KR101904197B1 - 낙하 시험 장치 및 이를 이용한 낙하 시험 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 낙하 시험 장치 및 이를 이용하는 낙하 시험 방법을 개시한다. 본 발명은, 외부의 크레인에 장착되는 플레이트와, 상기 플레이트의 일단에 설치되며, 전자기력에 의해 상기 플레이트에 고정되는 마그넷 홀더와, 상기 플레이트의 타단에 상기 마그넷 홀더와 마주보도록 설치 되는 카운터 웨이트와, 연결부재에 의해 상기 마그넷 홀더와 연결되며, 일측에 시험체가 장착되는 더미 구조체와, 상기 더미 구조체와 상기 시험체 사이에 설치되고, 상기 시험체의 충격량을 측정하는 로드셀 유닛 및 상기 마그넷 홀더에 상기 전자기력이 생성되도록 제어하고, 상기 로드셀 유닛에서 측정된 상기 충격량을 수신하는 제어부를 포함하고, 상기 마그넷 홀더에서 상기 전자기력이 해제되면 상기 연결부재가 상기 마그넷 홀더에서 분리되어 상기 더미 구조체 및 상기 시험체가 지면으로 낙하 되는 낙하 시험 장치를 개시한다.

Description

낙하 시험 장치 및 이를 이용한 낙하 시험 방법{Drop testing apparatus and drop testing method of using the same}
본 발명은 낙하 시험 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 통신/가전제품, 항공기 부품 및 기타 기계부품에 대한 낙하 시험 환경을 제공할 수 있는 낙하 시험 장치에 관한 것이다.
대부분의 낙하 시험 장치는 설치된 특정한 공간에서 이루어지고 있어, 작업현장이나 사용자가 원하는 장소로 시험장치를 이동하는데 많은 어려움이 있다. 또한, 크기나 무게에 제한이 따르므로 전체 시스템 또는 부품을 시험하기에는 적합하지 않은 문제가 있다.
또한, 낙하 시험 장치는 일반적으로 수직 변위, 하중, 가속도, 속도 및 변형률을 측정하고 데이터를 처리하는 기능을 포함하는 것이 바람직하나, 소형 낙하 시험 장치는 특정한 높이에서 전자석을 이용하여 직접 소형 부품을 떨어뜨리거나, 특정한 무게를 떨어뜨려서 부품이나 장비의 단순한 충격하중 특성을 파악하기 때문에 다양한 정보의 획득이 어려운 단점이 존재한다.
그리고, 대형 낙하 시험 장치는 고가의 설비로 착륙장치나 동체의 내추락성 특성을 파악하는데에는 적합하나, 크기의 제한으로 전 기체 레벨의 시험에는 부적합하며, 특정 부품에 대해 낙하 시험용 치구와 경계조건을 구현하는 구조물을 필요로 하는 등 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명의 실시예들은 이동 가능하며, 측정결과의 신뢰성이 향상된 낙하 시험 장치 및 낙하 시험 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면은, 외부의 크레인에 장착되는 플레이트와, 상기 플레이트의 일단에 설치되며, 전자기력에 의해 상기 플레이트에 고정되는 마그넷 홀더와, 상기 플레이트의 타단에 상기 마그넷 홀더와 마주보도록 설치 되는 카운터 웨이트와, 연결부재에 의해 상기 마그넷 홀더와 연결되며, 일측에 시험체가 장착되는 더미 구조체와, 상기 더미 구조체와 상기 시험체 사이에 설치되고, 상기 시험체의 충격량을 측정하는 로드셀 유닛 및 상기 마그넷 홀더에 상기 전자기력이 생성되도록 제어하고, 상기 로드셀 유닛에서 측정된 상기 충격량을 수신하는 제어부를 포함하고, 상기 마그넷 홀더에서 상기 전자기력이 해제되면 상기 연결부재가 상기 마그넷 홀더에서 분리되어 상기 더미 구조체 및 상기 시험체가 지면으로 낙하할 수 있다.
또한, 상기 더미 구조체의 일측에 지면과 마주보도록 설치되어, 상기 시험체와 상기 지면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서 및 상기 시험체의 일측에 설치되어 상기 시험체의 스트레인(strain) 변화를 측정하는 스트레인 측정 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 더미 구조체의 질량 중심에 인접하게 설치되어 상기 시험체의 위치 변화를 측정하는 위치 측정 센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결부재는 상기 시험체와 상기 마그넷 홀더가 소정거리 이격되도록 낙하 방향으로 연장될 수 있다.
