KR20040047087A

KR20040047087A - 강판의 자동 낙하시험장치

Info

Publication number: KR20040047087A
Application number: KR1020020075165A
Authority: KR
Inventors: 남민우; 최기석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2002-11-29
Publication date: 2004-06-05

Abstract

본 발명은 강판의 자동 파괴시험장치에 관한 것이다. 상기 시험장치는 지붕(112) 및 측벽(114)으로 이루이지고 시편(10)이 정치될 다이(130)가 하측에 배치되는 시험실(100); 상기 시험실(100)의 상부에 배치되는 호이스트(200); 상기 호이스트(200)를 지지하는 기둥(160) 및 상판(150)을 포함하는 지지구조; 상기 호이스트(200)에 의해 승강되는 해머(300); 냉각된 시편(10)을 상기 다이(130)에 자동으로 운반하기 위한 로봇 암을 포함하는 이송부(600); 상기 호이스트(200) 및 이송부(600)를 제어하기 위한 PLC(800); 및 시험조건을 입력하기 위한 입력부(700)를 구비한다. 본 발명에 따라 강판의 파괴시험이 작업자의 개입 없이 자동으로 이루어 질 수 있도록 함으로써 고도의 직무숙련이 없어도 균일한 판정 데이터를 얻을 수 있다.

Description

강판의 자동 낙하시험장치{AUTOMATIC DROP TEST APPARATUS FOR STEEL PLATE}

본 발명은 파괴시험장치에 관한 것으로, 강판의 파괴시험이 작업자의 개입 없이 자동으로 이루어 질 수 있도록 함으로써 고도의 직무숙련이 없어도 균일한 판정 데이터를 얻을 수 있는 강판의 자동 낙하시험장치에 관한 것이다.

일반적으로 파괴시험은 공업재료에 있어서 중요한 성질중의 하나이다. 제철소에서 생산되는 열연제품인 강관용 API재 시편을 해머 가격에 의해 파괴시켜 파괴된 형상 및 범위를 관찰하여 강재의 성질을 분석하는 시험을 행하고 있다. 통상 낙하시험인 파괴시험에서 강재의 재질은 보통 취성 파괴, 연성 파괴 등으로 표시된다.

낙하시험(Drop Weight Tear Test)은 Yp 84.4kgf/mm²이하 탄소강 또는 저합금 강관용에 대한 취성 파괴(벽개 또는 평판)에서 연성 파괴(전단 또는 경사)로 변화하는 온도 범위를 초과하는 온도에서의 파괴 진전 현상을 측정하기 위한 것이다.

낙하시험의 목적은 강종의 연구개발 작업시 파괴 진행 형태에 미치는 금속 공학적인 요인 즉 화학성분, 열처리, 또는 용접, 성형 등의 제조과정 등의 영향을 연구하기 위하여 실시한다. 또한 낙하시험은 제품의 실제 사용 분위기 온도에서의 파괴 진행 현상을 조사함으로써 특정 한 조건에서 그 재료를 사용하기에 적합한가 여부를 판단하기 위하여 실시되는 시험이다. 주로 제철소에서 생산된 제품인 열연 금속재료에 많이 사용되고, 일반 구축재료에는 그다지 많지 않다. 그러나 최근 송유관 및 가스관 등 중요 산업 시설 등에서 사용되는 강재를 파괴시험하는 시험기인 낙하시험의 중요성이 증가되고 있다.

이 시험은 열처리, 용접 등과 같은 제조과정의 야금학적 차이가 파괴전에 미치는 영향을 알아보아 연구 발전시키기 위해서 시행한다. 따라서 피시험재의 실제 사용 분위기 온도에서의 파괴진행 거동을 조사함으로써 특정한 조건에서 그 재료를 사용하기에 적합한가 여부를 판단하기 위해서 시행한다.

낙하시험기의 조건은 추(Pendulum)형 또는 수직낙하형 가운데 한가지이다. 그리고, 시험기는 시편을 1회의 충격으로 완전히 파괴시킬 수 있는 에너지를 낼 수 있어야 한다. 시험장치의 설계조건은 T.S 70.3kgf/㎟<100,000 PSI)이상의 강재로서 두께 12.7㎜ 이하의 시편을 완전히 파괴되는데 필요한 에너지는 276.6kgf.m (2,000ft-1bf) 이상이 되어야 한다. 본 시험을 수행하기 위한 수직형 낙하시험기는 ASTM E208의 시험기기의 추 무게를 변화시킴으로써 간단히 개조하여 사용할 수 있다. 시편은 좌우 방향으로 회전되지 않게 적절한 방향으로 지지되어야 한다.

