KR102402161B1 - 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법 - Google Patents

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Abstract

시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 시스템이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 성형성 평가 시스템은 상기 시편을 고정한 상태에서 상기 시편의 변형을 유도하기 위해 상기 시편에 외력을 가하는 가압부; 상기 가압부에 의한 상기 시편 가압 여부를 제어하는 제어부; 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부가 측정한 상기 음향을 통해 상기 변형에 의해 상기 시편에 크랙이 발생되었는지 여부를 판단하는 계산부; 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 계산부가 상기 시편에 상기 크랙이 발생하였다고 판단 시 상기 가압부가 상기 시편에 외력을 가하는 것을 멈추도록 제어할 수 있다.

Description

성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법{SYSTEM FOR EVALUATING FORMABILITY AND METHOD OF EVALUATING FORMABILITY USING THE SAME}
본 발명은 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시편을 가압하여 크랙이 생성될 때 방출되는 음향을 측정하여 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법에 관한 것이다.
시편의 성형성 평가 시험이란, 시편에 외력이 가해지는 경우 시편에 크랙이 발생하기까지 시편에 가해진 힘과 시간을 판단하는 시험이다.
이와 같은 성형성 평가 시험은 장치의 하우징의 재료의 성형성을 판단하는데 주로 사용된다.
특히, 사용자의 안전과 직결되는 자동차 내외판재, 전자 외장부품 등은 주로 프레스 성형을 통하여 제조되기 때문에 이와 같은 부품을 제조하기 위해 적용된 재료의 성형성의 정확한 평가가 매우 중요한다.
종래에는 이러한 시편이 성형성을 측정하기 위하여 시편에 하중을 가하면서 시편에 가한 하중의 변화를 측정하거나, 시편에 크랙이 발생하는 시점을 판단하기 위해 카메라를 설치하여 크랙을 육안으로 판별하여 왔다.
다만, 알루미늄합금 등 경량 소재의 성형성 평가 시험에서 하중의 변화를 측정하는 방식은 크랙 발생 시 하중의 변화가 미미하여 정확성이 떨어지는 문제가 있었다.
또한, 육안으로 크랙을 판별하는 방법에서는 육안으로 판별하기 어려운 미세 균열을 구별하기 어려운 문제점이 있었다.
나아가 육안으로 크랙을 판별하는 경우, 작업자의 경험에 따라 시험 결과가 상이하게 나타나 객관성에 문제가 있었다.
이에 따라, 시험자의 경험과 무관하면서 보다 정확하게 시편의 성형성을 평가할 수 있는 시스템에 대한 요구가 대두되고 있다.
공개특허공보 제10-2009-0070742호(성형성 평가장치)
본 발명은, 크랙이 발생하는 시점을 보다 정확하게 판별할 수 있는 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 미세한 크랙이 발생하더라도 크랙 발생여부를 판별할 수 있는 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법을 제공하는데 목적이 있다.
나아가, 본 발명은 시험을 수행하는 사용자의 경험이나 숙달도와 무관하게 객관적인 결과를 얻을 수 있는 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 시스템은, 상기 시편을 고정한 상태에서 상기 시편의 변형을 유도하기 위해 상기 시편에 외력을 가하는 가압부; 상기 가압부에 의한 상기 시편 가압 여부를 제어하는 제어부; 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부가 측정한 상기 음향을 통해 상기 변형에 의해 상기 시편에 크랙이 발생되었는지 여부를 판단하는 계산부; 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 계산부가 상기 시편에 상기 크랙이 발생하였다고 판단 시 상기 가압부가 상기 시편에 외력을 가하는 것을 멈추도록 제어할 수 있다.
이 때, 상기 측정부는 상기 가압부의 일측에 배치되어 상기 시편의 변형에 따라 방출되는 음향을 측정하는 센서 부재를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 센서 부재는 음향 방출 센서일 수 있다.
이 때, 상기 측정부는 상기 센서 부재를 통해 측정된 상기 음향을 증폭하는 증폭 부재를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 계산부는 상기 측정부가 측정한 음향으로서 상기 가압부를 통해 상기 시편을 가압하는 동안 방출되는 제 1 음향과 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 방출되는 제 2 음향을 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단할 수 있다.
