KR100926080B1 - Hot Torsion Deformation Tester and Testing Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고온 비틀림 시험기 및 시험방법에 관한 것으로, 고온 가열된 시편의 일단을 토크 센서로 고정시키고 타단을 서보 모터로 회전시켜 시편의 변형 정도에 따른 물성치를 측정하는 고온 비틀림 시험기에 있어서, 상기 서보 모터의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 상기 시편에 동력이 전달되는 것을 차단하는 정격도달 제어장치와, 상기 시편에 실제로 전달된 회전량을 측정하는 엔코더가 부가된 구성에 의해, 서보 모터의 응답성에 영향을 받지 않고 제어의 효율성와 비틀림 시험 결과의 정확성을 향상시킴과 아울러, 다양한 시험 조건에서도 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.
The present invention relates to a high temperature torsion testing machine and a test method, wherein the high temperature torsion testing machine for fixing one end of a hot heated specimen with a torque sensor and rotating the other end with a servo motor to measure physical properties according to the degree of deformation of the specimen. The response of the servo motor is provided by a configuration in which a rating control device which blocks power from being transmitted to the specimen until the rotational speed of the motor reaches the rating and an encoder which measures the amount of rotation actually transmitted to the specimen are added. It improves the efficiency of the control and the accuracy of the torsion test results without being affected by sex, and ensures reliability under various test conditions.

고온, 비틀림, 시험기, 모터, 응답성, 정격도달제어, 지연회전, 디스크High Temperature, Torsion, Tester, Motor, Responsiveness, Rated Control, Delayed Rotation, Disc

Description

고온 비틀림 시험기 및 시험방법{Hot Torsion Deformation Tester and Testing Method Thereof} Hot Torsion Deformation Tester and Testing Method Thereof}             

도 1은 종래 고온 비틀림 시험기의 구성을 나타낸 도면,1 is a view showing the configuration of a conventional high temperature torsion testing machine,

도 2는 종래 고온 비틀림 시험기의 서보 모터의 응답시간을 설명하는 그래프,2 is a graph illustrating a response time of a servo motor of a conventional high temperature torsion tester,

도 3은 종래 고온 비틀림 시험기에 의한 시험 결과를 나타낸 그래프,3 is a graph showing the test results by the conventional high temperature torsion testing machine,

도 4는 본 발명에 따른 고온 비틀림 시험기의 구성을 나타낸 도면,4 is a view showing the configuration of a high temperature torsion testing machine according to the present invention,

도 5는 본 발명에 따른 고온 비틀림 시험기의 정격도달 제어장치를 나타낸 도면.5 is a view showing a rating control device of a high temperature torsion testing machine according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10 : 시편 20 : 토크 센서10 test piece 20 torque sensor

30 : 서보 모터 40 : 가열장치30: servo motor 40: heating device

50 : 정격도달제어장치 51 : 케이스50: Rated control device 51: Case

52 : 구동 디스크 53∼53''' : 중간 디스크52: drive disk 53 to 53 '' ': intermediate disk

54 : 종동 디스크 55 : 입력축54: driven disk 55: input shaft

56 : 지지축 57 : 출력축 56: support shaft 57: output shaft                 

B : 베어링
B: bearing

본 발명은 비틀림 시험기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 상태에서 소재에 일정 속도로 비틀림을 가하여 소요된 힘과 변형 정도에 따른 물성치를 측정하는 고온 비틀림 시험기 및 시험방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a torsion testing machine, and more particularly, to a high temperature torsion testing machine and a test method for measuring a physical property value according to the required force and deformation degree by applying a torsion at a constant speed in a high temperature state.

고온 비틀림 시험기는 소재개발연구 및 가공 등에 이용되는 필수적인 장비로서, 재료의 고온 가공성을 평가하고 열간 압연/압출/단조 모의시험 등의 용도로 자주 사용되고 있다.The high temperature torsion tester is an essential equipment used for material development research and processing, and is frequently used for evaluating high temperature workability of materials and for hot rolling / extrusion / forging simulation tests.

