KR20110031281A - 샘플의 길이 변화를 측정하기 위한 접촉식 변위 센서 및 그러한 센서를 사용한 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 신축으로 인한 샘플의 길이 변화를 기계적으로 측정할 때 사용하기 위한 접촉식 변위 센서에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 접촉식 변위 센서에 의해 샘플의 길이 변화를 측정하는 방법, 상기 접촉식 변위 센서를 갖는, 샘플의 길이 변화 측정용 시스템, 및 샘플의 길이 변화를 측정하기 위한 상기 접촉식 변위 센서의 용도에 관한 것이다. 접촉식 변위 센서는 샘플이 접촉될 수 있는 부재를 포함한다. 본 발명에 따라, 부재는 회전할 수 있게 탑재되어 있고, 샘플이 인열되는 경우 이것이 부재의 회전을 야기하는 방식으로 배치된다. 부재가 인열된 샘플에 의해 회전되기 때문에, 단지 소량의 에너지만이 접촉식 변위 센서로 전달되고, 이에 따라 상기 센서는 과부하되지 않거나 손상되지 않는다.

Description

샘플의 길이 변화를 측정하기 위한 접촉식 변위 센서 및 그러한 센서를 사용한 측정 방법{ATTACHMENT DISPLACEMENT SENSOR FOR MEASURING THE CHANGE IN LENGTH OF A SAMPLE AND MEASURING METHOD WHICH USES SUCH A SENSOR}

본 발명은 신축에 의한 샘플의 신장을 기계적으로 측정하는데 사용하기 위한 접촉식 변위 센서에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 상기 접촉식 변위 센서를 사용한 샘플의 신장 측정 방법, 상기 접촉식 변위 센서를 사용한 샘플의 신장 측정용 시스템, 및 상기 접촉식 변위 센서의 용도에 관한 것이다.

기계적 신장 측정 절차에서, 접촉식 변위 센서가 샘플에 접촉되는 경우, 극도로 경직되고 측정될 신장의 방향으로 플레이(play) 없는 변위의 전송을 보장하도록 하기 위해, 접촉식 변위 센서는 플레이 없이 그리고 매우 쉽게 이동가능하게 탑재되어 있다. 노치(notch)에 민감한 샘플의 팽창 및 파쇄 거동이 가능한 한 영향을 받지 않도록, 샘플에 대한 접촉식 변위 센서의 접촉력은 가능한 한 낮아야 한다.

따라서, 접촉식 변위 센서의 탑재 장비 및 그의 센서 시스템은 과부하에 대해 매우 민감하다. 예를 들어, 이는 샘플이 신축 동안 인열되고, 샘플의 나머지가 비제어된 방식으로 되튕겨져 접촉식 변위 센서에 부딪히는 경우에 일어날 것이다. 특히, 고도로 탄성이고 에너지-풍부한 물질, 예를 들어 탄성중합체를 시험하는 동안, 이는 접촉식 변위 센서 및 측정 시스템 둘 다에 대해 전체적으로 상당한 손상을 유발할 수 있다.

DE 7804241 U1로부터, 장력 또는 압력이 가해진 샘플의 신장 측정에 대한 신장 센서가 공지되었다. 이는 샘플을 센서의 전면 말단의 측정 칼날(knife edge)과 직접 접촉시킬 수 있고, 상응하는 측정 신호의 발생에 대한 두 쌍의 센서 사이의 변위 변화를 전송하는 두 쌍의 조절가능하게 탑재된 센서를 포함한다. 여기서, 측정 칼날은 센서의 전면 말단 상에 피봇가능하게(pivotably) 탑재된 절단편(cutting piece)에 위치하며, 여기서, 절단편의 회전축은 측정될 변위 변화의 방향에 거의 수직으로 배향된다. 절단 칼날이 서로 마주보게 배치된 각 센서 쌍 상에서의 절단편의 측정 위치는, 절단편을 이들에 작용하는 제시된 피봇 순간에서 그의 회전축 주위로 피봇시키는 힘-의존성 고착물에 의해 정해진다.

