KR101891319B1

KR101891319B1 - 고유 진동수 측정 장치

Info

Publication number: KR101891319B1
Application number: KR1020180051444A
Authority: KR
Inventors: 오수복; 김진영; 조성명; 강준희; 한종간
Original assignee: 에이아이시스템즈 주식회사
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2018-05-03
Publication date: 2018-08-23
Also published as: KR20180048555A

Abstract

본 발명은 고유 진동수 측정 장치에 관한 것으로, 충격을 생성하는 오토 임팩트 해머; 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator)를 통해 일정한 시간 간격의 신호를 출력하여 상기 오토 임팩트 해머를 제어하는 해머 컨트롤러; 상기 해머 컨트롤러의 제어에 의해 동작하는 상기 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받는 솔레노이드 샤프트; 상기 솔레노이드 샤프트에 장착되어, 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 검사 대상물에 인가하는 해머 팁; 및 상기 솔레노이드 샤프트 또는 상기 해머 팁 상에 설치되는 댐핑;을 포함한다.

Description

고유 진동수 측정 장치{NATURAL FREQUENCY MEASURING DEVICE}

본 발명의 실시예는 고유 진동수 측정 장치에 관한 것이다.

임팩트 해머(Impact Hammer)는 구조물에 충격력을 인가하여 진동을 발생시키켜 구조물에 가진(加振)하기 위한 것으로서, 자동으로 가진 할 수 있도록 구성되는 가진기(Exciter)와 함께 널리 사용되고 있다.

가진기가 구조물과 가진기의 기계적인 결합을 유지하면서 보통은 일정한 주파수 또는 주파수를 원하는 형태로 변경시키면서 가진력을 구조물에 전달하는 반면, 임팩트 해머는 실험자가 해머를 치듯이 수동으로 구조물을 타격하여 가진력을 구조물에 전달한다.

이와 같은 임팩트 해머는 가진기에 비해 가진력은 작지만, 운용이 간편하여 건물 바닥시스템의 진동실험이나 소형 구조물에 주로 사용되고 있으며, 최근에는 이와 같은 임팩트 해머 또는 가진기를 보다 개선한 오토 임팩트 햄머 형태의 고유 진동수 측정 장치가 사용되고 있다.

오토 임팩트 햄머는 검사 대상물의 표면에 충격력을 인가하고 그에 따라 검사대상 부품에서 발생하는 고유 진동수를 측정하여 부품의 이상 유무를 판단한다.

도 1은 종래 기술에 따른 고유 진동수 측정 장치를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 고유 진동수 측정 장치는 구동장치(10), 탄성 스프링(25), 충격헤드(20)를 포함하며, 충격헤드(20)의 원활한 제어를 위해서, 충격헤드(20)의 이동 속도를 측정할 수 있는 센서(55)를 필요로 한다.

그러나, 종래 기술에 다른 고유 진동수 측정 장치는 포토센서 또는 레이저 센서를 사용하기 때문에 해머의 소형화에 한계가 있었다.

또한, 종래에는 기계 부품의 모달분석 및 FRF 테스트(Frequency Response Function), 충격 테스트(Impact Test) 등에서의 고유주파수 분석은 건축이나 바닥 등 구조물이 아니기 때문에 작은 힘으로 가진이 필요하나, 기계 부품의 가진 시 제품의 질량이 작아 댐핑의 영향이 높으며, 스프링의 탄성으로 과한 감쇠가 추가되어 고유주파수에 향을 미치는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 솔레노이트 샤프트 또는 해머 팁에 댐핑을 포함하는 구조와, 해머 컨트롤러의 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator) 회로를 미세 제어하여 타격시의 더블 히트(double-hit) 문제를 제거하고자 한다.

또한, 본 발명은 센서를 사용하지 않아 해머의 소형화가 가능하도록 하고, 댐핑을 고무, 폴리우레탄, 실리콘 또는 열가소성 재료의 탄성체로 형성하여, 보다 효과적으로 해머 팁의 진동감쇠를 줄여서 측정대상의 정확한 고유주파수를 측정할 수 있도록 하고자 한다.

