KR102387022B1 - 경도 측정 장치 - Google Patents
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Abstract
압축공기로 제어하고 오일로 작동하는 하중용 실린더에서 로드가 승·하강할 때 압축공기를 이용하여 복동 방식으로 제어함으로써, 하중용 실린더의 신축 작용이 신속하면서도 정확하게 경도 측정이 이루어지고, 급속 복귀 실린더가 없이도 신속하게 복귀할 수 있게 한 경도 측정 장치를 제공한다. 특히, 하중용 실린더를 구성하는 튜브에서 신축하는 로드가 안내 바의 안내를 받아 승·하강하게 구성함으로써, 강한 하중에도 로드가 휘거나 뒤틀리지 않아 정확하게 경도 측정이 가능한 경도 측정 장치를 제공한다. 또한, 오일과 압축공기를 공급하거나 배출하게 할 때 솔레노이드밸브를 이용하여 제어할 수 있게 구성함으로써, 구조가 간단하면서도 신속하고 정확하게 제어하여 정확한 경도 측정이 이루어질 수 있게 한 경도 측정 장치를 제공한다.
Description
본 발명에 따른 경도 측정 장치는, 더욱 상세하게는 제어 유체로 압축공기를 이용하고 작동 유체로 오일을 이용하여 복동 방식으로 동작하면서 경도 측정에 필요한 작동력을 얻을 수 있게 구성함으로써, 경도 측정이 신속하고 정확하게 이루어지게 하면서도 신속하게 복귀할 수 있게 한 것이다. 또한, 튜브에서 신축하는 로드가 안내 바를 통해 안내를 받으면서 신축 작용이 이루어질 수 있게 구성함으로, 강한 하중이 가해져도 로드가 휘거나 변형이 되지 않고 정확한 경도 측정이 가능하게 한 것이다.
일반적으로 경도(Hardness) 측정은 다양한 방법으로 이루어진다. 그 중에서도 브리넬(Brinell) 경도는 시편 표면에 강구(압자)로 정하중을 가했다가 미리 정한 시간이 지난 뒤에 강구를 분리하여 시편 표면에 패인 자국을 통해 측정한다. 이러한 경도 측정을 위한 시험기는, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)과 같이, 다양한 방식으로 강구를 시편 표면에 가압하여 경도를 측정한다.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1087334호
수동식 브리넬 경도시험기에 관한 것으로, 브리넬 경도시험기의 일측에 수동으로 작동하는 수동펌프와 압력해제장치가 결합이 되어 상기 수동펌프를 수동으로 조작하여 시험편에 압력을 가해 경도를 측정하는 수동식 브리넬 경도시험기의 내부에 오일이 누유되는 것을 방지하기 위한 수동식 브리넬 경도시험기용 오일 누유 방지장치에 관한 것이다. 이때, 브리넬 경도시험기의 몸체 하부와 램의 하부에 고무재질 또는 합성수지재질의 주름관 형태의 플랙시블 오일 실을 나사로 결합하여 상기 몸체와 램 사이의 틈새인 오일 누유부에서 흘러나오는 오일이 외부로 누유되는 것을 방지하는데 그 목적이 있다. 따라서 이러한 구성에 의하면, 오일이 외부로 누유되는 것을 방지하여 상기 경도시험기가 오일에 오염되는 것을 방지하는 효과가 있다
(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-1791777호
경도검사장치에 관한 것으로, 장치베이스와 검사대상물을 회전시키도록, 상기 장치베이스의 중앙 측에 배치되는 롤 터닝부와 검사대상물을 냉각시키도록, 상기 장치베이스의 일측에 배치되는 냉각부 및 작업자가 검사대상물의 경도를 검사 가능하도록, 상기 장치베이스의 타측에 배치되는 검사대부를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 구성에 따르면, 냉각장치와 검사대장치 및 검사대상물 지지장치를 일체화하고, 경도검사 중 검사대상물의 움직임을 감지하여 검사대상물의 위치를 바로잡을 수 있도록 함으로써, 작업 편의성을 도모할 수 있다
(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-0643685호
시험작업능률을 향상할 수 있으면서도 경도 시험값에 대한 측정정밀도를 높일 수 있는 브리넬 경도시험기에 관한 것이다. 이에, 따르면, 몸체의 상부에 고정되는 유압실린더와, 이 유압실린더의 상면 일측에 설치되는 모터와, 이 모터의 구동축에 돌출방향이 서로 상반되게 축 연결되는 한 쌍의 편심 캠과, 이 편심 캠의 외주면과 접촉되어 연동하는 한 쌍의 피스톤 하부가 내설 승강되어 유압이 발생이 되는 유압펌프와, 상기 유압실린더의 상면에 연결 입설되는 유압계와, 상기 유압실린더 하면에 삽설되는 로드의 하면에 돌설되어 하측 시편의 상면을 압입하는 압자와, 상기 몸체의 하부에 설치되는 핸들에 의해 승강되며, 시편이 안착되는 다이를 포함하며, 시편에 압자를 압입하기 위해 한 쌍의 편심 캠을 사용하여 유압 펌프 내 2개의 피스톤이 휴지기 없이 상호 연속 증압하는 브리넬 경도시험기가 제공된다
한편, 본 출원인은 경도 측정을 위해 공기와 오일을 이용하는 경도 측정 장치에 관한 기술을 출원한 바 있다. 본 출원인이 출원한 경도 측정 장치는 시편에 강구를 압착할 때 사용하는 하중용 실린더를 공기로 제어하고 오일로 작동할 수 있도록, 실질적으로 로드를 움직이거나 정지 상태를 유지하여 실제 일을 하는 부분에는 오일을 사용하고, 이를 제어하는 데는 압축공기를 이용하므로, 저렴하면서도 유입 실린더의 장점을 살려서 안전하면서도 정밀한 작동이 이루어져서 정확하게 경도를 측정할 수 있게 한 경도 측정 장치를 제공한다. 특히, 시료 판을 급속하게 강구에 근접하게 하고 경도 측정 후에는 신속하게 강구에서 멀어지도록 속도 제어 밸브로 제어하고, 강구에 근접한 시료에 하중을 가하고 일정 시간 유지할 때는 상시 닫힘 방식의 솔레노이드밸브를 이용하여 동작이 구분되게 구성함으로써, 안전하면서도 신속하고 정확하게 경도를 측정할 수 있다.
