다(718). 그렇다면, 전용프로세서(14) 내에서 수행되는 테스트는 폐기되고, 조작자는 새로운 테스트를 위한 정보를 다시 입력하도록 촉구받는다. 리세트 버튼이 눌러져 있지 않으면, 루틴은 조작자가 테스트 정보를 변경하도록 선택되었는지를 결정하는데, 이는 기능키 F10을 누름으로써 나타내어진다(720). 기능키가 눌러져 있다면, 디스플레이 모니터는 클리어되고 전용프로세서(14)에서 진행 중인 프로그램 Ⅰ 테스트가 폐기되고(722), 조작자는 다시 새로운 테스트 정보데이터를 입력하도록 촉구받는다(702). 기능키가 눌러져 있지 않다면, 루틴은 다시 전용프로세서로부터 새로운 프로그램 Ⅰ 테스트 데이터를 받도록 기다린다.

상기에서 보여질 수 있는 것처럼, 테스트 정보 데이터를 재입력시키는 것이 필요하지 않고 리세트가 발생되지 않았다면, 전용프로세서(14)와 일반프로세서(16)는 조작자의 간섭 없이 자동적으로 반복된 프로그램 Ⅰ 테스트를 수행하고, 많은 테스트를 위한 데이터를 누적하고, 분석하고 저장한다. 따라서, 일단 프로그램 Ⅰ이 주메뉴로부터 선택되고(700, 제18도), 조작자는 이동의 초기에서와 같이 요구된 테스트 정보를 입력하고, 조작자와 일반프로세서(16) 또는 전용프로세서(14) 사이의 어떤 상호작용도 차후의 DSR 테스트 동안 필요하지 않다. 조작자는 단순히 표본 공동 안에 테스트물질의 요구량을 넣고, DSR 기계를 닫고 나서 DSR은 테스트 그 자체를 수행하도록 기다리고, 테스트가 끝났을 때, 조작자는 DSR 기계를 열고, 사용된 테스트 샘플을 새로운 테스트 샘플로 대치하고 다시 다음의 DSR 테스트를 수행하도록 DSR 기계를 닫는다. 이러한 처리는 다른 형태의 물질에 대한 테스트를 수행시키거나 테스트 파라메터를 변경시키거나 테스트 정보를 변경시키는 것이 바람직할 때까지 무한정 반복될 수 있다.

[프로그램 Ⅱ/프로그램 Ⅲ]

위에서 논의된 바와 같이, 프로그램 Ⅱ 및 프로그램 Ⅲ 테스트를 실행시키는 루틴은 테스트 표본의 실제 편향 이전에 이미 수행되어지고 있다. 일반프로세서(16)로부터 헤더 정보를 요청하여 얻어지고(852-854, 제22도 참조), 정보를 메모리에 저장하고(856), 초당 1000 12비트 워드로 디지털 변환비율을 세트시키고(858), 실제 테스트의 시작을 대기하도록 루프를 설정한다(860,862,864). 루틴이 프로그램 Ⅱ 테스트를 실행하든지 프로그램 Ⅲ 테스트의 데이터 수집면을 수행하는지 간에, 루틴은 테스트 표본이 편향되는 때를 검출하고 유효한 테스트가 진행 중인지를 결정하는데 있어서 똑같은 동작을 수행한다.

상기에 프로그램 Ⅰ에 대하여 보다 충분히 기술된 것처럼, 이전에 논의된 각 편향을 받는 점탄성 물질에 생긴 비틀림 응력은 40밀리세컨드 윈도우 동안 어떤 점에서 최대로 상승하여, START LEVEL이라고 불리는 어떤 알려진 값을 초과하고 나서 일반적으로 지수적 응답곡선을 따라 완화된다는 것이 알려져 있다.

또한 생긴 응력은 40밀리세컨드 윈도우의 끝에서 START LEVEL의 절반보다 적은 값으로 완화되지 않는다는 것이 알려져 있다. 따라서, 이러한 기준은 다시 신호가 실제의 테스트에 응답하는지 또는 변칙적인 것의 결과인지를 평가하도록 사용될 수 있다.

이리하여, 루틴은 초당 1000워드의 비율로 A/D 컨버터(408)로부터 데이터 워드를 모으는 프로그램 가능 인터페이스(462)로부터 데이터 워드를 액세스한다. 루틴은 테스트가 진행 중이라는 것을 이미 결정하지 않았다고 가정하면, 데이터 워드가 액세스되고 START LEVEL이 초과되었다는 점이 결정될 때까지 루프에서 조사된다(860,862,864), START LEVEL이 초과되었을 때, 스타트 플래그는 세트되고, 40밀리세컨드 윈도우는 열려진다(866). START LEVEL을 위한 값은 테스트의 스타트에 앞서 조작자에 의하여 입력된 값으로부터 96디지털 셈에 의하여 오프 세트되어 9.6인치-파운드(inch-Ibsf)에 해당한다는 것에 주의해야 한다. 이것은 프로그램 스위치(502)를 프로그램 Ⅱ/프로그램 Ⅲ 위치에 세트시킴으로써 A/D 컨버터에 의하여 수신된 아날로그 입력신호에 더해진 아날로그 오프 세트의 9.6inch-Ibsf에 관계된다.

