KR101117661B1 - 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기 및 이를 이용한 잔류응력 측정방법 - Google Patents

마이콤이 내장된 계장화 압입시험기 및 이를 이용한 잔류응력 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기 및 이를 이용한 잔류응력 측정방법에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예는 시험기 본체 내측에 설치되는 구동기와, 구동기의 축과 연결되는 슬라이더와, 슬라이더를 가이드하는 슬라이더가이드와, 슬라이더와 연동되는 압입자와, 압입 하중을 측정하는 하중센서와, 압입 깊이를 측정하는 변위센서와, 구동기와 인터페이스로 연결되는 마이콤, 및 마이콤과 유선 또는 무선으로 연결되어 측정시편의 잔류응력을 연산하는 메인컴퓨터를 포함하여 구성되는 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 제공한다.
본 발명에 의하면 기계적 물성평가에 유리하면서도 비파괴적인 측정이 가능한 계장화 압입시험기와 이를 이용한 잔류응력 측정방법을 제공하게 되며, 또한 적용하는 하중의 범위를 제어함으로써 박막이나 마이크로소자와 같은 미소 영역에서부터 대형 구조물에 이르기까지 광범위한 적용이 가능하고 미세조직에 의한 영향을 받지 않게 되는 효과가 있다.
시험기, 마이콤, 경도계, 계장화 압입시험기

Description

마이콤이 내장된 계장화 압입시험기 및 이를 이용한 잔류응력 측정방법{Apparatus for Indentation Test Involving Micom and Evaluating Method of Residual Stress using The Same}
본 발명은 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기 및 이를 이용한 잔류응력 측정방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기계적 물성평가에 유리하면서도 비파괴적인 측정이 가능하게 되며, 또한 적용하는 하중의 범위를 제어함으로써 박막이나 마이크로소자와 같은 미소 영역에서부터 대형 구조물에 이르기까지 광범위한 적용이 가능하고 미세조직에 의한 영향을 받지 않게 되는 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기와 이를 이용한 잔류응력 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 압입시험기를 이용한 재료 물성 평가 방법은 현재 상당한 주목을 받고 있는 방법으로서, 압입시험기를 이용하는 방법의 가장 큰 장점은 시편의 준비과정이 매우 간단하다는 점이다.
기존의 재료 물성 측정을 위한 표준 시험 방법, 예컨대 인장시험법과 같은 경우에는 시편을 가공하는 것과 재료 시험기에 장착하는 것, 시편의 변형량을 정밀하게 측정하는 것이 매우 어려운 작업이므로, 박막의 물성을 정확히 측정하는 것은 쉽지 않은 일이다.
반면, 압입시험기는 재료에 압입자를 침투시키면서 하중과 변위를 정밀하게 측정하여 재료의 물성을 평가하는 방법으로서, 시편 가공 과정 및 시편 장착 과정이 매우 간단하다는 장점이 있기 때문에 재료 물성 평가에 자주 이용되고 있다.
또한, 소재의 소정변형이나 열응력으로 발생하는 잔류응력은 재료의 피로강도, 파괴 물성 등의 기계적 성질을 떨어뜨리고 후가공을 곤란하게 하는 등 여러 문제점을 야기한다. 특히, 근자에 들어 사용이 급증한 박막소재의 경우, 이종 소재 접합부 계면에서 발생한 잔류응력이 기계적 물성을 좌우하는 중요한 요소로 보고되었으며 벌크 소재에 있어서도 용접중에 발생한 잔류응력의 중요성은 이미 알려져 있다.
공지된 잔류응력 측정방법은 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 하나는 기계적 응력 완화 방법(Mechanical Stress Relaxing)으로 구멍 뚫기 방법(Hole Drilling)이나 절단(Saw Cutting)이며, 다른 하나는 물리적 방법으로서 X-ray Diffraction, Barkhausen Magnetic Noise, 초음파법 그리고 중성자회절법 등을 들 수 있다.
기계적 응력 완화 방법은 구속인자를 제거해서 완화될 때의 변형정도로 잔류응력을 측정하는 것이다. 이러한 기계적 방법은 비교 시편없이 잔류응력을 정량적으로 평가할 수 있다는 장점이 있는 반면 반드시 시편을 파괴해야 하는 문제점이 있다.
물리적 방법 중, X-ray Diffraction은 원자간의 간격을 측정해서 이를 변형의 정도로 계산하는 것이며, Barkhausen Magnetic Noise는 잔류응력에 의해서 변화 하는 자기장 노이즈의 하나인 바크하우젠 노이즈의 변화를 계산하는 것이다.
이러한 물리적 방법은 비파괴적이라는 장점과 동시에 재료의 미세조직의 영향이 크다는 단점으로 인해 용접부와 같은 미세조직의 급격한 변화(결과값이 잔류응력인지 미세조직의 변화인지를 판면하기 어려움)가 존재하는 영역에서의 적용은 불가능하다는 한계가 있다.
이처럼 기존에 공지된 압입시험기와 잔류응력 측정방법 들은 일정 형태의 시편채취에 따른 응력완화를 보상할 수 없고 측정 중에서도 응력 제거를 목적으로 일부 소재를 손상없이 제거하는 등의 복잡한 과정이 필요한 문제점이 있었다.