도 1은 제철소에서 생산되는 제품에서 채취한 시료에서 시편을 가공하는 공정 설명도이고, 도 2는 낙하시험기를 이용한 기존의 시험 방법을 예시하는 도면이다.

이하 도 1 및 2를 참조하여 종래 기술의 낙하시험 방법에 대하여 간략하게 설명한다.

먼저 작업자(8)는 모터(20)를 운전하여 해머(24)를 고공에 위치시킨다. 그 다음 작업자(18)는 열연 가공된 강재 롤(12)로부터 다수의 시편(10)을 준비하고 이를 냉각 장치(16)에 넣어 냉각시킨다. 냉각 장치(16)는 냉매 용기(14)로부터 저온의 냉매를 공급받는다. 시편(10)을 지정 온도(오차범위 1도 이내)의 냉매 용액에 일정 시간 이상 완전히 담근 다음 10초 이내에 낙하시험기의 다이(28)에 시편(10)을 고정한다. 그 다음 조작 스위치를 조작하여 해머(24)를 고공에서 자유 낙하시키면 해머(24)의 앤빌(26)이 시편(10)에 충돌하여 시편(10)을 파괴한다. 작업자(18)는 파괴된 시편(10)을 회수하여 파손 부위를 관찰하여 측정값을 계산하고 파면율을 구하여 양식지에 기록한다.

상술한 종래의 낙하시험 방법에 있어, 작업자는 제철소에서 생산된 강관용 제품의 재질시험 항목중에서 파괴시험 작업 지시 정보에 의해 다량의 시편을 낙하시험기를 이용하여 파괴시험을 실시한다.

상기와 같이 기술한 바와 같이 종래의 낙하시험 방법에 있어서 다음과 같은 문제점이 있다. 이와 같은 시편 파괴 작업에서 안전을 확보하는 것이 필요하다. 또한 시편을 파괴하는 해머 에너지가 고정되어 있어 다양한 두께의 시편을 파괴시키는데 파괴능력의 저하에 따른 대책이 어렵다. 아울러, 낙하시험 데이터 신뢰성 확보에 많은 문제 때문에 낙하시험은 고도로 숙련된 작업자만이 실시할 수 있다는 어려움이 있다.

따라서 시편과 해머가 충돌할 때 발생하는 소음과 진동으로 인한 불량한 작업환경을 개선하고, 시편 파괴시 발생되는 파편이 작업자와 충돌하는 안전사고의 발생할 확률을 줄이면서, 작업자의 시험업무 등에 부하가 크게 가중되는 문제점을 해결하기 위한 수단이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 강판의 파괴시험이 작업자의 개입 없이 자동으로 이루어 질 수 있도록 함으로써 고도의 직무숙련이 없어도 균일한 판정 데이터를 얻을 수 있는 강판의 자동 낙하시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 제철소에서 생산되는 제품에서 채취한 시료에서 시편을 가공하는 공정 설명도.

도 2는 낙하시험기를 이용한 기존의 시험 방법을 예시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 강판의 자동 낙하시험장치의 구성을 나타내는 개략적인 사시도.

도 4는 도 3의 상부의 확대도.

도 5는 해머와 그 운반체를 나타내는 정면도.

도 6은 해머와 그 운반체의 사시도.

도 7은 해머 낙하 방지 장치의 사시도.

도 8은 냉각부의 일부 절개된 사시도.

도 9는 도 8의 단면도.

도 10은 로봇 암의 헤드의 사시도.

도 11은 도 10의 일부 절개된 정면도.

도 12는 본 발명에 따른 자동낙하시험공정의 순서도.

<도면의 주요 부분의 부호의 설명>

100: 시험실200: 호이스트

300: 해머400: 해머 낙하 방지 장치

510: 냉각조560: 냉매 탱크

610: 로봇 암 헤드700: 컴퓨터

800: PLC

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따라 제공되는 강판의 자동 낙하시험장치는 지붕 및 측벽으로 이루이지고 시편이 정치될 다이가 하측에 배치되는 시험실; 상기 시험실의 상부에 배치되는 호이스트; 상기 호이스트를 지지하는 기둥 및 상판을 포함하는 지지구조; 상기 호이스트에 의해 승강되는 해머; 냉각된 시편을 상기 다이에 자동으로 운반하기 위한 로봇 암을 포함하는 이송부; 상기 호이스트 및 이송부를 제어하기 위한 PLC; 및 시험조건을 입력하기 위한 입력부를 구비한다.