그 이상의 워드들이 액세스될 때(860), 루틴은 스타트 플래그(862)를 점검하고 테스트가 진행 중인 것을 지시한다. 따라서, 루틴은 테스트 타이머를 증가시키고(866), START LEVEL이 초과(868)된 이후 40밀리세컨드가 경과했는지를 결정하기 위하여 이를 조사한다. 루틴은 테스트 타이머가 40밀리세컨드를 초과하도록 충분히 증가할 때까지 이 루프(860,862,866,868)에서 계속될 것이다. 일단 40밀리세컨드가 닫혀졌으면, 루틴은 START LEVEL의 절반 아래로 떨어졌는지를 결정하도록 결정된 마지막 데이터 워드를 점검한다(870). 떨어졌다면, 테스트는 변칙적인 것임이 선언되고, 테스트 타이머 및 스타트 플래그가 리세트되고(872), 루틴은 다시 반복적으로 데이터 워드를 액세스하고 이들을 새로운 테스트의 출발을 검출하도록 START LEVEL과 비교하는 루프를 설정한다(860,862,864). 그러나 40밀리세컨드 윈도우 끝에서 액세스된 데이터 워드가 START LEVEL의 절반 이상이었다면(870), 테스트는 유효하다고 선언되고, CPU(402)는 유효한 테스트가 진행 중이라는 것을 나타내기 위하여 프로그램 메모리(404)에 있는 적당한 포트들에 기입함으로써 LED 램프(482,484)(프로그램 Ⅰ의 시정수 LED들에 대응하여)를 점등시킨다. 이점에서, 아래의 세부사항에서 분리되어 설명되어진 대로, 루틴은 또한 조작자가 프로그램 Ⅱ 또는 프로그램 Ⅲ 테스트가 수행되도록 선택되었는지를 결정한다.

A) 프로그램 Ⅱ

프로그램 Ⅱ가 선택되었다면, 루틴은 0.04초 내지 400초 사이에 대수적으로 고르게 떨어진 간격에서 21개의 데이터 점을 모아 일시적으로 대응하는 시간과 함께 데이터를 저장시킨다(876). 모든 데이터가 모아졌을 때, 400초 후에, CPU(402)는 모든 데이터가 누적되었다는 것을 조작자에게 가식적인 표시를 제공하도록 ready LED(488)를 밝히는 프로그램 메모리장치(404)에 있는 포트에 기입한다. 그리고 나서, 샘플은 제거된다. 그리고 나서, 조작자는 CPU(402)에게 제로토크에서 로드셀의 출력을 읽을 것을 지시하는 전용프로세서(14)의 면에 있는 제로스위치(500)를 누른다. 이 제로 값은 비교적 긴 프로그램 Ⅱ 테스트 상의 로드셀(206)의 이동률을 나타낸다. 그리고 나서 루틴은 결과의 정확성을 개선하기 위하여 제로 값에 기초한 모아진 데이터 점을 정정하고 데이터 점의 대수적 변환을 수행하며 정정된 대수적 데이터 점을 회복시킨다(878).

결과는 쌍으로 된 대수-토오크 대 대수-시간 데이터 점으로, 이는 제5도의 대표적 그래프를 만들도록 플로터에 보내지고, 부착된 모니터(20) 상에 수치 및 그래픽 디스플레이를 위하여 일반프로세서(16)에 보내진다. 그리고 나서, 루틴은 데이터 레지스터를 클리어시키고 스타트 플래그 및 테스트 타이머를 리세트시키며, LED 등(822)을 소등하고 새로운 테스트 출발을 찾도록 루프를 시작한다(860,862,864).

일단 일반프로세서가 전용프로세서(14)로부터 프로그램 Ⅱ 데이터를 수신하면(714, 제19도), 수치 데이터는 부착된 프린터(17) 상에 프린트되고, 하드 또는 플로피 디스크 상에 세이브된다(724). 그리고 나서, 일반프로세서(16)는 디스플레이 모니터(20) 상에 대수 토오크 대 대수 시간 응력 완화를 구성하고(726) 응력 완화 곡선의 사본을 인쇄하고 구성(730,732, 각각)하거나 토오크 대 시간 좌표를 통하여 그려진 곡선의 조립의 정도를 변경(734)시키는 것을 포함하는 기능을 조작자가 선택하는 다수의 연속 구역을 디스플레이시킨다(728). 이러한 경우에, 일단 기능이 수행되면, 루틴은 조작자가 또 다른 기능을 선택하도록 허용할 메뉴로 되돌아간다. 일단 모든 요구된 기능이 수행되었다면, 루틴은 프리세트 곡선 조립을 변경, 프로그램 Ⅱ 테스트로의 복귀, 대수 토오크 대 대수 시간 응력 완화 곡선을 디스크에 세이브시킴, 새로운 테스트 정보를 입력 또는 DOS(736)와 같은 주 운영 시스템으로 프로그램을 빠져나오는 것 같은 분리된 세트의 부가 기능으로부터 조작자가 선택하는 것을 허용하는 제2의 메뉴로 계속된다.

프로그램 Ⅰ과 같이, 프로그램 Ⅱ는 작은 양의 조작자 상호작용만을 요구한다. 사실, 조작자가 단순히 반복된 프로그램 Ⅱ 테스트를 계속 수행하는 것을 요구한다면, 제1의 경우에 계속(continue) 옵션의 선택 및 옵션 2에서 제2의 경우에 새로운 데이터로 프로그램 Ⅱ를 재수행시키기 위하여 두 개의 프롬프트(728,736)에 응답을 제공할 필요가 있다.

디스크 상에 저장되어진 프로그램 Ⅱ 테스트 데이터는 적당한 선택으로 주 메뉴(700)로부터 재호출될 수 있다. 이 경우에, 루틴은 사용자에게 재생될 데이터를 담고 있는 파일을 입력하라고 재촉한다(제19도, 단계 738참조). 그리고 나서, 루틴은 파일을 열고 데이터를 재생시키고(740) 디스플레이 모니터(20) 상에 대수 토오크 대 대수 시간 응력 완화 곡선을 디스플레이시킨다(742). 그리고 나서 루틴은 곡선을 인쇄하거나 구성(730,732)하는 것, 곡선의 조립정도를 변경시키는 것(734) 또는 새로운 데이터로 프로그램 Ⅱ 테스트 수행을 실행시키는 것 등을 포함하여 상기에 기술된 메뉴 1 및 2를 통하여 제공된 기능을 조작자가 선택하도록 허용한다.

