KR20150138444A - 비틀림 시험기 및 이를 이용한 제어방법 - Google Patents

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KR20150138444A
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Abstract

비틀림 시험기가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기는 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 위해 특정 토크(torque)와 주파수(Hz)로 작동되는 전자식 엑추에이터와, 상기 전자식 액추에이터에서 발생된 구동력을 전달받아 함께 회전되고 시험 대상물의 일단이 고정된 상태가 유지되는 회전력 연결부와, 상기 회전력 연결부와 마주보며 배치되고 시험 대상물에 대한 테스트가 이루어지는 동안 시험 대상물의 타단을 선택적으로 고정하는 고정부; 및 상기 시험 대상물에 대한 일 방향 회전각 또는 좌, 우 비틀림 각(torsion angle)을 균일하게 테스트하거나, 서로 상이한 각도로 테스트하기 위해 전자식 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함한다.
발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기의 제어방법은 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 실시하기 위해 특정 토크와 주파수를 입력하는 단계와, 상기 시험 대상물에 소정의 온도와 상대습도가 가해지도록 온도와 상대습도를 조절하는 단계; 및 상기 시험 대상물을 특정 토크와 주파수 및 특정 온도와 상대습도로 T1초간 비틀림 테스트를 실시하고, 상기 시험 대상물의 좌, 우 주파수를 서로 다르게 변경하여 시간에 따른 응력 변화 테스트를 실시하는 단계를 포함한다.

Description

비틀림 시험기 및 이를 이용한 제어방법{Controlling method torsion testing machine and torsion testing machine}
본 발명은 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 실시하기 위해 전자식으로 작동되는 액추에이터를 이용하여 고속회전에 따른 정밀 제어가 가능한 비틀림 시험기 및 이를 이용한 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 비틀림 시험기는 부품이 갖는 최대수직응력, 최대전단응력, 최대 비틀림 토크와 같이 부품이 갖는 기계적인 강성의 한계를 측정하는 시험기를 의미한다.
상기 비틀림 시험기는 소형정밀기계부터 대형기계구조물까지 고속, 경량, 고출력화의 경향에 따라 동 하중에 의한 기계 구조물의 동특성을 파악하고 이를 설계과정에 반영하는 것이 반드시 필요하다. 동력 전달로 구동되는 모든 기계는 부품의 설계, 개발 및 제조단계에서 내구시험이 필수적이며 비틀림 시험기는 여러 시험기 중 부품의 최대 비틀림 토크를 측정하는 시험기이다.
일반적인 부품의 내구시험 사양을 결정할 때 시험 장비가 가지는 한계성이 시험 사양에 반영된다. 예를 들어 제품에 인가되는 힘 레빌 및 주파수 범위가 각각 100N, 0~100Hz일 경우에는 종래의 유압식 액추에이터의 작동 가능 주파수 범위(최대 50Hz)를 벗어나기 때문에 시험 수행이 불가능하다. 물론 상기 조건을 만족하는 고주파 고성능 유압 액추에이터를 이용하여 테스트를 실시하는 방법이 있으나, 고성능 유압 액추에터의 경우 가격이 상대적으로 고가에 형성되므로 중소 부품업체에서 구입하기 어려운 문제점이 유발되었다.
또한 기존의 유압식 액추에이터를 이용한 비틀림 시험기는 HPU(Hydraulic Power Unit)을 위한 별도의 설치공간이 필요하며, 유압 유동과 같은 기계적 소음으로 인해 소음 측정이 필요한 내구시험의 경우 수행하기가 어려우며, 유체의 비선형 거동에 의한 고정밀 제어가 어려운 단점이 발생되었다.
더욱이 삶의 질이 향상됨에 따라 제품의 성능뿐만 아니라, NVH와 같은 상품성을 높이기 위한 노력이 활발히 이루어지고 있기 때문에 완성업체에서는 내구시험과 소음시험을 동시에 수행하는 시험들을 요구하고 있는 상황이다.
따라서 현재 가장 많이 사용되고 있는 유압식 시험장비가 가지는 기계적인 소음을 극복할 수 있는 구동 방식 개발도 향후 장비 개발의 주요한 과제가 되고 있다.
대한민국등록특허 제20-0278781호 (등록일: 2002년06월04일)
본 발명의 실시 예들은 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 실시할 때 전자식으로 작동되는 액추에이터를 이용하여 정밀도가 향상된 비틀림 시험기를 통해 신뢰성 있는 비틀림 데이터를 획득하고자 한다.