또한, 상기 마그넷 홀더의 일측에서 돌출되고, 상기 플레이트의 개구에 삽입되어 상기 플레이트의 일면에서 타면으로 연속되는 후크 및 상기 후크와 상기 플레이트 사이에 배치되는 탄성부재를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 로드셀 유닛은 상기 더미 구조체와 연결되는 제1 프레임과, 상기 시험체와 연결되는 제2 프레임과, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 배치되는 복수개의 로드셀 및 이웃하는 상기 로드셀 사이에 설치되고, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 이동을 안내하는 가이드부를 구비할 수 있다.
또한, 상기 플레이트의 측단에서 상기 지면을 향하여 경사지게 연장되고, 상기 플레이트를 기 설정된 위치에 고정하는 위치 설정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 시험체가 장착된 상기 더미 구조체의 무게 중심을 산출하고, 상기 더미 구조체의 진동 주기를 이용하여 관성 모멘트를 산출할 수 있다.
또한, 상기 더미 구조체의 단부에 설치되어 상기 더미 구조체와 상기 지면 사이의 경사를 설정하는 경사 설정부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 외부의 크레인의 일측에 장착되며, 전자기력이 생성되면 플레이트에 고정되고 상기 전자기력이 해제되면 상기 플레이트에 대해서 회동하는 마그넷 홀더를 구비하는 마그넷 유닛과, 일측은 상기 마그넷 홀더와 연결되고, 타측은 시험체가 장착되어 상기 시험체가 지면과 마주보게 배치되는 더미 구조체와, 상기 더미 구조체와 상기 시험체 사이에 설치되며, 상기 시험체의 낙하방향으로 연장되는 가이드부가 로드셀에 인접하게 배치되는 로드셀 유닛과, 상기 더미 구조체의 일측에 장착되어 상기 더미 구조체의 위치 변화나 지면과의 거리를 측정하는 제1 센서 및 상기 시험체의 일측에 설치되어 상기 시험체의 스트레인(strain) 변화를 측정하는 제2 센서를 포함하는 낙하 시험 장치를 제공한다.
또한, 상기 마그넷 유닛에 상기 전자기력이 생성되면 상기 더미 구조체는 상기 마그넷 유닛에 연결되고, 상기 마그넷 유닛에 상기 전자기력이 해제되면 상기 더미 구조체는 상기 마그넷 유닛에서 분리되어 상기 지면으로 낙하될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 스트레인(strain) 측정 센서가 설치된 시험체와 더미 구조체 사이에 로드셀 유닛을 장착하는 단계와, 상기 더미 구조체를 마그넷 유닛에 연결하고, 상기 마그넷 유닛에 전자기력을 생성하여, 상기 더미 구조체 및 상기 시험체를 기설정된 높이로 낙하 높이를 설정하는 단계와, 제어부가 상기 마그넷 유닛에 생성된 전자기력을 해제하여 상기 더미 구조체 및 상기 시험체를 낙하시키는 단계 및 상기 로드셀 유닛으로부터 상기 시험체의 충격량을 측정하고, 상기 스트레인 측정 센서로부터 상기 시험체의 스트레인 변화를 측정하는 단계를 포함하는 시험체의 낙하 시험 방법을 제공한다.
또한, 상기 시험체가 장착된 상기 더미 구조체의 무게 중심을 산출하고, 상기 더미 구조체의 진동 주기를 이용하여 관성 모멘트를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 로드셀 유닛은 상기 더미 구조체와 연결되는 제1 프레임과, 상기 시험체와 연결되는 제2 프레임과, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 배치되는 복수개의 로드셀 및 이웃하는 상기 로드셀 사이에 설치되고, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 이동을 안내하는 가이드부를 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 낙하 시험 장치 및 낙하 시험 방법은 이동가능한 마그넷 유닛을 이용하므로 다양한 시험 환경 조건에서 낙하 시험을 수행할 수 있다.
또한, 낙하 시험 장치 및 낙하 시험 방법은 센서들이 전자기력에 영향을 받지 않으므로, 측정결과의 신뢰성이 향상되고, 장치의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 낙하 시험 장치 및 낙하 시험 방법은 측정 데이터가 필요한 시험체와, 시험체가 장착되는 더미 구조체가 각각 구분되게 설치되므로, 측정 결과 데이터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 낙하 시험 장치 및 낙하 시험 방법은 압력을 측정하여 진동 시험, 구조 시험, 압력 계측 시험등으로 다양하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙하 시험 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 낙하 시험 장치를 다른 측면에서 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 낙하 시험 장치를 개념적으로 도시한 구조도이다.
도 4는 도 1의 마그넷 유닛을 도시한 사시도이다.