B) 프로그램 Ⅲ

프로그램 Ⅲ가 선택되었다면, 전용프로세서(14) 내에서 실행되는 루틴은 수집용으로 선택되었던 데이터 점의 수가 먼저 제공되어 있을 것이다. 그리고 나서, 루틴은 고르게 대수적으로 떨어진 데이터 점들을 수집하고 일시적으로 대응하는 시간에 따라 데이터 점을 메모리에 저장시킨다(886). 일단 모든 데이터 점이 수집되어지면, CPU(402)는 모든 데이터가 누적되었다는 것을 조작자에게 가시적으로 나타내도록 ready LED(488)를 밝히는 프로그램 메모리 장치(404)에 있는 포트에 기입한다(888). 그리고 나서, 조작자는 DSR로부터 샘플을 제거시키고 CPU(402)에게 제로 토오크에서 로드셀의 출력을 읽을 것을 지시하는 전용프로세서(14)의 면에 있는 제로 스위치(500)를 누른다. 이 제로 값은 비교적 긴 프로그램 Ⅲ 테스트를 거쳐 로드셀(206)의 이동률을 나타낸다. 그리고 나서, 루틴은 데이터 정정이 필요한지를 결정하고(890), 그렇다면, 루틴은 수집된 데이터 점을 정정하여 결과의 정확성을 개선시킨다(892).

토오크 대 대수 시간 데이터 점은 이제 프로그램 Ⅲ에 따라 일반프로세서에 의해 더 처리하기 위해 RS-232 데이터 버스를 거쳐 일반프로세서(16)로 전달된다. 그리고 나서, 전용프로세서에서 실행되는 루틴은 데이터 레지스터를 클리어시키고, 스타트 플래그 및 테스트 타이머를 리세트시키고 LED들을 소등시키고(896), 새로운 테스트의 출발을 찾도록 루프를 시작한다(860,862,864).

프로그램 Ⅲ 데이터 분석의 나머지가 RS-232버스(제19도, 714)를 거쳐 전용프로세서(14)에 의해 계산되고 수신된 대수-토오크 대 대수-시간 데이터 쌍으로 일반프로세서(16)에서 실행된다. 일반프로세서(16)의 프로그램 Ⅱ 루틴은 각각 TORQUE(array) 및 X(array)라고 불리는 분리된 하나의 차원 어레이(제24도, 단계900 참조)에 토오크 데이터 점 및 대수 시간점을 저장한다. 이후에, 제24-25도 및 제29-34도에 도시되고 논의된 바와 같이, 소프트웨어 변수 이름이 모든 대문자에 의하여 표시된다. 더욱이, 어레이이기도 한 그러한 변수들이 어레이의 크기를 나타내는 (array)의 사용 횟수로 변수 이름에 덧붙여진 (array)의 사용에 의하여 표시된다. 편의상, 논의와 도면에서 어레이 변수의 예시적 사용은 (array) 부가를 포함할 것이다.

그리고 나서, 루틴은 TORQUE에 있는 토오크 완화 값의 대수변환을 수행하고 Y(array)인 또 다른 하나의 크기 어레이에 그 결과를 둔다(902). 그리고 나서, Y에 있는 대수 토오크 값은 Y에 재저장된 완화율의 대수를 얻도록 변환될 수 있다(904). 그리고 나서, Y에 있는 대수 완화율 값은 G(array)에 저장되어 있는 완화율 값으로 변환되고 대응하는 시간이 TIM(array)에 저장된(906). 보통 G로서 약칭되는 완화율은 테스트 물질의 기본적 점탄성 성질의 근사치를 만들도록 잘 알려진 Yagii/Maekawa 근사치에서 사용된다.

대수 토오크 완화 값에서 대수 완화율 값으로의 변환은 편향 및 편향량에서 테스트 표본의 기하지식으로부터 가능하다. 변형된 테스트 표본의 기하는 로우터(158) 및 표본 공동(152)의 크기뿐만 아니라 닫힘 높이의 함수이며, 이 모든 것은 특정한 DSR 장치(12)를 위해 측정되고 일반프로세서(16)에서 데이터 파일에 저장된다. 완화율을 결정하기 위한 수학적 기초의 검토는 아래에서 논의된다.

DSR 시험 중에 측정되는 토오크(T)는 회전자(158)의 원추형 표면(156)과 시료용기(94)의 표면(160)(162) 사이에 형성된 시험시료 내에서 발생되어 원추형의 회전자 표면으로 전달되는 응력에 따라 달라지게 되는데, 그 관계가 식(1)으로 나타내어진다:

여기서, r=전단응력

R=모멘트 아암

A=회전자의 표면적이다.