하기의 상세한 설명 및 첨부 도면과 연계되어 설명되는 본 발명의 여러 가지 특징 및 장점은 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 강판의 자동 낙하시험장치의 구성을 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 4는 도 3의 상부의 확대도이다. 도 3 및 4를 참조하면, 본 발명에 따른 강판의 자동 낙하시험장치는 시험실(100), 시험실 내에 장착된 호이스트(200), 해머(300) 및 해머 로크(400), 시험실 외부의 냉각부(500), 로봇 암을 포함하는 이송부(600), 이들 구성요소를 제어하는 컴퓨터(700) 및 PLC(800)로 이루어진다. 도 3에서 점선은 이들 구성요소 사이의 신호 라인을 나타낸다.

시험실(100)은 본 발명의 장치에서 낙하시험을 수행하기 위한 2층 구조의 공간을 제공하며, 네 개의 기둥(110), 지붕(112) 및 네 개의 측벽(114)을 구비한다. 시험실(100)의 높이 방향 중간에는 중간 판(116)이 설치되어 시험실(100) 내부를 2 개의 공간으로 분할한다. 1층 전면에는 개구(120)가 설치되어 이를 통해 이송된 시편(10)이 시험실(100) 1층의 다이(130)에 안착된다.

시험실(100) 내부에는 네 개의 호이스트 지지용 기둥(160)에 지지되는 호이스트 장착판(150)이 있으며 이 장착판(150)에 호이스트(200)가 안착되어 있다. 장착판(150)은 완충 스프링(140)에 의해 시험실 기둥(110)과 연결된다. 호이스트 지지용 기둥(160) 안쪽에는 한 쌍의 해머 가이드(170)가 수직으로 설치된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 호이스트 장착판(150) 하측에는 해머 운반체(210)가 케이블 및 와이어(220)에 의해 호이스트(200)에 연결된다. 해머 운반체(210)는 해머(300)와의 접촉을 감지하는 리미트 스위치(212), 해머 체결용 로크(214) 및 로크 구동용 실린더(216)를 구비한다.

해머(300)는 상기 해머 가이드(170)가 끼워지는 가이드 홀(320)이 양 가장자리에 형성되어 있으며, 상기 해머 운반체(210)의 로크(214)와 맞물리는 해머 핀(330)을 구비한다. 해머(300)는 웨이트(340)가 나사 결합에 의해 추가될 수 있도록 도 6에서와 같이 전후면에 나사 구멍(350)이 형성되어 있어 해머(300)의 하중을 조절할 수 있다.

도 7은 해머의 낙하방지장치(400)의 사시도이다. 낙하방지장치(400)는 공압 실린더인 본체(410) 및 이 실린더(410)의 구동에 의해 해머(300)의 낙하를 막도록 전진되는 스토퍼(420)를 구비한다. 실린더(410)는 스토퍼(420)의 전진 및 후퇴를 위해 공기가 유입 배출되는 한 쌍의 포트(412, 414)를 구비한다.

도 8 및 9를 참조하면, 냉각부(500)는 바퀴가 달린 냉각조(510)로 이루어진다. 냉각조(510) 내부에는 시편(10)이 안착되는 트레이(520)가 있으며, 트레이(520) 상면에는 시편(10)에 간격을 주기 위한 돌기(525)가 일정 간격으로 형성된다. 냉각조(510)의 후면 외측에는 이 트레이(520)를 승하강시키기 위한 트레이 승하강 모터(530)가 장착된다. 냉각조(510) 내부에는 냉매(570)가 담겨지고, 이 냉매(570)의 온도를 검출하는 한 쌍의 온도 센서(540)가 냉각조(510)의 전방 및 후방에 설치된다. 트레이(520) 앞쪽에는 교반기(552)가 설치되고, 이 교반기(552)의 구동 모터(550)가 냉각조(510)의 외측에 장착된다. 냉각조(510) 외부에는 냉매 탱크(560)가 설치되고 이 냉매 탱크(560)로부터의 냉매 공급은 밸브(562)에 의해 규제된다.

