KR101450050B1 - Micro force generation and measurement device and method for using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영위법을 적용한 마이크로 힘 발생 및 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 5개의 링크로 이루어지는 5 링크 메커니즘을 포함하여 형성되며, 5 링크 메커니즘 중 어느 한 링크에 형성된 보이스 코일 모터부에서 발생된 힘에 의한 이웃하는 링크의 변위를 상쇄시키기 위해, 또 다른 링크에 연결된 선형 액추에이터에서 힘을 발생시키거나, 상기 선형 액추에이터에서 발생된 힘에 의한 링크의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 보이스 코일 모터부에 인가된 전류량을 측정하여 가해진 힘을 알아낼 수 있는 마이크로 힘 발생 및 측정장치에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a micro force generating and measuring apparatus using a five-link mechanism, and more particularly, to a micro force generating and measuring apparatus having a five-link mechanism comprising five links, To cancel the displacement of the neighboring link due to the force, a force is generated in the linear actuator connected to another link or is applied to the voice coil motor part to cancel the displacement of the link due to the force generated in the linear actuator The present invention relates to a micro force generating and measuring apparatus capable of measuring an amount of current applied to a micro force generator and measuring an applied force.
마이크로 나노 분야에서 미세한 힘을 측정하는 장치에는 주로 물체의 변형을 측정하여 힘으로 환산하는 편위법(deflection method)이 사용된다.In a micro-nano field, a deflection method is used in a device for measuring a minute force, in which a deformation of an object is measured and converted into a force.
편위법은 측정하려는 양의 작용에 의해 계측기의 지침에 편위를 일으켜 이 편위를 눈금과 비교함으로써 측정을 행하는 방식으로, 링크 메커니즘의 한쪽에 힘이 가해지거나 물체가 놓일 경우 링크를 연결하는 탄성힌지 부위가 변형을 하며, 여기에 부착된 스트레인 게이지를 통해 변위가 측정됨으로써, 가해진 힘 또는 물체의 질량을 계산할 수 있게 된다. The displacement method is a method in which a measurement is performed by comparing the deviation with the scale by causing a deviation in the indicator of the measuring instrument by the action of the quantity to be measured. In the case where a force is applied to one side of the link mechanism or an elastic hinge And the displacement is measured through the strain gauge attached thereto, so that the mass of the applied force or the object can be calculated.
영위법(null method)은 전압 또는 전류 등을 측정하는 경우, 기지의 표준량을 준비하고, 이것과 평형을 잡음으로써, 피측정량을 알아내는 것으로, 힘이 가해져 메커니즘의 변위가 발생하면 코일에 전류를 가하여 반대의 로렌츠 힘(Lorentz force)을 발생시켜 기구부가 항상 영점의 위치에 있도록 제어하는 것이다.The null method is a method in which when a voltage or a current is measured, a known standard amount is prepared and balanced with this to determine the measured amount. When a force is applied and a displacement of the mechanism occurs, To generate the opposite Lorentz force so that the mechanism is always in the zero position.
이 때, 가해지는 힘과, 코일에 적용되는 전류와의 비례 관계를 이용해 가해지는 힘을 측정하게 된다.At this time, the force applied is measured by using the proportional relationship between the applied force and the current applied to the coil.
편위법은 정밀도가 다소 떨어지는 반면 저가이고, 제작이 쉽다는 장점이 있으며, 영위법은 편위법에 비해 더 정밀하지만, 영점제어를 하기 때문에 다소 응답성이 느리다는 단점이 있다.The deflection method is advantageous in that the precision is somewhat low, but it is inexpensive and easy to manufacture. The operating method is more precise than the displacement method, but has a disadvantage that the response is somewhat slow because of the zero point control.
이와 관련된 기술로, 2003년 대한기계학회논문집에 발표된 논문인 "영위법을 이용한 미소중량 측정장치의 기구설계"에는 영위법을 이용한 미소중량 측정장치의 성능 향상을 위한 기계적 특성과, 설계방법을 제시한 바 있다.(이하, 선행기술 1라 함)In this paper, "Mechanism Design of Micro Weighing Apparatus Using Retroreflective Method", published in the Journal of the Korean Society of Mechanical Engineers, 2003, presents the mechanical characteristics and the design method for improving the performance of the micro- (Hereinafter, referred to as prior art 1).
영위법은 주로 저울에서 질량을 측정하는 Analytical balance에 사용되었는데, 선행기술 1도 종래에 영위법을 사용한 측정장치와 마찬가지로 중력방향으로 물체의 질량을 측정하는 것에 한정되어 있으며, 미세 힘의 발생 및 측정에 적용하기에는 많은 제약이 있었다.The control method is mainly used for the analytical balance for measuring the mass in the balance. The
특히, 마이크로 또는 나노 형상을 갖는 시료에 미세한 힘을 인가하거나, 인가된 힘을 정밀하게 측정하기 위해서는 영위법에 의한 측정 메커니즘에 적합하지만, 이를 마이크로 또는 나노 단위의 힘 발생 장치나, 측정장치에 적용하기 위한 기술 개발이 미흡한 실정이다.
Particularly, it is suitable for a measuring mechanism by the operating method in order to apply a fine force to a sample having micro or nano shape or to accurately measure an applied force, but it is applied to a micro or nano force generating device or a measuring device The development of the technology is not enough.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 5 개의 링크로 이루어지는 5 링크 메커니즘을 포함하여 형성되며, 5 링크 메커니즘 중 어느 한 링크에 형성된 보이스 코일 모터부에서 발생된 힘에 의한 이웃하는 링크의 변위를 상쇄시키기 위해, 또 다른 링크에 연결된 선형 액추에이터에서 힘을 발생시키거나, 상기 선형 액추에이터에서 발생된 힘에 의한 링크의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 보이스 코일 모터부에 인가된 전류량을 측정하여 가해진 힘을 알아낼 수 있도록 구성됨으로써, 영위법을 이용한 마이크로 힘 발생 및 측정장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a voice coil motor having a five-link mechanism composed of five links, To cancel the displacement of the neighboring link due to the force, a force is generated in the linear actuator connected to another link or is applied to the voice coil motor part to cancel the displacement of the link due to the force generated in the linear actuator And a micro force generating and measuring device using the operating method is provided.
