KR101403030B1 - 초음파 피로시험장치 - Google Patents

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Abstract

초음파 피로시험장치가 개시된다. 본 발명의 초음파 피로시험장치는 전력 발생기; 시험편의 일단부와 연결된 상태에서 상기 전력 발생기로부터 인가되는 전압을 기계적 진동으로 변환하여 상기 시험편에 인가하는 전기-기계 변환부; 상기 시험편의 타단부와 연결된 상태에서 상기 시험편으로부터 인가되는 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 기계-전기 변환부; 및 상기 기계-전기 변환부로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 상기 시험편에 대한 피로시험 데이터를 산출하는 컨트롤러;를 포함한다.

Description

초음파 피로시험장치{HIGH FREQUENCY FATIGUE TESTING APPARATUS}
본 발명은, 초음파 피로시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 시험편에서 발생하는 진동을 검출하기 위한 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 초음파 피로시험장치 혹은 초고주기 피로시험장치는 압전 변환기(piezoelectric transducer)를 이용하여 초음파 범위의 주파수를 갖는 진동을 발생시키고 이를 시험편(specimen)에 인가하여 피로 시험을 수행하는 장치로, 열차의 차륜, 터빈 블레이드 등의 피로 응력에 대한 저항이 중요시되는 부품에 대한 피로 시험에 활용되고 있다.
도 1은 종래의 초음파 피로시험장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 초음파 피로시험장치(10)는 전력 발생기(11), 압전 변환기(12), 증폭 혼(13), 변위 센서(14), 센서위치 조절수단(15) 및 컨트롤러(미도시)를 포함할 수 있다.
전력 발생기(11, power generator)는 압전 변환기(12)를 구동시키기 위한 소정의 전압을 압전 변환기(12)에 인가한다. 압전 변환기(12)는 전력 발생기(11)로부터 인가되는 전압을 기계적 진동으로 변환한다. 여기서, 압전 변환기(12)는 전기-기계 변환장치 중 하나로, 압전 효과를 갖는 재료, 즉 압전 소자(piezoelectric device)를 사용하여 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치이다. 증폭 혼(13)은 압전 변환기(12)에 의해 발생하는 기계적 진동을 증폭시켜 시험편(S)에 전달한다. 변위 센서(14)는 피로 시험 중 시험편(S)에서 발생하는 진동의 특성, 즉 진동의 진폭 및 주파수 등을 검출하기 위한 수단이다. 예컨대, 변위 센서(14)는 도 1에 도시된 바와 같이 시험편(S)의 하단과 약간의 간격을 두고 배치되어 시험편(S)을 향해 빛을 조사하고 시험편(S)에 의해 반사되는 빛을 검출하는 광 센서(photo sensor)로 쉽게 구현될 수 있다. 센서위치 조절수단(15)은 변위 센서(14)를 지지하되 시험편(S)에 대해 변위 센서(14)를 접근 및 이격시키기 위한 수단으로, 도 1에 도시된 바와 같이 변위 센서(14)가 장착되는 이동 프레임(15a)과, 이동 프레임(15a)이 상하 방향으로 이동하도록 이동 프레임(15a)을 지지하는 지지 프레임(15b)으로 구현될 수 있다. 컨트롤러(미도시)는 전력 발생기(11)에 의해 압전 변환기(12)에 인가되는 전압의 크기나 주파수 등을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 한편, 변위 센서(14)로부터 시험편(S)의 진동 특성을 나타내는 전기적 신호를 전송받아 이에 기초하여 시험편(S)에 대한 피로시험 데이터(예컨대, 시험편(S)의 변위, 피로응력, 피로수명 등)를 산출한다. 이러한 컨트롤러는 도 1에 도시된 바와 같은 퍼스널 컴퓨터(16)에 미리 설치된 소프트웨어(software) 또는 펌 웨어(firmware)로 구현될 수 있다.
