KR101604338B1 - 판스프링을 이용한 부하인가장치 및 그 작동방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 판스프링을 이용한 판스프링을 이용한 부하인가장치 및 그 작동방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치는 판스프링을 이용한 부하인가장치의 구성요소를 장착하는 장착판(10); 높이방향으로 적층가능한 직육면체 형상으로써, 작동기에 의해 인가된 부하를 측정하기 위한 하나 이상의 판스프링(20); 일단에는 작동기 또는 토크렌치 지그가 연결될 수 있고, 타단에는 상기 판스프링(20)의 일단이 연결되는 회전부(30); 상기 회전부(30)가 회전가능하도록 연결되고, 상기 장착판(10)에 고정되는 고정부(40); 상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동가능하도록 상기 장착판(10)에 장착되고, 상기 판스프링(20)의 타단을 지지하는 이송부(50); 및 상기 장착판(10)에 장착되어 상기 고정부(40)와 상기 이송부(50) 사이의 상기 판스프링(20)의 길이를 측정하는 길이측정용 자(60);를 포함한다. 본 발명에 따르면, 시험체인 구동장치의 제어타에 걸리는 부하의 특성 분석을 통하여 제어타 변위에 연동된 부하를 인가하여 시험체인 구동장치의 부하 성능을 확인할 수 있다. 또한, 토크 발생을 위한 고가의 구성품(엔코더, 모터드라이버 및 모터 등)을 판스프링 등으로 대체하여 비용을 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 판스프링을 이용한 판스프링을 이용한 부하인가장치 및 그 작동방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시험체인 구동장치의 제어타에 걸리는 부하의 특성 분석을 통하여 제어타 변위에 연동된 부하를 인가하여 시험체인 구동장치의 부하 성능을 확인할 수 있는 판스프링을 이용한 판스프링을 이용한 부하인가장치 및 그 작동방법에 관한 것이다.
구동장치는 크게 제어기와 작동기로 구성되어 있으며 운동체의 제어타(Control Fin) 위치 제어를 위해 사용된다. 작동기는 작동축의 운동에 따라 회전형(Rotary Type)과 리니어형(Linear Type)으로 구분된다. 회전형 작동기는 제어타의 회전축과 직접 연결되며, 리니어형 작동기는 직선운동을 회전운동으로 변환하는 연결링크에 의해 제어타의 회전축과 연결된다. 제어타의 각도위치제어의 정확도는 구동장치 성능평가의 척도가 되는 주요 기술변수이며, 이는 제어타에 걸리는 토크 부하의 크기와 특성에 큰 영향을 받는다. 토크 부하의 크기와 특성은 수조시험을 통하여 정해지며, 이값은 구동장치(특히 작동기)의 설계 사양이 된다. 이 설계 사양을 만족하도록 작동기 모터(Motor)를 비롯한 구동장치가 제작되며 최종적으로 구동장치의 성능 확인 부하 시험이 요구되어 이를 위한 부하인가장치가 필요하다.
종래의 “부하시험장치(등록특허공보 제10-0808024호)”의 경우는 구동부에 시험체의 등가관성을 모의하는 등가관성부를 장착한 것을 특징으로 하고, 판스프링과 토크센서는 이때의 토크를 측정하는 것만을 목적으로 한다. 따라서 구동부에 능동적으로 원하는 크기의 토크를 인가하는 방법이 포함되지 않고 반복된 시험으로 판스프링의 변형이 고착되었을 경우 토크센서 측정값의 왜곡이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
종래의 "BLDC 모터의 능동형 부하시험장치(등록특허공보 제10-1109542호)"는 고정밀 엔코더로 판스프링(Torsion Bar)의 양쪽의 비틀림 각도를 정확히 측정하고 판스프링의 탄성계수와 연계하여 제어할 토크를 연산하는 토크 제어부와 토크 제어부의 토크 명령에 따라 구동모터드라이버 및 구동모터를 사용하여 능동적으로 토크를 발생시켜 시험체인 BLDC 모터에 인가함으로써 시험체의 최대 토크를 측정 및 결정하는 방식이다. 그러나 이 방식의 부하인가장치는 고정밀 엔코더 및 토크 제어부, 구동모터드라이버 및 구동모터 등과 같은 고가의 구성품이 필요하고 구성 또한 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 토크 발생을 위한 고가의 구성품(엔코더, 모터드라이버 및 모터 등)을 판스프링 등으로 대체하여 비용을 절감한 부하인가장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치는 판스프링을 이용한 부하인가장치의 구성요소를 장착하는 장착판(10); 높이방향으로 적층가능한 직육면체 형상으로써, 작동기에 의해 인가된 부하를 측정하기 위한 하나 이상의 판스프링(20); 일단에는 작동기 또는 토크렌치 지그가 연결될 수 있고, 타단에는 상기 판스프링(20)의 일단이 연결되는 회전부(30); 상기 회전부(30)가 회전가능하도록 연결되고, 상기 장착판(10)에 고정되는 고정부(40); 상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동가능하도록 상기 장착판(10)에 장착되고, 상기 판스프링(20)의 타단을 지지하는 이송부(50); 및 상기 장착판(10)에 장착되어 상기 고정부(40)와 상기 이송부(50) 사이의 상기 판스프링(20)의 길이를 측정하는 길이측정용 자(60);를 포함한다.
