KR101866126B1 - 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치 - Google Patents

고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 제품에 대한 물성 시험을 수행할 수 있는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는, 고분자 제품의 표면에 탈착식으로 결합되는 고정 지그와, 고정 지그에 결합되는 구동 유닛과, 고분자 제품의 물성을 측정하기 위해 구동 유닛에 의해 고분자 제품의 표면 상에서 움직일 수 있도록 구동 유닛과 연결되는 시험 헤드 유닛을 포함한다. 시험 헤드 유닛은, 구동 유닛에 의해 고분자 제품의 표면을 따라 수평 이동 및 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 수직 이동하는 이동 프레임과, 이동 프레임에 회전 가능하게 지지되고 고분자 제품의 표면에 접촉하는 제품 시험 헤드를 갖는 시험 헤드부와, 시험 헤드부를 통해 고분자 제품의 표면에 수직 방향으로 작용하는 수직 하중을 검출하기 위한 수직 하중 로드셀과, 시험 헤드부에 의해 이동 프레임의 수평 이동 방향과 평행한 방향으로 고분자 제품의 표면에 작용하는 수평 하중을 검출하기 위한 수평 하중 로드셀을 구비한다.

Description

고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치{PORTABLE TESTER FOR MEASURING PHYSICAL PROPERTIES OF POLYMETRIC PRODUCTS}
본 발명은 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고분자 파이프나 케이블 등의 고분자 제품을 분리하거나 시편을 채취할 필요 없이 설치된 그대로 그에 대한 물성 시험을 수행할 수 있는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치에 관한 것이다.
최근 고분자 소재는 자동차 산업을 비롯하여 전기전자 산업 등 다양한 첨단 산업분야에 적용되고 있다. 이러한 고분자 소재의 수요 증가는 사용 환경에 따른 요구 물성의 향상을 수반해 왔다. 특히, 최근 들어 감성 품질이 중요시됨에 따라 고분자 소재의 표면 특성, 즉 표면조도(roughness), 경도(hardness), 마찰(friction), 마모(wear) 및 스크래치(scratch) 특성 등에 관한 연구의 중요성이 인식되고 있다.
스크래치 시험법은 재료의 스크래치 저항성 및 코팅 접착력 측정을 편리하고 정량적으로 평가하기 위해 일반적으로 사용되는 방법이다. 일반적으로, 스크래치 시험장치는 판 형태로 별도 제작된 시편을 이용하거나, 제품에서 판 형태로 채취된 시료를 이용하여 스크래치 시험을 수행하도록 구성된다. 스크래치 시험장치를 이용한 스크래치 시험방법은 금속 팁을 이용하여 일정하거나 점진적으로 증가하는 하중을 시료에 가하여 스크래치를 만들면서 표면 손상 거동의 변화(표면 박리 등)를 관찰해 스크래치 저항성을 판단하게 된다.
그런데 종래의 스크래치 시험장치는 스크래치 시험용으로 제작된 판 형태의 시편을 필요로 하는 단점이 있다. 그리고 스크래치 시험장치를 이용하여 제품의 물성 검증을 위해 시료를 채취할 경우, 일정 크기 이상의 시편이 요구되므로 제품의 형태에 따른 제약이 크다. 또한 종래의 스크래치 시험장치는 고정형 구조를 취하여 설치 상태의 제품 재질 검증이 불가능하다. 또한 설치 상태의 제품에 대한 스크래치 시험을 수행할 경우, 시험 중 제품에 발생한 스크래치가 제품의 결함으로 남아 제품의 내구성 저하나 수명 저하로 이어질 수 있다.
공개특허공보 제2015-0054295호 (2015. 05. 20)
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 고분자 파이프나 케이블 등의 고분자 제품을 분리하거나 시편을 채취할 필요 없이 설치된 상태 그대로 고분자 제품에 대한 물성 시험을 수행할 수 있는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명의 다른 목적은 물성 시험 중 고분자 제품에 발생하는 스크래치 등의 손상을 원상 복원할 수 있는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 제공하는 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는, 고분자 제품의 표면에 탈착식으로 결합되는 고정 지그; 상기 고정 지그에 결합되는 구동 유닛; 및 상기 고분자 제품의 물성을 측정하기 위해 상기 구동 유닛에 의해 상기 고분자 제품의 표면 상에서 움직일 수 있도록 상기 구동 유닛과 연결되는 시험 헤드 유닛;을 포함하고, 상기 시험 헤드 유닛은, 상기 구동 유닛에 의해 상기 고분자 제품의 표면을 따라 수평 이동 및 상기 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 수직 이동하는 이동 프레임과, 상기 이동 프레임에 회전 가능하게 지지되고 상기 고분자 제품의 표면에 접촉하는 제품 시험 헤드를 갖는 시험 헤드부와, 상기 시험 헤드부를 통해 상기 고분자 제품의 표면에 수직 방향으로 작용하는 수직 하중을 검출하기 위해 상기 시험 헤드부와 연결되는 수직 하중 로드셀과, 상기 시험 헤드부가 수평 이동할 때 상기 시험 헤드부에 의해 상기 이동 프레임의 수평 이동 방향과 평행한 방향으로 상기 고분자 제품의 표면에 작용하는 수평 하중을 검출하기 위해 상기 시험 헤드부와 연결되는 수평 하중 로드셀을 구비한다.
상기 고정 지그는, 상기 구동 유닛이 고정되는 구동 유닛 고정부와, 중간 부분이 상기 고분자 제품의 외측 둘레를 부분적으로 감싸도록 일단이 상기 구동 유닛 고정부의 일측에 고정되고 타단이 상기 구동 유닛 고정부의 다른 일측에 고정되어 상기 구동 유닛 고정부를 상기 고분자 제품에 체결시키는 체결 스트랩을 포함할 수 있다.
상기 고정 지그는, 상기 고분자 제품의 표면에 접촉될 수 있도록 상기 고분자 제품의 표면에 대응하는 형상의 제품 접촉면을 구비하고 상기 구동 유닛 고정부의 단부에 결합되는 제품 고정부를 더 포함할 수 있다.
상기 제품 고정부는 상기 제품 접촉면의 형상이 서로 다른 복수의 것이 상기 구동 유닛 고정부에 선택적으로 결합될 수 있다.
상기 구동 유닛 고정부는 상기 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 관통 형성된 관통구멍을 갖는 중공형 구조로 이루어져 상기 시험 헤드 유닛의 시험 헤드부가 상기 관통구멍을 통해 상기 고분자 제품의 표면에 접촉할 수 있다.
상기 수직 하중 로드셀은, 상기 이동 프레임의 수평 이동 방향 및 수직 이동 방향과 각각 수직으로 배치되는 제 1 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 이동 프레임에 결합되어 상기 시험 헤드부를 상기 이동 프레임에 대해 회전할 수 있게 지지하고, 상기 수평 하중 로드셀은, 상기 이동 프레임에 고정되고 상기 제 1 회전축과 평행하게 상기 시험 헤드부의 중간에 배치되는 제 2 회전축을 통해 상기 시험 헤드부와 상대 회전 가능하게 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는, 상기 수직 하중 로드셀 및 상기 수평 하중 로드셀로부터 검출 신호를 수신하는 제어 유닛;을 더 포함하고, 상기 제어 유닛은 아래의 수학식으로 상기 제품 시험 헤드를 통해 상기 고분자 제품에 작용하는 실제 수평 하중을 산출할 수 있다.