이 때, 상기 가압부는 제 1 다이; 상기 시편을 사이에 두고 상기 제 1 다이와 대향하도록 배치되어 상기 시편을 고정하는 제 2 다이; 고정된 상기 시편을 변형시키기 위해 상기 시편을 가압하도록 연장 형성되는 펀치; 및 상기 펀치에 선형 구동력을 발생시키는 유압 부재; 를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 시편은 판형으로 형성되고, 상기 펀치는 상기 시편의 일면을 일단부를 이용하여 상기 시편의 일면과 수직한 방향으로 가압할 수 있다.
이 때, 상기 시편에는 홀이 형성되고, 상기 펀치는 일단부로 갈수록 면적이 작아지도록 형성되되 상기 시편에 형성된 상기 홀의 테두리부가 확장되도록 상기 시편을 가압할 수 있다.
한편, 상기 가압부는 상기 시편의 일단부를 고정하는 제 1 다이; 상기 시편을 사이에 두고 상기 제 1 다이와 대향하도록 배치되어 상기 시편의 타단부를 고정하는 제 2 다이; 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이가 상기 시편을 반대 방향으로 잡아당기도록 상기 제 1 다이 또는 사이 제 2 다이에 선형 구동력을 발생시키는 유압 부재; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 방법은, 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이 사이에 시편을 고정하고 상기 펀치로 상기 시편을 가압하는 가압 단계; 상기 시편을 가압하는 과정에서 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 상기 측정부를 통해 측정하는 음향 측정 단계; 및 상기 계산부가 상기 가압부를 통해 상기 시편을 가압하는 동안 방출되는 제 1 음향과 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 방출되는 제 2 음향을 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단하는 크랙 판별 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 시편에 형성된 홀의 확장률을 측정하기 위한 성형성 평가 방법은, 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이 사이에 시편을 고정하고 상기 시편에 형성된 홀의 테두리부가 확장되도록 상기 펀치로 상기 시편을 가압하는 홀 확장 단계;
상기 시편을 가압하는 과정에서 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 상기 측정부를 통해 측정하는 음향 측정 단계; 및 상기 계산부가 상기 가압부를 통해 상기 시편을 가압하는 동안 방출되는 제 1 음향과 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 방출되는 제 2 음향을 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단하는 크랙 판별 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 시편의 인장강도를 측정하기 위한 성형성 평가 방법은, 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이 사이에 시편을 고정하고 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이가 상기 시편을 반대 방향으로 잡아당기는 인장 단계; 상기 시편을 인장하는 과정에서 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 상기 측정부를 통해 측정하는 음향 측정 단계; 및 상기 계산부가 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이를 통해 상기 시편을 인장하는 동안 발생하는 제 1 음향과 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 발생하는 제 2 음향을 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단하는 크랙 판별 단계; 를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 크랙의 발생 판단 시 상기 제어부가 상기 유압 부재를 제어하여 상기 시편에 외력을 가하는 것을 중단시키는 가압 중단 단계; 를 더 포함할 수 있다.
이 때, 음향 측정 단계는 상기 제 1 다이 또는 상기 제 2 다이의 일측에 배치되는 센서 부재를 통해 상기 시편의 변형에 따라 발생하는 음향을 센싱하는 단계; 및 상기 센서 부재를 통해 센싱된 음향을 상기 센서 부재에 연결된 증폭 부재를 통해 증폭하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법은, 시편을 가압할 때 방출되는 음향을 측정하여 시편에 크랙이 발생하였는지 여부를 판별함으로써, 시편에 크랙이 발생하는 시점을 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법은, 시편을 가압할 때 방출되는 음향을 측정하여 시편에 크랙이 발생하였는지 여부를 판별함으로써, 시편에 발생한 크랙이 미세하더라도 이를 판별할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 성형성 평가 시스템 및 이를 이용한 성형성 평가 방법은, 사용자의 경험이나 숙달도와 무관하게 시편의 성형성에 대한 객관적인 결과값을 얻을 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 도시한 도면이다.
도 2은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템의 측정부가 측정한 음향의 크기를 시간에 따라 표시한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법의 음향 측정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다. 또한, 도면에서 구성의 특징을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 크기를 과장되게 나타내었으며, 도면에서 나타낸 구성의 두께나 크기를 반드시 실제와 같이 나타내는 것은 아니다.