하지만, 본 출원인이 출원한 경도 측정 장치는 다음과 같은 불편함이 있다.
(1) 경도 측정 후에 급속 복귀 실린더를 이용하여 로드가 하강하도록 구성함으로, 급속 복귀 실린더를 추가하는데 따른 제조비용이 많이 늘어난다.
(2) 특히, 급속 복귀 실린더는 두 개를 설치해야 시료 판이 안정적으로 승·하강하게 되므로, 고가의 급속 복귀 실린더를 추가하는데 따른 제조비용이 많이 늘어난다.
(3) 또한, 경도 측정에 필요한 하중용 실린더 주변에 급속 복귀 실린더를 장착해야 하므로, 기존 경도 측정 장치는 그만큼 더 넓게 제작해야 한다.
(4) 이에, 좁은 공간에 기존 경도 측정 장치를 설치할 수 없다.
본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 압축공기로 제어하고 오일로 작동하는 하중용 실린더에서 로드가 승·하강할 때 튜브와 로드 사이에도 압축공기를 이용하여 복동 방식으로 제어할 수 있게 구성함으로써, 하중용 실린더의 신축 작용이 신속하면서도 정확하게 경도 측정이 이루어지고, 급속 복귀 실린더가 없이도 신속하게 복귀할 수 있게 한 경도 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 하중용 실린더를 구성하는 튜브에서 신축하는 로드가 안내 바의 안내를 받아 승·하강하게 구성함으로써, 강한 하중에도 로드가 휘거나 뒤틀리지 않아 정확하게 경도 측정이 가능한 경도 측정 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 이처럼 오일과 압축공기를 공급하거나 배출하게 할 때 솔레노이드밸브를 이용하여 제어할 수 있게 구성함으로써, 구조가 간단하면서도 신속하고 정확하게 제어하여 정확한 경도 측정이 이루어질 수 있게 한 경도 측정 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경도 측정 장치는, 중앙에 강구(110)가 구성된 프레임(100); 상기 강구(110) 아래에서 상하로 움직이면서 시편이 상기 강구(110)에 밀착하게 하여 미리 정한 압력으로 하중을 가할 수 있게 프레임(100)에 장착하는 하중용 실린더(200); 상기 실린더(200)를 동작시키는 공·유압회로(300); 상기 공·유압회로(300)를 제어하는 제어기(400);를 포함하되; 상기 하중용 실린더(200)에는, 양쪽을 마감하는 마감판(210', 210") 사이에 적어도 두 개의 보강대(213)로 보강한 튜브(210); 및 적어도 하나의 실링(221)을 갖춘 한쪽이 상기 튜브(210)에 끼워지되, 다른 한쪽에는 시편 판(222)과 상기 튜브(210)를 마감하는 마감판(210')에 관통하게 끼워져서 길이 방향 안내와 회전을 방지하는 적어도 두 개의 안내 바(223)가 구비되어 길이 방향으로 움직이는 로드(220);가 포함되고; 상기 프레임(100)에는, 상기 하중용 실린더(200)를 중심으로 그 주변에 배치된 적어도 하나의 오일 탱크(120)가 포함되며; 상기 공·유압회로(300)에는, 외부에서 공급받은 압축공기를 상기 오일 탱크(120)에 공급할 수 있게 차례로 연결된 두 개의 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b); 외부에서 압축공기를 공급받아 상기 튜브(210)와 로드(220) 끝 사이와 상기 오일 탱크(120)를 연결하는 작동 관(321)을 개폐하는 제동밸브(322)를 제어하는 제동 솔레노이드밸브(320); 상기 메인 솔레노이드밸브(310a)와 병렬로 분기되어 상기 튜브(210)와 로드(220) 사이에 압축공기를 공급하거나 배출하는 보조 솔레노이드밸브(330); 상기 메인 솔레노이드밸브(310a)와 병렬로 분기되어 상기 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b) 사이로 연결된 스피드 컨트롤러(340); 및 상기 오일 탱크(120)에 공급된 압축공기를 배출하기 위한 배출 솔레노이드밸브(350)가 포함되고; 상기 제어기(400)는, 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b), 제동 솔레노이드밸브(320), 보조 솔레노이드밸브(330), 스피드 컨트롤러(340), 및 배출 솔레노이드밸브(350)의 제어를 통해 상기 하중용 실린더(200)가 복동 방식으로 동작하게 제어하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 오일 탱크(120)는, 상기 하중용 실린더(200)를 중심으로 서로 마주하게 두 개가 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 튜브(210)에는, 상기 로드(220)가 관통하게 끼워지는 한쪽을 마감판(210')으로 마감하되, 상기 마감판(210')에는 적어도 하나의 라이너(211), 및 적어도 하나의 실링(212)이 구성되어 상기 튜브(210)에 로드(220)의 접촉을 최소화할 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 