도 5a는 도 1의 로드셀 유닛을 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 일부를 절단하여 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 낙하 시험 장치의 제어 관계를 도시한 블록도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 낙하 시험 방법을 도시한 흐름도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 낙하 시험 방법을 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 또한, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 낙하 시험 장치(100)를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 낙하 시험 장치(100)를 다른 측면에서 도시한 사시도이며, 도 3은 도 1의 낙하 시험 장치(100)를 개념적으로 도시한 구조도이다.
도1 내지 도 3을 참조하면, 낙하 시험 장치(100)는 마그넷 유닛(110), 더미 구조체(120), 로드셀 유닛(130), 복수개의 센서(140), 위치 설정부(150) 및 경사 설정부(160)를 구비할 수 있다. 낙하 시험 장치(100)는 외부의 크레인(C)에 장착되어 시험체(S)의 낙하를 시험할 수 있다. 낙하 시험 장치(100)는 시험체(S)를 더미 구조체(120)에 장착하여 낙하를 진행하므로 시험체(S)의 낙하에 따른 데이터를 실제와 매우 근접하게 측정할 수 있다.
낙하 시험 장치(100)는 다양한 중량 및 낙하물에 대해서 적용할 수 있다. 낙하 시험 장치(100)는 소형부품에서 마그넷 유닛(110) 용량의 5배인 1ton 이하의 항공기나, 부품(기계, 통신, 전자)에 대하여 가능하다. 또한 낙하 시험 장치(100)는 크레인(C) 용량 범위까지도 시험 가능한다
마그넷 유닛(110)은 크레인(C)에 장착되고, 전자기력에 의해서 컨트롤 될 수 있다. 또한, 마그넷 유닛(110)은 전자기력이 생성되면 더미 구조체(120)를 장착하고, 전자기력이 해제되면 더미 구조체(120)를 분리하여 낙하시킨다.
도 4는 도 1의 마그넷 유닛(110)을 도시한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 마그넷 유닛(110)은 플레이트(111), 마그넷 홀더(112), 후크(113), 회동부재(114), 카운터 웨이트(115)를 구비할 수 있다.
플레이트(111)는 연결부재에 의해 외부의 크레인(C)의 일측에 장착될 수 있다. 플레이트(111)는 후크(113)가 삽입되는 개구(111a)와 높이 방향으로 연장되어 크레인(C)이 연결되는 접속부(111b)를 구비할 수 있다. 플레이트(111)는 접속부(111b)를 기준으로 양측에 마그넷 홀더(112)와 카운터 웨이트(115)가 배치될 수 있다.
마그넷 홀더(112)는 전기의 인가에 의해서 전자기력이 형성되어 플레이트(111)에 고정될 수 있다. 또한, 마그넷 홀더(112)는 전기가 단락되면 전자기력이 해제되어 플레이트(111)에서 분리될 수 있다.
후크(113)는 마그넷 홀더(112)의 일측에서 연장될 수 있다. 후크(113)는 플레이트(111)의 개구(111a)에 삽입되어 플레이트(111)를 관통한다. 즉, 후크(113)는 마그넷 홀더(112)의 일측에서 돌출되고, 플레이트(111)의 개구(111a)에 삽입되어 플레이트(111)의 일면에서 타면으로 연속될 수 있다. 후크(113)는 연결부재(125)에 의해서 더미 구조체(120)와 연결 될 수 있다.
회동부재(114)는 플레이트(111)의 개구(111a)의 일측에 설치되며 후크(113)가 회동부재(114)를 중심축으로 회동 할 수 있다. 마그넷 홀더(112)에 전자기력이 생성되면 후크(113)의 위치도 고정되나, 전자기력이 해제되면 회동부재(114)를 중심으로 회동한다. 마그넷 홀더(112)가 플레이트(111)에서 분리되고 후크(113)도 회전하여 연결부재(125)가 후크(113)에서 분리된다.
회동부재(114)는 플레이트(111)의 길이방향으로 위치를 조정할 수 있다. 회동부재(114)는 개구(111a)의 측면을 따라 접속부(111b)와 마그넷 홀더(112) 사이를 이동할 수 있다. 회동부재(114)가 이동하여 마그넷 홀더(112)가 지지할 수 있는 힘의 크기를 조절할 수 있다.
카운터 웨이트(115)는 마그넷 홀더(112)와 마주 보도록 배치되며, 마그넷 홀더(112)와 거의 동일한 중량을 가질 수 있다. 카운터 웨이트(115)는 마그넷 홀더(112)와 동일한 중량을 가지므로 플레이트(111)가 평형을 이룰수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 더미 구조체(120)는 시험체(S)가 장착되는 물체로 설정될 수 있다. 즉, 시험체(S)가 장착된 상태에서 낙하시에 받는 충격량 등의 데이터를 획득하기 위해서 더미 구조체(120)는 시험체(S)가 장착되는 물체로 설정된다. 따라서 더미 구조체(120)는 특정 물체 또는 특정 형상에 한정되지 않으며, 시험체(S)의 장착 물체에 따라 선택될 수 있다.
