KR100691522B1 - 마찰계수 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마찰계수 측정 장치에 관한 것으로서,

프레임(100)과; 상기 프레임(100)의 상부에 설치되며, 상하 이동이 가능한 탐침(14)을 구비하고 상기 탐침(14)에 수직항력을 부여하도록 구성된 스크래치부(10)와; 상기 스크래치부(10)의 하부 측에 대향 설치되고, 시편 고정용 지그(84) 및 이를 개폐 조작하는 에어 슬라이더 실린더(85), 시편(2)에 걸리는 수평 방향 하중을 측정하는 로드셀(86)이 설치되며, 이들의 조립체를 X축 방향으로 왕복 이송 가능하도록 고정 설치된 이송테이블(87)을 구비한 마찰계수 측정부(80);를 포함하여 구성된 마찰계수 측정 장치에 있어서, 상기 프레임(100)의 상부 일측에 구비되며 상부면이 개방된 시편함(102); 상기 시편함(102)의 상부 일측에 설치된 X축 가이드(110); 상기 X축 가이드(110)의 대략 중앙 위치로부터 수직 방향으로 연장 형성된 Y축 가이드(120); 상기 X축 가이드(110)를 따라 이동 가능하며 수직 방향의 에어 실린더(51)에 의해 상하 구동되는 다수개의 진공 흡착 패드(52)를 구비하여, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 하는 로봇(50); 적어도 상기 로봇(50) 위치와 상기 스크래치부(10) 위치 사이를 상기 Y축 가이드(120)를 따라 이동 가능하도록 이뤄진 상기 마찰계수 측정부(80); 상기 탐침(14)의 상하 이동 및 수직항력 부여를 포함한 스크래치부(10)의 제어와, 상기 시편 고정용 지그(84)의 개폐 조작 및 이송테이블(87)의 X축 방향 이송 조작, 로드셀(86)을 통한 수평 방향 하중 측정, Y축 방향 이동을 포함한 마찰계수 측정부(80)의 제어와, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 포함한 로봇(50)의 제어를 하는 연산제어부(26);를 포함하여 구성된다.

마찰계수, 측정

Description

마찰계수 측정장치{MEASURING APPARATUS FOR THE COEFFICIENT OF FRICTION}

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 개략 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 사시도,

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 오일 분사부의 구성도,

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 작동 순서도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치에 의해 시험된 후의 시편을 나타낸 개략도,

도 6은 본 발명의 일실시예의 마찰계수 측정장치에 의한 윤활강판 마찰계수 측정 데이터 그래프,

도 7은 종래의 스크래치 시험기의 일예를 나타낸 사시도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

2: 시편 10: 스크래치부

14: 탐침 26: 연산제어부

30: 오일 분사부 50: 로봇

51: 에어 실린더 52: 진공 흡착 패드

53: 제2근접센서 80: 마찰계수 측정부

82: 제3근접센서 84: 시편 고정용 지그

85: 에어 슬라이더 실린더 86: 로드셀

87: 이송테이블 100: 프레임

102: 시편함 104: 제1근접센서

110: X축 가이드 120: Y축 가이드

본 발명은 마찰계수 측정장치에 관한 것으로서, 시편에 수직항력을 인가한 상태로 상대 이동되는 탐침을 구비하여 스크래치 방식으로 마찰계수를 측정하되, 시편의 준비 및 마찰력 측정을 포함한 전체 작업 공정이 자동으로 이뤄지도록 구성되어 다수 시편의 마찰계수를 단시간 내에 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 마찰계수 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로 판재를 가공 또는 성형하는 작업 현장에서는 마찰력을 줄이고 쓸림 현상(Galling)을 방지하기 위해 윤활유를 사용하고 있다.

윤활유는 표면 거칠기로 야기되는 판재와 가공 공구의 직접 접촉을 방지하거나 줄여주는 장벽 역할을 하며 낮은 전단응력으로 인해 윤활면 사이의 상대 운동을 용이하게 해주는 역할을 한다.

그러나, 이러한 윤활유는 환경오염은 물론 사용상 불편한 점이 많아 판재를 사용하는 업체에서는 윤활유 사용량을 줄이기 위한 다양한 노력을 진행하고 있다. 철강업체에서도 이러한 수요가의 요구에 부응하고자 다양한 연구개발을 진행하여 왔는바, 그 중의 하나가 윤활강판이다.

