KR20100132851A

KR20100132851A - 노치형 변위게이지 교정계 및 이를 이용한 교정 시스템

Info

Publication number: KR20100132851A
Application number: KR1020090051651A
Authority: KR
Inventors: 유재석; 장영순
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2009-06-10
Filing date: 2009-06-10
Publication date: 2010-12-20

Abstract

본 발명은 변위게이지를 정확하게 보정하는 교정계 및 이를 이용한 교정 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 변위게이지와 마이크로미터 사이의 평행도 및 동심도를 개선시킴으로써, 계측오차를 줄이기 위한 교정계 및 교정 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서는 마이크로미터, 변위게이지가 상면에 장착되는 본체; 상기 마이크로미터의 구동부가 통과할 수 있도록 두께 방향으로 관통홀이 형성되어 있고, 상기 본체에 고정될 수 있도록 상기 본체와 접하는 확장부를 구비한 마이크로미터홀더; 하면이 상기 변위게이지의 외주면에 대응하는 형상이고, 양 측면으로 상기 본체와 접하는 확장부를 구비한 변위게이지홀더; 상기 본체 상면에 복수의 평행한 홈으로 형성되고, 상기 변위게이지의 외주면 하단을 내부에 수용하는 노치;를 포함하는 변위게이지 교정계를 제공한다.

변위게이지, 마이크로미터, 교정계, 계측

Description

노치형 변위게이지 교정계 및 이를 이용한 교정 시스템 {Notch Displacement Gauge Calibrator and Calibrating System Using the Same}

고체에 물리적 변화가 생기면 변형이 일어나는데, 이러한 변형이 미세할 경우, 육안만으로는 변형도를 파악하기 어렵다. 변위게이지는 스트레인 즉, 변형률에 따라 물체의 저항이 달라지는 것을 원리로 하는 변위 측정 장치로서, 4개의 변형률 게이지가 붙어 있는 풀 프리지 (Full-bridge)로 구성된 센서이다.

변위게이지에 변위가 발생할 때에는 4개의 변형률 게이지의 저항이 변하는데, 그 변화가 미세하여 이를 정밀하게 측정하기 위해서는 휘스톤 브릿지 (Whiston- Bridge)를 이용한다. 즉, 휘스톤 브릿지의 한 형태인 풀 브리지 (Full-bridge)를 이용할 경우, 변형률 변화에 의한 변형률 게이지의 저항 변화와 휘스톤 브릿지를 거친 전압 변화의 선형성이 유지되므로, 휘스톤 브릿지를 이용하여 저항 변화를 측정하고, 이를 전압의 변화량으로 변환함으로써, 전압과 변형률 사이의 관계에 따라 변위를 구하게 되는 것이다.

변위게이지 제작업체에서는 변위와 전압 사이의 관계 (전압에 대한 길이 변화율)를 제공하므로, 전압 변화 특성치를 이용하여 계측장비에서 변위를 측정할 수 있다. 그러나 이와 같은 특성치는 계측 장비에 따라 조금씩 다른 값을 나타내는데, 예를 들어 변위 변화폭이 30 mm 인 변위게이지의 경우, 계측 정밀도가 0.01 mm 이지만 제작업체에서 제공하는 변위게이지 특성치를 사용할 경우, 계측 장비에 따라 0.01∼0.03 mm 정도의 오차가 발생할 수 있다.

이러한 계측장비의 오차는 변위게이지의 변화 저항을 전압으로 바꾸고, 이 전압을 변위데이터로 저장하는 일련의 데이터 측정 과정에서 발생할 수 있다.

본 발명은 종래 기술이 가지는 한계 및 문제점을 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 마이크로미터의 축과 변위게이지 축의 평행도 및 동심도를 개선시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 변위게이지 교정기를 이용하여 변위게이지와 계측장비로 구성된 계측 시스템에서 정확한 전압 변화율을 측정함으로써 정확한 변위를 얻는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 마이크로미터, 변위게이지가 상면에 장착되는 본체; 상기 마이크로미터의 구동부가 통과할 수 있도록 두께 방향으로 관통홀이 형성되어 있고, 상기 본체에 고정될 수 있도록 상기 본체와 접하는 확장부를 구비한 마이크로미터홀더; 하면이 상기 변위게이지의 외주면에 대응하는 형상이고, 양 측면으로 상기 본체와 접하는 확장부를 구비한 변위게이지홀더;상기 본체 상면에 복수의 평행한 홈으로 형성되고, 상기 변위게이지의 외주면 하단을 내부에 수용하는 노치;를 포함하는 변위게이지 교정계를 제공한다.