또한, 적용하는 하중의 범위를 벗어나게 되면 압입시험기가 손상되거나 오차가 심한 시험이 진행되게 되고 특히, 박막이나 마이크로소자와 같은 미소 영역에 대한 압입시험이 불가능하게 되는 치명적인 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 기계적 물성평가에 유리하면서도 비파괴적인 측정이 가능하게 되며, 또한 압입시험에 있어서 적용하는 하중의 범위를 제어함으로써 박막이나 마이크로소자와 같은 미소 영역에서부터 대형 구조물에 이르기까지 광범위한 적용이 가능하고 미세조직에 의한 영향을 받지 않게 하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예는, 시험기 본체 내측에 설치되는 구동기와; 상기 구동기의 축과 연결되어 회전하는 볼스크류와, 상기 볼스크류와 볼을 매개로 결합되는 스크류너트와, 상기 스크류너트와 연동되게 결합되어 회전축을 따라서 슬라이딩되는 실린더를 포함하는 슬라이더와; 상기 슬라이더가 내삽되며 상기 시험기 본체에 결합되어 상기 슬라이더의 슬라이딩을 가이드하는 슬라이더가이드와; 상기 슬라이더와 연동되도록 상기 슬라이더의 하측에 압입자 홀더를 매개로 결합되어 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자와; 상기 실린더의 하측에 결합되어 상기 슬라이더의 슬라이딩시 상기 압입자가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서와; 상기 슬라이더의 슬라이딩시 상기 압입자가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서와; 상기 시험기 본체 내측에 설치되며 상기 구동기와 인터페이스로 연결되어 하기 메인컴퓨터로부터 전송된 제어프로그램으로 독자적으로 상기 구동기를 제어하는 마이콤; 및 상기 마이콤과 유선 또는 무선으로 연결되어 시험조건이 프로그램된 제어프로그램을 전송하고, 상기 하중센서와 변위센서에서 측정된 측정치로 측정시편의 잔류응력을 연산하며, 상기 하중센서와 변위센서 에서 측정된 측정치가 기준치를 벗어나는 경우 상기 마이콤으로 시험 중단신호를 전송하거나, 상기 구동기로의 전원 공급을 중단하게 제어하는 메인컴퓨터;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 일실시예는 상기 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 이용하여 측정시편의 잔류응력을 측정하는 방법에 있어서, 압입자를 측정시편이 있는 위치로 이동시키는 속도를 결정하여 메인컴퓨터에 입력하는 압입자 이동속도결정단계와; 자동 또는 수동으로 상기 압입자를 측정시편에 접근시키는 압입자 접근단계와; 상기 압입자를 하강시켜 상기 측정시편에 접촉시키고, 측정하중이 일정하중 이상이면 압입자를 상승시키면서 측정하중이 일정하중 이하가 되면 정지시키는 압입자 접촉단계와; 상기 메인컴퓨터에 설정하중과 설정깊이 및 순차적 압입 진행횟수를 입력하고 이를 상기 마이콤으로 전송하는 조건 설정단계와; 상기 마이콤이 상기 설정하중에 따라서 구동부를 구동시켜 상기 압입자에 하중을 부과하고, 순차적 압입 진행횟수에 따라서 상기 압입자를 순차적 깊이만큼 하강시키면서, 하중센서와 변위센서에서 실시간으로 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터로 전송하고, 설정깊이에 이르면 상기 압입자에 부과된 하중을 제거하는 순차적 시험단계와; 상기 압입자를 측정시편에서 제거하는 압입자 제거단계; 및 측정된 압입하중과 압입깊이로 상기 측정시편의 잔류응력을 계산하는 잔류응력 계산단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 이용한 잔류응력 측정방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기계적 물성평가에 유리하면서도 비파괴적인 측정이 가능한 계장화 압입시험기와 이를 이용한 잔류응력 측정방법을 제공하게 되며, 또한 적용하는 하중의 범위를 제어함으로써 박막이나 마이크로소자와 같은 미소 영역에서부터 대형 구조물에 이르기까지 광범위한 적용이 가능하고 미세조직에 의한 영향을 받지 않게 되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 나 타내는 사시도이고, 도 2a와 도 2b는 시험기 본체를 나타내는 측단면도, 도 3a와 도 3b는 시험기 본체와 제2축스테이지가 결합된 상태를 나타내는 사시도, 도 3c와 도 3d는 제2축스테이지를 나타내는 평면도와 측면도, 도 4a와 도 4b는 시험기 본체와 제3축스테이지가 결합된 상태를 나타내는 측면도, 도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 이용하여 측정시편의 잔류응력을 측정하는 방법을 나타내는 순서도, 도 6은 압입자 접근단계를 나타내는 순서도이며, 도 7은 압입자 접촉단계를 나타내는 순서도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기(100)는, 시험기 본체(110) 내측에 설치되는 구동기(205)와; 상기 구동기(205)의 축과 연결되어 회전하는 볼스크류(230)와, 상기 볼스크류(230)와 볼을 매개로 결합되는 스크류너트(215)와, 상기 스크류너트(215)와 연동되게 결합되어 회전축을 따라서 슬라이딩되는 실린더(235)를 포함하는 슬라이더(237)와; 상기 슬라이더(237)가 내삽되며 상기 시험기 본체(110)에 결합되어 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩을 가이드하는 슬라이더가이드(220)와; 상기 슬라이더(237)와 연동되도록 상기 슬라이더(237)의 하측에 압입자 홀더(250)를 매개로 결합되어 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자(255)와; 상기 실린더(235)의 하측에 결합되어 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩시 상기 압입자(255)가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서(245)와; 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩시 상기 압입자(255)가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서(273)와; 상기 시험기 본체(110) 내측에 설치되며 상기 구동기(205)와 인터페이스로 연결되어 메인컴퓨터(150)로부터 전송된 제어프로그램으로 독자적으로 상기 구동기(205)를 제어하는 마이콤(210); 및 상기 마이콤(210)과 유선 또는 무선으로 연결되어 시험조건이 프로그램된 제어프로그램을 전송하고, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 측정된 측정치로 측정시편의 잔류응력을 연산하며, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 측정된 측정치가 기준치를 벗어나는 경우 상기 마이콤(210)으로 시험 중단신호를 전송하거나, 상기 구동기(205)로의 전원 공급을 중단하게 제어는 메인컴퓨터(150);를 포함하여 구성된다.
구동기(205)는 시험기 본체(110)의 내측에 설치되며 슬라이더(237)와 압입자 홀더(250) 등과 결합된 압입자(255)를 상하로 이동시키게 되는데, 외부 하중과 과부하에 안정적이고 정밀제어가 가능하며 압입 시험 현장에서 외부 진동 등의 발생가능한 위험 요소의 영향을 줄일 수 있도록 DC 스테핑 모터를 사용한다.
이러한 구동기(205)에는 모터로 인해 발생한 동력으로 압입자(255)를 이동시킬 때 압입자(255)의 이동속도를 시험에 필요한 정도로 저속으로 감소시키고 동력을 증대시키는 감속기가 결합되어 있다.
슬라이더(237)는 상기 구동기(205)의 축과 커플링(225)으로 연결되어 회전하는 볼스크류(230)와, 상기 볼스크류(230)와 볼을 매개로 결합되는 스크류너트(215)와, 상기 스크류너트(215)와 연동되게 결합되어 회전축을 따라서 슬라이딩되는 실린더(235)를 포함하여 구성된다.
따라서, 구동기(205)가 작동되면 구동기(205)의 축과 연결된 볼스크류(230)가 회전하게 되고, 이때 볼스크류(230)와 볼을 매개로 결합된 스크류너트(215)가 회전하면서 볼스크류(230)의 회전축을 따라서 상하로 슬라이딩하게 되고, 스크류너트(215)의 하측에 연결부재 등을 매개로 압입 결합된 실린더(235)도 같이 상하로 이동하게 된다.
실린더(235)가 상하로 이동할 때 이를 지지하는 슬라이더가이드(220)는 상기 슬라이더(237)가 내삽되게 슬라이더(237)의 외측에 위치되며 상기 시험기 본체(110)에 결합 고정되어 슬라이더(237)의 상하 슬라이딩을 가이드하게 된다.
