KR20190097897A - 인장 시험 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중성자 회절법에 사용될 수 있는 인장 시험 장치에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 시편의 일단부가 지지될 수 있는 걸림부를 구비한 제1 지그; 및 상기 시편의 타단부가 지지될 수 있는 지지부, 및 상기 제1 지그에 맞물려 상기 제1 지그의 일방향으로의 왕복 이동을 안내하는 안내부를 구비하는 제2 지그를 포함하는 인장 시험 장치가 제공될 수 있다.

Description

인장 시험 장치{TENSION TEST APPARATUS}
본 발명은 인장 시험 장치에 대한 발명이다.
많은 산업 현장의 부품들은 제조 공정상에서 불균일한 소성 변형, 용접, 열처리 등에 의해 발생한 잔류응력을 가지고 있다. 이러한 잔류응력은 사용 중에 가해지는 부하에 의해 피로(fatigue)와 파손(failure)을 유발하여 사용 수명에 큰 영향을 미친다. 따라서, 많은 설계 및 제작, 검사 분야에 있어서 재료 내의 잔류응력의 존재, 분포 및 그 크기를 측정하고 평가하고자 하여왔고, 특히 원자력 재료 등에서 그 활용도가 증가하고 있다.
이러한 잔류응력을 측정하는 방법은 해석적인 방법과 실험적인 방법이 있고, 실험적인 방법에는 파괴적 방법과 비파괴적인 방법이 있다. 실험적인 방법 중 비파괴적인 방법은 재료를 손상시키지 않고 재사용 가능한 방법이어서 최근에 선호되고 있는 추세이다.
비파괴적인 방법에는 자기력을 이용하는 방법과, X-선 또는 중성자 회절을 이용하는 방법이 있다. 중성자는 대부분의 금속에서 X-선에 비하여 약 1,000배 가까이 더 깊이 투과할 수 있고, 재료의 표면뿐만 아니라 수cm깊이 범위의 분포까지도 3차원으로 정밀하게 측정될 수 있어서 선호되고 있다.
이러한 중성자 회절법에서는 시편에 인장력이 가해지는 상태에서 중성자빔을 시편으로 입사시키게 된다. 시편에 입사되는 중성자빔은 브래그(Bragg) 회절에 의해 적절한 파장으로 단색화되어 시편을 지나면서 회절되고, 브래크 회절의 피크각의 미소한 이동으로 격자간 거리를 측정하여 변형율 및 응력을 측정하게 된다.
이러한 중성자 회절법을 수행함에 있어서 이러한 구조물의 구성부재의 기계적 성질의 평가를 구조물의 실물에 대해서 수행하는 것은 불가능하다. 따라서 실제의 구성 부재를 모의한 시편에 대하여 기계적 성질의 평가가 이루어지게 된다. 다시 말해, 시편에 대해서 인장력을 부여함으로써 구조물의 부분적인 기계적 성질을 평가하고 그 평가 결과를 기초로 구조물 전체의 기계적 성질을 추정하는 것이 수행되고 있다.
중성자 회절법에 따라 시편에 인장력을 가해주기 위해서는 인장 시험 장치가 사용될 수 있다. 인장 시험 장치는 표준 인장 시험편의 양측을 파지한 상태에서 시편의 양측에 인장력을 가하도록 구성될 수 있다. 이러한 인장 시험 장치의 예시가 일본 공개특허공보 5065439 B2 에 소개되고 있다.
또한, 최근에는 더욱 정밀하고 정확하게 재료 소재의 기계적 성질을 평가하기 위하여 표준 인장 시험편보다 현저하게 작은 크기의 미소 시편에 대하여 중성자 회절법이 수행될 것이 요구되고 있다. 이처럼, 중성자 회절법을 수행함에 있어서 미소 시편을 사용하게 되면 인장 시험에서 발생하게 되는 방사선에 의한 피폭을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 인장 시험 장치가 표준 인장 시험편보다 현저하게 작은 크기의 미소 시편을 지지할 수 있도록 구성될 필요가 있다. 또한, 미소 시편의 기계적 물성을 고분해능으로 측정하고, 이러한 고분해능 측정에 따라 개입될 수 있는 노이즈를 최소화할 것이 요구되고 있다.
일본 공개특허공보 5065439 B2
본 발명의 실시예들은 표준 인장 시험편보다 현저하게 작은 크기를 가지는 시편에 대하여도 고분해능으로 기계적 물성을 측정할 수 있는 인장 시험 장치를 제공하고자 한다.