도 2는 도 1의 초음파 피로시험장치에 더 구비되는 온도압력 조절챔버를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 초음파 피로시험장치(10)는 시험편(S)에 대한 다양한 피로시험 환경을 조성하기 위한 온도압력 조절챔버(18)를 더 포함할 수 있다. 온도압력 조절챔버(18)는 시험편(S)을 포함한 소정의 영역을 밀폐하도록 마련된다. 이러한 온도압력 조절챔버(18)는 고온, 저온, 고압, 저압 등의 다양한 피로시험 환경 혹은 분위기를 조성하기 위한 수단이다. 이를 위해, 온도압력 조절챔버(18)는 첨부된 도면에는 도시되지 않았지만 그 내부의 온도를 조절하기 위한 발열 수단 및/또는 냉각 수단을 포함할 수 있고, 그 내부의 압력을 조절하기 위해 내부의 공기를 빼거나 내부로 공기를 주입하는 펌핑 수단을 포함할 수 있다.
그러나, 위와 같은 구성을 갖는 종래의 초음파 피로시험장치(10)는 고온, 저온 등의 극한 환경에서의 피로 시험시 변위 센서(14)가 녹는 등 파손되거나 정상적으로 작동하지 못하는 문제점이 있었다.
이에, 다양한 피로시험 환경에서도 정확하고 신뢰성 있는 피로시험 데이터를 얻을 수 있도록, 종래의 일반적인 센서와는 다른 방식으로 시험편에서 발생하는 진동의 특성을 검출하는 초음파 피로시험장치에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 고온, 저온, 고압, 저압 등의 다양한 피로시험 환경에서도 정확하고 신뢰성 있는 피로시험 데이터를 얻을 수 있는 초음파 피로시험장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 전력 발생기; 시험편의 일단부와 연결된 상태에서 상기 전력 발생기로부터 인가되는 전압을 기계적 진동으로 변환하여 상기 시험편에 인가하는 전기-기계 변환부; 상기 시험편의 타단부와 연결된 상태에서 상기 시험편으로부터 인가되는 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 기계-전기 변환부; 및 상기 기계-전기 변환부로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 상기 시험편에 대한 피로시험 데이터를 산출하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 피로시험장치에 의해 달성될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 기계-전기 변환부로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 상기 전력 발생기에 의해 상기 전기-기계 변환부에 인가되는 전압을 제어할 수 있다.
상기 초음파 피로시험장치는, 상기 시험편의 일단부와 상기 전기-기계 변환부를 연결하고 상기 전기-기계 변환부에 의해 발생하는 기계적 진동을 증폭시켜 상기 시험편에 전달하는 제1 증폭 혼; 및 상기 시험편의 타단부와 상기 기계-전기 변환부를 연결하고 상기 시험편에서 발생하는 기계적 진동을 증폭시켜 상기 기계-전기 변환부에 전달하는 제2 증폭 혼;을 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 피로시험장치는, 상기 전기-기계 변환부를 장착 지지하는 제1 마운팅부; 및 상기 기계-전기 변환부를 장착 지지하는 제2 마운팅부;를 더 포함할 수 있다.
상기 초음파 피로시험장치는, 상기 제1 마운팅부 또는 상기 제2 마운팅부와 연결되어 상기 제1 마운팅부 또는 상기 제2 마운팅부를 통해 상기 시험편에 인장력 또는 압축력을 인가하는 인장/압축력 인가부;를 더 포함할 수 있다.
상기 전기-기계 변환부 및 상기 기계-전기 변환부 각각은, 압전 변환기로 제공될 수 있다.
본 발명은, 피로시험 과정에서 시험편의 변위를 측정하는 수단으로, 고온, 고압 등의 극한 환경에서 사용하기 어려운 종래의 일반적인 센서 대신에, 시험편과 연결된 상태에서 시험편에서 발생하는 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 기계-전기 변환부를 적용함으로써, 고온, 저온, 고압, 저압 등의 다양한 피로시험 환경에서도 정확하고 신뢰성 있는 피로시험 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 시험편을 기준으로 양측에 배치된 전기-기계 변환부와 기계-전기 변환부에 의해 시험편의 양단이 고정단으로 마련되는 구조로 시험편에 인장력 또는 압축력을 쉽게 인가할 수 있으므로 다양한 인장/압축 상태의 피로 시험을 수행할 수 있다.