윤활강판은 유기 또는 무기계 수지를 도금 강판에 코팅하여 윤활유를 사용하지 않고도 가공성을 향상시킬 수 있는 장점을 제공하며, 더욱이 내지문성 및 내식성면에서도 양호하다는 장점이 있다.

일반적으로 윤활강판은 코팅층을 형성하는 수지와 함께 첨가제가 들어가는데, 첨가제에는 마찰계수를 줄이기 위한 왁스와 내식성 향상을 위한 크로메이트 등이 사용된다.

이와 같은 윤활강판은 그 목적상 윤활 즉, 가공시 마찰 특성을 향상시키기 위한 것이므로 이러한 마찰특성에 대한 이해 및 측정이 필수적이다.

그러나, 윤활강판은 코팅 두께가 1 미크론 정도로 얇고 코팅층의 강도가 약하기 때문에 마찰특성을 정확하고 재현성있게 측정하기가 곤란한 경우가 많다.

한편, 마찰이란 어떤 물체가 다른 물체의 표면에 접하여 움직이려 하거나 운동을 하고 있을 때 그 접촉면에 운동을 방해하는 힘이 작용하는 현상을 의미하며, 이때 생기는 힘을 마찰력이라 한다.

이 마찰력은 수직으로 가해지는 하중(수직항력, Normal Force)에 비례하는데, 이때의 비례상수를 마찰계수라 한다. 이러한 관계를 F = μN 으로 나타낼 수 있으며, 여기서 F는 마찰력, N은 수직항력이며, 비례상수 μ가 마찰계수이다.

마찰계수는 물질의 고유한 값은 아니며 주어진 시스템에 따라 달라지는데, 접촉면의 특성, 재질, 주변 환경 등에 의존하게 된다. 마찰을 일으키는 원인은 두 가지로 설명할 수 있는데 하나는 표면의 거칠기에 의해 야기되는 마찰력이며, 또 다른 하나는 두면의 밀착력(원자 결합)에 의한 것이다.

종래의 마찰 및 마모 특성을 측정하기 위한 장치로는 블록-온-링 타입(Block-on-Ring Type)의 시험기, 핀-온-디스크 타입(Pin-on-Disk Type)의 시험기, 볼-온-디스크 타입(Ball-on-Disk Type)의 시험기, 왕복운동 미끄럼 마찰시험기 및 파렉스(Falex) 시험기 등이 있다.

상기 시험기 중에서 ASTM에서 규정하고 있는 블록-온-링 타입(Block-on-Ring Type)의 시험기는 소정의 RPM(분당 회전수)으로 회전하는 하부 시험링에 대하여 상부 블록에 하중을 인가시켜 상부 블록을 유지하는데 필요한 마찰력을 로드셀로 연속적으로 측정하고, 이 측정 데이터를 마찰력으로 변환하여 기록하는 시험기로서, 여러 가지 윤활제나 액체 및 가스 분위기 등의 환경에서 시험할 수 있으므로 비교적 다양한 재료에 적용할 수 있고, 블록을 바꾸면서 실험이 가능하기 때문에 다양한 실험을 할 수 있는 이점이 있다.

상기 핀-온-디스크 타입 또는 볼-온-디스크 타입의 시험기는 정해진 하중에서 일정속도로 회전 또는 왕복운동시켜, 이때 생기는 마찰력을 측정하여 마찰계수를 결정하는 시험기로서 마모시험에 가장 널리 이용되는 장치이다.

상기 파렉스 시험기는 고정된 하부 시편 위에 상부의 강구나 핀 등이 정해진 하중 하에서 일정한 원주를 그리면서 회전하고, 이때 발생된 토오크의 변화값을 기 록하여 마찰계수 값을 구하는 방식이다.

이외에도 국내외에 다양한 방법들이 제안된 바 있다.

예를 들어, 스크래치 시험기는 기본적으로 수직항력을 인가하고 접선 방향의 힘(Tangential Force)을 측정할 수 있어 마찰계수 측정에도 이용되고 있다. 도 7은 종래의 스크래치 시험기의 일예를 나타낸 사시도이다.

