KR101865095B1 - 인장-굽힘 반복 시험기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시료를 인장-굽힘시험을 동시에 반복적으로 실시할 수 있는 인장-굽힘 반복 시험기에 관한 것으로, 바디프레임과, 바디프레임에 힌지에 의해 회전 가능하도록 결합하는 회전프레임과, 힌지에 결합되어 시편을 인장시키기 위한 인장부와, 시편을 클램핑하기 위한 상, 하부 클램핑유닛과, 회전발생유닛과 인장부의 제어 및 이를 통해 얻은 데이터를 저장할 수 있는 제어부를 포함하여 구성되어 있어, 시편을 고정하는 상, 하부 클램핑유닛 중 하부 클램핑유닛은 바디프레임에 고정된 상태에서 상부 클램핑유닛은 인장부에 결합되어 상, 하 방향으로 가동함으로써 인장시험을 실시할 수 있고, 상기 인장부는 힌지에 의해 바디프레임에서 회전 가능하게 결합된 회전프레임에 결합되어 있어 인장부의 인장시험과 동시에 시편에 굽힘시험을 실시할 수 있어 복합 응력 발생시 시편의 성능을 시험할 수 있으며, 하부 클램핑유닛의 상측면은 힌지의 중심과 일치하도록 배치하여 시편의 물성을 더욱 정확하게 시험할 수 있고, 회전프레임에는 커버가 형성되어 인장-굽힘 시험시 시편의 파편으로부터 주변의 사물 및 작업자를 보호할 수 있음은 물론, 정위치 셋팅수단을 형성하여 시험 완료 후 회전프레임이 정위치에 배치될 수 있도록 하여 다음 시험시 시편을 정위치에 결합할 수 있는 인장-굽힘 반복 시험기를 제공한다.

Description

인장-굽힘 반복 시험기{Tensile-Bending Repeat Tester}

본 발명은 시료를 인장-굽힘시험을 동시에 반복적으로 실시할 수 있는 인장-굽힘 반복 시험기에 관한 것이다.

인장 시험이란 인장력 측정을 원하는 재료(시험편)에 서서히 인장하중을 가해서 기계적 성질을 조사하는 재료시험으로서, 통상 시험편을 인장 시험기에 고정한 후 시험을 하게 된다.

이러한 인장 시험을 통해 재료의 항복점, 내력(耐力), 인장강도, 신장(伸長), 드로잉(drawing) 등 기계적인 여러 성질을 측정하게 된다 이 밖에도 재료의 비례한도, 탄성한도(彈性限度), 탄성계수, 일용량 등도 측정할 수 있으며, 가해진 하중과 신장과의 관계를 나타내는 선도(線圖)도 구할 수 있다.

인장 시험기는 위와 같은 재료의 다양한 기계적 성질을 조사하기 위한 장비로서, 연구소, 대학, 산업체 등에서 많이 활용하고 있으며, 이와 관련한 선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-1726294호, 대한민국 등록실용 제20-0437268호 등이 있다.

한편, 굽힘시험은 시편을 규정된 내측방경으로 규정된 굽힘 각도가 될 때까지 구부린 부분의 표면에 생기는 균열 등의 결함을 조사하는 시험으로서, 가압 굽힘법과 감기 굽힘법 등이 있다.

이러한, 굽힘시험기에 대한 선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-113765호, 대한민국 등록특허 제10-1254483호, 대한민국 등록특허 제10-1176958호 등이 있다.

(특허문헌 1) KR10-1726294 B1

(특허문헌 2) KR20-0437268 Y1

(특허문헌 3) KR10-113765 B1

(특허문헌 4) KR10-1254483 B1

(특허문헌 5) KR10-1176958 B1

한편, 특정 위치에 이용하는 재질들은 어느 하나의 힘만 작용하지 않는 경우가 많다.

즉, 어떤 구조물이 인장력과 굽힘력을 동시에 받을 경우 그 재질은 빠른시간 내에 항복점에 도달하게 되기 때문에 상술한 특허와 같이 각각의 시편을 따로 시험할 경우 정확한 시험을 실시할 수 없다.