또한, 실린더(235)가 상하로 이동하는 최대이동거리는 실린더(235)의 내측에 설치된 리미트 센서(240)에 의해 제한되어, 구동기(205)가 이상 작동되거나 수동으로 실린더(235)를 이동시킬 때 실린더의 최대이동거리가 제한되어 시험기를 보호하게 되어 있다.
구동기(205)의 가동시 상하로 이동되면서 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자(255)는 상기 슬라이더(237)와 연동되도록 상기 슬라이더(237)의 하측에 압입자 홀더(250)를 매개로 결합되고, 압입자(255)가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서(245)는 상기 실린더(235)의 하측에 결합되어 있다.
여기서 압입자(255)는 피라미드형, 원뿔형, 원기둥형, 사각기둥형, 구형, 비커스형, 누우프형 중 적어도 어느 하나를 적용하여 시험할 수 있다.
또한, 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩시 압입자(255)가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서(273)는, 압입자(255)의 상하 이동시 이와 같이 이동되는 센서팁(260)을 지지하는 센서홀더(265)가 압입자 홀더(250)의 측면에 위치되어 시험기 본체(110)에 고정되며, 센서팁(260)의 상하 이동 거리를 감지하는 메인센서 부(270)가 시험기 본체(110) 내부에 고정되어 메인컴퓨터(150)와 인터페이스로 연결된다.
메인컴퓨터(150)로부터 전송된 압입자 시험의 제어프로그램으로 독자적으로 구동기(205)를 제어하는 마이콤(210)은 상기 시험기 본체(110) 내측에 설치되며 상기 구동기(205)와 인터페이스로 연결되어, 메인컴퓨터(150)에 내장된 프로그램들이 정상적으로 작동하지 않는 경우에도 초기에 전달받은 시험 조건에 맞게 시험을 진행시킬 수 있게 되어 있다.
메인컴퓨터(150)는 상기 마이콤(210)과 유선 또는 무선으로 연결되어 시험조건이 프로그램된 제어프로그램을 전송하고, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 측정된 측정치로 측정시편의 잔류응력을 연산하게 된다.
이와 같은 마이콤(210)이 내장된 계장화 압입시험기(100)의 하측에는 측정시편을 고정시키는 지그(미도시)가 결합될 수 있는데, 지그는 V블럭, U블럭, 체인, 평판자석, 이중곡률자석, 평판전자석, 곡률전자석 중 적어도 어느 하나를 적용하여 시험할 수 있다.
또한, 상기 시험기 본체(110)의 상측에는 상기 압입자(255)를 수동으로 이동시킬 수 있도록 구동기(205)를 제어하는 업, 다운 버튼(333, 335) 및 압입자 접촉버튼(337)이 구비된 제어부(330)가 구비되어 있다.
또한, 상기 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기(100)는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이 상기 슬라이더(237)의 슬라이딩 방향과 직각인 평면상에서 상기 시험기 본체(110)의 수평 이동이 가능하도록 상기 시험기 본체(110)의 하측에 결합 되는 제2축스테이지(310)를 더 포함할 수 있다.
즉, 인력으로 시험기 본체(110)를 측정시편의 정확한 위치에 이동시키지 않아도 제2축스테이지(310)를 이용해 측정시편의 상측 평면상에서 압입자(255)를 측정시편의 중심에 셋팅시킬 수 있게 되어 있다.
상기 제2축스테이지(310)는, 시험기 본체(110)를 측정시편의 상측 평면상의 어느 제1축방향으로 이동시키는 이동부재와, 이동부재를 상기 제1축방향으로 이동시키도록 조정하는 제1축조정부(320)와, 상기 이동부재를 제1축방향과 같은 평면상의 직각방향인 제2축방향으로 이동시키는 스테이지베이스(313), 및 상기 이동부재를 제2축방향으로 이동시키도록 조정하는 제2축조정부(340)를 포함하여 구성된다.
이동부재는 상기 시험기 본체(110)의 하측에 결합되어 상기 제1축방향으로 이동되는 상측판(315)과, 상측판(315)이 이동되게 지지하는 하측판(317), 및 하측판(317)에 결합되어 상측판(315)이 상기 제1축방향으로 이동되게 상측판(315)을 지지하는 제1축조정부(320)를 포함하여 구성된다.
여기서 상기 상측판(315)은 하측 내부 양측면에 요홈부가 구비되어 있고, 상기 하측판(317)에는 상기 요홈부와 대응되는 돌기부가 구비되어 있어서, 상기 상측판(315)이 하측판(317)의 돌기부를 따라 수평 방향의 일직선 방향으로 이동되는 제1축방향의 수평 이동이 가능하게 결합된다.
그리고, 하측판(317)에 구비된 제1축조정부(320)는, 하측판(317)의 일측면에 노브지지부(321)가 상측판(315) 방향으로 돌출되게 결합되어 있고, 이 노브지지부(321)에는 제1축조정노브(323)가 상기 상측판(315)의 측면에 위치되게 관통되며 나사결합되어 있다.
따라서, 제1축조정노브(323)를 돌리면 상기 상측판(315) 방향으로 전진 또는 후퇴하면서 상측판(315)의 측면을 밀어 상측판(315)이 하측판(317)의 돌기부를 따라서 제1축방향으로 이동하게 되어 있다.
한편, 상기 이동부재 전체가 상기 제1축방향과 직각인 제2축방향의 수평 이동이 가능하도록 이동부재의 하측판(317) 하부에는 스테이지베이스(313)가 돌기부와 요홈부의 요철 형상으로 맞물림 결합된다.
즉, 스테이지베이스(313)의 상측면에 형성된 스테이지베드(319)의 상기 제2축방향의 양측에는 적어도 하나 이상의 돌기부가 형성되고, 이동부재의 하측판(317) 하측 내부 양측면에 상기 돌기부에 대응되는 요홈부가 구비되어 있어서, 상기 하측판(317)이 스테이지베드의 돌기부를 따라 수평 방향의 일직선 방향으로 이동되는 제2축방향의 수평 이동이 가능하게 결합된다.
또한, 상기 스테이지베이스(313)의 일측에는 상기 이동부재를 제2축방향으로 이동시키는 제2축조정부(340)가 구비되어 있다.
제2축조정부(340)는, 몸체부(343)가 하측판(317)의 측면에 구비된 고정너트(341)를 관통하며 나사결합되고 양단부가 스테이지베이스(313)의 측면에 구비된 고정부(345)에 지지되며, 양끝단에 형성된 제2축조정노브(347)를 돌리면 몸체부(343)가 회전하게 되고 이와 나사결합되어 있는 고정너트(341)가 이동부재의 하측판(317)을 나사홈의 전진 또는 후퇴 방향 즉, 제2축방향으로 이동하게 된다.
따라서, 이동부재의 상측판(315)은 제1축방향으로 이동이 가능하고, 이동부 재 전체는 제1축방향과 직각인 제2축방향으로 이동이 가능하게 되어 시험기 본체(110)를 측정시편으로 미세한 이동이 가능하게 된다.