또한, 시험체(S)도 특정 물체나 형상에 한정되지 않으며 테스트가 필요한 물체로 선택될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 더미 구조체(120)는 비행체의 동체이고 시험체(S)는 동체에 장착되는 착륙부재인 것을 중심으로 설명하기로 한다.
시험체(S)는 더미 구조체(120)의 일측에 장착되며, 낙하시에 지면과 직접 접촉할 수 있다. 더미 구조체(120)는 시험체(S)가 실제로 장착되는 물체이므로, 낙하 시험 장치(100)의 측정의 정확성, 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
로드셀 유닛(130)은 더미 구조체(120)와 시험체(S) 사이에 설치된다. 로드셀 유닛(130)은 시험체(S)에서 받는 충격량을 측정할 수 있다. 또한, 도면에서 도시되지 않았으나 로드셀 유닛(130)은 시험체(S)가 지면과 접촉하는 지점에 설치되어 시험체(S)가 지면으로부터 직접 받는 충격량을 측정할 수 도 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 로드셀 유닛(130)이 더미 구조체(120)와 시험체(S) 사이에 설치된 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
도 5a는 도 1의 로드셀 유닛을 도시한 사시도이고, 도 5b는 도 5a의 일부를 절단하여 도시한 사시도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 로드셀 유닛(130)은 더미 구조체(120)와 연결되는 제1 프레임(131)과, 시험체와 연결되는 제2 프레임(132)을 구비할 수 있다. 제1 프레임(131)과 제2 프레임(132) 사이에는 복수개의 로드셀(133)이 설치될 수 있다. 로드셀(133)은 제1 프레임(131)과 제2 프레임(132) 사이의 충격량을 측정할 수 있다. 시험체(S)가 낙하되면, 충격이 제2 프레임(132)에서 제1 프레임(131)으로 전달되므로, 로드셀(133)은 낙하시에 시험체(S)가 받는 충격력을 측정할 수 있다.
로드셀(133)은 양단이 각각 제1 프레임(131)과 제2 프레임(132)에 삽입될 수 있다. 로드셀(133)의 양단은 각각 패킹부재(133a)의 삽입홈에 삽입되어 위치가 고정될 수 있다.
이웃하는 로드셀(133)의 사이에는 제1 프레임(131)에 대한 제2 프레임(132)의 이동을 안내하는 가이드부(134)가 설치될 수 있다. 가이드부(134)의 일단은 제1 프레임(131) 또는 제2 프레임(132) 중 하나에 고정되고, 타단은 다른 하나에 선형이동 할 수 있도록 결합될 수 있다.
또한, 가이드부(134)는 제1 프레임(131) 또는 제2 프레임(132)에서 돌출된 삽입돌기(134a)와, 삽입돌기(134a)가 삽입되는 삽입부(134b)를 구비할 수 있다. 삽입돌기(134a)는 삽입부(134b)에 삽입되므로, 제1 프레임(131) 또는 제2 프레임(132)의 이동을 낙하방향으로 안내 할 수 있다.
가이드부(134)는 제1 프레임(131) 또는 제2 프레임(132)의 이동을 낙하방향으로 안내하므로, 로드셀(133)의 충격량 측정의 정확성을 향상시킬 수 있다. 즉, 로드셀(133)은 가이드부(134)가 낙하시에 발생하는 힘의 방향을 가이드 하므로, 낙하방향으로의 충격량을 쉽게 측정할 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 낙하 시험 장치(100)는 복수개의 센서(140)를 구비할 수 있다. 센서는 더미 구조체(120)나 시험체(S)와 지면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서(141)와, 시험체(S)의 스트레인(strain) 변화를 측정하는 스트레인 측정 센서와, 시험체(S)의 위치 변화, 예를 들어 변위, 속도, 각속도, 가속도, 각가속도 또는 가속도를 측정할 수 있는 위치 측정 센서(142)를 구비할 수 있다. 복수개의 센서(140)는 제어부(170)와 연결되고, 제어부(170)는 측정된 데이터를 연산 또는 출력 할 수 있다.
거리 측정 센서(141)는 시험체(S)의 낙하 위치를 설정 하기 위해서 지면과 시험체(S) 사이의 낙하 거리(d)를 측정할 수 있다. 거리 측정 센서(141)는 시험체(S) 또는 더미 구조체(120) 중 어느 하나에 지면과 마주 보게 설치되며, 예를 들어, 레이저 센서, 적외선 센서 등 일 수 있다.