이러한 신장 센서에 대한 설계의 단점은 측정 칼날이 그의 고착물에 대해 피봇할 수 있고, 상기 작용력이 이후에 센서 상에 전달되어 이를 손상시킬 수 있다는 점이다. 손상은 또한, 절단편이 거꾸로 피봇할 수 없으며, 이에 따라 장치가 수동으로 수선되고 조절될 필요가 있다는 점에서 일어날 수 있다.

자동화된 분석 실험실에서, 이는 특히, 장치의 시험 가동이 밤새 가만히 멈춰서서 샘플이 다음날 아침까지 시험될 수 없는 경우, 용량의 손실을 초래한다.

추가로, 집약된 래칫(ratchet) 메카니즘을 갖는 초소형의 널 브래스 릴(knurled brass reel)을 포함하는 센서가 알려져 있으며, 이의 구조상의 실시양태로 인해, 고도의 힘이 센서 상에 전달된다. 상기 이외에도, 래칫 메카니즘은 매우 복잡하며, 원주 상에 배열된 포획점(catch point) 및 사점(dead centre)으로 인해 연속적인 전송 특성을 갖지 않는다. 공지된 광학 변위 센서는 기계적 손상의 위험을 피할 수 있지만, 샘플의 필수적 마킹에 문제가 있기 때문에 1000％ 초과까지의 신장률 범위는 확실하게 맵핑되지 않는다는 단점을 가진다.

따라서, 접촉식 변위 센서는 신장 하에서 인열되고 되튕겨진 샘플이 접촉식 변위 센서 또는 측정 시스템에 손상을 거의 또는 전혀 일으키지 않는 경우에 바람직할 것이다. 샘플의 신장 측정 방법은 에너지 풍부한 탄성중합체 샘플이 자동적으로 그리고 중단이 거의 없이 시험될 수 있는 경우에 또한 바람직할 것이다.

본 발명에 따라, 회전식 대칭 부재에 연결된 센서 핑거(sensor finger)를 포함하며, 여기서, 상기 부재는 회전할 수 있게 탑재되어 있고, 상기 부재의 회전축은 또한 부재의 기하학적 회전 차축이고, 상기 부재는 그의 회전 차축 주위에 형성된, 샘플이 접촉될 수 있는 주변 표면을 포함하는 것인, 신축에 의한 샘플의 신장을 기계적으로 측정하는데 사용하기 위한 접촉식 변위 센서가 제안되었다.

본 발명에 따른 이동가능하게 탑재된 접촉식 변위 센서는 회전식 대칭 부재에 연결된 센서 핑거를 포함한다. 회전식 대칭 부재는 바람직하게는, 그의 기하학적 회전 차축 주위의 완전한 회전의 횡단면 프로파일에 의해 형성된다. 샘플의 인열로 인한 부재의 회전이 접촉식 변위 센서의 위치결정에는 영향을 미치지 않기 때문에, 그의 기하학적 회전 차축 주위를 회전할 수 있게 회전식 대칭 부재를 탑재함으로써, 각 측정 절차 이전에 접촉식 변위 센서의 조절 및/또는 수선에 대한 노력을 피할 수 있다.

이것 이외에, 회전식 대칭 부재, 예를 들어 롤(roll) 형태 또는 원통(barrel) 형태의 부재는 부적절하게 고정된 샘플로 인한 미끄러짐의 가능성을 감소시키고, 따라서 측정에서의 오차를 감소시킨다. 접촉식 변위 센서의 미끄러짐을 피하기 위해, 샘플과 접촉하는 부재의 표면은 적합한 방식으로 형성될 수 있거나, 또는 적합한 물질로 구성될 수 있다.