상기 회전부(30)는 일단에 작동기 또는 토크렌치 지그가 연결되는 바 형태의 돌출부(31)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(30)는 일 측면은 중심부에 상기 돌출부(31)가 연결된 실린더 형상이고, 상기 일 측면에 연결된 타 측면은 반원기둥 형상이며, 상기 타 측면의 상면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 1 판스프링 고정부(32)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(30)는 상기 제 1 판스프링 고정부(32)의 상면에 연결되고, 하면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 1 덮개부(33)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(30)는 상기 제 1 판스프링 고정부(32)와 상기 제 1 덮개부(33)를 연결하고, 상기 판스프링(20)을 상기 회전부(30)에 고정할 수 있는 복수 개의 제 1 고정나사(34)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 회전부(30)는 상기 제 1 덮개부(33)의 일측에 연결되고, 상기 판스프링(20)의 회전시 상기 판스프링(20)의 비틀림 각을 표시하는 각도 표시용 바늘(35)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고정부(40)는 상기 장착판(10)에 고정되는 고정지지부(41); 상기 고정지지부(41)와 상기 회전부(30)의 사이에 게재되는 베어링(42); 및 상기 고정지지부(41)의 상단에 고정되어, 상기 판스프링(20)의 비틀림 각을 측정할 수 있는 분도기(43)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송부(50)는 상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동가능하도록 상기 장착판(10)에 장착되고, 내부에 상기 판스프링(20)이 관통되는 관통공을 구비한 이송지지부(51)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송부(50)는 일단이 상기 이송지지부(51)에 고정되며, 상기 판스프링(20)이 관통하는 원통형태의 토크센서(52)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송부(50)는 일 측면은 상기 토크센서(52)의 타단에 고정된 실린더 형태이고, 상기 일 측면에 연결된 타 측면은 반원기둥 형상이며, 상기 타 측면의 상면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 2 판스프링 고정부(53)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송부(50)는 상기 제 2 판스프링 고정부(53)의 상면에 연결되고, 하면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 2 덮개부(54)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송부(50)는 상기 제 2 판스프링 고정부(53)와 상기 제 2 덮개부(54)를 연결하고, 상기 판스프링(20)을 상기 이송부(50)에 연결할 수 있는 복수 개의 제 2 고정나사(55)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송부(50)는 상기 이송지지부(51)를 상기 장착판(10)에 고정시킬 수 있는 복수 개의 제 3 고정나사(56)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판스프링을 이용한 부하인가장치는 상기 토크센서(52)와 연결되어, 상기 토크센서(52)에서 측정한 토크를 표시하는 토크표시기(70)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법은 회전부(30)의 돌출부(31)에 토크렌치를 연결하는 토크렌치 연결단계(S100); 상기 토크렌치 연결단계(S100) 후, 상기 토크렌치를 제어하여, 판스프링(20)에 기 설정된 부하를 인가하는 제 1 부하 인가 단계(S200); 상기 제 1 부하 인가 단계(S200) 후, 각도 표시용 바늘(35), 분도기(43) 및 길이측정용 자(60)에 의해 인가된 부하를 측정하는 제 1 부하 측정단계(S300); 상기 제 1 부하 측정단계(S300) 후, 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하의 차의 절대값이 기 설정된 오차 이하인지 여부를 판단하는 부하 판단단계(S400);를 포함한다.