특히, 고온 비틀림 시험기는 정밀 구동제어 및 고속 냉각시스템으로 작동이 되는데, 고온 상태에서 일정한 속도로 비틀림을 주었을 때 소요된 힘과 변형의 정도를 측정함으로써, 온도와 속도의 변화에 따른 재료의 강도와 같은 물성치를 파악할 수 있게 한다.In particular, the high temperature torsion tester is operated by precise drive control and high speed cooling system. By measuring the degree of force and deformation required when a torsion at a constant speed in a high temperature state, Make sure you identify the same physical properties.

통상적인 고온 비틀림 시험기는, 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같이, 대상 시편(10)을 가열장치(20)에 의해 고온으로 가열한 상태에서 시편(10)의 한쪽 끝을 토크 센서(30)로 고정시키고 다른 한쪽은 서보 모터(40)를 이용하여 일정한 속도로 회전시키게 되며, 이 때 얻어진 모터(40)의 엔코더값과 토크값이 데이터 처리의 주 된 대상이 된다.Conventional high temperature torsion testing machine, as shown in Figure 1, the one end of the specimen 10 to the torque sensor 30 in the state in which the target specimen 10 is heated to a high temperature by the heating device 20 The other side is fixed and rotated at a constant speed using the servo motor 40, and the encoder value and the torque value of the motor 40 obtained at this time are the main objects of data processing.

한편, 서보 모터(40)를 구동하는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 설정된 회전수에 도달할 때까지 점차적으로 회전속도가 증가하게 되는데, 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 변형시작시간에서부터 응답시간까지의 변형은 설정된 변형율 속도가 아닌 부정확한 결과를 제공한다. 특히, 변형속도가 빠르고 변형량이 적은 경우에는 실제로 사용할 수 있는 데이터를 얻지 못할 때도 있다. 따라서, 서보 모터(40)의 구동시 발생하는 응답성의 영향을 받지 않고 시편(10)을 변형시킬 수 있는 효과적인 장치가 절실히 요구되는 실정이다.
On the other hand, when driving the servo motor 40, as shown in Figure 2, the rotational speed gradually increases until the set rotational speed is reached, as can be seen in Figure 3, starting from the deformation start time Deformation up to response time gives inaccurate results rather than the set strain rate. In particular, when the deformation rate is fast and the deformation amount is small, the data that can be actually used may not be obtained. Therefore, there is an urgent need for an effective device capable of deforming the specimen 10 without being affected by the responsiveness generated when the servo motor 40 is driven.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적은, 시편을 일정 속도로 회전시키키 위한 서보 모터의 응답성에 영향을 받지 않고 효율적인 제어와 보다 정확한 테스트 결과를 얻을 수 있으며, 초기 변형구간에서는 일정한 변형 속도를 유지하고 고속 변형시에도 신뢰성을 확보할 수 있는 고온 비틀림 시험기 및 시험방법을 제공하는 데에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and its object is to achieve efficient control and more accurate test results without being affected by the responsiveness of the servo motor to rotate the specimen at a constant speed. In the deformation section, it is to provide a high temperature torsion tester and test method which can maintain a constant deformation rate and ensure reliability even at high speed deformation.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고온 비틀림 시험기는, 고온 가열된 시편의 일단을 토크 센서로 고정시키고 타단을 서보 모터로 회전시켜 시편의 변형 정도에 따른 물성치를 측정하는 고온 비틀림 시험기에 있어서, 상기 서 보 모터의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 상기 시편에 동력이 전달되는 것을 차단하는 정격도달 제어장치와, 상기 시편에 실제로 전달된 회전량을 측정하는 엔코더를 포함하되, 상기 정격도달 제어장치는, 상기 서보 모터의 회전력을 전달받는 구동 디스크와, 상기 구동 디스크와 치합되어 상기 서보 모터의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 상기 회전력을 순차적으로 전달받아 상기 시편으로의 회전력 전달을 지연시키는 복수의 중간 디스크와, 상기 중간 디스크로부터 상기 시편으로 회전력을 전달하는 종동 디스크로 이루어지고, 상기 구동 디스크와 중간 디스크 및 종동 디스크의 디스크면들은 각각 중앙의 축을 중심으로 후육부와 박육부가 대칭을 이루는 구조로 이루어져, 후육부 디스크면 또는 박육부 디스크면이 반회전하여야 대향하는 디스크면과 치합됨으로써 상기 서보 모터의 회전력이 전달되는 것을 특징적인 기술적 요지로 한다.In the high temperature torsion tester according to the present invention for achieving the above object, in the high temperature torsion tester for fixing one end of the hot heated specimen with a torque sensor and rotating the other end with a servo motor to measure the physical properties according to the degree of deformation of the specimen And a rating control device for blocking power from being transmitted to the specimen until the rotational speed of the servo motor reaches a rating, and an encoder for measuring the amount of rotation actually transmitted to the specimen. The control device is a drive disk receiving the rotational force of the servo motor, and the rotational force is sequentially received until the rotational speed of the servo motor is engaged with the drive disk until the rotational speed of the servo motor reaches the rating to delay the transmission of the rotational force to the specimen A plurality of intermediate disks and driven to transfer rotational force from the intermediate disk to the specimen The disk surface of the drive disk, the intermediate disk and the driven disk has a structure in which the thick portion and the thin portion are symmetric about a central axis, and the thick portion or the thin portion of the disk portion must be rotated halfway. The technical gist of the present invention is that the rotational force of the servo motor is transmitted by engaging with the opposing disk surface.

