KR101033031B1 - Strain measuring device - Google Patents

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KR101033031B1
KR101033031B1 KR1020100095322A KR20100095322A KR101033031B1 KR 101033031 B1 KR101033031 B1 KR 101033031B1 KR 1020100095322 A KR1020100095322 A KR 1020100095322A KR 20100095322 A KR20100095322 A KR 20100095322A KR 101033031 B1 KR101033031 B1 KR 101033031B1
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test piece
optical sensor
light source
laser light
diffraction grating
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KR1020100095322A
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김재현
장봉균
황보윤
이학주
최병익
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한국기계연구원
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Abstract

PURPOSE: A deformation rate measuring device is provided to measure deformation rate at high speed by using contactless measuring method. CONSTITUTION: A deformation rate measuring device comprises a light source(20), a concave mirror, and an optical sensor(21). The light source is located one side of the a fine test piece(11) with keeping a fixed distance from a diffraction grid(12). The light source emits laser beam toward the diffraction grid. The concave mirror is located between the minute test piece and light source or located on the opposite side of the light source based on the minute test piece. The optical sensor receives the laser beam, successively reflected by the diffraction grid and concave mirror, and detects the location of the laser beam A controller(30) is connected to the light source and optical sensor and computes the deformation rate of the minute test piece.

Description

변형률 측정 장치 {STRAIN MEASURING DEVICE}Strain Measurement Device {STRAIN MEASURING DEVICE}

본 발명은 변형률 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미세 시험편의 인장 및 피로 시험 설비에 적용되는 변형률 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a strain measuring device, and more particularly, to a strain measuring device applied to the tensile and fatigue testing equipment of the fine test piece.

최근 들어 미세 소자 산업과 유연(flexible) 전자 산업이 발전하면서 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일을 지닌 미세 시험편의 인장 및 피로 시험 기술이 중요하게 부각되고 있다. 미세 시험편의 물성은 같은 재료로 구성된 거대 구조물(bulk structure)와 다르며, 제조 방법 및 제조 환경 등에 따라서도 다른 물성을 나타내므로, 미세 시험편의 인장 및 피로 시험을 수행함으로써 정확한 물성을 평가할 방법이 요구된다.In recent years, with the development of the micro device industry and the flexible electronics industry, the tensile and fatigue test techniques of the micrometer specimens having the nanometer scale or the micrometer scale have been important. Since the physical properties of the fine test specimens are different from the bulk structure composed of the same material and exhibit different physical properties according to the manufacturing method and the manufacturing environment, a method of evaluating accurate physical properties by performing the tensile and fatigue tests of the fine test specimens is required. .

미세 시험편의 인장 및 피로 시험 중에서 난제 중 하나는 변형률 측정이다. 거대 시험편의 경우 시험편에 스트레인 게이지를 붙여서 변형률을 정확하게 측정할 수 있으나, 미세 시험편에서는 시험편의 크기가 스트레인 게이지보다 작은 경우가 많으므로 스트레인 게이지로는 정확한 변형률 측정이 어렵다. 따라서 비접촉식 측정 방법이 필요하다.One of the challenges during tensile and fatigue testing of micro test pieces is strain measurement. In the case of large specimens, the strain gauge can be accurately measured by attaching a strain gauge to the specimen, but in the case of fine specimens, the size of the specimen is often smaller than that of the strain gauge. Therefore, a non-contact measuring method is needed.

현재 개발된 미세 시험편의 변형률 측정 기술로는 레이저 간섭 변형률 게이지(Interferometric Strain/Displacement Gage, ISDG) 기술이 있다. 이 기술은 미세 시험편의 표면에 2개의 마커를 형성하고, 2개의 마커에 레이저광을 조사한다. 2개의 마커에서 회절된 레이저광은 간섭 무늬를 형성하며, 이 간섭 무늬를 해석함으로써 변형률 측정이 가능하다.The strain measurement technology of the currently developed micro specimens includes laser interferometric strain / displacement gage (ISDG) technology. This technique forms two markers on the surface of a micro test piece, and irradiates a laser beam to two markers. The laser light diffracted by the two markers forms an interference fringe, and strain analysis is possible by analyzing the interference fringe.

그러나 이 기술에서는 중앙처리장치(CPU)에서 간섭 무늬 영상을 처리해야 하므로 영상 처리에 상당한 시간이 소요된다. 예를 들어, 펜티엄 4 프로세서의 경우 초당 10회 내지 20회 수준으로 변위를 측정할 수 있다. 이러한 속도는 준정적(quasi-static) 상태에서 이루어지는 인장 시험에는 적용이 가능하지만, 변위 측정 속도가 초당 1,000회 이상이 되어야 하는 변위 제어 피로 시험의 경우 적용이 불가능한 한계가 있다.However, this technique requires a considerable time for image processing because the CPU must process an interference fringe image. For example, the Pentium 4 processor can measure displacements at levels of 10 to 20 times per second. These rates are applicable to tensile tests made in quasi-static conditions, but are not applicable to displacement controlled fatigue tests where displacement measurement speeds should be more than 1,000 times per second.

본 발명은 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일을 지닌 미세 시험편의 변형률 측정 장치에 있어서, 비접촉식으로 변형률을 측정하고, 고속으로 변형률 측정이 가능하며, 낮은 가격으로 제조되어 상용화에 유리한 변형률 측정 장치를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a strain measuring device for measuring a strain in a micro test piece having a nanometer scale or a micrometer scale, the strain can be measured in a non-contact manner, the strain can be measured at a high speed, it is manufactured at a low price advantageous for commercialization do.

본 발명의 일 실시예에 따른 변형률 측정 장치는 회절 격자가 형성된 미세 시험편에 하중을 인가하는 인장 및 피로 시험 설비에 적용되며, 회절 격자와 거리를 두고 미세 시험편의 일측에 위치하고 회절 격자를 향해 레이저광을 방출하는 광원과, 광원의 적어도 일측에 배치되며 회절 격자에 의해 반사된 레이저광을 제공받아 레이저광의 위치를 검출하는 적어도 하나의 광 센서와, 광원 및 광 센서와 연결되어 미세 시험편의 변형률을 연산하는 제어부를 포함한다.The strain measuring device according to an embodiment of the present invention is applied to a tensile and fatigue test facility for applying a load to a micro test piece having a diffraction grating, and is located on one side of the micro test piece at a distance from the diffraction grating and toward the diffraction grating. At least one optical sensor disposed on at least one side of the light source and receiving the laser light reflected by the diffraction grating to detect the position of the laser light, and connected to the light source and the optical sensor to calculate the strain of the micro test piece. It includes a control unit.

광원은 400nm 내지 800nm 파장의 레이저광을 방출할 수 있다. 광 센서는 포토 다이오드로 구성될 수 있다.The light source may emit laser light having a wavelength of 400 nm to 800 nm. The optical sensor may be composed of a photodiode.

미세 시험편은 제1 방향으로 하중을 인가받을 수 있다. 이 경우 광 센서는 제1 방향을 따라 광원의 일측에 배치된 제1 광 센서와, 광원의 다른 일측에 배치된 제2 광 센서를 포함할 수 있다.The micro test piece may be loaded in the first direction. In this case, the optical sensor may include a first optical sensor disposed on one side of the light source along the first direction and a second optical sensor disposed on the other side of the light source.

제1 광 센서와 제2 광 센서는 미세 시험편에 대해 광원과 같은 측에 위치할 수 있으며, 제1 광 센서와 제2 광 센서는 광원에 대해 같은 거리를 두고 배치될 수 있다.The first optical sensor and the second optical sensor may be positioned on the same side as the light source with respect to the micro test piece, and the first optical sensor and the second optical sensor may be disposed at the same distance with respect to the light source.

변형률 측정 장치는 미세 시험편과 광원 사이에 설치된 오목 거울을 더 포함할 수 있다. 이 경우 제1 광 센서와 제2 광 센서는 미세 시험편과 오목 거울 사이에 위치할 수 있다.The strain measuring device may further include a concave mirror provided between the micro test piece and the light source. In this case, the first optical sensor and the second optical sensor may be located between the micro test piece and the concave mirror.

오목 거울은 오목 거울의 초점 거리에 미세 시험편이 위치하도록 설치될 수 있다. 오목 거울은 광원과 마주하는 중앙에 개구부를 형성하여 광원에서 방출된 레이저광을 통과시킬 수 있다.The concave mirror may be installed such that the micro test piece is positioned at the focal length of the concave mirror. The concave mirror may form an opening in the center facing the light source to pass the laser light emitted from the light source.

다른 한편으로, 변형률 측정 장치는 미세 시험편을 기준으로 광원의 반대쪽에 설치된 오목 거울을 더 포함할 수 있다. 이 경우 제1 광 센서와 제2 광 센서는 미세 시험편과 오목 거울 사이에 위치할 수 있다. 오목 거울은 오목 거울의 초점 거리에 미세 시험편이 위치하도록 설치될 수 있다.On the other hand, the strain measuring device may further include a concave mirror installed on the opposite side of the light source based on the fine test piece. In this case, the first optical sensor and the second optical sensor may be located between the micro test piece and the concave mirror. The concave mirror may be installed such that the micro test piece is positioned at the focal length of the concave mirror.