상기 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법은 상기 부하 판단단계(S400)에서 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하가 같다고 판단하면, 상기 돌출부(31)에서 상기 토크렌치를 분리하고, 상기 돌출부(31)에 작동기를 연결하는 작동기 연결단계(S500); 상기 작동기 연결단계(S500) 후, 상기 작동기를 가동시켜 상기 판스프링(20)에 부하를 인가하는 제 2 부하 인가단계(S600); 및 상기 제 2 부하 인가단계(S600) 후, 상기 각도 표시용 바늘(35), 상기 분도기(43) 및 상기 길이측정용 자(60)에 의해 인가된 부하를 측정하는 제 2 부하 측정단계(S700);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법은 상기 부하 판단단계(S400)에서 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하가 같지 않다고 판단하면, 판스프링(20)을 교체하는 판스프링 교체단계(S800)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 부하 측정단계(S300)는 상기 각도 표시용 바늘(35), 상기 분도기(43) 및 상기 길이측정용 자(60)를 대신하여, 토크센서(52) 및 토크표시기(70)에 의해 인가된 부하를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 부하 측정단계(S700)는 상기 각도 표시용 바늘(35), 상기 분도기(43) 및 상기 길이측정용 자(60)를 대신하여, 토크센서(52) 및 토크표시기(70)에 의해 인가된 부하를 측정하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 시험체인 구동장치의 제어타에 걸리는 부하의 특성 분석을 통하여 제어타 변위에 연동된 부하를 인가하여 시험체인 구동장치의 부하 성능을 확인할 수 있다. 또한, 토크 발생을 위한 고가의 구성품(엔코더, 모터드라이버 및 모터 등)을 판스프링 등으로 대체하여 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 개략적인 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 비틀림 각 및 작용점 간의 거리에 따른 토크 계산 값을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 토크 계산 값 및 측정값의 오차를 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 개략적인 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 비틀림 각 및 작용점 간의 거리에 따른 토크 계산 값을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 토크 계산 값 및 측정값의 오차를 비교한 그래프.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법의 순서도.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 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 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. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 개략적인 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 비틀림 각 및 작용점 간의 거리에 따른 토크 계산 값을 나타낸 그래프이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치는 장착판(10), 판스프링(20), 회전부(30), 고정부(40), 이송부(50), 길이측정용 자(60) 및 토크표시기(70)를 포함한다.
장착판(10)에는 상기와 같은 판스프링을 이용한 부하인가장치의 구성요소가 장착된다. 판스프링(20)은 작동기에 의해 인가된 부하를 측정하기 위한 구성요소로서, 하나 또는 둘 이상의 판스프링(20)이 높이 방향으로 적층될 수 있다.
회전부(30)는 일단에는 작동기 또는 토크렌치 지그가 연결될 수 있고, 타단에는 상기 판스프링(20)의 일단이 연결되며, 상기 회전부(30)는 돌출부(31), 제 1 판스프링 고정부(32), 제 1 덮개부(33), 제 1 고정나사(34), 각도 표시용 바늘(35)를 포함한다.
돌출부(31)는 일단에 작동기 또는 토크렌치 지그가 연결되는 바 형태의 구성요소이다.
제 1 판스프링 고정부(32)는 일 측면이 중심부에 상기 돌출부(31)가 연결된 실린더 형상이고, 상기 일 측면에 연결된 타 측면은 반원기둥 형상이며, 상기 타 측면의 상면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈 및 상기 제 1 고정나사(34)가 연결되는 제 1 나사홈이 형성된다.
제 1 덮개부(33)는 상기 제 1 판스프링 고정부(32)의 상면에 연결된다. 또한, 상기 제 1 덮개부(33)의 하면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈 및 상기 제 1 고정나사(34)가 연결되는 제 1 관통공이 형성된다.
제 1 고정나사(34)는 상기 제 1 판스프링 고정부(32)와 상기 제 1 덮개부(33)를 연결하며, 상기 제 1 고정나사(34)는 상기 판스프링(20)을 상기 회전부(30)에 고정할 수 있다. 상기 제 1 고정나사(34)는 복수 개일 수 있다. 즉, 상기 제 1 고정나사(34)는 상기 제 1 덮개부(33)의 상기 제 1 관통공을 관통하여, 상기 제 1 판스프링 고정부(32)의 제 1 나사홈에 체결되는 것이다.
각도 표시용 바늘(35)은 상기 제 1 덮개부(33)의 일측에 연결된다. 이에 의해 상기 판스프링(20)에 토크(즉, 부하)가 인가되면 상기 판스프링(20)의 비틀림 각을 표시하는 역할을 한다.
고정부(40)는 상기 장착판(10)에 고정되고, 상기 회전부(30)가 회전가능하도록 상기 회전부(30)와 연결된다. 상기 고정부(40)는 상기 장착판(10)에 고정되는 고정지지부(41), 상기 고정지지부(41)와 상기 회전부(30)의 사이에 게재되는 베어링(42) 및 상기 고정지지부(41)의 상단에 고정되어, 상기 판스프링(20)의 비틀림 각을 측정할 수 있는 분도기(43)를 포함한다.
이송부(50)는 상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동가능하도록 상기 장착판(10)에 장착되고, 상기 판스프링(20)의 타단을 지지하는 역할을 한다. 상기 이송부(50)는 이송지지부(51), 토크센서(52), 제 2 판스프링 고정부(53), 제 2 덮개부(54), 제 2 고정나사(55) 및 제 3 고정나사(56)를 포함한다.