한편, 이동부재의 상부 양측에는 이동을 종료하면 이동부재를 고정하는 고정핸들(349)이 구비되는데, 이 고정핸들(349)은 고정볼트 형상으로 이동부재를 관통하여 스테이지베이스(313)와 맞닿으며 지지되어 이동부재를 스테이지베이스(313)와 고정시키게 되어 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기(100)는, 도 4a와 도 4b에 도시된 바와 같이 시험기 본체(110)의 하측에 고정되는 스테이지 프레임(411)과, 상기 스테이지 프레임(411)에 결합되어 상기 측정시편을 상기 압입자(255)의 하측 위치로 수평 및 수직 이동시키는 제3축스테이지(410)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 스테이지 프레임(411)의 하측에는 상기 스테이지 프레임(411)을 지지하며 구름 이동이 가능하도록 롤러(435)가 구비될 수 있다.
따라서, 실험실이나 작업 현장에서 시험기 본체(110)를 스테이지 프레임(411)에 고정시킨 상태로 자유롭게 이동이 가능하게 되며, 다양한 크기의 측정대상을 시험기 본체(110)의 압입자(255) 위치로 공간이동의 제약을 받지 않고 이동할 수 있게 되어 있다.
여기서 상기 제3축스테이지(410)는, 측정시편을 측정시편이 놓인 평면상에서 이동이 가능하게 하는 수평트랜스레이터(403)와, 측정시편을 압입자(255)가 이동하는 상하 방향으로 이동시키는 수직트랜스레이터(405)를 포함하여 구성된다.
수평트랜스레이터(403)는 상기 시험기 본체(110)의 하측 위치에서 상기 스테이지 프레임(411)과 결합되는데, 크게 슬라이딩부재(417)와, 제1축구동부(439), 스테이지고정부(425), 및 제2축구동부(437)를 포함하여 구성된다.
슬라이딩부재(417)는, 상측부재(413)와 하측부재(415)가 요철 형상으로 맞물림 결합되어 상기 상측부재(413)가 어느 제1축방향의 수평 이동이 가능하게 결합되어 있고, 상기 하측부재(415)에는 상기 상측부재(413)를 상기 제1축방향으로 이동시키는 제1축구동부(439)가 결합되어 있다.
여기서, 제1축구동부(439)는 상기 상측판(315)을 제1축방향으로 미는 제1축조정로드(419)와, 제1축조정로드(419)에 힘을 부가하는 작동모터(421)와, 제1축조정로드(419)를 수동으로 작동하는 제1축조정핸들(423)을 포함하여 구성된다.
따라서, 작동모터(421)의 스의치를 누르면 모터의 힘으로 제1축조정로드(419)가 상측판(315)의 측면에 힘을 가하여 상측판(315)을 제1축방향으로 밀어 이동시키게 되며, 수동으로 작동할 때에는 제1축조정핸들(423)을 돌려 작동모터와 결합된 제1축조정로드(419)를 밀게 되어 있다.
또한, 상기 하측부재(415)에는 스테이지고정부(425)가 결합되는데, 상기 하측부재(415)와 요철 형상으로 맞물림 결합되어 상기 슬라이딩부재(417)가 상기 제1축방향과 직각방향인 제2축방향으로 수평 이동이 가능하게 결합되며, 상기 스테이지고정부(425)의 일측면에는 상기 이동부재를 상기 제2축방향으로 이동시키는 제2축구동부(437)가 결합된다.
여기서, 제2축구동부(437)는 상기 슬라이딩부재(417)를 제1축방향과 직각방 향인 제2축방향으로 미는 제2축조정로드(445)와, 제2축조정로드(445)에 힘을 부가하는 작동모터(441)와, 제2축조정로드(445)를 수동으로 작동하는 제2축조정핸들(443)을 포함하여 구성된다.
따라서, 작동모터(441)의 스의치를 누르면 모터의 힘으로 제2축조정로드(445)가 슬라이딩부재(417) 전체를 이동시키도록 하측판(317)의 측면에 힘을 가하여 슬라이딩부재(417)를 제2축방향으로 밀어 이동시키게 되며, 수동으로 작동할 때에는 제2축조정핸들(443)을 돌려 작동모터와 결합된 제2축조정로드(445)를 밀게 되어 있다.
그리고, 상기 수직트랜스레이터(405)는, 상기 수평트랜스레이터(403)의 하측과 상기 스테이지 프레임(411)에 결합되는 스크류잭(429)과; 상기 수평트랜스레이터(403)를 상기 제1축방향 및 제2축방향과 직각인 제3축방향으로 이동시키도록 상기 스크류잭(429)을 회전시키는 모터(433)와; 상기 스크류잭(429)과 상기 모터(433) 사이에 결합되는 감속기(431);를 포함하여 구성된다.
모터(433)의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 스크류잭(429)은 연결축(427)을 매개로 스테이지고정부(425)와 결합되고, 모터(433)는 감속기(431)를 매개로 스크류잭(429)과 결합되어 있다.
모터(433)를 구동하면 감속기(431)에 의해 수평트랜스레이터(403)의 상하 이동속도를 시험에 필요한 정도로 저속으로 감소시키고 동력을 증대시켜 스크류잭(429)에 전달하게 되어, 상기 수평트랜스레이터(403)를 상기 제1축방향 및 제2축방향과 직각인 제3축방향으로 이동시키게 된다.
따라서, 측정대상을 시험기 본체(110)가 위치된 스테이지 프레임(411)의 상측으로 이돌시킬 때 정확하고 안정적으로 이동시킬 수 있게 되어 있다.
한편, 본 발명의 다른 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기(100)를 이용한 잔류응력 측정방법은, 압입자(255)를 측정시편이 있는 위치로 이동시키는 속도를 결정하여 메인컴퓨터(150)에 입력하는 압입자 이동속도결정단계(S510)와; 자동 또는 수동으로 상기 압입자(255)를 측정시편에 접근시키는 압입자 접근단계(S520)와; 상기 압입자(255)를 하강시켜 상기 측정시편에 접촉시키고, 측정하중이 일정하중 이상이면 압입자(255)를 상승시키면서 측정하중이 일정하중 이하가 되면 정지시키는 압입자 접촉단계(S530)와; 상기 메인컴퓨터(150)에 설정하중과 설정깊이 및 순차적 압입 진행횟수를 입력하고 이를 상기 마이콤(210)으로 전송하는 조건 설정단계(S540)와; 상기 마이콤(210)이 상기 설정하중에 따라서 구동부를 구동시켜 상기 압입자(255)에 하중을 부과하고, 순차적 압입 진행횟수에 따라서 상기 압입자(255)를 순차적 깊이만큼 하강시키면서, 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 실시간으로 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터(150)로 전송하고, 설정깊이에 이르면 상기 압입자(255)에 부과된 하중을 제거하는 순차적 시험단계(S550)와; 상기 압입자(255)를 측정시편에서 제거하는 압입자 제거단계(S560); 및 상기 측정시편의 잔류응력을 계산하는 잔류응력 계산단계(S570);를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 설정하중은 0.01~300 kgf 이고, 상기 설정깊이는 0.1~2000 μm 이며, 설정 가능 속도는 0.1~60 mm/min 인 것을 특징으로 한다.