변형률 측정 장치는 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 광원의 일측에 배치된 제3 광 센서와, 광원의 다른 일측에 배치된 제4 광 센서를 더 포함할 수 있다.The strain measuring apparatus may further include a third optical sensor disposed on one side of the light source along a second direction perpendicular to the first direction, and a fourth optical sensor disposed on the other side of the light source.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변형률 측정 장치는 회절 격자가 형성된 미세 시험편에 제1 방향을 따라 하중을 인가하는 인장 및 피로 시험 설비에 적용되며, 회절 격자와 거리를 두고 미세 시험편의 일측에 위치하고 회절 격자를 향해 레이저광을 방출하는 광원과, 제1 방향을 따라 광원의 적어도 일측에 배치되며 회절 격자에 의해 반사된 레이저광을 제공받아 레이저광의 위치를 검출하는 광 센서와, 광원 및 광 센서와 연결된 제어부를 포함한다. 제어부는 하기 수식 (1)에 의해 제1 방향에 따른 회절 격자의 간격(a)을 산출하며,The strain measuring device according to another embodiment of the present invention is applied to a tensile and fatigue test equipment for applying a load along a first direction to a micro test piece having a diffraction grating, and is located on one side of the micro test piece at a distance from the diffraction grating. A light sensor that emits laser light toward the diffraction grating, an optical sensor disposed on at least one side of the light source along the first direction, and receiving a laser light reflected by the diffraction grating to detect the position of the laser light; It includes a control unit connected. The controller calculates an interval a of the diffraction grating in the first direction by the following Equation (1),

Figure 112010063290207-pat00001
-- (1)
Figure 112010063290207-pat00001
-- (One)

하기 수식 (2)에 의해 제1 방향에 따른 미세 시험편의 변형률(ε)을 연산한다.The strain (ε) of the fine test piece in the first direction is calculated by the following equation (2).

Figure 112010063290207-pat00002
-- (2)
Figure 112010063290207-pat00002
-- (2)

여기서, λ는 레이저광의 파장, H는 미세 시험편에 대한 광 센서의 이격 거리, D1은 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, a0은 제1 시점에서 산출된 회절 격자의 간격, a1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 회절 격자의 간격을 나타낸다.Where λ is the wavelength of the laser light, H is the separation distance of the optical sensor relative to the micro test piece, D 1 is the position coordinate of the laser light detected by the optical sensor, a 0 is the spacing of the diffraction grating calculated at the first time point, and a 1 is The interval of the diffraction grating calculated from the first time point to the second time point is shown.

광 센서는 제1 방향을 따라 광원의 일측에 배치된 제1 광 센서와, 광원의 다른 일측에 배치된 제2 광 센서를 포함할 수 있다. 제어부는 제1 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 제2 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 레이저광의 위치 좌표(D1)를 산출할 수 있다.The optical sensor may include a first optical sensor disposed on one side of the light source along the first direction and a second optical sensor disposed on the other side of the light source. The controller may calculate the position coordinates D 1 of the laser light by obtaining an average of the position coordinates of the laser light measured by the first optical sensor and the position coordinates of the laser light measured by the second optical sensor.

변형률 측정 장치는 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 광원의 일측에 배치된 제3 광 센서와, 광원의 다른 일측에 배치된 제4 광 센서를 더 포함할 수 있다. 제어부는 하기 수식 (3)에 의해 제2 방향에 따른 회절 격자의 간격(b)을 산출하고,The strain measuring apparatus may further include a third optical sensor disposed on one side of the light source along a second direction perpendicular to the first direction, and a fourth optical sensor disposed on the other side of the light source. The controller calculates an interval b of the diffraction grating in the second direction by the following equation (3),

Figure 112010063290207-pat00003
-- (3)
Figure 112010063290207-pat00003
-(3)

하기 수식 (4)에 의해 제2 방향에 따른 미세 시험편의 변형률(ε')을 연산할 수 있다.By the following formula (4), the strain ε 'of the fine test piece in the second direction can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00004
-- (4)
Figure 112010063290207-pat00004
-- (4)

여기서, λ는 레이저광의 파장, H는 미세 시험편에 대한 제3 광 센서 및 제4 광 센서의 이격 거리, D2는 제3 광 센서 및 제4 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, b0은 제1 시점에서 산출된 회절 격자의 간격, b1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 회절 격자의 간격을 나타낸다.Where? Is the wavelength of the laser light, H is the separation distance between the third and fourth optical sensors relative to the fine test piece, D 2 is the position coordinate of the laser light detected by the third and fourth optical sensors, b 0 is An interval of the diffraction grating calculated at the first time point, b 1 represents an interval of the diffraction grating calculated at the second time point after the first time point.

제어부는 제3 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 제4 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 레이저광의 위치 좌표(D2)를 산출할 수 있다.The control unit may calculate the position coordinates D 2 of the laser light by obtaining an average of the position coordinates of the laser light measured from the third optical sensor and the position coordinates of the laser light measured from the fourth optical sensor.

제어부는 하기 수식 (5)에 의해 미세 시험편의 푸아송 비(υ)를 연산할 수 있다.The controller can calculate the Poisson's ratio (υ) of the fine test piece by the following formula (5).

Figure 112010063290207-pat00005
-- (5)
Figure 112010063290207-pat00005
-(5)

여기서, ε은 제1 방향에 따른 미세 시험편의 변형률이고, ε'는 제2 방향에 따른 미세 시험편의 변형률을 나타낸다.Is the strain of the micro test piece in the first direction, and ε 'represents the strain of the micro test piece in the second direction.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 변형률 측정 장치는 회절 격자가 형성된 미세 시험편에 제1 방향을 따라 하중을 인가하는 인장 및 피로 시험 설비에 적용되며, 회절 격자와 거리를 두고 미세 시험편의 일측에 위치하고 회절 격자를 향해 레이저광을 방출하는 광원과, 미세 시험편과 광원 사이 또는 미세 시험편을 기준으로 광원의 반대쪽에 설치되며 자신의 초점 거리에 미세 시험편이 위치하도록 설치된 오목 거울과, 미세 시험편과 오목 거울 사이에 배치되며 회절 격자와 오목 거울에 의해 순차적으로 반사된 레이저광을 제공받아 레이저광의 위치를 검출하는 광 센서와, 광원 및 광 센서와 연결된 제어부를 포함한다. 제어부는 하기 수식 (6)에 의해 제1 방향에 따른 회절 격자의 간격(a)을 산출하며,The strain measuring device according to another embodiment of the present invention is applied to a tensile and fatigue test equipment for applying a load along a first direction to a micro test piece having a diffraction grating, and is located on one side of the micro test piece at a distance from the diffraction grating. A light source emitting laser light toward the diffraction grating, a concave mirror installed between the micro test piece and the light source or opposite to the light source with respect to the micro test piece and positioned so that the micro test piece is positioned at its focal length, and between the micro test piece and the concave mirror And a light sensor which is disposed in and receives laser light sequentially reflected by a diffraction grating and a concave mirror, and detects a position of the laser light, and a light source and a controller connected to the light sensor. The controller calculates an interval a of the diffraction grating in the first direction by the following Equation (6),

Figure 112010063290207-pat00006
-- (6)
Figure 112010063290207-pat00006
-(6)

하기 수식 (7)에 의해 제1 방향에 따른 미세 시험편의 변형률(ε)을 연산한다.By the following formula (7), the strain (ε) of the fine test piece in the first direction is calculated.

Figure 112010063290207-pat00007
-- (7)
Figure 112010063290207-pat00007
-(7)

여기서, λ는 레이저광의 파장, f는 오목 거울의 초점 거리, D1은 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, a0은 제1 시점에서 산출된 회절 격자의 간격, a1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 회절 격자의 간격을 나타낸다.Where λ is the wavelength of the laser light, f is the focal length of the concave mirror, D 1 is the position coordinate of the laser light detected by the optical sensor, a 0 is the spacing of the diffraction grating calculated at the first time point, and a 1 is after the first time point. The interval of the diffraction grating calculated at the second time point is shown.

미세 시험편이 불투명할 때 오목 거울은 미세 시험편과 광원 사이에 위치할 수 있으며, 광원과 마주하는 중앙에 개구부를 형성하여 광원에서 방출된 레이저광을 통과시킬 수 있다. 다른 한편으로, 미세 시험편이 투명할 때 오목 거울은 미세 시험편을 기준으로 광원의 반대쪽에 설치될 수 있다.When the micro test piece is opaque, the concave mirror may be positioned between the micro test piece and the light source, and may form an opening in the center facing the light source to pass the laser light emitted from the light source. On the other hand, when the micro test piece is transparent, the concave mirror may be installed on the opposite side of the light source relative to the micro test piece.

광 센서는 제1 방향을 따라 광원의 일측에 배치된 제1 광 센서와, 광원의 다른 일측에 배치된 제2 광 센서를 포함할 수 있다. 제어부는 제1 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 제2 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 레이저광의 위치 좌표(D1)를 산출할 수 있다.The optical sensor may include a first optical sensor disposed on one side of the light source along the first direction and a second optical sensor disposed on the other side of the light source. The controller may calculate the position coordinates D 1 of the laser light by obtaining an average of the position coordinates of the laser light measured by the first optical sensor and the position coordinates of the laser light measured by the second optical sensor.