또한, 이러한 인장 시험 장치가 시편에 인장력을 가해줌에 있어서, 액츄에이터 등으로부터 전해지는 진동 등의 노이즈가 시편에 전달되는 것을 방지할 수 있는 인장 시험 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 시편의 일단부가 지지될 수 있는 걸림부를 구비한 제1 지그; 및 상기 시편의 타단부가 지지될 수 있는 지지부, 및 상기 제1 지그에 맞물려 상기 제1 지그의 일방향으로의 왕복 이동을 안내하는 안내부를 구비하는 제2 지그를 포함하는 인장 시험 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 인장 시험 장치가 표준 인장 시험편보다 현저하게 작은 크기를 가지는 시편에 대하여도 고분해능으로 기계적 물성을 측정할 수 있는 인장 시험을 실시할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 이러한 인장 시험 장치가 시편에 인장력을 가해줌에 있어서, 액츄에이터 등으로부터 전해지는 진동 등의 노이즈가 시편에 전달되는 것을 최소화할 수 있다는 효과가 있다. 따라서, 미소 시편의 기계적 물성을 고분해능으로 더욱 정밀하고 정확하게 측정할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 시험 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 인장 시험 장치에 의해 시험되는 시편의 정면도이다.
도 3은 시편의 사시도이다.
도 4는 도 1의 인장 시험 장치에서 제1 지그, 제2 지그 및 홀더가 분리된 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 인장 시험 장치에서 제1 지그 및 제2 지그가 분리된 것을 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 도 1의 인장 시험 장치에서 시편이 제거되고 제1 지그 및 제2 지그가 맞물린 상태의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 인장 시험 장치에 구비되는 홀더 및 지지대를 나타내는 사시도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
한편, 본 명세서에서 제1 방향(x)은 시편에 가해지는 인장력의 방향이고, 제2 방향(y) 및 제3 방향(z)은 제1 방향(x)과 어긋나는 서로 다른 방향을 나타낸다. 예를 들어, 제1 방향(x)은 도 6에서의 좌우 방향, 제2 방향(y)은 도 6에서의 도면의 종이면에 대한 수직 방향, 제3 방향(z)은 도 6에서의 상하 방향일 수 있다. 또한, 제1 방향(x)의 일측은 도 6에서의 좌측, 제1 방향(x)의 타측은 도 5에서의 우측, 제2 방향(y)의 일측은 도 6의 도면의 종이면에 대하여 돌출하는 방향, 제2 방향(y)의 타측은 도면의 종이면 속으로 들어가는 방향, 제3 방향(z)의 일측은 도 6에서의 상측, 제3 방향(z)의 타측은 도 6에서의 하측일 수 있다. 앞의 예시적인 설명과 같이 제1 방향(x), 제2 방향(y) 및 제3 방향(z)은 서로 직교하는 방향일 수 있다. 다만, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니므로 제1 방향(x), 제2 방향(y) 및 제3 방향(z)이 반드시 서로 직각으로 어긋날 필요는 없다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 시험 장치(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 인장 시험 장치(1)는 시편(2)의 양 단부에 인장력을 가할 수 있다. 또한, 인장 시험 장치(1)는 인장력을 가해준 상태에서 시편(2)에 중성자빔을 가해줌으로써 중성자 회절법으로 시편의 물성을 평가할 수 있다.
이러한 인장 시험 장치(1)에 사용되는 시편(2)은 표준 인장 시험편(시험부가 대략 200mm의 길이, 폭 40mm, 두께 20mm로 형성)보다 작은 크기로 형성될 수 있다. 소형 시편을 사용하게 되면 시험자가 입을 수 있는 방사선 피폭량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 예를 들어 시편(2)은 10mm 이상 20mm 이하의 길이(d1), 2mm 이상 4mm 이하의 폭(d2), 1mm이상 2mm이하의 두께(t)의 시험부(2a), 및 이러한 시험부(2a)의 양측에 제공되며 이러한 시험부보다 두꺼운 폭(d3)을 가지는 걸구(2b)를 포함할 수 있다. 시편(2) 양측의 걸구(2b)는 반드시 동일하게 형성될 필요는 없으며, 서로 다른 형상 및 크기를 가질 수 있다. 한편, 상기의 시편(2)은 예시적인 것에 불과하므로, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 인장 시험 장치(1)는 시편(2)의 일단부를 지지하는 제1 지그(100), 시편(2)의 타단부를 지지하는 제2 지그(200), 제2 지그(200)를 지지하는 고정대(300), 제1 지그(100)를 지지하는 홀더(400), 홀더(400)를 지지하는 지지대(500), 로드 셀(600) 및 액츄에이터(700)를 포함할 수 있다. 또한, 인장 시험 장치(1)는 선택적으로 자유 회전 유닛(800)을 더 포함할 수 있다.