본 발명의 실시 예들은 시험 대상물에 대한 비틀림 상태 및 상태 조건(온도, 습도)를 편리하게 조절하여 사용하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 위해 특정 토크(torque)와 주파수(Hz)로 작동되는 전자식 엑추에이터; 상기 전자식 액추에이터에서 발생된 구동력을 전달받아 함께 회전되고 시험 대상물의 일단이 고정된 상태가 유지되는 회전력 연결부; 상기 회전력 연결부와 마주보며 배치되고 시험 대상물에 대한 테스트가 이루어지는 동안 시험 대상물의 타단을 선택적으로 고정하는 고정부; 및 상기 시험 대상물에 대한 일 방향 회전각 또는 좌, 우 비틀림 각(torsion angle)을 균일하게 테스트하거나, 서로 상이한 각도로 테스트하기 위해 전자식 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 비틀림 시험기는 상기 시험 대상물의 외측에 배치되어 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트와 함께 고온의 온도 상태를 제공하는 히터부를 포함한다.
상기 히터부는 일단이 회전력 연결부에 장착되고 타단이 고정부에 장착되어 시험 대상물에 대한 비틀림 각과 동일한 각으로 비틀림이 이루어지면서 시험 대상물에 대한 가열을 실시하기 위해 히터 코어가 장착된 탄성 커버를 포함한다.
상기 히터 코어는 탄성 커버의 길이 방향을 따라 개별 작동되도록 개별 단위체로 각각 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 비틀림 시험기는 상기 시험 대상물의 외측에 배치되어 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트와 함께 저온의 온도 상태를 제공하는 냉각부를 포함한다.
상기 비틀림 시험기는 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트가 이루어지는 동안 특정 조건의 상대 습도를 유지시키기 위한 습도 조절부를 포함한다.
전자식 액추에이터와 고정부는 외측으로 연장된 연장부를 포함하고, 상기 연장부에 고정부재가 삽입되어 전자식 액추에이터와 고정부의 이격된 위치가 선택적으로 조정되는 받침대를 포함한다.
비틀림 시험기는 시험 대상물이 테스트가 이루어지는 동안 외측을 감싸는 보호 커버를 포함한다.
비틀림 시험기는 시험 대상물에 대에 가해지는 토크가 감지되는 토크 센서; 시험 대상물의 비틀림 각을 감지하는 각 센서를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 비틀림 시험기는 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 위해 특정 토크(torque)와 주파수(Hz)로 작동되는 전자식 엑추에이터; 상기 전자식 액추에이터에서 발생된 구동력을 전달받아 함께 회전되고 시험 대상물의 일단이 고정된 상태가 유지되는 회전력 연결부; 상기 회전력 연결부와 마주보며 배치되고 시험 대상물에 대한 테스트가 이루어지는 동안 시험 대상물의 타단을 선택적으로 고정하는 고정부; 상기 시험 대상물에 대한 일 방향 회전각 또는 좌, 우 비틀림 각(torsion angle)을 균일하게 테스트하거나, 서로 상이한 각도로 테스트하기 위해 전자식 액추에이터를 제어하는 제어부; 및 상기 시험 대상물의 외측에 선택적으로 설치되어 시험 대상물에 고온 또는 저온의 온도 상태로 열을 가하거나, 상대습도를 조절하여 비틀림 테스트를 실시하기 위한 상태 조절부를 포함한다.
비틀림 시험기는 현재 테스트가 이루어지는 시험 대상물에 가해지는 토크와 주파수와 온도 상태 및 상대습도가 표시되는 표시부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 비틀림 시험기의 제어 방법은 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 실시하기 위해 특정 토크와 주파수를 입력하는 단계; 상기 시험 대상물에 소정의 온도와 상대습도가 가해지도록 온도와 상대습도를 조절하는 단계; 및 상기 시험 대상물을 특정 토크와 주파수 및 특정 온도와 상대습도로 T1초간 비틀림 테스트를 실시하고, 상기 시험 대상물의 좌, 우 주파수를 서로 다르게 변경하여 시간에 따른 응력 변화 테스트를 실시하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들은 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 실시할 때 특정 주파수를 이용하여 고속 회전을 통해 다양한 회전 조건으로 비틀림 테스트를 실시할 수 있으며 정밀 제어가 가능하여 데이터에 대한 신뢰도가 향상된다.
본 발명의 실시 예들은진동 소음 발생이 유압식에 비해 상대적으로 절게 발생되고, 경제적으로도 절감 가능한 비틀림 시험기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기를 도시한 측면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기의 제어부 및 제어부와 연계된 구성을 도시한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기에 장착되는 히터부를 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기에 장착된 보호 커버를 간략히 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 비틀림 시험기를 도시한 측면도.
도 6은 도 5에 따른 제어부 및 제어부와 연계된 구성을 도시한 블록도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기의 제어 방법을 도시한 순서도.
본 발명의 일 실시 예에 따른 비틀림 시험기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1 내지 도 3을 참조하면, 비틀림 시험기(1)는 축 방향으로 비틀림이 발생될 수 있는 구성품에 대해 정밀하고 안정적인 비틀림 테스트를 실시하기 위해 전자식 액추에이터(100)와, 회전력 연결부(200)와, 고정부(300) 및 제어부(400)를 포함하여 구성된다.