메인 솔레노이드밸브(310b)는, 상기 오일 탱크(120)의 하부에서 상부로 설치되어 상부가 오일 위로 노출되게 설치된 공급 관(311)을 통해 압축공기를 오일 탱크(120) 안에 공급하게 구성된 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 공·유압회로(300)에서, 공기를 이용하는 관에는 히터가 구비된 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 상기 제어기(400)는 경도 측정을 위해 아래의 순서로 제어하되, (1) 상기 튜브(210)에서 로드(220)가 상승하게 할 때는, 압축공기가 상기 두 개의 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b)와 상기 스피드 컨트롤러(340)를 통해 오일 탱크(120)에 공급하면서, 상기 제동 솔레노이드밸브(320)를 개방하여 상기 오일 탱크(120)의 오일이 튜브(210)에 공급되어 로드(220)가 상승하게 하며, 동시에 상기 보조 솔레노이드밸브(330)로 튜브(210)와 로드(220) 사이의 공기를 외부로 배출하게 제어하고, (2) 상기 로드(220)가 거의 상승하여 시편이 강구(110)에 가압하게 할 때는, 상기 메인 솔레노이드밸브(310a)를 닫고 상기 스피드 컨트롤러(340)로 상기 오일 탱크(120)로 공급하는 압축공기량을 미세 조정하며, (3) 시편이 강구(110)에 압착된 상태를 유지할 때는, 메인 솔레노이드밸브(310b)를 차단하게 하여 압축공기를 차단하면서 상기 제동 솔레노이드밸브(320)를 차단하여 상기 오일 탱크(120)의 오일이 튜브(210)에 공급되는 것을 차단하게 제어하고, (4) 일정 시간을 유지한 상태에서 상기 로드(220)가 하강하게 할 때는, 상기 보조 솔레노이드밸브(330)를 개방하여 압축공기가 튜브(210)와 로드(220) 사이에 공급하여 로드(220)가 하강하게 하고, 동시에 상기 제동 솔레노이드밸브(320)를 개방하여 튜브(210) 안의 오일이 오일 탱크(120)로 되돌아가게 하면서, 상기 배출 솔레노이드밸브(350)를 열어서 상기 오일 탱크(120) 내의 압축공기가 외부로 배출되게 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 경도 측정 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 압축공기로 제어하는 오일을 통해 로드가 승·하강할 때, 튜브와 로드 사이에 압축공기를 공급/배출하여 하중용 실린더가 복동 방식으로 동작하게 구성함으로써, 경도를 신속하면서도 정확하게 측정하면서도 신속하게 복귀할 수 있다.
(2) 이에, 로드가 신속하게 원래 위치로 되돌아가게 하는 급속 복귀 실린더를 사용하지 않고도 로드의 승·하강이 신속하게 이루어지게 된다. 따라서, 기존 경도 측정 장치와 비교할 때 고가의 급속 복귀 실린더를 사용하지 않아도 되어 제조비용을 줄일 수 있다.
(3) 또한, 프레임에서 급속 복귀 실린더를 장착하던 공간만큼 본 발명에 따른 경도 측정 장치의 크기를 작게 제작할 수 있다.
(4) 한편, 로드 제어에 필요한 오일과 공기를 제어하는 수단으로 솔레노이드밸브를 이용함으로써, 저렴하면서도 쉽게 제작하여 편리하고 안전하게 사용할 수 있다.
(5) 그리고 오일 탱크 안에서 오일 표면에 압력을 가하려고 오일 탱크에 주입하는 압축공기를 공급하는 공급 관이 오일 탱크 하부에서 상부로 길게 장착하여 오일 표면 위로 돌출하게 장착함으로써, 압축공기가 오일 표면을 안정적으로 가압하게 하면서도 이를 제어하는 솔레노이드밸브와 공급 라인을 편리하게 배치하여 사용할 수 있다.
[도 1]은 본 발명에 따른 경도 측정 장치의 전체 구성을 보여주는 단면도이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 경도 측정 장치를 보여주는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 정면도이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 하강한 상태를 보여주는 단면도이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 경도 측정 장치의 유압 회로를 보여주는 개략도이다.
[도 6]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 상승하는 상태를 보여주는 단면도이다.
[도 7]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드를 상승시킬 때의 유압 회로 상태를 보여주는 도면이다.
[도 8]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 거의 다 상승하여 미세 상승하는 상태를 보여주는 단면도이다.
[도 9]는 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 거의 다 상승하여 미세 상승시킬 때의 유압 회로 상태를 보여주는 도면이다.