Figure 112017023752685-pat00001
(Factual : 고분자 제품에 작용하는 실제 수평 하중, F : 수평 하중 로드셀이 검출한 수평 하중, l : 제 1 회전축에서 제 2 회전축까지의 거리, L : 제 1 회전축에서 고분자 제품에 접촉하는 제품 시험 헤드 끝단까지의 거리)
상기 시험 헤드 유닛은, 상기 이동 프레임에 대해 회전할 수 있도록 상기 수직 하중 로드셀 및 상기 수평 하중 로드셀과 연결되는 헤드 커플러를 더 포함하고, 상기 제품 시험 헤드는 상기 헤드 커플러의 끝단에 탈착식으로 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는, 상기 고분자 제품의 표면을 부분 용융시켜 상기 제품 시험 헤드에 의해 상기 고분자 제품의 표면에 발생하는 손상을 원상 복원시키기 위해 상기 구동 유닛에 의해 움직일 수 있게 설치되는 제품 복원 헤드;를 더 포함할 수 있다.
상기 시험 헤드 유닛은, 상기 이동 프레임에 대해 회전할 수 있도록 상기 수직 하중 로드셀 및 상기 수평 하중 로드셀과 연결되는 헤드 커플러를 더 포함하고, 상기 헤드 커플러의 끝단에 상기 제품 시험 헤드와 상기 제품 복원 헤드 중 어느 하나가 선택적으로 결합될 수 있다.
상기 제품 복원 헤드는, 전원을 공급받아 발열하여 상기 고분자 제품의 표면을 접촉식으로 가열하는 가열부와, 상기 가열부와 결합되어 상기 헤드 커플러와 상기 가열부 사이에서 상기 가열부에서 발생하는 열을 상기 헤드 커플러에 전달되지 않도록 차단하는 단열부를 포함할 수 있다.
상기 헤드 커플러는 상기 제품 시험 헤드 또는 상기 제품 복원 헤드와 전기적으로 연결될 수 있는 커넥터를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는, 상기 제품 복원 헤드를 상기 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 이동 프레임에 설치되는 제품 복원 헤드 이송부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는 구조가 간단하고, 휴대가 편리하며, 설치되어 사용 중인 다양한 형태의 고분자 제품에 간단히 설치될 수 있다. 따라서 설치되어 있는 고분자 제품을 분리하거나 시편을 채취할 필요 없이 설치된 상태 그대로 고분자 제품에 대한 물성 시험을 수행할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는 고정 지그와 구동 유닛 및 시험 헤드 유닛이 간단한 탈착식 구조를 취함으로써, 구성 부품들을 분리하여 보관하거나 운반할 수 있고, 일부 부품의 고장 발생 시 그에 대한 유지 보수가 편리하다.
또한 본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치는 고분자 제품의 표면을 부분적으로 용융할 수 있는 제품 복원 헤드를 이용함으로써, 물성 시험 시 고분자 제품 표면에 발생하는 스크래치 등의 손상을 쉽게 원상 복원할 수 있다. 따라서 스크래치 등 표면 손상에 의한 고분자 제품의 내구성 저하나, 수명 단축의 문제를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 고정 지그를 고분자 제품에 결합하는 방법을 설명하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 고정 지그와 구동 유닛의 결합 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 시험 헤드 유닛을 부분적으로 절단하여 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 나타낸 시험 헤드 유닛을 제품 시험 헤드를 분리하여 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 제품 복원 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 물성 시험 과정을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 제품 복원 과정을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 나타낸 측면도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치에 구비되는 고정 지그의 변형예를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1 내지 도 3에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)는, 시험 대상인 고분자 제품(10)에 탈착식으로 결합되는 고정 지그(110)와, 고정 지그(110)에 결합되는 구동 유닛(130)과, 고분자 제품(10) 상에서 움직일 수 있도록 구동 유닛(130)에 결합되는 시험 헤드 유닛(140)과, 시험 헤드 유닛(140)으로부터 검출 신호를 수신하는 제어 유닛(170)과, 시험 헤드 유닛(140)에 의해 고분자 제품(10)의 표면에 발생하는 손상을 원상 복원시키기 위한 제품 복원 헤드(180; 도 8 참조)를 포함한다. 이러한 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)는 휴대가 가능하며, 고정 지그(110)를 고분자 제품(10)에 결합하고 구동 유닛(130)을 이용하여 시험 헤드 유닛(140)을 고분자 제품(10)의 표면 상에서 움직여서 시험 헤드 유닛(140)으로 표면조도, 경도, 마찰이나 마모 특성, 스크래치 특성 등 고분자 제품(10)에 대한 다양한 물성을 측정할 수 있다. 이하에서는, 본 실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)가 고분자 제품(10)에 대한 스크래치 시험을 수행하는 것으로 예를 든다.
고정 지그(110)는 시험 헤드 유닛(140)을 이동시키는 구동 유닛(130)을 고정할 수 있도록 고분자 제품(10)의 표면에 탈착식으로 결합된다. 고정 지그(110)는 구동 유닛(130)이 고정되는 구동 유닛 고정부(111)와, 시험 대상 고분자 제품(10)의 표면에 접촉할 수 있도록 구동 유닛 고정부(111)에 결합되는 제품 고정부(114)와, 구동 유닛 고정부(111)를 고분자 제품(10)에 체결시키는 체결 스트랩(118)을 포함한다.
구동 유닛 고정부(111)는 고분자 제품(10)의 표면에 대해 수직 방향으로 관통 형성된 관통구멍(112)을 갖는 중공형 구조로 이루어진다. 구동 유닛 고정부(111)의 관통구멍(112)을 통해 시험 헤드 유닛(140)의 시험 헤드부(144)가 고분자 제품(10)의 표면에 도달할 수 있다. 구동 유닛(130)이 결합되는 구동 유닛 고정부(111)의 상면은 구동 유닛(130)의 안정적인 설치를 위해 평평한 것이 좋으나, 구동 유닛(130)의 구조 등에 따라 구동 유닛 고정부(111) 상면의 형상은 다양하게 변경될 수 있다.
제품 고정부(114)는 구동 유닛 고정부(111)의 하단에 배치된다. 제품 고정부(114)의 하단에는 고분자 제품(10)의 표면에 접촉될 수 있도록 고분자 제품(10)의 표면에 대응하는 형상의 제품 접촉면(115)이 마련된다. 도시된 것과 같이, 원호형 형상의 제품 접촉면(115)을 갖는 제품 고정부(114)는 원형 파이프 형상의 고분자 제품(10) 표면에 안정적으로 밀착되어 고분자 제품(10)과 원활한 결합 상태를 유지할 수 있다. 제품 접촉면(115)의 형상은 시험 대상 고분자 제품의 표면 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 제품 고정부(114)의 내측에는 구동 유닛 고정부(111)의 관통구멍(112)에 대응하는 통공(116)이 마련된다. 시험 헤드 유닛(140)의 시험 헤드부(144)가 제품 고정부(114)의 통공(116)을 통해 고분자 제품(10)의 표면에 도달할 수 있다.