이동속도결정단계(S510)는 압입자(255)를 측정시편이 있는 위치로 이동시키는 속도를 결정하여 메인컴퓨터(150)에 입력하는 단계로, 이동속도는 0.1 ~ 60 mm/min 의 범위에서 설정가능하며 대략 10 mm/min의 이동속도로 압입자(255)를 이동시키게 된다.
압입자 접근단계(S520)는 도 6과 같이 자동 또는 수동으로 상기 압입자(255)를 측정시편에 접근시키는 단계로, 수동 이동의 경우에는 시험기 본체의 상측에 구비된 제어부(330)의 업, 다운 버튼(333, 335)을 눌러서 압입자(255)를 측정시편에 접근시키게 된다.
자동 이동의 경우에는 메인컴퓨터(150)에 이동거리를 입력하고 제어부(330)의 업, 다운 버튼(333, 335)을 누르면 그 방향으로 압입자(255)가 이동하게 되고, 이때 하중센서(245)에서 측정된 측정하중이 안정하중 이상이면 압입자(255)를 상승시키면서 하중센서(245)에서 실시간으로 측정되는 측정하중이 안정하중 이하가 되면 정지시키게 된다.
이때 압입자(255)의 이동은 리미트 센서(240)에 의해 최대이동거리가 제한되며 최대이동거리를 초과하게 되면 자동으로 이동을 종료하게 된다.
압입자 접촉단계(S530)는 도 7과 같이 접촉버튼(337)을 눌러서 측정시편에 접근되어 있는 상기 압입자(255)를 하강시켜 상기 측정시편에 접촉시키게 되는데, 이때 하중센서(245)에서 측정된 측정하중이 설정하중 이상이면 압입자(255)를 정지시켜 압입자(255)를 상승시키고, 하중센서(245)에서 실시간으로 측정되는 측정하중 이 설정하중 이하가 되면 압입자(255)를 정지시키게 된다. 여기서 설정하중은 0.01 ~ 300 kgf 의 설정이 가능하다.
이때 압입자(255)의 이동은 압입자 접근단계(S520)와 같이 리미트 센서(240)에 의해 최대이동거리가 제한되며 최대이동거리를 초과하게 되면 자동으로 이동을 종료하게 된다.
조건 설정단계(S540)는 상기 메인컴퓨터(150)에 설정하중 또는 설정깊이와 순차적 압입 진행횟수를 입력하고 이를 상기 마이콤(210)으로 전송하는 단계로, 하중과 변위 중 하나를 선택하여 최대값인 설정깊이 또는 설정하중과 순차적으로 진행할 횟수를 입력하면 자동적으로 각 단계별로 제어될 변위를 결정하게 된다.
예를 들어 설정깊이를 150 μm 를 입력하고, 순차적 압입 진행횟수를 15회로 입력하게 되면, 15회에 걸쳐 10 μm 씩 압입하게끔 조건이 설정된다.
순차적 시험단계(S550)는 상기 마이콤(210)이 구동부를 구동시켜 상기 압입자(255)에 하중을 부과하고, 순차적 압입 진행횟수에 따라서 상기 압입자(255)를 순차적 깊이만큼 하강시키면서, 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 실시간으로 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터(150)로 전송하고, 설정깊이에 이르면 상기 압입자(255)에 부과된 하중을 제거하여 시험을 종료하게 된다.
여기서 상기 순차적 시험단계(S550)는, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 측정된 측정치가 기준치를 벗어나는 경우 상기 메인컴퓨터(150)가 상기 마이콤(210)으로 시험 중단신호를 전송하거나, 상기 구동기(205)로의 전원 공급을 중단하게 제어하는 진행 확인단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 순차적 시험단계(S550)는, 상기 압입자(255)가 순차적 깊이만큼 하강되면 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터(150)로 전송한 후, 다음의 순차적 깊이만큼 하강하기 전에 상기 압입자(255)에 부과된 하중을 제거하여 일정거리 상승시키고, 상기 하중센서(245)와 변위센서(273)에서 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터(150)로 전송하는 압입자 이격단계를 포함할 수 있다.
이렇게 압입자 이격단계를 거치게 되면 측정시편에 발생되는 탄성변형을 제거한 상태의 특정값들을 얻을 수 있다.
이러한 단계를 진행하여 시험을 종료하게 되면 압입자를 측정시편에서 제거하는 압입자 제거단계를 거친 후, 측정시편의 잔류응력을 계산하는 잔류응력 계산단계를 진행하게 된다.
이하, 메인컴퓨터에 내장된 프로그램을 이용하여 잔류응력을 계산하는 방법에 대해 간략히 설명하기로 한다.
먼저, 잔류응력을 계산하기 위해서는 Reference 시편(Stress Free 상태)의 압입하중 - 변위곡선이 필요한데, 이는 측정하고자 하는 실제 시편의 압입하중 - 변위곡선과 비교하기 위함이다. 잔류응력을 구하기 위해서는 다음의 과정을 따라야 하는데 그 순서는 다음과 같다.
우선, Reference 시편에 전술한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 이용하여 압입시험을 행하고, 여기서 얻어진 곡선을 토대로 하여 Loading 곡선의 Fitting 식, 하중제어곡선의 기울기, 그리고 실제 압입깊이 hc 를 구한다.
얻어진 압입하중 - 변위곡선에서 기계적 이완, 감가속효과, Creep 효과가 없는 Loading 부분만 따로 잘라내어 Fitting의 과정을 거치게 되는데, 이는 실제 순차적 압입시험의 경우 하중제거시의 곡선형태가 왜곡되어 실제 적용된 하중과 차이를 보이기 때문으로 보다 정확한 값의 측정을 위해 반드시 필요하다.
일정 경도값을 나타내는 Vickers 압입시험시 가해지는 하중은 압흔의 면적에 비례하나, 압입자 하부의 복잡한 탄성역, 탄소성변형에 의해서 정확히 비례하는 관계라고 하기는 힘들므로 Loading 시 주어진 압입깊이와의 관계를 [수학식 1]과 같이 5차식의 형태로 적합화시켜 실험식을 얻는다.
Figure 112009072145349-pat00001
여기서 a1 a2 a3 a4 a5 c는 상수이다.