제1 지그(100)는 제2 지그(200) 내에 수용된 상태로 제2 지그(200)에 대하여 제1 방향(x)으로 슬라이딩되도록 하는 슬라이딩부(120), 시편(2)의 일단부가 걸쳐질 수 있는 걸림부(130), 및 홀더(400)에 연결되기 위한 슬라이드 홀(140)을 구비할 수 있다.
슬라이딩부(120)는 후술할 제2 지그(200)의 안내부(220)에 맞물려 제1 방향(x)을 따라 이동할 수 있다. 이러한 슬라이딩부(120)는 제3 방향(z)을 향하여 돌출된 돌출부이거나 제3 방향(z)으로 인입된 홈일 수 있다. 또한, 슬라이딩부(120)는 제1 방향(x)을 따라 연장 형성될 수 있다.
슬라이딩부(120)는 제1 지그(100)의 제3 방향(z)의 일측에 구비되는 제1 슬라이딩부(121), 및 제1 지그(100)의 제3 방향(z)의 타측에 구비되는 제2 슬라이딩부(122)를 포함할 수 있다. 제1 슬라이딩부(121)는 후술할 안내부(220)의 제1 안내 레일(221)을 따라 이동하고, 제2 슬라이딩부(122)는 후술할 안내부(220)의 제2 안내 레일(222)을 따라 이동할 수 있다. 이와 같이 제1 지그(100)와 제2 지그(200)가 맞물린 상태에서, 제1 지그(100)의 슬라이딩부(120)와 제2 지그(200)의 안내부(220)에 의해 제1 지그(100)가 제1 방향(x)으로 슬라이드 이동함으로써 인장 시험이 이루어진다. 또한, 지지대(500)와 홀더(400)가 맞물려서 슬라이드 이동하는 것에 의해 제2 방향(y)이나 제3 방향(z)으로의 자유도가 제한되므로, 단순히 시편을 파지해서 양쪽으로 당기는 것에 비해 좀 더 정밀한 인장 시험을 수행할 수 있다.
걸림부(130)는 시편(2)의 일단부를 비고정 방식으로 지지할 수 있다. 걸림부(130)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 시편의 일단부를 지지할 수 있는 구조이면 무방하다. 예를 들어 걸림부(130)는 시편과 정확하게 맞물리도록 형성될 수도 있지만, 약간의 공차를 가지도록 형성될 수도 있다. 걸림부(130)는 비고정 방식으로 시편(2)을 지지하므로, 시편(2)의 일단부는 제1 지그(100)에 클램프, 볼트 등으로 고정되거나 체결되지 않는다. 시편(2)은 인장 시험이 진행되는 동안 걸림부(130)가 시편(2)에 가해주는 힘에 의해 걸림부(130)에 지지될 수 있다. 이러한 걸림부(130)는 제1 슬라이딩부(121)와 제2 슬라이딩부(122)의 사이에 위치할 수 있다.
걸림부(130)는 제1 지그(100) 내에 형성된 걸림 공간(131), 및 이러한 걸림 공간(131)에 인접해서 대향하여 형성된 걸림 돌기(132)를 포함할 수 있다. 걸림부(130)는 제1 지그(100)의 제1 방향(x)에서 제2 지그(200) 측에 제공될 수 있다. 다시 말해, 이러한 걸림부(130)는 제1 지그(100)의 제1 방향(x)의 일측에 제공될 수 있다.
걸림 공간(131)은 시편(2) 일단부의 걸구(2b)를 수용할 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 시편(2) 일단부의 걸구(2b)가 제3 방향(z)을 따라 길게 연장되는 직사각형 형상을 가질 경우, 걸림 공간(131)은 이와 대응하도록 제3 방향(z)을 따라 길게 연장되는 직사각형 형상을 가지되, 시편(2) 일단부의 걸구(2b)보다 더 크게 형성될 수 있다.
걸림 돌기(132)는 시편(2) 일단부의 걸구(2b)와 접촉하여 시편(2)을 지지하기 위해 제1 방향(x)과 어긋나는 방향으로 대향하여 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 시편(2) 일단부의 걸구(2b)가 걸림부(130)에 지지될 때, 걸림 돌기(132)는 시편(2) 일단부의 걸구(2b)가 걸림 돌기(132)보다 제1 방향(x)의 타측에 위치한 상태에서 상기 걸구(2b)를 지지할 수 있다. 또한, 이러한 걸림 돌기(132)는 일단부의 걸구(2b)가 수용되는 걸림 공간(131)보다 제1 방향(x)의 일측에 제공될 수 있다.