제품 고정부(114)는 고분자 제품(10)과 접촉 시 밀림을 방지할 수 있도록 고무나 실리콘 등 마찰계수가 큰 소재로 이루어지는 것이 좋다. 구동 유닛 고정부(111)는 구동 유닛(130)이 움직이지 않게 안정적으로 고정될 수 있도록 금속 등 강도가 큰 소재로 이루어지는 것이 좋은데, 이러한 고강도 소재의 구동 유닛 고정부(111)는 고분자 제품(10) 표면에 직접 놓일 경우 고분자 제품(10)의 표면으로부터 슬립되기 쉽다. 따라서 고무 등 마찰계수가 큰 소재로 이루어진 제품 고정부(114)를 이용하면 고정 지그(110)가 고분자 제품(10) 표면에서 슬립되는 문제를 줄일 수 있다.
체결 스트랩(118)은 구동 유닛 고정부(111)와 제품 고정부(114) 결합체를 고분자 제품(10)에 단단히 고정시키는 역할을 한다. 체결 스트랩(118)은 그 일단이 구동 유닛 고정부(111)의 일측에 구비되는 스트랩 지지부재(119)에 고정되고 그 타단은 구동 유닛 고정부(111)의 다른 일측에 구비되는 스트랩 고정부재(120)에 분리 가능하게 결합된다. 체결 스트랩(118)은 그 중간 부분이 고분자 제품(10)의 외측 둘레를 부분적으로 감싸면서 그 일단이 구동 유닛 고정부(111)의 일측에 고정되고 그 타단이 구동 유닛 고정부(111)의 다른 일측에 고정됨으로써 구동 유닛 고정부(111)를 고분자 제품(10)에 단단히 체결시킬 수 있다.
또한 체결 스트랩(118)은 다양한 둘레 길이를 갖는 다양한 고분자 제품에 구동 유닛 고정부(111)를 용이하게 고정시킬 수 있다. 또한 체결 스트랩(118)은 고분자 제품(10)에 브라켓이나 나사 홈 등 결합을 위한 구조가 마련되어 있지 않아도 시험 대상 고분자 제품(10)에 구동 유닛 고정부(111)를 용이하게 고정할 수 있다. 따라서 체결 스트랩(118)을 이용하면 고분자 제품(10)에 별도의 결합 구조를 마련할 필요가 없고, 고분자 제품(10)에 별다른 흔적을 남기지 않기지 않고 구동 유닛 고정부(111)를 고분자 제품(10)에 고정하는 것이 가능하다.
도면에는 두 개의 체결 스트랩(118)이 구동 유닛 고정부(111)에 결합된 것으로 나타냈으나, 체결 스트랩(118)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 또한 체결 스트랩(118)은 양쪽 끝단 모두 구동 유닛 고정부(111)에 분리 가능하게 결합될 수도 있다.
도 1 내지 도 3, 도 5를 참조하면, 구동 유닛(130)은 고정 지그(110)에 결합되어 시험 헤드 유닛(140)을 고분자 제품(10)의 표면 상에서 이동시킨다. 구동 유닛(130)은 시험 헤드 유닛(140)을 수평 방향으로 이송하기 위한 수평 구동부(131)와, 시험 헤드 유닛(140)을 수직 방향으로 이송하기 위한 수직 구동부(133)와, 시험 헤드 유닛(140)이 고정되는 헤드 유닛 고정부(135)를 포함한다. 이러한 구동 유닛(130)은 나사(138)나 또는 다른 고정부재를 통해 고정 지그(110)의 구동 유닛 고정부(111)에 고정될 수 있다.
구동 유닛(130)은 시험 헤드 유닛(140)을 수평 이동 및 수직 이동시킬 수 있다. 여기에서 수평 이동은 고분자 제품(10)의 표면과 평행하게 움직이는 직선 이동이고, 수직 이동은 고분자 제품(10)의 표면에 대해 수직 방향으로 움직이는 직선 이동이다. 예를 들어, 도 1에 나타낸 것과 같이, 시험 헤드 유닛(140)의 시험 헤드부(144)가 접촉하는 고분자 제품(10)의 표면이 X-Y 평면 상에 배치되는 경우, 수평 이동은 Y축 방향의 직선 이동이고, 수직 이동은 Z축 방향의 직선 이동이다.
구동 유닛(130)의 수직 구동부(133)는 시험 헤드 유닛(140)이 고정된 헤드 유닛 고정부(135)를 수직 이동시킨다. 그리고 수평 구동부(131)는 고정 지그(110)의 구동 유닛 고정부(111)에 고정되어 수직 구동부(133)를 수평 이동시킨다. 이와 같이, 구동 유닛(130)은 수평 구동부(131)와 수직 구동부(133)를 이용함으로써, 시험 헤드 유닛(140)을 고분자 제품(10)의 표면을 따라 수평 이동 및 고분자 제품(10)의 표면에 대해 수직 방향으로 수직 이동시킬 수 있다. 구동 유닛(130)의 동작은 제어 유닛(170)에 의해 제어된다.
구동 유닛(130)은 도시된 구조 이외에, 시험 헤드 유닛(140)을 고분자 제품(10)의 표면 상에서 움직일 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 예를 들어, 수평 구동부가 시험 헤드 유닛(140)과 결합되고 수직 구동부가 수평 구동부를 수직 이동시킴으로써 시험 헤드 유닛(140)을 수직 이동 및 수평 이동시킬 수 있는 구조의 구동 유닛도 가능하다.
도 1 내지 도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 시험 헤드 유닛(140)은 구동 유닛(130)에 결합되어 구동 유닛(130)에 의해 고분자 제품(10)의 표면을 따라 이동하면서 고분자 제품(10)에 대한 스크래치 시험을 수행할 수 있다. 시험 헤드 유닛(140)은 구동 유닛(130)에 결합되는 이동 프레임(141)과, 이동 프레임(141)에 결합되는 시험 헤드부(144)와, 시험 헤드부(144)를 통해 고분자 제품(10)에 작용하는 수직 하중 및 수평 하중을 각각 검출하기 위한 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)을 포함한다.
이동 프레임(141)은 구동 유닛(130)의 헤드 유닛 고정부(135)에 결합되어 고분자 제품(10)의 표면을 따라 수평 이동 및 고분자 제품(10)의 표면에 대해 수직 방향으로 수직 이동할 수 있다. 이동 프레임(141)은 시험 헤드부(144)의 일부분과, 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)을 보호할 수 있도록 내부에 설치 공간이 마련된 박스 구조를 갖는다. 이동 프레임(141)의 하단에는 시험 헤드부(144)가 관통하는 개구(142)가 마련된다.
이동 프레임(141)은 도시된 것과 같이 내부에 설치 공간이 마련된 박스 구조 이외에, 구동 유닛(130)에 결합되어 시험 헤드부(144)와, 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)을 지지할 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다.
시험 헤드부(144)는 이동 프레임(141)의 개구(142)를 관통하도록 이동 프레임(141)에 결합되어 하단부가 고분자 제품(10)의 표면에 접촉할 수 있다. 시험 헤드부(144)의 상단부는 수직 하중 로드셀(154)에 결합되어 수직 하중 로드셀(154)을 통해 이동 프레임(141)에 회전 가능하게 지지된다. 시험 헤드부(144)는 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)과 연결되는 헤드 커플러(145)와, 헤드 커플러(145)의 하단에 배치되는 제품 시험 헤드(150)를 포함한다. 제품 시험 헤드(150)는 헤드 커플러(145)에 탈착식으로 결합된다.