변형률 측정 장치는 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 광원의 일측에 배치된 제3 광 센서와, 광원의 다른 일측에 배치된 제4 광 센서를 더 포함할 수 있다. 제어부는 하기 수식 (8)에 의해 제2 방향에 따른 회절 격자의 간격(b)을 산출하고,The strain measuring apparatus may further include a third optical sensor disposed on one side of the light source along a second direction perpendicular to the first direction, and a fourth optical sensor disposed on the other side of the light source. The controller calculates an interval b of the diffraction grating in the second direction by the following Equation (8),

Figure 112010063290207-pat00008
-- (8)
Figure 112010063290207-pat00008
-- (8)

하기 수식 (9)에 의해 제2 방향에 따른 미세 시험편의 변형률(ε')을 연산할 수 있다.By the following formula (9), the strain ε 'of the fine test piece in the second direction can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00009
-- (9)
Figure 112010063290207-pat00009
-(9)

여기서, λ는 레이저광의 파장, f는 오목 거울의 초점 거리, D2는 제3 광 센서 및 제4 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, b0은 제1 시점에서 산출된 회절 격자의 간격, b1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 회절 격자의 간격을 나타낸다.Where? Is the wavelength of the laser light, f is the focal length of the concave mirror, D 2 is the position coordinate of the laser light detected by the third and fourth optical sensors, b 0 is the spacing of the diffraction grating calculated at the first time point, b 1 represents the interval of the diffraction grating calculated from the second time point after the first time point.

제어부는 제3 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 제4 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 레이저광의 위치 좌표(D2)를 산출할 수 있다.The control unit may calculate the position coordinates D 2 of the laser light by obtaining an average of the position coordinates of the laser light measured from the third optical sensor and the position coordinates of the laser light measured from the fourth optical sensor.

제어부는 하기 수식 (10)에 의해 미세 시험편의 푸아송 비(υ)를 연산할 수 있다.The control unit can calculate the Poisson's ratio (υ) of the fine test piece by the following formula (10).

Figure 112010063290207-pat00010
-- (10)
Figure 112010063290207-pat00010
-(10)

여기서, ε은 제1 방향에 따른 미세 시험편의 변형률이고, ε'는 제2 방향에 따른 미세 시험편의 변형률을 나타낸다.Is the strain of the micro test piece in the first direction, and ε 'represents the strain of the micro test piece in the second direction.

광원은 400nm 내지 800nm 파장의 레이저광을 방출할 수 있고, 광 센서는 포토 다이오드로 구성될 수 있다.The light source may emit laser light having a wavelength of 400 nm to 800 nm, and the optical sensor may be configured as a photo diode.

변형률 측정 장치는 단순한 광학 구성을 가지며, 단순한 수식 계산을 통해 고속으로 변형률을 측정할 수 있다. 그리고 낮은 가격으로 제조가 가능하므로 상용화에 유리하다. 또한, 변형률 측정 장치는 레이저 간섭 변형률 게이지(ISDG)보다 높은 변형률 측정 분해능을 가진다.The strain measuring device has a simple optical configuration and can measure strain at high speed through simple mathematical calculations. And since it can be manufactured at a low price, it is advantageous for commercialization. In addition, the strain measuring device has a higher strain measurement resolution than the laser interference strain gauge (ISDG).

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 미세 시험편의 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a strain measuring device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic perspective view of the micro test piece shown in FIG. 1. FIG.
3 is a block diagram of a strain measuring device according to a second embodiment of the present invention.
4 is a configuration diagram of a strain measuring apparatus according to a third exemplary embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a strain measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 미세 시험편의 개략적인 사시도이다.1 is a configuration diagram of a strain measuring device according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic perspective view of the fine test piece shown in FIG.

도 1과 도 2를 참고하면, 제1 실시예의 변형률 측정 장치(100)는 나노미터 스케일 또는 마이크로미터 스케일을 지닌 미세 시험편(11)의 인장 및 피로 시험 설비에 장착되어 미세 시험편(11)의 변형률을 측정하는데 사용된다. 이때 나노미터 스케일은 1nm 이상 1,000nm 미만의 크기에 속하는 범위를 의미하고, 마이크로미터 스케일은 1㎛ 이상 1,000㎛ 미만의 크기에 속하는 범위를 의미한다.1 and 2, the strain measuring apparatus 100 of the first embodiment is mounted on the tensile and fatigue testing equipment of the micro test piece 11 having a nanometer scale or a micrometer scale to measure the strain of the micro test piece 11. Used to measure In this case, the nanometer scale means a range belonging to a size of 1 nm or more and less than 1,000 nm, and the micrometer scale means a range belonging to a size of 1 μm or more and less than 1,000 μm.

인장 및 피로 시험 설비는 미세 시험편(11)을 지지하는 한 쌍의 그립과, 미세 시험편(11)에 인장 하중 또는 압축 하중을 인가하는 작동기 등으로 구성될 수 있다. 인장 및 피로 시험 설비의 구성은 특정한 예에 한정되지 않으며, 도 1에서는 편의상 인장 및 피로 시험 설비의 도시를 생략하였다.The tensile and fatigue test facility may be composed of a pair of grips for supporting the micro test piece 11, an actuator for applying a tensile load or a compressive load to the micro test piece 11, and the like. The configuration of the tensile and fatigue testing equipment is not limited to a specific example, and the illustration of the tensile and fatigue testing equipment is omitted for convenience.

미세 시험편(11)의 일면에는 선 모양의 회절 격자(12)가 형성된다. 회절 격자(12)는 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 선들로 이루어진다. 복수의 선들은 같은 폭과 같은 간격으로 형성되어 선들의 중심간 거리(a)가 모두 같도록 한다. 회절 격자(12)는 금속으로 형성될 수 있으며, 스크린 인쇄법, 나노 임프린트법, 전사법, 또는 식각법 등 다양한 패턴 형성 방법이 적용될 수 있다.On one surface of the fine test piece 11, a linear diffraction grating 12 is formed. The diffraction grating 12 consists of a plurality of lines arranged side by side with a distance from each other. The plurality of lines are formed at the same width and at the same interval so that the distances a between the centers of the lines are all the same. The diffraction grating 12 may be formed of a metal, and various pattern forming methods, such as a screen printing method, a nano imprint method, a transfer method, or an etching method, may be applied.

미세 시험편(11)은 어느 한 방향으로 긴 막대 형상일 수 있다. 이 경우 미세 시험편(11)에 장축(도면의 x축)과 단축(도면의 y축)이 설정된다. 인장 하중과 압축 하중은 미세 시험편(11)의 장축 방향으로 가해지거나 단축 방향으로 가해질 수 있다. 도 1에서는 미세 시험편(11)의 장축 방향을 따라 인장 하중이 가해지는 경우를 예로 들어 도시하였다.The fine test piece 11 may have a long rod shape in either direction. In this case, the long axis (x-axis of the figure) and the short axis (y-axis of the figure) are set to the fine test piece 11. The tensile load and the compressive load may be applied in the long axis direction or the short axis direction of the micro test piece 11. In FIG. 1, a case where a tensile load is applied along the major axis direction of the fine test piece 11 is illustrated as an example.

회절 격자(12)를 구성하는 복수의 선들은 하중 인가 방향을 따라 서로간 거리를 두고 반복 배열되며, 각각의 선은 하중 인가 방향과 직교한다. 도 1 및 도 2와 같이 장축 방향(x축 방향)에 따른 미세 시험편(11)의 변형률을 측정하고자 하는 경우, 회절 격자(12)의 선들 각각은 단축 방향(y축 방향)과 나란하며, 장축 방향을 따라 서로간 거리를 두고 반복 배열된다.The plurality of lines constituting the diffraction grating 12 are repeatedly arranged at a distance from each other along the load application direction, and each line is orthogonal to the load application direction. 1 and 2, when the strain of the fine test piece 11 along the major axis direction (x axis direction) is to be measured, each of the lines of the diffraction grating 12 is parallel with the minor axis direction (y axis direction), Repeatedly arranged at a distance from each other along the direction.

회절 격자(12)를 구성하는 선들의 중심간 거리(a)(이하, 편의상 '회절 격자의 간격'이라 한다)는 미세 시험편(11)에 가해지는 하중에 따라 변한다. 즉 미세 시험편(11)에 인장 하중이 가해지면 회절 격자(12)의 간격(a)은 커지고, 압축 하중이 가해지면 회절 격자(12)의 간격(a)은 작아진다.The distance a between centers (a) of the lines constituting the diffraction grating 12 (hereinafter referred to as 'gap of the diffraction gratings' for convenience) varies depending on the load applied to the fine test piece 11. That is, when a tensile load is applied to the fine test piece 11, the space | interval a of the diffraction grating 12 becomes large, and when the compression load is applied, the space | interval a of the diffraction grating 12 becomes small.

따라서 소정의 시간 차를 두고 회절 격자(12)의 간격(a)을 2번 측정하면, 두 측정값의 변화량을 변형 전의 측정값으로 나누어 미세 시험편(11)의 변형률을 산출할 수 있다.Therefore, if the interval a of the diffraction grating 12 is measured twice with a predetermined time difference, the strain of the fine test piece 11 can be calculated by dividing the change amount of the two measured values by the measured value before deformation.

