KR101367644B1

KR101367644B1 - 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치

Info

Publication number: KR101367644B1
Application number: KR1020120135687A
Authority: KR
Inventors: 남승훈; 남영현; 백운봉; 박종서
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-03-12

Abstract

본 발명은 고압환경에 노출된 설비 재료의 물성 측정을 위한 장치에 관한 것으로서, 초음파 센서와 전기비저항 센싱부를 포함한 제1 측정부재로 시편의 초음파 및 전기비저항 측정 데이터를 입수하고, 이 입수된 시편의 측정 데이터를 제2 측정부재에서 정확히 분석하여 시편의 물성 측정 결과치를 산출하여 고압환경에 노출된 설비 재료의 물성 변화를 정확히 파악하고자 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치를 제공하고자 하는 것이다.
이에 의해 본 발명은, 초음파 또는 전기비저항 특성을 이용한 고압 설비 재료의 물성 측정 중 어느 하나의 특성에 에러 및 오류가 발생하더라도 산업 설비의 재료 물성 측정이 가능하고, 정확한 측정을 이룰 수 있다.

Description

고압환경에서의 재료 물성 측정 장치{The Measuring Method Of Material Property In Hyperbaric Environment}

본 발명은 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치에 관한 것으로서 상세하게는 고압환경에 노출된 각 산업설비들의 재료를 채취한 시편 내부에 초음파를 입사시켜 시편 저면에서 반사되어 돌아오는 반사파의 초음파 신호를 분석하거나 전기비저항 센싱부를 통전시켜 시편의 전기비저항 측정 데이터를 분석하여 고압환경에 노출된 재료 물성을 보다 정밀히 측정하는 장치에 관한 것이다.

초음파(ultrasonic-waves)는 그 주파수가 가청주파수 20kHz보다 커서 인간이 청각을 이용해 들을 수 없는 음파를 가리킨다. 이러한 초음파는 의료분야를 포함한, 산업분야에 널리 사용되고 있다.

일례로 초음파는 반도체 공정 및 LCD 생산공정에서 용기부(진공용기)의 진공 누설정도나 압력 등을 효율적으로 측정하거나, 관 또는 밸브 내부에 흐르는 유체의 누설 상태를 신속 정확하게 파악하는데 이용된다.

이렇게 초음파를 이용한 기술들로는 등록특허 제10-1012767호, 등록특허 제10-0894430호 등 다수의 문헌에 개시되어 있다.

한편, 전기비저항(resistivity)이라 함은, 전류의 흐름에 저항하는 물질의 특성을 의미하는 것으로 저항이 클수록 전하의 흐름 방해가 큰 경우로서 전하 흐름은 길이가 길수록 방해가 잘되고, 단면적이 작을수록 방해가 잘된다.

이러한 전기비저항을 이용한 기술들은 특히나 지층의 탐사 및 지하의 전기비저항 분포를 파악하기 위한 목적으로 측정하는데에 이용되고 있다.

또한 전기비저항을 이용하여 안출된 기술로는 일례로 공개특허 10-2005-0010586(토양 수리 상수에 따른 전기 비저항 측정 장치), 등록특허 10-0944096(스트리머 전기비저항 탐사 시스템 및 이를 이용한 하저지반구조 해석 방법) 등이 제안된 바 있다.

하지만 상기 초음판와 관련된 기술은 반도체 및 LCD 생산공정에서 유체의 누설 상태 파악을 위하여 이용되고 있고, 상기 전기비저항과 관련된 기술은 지반 및 지층과 관련된 토질의 해석 및 측정에 이용되기만 한다.

특히나, 이들 기술들은 고압환경에 노출된 산업설비의 물성측정과 관련하여 이용되지 못하고 있는 실정이라 현재에도 고압환경 조건에 노출된 산업설비의 물성측정을 구현하는 데에 어려움을 갖고 있다.

즉, 이러한 산업설비는 대부분 금속으로 구성되고, 고온고압 환경에서 손상과 균열을 발생시켜 재료의 인성을 저하시키는 원인이 되는데, 국내에서도 고압손상에 의한 사고가 다수 발생하였고, 이는 공장보수나 유지비용 외에 막대한 생산손실을 초래하고 있다.

또한, 초음파 또는 전기비저항의 특성 중 어느 하나의 특성만을 이용하여 고압 설비 재료 물성과의 상관성을 분석할 순 있으나, 에러 및 오류가 발생될 경우에는, 하나의 특성만으로 설비 재료 물성과의 상관성을 정확히 분석 파악하기에는 역부족이다.

따라서 고압환경에 노출되어 있는 고압설비나 압력용기 및 배관계통의 안전성을 확보하는 차원에서 고압조건 하에 따른 재료 물성의 더욱 정밀한 측정 기술 및 재료의 더욱 정밀한 손상 측정 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

등록특허 제10-1012767호, 등록특허 제10-0894430호, 공개특허 제10-2005-0010586호, 등록특허 제10-0944096호.

전술된 문제점을 해소하고자 함에 있어 본 발명에 따른 고압환경하의 재료물성 측정장치는, 고압환경에 노출된 고압설비, 압력용기, 배관계통 등의 시료를 채취한 시편을 마련하여 초음파 및 전기비저항센싱부를 정압으로 시편과 접촉시켜 시편 내부의 물성변화를 보다 정확히 측정하고자 하는 데에 목적이 있다.

아울러, 초음파 또는 전기비저항 특성을 모두 이용하거나 어느 하나의 특성을 택일할 수 있도록 함으로써 어느 하나의 특성에 대한 급작스런 에러 및 오류 발생시에도 재료 물성 측정을 구현할 수 있도록 함에 목적이 있다.

