KR101272000B1 - 잔류 응력 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 강판의 잔류 응력 측정장치에 관한 것으로서, 강판이 고정되는 지지틀을 포함하는 프레임; 상기 지지틀을 회전시키는 구동 수단; 상기 프레임에 설치되고, 상기 지지틀의 제1방향을 따라 연장된 제1레일을 갖는 제1안내 부재; 상기 지지틀의 제2방향을 따라 연장된 제2레일을 가지며, 상기 제1레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 제2안내 부재; 및 상기 강판에 선 또는 점을 표시하기 위한 표시 수단이 설치되고, 상기 제2레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 펜 홀더;를 포함할 수 있다.

Description

잔류 응력 측정장치{Residual stress measuring apparatus}

본 발명은 잔류 응력 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작업자에 관계없이 강판의 잔류 응력을 비교적 정확히 측정할 수 있는 잔류 응력 측정장치에 관한 것이다.

종래의 잔류 응력 측정은 실험 테이블에서 작업자의 수작업에 의해 이루어졌다. 종래의 잔류 응력 측정 단계는 다음과 같은 단계로 이루어진다.

먼저, 작업자가 강판의 측정위치 전면과 후면에 분할 선을 긋는다. 분할 선(또는 절단선)의 긋기 작업은 작업자가 펜 등을 이용하여 수작업으로 이루어진다. 아울러 강판의 후면에 분할 선을 긋기 위해 강판을 뒤집는 작업도 수작업으로 이루어진다.

분할 선이 그어지면, 스트레인 게이지를 측정위치에 대칭형태로 부착한다. 스트레인 게이지의 부착이 끝나면, 절단기를 사용하여 분할 선을 따라 강판을 절단한다.

그리고 강판의 절단 전과 후의 스트레인 게이지의 변화 값을 기록하여, 강판의 잔류 응력을 산출한다.

그러나 이러한 종래의 잔류 응력 측정 방법 및 장치는 측정과정의 상당 부분이 작업자의 수작업에 의해 이루어지므로, 동종 강판에 대한 실험값이 작업자마다 다를 수 있다.

예를 들어, 열간압연 강판의 잔류 응력 값은, 강판에 부착되는 게이지의 기준선 중심 및 측정점 위치가 수평 및 수직방향으로 조금만 기울어져도 큰 편차가 발생한다.

따라서 측정을 수행하는 작업자에 관계없이 일정한 측정값을 도출해 낼 수 있는 잔류 응력 측정장치의 개발이 절실히 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 필요에 따라 개발된 것으로서, 작업자의 숙련도에 관계 없이 강판의 잔류 응력을 정확히 측정할 수 있는 잔류 응력 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따르면, 강판이 고정되는 지지틀을 포함하는 프레임; 상기 지지틀을 회전시키는 구동 수단; 상기 프레임에 설치되고, 상기 지지틀의 제1방향을 따라 연장된 제1레일을 갖는 제1안내 부재; 상기 지지틀의 제2방향을 따라 연장된 제2레일을 가지며, 상기 제1레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 제2안내 부재; 및 상기 강판에 선 또는 점을 표시하기 위한 표시 수단이 설치되고, 상기 제2레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 펜 홀더;를 포함하는 잔류 응력 측정장치가 제공된다.

전술된 실시 예에 있어서, 상기 제1안내 부재 및 상기 제2안내 부재는 LM 가이드일 수 있다.

전술된 실시 예에 있어서, 상기 구동 수단은, 상기 지지틀과 연결되는 축; 상기 축과 연결되는 감속기; 및 상기 감속기와 연결되어 상기 축을 회전시키는 구동 모터;를 포함할 수 있다.

전술된 실시 예에 있어서, 상기 프레임에는 상기 홀더의 위치를 알려주는 눈금이 형성될 수 있다.

전술된 실시 예에 있어서, 상기 지지틀은 상기 강판을 단단히 고정시키는 제1고정 수단을 더 포함할 수 있다.

전술된 실시 예에 있어서, 상기 제2안내 부재는 상기 제1안내 부재 상에서의 상기 제2안내 부재의 위치를 고정하는 제2고정 수단을 더 포함할 수 있다.