전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치는 충격을 생성하는 오토 임팩트 해머; 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator)를 통해 일정한 시간 간격의 신호를 출력하여 상기 오토 임팩트 해머를 제어하는 해머 컨트롤러; 상기 해머 컨트롤러의 제어에 의해 동작하는 상기 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받는 솔레노이드 샤프트; 및 상기 솔레노이드 샤프트에 장착되어, 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 검사 대상물에 인가할 때 상기 검사 대상물에 접촉되는 해머 팁;을 포함하며, 상기 솔레노이드 샤프트는, 상기 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받는 제1 샤프트와, 상기 제1 샤프트로부터 인가 받은 충격을 상기 해머 팁으로 전달하는 제2 샤프트가 각각 별도로 구성되며, 상기 제1 샤프트로부터 인가 받은 충격에 의해 생성되는, 상기 해머 팁의 진동감쇠를 줄이기 위해 고무, 폴리우레탄, 실리콘 또는 열가소성 재료의 탄성체로 형성되는 댐핑이 상기 제1 샤프트와 제2 샤프트 사이에 구비되고, 상기 해머 팁은 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 인가받는 임팩트 샤프트를 포함하고, 상기 해머 컨트롤러는, 멀티바이브레이터 IC로 이루어진 솔레이노이드 제어 신호 생성기 회로, 전원 회로 및 가변 저항을 포함하되, 센서를 구비하지 않으며, 상기 제2 샤프트에는 상기 임팩트 샤프트가 삽입될 수 있는 내부 공간이 형성되어 상기 임팩트 샤프트가 상기 제2 샤프트에 삽입될 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치는 충격을 생성하는 오토 임팩트 해머; 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator)를 통해 일정한 시간 간격의 신호를 출력하여 상기 오토 임팩트 해머를 제어하는 해머 컨트롤러; 상기 해머 컨트롤러의 제어에 의해 동작하는 상기 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받는 솔레노이드 샤프트; 및 상기 솔레노이드 샤프트에 장착되어, 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 검사 대상물에 인가할 때 상기 검사 대상물에 접촉되는 해머 팁;을 포함하며, 상기 해머 팁은, 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 인가 받는 임팩트 샤프트와, 상기 임팩트 샤프트를 통해 인가 받은 충격을 상기 검사 대상물에 인가하는 임팩트 팁이 각각 별도로 구성되고, 상기 솔레노이드 샤프트로부터 인가 받은 충격에 의해 생성되는, 상기 해머 팁의 진동감쇠를 줄이기 위해 고무, 폴리우레탄, 실리콘 또는 열가소성 재료의 탄성체로 형성되는 댐핑이 상기 임팩트 샤프트와 상기 임팩트 팁의 사이에 구비되며, 상기 해머 컨트롤러는, 멀티바이브레이터 IC로 이루어진 솔레이노이드 제어 신호 생성기 회로, 전원 회로 및 가변 저항을 포함하되, 센서를 구비하지 않으며, 상기 솔레노이드 샤프트에는 상기 임팩트 샤프트가 삽입될 수 있는 내부 공간이 형성되어 상기 임팩트 샤프트가 상기 솔레노이드 샤프트에 삽입될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 솔레노이트 샤프트 또는 해머 팁에 댐핑을 포함하는 구조와, 해머 컨트롤러의 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator) 회로를 미세 제어하여 타격시의 더블 히트(double-hit) 문제를 제거할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 센서를 사용하지 않아 해머의 소형화가 가능하며, 댐핑을 고무, 폴리우레탄, 실리콘 또는 열가소성 재료의 탄성체로 형성하여, 보다 효과적으로 해머 팁의 진동감쇠를 줄여서 측정대상의 정확한 고유주파수를 측정할 수 있도록 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 고유 진동수 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 보다 상세한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 솔레노이드 샤프트와 해머 팁을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 솔레노이드 샤프트와 해머 팁을 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 진동감쇠 성능을 설명하기 위한 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 보다 상세한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치는 해머 컨트롤러(110), 오토 임팩트 해머(120), 솔레노이드 샤프트(125), 댐핑(130) 및 해머 팁(140)을 포함하여 구성된다.

오토 임팩트 해머(120)는 충격을 생성하여 솔레노이드 샤프트(125), 댐핑(130) 및 해머 팁(140)을 통해 검사 대상물로 인가한다.

해머 컨트롤러(110)는 상기 오토 임팩트 해머(120)를 제어한다. 이때, 상기 해머 컴트롤러(110)는 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator)를 통해 일정한 시간 간격의 신호를 출력하여 상기 오토 임팩트 해머를 제어할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 해머 컨트롤러(110)는 멀티바이브레이터 IC로 이루어진 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator) 회로, 전원회로 및 가변 저항을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator) 회로는 외부트리거 입력시 일정한 시간의 하이(high), 로우(Low) 신호를 출력하고, 가변저항을 이용해 시간 간격을 나노세컨드(ns)수준으로 미세 조정이 가능하여, 타격시의 더블 히트(double-hit) 문제를 제거할 수 있으며, 센서를 사용하지 않아 해머의 소형화가 가능한 장점이 있다.

