KR101221953B1 - 잔류응력 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잔류응력 측정장치에 관한 것으로서, 잔류응력을 측정하고자 하는 강관이 고정되는 강관 고정부재와 상기 강관의 외부 또는 내부에서 천공하기 위한 드릴이 결합된 천공부와 상기 천공부의 일단이 결합되고, 상기 천공부를 상승 또는 하강시키는 Z축 이동부 및 상기 강관 고정부재의 하부에 설치되고, 상기 강관 고정부재를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 이동부를 포함하며, 강관의 외부 또는 내부로부터 천공이 가능하여 강관의 잔류응력 측정이 용이한 효과가 있다.

Description

잔류응력 측정장치{Apparatus for measuring residual stress}
본 발명은 잔류응력 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시편의 외부 또는 내부에서 천공이 가능한 잔류응력 측정장치에 관한 것이다.
열간압연 및 냉각공정을 거친 후 상온으로 냉각된 강판에 형성된 잔류 응력은, 강판의 이음 작업시 잔류응력에 기인한 변형을 방지하기 위하여 정확한 잔류응력 측정이 필요하다.
강판의 잔류응력 측정이 가능한 것으로, 홀 드릴링(Hole drilling), X선법, 박하우젠법(Barkhausen)이 있고, 최근에는 초음파를 이용한 음향복굴절법 등의 방법을 많이 사용하고 있다. 여기에서 홀 드릴링법은 강판에 1㎜ 정도의 미세한 구멍을 뚫을 때, 구멍 주위의 잔류응력이 해방되어 변형으로 나타나게 되고, 이 변형을 스트레인 게이지를 이용하여 측정하여 잔류응력을 구하는 방법이다.
이 방법은 표준화되어 있는 방법으로서 시편 표면의 잔류응력은 측정이 가능하나 배관과 같이 시편의 형상에 따라서 내부의 잔류응력을 측정할 필요가 있는 경우에는 드릴 및 시편 고정대가 고정되어 있어 배관 내부의 잔류응력을 측정하기에는 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시편의 외부뿐만 아니라 내부로부터 천공이 가능하여 시편의 형상에 관계없이 잔류응력을 용이하게 측정할 수 있는 잔류응력 측정장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 잔류응력 측정장치는, 잔류응력을 측정하고자 하는 강관이 고정되는 강관 고정부재; 상기 강관의 외부 또는 내부에서 천공하기 위한 드릴이 결합된 천공부; 상기 천공부의 일단이 결합되고, 상기 천공부를 상승 또는 하강시키는 Z축 이동부; 및 상기 강관 고정부재의 하부에 설치되고, 상기 강관 고정부재를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 이동부;를 포함한다.
또한, 상기 잔류응력 측정장치는 상기 Z축 이동부를 Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 이동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 X축 이동부는 서보모터와 상기 서보모터에 의해 회전하는 볼 스크류와 상기 볼스크류의 회전에 의해 이동하며 상기 강관 고정부재가 결합하는 볼스크류 블럭을 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 X축 이동부는 상기 강관 고정부재의 하부 양측에서 지지하는 이동블럭과 상기 이동블럭의 수평이동을 안내하는 가이드레일을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 Z축 이동부는 서보모터와 상기 서보모터에 의해 회전하는 볼 스크류와 상기 볼스크류의 회전에 의해 이동하는 볼스크류 블럭을 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 천공부는 상기 Z축 이동부에 고정되는 수평바와 상기 수평바의 일단에 고정되는 드릴모터와 상기 드릴모터에 결합하는 드릴을 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 천공부는 상기 수평바의 일단에 부착되어 상기 드릴이 천공하는 강관면을 촬영할 수 있는 카메라를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 잔류응력 측정장치는 강관의 외부 또는 내부로부터 천공이 가능하여 강관의 잔류응력 측정이 용이한 효과가 있다.
도 1은, 본 발명의 잔류응력 측정장치의 사시도,
도 2는, 본 발명의 잔류응력 측정장치의 Z축 이동부와 천공부의 분해사시도,
도 3은, 본 발명의 잔류응력 측정장치의 X 및 Y축 이동부의 사시도,
도 4는, 본 발명의 잔류응력 측정장치를 이용하여 강관의 내부를 천공하는 작동 예시도이다.