제1 실시예의 변형률 측정 장치(100)는 회절 격자(12)와 거리를 두고 미세 시험편(11)의 일측에 위치하는 광원(20)과, 광원(20)의 적어도 일측에 배치된 적어도 하나의 광 센서(21, 22)와, 광원(20) 및 광 센서(21, 22)와 연결된 제어부(30)를 포함한다. 광 센서(21, 22)는 광원(20)의 일측에 배치된 제1 광 센서(21)와, 광원(20)의 다른 일측에 배치된 제2 광 센서(22)를 포함할 수 있다.The strain measuring apparatus 100 of the first embodiment includes a light source 20 positioned on one side of the micro test piece 11 at a distance from the diffraction grating 12, and at least one light disposed on at least one side of the light source 20. The sensor 21 and 22, and the control unit 30 connected to the light source 20 and the light sensors 21 and 22 are included. The optical sensors 21 and 22 may include a first optical sensor 21 disposed on one side of the light source 20 and a second optical sensor 22 disposed on the other side of the light source 20.

광원(20)은 회절 격자(12)와 마주하며, 회절 격자(12)를 향해 레이저광을 방출한다. 레이저광은 400nm 내지 800nm 파장의 가시광 또는 적외선 계열일 수 있다. 레이저광의 파장이 400nm보다 작거나 800nm보다 크면 이러한 레이저광을 검출하는 광 센서의 가격이 높아질 뿐만 아니라 광원 자체의 가격도 고가이므로 제작 비용이 상승한다.The light source 20 faces the diffraction grating 12 and emits laser light toward the diffraction grating 12. The laser light may be visible or infrared light with a wavelength of 400 nm to 800 nm. If the wavelength of the laser light is smaller than 400 nm or larger than 800 nm, not only the price of the optical sensor for detecting the laser light is increased but also the cost of the light source itself is high, thus increasing the manufacturing cost.

제1 및 제2 광 센서(21, 22)는 미세 시험편(11)의 하중 인가 방향(x축 방향)을 따라 광원(20)의 양측에 위치한다. 제1 및 제2 광 센서(21, 22)는 광원(20)에 대해 같은 거리를 두고 배치된다.The first and second optical sensors 21 and 22 are located on both sides of the light source 20 along the load application direction (x-axis direction) of the fine test piece 11. The first and second optical sensors 21 and 22 are disposed at the same distance with respect to the light source 20.

제1 및 제2 광 센서(21, 22)는 입사된 빛의 위치를 감지하는 센서로서 포토 다이오드(photo diode)로 구성될 수 있다. 포토 다이오드는 그 표면에 빛이 도달하면 빛의 위치에 따라 일정한 전압 신호를 발생한다.The first and second optical sensors 21 and 22 may be configured as photodiodes as sensors for detecting the position of incident light. The photodiode generates a constant voltage signal depending on the position of the light when it reaches the surface.

광원(20)에서 회절 격자(12)를 향해 레이저광을 조사하면, 회절 격자(12)의 간격(a)에 따라 레이저광이 일정한 각도로 반사되어 제1 및 제2 광 센서(21, 22)에 도달한다.When the laser light is irradiated from the light source 20 toward the diffraction grating 12, the laser light is reflected at a constant angle according to the distance a of the diffraction grating 12, so that the first and second optical sensors 21 and 22 are exposed. To reach.

도 1에서 미세 시험편(11)에 대한 제1 및 제2 광 센서(21, 22)의 이격 거리를 H로 표시하였고, 광원(20)을 기준으로 회절 격자(12)에서 반사된 레이저광이 제1 및 제2 광 센서(21, 22)에 도달한 위치(좌표)를 D로 표시하였다. 그리고 회절 격자(12)에서 반사된 레이저광의 반사각을 θ로 표시하였다.In FIG. 1, the separation distances of the first and second optical sensors 21 and 22 with respect to the micro test piece 11 are denoted by H, and the laser light reflected from the diffraction grating 12 with respect to the light source 20 is generated. The position (coordinate) which reached the 1st and 2nd optical sensors 21 and 22 is represented by D. FIG. The angle of reflection of the laser light reflected by the diffraction grating 12 is represented by θ.

제1 및 제2 광 센서(21, 22)는 입사된 레이저광의 위치에 따라 전압 신호를 발생하므로 제어부(30)는 이 전압 신호로부터 제1 및 제2 광 센서(21, 22)에 도달한 레이저광의 좌표(D)를 바로 측정할 수 있다. 이때 제어부(30)는 제1 광 센서(21)로부터 측정된 레이저광의 좌표값과 제2 광 센서(22)로부터 측정된 레이저광 좌표값의 평균을 구해서 레이저광의 측정 좌표(D)를 산출할 수 있다.Since the first and second optical sensors 21 and 22 generate a voltage signal according to the position of the incident laser light, the controller 30 reaches the first and second optical sensors 21 and 22 from the voltage signal. The coordinates (D) of the light can be measured directly. In this case, the controller 30 may calculate the average of the laser light coordinate values measured by the first optical sensor 21 and the laser light coordinate values measured by the second optical sensor 22 to calculate the measurement coordinates D of the laser light. have.

그리고 제어부(30)는 미리 설정된 레이저광의 파장(λ)과, 미리 설정된 미세 시험편(11)에 대한 제1 및 제2 광 센서(21, 22)의 이격 거리(H)와, 측정된 레이저광의 좌표(D)를 이용하여 하기 수학식 1로부터 유도된 수학식 2에 의해 회절 격자(12)의 간격(a)를 연산할 수 있다.In addition, the controller 30 sets a predetermined wavelength λ of the laser light, a separation distance H of the first and second optical sensors 21 and 22 with respect to the predetermined fine test piece 11, and coordinates of the measured laser light. Using (D), the interval a of the diffraction grating 12 may be calculated by Equation 2 derived from Equation 1 below.

Figure 112010063290207-pat00011
Figure 112010063290207-pat00011

Figure 112010063290207-pat00012
Figure 112010063290207-pat00012

제1 시점에서 산출된 회절 격자(12)의 간격을 a0라 하고, 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 회절 격자(12)의 간격을 a1이라 하면, 하기 수학식 3으로부터 미세 시험편(11)의 변형률(ε)을 산출할 수 있다.When the spacing of the diffraction grating 12 calculated at the first time point is a 0 and the spacing of the diffraction grating 12 calculated at the second time point after the first time point is a 1 , the fine test piece ( The strain ε of 11) can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00013
Figure 112010063290207-pat00013

전술한 제어부(30)의 산술 연산은 매우 간단하므로 고속으로 회절 격자(12)의 간격(a)을 측정할 수 있다. 예를 들어, 펜티엄 4 프로세서의 경우 초당 10,000번 이상으로 회절 격자(12)의 간격(a)을 측정할 수 있다. 그리고 이 경우 초당 1,000회 이상 미세 시험편(11)의 변형률(ε)을 측정할 수 있다.Since the arithmetic calculation of the control part 30 mentioned above is very simple, the space | interval a of the diffraction grating 12 can be measured at high speed. For example, the Pentium 4 processor can measure the spacing a of the diffraction grating 12 at more than 10,000 times per second. And in this case, the strain (ε) of the fine test piece 11 can be measured at least 1,000 times per second.

제1 실시예의 변형률 측정 장치(100)는 단순한 광학 구성을 가지며, 단순한 수식 계산을 통해 고속으로 변형률을 측정할 수 있다. 통상의 포토 다이오드는 초당 백만회 이상 측정이 가능하며 낮은 가격으로 보편화되어 있다. 따라서 제1 실시예의 변형률 측정 장치(100)는 낮은 가격으로 제작 가능하므로 상용화에 유리하다.The strain measurement apparatus 100 of the first embodiment has a simple optical configuration and can measure the strain rate at high speed through simple equation calculation. Conventional photodiodes measure more than a million times per second and are commonplace at lower prices. Therefore, since the strain measuring apparatus 100 of the first embodiment can be manufactured at a low price, it is advantageous for commercialization.

한편, 도 1에서는 광원(20)의 양측에 2개의 광 센서(21, 22)가 위치하는 것으로 도시하였으나, 광원(20)의 어느 한쪽에 하나의 광 센서가 위치하는 경우도 가능하다. 그러나 광원(20)의 양측에 2개의 광 센서(21, 22)를 배치하는 경우 제1 광 센서(21)와 제2 광 센서(22)의 오차를 상쇄시킬 수 있으므로 미세 시험편(11)의 변형률을 보다 정확하게 측정하는데 유리하다.In FIG. 1, two optical sensors 21 and 22 are positioned on both sides of the light source 20, but one optical sensor may be positioned on either side of the light source 20. However, when the two optical sensors 21 and 22 are disposed on both sides of the light source 20, the strain between the first and second optical sensors 21 and 22 may be offset. It is advantageous to measure the more accurately.

또한, 도 1에서는 미세 시험편(11)에 인장 하중이 인가되어 인장 변형률을 측정하는 경우를 도시하였으나, 압축 하중이 가해지는 경우에도 전술한 것과 동일한 과정으로 변형률(압축 변형률)을 측정할 수 있다.In addition, although FIG. 1 illustrates a case where a tensile load is applied to the micro test piece 11 to measure the tensile strain, even when a compressive load is applied, the strain (compression strain) can be measured by the same process as described above.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이다.3 is a block diagram of a strain measuring device according to a second embodiment of the present invention.