전자식 액추에이터(100)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 위해 특정 토크(torque)와 주파수(Hz)로 작동되고, 유압식이 아닌 전자식으로 작동되므로 시험 대상물(2)에 가해지는 토크가 1kN이하의 상대적으로 작은 토크에서 상대적으로 큰 토크 범위까지 토크 변동이 가능하여 기존의 유압식에 비해 상대적으로 정밀한 토크 변화를 통해 정밀한 비틀림 테스트를 실시할 수 있다.
이를 통해 테스트가 이루어지는 시험 대상물(2)에 대한 데이터 신뢰도가 향상되어 개발중인 구성품 또는 개발 예정인 구성품의 비틀림 테스트에 대한 신뢰도가 향상될 수 있다.
전자식 액추에이터(100)는 작동원이 전기에 의해 작동되는데, 작동에 따른 전원을 공급하는 메인 전원 공급기(미도시)와, 상기 메인 전원 공급기에서 오류가 발생되거나 정전과 같은 비상 상황시 전자식 액추에이터(100)에 전원을 공급하기 위한 보조 전원 공급기(미도시)를 포함한다.
제어부(400)는 메인 전원 공급기에서 에러가 발생되기 이전 상태를 항시 모니터링 하여 갑작스런 오류 발생시 딜레이 타임 없이 즉각적으로 보조 전원 공급기를 통해 비상 전원이 공급되도록 제어하며, 이를 통해 시험 대상물(2)의 연속적인 비틀림 테스트를 안정적으로 실시할 수 있다.
전자식 액추에이터(100)는 주파수 제어를 통해 시험 대상물(2)이 축 방향을 기준으로 좌, 우를 향해 반복적으로 비틀림이 가해질 경우 0.01mm이하의 상대적으로 정밀한 단위까지 제어가 가능하므로 제어 정밀도가 향상되어 시험 대상물(2)의 비틀림 테스트()에 대한 데이터 신뢰도 향상과 파단 변형 또는 응력 변형이 발생되는 거동 상태를 정확하게 데이터로 추출할 수 있다.
이를 통해 시험 대상물(2)의 전체적인 응력 변동 상태와 특정 토크에서 급격히 변화되는 응력 변동 상태 및 파단 직전 상태의 응력 변동 상태를 정확하게 파악할 수 있다.
또한 시험 대상물(2)의 응력 변동 상태에 따른 데이터 확보 및 시험 대상물(2)과 연결된 다른 구성품에 대한 응력 설계시 참고 자료로 활용될 수 있으므로 시험 대상물(2)에 대한 정확한 응력 변동 상태를 파악하는 것은 상당히 중요하다고 하겠다.
전자식 액추에이터(100)는 전자식으로 제어되므로 정확한 치수값으로 정밀 제어가 가능하여 에러 발생이 상대적으로 적게 발생되고, 소음 또한 유압식에 비해 상대적으로 적게 발생되므로 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트가 이루어지는 동안 소음 발생으로 인한 문제점이 최소화되어 정숙한 비틀림 테스트를 실시할 수 있다.
전자식 액추에이터(100)는 시험 대상물(2)에 대한 테스트를 실시할 때 필요한 주변 보조품(미도시)이 유압식에 비해 상대적으로 최소화 되므로 협소한 공간에서도 편리하게 사용할 수 있어 장소에 구애 받지 않고 시험 대상물(2)에 대한 테스트를 실시할 수 있다.
참고로 전자식 액추에이터(100)는 시험 대상물(2)을 향해 연장된 회전축을 포함한다.
비틀림 시험기의 전체적인 배치 상태에 대해 설명한다.
비틀림 시험기(1)는 받침대(700)의 상면에 전자식 액추에이터(100)가 위치되고, 회전력 연결부(200)와 마주보며 배치된다. 시험 대상물(2)은 일단이 회전력 연결부(200)에 고정되고 타단이 고정부(300)에 고정된다. 일 예로 전자식 액추에이터(100)가 작동될 경우 고정부(300)는 시험 대상물(2)의 타단을 고정하고, 회전력 연결부(200)는 전자식 액추에이터(100)에서 발생된 토크를 시험 대상물(2)로 전달하여 비틀림 테스트가 이루어진다.
전자식 액추에이터(100)와 고정부(300)는 받침대(700)에 지지 고정된 상태가 유지되기 위해 서로 간에 가까워지거나 멀어지는 상태로 이격 거리가 조절되고, 외측으로 연장된 연장부(101,301)에 고정부재(5)가 삽입되어 고정된 상태가 유지된다.
연장부(101,301)는 전자식 액추에이터(100)와 고정부(300)의 외측으로 다수개가 연장되고, 도면에 도시된 형태로 한정하지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
본 실시 예에서는 고정부재(5)를 볼트 형태로 도시하였으나 다른 형태로 다양하게 변경 가능하며 반드시 볼트 형태로 한정하지 않음을 밝혀둔다.