이하, 본 발명에 의한 잔류응력 측정장치의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 잔류응력 측정장치의 사시도이다. 이를 참조하면, 본 발명의 잔류응력 측정장치는 잔류응력을 측정하고자 하는 강관(P)이 고정되는 강관 고정부재(100)와 상기 강관의 외부 또는 내부에서 천공하기 위한 드릴이 결합된 천공부(200)와 상기 천공부(200)의 일단이 결합되고 천공부(200)를 상승 또는 하강시키는 Z축 이동부(300) 및 상기 강관 고정부재(100)의 하부에 설치되고, 상기 강관 고정부재(100)를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 이동부(400)를 포함한다.
강관 고정부재(100)는 플레이트(101)와 플레이트(101)의 상부에 일정 간격을 두고 직립하여 형성되며 상부에 강관이 안착될 수 있는 홈이 형성된 지지부재(102)로 구성된다. 강관 고정부재(100)의 형상은 시험하고자 하는 강관(P)의 형태에 따라 적절히 변형될 수 있다.
도 2는 본 발명의 잔류응력 측정장치의 천공부(200)와 Z축 이동부(300)에 대한 분해 사시도이다. 먼저 천공부(200)는 후술되는 Z축 볼스크류 블럭(306)에 고정되는 결합부재(201)를 포함한다. 결합부재(201)는 Z축 볼스크류 블럭(306)에 볼트로 고정되는 제1 결합부재(201a)와 제1 결합부재(201a)와 끼움결합하는 제2 결합부재(201b)로 구성된다. 제2 결합부재(201b) 양 측벽에 Z축 이동블럭(308)이 결합한다.
결합부재(201)에는 결합플랜지(202)가 고정되고, 결합플랜지(202)에는 수평바(203)의 일단이 고정된다. 수평바(203)의 타단에는 중공형태의 드릴모터 지지부재(204)가 고정되며 드릴모터 지지부재(204)에는 드릴모터(206) 및 드릴(207)이 결합된 드릴모터 고정부재(205)가 삽입되어 고정된다. 드릴모터 고정부재(205)의 상부에는 커버(209)가 결합한다.
수평바(203)의 타단 하부에는 카메라(208)가 결합된다. 카메라(208)는 드릴(207)의 말단이 촬영될 수 있는 각도로 설치되어 있어 작업자가 강관(P)이 천공되는 위치를 정확히 확인할 수 있다.
상기 천공부(200)의 상하 이동을 조절하기 위한 Z축 이동부(300)는 일면이 개방된 직립 형태의 함체(301)와 상기 함체(301)의 상부에 고정되는 Z축 서보모터(302)와 Z축 서보모터(302)와 커플링(303)으로 연결되며 함체(301) 내부에 설치되는 Z축 볼스크류(304)를 포함한다. Z축 볼스크류(304)는 양단에서 두 개의 Z축 볼스크류 지그(305a, 305b)에 의해 지지된다. Z축 볼스크류(304)에는 Z축 볼스크류 블럭(306)이 나사 결합함으로써 Z축 볼스크류(304)의 회전시 Z축 볼스크류(304)를 따라 상승 또는 하강한다. Z축 볼스크류 블럭(306)에는 상기 천공부(200)의 결합부재(201)가 고정됨으로써 Z축 볼스크류 블럭(306)의 상승 또는 하강에 따라 천공부(200)가 상승 또는 하강하게 된다.
한편, 함체(301)의 양 측벽에는 Z축 가이드 레일(307)이 고정되고, 각각의 Z축 가이드 레일에는 천공부(200)와 결합하는 Z축 이동블럭(308)이 삽입되어 천공부의 상승 또는 하강을 안내한다.
