KR20010049760A - 충격 부하를 받는 강자성 부품내에서의 충격파의 시간적진행을 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

충격 또는 충격과 유사한 부하가 가해진 강자성 부품, 특히 강자성 부품에 자성 흐름이 제공되고 충격 작용으로 인해 상기 자성 흐름의 변동 속도가 측정 전압으로서 검출되는, 예컨대 드릴과 같은 공구내에서의 충격파의 시간적 진행을 검출하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 상기 방법에 기초한 장치에서는, 충격파 진행이 적분 측정 전압 및 측정 전압의 부가적인 오버랩으로부터 검출된다.

본 발명에 따라, 충격파의 시간적 진행을 측정할 때에는 와류의 영향이 충분히 보상될 수 있다.

Description

충격 부하를 받는 강자성 부품내에서의 충격파의 시간적 진행을 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE TEMPORAL COURSE OF THE SHOCK WAVE IN A IMPACT-STRESSED FERROMAGNETIC COMPONENT}

본 발명은, 충격을 받는 또는 충격에 의해 부하가 가해진 강자성 부품, 특히 강자성 부품에 자성 흐름이 제공되고 부품에 충격이 작용할 때 자성 흐름의 변동 속도가 강자성 부품에 할당된 측정 장치에 의해 측정 전압으로서 검출되는, 공구내에서의 충격파의 시간적 진행을 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

부품, 특히 공구내에서의 충격파의 시간적 진행에 대한 지식은 예를 들어 기술적인 특성을 최적화하기 위해서, 테스트하기 위해서 그리고 구동을 프로그래밍하기 위해서 뿐만 아니라 드릴 해머와 같은 충격식 해체 장치의 품질을 조절하기 위해서도 필요하다. 이와 같은 충격파를 측정하기 위해 오늘날에는 거의 예외 없이 연신 측정 스트립이 사용된다. 상기 연신 측정 스트립을 측정 막대에 또는 공구의 샤프트에 적용하는 것은 많은 비용이 소요된다. 또한 회전식 공구가 사용되는 경우에는, 고가의 전송 전자 장치에 의해서만 측정이 가능하다. 또한 연신 측정 스트립, 특히 상기 연신 측정 스트립의 전기 단자는 진동에 대해서 매우 민감하다.

스태틱 또는 준 스태틱 파워를 측정하기 위해서는 자기 탄성 원리 (ME) 에 기초하는 센서가 상기 연신 측정 스트립의 대안으로 가능하다 (참고 문헌 [1] 참조). 반전 현상, 즉 자기 변형의 영향 (참고 문헌 [2] 및 [3] 참조) 하에서는 자기 특성, 대략적으로 투자율 (μ_r) 의 변동이 기계적인 부하로 이해된다. 기계적인 부하는 특히, 강자성 재료내에서 유도된 자기 흐름이 인가된 기계적 응력에 따라 변동되는 결과를 초래한다. 첨부된 도면들 중에서 도 1 은 공지된 자화-히스테리시스 곡선에 가해지는 압축 변형의 영향을 정성적으로 보여준다. 부품내에서 작용하는 기계적 응력을 측정하기 위해, 부하를 받은 부품 (1) (도 2 참조) 은 교류 (I) 를 공급받은, 교류장을 갖는 자화 코일 (2) 을 이용하여 자화된다. 이 때 형성되는 교류는 제 2 코일, 즉 측정 코일 (3) 내에서 전기 전압을 발생시키며, 상기 전기 전압은 자성 흐름의 변동 속도에 비례한다. 여자기 코일 (2) 내의 전류 (I) 에 대한 측정 전압 (U) 의 진폭비로부터 기계적인 전압이 (및 그와 함께 부품 (1) 에 인가되는 부하가 ) 산출될 수 있다.

충격파가 그 경우에 해당되는 바와 같이, 신속하게 변동되는 기계적 응력을 측정하기 위해서 자화가 또한 연속 필드에 의해서도 이루어질 수 있다 (참고 문헌 [4], [5] 참조). 측정 코일 (3) 에 의해서는 기계적 응력의 변동 속도, 즉 충격파의 제 1 도출이 수학적으로 표현되어 검출된다. 도 4 에서의 간단한 적분에 의해서 충격파의 전압 진행이 얻어진다.

충격파가 부품 (1) 을 통과할 때 나타나는 매우 신속한 자기 흐름 변동은 부품의 전기 유도성 재료내에서 (예를 들어, 드릴내에서) 와류를 유도한다. 이 와류가 재차 자기 흐름에 영향을 미치게 되고, 그와 함께 측정 코일 (3) 의 바인딩 포스트 (binding post) 에서의 전압 진행 (U) 에 영향을 미친다. 이러한 영향은 참고 문헌 [6]에 자세하게 기술되어 있다. 상기 와류는 전류 전이 효과 때문에 특히 부품 (1) 의 표면에 가까운 영역에서 전파되기 때문에, 상기 영역에서는 공구 둘레에 틈을 만들어 와류 효과를 감소시키는 방법이 제안된다.