솔레노이드 샤프트(125)는 상기 해머 컨트롤러(110)의 제어에 의해 동작하며, 오토 임팩트 해머(125)로부터 충격을 인가 받는다.

또한, 상기 솔레노이드 샤프트(125)에는 해머 팁(140)이 장착된다.

보다 구체적으로, 상기 해머 팁(140)은 상기 솔레노이드 샤프트(125)를 통해 전달되는 충격을 검사 대상물에 인가한다.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면 댐핑(damping: 130)이 상기 솔레노이드 샤프트 또는 상기 해머 팁 상에 설치될 수 있다.

상기 댐핑(130)은 검사 대상물의 타격 시 상기 오토 임팩트 해머(120)가 가하는 진동 감쇠를 줄여 정확한 고유주파수 측정이 가능하도록 한다.

이때, 진동 감쇠라 함은 진동계에서 전파되는 파의 진폭이 시간에 따라 혹은 공간에 따라 줄어드는 현상을 말한다.

감쇠비와 고유주파수의 관계는 다음의 수학식 1에 의해 설명될 수 있다.

이때, ω_d는 측정 주파수, ω는 고유주파수, ζ는 감쇠비를 나타낸다.

수학식 1에서와 같이, 감쇠비(ζ)가 용에 가까울수록 측정주파수와 고유주파수가 같아지는 것을 확인할 수 있다.

또한, 파동의 일률은 다음의 수학식 2에 의해 설명될 수 있다.

고주파수의 진동의 경우 진동수(ω)가 높기 때문에 진폭(A)가 상대적으로 낮다. 이 경우 작은 감쇠에도 과감쇠 되어 진동이 발생하지 않는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면 오토 임팩트 해머(120)에 결합되는 솔레노이드 샤프트(125)와 해머 팁(140) 사이에 댐핑(130)을 사용하여 감쇠를 줄이면 더블 히트(double-hit)를 제거할 수 있다.

한편, 상기 댐핑(130)은 고무, 폴리우레탄, 실리콘 또는 열가소성 재료의 탄성체로 형성되어, 보다 효과적으로 해머 팁(140)의 진동감쇠를 줄여서 측정대상의 정확한 고유주파수를 측정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 솔레노이드 샤프트와 해머 팁을 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치는 솔레노이드 샤프트(125)와 해머 팁(140)을 포함하여 구성된다.

솔레노이드 샤프트(125)는 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받으며, 해머 팁(140)은 상기 솔레노이드 샤프트(125)에 장착되어, 상기 솔레노이드 샤프트(125)를 통해 전달되는 충격을 검사 대상물에 인가한다.

보다 구체적으로, 도 4의 실시예에서는 솔레노이드 샤프트(125)가 제1 샤프트(121)와 제2 샤프트(122)로 각각 별도로 구성될 수 있으며, 댐핑(130)이 상기 제1 샤프트(121)와 상기 제2 샤프트(122)의 사이에 구비될 수 있다.

또한, 해머 팁(140)은 임팩트 샤프트(141)와 임팩트 팁(142)을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 도 3의 실시예에서는 댐핑(130)이 상기 제1 샤프트(121)와 상기 제2 샤프트(122)의 사이에 구비되어 진동감쇠를 줄여 검사 대상물의 고유 진동수를 보다 정확하게 검출하도록 할 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 솔레노이드 샤프트와 해머 팁을 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치도 솔레노이드 샤프트(125)와 해머 팁(140)을 포함하여 구성된다.

도 5의 실시예에서는 댐핑(130)이 해머 팁(140) 상에 포함된다.

보다 구체적으로, 도 5의 실시예에서는 상기 해머 팁(140)은 상기 솔레노이드 샤프트(125)를 통해 전달되는 충격을 인가 받는 임팩트 샤프트(141)와, 상기 임팩트 샤프트(141)를 통해 인가 받은 충격을 검사 대상물에 인가하는 임팩트 팁(142)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 댐핑(130)은 상기 임팩트 샤프트(141)와 상기 임팩트 팁(142)의 사이에 포함되도록 구비되어 진동감쇠를 줄여 검사 대상물의 고유 진동수를 보다 정확하게 검출하도록 할 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 진동감쇠 성능을 설명하기 위한 그래프로서, 보다 상세하세는 도 6는 종래 기술에 따른 고유 진동수 측정 장치의 고유주파수 스펙트럼 진폭 추이(510)를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고유 진동수 측정 장치의 고유주파수 스펙트럼 진폭 추이(520)를 도시한 그래프이다.