따라서, 인장력과 굽힘력을 동시에 발생시켜 시험하기 위한 장비가 시급한 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 인장-굽힘 반복 시험기는 바디프레임과, 바디프레임에 힌지에 의해 회전 가능하도록 결합하는 회전프레임과, 힌지에 결합되어 바디프레임에서 회전프레임을 회전시키기 위한 구동력을 형성하는 회전력 발생수단과 엔코더 및 토크센서로 이루어진 회전발생유닛과, 회전프레임의 상측에 결합되며 변위센서가 결합되어 있는 인장용 실린더와 인장용 실린더를 구동하기 위한 유체 발생수단과 인장용 실린더에 장착되어 하중량을 측정하는 로드셀로 이루어진 인장부와, 바디프레임에 결합되어 있으며, 시편의 하부를 클램핑할 수 있는 하측 클램프가 포함되어 있는 하부 클램핑유닛과, 회전프레임에 결합되어 있는 인장부의 인장용 실린더에 결합되어 있으며, 시편의 상부를 클램핑할 수 있는 상측 클램프가 포함되어 있는 상부 클램핑유닛과, 회전발생유닛과 인장부의 제어 및 이를 통해 얻은 데이터를 저장할 수 있는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고 하부 클램핑유닛의 상측면은 힌지의 중심과 일치하도록 배치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 회전프레임에는 시편의 인장-굽힘시험시 시편의 파편을 막을 수 있는 커버가 더 포함되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 바디프레임에 형성되는 정위치 결합수단과 회전프레임에 설치되되 정위치 결합수단이 삽입할 수 있는 위치에 설치되는 정위치 삽입홀로 이루어진 정위치 셋팅수단이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 시편을 고정하는 상, 하부 클램핑유닛 중 하부 클램핑유닛은 바디프레임에 고정되고, 상부 클램핑유닛은 인장부에 결합되어 상, 하 방향으로 가동함으로써 인장시험을 실시할 수 있고, 상기 인장부는 힌지에 의해 바디프레임에서 회전 가능하게 결합된 회전프레임에 결합되어 있어 인장부의 인장시험과 동시에 시편에 굽힘시험을 실시할 수 있어 복합 응력 발생시 시편의 성능을 시험할 수 있다.

또한, 하부 클램핑유닛의 상측면은 힌지의 중심과 일치하도록 배치하여 시편의 물성을 더욱 정확하게 시험할 수 있다.

아울러, 정위치 셋팅수단을 형성하여 시험 완료 후 회전프레임이 정위치에 배치될 수 있도록 하여 다음 시험시 시편을 정위치에 장착할 수 있으면서 인장-굽힘 시험을 실시할 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명에 따른 인장-굽힘 반복 시험기의 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 측면도.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 구성에 대해 보다 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

우선, 도 1 내지 도 3에서와 같이 바디프레임(10)은 지면에 고정되는 베이스프레임(11)이 형성되고, 베이스프레임(11)의 상단으로는 한쌍의 수직프레임(12)이 구성되어 있으며, 각각의 수직프레임(12)에는 동심축선상의 위치에는 힌지(H)가 결합되어 있다.

다음으로, 회전프레임(20)은 바디프레임(10)에 형성된 힌지(H)에 의해 회전 가능하게 결합하는 구성으로서, 한쌍의 회전용 수직프레임(21)과 회전용 수직프레임(21) 상단을 연결하는 구조의 회전용 수평프레임(22)이 형성되는 구조로 이루어져 있다.

이러한, 회전프레임(20)은 회전용 수직프레임(21)이 바디프레임(10)의 수직프레임(12)에 형성된 힌지(H)에 회전 가능하게 결합하도록 구성된다.

다음으로, 회전발생유닛(30)은 바디프레임(10)과 회전프레임(20)을 결합하는 힌지(H)에 결합되어 고정된 바디프레임(10)에서 회전프레임(20)을 회전시키기 위한 구성이다.

이러한, 회전발생유닛(30)은 동력을 발생하는 회전력 발생수단(31)을 포함하여 이루어져 있어 회전프레임(20)을 회전시킬 수 있는 구동력을 형성할 수 있게 된다.