스트레인 측정 센서(143)는 시험체(S)의 일측에 설치되고, 낙하시의 시험체(S)의 스트레인 변화량을 측정할 수 있다.
위치 측정 센서(142)는 더미 구조체(120)의 질량 중심에 인접하게 설치되어, 시험체(S) 또는 더미 구조체(120)의 위치 변화, 예를 들어 변위, 속도, 각속도, 가속도, 각가속도 또는 가속도를 측정할 수 있다.
복수개의 센서(140)는 마그넷 유닛(110)에서 형성되는 전자기력에 영향을 받지 않도록, 마그넷 유닛(110)과 이격되게 설치된다. 더미 구조체(120)는 연결부재(125)에 의해서 낙하 방향으로 연장된다. 또한 마그넷 홀더(112)는 마그넷 유닛(110)에 장착되어 크레인(C)에 인접하게 설치되고, 복수개의 센서(140)는 더미 구조체(120) 또는 시험체(S)에 장착되므로 소정 거리 이격될 수 있다.
도 3 에서 A로 표시된 영역은 마그넷 유닛(110)에서 생성된 전자기 필드를 나타내는 것으로 전자기 필드는 R 거리의 반경을 가진다. 즉, 마그넷 유닛(110)에서 반경 R의 거리에서는 전자기력의 세기가 강하게 형성되나, R의 바깥에는 전자기력의 세기가 약하다. 낙하 시험 장치(100)는 마그넷 홀더(112)와 복수개의 센서(140) 사이의 거리가 R 보다 크게 설정되므로, 복수개의 센서(140)가 전자기력에 영향을 받지 않고, 내구성, 안정성 및 신뢰도를 향상 시킬 수 있다.
위치 설정부(150)는 플레이트(111)의 측단에서 지면을 향하여 경사지게 연장되어, 플레이트(111)를 기 설정된 위치에 고정 시킬 수 있다. 위치 설정부(150)가 플레이트(111)의 위치를 고정한 후에, 진동주기를 측정하여 더미 구조체(120) 및 시험체(S)의 관성 모멘트를 측정할 수 있다. 제어부(170)는 시험체(S)가 장착된 더미 구조체(120)의 무게 중심을 산출하고 위치 설정부(150)에 의해서 위치가 고정된 더미 구조체(120)의 진동 주기를 이용하여 관성 모멘트를 산출할 수 있다.
경사 설정부(160)는 더미 구조체(120)의 단부에 설치되어, 더미 구조체(120) 지면 사이에 경사를 설정할 수 있다. 경사 설정부(160)는 더미 구조체(120)에 경사각을 형성하여, 다양한 조건의 시험환경을 설정할 수 있다.
경사 설정부(160)에 인접하게 더미 구조체(120)의 높이를 조절할 수 있는 높이 조절 부재(165)를 구비할 수 있다. 높이 조절 부재(165)는 눈금이 형성되어 있으므로 더미 구조체(120)의 설정 높이를 확인 할 수 있다.
도 6은 도 1의 낙하 시험 장치(100)의 제어 관계를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 낙하 시험 장치(100)는 제어부(170)를 통해 센서(140)로부터 데이터를 수집할 수 있으며, 상기 데이터를 연산할 수 있다. 제어부(170)는 마그넷 유닛(110), 로드셀 유닛(130), 거리 측정 센서(141), 위치 측정 센서(142) 및 스트레인 측정 센서(143)와 연결될 수 있다.
또한 제어부(170)는 시험체(S)를 낙하 시키는 신호를 생성할 수 있으며, 센서로부터 측정된 하중, 변위, 가속도, 가속도, 스트레인 변화를 이용하여 질량 관성 모멘트를 측정할 수 있다.
제어부(170)는 마그넷 유닛(110)과 연결되어 전자기력을 생성 또는 해제 할 수 있다. 제어부(170)가 마그넷 유닛(110)에 전자기력을 생성하는 신호를 인가하면, 마그넷 홀더(112)는 생성된 전자기력에 의해서 플레이트(111)에 고정될 수 있다. 따라서, 더미 구조체(120) 및 시험체(S)는 마그넷 유닛(110)에 연결될 수 있다.
제어부(170)가 마그넷 유닛(110)에 전자기력을 해제하는 신호를 인가하면, 마그넷 홀더(112)는 회동부재(114)를 중심으로 회동하여 플레이트(111)에서 분리될 수 있다. 이후, 더미 구조체(120) 및 시험체(S)는 마그넷 유닛(110)에서 분리되어 지면으로 낙하된다.