도 3을 참고하면, 제2 실시예의 변형률 측정 장치(200)는 미세 시험편(11)과 광원(20) 사이에 오목 거울(40)이 추가됨과 동시에 제1 및 제2 광 센서(21, 22)가 미세 시험편(11)과 오목 거울(40) 사이에 위치하는 구성을 제외하고 전술한 제1 실시예의 변형률 측정 장치와 유사한 구조로 이루어진다. 제1 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.Referring to FIG. 3, in the strain measuring apparatus 200 of the second embodiment, the concave mirror 40 is added between the micro test piece 11 and the light source 20, and the first and second optical sensors 21 and 22 are added. Has a structure similar to the strain measuring apparatus of the first embodiment described above except for the configuration located between the fine test piece 11 and the concave mirror 40. The same reference numerals are used for the same members as in the first embodiment.

오목 거울(40)은 반구형 거울일 수 있으며, 미세 시험편(11)을 향해 오목하게 배치된다. 레이저광이 반사되는 미세 시험편(11)의 표면, 즉 회절 격자(12)가 형성된 미세 시험편(11)의 표면은 오목 거울(40)의 초점 거리에 위치한다. 이때 광원(20)이 오목 거울(40)의 바깥에 위치하므로, 오목 거울(40)은 광원(20)과 마주하는 중앙에 개구부를 형성하여 광원(20)에서 방출된 레이저광을 통과시킨다.The concave mirror 40 may be a hemispherical mirror and is concavely disposed toward the micro test piece 11. The surface of the micro test piece 11 on which the laser light is reflected, that is, the surface of the micro test piece 11 on which the diffraction grating 12 is formed, is located at the focal length of the concave mirror 40. At this time, since the light source 20 is located outside the concave mirror 40, the concave mirror 40 forms an opening in the center facing the light source 20 to pass the laser light emitted from the light source 20.

제1 및 제2 광 센서(21, 22)는 제1 실시예와 동일하게 하중 인가 방향(도 3의 가로 방향)을 따라 광원(20)의 좌우 양측에 배치되나, 광원(20)에서 방출된 레이저광의 진행 방향(도 3의 세로 방향)을 따라서는 오목 거울(40)의 내측에서 미세 시험편(11)과 오목 거울(40) 사이에 위치한다.The first and second optical sensors 21 and 22 are disposed on both left and right sides of the light source 20 along the load application direction (horizontal direction in FIG. 3) as in the first embodiment, but are emitted from the light source 20. It is located between the fine test piece 11 and the concave mirror 40 inside the concave mirror 40 along the advancing direction (the longitudinal direction of FIG. 3) of a laser beam.

회절 격자(12)에 의해 반사된 레이저광은 오목 거울(40)에 의해 반사되어 제1 및 제2 광 센서(21, 22)로 향한다. 이때 미세 시험편(11)이 오목 거울(40)의 초점 거리에 위치함에 따라, 광원(20)에서 방출된 레이저광의 경로와, 오목 거울(40)에 의해 반사되어 제1 및 제2 광 센서(21, 22)로 향하는 레이저광의 경로는 평행하다.The laser light reflected by the diffraction grating 12 is reflected by the concave mirror 40 and directed to the first and second optical sensors 21, 22. At this time, as the fine test piece 11 is located at the focal length of the concave mirror 40, the path of the laser light emitted from the light source 20 and the first and second optical sensors 21 reflected by the concave mirror 40 are reflected. , The path of laser light directed at 22) is parallel.

제1 및 제2 광 센서(21, 22)는 입사된 레이저광의 위치에 따라 전압 신호를 발생하므로, 제어부(30)는 이 전압 신호로부터 제1 및 제2 광 센서(21, 22)에 도달한 레이저광의 좌표(D)를 측정할 수 있다. 그리고 도 3에 도시한 변형률 측정 장치(200)의 도식으로부터 하기 수학식 4를 유도할 수 있으며, 제어부(30)는 수학식 4로부터 유도된 수학식 5에 의해 회절 격자(12)의 간격(a)을 산출할 수 있다.Since the first and second optical sensors 21 and 22 generate a voltage signal according to the position of the incident laser light, the controller 30 reaches the first and second optical sensors 21 and 22 from the voltage signal. The coordinate D of the laser beam can be measured. In addition, the following Equation 4 may be derived from the schematic of the strain measuring apparatus 200 shown in FIG. 3, and the controller 30 may determine a distance a of the diffraction grating 12 by Equation 5 derived from Equation 4 below. ) Can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00014
Figure 112010063290207-pat00014

Figure 112010063290207-pat00015
Figure 112010063290207-pat00015

수학식 4와 수학식 5에서 λ는 레이저광의 파장이고, θ는 회절 격자(12)에서 반사된 레이저광의 반사각이며, f는 오목 거울(40)의 초점 거리를 나타낸다.In Equations 4 and 5, λ is the wavelength of the laser light, θ is the reflection angle of the laser light reflected from the diffraction grating 12, and f is the focal length of the concave mirror 40.

그리고 소정의 시간 차를 두고 회절 격자(12)의 간격(a)을 연속으로 측정함으로써 전술한 수학식 3을 이용하여 미세 시험편(11)의 변형률(ε)을 산출할 수 있다.Then, by measuring the interval a of the diffraction grating 12 continuously with a predetermined time difference, the strain ε of the fine test piece 11 can be calculated using the above equation (3).

제2 실시예의 경우 전술한 제1 실시예 대비 회절 격자(12)의 간격(a) 산출을 위한 계산식(수학식 4)에서 제곱근이 생략되었다. 따라서 제2 실시예의 변형률 측정 장치(200)에서는 제1 실시예 대비 계산식이 단순화되어 제곱근 계산이 필요 없으므로, 제어부(30)의 계산 시간을 효과적으로 단축시킬 수 있다.In the case of the second embodiment, the square root is omitted from the calculation formula (Equation 4) for calculating the interval a of the diffraction grating 12 compared to the above-described first embodiment. Therefore, in the strain measuring apparatus 200 of the second embodiment, since the calculation formula is simplified compared to the first embodiment and the square root calculation is not necessary, the calculation time of the controller 30 can be shortened effectively.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이다.4 is a configuration diagram of a strain measuring apparatus according to a third exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참고하면, 제3 실시예의 변형률 측정 장치(300)는 제1 및 제2 광 센서(21, 22)와 오목 거울(40)이 미세 시험편(11)을 기준으로 광원(20)의 반대쪽에 위치하는 것을 제외하고 전술한 제2 실시예의 변형률 측정 장치와 유사한 구성으로 이루어진다. 제2 실시예와 같은 부재에 대해서는 같은 도면 부호를 사용한다.Referring to FIG. 4, in the strain measuring apparatus 300 of the third embodiment, the first and second optical sensors 21 and 22 and the concave mirror 40 are opposite to the light source 20 based on the micro test piece 11. A configuration similar to that of the strain measuring apparatus of the above-described second embodiment except for being located at. The same reference numerals are used for the same members as in the second embodiment.

제3 실시예의 변형률 측정 장치(300)는 투명한 미세 시험편(11)의 변형률 측정을 위한 것으로서, 미세 시험편(11)은 인듐주석 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 폴리머, 및 투명 반도체 등 투명한 물질로 형성된다.The strain measuring apparatus 300 of the third embodiment is for measuring strain of the transparent fine test piece 11, and the fine test piece 11 is formed of a transparent material such as indium tin oxide, silicon oxide, silicon nitride, a polymer, and a transparent semiconductor. do.

광원(20)을 향한 미세 시험편(11)의 한쪽 면을 제1 표면이라 하고, 광원(20)의 반대쪽 면을 제2 표면이라 하면, 오목 거울(40)은 제2 표면의 외측에서 제2 표면을 향해 오목하게 위치한다. 그리고 제2 표면과 오목 거울(40) 사이에 제1 및 제2 광 센서(21, 22)가 위치하며, 미세 시험편(11)은 오목 거울(40)의 초점 거리에 위치한다.If one side of the micro test piece 11 facing the light source 20 is called the first surface, and the opposite side of the light source 20 is the second surface, the concave mirror 40 has a second surface from the outside of the second surface. Is concave towards. The first and second optical sensors 21 and 22 are positioned between the second surface and the concave mirror 40, and the micro test piece 11 is positioned at the focal length of the concave mirror 40.

미세 시험편(11)이 투명하므로 회절 격자(12)는 제1 표면과 제2 표면 중 어느쪽 면에 형성되어도 무방하다. 도 4에서는 제1 표면에 회절 격자(12)가 형성된 경우를 예로 들어 도시하였다. 회절 격자(12)에 의한 회절 효과는 미세 시험편(11)이 투명한 경우에도 동일하며, 회절 격자(12)의 간격(a)에 따라 레이저광의 회절 각도가 변한다. 제3 실시예의 변형률 측정 방법은 전술한 제2 실시예에서 설명한 과정과 동일하다.Since the fine test piece 11 is transparent, the diffraction grating 12 may be formed on either of the first surface and the second surface. In FIG. 4, the diffraction grating 12 is formed on the first surface as an example. The diffraction effect by the diffraction grating 12 is the same also when the fine test piece 11 is transparent, and the diffraction angle of a laser beam changes with the space | interval a of the diffraction grating 12. As shown in FIG. The strain measuring method of the third embodiment is the same as the procedure described in the above-described second embodiment.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 변형률 측정 장치의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a strain measuring device according to a fourth embodiment of the present invention.