전술된 실시 예에 있어서, 상기 펜 홀더는 상기 제2안내 부재 상에서의 상기 펜 홀더의 위치를 고정하는 제3고정 수단을 더 포함할 수 있다.

전술된 실시 예에 있어서, 상기 펜 홀더는 펜을 상하방향으로 이동시키는 제3안내 부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 측정값의 신뢰성과 반복 재현성이 높으므로, 작업자에 따른 측정값의 편차 발생을 현저하게 줄일 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 측정된 잔류 응력 값을 이용한 프리 벤딩 조정 및 권취장력 조정을 통해 강판의 형상교정 효과를 증대시킬 수 있고, 강판의 결함 발생을 감소시킬 수 있다.

아울러 본 발명에 따르면, 3축 선 긋기와 강판의 자동 회전을 통해 강판의 전면과 후면에 정확하고 신속한 선 긋기가 가능하고, 스트레인 게이지의 부착위치에 대한 신뢰성이 높아진다. 따라서 본 발명에 따르면 강판의 잔류 응력 측정을 단시간에 수행할 수 있다.

아울러 본 발명은 열연 및 냉연강판, 스테인리스 강판 등의 여러 가지 강판에 적용이 가능하므로, 모든 강판에 대하여 신뢰성 높은 잔류 응력 측정을 수행할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 측정 횟수에 관계없이 정확한 잔류 응력 측정값을 얻을 수 있으므로, 종래와 달리 반복 측정에 따른 시간과 비용 낭비를 현저하게 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 잔류 응력 측정장치의 사시도이고,
도 2는 도 1에 도시된 잔류 응력 측정장치에 강판이 설치된 상태를 나타낸 도면이고,
도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 잔류 응력 측정장치의 작동상태를 설명하는 평면도와 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시 예에 따른 잔류 응력 측정장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 잔류 응력 측정장치에 강판이 설치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 1에 도시된 잔류 응력 측정장치의 작동상태를 설명하는 평면도와 측면도이다.

본 실시 예에 따른 잔류 응력 측정장치(100)는 프레임(110), 지지틀(120), 구동 수단(130), 제1안내 부재(140), 제2안내 부재(150), 펜 홀더(160)를 포함한다.

프레임(110)은 잔류 응력 측정장치(100)의 뼈대를 구성한다. 프레임(110)은 적어도 4개의 다리를 가진다. 각각의 다리에는 지면에 밀착하기 위한 흡착판(114)이 설치된다. 흡착판(114)은 고무재질로 제작되는 것이 좋다.

다리에는 잔류 응력 측정장치(100)의 이동이 용이하도록, 흡착판(114)과 별도로 이동용 바퀴가 더 설치될 수 있다. 다만, 잔류 응력 측정 시 프레임(110)이 바퀴에 의해 이동되거나 흔들리면 측정의 정확도가 떨어지므로, 이동용 바퀴는 브레이크를 구비하는 것이 좋다.

프레임(110)은 강판(200)을 얹어 놓을 수 있도록 충분한 크기와 강판(200)을 회전시킬 수 있을 정도의 높이를 갖는다.

프레임(110)의 중앙 부분(116)은 측정장치(100)에 얹어진 강판(200)이 회전될 수 있도록 개방되어 있다.

프레임(110)은 작업자가 프레임(110) 상에서의 위치를 확인할 수 있도록 눈금을 구비할 수 있다. 눈금은 프레임(110)에 부착되거나 또는 프레임(110)에 직접 형성될 수 있다.

지지틀(120)은 프레임(110)에 회전 가능하게 설치된다. 더욱 상세하게는, 지지틀(120)은 한 쌍의 축(131, 132)을 중심으로 프레임(110)에 회전 가능하게 설치된다. 바람직하게는, 지지틀(120)은 프레임(110)의 길이방향(X축 방향)과 평행한 축을 중심으로 360도 회전이 가능하다(도 4 참조).