다음으로 각각의 Unloading 곡선의 분석을 시작하는데 있어서도 위의 Loading 곡선분석과 같이 다음의 [수학식 2]와 같은 형태로 Fitting 한다.
[수학식 2]는 Unloading 곡선의 모든 점에 가장 근사한 곡선을 계산하는 알고리즘이다.
Figure 112009072145349-pat00002
여기서 hf 는 하중제거 후의 잔류 최종 깊이이다. 양변에 대수를 취하여 Fitting을 거치면 k 및 m을 알 수 있고 이것을 통해서 하중제거곡선의 기울기 S를 구할 수 있는데 그 관계는 아래의 [수학식 3]으로 주어진다.
Figure 112009072145349-pat00003
탄성적인 압입하중 제거중에 압입자, 시편의 일정한 접촉면적을 유지하면, 하중제거 곡선은 직선형태를 갖게 되고, 이로부터 접촉깊이 hc 가 결정된다.
그러나, 하중 제거중에 실제 압입자 형상에 따라서 접촉면적은 점차 감소하며, 접촉부 주변의 탄성굽힘도 변화한다. 이러한 실제압입자의 접촉 관계식은 [수학식 4]와 같이 주어진다.
[수학식 3]에서 hmax 의 값은 각 Unloading Curve 중 변위가 가장 큰 값을 취하여 S를 결정한다. 그 후에 Loading Curve를 Fitting한 식과 S를 이용하여 얻을 수 있는 Unloading Curve의 접선과의 교점을 각 Unloading 부분에서의 hmax 로 재설정한 다. 이는 장비에 따라서 Curve가 이상적인 형태를 벗어날 수도 있는데 이 때 발생하는 오차를 최소화하기 위함이다.
Figure 112009072145349-pat00004
여기서 hi 는 하중 제거 곡선의 접선을 연장할 때의 절편 깊이이고 hmax 는 앞서 기술한 Loading Curve와 S를 이용하여 얻을 수 있는 Unloading Curve의 접선과의 교점을 이용해 구한 각 부분 Unloading 시의 최대 압입깊이이다.
w는 압입자의 Geometrical Factor이며 Vickers 압입자의 경우에는 그 값이 0.72로 주어진다. 이러한 접촉깊이 결정은 각각의 부분 Unloading에서 모두 행해지게 된다.
Reference 시편에서의 실험이 끝나면 잔류응력을 측정하고자 하는 시편에서 실험을 행하게 되는데, 이때는 부분하중제거의 단계를 거칠 필요가 없다. 이는 각각의 시편에 있어서 일정한 압입깊이에 대해 가해진 하중값의 상대적 차이가 시편 내에 존재하는 잔류응력과 직접적인 관계가 있으므로 표준화된 압입깊이 hc 를 이미 기존의 Reference시편에서 얻은 이후에는 hc 값을 얻는 것은 불필요하기 때문이다.
잔류응력을 구하고자 하는 시편에서 순차적 압입시험을 행한 후 이전 단계와 마찬가지로 Loading부분의 Fitting을 거치게 되고 여기서 얻어진 식과 Reference 시편에서 얻어진 Fitting식과의 비교를 행하게 된다.
이때, 측정된 압입하중 - 변위곡선의 형태를 통하여 존재하는 잔류응력의 부호를 결정할 수 있는데, 만일 Reference 상태보다 곡선의 위치가 위라면 압축잔류응력이 존재하는 것이며 그 반대의 경우는 인장잔류응력이 존재한다고 할 수 있다.
각각의 Loading 곡선식이 얻어진 후에는 다음의 관계에 의해 잔류응력을 측정하게 되는데 Reference 시편과 실제 시편과의 같은 압입깊이에서 인가되는 압입 하중의 차이는 잔류응력에 의한 영향이라고 할 수 있으므로, 그때의 하중차이를 실제 면적으로 나누게 되면 잔류응력값을 얻을 수 있다.
각 Unloading Curve에서 구한 hmax 의 압입깊이에서 하중의 차이를 구하며, 따라서 계산되는 잔류응력 값은 한번의 실험시 Reference 실험시의 부분 Unloading 회수만큼 얻을 수 있다.
상수 α가 존재하는 이유는 시편상에 존재하는 응력의 분포 상태가 각각 다르기 때문으로 박막에서의 등방향이축응력상태(σx = σy )나 용접부와 같이 한쪽방 향으로의 응력만 중시되는 상황(σx >> σy )을 예로 들 수 있다.
잔류응력에 의한 영향은 동일한 압입깊이에 대한 적용하중의 차이로 나타나면 이 때 응력값은 가해진 하중을 단위면적으로 나눈 값이므로 다음의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009072145349-pat00005
Figure 112009072145349-pat00006
여기서 Lres = L0 - LR 이다.
여기서 LR 은 실제 시편에 인가되는 압입 하중, L0 는 Reference 시편에 인가되는 압입하중이며 AC 는 실제 접촉면적이고 Vicker's 압입자의 기하학적 형태를 고려한다면 다음의 [수학식 6]과 같다.
Figure 112009072145349-pat00007
여기서, AC = 24.5hC 2 이다.
Reference 시편에서 얻어진 각각의 hC 값을 대입하여 나온 AC 값을 대입하여 보면 실제 잔류응력값은 어느 정도 범위 내에서 변화하게 되는데 이는 압입하중이 증가함에 따라 압입자 하부의 소성 영역이 증가함에 따른 원인이다.