본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치는 편평한 측정플레이트 내 동일 평면상에 형성되며, y축 방향으로 연장 형성되는 제1링크, 상기 제1링크와 탄성힌지로 연결되며 x축 방향으로 연장 형성되는 제2링크, 상기 제2링크와 탄성힌지로 연결되며 상기 제1링크와 x축 방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 제3링크, 및 양측이 상기 제3링크 및 제1링크와 탄성힌지로 연결되며 x축 방향으로 연장 형성되는 제4링크와 고정링크인 측정플레이트로 이루어지는 5 링크 메커니즘( 5 link mechanism); 코일에 흐르는 전류 값을 제어하여 상기 제1링크에 y축 방향으로 힘이 가해지도록 하는 보이스 코일 모터부; 상기 제1링크와 연결된 측과 반대되는 측의 상기 제2링크 단부에 형성되어 상기 제2링크의 변위를 측정하는 변위측정부; 상기 제2링크와 연결된 측과 반대되는 측의 상기 제3링크 단부와 연결된 시편에 y축 방향으로 힘이 가해지도록 하는 선형 액추에이터; 상기 보이스 코일 모터부, 변위측정부 및 선형 액추에이터를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The micro force generating and measuring device of the present invention comprises a first link formed on the same plane in a flat measurement plate and extending in the y axis direction, a first link connected to the first link by an elastic hinge, 2 link, a third link connected to the second link by an elastic hinge and formed to be parallel to the first link at a predetermined distance in the x-axis direction, and a second link formed at both sides of the third link and the first link by elastic hinges A 5 link mechanism comprising a fourth link extending in the x-axis direction and a measurement plate as a fixed link; A voice coil motor unit controlling a current flowing through the coil to apply a force to the first link in a y-axis direction; A displacement measuring unit formed at the second link end on a side opposite to the side connected to the first link and measuring a displacement of the second link; A linear actuator for applying a force in a y-axis direction to a test piece connected to the third link end on a side opposite to a side connected to the second link; A control unit for controlling the voice coil motor unit, the displacement measuring unit, and the linear actuator; And a control unit.
또한, 상기 마이크로 힘 발생 및 측정장치는 상기 보이스 코일 모터부에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 선형 액추에이터에서 힘이 발생되거나, 상기 선형 액추에이터에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 보이스 코일 모터부에 인가된 전류량을 측정하여 가해진 힘이 계산될 수 있다.In addition, the micro-force generating and measuring device may be configured such that a force is generated in the linear actuator to cancel a displacement of the second link due to a force generated in the voice coil motor portion, The applied force can be calculated by measuring the amount of current applied to the voice coil motor portion to offset the displacement of the second link.
또한, 상기 보이스 코일 모터부는 상기 제1링크의 x축 방향으로 양측면과, z축 방향으로 양측면에 일정거리 이격되어 형성되며, z축 방향으로의 수직단면이 폐곡선을 이루는 요크; 상기 제1링크에 형성되어 전류가 흐르는 코일; 상기 코일의 z축 방향으로 양측면에 일정거리 이격되어 형성되며, 각각 N극 및 S극의 영구자석이 한 쌍을 이루는 영구자석; 을 포함하여 형성될 수 있다.The voice coil motor unit may include a yoke having a vertical cross section in a z-axis direction as a closed curve, the voice coil motor unit being spaced apart from both side surfaces in the x-axis direction and both side surfaces in the z-axis direction of the first link. A coil formed on the first link and through which a current flows; Permanent magnets which are spaced apart from each other at both sides in the z-axis direction of the coil and have a pair of permanent magnets of N poles and S poles, respectively; May be formed.
또한, 상기 변위측정부는 상기 제2링크에 z축방향으로 관통 형성되는 레이저관통홀; 상기 제2링크의 z축 방향으로 일측면과 일정거리 이격되어 상기 레이저관통홀을 통과하도록 빛을 조사하는 발광소자; 상기 제2링크의 z축 방향으로 타측면과 일정거리 이격되어 상기 레이저관통홀을 통과한 빛을 흡수하는 수광소자; 를 포함하여 형성될 수 있다.The displacement measuring unit may include a laser penetrating hole formed in the second link in the z-axis direction; A light emitting element that emits light so as to pass through the laser through hole at a distance from the one side surface in the z-axis direction of the second link; A light receiving element which is spaced apart from the other side surface in the z-axis direction of the second link and absorbs light passing through the laser through hole; As shown in FIG.
또한, 상기 변위측정부는 상기 수광소자가 2분할되어 제1수광부 및 제2수광부로 이루어지며, 상기 제1수광부 및 제2수광부에 각각 수광 되는 빛의 양을 통해 상기 제2링크의 변위를 측정할 수 있다.The displacement measuring unit may measure the displacement of the second link through the amount of light received by the first light receiving unit and the second light receiving unit, .
또한, 상기 마이크로 힘 발생 및 측정장치는 상기 제3링크 및 상기 선형 액추에이터 사이에 탄성힌지로 연결되며, 일측면에 상기 시편이 장착 및 고정되는 시편장착부를 더 포함하여 형성될 수 있다.The micro force generating and measuring device may further include a specimen mounting part connected to the third link and the linear actuator by an elastic hinge and having the specimen mounted and fixed on one side thereof.
또한, 상기 탄성힌지는 상기 제1링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제2링크를 연결하는 제1탄성힌지; 상기 제3링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제2링크를 연결하는 제2탄성힌지; 상기 제4링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제3링크를 연결하는 제3탄성힌지; 상기 제4링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제1링크를 연결하는 제4탄성힌지; 상기 제2링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 측정 플레이트를 연결하는 제5탄성힌지; 상기 제4링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 측정 플레이트를 연결하는 제6탄성힌지; 상기 시편장착부와 상기 제3링크를 연결하는 제7탄성힌지; 및, 상기 시편장착부와 상기 선형 액추에이터를 연결하는 제8탄성힌지; 를 포함하여 형성될 수 있다.The elastic hinge may include: a first elastic hinge connecting one side of the first link to the second link in the y-axis direction; A second elastic hinge connecting one side of the third link in the y-axis direction with the second link; A third elastic hinge connecting one side of the fourth link in the y-axis direction with the third link; A fourth elastic hinge connecting one side of the fourth link in the y-axis direction with the first link; A fifth elastic hinge connecting one side of the second link in the y-axis direction and the measurement plate; A sixth elastic hinge connecting one side of the fourth link in the y-axis direction and the measurement plate; A seventh elastic hinge connecting the specimen mounting part and the third link; And an eighth elastic hinge connecting the specimen mounting part and the linear actuator. As shown in FIG.