부재의 표면 또는 부재 전체에 대해 적합한 물질은 예를 들어, 스테인레스 강, 알루미늄 및/또는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE)으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 부재는 바람직하게는 10 mm 이상 50 mm 이하, 보다 바람직하게는 15 mm 이상 40 mm 이하, 가장 바람직하게는 20 mm 이상 30 mm 이하의 직경을 특징으로 한다.

회전식 대칭 형태의 부재 때문에, 접촉식 변위 센서와 샘플 사이의 거리는 부재가 샘플의 인열 후에 회전되는 경우라도, 임의의 제시된 시간에서 동일하게 유지된다. 본 발명의 명백한 효과는, 특히 샘플에 대한 접촉식 변위 센서 축의 큰 일정한 불변의 거리에 의해 달성된다.

따라서, 샘플과 접촉식 변위 센서 또는 센서 시스템 사이의 직접 접촉은 방지된다.

회전식 대칭 형태의 부재 때문에, 샘플의 인열 순간에 샘플은 부재에 얽히지 않을 것이고, 따라서, 되튕겨지는 샘플로부터 접촉식 변위 센서 또는 센서 시스템 상에 전달되는 에너지 양은 손실되지 않을 것이라는 점이 또한 달성된다.

부재의 정지 마찰력은 되튕겨지는 샘플에 의해 극복되고, 부재는 덜컹거림(jolt) 없이 회전되게 설정된다. 이에 의해, 접촉식 변위 센서에 대해 유도되는 에너지의 대부분은 회전 에너지로 전환되고, 접촉식 변위 센서 및 센서 시스템은 손상에 대해 보호된다. 그의 기하구조로 인해, 샘플과 대면한 횡단면 프로파일이 불변인 채로 그대로 있기 때문에, 그의 측정 위치로의 부재의 재설정 및 조절이 반드시 필요하지는 않다. 따라서, 부재의 회전축과 샘플 사이의 거리는 불변인 채로 그대로 유지된다. 유리하게는, 접촉식 변위 센서는 부재의 회전축이 샘플의 신축 방향에 수직인 방식으로 탑재된다.

부재의 회전축은 예를 들어 센서 핑거의 중심축에 평행으로 센서 핑거의 중심축과 일치할 수 있거나, 또는 센서 핑거의 중심축에 비스듬하게 배치될 수 있다.

접촉식 변위 센서의 특정 구조로 인해, 이는 또한 매우 고도의, 예를 들어 1000％ 이상의 신장률을 갖고/거나 팽창 동안 고도의 저장 에너지를 갖는 샘플의 측정에 적합하다. 추가로, 접촉식 변위 센서는 특히, 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서가 각각의 측정 조작 이전에 새롭게 조절되지 않아도 되기 때문에 자동화된 샘플 시험에서 사용하기에 적합하다. 자동화된 조종은, 접촉식 변위 센서 또는 센서 시스템에 대한 손상의 위험 감소가 측정 시스템의 보다 긴 내구력을 야기한다는 점에서 추가로 지지된다.

접촉식 변위 센서의 한 실시양태에서, 부재는 그의 주변 표면이 볼록하게 구부러진 롤의 형태로 형성된다. 이는, 샘플이 접촉될 수 있는 부재의 주변 표면이 구형이거나 또는 볼록한 방식으로 밖으로 구부러졌음을 의미한다. 구형 또는 볼록한 양태로 인해, 부재와 샘플 간에는 선 접촉이 아니라 거의 점 모양의 접촉이 존재한다. 이는 특히 대규모의 신장에 대해 시험 판독의 정확성을 증가시킨다. 또한, 부재의 주변 표면은 임의의 모서리를 포함하지 않아 샘플의 노칭(notching) 및 이에 따른 잘못된 시험 판독을 피할 수 있다.