여기서, 상술한 회전력 발생수단(31)은 통상의 모터의 형태로 이루어질 수 있으며, 회전력 발생수단(31)과 힌지(H) 사이에는 도면에서는 도시하지 않았지만 통상의 기어 또는 감속기어 등의 동력전달수단을 구성하여 정밀한 회전량을 조절할 수도 있도록 구성할 수도 있으나 이에 한정되지는 않는다.

특히, 상술한 회전력 발생수단(30)에는 회전량을 정밀하게 측정할 수 있는 엔코더(32)가 형성되어 회전발생유닛(30)을 통해 회전하는 회전프레임(20)의 회전량을 정밀하게 측정하도록 작동하며, 회전력 발생수단(31)에는 토크센서(33)가 형성되어 회전력값을 측정할 수 있도록 구성된다.

다음으로, 인장부(40)는 상기 회전프레임(20)의 상측에 결합하는 인장용 실린더(41)와 인장용 실린더(42)에 유체를 공급하는 유체 발생수단(43)의 구성으로 이루어져 있다.

상기 유체발생수단(43)은 인장용 실린더(42)를 충분히 작동시킬 수 있는 유체라면 어떠한 형태로 이용하더라도 무방하다.

특히, 인장용 실린더(42)에는 변위센서(42)가 형성되어 변위량을 측정할 수 있도록 구성된다.

다음으로, 하부 클램핑유닛(50)은 상술한 바디프레임(10)에 결합하는 구성으로서 시편(P)의 하부를 클램핑하기 위한 것이다..

다음으로, 상부 클램핑유닛(60)은 상기 하부 클램핑유닛(50)과 대응하는 위치의 인장부(40)를 구성하는 인장용 실린더(41)에 결합되어 있으며, 시편(P)의 상부를 클램핑하기 위한 것이다.

여기서, 상술한 하부 클램핑유닛(50)과 상부 클램핑유닛(60)은 도면에서는 상세히 도시하지 않았지만 다양한 종류 및 형상으로 이루어진 시편(P)을 결합할 수 있도록 그에 맞는 죠(도면에 미도시)를 탈부착할 수 있도록 구성될 수 있다.

다음으로, 제어부(70)는 회전발생유닛(30)의 회전력 발생수단(31) 및 인장부(40)의 유체 발생수단(43)을 제어하여 상, 하부 클램핑유닛(60, 50)에 클램핑된 시편(P)을 테스트할 수 있으면서, 테스트한 시편(P)의 데이터를 저장하는 구성이다.

이러한, 제어부(70)에는 상술한 회전발생유닛(30) 및 인장부(40)를 제어하기 위한 프로그램을 설치할 수 있는 컴퓨터본체(71)와 실험 상황 및 실험조건을 확인하기 위한 모니터(72)와 제어를 위한 키보드 및 마우스와 같은 입력장치(73) 및 실험 후 저장된 결과를 프린팅할 수 있는 프린터(74)를 포함하여 이루어져 있다.

여기서, 상기 하부 클램핑유닛(50)의 상측면은 의해 힌지(H)의 중심에 일치하도록 배치하도록 한다.

한편, 본 발명에서는 회전하는 회전프레임(20)이 정위치에 배치될 수 있도록 정위치 셋팅수단(80)이 더 포함될 수 있다.

상기 정위치 셋팅수단(80)은 회전프레임(20)에 설치되는 정위치 결합수단(81)과 회전프레임(20)에 설치되되 정위치 결합수단(81)이 삽입할 수 있는 위치에 형성되는 정위치 삽입홀(82)로 이루어져 있다.

여기서, 상기 정위치 셋팅수단(80)의 정위치 결합수단(81)은 도면에서는 실린더 형태로 도시하였으나 이에 한정되지 않는다.

즉, 유, 공압을 이용한 실린더, 또는 모터의 구동에 의해 작동하는 다양한 형태의 삽입수단으로 구성될 수도 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 인장-굽힘 반복 시험기의 실시 예에 대해 살펴보면 다음과 같다.