지지틀(120)은 제1고정 수단(122)을 구비한다. 제1고정 수단(122)은 지지틀(120)의 적어도 네 모서리에 설치된다. 더욱 바람직하게는, 제1고정 수단(122)은 지지틀(120)의 네 모서리와 길이방향의 1/2 지점에 설치될 수 있다.

제1고정 수단(122)은 지지틀(120)에 얹어지는 측정 대상인 강판(200)을 고정한다. 제1고정 수단(122)은 흡착판과 같은 형태일 수 있다. 선택적으로 제1고정 수단(122)은 볼트의 체결력을 통해 강판(200)을 고정시키는 클램프일 수 있다.

참고로, 제1고정 수단(122)의 형태는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알고 있거나 또는 쉽게 지득할 수 있는 범위에서 임의로 선택될 수 있다.

제1고정 수단(122)은 지지틀(120) 내에서 강판(200)의 크기에 따라 이동될 수 있다. 따라서 제1고정 수단(122)은 강판(200)의 크기에 관계없이 강판(200)을 지지틀(120)에 단단히 고정할 수 있다.

구동 수단(130)은 프레임(110)에 설치된다. 구동 수단(130)은 축(132), 감속기(134), 구동 모터(136)를 포함한다.

축(132)은 지지틀(120)의 일 측에 설치된다. 도면부호 132의 축은 지지틀(120)과 일체로 결합하여, 지지틀(120)과 함께 회전한다. 축(132)의 일 단은 지지틀(120)에 설치되고, 타 단은 감속기(134)에 연결된다.

감속기(134)는 구동 모터(136)의 회전력을 일정비율로 감속하여 축(132)으로 전달한다. 이는 강판(200)을 고속으로 회전할 경우, 강판(200)이 회전력에 의해 휘어지는 것을 방지하기 위해 필요하다. 즉, 감속기(134)는 지지틀(120)에 얹어진 강판(200)이 아주 천천히 회전되게 한다.

감속기(134)의 감속비는 구동 모터(136)의 성능과 강판(200)의 크기 및 질량에 따라 달라질 수 있다. 바람직하게는, 감속기(134)의 감속비는 사용자에 의해 조절되는 것이 좋다.

감속기(134)는 브레이크 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 감속기(134)는 복수의 기어 조합으로 이루어져, 구동 모터(136)에서 축(132) 방향으로만 회전력을 전달하도록 구성될 수 있다.

구동 모터(136)는 축(132)을 회전시킨다. 여기서, 구동 수단(130)의 회전력은 감속기(134)를 매개로 축(132)에 전달되므로, 감속기(134)의 감속비에 따라 지지틀(120)에 얹어진 강판(200)을 아주 서서히 회전시킨다.

한편, 구동 수단(130)은 별도의 브레이크를 구비하지 않아도 감속기(134)에 의해 지지틀(120)을 정지상태로 유지시킬 수 있다.

한 쌍의 제1안내 부재(140)는 프레임(110)의 길이방향(X축 방향) 또는 지지틀(120)의 제1방향(X축 방향)을 따라 길게 설치된다.

제1안내 부재(140)는 제1레일(142)을 갖는다. 제1레일(142)은 제1안내 부재(140)의 길이방향(X축 방향)을 따라 형성된다. 제1레일(142)은 제1안내 부재(140)에 설치되는 제2안내 부재(150)의 직선운동을 가능케 한다. 제1안내 부재(140)는 LM 가이드일 수 있다.

제2안내 부재(150)는 제1안내 부재(140)에 설치되며, 프레임(110)의 폭 방향(Y축 방향) 또는 지지틀(120)의 제2방향(Y축 방향)을 따라 길게 연장된다.

이와 같이 설치된 제2안내 부재(150)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1안내 부재(140)를 따라 X축 방향으로 왕복 이동이 가능하다.

제2안내 부재(150)는 제2레일(152)을 갖는다. 제2레일(152)은 제2안내 부재(150)의 길이방향(Y축 방향)을 따라 형성된다. 제2레일(152)은 제2안내 부재(150)에 설치되는 펜 홀더(160)의 직선운동을 가능케 한다. 제2안내 부재(150)는 LM 가이드일 수 있으며, 모터를 포함할 수 있다.