도 5를 참고하면, 제4 실시예의 변형률 측정 장치(400)는 미세 시험편(11)의 하중 인가 방향과 수직한 방향을 따라 광원(20)의 적어도 일측에 적어도 하나의 광 센서가 추가된 것을 제외하고 전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예 중 어느 한 실시예의 변형률 측정 장치와 유사한 구성으로 이루어진다.Referring to FIG. 5, in the strain measuring apparatus 400 of the fourth exemplary embodiment, at least one optical sensor is added to at least one side of the light source 20 in a direction perpendicular to the load application direction of the micro test piece 11. And a configuration similar to the strain measuring device of any of the first to third embodiments described above.

미세 시험편(11)의 하중 인가 방향을 제1 방향(도 5의 x축 방향)이라 하고, 제1 방향과 수직한 방향을 제2 방향(도 5의 y축 방향)이라 하면, 제4 실시예의 변형률 측정 장치(400)는 제2 방향을 따라 광원(20)의 일측에 배치된 제3 광 센서(23)와, 광원(20)의 다른 일측에 배치된 제4 광 센서(24)를 포함할 수 있다.When the load application direction of the fine test piece 11 is called a 1st direction (x-axis direction of FIG. 5), and the direction perpendicular | vertical to a 1st direction is 2nd direction (y-axis direction of FIG. 5), The strain measuring apparatus 400 may include a third optical sensor 23 disposed on one side of the light source 20 along the second direction, and a fourth optical sensor 24 disposed on the other side of the light source 20. Can be.

미세 시험편(11)에 형성되는 회절 격자(120)는 제1 방향 및 제2 방향을 따라 서로간 거리를 두고 나란히 배열된 복수의 점들로 이루어진다. 도 5에서 제1 방향에 따른 점들의 중심간 거리를 a로 표시하였고, 제2 방향에 따른 점들의 중심간 거리를 b로 표시하였다. 편의상 a를 제1 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격이라 하고, b를 제2 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격이라 한다.The diffraction grating 120 formed on the fine test piece 11 is composed of a plurality of points arranged side by side at a distance from each other along the first direction and the second direction. In FIG. 5, the distance between the centers of the points along the first direction is denoted by a, and the distance between the centers of the points along the second direction is denoted by b. For convenience, a is referred to as an interval of the diffraction grating 120 in the first direction, and b is referred to as an interval of the diffraction grating 120 in the second direction.

도 5에서 광원(20)은 회절 격자(120)의 중앙과 소정의 거리를 두고 이와 마주하도록 위치한다.In FIG. 5, the light source 20 is positioned to face the center of the diffraction grating 120 at a predetermined distance.

전술한 제1 실시예 내지 제3 실시예에서는 미세 시험편(11)의 한 방향에 따른 인장 변형률 또는 압축 변형률 측정이 가능하다. 제4 실시예에서는 제2 방향을 따라 제3 및 제4 광 센서(23, 24)를 추가 배치함으로써 제1 방향과 제2 방향 모두에서 동시에 변형률 측정이 가능해진다.In the above-described first to third embodiments, it is possible to measure tensile strain or compressive strain in one direction of the micro test piece 11. In the fourth embodiment, the strain measurement can be simultaneously performed in both the first and second directions by further disposing the third and fourth optical sensors 23 and 24 along the second direction.

전술한 제1 실시예의 구조에 제3 광 센서(23)와 제4 광 센서(24)가 추가된 경우, 제어부(30)는 제1 및 제2 광 센서(21, 22)를 이용하여 하기 수학식 6에 의해 제1 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격(a)을 산출하고, 전술한 수학식 3에 의해 제1 방향에 따른 변형률(예를 들어 인장 변형률)(ε)을 연산할 수 있다.When the third optical sensor 23 and the fourth optical sensor 24 are added to the structure of the above-described first embodiment, the controller 30 uses the first and second optical sensors 21 and 22 to perform the following math. The interval a of the diffraction grating 120 in the first direction is calculated by Equation 6, and the strain (for example, tensile strain) ε in the first direction can be calculated by the above equation (3). have.

Figure 112010063290207-pat00016
Figure 112010063290207-pat00016

여기서, D1은 제1 광 센서(21) 및 제2 광 센서(22)에서 검출된 레이저광의 위치 좌표를 나타낸다.Here, D 1 represents the position coordinates of the laser light detected by the first optical sensor 21 and the second optical sensor 22.

이와 동시에 제어부(30)는 제3 및 제4 광 센서(23, 24)를 이용하여 하기 수학식 7에 의해 제2 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격(b)을 산출하고, 하기 수학식 8에 의해 제2 방향에 따른 변형률(예를 들어 압축 변형률)(ε')을 연산할 수 있다.At the same time, the controller 30 calculates the interval b of the diffraction grating 120 along the second direction by using Equation 7 using the third and fourth optical sensors 23 and 24, and By 8, the strain (for example, compressive strain) ε 'along the second direction can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00017
Figure 112010063290207-pat00017

Figure 112010063290207-pat00018
Figure 112010063290207-pat00018

여기서, D2는 제3 광 센서(23) 및 제4 광 센서(24)에서 검출된 레이저광의 위치 좌표이고, b0는 제1 시점에서 산출된 제2 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격이며, b1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 제2 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격을 나타낸다.Here, D 2 is a position coordinate of the laser light detected by the third optical sensor 23 and the fourth optical sensor 24, and b 0 is an interval of the diffraction grating 120 along the second direction calculated at the first time point. And b 1 represents the interval of the diffraction grating 120 along the second direction calculated from the second time point after the first time point.

다른 한편으로, 전술한 제2 실시예 및 제3 실시예의 구조에 제3 광 센서(23)와 제4 광 센서(24)가 추가된 경우, 제어부(30)는 제1 및 제2 광 센서(21, 22)를 이용하여 하기 수학식 9에 의해 제1 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격(a)을 산출하고, 전술한 수학식 3에 의해 제1 방향에 따른 변형률(예를 들어 인장 변형률)(ε)을 연산할 수 있다.On the other hand, when the third optical sensor 23 and the fourth optical sensor 24 are added to the structures of the above-described second and third embodiments, the controller 30 controls the first and second optical sensors ( 21, 22) to calculate the interval (a) of the diffraction grating 120 in the first direction by the following equation (9), and the strain (for example tensile) in the first direction by the above equation (3) Strain (ε) can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00019
Figure 112010063290207-pat00019

여기서, λ는 레이저광의 파장이고, f는 오목 거울(40)의 초점 거리이며, D1은 제1 광 센서(21) 및 제2 광 센서(22)에서 검출된 레이저광의 위치 좌표를 나타낸다.Is the wavelength of the laser light, f is the focal length of the concave mirror 40, and D 1 represents the position coordinates of the laser light detected by the first optical sensor 21 and the second optical sensor 22.

이와 동시에 제어부(30)는 제3 및 제4 광 센서(23, 24)를 이용하여 하기 수학식 10에 의해 제2 방향에 따른 회절 격자(120)의 간격(b)을 산출하고, 전술한 수학식 8에 의해 제2 방향에 따른 변형률(예를 들어 압축 변형률)(ε')을 연산할 수 있다.At the same time, the controller 30 calculates the interval b of the diffraction grating 120 along the second direction by the following equation 10 using the third and fourth optical sensors 23 and 24, By the equation 8, the strain (for example, compressive strain) ε 'along the second direction can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00020
Figure 112010063290207-pat00020

여기서, λ는 레이저광의 파장이고, f는 오목 거울(40)의 초점 거리이며, D2는 제3 광 센서(23) 및 제4 광 센서(24)에서 검출된 레이저광의 위치 좌표를 나타낸다.Is the wavelength of the laser light, f is the focal length of the concave mirror 40, and D 2 represents the position coordinates of the laser light detected by the third and fourth optical sensors 23 and 24.

전술한 과정에서 제어부(30)는 제3 광 센서(23)로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 제4 광 센서(24)로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 레이저광의 위치 좌표(D2)를 산출할 수 있다.In the above-described process, the controller 30 obtains an average of the position coordinates of the laser light measured from the third optical sensor 23 and the position coordinates of the laser light measured from the fourth optical sensor 24, and calculates the position coordinates of the laser light D 2 . Can be calculated.

이와 같이 미세 시험편(11)의 제1 방향 변형률(ε)과 제2 방향 변형률(ε')이 연산되면, 마지막으로 제어부(30)는 하기 수학식 11에 의해 미세 시험편(11)의 푸아송 비(poission's ratio)(υ)를 산출할 수 있다.When the first direction strain ε and the second direction strain ε 'of the fine test piece 11 are calculated as described above, the controller 30 finally obtains the Poisson's ratio of the fine test piece 11 by the following equation (11). (poission's ratio) (υ) can be calculated.

Figure 112010063290207-pat00021
Figure 112010063290207-pat00021

제1 방향 변형률(ε)과 제2 방향 변형률(ε')은 반대 부호를 가지므로 수학식 11에 의해 산출된 푸아송 비(υ)는 양의 값을 가진다.Since the first direction strain ε and the second direction strain ε 'have opposite signs, the Poisson's ratio ν calculated by Equation 11 has a positive value.