이송지지부(51)는 상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동가능하도록 상기 장착판(10)에 장착된다. 상기 이송지지부(51)는 내부에 상기 판스프링(20)이 관통하는 관통부를 구비한다. 따라서, 상기 이송지지부(51)는 상기 판스프링(20)과 직접 접촉하지 않고, 후술할 토크센서(52) 및 제 2 판스프링 고정부(53)와 연결되어 간접적으로 상기 판스프링(20)을 지지한다.
토크센서(52)는 일단이 상기 이송지지부(51)에 고정되며, 상기 판스프링(20)이 관통하는 원통형태이다. 상기 토크센서(52)는 일단이 상기 이송지지부(52)에 의해 고정되고 타단이 제 2 판스프링 고정부(53)에 고정됨으로써, 상기 회전부(30)의 회전에 의해 발생하여 상기 판스프링(20)에 의해 전달된 부하(즉, 토크)를 측정하는 역할을 한다.
제 2 판스프링 고정부(53)는 일 측면이 상기 토크센서(52)의 타단에 고정된 실린더 형태이고, 상기 일 측면에 연결된 타 측면은 반원기둥 형상이다. 또한, 상기 타 측면의 상면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈 및 상기 제 2 고정나사(55)를 연결하는 제 2 나사홈이 형성된다. 제 2 덮개부(54)는 상기 제 2 판스프링 고정부(53)의 상면에 연결되고, 하면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈 및 상기 제 2 고정나사(55)가 연결되는 제 2 관통공이 형성된다. 제 2 고정나사(55)는 상기 제 2 판스프링 고정부(53)와 상기 제 2 덮개부(54)를 연결하고, 상기 판스프링(20)을 상기 이송부(50)에 연결할 수 있다. 상기 제 2 고정나사(55)는 복수 개일 수 있다. 즉, 상기 제 2 고정나사(55)는 상기 제 2 덮개부(54)의 상기 제 2 관통공을 관통하여, 상기 제 2 판스프링 고정부(53)의 제 2 나사홈에 체결되는 것이다.
즉, 상기 제 2 고정나사(55)를 조임으로써, 상기 제 2 판스프링 고정부(53)와 상기 제 2 덮개부(54)가 연결되고, 동시에 상기 판스프링(20)을 상기 제 2 판스프링 고정부(53) 및 상기 제 2 덮개부(54)에 고정시킨다. 따라서, 상기 판스프링(20)에 비틀림 응력이 발생하면, 상기 판스프링(20)에 연결된 상기 제 2 판스프링 고정부(53)가 비틀림 응력을 받게 되고, 상기 제 2 판스프링 고정부(53)에 일단이 연결되고 상기 이송지지부(51)에 타단이 고정된 상기 토크센서(52) 역시 비틀림 응력을 받아 상기 판스프링을 이용한 부하인가장치에 인가된 토크를 측정하게 되는 것이다.
제 3 고정나사(56)는 상기 이송부(50)를 상기 장착판(10)에 고정시킬 수 있는 복수 개의 나사로써, 상기 제 2 고정나사(55) 및 상기 제 3 고정나사(56)를 풀면 상기 이송지지부(51)가 상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동할 수 있다. 또한, 상기 제 1 고정나사(34) 및 상기 제 2 고정나사(55)를 풀면 상기 판스프링(20)의 높이방향으로 복수 개의 판스프링(20)을 적층할 수 있다. 상기와 같이 판스프링(20)의 길이 또는 적층에 의한 두께를 변화시킴으로써, 상대적으로 큰 부하에도 판스프링(20)의 소성변형을 방지할 수 있으므로, 다양한 부하를 인가할 수 있다.
길이측정용 자(60)는 상기 장착판(10)에 장착되어 상기 고정부(40)와 상기 이송부(50) 사이의 상기 판스프링(20)의 길이를 측정하는 역할을 한다. 따라서, 상기 각도 표시용 바늘(35) 및 분도기(43)에 의해 측정된 상기 판스프링(20)의 비틀림 각과 상기 길이측정용 자(60)에 의해 측정된 작용점 간 거리를 하기의 수학식 1에 대입함으로써, 상기 판스프링(20)에 인가된 토크를 구할 수 있다.