또한, 상기 선형 액추에이터는 상기 제8탄성힌지와 연결되는 제1블록; 상기 제1블록의 x축 방향으로 양측면에 제9탄성힌지로 연결되는 한 쌍의 제2블록; 상기 제2블록에 제10탄성힌지로 연결되며 y축 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제3블록; 상기 제1블록과 y축 방향으로 일정거리 이격되며 상기 측정 플레이트에 일체로 형성되는 제4블록; 상기 제4블록의 x축 방향으로 양측면에 제11탄성힌지로 연결되고, 상기 제3블록과 제12탄성힌지로 한 쌍의 제5블록; 상기 제1블록 및 제4블록 사이에서 x축 방향으로 연장 형성되며, 양단이 서로 마주보는 상기 제3블록에 연결되는 압전소자; 를 포함하여 형성될 수 있다.The linear actuator may include a first block connected to the eighth elastic hinge; A pair of second blocks connected to both sides of the first block in the x-axis direction by a ninth elastic hinge; A pair of third blocks connected to the second block by a tenth elastic hinge and extending in the y-axis direction; A fourth block spaced a certain distance in the y-axis direction from the first block and integrally formed with the measurement plate; A pair of fifth blocks connected to both sides in the x-axis direction of the fourth block by a eleventh resilient hinge, the third block and the twelfth resilient hinge; A piezoelectric element extending in the x-axis direction between the first block and the fourth block and connected to the third block, As shown in FIG.
또한, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치를 이용한 마이크로 힘 발생 방법은 a) 상기 보이스 코일 모터부의 코일에 흐르는 전류 값을 제어하여 상기 제1링크에 힘이 가해지도록 하는 단계; b) 상기 제1링크의 변형에 의해 상기 제2링크에 변위가 발생되는 단계; c) 상기 변위측정부에 의해 측정된 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해, 상기 제어부가 상기 선형 액추에이터에 제어신호를 입력하는 단계; d) 상기 제어신호에 의해 상기 선형 액추에이터에서 힘이 발생되어 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키고, 그 힘만큼 상기 시편이 인장되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a micro force generating method using a micro force generating and measuring apparatus, comprising: a) controlling a current flowing through a coil of a voice coil motor unit to apply a force to the first link; b) displacing the second link by deformation of the first link; c) inputting a control signal to the linear actuator by the control unit to cancel a displacement of the second link measured by the displacement measuring unit; d) a force is generated in said linear actuator by said control signal to offset the displacement of said second link, and said specimen is tensioned by said force; And a control unit.
또한, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치를 이용한 마이크로 힘 측정 방법은 a) 상기 선형 액추에이터에 힘이 가해져 상기 시편이 y축 방향으로 인장 또는 압축되는 단계; b) 상기 제3링크의 변형에 의해 상기 제2링크에 변위가 발생되는 단계; c) 상기 변위측정부에 의해 측정된 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해, 상기 제어부가 상기 보이스 코일 모터부에 제어신호를 입력하는 단계; d) 상기 제어신호에 의해 상기 보이스 코일 모터부의 코일에 전류가 인가되어 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키고, 상기 코일에 인가된 전류량을 측정하여 상기 선형 액추에이터에 가해진 힘을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Also, the micro force measurement method using the micro force generation and measurement apparatus of the present invention comprises the steps of: a) applying a force to the linear actuator to stretch or compress the specimen in the y-axis direction; b) displacing the second link by deformation of the third link; c) inputting a control signal to the voice coil motor unit by the control unit to cancel a displacement of the second link measured by the displacement measurement unit; d) calculating a force applied to the linear actuator by applying a current to the coil of the voice coil motor unit by the control signal to cancel the displacement of the second link and measuring an amount of current applied to the coil; And a control unit.
본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치는 5 개의 링크로 이루어지는 5 링크 메커니즘을 포함하여 형성되며, 5 링크 메커니즘 중 어느 한 링크에 형성된 보이스 코일 모터부에서 발생된 힘에 의한 이웃하는 링크의 변위를 상쇄시키기 위해, 또 다른 링크에 연결된 선형 액추에이터에서 마이크로 단위의 미세한 힘을 정밀하게 발생시키거나, 상기 선형 액추에이터에서 발생된 힘에 의한 링크의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 보이스 코일 모터부에 인가된 전류량을 측정하여 마이크로 단위의 미세한 힘을 알아낼 수 있다는 효과가 있다.The micro force generating and measuring device of the present invention is formed by including a five-link mechanism consisting of five links and offsetting the displacement of a neighboring link due to a force generated in a voice coil motor portion formed on one of the five link mechanisms , The amount of current applied to the voice coil motor portion is measured to precisely generate micro-scale micro-force in the linear actuator connected to another link or offset the displacement of the link due to the force generated in the linear actuator So that it is possible to find out the minute force in micro units.
즉, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치는 하나의 시스템에서 영위법을 이용하여 마이크로 단위의 미세한 힘을 정밀하게 발생시킬 수 있는 것은 물론, 발생된 힘을 측정할 수 있으며, 종래에 영위법을 이용한 측정시스템이 주로 중력 방향의 물체 질량을 측정하는 것에 한정되어 있었던 한계를 극복하고, 평면상에서 발생된 힘을 정밀하게 제어할 수 있다는 장점이 있다.That is, the micro-force generating and measuring apparatus of the present invention can precisely generate microscopic force in units of micro-meters by using the driving method in one system, can measure the generated force, It is advantageous that the measurement system used can overcome the limitation mainly limited to measuring the mass of the object in the direction of gravity and precisely control the force generated on the plane.