전술된 목적을 달성함에 있어 본 발명에 의한 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치는, 재료의 초음파 및 전기비저항을 측정하는 제1 측정부재와, 상기 제1 측정부재에서 측정된 초음파 및 전기비저항 값을 이용하여 재료의 물성을 측정하는 제2 측정부재를 포함하는 재료 물성 측정 장치에 있어서,

제1 측정부재는, 받침판에 거치 고정된 시편까지 초음파센서 및 전기비저항센싱부 근접조절이 가능하도록 하우징 내 상단부에 장착고정되어 피니언기어를 구동하는 구동모터;

상기 구동모터의 동력에 의해 회동하며 래크기어를 수직으로 상하 슬라이드 하게 하는 피니언기어;

상기 피니언기어에 치차되어 피니언기어 회동에 의해 수직으로 상하 슬라이드 되는 래크기어;

를 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 래크기어는,

직경이 서로 다른 초음파 센서들을 끼움고정하는 센서삽입구를 하단에 더 구비되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서삽입구는,

다양한 직경을 갖는 초음파센서 착·탈을 위해 소정의 탄성을 지닌 채 확경 및 축경을 이루는 만곡 형상을 가진 다수개의 만곡부와;

상기 각 만곡부 사이가 절개되어 소정의 탄성을 각 만곡부에 제공하는 절개부와;

상기 각 만곡부 중 어느 하나의 만곡부에 한쌍으로 돌출되어 결속부재의 결속캡 끼움고정을 이루게 하는 끼움돌기를;

더 포함하여 구성되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서삽입구에는,

초음파센서가 끼움고정되는 각 만곡부 주연부를 죌 수 있는 결속부재가 더 구비되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

한편, 상기 결속부재는,

센서삽입구의 각 만곡부 주연을 권취하여 조이는 조임줄과;

상기 각 만곡부 중 어느 하나의 만곡부에 형성된 끼움돌기에 끼움고정되어 상기 조임줄을 권취하는 결속캡을;

포함하여 구성되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 결속캡은,

타원형을 갖되, 일체형을 이룬 외.내벽에 있어, 외벽 저부 좌우에 조임줄을 삽입하여 걸림을 이루게 하는 제1 걸림공과;

상기 제1 걸림공으로 수용된 조임줄을 내벽 상부 좌우에서 삽입하여 걸림을 이루게 하는 제2 걸림공과;

중앙에 관통되어 조임볼트를 삽입연결하는 나사부와;

상기 제1 걸림공과 제2 걸림공을 거쳐 나온 조임줄을 상기 나사부에서 회동하며 조여주는 조임볼트를;

한편, 센서삽입구는,

끼움고정된 초음파센서를 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 초음파센서는,

시편 상면부에 접촉되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 래크기어는,

단부에 회동조절수단을 상하 조절하기 위한 ㄱ자 형상의 체결부가 더 포함되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

한편, 회동조절수단은,

걸림부재의 회동을 이루는 중공부;

상기 중공부 외주연의 상면과 저면에 걸림부재의 상하돌기부를 가이드 하는 가이드홈;

상기 가이드홈을 따라 안내되며 중공부에서 회동 조절되며 걸림을 이루게 되는 걸림부재;

체결부에 체결되어 회동조절이 가능하도록 외주면에 형성된 나사산;

걸림부재의 판스프링을 탄발 밀 탄입 유도하며 판스프링 걸림을 이루게 하는 중공부 둘레에 형성된 요철부;

를 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 걸림부재는,

일측 상하에 연장되어 회동조절수단의 가이드홈을 따라 안내되는 상하돌기부;

일측 중앙에 형성되어 판스프링을 삽입한 채, 외부로 판스프링 일부를 돌출시켜 노출케 하는 탄발공;

상기 탄발공에 삽입된 채, 중공부의 요철부에서 탄발 및 탄입되며 걸림을 이루게 되는 판스프링;

을 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 걸림부재는

타측에 전기비저항센싱부를 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

한편, 상기 전기비저항 센싱부는,

한쌍의 전류단자와, 한쌍의 전압단자를 포함하여 구성되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 전류단자와 전압단자는,

시편의 틸팅 방지를 위하여 시편 모서리부에 치합되도록 단부에 직각홈이 더 형성되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

또한, 상기 전류단자와 전압단자는,

각각 대각선 구조로 시편 모서리부에 접촉되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

한편, 제2 측정부재는,

상기 하우징 내 가스압력값이 기준압력값 미만으로 유지될 시, 초음파 센서로부터 검출된 반사파 측정 데이터 및, 전기비저항 센싱부로부터 검출된 전기비저항 측정 데이터 신호를 전송 받아 분석하면서 시편의 물성 측정 결과값을 산출하게 되는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치임을 특징으로 한다.

상술된 바와 같이, 본 발명에 의한 고압환경하에서의 재료 물성 측정 장치는, 초음파 및 전기비저항 특성을 모두 이용하여 고압환경에 노출된 산업설비의 재료 물성을 정확히 측정할 수 있고, 초음파 또는 전기비저항 특성을 이용한 재료 물성 측정 중 어느 하나의 특성에 오류가 발생하더라도 산업 설비의 재료 물성 측정이 가능한 측정 선택의 자유로움을 부여하는 효과가 있다.

또한, 초음파 및 전기비저항 특성을 이용하여 산출된 재료 물성 측정 결과값을 기반으로 설비의 경제적 운용 및 안정성을 기여하는 효과가 있다.

또한, 이러한 재료 물성의 측정 결과값을 기준으로 고압설비 및 부품에 대한 최적의 재료 선정이나 설계반영에 활용하는 데에 이바지하는 효과가 있다.