토크표시기(70)는 상기 토크센서(52)와 연결되어, 상기 토크센서(52)에서 측정한 토크를 표시하는 역할을 한다. 본 발명에서는 상기 토크센서(52) 및 상기 토크표시기(70)에 의해 토크를 측정할 수도 있으나, 고가인 상기 토크센서(52) 및 상기 토크표시기(70)는 토크 인가를 위한 필수적인 구성부가 아니라 단지 작동기에 인가된 토크의 점검 및 확인을 위한 것이므로 필요에 의해 생략되어 구성될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 운용 개념에 대해 설명한다. 시험체인 구동장치의 작동기가 상기 회전부(30)의 상기 돌출부(31)에 연결된다. 시험체가 회전형 작동기인 경우에는 회전형 작동기의 회전축을 상기 돌출부(31)에 직접 연결하고, 시험체가 리니어형 작동기인 경우에는 상기 리니어형 작동기의 연결링크를 매개로 상기 돌출부(31)와 연결된다.
시험체와 상기 돌출부(31)가 연결된 후에는 상기 시험체의 각도위치 제어명령에 따라 상기 돌출부(31)가 회전한다. 이때 회전한 각도는 상기 각도 표시용 바늘(35)과 상기 분도기(43)에 의해 측정가능하고, 이는 구동장치의 제어 목표 값이 된다. 상기 회전한 각도는 상기 판스프링(20)에 의해서 회전한 각도 방향과 반대방향의 비틀림 모멘트를 발생시킨다. 이는 상기 판스프링(20)의 일단은 상기 회전부(30)와 연결되어 회전하고, 상기 판스프링(20)의 타단은 상기 이송부(50)에 고정되기 때문이다. 상기 비틀림 모멘트는 상기 시험체인 구동장치에 부하로 작용한다. 또한, 상기 판스프링(20)의 비틀림에 의한 토크는 상기 각도 표시용 바늘(35) 및 분도기(43)에 의해 측정된 상기 판스프링(20)의 비틀림 각과 상기 길이측정용 자(60)에 의해 측정된 작용점간 거리를 하기의 수학식 1에 대입함으로써 구할 수 있다. 또한, 상기 토크센서(52) 및 상기 토크표시기(70)에 의해 토크를 측정할 수도 있다.
본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 특징 중 하나는, 상기 판스프링(20)의 두께와 상기 판스프링(20)에 가해지는 힘의 작용점 간의 거리의 조정만으로 시험체의 부하를 다양하게 인가할 수 있는 것이다. 상기 판스프링(20)은 여러 장 겹쳐 사용 가능한 직육면체 형태이며, 두께의 변경도 가능하다. 상기 판스프링(20)의 비틀림 각인 상기 회전축(30)의 회전각(
)과 상기 판스프링(20)에 가해지는 힘의 작용점 간의 거리(
) 및 토크(
)의 관계식은 하기의 수학식 1과 같다.
여기서, 
는 상기 회전부(30)의 회전각(도)이고, 
는 상기 판스프링(20)에 작용하는 토크(Nm)이고, 
은 상기 판스프링(20)에 가해지는 힘의 작용점 간의 거리(mm)이고, 
는 상기 판스프링(20)의 1개의 두께(mm)이고, 
은 상기 판스프링(20)의 개수(개)이고, 
는 상기 판스프링(20)의 폭(mm)이고, 
는 상기 판스프링(20)의 스프링상수이다.
실제 구동장치의 작동기의 제어타(Control Fin)에 유체력 부하 토크(T)가 상기 회전축의 회전각(
)에 비례하여 인가된다. 상기 수학식 1에서 
, 
는 시험체인 구동장치의 작동기 설계 사양에 따라 미리 결정되며, 최종적으로 
을 계산하여 상기 판스프링(20)에 가해지는 힘의 작용점 간의 거리를 조정한다. 이때, 상기 판스프링(20)에 가해지는 힘의 작용점 간의 거리를 조정하기 위해, 상기 제 2 고정나사(55) 및 상기 제 3 고정나사(56)를 풀고, 상기 길이측정용 자(60)를 이용하여 상기 이송부(50)를 상기와 같이 결정된 거리로 이동시키며, 상기 제 2 고정나사(55) 및 상기 제 3 고정나사(56)를 조임으로써 상기 이송부(50)를 다시 고정시킨다. 상기와 같이 이송부(50)를 고정한 후 시험체를 작동시키면 상기 판스프링(20)의 회전각도에 상응하는 스프링 부하가 시험체에 인가된다. 도 3은 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 비틀림 각 및 작용점 간의 거리에 따른 토크 계산 값을 나타낸 그래프로서, 기 설정된 물성치를 상기 수학식 1에 대입하여 계산한 작용점 간의 거리와 토크, 또는 비틀림 각과 토크의 상관관계를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 토크 계산값 및 측정값의 오차를 비교한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치는 반복시험에 의한 상기 판스프링(20) 변형 및 이에 따른 부하의 이상 변동 값을 쉽게 알아낼 수 있다. 이에 따라 변형된 상기 판스프링(20)의 식별 및 교체 등이 가능하므로 시험 전의 사전 점검을 용이하게 할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치는 상기 수학식 1에 의해 계산된 도 3의 토크 계산 값이 적절한지 여부를 검증할 수 있다. 이를 위하여 상기 회전부(30)의 돌출부(31)에 상기 작동기를 대신하여 디지털 토크 렌치 지그(Jig)를 연결하고, 상기 판스프링(20)와 상기 토크센서(52)를 간접적으로 연결할 수 있다. 상기 토크 렌치 지그의 연결부에 연결된 디지털 토크렌치를 이용하여 상기 회전부(30)에 토크를 인가할 수 있으며 이 토크는 상기 판스프링(20)에 의한 비틀림 모멘트의 형태로 상기 토크센서(52)에 전달되어 상기 토크표시기(70)에 표시된다.
