KR20210030520A - 볼트 축력 측정 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼트 축력 측정 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부의 영향에 의해 스트레인 게이지가 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 볼트의 축력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 스트레인 게이지에 온도와 같은 외부의 영향이 작용하는 것을 최소화함으로써, 정확하게 볼트의 축력을 측정할 수 있는 볼트 축력 측정 구조에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 볼트를 상하 관통하도록 형성되는 설치공과, 상기 설치공에 삽입 고정되어 볼트의 축력을 측정하는 볼트 축력 측정 수단으로 이루어지고, 상기 볼트 축력 측정 수단은 바 형상으로 형성되는 몸체부와, 상기 몸체부의 외주면 양측에 설치되는 스트레인 게이지와, 상기 몸체부의 내측에 구비되고 일측 단부는 상기 스트레인 게이지와 접하고 타측 단부는 몸체부의 상단으로 돌출되는 리드선을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

볼트 축력 측정 구조{a structure for measuring the axial force of bolts}

본 발명은 볼트 축력 측정 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부의 영향에 의해 스트레인 게이지가 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 볼트의 축력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 스트레인 게이지에 온도와 같은 외부의 영향이 작용하는 것을 최소화함으로써, 정확하게 볼트의 축력을 측정할 수 있는 볼트 축력 측정 구조에 관한 것이다.

각종 산업분야에 있어서, 첨단 기계 및 구조물이 대형화됨에 따라 건설 기계나 플랜트, 발전소 터빈 등에서 안정성 있는 볼트의 체결력 관리가 요구되고 있다.

또한, 자동차의 엔진은 내연기관이 운동할 수 있는 에너지를 출력하는 가장 핵심적인 구성으로 내연기관의 생산에 있어서 엔진의 체결력 관리는 필수적 요소로서, 엔진 체결불량의 원인은 다양하나 체결불량을 알 수 있는 대표적인 징후는 엔진구동시 진동과 소음이 동반된다는 것이다.

종래의 경우, 숙련된 작업자가 완성된 엔진을 구동시키고, 구동엔진에서 발견되는 떨림을 촉감으로 느끼거나 소음을 귀로 감지하여 엔진의 체결불량을 검출함으로써, 체결기구의 체결력 및 이에 따른 엔진의 조립불량을 추정하는 데는 한계가 있었다.

이렇게 인간의 감각에 의한 볼트의 체결력(축력)을 추정하는 것의 대안으로, 초음파를 이용하여 볼트의 체결력(축력)을 측정하였는데, 이러한 초음파를 이용한 볼트의 체결력(축력) 측정방법은, 볼트가 축력에 의해 발생하는 길이 변화(변형)를 초음파의 비행시간(time-of-flight)을 이용하여 측정함으로써 재료 탄성 물성치로부터 축력을 계산하는 방법이다.

이러한 초음파를 이용하여 볼트의 축력을 측정하는 방법은 작업이 불편하고 시간과 비용이 많이 소요되는 기계적 방법들에 비해 축력 측정을 표준화 할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 초음파를 이용하여 볼트의 축력을 측정하는 방법은 볼트 헤드부나 단부의 표면이 비평면이어서 반사 신호에 에러가 발생하거나 체결 전의 볼트의 길이를 정확하게 측정해야 하는 한계점이 있어, 현장에서 제대로 활용되지 못하고 있는 실정이다.

이에, 실제 현장에서의 활용성이 높으면서도 축력 측정의 정확도/정밀도를 높일 수 있는 볼트의 축력 측정방법이 필요한 실정이다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같은 한국공개특허 10-2010-0020799에 기재된 기술이 제안되었는데, 그 기술적 특징은 스트레인 볼트(10)에 있어서, 구조물(1)에 체결되는 볼트(10)의 축부(12)에 스트레인 게이지(20)를 부착 고정하고, 상기 스트레인 게이지(20)에는 리드선(30)을 통전되게 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.

그런데, 한국공개특허 10-2010-0020799에 기재된 기술은 볼트(10)의 축부(12) 양측에 복수의 스트레인 게이지(20)가 각각 부착 고정되어 있으므로, 이 스트레인 볼트를 교량이나 랙과 같은 구조물에 체결하면 볼트(10)의 축응력이나 볼트(10)의 체결력 등의 변화를 상시 계측하여 모니터링 함으로써 구조물(1)의 붕괴사고 등을 미연에 방지할 수 있는 장점은 있으나, 축부(12)의 외측에 스트레인 게이지(20)를 설치함으로써, 스트레인 게이지(20)가 손상되는 문제점과 외부의 영향에 의해 정확한 축력의 정보를 감지하기 어려운 문제점이 있다.