또한, 고온 가열된 시편의 일단을 토크 센서로 고정시키고 타단을 서보 모터로 회전시켜 시편의 변형 정도에 따른 물성치를 측정하는 고온 비틀림 시험방법에 있어서, 상기 서보 모터의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 상기 시편에 동력이 전달되는 것을 차단하고, 상기 시편에 대하여 다단계 변형 시험을 실시하는 경우에는 상기 서보 모터에 대해 정방향 회전 제어와 역방향 회전 제어를 상기 시편의 변형 회수 만큼 반복하는 것을 특징적인 기술적 요지로 한다.
In addition, in the high temperature torsion test method of fixing one end of a high temperature heated specimen with a torque sensor and rotating the other end with a servo motor, when the rotational speed of the servo motor reaches the rating, When the transmission of power to the specimen is blocked until the multi-stage deformation test is performed on the specimen, forward rotation control and reverse rotation control for the servo motor are repeated as many times as the number of deformation of the specimen. Shall be.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하되, 종래 기술을 도시한 도 1과 동일한 부위에 대해서는 동일한 참조부호를 부여 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are assigned to the same parts as in Figure 1 showing the prior art.

도 4에는 본 발명의 고온 비틀림 시험기에 대한 구성이 도시되어 있는데, 시편(10)을 고온으로 가열하기 위한 가열장치(40), 시편(10)의 한쪽 끝을 고정시키는 토크 센서(20), 시편(10)의 다른 한쪽 끝을 회전시키기 위한 회전 동력을 제공하는 서보 모터(30)를 구비하고 있음이 나타나 있다.4 shows a configuration for the high temperature torsion tester of the present invention, the heating device 40 for heating the specimen 10 to a high temperature, the torque sensor 20 for fixing one end of the specimen 10, the specimen It is shown that it is provided with the servo motor 30 which provides rotational power for rotating the other end of (10).

여기서, 본 발명의 특징으로서, 상기 시편(10)과 서보 모터(30)의 사이에 정격도달 제어장치(50)와 엔코더(60)가 설치된다.Here, as a feature of the present invention, the rated transfer control device 50 and the encoder 60 are provided between the specimen 10 and the servo motor 30.