전술한 유형의 부품내에서의 기계적 응력을 측정하기 위해서는 또한, 매우 특이한 자기 탄성 특성을 갖는 재료 (예컨대, 비정질 금속) 로 이루어진 스트립을 부하를 받는 부품 위에 접착하여 상기 스트립에서의 자기 흐름 변동을 검출하는 방법도 공지되어 있다. 그러나 상기 방법에서의 단점은, 연신 측정 스트립에서와 마찬가지로 복잡한 접착 과정이 필요하다는 점이다.

본 발명의 목적은, 충격 부하를 받는 부품, 특히 공구내에서의 충격파의 시간적 진행을 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

도 1 은 예컨대 기계적인 압축 변형이 강자성 부품에 인가될 때 자화-히스테리시스 곡선이 진행되는 관계를 설명하는 개략도.

도 2 는 해당 부품이 직류 자화 또는 교류 자화될 때의 충격파의 진행을 결정하기 위한 기본 원리도.

도 3 은 강자성 부품의 충격파 부하가 가해질 때 와류의 작용을 설명하기 위한 모델 또는 대체 회로의 개략도.

도 4 는 기록된 측정 전압으로부터 충격파를 재구성하기 위한 모델 또는 대체 회로의 개략도.

도 5 는 측정 전압으로부터 충격파를 재구성하기 위한 전자 회로의 실시예를 나타내는 도.

도 6a 내지 도 6d 는 자화 코일을 제공하고 측정 신호를 얻기 위한, 서로 다른 변형예를 나타내는 도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 강자성 부품 2 : 자화 코일

3 : 측정 코일 5, 7 : 전원

6 : 전압원 8, 9 : 직렬 유도성 레지스터

충격을 받는 또는 충격에 의해 부하를 받는 강자성 부품, 특히 강자성 부품에 자성 흐름이 제공되고 부하가 충격 형태로 변동될 때 상기 자성 흐름의 변동 속도가 강자성 부품에 할당된 측정 장치에 의해 전압으로서 검출되도록 구성된 공구내에서의 충격파의 시간적 진행을 결정하기 위한 방법과 관련된 상기 목적은 본 발명의 청구항 1에 따라, 측정 전압 및 적분된 측정 전압의 부가적인 오버랩으로부터 충격파 진행이 얻어지는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 구상의 바람직한 실시예는 종속항에 포함되어 있고, 하기에서 계속적으로 언급될 것이다.

상기 방법을 실행하기 위한 본 발명에 따른 장치는 청구항 4 및 5 에서 설명된다.

전술한 바와 같이, 부품내에서 유도된 와류 때문에 ME 센서를 이용하여 충격파의 진행을 정확하게 측정하는 것이 지금까지는 불가능했었다 (참고 문헌 [5] 참조). 본 발명은, 충격파의 진행에 미치는 와류의 영향을 수학적인 모델 또는 대체 회로를 이용하여 기술하는 것이 가능할 수 있다는 생각으로부터 출발한다. 본 발명에서는, 와류가 자기 흐름 변동에 대항하여 작용한다는 관찰로부터 출발되었다. 이러한 사실은, 상승 주파수를 갖는 자기 흐름이 더 이상 부품내에서의 기계적 응력에 비례하지 않고, 오히려 적분 부분을 더 많이 포함하게끔 해준다. 달리 말하자면, 측정 전압은 더 이상 충격파의 미분이 아니고, 오히려 상승 주파수에 따라 증대되는 비례 부분을 갖는다는 사실이 관찰되었다.

본 발명 및 본 발명의 바람직한 실시 형태들은, 예로 든 실시예에 있는 도면을 참조하여 하기에서 자세히 설명된다.

도 3 은 측정 전압에 가해지는 와류의 영향을 기술해주는 모델을 도시한다. 상기 모델에서는 원칙적으로 f_e= (이득)/2π의 한계 주파수를 갖는 고주파 대역 필터가 사용되며, 이 필터는 또한 폭이 제한되고 1/(이득) 만큼 보강되는 차동 부재로서 간주될 수도 있다.

도 4 에 재현된 바와 같이 측정 전압으로 이루어진 충격파를 재구성하기 위해서는 역함수가 이용될 수 있다. 와류가 이미 적분 방식으로 작용한다는 전술한 인식을 이용하기 위해서, 상기 함수는 측정 코일에서의 전압 신호가 다만 부분적으로만 (다시말하면, 실제로 f_e이하의 주파수에 대해서만) 적분되도록 해석된다.