'제 1', '제 2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 위 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 '제 1 구성요소'는 '제 2 구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제 2 구성요소'도 '제 1 구성요소'로 명명될 수 있다.
본 발명은 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 시편의 성형한계를 측정하기 위해 종래에 사용해왔던 방식으로서 시편에 걸리는 성형 하중의 변화를 측정하거나 카메라를 통해 육안으로 변화를 관찰하는 방식을 시편에서 발생하는 진동, 즉 방출된 음향을 측정하는 방식으로 대체하는 성형성 평가 시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 도시한 도면이고, 도 2은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템의 측정부가 측정한 음향의 크기를 시간에 따라 표시한 그래프를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)은 가압부(10), 제어부(20), 측정부(30) 및 계산부(40)를 구비한다.
본 발명은 시편(2)의 성형 한계를 측정하기 위한 것으로서, 본 발명에 사용되는 시편의 재질이나 형상은 시험의 목적에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)에서 사용되는 시편(2)은 판형으로 형성되며, 판형 시편(2)의 일면을 일면에 수직한 방향으로 가압함으로써 시편의 성형 한계를 측정한다.
가압부(10)는 시편(2)의 변형을 유도하기 위하여 시편(2)에 지속적으로 외력을 가한다. 가압부(10)가 시편(2)에 가하는 외력의 크기는 서서히 증가시키는 것이 바람직하다.
이 때, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)의 가압부(10)는 제 1 다이(12), 제 2 다이(14), 펀치(16) 및 유압 부재(미도시)를 구비한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)는 시편(2)을 가압하기 위하여 시편(2)의 양단부를 고정한다.
제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)는 서로 대향하도록 상하 방향으로 배치되어 시편(2)을 고정할 수 있다.
제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)가 시편(2)을 고정하는 방식은 공지된 다양한 방식에 의할 수 있으므로, 본 명세서에서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 펀치(16)는 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)에 고정된 판형 시편(2)의 일면을 일면에 수직한 방향으로 가압한다.
이 때, 펀치(16)가 시편(2)을 가압하기 위하여 제 1 다이(12)에는 홀 또는 홈이 형성될 수 있다. 따라서 펀치(16)는 제 1 다이(12)를 관통하여 선형으로 왕복운동을 할 수 있고, 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)에 고정된 시편(2)을 가압할 수 있게 된다.
펀치(16)는 판형 시편(2)의 일면을 가압할 수 있으면 펀치(16)의 형상에 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들면 도 1에서와 같이 길이 연장되어 형성될 수 있다.
이 때, 판형 시편(2)과 접촉하여 판형 시편(2)을 가압하는 단부는 판형 시편(2)을 가압하는 과정에서 펀치(16)의 형상에 의해 시편(2)에 크랙이 발생하지 않도록 둥근 반구의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
유압 부재(미도시)는 펀치(16)가 판형 시편(2)에 접촉한 상태로 시편(2)을 가압하기 위해 펀치(16)에 선형 구동력을 제공한다. 다만, 유압 부재(미도시)를 구비하는 것은 하나의 바람직한 실시예이며, 펀치(16)에 선형 구동력을 줄 수 있으면 공지된 다양한 방식이 적용될 수 있다.
이 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 유압 부재(미도시)는 제어부(20)에 의하여 제어된다. 즉, 제어부(20)는 유압 부재(미도시)에 연결되어 펀치(16)가 시편(2)을 가압하도록 유압 부재(미도시)를 통해 펀치(16)에 선형 구동력을 제공하는 것뿐만 아니라, 선형 구동력의 방향이나 세기를 조절할 수 있다.
이 때, 도면에 도시되지는 않았지만, 제어부(20)는 사용자가 직접 조작하여 펀치(16)가 시편(2)을 가압하게 하거나 펀치(16)가 가압하는 것을 중단시킬 수 있는 조작부(미도시)를 포함할 수 있다.
다만, 제어부(20)는 시편(2)에 크랙이 발생하였다는 신호를 수신하는 경우 유압 부재(미도시)를 정지시킴으로써 펀치(16)가 시편(2)에 외력을 가하는 것을 중단시킬 수 있다.