헤드 커플러(145)는 제품 시험 헤드(150)의 끝단이 고분자 제품(10)의 표면에 접촉한 상태에서 이동 프레임(141)이 수평 이동할 때, 고분자 제품(10)과 제품 시험 헤드(150) 사이에서 발생하는 마찰력에 의해 이동 프레임(141)에 대해 회전할 수 있다. 헤드 커플러(145)의 하단부에는 제품 시험 헤드(150)의 결합을 위한 삽입홈(146)이 마련된다. 또한 헤드 커플러(145)의 내측에는 커넥터(147)가 마련된다. 커넥터(147)는 제품 시험 헤드(150) 또는 제품 복원 헤드(180)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제품 시험 헤드(150)는 고분자 제품(10)에 접촉하여 이동하면서 고분자 제품(10)에 대한 물성 시험을 수행할 수 있도록 헤드 커플러(145)의 끝단에 탈착식으로 결합된다. 제품 시험 헤드(150)는 고분자 제품(10)의 표면에 접촉할 수 있는 접촉 팁부(151)와, 헤드 커플러(145)의 삽입홈(146)에 삽입될 수 있도록 접촉 팁부(151)의 상단부에 배치되는 삽입돌기(152)를 포함한다.
이러한 제품 시험 헤드(150)는 삽입돌기(152)가 헤드 커플러(145)의 삽입홈(146)에 끼움 결합되는 방식으로 헤드 커플러(145)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 제품 시험 헤드(150)는 접촉 팁부(151)가 수직 이동하여 고분자 제품(10)의 표면에 밀착됨으로써 고분자 제품(10)에 수직 하중을 가할 수 있고, 접촉 팁부(151)가 고분자 제품(10)의 표면에 밀착된 상태로 수평 이동함으로써 고분자 제품(10)에 수평 하중을 가할 수 있다.
본 실시예에서 제품 시험 헤드(150)는 고분자 제품(10)의 스크래치 시험을 위한 것이나, 제품 시험 헤드는 고분자 제품(10)에 대한 스크래치 시험 이외에, 고분자 도막이 형성된 제품의 코팅 저항성 측정이나, 제품의 마찰 또는 마모 시험을 수행할 수 있는 다양한 형태로 변경될 수 있다. 그리고 제품 시험 헤드는 도시된 것과 같이 삽입돌기(152)가 헤드 커플러(145)의 삽입홈(146)에 삽입되는 방식 이외의 다양한 다른 방식으로 헤드 커플러에 탈착식으로 결합될 수 있다. 또한 시험 헤드부는 헤드 커플러와 제품 시험 헤드가 고정된 구조를 취할 수도 있다.
수직 하중 로드셀(154)은 시험 헤드부(144)를 통해 고분자 제품(10)의 표면에 수직 방향으로 작용하는 수직 하중을 검출하기 위해 시험 헤드부(144)와 연결된다. 수직 하중 로드셀(154)은 수직 하중 로드셀 회전 연결부(156)를 통해 이동 프레임(141)에 회전 가능하게 결합된다. 수직 하중 로드셀 회전 연결부(156)는 이동 프레임(141)에 고정되는 지지 브라켓(157)과, 지지 브라켓(157)에 결합되는 제 1 회전축(158)을 포함한다. 수직 하중 로드셀(154)은 제 1 회전축(158)을 중심으로 일정 각도 범위 내에서 회전할 수 있다. 수직 하중 로드셀 회전 연결부는 제 1 회전축(158)을 구비하는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 제 1 회전축(158)은 이동 프레임(141)의 수평 이동 방향 및 수직 이동 방향과 각각 수직으로 배치된다. 즉, 도시된 것과 같이 이동 프레임(141)의 수평 이동 방향이 Y축과 방향이고, 수직 이동 방향이 Z축 방향인 경우, 제 1 회전축(158)은 X축 방향으로 배치된다.
이와 같이, 수직 하중 로드셀(154)이 이동 프레임(141)에 회전 가능하게 결합되어 시험 헤드부(144)와 연결됨으로써 수직 하중 로드셀(154)은 시험 헤드부(144)를 이동 프레임(141)에 대해 회전할 수 있게 지지한다. 또한 수직 하중 로드셀(154)은 시험 헤드부(144)를 통해 고분자 제품(10)의 표면에 수직 방향으로 작용하는 수직 하중을 검출하고, 그 검출 신호를 제어 유닛(170)에 전송한다. 수직 하중 로드셀(154)의 검출 신호를 수신한 제어 유닛(170)은 구동 유닛(130)을 제어하여 고분자 제품(10)의 표면에 설정된 하중이 인가될 수 있도록 시험 헤드부(144)의 수직 이동 거리를 조절할 수 있다.
수평 하중 로드셀(160)은 시험 헤드부(144)를 통해 고분자 제품(10)의 표면에 수평 방향으로 작용하는 수평 하중을 검출하기 위해 이동 프레임(141)에 고정 설치되어 시험 헤드부(144)와 연결된다. 수평 하중 로드셀(160)은 수평 하중 로드셀 회전 연결부(162)를 통해 이동 프레임(141)과 상대 회전 가능하게 결합된다. 수평 하중 로드셀 회전 연결부(162)는 수평 하중 로드셀(160)에 결합되는 회전 지지부재(163)와, 회전 지지부재(163)에 결합되어 시험 헤드부(144)를 회전 가능하게 지지하는 제 2 회전축(164)을 포함한다. 시험 헤드부(144)의 헤드 커플러(145)는 제 2 회전축(164)을 중심으로 수평 하중 로드셀(160)에 대해 상대 회전할 수 있다. 제 2 회전축(164)은 제 1 회전축(158)과 평행하게 배치된다.
시험 헤드부(144)가 구동 유닛(130)에 의해 수직 이동하여 제품 시험 헤드(150)가 고분자 제품(10)의 표면에 밀착될 때, 수직 하중 로드셀(154)이 시험 헤드부(144)를 통해 고분자 제품(10)의 표면에 작용하는 수직 하중을 검출하고 그 검출 신호를 제어 유닛(170)에 전송한다. 그리고 제품 시험 헤드(150)가 고분자 제품(10)의 표면에 접촉한 상태에서 시험 헤드부(144)가 구동 유닛(130)에 의해 수평 이동하게 되면, 고분자 제품(10)과 제품 시험 헤드(150) 간의 마찰력에 의해 시험 헤드부(144)는 제 1 회전축(158)을 중심으로 이동 프레임(141)에 대해 상대 회전하게 된다. 이때, 수평 하중 로드셀(160)은 시험 헤드부(144)에 의해 시험 헤드부(144)의 수평 이동 방향과 평행한 방향으로 고분자 제품(10)의 표면에 작용하는 수평 하중을 검출하고 그 검출 신호를 제어 유닛(170)에 전송한다.
수직 하중 로드셀(154)이나 수평 하중 로드셀(160)은 시험 헤드부(144)와 연결되어 시험 헤드부(144)를 통해 고분자 제품(10)의 표면에 작용하는 수직 하중 또는 수평 하중을 검출할 수 있는 다양한 구조의 것이 이용될 수 있다. 또한 수직 하중 로드셀 및 수평 하중 로드셀 각각의 구조나, 이동 프레임(141)과의 결합 구조, 시험 헤드부(144)와의 연결 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
이러한 시험 헤드 유닛(140)은 구동 유닛(130)의 헤드 유닛 고정부(135)에 결합될 때, 적어도 일부가 구동 유닛 고정부(111)의 관통구멍(112)에 수용될 수 있다. 그리고 수직 구동부(133)의 작용으로 제품 시험 헤드(150)가 수직 이동하여 구동 유닛 고정부(111)의 관통구멍(112) 및 제품 고정부(114)의 통공(116)을 통해 고분자 제품(10)의 표면에 도달할 수 있고, 수평 구동부(131)의 작용으로 제품 시험 헤드(150)가 구동 유닛 고정부(111)의 관통구멍(112) 및 제품 고정부(114)의 통공(116) 속에서 고분자 제품(10)의 표면을 따라 수평 이동할 수 있다.
