KR101105237B1 - 초음파를 이용한 시편 경도측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시편의 경도를 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비파괴 방식을 채용하는 초음파를 이용하여 시편의 진동수를 파악하여 시편의 경도를 유추해내도록 하는 초음파를 이용한 시편 경도측정 장치로, 구 구성은 경도측정 장치를 설치하기 위한 기반을 제공하는 베이스와; 상기 베이스에 설치되어 세로 방향으로서는 메인축과; 상기 메인축에 대하여 가로 방향으로 설치되는 보조축과; 상기 보조축에 형성되는 레일과; 상기 레일을 따라 이동하는 고정구와; 상기 고정구에 연결되어 설치되는 시편과; 상기 고정구를 레일을 따라 이동시키는 핸들러 및 핸들과; 상기 메인축에 고정되어 설치되는 고정링과; 상기 고정링과 결합되어 설치되는 측정구 및 측정기와; 상기 측정구 및 측정기를 상기 고정링을 따라 회전시키는 회전모터와; 상기 측정기를 컨트롤하는 컨트롤러와; 상기 측정기와 컨트롤러를 연결하는 연결선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 고정링은 원형형태로 구성되고 상기 원형형태로 구성되는 고정링을 따라 회전할 수 있도록 모터와 결합되는 회전구가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파를 이용한 시편 경도측정 장치{DEVICE TO CHECK INTENSITY OF SPECIMEN USING ULTRASONIC WAVE}

본 발명은 시편의 경도를 측정하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비파괴 방식을 채용하는 초음파를 이용하여 시편의 진동수를 파악하여 시편의 경도를 유추해내도록 하는 초음파를 이용한 시편 경도측정 장치에 관한 것이다.

현재 지속적인 과학의 발달과 더불어 수많은 종류의 재료들이 개발되었고 각 재료들을 사회 전반에 걸쳐 널리 사용됨으로써 사회발전에 이바지하는 바가 크다 하겠다.

따라서 각종 재료를 개발하고 생산하는 일차단계의 과학기술은 사회 전반을 이끌어 가는 핵심 기술들의 집약이라 할 수 있고 대체로 이러한 산업분야는 메이저 사업분야로서 주로 대기업들이 그 역할을 담당하고 있다.

더불어 개발된 재료들을 각 사용처에 사용할 수 있는지의 여부를 파악하기 위하여 실험을 수행하게 되는데 이는 모든 재료들이 일정한 기준하에서 실험이 이루어질 수 있도록 하기 위하여 특정 규율안에서 실험이 이루어지도록 하고 있다.

주로 금속류 내지는 플라스틱류와 같은 경우에 있어서는 그 특징을 파악하기 위하여 일반적으로 봉 형태의 시편을 만들어 실험을 하게 되는데 주로 인장강도, 압축강도, 경도, 내열 및 내한성 등을 측정하는 것이 일반적이다.

이러한 시편의 실험 중에서 경도 측정을 위하여 사용하는 방법으로는 먼저 시편을 직접 파괴하여 발생하는 특징을 이용하여 시편의 경도를 측정하는 방법이 가장 먼저 사용되었다.

비 파괴 방식으로 시편의 경도를 측정하는 방법에 있어서는 일차적으로 초음파를 이용하여 경도를 측정하게 되는데 먼저 시편에 초음파를 발사하여 상기 시편과 진동수가 초음파의 진동수가 같게 되면 시편이 진동을 하게 된다.

이러한 진동수의 특징은 시편의 경도를 유추할 수 있는 중요한 데이터로 상기 초음파의 진동수를 변화시켜 가면서 시편의 가장 큰 진동을 이끌어내는 초음파의 진동수를 시편의 진동수로 파악하여 이를 역으로 계산하여 시편의 경도를 파악하게 되는 것으로 결과의 정확성 및 실험의 무 오염성 등으로 인하여 현재 널리 사용되고 있는 방법 중 하나라 하겠다.