아울러, 고압설비의 안전측정이나 신뢰성 관련 기준을 마련하고 이 기준에 적합한 설비 및 부품의 코드 개발에 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 시편 물성 측정 장치를 개념 있게 도시한 블록도
도 2는 본 발명에 의한 시편 물성 측정 장치를 도시한 전체사시도.
도 3은 본 발명의 제1 측정부재의 하우징 내부를 도시한 종단면도.
도 4는 하우징 내의 받침판 작동을 나타낸 평단면도.
도 5는 도 3에 도시된 받침판의 저면 상세도.
도 6은 도 3에 도시된 센서삽입구 및 이 센서삽입구를 결속하기 위한 결속부재를 도시한 요부 확대 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 결속부재의 상세 단면도.
도 8은 도 6에 도시된 조임볼트의 다른 실시도.
도 9는 피니언기어와 랙기어를 도시한 사시도.
도 10은 도 9에서의 회동조절수단을 생략하여 도시한 사시도.
도 11은 도 9에 도시된 회동조절수단을 도시한 사시도.
도 12는 도 11에 도시된 회동조절수단에서의 일부 걸림부재를 분리한 사시도.
도 13은 도 11에 도시된 걸림부재를 상세히 도시한 사시도.
도 14는 회동조절수단에서 걸림부재의 체결 상태 및 전기비저항 센싱부의 작용 상태를 도시한 종단면도.
도 15는 걸림부재의 작용 상태를 도시한 평단면도.
도 16은 시편에 전기비저항 센싱부의 접촉을 평면상에서 도시한 작동도.
도 17은 본 발명의 측정 장치를 이용한 시편 물성 측정 흐름을 도시한 플로우 챠트

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 순차적으로 상세히 기술하면서 재료 물성의 측정 장치를 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

하기에서는, 본 발명에 따른 측정 장치의 이해를 돕고자 상세히 설명하기로 한다. 도 1 내지 도 9를 참고하기로 한다.

또한, 하기에서 시편(80)은 수차례 반복되기 때문에 이후부터는 부호를 생략하기로 한다.

본 발명에 의한 재료 물성 측정 장치는, 시편에 입사되는 초음파의 반사파 측정 데이터와 시편에 통전시켜 전기비저항의 측정 데이터를 동시 또는 택일하여 측정하는 제1 측정부재(A)와, 상기 제1 측정부재(A)로부터 받은 초음파의 반사파 측정 데이터와 전기비저항 측정데이터를 정밀히 분석하여 시편의 물성 측정 결과치를 산출하는 제2 측정부재(B)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제1 측정부재(A)는, 기밀을 이루며 내부에 고압 환경 조건을 갖춘 챔버가 마련된 하우징(11)과, 상기 하우징 바닥부에 마련되어 시편을 거치하는 받침판(12)을 포함한다.

또한 여기서, 상기 제1 측정부재(A)는, 접촉된 시편에 초음파를 입사시켜 시편의 반사파 측정 데이터를 제2 측정부재(B)로 전송하는 초음파 센서(US)와, 시편에 통전시켜 시편의 전기비저항 측정 데이터를 제2 측정부재(B)로 전송하는 전기비저항 센싱부(59)를 포함한다.

아울러, 제1 측정부재(A)의 하우징(11)에는, 일측부에 장착되어 하우징 내부가 고압환경 조건이 되도록 가스를 공급하는 가스공급밸브(60)와, 타측부에 장착되어 하우징 내의 가스압력값이 기준압력값 이상시, 가스를 자동배출하는 자동가스배출밸브(61)와, 상단부에 장착되어 하우징 내 가스압력값이 기준압력값 미만으로 유지되게 체크하는 압력게이지(70)와, 내부에 장착되어 하우징 내 가스압력값이 기준압력값 이상시 가스압력으로부터 얻은 감지신호를 자동가스배출밸브로 송신하여 자동가스배출밸브의 개구를 지시하는 압력센서(71)를 더 포함한다.

상기 초음파 센서(US)와 전기비저항 센싱부(59)의 시편 접촉을 위한 구현은 하기와 같다.

하우징(11) 내부의 상단부에 장착고정된 구동모터(21), 이 구동모터(21)에 의해 기동하는 피니언기어(31), 이 피니언기어(31)의 회동에 의해 시편 방향으로 수직이동하는 래크기어(41), 상기 래크기어(41) 하단부에 마련된 센서삽입구(43), 상기 래크기어(41)와 센서삽입구(43) 사이에 개재된 압축코일스프링(42), 래크기어(41) 하부 주연부에 일체된 다수개의 체결부((46), 상기 체결부(46)와 체결되어 회동조절이 가능한 회동조절수단(51), 상기 회동조절수단(51)의 중공부(52) 둘레에 각각 마련된 걸림부재(56)를 포함한 구성에 의해 초음파 센서(US)와 전기비저항 센싱부(59)의 시편 접촉을 이루게 된다.

여기서, 초음파 센서(US)는, 상기 센서삽입구(43)에 끼움고정되고, 전기비저항 센싱부(59)는, 걸림부재(56)의 타측부에 마련된다.

따라서, 래크기어(41)가 시편 방향으로 근접 이동되면서 센서삽입구(43)에 끼움 고정된 초음파 센서(US)는 시편 상면부에 정압으로 접촉되는데, 이는 압축코일스프링(42)의 가압력에 기인한다.

또한 회동조절수단(51)을 시편과 평행되는 위치까지 회동조절한 후, 중공부(52) 둘레에 마련된 각 걸림부재(56)를 시편 각 모서리부와 일치되게 한 다음, 걸림부재(56) 타측에 마련된 전기비저항 센싱부(59)의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 시편 각 모서리부에 정압으로 접촉시키게 되는데, 이는 걸림부재(56)와 전기비저항 센싱부(56)에 개재된 압축코일스프링(58)의 가압력에 기인한다.

여기서, 각각의 걸림부재(56)는 중공부(52) 둘레를 따라 이동될 때 시편 각 모서리부에 일치되는 위치에서 고정될 수 있다.