예시된 스크래치 시험기를 보면, 프레임(100)과, 프레임(100)의 상부에 설치되며 상하 이동이 가능한 탐침(14)을 구비하고 상기 탐침(14)에 수직항력을 부여하도록 구성된 스크래치부(10)가 구비된다.

탐침(14)은 상하 구동수단에 의해 시편 측으로 상하 이동이 가능한데, 이와 같은 상하 구동수단으로서는 서보모터에 의한 기구적 구동수단이나 유압실린더와 같은 공지의 구동수단들이 예시될 수 있으며, 탐침(14)에 부여되는 수직항력을 측정하기 위하여 스크래치부(10)에는 로드셀(12)이 구비된다.

스크래치부(10)의 하부 측에는 마찰계수 측정부(80)가 대향 설치되는데, 마찰계수 측정부(80)에는 시편 고정용 지그(84) 및 이를 개폐 조작하는 에어 슬라이더 실린더(85), 시편(2)에 걸리는 수평 방향 하중을 측정하는 로드셀(86)이 설치되며, 이들의 조립체를 X축 방향으로 왕복 이송 가능하도록 이송테이블(87)이 고정 설치된다.

상부측 지그(84)에 고정된 시편(2)에 탐침(14)에 의해 수직항력이 부여된 상태에서, 이송테이블(87)이 내부에 구비된 서보모터와 같은 구동 수단에 의해 X축 방향으로 왕복 이송될 때, 시편(2)에 걸리는 수평 방향 하중과 수직항력을 각각의 로드셀(86,12)에 의해 측정하는 방식으로 마찰계수를 측정할 수 있게 된다.

한편, 스크래치 시험기는 탐침이 시편에 스크래치를 만든 후 발생된 스크래치 내의 코팅층 파괴현상을 전자 현미경 또는 광학현미경으로 관찰하여 코팅층 파괴를 야기하는 임계하중을 결정하는 방식으로 사용되거나, 코팅층이 분리될 때 발생되는 음파를 음파 센서를 이용하여 측정하는 방식으로도 사용된다.

이러한 스크래치 시험기는 초기에는 불연속 하중을 인가하는 시스템을 이용하였으나, 최근에는 연속으로 하중을 인가하는 시스템으로 발전되어 임계하중을 결정하는 시간을 대폭 절약할 수 있게 되었다.

그러나, 앞서 예시된 종래의 마찰계수 측정 장치들은 여러 가지 재료에 대해 비교적 범용적으로 적용할 수 있기는 하지만, 시험을 하기 위한 시편 준비가 까다롭고 윤활강판과 같이 코팅 두께가 1 미크론 정도의 매우 얇은 피막에 대해서는 데이터의 변화정도가 민감하게 나타나게 되어 마찰계수를 정밀하게 측정하기 곤란하다는 단점이 있었다.

스크래치 시험기를 이용하는 경우에도, 판재의 마찰계수를 측정하기 위해서는 스크래치를 일으키는 탐침의 재질 및 형태, 크기 등을 최적화해야 하고, 수직항력에 따른 마찰특성을 체계적으로 평가할 필요가 있다는 한계가 있었다.