우선, 본 발명에 따른 인장-굽힘 반복 시험기(100)는 최초에는 정위치 셋팅 수단(80)의 정위치 결합수단(81)이 정위치 삽입홀(82)에 삽입된 상태를 유지하여 회전프레임(20)이 정위치에 배치되어 있다.

이러한, 상태에서 사용자가 시험하고자 하는 시편(P)을 하부 클램핑유닛(50) 및 상부 클램핑유닛(60)에 배치 및 고정시킨다.

상기에서 시편(P)의 고정이 완료되면 시험하고자 하는 인장-굽힘 시험의 셋팅을 위해 제어부(70)를 이용하게 된다.

상기 제어부(70)에는 컴퓨터본체(71)에 인장-굽힘 시험을 위한 프로그램이 있어 이를 사용자가 입력장치(73)를 이용하여 인장시험 및 굽힘시험 셋팅을 실시하게 된다.

예컨대, 사용자가 제어부(70)의 입력장치(73)를 이용해 인장시험에 대한 셋팅을 하게 되면 인장부(30)에서는 추후 본 발명의 작동시 설정된 입력값에 따라 인장부(40)의 인장용 실린더(41)가 작동할 수 있도록 유체 발생수단(43)에서 유체를 순환시킬 것이고, 안장시험에 따른 셋팅값은 인장용 실린더(41)에서 결합되어 있는 변위센서(42) 및 로드셀(44)에 의해 제어부(70)에서 제어되도록 셋팅이 된다.

또한, 이와 마찬가지로 굽힘시험을 위한 셋팅값을 입력하게 되면, 회전발생유닛(30)의 회전력 발생수단(31)에 동력이 전달되어 더불어 일정 각도 또는 반복적으로 각도를 가변하면서 실험이 이루어지도록 제어를 할 것이고, 이때에 굽힘각도는 엔코더(32)에 의해 측정되고, 이때에 발생한 토크값은 토크센서(33)에 의해 측정되어 제어부(70)에서 제어되도록 셋팅이 된다.

상기와 같이 셋팅작업이 완료되면 본 발명에 따른 인장-굽힘 반복 시험기(100)에 전원을 인가하면 셋팅된 인장-굽힘시험이 실행된다.

즉, 인장부(40)의 유체 발생수단(43)에 의해 유체를 공급받는 인장용 실린더(41)가 시편(P)이 인장되는 방향으로 힘이 작용하여 인장시키게 되는 것이다.

이때에, 상기 인장길이는 인장용 실린더(41)에 설치되어 있는 변위센서(42)에서 측정하고, 하중값은 로드셀(44)에서 측정하여 인장시험에 따른 데이터를 제어부(70)로 피드백하게 된다.

또한, 상기와 같은 인장시험과 동시에 회전발생유닛(30)도 제어부(70)에 의해 회전력 발생수단(31)이 회전하게 되면, 힌지(H)에 의해 회전 가능하게 결합한 회전프레임(20) 및 이에 결합된 인장부(40)가 회전하여 시편(P)의 굽힘 시험이 이루어지게 된다.

여기서, 상기 굽힘시험의 시편(P) 굽힘각도는 회전력 회전력 발생수단(31)에 설치된 엔코더(32)에서 측정하게 되고, 이때에 발생한 토크값은 토크센서(33)에 의해 측정되어 제어부(70)에 피드백된다.

특히, 상기 인장-굽힘시험은 제어부(70)의 모니터(72)를 통해 사용자가 확인할 수 있으며 측정한 데이터는 파일형태 또는 프린터(74)를 통해 현장에서 바로 결과값을 출력하여 볼 수도 있다.

여기서, 본 발명에서는 하부 클램핑유닛(50)의 상측면에 힌지(H)의 중심이 형성되도록 하여 시편(P)의 물성을 더욱 정확하게 시험할 수 있다.

한편, 본 발명은 다양한 재질에 대한 인장-굽힘을 반복적으로 시험할 수 있는데, 경도가 높은 재질의 시편(P)의 경우 시험도중 깨지는 등의 이유로 파편이 발생할 수 있다.