도 1은 종래의 초음파 피로시험장치의 일 예를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 초음파 피로시험장치에 더 구비되는 온도압력 조절챔버를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 피로시험장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다
도 4는 도 3의 초음파 피로시험장치의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 피로시험장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 4는 도 3의 초음파 피로시험장치의 제어 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 피로시험장치(100)는 전력 발생기(110), 전기-기계 변환부(120), 제1 증폭 혼(125), 제1 마운팅부(150), 기계-전기 변환부(130), 제2 증폭 혼(135), 제2 마운팅부(160) 및 컨트롤러(140)를 포함할 수 있다.
전력 발생기(110, power generator)는 전기-기계 변환부(120)를 구동시키기 위한 소정의 전압을 전기-기계 변환부(120)에 인가한다. 즉, 전력 발생기(110)는 전기-기계 변환부(120)에 소정의 구동 전압을 인가하여 전기-기계 변환부(120)가 기계적 진동을 발생하도록 한다. 이때, 전력 발생기(110)에 의해 전기-기계 변환부(120)에 인가되는 전압의 특성은 궁극적으로 시험편(S)에서 발생하는 기계적 진동의 특성(주파수, 진폭 등)을 결정하기 때문에, 전력 발생기(110)는 전기-기계 변환부(120)에 인가되는 전압의 주파수, 크기 등을 피로시험 조건에 따라 변경할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
전기-기계 변환부(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 시험편(S)의 일단부(도 3에서 상단부)와 연결된 상태에서 전력 발생기(110)로부터 인가되는 전압을 기계적 진동으로 변환하여 시험편(S)에 인가할 수 있다. 이러한 전기-기계 변환부(120)는 압전 변환기(piezoelectric transducer)로 쉽게 구현될 수 있는데, 압전 변환기는 압전 효과를 갖는 압전 소자(piezoelectric device)를 사용하여 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로, 전력 발생기(110)로부터 전기적 에너지(전압)를 인가받아 이를 기계적 에너지(기계적 진동)로 변환할 수 있다. 다만, 본 발명에서 전기-기계 변환부(120)는 압전 변환기에 한정되지 아니하며, 예컨대 터페놀-디(Terfenol-D) 등의 자기변형소자(magnetostrictive device)를 이용하는 구조로 구현될 수도 있다.
제1 증폭 혼(125)은 도 3에 도시된 바와 같이 시험편(S)의 일단부(도 3에서 상단부)와 전기-기계 변환부(120)를 연결하고, 전기-기계 변환부(120)에 의해 발생하는 기계적 진동을 증폭시켜 시험편(S)에 전달할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 전기-기계 변환부(120)는 직접 혹은 바로 시험편(S)과 연결되지 않고 제1 증폭 혼(125)을 통해 시험편(S)과 연결된다. 제1 증폭 혼(125)은 전기-기계 변환부(120)와 시험편(S)을 상호 연결하되 공진 현상을 이용하여 전기-기계 변환부(120)에 의해 발생하는 기계적 진동을 증폭시킨다. 일반적으로, 압전 변환기로 구현되는 전기-기계 변환부(120) 그 자체에서 발생하는 기계적 진동은 그 크기(진폭)가 작기 때문에 압전 변환기를 시험편(S)에 직접 연결하는 경우에는 시험편(S)에서 피로 시험을 위해 요구되는 크기의 변위를 얻기 힘들다. 이러한 이유로, 본 발명은 전기-기계 변환부(120)와 시험편(S)을 연결하고 전기-기계 변환부(120)의 기계적 진동을 증폭시켜 시험편(S)에 전달하는 제1 증폭 혼(125)을 적용하고 있는 것이다. 다만, 전기-기계 변환부(120)의 기계적 진동만으로 피로 시험을 위해 요구되는 크기의 변위를 시험편(S)에서 얻을 수 있다면, 제1 증폭 혼(125)은 생략하고 전기-기계 변환부(120)와 시험편(S)은 직접 연결될 수 있을 것이다.