도 10 및 11은 로봇 암의 헤드(610)의 사시도 및 일부 절개된 정면도이다. 로봇 암 헤드(610)는 본체(612), 본체(612) 상측의 실린더(612) 및 하측의 한 쌍의 핑거(630)를 구비한다. 실린더(612)는 유압 또는 공압 실린더로 내부에 피스톤(618)이 설치되고, 피스톤 상승 및 하강용 공기 포트(614, 616)를 갖는다. 본체(612) 내부에는 피스톤(618)의 승하강 운동을 좌우 왕복 운동으로 전환하는 전동 수단(640)이 설치되고 이 전동 수단(640)에 의해 핑거(630)는 좌우 왕복 운동을 수행한다. 한편 실린더(612)의 일측에는 위치 센서(620)가 설치되어 피스톤(618)의 위치를 검출한다.

이와 같은 로봇 암은 사용 가능한 예로는 Yaskawa사의 모델명 Yasnac xrc up50이 바람직하다. 또한 Dainichinkiko사의 모델명 Rc-8도 역시 사용 가능하다.

이하 도 3 내지 11을 도 12와 함께 참조하여 본 발명에 따른 강판의 자동 낙하시험장치의 동작에 대해 설명한다.

작업자는 지시된 작업지시서 의해 시편을 가공하고 분류한 후 냉각조(500)에 장착된 트레이(520)의 돌기(525) 사이에 시편(10)을 작업지시서 순으로 정렬하여 장착시킨다. 작업자는 컴퓨터(700)에 실장된 프로그램에 작업지시 등록정보를 냉각조(510)에 정렬된 시편(10) 순서대로 등록시킨다. 이어서 컴퓨터(700)의 키보드의 시작 버튼으로 정의된 예컨대 F4를 누르면, 작업 시작 신호가 PLC(800)로 전송된다. PLC(800)의 입력카드에 연결된 조작 버튼인 작업시작 버튼이 입력되면, 컴퓨터(700)에서 지시된 작업조건을 만족시키기 위하여 PLC(800)는 해머(300)의 위치를 판독하여 호이스트(200)를 제어하여 해머 운반체(210)를 하강시킨다. 하강동작이 이루어져 리미트 스위치(212)가 해머(300)와 접촉하면 신호가 발생된다. 이 신호는 PLC(800)의 입력카드에 입력되고 PLC(800)는 호이스트(200)의 동작을 정지시킨다. PLC(800)에 의해 해머 로크 실린더(216)를 작동시켜 해머 로크 핀(214)을 해머 핀(314)과 결속시키고 PLC(800)의 다음 동작 패턴에 의해 컴퓨터(700)에 의해 지시된 파괴 에너지 예상 값에 따라 위치결정 값에 의해 호이스트(200)를 상승시키면 해머(300)가 상승된다. PLC(800)는 호이스트(200)에 부착된 인코더(도시 생략)의 펄스 신호를 받아들이면서 해머 높이를 인지하여 위치결정 값과 인코더에서 발생되어지는 신호를 비교 계산하면서 호이스트(200)를 제어한다(S100, S101). PLC(800)에 의해 정지 신호를 받으면, 해머 낙하 방지 장치(400)가 작동하여 스토퍼(420)에 의해 해머(300)의 예기치 않은 낙하를 방지한다.

PLC(800)는 솔레노이드 밸브(562)의 개폐를 통해 냉각조(510)의 온도를 제어하면서 시편(10)을 냉각시킨다. 온도 센서(540)는 냉매(570)의 온도를 검출하여 검출된 현재 온도 값을 PLC(800)로 보낸다(S102, S103).

온도가 설정 값과 일치하고 규정된 시간이 도달하면, PLC(800)에서 이송부(700)에 다음 작업을 지시한다. 이에 따라 로봇 암의 헤드(710)는 냉각조(510)로 이동하여 대기한다(S104). 냉각조(510)에서 트레이 승하강 구동 모터(530)가 동작하여 트레이(520)가 상승하고, 핑거(630)가 첫 번째 시편(10)을 집어 시험실 다이(130)에 올려놓고 홈 포지션으로 이동된다(S106). 이송부(700)는 완료 신호를 PLC(800)로 보내며, PLC(800)는 해머(300)를 낙하시키기 위하여 해머 낙하 방지 장치의 실린더(410)를 작용시켜 스토퍼(420)를 후진시킨다. 한편, PLC(800)는 해머 로크 실린더(216)를 작동시켜, 해머 로크 핀(214)을 해머 로크(330)와 분리시키면 해머(300)가 낙하하여 해머(300)의 앤빌(310)이 시편(10)을 파괴시킨다(S108).