식(1)에서, 전단응력(r)은 식(2)에서 나타낸 것과 타이 시료의 변형(γ)과 전단탄성계수(G)와의 곱으로 나타내어 대체될 수 있게 된다. 따라서:

탄성계수(G)가 변형에 대해 영향을 받지 않는다면, 즉, 시료의 반응이 선형 점탄성 이론으로 설명될 수 있게 된다면, 탄성계수(G)가 비록 시간의 함수로서 변화한다 해도 적분에 있어서는 상수로서 간주될 수 있게 된다. 탄성계수(G)를 적분 밖으로 옮기면 식(3)으로 나타내어진다:

시험시료 변형에 대한 정확한 표시에 의존하게 되는 적분은 회전자(158)와 시료용기의 공동부(152) 사이의 기하학적 형태 계수의 상호관계를 나타낸다. 회전자(158) 및 시료용기(152)의 실제 기하학적 형태는 공지되어 있는 것이므로, 형태계수는 산출되어질 수 있게 되고, 또한 이것은 식(3)을 푸는데 사용된다. 탄성 토오크(T)는 시험으로써 측정되기 때문에, 이 또한 일정시간에 있어서는 공지의 값이 된다. 따라서, 전단 탄성계수(G)만이 식(3)에 있어서 미지수가 되는데, 이것은 형태계수와 기측정된 탄성 토오크(T)를 곱함으로써 산출되어질 수 있다.

식(3)은 변형 중에 있어서 변형율 변화의 영향을 고려하지 않음은 주목할 만한 것이다. 전형적으로, 고전적인 응력탄성 시험들은 시료상에 있어서 거의 순간적인 변형이 일어나도록 하는 것이다. 그러나, 실제에 있어, 변형이 뒤따르게 되는 초기 시간간격 중에 발생되는 응력탄성 데이터들은 무시되는데, 이는 변형을 일으키는데 필요로 하는 시간간격의 5배 또는 10배 이상의 시간에서 얻어지는 데이터는 이상적인 순간변형으로부터 얻어지게 되는 데이터와 거의 동일하게 되기 때문이다. 전용프로세서(14) 내에서 실행되는 프로그램 Ⅲ 루틴에 의해 얻어지는 데이터가 이러한 표준에 부응하게 된다. 따라서, 상기 식(3)은 모델의 개발을 위한 적합한 출발점을 제공한다.

회전자(158) 및 시료용기 공동부(152)의 실제 형상에 대한 근접도가 제26도에서 회전자와 공동부가 상호 밀착된 형태로 도시되어 있다. 상기 회전자 및 시료용기 공동부의 각 형태계수에 도달되도록 도면에 도시된 바와 같은 기하학적 형태를 수학적으로 형성시키는데 포함되는 복잡성을 감소시키기 위하여, 몇몇의 부수적인 근접치들이 제27도에 도시된 것과 같은 시험형태를 형성하도록 하는데 있어 결합 적용된다. 또한, 제27도에는 상기 시험형태를 한정하는데 사용되어지는 Z-r 좌표 시스템과 변수들이 나타내져 있다. 회전자의 반경(R)과 시료용기 공동부의 반경(RO)은 Z축을 따라 변화하게 된다. 회전자(158)와 시료용기 공동부(152)의 표면(160) 사이의 수직간격(H) 및, 변형이 일어남에 따른 각도편의(α)는 모두 사용자에 의해 선택 가능하고, 따라서 모두 변수로서 처리된다.

시료전체에 걸친 변형의 표본형성을 용이하게 하기 위하여, 부분 좌표 시스템으로의 변형이 이점이 있게 된다. 이를 위해, Y축이 회전자(158)의 원추형표면(156)에 수직하게 위치되고, 부분 X축이 회전자표면(156)에 접하여 위치되어 각도편의(α) 방향으로 뻗는다. 따라서, 유동 요소의 부분변형은 식(4)으로써 나타내진다:

여기서, △X는 각도편의(α)에 따른 회전자 표면상의 한 점의 접선운동

△Y는 Y축에 따르는 회전자와 고정자 사이의 간격(S)이다.

부분좌표 시스템으로의 상기 변형은 상기 간격의 크기가 상기 간격의 곡률반경보다 많이 작을 경우 상기 좁은 간격 내에 형성되는 유동요소의 부분변형(도면에 도시된 바와 같이)의 설명을 가능하게 하는 공지의 윤활 근사치를 기초로 한 것이다. DSP 시험에 상기 근사치를 사용하는 것은 원추표면의 정점 근처의 값인 Z축의 작은 값에 있어서는 문제가 있다; 그러나, 전체 토오크와 비교되는 이 부분에 있어서의 응력의 영향은 상기 부분에 있어 작은 모멘트 아암(R)으로 인해 최소화된다. Z값이 곡률반경을 상승시키고, 따라서 모멘트 아암(R)이 상승함에 따라, 전체 근사치의 정확도가 점점 믿을 수 있을 만큼으로 된다.

제28도에는 회전자(100)의 원추형 표면과 시료공동부(94)의 표면 사이의 간격(△Y or S)이 Z의 변수로서 변화하는 것이 나타내져 있다. 도면으로부터, DSR 시험의 기하학적 형성은 3개의 간격부분에 대한 고려를 필요로 함을 알 수 있다. 특히, 전체 토오크는 식(5)으로 나타내지는 바와 같이 상기 3개 부분 각각에 있어서의 토오크 성분의 합산으로 이루어진다.

상기 각 부분에서의 토오크 성분과 변형의 유도식은 아래와 같이 된다:

부분 1에서의 변형,

여기서, 이다.

부분 2에서의 변형,

여기에서, Z1과 Z2는 적분의 하한값 및 상한값이다.

부분 3에서의 변형,

여기에서, Rmax=최대 회전자 반경

Rmax=최대 고정자 반경이다.

여기에서, L=부분 3의 수직길이이다.

식(5)에 식(7)과 식(9) 및 식(11)을 대입시키면 DSR 시험의 수학적 표본이 제공된다. 토오크 성분의 고찰은 응력탄성계수(G)가 미지의 변수인 단일 곱셈 계수이고, 그 나머지는 모두 공지의 값으로서 회전자(158) 및 시료 공동부(152)의 제조칫수 또는 사용자 선택칫수(즉, 편의각도(α) 및 수직간격(H))로부터 얻어지는 것임을 나타낸다. 따라서, 공통곱셈인수로서 G를 빼내고, 다른 값들을 모두 더하면, 이것이 DSR 시험용 기하학적 형태 계수의 대응값이 된다. 따라서, 시간의 함수인 응력탄성계수(G)는 시간의 함수로서 기측정된 토오크(T)에 상기 형태계수를 곱함으로써 얻어지게 된다.