도 5 는 도 4 의 함수 또는 등가 회로도에 따른 측정 전압으로 이루어진 충격파의 재구성을 실현하기 위한 실험된 전자 회로를 보여준다. 센서, 특히 측정 코일은 적은 바이어스 전압 (U₁) 에 의해서 소정의 응답점에 세팅된, 적분기로서 접속된 연산 증폭기 (A₁) 의 가역 입력으로 측정 전압을 전달한다. 증폭기 (A₁) 의 출력은 폭을 제한하는 증폭기 (A₂) 의 가역 입력에 재차 영향을 미치며, 상기 증폭기 (A₂) 의 출력 신호는 가산 증폭기 (A₃) 의 가역 입력에서 측정 코일 신호와 함께 가이드된다.

도시된 부품들에 대해서는 예를 들어 하기의 값들이 적용된다.

U₁= 75mV

A₁, A₂, A₃= OP-증폭기 (예를 들어, TL 084)

R₁, R₂, R₄, R₆, R₇= 10 ㏀

U₂, U₃= 15 V

R₃= 10 ㏁

R₅= 100 ㏀

C₁= 100 ㎋

R₈= 47 ㏀

자화 코일 (2) 을 제공하고 측정 신호를 얻기 위해서는, 도 2 를 참조하여 기술된 그리고 재차 개략적으로 본 발명에 적용하여 실현된, 자화 코일 (2) 및 측정 코일 (3) 을 갖는 장치 외에 본 발명의 범주내에 있는 다른 장치들도 가능하다. 따라서 도 6b 내지 6d 가 보여주는 바와 같이 측정 코일 (3) 이 생략될 수 있는데, 그 이유는 자기 흐름 변동이 충격파 때문에 마찬가지로 자화 코일 (2) 내에서 전압을 유도하기 때문이다. 따라서 측정 신호는 자화 코일 (2) 에서도 인출될 수 있다.

도 6b 가 보여주는 바와 같이, 먼저 도 6a 에 따른 전원 (5) 이 직렬 유도성 레지스터 (8) 를 갖는 전압원 (6) 으로 대체될 수 있다. 이 경우 직렬 유도성 레지스터의 크기는 자화 코일 (2) 의 유도성 레지스터 보다 약간 더 커야 한다.

도 6c 는 임피이던스를 고려하여 매칭될 수 있는, 갈바닉적으로 분리된 측정 신호의 인출을 직렬 유도성 레지스터 (8) 를 갖는 트랜스포머 커플링을 통해 보여준다.

도 6d 가 보여주는 바와 같이 자화 코일 (2) 이 신속하게 조절 가능한 전원 (7) 을 통해 공급되면, 조절기 (10) 를 통해 공급된 조절값이 직접 측정 신호로서 사용될 수 있다. 그럼으로써, 많은 적용예에서 특이한 장점이 되는 신호 검출의 문제에 대한 매우 간단한 변형예가 얻어진다.

본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해서, 충격 부하를 받는 부품, 특히 공구내에 충격파의 시간적 진행을 결정할 수 있게 되었다.

Claims (4)

1. 충격을 받는 또는 충격과 유사한 부하가 가해진 강자성 부품, 특히 상기 상기 부품에 자성 흐름이 제공되고 충격 작용시 상기 자성 흐름의 변동 속도가 상기 상기 부품에 할당된 측정 장치에 의해 측정 전압으로서 검출되는 공구내에서의 충격파의 시간적 진행을 검출하기 위한 방법에 있어서,

   상기 충격파의 흐름을 측정 전압 및 적분된 측정 전압의 부가적인 오버랩으로부터 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 부품 (1) 을 감싸는 자화 코일 (2) 을 통해 자기 흐름의 유도가 이루어지는 제 1 항에 따른 방법에 있어서,

   상기 측정 전압을 자화 코일 (2) 에서 인출하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 부품 (1) 을 감싸는 자화 코일 (2) 을 통해 자기 흐름의 유도가 이루어지는 제 1 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,

   자화 코일 (2) 이 전압원 (6) 으로부터 직렬로 배치된 유도성 레지스터 (8 또는 8, 9) 를 통해 제공되고, 측정 전압이 직렬 유도성 레지스터에서 인출될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 부품 (1) 을 감싸는 자화 코일 (2) 을 통해 자기 흐름의 유도가 이루어지는 제 1 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서,

   자화 코일 (2) 이 조절된 전원 (7) 에 의해서 제공되고, 상기 전압원의 조절 전압이 측정 전압으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.