이에 따라 해당 접촉면적에 따른 잔류응력값들의 평균을 이용하여 그 값을 잔류응력으로 계산할 수 있게 된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 기계적 물성평가에 유리하면서도 비파괴적인 측정이 가능한 계장화 압입시험기와 이를 이용한 잔류응력 측정방법을 제공하게 되며, 또한 적용하는 하중의 범위를 제어함으로써 박막이나 마이크로소자와 같은 미소 영역에서부터 대형 구조물에 이르기까지 광범위한 적용이 가능하고 미세조직에 의한 영향을 받지 않게 되는 효과가 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 나타내는 사시도;
도 2a와 도 2b는 시험기 본체를 나타내는 측단면도;
도 3a와 도 3b는 시험기 본체와 제2축스테이지가 결합된 상태를 나타내는 사시도;
도 3c와 도 3d는 제2축스테이지를 나타내는 평면도와 측면도;
도 4a와 도 4b는 시험기 본체와 제3축스테이지가 결합된 상태를 나타내는 측면도;
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 이용하여 측정시편의 잔류응력을 측정하는 방법을 나타내는 순서도;
도 6은 압입자 접근단계를 나타내는 순서도;
도 7은 압입자 접촉단계를 나타내는 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 시험기 본체 150: 메인컴퓨터
205: 구동기 210: 마이콤
215: 스크류너트 220: 슬라이더가이드
225: 커플링 230: 볼스크류
235: 실린더 237: 슬라이더
240: 리미트 센서 245: 하중센서
250: 압입자 홀더 255: 압입자
260: 센서팁 265: 센서홀더
270: 메인센서부 310: 제2축스테이지
313: 스테이지베이스 315: 상측판
320: 제1축조정부 330: 제어부
340: 제2축조정부 341: 고정너트
343: 몸체부 345: 고정부
403: 수평트랜스레이터 405: 수직트랜스레이터
410: 제3축스테이지 417: 슬라이딩부재
427: 연결축 431: 감속기
433: 모터 437: 제2축구동부
439: 제1축구동부

Claims (12)

  1. 시험기 본체 내측에 설치되는 구동기와;
    상기 구동기의 축과 연결되어 회전하는 볼스크류와, 상기 볼스크류와 볼을 매개로 결합되는 스크류너트와, 상기 스크류너트와 연동되게 결합되어 회전축을 따라서 슬라이딩되는 실린더를 포함하는 슬라이더와;
    상기 슬라이더가 내삽되며 상기 시험기 본체에 결합되어 상기 슬라이더의 슬라이딩을 가이드하는 슬라이더가이드와;
    상기 슬라이더와 연동되도록 상기 슬라이더의 하측에 압입자 홀더를 매개로 결합되어 측정시편에 압입 하중을 가하는 압입자와;
    상기 실린더의 하측에 결합되어 상기 슬라이더의 슬라이딩시 상기 압입자가 측정시편에 전달하는 하중을 측정하는 하중센서와;
    상기 슬라이더의 슬라이딩시 상기 압입자가 측정시편에 압입되는 깊이를 측정하는 변위센서와;
    상기 시험기 본체 내측에 설치되며 상기 구동기와 인터페이스로 연결되어 하기 메인컴퓨터로부터 전송된 제어프로그램으로 독자적으로 상기 구동기를 제어하는 마이콤;
    상기 마이콤과 유선 또는 무선으로 연결되어 시험조건이 프로그램된 제어프로그램을 전송하고, 상기 하중센서와 변위센서에서 측정된 측정치로 측정시편의 잔류응력을 연산하며, 상기 하중센서와 변위센서에서 측정된 측정치가 기준치를 벗어나는 경우 상기 마이콤으로 시험 중단신호를 전송하거나, 상기 구동기로의 전원 공급을 중단하게 제어하는 메인컴퓨터;
    상기 시험기 본체의 상측에는 상기 압입자를 수동으로 이동시키도록 제어하는 업, 다운 버튼 및 압입자 접촉버튼이 구비된 제어부;
    상기 시험기 본체의 하측에 고정되는 스테이지 프레임과, 상기 스테이지 프레임에 결합되어 상기 측정시편을 상기 압입자의 하측 위치로 수평 및 수직 이동시키는 제3축스테이지를 포함하여 구성되며,
    상기 제3축스테이지는, 수평트랜스레이터와 수직트랜스레이터를 포함하여 구성되되,
    상기 수평트랜스레이터는,
    상기 시험기 본체의 하측 위치에서 상기 스테이지 프레임과 결합되며, 상측부재와 하측부재가 적어도 하나 이상의 요홈부와 돌기부로 형성되는 요철 형상으로 맞물림 결합되어 상기 상측부재가 제1축방향의 수평 이동이 가능하게 결합되는 슬라이딩부재와;
    상기 하측부재와 결합되어 상기 상측부재를 상기 제1축방향으로 이동시키는 제1축구동부와;
    상기 하측부재와 적어도 하나 이상의 요홈부와 돌기부로 형성되는 요철 형상으로 맞물림 결합되어 상기 슬라이딩부재가 상기 제1축방향과 직각방향인 제2축방향으로 수평 이동이 가능하게 결합되는 스테이지고정부; 및
    상기 스테이지고정부의 일측면에 결합되어 이동부재를 상기 제2축방향으로 이동시키는 제2축구동부를 포함하여 구성되고,
    상기 수직트랜스레이터는,
    상기 수평트랜스레이터의 하측과 상기 스테이지 프레임에 결합되는 스크류잭과;
    상기 수평트랜스레이터를 상기 제1축 및 제2축방향과 직각인 제3축방향으로 이동시키도록 상기 스크류잭을 회전시키는 모터;
    상기 스크류잭과 상기 모터 사이에 결합되는 감속기를 포함하여 구성되며,
    상기 제1축구동부는 상측판을 제1축방향으로 미는 제1축조정로드와, 제1축조정로드에 힘을 부가하는 작동모터와, 제1축조정로드를 수동으로 작동하는 제1축조정핸들을 포함하여 구성되어, 상기 작동모터의 스위치를 누르면 상기 작동모터의 힘으로 제1축조정로드가 상측판의 측면에 힘을 가하여 상측판을 제1축방향으로 밀어 이동시키고, 수동으로 작동할 때에는 상기 제1축조정핸들을 돌려 작동모터와 결합된 제1축조정로드를 밀며 작동되고,
    상기 제2축구동부는 상기 슬라이딩부재를 제1축방향과 직각방향인 제2축방향으로 미는 제2축조정로드와, 상기 제2축조정로드에 힘을 부가하는 작동모터와, 제2축조정로드를 수동으로 작동하는 제2축조정핸들을 포함하여 구성되어, 상기 작동모터의 스위치를 누르면 작동모터의 힘으로 제2축조정로드가 슬라이딩부재 전체를 이동시키도록 하측판의 측면에 힘을 가하여 슬라이딩부재를 제2축방향으로 밀어 이동시키게 되며, 수동으로 작동할 때에는 상기 제2축조정핸들을 돌려 작동모터와 결합된 제2축조정로드를 밀며 작동되며,
    상기 모터의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 상기 스크류잭은 연결축을 매개로 스테이지고정부와 결합되고, 상기 모터는 감속기를 매개로 상기 스크류잭과 결합되어, 상기 모터를 구동하면 감속기에 의해 수평트랜스레이터의 상하 이동속도를 시험에 필요한 정도로 저속으로 감소시키고 동력을 증대시켜 상기 스크류잭에 전달하게 되어, 상기 수평트랜스레이터를 상기 제1축방향 및 제2축방향과 직각인 제3축방향으로 이동시키게 되는 것을 특징으로 하는 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기.