그러므로 상기 판스프링(20)에 가해지는 힘의 작용점 간의 거리(
)에 따른 이론적 계산 토크 값과 실제 측정 토크 값의 비교가 가능하여 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 성능을 확인할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 성능 비교 결과 이론적 계산 값과 측정값이 비교적 잘 일치함을 확인하였다.
이에 따라 도 4에 도시된 그래프를 벗어난 측정값이 측정되는 경우 상기 판스프링(20)이 반복시험에 의해 변형되어 부하의 이상 변동 값을 나타내는 것을 쉽게 알아낼 수 있고, 이에 따라 변형된 상기 판스프링(20)의 식별 및 교체 등이 가능하므로 시험 전의 사전 점검을 용이하게 할 수 있다.
또한, 실 부하시험에서도 작동기(또는 모터) 회전에 따라 현재 인가된 토크 부하를 상기 토크센서(52) 및 상기 토크표시기(70)를 통하여 실시간으로 확인할 수 있으므로 매우 효율적인 부하시험을 가능하게 한다. 단, 상기 각도 표시용 바늘(35) 및 분도기(43)에 의해 측정된 상기 판스프링(20)의 비틀림 각과 상기 길이측정용 자(60)에 의해 측정된 작용점간 거리를 상기의 수학식 1에 대입함으로써, 상기 판스프링(20)에 인가된 토크를 구할 수 있으므로, 고가인 상기 토크센서(52) 및 상기 토크표시기(70)는 토크 인가를 위한 필수적인 구성부가 아니라 단지 작동기에 인가된 토크의 점검 및 확인을 위한 것으로서 필요에 의해 생략되어 구성될 수도 있다.
도 5는 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법의 순서도이다. 도 5를 참조하면 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법은 토크렌치 연결단계(S100), 제 1 부하 인가 단계(S200), 제 1 부하 측정단계(S300), 부하 판단단계(S400), 작동기 연결단계(S500), 제 2 부하 인가단계(S600) 및 제 2 부하 측정단계(S700)를 포함한다.
토크렌치 연결단계(S100)는 회전부(30)의 돌출부(31)에 토크렌치를 연결하는단계이고, 제 1 부하 인가 단계(S200)는 상기 토크렌치 연결단계(S100) 후, 상기 토크렌치를 제어하여, 상기 돌출부(31)에 기 설정된 부하를 인가하는 단계이다. 즉, 상기 회전부(30)의 돌출부(31)에 디지털 토크 렌치 지그(Jig)를 연결하고, 상기 토크 렌치 지그의 연결부에 연결된 디지털 토크렌치를 이용하여 상기 회전부(30)에 토크(즉, 부하)를 인가할 수 있다.
제 1 부하 측정단계(S300)는 상기 제 1 부하 인가 단계(S200) 후, 각도 표시용 바늘(35), 분도기(43) 및 길이측정용 자(60)에 의해 인가된 부하를 측정하는 단계이다. 즉, 상기 각도 표시용 바늘(35) 및 분도기(43)에 의해 측정된 상기 판스프링(20)의 비틀림 각과 상기 길이측정용 자(60)에 의해 측정된 작용점간 거리를 구하여, 상기의 수학식 1에 대입함으로써 상기 판스프링(20)의 비틀림에 의한 토크를 구할 수 있다.
부하 판단단계(S400)는 상기 제 1 부하 측정단계(S300) 후, 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하의 차의 절대값이 기 설정된 오차 이하인지 여부를 판단하는 단계이다. 즉, 부하 판단단계(S400)는 본 발명에 따른 판스프링을 이용한 부하인가장치의 정상 작동여부를 판단하는 단계로서, 실제로 구하고자 하는 작동기에 의해 발생한 부하를 측정하기에 앞서, 토크렌치에 의해 발생한 부하 측정값이 오차범위 내의 유효한 값인지 판단하는 것이다. 기 설정된 오차는 실험조건 등에 따라 다르게 설정될 수 있다.