그러나 이러한 방법의 단점은 직접적으로 경도를 측정하는 것이 아니고 시편의 경도를 유추해 내는 방법이기 때문에 항상 오차의 존재를 인정하여야 하는 문제가 남아있는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 시편의 경도를 측정함에 있어 더욱 효과적으로 정확하게 시편의 경도를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 경도측정 장치를 설치하기 위한 기반을 제공하는 베이스와; 상기 베이스에 설치되어 세로 방향으로서는 메인축과; 상기 메인축에 대하여 가로 방향으로 설치되는 보조축과; 상기 보조축에 형성되는 레일과; 상기 레일을 따라 이동하는 고정구와; 상기 고정구에 연결되어 설치되는 시편과; 상기 고정구를 레일을 따라 이동시키는 핸들러 및 핸들과; 상기 메인축에 고정되어 설치되는 고정링과; 상기 고정링과 결합되어 설치되는 측정구 및 측정기와; 상기 측정구 및 측정기를 상기 고정링을 따라 회전시키는 회전모터와; 상기 측정기를 컨트롤하는 컨트롤러와; 상기 측정기와 컨트롤러를 연결하는 연결선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 고정링은 원형형태로 구성되고 상기 원형형태로 구성되는 고정링을 따라 회전할 수 있도록 모터와 결합되는 회전구가 더 추가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 구성된 본 발명은 시편의 경도를 측정함에 있어 더욱 효과적으로 정확하게 시편의 경도를 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구 범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에서의 초음파를 이용한 경도 측정장치
도 2는 본 발명에 의한 측정기 회전형 초음파를 이용한 경도 측정장치
도 3은 본 발명에 의한 측정기 회전 툴
도 4는 본 발명에 의한 시편 회전형 초음파를 이용한 경도 측정장치

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 구성 및 구조에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에서의 초음파를 이용한 경도 측정장치로 먼저 초음파를 이용하여 경도를 측정하기 위해서 각종 장치를 설치할 수 있도록 하는 기본 베이스(10)가 설치되게 되고 상기 기본 베이스 위에 고정구(20)가 설치되게 된다.

또한 상고정구의 역할을 실험을 수행할 피 실험체인 시편이 올라가게 되는데 일반적으로 상기 시편이 비 투자율이 높은 금속물이기 때문에 자석을 사용하여 상기 시편이 움직이지 않도록 잡아주는 역할을 수행하게 된다.

이와 함께 상기 시편의 경도를 측정하기 위한 장치가 설치되어 상하로 이동하기 위한 메인축(40)이 상기 베이스와 연결되어 설치되고 상기 메인축에는 레일(41)이 설치되게 되는데 상기 레일은 상기 경도 측정을 위한 장치가 동일한 경로로 효과적으로 이동할 수 있도록 하는 가이드로서의 역할을 수행하게 되는 것이라 하겠다.

상기 레일에는 측정구(50)가 부착되어 레일을 따라 이동하게 되는 구조를 하고 있고 상기 측정구의 이동은 메인축에 설치되어 있는 핸들러(42)를 핸들(43)을 이용하여 회전시킴으로써 상기 측정구가 레일을 따라 이동하도록 구성되게 된다.

이와 함께 상기 측정구는 연결축(51)를 이용하여 측정기(52)가 설치되게 되는데 상기 측정기는 직접 시편(30)과 접촉하여 시편의 경도를 측정하는 역할을 수행하게 된다.

이를 위하여 상기 측정구에는 초음파를 발생할 수 있는 초음파 발진기와 함께 상기 시편의 진동을 측정할 수 있도록 하는 센서가 설치되어 있게 되고 상기 측정구는 연결선(60)을 통하여 컨트롤러(70)와 연결되어 상기 컨트롤러를 조작함으로써 초음파 발진 및 시편의 초음파 발진에 의한 공명현상으로 발생하는 진동을 측정할 수 있도록 하는 역할을 수행하게 된다.

이와 함께 상기 컨트롤러는 연결축(51)을 이용하여 메인축과 연결되거나 베이스에 설치되는 것도 가능하다 하겠다.

그러나 이와 같이 구성되어 사용하고 있는 대다수의 초음파를 이용한 시편 경도 측정장치는 일반적으로 일 회 측정을 수행하고 시편의 위치를 변화시켜가면서 측정할 수 없기 때문에 항상 오차의 발생 가능성을 안고 가게 되는 문제점이 있다.