한국공개특허 10-2010-0020799

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 볼트의 내측에 상하 관통되도록 설치공을 형성하고, 설치공의 내측에 스트레인 게이지가 설치된 바 형상의 축력 측정 수단을 삽입 설치함으로써, 외부의 영향에 의해 스트레인 게이지가 손상되는 것을 방지할 수 있어 안정적으로 볼트의 축력을 측정할 수 있는 볼트 축력 측정 구조를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 볼트의 설치공에 설치되는 축력 측정 수단을 형성하는 몸체부의 중심부에 몸체부의 직경보다 작은 직경의 변형부를 형성하고, 변형부의 표면에 스트레인 게이지를 설치함으로써, 미세한 변화도 안정적으로 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 변형부에 단열 효과가 있는 충진재를 충진함으로써, 스트레인 게이지에 미치는 온도와 같은 외부의 작용을 최소화하여 보다 정확하게 축력을 측정할 수 있는 볼트 축력 측정 구조를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

볼트를 상하 관통하도록 형성되는 설치공과, 상기 설치공에 삽입 고정되어 볼트의 축력을 측정하는 볼트 축력 측정 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 볼트 축력 측정 수단은 바 형상으로 형성되는 몸체부와, 상기 몸체부의 외주면 양측에 설치되는 스트레인 게이지와, 상기 몸체부의 내측에 구비되고 일측 단부는 상기 스트레인 게이지와 연결되고 타측 단부는 몸체부의 상단으로 돌출되는 리드선을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 몸체부의 길이방향 중심부에는 몸체부의 두께보다 작은 두께의 변형부가 형성되고, 상기 스트레인 게이지는 상기 변형부의 양측에 설치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 변형부에는 스트레인 게이지를 커버하도록 충진재가 충진되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 충진재는 단열 효과가 있는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 볼트 축력 측정 수단은 상기 설치공에 용접으로 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 볼트의 내측에 상하 관통되도록 설치공을 형성하고, 설치공의 내측에 스트레인 게이지가 설치된 바 형상의 축력 측정 수단을 삽입 설치함으로써, 외부의 영향에 의해 스트레인 게이지가 손상되는 것을 방지할 수 있어 안정적으로 볼트의 축력을 측정할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 볼트의 설치공에 설치되는 축력 측정 수단을 형성하는 몸체부의 중심부에 몸체부의 직경보다 작은 직경의 변형부를 형성하고, 변형부의 표면에 스트레인 게이지를 설치함으로써, 미세한 변화도 안정적으로 감지할 수 있을 뿐만 아니라, 변형부에 단열 효과가 있는 충진재를 충진함으로써, 스트레인 게이지에 미치는 온도와 같은 외부의 작용을 최소화하여 보다 정확하게 축력을 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 볼트 축력 측정 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 볼트 축력 측정 구조의 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 볼트 축력 측정 구조의 분리 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 볼트 축력 측정 구조의 모니터링장치가 연결된 상태의 개념도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 볼트 축력 측정 구조의 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 볼트 축력 측정 구조의 분리 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 볼트 축력 측정 구조의 모니터링장치가 연결된 상태의 개념도이다.

본 발명은 볼트 축력 측정 구조에 관한 것으로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 그 구성은 볼트(100)의 길이방향을 따라 상하 관통하도록 형성되는 설치공(110)과 상기 설치공(110)에 삽입 고정되어 볼트(100)의 축력을 측정하는 볼트 축력 측정 수단(200)으로 이루어진다.

이렇게 볼트(100)의 축력을 측정하기 위한 구성이 볼트(100)의 내측에 구비되도록 함으로써, 외력에 의해 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 볼트의 축력을 측정할 수 있게 된다.

즉, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 볼트(10)의 축부(12) 와주면에 스트레인 게이지(20)를 부착하여 축력을 측정하도록 함으로써, 볼트(10)가 삽입된 구조물(1)과의 작용에 의해 스트레인 게이지(20)가 쉽게 손상되어 안정적인 측정이 불가능한 문제점이 있었다.