작동기 연결단계(S500)는 상기 부하 판단단계(S400)에서 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하가 같다고 판단하면, 상기 돌출부(31)에서 상기 토크렌치를 분리하고, 상기 돌출부(31)에 작동기를 연결하는 단계이다. 또한, 제 2 부하 인가단계(S600)는 상기 작동기 연결단계(S500) 후, 상기 작동기를 가동시켜 상기 판스프링(20)에 부하를 인가하는 단계이다. 또한, 제 2 부하 측정단계(S700)는 상기 제 2 부하 인가단계(S600) 후, 상기 각도 표시용 바늘(35), 상기 분도기(43) 및 상기 길이측정용 자(60)에 의해 인가된 부하를 측정하는 단계이다. 즉, 상기 부하 판단단계(S400)에서 부하 측정값이 오차범위 내의 유효한 값으로 판단되었다면, 실제로 구하고자 하는 작동기에 의해 발생한 부하를 측정하는 것이다.
판스프링 교체단계(S800)는 상기 부하 판단단계(S400)에서 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하가 같지 않다고 판단하면, 판스프링(20)을 교체하는 단계이다. 즉, 상기 부하 판단단계(S400)에서 부하 측정값이 오차범위 밖의 유효하지 않은 값으로 판단된 경우에는, 상기 판스프링(20)이 변형된 것이므로 판스프링을 교체하는 것이다.
상기 제 1 부하 측정단계(S300) 또는 상기 제 2 부하 측정단계(S700)는 상기 각도 표시용 바늘(35), 상기 분도기(43) 및 상기 길이측정용 자(60)를 대신하여, 토크센서(52) 및 토크표시기(70)에 의해 인가된 부하를 측정하는 단계이다. 이 경우, 판스프링(20)에 가해지는 부하(즉, 토크)를 용이하게 파악할 수 있으나, 고가인 상기 토크센서(52) 및 상기 토크표시기(70)는 토크 인가를 위한 필수적인 구성요소가 아니라 단지 작동기에 인가된 토크의 점검 및 확인을 위한 것이므로 필요에 의해 생략될 수도 있다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
10 장착판
20 판스프링
30 회전부
31 돌출부
32 제 1 판스프링 고정부
33 제 1 덮개부
34 제 1 고정나사
35 각도 표시용 바늘
40 고정부
41 고정지지부
42 베어링
43 분도기
50 이송부
51 이송지지부
52 토크센서
53 제 2 판스프링 고정부
54 제 2 덮개부
55 제 2 고정나사
56 제 3 고정나사
60 길이측정용 자
70 토크표시부
20 판스프링
30 회전부
31 돌출부
32 제 1 판스프링 고정부
33 제 1 덮개부
34 제 1 고정나사
35 각도 표시용 바늘
40 고정부
41 고정지지부
42 베어링
43 분도기
50 이송부
51 이송지지부
52 토크센서
53 제 2 판스프링 고정부
54 제 2 덮개부
55 제 2 고정나사
56 제 3 고정나사
60 길이측정용 자
70 토크표시부
Claims (8)
- 판스프링을 이용한 부하인가장치에 있어서,
판스프링을 이용한 부하인가장치의 구성요소를 장착하는 장착판(10);
높이방향으로 적층가능한 직육면체 형상으로써, 작동기에 의해 인가된 부하를 측정하기 위한 하나 이상의 판스프링(20);
일단에는 작동기 또는 토크렌치 지그가 연결될 수 있고, 타단에는 상기 판스프링(20)의 일단이 연결되는 회전부(30);
상기 회전부(30)가 회전가능하도록 연결되고, 상기 장착판(10)에 고정되는 고정부(40);
상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동가능하도록 상기 장착판(10)에 장착되고, 상기 판스프링(20)의 타단을 지지하는 이송부(50); 및
상기 장착판(10)에 장착되어 상기 고정부(40)와 상기 이송부(50) 사이의 상기 판스프링(20)의 길이를 측정하는 길이측정용 자(60);
를 포함하는 판스프링을 이용한 부하인가장치에 있어서,
상기 고정부(40)는 상기 장착판(10)에 고정되는 고정지지부(41);
상기 고정지지부(41)와 상기 회전부(30)의 사이에 게재되는 베어링(42); 및
상기 고정지지부(41)의 상단에 고정되어, 상기 판스프링(20)의 비틀림 각을 측정할 수 있는 분도기(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링을 이용한 부하인가장치. - 제 1항에 있어서,
상기 회전부(30)는 일단에 작동기 또는 토크렌치 지그가 연결되는 바 형태의 돌출부(31);
일 측면은 중심부에 상기 돌출부(31)가 연결된 실린더 형상이고, 상기 일 측면에 연결된 타 측면은 반원기둥 형상이며, 상기 타 측면의 상면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 1 판스프링 고정부(32);
상기 제 1 판스프링 고정부(32)의 상면에 연결되고, 하면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 1 덮개부(33); 및
상기 제 1 판스프링 고정부(32)와 상기 제 1 덮개부(33)를 연결하고, 상기 판스프링(20)을 상기 회전부(30)에 고정할 수 있는 복수 개의 제 1 고정나사(34); 및