한편, 측정부(30)는 시편(2)에 크랙이 발생하였는지 판단하기 위하여, 시편(2)으로부터 방출되는 음향을 측정한다.
이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)의 측정부(30)는 센서 부재(32) 및 증폭 부재(34)를 구비할 수 있다.
센서 부재(32)는 시편(2)이 펀치(16)에 의해 가압되어 변형될 때 발생하는 음향을 측정한다.
이 때, 시편(2)이 변형됨에 따라 음향이 방출되는 것을 음향 방출(Acoustic Emission, AE)이라고 한다. 즉, 음향 방출이란 고체가 변형 또는 파괴 시 발생하는 음을 탄성파로 방출하는 현상을 말한다. 이 때, 방출된 탄성파로서 음향을 측정하는 센서 부재(32)는 음향 방출 센서일 수 있다.
센서 부재(32)가 시편(2)으로부터 방출된 음향을 측정하는 방식은 공지된 것이므로 본 명세서에서는 이에 대한 상세한 설명을 생략하도록 한다.
센서 부재(32)는 음향을 측정하기 위해 시편(2)과 접촉하고 있는 제 1 다이(12) 또는 제 2 다이(14)의 일측에 배치된다. 즉, 시편(2)의 변형으로부터 방출되는 음향이 시편(2)과 접촉하고 있는 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)로 전달되고, 전달된 음향을 센서 부재(32)가 측정하게 된다. 따라서, 센서 부재(32)는 음향을 측정하기 용이하도록 시편(2)에 근접하여 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 증폭 부재(34)는 음향을 통해 시편(2)의 변형 여부를 용이하게 판단하기 위해 센서 부재(32)가 측정한 음향을 증폭한다.
이 때, 증폭 부재(34)는 음향의 세기뿐만 아니라, 시편(2)의 변형과 관계없는 음향을 필터링하여 시편(2)의 변형을 더욱 용이하게 판단할 수 있도록 할 수 있다.
증폭 부재(34)는 음향을 증폭시킬 수 있으면 실시예에 제한이 있는 것은 아니다. 예를 들면, 증폭 부재(34)는 프리앰프(Pre-Amplifier)일 수 있다. 이 때, 단순히 주파수 대역을 선택하는 것이 아니라 증폭을 요구되므로 증폭 부재(34)는 액티브 프리앰프(Active Pre-Amplifier)인 것이 바람직하다.
한편, 계산부(40)는 센서 부재(32)에 의해 측정되고 증폭 부재(34)에 의해 증폭된 음향에 대한 정보를 수신하여 시편(2)에 크랙이 발생하였는지 여부를 판단하다.
시편(2)에 크랙이 발생하였는지를 판단하기 위해, 계산부(40)는 시편(2)이 변형되기 전까지 펀치(16)를 통해 시편(2)을 가압하면서 발생하는 음향에 대한 정보를 센서 부재(32)를 통해 수집한다. 이 때, 시편(2)이 변형되기 전까지의 음향을 제 1 음향(6)이라고 규정한다.
반면, 펀치(16)가 시편(2)을 가압함에 따라 시편(2)에 변형이 발생하기 시작하면 제 1 음향(6)과 다른 음향이 센서 부재(32)에 의해 측정된다. 이 때, 시편(2)에 크랙이 발생하게 시작하면서 발생하는 음향을 제 2 음향(8)이라고 규정한다.
따라서, 계산부(40)는 제 1 음향(6)과 제 2 음향(8)을 구별하여 제 2 음향(8)이 측정되는 시점을 시편(2)에 크랙이 발생하는 시점으로 판단한다.
이 때, 제 1 음향(6)과 제 2 음향(8)은 시편(2)의 재질에 따라 다양한 변수로 구별될 수 있다. 예를 들면, 계산부(40)는 임계값(Threshold) 초과여부, 크기(Amplitude) 차이 등을 근거로 제 1 음향(6)과 제 2 음향(8)을 구별할 수 있다.