즉, 상기 정격도달 제어장치(50)는, 상기 서보 모터(30)의 회전 구동시 그 회전 속도가 응답시간, 즉 정격(定格;rating)에 도달할 때까지 시편(10)으로 회전 동력이 전달되는 것을 지연 또는 차단시키게 된다.That is, the rated transfer control device 50, the rotational power is transmitted to the specimen 10 until the rotational speed of the servo motor 30 reaches the response time, that is, rating It will delay or block the operation.

이를 위한 정격도달 제어장치(50)의 보다 구체적인 구조가 도 5에 도시되어 있는데, 상기 서보 모터(30)의 회전 동력을 시편(10)에 대하여 순차적으로 전달하기 위한 다수의 디스크(52,53,53',53'',53''',54)들로 이루어져 있음을 알 수 있다.A more specific structure of the rating control device 50 for this purpose is shown in Figure 5, a plurality of disks 52, 53, for sequentially transmitting the rotational power of the servo motor 30 with respect to the specimen 10, 53 ', 53' ', 53' '', 54).

즉, 하나의 케이스(51) 내부에 상기 디스크(52,53,53',53'',53''',54)들이 배열되어 있는데, 베어링(B)으로 지지되고 있는 입력축(55)을 통해 서보 모터(30)와 연결된 구동 디스크(52), 이 구동 디스크(52)와 치합되며 하나의 지지축(56)에 베어링(B)으로 지지되는 일련의 중간 디스크(53,53',53'',53''')들, 그리고 최종 위치의 중간 디스크(53''')와 치합되며 출력축(57)을 통해 시편측과 연결되는 종동 디스크(54)를 요체로 하고 있다. That is, the disks 52, 53, 53 ', 53' ', 53' '', 54 are arranged in one case 51, through the input shaft 55 supported by the bearing B. A drive disk 52 connected to the servo motor 30, a series of intermediate disks 53, 53 ′, 53 '' meshed with the drive disk 52 and supported by a bearing B on one support shaft 56. 53 &quot; &quot;, and a driven disk 54 that engages the intermediate disk 53 '&quot; in the final position and is connected to the specimen side via the output shaft 57.                     

특히, 상기 디스크(52,53,53',53'',53''',54)들의 구조를 살펴보면, 각각의 디스크면(52a,52b,53a,53b∼53'''a,53'''b,54a,54b)들이 축(55,56,57)을 중심으로 후육부와 박육부가 대칭적으로 이루어져 있기 때문에, 구동 디스크(52)의 후육 디스크면(52a)이 첫번째 중간 디스크(53)의 박육 디스크면(53a)과 대향하고 있는 상태에서 반회전하여야 비로소 첫번째 중간 디스크(53)의 후육 디스크면(53b)과 치합되어 회전력을 전달하게 되고, 마찬가지로 첫번째 중간 디스크(53)의 후육 디스크면(53b)이 두번째 중간 디스크(53')의 박육 디스크면(53'b)과 대향하고 있는 상태에서 반회전하여야 두번째 중간 디스크(53')의 후육 디스크면(53'a)과 치합된다. 이와 같은 방식에 의해 최종적으로 종동 디스크(54)에 서보 모터(30)의 회전 동력이 순차적으로 전달되기까지는 일정한 시간, 즉 서보 모터(30)의 회전속도가 정격에 도달할 때까지의 응답시간만큼 지연 또는 차단되는 것이며, 서보 모터(30)가 정격에 도달한 후에는 시편(10)에 정격의 회전속도로 회전력이 전달되어 변형을 가하게 된다.In particular, the structure of the disks 52, 53, 53 ', 53 &quot;, 53' &quot;, 54 will be described. The thick disk surface 52a of the drive disk 52 is the first intermediate disk 53 because the 'b, 54a, 54b are made symmetrically with the thick portion and the thin portion around the axes 55, 56, 57. Only when it rotates in the state opposite to the thin disk surface 53a of), it is engaged with the thick disk surface 53b of the first intermediate disk 53 to transmit rotational force, and likewise, the thick disk of the first intermediate disk 53 The surface 53b is half-turned while facing the thin disk surface 53'b of the second intermediate disk 53 'so as to engage with the thick disk surface 53'a of the second intermediate disk 53'. By such a method, a predetermined time until finally the rotational power of the servo motor 30 is sequentially transmitted to the driven disk 54, that is, a response time until the rotational speed of the servo motor 30 reaches the rating After the servo motor 30 reaches the rating, the rotational force is transmitted to the test piece 10 at the rated rotational speed to apply deformation.