이에 따라, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치를 이용한 마이크로 힘 발생방법과, 마이크로 힘 측정방법은 마이크로 또는 나노 형상을 갖는 시편에 미세한 힘을 인가하거나, 인가된 힘을 정밀하게 측정 가능한 영위법에 의한 측정 메커니즘을 제공할 수 있다.
Accordingly, the micro force generating method and the micro force measuring method using the micro force generating and measuring apparatus according to the present invention can be applied to a specimen having a micro or nano shape by applying a minute force or a method capable of precisely measuring an applied force Lt; / RTI >
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 힘 발생 및 측정장치를 나타낸 사시도.
도 2는 일반적인 4 link mechanism을 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 힘 발생 및 측정장치의 보이스 코일 모터부를 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 힘 발생 및 측정장치의 변위측정부를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 힘 발생 및 측정장치의 선형 액추에이터를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명의 마이크로 힘 발생 방법이 수행될 때 제어부의 작동 상태를 개념적으로 나타낸 평면도.
도 7은 본 발명의 마이크로 힘 측정방법이 수행될 때 제어부의 작동 상태를 개념적으로 나타낸 평면도.1 is a perspective view of a micro force generating and measuring apparatus according to the present invention;
2 is a conceptual diagram showing a general 4-link mechanism.
3 is a perspective view showing a voice coil motor unit of a micro force generating and measuring apparatus according to the present invention.
4 is a perspective view showing a displacement measuring unit of the micro force generating and measuring apparatus according to the present invention.
5 is a plan view showing a linear actuator of a micro force generating and measuring apparatus according to the present invention.
6 is a plan view conceptually showing an operating state of a control unit when the micro force generating method of the present invention is performed.
7 is a plan view conceptually showing an operating state of a control unit when the micro force measuring method of the present invention is performed.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
Hereinafter, the micro force generating and measuring apparatus and method of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
실시예 1Example 1
실시예 1에서는 도 1 내지 5를 참고로 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 힘 발생 및 측정장치를 설명한다.
1 to 5, a micro force generating and measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)는 크게, 5 링크 메커니즘(100)과, 보이스 코일 모터부(200)와, 변위측정부(300)와, 선형 액추에이터(400) 및 제어부(500)를 포함하여 형성된다.1, the micro force generating and measuring
상기 5 링크 메커니즘(100)은 편평한 측정플레이트(800) 내 동일 평면상에 형성되며, y축 방향으로 연장 형성되는 제1링크(110), 상기 제1링크(110)와 탄성힌지(700)로 연결되며 x축 방향으로 연장 형성되는 제2링크(120), 상기 제2링크(120)와 탄성힌지(700)로 연결되며 상기 제1링크(110)와 x축 방향으로 일정거리 이격되어 나란하게 형성되는 제3링크(130), 양측이 상기 제3링크(130) 및 제1링크(110)와 탄성힌지(700)로 연결되며 x축 방향으로 연장 형성되는 제4링크(140), 및 고정링크인 측정플레이트(800)로 이루어진다.The 5-
일반적인 5 링크 메커니즘(100)은 도 2에 도시된 바와 같으며, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)는 이를 측정플레이트(800) 내에 응용하여 적용하였다.The general 5-
도 2의 5 링크 메커니즘(100)에는 지렛대 원리가 적용되는데, 이는 한쪽 링크에서 힘에 의해 변위가 발생되면 반대되는 쪽에서 더 큰 변위로 확대되는 것을 말하며, 탄성 힌지(Flexure hinge)를 이용할 경우, 미소변위가 가능하다는 특징이 있다.The
이를 본 발명의 5 링크 메커니즘(100)에 적용하면, 상기 제1링크(110)에서 y축 방향으로 변위가 발생되면, 이를 통해 제2 링크의 좌측 단부가 y축 방향으로 움직이고, 이와 연결된 제3링크(130)도 y축 방향으로 움직이게 된다.When the displacement is generated in the y-axis direction on the
이 때, 상기 제1링크(110) 및 제3링크(130)는 수직으로만 변위가 발생되며, 상기 제2링크(120)는 상기 측정플레이트(800)에 연결된 부분을 중심으로 회전하여 좌측 단부와 우측 단부가 반대방향으로 움직이게 된다.At this time, the
상기 보이스 코일 모터부(200)는 코일(220)에 흐르는 전류 값을 제어하여 상기 제1링크(110)에 y축 방향으로 힘이 가해지도록 하는 것으로, 상기 5 링크 메커니즘(100)의 일측에 변위를 발생시킨다.The voice
상기 변위측정부(300)는 상기 제1링크(110)와 연결된 측과 반대되는 측의 상기 제2링크(120) 단부에 형성되는 것으로, 상기 제2링크(120)의 변위를 측정하는 것이다.The
상기 선형 액추에이터(400)는 상기 제2링크(120)와 연결된 측과 반대되는 측의 상기 제3링크(130) 단부와 연결된 시편(610)에 y축 방향으로 힘이 가해지도록 하는 것이다.The
상기 제어부(500)는 상기 보이스 코일 모터부(200), 변위측정부(300) 및 선형 액추에이터(400)는 제어하는 것으로, DSP(Digital signal processor), 마이크로프로세서 등이 사용될 수 있다.The