또한, 상기 변위게이지홀더는 하면이 상기 변위게이지의 외주면에 대응하도록 오목한 형상의 오목부를 구비하고, 상기 오목부의 상면에는 상기 변위게이지의 외주면 상단에 접하는 탄성층이 형성되는 것을 특징으로 하는 변위게이지 교정계를 제공한다.

또한, 상기 변위게이지는 총 길이의 65% 이상이 상기 노치 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 변위게이지 교정계를 제공한다.

이 밖에도, 마이크로미터, 변위게이지가 본체에 장착되고, 상기 마이크로미터는 마이크로미터홀더에 의해 상기 본체에 고정되며, 상기 변위게이지 축과 상기 마이크로미터 축이 평행하도록 본체 상에 형성된 노치에 외주면 하부가 수용되는 교정계; 상기 변위게이지에서 측정된 저항 변화율을 수신하는 계측장비; 및 상기 계측장비로부터 저항 변화율, 전압 변화율, 그에 따른 변위 변화율을 디스플레이하는 디스플레이부;를 구비하는 교정 시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면, 변위게이지와 계측장비로 구성된 계측 시스템에서 변위게이지를 교정함으로써 정확한 변위를 측정할 수 있다.

이하에서는 도면을 참고하여, 본 발명의 구성 및 효과를 상술한다.

본 발명은 노치가 형성된 교정계에 관한 것으로, 마이크로미터와 변위게이지의 동심도, 평행도를 개선시킴으로써, 계측장비의 측정오차를 줄이는 교정계에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 교정계(100)에 마이크로미터(200), 변위게이지(300)가 장착된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다. 먼저, 도 1a에서 보듯이, 본 발명의 교정계(100)는 본체(10), 마이크로미터홀더(20), 변위게이지홀더(30), 노치(40)를 포함하여 구성되며, 이동의 편의를 위하여 본체(10)의 측면에 손잡이(50)가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 본체(10)는 상면에 마이크로미터(200), 변위게이지(300)가 장착되는데, 각각 마이크로미터홀더(20)와 변위게이지홀더(30)에 의해 본체(10)에 고정된다.

구체적으로, 상기 마이크로미터홀더(20)는 마이크로미터(200)의 구동축과 변위게이지(300)의 원통축을 일치시키도록 마이크로미터(200)를 상기 본체(10)의 상면에 고정시킨다. 상기 마이크로미터홀더(20)는 변위를 발생시키는 상기 마이크로미터(200)의 구동부(210)가 통과할 수 있도록 두께 방향으로 관통홀(21)이 형성되어 있으며, 상기 본체(10)에 고정될 수 있도록 상기 본체(10)와 접하는 확장부(22)를 갖는다. 상기 확장부(22)에는 체결공(23)이 형성되고 본체(10) 상면에도 이에 대응되는 체결공이 형성되어 있어, 상기 체결공(23)을 통해 체결부재가 삽입됨으로써, 상기 마이크로미터홀더(20)와 본체(10)를 체결·고정할 수 있다.

또한, 상기 마이크로미터홀더(20)의 상면, 측면에는 체결공(24)이 형성되고, 이에 탭나사(25)가 체결되어 상기 마이크로미터(200)의 구동부(210) 마운트(고정부)에 면접촉함으로써, 상기 관통홀(21) 내에서 상기 마이크로미터(200)의 구동부(210)를 고정시킬 수 있어 동심도를 보정할 수 있다.