도 3은 본 발명의 잔류응력 측정장치의 X 및 Y축 이동부(400, 500)의 사시도이다. X축 이동부(400)는 베이스 부재(401)가 마련되고 베이스 부재 상부에 X축 서보모터(402)와 X축 서보모터(401)의 회전축에 연결되는 커플링(403)과 커플링(403)에 연결되는 X축 볼스크류(404)를 포함한다. X축 볼스크류(404)는 X축 볼스크류 지그(405a, 405b)에 의해 지지되며 X축 볼스크류 블럭(406)이 나사결합하여 X축 볼스크류(404)의 회전 시 X축 볼스크류(404)를 따라 이동한다. 베이스 부재(401)의 양측에는 레일 지지부재(407)가 고정되고 레일 지지부재(407)에는 X축 가이드레일(408)이 고정된다. 각 X축 가이드레일(408)에는 X축 이동블럭(409)이 X축 가이드레일(408)을 따라 이동 가능하도록 결합한다. X축 볼스크류 블럭(406)과 X축 이동블럭(409)에 상기 강관 고정부재(100)가 결합함으로써 X축 볼스크류 블럭(406)의 이동에 따라 강관 고정부재(100)가 X축 방향으로 이동하게 된다.
Y축 이동부(500)는 Z축 이동부(300)의 하부에 결합하여 Z축 이동부(300)를 Y축 방향으로 이동시킨다. Y축 이동부(500)는 X축 이동부(400)의 베이스 부재(401)의 상부에 고정되는 레일고정 플레이트(501)와 레일고정 플레이트(501)의 상부에 고정되는 Y축 가이드레일(502)과 각 Y축 가이드레일(502)에 이동가능하도록 결합하는 Y축 이동블럭(503)과 Y축 이동블럭(503)에 고정되며 Z축 이동부(300)의 함체(301)에 결합하는 이동 플레이트(504)로 구성된다. 이동 플레이트(504)는 모터(미도시) 또는 수동에 의해 Y축 방향으로 이동될 수 있다. 모터에 의해 구동되는 경우 X 이동부와 같이 서보모터, 볼스크류 및 볼스크류 블럭으로 구성할 수 있다.
상기 구성에 의한 본 발명의 작동례를 설명하면 다음과 같다. 먼저 강관(P)을 강관 고정부재(100)에 고정하고 천공하고자 하는 부위에 스트레인 게이지(S)를 부착한다. 천공하고자 하는 부위가 드릴(207)의 중심에 올 수 있도록 X축 이동부(400)와 Y축 이동부(500)를 조정한 후, Z축 이동부(300)를 조정하여 천공부(200)을 하강시킨다. 이때 작업자는 카메라(208) 영상을 통하여 천공 부위에 정확히 드릴(207)이 위치하는지 확인할 수 있다.
천공부위가 강관(P)의 내부에 있는 경우에는 도 4에서와 같이 천공부(200)가 강관 내부로 들어갈 수 있도록 X축 이동부(400)를 뒤로 후퇴시킨 후 Y축 이동부(500)와 Z축 이동부(300)를 조정하여 천공부(200)를 강관의 중심축에 맞춘 후, X축 이동부(400)을 전진시켜 드릴(207)이 천공부위의 중심에 올 수 있도록 조정한 후 Z축 이동부(300)을 하강시켜 드릴링작업을 시작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100: 강관 고정부재 200: 천공부
201: 결합부재 203: 수평바
206: 드릴모터 208: 카메라
300: Z축 이동부 301: 함체
304: Z축 볼스크류 400: X축 이동부
404: X축 볼스크류 500: Y축 이동부

Claims (7)

  1. 잔류 응력을 측정하고자 하는 강관이 고정되는 강관 고정부재(100);
    상기 강관의 외부 또는 내부에서 천공하기 위한 드릴이 결합된 천공부(200);
    상기 천공부(200)의 일단이 결합되고, 상기 천공부(200)를 상승 또는 하강시키는 Z축 이동부(300);
    상기 강관 고정부재(100)의 하부에 설치되고, 상기 강관 고정부재를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 이동부(400); 및
    상기 Z축 이동부(300)의 하부에 결합되어, 상기 Z축 이동부(300)를 Y축 방향으로 이동시키기 위한 Y축 이동부(500);를 포함하되,
    상기 천공부(200)는,