[도 10]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드의 미세 상승으로 시편이 강구에 압착하여 멈춘 상태의 유압 회로를 보여주는 도면이다.
[도 11]은 본 발명에 따른 하중용 실린더가 하강할 때의 공·유압회로 상태를 보여주는 도면이다.
[도 2]는 본 발명에 따른 경도 측정 장치를 보여주는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 정면도이다.
[도 4]는 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 하강한 상태를 보여주는 단면도이다.
[도 5]는 본 발명에 따른 경도 측정 장치의 유압 회로를 보여주는 개략도이다.
[도 6]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 상승하는 상태를 보여주는 단면도이다.
[도 7]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드를 상승시킬 때의 유압 회로 상태를 보여주는 도면이다.
[도 8]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 거의 다 상승하여 미세 상승하는 상태를 보여주는 단면도이다.
[도 9]는 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드가 거의 다 상승하여 미세 상승시킬 때의 유압 회로 상태를 보여주는 도면이다.
[도 10]은 본 발명에 따른 하중용 실린더의 로드의 미세 상승으로 시편이 강구에 압착하여 멈춘 상태의 유압 회로를 보여주는 도면이다.
[도 11]은 본 발명에 따른 하중용 실린더가 하강할 때의 공·유압회로 상태를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
[경도 측정 장치의 구성]
본 발명에 따른 경도 측정 장치에는, [도 1] 내지 [도 11]과 같이, 프레임(100), 하중용 실린더(200), 공·유압회로(300), 그리고 제어기(400)가 포함된다.
특히, 상기 하중용 실린더(200)는 튜브(210)에서 로드(220)가 상승할 수 있도록 압축공기로 제어하고 오일로 실제 상승 동작이 이루어지게 구성하되, 승·하강할 때는 튜브(210)와 로드(220) 사이에 압축공기를 공급/배출하여 복동 방식으로 동작할 수 있게 구성함으로써, 하중용 실린더(200)가 신속하고 정확하게 경도 측정이 이루어지게 하면서도 빠르게 복귀할 수 있게 한 것이다.
또한, 상기 튜브(210)에서 양단을 마감하는 마감판(210', 210") 사이를 적어도 두 개의 보강대(213)로 연결하여 고정함으로써 튜브(210)의 구조적 강성을 강화할 수 있게 하고, 상기 로드(220)에는 시편 판(222)에 로드(220)와 나란하도록 장착하되 한쪽이 상기 마감판(210')에 관통하여 슬라이딩 안내를 받을 수 있도록 적어도 두 개의 안내 바(223)를 구성함으로써 로드(220)가 승·하강하면서 회전하지 않고 안정적으로 신축 작용이 이루어질 수 있게 한 것이다.
이하, 이러한 구성에 관해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
가. 하중용 실린더
하중용 실린더(200)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 시편 판(222)에 시편을 올려놓은 로드(220)가 튜브(210)에서 위로 상승하게 하여 시편이 후술할 프레임(100)에 구성된 강구(110)에 부딪히게 해서 경도를 측정할 수 있게 프레임(100)에 장착되는 실린더이다.
이러한 상기 하중용 실린더(200)에는, [도 1] 내지 [도 4]와 같이, 튜브(210), 및 로드(220)가 포함된다.
1. 튜브
튜브(210)는, [도 1] 및 [도 3]과 같이, 후술할 프레임(100)에 장착되고, 그 안에 설치되는 후술할 로드(220)가 이 프레임(100)에 장착된 강구(110)를 향해 신축할 수 있도록 지지한다. 이러한 튜브(210)는 양단이 마감판(210', 210")으로 마감되게 되는데, 이들 마감판(210', 220") 사이에는, [도 2]와 같이, 적어도 두 개의 보강대(213)로 연결하여 일체로 고정함으로써, 로드(220)가 승·하강할 때 튜브(220)에 강하 하중이 가해지더라도 충분히 견딜 수 있는 구조적 강성을 제공하게 된다. 이러한 보강대(213)는 [도 2]에서 튜브(210) 중심을 기준으로 같은 간격으로 4개가 설치된 것을 예로 보여준다.
특히, 상기 튜브(210)는, [도 1] 및 [도 3]과 같이, 후술할 로드(220)가 끼워져서 슬라이딩할 때 튜브(210)와의 접촉을 최소화하면서 슬라이딩할 수 있게 구성함으로써, 마찰 저항을 최소화하면서도 슬라이딩 효과를 높일 수 있게 구성한다. 이를 위해, 상기 마감판(210')의 한쪽 면이 튜브(210) 안에 끼워져서 고정될 수 있도록 구성하고, 이처럼 고정된 마감판(210')에는 로드(220)가 끼워질 수 있도록 적어도 하나의 라이너(211)와 적어도 하나의 실링(212)을 구성함으로써, 이들 라이너(211)와 실링(212) 부분만큼만 로드(220)와 접촉하여 동작하게 구성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 마감판(210')은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 튜브(210)의 단면보다 넓게 제작하는 것이 바람직하다. 이는, 후술할 안내 바(223)가 이 마감판(210')에 끼워져서 안내를 받음에 따라 로드(220)가 회전하지 못하게 하기 위함이다.