이러한 걸림 돌기(132)는 서로 대향하여 이격 배치된 제1 걸림 돌기(132a) 및 제2 걸림 돌기(132b)를 포함할 수 있다. 시편(2)의 시험부(2a)는 이러한 제1 걸림 돌기(132a) 및 제2 걸림 돌기(132b)의 사이를 통과하도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 걸림 돌기(132a)와 제2 걸림 돌기(132b) 사이의 이격 거리는, 제1 걸림 돌기(132a)와 제2 걸림 돌기(132b) 사이에 시험부(2a)가 수용되도록 시편의 시험부(2a)의 폭(d2)보다 크게 형성되되, 시편(2) 타단부의 걸구(2b)의 폭(d3)보다 작게 형성될 수 있다. 또한, 제1 걸림 돌기(132a)와 제2 걸림 돌기(132b)는 제3 방향(z)의 일측 및 제3 방향(z)의 타측에서 서로를 향해 마주보는 방향으로 연장 형성될 수 있다. 다시 말해, 걸림 돌기(132)는 걸림 공간(131)보다 지지부(230)에 가까이 배치될 수 있다.
제1 지그(100)는 걸림부(130)의 반대측에서 홀더(400)에 지지될 수 있으며, 홀더(400)에 대하여 제1 방향(x)을 따른 슬라이드 이동 및 제2 방향(y)의 축을 회전축으로 하는 회전이 가능하게 구성될 수 있다. 이를 위해 슬라이드 홀(140)이 걸림부(130)의 반대측에서 제1 지그(100)에 마련될 수 있다. 슬라이드 홀(140)은 제1 방향(x)을 따라 연장되는 관통홀일 수 있다.
제2 지그(200)는 제1 지그(100)를 안내하기 위한 안내부(220), 시편(2)의 타단부가 걸쳐질 수 있는 지지부(230), 및 고정대(300)에 연결되기 위한 체결공(240)을 구비할 수 있다.
안내부(220)는 제1 지그(100)의 슬라이딩부(120)에 맞물려 제1 지그(100)가 제1 방향(x)으로 왕복 이동하도록 안내할 수 있으며, 제1 방향(x)을 따라 연장 형성될 수 있다. 이러한 안내부(220)는 제3 방향(z)으로 인입된 홈이거나 제3 방향(z)으로 돌출된 돌출부일 수 있다. 예를 들어, 슬라이딩부(120)가 홈으로 구성될 경우 안내부(220)는 이에 맞물리는 돌출부일 수 있고, 슬라이딩부(120)가 돌출부로 구성될 경우 안내부(220)는 이에 맞물리는 홈일 수 있다.
안내부(220)는 제2 지그(200)의 제3 방향(z)의 일측에 구비되는 제1 안내 레일(221), 및 제2 지그(200)의 제3 방향(z)의 타측에 구비되는 제2 안내 레일(222)을 포함할 수 있다. 제1 안내 레일(221)과 제2 안내 레일(222)은 서로 이격 배치될 수 있고, 제1 지그(100)는 제1 안내 레일(221)과 제2 안내 레일(222)의 사이에서 슬라이드 이동 가능하도록 제2 지그(200)에 삽입된다.
지지부(230)는 시편(2)의 타단부를 비고정 방식으로 지지할 수 있다. 지지부 (230)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 시편의 타단부를 지지할 수 있는 구조이면 무방하다. 예를 들어, 시편(2)은 인장 시험이 진행되는 동안 지지부(230)가 시편(2)에 가해주는 힘에 의해 지지부(230)에 지지될 수 있다. 또한, 지지부(230)가 시편(2)의 타단부를 지지하는 방식은 걸림부(130)가 시편(2)의 일단부를 지지하는 방식과 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.
이러한 지지부(230)는 인장 시험시 시편(2)의 일단부가 제1 지그(100)의 걸림부(130)에 의해 지지되고, 시편(2)의 타단부가 제2 지그(200)의 지지부(230)에 의해 지지되도록 제2 지그(200)의 제1 방향(x)의 일측에 형성될 수 있다. 또한, 지지부(230)는 안내부(220)보다 제1 방향(x)의 일측에 위치하도록 형성될 수 있다. 또한, 지지부(230)는 제1 안내 레일(221), 지지부(230)의 중심 및 제2 안내 레일(222)이 제3 방향(z)을 따라 순차적으로 배열되도록 구성될 수 있다.