회전력 연결부(200)는 회전축의 일단이 삽입되도록 도면 기준으로 좌측에 부분 삽입된 상태로 고정되며 원판 형태로 형성되어 회전축과 시험 대상물(2)이 부분삽입 되도록 중앙에 삽입홀(미도시)이 형성된다. 또한 상기 회전축과 시험 대상물(2)에 대한 고정을 위해 별도의 조임 부재(미도시)가 장착된다.
회전력 연결부(200)는 회전축과 시험 대상물(2)이 동축에 연결되도록 함으로써 전자식 액추에이터(100)에서 발생된 토크를 별도의 손실없이 시험 대상물(2)로 전달한다.
고정부(300)는 시험 대상물(2)의 단부를 지지 고정하여 회전력 연결부(200)에 의해 회전되는 시험 대상물(2)을 안정적으로 고정하며, 비틀림에 따른 지지는 전술한 연장부(101,301)에 삽입된 고정부재(5)에 의해 고정된다.
고정부(300)는 시험 대상물(2)이 삽입되도록 중앙에 개구홀(미도시)이 형성되고, 시험 대상물(2)의 비틀림에 따른 파손 및 변형이 발생되지 않도록 구조적으로 충분한 강도가 형성되도록 제작되는 것이 바람직하다.
제어부(400)는 시험 대상물(2)에 대한 일 방향 회전각 또는 좌, 우 비틀림 각(torsion angle)을 균일하게 테스트하거나, 서로 상이한 각도로 테스트하기 위해 전자식 액추에이터(100)를 제어한다.
제어부(400)는 비틀림 각을 다양하게 제어할 수 있는데 일 예로 시험 대상물(2)의 좌측과 우측을 동일한 각도로 비틀리도록 제어하거나, 좌측과 우측을 서로 다른 각도로 비틀리도록 제어할 수 있다.
시험 대상물(2)을 동일 각도로 비틀리게 제어할 경우에는 시험 대상물(2)의 좌측과 우측 방향에 각각 동일한 응력이 가해지는데 예를 들면 좌측은 10도의 제1 경사각(θ1)으로 비틀리게 제어하고, 우측은 5도의 제2 경사각(θ2)로 비틀리게 제어하면 좌우 서로 다른 방향으로 비틀리게 제어할 수 있다.
비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)의 외측에 배치되어 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트와 함께 고온의 온도 상태를 제공하는 히터부(500)를 포함한다.
히터부(500)는 일단이 회전력 연결부(200)에 장착되고 타단이 고정부(300)에 장착되며 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 각과 동일한 각으로 비틀림이 이루어지면서 시험 대상물(2)에 대한 가열을 실시하기 위해 히터 코어(512)가 장착된 탄성 커버(510)를 포함한다.
히터부(500)는 제어부(400)에 의해 시험 대상물(2)에 대한 가열 온도가 제어되는데, 본 실시 예에서는 시험 대상물(2)의 외주면을 단순히 가열하는 것이 아니라 상기 시험 대상물(2)이 비틀려지는 비틀림 각과 동일하게 비틀어지도록 탄성 커버(510)의 일단이 회전력 연결부(200)에 연결되고 타단은 고정부(300)에 고정된다.
따라서 본 실시 예에서는 시험 대상물(2)이 비틀어질 때 외주면 전체를 가열하거나 비틀림이 발생되는 영역에만 선택적으로 가열이 이루어지도록 할 수 있으므로 가공 대상물()의 비틀림 상태와 부분적으로 가열된 상태일 경우에 대한 변형 상태를 정확하게 파악할 수 있다.
이를 통해 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트와, 비틀림이 발생된 영역에 대한 재료 변형 거동 상태를 정확히 파악할 수 있다.
탄성 커버(510)는 전자식 액추에이터(100)의 회전 방향에 따라 축 방향에서 비틀림이 발생되도록 탄성 복원력을 갖는 재질이 사용되므로 회전력 연결부(200)가 좌측 또는 우측 중의 어느 방향으로 비틀리는 경우에도 안정적으로 비틀려 질 수 있다. 또한 탄성 커버(510)는 비틀림에 따른 파손이 발생되지 않는 구조적 강도가 유지된다.
히터 코어(512)는 탄성 커버(510)의 내측 길이 방향에 장착되고 탄성 커버(510)의 길이 방향을 따라 개별 작동되도록 개별 단위체로 각각 배치된다. 히터 코어(512)는 인가된 전류에 따라 발열이 이루어지는 열선이 사용되며 특별히 재질 한정은 실시하지 않는다.
히터부(500)는 일단이 회전력 연결부(200)에 탈착 가능하게 장착되고, 타단은 고정부(300)에 탈착 가능하게 고정되므로 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 실시할 때 비틀림 테스트만을 실시할 경우에는 미 장착된 상태로 테스트를 실시하고, 고온의 열을 가하여 비틀림 테스트를 실시할 경우에만 선택적으로 장착하여 사용한다.
비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)의 외측에 배치되어 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트와 함께 저온의 온도 상태를 제공하는 냉각부(610)를 포함한다.