제1 마운팅부(150)는 전기-기계 변환부(120)를 장착 지지하는 수단으로, 전기-기계 변환부(120)는 제1 마운팅부(150)에 장착되어 그 위치가 고정될 수 있다. 구체적으로 제1 마운팅부(150)는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 증폭 혼(125)이 결합된 전기-기계 변환부(120)가 장착되는 공간을 제공하는 제1 장착프레임(151,155)과, 전기-기계 변환부(120)를 제1 장착프레임(151,155)에 대해 고정하도록 전기-기계 변환부(120)에 결합된 제1 증폭 혼(125)을 클램핑하는 제1 클램핑유닛(153)으로 구성될 수 있다.
기계-전기 변환부(130)는 시험편(S)의 타단부(도 3에서 하단부)와 연결된 상태에서 시험편(S)으로부터 인가되는 기계적 진동을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 이때, 전기적 신호는 시간에 따라 변화하는 전압의 크기일 수 있다. 이러한 기계-전기 변환부(130)는 전술한 전기-기계 변환부(120)와 마찬가지로 압전 변환기(piezoelectric transducer)로 구현될 수 있는데, 이는 압전 변환기가 전술한 바와 같이 전기적 에너지(전압)를 기계적 에너지(기계적 진동)로 변환하는 특성이 있는 한편, 그 반대로 기계적 에너지(기계적 진동)를 전기적 에너지(전압)로 변환하는 특성이 있기 때문이다. 다만, 본 발명에서 기계-전기 변환부(130)는 압전 변환기에 한정되지 아니하며, 예컨대 터페놀-디(Terfenol-D) 등의 자기변형소자(magnetostrictive device)를 이용하는 구조로 구현될 수도 있다
제2 증폭 혼(135)은 도 3에 도시된 바와 같이 시험편(S)의 타단부(도 3에서 하단부)와 기계-전기 변환부(130)를 연결하고, 시험편(S)에서 발생하는 기계적 진동을 증폭시켜 기계-전기 변환부(130)에 전달할 수 있다. 즉, 본 실시예에서 기계-전기 변환부(130)는 전술한 전기-기계 변환부(120)와 마찬가지로 직접 혹은 바로 시험편(S)과 연결되지 않고 제2 증폭 혼(135)을 통해 시험편(S)과 연결된다. 제2 증폭 혼(135)은 시험편(S)과 기계-전기 변환부(130)를 상호 연결하되 공진 현상을 이용하여 시험편(S)에서 발생하는 기계적 진동을 증폭시킨다. 결과적으로, 기계-전기 변환부(130)는 제2 증폭 혼(135)에 의해 증폭된 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하기 때문에 시험편(S)에서 발생하는 기계적 진동이 매우 미세하더라도 충분히 이에 대응하는 전기적 신호를 출력할 수 있다. 다만, 이와 다르게 본 발명은 시험편(S)과 기계-전기 변환부(130)가 제2 증폭 혼(135) 없이 직접 연결될 수도 있다.
제2 마운팅부(160)는 기계-전기 변환부(130)를 장착 지지하는 수단으로, 기계-전기 변환부(130)는 제2 마운팅부(160)에 장착되어 그 위치가 고정될 수 있다. 구체적으로 제2 마운팅부(160)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2 증폭 혼(135)이 결합된 기계-전기 변환부(130)가 장착되는 공간을 제공하는 제2 장착프레임(161)과, 기계-전기 변환부(130)를 제2 장착프레임(161)에 대해 고정하도록 기계-전기 변환부(130)에 결합된 제2 증폭 혼(135)을 클램핑하는 제2 클램핑유닛(163)으로 구성될 수 있다.