또한, 시편(2)의 일단부가 제1 지그(100)의 걸림부(130)에 의해 지지되고, 시편(2)의 타단부가 제2 지그(200)의 지지부(230)에 의해 지지되었을 때, 지지부(230)는 제1 지그(100)의 걸림부(130)와 이격 배치될 수 있다. 시편에 인장력이 가해진 상태에서 중성자 회절 시험을 할 경우, 중성자빔은 제1 지그(100)의 걸림부(130)와 제2 지그(200)의 지지부(230)사이의 공간으로 진행하여 제1 지그(100) 및 제2 지그(200)에 대하여 간섭을 일으키지 않을 수 있다. 걸림부(130)와 지지부 사이에 입사된 중성자빔은 시편(2)의 시험부(2a)에서 회절된다.
지지부(230)는 제2 지그(200) 내에 형성된 지지 공간(231), 및 이러한 지지 공간(231)에 인접하서 대향하여 형성된 지지 돌기(232)를 포함할 수 있다.
지지 공간(231)은 시편(2) 타단부의 걸구(2b)를 수용할 수 있는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 시편(2) 타단부의 걸구(2b)가 제3 방향(z)을 따라 길게 연장되는 직사각형 형상을 가질 경우, 지지 공간(231)은 이와 대응하도록 제3 방향(z)을 따라 길게 연장되는 직사각형 형상을 가지되, 시편(2) 타단부의 걸구(2b)보다 더 크게 형성될 수 있다.
지지 돌기(232)는 시편(2) 타단부의 걸구(2b)와 접촉하여 시편(2)을 지지하기 위해 제1 방향(x)과 어긋나는 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 시편(2) 타단부의 걸구(2b)가 지지부(230)에 지지될 때, 지지 돌기(232)는 시편(2) 타단부의 걸구(2b)가 지지 돌기(232)보다 제1 방향(x)의 일측에 위치한 상태에서 상기 걸구(2b)를 지지할 수 있다. 또한, 이러한 지지 돌기(232)는 타단부의 걸구(2b)가 수용되는 지지 공간(231)보다 제1 방향(x)의 타측에 제공될 수 있다. 다시 말해, 지지 돌기(232)는 지지 공간(231)보다 걸림부(130)에 가까이 배치될 수 있다.
이러한 지지 돌기(232)는 서로 이격 배치된 제1 지지 돌기(232a) 및 제2 지지 돌기(232b)를 포함할 수 있다. 시편(2)은 이러한 제1 지지 돌기(232a) 및 제2 지지 돌기(232b)의 사이를 통과하도록 배치될 수 있다. 또한, 제1 지지 돌기(232a)와 제2 지지 돌기(232b) 사이의 이격 거리는, 제1 지지 돌기(232a)와 제2 지지 돌기(232b) 사이에 시험부(2a)가 수용되도록 시편의 시험부(2a)의 폭(d2)보다 크게 형성되되, 시편(2) 타단부의 걸구(2b)의 폭(d3)보다는 작게 형성될 수 있다. 또한, 제1 지지 돌기(232a)와 제2 지지 돌기(232b)는 제3 방향(z)의 일측 및 제3 방향(z)의 타측에서 서로를 향해 마주보는 방향으로 연장 형성될 수 있다.
이와 같은 제1 지그(100)의 걸림부(130) 및 제2 지그(200)의 지지부(230)는 보다 안정적으로 시편(2)을 파지하여 슬립이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 하중 및 변위 데이터 등을 측정함에 있어서 노이즈가 개입되는 것을 방지할 수 있어서 보다 정밀하게 인장 시험을 실시할 수 있다.
제2 지그(100)는 지지부(230)의 반대측에서 고정대(300)에 지지될 수 있으며, 고정대(300)에 대하여 이동하거나 회전하지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 체결공(240)이 지지부(230)의 반대측에서 제2 지그(200)에 형성될 수 있으며, 체결핀(310)이 체결공(240)을 통하여 제2 지그(200)를 고정대(300)에 고정시킬 수 있다.
고정대(300)는 제2 지그(200)가 고정되기 위한 프레임일 수 있다. 또한, 고정대(300)에는 제2 지그(200)를 이동 및 회전되지 않게끔 고정시키기 위한 체결핀(310)이 제공될 수 있다.
홀더(400)는 제1 지그(100)를 슬라이드 이동 및 회전 가능하게 지지할 수 있다. 이러한 홀더(400)는 지지대(500)에 대하여 제1 방향(x)으로 슬라이드 이동 가능하게 구성될 수 있다.