다시 말해, 걸림부재(56)는 일측부 중앙에 형성된 탄발공(56b)에 판스프링(57)이 내삽된 채, 판스프링(57)의 일부만 탄발공(56b)에서 돌출된 상태로 노출되어 중공부(52) 둘레면에 형성된 요철부(55)와 접촉시, 요부에서 탄발되어 걸림되고 철부에서 탄입되어 걸림 해제를 이루기 때문이다.

아울러, 걸림부재(56)의 일측부에 연장되어 형성된 상하돌기부(56a)는 중공부(52) 외주의 상면과 저면에 형성된 가이드홈(53)을 따라 안내되는 구조를 통하여 걸림부재(56)가 회동조절수단(51)의 중공부(52) 둘레를 따라 이동하며 원하는 위치에서 고정될 수 있다.

초음파 센서(US)와 전기비저항 센싱부(59) 모두가 시편에 동시 접촉될 수 있고, 시편에 선택적으로 접촉될 수도 있다.

시편에 동시 접촉 또는 선택 접촉이 가능한데, 동시 접촉시에는, 래크기어(41) 작동에 따라 초음파 센서(US)의 시편 상면부 접촉과 함께 회동조절수단(51) 또한 시편과 평행될 때까지 체결부(46)에서 하방향으로 회동조절하고, 중공부(52) 둘레에 마련된 각 걸림부재(56)를 시편 각 모서리부와 일치되는 위치까지 이동시키게 되면 전기비저항 센싱부(59)의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)의 시편 각 모서리부 접촉을 이룰 수 있다.

한편, 선택 접촉시에는, 래크기어(41) 작동에 따라 초음파 센서(US)의 시편 상면부 접촉만 수행하고, 회동조절수단(51)은 시편 상부 방향에 위치되도록 체결부(46)에서 상방향으로 회동조절수단(51)을 회동시키게 되면 전기비저항 센싱부(59)는 시편 접촉과 무관하게 된다.

역으로 전기비저항 센싱부(59)의 시편 접촉에 있어서는, 래크기어(41)를 작동하되, 시편 상면부에 초음파 센서(US)의 접촉 범위를 벗어난 범위까지만 작동케 하고, 상기와 같은 방법으로 체결부(46)에서 회동조절수단(51)을 시편과 평행되는 위치까지 하 방향으로 회전시킨 다음, 중공부(52) 둘레의 각 걸림부재(56)를 시편 각 모서리부와 일치되는 위치까지 이동시킨 후, 전기비저항 센싱부(59)의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 시편 각 모서리부에 접촉시킬 수 있다.

이때, 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)는 각각 한쌍으로서, 시편 모서리부와 접촉시, 대각선 구조로 접촉된다.

한편, 하우징(11) 내 시편을 거치하여 고정하는 받침판(12)은, 좌우 간격조절막(13)의 자유로운 이동을 위하여 일정한 간격을 유지하며 가로지르는 한쌍의 안내장공(12a)과, 상기 안내장공 중간에 형성되어 상기 간격조절막(13)들과 연결된 인장코일스프링(14)의 돌출을 방지하는 돌출방지막(12b)을 더 포함하게 된다.

또한, 상기 받침판(12)은, 한쌍의 안내장공(12a)을 따라 좌우로 이동하는 두 개의 간격조절막(13)을 더 구비하되, 저면부가 일체형으로 확장된 채, 안내장공(12a)에 걸림 지지되어 간격조절막의 전복을 방지하는 전복방지부(13a)와, 상기 전복방지부에서 하부방향으로 연장되면서 내측으로 꺾임을 이루며 인장코일스프링(14)의 일단부와 타단부를 연결하는 결착구(13b)와, 상기 결착구 일부가 천공되어 인장코일스프링(14)의 일단부와 타단부를 삽입연결하는 걸림공(13ba)을 더 포함하게 된다.

또한, 상기 두 개의 간격조절막(13)은, 서로 다른 크기를 갖는 시편을 조절하며 양측부에서 가압하여 시편의 유동을 방지하도록 한쌍의 인장코일스프링(14)이 더 구비된다.

한편, 제1 측정부재(A)의 하우징(11)은 고압실험이 가능하도록 SUS(stainless steel)로 제작되고, 전면부와 상부에 내부 관찰용 투시창(72)을 설치하여 내부의 상태를 항상 관찰할 수 있다.

또한, 초음파센서(US)는 일정한 압력(定壓 : 정압)으로 시편에 접촉시켜 초음파 신호를 검출하는 기능을 수행하며, 받침판(12)은 시편의 크기에 따라 자유롭게 조절되며 시편을 거치고정하는 역할을 수행한다. 즉, 시편을 거치고정함은 물성의 정확한 측정을 이루기 위함이다.

즉, 이는 시편이 유동되면 정확한 측정이 어렵기 때문이고, 여기서 이용된 시편은 고압환경에 노출되는 모든 설비의 재료를 의미한다.

먼저, 상기 받침판(12)을 상세히 살펴보면, 중앙을 기준으로 횡방향의 안내장공(12a)이 천공되며, 상기 안내장공(12a) 중앙은 돌출방지막(12b)에 의해 막히는 구조를 갖게 된다.

상기 안내장공(12a)에는 받침판(12) 좌우에 배치되는 간격조절막(13)이 삽입되어 설치되는데 이때 간격조절막(13) 단부에 형성된 전복방지부(13a)가 안내장공(12a) 주변부를 지지하고 있어 인장코일스프링(14)의 탄성력에 의해 간격조절막(13)의 기울어짐을 방지한다. 즉, 전복방지부(13a)는 간격조절막(13)의 기립을 유지하기 위함이다.