본 명세서에서는 설명의 편의상 도 2에 도시된 바와 같이, 음향의 급격한 크기(Amplitude) 차이에 의해 계산부(40)가 제 1 음향(6)과 제 2 음향(8)을 구별하는 것으로 규정하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 펀치(16)가 시편(2)을 가압하는 힘을 시간에 따라 증가하게 되더라도 t1이 되기 이전 일정 시간 동안은 음향의 크기(Amplitude) 차이가 급격히 변하지 않는다. 이 때, 계산부(40)는 측정된 음향을 제 1 음향(6)으로 판단한다.
반면, t1 이후가 되면 계산부(40)가 측정하는 음향의 크기(Amplitude)가 제 1 음향(6)과 급격히 차이(Δd)가 발생하게 된다. 이 때, 계산부(40)는 제 1 음향(6)과 구별되는 제 2 음향(8)을 판별하여 시편(2)에 크랙이 발생되었다고 판단하다.
이와 같이, 시편(2)의 크랙 발생 여부를 방출된 음향으로 판단하게 되면 종래와 같이 시편(2)에 걸리는 하중으로 판단하는 것보다 빠르게 크랙이 발생한 시점을 파악할 수 있다.
이를 도 2을 참조하여 설명하면, 시편(2)에 걸리는 하중은 t1이 도과한 때에도 일정 시간동안(Δt) 증가한다. 따라서, 종래의 방법에 의하면 시편(2)에 걸리는 하중이 급격히 감소하는 시점인 t2에 도달하여야 비로소 시편(2)에 크랙이 발생하였다고 판단한다. 즉, 본 발명에 의하면 종래의 발명과 비교할 때 시편(2)에 크랙이 발생하는 시점을 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)을 이용하여 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 방법을 설명한다.
도 3는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법을 나타내는 순서도이고, 도 4은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법의 음향 측정 단계를 나타내는 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)을 이용하여 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 방법은 가압 단계(S10), 음향 측정 단계(S20) 및 크랙 판별 단계(S30)를 포함한다.
가압 단계(S10)에서는 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14) 사이에 시편(2)을 고정하고 펀치(16)로 제 2 다이(14)에 형성된 홀(미도시) 또는 홈(미도시)을 통해 시편(2)을 가압한다.
이 때, 펀치(16)는 유압 부재(미도시)에 의하여 시편(2)에 외력을 가할 수 있으며, 유압 부재(미도시)는 펀치(16)가 시편(2)을 가압하는 외력의 크기를 점진적으로 증가시킨다. 시편(2)이 가해지는 외력이 증가함에 따라 시편(2)에는 미세한 변형이 발생하며 음향이 방출된다.
음향 측정 단계(S20)에서는 펀치(16)가 시편(2)을 가압하는 과정 상에서 방출되는 음향을 측정부(30)를 통해 측정한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)을 이용한 성형성 평가 방법의 음향 측정 단계(S20)는 음향을 센싱하는 단계(S21) 및 음향을 증폭하는 단계(S22)를 포함할 수 있다.
즉, 음향을 센싱하는 단계(S21)에서는 제 2 다이(14)의 일측에 배치되는 센서 부재(32)를 통하여 시편(2)에서 방출되는 음향을 센싱한다. (도 1 참조)
이 때, 센서 부재(32)가 측정한 음향은 음향을 증폭하는 단계(S22)에서 증폭 부재(34)에 의하여 증폭된다. 또한, 시편(2)의 변형과 무관한 음향이 필터링되어 시편(2)의 변형에 따른 음향이 선별된다.
한편, 크랙 판별 단계(S30)에서는 계산부(40)가 증폭 부재(34)를 통해 증폭된 음향에 대한 신호를 수신한다.
이 때, 계산부(40)는 시편(2)에 크랙이 발생하기 전에 발생하는 제 1 음향(6)과 시편(2)에 크랙이 발생한 후 발생하는 제 2 음향(8)을 음향의 크기(Amplitude)의 급격한 변화로 구별한다. (도 2 참조)
따라서, 계산부(40)는 제 1 음향(6)으로부터 크기(Amplitude)의 급격한 변화가 감지되면 제 2 음향(8)으로 판별하여 시편(2)에 크랙이 발생되었다고 판단한다.
이 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)을 이용하여 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 방법은 가압 중단 단계(S40)를 더 포함할 수 있다.