접촉식 변위 센서의 추가 실시양태에서, 부재는 베어링(bearing)에 의해 센서 핑거에 연결된다. 베어링으로 인해, 부재는 피봇가능하게 탑재될 뿐만 아니라 회전가능하게 탑재되어, 부재는 그의 기하학적 회전 차축 주위를 회전할 수 있으며, 인열된 되튕겨진 샘플은 부재와 얽히지 않을 것이다. 부재의 베어링은 바람직하게는, 정확한 시험 판독을 보장하기 위해 플레이 없이 설계된다. 예로써, 적합한 물질로부터 제조된 원추 베어링 또는 침상 베어링이 베어링에 대해 사용될 수 있다. 추가로, 부재를 압연시키지 않는 베어링이 예를 들어 부슁(bushing)의 형태로, 또는 적합한 매끄러운 물질, 예를 들어 PTFE로 제조된 부재 그 자체를 구성하는 성분으로서 사용될 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 베어링은 볼 베어링으로서 설계된다.

접촉식 변위 센서의 추가 실시양태에서, 부재의 회전 저항은 마찰 클러치(clutch)에 의해 조절가능하다. 조절가능한 회전 저항 때문에, 접촉식 변위 센서의 픽업(picking-up)은 샘플의 신장으로 인한 연속 운동 동안 보장된다. 예를 들어 인열 순간에 덜컹거리는 운동이 일어나는 경우, 롤의 정지 마찰력은 극복되고, 부재는 덜컹거림 없이 회전되게 설정된다. 따라서, 부재 및 접촉식 변위 센서에 대해 유도되는 에너지의 대부분은 회전 에너지로 전환되고, 이에 따라 접촉식 변위 센서 및 측정 시스템은 손상에 대해 보호된다.

여기서, 바람직하게는, 마찰 클러치는 조절가능한 스프링 - 슬립 고리 - 시스템(spring - slip ring - system)으로서 설계된다. 이는 부재의 회전 저항이 부재 측면의 센서 핑거의 중심축 상에 배치된 조절 나사를 통해 수동으로 프리텐션되는 압력 스프링에 의해 조절될 수 있고, 압력 고리를 부재에 압착시킴으로써 회전 저항이 생성됨을 암시한다. 부재는 두 회전 방향으로 동등하게 회전할 수 있다. 복잡한 커플링 부재, 예를 들어 래칫으로의 부재는 필요하지 않다.

접촉식 변위 센서의 추가 실시양태에서, 부재의 회전축은 센서 핑거의 중심축으로부터 멀리 떨어져 배치된다. 이에 따라, 특히 고도로 탄성이고 고도로 연장가능한 물질을 갖는 센서 핑거는 샘플로부터 더 멀리 떨어져 배치될 수 있으므로, 센서 핑거뿐만 아니라 측정 시스템의 손상 위험은 더욱 줄어든다.

본 발명의 추가 측면은 하나 이상의 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서가 샘플을 회전식 대칭 부재의 주변 표면과 접촉시키고, 부재의 회전축이 샘플의 신축 방향에 수직인 방식으로 배치되는 것인, 신축 방향으로의 신축에 의한 샘플의 신장 측정 방법이다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은 샘플이 연신되는 경우 궤도가 유지되도록 제조된 접촉식 변위 센서와 샘플을 접촉시킴으로써 신장을 측정하는, 샘플의 신장 측정에 관한 것이다. 접촉식 변위 센서의 궤도 기록은 측정 판독치를 제공하며, 이로부터 신장 거리가 계산된다.

신장의 최종점에서 인열되는 경우, 샘플의 신축 방향은 또한 잔존하는 2개의 샘플이 되튕겨지는 방향이다. 신축 방향에 수직인 부재의 회전축으로 인해, 잔존 샘플의 선형 운동은 접촉식 변위 센서의 부재에 부딪힐 때 부재의 회전으로 변형될 수 있다. 이로써, 이미 상기 기재된 바와 같이 손상을 피할 수 있다.