도 2는 본 발명에 의한 측정기 회전형 초음파를 이용한 경도 측정장치를 도시하고 있는 것으로 기본적인 원안은 일차적으로 상기 시편의 경도를 측정함에 있어 시편의 위치를 변경시켜 가면서 수차례 시편의 경도를 측정하여 산출된 경도값의 평균을 구함으로써 시편의 경도측정 오차를 최소화하여 더욱 신뢰성 높은 초음파를 이용한 경도 측정 장치를 구현하고자 하는 것이다.

이를 달성하기 위하여 먼저 베이스(10)에 메인축(40)이 설치되게 되고 상기 메인축과 연결되어 가로방향으로 보조축(44)이 설치되게 되는데 상기 보조축에는 가로로 레일(41)이 설치되어 있으며 상기 레일과 연결되어 고정구(20)가 설치되게 되는데 상기 고정구의 역할은 시편(30)을 부착하도록 하는 역할을 수행할 수 잇도록 하기 위하여 자석을 사용하는 것이 효과적이라 하겠다.

상기 고정구의 이동은 핸들러(42)를 핸들(43)을 이용하여 돌리게 되면 상기 고정구가 레일을 따라 좌우로 이동하게 되므로 상기 고정구와 결합되어 있는 시편이 이동하게 된다.

상기 시편이 이동하는 방향에는 측정기(52)가 설치되어 있게 되어 상기 시편이 이동하다 측정기와 접촉하게 되는 구조를 하게 된다.

이와 함께 상기 측정기는 고정링(53)에 고정되어 결합되게 되어 있고 상기 고정링은 메인축과 연결되어 고정결합되게 된다.

또한 상기 측정기는 컨트롤러(70)와 연결선(60)이용하여 연결되어 컨트롤러의 제어 정보를 측정기에 전달하거나 측정기의 측정 결과를 피드백 받아 경도값을 산출하는 역할을 수행하게 된다.

또한 상기 고정링에 결합되어 있는 측정기는 고정링을 따라 회전하면서 연속적으로 시편의 경도를 측정하는 과정을 반복하여 수행함으로써 최종적으로 다수번 측정된 경도치의 평균을 구함으로써 경도 측정의 오차를 최소화하게 된다.

도 3은 본 발명에 의한 측정기 회전 툴을 도시하고 있는 것으로, 상기 고정링(53)은 원형으로 구성되는 링으로써 상기 고정링와 연결되어 측정기(52)는 연결축(51)을 통하여 고정링에 고정결합되게 되고 상기 연결축 고정링 바깥부위에는 측정기(52)가 설치되게 된다.

이와 함께 상기 측정기 또는 연결축에는 모터(54)가 설치되게 되는데 상기 모터의 끝단에는 마름모꼴 형상의 회전구(55)가 고정링과 접촉하여 설치되게 되어 있어서 상기 모터를 동작시키게 되면 상기 측정기 및 측정구가 고정링을 따라 회전하게 되는 것이다.

또한 상기 고정링의 중심에는 시편(30)이 설치되어 있게 되는데 상기 시편을 설치하는 과정은 고정구의 위치를 상기 고정링 중심 방향으로 이동시킨 후에 시편을 고정링 아래에서 위쪽으로 이동시켜 고정구에 부착시키게 된다.

더불어 여기에서 상기 고정링과 측정구가 결합되어 있으면서 상기 고정링을 따라 회전하는 방법 또는 장치에 관련된 기술과 측정기, 모터 및 회전구와 고정링과의 결합에 대해서는 현재 널리 사용되고 있는 방법을 사용하면 될 것이다.

도 4는 본 발명에 의한 시편 회전형 초음파를 이용한 경도 측정장치를 도시하고 있는 것으로, 먼저 상술한 도 3에서는 측정기가 회전하면서 다수회에 걸친 시편의 경도를 측정하는 과정을 진행하였다면 이와는 반대로 측정기 또는 측정구를 회전시키지 않고 시편을 회전하게 되면 더욱 효과적으로 측정기 또는 측정구가 회전하는 역할을 대신할 수 있게 된다.