2. 로드
로드(220)는, [도 1] 및 [도 3]과 같이, 한쪽이 상기 마감판(210')을 관통하여 튜브(210)에 끼워져서 길이 방향으로 슬라이딩하면서 신축할 수 있게 장착된다.
이때, 상기 로드(220)에는, [도 1] 및 [도 3]과 같이, 상기 튜브(210) 안에 끼워지는 한쪽에 적어도 하나의 실링(221)을 갖춤으로써, 튜브(210) 하부를 통해 후술할 작동 관(321)으로 유압이 공급됨에 따라 로드(220) 한쪽과 튜브(210) 사이의 밀착력을 높이면서도 로드(220)가 그 길이 방향으로 신장할 수 있게 구성된다.
또한, 상기 로드(220)에는, [도 1] 및 [도 4]와 같이, 상기 튜브(210) 밖으로 돌출된 다른 한쪽에 시편 판(222)이 구성된다. 시편 판(222)은 로드(220)가 상승함에 따라 후술할 프레임(100)에 구성된 강구(110)와 마주하는 위치에 시편을 갖춰서 이 시편이 강구(110)에 충격을 가해 경도 측정할 수 있게 하는 판이다. 이때, 상기 시편 판(222)은 측정하는 제품의 종류에 따라 일정한 규격과 넓이로 형성함으로써, 후술할 안내 바(223)가 이 마감판(210')에 관통하게 끼워져서 안내를 받을 수 있게 설치할 수 있게 한다.
여기서, 상기 안내 바(223)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 한쪽이 상기 시편 판(222)에 설치되되 상기 튜브(210)와 나란하게 위치하도록 설치된다. 그리고 상기 안내 바(223)는 상기 마감판(210')에 관통해서 끼워져서 안내를 받을 수 있게 구성함으로써, 튜브(210)에 오일과 압축공기가 공급되거나 배출됨에 따라 로드(220)가 승·하강할 때 로드(220)가 제자리 회전하지 않고 안정적으로 동작할 수 있게 안내한다. 이러한 안내 바(223)는 도면에서 하중용 실린더(200)를 중심으로 서로 마주하게 2개가 배치된 것을 예로 보여준다.
나. 프레임
프레임(100)은, [도 1] 내지 [도 4]와 같이, 상술한 하중용 실린더(200)를 지지하고, 이 하중용 실린더(200)가 신장함에 따라 시편 판(222)에 장착된 시편이 강구(110)에 충격을 가해 일정 시간 정지했다가 떨어지게 하여 경도를 측정할 수 있도록 지지하게 된다.
이러한 프레임(100)에는, 후술할 다른 구성을 장착할 수 있는 크기로 형성되며, 특히 강구(110)와 오일 탱크(120)가 포함된다.
1. 강구
강구(110)는, [도 1] 및 [도 4]와 같이, 상술한 시편 판(222)과 마주하는 위치에 오도록 프레임(100)에 장착된다. 이때, 상기 강구(110)는 로드(220)를 상승시켰을 때 이 시편 판(222)에 놓인 시편에 경도 측정을 할 수 있도록 자국을 낼 수 있게 제작된 것으로, 바람직하게는 시편 판(222)의 중앙에 시편을 놓고, 이 시편이 강구(110)에 의해 충격을 받을 수 있는 위치에 오도록 프레임(100)에 장착하는 것이 바람직하다.
2. 오일 탱크
오일 탱크(120)는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 상기 하중용 실린더(200)를 중심으로 그 주변에 위치하도록 베이스(100)에 적어도 하나가 장착된다. 이때, 상기 오일 탱크(120)는 후술할 제동 솔레노이드밸브(320)를 통해 상기 튜브(210)에 오일을 공급하거나 회수하게 되는데, 이때 유동하는 양을 고려하여 충분한 오일 공급이 이루어질 수 있는 개수로 구성한다. 도면에서는 두 개의 오일 탱크(120)가 하중용 실린더(200)를 기준으로 서로 마주하게 설치되어 하나로 연결된 예를 보여준다.
다. 공·유압회로
공·유압회로(300)는, [도 4] 내지 [도 11]과 같이, 후술할 제어기(400) 제어를 받아 상기 하중용 실린더(200)가 복동 방식으로 동작하게 제어하기 위한 회로이다.
이러한 공·유압회로(300)에는, [도 5]와 같이, 두 개의 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b), 제동 솔레노이드밸브(320), 보조 솔레노이드밸브(330), 스피드 컨트롤러(340), 그리고 배출 솔레노이드밸브(350)가 포함된다.
1. 메인 솔레노이드밸브
메인 솔레노이드밸브(310a, 310b)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 외부에서 압축공기를 공급받아 차례로 지나가게 하면서 상술한 오일 탱크(120)에 공급하여 오일 수면을 가압할 수 있게 하는 솔레노이드밸브이다. 이러한 두 개의 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b)는 후술할 제어기(400)의 제어로 두 개가 모두 개방되어 압축공기를 오일 탱크(120)로 공급하게 하거나, 하나의 메인 솔레노이드밸브(310a)를 닫고 나머지 메인 솔레노이드밸브(310b)를 개방하여 후술할 스피드 컨트롤러(340)를 통해 로드(220)의 상승을 미세하게 조정할 수 있게 한다.