이러한 홀더(400)는 홀더 바디(410), 슬라이드 핀(420), 및 레일 팔로워(430)를 포함할 수 있다. 홀더 바디(410)는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
슬라이드 핀(420)은 제2 방향(y)으로 연장되어 제1 지그(100)의 슬라이드 홀(140)에 관통 삽입될 수 있고, 홀더 바디(410)에 탈착 가능하게 설치될 수 있다. 제1 지그(100)는 슬라이드 핀(420)에 걸림으로써 홀더 바디(410)에 지지될 수 있다. 또한, 슬라이드 홀(140)은 제1 방향(x)을 따라 연장되는 관통홀의 형상을 가질 수 있는데, 슬라이드 핀(420)이 슬라이드 홀(140) 내에 삽입됨으로써, 제1 지그(100)는 홀더(400)에 대하여 제1 방향(x)을 따른 슬라이드 이동 및 제2 방향(y)의 축을 회전축으로 하는 회전이 가능하게 구성될 수 있다. 따라서 인장 시험을 수행함에 있어서 홀더(400)의 배치 방향 또는 힘이 가해지는 방향이 제3 방향(z)으로 다소 어긋나더라도 하중 및 변위 데이터 등의 측정값이 왜곡되는 것을 최소화할 수 있다.
레일 팔로워(430)는 홀더 바디(410)의 일측에 구비되어 지지대(500)에 대하여 제1 방향(x)으로 슬라이드 이동 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 레일 팔로워(430)는 제3 방향(z)의 타측을 향하여 돌출되는 돌출부 또는 제3 방향(z)의 일측을 향하여 인입되는 홈으로 형성될 수 있다. 또한, 레일 팔로워(430)는 제1 방향(x)을 따라 연장 형성될 수 있다. 이러한 레일 팔로워(430)는 후술할 홀더 레일(510) 상에서 제1 방향(x)을 따라 슬라이드 이동 가능하게 구성될 수 있다. 한편, 이러한 레일 팔로워(430)는 홀더 바디(410)와 별체로 구성될 수 있으나, 홀더 바디(410)와 일체로 형성되는 것도 가능하다.
지지대(500)는 홀더(400)를 이동 가능하게 지지한다. 이러한 지지대(500)는 제1 방향(x)을 따라 연장되는 홀더 레일(510)을 포함할 수 있다. 홀더 레일(510)은 레일 팔로워(430)와 슬라이드 이동 가능하게 맞물림으로써, 홀더(400)의 제1 방향(x)으로의 슬라이드 이동을 안내할 수 있다. 액츄에이터(700)에 의해 홀더 바디(410)에 가해지는 힘의 방향이 제1 방향(x)과 완전히 나란하지 않을 수 있고, 이 경우 홀더 바디(410)는 제1 방향(x) 이외의 방향으로도 힘을 받게 된다. 홀더 레일(510)은 홀더 바디(410)가 받는 힘 중 제1 방향(x) 이외의 방향으로의 분력(예를 들어, 제3 방향(z)으로의 힘)을 지지할 수 있다.
이러한 홀더 레일(510)은 제3 방향(z)의 타측을 향하여 인입되는 홈 또는 제3 방향(z)의 타측을 향하여 돌출되는 돌출부로 형성될 수 있다. 예를 들어, 레일 팔로워(430)가 돌출부로 형성될 경우 홀더 레일(510)이 이에 맞물리는 홈으로 형성될 수 있고, 레일 팔로워(430)가 홈으로 형성될 경우 이에 맞물리는 돌출부로 형성될 수 있다.
한편, 레일 팔로워(430) 및 홀더 레일(510) 중 어느 하나에는 홀더(400)가 제3 방향(z)으로 이탈되는 것을 방지하기 위한 이탈방지부(511)가 구비된다. 이탈방지부(511)는 홀더 바디(410)가 받는 힘 중 제3 방향(z)으로의 힘을 지지할 수 있다. 이러한 이탈방지부(511)는 일 예로 본 실시예에 따른 도면에서와 같이 홀더 레일(510)로부터 제2 방향(y)으로 돌출되는 돌출부로 형성될 수 있다.