가압 중단 단계(S40)에서는 계산부(40)에 의해 시편(2)에 크랙이 발생하였다고 판단되는 경우, 계산부(40)에 연결된 제어부(20)가 신호를 받아 유압 부재(미도시)의 작동을 멈춘다.
이에 따라, 시편(2)에 크랙이 발생된 이후에도 불필요 유압 부재(미도시)가 펀치(16)에 구동력을 제공함으로써 성형성 평가 시스템(1)에 내구성을 떨어뜨리는 것을 방지할 수 있을 있다.
또한, 시편(2)의 종류에 따라 유압 부재(미도시)가 제공하는 구동력이 상대적으로 강할 수 있는데, 시편(2)에 크랙이 발생하여 순간적으로 펀치(16)가 제 1 다이(12) 또는 제 2 다이(14)에 충격을 주게 됨으로써, 사용자에게 위협이 될 수 있는 문제를 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1) 및 이를 이용한 성형성 평가 방법에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1') 및 이를 이용한 성형성 평가 방법에 대하여 살펴본다. 다만, 제 1 실시예에 대한 내용과 중복되는 내용은 생략하고 차이가 있는 내용에 대하여만 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1')은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)에서와 같이 가압부(10'), 제어부(20), 측정부(30) 및 계산부(40)를 구비한다.
다만, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1')은 제 1 실시예와 달리 시편에 형성된 홀의 확장률을 측정하기 위한 시스템으로서 제 1 실시예와 가압부(10')의 구성에 차이가 있으므로 이에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1')의 가압부(10')는 제 1 다이(12), 제 2 다이(14), 펀치(16) 및 유압 부재(미도시)를 구비한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)는 시편(2)을 가압하기 위하여 시편(2')의 양단부를 고정한다.
이 때, 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)에 고정되는 시편(2')은 판형으로 형성되며 시편(2)의 중앙부에는 원형 모양의 홀(4)이 형성된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 펀치(16)는 시편(2')에 형성된 홀(4)의 테두리부, 즉 내경이 늘어나도록 홀(4)에 수직한 방향으로 시편(2')을 가압한다.
이를 위해 펀치(16)는 시편을 가압하는 측 일단부로 갈수록 면적이 작아지도록 연장 형성된다. 이 때, 펀치(16)의 연장 방향의 중심축이 홀의 중심을 지나도록 배치되며 펀치(16)가 시편(2')을 가압함에 따라 홀(4)의 테두리부가 변형되어 확장된다.
이에 따라 시편(2')에 형성된 홀(4)이 변형하면서 음향이 방출되고 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1')의 측정부로 이를 측정한 뒤 계산부(40)로 제 1 음향(6) 및 제 2 음향(8)을 구별하여 시편(2')의 크랙을 판별하는 것은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 시스템(1)과 같으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
도 6는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법을 나타내는 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1')을 이용한 시편에 형성된 홀의 확장률을 측정하기 위한 성형성 평가 방법은 홀 확장 단계(S110), 음향 측정 단계(S120), 크랙 판별 단계(S130) 및 가압 중단 단계(S140)를 포함한다.
다만, 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1')은 시편(2')에 형성된 홀(4)의 확장률을 판단하기 위해 가압하는 점에서 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)과 차이가 있을 뿐이므로, 본 발명에 의한 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1')을 이용한 성형성 평가 방법에 대한 설명은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1)을 이용한 성형성 평가 방법으로 대체한다.
이상에서는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1') 및 이를 이용한 성형성 평가 방법에 대하여 살펴보았다. 이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1") 및 이를 이용한 성형성 평가 방법에 대하여 살펴본다. 다만, 상술한 제 1 및 제 2 실시예에 대한 내용과 중복되는 내용은 생략하고 차이가 있는 내용에 대하여만 상세히 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1")은 가압부(10"), 제어부(20), 측정부(30) 및 계산부(40)를 구비한다.
다만, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1")은 제 1 및 2 실시예와 달리 시편의 인장 강도를 측정하기 위한 시스템으로서 제 1 및 제 2 실시예와 가압부(10")의 구성에 차이가 있으므로 이에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1")의 가압부(10")는 제 1 다이(12), 제 2 다이(14) 및 유압 부재(미도시)를 구비한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)는 시편(2")을 인장하기 위하여 시편(2")의 양단부를 고정한다.