냉각부(610)는 전술한 히터부(500)와 마찬가지로 탄성 커버의 내측에 냉각 코어가 구비되고, 회전력 연결부(200)에 일단이 장착되며 고정부(300)에 타단이 장착된다.
본 실시 예에 의한 비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트가 이루어지는 동안 특정 조건의 상대 습도를 유지시키기 위한 습도 조절부(620)를 포함한다.
습도 조절부(620)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림과 동시에 상대 습도를 변화시켜 고습도 상태의 조전에서 비틀림 테스트를 실시할 수 있으며, 전술한 히터부(500)와 함께 고온 다습한 조건에서 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 실시할 수 있다.
비틀림 시험기(1)는 테스트가 이루어지는 동안 외측을 감싸는 보호 커버(800)를 포함하고, 상기 보호 커버(800)는 시험 대상물(2)이 파단될 경우 주위로 비산되는 파편의 확산을 방지하여 작업자의 안전 사고를 예방한다.
보호 커버(800)는 시험 대상물(2)의 외측을 감싸는 형태로 받침대(700)에 선택적으로 장착되며 비산된 파편으로 인한 파손이 방지되는 구조적 강성이 유지된다. 보호 커버(800)는 받침대(700)의 내측으로 양단이 고정되며 도면에 도시된 형태로 반드시 한정하지 않고 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)에 대에 가해지는 토크가 감지되는 토크 센서(10)와, 시험 대상물(2)의 비틀림 각을 감지하는 각 센서(20)를 포함한다. 토크 센서(10)는 전자식 액추에이터(100)에서 발생된 토크를 감지하여 제어부(400)에 전송하고, 각 센서(20)가 시험 대상물(2)의 비틀림 각을 감지하여 제어부(400)에 전송한다. 토크 센서(10)와 각 센서(20)의 기능은 통상적인 기능이므로 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 비틀림 시험기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 4 내지 도 6을 참조하면, 비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 위해 특정 토크(torque)와 주파수(Hz)로 작동되는 전자식 엑추에이터()와, 상기 전자식 액추에이터(100)에서 발생된 구동력을 전달받아 함께 회전되고 시험 대상물(2)의 일단이 고정된 상태가 유지되는 회전력 연결부(200)와, 상기 회전력 연결부(200)와 마주보며 배치되고 시험 대상물(2)에 대한 테스트가 이루어지는 동안 시험 대상물(2)의 타단을 선택적으로 고정하는 고정부(300)와, 상기 시험 대상물(2)에 대한 일 방향 회전각 또는 좌, 우 비틀림 각(torsion angle)을 균일하게 테스트하거나, 서로 상이한 각도로 테스트하기 위해 전자식 액추에이터(100)를 제어하는 제어부(400)와, 상기 시험 대상물(2)의 외측에 선택적으로 설치되어 시험 대상물(2)에 고온 또는 저온의 온도 상태로 열을 가하거나, 상대습도를 조절하여 비틀림 테스트를 실시하기 위한 상태 조절부()를 포함한다.
전자식 액추에이터(100)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 위해 특정 토크(torque)와 주파수(Hz)로 작동되며 전자식으로 작동되므로 시험 대상물(2)에 가해지는 토크가 1kN이하의 상대적으로 작은 토크에서 상대적으로 큰 토크 범위까지 토크 변동이 가능하여 기존의 유압식에 비해 상대적으로 정밀한 토크 변화를 통해 정밀한 비틀림 테스트를 실시할 수 있다.
이를 통해 테스트가 이루어지는 시험 대상물(2)에 대한 데이터 신뢰도가 향상되어 개발중인 구성품 또는 개발 예정인 구성품의 비틀림 테스트에 대한 신뢰도가 향상될 수 있다.
전자식 액추에이터(100)는 작동원이 전기에 의해 작동되는데, 작동에 따른 전원을 공급하는 메인 전원 공급기(미도시)와, 상기 메인 전원 공급기에서 오류가 발생되거나 정전과 같은 비상 상황시 전자식 ?추에이터()에 전원을 공급하기 위한 보조 전원 공급기(미도시)를 포함한다.
제어부(400)는 메인 전원 공급기에서 에러가 발생되기 이전 상태를 항시 모니터링 하여 갑작스런 오류 발생시 딜레이 타임 없이 즉각적으로 보조 전원 공급기를 통해 비상 전원이 공급되도록 제어하며, 이를 통해 시험 대상물(2)의 연속적인 비틀림 테스트를 안정적으로 실시할 수 있다.
전자식 액추에이터(100)는 주파수 제어를 통해 시험 대상물(2)이 축 방향을 기준으로 좌, 우를 향해 반복적으로 비틀림이 가해질 경우 0.01mm이하의 상대적으로 정밀한 단위까지 제어가 가능하므로 제어 정밀도가 향상되어 시험 대상물(2)의 비틀림 테스트()에 대한 데이터 신뢰도 향상과 파단 변형 또는 응력 변형이 발생되는 거동 상태를 정확하게 데이터로 추출할 수 있다.