이러한 정격도달 제어장치(50)의 디스크수는, 서보 모터(30)의 최대 회전수에 응답시간을 곱하여 계산된 회전수를 만족하도록 구성된다.The number of disks of the rated delivery control device 50 is configured to satisfy the rotational speed calculated by multiplying the maximum rotational speed of the servo motor 30 by the response time.

그리고, 정격도달 제어장치(50)를 이용함에 있어서 시편(10)의 변형량을 제어하기 위해서는, 미리 계산된 서보 모터(30)의 회전량에 정격도달 제어장치(50)의 지연 회전량을 가산한 양을 서보 모터(30)에 전달함으로써 이루어지는데, 정격도달 제어장치(50)의 각 중간 디스크(53,53',53'',53''')의 치의 각을 θ라고 했을 때 한장의 디스크가 지연하는 각은 (360°-2θ)이며, 정격도달 제어장치(50)의 지연 회전수는 (360°-2θ)에 디스크의 장수를 곱한 값이 된다.In addition, in order to control the deformation amount of the specimen 10 in using the rated delivery control device 50, the delayed rotation amount of the rated delivery control device 50 is added to the rotation amount of the servo motor 30 calculated in advance. The amount is transmitted to the servo motor 30. When the angle of the teeth of each of the intermediate disks 53, 53 ', 53 &quot;, 53' &quot; The delayed angle is (360 ° -2θ), and the delay rotation speed of the rated delivery control device 50 is obtained by multiplying the number of discs by (360 ° -2θ).

한편, 상기 엔코더(60)는 실제로 시편(10)이 회전한 양을 측정하기 위한 수단으로서, 이 엔코더(60)에 의해 시편(10)의 변형량이 측정되며, 시편(10)에 가해진 토크는 토크 센서(20)에 의해 측정된다.
On the other hand, the encoder 60 is a means for actually measuring the amount of rotation of the specimen 10, the deformation amount of the specimen 10 is measured by the encoder 60, the torque applied to the specimen 10 is torque It is measured by the sensor 20.

이상에서 설명한 본 발명의 고온 비틀림 시험기에 대한 설명에 있어서, 서보 모터(30)의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 시편(10)에 동력이 전달되는 것을 차단한다는 기술적 요지는 본 발명의 고온 비틀림 시험방법에 그대로 적용이 되므로 이에 대한 중복적인 설명은 생략한다.In the description of the high temperature torsion tester of the present invention described above, the technical gist of blocking the transmission of power to the specimen 10 until the rotational speed of the servo motor 30 reaches the rated high temperature torsion of the present invention As it is applied to the test method, duplicate description thereof is omitted.

단, 시편(10)에 대한 다단계 변형시험을 실시하는 경우, 서보 모터(30)에 대해 정방향으로 회전 구동되도록 하는 제어와 역방향으로 회전 구동되도록 하는 제어를 동시에 시행할 수 있는데, 특히 역방향 회전 구동 제어는 정격도달 제어장치(50)의 지연 회전수만큼 반대방향으로 서보 모터(30)를 회전시키는 것이며, 이러한 정방향 회전 제어와 역방향 회전 제어는 시편(10)의 변형 회수 만큼 반복함으로써 이루어진다.
However, when the multi-stage deformation test is performed on the specimen 10, the control to rotate the drive in the forward direction and the reverse drive to the servo motor 30 can be performed simultaneously. Is to rotate the servo motor 30 in the opposite direction by the delayed rotation speed of the rated delivery control device 50, this forward rotation control and reverse rotation control is performed by repeating the number of deformation of the specimen 10.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 비틀림 시험기 및 시험방법에 의하면, 서보 모터의 응답성에 영향을 받지 않고 제어의 효율성와 비틀림 시험 결과의 정확성이 향상되며, 다양한 시험 조건에서도 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the high temperature torsion tester and the test method according to the present invention, the control efficiency and the accuracy of the torsion test result are improved without being affected by the responsiveness of the servo motor, and the reliability can be ensured even under various test conditions. It works.