제어 유닛(170)은 시험 헤드 유닛(140)의 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)로부터 검출 신호를 수신하고, 구동 유닛(130)의 동작을 제어한다. 또한 제어 유닛(170)은 전원 공급부(175)로부터 전원을 공급받아 작동할 수 있다. 전원 공급부(175)의 공급 전원은 제어 유닛(170)을 통해 필요 구성 요소로 분배될 수 있다. 예를 들어, 전원 공급부(175)의 전원은 구동 유닛(130)과, 수직 하중 로드셀(154)과, 수평 하중 로드셀(160)과, 헤드 커플러(145)의 커넥터(147) 등으로 공급될 수 있다.
제어 유닛(170)은 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)로부터 검출 신호를 수신하고 시험 헤드부(144)를 통해 고분자 제품(10)의 표면에 작용하는 수직 하중 및 수평 하중을 산출할 수 있다. 또한 제어 유닛(170)은 수평 하중 로드셀(160)이 검출한 고분자 제품(10)의 수평 하중을 보정할 수 있다. 수평 하중 로드셀(160)은 시험 헤드부(144)의 제품 시험 헤드(150)가 고분자 제품(10)의 표면에 접촉하는 끝단보다 위쪽에서 시험 헤드부(144)의 헤드 커플러(145)와 연결된다. 따라서 수평 하중 로드셀(160)은 실제 수평 하중이 작용하는 고분자 제품(10)의 표면보다 위쪽에서 고분자 제품(10)에 작용하는 수평 하중을 검출하므로, 고분자 제품(10)에 작용하는 실제 수평 하중과 수평 하중 로드셀(160)이 검출하는 수평 하중은 차이가 있다. 즉, 수평 하중 로드셀(160)이 검출하는 수평 하중은 실제로 고분자 제품(10)에서 발생하는 수평 하중보다 크게 나타난다.
이러한 검출 오차를 보정하기 위해, 제어 유닛(170)은 아래의 수학식을 이용하여 수평 하중 로드셀(160)이 검출한 수평 하중을 보정한다.
Figure 112017023752685-pat00002
여기에서, Factual은 고분자 제품(10)에 작용하는 실제 수평 하중이고, F는 수평 하중 로드셀(160)이 검출한 수평 하중이고, l은 시험 헤드부(144)의 이동 프레임(141)에 대한 상대 회전 중심인 제 1 회전축(158)에서 시험 헤드부(144)와 수평 하중 로드셀(160) 간의 연결 부위인 제 2 회전축(164)까지의 거리이며, L은 제 1 회전축(158)에서 고분자 제품(10)에 접촉하는 제품 시험 헤드(150)의 끝단까지의 거리이다.
이러한 수평 하중 보정을 위한 수학식은 제 1 회전축(158)을 기준으로 수평 하중 로드셀(160)에 작용하는 돌림 힘의 크기와, 고분자 제품(10)에 접촉하는 제품 시험 헤드(150)의 끝단에 작용하는 돌림 힘의 크기가 같다는 것으로부터 도출된 것이다. 제어 유닛(170)은 상기 수학식을 이용하여 수평 하중 로드셀(160)이 검출한 수평 하중으로부터 고분자 제품(10)에 작용하는 실제 수평 하중을 산출할 수 있다.
도 8 및 도 10을 참조하면, 제품 복원 헤드(180)는 제품 시험 헤드(150)에 의해 고분자 제품(10)의 표면에 발생하는 손상을 원상 복원시키기 위해 사용자에 의해 시험 헤드 유닛(140)의 헤드 커플러(145)에 선택적으로 결합되어 사용될 수 있다. 제품 복원 헤드(180)는 구동 유닛(130)의 구동력으로 움직이면서 고분자 제품(10)의 표면을 부분 용융시킴으로써, 제품 시험 헤드(150)에 의해 고분자 제품(10)의 표면에 발생하는 스크래치 등의 손상을 원상 복원시킬 수 있다.
제품 복원 헤드(180)는 고분자 제품(10)의 표면을 가열하기 위한 가열부(181)와, 가열부(181)의 상단부에 결합되는 단열부(186)와, 단열부(186)의 상단부에 결합되는 삽입돌기(188)를 포함한다. 제품 복원 헤드(180)는 삽입돌기(188)가 시험 헤드 유닛(140)의 헤드 커플러(145)에 형성된 삽입홈(146)에 끼움 결합되는 방식으로 헤드 커플러(145)에 탈착식으로 결합될 수 있다.
가열부(181)는 전원을 공급받아 발열하는 발열부(182)와, 발열부(182)의 열을 고분자 제품(10)의 표면에 전달하도록 발열부(182)의 하측에 배치되는 가열 팁부(183)를 포함한다. 가열 팁부(183)는 고분자 제품(10)의 표면에 접촉하여 고분자 제품(10)을 접촉식으로 가열함으로써 고분자 제품(10)을 부분적으로 용융시킨다. 가열 팁부(183)는 고분자 제품(10)의 표면에 밀착되는 가열면(184)을 갖는다. 가열면(184)은 고분자 제품(10)의 표면 형상에 대응하는 형상으로 이루어진다. 즉, 원형 파이프 형상의 고분자 제품(10) 표면을 효율적으로 가열하기 위해 가열면(184)은 고분자 제품(10)의 굽은 표면 형상에 대응하도록 굽은 형상으로 이루어진다. 가열 팁부(183)의 가열면(184) 형상은 고분자 제품(10)의 표면 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
가열부(181)는 삽입돌기(188)가 헤드 커플러(145)의 삽입홈(146)에 삽입될 때 커넥터(147)와 전기적으로 연결되어 커넥터(147)를 통해 전원을 공급받을 수 있다. 도면에 자세히 나타내지는 않았으나 삽입돌기(188)에는 헤드 커플러(145)의 커넥터(147)와 전기적으로 연결될 수 있는 단자가 구비될 수 있다.
단열부(186)는 가열부(181)와 헤드 커플러(145) 사이에서 가열부(181)의 열을 헤드 커플러(145)에 전달되지 않도록 차단하는 역할을 한다. 단열부(186)는 삽입돌기(188)가 헤드 커플러(145)의 삽입홈(146)에 삽입될 때 헤드 커플러(145)의 하단부에 접촉할 수 있으며, 헤드 커플러(145)로부터 가열부(181)를 이격시켜 헤드 커플러(145)로의 열전달을 차단 또는 억제시킬 수 있다. 단열부(186)는 열전달계수가 낮은 다양한 소재로 이루어질 수 있다.
이러한 제품 복원 헤드(180)는 고분자 제품(10)의 표면에 열과 압력을 가함으로써 제품 시험 헤드(150)에 의해 고분자 제품(10)에 발생하는 스크래치 등의 손상을 복원할 수 있다. 즉, 제품 복원 헤드(180)는 가열 팁부(183)가 고분자 제품(10)의 표면에 접촉된 상태에서 고분자 제품(10) 표면의 손상부를 따라 이동하면서 고분자 제품(10)을 부분적으로 용융시킴으로써 손상부를 메울 수 있다.