이를 통해 시험 대상물(2)의 전체적인 응력 변동 상태와 특정 토크에서 급격히 변화되는 응력 변동 상태 및 파단 직전 상태의 응력 변동 상태를 정확하게 파악할 수 있다.
또한 시험 대상물(2)의 응력 변동 상태에 따른 데이터 확보 및 시험 대상물(2)과 연결된 다른 구성품에 대한 응력 설계시 참고 자료로 활용될 수 있으므로 시험 대상물(2)에 대한 정확한 응력 변동 상태를 파악하는 것은 상당히 중요하다고 하겠다.
전자식 액추에이터(100)는 전자식으로 제어되므로 정확한 치수값으로 정밀 제어가 가능하여 에러 발생이 상대적으로 적게 발생되고, 소음 또한 유압식에 비해 상대적으로 적게 발생되므로 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트가 이루어지는 동안 소음 발생으로 인한 문제점이 최소화되어 정숙한 비틀림 테스트를 실시할 수 있다. 참고로 전자식 액추에이터(100)는 시험 대상물(2)을 향해 연장된 회전축을 포함한다.
비틀림 시험기(1)는 받침대(700)의 상면에 전자식 액추에이터(100)가 위치되고, 회전력 연결부(200)와 마주보며 배치된다. 시험 대상물(2)은 일단이 회전력 연결부(200)에 고정되고 타단이 고정부(300)에 고정된다. 일 예로 전자식 액추에이터(100)가 작동될 경우 고정부(300)는 시험 대상물(2)의 타단을 고정하고, 회전력 연결부(200)는 전자식 액추에이터(100)에서 발생된 토크를 시험 대상물(2)로 전달하여 비틀림 테스트가 이루어진다.
전자식 액추에이터(100)와 고정부(300)는 받침대(700)에 지지 고정된 상태가 유지되기 위해 서로 간에 가까워지거나 멀어지는 상태로 이격 거리가 조절되고, 외측으로 연장된 연장부(101,301)에 고정부재(5)가 삽입되어 고정된 상태가 유지된다.
연장부(101,301)는 전자식 액추에이터(100)와 고정부(300)의 외측으로 다수개가 연장되고, 도면에 도시된 형태로 한정하지 않고 다양하게 변경될 수 있다.
본 실시 예에서는 고정부재(5)를 볼트 형태로 도시하였으나 다른 형태로 다양하게 변경 가능하며 반드시 볼트 형태로 한정하지 않음을 밝혀둔다.
회전력 연결부(200)는 회전축의 일단이 삽입되도록 도면 기준으로 좌측에 부분 삽입된 상태로 고정되며 원판 형태로 형성되어 회전축과 시험 대상물(2)이 부분삽입 되도록 중앙에 삽입홀(미도시)이 형성된다. 또한 상기 회전축과 시험 대상물(2)에 대한 고정을 위해 별도의 조임 부재(미도시)가 장착된다.
회전력 연결부(200)는 회전축과 시험 대상물(2)이 동축에 연결되도록 함으로써 전자식 액추에이터(100)에서 발생된 토크를 별도의 손실 없이 시험 대상물(2)로 전달한다.
고정부(300)는 시험 대상물(2)의 단부를 지지 고정하여 회전력 연결부(200)에 의해 회전되는 시험 대상물(2)을 안정적으로 고정하며, 비틀림에 따른 지지는 전술한 연장부(101,301)에 삽입된 고정부재(5)에 의해 고정된다.
고정부(300)는 시험 대상물(2)이 삽입되도록 중앙에 개구홀(미도시)이 형성되고, 시험 대상물(2)의 비틀림에 따른 파손 및 변형이 발생되지 않도록 구조적으로 충분한 강도가 형성되도록 제작되는 것이 바람직하다.
제어부(400)는 시험 대상물(2)에 대한 일 방향 회전각 또는 좌, 우 비틀림 각(torsion angle)을 균일하게 테스트하거나, 서로 상이한 각도로 테스트하기 위해 전자식 액추에이터(100)를 제어한다.
제어부(400)는 비틀림 각을 다양하게 제어할 수 있는데 일 예로 시험 대상물(2)의 좌측과 우측을 동일한 각도로 비틀리도록 제어하거나, 좌측과 우측을 서로 다른 각도로 비틀리도록 제어할 수 있다.
시험 대상물(2)을 동일 각도로 비틀리게 제어할 경우에는 시험 대상물(2)의 좌측과 우측 방향에 각가 동일한 응력이 가해지는데 예를 들면 좌측은 10도로 비틀리게 제어하고 우측은 5도로 비틀리게 제어하면 좌우 서로 다른 방향으로 비틀리게 제어할 수 있다.
비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)의 외측에 배치되어 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트와 함께 고온의 온도 상태를 제공하기 위해 상태 조절부(600)를 포함한다. 상태 조절부(600)는 히터부(500)와, 냉각부(610)와, 습도 조절부(620)를 포함하여 구성된다.