이에 본 발명에서는 회전프레임(20)에 커버(C)를 구성하여 시편(P)의 파편이 주변 시설물 및 사용자에게 피해를 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 인장-굽힘시험을 완료한 후에는 정위치 셋팅수단(80)의 정위치 결합수단(81)을 정위치 삽입홀(82)에 삽입하도록 제어하면 회전프레임(20)이 정위치에 배치되어 다음번 인장-굽힘시험시 시편(P)을 편심없이 상, 하부 클램핑유닛(60, 50)에 결합할 수 있음은 물론, 시험도 정위치에서 실시할 수 있게 된다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자들에게 있어 명백한 것이다.

C : 커버 H : 힌지
10 : 바디프레임
11 : 베이스프레임 12 : 수직프레임
20 : 회전프레임
21 : 회전용 수직프레임 22 : 회전용 수평프레임
30 : 회전발생유닛
31 : 회전력 발생수단 32 : 엔코더 33 : 토크센서
40 : 인장부
41 : 인장용 실린더 42 : 변위센서 43 : 유체 발생수단 44 : 로드셀
50 : 하부 클램핑유닛
60 : 상부 클램핑유닛
70 : 제어부
71 : 컴퓨터본체 72 : 모니터 73 : 입력장치 74 : 프린터
80 : 정위치 셋팅수단
81 : 정위치 결합수단 82 : 정위치 삽입홀
100 : 인장-굽힘 반복 시험기

Claims (4)

1. 바디프레임(10);
   바디프레임(10)에 힌지(H)에 의해 회전 가능하도록 결합하는 회전프레임(20);
   힌지(H)에 결합되어 바디프레임(10)에서 회전프레임(20)을 회전시키기 위한 구동력을 형성하는 회전력 발생수단(31)과 회전력 발생수단(31)에 결합하여 회전량을 측정하는 엔코더(32) 및 토크량을 측정하기 위한 토크센서(33)로 이루어진 회전발생유닛(30);
   회전프레임(20)의 상측에 결합되며 변위센서(42)가 결합되어 있는 인장용 실린더(41)와 인장용 실린더(41)를 구동하기 위한 유체 발생수단(43)과 인장용 실린더(41)에 장착되어 하중량을 측정하는 로드셀(44)로 이루어진 인장부(40);
   바디프레임(10)에 결합되어 있으며, 시편(P)의 하부를 클램핑할 수 있는 하부 클램핑유닛(50);
   회전프레임(20)에 결합되어 있는 인장부(40)의 인장용 실린더(41)에 결합되어 있으며, 시편(P)의 상부를 클램핑하는 상부 클램핑유닛(60);
   회전발생유닛(30)과 인장부(40)의 제어 및 이를 통해 얻은 데이터를 저장할 수 있는 제어부(70)를 포함하여 구성되어,
   상, 하부 클램핑유닛(60, 50)에 고정된 시편(P)을 인장부(40)를 통한 인장시험과 회전프레임(20) 및 회전발생유닛(30)을 통한 굽힘시험을 동시에 실시하는 것에 특징이 있는 인장-굽힘 반복 시험기.
   
2. 제1항에 있어서, 하부 클램핑유닛(50)의 상측면은 힌지(H)의 중심과 일치하도록 배치하는 것에 특징이 있는 인장-굽힘 반복 시험기.
   
3. 제1항에 있어서, 회전프레임(20)에는 시편(P)의 인장-굽힘시험시 시편(P)의 파편을 막을 수 있는 커버(C)가 더 포함되어 구성되는 것에 특징이 있는 인장-굽힘 반복 시험기.
   
4. 제1항에 있어서, 바디프레임(10)에 형성되는 정위치 결합수단(81)과, 회전프레임(20)에 설치되되 정위치 결합수단(81)이 삽입할 수 있는 위치에 설치되는 정위치 삽입홀(82)로 이루어진 정위치 셋팅수단(80)이 더 포함되는 것에 특징이 있는 인장-굽힘 반복 시험기.

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