제품 복원 헤드(180)는 도시된 것과 같이 가열부(181) 위에 단열부(186)가 배치되는 구조 이외의 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 또한 제품 복원 헤드(180)에 대한 전원 공급 방식은 헤드 커플러(145)의 커넥터(147)를 이용하는 방식 이외에 다양한 다른 방식으로 변경될 수 있다. 또한 제품 복원 헤드(180)는 헤드 커플러(145)에 선택적으로 결합되어 사용되는 방식 이외에, 다양한 다른 방식으로 구동 유닛(130)과 직접 또는 간접적으로 연결되어 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)의 작용에 대하여 설명한다.
고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)는 시험 대상 고분자 제품(10)에 대한 물성 시험을 수행하기 위해 그 고정 지그(110)가 고분자 제품(10)에 고정된다. 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)는 고정 지그(110)와 구동 유닛(130) 및 시험 헤드 유닛(140) 중 적어도 일부 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 분리된 상태로 운반되어 고분자 제품(10) 상에서 다른 것과 결합될 수 있다. 물론, 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)는 고정 지그(110)와 구동 유닛(130) 및 시험 헤드 유닛(140)이 모두 결합된 상태로 휴대되어 고분자 제품(10)에 결합될 수도 있다.
고정 지그(110)는 체결 스트랩(118)이 고분자 제품(10)의 둘레를 부분적으로 감는 방식으로 고분자 제품(10)에 안정적으로 결합될 수 있다. 고정 지그(110)는 구동 유닛(130)의 수평 구동부(131)가 시험 대상 고분자 제품(10)의 표면과 평행하게 놓일 수 있도록 고분자 제품(10)의 표면 상에 배치된다.
도 9에 나타낸 것과 같이, 고정 지그(110)가 고분자 제품(10)에 고정된 상태에서 구동 유닛(130)의 수직 구동부(133)가 작동하여 시험 헤드 유닛(140)을 고분자 제품(10) 쪽으로 수직 이동시킨다. 이때, 제어 유닛(170)이 수직 구동부(133)의 동작을 제어하여 제품 시험 헤드(150)가 설정된 수직 하중으로 고분자 제품(10)의 표면에 접촉하도록 시험 헤드 유닛(140)의 수직 이동 거리를 조절할 수 있다. 제어 유닛(170)은 제품 시험 헤드(150)가 고분자 제품(10)의 표면에 밀착될 때 수직 하중 로드셀(154)의 검출 신호를 피드백 신호로 이용하여 수직 구동부(133)를 제어함으로써, 고분자 제품(10) 표면에 작용하는 수직 하중이 정확하게 설정된 시험 시작 하중에 이르게 할 수 있다.
제품 시험 헤드(150)가 설정된 수직 하중을 가하도록 고분자 제품(10)의 표면에 밀착된 후, 구동 유닛(130)의 수평 구동부(131)가 작동하여 제품 시험 헤드(150)를 설정된 이동 거리와 이동 속도로 고분자 제품(10)의 표면을 따라 수평 이동시킨다. 이때, 제어 유닛(170)은 수직 하중 로드셀(154)에서 측정되는 수직 하중 값과 설정 수직 하중 값에 따라 제품 시험 헤드(150)의 높이를 조정해 설정된 조건에 따라 고분자 제품(10)에 대한 스크래치 시험이 수행되도록 수 있다. 제품 시험 헤드(150)가 수평 이동할 때, 수평 하중 로드셀(160)이 제품 시험 헤드(150)를 통해 고분자 제품(10) 표면에 작용하는 수평 하중을 검출하고, 그 검출 신호를 제어 유닛(170)에 전송한다. 제어 유닛(170)은 앞서 설명한 것과 같은 보정 방법을 통해 실제 고분자 제품(10) 표면에 작용하는 수평 하중을 산출할 수 있다.
한편, 제품 시험 헤드(150)를 이용한 스크래치 시험 후, 제품 복원 헤드(180)를 이용하여 스크래치 시험 시 고분자 제품(10)의 표면에 발생한 스크래치 등의 손상을 원상 복원할 수 있다. 고분자 제품(10)의 손상 복원 작업을 수행하기 위해, 도 10에 나타낸 것과 같이, 헤드 커플러(145)에서 제품 시험 헤드(150)를 분리하고 헤드 커플러(145)에 제품 복원 헤드(180)를 결합한다. 그리고 구동 유닛(130)의 수직 구동부(133)를 작동시켜 제품 복원 헤드(180)의 가열부(181)를 손상이 발생한 고분자 제품(10)의 표면에 밀착시킨다. 이때 가열부(181)가 고분자 제품(10)에 열을 가하여 고분자 제품(10)의 표면을 부분 용융시킴으로써 스크래치 등의 손상을 원상 복원시킬 수 있다. 고분자 제품(10)의 손상이 긴 형상인 경우, 수평 구동부(131)를 작동시켜 제품 복원 헤드(180)를 고분자 제품(10)의 표면을 따라 이동시킴으로써, 손상 부위 전체를 원상 복원시킬 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)는 구조가 간단하고, 휴대가 편리하며, 다양한 형태의 고분자 제품에 간단히 설치될 수 있다. 따라서 설치되어 있는 고분자 제품을 분리하거나 시편을 채취할 필요 없이 설치된 상태 그대로 고분자 제품에 대한 물성 시험을 수행할 수 있다.
또한 고정 지그(110)와 구동 유닛(130) 및 시험 헤드 유닛(140)이 간단한 탈착식 구조를 취함으로써, 구성 요소를 분리하여 보관하거나 운반할 수 있고, 고장 발생 시 유지 보수가 편리하다.
또한 제품 복원 헤드(180)를 이용함으로써, 물성 시험 시 고분자 제품(10) 표면에 발생하는 스크래치 등의 손상을 쉽게 원상 복원할 수 있어, 물성 시험에 따른 고분자 제품(10)의 내구성 저하나, 수명 단축의 문제를 줄일 수 있다.
한편, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치를 나타낸 측면도이다.
도 11에 나타낸 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(200)는 시험 대상인 고분자 제품(10)에 탈착식으로 고정되는 고정 지그(110)와, 고정 지그(110)에 결합되는 구동 유닛(130)과, 고분자 제품(10) 상에서 움직일 수 있도록 구동 유닛(130)에 결합되는 시험 헤드 유닛(210)과, 시험 헤드 유닛(210)으로부터 검출 신호를 수신하는 제어 유닛(170; 도 3 참조)과, 물성 시험 시 고분자 제품(10)의 표면에 발생하는 손상을 원상 복원시키기 위한 제품 복원 헤드(220)를 포함한다. 이러한 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(200)는 앞서 설명한 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(100)와 대부분의 구성이 같으며, 시험 헤드 유닛(210) 및 제품 복원 헤드(220)의 구성 일부가 변형된 것이다.
시험 헤드 유닛(210)은 구동 유닛(130)에 결합되는 이동 프레임(211)과, 이동 프레임(211)에 결합되는 시험 헤드부(213)와, 시험 헤드부(213)를 통해 고분자 제품(10)에 작용하는 수직 하중 및 수평 하중을 각각 검출하기 위한 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)을 포함한다. 시험 헤드부(213)는 수직 하중 로드셀(154)을 통해 이동 프레임(211)에 회전 가능하게 지지되고, 수직 하중 로드셀(154) 및 수평 하중 로드셀(160)과 연결되는 헤드 커플러(214)와, 헤드 커플러(214)의 하단에 배치되는 제품 시험 헤드(216)를 포함한다. 제품 시험 헤드(216)는 헤드 커플러(214)에 고정식 또는 탈착식 구조로 결합될 수 있다.