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  9. 제 1 항의 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 이용하여 측정시편의 잔류응력을 측정하는 방법에 있어서,
    압입자를 측정시편이 있는 위치로 이동시키는 속도를 결정하여 메인컴퓨터에 입력하는 압입자 이동속도결정단계와;
    자동 또는 수동의 이동방법을 선택하여 압입자를 이동시키되 측정하중이 안정하중 이상이면 압입자를 상승시키고, 측정하중이 안정하중 이하가 되면 정지시키면서 상기 압입자를 측정시편에 접근시키는 압입자 접근단계와;
    압입자 접촉버튼을 눌러 상기 압입자를 하강시키되 측정하중이 설정하중 이상이면 상기 압입자를 정지시켜 상승시키고, 설정하중 이하가 되면 압입자를 정지시켜 상기 측정시편에 접촉시키는 압입자 접촉단계와;
    상기 메인컴퓨터에 설정하중 또는 설정깊이와 순차적 압입 진행횟수를 입력하고 이를 상기 마이콤으로 전송하는 조건 설정단계와;
    상기 마이콤이 구동부를 구동시켜 상기 압입자에 하중을 부과하고, 순차적 압입 진행횟수에 따라서 상기 압입자를 순차적 깊이만큼 하강시키면서, 하중센서와 변위센서에서 실시간으로 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터로 전송하고, 설정깊이에 이르면 상기 압입자에 부과된 하중을 제거하는 순차적 시험단계;
    상기 압입자를 측정시편에서 제거하는 압입자 제거단계;
    측정된 압입하중과 압입깊이로 상기 측정시편의 잔류응력을 계산하는 잔류응력 계산단계를 포함하되,
    상기 압입자 접촉단계는 상기 압입자 접촉버튼을 눌러서 측정시편에 접근되어 있는 압입자를 하강시켜 상기 측정시편에 접촉시키고, 이때 하중센서에서 측정된 측정하중이 설정하중 이상이면 압입자를 정지시켜 압입자를 상승시키고, 하중센서에서 실시간으로 측정되는 측정하중이 설정하중 이하가 되면 압입자를 정지시키게 되며, 상기 압입자의 이동은 리미트 센서에 의해 최대이동거리가 제한되어 최대이동거리를 초과하게 되면 자동으로 이동을 종료하게 되고,
    상기 순차적 시험단계에서 상기 하중센서와 변위센서에서 측정된 측정치가 기준치를 벗어나는 경우 상기 메인컴퓨터가 상기 마이콤으로 시험 중단신호를 전송하거나, 상기 구동기로의 전원 공급을 중단하게 제어하는 진행 확인단계를 거치고, 상기 측정시편에서 발생되는 탄성변형을 제거한 상태의 특정값을 얻을 수 있도록, 상기 압입자가 순차적 깊이만큼 하강되면 상기 하중센서와 변위센서에서 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터로 전송한 후, 다음의 순차적 깊이만큼 하강하기 전에 상기 압입자에 부과된 하중을 제거하여 일정거리 상승시키고, 상기 하중센서와 변위센서에서 압입하중과 압입깊이를 측정하여 상기 메인컴퓨터로 전송하는 압입자 이격단계를 거쳐서 상기 압입자 제거단계를 진행하게 되는 것을 특징으로 하는 마이콤이 내장된 계장화 압입시험기를 이용한 잔류응력 측정방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374636A (zh) * 2014-09-28 2015-02-25 山东中科普锐检测技术有限公司 一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路
KR20200069652A (ko) 2018-12-07 2020-06-17 한국수력원자력 주식회사 계장화 압입시험기 고정장치

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101488103B1 (ko) * 2013-10-01 2015-01-29 한국해양과학기술원 모형빙의 탄성계수 측정장치
KR101631747B1 (ko) * 2014-05-15 2016-06-20 한국표준과학연구원 재질손상 국소진단을 위한 압입 탄성계수 측정장치 및 그 측정방법
CN104101550A (zh) * 2014-07-22 2014-10-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 基于仪器化Berkovich压入O-P硬度确定材料维氏硬度的方法
CN104101551A (zh) * 2014-07-22 2014-10-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 基于仪器化Berkovich压入名义硬度确定材料维氏硬度的方法
KR101531953B1 (ko) * 2014-11-26 2015-06-29 (주)프론틱스 휴대용 표면검사 및 전해연마 장치
KR101670760B1 (ko) * 2015-04-01 2016-11-01 (주)프론틱스 압입시험기
KR101727504B1 (ko) * 2016-05-18 2017-04-17 (주)프론틱스 차폐기를 구비한 계측기의 휴대용 검정시험기
KR101873111B1 (ko) * 2016-10-21 2018-06-29 한국수력원자력 주식회사 압입시험기용 압입자의 비접촉식 안내장치
KR102031197B1 (ko) * 2019-02-18 2019-11-08 (주)프론틱스 계장화압입시험기
KR102031195B1 (ko) * 2019-02-18 2019-10-11 (주)프론틱스 로드셀 변형량을 고려한 압입시험 수행방법
CN110261021B (zh) * 2019-06-18 2024-04-12 浙江工业大学 一种适用于测量非等轴残余应力的旋转压头组件
CN110186764A (zh) * 2019-06-27 2019-08-30 北京航天新风机械设备有限责任公司 一种金属薄板动态抗凹性测量装置
CN110346211A (zh) * 2019-07-19 2019-10-18 东莞市正邦检测设备有限公司 全自动残余凹陷测试机
IT201900018389A1 (it) * 2019-10-10 2021-04-10 Davide Affri Durometro di tipo universale ad architettura perfezionata.
CN110849521B (zh) * 2019-11-13 2021-05-28 中国石油大学(华东) 一种便携式的应用于现场残余应力的加载及光学测试装置
CN112730138B (zh) * 2021-01-22 2024-05-24 王斌 一种用于材料试验机计量检定的手动加荷微调装置及方法
CN114838693B (zh) * 2022-03-15 2023-09-29 中国船舶重工集团公司第七二五研究所 一种使用位移计测量压痕深度的连接装置及使用方法
CN115014609A (zh) * 2022-06-07 2022-09-06 中铁检验认证中心有限公司 用于车轴残余应力检测的试验平台及使用方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100406154B1 (ko) * 2001-03-27 2003-11-15 (주)프론틱스 압입시험기 및 압입시험기를 이용한 압입시험 데이터측정방법, 물성측정방법, 이 물성측정방법을 이용한 소프트웨어를 저장한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체
WO2009065709A1 (de) * 2007-11-21 2009-05-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Bremsbetätigungseinheit

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100406154B1 (ko) * 2001-03-27 2003-11-15 (주)프론틱스 압입시험기 및 압입시험기를 이용한 압입시험 데이터측정방법, 물성측정방법, 이 물성측정방법을 이용한 소프트웨어를 저장한 컴퓨터로 판독가능한 기록매체
WO2009065709A1 (de) * 2007-11-21 2009-05-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Bremsbetätigungseinheit

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374636A (zh) * 2014-09-28 2015-02-25 山东中科普锐检测技术有限公司 一种基于移动显示终端的里氏硬度计电路
KR20200069652A (ko) 2018-12-07 2020-06-17 한국수력원자력 주식회사 계장화 압입시험기 고정장치

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