한편, 상기 메인 솔레노이드밸브(310b)는, [도 1] 및 [도 4]와 같이, 상술한 오일 탱크(120) 안에 설치된 공급 관(311)을 통해 오일 탱크(120) 안에 압축공기를 공급하게 설치하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 공급 관(311)은 한쪽이 오일에 잠기고 다른 한쪽이 오일 수면 밖으로 노출되게 설치되게 구성하고, 상기 메인 솔레노이드(310b)는 공급 관(311)의 하부에 연결되게 하여 압축공기가 오일 탱크(120) 하부에서 상부로 공급되게 구성하는 것이 좋다. 이는, 공급 관(311)을 통해 분사하는 압축공기가 직접 오일 수면에 닿지 않고 간접적으로 오일 수면을 가압하게 하여 안정적으로 오일 압력을 얻을 수 있게 하기 위함이다.
2. 제동 솔레노이드밸브
제동 솔레노이드밸브(320)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 상술한 튜브(210)와 오일 탱크(120)를 연결하는 작동 관(321)에 장착된 제동밸브(322)를 제어할 수 있게 장착된다. 이때, 상기 제동 솔레노이드밸브(320)는 후술할 제어기(400)의 제어로 상기 튜브(210)와 오일 탱크(120) 사이에서 제동밸브(322)를 개폐하여 상호 오일 흐름이 발생하게 하여 로드(220)가 승·하강하게 한다. 여기서, 상기 작동 관(321)은 한쪽이 튜브(210)와 이 튜브(210)에 끼워진 로드(220)의 한쪽 끝 사이에 오일 공급이 이루어질 수 있도록 튜브(210)에 장착되고, 다른 한쪽이 오일 탱크(120)에 장착되어 튜브(210)와 오일 탱크(120) 사이에 오일 유동이 이루어질 수 있게 한다.
이러한 제동 솔레노이드밸브(320)는 압축공기로 작동하게 되는데, 이때의 압축공기는 상술한 메인 솔레노이드밸브(310a)로 공급되는 압축공기 일부를 분기하여 공급받아 동작하게 제어할 수도 있고, 별도로 압축공기를 공급받아 동작하게 구성할 수도 있다. 이때, 상기 작동 관(321)은 튜브(210)에서 로드(220)의 슬라이딩 지지를 하지 않는 마감판(210") 근처에 연결하여 로드(220)가 승·하강할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.
3. 보조 솔레노이드밸브
보조 솔레노이드밸브(330)는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 상술한 튜브(210)와 로드(220) 사이에 압축공기를 공급하기 위한 솔레노이드밸브이다. 이때, 상기 보조 솔레노이드밸브(330)는 상술한 메인 솔레노이드밸브(310a)와 병렬로 연결되어 압축공기를 공급받으며, 상기 튜브(210)에 오일이 공급/차단으로 로드(220)가 승·하강할 때 이 보조 솔레노이드밸브(330)가 튜브(210)와 로드(220) 사이에 압축공기를 공급/배출하게 해서 복동 방식으로 하중용 실린더(200)가 동작하게 한다. 이를 위해, 상기 보조 솔레노이드밸브(330)에 연결된 관은 상술한 로드(220)를 지지하는 마감판(210')과 인접한 위치에 설치하는 것이 바람직하다.
4.
스피드
컨트롤러
스피드 컨트롤러(340)는, [도 5]·[도 9] 및 [도 10]과 같이, 상술한 메인 솔레노이드밸브(310a)와 병렬로 분기하여 압축공기를 공급받을 수 있게 구성하고, 공급받은 압축공기를 하나의 메인 솔레노이드밸브(310b)로 공급할 수 있게 장착된다. 이는, 어느 하나의 메인 솔레노이드밸브(310a)를 개방했을 때, 이 스피드 컨트롤러(340)로 나머지 메인 솔레노이드밸브(310b)로 유입되는 압축공기량을 미세하게 조정하여 시편이 강구(110)를 가압하여 경도 측정에 이용되는 흔적을 남길 수 있게 한다. 이러한 스피드 컨트롤러(340)는 압축공기가 들어가는 관로를 조절하여 속도를 조절하는 통상의 기술로 제작된 것을 이용한다.
5. 배출 솔레노이드밸브
배출 솔레노이드밸브(350)는, [도 5] 및 [도 11]과 같이, 항상 닫혀있다가 후술할 제어기(400)의 제어로 열려 상술한 오일 탱크(120)에 공급했던 압축공기를 오일 탱크(120) 외부로 배출하게 하여 상승했던 로드(220)가 하강하게 하기 위한 솔레노이드밸브이다.
이처럼 이루어진 공·유압회로(300)에는, 도면에서는 도시하지 않았으나, 제어에 이용되는 공기의 통로가 되는 관에는 히터를 장착함으로써, 겨울철처럼 추운 날씨에도 안정적으로 하중용 실린더를 운용할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.
라. 제어기
제어기(400)는, 상술한 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b), 제동 솔레노이드밸브(320), 보조 솔레노이드밸브(330), 스피드 컨트롤러(340), 그리고 배출 솔레노이드밸브(350)를 제어하여 튜브(210)에서 로드(220)가 복동 방식으로 승·하강하여 경도 측정이 이루어지게 한다. 이때의 경도 측정은 아래와 같이 5단계 동작으로 이루어진다.