상기 보이스 코일 모터부(200), 변위측정부(300) 및 선형 액추에이터(400)는 이하에서 더욱 자세히 설명하기로 한다.The voice
본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)를 간략히 설명하면, 상기 보이스 코일 모터부(200)에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 선형 액추에이터(400)에서 힘이 발생되거나, 상기 선형 액추에이터(400)에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 보이스 코일 모터부(200)에 인가된 전류량을 측정하여 가해진 힘이 계산될 수 있다.The
이에 따라, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)는 하나의 시스템에서 영위법을 이용하여 마이크로 단위의 미세한 힘을 정밀하게 발생시킬 수 있는 것은 물론, 발생된 힘을 측정할 수 있으며, 종래에 영위법을 이용한 측정시스템이 주로 중력 방향의 물체 질량을 측정하는 것에 한정되어 있었던 한계를 극복하고, 평면상에서 발생된 힘을 정밀하게 제어할 수 있다.Accordingly, the micro-force generating and measuring
한편, 도 3 내지 도 5를 참고로 상기 보이스 코일 모터부(200), 변위측정부(300) 및 선형 액추에이터(400)에 대해 좀 더 자세히 설명하면, 3 to 5, the voice
먼저, 상기 보이스 코일 모터부(200)는 요크(210)와 코일(220) 및 영구자석을 포함하여 형성된다.First, the voice
상기 요크(210)는 금속재로 이루어지며, 상기 제1링크(110)의 둘레면을 감싸는 형태로 형성되는데, 상기 제1링크(110)의 x축 방향으로 양측면과, z축 방향으로 양측면에 일정거리 이격되어 형성되며, z축 방향으로의 수직단면이 폐곡선을 이루도록 형성될 수 있다.The
상기 코일(220)은 상기 제1링크(110) 상에 형성되어 전류가 흐르는 것으로, 전류량에 따라 자기력을 조절하게 된다.The
상기 영구자석은 상기 요크(210) 내측면에 서로 마주보도록 구비되는 것으로, 상기 코일(220)의 z축 방향으로 양측면에 일정거리 이격되어 형성되며, 각각 N극 및 S극의 영구자석이 한 쌍을 이루어 형성된다.The permanent magnets are disposed to face each other on the inner surface of the
도 3과 같이, 상기 영구자석은 상기 코일(220)의 z축 방향으로 양측면에 일정거리 이격되도록 배치되는데, N극 및 S극이 한 쌍을 이루어 형성되되, 상기 코일(220) 맞은편에 위치한 영구자석과 반대되는 극성을 갖도록 한다.As shown in FIG. 3, the permanent magnets are spaced a certain distance from both sides of the
여기에, 플레밍의 왼손법칙을 적용하면, z축 방향으로 상기 코일(220)의 상측에 위치한 영구자석이 y축 방향으로 상측에서부터 S극과 N극의 순으로 배치되고, 상기 코일(220)의 하측에 위치한 영구자석이 N극과 S극의 순으로 배치되는 경우,When the Fleming's left-hand rule is applied, permanent magnets positioned on the upper side of the
y축 방향으로 상측에 위치한 상기 코일(220)에는 x축 방향으로 좌측에서 우측으로 전류가 흐르게 되고, 자기장은 z축 방향으로 하측에서 상측으로 형성되므로, 힘은 y축 방향으로 하측으로 발생된다.a current flows from the left to the right in the x-axis direction and the magnetic field is formed from the lower side to the upper side in the z-axis direction in the
이에 따라, 상기 제1링크(110)에는 하측으로 힘이 가해져 변위가 발생되며, 상기 제1링크(110)와 이웃한 상기 제2링크(120)의 좌측 단부가 상측으로 움직이게 된다.Accordingly, a downward force is applied to the
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 변위측정부(300)는 상기 제2링크(120)에 z축 방향으로 관통 형성되는 레이저관통홀(310)과, 상기 제2링크(120)의 z축 방향으로 일측면과 일정거리 이격되어 상기 레이저관통홀(310)을 통과하도록 빛을 조사하는 발광소자(320)와, 상기 제2링크(120)의 z축 방향으로 타측면과 일정거리 이격되어 상기 레이저관통홀(310)을 통과한 빛을 흡수하는 수광소자(330)를 포함하여 형성될 수 있다.4, the
상기 변위측정부(300)는 상술한 바와 같이, 상기 제2링크(120)의 좌측 단부가 상기 제1링크(110)에 가해진 힘에 의해 상측으로 움직일 경우, 상기 발광소자(320)에서 발생된 빛이 상기 레이저관통홀(310) 중앙으로 통과하지 못해, 상기 수광소자(330)에 흡수되는 빛의 양이 움직이기 전과 비교하여 줄어들게 되므로, 이를 통해 상기 제2링크(120)의 변위량을 측정하게 된다.As described above, when the left end of the
이 때, 상기 변위측정부(300)의 수광소자(330)는 2분할되어 제1수광부(331) 및 제2수광부(332)로 이루어질 수 있으며, 상기 제1수광부(331) 및 제2수광부(332)에 각각 수광 되는 빛의 양을 통해 상기 제2링크(120)의 변위량 측정뿐만 아니라, 변위가 발생된 방향도 감지할 수 있다.In this case, the
예를 들어, 상기 제1수광부(331)에 수광된 빛의 양이 상기 제2수광부(332)에 수광된 빛의 양보다 많으면 상기 제2링크(120)의 단부가 상측 방향으로 움직였다고 볼 수 있고, 상기 제1수광부(331)에 수광된 빛의 양이 상기 제2수광부(332)에 수광된 빛의 양보다 적으면 상기 제2링크(120)의 단부가 하측 방향으로 움직였다고 볼 수 있다.For example, if the amount of light received by the first
본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)는 상기 선형 액추에이터(400)에서 상기 시편(610)을 하측 방향으로 잡아당길 경우, 상기 제2링크(120)의 좌측 단부가 하측 방향으로 움직이게 되며, 상기 보이스 코일 모터부(200)에서 하측 방향으로 힘이 발생될 경우, 상기 제2링크(120)의 좌측 단부가 상측 방향으로 움직이게 되므로, 상기 변위측정부(300)에서 측정된 결과에 따라 변위를 상쇄시키기 위해 상기 제어부(500)에서 제어하는 방법도 달라진다.When the
따라서 상기 변위측정부(300)는 변위량을 측정하는 것뿐만 아니라 변위가 발생된 방향을 감지하는 것도 중요하다.Therefore, it is also important that the
본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)는 상기 제3링크(130) 및 상기 선형 액추에이터(400) 사이에 탄성힌지(700)로 연결되며, 일측면에 상기 시편(610)이 장착 및 고정되는 시편장착부(600)를 더 포함하여 형성될 수 있다.The micro force generating and measuring