제1 지그(100)가 제2 지그(200)에 수용된 상태에서 제1 지그(100)의 슬라이딩부(120)와 제2 지그(200)의 안내부(220)에 의해 제1 지그(100)가 제1 방향(x)으로 슬라이드 이동함으로써 인장 시험이 이루어진다. 또한, 지지대(500)와 홀더(400)가 맞물려서 슬라이드 이동하는 것에 의해 제2 방향(y)이나 제3 방향(z)으로의 자유도가 제한되므로, 단순히 시편을 파지해서 양쪽으로 당기는 것에 비해 좀 더 정밀한 인장 시험을 수행할 수 있다.
로드 셀(600)은 시편(2)에 의해 가해지는 인장력의 크기를 측정할 수 있다. 로드 셀이라 함은 하중을 가하면 크기에 비례하여 전기적 출력이 발생되는 힘 변환기의 총칭으로 스트레인 게이지 방식이 일반적이다. 이러한 로드 셀(600)은 고분해능의 허용 하중범위 및 하중 분해능을 가질 수 있다. 예를 들어, 로드 셀(600)은 5N이상 2.5kN이하의 허용 하중범위를 가질 수 있으며, 또한, 로드 셀(600)은 최대하중 대비 0.2% (5N)이하의 하중 분해능을 가질 수 있다. 이러한 로드 셀(600)은 액츄에이터(700)와 홀더(400)의 사이에 배치될 수 있다.
액츄에이터(700)는 시편(2)의 길이가 늘어나는 방향으로 인장력을 제공할 수 있다. 액츄에이터(700)는 제1 지그(100)가 제2 지그(200)와 멀어지는 방향으로 힘을 가함으로써 시편(2)에 인장력을 가할 수 있다. 액츄에이터(700)는 고정대(300) 및 지지대(500)와 연결된 프레임에 지지될 수 있다.
측정자(미도시)는 고분해능으로 변위 분해능과 변위 속도 등의 변위 데이터를 측정할 수 있다. 예를 들어, 0.001mm 의 변위 분해능, 및 0.001 mm/sec 이상 70mm/sec 이하의 변위 속도를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 측정자는 예를 들어 레이져 신율계로 구성될 수 있다.
자유 회전 유닛(800)은 제1 방향(x)의 축을 회전축으로 하는 회전운동을 허용한다. 자유 회전 유닛(800)은 인장 시험이 진행되는 동안 회전으로 인한 노이즈를 제거할 수 있다. 이러한 자유 회전 유닛(800)은 홀더(400)와 로드 셀(600)사이에 배치될 수 있으며, 그 단부가 홀더(400)와 로드 셀(600)에 각각 연결될 수 있다. 이러한 자유 회전 유닛(800)은 예를 들어 스웨벨 조인트일 수 있다.
본 실시예에 따른 인장 시험 장치(1)는 표준 인장 시험편보다 현저하게 작은 크기를 가지는 시편에 대하여도 고분해능으로 기계적 물성을 인장 시험을 실시할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 이러한 인장 시험 장치(1)는 인장력을 가해줌에 있어서, 액츄에이터 등으로부터 전해지는 진동 등의 노이즈가 시편에 전달되는 것을 최소화할 수 있으므로, 고분해능으로 측정되는 기계적 물성을 더욱 정밀하고 정확하게 측정할 수 있다는 효과가 있다.
한편, 이러한 구성 이외에도 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 지지대(500)는 홀더(400)에 대하여 고압 공기를 가해주도록 구성될 수 있다. 이하, 도 7을 더 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 실시예와 비교하였을 때의 차이점을 위주로 설명하며 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예를 원용한다.
도 7을 더 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따라 지지대(500)는 홀더(400)를 향하여 고압 공기를 분사하는 분사구(520)를 포함할 수 있다. 또한, 지지대(500)는 홀더(400)를 안정적으로 지지하기 위하여 홀더(400)의 하면과 같거나 이보다 넓은 상면을 가질 수 있고, 홀더(400)는 분사구(520)에서 분사되는 고압 공기에 의해 지지대(500)의 상면에 지지될 수 있다.