특히, 시험을 위한 장치의 자동화가 까다롭기 때문에 다량의 시험 물량을 처리해야 할 경우 시편 준비 및 측정에 많은 시간이 소요된다는 한계가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 시편에 수직항력을 인가한 상태로 상대 이동되는 탐침을 구비하여 스크래치 방식으로 마찰계수를 측정하되, 시편의 준비 및 마찰력 측정을 포함한 전체 작업 공정이 자동으로 이뤄지도록 구성되어 다수 시편의 마찰계수를 단시간 내에 정밀하게 측정할 수 있도록 하는 마찰계수 측정장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 프레임(100)과; 상기 프레임(100)의 상부에 설치되며, 상하 이동이 가능한 탐침(14)을 구비하고 상기 탐침(14)에 수직항력을 부여하도록 구성된 스크래치부(10)와; 상기 스크래치부(10)의 하부 측에 대향 설치되고, 시편 고정용 지그(84) 및 이를 개폐 조작하는 에어 슬라이더 실린더(85), 시편(2)에 걸리는 수평 방향 하중을 측정하는 로드셀(86)이 설치되며, 이들의 조립체를 X축 방향으로 왕복 이송 가능하도록 고정 설치된 이송테이블(87)을 구비한 마찰계수 측정부(80);를 포함하여 구성된 마찰계수 측정 장치에 있어서, 상기 프레임(100)의 상부 일측에 구비되며 상부면이 개방된 시편함(102); 상기 시편함(102)의 상부 일측에 설치된 X축 가이드(110); 상기 X축 가이드(110)의 대략 중앙 위치로부터 수직 방향으로 연장 형성된 Y축 가이드(120); 상기 X축 가이드(110)를 따라 이동 가능하며 수직 방향의 에어 실린더(51)에 의해 상하 구동되는 다수개의 진공 흡착 패드(52)를 구비하여, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 하는 로봇(50); 적어도 상기 로봇(50) 위치와 상기 스크래치부(10) 위치 사 이를 상기 Y축 가이드(120)를 따라 이동 가능하도록 이뤄진 상기 마찰계수 측정부(80); 상기 탐침(14)의 상하 이동 및 수직항력 부여를 포함한 스크래치부(10)의 제어와, 상기 시편 고정용 지그(84)의 개폐 조작 및 이송테이블(87)의 X축 방향 이송 조작, 로드셀(86)을 통한 수평 방향 하중 측정, Y축 방향 이동을 포함한 마찰계수 측정부(80)의 제어와, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 포함한 로봇(50)의 제어를 하는 연산제어부(26);를 포함하여 구성된다.

보다 바람직하게 본 발명은, 시편(2) 측으로 오일(36)을 분사하도록 설치된 노즐(37); 상기 노즐(37)에 오일 분사를 위한 압력을 인가하는 오일 추출 피스톤(35); 압축공기 공급기(31)에 연결되며 셋팅된 소정 시간 동안 상기 오일 추출 피스톤(35)에 압력이 전달되도록 제어하는 유량 제어 타이머(34); 상기 노즐(37) 측으로 오일(36)을 공급하는 오일탱크(33); 압축공기 공급기(31)에 연결되며 상기 오일탱크(33)에 저장된 오일(36)이 소정 압력을 유지하도록 제어하는 압력 조절 밸브(32);를 구비한 오일 분사부(30)를 더 포함하여 구성된다.

보다 바람직하게 본 발명은, 상기 시편함(102)의 하부에 설치되어 시편 유무를 검지하는 제1근접센서(104); 상기 로봇(50)의 진공 흡착 패드(52) 하단부에 설치되어 시편(2)의 근접 여부를 검지하는 제2근접센서(53); 상기 마찰계수 측정부(80)의 상부에 설치되어 시편(2)의 근접 여부를 검지하는 제3근접센서(82);를 더욱 구비한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 개략 구성도, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 사시도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 오일 분사부의 구성도이다.

본 실시예의 스크래치 시험기는, 프레임(100)과, 프레임(100)의 상부에 설치되며 상하 이동이 가능한 탐침(14)을 구비하고 상기 탐침(14)에 수직항력을 부여하도록 구성된 스크래치부(10)를 구비한다.

탐침(14)은 상하 구동수단에 의해 시편 측으로 상하 이동이 가능한데, 이와 같은 상하 구동수단으로서는 서보모터에 의한 기구적 구동수단이나 유압실린더와 같은 공지의 구동수단들이 예시될 수 있으며, 탐침(14)에 부여되는 수직항력을 측정하기 위하여 스크래치부(10)에는 로드셀(12)이 구비된다.

스크래치부(10)의 하부 측에는 마찰계수 측정부(80)가 대향 설치되는데, 마찰계수 측정부(80)에는 시편 고정용 지그(84) 및 이를 개폐 조작하는 에어 슬라이더 실린더(85), 시편(2)에 걸리는 수평 방향 하중을 측정하는 로드셀(86)이 설치되며, 이들의 조립체를 X축 방향으로 왕복 이송 가능하도록 이송테이블(87)이 고정 설치된다. 마찰계수 측정부(80)의 상부에는 시편(2)의 근접 여부를 검지하는 제3근접센서(82)가 설치된다.