상기 시편(610)은 상기 시편장착부(600)에 별도의 고정 지그를 통해 고정될 수도 있으며, 접착제를 통해 고정될 수 있다.The
상기 탄성힌지(700)는 상기 제1 내지 제12탄성힌지(712)로 이루어질 수 있다.The
도 1을 기준으로 설명하면, 상기 제1탄성힌지(701)는 상기 제1링크(110)의 y축 방향으로 상측면과 상기 제2링크(120)를 연결하며, 상기 제2탄성힌지(702)는 상기 제3링크(130)의 y축 방향으로 상측면과 상기 제2링크(120)를 연결하고, 상기 제3탄성힌지(703)는 상기 제4링크(140)의 y축 방향으로 상측면과 상기 제3링크(130)를 연결한다.1, the first
또, 상기 제4탄성힌지(704)는 상기 제4링크(140)의 y축 방향으로 상측면과 상기 제1링크(110)의 하측면을 연결하며, 상기 제5탄성힌지(705)는 상기 제2링크(120)의 y축 방향으로 상측면과 상기 측정플레이트(800)를 연결하고, 상기 제6탄성힌지(706)는 상기 제4링크(140)의 y축 방향으로 하측면과 상기 측정플레이트(800)를 연결한다.The fourth
상기 제7탄성힌지(707)는 상기 시편장착부(600)의 상측면과 상기 제3링크(130)의 하측면을 연결하며, 상기 제8탄성힌지(708)는 상기 시편장착부(600)와 상기 선형 액추에이터(400)를 연결한다.The seventh
이 때, 상기 제5탄성힌지(705) 및 제6탄성힌지(706)는 도 2에 도시된 5 링크 메커니즘(100)에서 지면에 고정된 부분의 역할을 하며, 이를 위해 상기 측정플레이트(800)에 연결된다.In this case, the fifth
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 선형 액추에이터(400)는 상기 제8탄성힌지(708)와 연결되는 제1블록(410)과, 상기 제1블록(410)의 x축 방향으로 양측면에 제9탄성힌지(709)로 연결되는 한 쌍의 제2블록(420); 상기 제2블록(420)에 제10탄성힌지(710)로 연결되며 y축 방향으로 연장 형성되는 한 쌍의 제3블록(430); 상기 제1블록(410)과 y축 방향으로 일정거리 이격되며 상기 측정플레이트(800)에 일체로 형성되는 제4블록(440); 상기 제4블록(440)의 x축 방향으로 양측면에 제11탄성힌지(711)로 연결되고, 상기 제3블록(430)과 제12탄성힌지(712)로 한 쌍의 제5블록(450); 상기 제1블록(410) 및 제4블록(440) 사이에서 x축 방향으로 연장 형성되며, 양단이 서로 마주보는 상기 제3블록(430)에 연결되는 압전소자(460)를 포함하여 형성될 수 있다.5, the
즉, 상기 선형 액추에이터(400)는 상기 압전소자(460)의 양단이 서로 마주보는 상기 제3블록(430)에 고정되며, 상기 압전소자(460)와 y축 방향으로 상측으로 일정거리 이격되며, 상기 제3블록(430)과 연결되는 제2블록(420)과, 상기 제2블록(420) 사이에 위치하여 연결되는 제1블록(410)과, 상기 압전소자(460)와 y축 방향으로 하측을 일정거리 이격되며, 상기 제3블록(430)과 연결되는 제5블록(450)과, 상기 제5블록(450) 사이에 위치하며 상기 측정플레이트(800)에 일체로 형성되는 제4블록(440)을 포함하여 형성된다.That is, the
이에 따라, 상기 선형 액추에이터(400)는 상기 압전소자(460)의 인장 또는 압축에 의해 y축 방향으로의 힘이 상기 시편(610)에 가해질 수 있다.Accordingly, in the
이 때, 상기 선형 액추에이터(400)는 압전소자(460)를 이용한 압전 액추에이터 외에도 선형 미세구동이 가능한 것이라면 얼마든지 다른 종류의 액추에이터로 변경 실시가 가능하다.In this case, the
본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)는 보이스 코일 모터부(200)에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키기 위해, 상기 선형 액추에이터(400)에 의해 상기 시편(610)에 마이크로 단위의 미세한 힘이 가해지거나, 상기 선형 액추에이터(400)에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 보이스 코일 모터부(200)에 인가된 전류량을 측정하여 상기 시편(610)에 가해진 마이크로 단위의 미세한 힘을 알아낼 수 있다는 효과가 있다.
The micro force generating and measuring
실시예 2Example 2
실시예 2에서는 도 6을 참고로 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 힘 발생 방법을 설명한다.
In Embodiment 2, a micro force generating method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명의 마이크로 힘 발생 방법은 a) 상기 보이스 코일 모터부(200)의 코일(220)에 흐르는 전류 값을 제어하여 상기 제1링크(110)에 힘이 가해지도록 하는 단계와, b) 상기 제1링크(110)의 변형에 의해 상기 제2링크(120)에 변위가 발생되는 단계와, c) 상기 변위측정부(300)에 의해 측정된 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키기 위해, 상기 제어부(500)가 상기 선형 액추에이터(400)에 제어신호를 입력하는 단계와, d) 상기 제어신호에 의해 상기 선형 액추에이터(400)에서 힘이 발생되어 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키고, 그 힘만큼 상기 시편(610)이 인장되는 단계를 포함한다.The micro force generating method of the present invention includes the steps of a) controlling a current flowing through a
도 6을 기준으로 좀 더 자세히 설명하면, 먼저 상기 보이스 코일 모터부(200)의 코일(220)에 일정량의 전류가 가해지면, 상기 제1링크(110)에 하측방향으로 로렌츠 힘(Lorentz's force)이 발생되며, 이를 통해 상기 제2링크(120)의 좌측 단부가 상측으로 움직여 변위가 발생된다.6, when a predetermined amount of current is applied to the
이에 따라, 상기 변위측정부(300)는 움직이기 전에 비해 상기 수광소자(330)의 상기 제2수광부(332)에 수광 되는 빛의 양이 감소하게 되며, 변위가 크면 상기 제1수광부(331)에 수광 되는 빛의 양도 감소될 수 있다.Accordingly, the amount of light received by the second
상기 제어부(500)는 상기 변위측정부(300)에서 측정된 빛의 양을 통해 변위를 계산하며, 이후 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시킬 수 있을 만큼의 힘이 상기 선형 액추에이터(400)에 의해 상기 시편(610)에 가해지도록 상기 선형 액추에이터(400)에 제어신호를 입력하게 된다.The
다음, 상기 제어신호에 의해 상기 선형 액추에이터(400)에서 힘이 발생되며, 시편(610)을 따라 상기 제3링크(130)를 움직여 상기 제2링크(120)의 변위가 상쇄된다.Next, a force is generated in the
상술한 바와 같이, 상기 시편(610)에는 미세하게 조절된 힘이 가해지므로, 상기 마이크로 힘 측정 및 발생장치를 이용하여 영위법에 의한 마이크로 단위의 힘이 발생되었다고 볼 수 있다.