안내장공(12a)에 간격조절막(13) 단부와 일체된 전복방지부(13a)의 걸림을 이루게 된다. 상기 전복방지부(13a) 하단에는 결착구(13b)가 연장되면서 내측으로 절곡되는 구조를 갖게 되고, 상기 결착구(13b) 단부에는 걸림공(13ba)을 형성하여 인장코일스프링(14)의 일단부와 타단부 연결을 이루게 된다.

따라서, 받침판(12)에는 안내장공(12a)을 기준으로 좌우에 간격조절막(13)이 기립된 상태를 유지하면서 직경을 달리하는 시편(80)들을 택일하여 고정할 수 있게 된다.

즉, 간격조절막(13)은 인장코일스프링(14)의 연결로 인하여 안내장공(12a)에서 벌림을 유지할 때 오므라들려 하는 힘을 갖기 때문에 시편을 받침판(12)에 거치한 후 이 시편(80)의 크기에 따라 두 개의 간격조절막(13)을 벌린 다음 놓게 되면 인장코일스프링(14)의 복원력에 의해 두 간격조절막(13) 역시 오므라들면서 시편을 가압하는 상태로 고정되게 된다.

한편, 센서삽입구(43)는, 소정의 텐션을 갖도록 각 만곡부(43a) 사이에 절개부(43b)를 형성하고, 각 만곡부(43a) 중 어느 하나의 만곡부(43a)에 끼움돌기(43c)를 형성한다.

즉, 각 만곡부(43a)로 인하여 형성된 구멍으로 초음파센서(US)가 끼워지는데, 일례로 초음파센서(US) 직경이 클 경우 각 만곡부(43a)는 소정의 텐션을 지닌 채 벌어지게 되고, 초음파센서(US) 직경이 작을 경우 각 만곡부(43a)는 오므라들도록 하여 초음파센서(US)를 끼움고정하게 된다. 이를 위해서는 각 만곡부(43a) 주연부를 조일 수 있는 결속부재(44)가 더 마련된다.

상기 결속부재(44)는 각 만곡부(43a) 주연부를 권취하여 조이는 조임줄(44a)과, 이 조임줄(44a)을 죌 수 있는 결속캡(44b)으로 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 결속캡(44b)은 만곡부(43a) 중 어느 하나의 만곡부(43a)에 마련된 끼움돌기(43c)에 끼움고정된 채, 조임줄(44a)을 조이게 된다.

상기 결속캡(44b)은, 타원형을 갖되, 일체형을 이룬 외.내벽(44ba,44bc)에 있어, 외벽(44ba) 저부 좌우에 조임줄(44a)을 삽입하여 걸림을 이루게 하는 제1 걸림공(44bb)과, 상기 제1 걸림공(44bb)으로 수용된 조임줄(44a)을 내벽(44bc) 상부 좌우에서 삽입하여 걸림을 이루게 하는 제2 걸림공(44bd)과, 중앙에 관통되어 조임볼트(45)를 삽입 연결하는 나사부(44be)와, 상기 제1 걸림공(44bb)과 제2 걸림공(44bd)을 거쳐 나온 조임줄(44a)을 상기 나사부(44be)에서 회동하며 조여주는 조임볼트(45)를 더 포함하여 구성된다.

따라서, 조임볼트(45)를 회동함으로써 조임줄(44a)이 만곡부(43a)들 주연부를 죄어 초음파센서(US)의 끼움 고정을 이룰 수 있고, 직경을 달리하는 여러 종의 초음파센서(US) 또한 끼움 고정이 가능해진다.

상기 조임볼트(45)는, 조임줄(44a) 감을 수 있도록 단부에 수용공(45a) 또는 수용홈(45b)을 택일하여 포함할 수 있다

한편, 받침판(12)은 하우징(11) 내에서 좌우전후 이동이 가능한데, 이를 구현함에 있어, 하우징(11) 내 바닥부 양측 단부 중 어느 하나의 측단부에 형성된 가이드홈(3)을 따라 슬라이드되는 실린더(1)와, 전후 단부 중 어느 하나의 단부에 형성된 가이드홈(4)을 따라 슬라이드되는 실린더(2)가 마련됨으로써 받침대(12)가 하우징(11) 내에서의 좌우전후방 이동이 가능해진다.

물론 이때 받침대(12)는 수월한 이동을 위하여 저부에 롤러가 장착될 수 있고 실린더(1,2) 또한 가이드홈(3,4)에서의 원활한 슬라이드를 위하여 롤러가 장착될 수 있다.

한편, 전기비저항센싱부(59)는 일정한 압력(定壓 : 정압)으로 시편에 접촉시켜 시편에 전기를 가함으로써 시편 재료의 전기비저항 측정 데이터를 측정해낸다.

여기서, 전기비저항센싱부(59)는 한쌍의 전류단자(59a)와, 한쌍의 전압단자(59b)를 포함한다.

또한 여기서, 한쌍의 전류단자(59a)와, 한쌍의 전압단자(59b)는, 시편의 틸팅 방지를 위하여 시편 모서리부에 치합되도록 단부에 직각홈이 더 형성된다.

또한, 여기서, 상기 전류단자(59a)와 전압단자(59b)는, 각각 대각선 구조로 시편 모서리부에 접촉된다.

따라서 이때 전기비저항센싱부(59)의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 시편에 치합하여 접촉하고, 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 대각선 방향으로 배치하는 이유는 시편 측정값의 정밀도와 재현성을 높히기 위함이다.

하기에서는, 본 발명에 의한 측정 장치에 있어서, 제1 측정부재(A)의 하우징(11) 내에서 초음파센서(US) 및 전기비저항 센싱부(59)의 시편 접촉을 구현함에 있어, 요부에 해당되는 피니언기어와 래크기어의 작동을 상세히 설명하기로 한다.

도 9 내지 도16을 참고하기로 한다.