결국, 열(Y)에 있어서의 로크 토오크 값들은 전술한 수학적 분석에 따라 계산되고 다시 열(Y)에 대입되는 형태계수를 곱함으로써 로그 응력탄성계수인 G(904)가 얻어진다. 이 값들은 열(G)(906)에 대입되는 응력탄성계수를 얻기 위하여 베이스(10)에 다시 변환되어 진다.

다음에는, 사전 설정된 각도를 갖는 최소 면적의 여러 가지 만곡 맞춤이 G열 및 X열 내에 각각 설정되는 응력탄성계수와 시간의 좌표 상에서 크라우트 축소기술(Crout's reduction technique)을 사용하여 수행된다. 만곡맞춤 루틴에 의해 산출되는 다항 계수는 후에 시험시료의 기본 점탄성 특성을 결정하는데 사용하기 위해 G열에 기억된다.

상기 루틴은, 그 다음에, 적합한 축척인수(912)를 얻기 위하여 로그시간 및 로그 응력탄성계수의 최소값을 및 최대값들을 결정하고, 디스플레이 모니터 20(914) 상에 상기 로그 응력탄성계수 대 로그시간의 관계곡선을 그리게 된다. 조작자 또는 기술자에게는, 그 다음에, 곡선의 복사를 프린트 또는 플로팅하는 것과 같이 곡선의 흐름과 실제 데이터 점들을 보다 합당하게 결합시키기 위하여 곡선의 만곡맞춤 정도를 변화하고, 수동으로 상기 플로트의 축적좌표를 진입 또는 연속시키는 것을 선택(916)하기 위한 선택의 숫자가 제공된다. 제6도에는 3가지의 다른 물체에 있어 전형적인 로그응력 탄성계수와 로그시간 사이의 관계곡선이 도시되어져 있다. 계속성이 이루어지는 것이 아닌 선택이 행해지면, 루틴은 기능을 수행하기 위하여 루틴 내의 적합한 위치에로 점프되고, 결과적으로는 다른 또는 동일한 함수의 선택을 허용하도록 복귀된다. 전술한 바와 같이, 도면에서 사용된 것으로서, 문자 또는 숫자를 향하여 가리키는 화살표는 루틴이 플로우챠트 상의 다른 지점에서 둘러싸여진 동일 문자 또는 숫자로부터 연장하는 다른 화살표에 의해 나타내지는 플로우챠트 상의 단계로 점프됨을 나타낸다.

일단 메뉴(916)로부터 선택되는 것으로서 재축척이나 프린팅 등의 기능들이 수행되면, 응력탄성계수와 시간 데이터는 부착프린터(918) 상에 프린트되고 표로 만들어진다.

상기 G 및 X열(908)에서 사전설정 또는 수정된 맞춤도수로써 결정된 다항계수들은 로그계수 GPP(열), 기억계수 GP(열), 복합점성 VIS(열), 및 로스탄젠트 TAND(열) 등의 각각 각도주파수 W(열)(920)의 함수들을 포함하는 기초주파수 중속점탄성 특성정보를 발생시키기 위하여 공지의 야기-매가와 근사법의 수행에 사용된다.

최소 면적의 만곡맞춤이 로그를 베이스로한 주파수 W(922)의 함수로서 상기 점탄성 특성(GPP)(GP)(VIS)(TAND) 각각의 로그 베이스값 설정을 위해 수행된다. 점탄성 특성 데이터의 최대치 및 최소치들은 도식화된 결과치(924)를 평가할 목적으로 결정되고, 상기 특성 데이터는 부착프린터(17) 상의 표의 형태로 프린트되고, 디스플레이 모니터 20(926) 상에 디스플레이된다. 조작자에게는 또한 일련의 데이터 파일(928)에 있어 만곡맞춤 계수 및 시간 데이터와 대비한 탄성계수와 이때 점탄성 특성의 제외의 선택이 주어진다.

로그계수(GPP), 기억계수(GP) 및 복합점성(VIS)의 도식화된 플로트가 디스플레이 모니터 20(930) 상의 동일 그래프에 각도 주파수의 함수로서 디스플레이된다. 그 다음에, 조작자에게 스크린 플로트(제8도 참조)의 프린팅 또는 플로팅, 만곡맞춤의 각도변화, 수동적으로의 데이터 평가, 또는 단순한 계속 등과 같이 다음의 기능이 선택되어질 수 있도록 일련의 선택권이 주어진다. 각 경우에 있어, 계속이 선택되는 경우를 제외하고는, 루틴은 소정의 기능을 수행하기 위하여 적합한 지시 위치로 점프하게 된다. 이러한 기능들은 수행되어질 것이고, 결국에는 선택 기능이 다시 디스플레이(932)될 것이다. 기억계수의 함수로서 로그계수의 플로트인 콜-콜 플로트가 그 다음에 수행되고 디스플레이(934)된다(제9도 참조). 그 다음, 조작자에게는 두 번째 세트의 선택 기능들이 제공되는데, 이에는 재맞춤도수의 변화, 신규 데이터를 사용한 프로그램 Ⅲ의 재수행, 신규 시험정보 입력 또는 프로그램 전체(936)의 보존 등이 포함된다.