As described above, since a finely adjusted force is applied to the
실시예 3Example 3
실시예 3에서는 도 7을 참고로 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 힘 측정 방법을 설명한다.
In Embodiment 3, a micro force measurement method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
본 발명의 마이크로 힘 측정 방법은 a) 상기 선형 액추에이터(400)에 힘이 가해져 상기 시편(610)이 y축 방향으로 인장 또는 압축되는 단계; b) 상기 제3링크(130)의 변형에 의해 상기 제2링크(120)에 변위가 발생되는 단계; c) 상기 변위측정부(300)에 의해 측정된 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키기 위해, 상기 제어부(500)가 상기 보이스 코일 모터부(200)에 제어신호를 입력하는 단계; d) 상기 제어신호에 의해 상기 보이스 코일 모터부(200)의 코일(220)에 전류가 인가되어 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시키고, 상기 코일(220)에 인가된 전류량을 측정하여 상기 선형 액추에이터(400)에 가해진 힘을 계산하는 단계; 를 포함한다.The micro force measuring method of the present invention comprises the steps of: a) applying a force to the
도 7을 기준으로 좀 더 자세히 설명하면, 상기 선형 액추에이터(400)에 힘이 가해져 상기 시편(610)이 y축 방향으로 인장되면, 상기 제3링크(130)와 연결된 상기 제2링크(120)의 좌측 단부가 하측으로 움직여 변위가 발생된다.7, when a force is applied to the
이에 따라, 상기 변위측정부(300)는 움직이기 전에 비해 상기 수광소자(330)의 상기 제1수광부(331)에 수광 되는 빛의 양이 감소하게 되며, 변위가 크면 상기 제2수광부(332)에 수광 되는 빛의 양도 감소될 수 있다.Accordingly, the amount of light received by the first
상기 제어부(500)는 상기 변위측정부(300)에서 측정된 빛의 양을 통해 변위를 계산하며, 이후 상기 제2링크(120)의 변위를 상쇄시킬 수 있을 만큼의 힘이 상기 보이스 코일 모터부(200)에서 발생될 수 있도록 상기 보이스 코일 모터부(200)에 제어신호를 입력한다.The
이를 통해, 상기 보이스 코일 모터부(200)의 코일(220)에는 전류가 인가되어 상기 제1링크(110)에 하측방향으로 로렌츠 힘이 가해져 상기 제2링크(120)의 변위가 상쇄된다.As a result, a current is applied to the
이 때, 발생된 전류량은 로렌츠 힘과 비례하기 때문에 상기 선형 액추에이터(400)에 의해 상기 시편(610)에 인가된 힘이 계산될 수 있다.
At this time, since the generated amount of current is proportional to the Lorentz force, the force applied to the
이에 따라, 본 발명의 마이크로 힘 발생 및 측정장치(1)를 이용한 마이크로 힘 발생방법과, 마이크로 힘 측정방법은 마이크로 또는 나노 형상을 갖는 시편(610)에 미세한 힘을 인가하거나, 인가된 힘을 정밀하게 측정 가능한 영위법에 의한 측정 메커니즘을 제공할 수 있다.
Accordingly, in the micro force generating method and the micro force measuring method using the micro force generating and measuring
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.
1 : 마이크로 힘 발생 및 측정장치
100 : 5 링크 메커니즘
110 : 제1링크 120 : 제2링크
130 : 제3링크 140 : 제4링크
200 : 보이스 코일 모터부
210 : 요크 220 : 코일
230 : 영구자석
300 : 변위측정부
310 : 레이저관통홀 320 : 발광소자
330 : 수광소자
331 : 제1수광부 332 : 제2수광부
400 : 선형 액추에이터
410 : 제1블록 420 : 제2블록
430 : 제3블록 440 : 제4블록
450 : 제5블록 460 : 압전소자
500 : 제어부
600 : 시편장착부 610 : 시편
700 : 탄성힌지
701~712 : 제1 내지 제12탄성힌지
800 : 측정 플레이트1: Micro force generation and measurement device
100: 5 link mechanism
110: first link 120: second link
130: third link 140: fourth link
200: Voice coil motor section
210: yoke 220: coil
230: permanent magnet
300: displacement measuring unit
310: laser penetration hole 320: light emitting element
330: Light receiving element
331: first light receiving section 332: second light receiving section
400: linear actuator
410: first block 420: second block
430: third block 440: fourth block
450: fifth block 460: piezoelectric element
500:
600: specimen mounting part 610: specimen
700: Elastic hinge
701 to 712: First to 12th elastic hinges
800: Measuring plate
Claims (6)
코일에 흐르는 전류 값을 제어하여 상기 제1링크에 y축 방향으로 힘이 가해지도록 하는 보이스 코일 모터부;
상기 제1링크와 연결된 측과 반대되는 측의 상기 제2링크 단부에 형성되어 상기 제2링크의 변위를 측정하는 변위측정부;
상기 제2링크와 연결된 측과 반대되는 측의 상기 제3링크 단부와 연결된 시편에 y축 방향으로 힘이 가해지도록 하는 선형 액추에이터;
상기 보이스 코일 모터부, 변위측정부 및 선형 액추에이터를 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 힘 발생 및 측정장치.