전술한 제1 실시예 내지 제4 실시예의 변형률 측정 장치(100, 200, 300, 400)는 매우 높은 변형률 측정 분해능을 가진다. 예를 들어, 변형 전 회절 격자의 간격(a)을 1.266㎛, 반사된 레이저광의 측정 좌표(D)를 100mm, 광 센서의 변위 분해능을 1㎛라 가정하면, 10με의 분해능을 얻을 수 있다. 이러한 분해능은 레이저 간섭 변형률 게이지(ISDG)의 분해능인 20με보다 우수하다.The strain measuring apparatuses 100, 200, 300, and 400 of the first to fourth embodiments described above have a very high strain measuring resolution. For example, assuming that the distance a of the diffraction grating before deformation is 1.266 μm, the measurement coordinate D of the reflected laser light is 100 mm, and the displacement resolution of the optical sensor is 1 μm, a resolution of 10 με can be obtained. This resolution is better than the 20 με resolution of the laser interference strain gauge (ISDG).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100, 200, 300, 400: 변형률 측정 장치
11: 미세 시험편 12: 회절 격자
20: 광원 21, 22: 제1, 제2 광 센서
23, 24: 제3, 제4 광 센서 30: 제어부
40: 오목 거울100, 200, 300, 400: strain measuring device
11: fine test piece 12: diffraction grating
20: light source 21, 22: first, second optical sensor
23 and 24: third and fourth optical sensors 30: control unit
40: concave mirror

Claims (24)