Claims (2)

고온 가열된 시편의 일단을 토크 센서로 고정시키고 타단을 서보 모터로 회전시켜 시편의 변형 정도에 따른 물성치를 측정하는 고온 비틀림 시험기에 있어서,In a high temperature torsion tester which fixes one end of a hot heated specimen with a torque sensor and rotates the other end with a servo motor to measure physical properties according to the degree of deformation of the specimen, 상기 서보 모터의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 상기 시편에 동력이 전달되는 것을 차단하는 정격도달 제어장치와, 상기 시편에 실제로 전달된 회전량을 측정하는 엔코더를 포함하되,It includes a rating control device for blocking the transmission of power to the specimen until the rotational speed of the servo motor reaches the rating, and an encoder for measuring the actual amount of rotation transmitted to the specimen, 상기 정격도달 제어장치는, 상기 서보 모터의 회전력을 전달받는 구동 디스크와, 상기 구동 디스크와 치합되어 상기 서보 모터의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 상기 회전력을 순차적으로 전달받아 상기 시편으로의 회전력 전달을 지연시키는 복수의 중간 디스크와, 상기 중간 디스크로부터 상기 시편으로 회전력을 전달하는 종동 디스크로 이루어지고, The rated transfer control device includes a drive disk that receives the rotational force of the servo motor, and receives the rotational force sequentially until the rotational speed of the servo motor is meshed with the drive disk to receive the rotational force to the specimen. A plurality of intermediate disks for delaying transmission, and a driven disk for transmitting rotational force from the intermediate disk to the specimen, 상기 구동 디스크와 중간 디스크 및 종동 디스크의 디스크면들은 각각 중앙의 축을 중심으로 후육부와 박육부가 대칭을 이루는 구조로 이루어져, 후육부 디스크면 또는 박육부 디스크면이 반회전하여야 대향하는 디스크면과 치합됨으로써 상기 서보 모터의 회전력이 전달되는 것을 특징으로 하는 고온 비틀림 시험기.The disk surfaces of the drive disk, the intermediate disk and the driven disk each have a structure in which the thick portion and the thin portion are symmetric about a central axis, and the thick disk portion or the thin portion of the disk portion has to be rotated halfway to face the disk surface. High temperature torsion tester characterized in that the rotational force of the servo motor is transmitted by being engaged. 고온 가열된 시편의 일단을 토크 센서로 고정시키고 타단을 서보 모터로 회전시켜 시편의 변형 정도에 따른 물성치를 측정하는 고온 비틀림 시험방법에 있어 서,In the high temperature torsion test method, where one end of a hot heated specimen is fixed by a torque sensor and the other end is rotated by a servo motor to measure physical properties according to the degree of deformation of the specimen. 상기 서보 모터의 회전속도가 정격에 도달할 때까지 상기 시편에 동력이 전달되는 것을 차단하고, 상기 시편에 대하여 다단계 변형 시험을 실시하는 경우에는 상기 서보 모터에 대해 정방향 회전 제어와 역방향 회전 제어를 상기 시편의 변형 회수 만큼 반복하는 것을 특징으로 하는 고온 비틀림 시험방법.When the rotational speed of the servo motor reaches the rated power, power is transmitted to the specimen, and when the multi-stage deformation test is performed on the specimen, forward rotation control and reverse rotation control are performed on the servo motor. High temperature torsion test method, characterized in that repeated for the number of times the deformation of the specimen.
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