하우징(11) 내부 상단에 장착된 구동모터(21)의 구동에 의해 피니언기어(31)가 회동되고, 상기 피니언기어(31)의 회동에 의해 래크기어(41)가 시편 방향으로 이동하게 된다.

이때, 래크기어(41) 하단부에 마련된 센서삽입구(43)에 끼움 고정된 초음파센서(US)는 시편 상면부에 정압으로 접촉됨을 이루게 되는데, 이는 래크기어(31)와 센서삽입구(43) 사이에 개재된 압축코일스프링(42)에 의해 정압 접촉을 이룬다.

한편, 래크기어(41) 하부 주연부에 일체된 체결부(54)에 회동조절수단(51)을 시편 각 모서리부 위치에 평행될 때까지 회동을 조절하며 이동시킨다.

이때, 회동조절수단(51) 외주연은 나사산(54)을 형성하기 때문에 체결부(46)에 체결된 채 회동 조절이 가능해진다.

상기 체결부(46)는, ㄱ 자 형상으로 각각 4개로 이루어져 회동조절수단(51)을 체결하게 되는데, 이러한 체결부(46)의 각각 독립된 개체를 이루게 한 것은, 회동조절수단(51)의 회동 구현에 무리가 없도록 개방 공간을 확보하기 위함이다.

회동조절수단(51)이 시편 모서리부와 평행되는 위치에 도달했을 경우, 중공부(52)에 시편이 위치하게 된다.

곧, 중공부(52)를 따라 이동이 가능한 각각의 걸림부재(56)를 시편 모서리부와 일치되는 곳에 이르기까지 이동시킨다.

여기서, 각 걸림부재(56)는, 중공부(52) 외주면의 상면과 저면에 형성된 가이드홈(53)을 안내되는 상하돌기부(56a)에 의해 중공부(52) 면를 따라 이동하게 된다.

이때, 중공부(52) 면은 요철부(55)를 형성함에 따라 각 걸림부재(56)의 탄발공(56b)으로 내삽된 판스프링(57)에 의해 각 걸림부재(56)는 중공부(52) 면을 따라 이동되면서 걸림되어 고정될 수 있다.

즉, 탄발공(56b)으로부터 판스프링(57)의 일부 돌출된 노출부위가 요철부(55)의 요부에서 탄발되면서 걸림되어 고정되고, 요철부(55)의 철부에서는 탄입되면서 걸림 해제되어 이동된다.

상기 각 걸림부재(56)가 시편 각 모서리부와 일치되는 곳에 도달되면 각 걸림부재(56) 타측에 마련된 전기비저항 센싱부(59)의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 각 시편 모서리부에 접촉시킨다.

이때, 한쌍의 전류단자(59a)와 한쌍의 전압단자(59b)는 시편 각 모서리부에 접촉될 때 대칭구조로 접촉된다.

또한, 정압으로 전류단자(59a)와 전압단자(59b)가 시편 각 모서리부에 접촉됨은, 압축코일스프링(58)에 기인한다.

즉, 상기 압축코일스프링(58)은 일단부가 각 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)에 걸림고정되고, 타측부는 걸림부재(56) 타측부에 형성된 구멍 내에서 걸림고정된다.

상술된 바와 같이, 초음파센서(US)를 시편 상면부에 접촉하고, 전기비저항 센싱부(59)의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 시편 각 모서리부에 접촉함을 동시에 구현할 수 있고, 초음파센서(US)만을 시편 상면부 접촉하거나, 전기비저항 센싱부의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)만을 시편 각 모서리부에 접촉하여 시편 접촉의 택일도 구현할 수 있다.

즉, 예컨데, 초음파센서(US)만을 시편 상면부에 접촉할 경우, 구동모터(21)의 구동에 의해 회동되는 피니언기어(31)에 의해 래크기어(41)를 기동시켜 시편 방항으로 근접 이동을 이루게 한 다음, 압축코일스프링(42)에 의해 초음파센서(US)는 정압으로 시편 상면부 접촉을 이루게 된다.

한편, 래크기어(41)와 일체된 체결부(46) 상부 방향으로 회동조절수단(51)을 회동시켜 이동되게 함으로써 회동조절수단(51)의 중공부에 각각 마련된 걸림부재(56)에 구비된 전기비저항 센싱부(59)는 시편 상부 방향에 위치하여 시편 각 모서리부와의 접촉과 무관케 된다.

반대로, 전기비저항 센싱부(59)만을 시편 각 모서리부에 접촉할 경우에는, 초음파센서(US)가 시편에 접촉되지 않는 거리까지 이동시킨 다음, 체결부(46)로부터 회동조절수단(51)을 회동시켜 시편과 평행될 때까지 하방향 이동을 이루게 한다.

곧, 걸림부재(56)를 시편 각 모서리부와 일치되는 거리까지 중공부(52) 면을 따라 이동시키고, 걸림부재(56) 타측에 마련된 전기비저항 센싱부(59)의 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 시편 각 모서리부에 정압으로 접촉된다. 이러한 정압 접촉은 압축코일스프링(58)에 기인한다.

이로써, 초음파센서(US)와 전기비저항 센싱부(59)를 동시에 시편에 접촉시키거나, 어느 하나를 택일하여 시편에 접촉시킬 수도 있다.

정밀한 시편 측정을 위해서는, 초음파센서(US)와 전기비저항 센싱부(59)의 동시 측정이 유리하고, 어느 하나의 측정 에러 및 오류로 인하여 시편 측정이 불가피할 때 측정 에러 및 오류에 문제가 없는 하나를 택일할 수 있는 여지를 제공하게 된다.

본 발명의 재료 물성 측정 장치의 이해를 돕고자 도 17에 도시된 플로우 차트를 참고로 상세히 설명하기로 한다.