(1) 로드가 완전하게 하강한 상태
로드(220)가 하강한 상태는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 경도 측정을 위한 시편을 장착하거나, 강구(110)에 가압한 시편을 분리하고 새로운 시편을 장착하기 위한 상태이다. 이 상태에서 상기 제어기(400)는 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b)와 스피드 컨트롤러(340)가 동작하지 않게 제어하여 압축공기가 오일 탱크(120)에 공급되는 것을 차단한다. 또한, 상기 제어기(400)는 제동 솔레노이드밸브(320)를 닫아서 튜브(210)와 오일 탱크(120) 사이의 오일 흐름을 차단한다. 이때, 상기 보조 솔레노이드밸브(330)는 개방된 상태로 있더라도 상관 없다.
(2) 시편을 장착한 로드의 상승 제어
제어기(400)는, [도 6] 및 [도 7]과 같이, 상기 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b)와 스피드 컨트롤러(340)가 작동하게 하여 압축공기가 오일 탱크(120)로 들어가게 한다. 동시에, 닫혀 있던 상기 제동 솔레노이드밸브(320)가 열리게 하여 압축공기로 가압이 된 오일이 튜브(210)에 공급되게 하여 로드(220)가 상승하게 한다. 이때, 튜브(210)와 로드(220) 사이에 있는 공기는 개방 상태로 있던 보조 솔레노이드밸브(330)를 통해 외부로 배출된다.
(3) 미세 상승 조정 제어
이처럼 상승하는 로드(220)는, [도 8] 및 [도 9]와 같이, 그 위에 장착된 시편이 강구(110)와 근접하면 로드(220)가 서서히 상승하면서 시편이 강구(110)에 가압하게 하여 자국이 생기게 한다. 이를 위해, 상기 제어기(400)는 하나의 메인 솔레노이드밸브(310a)를 닫음에 따라 스피드 컨트롤러(340)를 통해 다른 메인 솔레노이드밸브(310b)에 인가하는 압축공기량을 제어함에 따라 달성된다.
(4) 시편을 강구에 압착한 뒤 정지 상태
제어기(400)는, [도 10]과 같이, 개방 상태에 있던 상기 메인 솔레노이드밸브(310b)는 공기 유입을 정지시키고 제동 솔레노이드밸브(320)는 닫힘 출력으로 동작시켜 일정 시간 로드(220)가 멈춘 상태로 있게 된다.
(5) 로드의 하강
제어기(400)는 시편이 강구(110)에 밀착된 상태에서 소정의 시간, 예를 들어서 수 초 동안 멈추게 한 다음, 상기 로드(220)가 하강하여 원래 상태로 되돌아가게 한다. 이를 위해, 상기 제어기(400)는 배기 솔레노이드밸브(350)를 열어 오일 탱크(120) 내의 압축공기가 빠져나가게 하면서 상기 제동 솔레노이드밸브(320)를 개방하여 튜브(210)에서 오일이 오일 탱크(120)로 되돌아가게 하고, 동시에 상기 보조 솔레노이드밸브(330)를 개방하여 압축공기가 튜브(210)와 로드(220) 사이로 들어가서 신속하게 복귀할 수 있게 제어한다.
이상과 같이 본 발명은 튜브에서 로드가 신축하게 할 때 동작 제어에는 압축공기를 이용하고 실질적으로 로드가 동작하게 하는 데는 오일을 이용하여 동작하는 하중용 실린더를 제공하되, 이 하중용 실린더가 복동 방식으로 동작하게 구성함으로써, 로드가 정확하게 경도를 측정한 다음 신속하게 복귀할 수 있게 된다. 또한, 로드가 안내 바를 통해 안내를 받으면서 신축이 이루어지게 구성함으로, 강한 하중이 가해져도 변형되거나 뒤틀리지 않아 정확한 경도를 측정할 수 있다.