프레임(100)의 상부 일측에는 상부면이 개방된 시편함(102)이 구비되며, 시편함(102)의 하부에는 시편 유무를 검지하는 제1근접센서(104)가 설치된다.

시편함(102)의 상부 일측에는 X축 가이드(110)가 설치되며, X축 가이드(110)의 대략 중앙 위치로부터 수직 방향으로는 Y축 가이드(120)가 연장 형성된다.

X축 가이드(110)를 따라 이동 가능하며 수직 방향의 에어 실린더(51)에 의해 상하 구동되는 다수개의 진공 흡착 패드(52)를 구비하여, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 하는 로봇(50)이 구비된다. 로봇(50)의 진공 흡착 패드(52) 하단부에는 시편(2)의 근접 여부를 검지하는 제2근접센서(53)가 설치된다.

로봇(50)은 서보모터-벨트 기구 또는 LM 가이드와 같은 공지의 구동 구조를 취하게 되며, 진공 흡착 패드(52)의 흡착 조작을 위하여 에어 라인(52b)을 통해 진공 솔레노이드 밸브(52a)와 연결된다.

진공 흡착 패드(52)는 도시된 형태로 4개가 구비되며, 각 진공 흡착 패드(52)에는 시편(2)의 흡착을 위한 에어라인(52b)이 삽입되어 이루어진다. 이와 같이 이루어진 각 진공 흡착 패드(52)는, 시편(2)의 가장자리를 동시에 흡착시킴으로써 상기 시편(2)을 시편함(102)으로부터 마찰계수 측정부(80)로 이송시켜 장착하게 되며, 마찰계수 측정이 완료된 후 다시 상기 시편(2)을 각 진공 흡착 패드(52)로 동시에 흡착시켜 마찰계수 측정부(80)에서 시편배출구(도면 미도시, 시편함 반대측)로 이송시킨 후 상기 시편(2)을 탈착시켜 배출되도록 한다.

마찰계수 측정부(80)는 상기 로봇(50) 위치와 상기 스크래치부(10) 위치 사이를 Y축 가이드(120)를 따라 이동 가능하도록 구성되며, 예를 들어, 공지의 서보모터-벨트 기구 또는 LM 가이드와 같은 구동 구조를 취한다.

한편, 시편(2) 측으로 오일(36)을 분사하는 오일 분사부(30)가 구비된다.

보다 상세하게 보면, 오일 분사용 노즐(37)에 압력을 인가하는 오일 추출 피스톤(35)이 구비되며, 압축공기 공급기(31)에 연결되며 셋팅된 소정 시간 동안 상기 오일 추출 피스톤(35)에 압력이 전달되도록 제어하는 유량 제어 타이머(34)가 구비된다.

또한, 노즐(37) 측으로 오일(36)을 공급하는 오일탱크(33)와, 압축공기 공급 기(31)에 연결되며 오일탱크(33)에 저장된 오일(36)이 소정 압력을 유지하도록 제어하는 압력 조절 밸브(32)가 구비된다.

측정장치 각 요소의 측정 및 동작을 제어하기 위한 연산제어부(26)가 구비된다.

연산제어부(26)는 탐침(14)의 상하 이동 및 수직항력 부여를 포함한 스크래치부(10)의 제어와, 시편 고정용 지그(84)의 개폐 조작 및 이송테이블(87)의 X축 방향 이송 조작, 로드셀(86)을 통한 수평 방향 하중 측정, Y축 방향 이동을 포함한 마찰계수 측정부(80)의 제어와, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 포함한 로봇(50)의 제어와, 오일분사부(30)의 제어를 포함한 전체적인 장치의 작동을 제어한다.

본 실시예의 측정장치는 전체적인 측정동작이 자동으로 이뤄지도록 구성되는바, 이를 위하여 연산제어부(26)는 각 상태에서 시편(2)의 유무 또는 위치를 검지할 수 있도록 상기 제1 내지 제3근접센서(104,53,82)와 연결되며, 측정신호 처리부(22) 및 인터페이스(24), 로봇 제어부(28)와 같은 보조 제어수단을 통해 상기 각 로드셀(12,86) 및 스크래치부(10), 마찰계수 측정부(80), 로봇(50)의 구동수단, 오일분사부(30)의 제어수단들과 전기적으로 연결된다.