제품 복원 헤드(220)는 열을 가하여 고분자 제품(10)의 표면을 부분 용융시킴으로써 제품 시험 헤드(216)에 의해 고분자 제품(10)의 표면에 발생하는 스크래치 등의 손상을 원상 복원시킬 수 있다. 제품 복원 헤드(220)는 앞서 설명한 것과 같이 가열부(181; 도 8 참조)와, 단열부(186; 도 8 참조)를 포함하는 구조를 취할 수 있다.
제품 복원 헤드(220)는 시험 헤드 유닛(210)의 이동 프레임(211)에 설치되는 제품 복원 헤드 이송부(230)에 의해 이동할 수 있다. 제품 복원 헤드 이송부(230)는 제품 복원 헤드(220)를 고분자 제품(10)의 표면에 대해 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 제품 복원 헤드 이송부(230)는 도시된 것과 같이, 고분자 제품(10)의 표면에 대해 수직으로 이동 프레임(211)의 일측에 배치되는 가이드 레일(231)과, 가이드 레일(231)에 직선 이동 가능하게 결합되는 이동부재(233)를 포함하는 구조, 또는 제품 복원 헤드(220)를 수직 이동시킬 수 있는 다양한 다른 구조를 취할 수 있다.
이러한 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치(200)는 제품 시험 헤드(216)의 끝단이 고분자 제품(10)의 표면에 접촉하도록 제품 시험 헤드(216)를 수직 이동시켜 고분자 제품(10)의 표면에 대한 물성 시험을 수행할 수 있다. 그리고 물성 시험 후, 제품 복원 헤드 이송부(230)로 제품 복원 헤드(220)를 고분자 제품(10)의 표면에 접촉시키고 제품 복원 헤드(220)로 고분자 제품(10)의 표면을 부분 용융시킴으로써, 물성 시험 시 고분자 제품(10)의 표면에 발생하는 손상을 원상 복귀할 수 있다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 고정 지그(110)는 앞서 설명한 것과 같이, 체결 스트랩(118)을 이용하는 방식 이외의 다양한 다른 방식으로 고분자 제품에 고정될 수 있는 다른 구조로 변경될 수 있다. 또한 고정 지그는 구동 유닛 고정부와 제품 고정부가 분리될 수 있는 구조를 취할 수 있다.
일예로, 고정 지그(310)는 도 12 및 도 13에 나타낸 것과 같이, 하나의 구동 유닛 고정부(311)에 복수의 제품 고정부(315)(320)가 선택적으로 결합되어 사용될 수 있는 구조를 취할 수 있다.
도 12 및 도 13에 나타낸 고정 지그(310)는 구동 유닛(130)이 고정되는 구동 유닛 고정부(311)와, 구동 유닛 고정부(311)에 선택적으로 결합되어 사용될 수 있는 복수의 교체형 제품 고정부(315)(320)와, 구동 유닛 고정부(311)를 고분자 제품(10)(20)에 체결시키기 위한 체결 스트랩(118)을 포함한다. 체결 스트랩(118)은 앞서 설명한 것과 같은 것으로, 그 일단이 구동 유닛 고정부(111)의 일측에 구비되는 스트랩 지지부재(119)에 고정되고 그 타단은 구동 유닛 고정부(111)의 다른 일측에 구비되는 스트랩 고정부재(120)에 분리 가능하게 결합됨으로써, 구동 유닛 고정부(111)를 고분자 제품(10)에 단단히 체결시킬 수 있다.
구동 유닛 고정부(311)는 고분자 제품(10)의 표면에 대해 수직 방향으로 관통 형성된 관통구멍(312)을 갖는 중공형 구조로 이루어진다. 구동 유닛 고정부(311)의 하면에는 제품 고정부(315)(320)의 고정을 위한 복수의 고정홈(313)이 형성된다.
복수의 제품 고정부(315)(320)는 각기 다른 형상의 고분자 제품(10)(20)에 각각 밀착될 수 있도록 서로 다른 형상의 제품 접촉면(316)(321)을 갖는다.
먼저, 도 12에 나타낸 제품 고정부(315)는 원형 파이프 형상의 고분자 제품(10) 표면에 밀착될 수 있도록 아치형의 제품 접촉면(316)을 갖는다. 제품 고정부(315)의 중간에는 구동 유닛 고정부(311)의 관통구멍(312)에 대응하는 통공(317)이 형성된다. 그리고 제품 고정부(315)의 상면에는 구동 유닛 고정부(311)의 고정홈(313)에 대응하는 복수의 고정돌기(318)가 마련된다. 제품 고정부(315)는 고정돌기(318)가 구동 유닛 고정부(311)의 고정홈(313)에 끼움 결합되는 방식으로 구동 유닛 고정부(311)에 탈착식으로 결합될 수 있다. 제품 고정부(315)는 고분자 제품(10)과 접촉 시 밀림을 방지할 수 있도록 고무나 실리콘 등 마찰계수가 큰 소재로 이루어지는 것이 좋다.
도 13에 나타낸 제품 고정부(320)는 평평한 표면을 갖는 제품(20) 표면에 밀착될 수 있도록 평평한 제품 접촉면(321)을 갖는다. 제품 고정부(320)의 중간에는 구동 유닛 고정부(311)의 관통구멍(312)에 대응하는 통공(322)이 형성되고, 제품 고정부(320)의 상면에는 구동 유닛 고정부(311)의 고정홈(313)에 대응하는 복수의 고정돌기(323)가 마련된다. 제품 고정부(320) 역시 제품(20)과 접촉 시 밀림을 방지할 수 있도록 고무나 실리콘 등 마찰계수가 큰 소재로 이루어지는 것이 좋다.
이러한 고정 지그(310)는 복수의 제품 고정부(315)(320) 중에서 물성 시험을 하고자 하는 고분자 제품(10)(20)의 표면 형상에 따라 적절한 것을 선택하여 구동 유닛 고정부(311)에 결합함으로써 해당 고분자 제품(10)(20)에 안정적으로 고정될 수 있다.