로드셀 유닛(130)은 낙하시에 시험체(S)가 받는 충격량을 산출하고 이를 제어부(170)로 송출할 수 있다. 거리 측정 센서(141)는 시험체(S)의 높이에 관한 데이터를 제어부(170)로 송출할 수 있다. 또한, 거리 측정 센서(141)는 시험체(S)의 다양한 설정 각도에 따라 각각의 데이터를 송출할 수 있으므로, 다양한 위치 조건에 있는 시험체(S)의 위치 관계를 계산 할 수 있다.
위치 측정 센서(142)는 낙하중에 변화하는 시험체(S)의 위치 변화에 관한 데이터를 측정하여 제어부(170)로 송출할 수 있다. 스트레인 측정 센서(143)는 충격으로 변화된 시험체(S)의 스트레인을 측정하여 제어부(170)로 송출할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 낙하 시험 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 낙하 시험 장치(100)를 이용하는 낙하 시험 방법은 더미 구조체(120)에 시험체(S)와 로드셀 유닛(130)을 장착하는 단계(S10), 더미 구조체(120)를 마그넷 유닛(110)에 장착하는 단계(S20), 더미 구조체(120) 및 시험체(S)를 낙하시키는 단계(S30) 및 시험체(S)의 충격량, 스트레인 변화를 측정하는 단계(S40)를 구비할 수 있다.
더미 구조체(120)에 시험체(S)와 로드셀 유닛(130)을 장착하는 단계(S10)에서는 스트레인(strain) 측정 센서(143)가 설치된 시험체(S)와 더미 구조체(120) 사이에 로드셀 유닛(130)을 장착할 수 있다. 또한, 로드셀 유닛(130)을 지면에 접촉하는 시험체(S)의 일측에 장착할 수 있다.
더미 구조체(120)를 마그넷 유닛(110)에 장착하는 단계(S20)에서는 마그넷 유닛(110)에 전자기력을 생성하여 더미 구조체(120) 및 시험체(S)를 기설정된 높이로 낙하 높이를 설정할 수 있다. 마그넷 유닛(110)은 휴대 가능한 크기로 형성될 수 있으므로, 마그넷 유닛(110)을 더미 구조체(120) 및 시험체(S)가 있는 장소로 이동한 뒤 마그넷 유닛(110)을 외부의 크레인(C)에 연결할 수 있다. 제어부(170)는 마그넷 유닛(110)에 전자기력을 생성하는 신호를 인가하여, 더미 구조체(120) 및 시험체(S)는 마그넷 유닛(110)에 연결된다. 거리 측정 센서(141) 또는 높이 조절 부재(165)를 이용하여 더미 구조체(120)의 높이를 설정할 수 있다.
더미 구조체(120) 및 시험체(S)를 낙하시키는 단계(S30)에서는 제어부(170)가 마그넷 유닛(110)에 생성된 전자기력을 해제하여 더미 구조체(120) 및 시험체(S)를 지면으로 낙하시킬 수 있다.
시험체(S)의 충격량, 스트레인 변화를 측정하는 단계(S40)에서는 로드셀 유닛(130)으로부터 시험체(S)의 충격량을 측정하고, 스트레인 측정 센서(143)로부터 시험체(S)의 스트레인 변화를 측정할 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 낙하 시험 방법을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 낙하 시험 방법은 센서로부터 수집된 데이터를 이용하여 질량 관성 모멘트를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
도 8a는 수평 방향 무게중심을 산출하는 방법을 나타내며, 도 8b는 수직 방향 무게중심을 산출하는 방법을 나타낸다.
도 8a에서 수평 방향 무게중심은 하기의 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.
Figure 112016107193305-pat00001
여기서, a는 시험체의 전단에서 무게 중심까지의 거리, W2는 상기 시험체의 후단에서 측정되는 무게, W는 상기 시험체의 전단에서 측정되는 무게, L은 상기 시험체의 전단과 후단 사이의 거리를 의미함.
또한, 도 8b에서 수직 방향 무게중심은 하기의 수학식 2를 통해 계산될 수 있다.
Figure 112016107193305-pat00002
여기서, a는 시험체의 전단에서 무게 중심까지의 거리, W2'은 상기 시험체의 후단에서 측정되는 무게, θ는 상기 시험체의 기울어진 각도, L은 상기 시험체의 전단과 후단 사이의 거리를 의미함.
시험체의 수직 방향 무게중심은, 시험체를 경사지게 한 후, 위치 측정 센서(142)로 경사각을 측정하고, 일단의 하중 측정 치구(미도시)는 바닥면에, 타단의 하중 측정 치구(미도시)는 경사진 면에 설치하여 하중을 측정한 후 힘과 모멘트 평형관계식으로부터 구할 수 있다.