프로그램 Ⅰ 또는 프로그램 Ⅱ에서와 같이, 일련의 프로그램 Ⅲ 시험들이 최소의 조작자 상호작용으로써 연속하여 수행된다. 예를 들어, 일단 조작자가 필요로 하는 높이로 DSR 장치를 접근시키면, 시험이 수행되고, 그 결과가 조작자의 더 이상의 행위 없이 나타내지게 된다. 일단 시험이 종료되면, 조작자는 오직 몇몇의 단순한 즉각적인 답만을 해주면 되는데, 이때 다음 분석을 위한 데이터가 기억되고, 신규 데이터로써 프로그램 Ⅲ이 재수행된다. 이 방식에서, 다수의 시험들이 수행될 수 있게 되고, 숙련된 기술자에 의해 미래의 분석용으로서 그 시험결과들이 보존될 수 있게 된다.

일단, 하나 도는 일련의 프로그램 Ⅲ 시험들이 완료되면, 그 결과들은 기억된 데이터의 소프트웨어 조작을 통하여 재검토되고 비교되어 진다. 처음에는, 프로그램 Ⅲ 코드부가 프린터(17) 또는 플로터(18)와 공유하는 통신 파라미터 및 디스플레이 모니터 20(제29도 참조, 단계 1000)의 특징의 결정과 같은 기초 기능을 수행한다. 그 다음에 사용자가 다수의 앞서서 수행된 시험(1002)용의 탄성계수 또는 기억계수 곡선들의 비교와 같은 소정의 비교 기능을 선택하도록 한다. 사용자는, 그 다음에, 비교(1004)를 위해 필요로 한 것으로서 앞서서 수행된 시험들에 상응하는 데이터 파일을 선택하도록 된다. 이 파일에는 파일명칭과 함께 탄성계수 및 시간좌표, 시험 중에 모집된 데이터 점의 수, 다항 맞춤도수 및 시험용의 관계 계수들과, 좌표의 최소 및 최대점들 등의 고유 데이터가 포함되어 있다. 메뉴 3(1002)으로부터 선택된 선택기능에 따라, 루틴이 그 다음에 요구되어지는 기능들을 수행하도록 상응하는 서브루틴으로 점프된다. 제29도 내지 제34도에서는, 비교 임의 선택기능과 이에 상응하는 서브루틴이 AA, BB 등과 같은 복합문자로서 표시된다.

사용자가 앞서 수행된 다수의 시험들에 있어 탄성계수 커브들의 비교를 선택하는 경우, 루틴은 적합한 서브루틴(AA)으로 점프하고, 먼저, 모든 선택된 파일들 가운데서 최대값 및 최소값을 결정하여 적합한 평가(1006)를 수행하게 된다. 그 다음에, 루틴은 디스플레이 모니터(1008) 상에 축 및 적합한 라벨들을 플로트하고, 그래프 상에 일차 선택된 파일용의 탄성계수 CH 시간 데이터 좌표를 플로트한 다음, 그래프 상에 다항맞춤 계수에 의해 결정되어진 탄성계수 곡선을 플로트한다. 면적이나 원 등과 같이 적합한 심볼로서 그래프 상에 표시된 데이터 점들이 시험으로부터 실제적으로 모여진 데이터 점들이나 곡선들은 최소면적 맞춤 루틴의 함수이고, 따라서 실제 데이터 점들을 통과하지 않을 수도 있다.

일단, 데이터 점들 및 선택 파일용 관련 곡선이 완료되면, 플로팅 색깔 및 심볼이 변화되고(1010) 루틴은 모든 선택파일과 이에 관련된 좌표들이 플로트되었는지(1012) 여부를 결정하게 된다. 만일 그렇지 않다면, 좌표 및 관련 곡선의 플로팅 단계가 그래프 상에 모든 파일이 플로트될 때까지 반복된다(1010). 그 다음에 사용자에게는 디스플레이 모니터 상에 나타난 그래프의 프린팅 또는 플로팅, 수동으로 그래프의 눈금을 다시 정하는 것 또는 아무 기능도 수행하지 않는 것(1014) 등의 기능의 선택이 부여되다. 사용자가 수동으로 그래프의 눈금을 다시 정하는 기능을 선택하면, 프로그램 제어는 기존의 눈금이 정해진 파일들을 다시 플로트하도록 단계(1010)로 되돌아가게 될 것이다. 일단, 모든 소망의 도식화 기능들이 선택되어 수행 완료되면, 제2비교 선택메뉴(Menu 3b)가 디스플레이되어 사용자가 다른 특성들과 비교하고 비교용의 신규 데이터 파일을 선택하거나, 또는 프로그램을 모두 함께 존속시키는 것(1016)을 가능하게 해준다.

사용자가 메뉴 1 또는 메뉴 2 내에서 앞서 수행된 시험으로부터의 기억계수, 손실계수 또는 복합점성의 비교를 선택하면, 루틴은 이 비교기능(BB, 제31도 참조)을 다루기 위해 적합한 서브루틴으로 점프하게 된다. 이 루틴은 사용자에 동일 그래프 상의 모든 데이터 파일의 하나의 특성을 플로팅하는 선택기능을 제공한다. 선택에 기초하여 루틴이 그 다음에 선택된 파일 상에 기초한 적합한 최소값 및 최대값을 결정하게 되고, 그 다음에 스케일링 계수를 기초로 하여 평가점들을 산출 및 플로트하게 된다. 상기 루틴은 모든 파일이 그래프 상에 플로트되어졌는지 여부를 점검하고, 그래프 상의 플로트가 완료될 때까지 프로세스를 반복하게 된다. 그 다음에, 사용자에게는 디스플레이된 그래프의 프린팅 또는 플로팅, 또는 수동의 그래프 재평가(1024)와 같이 선택할 수 있는 도식적 선택기능이 제공된다. 도식적 선택기능의 완료에 따라, 제2의 비교선택 메뉴가 사용자(1016)에 의해 다음의 비교가 가능하도록 다시 디스플레이된다.