파괴된 시편은 로봇 암에 의해 시편 잔재 보관대에 이동된다. 한편 해머(300)는 호이스트(200)의 하강, 해머(300)의 검출 및 호이스트(200)의 상승 단계를 통해 다음 작업을 위해 다시 상승된다(S110, S112, S114).

전술한 작업은 컴퓨터(700)에 등록된 개수만큼 반복하여 실시된다.

이하 도 3, 10 및 11을 다시 참조하여 이송부(600) 및 특히 로봇 암 헤드(610)의 동작을 보다 상세히 설명한다.

PLC(800)에서 보낸 신호에 의해, 로봇 암은 로봇 동작 프로그램에 교시된 위치로 이동되어 냉각조(510)의 시편(10)으로 이동한다. 로봇 컨트롤러(도시 생략)의 프로그램에 의해 제1 포트(614)를 통해 실린더(612) 안으로 압축 공기를 넣으면 실린더(612)의 피스톤(618)이 뒤로 후진하면서 핑거(630)가 시편(10)을 잡게 된다. 피스톤(618)의 위치 센서(620)는 이를 감지하여 시편 채취 완료 신호를 PLC(800)로 보낸다.

PLC(800)는 시험실에 부착된 각종 센서(도시 생략)의 신호를 받아 연산하여 해머의 위치 및 다이 위에 시편 유무를 검출하여 시험조건이 성립되면 다음동작을지시한다.

이송부(600)는 신호를 받아 시편(10)을 시험실 다이(130) 위에 위치시킨다. 이어 실린더(612)의 제2 포트(616)를 통해 고압 공기가 유입되면, 피스톤(618)이 전진하면서 핑거(630)가 시편(10)을 놓게 된다. 그러면 위치 센서(620)가 로봇 컨트롤러로 신호를 보내고, 로봇 컨트롤러는 PLC(800)로 시편 준비 완료 신호를 보내어 전술한 과정을 따라 시편 파괴 작업을 수행하게 한다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 강판의 자동 낙하시험장치에 의하면, 강판의 파괴시험이 작업자의 개입 없이 자동으로 이루어 질 수 있으므로 고도의 직무숙련이 없어도 균일한 판정 데이터를 얻을 수 있다.

또한 자동화에 따른 강판의 파괴시험 데이터의 신뢰도 향상 및 작업자 안전확보와 작업능률 향상을 기대할 수 있다. 또한 시험장치에 있어서 시편파괴 능력을 가변 시킬 수 있는 기능을 부과하여 강판의 파괴시험에 적절한 에너지를 충분히 낼 수 있도록 하는 실용상의 효과를 볼 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

지붕(112) 및 측벽(114)으로 이루어지고 시편(10)이 정치될 다이(130)가 하측에 배치되는 시험실(100);

상기 시험실(100)의 상부에 배치되는 호이스트(200);

상기 호이스트(200)를 지지하는 기둥(160) 및 상판(150)을 포함하는 지지구조;

상기 호이스트(200)에 의해 승강되는 해머(300);

냉각된 시편(10)을 상기 다이(130)에 자동으로 운반하기 위한 로봇 암을 포함하는 이송부(600);

상기 호이스트(200) 및 이송부(600)를 제어하기 위한 PLC(800); 및

시험조건을 입력하기 위한 입력부(700)를 구비하는 것을 특징으로 하는 강판의 자동 낙하시험장치.
제1항에 있어서, PLC(800)에 의해 정의된 위치에 정지한 해머(300)의 오동작에 의한 낙하를 방지하는 해머 낙하 방지 장치(400)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 강판의 자동 낙하시험장치.
제1항에 있어서, 상기 해머(300)는 탈착 가능한 웨이트(340)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 강판의 자동 낙하시험장치.
제1항에 있어서,

냉매(570)를 담는 냉각조(510);

시편(10)이 안착되도록 상기 냉각조(510) 내에 배치되는 트레이(520);

상기 트레이(520)를 승하강시키도록 상기 냉각조(510)의 일측 외측에 배치되는 제1 모터(530);

상기 냉각조(510) 내부에 배치되는 적어도 하나의 온도 센서(540);

상기 냉각조(510) 내부에 배치되는 교반기(552);

냉각조(510)의 타측 외측에 배치되는 구동 모터(550);

상기 냉각조(510) 외부의 냉매 탱크(560); 및

상기 냉매 탱크(560)로부터의 냉매 공급을 규제하는 밸브(562)를 포함하는 냉각부(500)를 더 구비하며, 상기 냉각부(500)는 상기 PLC(800)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 강판의 자동 낙하시험장치.