이를 위하여 먼저 베이스(10)에 메인축(40)이 설치되게 되고 상기 메인축과 연결되어 가로 방향으로 보조축(44)이 설치되게 되며 상기 보조축에는 레일(41)이 설치되어 있어서 상기 레일을 따라 고정구(20)가 이동할 수 있도록 구성되어 있으며 상기 고정구의 이동은 핸들러(42)를 핸들(43)을 이용하여 회전시킴으로써 레일 방향으로 이동할 수 있게 구성되게 된다.

상기 고정구에는 다시 메인축 방향으로 고정구 연결축(21)이 설치되게 되고 상기 고정구 연결축에는 시편모터(22)가 설치되어 있어서 시편을 회전시키는 기능을 수행하게 되는데 상기 시편모터는 컨트롤러(70)의 조종으로 회전하게 된다.

상기 모터의 하다에는 시편집게(23)가 설치되어 있는데 상기 시편집게는 시편을 인입시킬 수 있는 홀의 형태로 구성되거나 집게의 형태로 구성될 수 있는데, 이는 시편을 잡고 회전시킬 수 있도록 하기 위해서이다.

이때 고정구가 직접 상기 시편을 잡고 있을 필요는 없고 단지 상기 시편과 모터를 측정기 쪽으로 이동하여 측정기에 밀착시킬 수 있도록 하기 위한 레일을 따라 이동하는 역할만을 수행하면 된다.

상기 시편 집게가 홀의 형태로 구성될 경우에 있어서는 상기 시편을 집게 내부로 삽입하고 볼트홀(24)에 볼트 즉 무드볼트를 채워 시편이 빠지지 않도록 하는 기능을 수행하도록 하게 된다.

더불어 상기 측정기의 경우 상기 메인축(40)에 결합되어 부착되어 있도록 하고 상기 측정기와 컨트롤러(70)은 연결선(60)을 통해 연결되어 직접적으로 상기 측정기와 시편모터등을 컨트롤 하게 되는데, 예를 들어 상기 시편을 시편집게에 고정한후 상기 시편을 측정기로 이동하여 밀착시킨은 고주파를 발생하여 시편의 고유 진동수를 찾아 센싱한 후 컨트롤러로 정보를 전송하여 고유 진동수에 상응하는 경도로 변환되게 되는 과정을 거치게 되고, 이후 다시 상기 시편모터를 컨트롤하여 시편을 선택된 각도 만큼 회전시킨후 다시 시편의 고유 진동수를 찾는 과정을 수차례 반복하게 된 후 전체적인 진동수의 평균을 구하거나 최빈값을 구하여 시편의 경도를 더욱 정밀하게 비파괴 방식으로 측정할 수 있게 되는 것이다.

10: 베이스 20: 고정구 21: 고정구 연결축
22: 시편모터 23: 시편집게 24: 볼트홀
30: 시편 40: 메인축 41: 레일
42: 핸들러 43: 핸들 44: 보조축
50: 측정구 51: 연결축 52: 측정기
53: 고정링 54: 모터 55: 회전구
60: 연결선 70: 컨트롤러

Claims (2)

1. 초음파를 이용한 경도 측정장치에 있어서,
   경도측정 장치를 설치하기 위한 기반을 제공하는 베이스와;
   상기 베이스에 설치되어 세로 방향으로서는 메인축과;
   상기 메인축에 대하여 가로 방향으로 설치되는 보조축과;
   상기 보조축에 형성되는 레일과;
   상기 레일을 따라 이동하는 고정구와;
   상기 고정구에 연결되어 설치되는 시편과;
   상기 고정구를 레일을 따라 이동시키는 핸들러 및 핸들과;
   상기 메인축에 고정되어 설치되는 고정링과;
   상기 고정링과 결합되어 설치되는 측정구 및 측정기와;
   상기 측정구 및 측정기를 상기 고정링을 따라 회전시키는 회전모터와;
   상기 측정기를 컨트롤하는 컨트롤러와;
   상기 측정기와 컨트롤러를 연결하는 연결선을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 시편 경도 측정장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고정링은 원형형태로 구성되고 상기 원형형태로 구성되는 고정링을 따라 회전할 수 있도록 모터와 결합되는 회전구가 더 추가되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 시편 경도 측정장치.

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