시편의 물성 측정을 시작함에 있어, 시편 거치 과정(S100)을 수행한다. 이때, 시편(80)을 하우징(11) 내 받침판(12)에 올려 거치한다.

다음으로, 받침판 조절 과정(S110)을 수행한다.

이때에는, 하우징(11) 내 바닥부 좌우 단부 중 어느 하나의 측단부에 형성된 가이드홈(1)을 따라 슬라이드 되는 실린더(3)와, 전후 단부 중 어느 하나의 단부에 형성된 가이드홈(2)을 따라 슬라이드되는 실린더(4)에 의해 좌우 또는 전후방으로 받침판(12)을 작동조절시켜 시편의 정확한 물성 측정지에 위치되게 한다.

다음으로, 시편 유동 방지(S120) 과정을 수행한다.

이때, 받침판(12)에 거치된 시편의 유동을 방지하기 위하여 시편의 크기에 맞도록 받침판(12)의 안내장공(12a)을 따라 두 간격조절막(13)을 벌린 후 놓게 되면 인장코일스프링(14)의 탄성력에 의해 간격조절막(13)이 복귀되면서 시편을 가압하며 고정시킨다.

다음으로, 초음파센서의 시편 접촉하는 과정(121)과 전기비저항 센싱부의 시편 접촉하는 과정(122)을 동시 또는 택일하여 수행한다.

구동모터(21)의 구동에 의해 피니어기어(31)가 회동되면서 래크기어(41)가 시편 방향으로 근접 이동되는데, 이때 초음파센서(US)는 시편 상면부에 접촉됨을 이루게 된다.

또한, 체결부(46)에서 회동조절수단(51)을 회동하여 하방향 이동이 이루어진 후 중공부(52)에 마련된 걸림부재(56)를 시편 각 모서리부와 일치되도록 이동시켜 고정되게 한 다음, 걸림부재(56) 타측에 마련된 전기비저항 센싱부(59)의 각 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)를 시편 각 모서리부에 접촉됨을 이룬다.

이때, 전류단자(59a) 및 전압단자(59b)는, 시편 유동 및 틸팅을 방지하는 역할과 함께 시편 각 모서리부에서 대각선 형태로 치합되어 시편 측정값의 정밀도와 재현성을 높이게 된다.

또한 이때, 초음파센서(US)만을 시편 상면부에 접촉되게 할 수 있고, 전기비저항 센싱부(59)만 시편 각 모서리부에 접촉되게 할 수 있으며, 초음파센서(US) 및 전기비저항 센싱부(59)를 시편에 접촉되게 할 수 있다.

다음으로, 가스공급(S130) 과정을 수행한다.

이때, 가스공급밸브(60)를 통하여 가스를 하우징(11) 내에 충진하여 고압조건을 조성하게 된다.

다음으로, 하우징(11) 내의 가스압력값인(X값)이 설정한 기준압력값 이상일 경우와 가스압력값인(X값)이 설정한 기준압력값 미만일 경우를 선택해야 하는 과정(S140)을 수행한다.

이때, 가스압력값인(X값)이 설정한 기준압력값 이상일 경우에는, 센서작동과정(S141)과 자동가스배출과정(S142)을 거친다.

여기서, 센서작동과정(S141)은, 압력센서(71)로 하여금 하우징(11) 내 초과가스압력을 감지함을 수행한다. 이후 자동가스배출과정(S142)으로서 압력센서(71)로 하여금 자동가스배출밸브(61)의 개방을 지시하여 초과된 압력가스를 배출시킨다.

또한, 이때 수동가스배출과정(S143)을 택일할 수 있는데, 이는 압력게이지(70)를 육안으로 확인하면서 수동가스배출밸브(62)를 개방하여 초과된 압력가스를 배출시키는 것이다.

한편, 가스압력값인(X값)이 설정한 기준압력값 미만일 경우에는, 초음파센서 이동인가 과정(S150), 또는 전기비저항 센싱부 통전인가 과정(S150a)을 택일하여 수행하거나, 동시에 수행할 수 있다.

먼저, 상기 초음파센서 이동인가 과정(S150)은, 시편 상면부에 접촉된 초음파센서에서 초음파를 시편에 입사시켜 반사되는 반사파를 통하여 시편의 초음파 측정 데이터를 입수한다.

한편, 전기비저항 센싱부 통전인가 과정(S150a)은, 시편 각 모서리부에 각각대칭구조로 접촉된 전류단자(59a)와 전압단자(59b)에 통전을 인가하여 시편에 전기를 통전시킴으로써 시편의 전기비저항 측정 데이터를 입수한다.

다음으로, 시편의 측정 데이터 산출 결과값 도출하는 과정(S160)을 수행함으로써 종료된다.

이때, 초음파센서(US)에 의해 시편의 반사파 측정 데이터 및 전기비저항 센싱부에 의한 시편의 전기비저항 측정 데이터를 전송 받은 제2 측정부재(B)가 시편의 측정 데이터를 분석하여 시편의 측정 데이터 결과값을 산출하게 된다. 이로써 시편의 물성 변화를 파악할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

A : 제1 측정부재 B : 제2 측정부재
1,2 : 실린더 3,4 : 가이드홈
11 : 하우징 12 : 받침판
12a: 안내장공 12b: 돌출방지막
13 : 간격조절막 13a: 전복방지부
13b: 결착구 13ba : 걸림공
14 : 인장코일스프링
21 : 구동모터
31 : 피니언기어
41 : 래크기어
42: 압축코일스프링 43 : 센서삽입구
43a: 만곡부 43b: 절개부
43c: 끼움돌기
US : 초음파센서
44 : 결속부재 44a : 조임줄
44b : 결속캡 44ba: 외벽
44bb : 제1 걸림공 44bc: 내벽
44bd : 제2 걸림공 44be: 나사부
45 : 조임볼트 45a : 수용공
45b: 수용홈
46 : 체결부
51 : 회동조절수단
52 : 중공부 53 : 가이드홈
54 : 나사산 55 : 요철부
56 : 걸림부재 56a: 상하돌기부
56b: 탄발공 57 : 판스프링
58 : 압축코일스프링
59: 전기비저항센싱부 59a: 전류단자
59b: 전압단자
60 : 가스공급밸브 61 : 가스자동배출밸브
62 : 수동가스배출밸브 70 : 압력게이지
71 : 압력센서 72 : 투시창
80 : 시편