도 8c는 시험체에 대한 질량관성모멘트를 측정하는 방법을 개략적으로 도시한다. 마그넷 유닛(110)이 움직이지 않도록, 위치 설정부(150)는 마그넷 유닛(110)을 고정한다. 제어부(170)는 하기의 수학식 3과 같이 시험체(S)와 더미 구조체(120)는 진자 운동에서 측정된 각 변위의 주기(τ)와 더미 구조체(120) 무게 중심간의 거리 관계식으로부터 질량 관성 모멘트를 측정할 수 있다.
Figure 112016107193305-pat00003
본 발명의 실시예에 따른 낙하 시험 장치(100) 및 낙하 시험 방법은 이동가능한 마그넷 유닛(110)을 이용하므로 다양한 시험 환경 조건에서 낙하 시험을 수행할 수 있다.
또한, 낙하 시험 장치(100) 및 낙하 시험 방법은 센서들이 전자기력에 영향을 받지 않으므로, 측정결과의 신뢰성이 향상되고, 장치의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 낙하 시험 장치(100) 및 낙하 시험 방법은 측정 데이터가 필요한 시험체(S)와 시험체(S)가 장착되는 더미 구조체(120)가 연결되도록 설치되므로, 측정결과의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 낙하 시험 장치(100) 및 낙하 시험 방법은 압력을 측정하여 진동 시험, 구조 시험, 압력 계측 시험등으로 다양하게 적용할 수 있다.
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 낙하 시험 장치
110: 마그넷 유닛
111: 플레이트
112: 마그넷 홀더
113: 후크
114: 회동부재
115: 카운터 웨이트
120: 더미 구조체
125: 연결부재
130: 로드셀 유닛
131: 제1 프레임
132: 제2 프레임
133: 로드셀
134: 가이드부
150: 위치 설정부
160: 경사 설정부
165: 높이 조절 부재
170: 제어부

Claims (16)

  1. 외부의 크레인에 장착되는 플레이트;
    상기 플레이트의 일단에 설치되며, 전자기력에 의해 상기 플레이트에 고정되는 마그넷 홀더;
    상기 마그넷 홀더의 일측에서 연장되고, 상기 플레이트의 개구에 삽입되는 후크;
    상기 플레이트의 타단에 상기 마그넷 홀더와 마주보도록 설치 되는 카운터 웨이트;
    상기 후크에 연결된 연결부재에 의해 상기 마그넷 홀더와 연결되며, 일측에 시험체가 장착되는 더미 구조체;
    상기 더미 구조체와 상기 시험체 사이에 설치되고, 상기 시험체의 충격량을 측정하는 로드셀 유닛; 및
    상기 마그넷 홀더에 상기 전자기력이 생성되도록 제어하고, 상기 로드셀 유닛에서 측정된 상기 충격량을 수신하는 제어부;를 포함하고,
    상기 마그넷 홀더에서 상기 전자기력이 해제되면, 상기 마그넷 홀더 및 상기 후크가 상기 플레이트의 회동부재를 기준으로 회동하여 상기 연결부재가 상기 후크에서 분리되어 상기 더미 구조체 및 상기 시험체가 지면으로 낙하되는, 낙하 시험 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 더미 구조체의 일측에 지면과 마주보도록 설치되어, 상기 시험체와 상기 지면 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 센서; 및
    상기 시험체의 일측에 설치되어 상기 시험체의 스트레인(strain) 변화를 측정하는 스트레인 측정 센서;를 더 포함하는, 낙하 시험 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 더미 구조체의 질량 중심에 인접하게 설치되어 상기 시험체의 위치 변화를 측정하는 위치 측정 센서;를 더 포함하는, 낙하 시험 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 시험체와 상기 마그넷 홀더가 소정거리 이격되도록 낙하 방향으로 연장되는, 낙하 시험 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 후크와 상기 플레이트 사이에 배치되는 탄성부재;를 더 구비하는, 낙하 시험 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 로드셀 유닛은,
    상기 더미 구조체와 연결되는 제1 프레임;
    상기 시험체와 연결되는 제2 프레임;
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 배치되는 복수개의 로드셀; 및
    이웃하는 상기 로드셀 사이에 설치되고, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 이동을 안내하는 가이드부;를 구비하는, 낙하 시험 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 플레이트의 측단에서 상기 지면을 향하여 경사지게 연장되고, 상기 플레이트를 기 설정된 위치에 고정하는 위치 설정부;를 더 포함하는, 낙하 시험 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 시험체가 장착된 상기 더미 구조체의 무게 중심을 산출하고, 상기 더미 구조체의 진동 주기를 이용하여 관성 모멘트를 산출하는, 낙하 시험 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 더미 구조체의 단부에 설치되어 상기 더미 구조체와 상기 지면 사이의 경사를 설정하는 경사 설정부;를 더 포함하는, 낙하 시험 장치.