컨트롤러(140, controller)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 기계-전기 변환부(130)로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 시험편(S)에 대한 피로시험 데이터를 산출할 수 있다. 여기서, '피로시험 데이터'는 시험편(S)의 변위, 변형률, 피로응력, 피로수명 등에 관한 데이터를 의미한다. 구체적으로, 기계-전기 변환부(130)에서 아날로그 형태로 출력되는 전기적 신호는 A/D 컨버터(141)에 의해 디지털 형태의 전기적 신호로 변환된다. 이때, 전기적 신호는 전술한 바와 같이 전압의 크기로 표현될 수 있고 전압의 크기는 시험편(S)의 변위의 크기에 비례한다. 이에, 컨트롤러(140)는 전압의 크기로 표현되는 전기적 신호에 기초하여 시험편(S)의 변위 데이터를 산출할 수 있는 것이다. 그 다음, 컨트롤러(S)는 산출된 변위 데이터와 미리 입력된 시험편(S)의 사양에 기초하고 시험편(S)의 피로응력 데이터를 산출할 수 있다. 이때, 시험편(S)의 사양은 시험편(S)의 형상, 크기, 재질, 탄성계수 등을 포함할 수 있다. 또한, 컨트롤러(S)는 기계-전기 변환부(130)로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 시험편(S)에 크랙(crack)이 발생한 시점이나 시험편(S)이 파괴된 시점을 찾을 수 있고 이에 기초하여 피로수명 데이터를 산출할 수 있다.
한편, 컨트롤러(140)는 기계-전기 변환부(130)로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 전력 발생기(110)에 의해 전기-기계 변환부(120)에 인가되는 전압을 제어할 수 있다. 즉, 기계-전기 변환부(130)에 의해 변환된 전기적 신호는 전력 발생기(110)를 제어하기 위한 피드백 데이터로 사용될 수 있다. 피로시험 과정에서 시험편(S)의 변위는 시험편(S)에 크랙이 발생하기 전까지는 미리 설정된 진폭 및 주파수 값을 유지하여야 하는데, 이를 위해 컨트롤러(140)는 기계-전기 변환부(130)로부터 전송받은 전기적 신호를 피드백 데이터로 활용하여 시험편(S)의 변위가 미리 설정된 값을 유지하도록 전력 발생기(110)에 의해 전기-기계 변환부(120)에 인가되는 전압의 크기 및/또는 주파수를 자동으로 제어할 수 있다. 이때, 컨트롤러(140)는 전력 발생기(110)를 제어하기 위한 디지털 형태의 제어 신호를 생성하고 생성된 제어 신호는 D/A 컨버터(143)에 의해 아날로그 형태의 제어 신호로 변환되어 전력 발생기(110)에 전송될 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 컨트롤러(140)는 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 이를 구동하기 위한 소프트웨어(혹은 프로그램)의 기능적, 구조적 결합에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(140)는 도 3에 도시된 바와 같은 퍼스널 컴퓨터(140A)에 미리 설치된 소프트웨어(software) 또는 펌 웨어(firmware)로 구현될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 피로시험장치(100)는 인장/압축력 인가부(170) 및 인장/압축력 측정부(180)를 더 포함할 수 있다.
인장/압축력 인가부(170)는 제1 마운팅부(150)와 연결되어 제1 마운팅부(150)를 통해 시험편(S)에 인장력 또는 압축력을 인가할 수 있다. 인장/압축력 인가부(170)는 시험편(S)을 중심으로 상하로 배치되는 전기-기계 변환부(120)와 기계-전기 변환부(130)의 간격을 조정하기 위해 전기-기계 변환부(120)가 장착된 제1 마운팅부(150)를 상하 방향으로 이동시키는 구성을 갖는다. 한편, 기계-전기 변환부(130)가 장착된 제2 마운팅부(160)는 그 위치가 고정되도록 설치된다. 구체적으로, 인장/압축력 인가부(170)는 이동 프레임(171), 고정 프레임(173) 및 한 쌍의 유압 실린더(175)를 포함할 수 있다. 이때, 유압 실린더(175)는 실린더 본체(175a)가 고정 프레임(173)에 체결되고, 신축 가능한 실린더 로드(175b)가 직접 또는 인장/압축력 측정부(180)를 통해 제1 마운팅부(150)에 연결된다. 따라서, 유압 실린더(175)의 신축 동작에 의해 이동 프레임(171)이 상하 방향으로 이동하면, 제1 마운팅부(150)에 장착된 전기-기계 변환부(120)는 제2 마운팅부(160)에 장착된 기계-전기 변환부(130)에 대해 접근 또는 이격 이동하게 되므로, 시험편(S)에는 소정의 압축력 또는 인장력이 인가될 수 있다.