본 발명의 방법의 한 실시양태에서, 서로 마주보게 배치된 한 쌍 이상의 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서는 샘플을 회전식 대칭 부재의 각각의 주변 표면과 접촉시킨다. 추가로, 상기 접촉식 변위 센서는 부재의 각각의 회전축이 샘플의 신축 방향에 수직인 방식으로 배치된다. 한 쌍의 마주보게 배치된 접촉식 변위 센서에서, 이들은 샘플의 반대쪽에 위치한다.

추가로, 본 발명의 한 측면은 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서를 포함하는, 신축에 의한 샘플의 신장 측정용 시스템이다. 이러한 시스템은 예를 들어, 측정 칼날 형태로 설계된 시판용 접촉식 변위 센서가 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서로 대체된, 샘플의 신장 측정에 대한 시판용 장치일 수 있다. 유리하게는, 이러한 시스템에서의 접촉식 변위 센서는 부재의 회전축이 샘플의 신축 방향에 수직인 방식으로 탑재된다.

본 발명의 시스템의 한 실시양태에서, 서로 마주보게 배치된 한 쌍 이상의 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서는 샘플을 회전식 대칭 부재의 각각의 주변 표면과 접촉시키기에 적합하다. 추가로, 상기 접촉식 변위 센서는 부재의 각각의 회전축이 샘플의 신축 방향에 수직인 방식으로 배치된다. 한 쌍의 마주보게 배치된 접촉식 변위 센서에서, 이들은 샘플의 반대쪽에 위치한다.

본 발명의 추가 측면은 또한 신축에 의한 샘플의 신장을 측정하기 위한, 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서의 용도이다.

본 발명은 이제 첨부된 도면을 참고로 하여 바람직한 실시양태를 기준으로 보다 상세하게 기재될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서의 개략도이고,
도 2는 샘플의 신장 측정을 위한 접촉식 변위 센서의 배치의 개략적인 투시도이다.

도 1은 본 발명에 따른 접촉식 변위 센서의 개략도를 나타낸다. 접촉식 변위 센서 (10)는 센서 핑거 (12)를 포함하며, 샘플에 직면하는 그의 말단 상에, 샘플 (16)을 그의 주변 표면 (24)과 접촉시킬 수 있는 부재 (14)가 탑재되어 있다. 부재 (14)의 기하학적 회전 차축 (20)은 센서 핑거 (12)의 중심축 (34) 상에 위치한 그의 회전축 (18)에 상응한다.

부재 (14)는 그의 회전축 (18) 주위를 회전할 수 있도록 볼 베어링 (26)에 의해 탑재된다. 부재 (14)의 회전 저항은 스프링 - 슬립 고리 - 시스템에 의해 조절할 수 있다. 조절 나사 (28)를 통해 압력 스프링 (30)을 프리텐션시키고, 이로써 압력 고리 (32) 상에 스프링 힘이 가해지고 부재 (14)에 압착될 것이다.

도 2는 본 발명의 방법에서 사용되는 바와 같은, 샘플의 신장 측정에 대한 접촉식 변위 센서 배치의 개략적인 투시도를 나타낸다. 제시된 접촉식 변위 센서 (10)는 2 개의 측정 위치에서 샘플 (16)의 한 쪽 면에 한 쌍을 이루어 각각 위치한다. 이에 따라, 접촉식 변위 센서 (10)의 원통형 부재 (14)는 구형으로 형성된 그의 각각의 주변 표면 (24)과 샘플 (16)을 접촉시킨다. 구 형태의 주변 표면 (24)으로 인해, 거의 점 모양의 접촉이 달성된다.

부재 (14)의 회전축은 센서 핑거 (12)의 중심축 및 부재 (14)의 회전 차축에 상응하며, 이에 의해 주변 표면 (24)이 형성된다. 본 발명에 따라, 부재 (14)의 회전축은 신축 방향 (22)에 대해 수직이다. 회전에 의해 한정된 주변 표면 (24)이 샘플과 접촉하기 때문에, 접촉식 변위 센서 (10)의 공간에서의 위치결정이 정해진다.