상기 변위게이지(300)는 상기 변위게이지홀더(30)에 의해 본체(10) 상면에 장착되는데, 상기 변위게이지홀더(30)는 도 1a 및 도 1b에서 보듯이, 하면이 상기 변위게이지(300)의 외주면에 대응되도록 오목하게 형성된 오목부(31), 상기 오목부(31)의 양 측면으로 상기 본체(10)와 접하는 확장부(32)를 갖는다. 상기 확장부(32)에는 체결공(33)이 형성되어 있고, 상기 본체(10) 상면에도 이에 대응되는 체결공이 형성되어 있어, 상기 체결공(33)을 통해 체결부재가 삽입됨으로써, 상기 변위게이지홀더(30)와 본체(10)를 체결·고정할 수 있다. 한편, 상기 오목부(31)의 상면에는 탄성층(34)이 형성되어, 변위게이지(300)의 외주면이 오목부(31)와 직접 접촉하는 것을 방지함으로써, 변위게이지(300)의 외주면을 보호할 수 있다.

상기 본체(10)에 마이크로미터(200)와 변위게이지(300)가 장착되는 구성을 더욱 구체적으로 살펴보면, 먼저 마이크로미터(200)는 변위에 따라 움직이는 구동부(210)가 상기 마이크로미터홀더(20)의 관통홀(21) 내에 배치되도록, 상기 본체(10) 상면에 장착된다. 또한, 상기 변위게이지(300)는 상기 변위게이지홀더(30)의 오목부(31)가 외주면 일부를 감싸도록 상기 본체(10) 상면에 장착된다. 이때, 상기 변위게이지(300)가 배치되는 본체(10) 상면에는 노치(40)가 형성되어 있어, 상기 변위게이지(300)의 외주면 일부가 상기 노치(40) 내에 수용되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 변위게이지(300)의 외주면 하부는 본체(10) 상면에 형성된 노치(40) 내에 수용되고, 상부는 상기 변위게이지홀더(30)의 오목부(31) 상면의 탄성층(34)에 접하도록 오목부(31) 내에 수용될 수 있다.

한편, 상기 노치(40)의 길이는 상기 변위게이지(300)의 안정적인 수용과 고정을 위하여, 상기 변위게이지(300) 길이의 65% 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 도 1b를 참고하여, 상기 교정계(100), 마이크로미터(200), 변위게이지(300)의 장착 및 연결 구조를 설명한다.

상기 마이크로미터(200)는 발생된 변위를 구동부(210)를 통해서 상기 변위게 이지(300)에 전달한다. 이 때, 상기 변위게이지(300)는 하면이 노치(40) 내에 수용되고, 상면은 변위게이지홀더(30)에 의해 상기 본체(10)에 고정된다. 상기 마이크로미터(200)의 구동부(210)로부터 변위 변화를 측정하는 변위게이지(300)의 측정부(310)는 상기 마이크로미터(200)의 구동부(210)와 동심을 갖고, 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 마이크로미터(200)의 구동부(210) 축과 변위게이지(300)의 측정부(310) 축이 동심을 갖거나 동심도가 “0”이 아니라도, 평행하게 배치될 경우, 마이크로미터(200)의 변위가 그대로 변위게이지(300)에 전달되므로, 정확한 변위 측정이 가능해진다.

본 발명의 경우, 교정계(100)의 본체(10) 상면에 형성된 노치(40)와 변위게이지홀더(30)에 의해 상기 변위게이지(300)의 위치가 고정되고, 상기 마이크로미터(200) 역시 상기 마이크로미터홀더(20)에 의해 상기 본체(10) 상면에서 그 위치가 고정된다. 이때, 마이크로미터(20)와 변위게이지(300)의 동심도가 “0"에 가깝도록 노치(40)의 위치를 설정하고, 각 홀더(20, 30)를 고정시키는 것이 바람직하다.

이처럼, 마이크로미터(200)의 구동부(210) 축과 변위게이지(300) 측정부(310)축이 변위게이지 교정계(100)에 의해 평행하게 고정되므로, 마이크로미터(200)에서 발생한 변위에 대응하는 정확한 저항변화가 상기 변위게이지(300)에 발생하게 된다.