상기 제 1 덮개부(33)의 일측에 연결되고, 상기 판스프링(20)의 회전시 상기 판스프링(20)의 비틀림 각을 표시하는 각도 표시용 바늘(35);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링을 이용한 부하인가장치. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 이송부(50)는 상기 판스프링(20)의 길이방향으로 이동가능하도록 상기 장착판(10)에 장착되고, 내부에 상기 판스프링(20)이 관통되는 관통공을 구비한 이송지지부(51);
일단이 상기 이송지지부(51)에 고정되며, 상기 판스프링(20)이 관통하는 원통형태의 토크센서(52);
일 측면은 상기 토크센서(52)의 타단에 고정된 실린더 형태이고, 상기 일 측면에 연결된 타 측면은 반원기둥 형상이며, 상기 타 측면의 상면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 2 판스프링 고정부(53);
상기 제 2 판스프링 고정부(53)의 상면에 연결되고, 하면에는 상기 판스프링(20)이 연결되는 연결홈이 형성된 제 2 덮개부(54);
상기 제 2 판스프링 고정부(53)와 상기 제 2 덮개부(54)를 연결하고, 상기 판스프링(20)을 상기 이송부(50)에 연결할 수 있는 복수 개의 제 2 고정나사(55); 및
상기 이송지지부(51)를 상기 장착판(10)에 고정시킬 수 있는 복수 개의 제 3 고정나사(56)를 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링을 이용한 부하인가장치. - 제 4항에 있어서,
상기 토크센서(52)와 연결되어, 상기 토크센서(52)에서 측정한 토크를 표시하는 토크표시기(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링을 이용한 부하인가장치. - 회전부(30)의 돌출부(31)에 토크렌치를 연결하는 토크렌치 연결단계(S100);
상기 토크렌치 연결단계(S100) 후, 상기 토크렌치를 제어하여 판스프링(20)에 기 설정된 부하를 인가하는 제 1 부하 인가 단계(S200);
상기 제 1 부하 인가 단계(S200) 후, 각도 표시용 바늘(35), 분도기(43) 및 길이측정용 자(60)에 의해 인가된 부하를 측정하는 제 1 부하 측정단계(S300); 및
상기 제 1 부하 측정단계(S300) 후, 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하의 차의 절대값이 기 설정된 오차 이하인지 여부를 판단하는 부하 판단단계(S400);
를 포함하는 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법. - 제 6항에 있어서,
상기 부하 판단단계(S400)에서 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하가 같다고 판단하면, 상기 돌출부(31)에서 상기 토크렌치를 분리하고, 상기 돌출부(31)에 작동기를 연결하는 작동기 연결단계(S500);
상기 작동기 연결단계(S500) 후, 상기 작동기를 가동시켜 상기 판스프링(20)에 부하를 인가하는 제 2 부하 인가단계(S600); 및
상기 제 2 부하 인가단계(S600) 후, 상기 각도 표시용 바늘(35), 상기 분도기(43) 및 상기 길이측정용 자(60)에 의해 인가된 부하를 측정하는 제 2 부하 측정단계(S700);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법. - 제 7항에 있어서,
상기 부하 판단단계(S400)에서 상기 제 1 부하 인가 단계(S200)에서 인가된 부하와 상기 제 1 부하 측정단계(S300)에서 측정된 부하가 같지 않다고 판단하면, 판스프링(20)을 교체하는 판스프링 교체단계(S800)를 포함하는 것을 특징으로 하는 판스프링을 이용한 부하인가장치의 작동방법.
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| KR1020140156160A KR101604338B1 (ko) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 판스프링을 이용한 부하인가장치 및 그 작동방법 |
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| KR1020140156160A KR101604338B1 (ko) | 2014-11-11 | 2014-11-11 | 판스프링을 이용한 부하인가장치 및 그 작동방법 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210066377A (ko) * | 2019-11-28 | 2021-06-07 | 현대제철 주식회사 | 패널의 비틀림 강성 시험장치 |
| CN114264215A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-04-01 | 北京新风航天装备有限公司 | 一种扭力元件加荷时效残余变形角度在线检测装置及方法 |
| CN114441963A (zh) * | 2022-04-08 | 2022-05-06 | 成都微精电机股份公司 | 用于电机自动测试的转台结构 |
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2014
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