A first link formed on the same plane in the flat measurement plate and extending in the y-axis direction, a second link connected to the first link by an elastic hinge and extending in the x-axis direction, A third link which is connected to the first link by a predetermined distance in the x-axis direction and which is formed in parallel with the first link, and a fourth link which is connected to the third link and the first link by elastic hinges, A 5 link mechanism consisting of a link and a measurement plate as a fixed link;
A voice coil motor unit controlling a current flowing through the coil to apply a force to the first link in a y-axis direction;
A displacement measuring unit formed at the second link end on a side opposite to the side connected to the first link and measuring a displacement of the second link;
A linear actuator for applying a force in a y-axis direction to a test piece connected to the third link end on a side opposite to a side connected to the second link;
A control unit for controlling the voice coil motor unit, the displacement measuring unit, and the linear actuator; And the micro force generating and measuring device.
상기 마이크로 힘 발생 및 측정장치는
상기 보이스 코일 모터부에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 선형 액추에이터에서 힘이 발생되거나,
상기 선형 액추에이터에서 발생된 힘에 의한 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해 상기 보이스 코일 모터부에 인가된 전류량을 측정하여 가해진 힘이 계산되는 것을 특징으로 하는 마이크로 힘 발생 및 측정장치.
The method according to claim 1,
The micro force generating and measuring device
A force is generated in the linear actuator to cancel a displacement of the second link due to a force generated in the voice coil motor portion,
Wherein the applied force is calculated by measuring an amount of current applied to the voice coil motor unit to cancel a displacement of the second link due to a force generated in the linear actuator.
상기 마이크로 힘 발생 및 측정장치는
상기 제3링크 및 상기 선형 액추에이터 사이에 탄성힌지로 연결되며,
일측면에 상기 시편이 장착 및 고정되는 시편장착부를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 힘 발생 및 측정장치.
3. The method of claim 2,
The micro force generating and measuring device
An elastic hinge connected between the third link and the linear actuator,
And a specimen mounting part for mounting and fixing the specimen on one side thereof.
상기 탄성힌지는
상기 제1링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제2링크를 연결하는 제1탄성힌지; 상기 제3링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제2링크를 연결하는 제2탄성힌지; 상기 제4링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제3링크를 연결하는 제3탄성힌지; 상기 제4링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 제1링크를 연결하는 제4탄성힌지; 상기 제2링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 측정 플레이트를 연결하는 제5탄성힌지; 상기 제4링크의 y축 방향으로 일측면과 상기 측정 플레이트를 연결하는 제6탄성힌지; 상기 시편장착부와 상기 제3링크를 연결하는 제7탄성힌지; 및, 상기 시편장착부와 상기 선형 액추에이터를 연결하는 제8탄성힌지; 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 힘 발생 및 측정장치.
The method of claim 3,
The elastic hinge
A first elastic hinge connecting one side of the first link in the y-axis direction and the second link; A second elastic hinge connecting one side of the third link in the y-axis direction with the second link; A third elastic hinge connecting one side of the fourth link in the y-axis direction with the third link; A fourth elastic hinge connecting one side of the fourth link in the y-axis direction with the first link; A fifth elastic hinge connecting one side of the second link in the y-axis direction and the measurement plate; A sixth elastic hinge connecting one side of the fourth link in the y-axis direction and the measurement plate; A seventh elastic hinge connecting the specimen mounting part and the third link; And an eighth elastic hinge connecting the specimen mounting part and the linear actuator. Wherein the micro force generating and measuring device comprises a micro force generating and measuring device.
a) 상기 보이스 코일 모터부의 코일에 흐르는 전류 값을 제어하여 상기 제1링크에 힘이 가해지도록 하는 단계;
b) 상기 제1링크의 변형에 의해 상기 제2링크에 변위가 발생되는 단계;
c) 상기 변위측정부에 의해 측정된 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해, 상기 제어부가 상기 선형 액추에이터에 제어신호를 입력하는 단계;
d) 상기 제어신호에 의해 상기 선형 액추에이터에서 힘이 발생되어 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키고, 그 힘만큼 상기 시편이 인장되는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 힘 발생 방법.
A micro force generating method using a micro force generating and measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4,
a) controlling a current flowing through a coil of the voice coil motor unit to apply a force to the first link;
b) displacing the second link by deformation of the first link;
c) inputting a control signal to the linear actuator by the control unit to cancel a displacement of the second link measured by the displacement measuring unit;
d) a force is generated in said linear actuator by said control signal to offset the displacement of said second link, and said specimen is tensioned by said force; Wherein the micro force generating step comprises:
a) 상기 선형 액추에이터에 힘이 가해져 상기 시편이 y축 방향으로 인장 또는 압축되는 단계;
b) 상기 제3링크의 변형에 의해 상기 제2링크에 변위가 발생되는 단계;
c) 상기 변위측정부에 의해 측정된 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키기 위해, 상기 제어부가 상기 보이스 코일 모터부에 제어신호를 입력하는 단계;
d) 상기 제어신호에 의해 상기 보이스 코일 모터부의 코일에 전류가 인가되어 상기 제2링크의 변위를 상쇄시키고, 상기 코일에 인가된 전류량을 측정하여 상기 선형 액추에이터에 가해진 힘을 계산하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 힘 측정 방법.A micro force measurement method using a micro force generation and measurement apparatus according to any one of claims 1 to 4,
a) applying a force to the linear actuator to tension or compress the specimen in the y-axis direction;
b) displacing the second link by deformation of the third link;
c) inputting a control signal to the voice coil motor unit by the control unit to cancel a displacement of the second link measured by the displacement measurement unit;
d) calculating a force applied to the linear actuator by applying a current to the coil of the voice coil motor unit by the control signal to cancel the displacement of the second link and measuring an amount of current applied to the coil; Wherein the micro force measurement method comprises the steps of:
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111896148A (en) * | 2020-07-07 | 2020-11-06 | 西北工业大学 | Air-floating micro-force measuring device and friction force compensation method thereof |
Citations (3)
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US4890246A (en) | 1986-11-20 | 1989-12-26 | Sartorius Gmbh | Electronic balance with calibrating system |
US20110079092A1 (en) | 2009-10-02 | 2011-04-07 | Mansour Adel B | Low-power force sensor |
JP2012255780A (en) | 2011-06-09 | 2012-12-27 | Mettler-Toledo Ag | Force transferring mechanism with attachable and detachable calibration weight |
-
2013
- 2013-05-31 KR KR1020130063048A patent/KR101450050B1/en active IP Right Grant
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