하나의 구동 유닛 고정부(311)에 선택적으로 결합되어 사용될 수 있는 제품 고정부의 개수는 다양하게 변경될 수 있고, 각 제품 고정부의 제품 접촉면 형상도 아치형이나 평면형 이외의 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한 구동 유닛 고정부(311)과 각 제품 고정부(315)(320)는 고정홈(313)과 고정돌기(318)(323)를 이용하는 결합 구조 이외에, 다양한 다른 결합 구조를 취할 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
10, 20 : 고분자 제품
100, 200 : 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치
110, 310 : 고정 지그 111, 311 : 구동 유닛 고정부
114, 315, 320 : 제품 고정부 115, 316, 321 : 제품 접촉면
118 : 체결 스트랩 119 : 스트랩 지지부재
120 : 스트랩 고정부재 130 : 구동 유닛
131 : 수평 구동부 133 : 수직 구동부
135 : 헤드 유닛 고정부 140, 210 : 시험 헤드 유닛
141, 211 : 이동 프레임 144, 213 : 시험 헤드부
145, 214 : 헤드 커플러 147 : 커넥터
150, 216 : 제품 시험 헤드 151 : 접촉 팁부
152, 188 : 삽입돌기 154 : 수직 하중 로드셀
156 : 수직 하중 로드셀 회전 연결부
157 : 지지 브라켓 158, 164 : 제 1, 2 회전축
160 : 수평 하중 로드셀
162 : 수평 하중 로드셀 회전 연결부
163 : 회전 지지부재 170 : 제어 유닛
175 : 전원 공급부 180, 220 : 제품 복원 헤드
181 : 가열부 182 : 발열부
183 : 가열 팁부 184 : 가열면
186 : 단열부 230 : 제품 복원 헤드 이송부
231 : 가이드 레일 233 : 이동부재
318, 323 : 고정돌기

Claims (13)

  1. 고분자 제품의 표면에 탈착식으로 결합되는 고정 지그;
    상기 고정 지그에 결합되는 구동 유닛; 및
    상기 고분자 제품의 물성을 측정하기 위해 상기 구동 유닛에 의해 상기 고분자 제품의 표면 상에서 움직일 수 있도록 상기 구동 유닛과 연결되는 시험 헤드 유닛;을 포함하고,
    상기 시험 헤드 유닛은,
    상기 구동 유닛에 의해 상기 고분자 제품의 표면을 따라 수평 이동 및 상기 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 수직 이동하는 이동 프레임과,
    상기 이동 프레임에 회전 가능하게 지지되고 상기 고분자 제품의 표면에 접촉하는 제품 시험 헤드를 갖는 시험 헤드부와,
    상기 시험 헤드부를 통해 상기 고분자 제품의 표면에 수직 방향으로 작용하는 수직 하중을 검출하기 위해 상기 시험 헤드부와 연결되는 수직 하중 로드셀과,
    상기 시험 헤드부가 수평 이동할 때 상기 시험 헤드부에 의해 상기 이동 프레임의 수평 이동 방향과 평행한 방향으로 상기 고분자 제품의 표면에 작용하는 수평 하중을 검출하기 위해 상기 시험 헤드부와 연결되는 수평 하중 로드셀을 구비하며,
    상기 수직 하중 로드셀은, 상기 이동 프레임의 수평 이동 방향 및 수직 이동 방향과 각각 수직으로 배치되는 제 1 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 상기 이동 프레임에 결합되어 상기 시험 헤드부를 상기 이동 프레임에 대해 회전할 수 있게 지지하고,
    상기 수평 하중 로드셀은, 상기 이동 프레임에 고정되고 상기 제 1 회전축과 평행하게 상기 시험 헤드부의 중간에 배치되는 제 2 회전축을 통해 상기 시험 헤드부와 상대 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 지그는,
    상기 구동 유닛이 고정되는 구동 유닛 고정부와,
    중간 부분이 상기 고분자 제품의 외측 둘레를 부분적으로 감싸도록 일단이 상기 구동 유닛 고정부의 일측에 고정되고 타단이 상기 구동 유닛 고정부의 다른 일측에 고정되어 상기 구동 유닛 고정부를 상기 고분자 제품에 체결시키는 체결 스트랩을 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정 지그는, 상기 고분자 제품의 표면에 접촉될 수 있도록 상기 고분자 제품의 표면에 대응하는 형상의 제품 접촉면을 구비하고 상기 구동 유닛 고정부의 단부에 결합되는 제품 고정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제품 고정부는 상기 제품 접촉면의 형상이 서로 다른 복수의 것이 상기 구동 유닛 고정부에 선택적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 유닛 고정부는 상기 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 관통 형성된 관통구멍을 갖는 중공형 구조로 이루어져 상기 시험 헤드 유닛의 시험 헤드부가 상기 관통구멍을 통해 상기 고분자 제품의 표면에 접촉하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 하중 로드셀 및 상기 수평 하중 로드셀로부터 검출 신호를 수신하는 제어 유닛;을 더 포함하고,
    상기 제어 유닛은 아래의 수학식으로 상기 제품 시험 헤드를 통해 상기 고분자 제품에 작용하는 실제 수평 하중을 산출하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
    Figure 112018017111879-pat00003

    (Factual : 고분자 제품에 작용하는 실제 수평 하중, F : 수평 하중 로드셀이 검출한 수평 하중, l : 제 1 회전축에서 제 2 회전축까지의 거리, L : 제 1 회전축에서 고분자 제품에 접촉하는 제품 시험 헤드 끝단까지의 거리)
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 시험 헤드 유닛은,
    상기 이동 프레임에 대해 회전할 수 있도록 상기 수직 하중 로드셀 및 상기 수평 하중 로드셀과 연결되는 헤드 커플러를 더 포함하고,
    상기 제품 시험 헤드는 상기 헤드 커플러의 끝단에 탈착식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  9. 고분자 제품의 표면에 탈착식으로 결합되는 고정 지그;
    상기 고정 지그에 결합되는 구동 유닛; 및
    상기 고분자 제품의 물성을 측정하기 위해 상기 구동 유닛에 의해 상기 고분자 제품의 표면 상에서 움직일 수 있도록 상기 구동 유닛과 연결되는 시험 헤드 유닛;을 포함하고,
    상기 시험 헤드 유닛은,
    상기 구동 유닛에 의해 상기 고분자 제품의 표면을 따라 수평 이동 및 상기 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 수직 이동하는 이동 프레임과,
    상기 이동 프레임에 회전 가능하게 지지되고 상기 고분자 제품의 표면에 접촉하는 제품 시험 헤드를 갖는 시험 헤드부와,
    상기 시험 헤드부를 통해 상기 고분자 제품의 표면에 수직 방향으로 작용하는 수직 하중을 검출하기 위해 상기 시험 헤드부와 연결되는 수직 하중 로드셀과,
    상기 시험 헤드부가 수평 이동할 때 상기 시험 헤드부에 의해 상기 이동 프레임의 수평 이동 방향과 평행한 방향으로 상기 고분자 제품의 표면에 작용하는 수평 하중을 검출하기 위해 상기 시험 헤드부와 연결되는 수평 하중 로드셀을 구비하며,
    상기 고분자 제품의 표면을 부분 용융시켜 상기 제품 시험 헤드에 의해 상기 고분자 제품의 표면에 발생하는 손상을 원상 복원시키기 위해 상기 구동 유닛에 의해 움직일 수 있게 설치되는 제품 복원 헤드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 시험 헤드 유닛은,
    상기 이동 프레임에 대해 회전할 수 있도록 상기 수직 하중 로드셀 및 상기 수평 하중 로드셀과 연결되는 헤드 커플러를 더 포함하고,
    상기 헤드 커플러의 끝단에 상기 제품 시험 헤드와 상기 제품 복원 헤드 중 어느 하나가 선택적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제품 복원 헤드는,
    전원을 공급받아 발열하여 상기 고분자 제품의 표면을 접촉식으로 가열하는 가열부와,
    상기 가열부와 결합되어 상기 헤드 커플러와 상기 가열부 사이에서 상기 가열부에서 발생하는 열을 상기 헤드 커플러에 전달되지 않도록 차단하는 단열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 헤드 커플러는 상기 제품 시험 헤드 또는 상기 제품 복원 헤드와 전기적으로 연결될 수 있는 커넥터를 구비하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제품 복원 헤드를 상기 고분자 제품의 표면에 대해 수직 방향으로 이동시킬 수 있도록 상기 이동 프레임에 설치되는 제품 복원 헤드 이송부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 제품의 휴대용 물성 시험장치.
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