한편, 본 실시예에서 사용되는 근접센서는 스위치의 검출면에 접근하는 물체, 혹은 근방에 존재하는 물체의 유무를 전자계의 힘을 이용하여 기계적 접촉이 없이 검출하는 방식의 스위치를 의미한다.

자기형 근접센서를 예로 들면, 콘덕터 소자와 마그네트 소자로 분리되고, 콘 덕터 소자의 가운데에는 리드 스위치가, 마그네트 소자의 가운데에는 영구자석이 내장되는 구성을 갖는다.

다음으로 본 발명의 일실시예에 의한 측정장치의 작용에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치의 작동 순서도이다.

우선, 시편(2)을 적정 크기로 절단하여 시편함(102)에 장착하고, 연산제어부(26)에서 시작 버튼을 누르면 프로그램상에서 제1근접센서(104)의 정보를 받아 시편유무 및 시편정보 여부를 판단한다. 시편(2)이 없으면 프로그램은 그대로 중지하고 시편 정보가 있으면 로봇(50)은 구동된다.

연산제어부(26)를 통해 로봇 제어부(28)로부터 작업 명령을 받은 로봇(50)은 시편함(102)에서 시편(2)을 하나 흡착하여, Y축 가이드(120)를 따라 이동되어 대기 중인 마찰계수 측정부(80) 상으로 이송한다.

이때, 로봇(50)은 정지위치에서 X축 방향으로 이동하여 시편함(102) 위치까지 도달한 후 에어 실린더(51)의 동작에 의해 하강하되, 진공 흡착 패드(52) 하단부에 설치된 제2근접센서(53)가 시편(2)의 근접을 감지하면 하강 동작을 정지하게 된다. 이후, 로봇(50)은 진공흡착방식에 의해 시편 하나를 흡착하고 상승한 다음 처음의 위치까지 도달하고, 다시 Y축 방향으로 이동하여 대기 중인 마찰계수 측정부(80) 위치까지 도달하게 된다.

에어 실린더(51)의 동작에 의해 시편(2)이 하강할 때에 마찰계수 측정부(80)에 부착된 제3근접센서(82)가 작동하여 시편(2)의 근접이 감지되면, 로봇(50)은 시 편(2)을 탈착한 다음 원래 위치로 돌아간다.

탈착된 시편(2)은 시편 고정용 지그(84) 사이에 안착되고, 이와 같이 시편 고정용 지그(84)에 시편(2)이 안착되면 상기 시편 고정용 지그(84) 하부에 결합된 에어 슬라이더 실린더(85)는 연산제어부(26)에 의해 작동하여 상기 시편 고정용 지그(84)를 서로 마주하는 방향으로 이송시킴으로써 상기 시편(2)이 고정된다. 이와 같이 시편(2)이 고정된 상태에서 오일분사부(30)가 부착된 위치로 이동하며, 이후 오일 분사부(30)가 가동하여 시편에 오일(36)을 분사하게 된다.

오일 분사부(30)는 크게 압축공기 공급기(31)와 압력 조절 밸브(32), 유량 제어 타이머(34) 그리고 오일 추출 피스톤(35)으로 구성된다.

오일탱크(33) 및 노즐(37) 상부에 저장되어 있는 오일(36)은 압력 조절 밸브(32)에 의해 항상 일정 압력을 유지하게 되어 있다.

오일(36)의 분사는 노즐(37)을 통해 이루어 지는데, 노즐(37) 상부에는 압력을 인가하는 오일 추출 피스톤(35)이 장착되며, 이 오일 추출 피스톤(35)은 유량 제어 타이머(34)에 셋팅된 시간 동안 노즐(37)에 압력을 전달하게 된다.

즉, 프로그램에서 오일 분사 명령을 내리면 유량 제어 타이머(34)에 셋팅된 시간동안 오일 추출 피스톤(35)에 압력을 전달하여 오일탱크(33)에 저장된 오일(36)을 시편(2)에 분사하게 된다. 분사되는 오일(36)의 양은 유량 제어 타이머(34)에 셋팅된 시간으로 조절이 가능하다.

오일(36) 분사가 완료되면 마찰계수 측정부(80)가 이동하여 마찰계수 측정위치에 도달하여 마찰계수를 측정하게 된다.