제2안내 부재(150)는 제1안내 부재(140)에서의 위치를 고정할 수 있는 제2고정 수단(154)을 포함할 수 있다. 제2고정 수단(154)은 제1고정 수단(122)과 마찬가지로 클램프일 수 있다.

펜 홀더(160)는 제2안내 부재(150)에 설치된다. 펜 홀더(160)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2안내 부재(150)의 제2레일(152)을 따라 Y축 방향으로 직선 왕복 운동을 할 수 있다.

펜 홀더(160)에는 강판(200)의 표면에 선을 긋기 위한 펜이 장착된다. 펜 홀더(160)는 제3고정 수단(164)을 포함할 수 있다.

제3고정 수단(164)은 제2안내 부재(150)에서 직선 운동하는 펜 홀더(160)의 위치를 고정한다. 제3고정 수단(164)은 클램프 또는 이와 유사한 형태일 수 있다. 아울러, 펜 홀더(160)는 장착된 펜을 상하방향으로 이동시키는 제3안내 부재(166)를 더 포함할 수 있다.

제3안내 부재(166)는 장착된 펜의 Z축 방향으로의 이동을 가능케 한다. 여기서, 펜 홀더(160) 또는 펜은 자중에 의해 -Z축 방향으로 이동하려는 경향을 갖는다.

따라서 본 실시 예에 따르면, 펜 홀더(160)에 장착된 펜은 자중에 의해 강판(200)의 표면과 항상 접촉하게 된다. 참고로 제3안내 부재(166)는 다른 안내 부재들(140, 150)과 마찬가지로 LM 가이드일 수 있다.

이와 같이 구성된 본 실시 예에 따른 잔류 응력 측정장치(100)는 펜이 장착되는 펜 홀더(160)가 제1안내 부재(140)에 의해 X축 방향으로 직선 이동하고, 제2안내 부재(150)에 의해 Y축 방향으로 직선 이동하므로, 강판(200)의 표면에 잔류 응력 측정을 위한 선을 정확히 그을 수 있다.

아울러, 펜 홀더(160)에 장착된 펜이 강판(200)의 표면 형상에 따라 제3안내 부재(166)를 따라 자유롭게 움직이므로, 펜과 강판(200)의 안정적인 접촉을 보장할 수 있다. 따라서 본 실시 예에 따르면, 강판(200)의 표면 형상에 관계없이 정확한 선 긋기가 가능하다.

또한, 본 실시 예에 따른 잔류 응력 측정장치(100)는 제1고정 수단(122)으로 강판(200)을 팽팽한 상태로 유지한 상태로 유지할 수 있으므로, 선을 그리는 단계와 스트레인 게이지를 부착하는 단계에서 발생하는 작업자들 간의 편차를 최소화할 수 있다.

아울러, 본 실시 예에 따른 잔류 응력 측정장치(100)는 강판(200)을 180도 또는 360도 회전시키면서, 강판(200)의 전면과 후면에 대한 측정작업이 가능하므로, 강판(200)의 뒤집는 과정에서 발생하는 강판(200)의 변형이나 강판(200)의 위치 변경 등의 문제점이 발생하지 않는다.

따라서 본 실시 예의 잔류 응력 측정장치(100)에 따르면, 강판(200)의 잔류 응력을 정확하고 신속하게 측정할 수 있으며, 작업자에 따른 측정 편차를 최소화할 수 있다.

다음에서는 이와 같이 구성된 잔류 응력 측정장치(100)를 이용한 잔류 응력 측정순서를 설명한다.

먼저, 리프트를 통해 측정하고자 하는 강판(200)을 잔류 응력 측정장치(100)의 지지틀(120)로 옮긴다. 강판(200)이 옮겨지면, 제1고정 수단(122)으로 강판(200)이 움직이지 않도록 단단히 고정한다.

강판(200)의 고정이 끝나면, 강판(200)에 대한 펜 홀더(160)의 위치를 교정한다. 펜 홀더(160)의 위치 교정은 펜 홀더(160)의 영점을 맞춘 후, 이를 기준으로 강판(200)의 좌우 기준 영점을 조정하는 방식으로 이루어진다.