100: 프레임
110: 강구
120: 오일 탱크
200: 하중용 실린더
210: 튜브
210': 마감판
211: 라이너
212, 221: 실링
220: 로드
222: 시편 판
223: 안내 바
300: 공·유압회로
310a, 310b: 메인 솔레노이드밸브
311: 공급 관
320: 제동 솔레노이드밸브
330: 보조 솔레노이드밸브
340: 스피드 컨트롤러
350: 배출 솔레노이드밸브
400: 제어기
110: 강구
120: 오일 탱크
200: 하중용 실린더
210: 튜브
210': 마감판
211: 라이너
212, 221: 실링
220: 로드
222: 시편 판
223: 안내 바
300: 공·유압회로
310a, 310b: 메인 솔레노이드밸브
311: 공급 관
320: 제동 솔레노이드밸브
330: 보조 솔레노이드밸브
340: 스피드 컨트롤러
350: 배출 솔레노이드밸브
400: 제어기
Claims (6)
- 중앙에 강구(110)가 구성된 프레임(100); 상기 강구(110) 아래에서 상하로 움직이면서 시편이 상기 강구(110)에 밀착하게 하여 미리 정한 압력으로 하중을 가할 수 있게 프레임(100)에 장착하는 하중용 실린더(200); 상기 실린더(200)를 동작시키는 공·유압회로(300); 상기 공·유압회로(300)를 제어하는 제어기(400);를 포함하되,
상기 하중용 실린더(200)에는, 양쪽을 마감하는 마감판(210', 210") 사이에 적어도 두 개의 보강대(213)로 보강한 튜브(210); 및 적어도 하나의 실링(221)을 갖춘 한쪽이 상기 튜브(210)에 끼워지되, 다른 한쪽에는 시편 판(222)과 상기 튜브(210)를 마감하는 마감판(210')에 관통하게 끼워져서 길이 방향 안내와 회전을 방지하는 적어도 두 개의 안내 바(223)가 구비되어 길이 방향으로 움직이는 로드(220);가 포함되고,
상기 프레임(100)에는, 상기 하중용 실린더(200)를 중심으로 그 주변에 배치된 적어도 하나의 오일 탱크(120)가 포함되며,
상기 공·유압회로(300)에는, 외부에서 공급받은 압축공기를 상기 오일 탱크(120)에 공급할 수 있게 차례로 연결된 두 개의 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b); 외부에서 압축공기를 공급받아 상기 튜브(210)와 로드(220) 끝 사이와 상기 오일 탱크(120)를 연결하는 작동 관(321)을 개폐하는 제동밸브(322)를 제어하는 제동 솔레노이드밸브(320); 상기 메인 솔레노이드밸브(310a)와 병렬로 분기되어 상기 튜브(210)와 로드(220) 사이에 압축공기를 공급하거나 배출하는 보조 솔레노이드밸브(330); 상기 메인 솔레노이드밸브(310a)와 병렬로 분기되어 상기 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b) 사이로 연결된 스피드 컨트롤러(340); 및 상기 오일 탱크(120)에 공급된 압축공기를 배출하기 위한 배출 솔레노이드밸브(350)가 포함되고,
상기 제어기(400)는, 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b), 제동 솔레노이드밸브(320), 보조 솔레노이드밸브(330), 스피드 컨트롤러(340), 및 배출 솔레노이드밸브(350)의 제어를 통해 상기 하중용 실린더(200)가 복동 방식으로 동작하게 제어하는 것을 특징으로 하는 경도 측정 장치.
- 제1항에서,
상기 오일 탱크(120)는,
상기 하중용 실린더(200)를 중심으로 서로 마주하게 두 개가 설치된 것을 특징으로 하는 경도 측정 장치.
- 제1항에서,
상기 튜브(210)에는,
상기 로드(220)가 관통하게 끼워지는 한쪽을 마감판(210')으로 마감하되, 상기 마감판(210')에는 적어도 하나의 라이너(211), 및 적어도 하나의 실링(212)이 구성되어 상기 튜브(210)에 로드(220)의 접촉을 최소화할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 경도 측정 장치.
- 제1항에서,
상기 메인 솔레노이드밸브(310b)는,
상기 오일 탱크(120)의 하부에서 상부로 설치되어 상부가 오일 위로 노출되게 설치된 공급 관(311)을 통해 압축공기를 오일 탱크(120) 안에 공급하게 구성된 것을 특징으로 하는 경도 측정 장치.
- 제1항에서,
상기 공·유압회로(300)에서,
공기를 이용하는 관에는 히터가 구비된 것을 특징으로 하는 경도 측정 장치.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
상기 제어기(400)는 경도 측정을 위해 아래의 순서로 제어하되,
(1) 상기 튜브(210)에서 로드(220)가 상승하게 할 때는, 압축공기가 상기 두 개의 메인 솔레노이드밸브(310a, 310b)와 상기 스피드 컨트롤러(340)를 통해 오일 탱크(120)에 공급하면서, 상기 제동 솔레노이드밸브(320)를 개방하여 상기 오일 탱크(120)의 오일이 튜브(210)에 공급되어 로드(220)가 상승하게 하며, 동시에 상기 보조 솔레노이드밸브(330)로 튜브(210)와 로드(220) 사이의 공기를 외부로 배출하게 제어하고,
(2) 상기 로드(220)가 거의 상승하여 시편이 강구(110)에 가압하게 할 때는, 상기 메인 솔레노이드밸브(310a)를 닫고 상기 스피드 컨트롤러(340)로 상기 오일 탱크(120)로 공급하는 압축공기량을 미세 조정하며,
(3) 시편이 강구(110)에 압착된 상태를 유지할 때는, 메인 솔레노이드밸브(310b)를 차단하게 하여 압축공기를 차단하면서 상기 제동 솔레노이드밸브(320)를 차단하여 상기 오일 탱크(120)의 오일이 튜브(210)에 공급되는 것을 차단하게 제어하고,
(4) 일정 시간을 유지한 상태에서 상기 로드(220)가 하강하게 할 때는, 상기 보조 솔레노이드밸브(330)를 개방하여 압축공기가 튜브(210)와 로드(220) 사이에 공급하여 로드(220)가 하강하게 하고, 동시에 상기 제동 솔레노이드밸브(320)를 개방하여 튜브(210) 안의 오일이 오일 탱크(120)로 되돌아가게 하면서, 상기 배출 솔레노이드밸브(350)를 열어서 상기 오일 탱크(120) 내의 압축공기가 외부로 배출되게 제어하는 것을 특징으로 하는 경도 측정 장치.
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