사용자가 전단 기억계수의 함수로서 전단 로스계수의 플로트인 콜-콜 플로트를 선택하면, 루틴은 이와 관련되는 서브루틴(CC, 제32도 참조)으로 점프하게 된다. 상기 루틴은 먼저 곡선의 스케일링(1026)용 기억계수 데이터 점들과 로스계수의 최소값과 최대값을 결정한다. 축들이 그 다음에 플로트되고 적합한 라벨(1028)로 표시된다. 야기매가와 근사법을 통해 산출되는 기억계수(GP) 및 로스계수(GPP)의 실제 값들은 각도주파수의 함수이므로, 각각의 최소면적 곡선맞춤 다항계수는 기억계수(GP)(1030)의 함수로서 로스계수(GPP)를 산출하는데 사용된다. 이 값들은 충분한 수가 비교적 부드러운 곡선을 산출해 내기 위해 결정되고 플로트된다. 곡선을 따라 심볼로써 표시된 점들은 실제의 시험데이터 점들이 아니고 산출된 곡선을 따른 근사점이 된다. 이 프로세스는 그래프의 형성이 완료될 때까지(1030,1032) 모든 선택파일을 위해 반복된다. 사용자에게는 다시 프린팅, 플로팅 또는 리스케일링이 선택될 수 있는(1034) 도식적 선택기능이 제공된다. 일단 도식적 선택기능이 선택되고 완료되면, 프로그램 제어는 다음의 비교(1016)의 선택을 가능하게 되도록 제2의 비교선택 메뉴로 복귀한다.

사용자가 메인 메뉴들 중으로부터 갖게 되는 다른 선택기능으로서 표의 형태로 되는 비교표준을 선택하는 것이 있다. 이 선택기능은 사용자가 상수 특성값 또는 시간/주파수 값에서 가변샘플들을 비교하기 위한 한 세트의 표준을 선택하는 것을 가능하게 해준다. 신뢰성 있는 루틴(DD, 제33도 참조)이 먼저 표본파일이 이미 형성되었는지(1036) 여부를 먼저 결정한다. 만일 그렇다면, 사용자는 표본파일(1038)의 명칭을 기입하고, 루틴은 파일(104)을 회수한 다음 후술되는 값을 표로 만들도록 진행한다. 만일 표본파일이 형성되어 있지 않다면, 적합한 파일이 개방된다(1042). 그 다음, 사용자는 표로 만들어지게 되는 표본의 번호를 기입하고, 표로 만들어지게 되는(1046) 파라미터 타입들의 형태를 기입한다. 파라미터의 예로서 탄성계수 대 시간, 기억 또는 로스계수 대 주파수, 복합점성 대 주파수, 또는 로스계수 대 기억계수 등이 있다. 그 다음에, 사용자는 표본의 기초, 다른 말로 하면, 일정하게 유지되어지는 특성치가 파라미터 타입(1048)에서 독립변수인지 또는 종속변수인지 여부를 기입하게 된다. 그 다음 사용자는 일정하게 유지되어지는(1050) 표본의 수치값을 기입한다. 선택된 표본의 총수가 모두 기입되지 않았다면(1052), 사용자는 다시 파라미터의 다음 타입(1046), 표본기초(1048) 및 상수표본의 수치값(1050)을 기입하게 되고, 따라서, 모든 표본이 기억된다(1060).

상수 표본에 기초한 도표화 값의 근거는 파라미터 타입과, 표본이 독립변수인지 또는 종속변수인지 여부에 따르게 된다. 표본이 탄성계수, 기억계수 또는 복합점성의 일정한 독립변수라면, 표본의 수치값은 단순하게 최소면적 다항계수에 의해 결정되는 것과 같은 파라미터 타입의 함수 안으로 기입된다. 그리고, 그 결과는 도표화된 값이 된다(1062). 그러나, 일정한 표본이 탄성계수, 기억계수, 로스계수 또는 복합 점성파라미터의 종속변수라면, 각각의 프로그램 Ⅲ 시험용의 도표화된 값은 공지의 뉴턴의 반복법에 의해 결정된다. 따라서, 선택된 파라미터, 즉, G, GP, GPP 또는 VIS의 최소면적 다항계수는 반복적으로 독립하여 변화가 가능하도록 풀어지게 된다. 반복해법은 독립변수가, 사전 세트된 간격여유 또는 반복횟수가 최대세트 값을 초과하여 경고상태가 발생되는 한도 내에서, 산출될 때까지 계속된다.

선택된 일정 표본이 로스계수 대 기억계수 파라미터 타입, 즉 GP의 독립변수가 되면, 두 단계의 프로세스가 수행된다(1066). 먼저, 기억계수 대 주파수의 최소면적 다항계수가 뉴턴의 반복법을 사용하는 일정표본(GP)에서 주파수용으로 반복적으로 해결된다. 두 번째로, 주파수용으로 해결된 값이 소정의 로스계수 도표화를 산출하는 로스계수 대 주파수용의 최소 면적 다항계수 안으로 기입된다.

선택된 일정 표본이 로스계수 대 기억계수 파라미터 타입, 즉, GPP의 종속변수인 경우, 다시 두 단계의 프로세스가 수행된다(1068). 이 경우, 로스계수용의 최소면적 다항계수는 뉴턴의 반복법을 사용하여 선택된 일정 GPP 표본에 상응하는 주파수용으로써 반복적으로 풀어진다. 두 번째로, 기억계수 대 주파수의 최소 면적계수가 앞서 결정된 주파수를 사용하여 풀어지게 되고, 따라서 도표화되는 기억계수가 산출된다.