수직항력 로드셀(12)에 장착된 탐침(14)이 시편(2)에 도달하면 수직항력이 더욱 증가하여 주어진 수직항력값에 도달하게 되며, 이송테이블(87)의 X축 방향 이 송 조작에 의해 탐침(14)과 시편(2)이 마찰 상태로 상대 이동될 때에 마찰계수 측정부(80)에 장착된 로드셀(86)이 접선 방향의 힘을 측정하고 이 힘의 비율을 계산하여 마찰계수를 화면에 보여주게 된다.

즉, 정해진 수직항력에 도달하면 탐침(14)은 프로그램에서 미리 정해준 길이만큼 마찰을 일으키면서 상대 이동되고, 동시에 측정신호 처리부(22)에서는 로드셀(12,86)을 통해 수직항력 및 마찰력을 측정하게 된다.

이렇게 측정된 마찰력 데이터는 인터페이스(24)를 통해 연산제어부(26)로 보내지고 연산제어부(26)는 수직항력 및 마찰력으로부터 마찰계수를 계산하여 화면에 보여준다.

이렇게 하여 1회 측정이 완료되면, 마찰계수 측정부(80)의 Y축 방향 이동에 의해 탐침(14)은 2번째와 3번째 위치로 순차적으로 이동하면서 마찰계수가 측정되며, 연산제어부(26)에서는 각 위치에서의 마찰계수 값과 3개의 평균 값을 동시에 화면에 표시하게 된다.

측정이 완료된 시편은 다시 로봇(50)에 의해 이송되고, 로봇(50)은 시편(2)을 흡착한 상태로 이동하여 시편 배출구(도면 미도시, 시편함 반대측)에 배출시킨다.

이렇게 하여 시편 1개의 마찰계수 측정이 완료되면 로봇(50)은 다시 두번째 시편의 마찰계수를 측정하기 위해 초기화되어 시간 지연이 없이 연속적으로 다량의 시편을 측정하게 된다. 이렇게 마찰계수 측정 루틴을 다수 반복하면 원하는 횟수의 마찰계수 측정이 가능하게 된다.

< 실시예1>

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 마찰계수 측정장치에 의해 시험된 후의 시편을 나타낸 개략도, 도 6은 본 발명의 일실시예의 마찰계수 측정장치에 의한 유기계 윤활강판의 마찰계수 측정 데이터 그래프이다.

본 실시예1에서는 도금강판에 윤활성 수지를 1 미크론 코팅하여 이루어진 유기계 및 무기계 윤활강판에 대해 30개의 시편(2)을 100X100mm²로 절단하여 시편함(102)에 채운 후 연속적으로 마찰계수를 측정하였다.

스크래치를 위한 탐침(14)은 기존의 다이아몬드 탐침 대신에 베어링강 (AISI-E52100)을 사용하였으며, 볼 형상으로 가공하되 직경을 7.5mm로 형성하였다.

마찰계수 측정에 오일(36)을 사용하는 것은 가공 현장과 유사한 조건을 형성하기 위한 것으로서, 본 실시예1에서는 방청유 계통의 P-DBH 모델을 사용하였다.

오일 분사부(30)는 압축공기에 의한 정액 토출 방법을 이용하였으며, 시편(2)에 뿌려지는 오일의 양은 공기의 압력 및 공기 배출 시간으로 제어가 가능한데 본 실시예에서는 1초로 셋팅하여 실시하였다.

한편, 시편(2)에 부여되는 수직항력은 20N으로, 스크래치 길이는 10mm로, 그리고 스크래치를 위한 마찰계수 측정부(80)의 이송속도는 10mm/min로 하여 측정하였다.

도 5에 도시된 것과 같이, 판재 시편(2) 위에 3개의 스크래치(2a)가 형성되 며 스크래치(2a)의 형성 방향은 판재를 압연하는 방향과 동일한 방향으로 이송하였다. 물론 시편함(102)에 시편(2)을 장입하는 방법에 따라 압연방향 또는 폭 방향의 측정이 가능함은 자명한 사실이다.

이렇게 하여 시편(2) 하나의 마찰계수를 측정하는데 걸리는 시간은 약 5분 정도이며, 시편함(102)에 장착 가능한 시편(2)의 수는 1mm 두께의 판재를 기준으로 100매이다.