    Z축 볼스크류 블럭(306)에 고정되는 결합부재(201); 상기 결합부재(201)에 고정되는 결합플랜지(202); 상기 결합플랜지(202)에 고정되는 수평바(203); 상기 수평바(203)의 타단에 결합된 중공형태의 드릴모터 지지부재(204); 상기 드릴모터 지지부재(204)에 삽입되어 고정된 드릴모터 고정부재(205); 상기 드릴모터 고정부재(205)에 결합된 드릴모터(206) 및 드릴(207); 드릴모터 고정부재(205)의 상부에 결합된 커버(209); 및 상기 수평바(203)의 일단에 부착되어 상기 드릴(207)이 천공하는 강관면을 촬영할 수 있는 카메라(208)를 포함하여 이루어지고,
    상기 Y축 이동부(500)는
    X축 이동부(400)의 베이스 부재(401)의 상부에 고정되는 레일고정 플레이트(501); 상기 레일고정 플레이트(501)의 상부에 고정되는 Y축 가이드레일(502); 상기 Y축 가이드레일(502)에 이동가능하도록 결합하는 Y축 이동블럭(503); 및 상기 Y축 이동블럭(503)에 고정되며 Z축 이동부(300)의 함체(301)에 결합하는 이동 플레이트(504);를 포함하여 구성되고,
    상기 수평바(203)는 강관의 외부 또는 내부로부터 천공이 가능하도록 상기 Z축 이동부에 X축 방향으로 고정되고,
    상기 이동 플레이트(504)는 모터 또는 수동에 의해 Y축 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 강관의 잔류응력 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 X축 이동부(400)는
    베이스 부재(401); 상기 베이스 부재(401)의 상부의 X축 서보모터(402); 상기 X축 서보모터(401)의 회전축에 연결되는 커플링(403); 상기 커플링(403)에 연결되고 상기 서보모터(401)에 의해 회전하는 X축 볼스크류(404); 상기 X축 볼스크류(404)를 지지하는 X축 볼스크류 지그(405a, 405b); 상기 X축 볼스크류(404)에 나사결합되어 X축 볼스크류(404)의 회전 시 X축 볼스크류(404)를 따라 이동하는 X축 볼스크류 블럭(406); 상기 베이스 부재(401)의 양측에 고정된 레일 지지부재(407); 상기 레일 지지부재(407)에 고정된 X축 가이드레일(408); 및 상기 X축 가이드레일(408)에 결합되어 X축 가이드레일(408)을 따라 이동하는 X축 이동블럭(409);을 포함하여 구성되고,
    상기 X축 볼스크류 블럭(406)과 X축 이동블럭(409)에 상기 강관 고정부재(100)가 결합되어 상기 X축 볼스크류 블럭(406)의 이동에 따라 강관 고정부재(100)가 X축 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 강관의 잔류응력 측정장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 Z축 이동부(300)는
    일면이 개방된 직립 형태의 함체(301); 상기 함체(301)의 상부에 고정되는 Z축 서보모터(302); 상기 Z축 서보모터(302)와 커플링(303)으로 연결되며 함체(301) 내부에 설치되어 상기 서보모터에 의해 회전하는 Z축 볼스크류(304); 상기 Z축 볼스크류(304)를 양단에서 지지하는 Z축 볼스크류 지그(305a, 305b); 상기 Z축 볼스크류(304)에 나사결합되고 상기 볼스크류(304)의 회전에 의해 상승 또는 하강 이동하는 Z축 볼스크류 블럭(306); 상기 함체(301)의 양 측벽에 고정된 Z축 가이드 레일(307); 및 상기 Z축 가이드 레일(307)에 삽입되어 천공부(200)와 결합하는 Z축 이동블럭(308)을 포함하여 구성되고,
    상기 Z축 볼스크류 블럭(306)에는 상기 천공부(200)의 결합부재(201)가 고정됨으로써 Z축 볼스크류 블럭(306)의 상승 또는 하강에 따라 천공부(200)가 상승 또는 하강하게 되는 것을 특징으로 하는 강관의 잔류응력 측정장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
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