본 실시예와 다르게, 인장/압축력 인가부(170)는 기계-전기 변환부(130)가 장착된 제2 마운팅부(160)를 상하 방향으로 이동시키는 구성을 가질 수 있다. 즉, 전기-기계 변환부(120)가 장착된 제1 마운팅부(150)를 위치 고정한 상태에서, 인장/압축력 인가부(170)는 제2 마운팅부(160)와 연결되어 제2 마운팅부(160)를 통해 시험편(S)에 인장력 또는 압축력을 인가할 수 있다. 더 나아가, 인장/압축력 인가부(170)는 본 실시예에서 개시된 유압 실린더 방식에 한정되지 아니하고, 볼 스크루(Ball Screw)와 LM 가이드(Linear Motion Guide)를 이용한 구동 방식 또는 리니어 모터(Linear Motor)와 LM 가이드를 이용한 구동 방식 등이 적용될 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 발명에 따른 초음파 피로시험장치(100)는 위와 같은 구성을 갖는 인장/압축력 인가부(170)를 포함함으로써, 시험편(S)에 초기 인장력 또는 압축력을 인가한 상태에서 피로 시험을 수행할 수 있으므로, 피로 시험의 다양성을 확보할 수 있다. 이때, 본 발명은 시험편(S)의 양단부가 각각 전기-기계 변환부(120) 및 기계-전기 변환부(130)에 연결되는 구조, 즉 시험편(S)의 양단이 고정단으로 마련되는 구조라는 점에서 위와 같은 인장/압축력 인가부(170)를 쉽게 구현할 수 있다는 이점이 있다.
인장/압축력 측정부(180)는 인장/압축력 인가부(170)에 의해 시험편(S)에 인가되는 인장력 또는 압축력의 크기를 측정할 수 있다. 이때, 인장/압축력 측정부(180)의 출력 신호는 컨트롤러(140)에 전송될 수 있다. 이러한 인장/압축력 측정부(180)는 인장/압축력 인가부(170)와 제1 마운팅부(150) 사이에 로드 셀(load cell)을 설치하는 것에 의해 쉽게 구현될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 피로시험장치(100)는, 피로시험 과정에서 시험편(S)의 변위를 측정하는 수단으로, 고온, 고압 등의 극한 환경에서 사용하기 어려운 종래의 일반적인 센서 대신에, 시험편(S)과 연결된 상태에서 시험편(S)에서 발생하는 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 기계-전기 변환부(130)를 포함함으로써, 고온, 저온, 고압, 저압 등의 다양한 피로시험 환경에서도 정확하고 신뢰성 있는 피로시험 데이터를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 초음파 피로시험장치(100)는, 시험편(S)을 기준으로 양측에 배치된 전기-기계 변환부(120)와 기계-전기 변환부(130)에 의해 시험편(S)의 양단이 고정단으로 마련되는 구조로 시험편(S)에 인장력 또는 압축력을 쉽게 인가할 수 있으므로 다양한 인장/압축 상태의 피로 시험을 수행할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 초음파 피로시험장치
110 : 전력 발생기
120 : 전기-기계 변환부
125 : 제1 증폭 혼
130 : 기계-전기 변환부
135 : 제2 증폭 혼
140 : 컨트롤러
150 : 제1 마운팅부
160 : 제2 마운팅부
170 : 인장/압축력 인가부
180 : 인장/압축력 측정부

Claims (6)

  1. 전력 발생기;
    시험편의 일단부와 연결된 상태에서 상기 전력 발생기로부터 인가되는 전압을 기계적 진동으로 변환하여 상기 시험편에 인가하는 전기-기계 변환부;
    상기 시험편의 타단부와 연결된 상태에서 상기 시험편으로부터 인가되는 기계적 진동을 전기적 신호로 변환하는 기계-전기 변환부;
    상기 기계-전기 변환부로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 상기 시험편에 대한 피로시험 데이터를 산출하는 컨트롤러;
    상기 시험편의 일단부와 상기 전기-기계 변환부를 연결하고 상기 전기-기계 변환부에 의해 발생하는 기계적 진동을 증폭시켜 상기 시험편에 전달하는 제1 증폭 혼;
    상기 시험편의 타단부와 상기 기계-전기 변환부를 연결하고 상기 시험편에서 발생하는 기계적 진동을 증폭시켜 상기 기계-전기 변환부에 전달하는 제2 증폭 혼;