Claims

재료의 초음파 및 전기비저항을 측정하는 제1 측정부재와, 상기 제1 측정부재에서 측정된 초음파 및 전기비저항 값을 이용하여 재료의 물성을 측정하는 제2 측정부재를 포함하는 재료 물성 측정 장치에 있어서,
제1 측정부재는,
받침판에 거치 고정된 시편까지 초음파센서 및 전기비저항센싱부 근접조절이 가능하도록 하우징 내 상단부에 장착고정되어 피니언기어를 구동하는 구동모터;
상기 구동모터의 동력에 의해 회동하며 래크기어를 수직으로 상하 슬라이드 하게 하는 피니언기어; 및
상기 피니언기어에 치차되어 피니언기어 회동에 의해 수직으로 상하 슬라이드 되는 래크기어를 포함하고,
상기 제2 측정부재는,
상기 하우징 내 가스압력값이 기준압력값 미만으로 유지될 시, 초음파 센서로부터 검출된 반사파 측정 데이터 및, 전기비저항 센싱부로부터 검출된 전기비저항 측정 데이터 신호를 전송받아 분석하면서 시편의 물성 측정 결과값을 산출하게 됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제1 항에 있어서, 상기 래크기어는,
직경이 서로 다른 초음파 센서들을 끼움고정하는 센서삽입구가 하단에 더 구비됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제2 항에 있어서, 상기 센서삽입구는,
다양한 직경을 갖는 초음파센서 착·탈을 위해 소정의 탄성을 지닌 채 확경 및 축경을 이루는 만곡 형상을 가진 다수개의 만곡부와;
상기 각 만곡부 사이가 절개되어 소정의 탄성을 각 만곡부에 제공하는 절개부와;
상기 각 만곡부 중 어느 하나의 만곡부에 한쌍으로 돌출되어 결속부재의 결속캡 끼움고정을 이루게 하는 끼움돌기를;
더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제3 항에 있어서, 상기 센서삽입구에는,
초음파센서가 끼움 고정되는 각 만곡부 주연부를 죌 수 있는 결속부재가 더 구비됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제4 항에 있어서, 상기 결속부재는,
센서삽입구의 각 만곡부 주연을 권취하여 조이는 조임줄과;
상기 각 만곡부 중 어느 하나의 만곡부에 형성된 끼움돌기에 끼움고정되어 상기 조임줄을 권취하는 결속캡을;
포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제5 항에 있어서, 상기 결속캡은,
타원형을 갖되, 일체형을 이룬 외.내벽에 있어, 외벽 저부 좌우에 조임줄을 삽입하여 걸림을 이루게 하는 제1 걸림공과;
상기 제1 걸림공으로 수용된 조임줄을 내벽 상부 좌우에서 삽입하여 걸림을 이루게 하는 제2 걸림공과;
중앙에 관통되어 조임볼트를 삽입연결하는 나사부와;
상기 제1 걸림공과 제2 걸림공을 거쳐 나온 조임줄을 상기 나사부에서 회동하며 조여주는 조임볼트를;
더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정장치.
제3 항에 있어서, 상기 센서삽입구는,
끼움고정된 초음파센서를 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제7 항에 있어서, 상기 초음파센서는,
시편 상면부에 접촉됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제2 항에 있어서, 상기 래크기어는,
하단 주연부에 회동조절수단을 상하 조절하기 위한 ㄱ자 형상의 체결부;
상기 체결부에 체결된 채, 상하 이동조절이 가능한 회동조절수단;
을 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제9 항에 있어서, 상기 회동조절수단은,
걸림부재의 회동을 이루는 중공부;
상기 중공부 외주연의 상면과 저면에 걸림부재의 상하돌기부를 가이드 하는 가이드홈;
상기 가이드홈을 따라 안내되며 중공부에서 회동 조절되며 걸림을 이루게 되는 걸림부재;
체결부에 체결되어 회동조절이 가능하도록 외주면에 형성된 나사산;
걸림부재의 판스프링을 탄발 밀 탄입 유도하며 판스프링 걸림을 이루게 하는 중공부 둘레에 형성된 요철부;
를 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제10 항에 있어서, 상기 걸림부재는,
일측 상하에 연장되어 회동조절수단의 가이드홈을 따라 안내되는 상하돌기부;
일측 중앙에 형성되어 판스프링을 삽입한 채, 외부로 판스프링 일부를 돌출시켜 노출케 하는 탄발공;
상기 탄발공에 삽입된 채, 중공부의 요철부에서 탄발 및 탄입되며 걸림을 이루게 되는 판스프링;
을 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제11 항에 있어서, 상기 걸림부재는
타측에 전기비저항센싱부를 더 포함하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제12 항에 있어서, 상기 전기비저항 센싱부는,
한쌍의 전류단자와, 한쌍의 전압단자를 포함하여 구성됨을 특징으로 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제13 항에 있어서, 상기 전류단자와 전압단자는,
시편의 틸팅 방지를 위하여 시편 모서리부에 치합되도록 단부에 직각홈이 더 형성됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
제14 항에 있어서, 상기 전류단자와 전압단자는,
각각 대각선 구조로 시편 모서리부에 접촉됨을 특징으로 하는 고압환경에서의 재료 물성 측정 장치.
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