회절 격자가 형성된 미세 시험편에 하중을 인가하는 인장 및 피로 시험 설비용 변형률 측정 장치에 있어서,
상기 회절 격자와 거리를 두고 상기 미세 시험편의 일측에 위치하며 상기 회절 격자를 향해 레이저광을 방출하는 광원;
상기 미세 시험편과 상기 광원 사이 또는 상기 미세 시험편을 기준으로 상기 광원의 반대쪽에 설치되는 오목 거울;
상기 미세 시험편과 상기 오목 거울 사이에 배치되며 상기 회절 격자와 상기 오목 거울에 의해 순차적으로 반사된 레이저광을 제공받아 레이저광의 위치를 검출하는 적어도 하나의 광 센서; 및
상기 광원 및 상기 광 센서와 연결되어 상기 미세 시험편의 변형률을 연산하는 제어부
를 포함하는 변형률 측정 장치.In the strain measuring device for tensile and fatigue testing equipment to apply a load to the fine test piece formed with a diffraction grating,
A light source positioned at one side of the micro test piece at a distance from the diffraction grating and emitting laser light toward the diffraction grating;
A concave mirror disposed between the micro test piece and the light source or on an opposite side of the light source with respect to the micro test piece;
At least one optical sensor disposed between the micro test piece and the concave mirror and receiving laser light sequentially reflected by the diffraction grating and the concave mirror to detect a position of the laser light; And
A control unit connected to the light source and the optical sensor to calculate a strain of the micro test piece
Strain measurement device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 광원은 400nm 내지 800nm 파장의 레이저광을 방출하는 변형률 측정 장치.The method of claim 1,
The light source is a strain measuring device for emitting a laser light of 400nm to 800nm wavelength. 제1항에 있어서,
상기 광 센서는 포토 다이오드로 구성되는 변형률 측정 장치.The method of claim 1,
The optical sensor is a strain measuring device consisting of a photodiode. 제1항에 있어서,
상기 미세 시험편은 제1 방향으로 하중을 인가받으며,
상기 광 센서는 상기 제1 방향을 따라 상기 광원의 일측에 배치된 제1 광 센서와, 상기 광원의 다른 일측에 배치된 제2 광 센서를 포함하는 변형률 측정 장치.The method of claim 1,
The micro test piece is subjected to a load in a first direction,
The optical sensor includes a first optical sensor disposed on one side of the light source along the first direction, and a second optical sensor disposed on the other side of the light source. 제4항에 있어서,
상기 제1 광 센서와 상기 제2 광 센서는 상기 광원에 대해 같은 거리를 두고 배치되는 변형률 측정 장치.The method of claim 4, wherein
And the first optical sensor and the second optical sensor are disposed at the same distance with respect to the light source. 제5항에 있어서,
상기 오목 거울은 상기 미세 시험편과 상기 광원 사이에 설치되고,
상기 제1 광 센서와 상기 제2 광 센서는 상기 미세 시험편과 상기 오목 거울 사이에 위치하는 변형률 측정 장치.The method of claim 5,
The concave mirror is installed between the micro test piece and the light source,
And the first optical sensor and the second optical sensor are positioned between the micro test piece and the concave mirror. 제6항에 있어서,
상기 오목 거울은 상기 오목 거울의 초점 거리에 상기 미세 시험편이 위치하도록 설치되는 변형률 측정 장치.The method of claim 6,
And the concave mirror is installed such that the micro test piece is positioned at a focal length of the concave mirror. 제6항에 있어서,
상기 오목 거울은 상기 광원과 마주하는 중앙에 개구부를 형성하여 상기 광원에서 방출된 레이저광을 통과시키는 변형률 측정 장치.The method of claim 6,
And the concave mirror forms an opening at a center facing the light source to pass the laser light emitted from the light source. 제5항에 있어서,
상기 오목 거울은 상기 미세 시험편을 기준으로 상기 광원의 반대쪽에 설치되고,
상기 미세 시험편은 투명한 물질로 형성되며,
상기 제1 광 센서와 상기 제2 광 센서는 상기 미세 시험편과 상기 오목 거울 사이에 위치하는 변형률 측정 장치.The method of claim 5,
The concave mirror is installed on the opposite side of the light source based on the fine test piece,
The micro test piece is formed of a transparent material,
And the first optical sensor and the second optical sensor are positioned between the micro test piece and the concave mirror. 제9항에 있어서,
상기 오목 거울은 상기 오목 거울의 초점 거리에 상기 미세 시험편이 위치하도록 설치되는 변형률 측정 장치.10. The method of claim 9,
And the concave mirror is installed such that the micro test piece is positioned at a focal length of the concave mirror. 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 상기 광원의 일측에 배치된 제3 광 센서와, 상기 광원의 다른 일측에 배치된 제4 광 센서를 더 포함하는 변형률 측정 장치.The method according to any one of claims 4 to 10,
And a third optical sensor disposed on one side of the light source along a second direction orthogonal to the first direction, and a fourth optical sensor disposed on the other side of the light source. 회절 격자가 형성된 미세 시험편에 제1 방향을 따라 하중을 인가하는 인장 및 피로 시험 설비용 변형률 측정 장치에 있어서,
상기 회절 격자와 거리를 두고 상기 미세 시험편의 일측에 위치하며 상기 회절 격자를 향해 레이저광을 방출하는 광원;
상기 제1 방향을 따라 상기 광원의 적어도 일측에 배치되며 상기 회절 격자에 의해 반사된 레이저광을 제공받아 레이저광의 위치를 검출하는 광 센서; 및
상기 광원 및 상기 광 센서와 연결된 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 하기 수식 (1)에 의해 상기 제1 방향에 따른 상기 회절 격자의 간격(a)을 산출하며,
Figure 112010063290207-pat00022
-- (1)
하기 수식 (2)에 의해 상기 제1 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률(ε)을 연산하는 변형률 측정 장치.
Figure 112010063290207-pat00023
-- (2)
여기서, λ는 레이저광의 파장, H는 상기 미세 시험편에 대한 상기 광 센서의 이격 거리, D1은 상기 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, a0은 제1 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격, a1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격을 나타낸다.In the strain measuring device for tensile and fatigue testing equipment for applying a load along a first direction to a fine test piece having a diffraction grating,
A light source positioned at one side of the micro test piece at a distance from the diffraction grating and emitting laser light toward the diffraction grating;
An optical sensor disposed on at least one side of the light source along the first direction and receiving a laser light reflected by the diffraction grating to detect a position of the laser light; And
A control unit connected to the light source and the optical sensor,
The controller calculates an interval (a) of the diffraction grating in the first direction by the following formula (1),
Figure 112010063290207-pat00022
-- (One)
The strain measuring apparatus which calculates the strain ((epsilon)) of the said fine test piece in the said 1st direction by following formula (2).
Figure 112010063290207-pat00023
-- (2)
Λ is the wavelength of the laser light, H is the separation distance of the optical sensor with respect to the fine test piece, D 1 is the position coordinate of the laser light detected by the optical sensor, a 0 is the interval of the diffraction grating calculated at the first time point , a 1 represents the interval of the diffraction grating calculated from the second time point after the first time point. 제12항에 있어서,
상기 광 센서는 상기 제1 방향을 따라 상기 광원의 일측에 배치된 제1 광 센서와, 상기 광원의 다른 일측에 배치된 제2 광 센서를 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 상기 제2 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 상기 레이저광의 위치 좌표(D1)를 산출하는 변형률 측정 장치.The method of claim 12,
The optical sensor includes a first optical sensor disposed on one side of the light source along the first direction, and a second optical sensor disposed on the other side of the light source,
And the control unit calculates a position coordinate (D 1 ) of the laser light by obtaining an average of the position coordinates of the laser light measured from the first optical sensor and the position coordinate of the laser light measured from the second optical sensor. 제13항에 있어서,
상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 상기 광원의 일측에 배치된 제3 광 센서와, 상기 광원의 다른 일측에 배치된 제4 광 센서를 더 포함하며,
상기 제어부는 하기 수식 (3)에 의해 상기 제2 방향에 따른 상기 회절 격자의 간격(b)을 산출하고,
Figure 112010063290207-pat00024
-- (3)
하기 수식 (4)에 의해 상기 제2 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률(ε')을 연산하는 변형률 측정 장치.
Figure 112010063290207-pat00025
-- (4)
여기서, λ는 레이저광의 파장, H는 상기 미세 시험편에 대한 상기 제3 광 센서 및 상기 제4 광 센서의 이격 거리, D2는 상기 제3 광 센서 및 상기 제4 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, b0은 제1 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격, b1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격을 나타낸다.The method of claim 13,
And a third optical sensor disposed on one side of the light source along a second direction orthogonal to the first direction, and a fourth optical sensor disposed on the other side of the light source.
The control unit calculates an interval b of the diffraction grating in the second direction by the following equation (3),
Figure 112010063290207-pat00024
-(3)
The strain measuring apparatus which calculates the strain (epsilon ') of the said fine test piece in the said 2nd direction by following formula (4).
Figure 112010063290207-pat00025
-- (4)
Is the wavelength of the laser light, H is the separation distance between the third and fourth optical sensors relative to the micro test piece, and D 2 is the position of the laser light detected by the third and fourth optical sensors. Coordinate, b 0 represents the interval of the diffraction grating calculated at the first time point, b 1 represents the interval of the diffraction grating calculated at the second time point after the first time point. 제14항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제3 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 상기 제4 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 상기 레이저광의 위치 좌표(D2)를 산출하는 변형률 측정 장치.The method of claim 14,
The control unit strain measuring device for calculating the position coordinates of the laser light and the fourth obtain an average of the position coordinates of the laser light measured by the optical sensor of the laser beams in the position coordinate (D 2) measured from the third photosensor. 제14항에 있어서,
상기 제어부는 하기 수식 (5)에 의해 상기 미세 시험편의 푸아송 비(υ)를 연산하는 변형률 측정 장치.
Figure 112010063290207-pat00026
-- (5)
여기서, ε은 상기 제1 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률이고, ε'는 상기 제2 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률을 나타낸다.The method of claim 14,
The control unit is a strain measurement device for calculating the Poisson's ratio (υ) of the fine test piece by the following formula (5).
Figure 112010063290207-pat00026
-(5)
Is the strain of the micro test piece in the first direction, and ε 'represents the strain of the micro test piece in the second direction. 회절 격자가 형성된 미세 시험편에 제1 방향을 따라 하중을 인가하는 인장 및 피로 시험 설비용 변형률 측정 장치에 있어서,
상기 회절 격자와 거리를 두고 상기 미세 시험편의 일측에 위치하며 상기 회절 격자를 향해 레이저광을 방출하는 광원;
상기 미세 시험편과 상기 광원 사이 또는 상기 미세 시험편을 기준으로 상기 광원의 반대쪽에 설치되며, 자신의 초점 거리에 상기 미세 시험편이 위치하도록 설치된 오목 거울;
상기 미세 시험편과 상기 오목 거울 사이에 배치되며 상기 회절 격자와 상기 오목 거울에 의해 순차적으로 반사된 레이저광을 제공받아 레이저광의 위치를 검출하는 광 센서; 및
상기 광원 및 상기 광 센서와 연결된 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 하기 수식 (6)에 의해 상기 제1 방향에 따른 상기 회절 격자의 간격(a)을 산출하며,
Figure 112010063290207-pat00027
-- (6)
하기 수식 (7)에 의해 상기 제1 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률(ε)을 연산하는 변형률 측정 장치.
Figure 112010063290207-pat00028
-- (7)
여기서, λ는 레이저광의 파장, f는 상기 오목 거울의 초점 거리, D1은 상기 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, a0은 제1 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격, a1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격을 나타낸다.In the strain measuring device for tensile and fatigue testing equipment for applying a load along a first direction to a fine test piece having a diffraction grating,
A light source positioned at one side of the micro test piece at a distance from the diffraction grating and emitting laser light toward the diffraction grating;
A concave mirror installed between the micro test piece and the light source or on the opposite side of the light source with respect to the micro test piece and installed such that the micro test piece is positioned at a focal length thereof;
An optical sensor disposed between the micro test piece and the concave mirror and receiving a laser light sequentially reflected by the diffraction grating and the concave mirror to detect a position of the laser light; And
A control unit connected to the light source and the optical sensor,
The controller calculates an interval (a) of the diffraction grating in the first direction by the following equation (6),
Figure 112010063290207-pat00027
-(6)
The strain measurement apparatus which calculates the strain ((epsilon)) of the said fine test piece in the said 1st direction by following formula (7).
Figure 112010063290207-pat00028
-(7)
Is the wavelength of the laser light, f is the focal length of the concave mirror, D 1 is the position coordinate of the laser light detected by the optical sensor, a 0 is the spacing of the diffraction grating calculated at the first time point, and a 1 is The interval between the diffraction gratings calculated at one point after the second point is shown. 제17항에 있어서,
상기 미세 시험편이 불투명할 때 상기 오목 거울은 상기 미세 시험편과 상기 광원 사이에 위치하며,
상기 오목 거울은 상기 광원과 마주하는 중앙에 개구부를 형성하여 상기 광원에서 방출된 레이저광을 통과시키는 변형률 측정 장치.The method of claim 17,
The concave mirror is located between the micro test piece and the light source when the micro test piece is opaque,
And the concave mirror forms an opening at a center facing the light source to pass the laser light emitted from the light source. 제17항에 있어서,
상기 미세 시험편이 투명할 때 상기 오목 거울은 상기 미세 시험편을 기준으로 상기 광원의 반대쪽에 설치되는 변형률 측정 장치.The method of claim 17,
And the concave mirror is provided on the opposite side of the light source relative to the micro test piece when the micro test piece is transparent. 제17항에 있어서,
상기 광 센서는 상기 제1 방향을 따라 상기 광원의 일측에 배치된 제1 광 센서와, 상기 광원의 다른 일측에 배치된 제2 광 센서를 포함하며,
상기 제어부는 상기 제1 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 상기 제2 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 상기 레이저광의 위치 좌표(D1)를 산출하는 변형률 측정 장치.The method of claim 17,
The optical sensor includes a first optical sensor disposed on one side of the light source along the first direction, and a second optical sensor disposed on the other side of the light source,
And the control unit calculates a position coordinate (D 1 ) of the laser light by obtaining an average of the position coordinates of the laser light measured from the first optical sensor and the position coordinate of the laser light measured from the second optical sensor. 제20항에 있어서,
상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향을 따라 상기 광원의 일측에 배치된 제3 광 센서와, 상기 광원의 다른 일측에 배치된 제4 광 센서를 더 포함하며,
상기 제어부는 하기 수식 (8)에 의해 상기 제2 방향에 따른 회절 격자의 간격(b)을 산출하고,
Figure 112010063290207-pat00029
-- (8)
하기 수식 (9)에 의해 상기 제2 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률(ε')을 연산하는 변형률 측정 장치.
Figure 112010063290207-pat00030
-- (9)
여기서, λ는 레이저광의 파장, f는 상기 오목 거울의 초점 거리, D2는 상기 제3 광 센서 및 상기 제4 광 센서에서 검출된 레이저광의 위치 좌표, b0은 제1 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격, b1은 제1 시점 이후 제2 시점에서 산출된 상기 회절 격자의 간격을 나타낸다.The method of claim 20,
And a third optical sensor disposed on one side of the light source along a second direction orthogonal to the first direction, and a fourth optical sensor disposed on the other side of the light source.
The controller calculates an interval b of the diffraction grating in the second direction by the following Equation (8),
Figure 112010063290207-pat00029
-- (8)
The strain measurement apparatus which calculates the strain (epsilon ') of the said fine test piece in the said 2nd direction by following formula (9).
Figure 112010063290207-pat00030
-(9)
Λ is the wavelength of the laser light, f is the focal length of the concave mirror, D 2 is the position coordinates of the laser light detected by the third and fourth optical sensors, b 0 is the diffraction calculated at the first time point The spacing of the gratings, b 1 represents the spacing of the diffraction gratings calculated from the second time point after the first time point. 제21항에 있어서,
상기 제어부는 상기 제3 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표와 상기 제4 광 센서로부터 측정된 레이저광의 위치 좌표의 평균을 구해서 상기 레이저광의 위치 좌표(D2)를 산출하는 변형률 측정 장치.The method of claim 21,
The control unit strain measuring device for calculating the position coordinates of the laser light and the fourth obtain an average of the position coordinates of the laser light measured by the optical sensor of the laser beams in the position coordinate (D 2) measured from the third photosensor. 제21항에 있어서,
상기 제어부는 하기 수식 (10)에 의해 상기 미세 시험편의 푸아송 비(υ)를 연산하는 변형률 측정 장치.
Figure 112010063290207-pat00031
-- (10)
여기서, ε은 상기 제1 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률이고, ε'는 상기 제2 방향에 따른 상기 미세 시험편의 변형률을 나타낸다.The method of claim 21,
The control unit is a strain measuring device for calculating the Poisson's ratio (υ) of the fine test piece by the following formula (10).
Figure 112010063290207-pat00031
-(10)
Is the strain of the micro test piece in the first direction, and ε 'represents the strain of the micro test piece in the second direction. 제12항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원은 400nm 내지 800nm 파장의 레이저광을 방출하며,
상기 광 센서는 포토 다이오드로 구성되는 변형률 측정 장치.The method according to any one of claims 12 to 23, wherein
The light source emits laser light having a wavelength of 400 nm to 800 nm,
The optical sensor is a strain measuring device consisting of a photodiode.
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