도 2에는, 마이크로미터(200), 변위게이지(300)가 장착된 교정계(100)와, 변위게이지(300)에서 측정된 저항 변화율을 수신하는 계측장비(500) 및 상기 계측장 비(500)로부터, 전압 변화율, 그에 따른 변위를 디스플레이하는 디스플레이부(600)를 구비하는 계측오차 교정 시스템이 도시되어 있다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 변위게이지 교정 시스템에서 오차를 교정을 하는 원리를 보여준다. 먼저, 본 발명의 교정계를 이용하여 스케일 변수를 정확하게 찾아낸다. 즉, 계측장비(500)에 기지정된 변위 - 전압 관계(직선)를 참고하여, 해당 변위에 대응하는 변위게이지 특성치 즉, 전압에 대한 길이 변화 비율을 계산해내고, 이를 교정하는 것이다. 이처럼, 교정된 변위게이지 특성치를 이용하여 실제 시험에서 정확하게 변위를 측정할 수 있다.

도 4a는 구동노즐의 회전 시나리오 시험을 수행할 때, 4개의 변위게이지에서 계측한 노즐 축방향 변위 이력들을 나타낸 그림이고, 도 4b는 이렇게 측정한 4개의 축방향 변위 이력들을 이용하여 얻어낸 노즐의 피치 방향 (0°∼180°) 회전각 이력을 나타낸 그림이다. 도 4a 및 도 4b에서 보듯이 본 발명의 교정계 및 교정 시스템을 이용한 경우에, 노즐 축방향의 변위를 정확하게 측정함으로써 오차를 개선한 노즐의 회전각 이력을 얻을 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 교정계에 마이크로미터만 장착된 상태의 사시도와, 마이크로미터와 변위게이지가 장착된 상태의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 교정계, 계측장비 및 디스플레이부의 연결을 보여주는 사시도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 변위게이지 교정 시스템에서 오차를 교정을 하는 원리를 보여주는 화면과 표이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 교정계 및 시스템을 이용한 경우의 실험결과를 보여주는 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 본체 20 마이크로미터홀더 21 관통홀

22 확장부 23, 24, 33 체결공 25 탭나사

30 변위게이지홀더 31 오목부 32 확장부

34 탄성층 40 노치 50 손잡이

100 교정계 200 마이크로미터 210 구동부

300 변위게이지 310 측정부 500 계측장비

600 디스플레이부

Claims

마이크로미터(200), 변위게이지(300)가 상면에 장착되는 본체(10);

상기 마이크로미터(200)의 구동부(210)가 통과할 수 있도록 두께 방향으로 관통홀(21)이 형성되어 있고, 상기 본체(10)에 고정될 수 있도록 상기 본체(10)와 접하는 확장부(22)를 구비한 마이크로미터홀더(20);

하면이 상기 변위게이지(300)의 외주면에 대응하는 형상이고, 양 측면으로 상기 본체(10)와 접하는 확장부(32)를 구비한 변위게이지홀더(30);

상기 본체(10) 상면에 복수의 평행한 홈으로 형성되고, 상기 변위게이지(300)의 외주면 하단을 내부에 수용하는 노치(40);를 포함하는 변위게이지 교정계.
제1항에 있어서,

상기 변위게이지홀더(30)는 하면이 상기 변위게이지(300)의 외주면에 대응하도록 오목한 형상의 오목부(31)를 구비하고, 상기 오목부(31)의 상면에는 상기 변위게이지(300)의 외주면 상단에 접하는 탄성층(34)이 형성되는 것을 특징으로 하는 변위게이지 교정계.
제1항에 있어서,

상기 변위게이지(300)는 총 길이의 65% 이상이 상기 노치(40) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 변위게이지 교정계.
마이크로미터(200), 변위게이지(300)가 본체(10)에 장착되고, 상기 마이크로미터(200)는 마이크로미터홀더(20)에 의해 상기 본체(10)에 고정되며, 상기 변위게이지(300)의 구동부(310) 축과 상기 마이크로미터(200)의 측정부(210) 축이 동심을 갖거나 평행하도록 본체(10) 상에 형성된 노치(40)에 외주면 하부가 수용되는 교정계(100);

상기 변위게이지(300)에서 측정된 저항 변화율을 수신하는 계측장비(500); 및

상기 계측장비(500)로부터 저항 변화율, 전압 변화율, 그에 따른 변위 변화율을 디스플레이하는 디스플레이부(600);를 구비하는 교정 시스템.