히터부(500)는 일단이 회전력 연결부(200)에 장착되고 타단이 고정부(300)에 장착되며 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 각과 동일한 각으로 비틀림이 이루어지면서 시험 대상물(2)에 대한 가열을 실시하기 위해 히터 코어(512)가 장착된 탄성 커버(510)를 포함한다.
히터부(500)는 제어부(400)에 의해 시험 대상물(2)에 대한 가열 온도가 제어되는데, 본 실시 예에서는 시험 대상물(2)의 외주면을 단순히 가열하는 것이 아니라 상기 시험 대상물(2)이 비틀려지는 비틀림 각과 동일하게 비틀어지도록 탄성 커버(510)의 일단이 회전력 연결부(200)에 연결되고 타단은 고정부(300)에 고정된다.
따라서 본 실시 예에서는 시험 대상물(2)이 비틀어질 때 외주면 전체를 가열하거나 비틀림이 발생되는 영역에만 선택적으로 가열이 이루어지도록 할 수 있으므로 시험 대상물(2)의 비틀림 상태와 부분적으로 가열된 상태일 경우에 대한 변형 상태를 정확하게 파악할 수 있다.
이를 통해 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트와, 비틀림이 발생된 영역에 대한 재료 변형 거동 상태를 정확히 파악할 수 있다.
탄성 커버(510)(도 3 참조)는 전자식 액추에이터(100)의 회전 방향에 따라 축 방향에서 비틀림이 발생되도록 탄성 복원력을 갖는 재질이 사용되므로 회전력 연결부(200)가 좌측 또는 우측 중의 어느 방향으로 비틀리는 경우에도 안정적으로 비틀려 질 수 있다. 또한 탄성 커버(510)는 비틀림에 따른 파손이 발생되지 않는 구조적 강도가 유지된다.
히터 코어(512)는 탄성 커버(510)의 내측 길이 방향에 장착되고 탄성 커버(510)의 길이 방향을 따라 개별 작동되도록 개별 단위체로 각각 배치된다. 히터 코어(512)는 인가된 전류에 따라 발열이 이루어지는 열선이 사용되며 특별히 재질 한정은 실시하지 않는다.
히터부(500)는 일단이 회전력 연결부(200)에 탈착 가능하게 장착되고, 타단은 고정부(300)에 탈착 가능하게 고정되므로 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 실시할 때 비틀림 테스트만을 실시할 경우에는 미 장착된 상태로 테스트를 실시하고, 고온의 열을 가하여 비틀림 테스트를 실시할 경우에만 선택적으로 장착하여 사용한다.
비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)의 외측에 배치되어 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트와 함께 저온의 온도 상태를 제공하는 냉각부(610)를 포함한다.
냉각부(610)는 전술한 히터부(500)와 마찬가지로 탄성 커버의 내측에 냉각 코어가 구비되고, 회전력 연결부(200)에 일단이 장착되며 고정부(300)에 타단이 장착된다.
본 실시 예에 의한 비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트가 이루어지는 동안 특정 조건의 상대 습도를 유지시키기 위한 습도 조절부(620)를 포함한다.
습도 조절부(620)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림과 동시에 상대 습도를 변화시켜 고습도 상태의 조전에서 비틀림 테스트를 실시할 수 있으며, 전술한 히터부(500)와 함께 고온 다습한 조건에서 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 실시할 수 있다.
비틀림 시험기(1)는 시험 대상물(2)에 대에 가해지는 토크가 감지되는 토크 센서(10)와, 시험 대상물(2)의 비틀림 각을 감지하는 각 센서(20)를 포함한다. 토크 센서(10)는 전자식 액추에이터(100)에서 발생된 토크를 감지하여 제어부(400)에 전송하고, 각 센서(20)가 시험 대상물(2)의 비틀림 각을 감지하여 제어부(400)에 전송한다.
비틀림 시험기(1)는 현재 테스트가 이루어지는 시험 대상물(2)에 가해지는 토크와 주파수와 온도 상태 및 상대습도가 표시되는 표시부(900)를 포함한다.
표시부(900)는 별도의 모니터 또는 표시창에 표시되고, 작업자가 이를 통해 현재 시험 대상물(2)에 가해지는 상태를 정확하게 인지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 비틀림 시험기의 제어 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 7을 참조하면, 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 실시하기 위해 특정 토크와 주파수를 입력하는 단계(ST100)와, 상기 시험 대상물에 소정의 온도와 상대습도가 가해지도록 온도와 상대습도를 조절하는 단계(ST200)와, 상기 시험 대상물을 특정 토크와 주파수 및 특정 온도와 상대습도로 T1초간 비틀림 테스트를 실시하고, 상기 시험 대상물의 좌, 우 주파수를 서로 다르게 변경하여 시간에 따른 응력 변화 테스트를 실시하는 단계(ST300)를 포함한다.