상기 프로세스(1062,1064,1066,1068) 중의 하나는 도표화가 완료될 때(1070)까지 모든 데이터 파일과 모든 표본에 대해 반복된다. 도표화된 데이터는 적합한 포맷으로 구성되어 디스플레이 모니터(1072) 상에 옮겨진다. 사용자에게는 그 다음에 다음 비교기능을 수행하거나, 신규의 데이터 분석을 시작하거나 또는 프로그램을 모두 함께 존재시키거나(1016)하기 위한 제2비교선택 메뉴가 제공된다.

여기에서는 기계적 및 전기적 하드웨어와 컴퓨터 소프트웨어 구조의 특별한 실시예가 기술되었으나, 본 발명의 정신을 성취하기 위한 다른 실시예 및 실시방법도 가능하고, 따라서 본 발명의 전술한 특정의 실시예로써 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 경우에 따라서는, 별개의 전용 및 범용 프로세서의 사용 없이 동일한 다수의 기능을 수행하는 시스템을 실행하는 것과 광학컴퓨터 또는 패러렐 프로세서와 같은 유사한 프로세싱 엘리먼트를 채용하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 특별한 프로세싱 엘리먼트 또는 사용된 엘리먼트의 제한성 및 능력한도 내에서 가장 효율적이고 효과적으로 작용하도록 소프트웨어를 수정하게 된다. 또한, 전술한 실시예에서, 장치 및 DSR 장치의 기하학적 구조는 시험시료 상에 순간적인 회전편의를 부여하고 시험시료 내에 발생되는 반응 비틀림 응력을 검출하는 방식으로 변경되어질 수 있게 된다.

Claims (18)

1. 점탄성 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하기 위한 장치로서 (a) 점탄성 재료에 비틀림 응력을 가하는 수단, (b) 시간의 경과에 따라서 상기 비틀림 응력의 이완을 측정하고, 그러한 이완응력을 대표적인 파형으로 변환시키는 수단, 및 (c) 상기 파형의 일부 형상에 근거하여 상기 점탄성 재료의 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 처리수단을 포함하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리수단이, 상기 파형의 디지털 파형을 발생시키는 제1프로세서, 및 상기 디지털 파형의 일부로부터 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 제2프로세서를 포함하는 장치.
3. 제2항에 있어서, 비틀림 응력이 가해진 점탄성 재료에 대한 상기 디지털 파형이 불규칙한 파형일 경우에, 상기 제1프로세서가 상기 결정을 중단시키는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 (b) 측정 및 변환수단이 부하전지(load cell)를 포함하는 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 부하전지가 역학적 응력을 전기적 신호로 변환시키는 휘트스톤 브릿지(wheatstone bridge)를 포함하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 비틀림 응력을 가해주는 상기 (a) 수단이 회전자 수단 및 고정자 수단을 포함하며, 이들 사이로 상기 점탄성 재료가 끼워지는 장치.
7. 제6항에 있어서, 비틀림 응력을 가하는 상기 (a) 수단이 상기 회전자 수단을 소정 각도 거리만큼 충격 회전시키는 수단을 포함하는 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 소정 각도 거리가 회전각 2°인 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 소정 각도 거리가 회전각 1°인 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 소정 각도 거리가 회전각 1/2°인 장치.
11. 제7항에 있어서, 상기 회전자 수단 및 상기 고정자 수단이, 상기 회전자 수단이, 상기 회전자 수단이 충격 회전되기 전에 상기 점탄성 재료를 소정 온도까지 가열시키는 수단을 포함하는 장치.
12. 점탄성 재료의 기본적인 점탄성 특성을 결정하기 위한 방법으로서 (a) 점탄성 재료에 비틀림 응력을 가하는 단계, (b) 시간의 경과에 따라서 상기 비틀림 응력의 이완을 측정하고, 그러한 이완응력을 대표적인 파형으로 변환시키는 단계, (c) 상기 아날로그 파형을 디지털화하여 대표적인 디지털 파형을 발생시키는 단계, 및 (d) 상기 대표적인 디지털 파형의 일부 형상에 근거하여 상기 점탄성 재료의 주파수에 종속하는 기본적인 점탄성 특성을 결정하는 단계를 포함하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 대표적인 디지털 파형이 상기 아날로그 파형의 비틀림 진폭과 시간적으로 때를 맞추어 정확히 대수적(logarithmicly)으로 변화된 샘플인 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 (d) 결정하는 단계가 상기 비틀림 값을 시간 종속적인 전단 이완 계수 값으로 변환시키는 단계를 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 변환시키는 단계가 상기 비틀림 값을, 실험조건 하에서의 상기 점탄성 재료의 기하학적 형상을 나타내는 형상 계수로 곱하는 단계를 포함하는 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 (d) 결정하는 단계가 상기 시간 종속적인 전단 이완 계수 값을, 야기/마에카와 근사법(Yagii/Maekawa approximation technique)을 사용한 기본적인 점탄성 특성에 근거한 주파수로 변환시키는 단계를 포함하는 방법.
17. 제12항에 있어서, 파형이 유효한 실험을 구성하는지의 여부를 결정하기 위해서 상기 디지털 파형의 형상을 분석하는 단계를 더 포함하는 장치.
18. 제17항에 있어서, 상기 분석 단계가, 상기 파형의 진폭이 어떤 한계 값을 초과할 때를 결정하는 단계, 및 상기 파형의 진폭이 상기 한계 값의 적어도 1/2인 것을 확인하기 위해서 소정의 시간 간격이 경과할 때 상기 파형의 진폭을 비교하는 단계를 포함하는 장치.