신장은 샘플 (16)의 신축 동안 신축 방향 (22)으로 일어나며, 여기서, 접촉식 변위 센서 (10)는 궤도를 그리며, 따라서 기술적으로 측정가능한 신장의 표시가 가능하다. 이로써, 샘플 (16)은 인열될 때까지 신축된다. 인열 후, 2 조각의 샘플 (16)은 접촉식 변위 센서 (10)의 부재 (14)를 지나쳐 그의 원래 길이로 다시 되튕겨진다.

Claims (12)

1. 회전식 대칭 부재 (14)에 연결된 센서 핑거(sensor finger) (12)를 포함하며,
   상기 부재 (14)는 회전할 수 있게 탑재되어 있고,
   상기 부재 (14)의 회전축 (18)은 또한 부재 (14)의 기하학적 회전 차축 (20)이고,
   상기 부재 (14)는 그의 회전 차축 (20) 주위에 형성된, 샘플 (16)이 접촉될 수 있는 주변 표면 (24)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   신축에 의한 샘플 (16)의 신장을 기계적으로 측정하는데 사용하기 위한 접촉식 변위 센서.
2. 제1항에 있어서, 부재 (14)가, 주변 표면 (24)이 볼록하게 구부러진 롤(roll)의 형태로 형성된 것인 접촉식 변위 센서.
3. 제1항에 있어서, 부재 (14)가 베어링(bearing)에 의해 센서 핑거 (12)에 연결된 것인 접촉식 변위 센서.
4. 제3항에 있어서, 베어링이 볼 베어링 (26)으로서 설계된 것인 접촉식 변위 센서.
5. 제1항에 있어서, 부재 (14)의 회전 저항이 마찰 클러치(clutch)에 의해 조절가능한 것인 접촉식 변위 센서.
6. 제5항에 있어서, 마찰 클러치가 조절가능한 스프링 - 슬립 고리 - 시스템(spring - slip ring - system)으로서 설계된 것인 접촉식 변위 센서.
7. 제1항에 있어서, 부재 (14)의 회전축 (18)이 센서 핑거 (12)의 중심축 (34)으로부터 멀리 떨어져 배치된 것인 접촉식 변위 센서.
8. 하나 이상의 제1항에 따른 접촉식 변위 센서 (10)가 샘플 (16)을 회전식 대칭 부재 (14)의 주변 표면 (24)과 접촉시키고, 부재 (14)의 회전축 (18)이 샘플 (16)의 신축 방향 (22)에 수직인 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
   신축 방향 (22)으로의 신축에 의한 샘플 (16)의 신장 측정 방법.
9. 제8항에 있어서, 서로 마주보게 배치된 한 쌍 이상의 제1항에 따른 접촉식 변위 센서 (10)가 샘플 (16)을 회전식 대칭 부재 (14)의 각각의 주변 표면 (24)과 접촉시키고, 부재 (14)의 각각의 회전축 (18)이 샘플 (16)의 신축 방향 (22)에 수직인 방식으로 배치되는 것인 방법.
10. 제1항에 따른 접촉식 변위 센서 (10)를 포함하는, 신축에 의한 샘플 (16)의 신장 측정용 시스템.
11. 제10항에 있어서, 서로 마주보게 배치된 한 쌍 이상의 제1항에 따른 접촉식 변위 센서 (10)가 샘플 (16)을 회전식 대칭 부재 (14)의 각각의 주변 표면 (24)과 접촉시키는데 적합하고, 부재 (14)의 각각의 회전축 (18)이 샘플 (16)의 신축 방향 (22)에 수직인 방식으로 배치되는 것인 시스템.
12. 신축에 의한 샘플 (16)의 신장을 측정하기 위한, 제1항에 따른 접촉식 변위 센서 (10)의 용도.

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