홀더 바디(410)가 제3 방향(z)의 타측으로 힘을 받는 경우, 분사구(520)를 통해 가해지는 고압 공기를 통하여 공압 부력을 제공함으로써 홀더(400)와 지지대(500) 간의 마찰이 현저하게 감소할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 도면에서는 분사구(520)가 레일 팔로워(430) 및 홀더 레일(510)을 대신하는 것으로 나타내었으나 이는 예시에 불과하다. 따라서, 본 실시예에 따른 분사구(520)는 레일 팔로워(430)와 조합되어 실시될 수도 있다. 예를 들어, 분사구(520)는 홀더 레일(510)의 상면에 형성될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 인장 시험 장치 2: 시편
2a: 시험부 2b: 걸구
100: 제1 지그
120: 슬라이딩부 121: 제1 슬라이딩부
122: 제2 슬라이딩부 130: 걸림부
131: 걸림 공간 132: 걸림 돌기
132a: 제1 걸림 돌기 132b: 제2 걸림 돌기
140: 슬라이드 홀 200: 제2 지그
220: 안내부 221: 제1 안내 레일
222: 제2 안내 레일 230: 지지부
231: 지지 공간 232: 지지 돌기
232a: 제1 지지 돌기 232b: 제2 지지 돌기
240: 체결공 300: 고정대
310: 체결핀 400: 홀더
410: 홀더 바디 420: 슬라이드 핀
430: 레일 팔로워 500: 지지대
510: 홀더 레일 511: 이탈 방지부
520: 분사구 600: 로드 셀
700: 액츄에이터

Claims (9)

  1. 시편의 일단부가 지지될 수 있는 걸림부를 구비한 제1 지그; 및
    상기 시편의 타단부가 지지될 수 있는 지지부, 및 상기 제1 지그에 맞물려 상기 제1 지그의 일방향으로의 왕복 이동을 안내하는 안내부를 구비하는 제2 지그를 포함하는 인장 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안내부는
    상기 제1 지그의 일측에서 상기 제1 지그를 안내하기 위해 상기 일방향으로 연장되는 이동 경로를 제공하는 제1 안내 레일; 및
    상기 제1 지그의 상기 일측의 반대쪽인 타측에서 상기 제1 지그를 안내하기 위해 상기 일방향으로 연장되는 이동 경로를 제공하고, 상기 제1 안내 레일과 이격되어 형성된 제2 안내 레일을 포함하고,
    상기 제1 지그는 상기 제1 안내 레일을 따라 이동하는 제1 슬라이딩부 및 상기 제2 안내 레일을 따라 이동하는 제2 슬라이딩부를 더 구비하며,
    상기 걸림부는 상기 제1 슬라이딩부와 상기 제2 슬라이딩부의 사이에 위치하도록 구성되는 인장 시험 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 지그가 지지되는 홀더; 및
    상기 제2 지그가 지지되는 고정대를 더 포함하고,
    상기 제1 지그는 상기 홀더에 대하여 슬라이드 이동 및 회전이 가능하도록 구성되고,
    상기 제2 지그는 상기 고정대에 이동 및 회전되지 않도록 고정 지지되도록 구성되는 인장 시험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 지그는 상기 일방향으로 연장 형성된 슬라이드 홀을 더 구비하고,
    상기 홀더는,
    홀더 바디; 및
    상기 홀더 바디에 탈착 가능하게 설치된 슬라이드 핀을 포함하되,
    상기 슬라이드 핀은 상기 슬라이드 홀에 삽입되어 상기 제1 지그가 상기 홀더에 대하여 슬라이드 이동 및 회전이 가능하도록 상기 제1 지그를 지지하는 인장 시험 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 홀더를 슬라이드 이동 가능하게 지지하는 지지대를 더 포함하고,
    상기 홀더는, 상기 홀더 바디의 일측에 구비되어 상기 지지대에 대하여 슬라이드 이동 가능하도록 구성되는 레일 팔로워를 더 포함하는 인장 시험 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 지그에 지지되는 상기 시편에 가해지는 인장력을 제공하는 액츄에이터; 및
    상기 액츄에이터와 상기 홀더의 사이에 배치되어 상기 인장력을 측정하는 로드 셀을 더 포함하는 인장 시험 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 로드 셀과 상기 홀더의 사이에 배치되는 자유 회전 유닛을 더 포함하는 인장 시험 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 홀더를 지지하는 지지대를 더 포함하고,
    상기 지지대는 상기 홀더를 향하여 고압 공기를 분사하는 분사구를 포함하는 인장 시험 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 걸림부는,
    이격 거리를 두고 대향하여 배치되는
    상기 시편의 일단부에 마련된 걸구가 수용될 수 있는 걸림 공간, 및 상기 걸림 공간보다 상기 지지부 측에 가까이 배치되고 상기 일방향과 어긋나는 방향으로 돌출 형성되는 걸림 돌기를 포함하고,
    상기 지지부는,
    상기 시편의 타단부에 마련된 걸구가 수용될 수 있는 지지 공간, 및 상기 지지 공간보다 상기 걸림부 측에 가까이 배치되어 상기 일방향과 어긋나는 방향으로 돌출 형성되는 지지 돌기를 포함하는 인장 시험 장치.
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