이 때, 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)에 고정되는 시편(2")은 막대 형상으로 연장 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 다이(12) 및 제 2 다이(14)는 시편(2")의 양단부를 각각 고정한 상태에서 유압 부재(미도시)로부터 구동력을 제공받아서 서로 반대 방향으로 시편(2)을 잡아당긴다.
이에 따라 시편(2)에 연장되어 변형되면서 음향이 방출되고 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1")의 측정부(30)로 이를 측정한 뒤 계산부(40)로 제 1 음향(6) 및 제 2 음향(8)을 구별하여 시편(2")의 크랙을 판별하는 것은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 성형성 시스템(1, 1')과 같으므로 이에 대한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템을 이용한 성형성 평가 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1")을 이용하여 시편의 인장강도를 측정하기 위한 성형성 평가 방법은 인장 단계(S210), 음향 측정 단계(S220), 크랙 판별 단계(S230) 및 가압 중단 단계(S240)를 포함한다.
다만, 상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1")은 시편(2")의 인장강도를 측정하기 위해 시편(2")을 반대방향으로 당기는 점에서 제 1 및 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1, 1')과 차이가 있을 뿐이므로, 본 발명에 의한 제 3 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1")을 이용한 성형성 평가 방법에 대한 설명은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 성형성 평가 시스템(1, 1')을 이용한 성형성 평가 방법으로 대체한다.
이상에서 본 발명의 여러 실시예에 따른 성형성 평가 시스템에 대하여 설명하였으나, 본 실시예에 따른 성형성 평가 시스템은 상술된 시편 가압 방법에만 적용될 수 있는 것은 아니며, 시편을 가압함으로써 크랙이 발생하고 이를 시편에서 방출된 음향으로 판별할 수 있는 모든 시험에서 사용될 수 있음을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
1,1',1" 성형성 평가 시스템 14 제 2 다이
2 시편 16 펀치
4 홀 20 제어부
6 제 1 음향 30 측정부
8 제 2 음향 32 센서 부재
10,10',10" 가압부 34 증폭 부재
12 제 1 다이 40 계산부

Claims (14)

  1. 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 시스템에 있어서,
    상기 시편을 고정한 상태에서 상기 시편의 변형을 유도하기 위해 상기 시편에 외력을 가하는 가압부;
    상기 가압부에 의한 상기 시편 가압 여부 및 상기 시편에 가하는 외력의 크기를 제어하는 제어부;
    상기 가압부의 일측에 배치되어 상기 시편의 변형에 따라 방출되는 음향을 측정하는 센서 부재를 포함하는 측정부; 및
    상기 측정부가 측정한 상기 음향을 통해 상기 변형에 의해 상기 시편에 크랙이 발생되었는지 여부를 판단하는 계산부; 를 포함하고,
    상기 계산부는 상기 가압부를 통해 상기 시편에 가압하는 외력의 크기를 증가시키는 동안 방출되는 음향을 상기 센서 부재를 통하여 수집하고, 수집된 음향의 시간에 따른 음향의 크기(Amplitude) 차이 값을 산출하여 상기 음향의 크기 차이 값이 소정의 범위 내에서 유지되는 음향을 제 1 음향으로 규정하고, 시간에 따른 음향의 크기 차이 값이 급격히 변화하여 상기 제 1 음향의 시간에 따른 음향의 크기 차이 값의 범위를 벗어나는 음향을 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 방출되는 제2 음향으로 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단하고,
    상기 제어부는 상기 계산부가 상기 시편에 상기 크랙이 발생하였다고 판단 시 상기 가압부가 상기 시편에 외력을 가하는 것을 멈추도록 제어하는, 성형성 평가 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 부재는 음향 방출 센서인, 성형성 평가 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부는 상기 센서 부재를 통해 측정된 상기 음향을 증폭하는 증폭 부재를 포함하는, 성형성 평가 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압부는
    제 1 다이;
    상기 시편을 사이에 두고 상기 제 1 다이와 대향하도록 배치되어 상기 시편을 고정하는 제 2 다이;
    고정된 상기 시편을 변형시키기 위해 상기 시편을 가압하도록 연장 형성되는 펀치; 및
    상기 펀치에 선형 구동력을 발생시키는 유압 부재; 를 포함하는, 성형성 평가 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 시편은 판형으로 형성되고,
    상기 펀치는 상기 시편의 일면을 일단부를 이용하여 상기 시편의 일면과 수직한 방향으로 가압하는, 성형성 평가 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 시편에는 홀이 형성되고,
    상기 펀치는 일단부로 갈수록 면적이 작아지도록 형성되되 상기 시편에 형성된 상기 홀의 테두리부가 확장되도록 상기 시편을 가압하는, 성형성 평가 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압부는
    상기 시편의 일단부를 고정하는 제 1 다이;
    상기 시편을 사이에 두고 상기 제 1 다이와 대향하도록 배치되어 상기 시편의 타단부를 고정하는 제 2 다이;
    상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이가 상기 시편을 반대 방향으로 잡아당기도록 상기 제 1 다이 또는 사이 제 2 다이에 선형 구동력을 발생시키는 유압 부재; 를 포함하는, 성형성 평가 시스템.