종래 기술에 따르면 도 6에 도시된 바와 같이 충격에 따른 영향에 의한 진동감쇠가 크게 되어 검사 대상물의 고유진동수를 정확하게 검출하기 어렵다.

그러나, 본 발명의 일실시예에 따르면 도 7에 도시된 바와 같이 진동감쇠를 줄여 검사 대상물의 정확한 고유진동수를 측정할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 솔레노이트 샤프트 또는 해머 팁에 댐핑을 포함하는 구조와, 해머 컨트롤러의 솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator) 회로를 미세 제어하여 타격시의 더블 히트(double-hit) 문제를 제거할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 해머 컨트롤러
120: 오토 임팩트 해머
121: 제1 샤프트
122: 제2 샤프트
125: 솔레노이드 샤프트
130: 댐핑
140: 해머 팁
141: 임팩트 샤프트
142: 임팩트 팁

Claims

충격을 생성하는 오토 임팩트 해머;
솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator)를 통해 일정한 시간 간격의 신호를 출력하여 상기 오토 임팩트 해머를 제어하는 해머 컨트롤러;
상기 해머 컨트롤러의 제어에 의해 동작하는 상기 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받는 솔레노이드 샤프트; 및
상기 솔레노이드 샤프트에 장착되어, 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 검사 대상물에 인가할 때 상기 검사 대상물에 접촉되는 해머 팁;을 포함하며,
상기 솔레노이드 샤프트는,
상기 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받는 제1 샤프트와, 상기 제1 샤프트로부터 인가 받은 충격을 상기 해머 팁으로 전달하는 제2 샤프트가 각각 별도로 구성되며,
상기 제1 샤프트로부터 인가 받은 충격에 의해 생성되는, 상기 해머 팁의 진동감쇠를 줄이기 위해 고무, 폴리우레탄, 실리콘 또는 열가소성 재료의 탄성체로 형성되는 댐핑이 상기 제1 샤프트와 제2 샤프트 사이에 구비되고,
상기 해머 팁은 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 인가받는 임팩트 샤프트를 포함하고,
상기 해머 컨트롤러는,
멀티바이브레이터 IC로 이루어진 솔레이노이드 제어 신호 생성기 회로, 전원 회로 및 가변 저항을 포함하되, 센서를 구비하지 않으며,
상기 제2 샤프트에는 상기 임팩트 샤프트가 삽입될 수 있는 내부 공간이 형성되어 상기 임팩트 샤프트가 상기 제2 샤프트에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 고유 진동수 측정 장치.
충격을 생성하는 오토 임팩트 해머;
솔레노이드 제어 신호 생성기(Solenoid Control Signal Generator)를 통해 일정한 시간 간격의 신호를 출력하여 상기 오토 임팩트 해머를 제어하는 해머 컨트롤러;
상기 해머 컨트롤러의 제어에 의해 동작하는 상기 오토 임팩트 해머로부터 충격을 인가 받는 솔레노이드 샤프트; 및
상기 솔레노이드 샤프트에 장착되어, 상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 검사 대상물에 인가할 때 상기 검사 대상물에 접촉되는 해머 팁;을 포함하며,
상기 해머 팁은,
상기 솔레노이드 샤프트를 통해 전달되는 충격을 인가 받는 임팩트 샤프트와, 상기 임팩트 샤프트를 통해 인가 받은 충격을 상기 검사 대상물에 인가하는 임팩트 팁이 각각 별도로 구성되고,
상기 솔레노이드 샤프트로부터 인가 받은 충격에 의해 생성되는, 상기 해머 팁의 진동감쇠를 줄이기 위해 고무, 폴리우레탄, 실리콘 또는 열가소성 재료의 탄성체로 형성되는 댐핑이 상기 임팩트 샤프트와 상기 임팩트 팁의 사이에 구비되며,
상기 해머 컨트롤러는,
멀티바이브레이터 IC로 이루어진 솔레이노이드 제어 신호 생성기 회로, 전원 회로 및 가변 저항을 포함하되, 센서를 구비하지 않으며,
상기 솔레노이드 샤프트에는 상기 임팩트 샤프트가 삽입될 수 있는 내부 공간이 형성되어 상기 임팩트 샤프트가 상기 솔레노이드 샤프트에 삽입되는 고유 진동수 측정 장치.