  10. 외부의 크레인의 일측에 장착되며, 전자기력이 생성되면 플레이트에 고정되고 상기 전자기력이 해제되면 상기 플레이트에 대해서 회동하는 마그넷 홀더와, 상기 마그넷 홀더의 일측에서 연장되고, 상기 플레이트의 개구에 삽입되는 후크를 구비하는 마그넷 유닛;
    일측은 상기 후크와 연결되고, 타측은 시험체가 장착되어 상기 시험체가 지면과 마주보게 배치되는 더미 구조체; 및
    상기 더미 구조체와 상기 시험체 사이에 설치되며, 상기 시험체의 낙하방향으로 연장되는 가이드부가 로드셀에 인접하게 배치되는 로드셀 유닛;을 포함하고,
    상기 마그넷 유닛에 상기 전자기력이 생성되면, 상기 더미 구조체는 상기 마그넷 유닛에 연결되고,
    상기 마그넷 유닛에 상기 전자기력이 해제되면, 상기 마그넷 홀더 및 상기 후크가 상기 플레이트의 회동부재를 기준으로 회동하여 상기 더미 구조체는 상기 후크에서 분리되어 상기 지면으로 낙하되는, 낙하 시험 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 더미 구조체의 일측에 장착되어 상기 더미 구조체의 위치 변화나 지면과의 거리를 측정하는 제1 센서; 및
    상기 시험체의 일측에 설치되어 상기 시험체의 스트레인(strain) 변화를 측정하는 제2 센서;를 더 포함하는, 낙하 시험 장치.
  12. 스트레인(strain) 측정 센서가 설치된 시험체와 더미 구조체 사이에 로드셀 유닛을 장착하는 단계;
    마그넷 홀더와 상기 마그넷 홀더에서 연장되는 후크를 구비한 마그넷 유닛에 상기 더미 구조체를 연결하고, 상기 마그넷 홀더에 전자기력을 생성하여 상기 마그넷 유닛을 플레이트에 고정하여, 상기 더미 구조체 및 상기 시험체를 기설정된 높이로 낙하 높이를 설정하는 단계;
    제어부가 상기 마그넷 유닛에 생성된 전자기력을 해제하여, 상기 후크가 상기 플레이트의 회동부재를 기준으로 회동하여 상기 더미 구조체 및 상기 시험체를 낙하시키는 단계; 및
    상기 로드셀 유닛으로부터 상기 시험체의 충격량을 측정하고, 상기 스트레인 측정 센서로부터 상기 시험체의 스트레인 변화를 측정하는 단계;를 포함하는, 시험체의 낙하 시험 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 시험체가 장착된 상기 더미 구조체의 무게 중심을 산출하고, 상기 더미 구조체의 진동 주기를 이용하여 관성 모멘트를 산출하는 단계;를 더 포함하는, 시험체의 낙하 시험 방법.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 로드셀 유닛은,
    상기 더미 구조체와 연결되는 제1 프레임;
    상기 시험체와 연결되는 제2 프레임;
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 배치되는 복수개의 로드셀; 및
    이웃하는 상기 로드셀 사이에 설치되고, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 이동을 안내하는 가이드부;를 구비하는 시험체의 낙하 시험 방법.
  15. 플레이트;
    상기 플레이트의 일단에 설치되며, 전자기력에 의해 상기 플레이트에 고정 또는 분리되는 마그넷 홀더;
    상기 마그넷 홀더의 일측에서 연장되고, 상기 플레이트의 개구에 삽입되는 후크;
    상기 플레이트의 타단에 상기 마그넷 홀더와 마주보도록 설치되는 카운터 웨이트; 및
    상기 플레이트의 개구에 설치되고, 상기 후크를 회동시키는 회동부재;를 포함하고,
    상기 마그넷 홀더에 상기 전자기력이 생성되면, 상기 마그넷 홀더는 상기 플레이트에 고정되고,
    상기 마그넷 홀더에 상기 전자기력이 해제되면, 상기 마그넷 홀더가 상기 플레이트에서 분리되어, 상기 후크가 상기 개구의 회동부재를 기준으로 회동하는, 낙하 시험 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 후크와 상기 플레이트 사이에 배치되는 탄성부재;를 더 구비하는, 낙하 시험 장치.
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