  10. 제 7 항에 따른 성형성 평가 시스템을 이용하여 시편의 성형한계를 측정하기 위한 성형성 평가 방법에 있어서,
    상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이 사이에 시편을 고정하고 상기 펀치로 상기 시편을 가압하는 가압 단계;
    상기 시편을 가압하는 과정에서 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 상기 측정부를 통해 측정하는 음향 측정 단계; 및
    상기 계산부가 상기 가압부를 통해 상기 시편을 가압하는 동안 방출되는 제 1 음향과 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 방출되는 제 2 음향을 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단하는 크랙 판별 단계; 를 포함하는, 성형성 평가 방법.
  11. 제 8 항에 따른 성형성 평가 시스템을 이용하여 시편에 형성된 홀의 확장률을 측정하기 위한 성형성 평가 방법에 있어서,
    상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이 사이에 시편을 고정하고 상기 시편에 형성된 홀의 테두리부가 확장되도록 상기 펀치로 상기 시편을 가압하는 홀 확장 단계;
    상기 시편을 가압하는 과정에서 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 상기 측정부를 통해 측정하는 음향 측정 단계; 및
    상기 계산부가 상기 가압부를 통해 상기 시편을 가압하는 동안 방출되는 제 1 음향과 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 방출되는 제 2 음향을 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단하는 크랙 판별 단계; 를 포함하는, 성형성 평가 방법.
  12. 제 9 항에 따른 성형성 평가 시스템을 이용하여 시편의 인장강도를 측정하기 위한 성형성 평가 방법에 있어서,
    상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이 사이에 시편을 고정하고 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이가 상기 시편을 반대 방향으로 잡아당기는 인장 단계;
    상기 시편을 인장하는 과정에서 상기 시편의 변형에 따라 상기 시편에서 방출되는 음향을 상기 측정부를 통해 측정하는 음향 측정 단계; 및
    상기 계산부가 상기 제 1 다이 및 상기 제 2 다이를 통해 상기 시편을 인장하는 동안 방출되는 제 1 음향과 상기 시편에 크랙이 발생하기 시작하면서 방출되는 제 2 음향을 구별하여 상기 제 2 음향이 측정된 경우 상기 시편에 크랙이 발생하였다고 판단하는 크랙 판별 단계; 를 포함하는, 성형성 평가 방법.
  13. 제 10 항, 제 11 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 크랙의 발생 판단 시 상기 제어부가 상기 유압 부재를 제어하여 상기 시편에 외력을 가하는 것을 중단시키는 가압 중단 단계; 를 더 포함하는, 성형성 평가 방법.
  14. 제 10 항, 제 11 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    음향 측정 단계는
    상기 제 1 다이 또는 상기 제 2 다이의 일측에 배치되는 센서 부재를 통해 상기 시편의 변형에 따라 발생하는 음향을 센싱하는 단계; 및
    상기 센서 부재를 통해 센싱된 음향을 상기 센서 부재에 연결된 증폭 부재를 통해 증폭하는 단계; 를 포함하는, 성형성 평가 방법.
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