도 6은 3곳의 마찰계수를 측정하여 평균한 데이터이며, 전체 데이터는 0.138이었고 표준편차는 0.002로 계산되었다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

이와 같은 본 발명의 마찰계수 측정 장치는, 종래의 마찰 또는 마모 시험기와 달리 다수 시편에 대한 마찰계수 측정을 자동화 공정을 통해 연속적으로 처리할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 마찰계수 측정장치는, 윤활강판과 같이 얇게 코팅된 코팅층의 윤활특성 즉, 마찰계수를 보다 정밀하게 측정할 수 있도록 해주며, 측정이 간단하고 재현성 및 신뢰성이 우수하여 재질 시험의 루틴 분석에 활용이 가능하다는 장 점이 있다.

Claims (3)

1. 프레임(100)과; 상기 프레임(100)의 상부에 설치되며, 상하 이동이 가능한 탐침(14)을 구비하고 상기 탐침(14)에 수직항력을 부여하도록 구성된 스크래치부(10)와; 상기 스크래치부(10)의 하부 측에 대향 설치되고, 시편 고정용 지그(84) 및 이를 개폐 조작하는 에어 슬라이더 실린더(85), 시편(2)에 걸리는 수평 방향 하중을 측정하는 로드셀(86)이 설치되며, 이들의 조립체를 X축 방향으로 왕복 이송 가능하도록 고정 설치된 이송테이블(87)을 구비한 마찰계수 측정부(80);를 포함하여 구성된 마찰계수 측정 장치에 있어서,

   상기 프레임(100)의 상부 일측에 구비되며 상부면이 개방된 시편함(102);

   상기 시편함(102)의 상부 일측에 설치된 X축 가이드(110);

   상기 X축 가이드(110)의 대략 중앙 위치로부터 수직 방향으로 연장 형성된 Y축 가이드(120);

   상기 X축 가이드(110)를 따라 이동 가능하며 수직 방향의 에어 실린더(51)에 의해 상하 구동되는 다수개의 진공 흡착 패드(52)를 구비하여, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 하는 로봇(50);

   적어도 상기 로봇(50) 위치와 상기 스크래치부(10) 위치 사이를 상기 Y축 가이드(120)를 따라 이동 가능하도록 이뤄진 상기 마찰계수 측정부(80);

   상기 탐침(14)의 상하 이동 및 수직항력 부여를 포함한 스크래치부(10)의 제어와, 상기 시편 고정용 지그(84)의 개폐 조작 및 이송테이블(87)의 X축 방향 이송 조작, 로드셀(86)을 통한 수평 방향 하중 측정, Y축 방향 이동을 포함한 마찰계수 측정부(80)의 제어와, 시편(2)의 흡착 및 X축 방향 이송, 탈착 동작을 포함한 로봇(50)의 제어를 하는 연산제어부(26);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마찰계수 측정 장치.
2. 제1항에 있어서,

   시편(2) 측으로 오일(36)을 분사하도록 설치된 노즐(37);

   상기 노즐(37)에 오일 분사를 위한 압력을 인가하는 오일 추출 피스톤(35);

   압축공기 공급기(31)에 연결되며 셋팅된 소정 시간 동안 상기 오일 추출 피스톤(35)에 압력이 전달되도록 제어하는 유량 제어 타이머(34);

   상기 노즐(37) 측으로 오일(36)을 공급하는 오일탱크(33);

   압축공기 공급기(31)에 연결되며 상기 오일탱크(33)에 저장된 오일(36)이 소정 압력을 유지하도록 제어하는 압력 조절 밸브(32);를 구비한 오일 분사부(30)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 마찰계수 측정 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 시편함(102)의 하부에 설치되어 시편 유무를 검지하는 제1근접센서(104);

   상기 로봇(50)의 진공 흡착 패드(52) 하단부에 설치되어 시편(2)의 근접 여부를 검지하는 제2근접센서(53);

   상기 마찰계수 측정부(80)의 상부에 설치되어 시편(2)의 근접 여부를 검지하는 제3근접센서(82);를 더욱 구비한 것을 특징으로 하는 마찰계수 측정 장치.

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