영점이 조정되면, 제1안내 부재(140)에 제2안내 부재(150)의 위치를 고정하고, 제2안내 부재(150) 상에서 펜 홀더(160)의 위치를 변경하며 Y축과 평행한 분할 선을 긋는다.

이러한 Y축 방향의 분할선 긋기는, 제2안내 부재(150)를 X축 방향으로 30㎜ 간격으로 이동하면서 반복 수행된다.

Y축 방향의 분할선 긋기가 끝나면, 각 지점들에 대한 제2안내 부재(150) 상에서의 펜 홀더(160)의 위치를 고정한 채, 제2안내 부재(150)를 제1안내 부재(140)에 대해 직선 이동시키며 X축 방향의 분할선 긋기를 수행한다. X축 방향의 분할선 긋기는 펜 홀더(160)에 장착된 펜이 제1안내 부재(140)를 따라 직선 이동에 의해 이루어진다. 참고로, X축 방향의 분할선 긋기는 강판(200)의 폭 방향에 대한 1/4지점, 2/4지점, 3/4지점 간격으로 수행된다.

선 긋기가 끝나면 강판(200)의 표면을 연마하고 스트레인 게이지를 부착한다.

위와 같은 과정을 통해 강판(200)의 일면에 대한 선 긋기 작업이 끝나면, 구동 수단(130)을 이용하여 강판(200)을 180도 회전시킨다. 그리고 위와 같은 작업을 강판(200)의 타 면에 반복 수행한다.

이후, 강판(200)의 절단 전 잔류 응력과 절단 후 잔류 응력을 측정한다. 그리고 측정값을 통해 해당 강판(200)의 특성을 파악하여, 가공 시 필요한 평탄도 교정값을 구한다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

100 잔류 응력 측정장치
110 프레임
120 지지틀 122 제1고정 수단
130 구동 수단 132 축
134 감속기 136 구동 모터
140 제1안내 부재 142 제1레일
150 제2안내 부재 152 제2레일
154 제2고정 수단
160 펜 홀더 164 제3고정 수단
166 제3안내 부재 200 강판

Claims (6)

1. 강판이 고정되는 지지틀을 포함하는 프레임;
   상기 프레임에 설치되며, 상기 지지틀을 회전시키는 구동 수단;
   상기 프레임에 설치되고, 상기 지지틀의 제1방향을 따라 연장된 제1레일을 갖는 제1안내 부재;
   상기 지지틀의 제2방향을 따라 연장된 제2레일을 가지며, 상기 제1레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 제2안내 부재;
   상기 강판에 선 또는 점을 표시하기 위한 표시 수단이 설치되고, 상기 제2레일을 따라 이동 가능하게 설치되는 펜 홀더;
   상기 펜 홀더상에 설치되며, 펜을 상하방향으로 이동시키는 제3안내 부재;
   상기 지지틀에 설치되며, 상기 강판을 단단히 고정토록 제공되는 제1고정 수단;
   상기 제2안내 부재의 양측에 설치되며, 상기 제1안내 부재 상에서의 상기 제2안내 부재의 위치를 고정하는 제2고정 수단; 및
   상기 펜 홀더에 설치되며, 상기 제2안내 부재 상에서의 상기 펜 홀더의 위치를 고정하는 제3고정 수단; 을 포함하되,
   상기 구동 수단은, 상기 지지틀과 연결되는 축;과 상기 축과 연결되는 감속기; 및 상기 감속기와 연결되어 상기 축을 회전시키는 구동 모터;를 포함하며,
   상기 제1,2,3 안내부재 중 적어도 어느 하나는 LM가이드로 제공되고, 상기 제1,2,3 고정수단 중 적어도 어느 하나는 클램프로 제공되며,
   상기 펜 홀더에 장착된 펜은 자중에 의해 강판 표면에의 접촉상태를 유지하고, 제1방향 또는 제2방향으로 강판의 형상을 따라 이동되며 선 또는 점을 표시하는 것을 특징으로 하는 잔류 응력 측정장치.
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