특정 토크와 주파수를 입력하는 단계(ST100)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 실시하기 위해 특정 토크와 특정 비틀림 각을 사용자가 임으로 조정할 수 있으며, 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 시험을 실시할 때 시간에 따라 가해지는 토크와 비틀림 각을 일정하게 유지하거나, 변동되도록 선택적으로 조절할 수 있다.
또한 비틀림 테스트와 함께 고온 또는 저온 상태 또는 고온 상태와 소정의 상대습도가 유지되도록 다양하게 상태 조건을 변경하여 테스트를 실시할 수 있다(ST200).
이를 통해 시험 대상물(2)에 대한 비틀림에서 벗어나 실제 온도 습도가 존재하는 환경에 노출된 상태로 테스트를 실시할 수 있으므로 데이터에 대한 신뢰도가 향상된다.
시험 대상물(2)은 비틀림과 함께 히터 코어가 고온으로 작동되면서 탄성 커버가 부분적으로 비틀려질 수 있으며 이 경우 비틀림이 발생되는 영역에만 고온의 열기가 조사되어 비틀림과 고온의 열이 종시에 가해지는 조건 상태에서 테스트를 실시할 수 있다.
시간에 따른 응력 변화 테스트를 실시하는 단계(ST300)는 시험 대상물(2)에 대한 비틀림 테스트를 실시할 때 좌측과 우측을 각각 5도씩 비틀어지도록 전자식 액추에이터(100)를 제어하고, 특정 시간 경과 후 좌측은 5도로 유지시키고 우측은 10도로 변경시켜 시험 대상물(2)에 대한 테스트를 실시할 수 있다.
이 경우 비틀림이 이루어지는 시험 대상물의 변형 상태를 다양하게 측정할 수 있으므로 특수 환경에 따른 테스트도 실시할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
2 : 시험 대상물
100 : 전자식 액추에이터
200 : 회전력 연결부
300 : 고정부
400 : 제어부
500 : 히터부
510 : 탄성 커버
512 : 히터 코어
600 : 상태 조절부
610 : 냉각부
620 : 습도 조절부
700 : 받침대
800 : 보호 커버
900 : 표시부

Claims (6)

  1. 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 위해 특정 토크(torque)와 주파수(Hz)로 작동되는 전자식 엑추에이터;
    상기 전자식 액추에이터에서 발생된 구동력을 전달받아 함께 회전되고 시험 대상물의 일단이 고정된 상태가 유지되는 회전력 연결부;
    상기 회전력 연결부와 마주보며 배치되고 시험 대상물에 대한 테스트가 이루어지는 동안 시험 대상물의 타단을 선택적으로 고정하는 고정부; 및
    상기 시험 대상물에 대한 일 방향 회전각 또는 좌, 우 비틀림 각(torsion angle)을 균일하게 테스트하거나, 서로 상이한 각도로 테스트하기 위해 전자식 액추에이터를 제어하는 제어부를 포함하는 비틀림 시험기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 비틀림 시험기는,
    상기 시험 대상물의 외측에 배치되어 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트와 함께 고온의 온도 상태를 제공하는 히터부를 포함하고,
    상기 히터부는,
    일단이 회전력 연결부에 장착되고 타단이 고정부에 장착되어 시험 대상물에 대한 비틀림 각과 동일한 각으로 비틀림이 이루어지면서 시험 대상물에 대한 가열을 실시하기 위해 히터 코어가 장착된 탄성 커버를 포함하는 비틀림 시험기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 히터 코어는,
    탄성 커버의 길이 방향을 따라 개별 작동되도록 개별 단위체로 각각 배치된 것을 특징으로 하는 비틀림 시험기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 비틀림 시험기는,
    상기 시험 대상물의 외측에 배치되어 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트와 함께 저온의 온도 상태를 제공하는 냉각부;
    상기 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트가 이루어지는 동안 특정 조건의 상대 습도를 유지시키기 위한 습도 조절부;
    현재 테스트가 이루어지는 시험 대상물에 가해지는 토크와 주파수와 온도 상태 및 상대습도가 표시되는 표시부를 포함하는 비틀림 시험기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전자식 액추에이터와 고정부는,
    외측으로 연장된 연장부를 포함하고, 상기 연장부에 고정부재가 삽입되어 전자식 액추에이터와 고정부의 이격된 위치가 선택적으로 조정되는 받침대를 포함하는 비틀림 시험기.
  6. 시험 대상물에 대한 비틀림 테스트를 실시하기 위해 특정 토크와 주파수를 입력하는 단계;
    상기 시험 대상물에 소정의 온도와 상대습도가 가해지도록 온도와 상대습도를 조절하는 단계; 및
    상기 시험 대상물을 특정 토크와 주파수 및 특정 온도와 상대습도로 T1초간 비틀림 테스트를 실시하고, 상기 시험 대상물의 좌, 우 주파수를 서로 다르게 변경하여 시간에 따른 응력 변화 테스트를 실시하는 단계를 포함하는 비틀림 시험기의 제어 방법.
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