    상기 전기-기계 변환부에 결합된 상기 제1 증폭 혼을 클램핑하여 상기 전기-기계 변환부를 지지하는 제1 마운팅부;
    상기 기계-전기 변환부에 결합된 상기 제2 증폭 혼을 클램핑하여 상기 기계-전기 변환부를 지지하는 제2 마운팅부; 및
    상기 제1 마운팅부 또는 상기 제2 마운팅부와 연결되어 상기 제1 마운팅부 또는 상기 제2 마운팅부를 통해 상기 시험편에 인장력 또는 압축력을 인가하는 인장/압축력 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 피로시험장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 기계-전기 변환부로부터 전송받은 전기적 신호에 기초하여 상기 전력 발생기에 의해 상기 전기-기계 변환부에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 초음파 피로시험장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전기-기계 변환부 및 상기 기계-전기 변환부 각각은, 압전 변환기로 제공되는 것을 특징으로 하는 초음파 피로시험장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200361250Y1 (ko) * 2004-05-28 2004-09-07 로크산업 주식회사 록크볼트용 체결장치
KR20210156390A (ko) 2020-06-17 2021-12-27 한국철도기술연구원 저온 초고주기 피로시험장치

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109444029A (zh) * 2018-09-30 2019-03-08 山东省分析测试中心 一种疲劳试验环境模拟装置
CN110031204B (zh) * 2019-05-16 2024-03-08 昆山丘钛微电子科技有限公司 抗疲劳测试治具
CN110595910B (zh) * 2019-10-21 2024-02-06 福州大学 基于万能试验机的热振联合拉伸试验装置及其测试方法
KR102148977B1 (ko) * 2020-05-07 2020-08-27 선문대학교 산학협력단 초고주기 피로 시험 장치
KR102634876B1 (ko) * 2021-06-23 2024-02-06 한국로봇융합연구원 플렉스플라인의 변형량 측정 장치
KR102557214B1 (ko) * 2021-09-03 2023-07-19 선문대학교 산학협력단 초음파 피로 시험 장치
CN114323996B (zh) * 2021-12-28 2024-04-09 浙江工业大学 一种基于声辐射力的微小试样弯曲疲劳试验装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002243604A (ja) 2001-02-21 2002-08-28 Shimadzu Corp 超音波疲労試験機
JP2007017288A (ja) 2005-07-07 2007-01-25 Honda Motor Co Ltd 超音波疲労試験装置及び超音波疲労試験方法
KR100943199B1 (ko) * 2009-11-17 2010-02-19 선문대학교 산학협력단 초고주기 피로시험장치
KR101041899B1 (ko) * 2010-12-13 2011-06-15 메디소스플러스(주) 초고주기 피로시험장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002243604A (ja) 2001-02-21 2002-08-28 Shimadzu Corp 超音波疲労試験機
JP2007017288A (ja) 2005-07-07 2007-01-25 Honda Motor Co Ltd 超音波疲労試験装置及び超音波疲労試験方法
KR100943199B1 (ko) * 2009-11-17 2010-02-19 선문대학교 산학협력단 초고주기 피로시험장치
KR101041899B1 (ko) * 2010-12-13 2011-06-15 메디소스플러스(주) 초고주기 피로시험장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200361250Y1 (ko) * 2004-05-28 2004-09-07 로크산업 주식회사 록크볼트용 체결장치
KR20210156390A (ko) 2020-06-17 2021-12-27 한국철도기술연구원 저온 초고주기 피로시험장치

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