그런데, 본 발명에서는 볼트(100)의 내측에 설치공(110)을 형성하고 설치공(110)에 볼트(100)의 축력을 측정하기 위한 볼트 축력 측정 수단(200)을 삽입 고정함으로써, 외부의 작용에 의해 볼트 축력 측정 수단(200)이 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 볼트(100)의 축력을 측정할 수 있게 된다.

그리고, 상기 볼트 축력 측정 수단(200)은 바 형상으로 형성되는 몸체부(210)와 상기 몸체부(210)의 외주면 양측에 설치되는 스트레인 게이지(230)와 상기 몸체부(210)의 내측에 구비되고 일측 단부는 상기 스트레인 게이지(230)와 연결되고 타측 단부는 몸체부(210)의 상단으로 돌출되는 리드선(240)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 몸체부(210)는 바 형상으로 형성되어 볼트(100)에 형성되는 설치공(110)에 삽입 고정되어 볼트(100)를 체결할 때, 볼트(100)의 변형되는 정도를 상기 스트레인 게이지(230)를 통하여 감지하여 볼트(100)의 축력을 측정하게 된다.

이때, 상기 스트레인 게이지(230)를 통하여 측정된 볼트(100)의 변형정보는 상기 리드선(240)을 통하여 전달되어 외부에 구비되는 분석장치(미도시)에서 분석하여 정확한 축력을 계산하게 된다.

한편, 상기 몸체부(210)는 그 단면의 형상이 원형으로 형성될 수도 있고, 다각형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 길이방향의 중심부에는 몸체부(210)의 두께 보다 얇은 두께의 변형부(220)가 형성된다.

여기서, 상기 변형부(220)의 양측에는 상기 스트레인 게이지(230)가 설치되게 되는데, 상기 변형부(220)의 두께가 몸체부(210)보다 얇게 형성되기 때문에 볼트(100)의 변형에 민감하게 반응하게 되어 보다 정확하게 볼트(100)의 축력을 측정할 수 있게 된다.

그리고, 상기 변형부(220)는 몸체부(210)의 내측으로 오목하게 형성되는데, 오목하게 형성되는 변형부(220)에는 스트레인 게이지(230)를 커버하도록 충진재(225)를 충진하게 된다.

따라서, 상기 몸체부(210)를 볼트(100)의 설치공(110)에 삽입할 때, 스트레인 게이지(230)가 손상되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 충진재(225)는 단열효과가 있는 재질로 형성하게 되는데, 충진재(225)의 단열 작용에 의해 외부에서 가해지는 온도의 영향이 스트레인 게이지(230)에 작용하는 것을 최소화하여 정확하게 볼트(100)의 축력을 측정할 수 있게 된다.

여기서, 상기 설치공(110)은 상기 볼트(100)의 상부에 형성되는 머리부(102)의 내측에 위치하는 부분에는 단턱부(120)가 형성되고, 상기 볼트 축력 측정 수단(200)의 몸체부(210)의 상부에는 상기 단턱부(120)에 대응되도록 걸림턱(212)이 형성된다.

그래서, 상기 볼트 축력 측정 수단(200)을 볼트(100)의 설치공(110)에 삽입할 때, 일정이상 삽입되는 것을 방지하여 안정적으로 결합할 수 있게 되며, 설치공(110)의 상부와 하부는 용접 등의 방식으로 내부에 구비되는 볼트 축력 측정 수단(200)을 견고하게 고정하게 된다.

그리고, 본 발명의 볼트 축력 측정 구조가 적용된 볼트(100)를 구조물이나 장치에 설치한 후, 볼트(100)의 축력을 실시간으로 모니터링하여 구조물이나 장치의 위험상태를 미연에 확인할 수 있게 된다.

여기서, 상기 볼트(100)의 내측에 구비되는 볼트 축력 측정 수단(110)에서 측정한 정보는 도 4에 도시된 바와 같이, 리드선(240)을 통하여 외부에 구비되는 수집장치(300)로 전송되고, 수집장치(300)에는 통신모듈(310)이 구비되어 원격지에 위치한 모니터링장치(400)로 수집한 정보를 전송하게 된다.

이때, 상기 모니터링장치(400)에는 데이터베이스(410)가 구비되어 각 볼트 축력 측정 수단(110)에서 측정한 정보를 저장하게 되며, 모니터링장치(400)에 구비되는 분석모듈(420)을 통하여 수신한 정보를 분석하여 볼트(100)의 축력을 계산하게 된다.

이렇게 상기 모니터링장치(400)를 통하여 실시간으로 각 볼트(100)의 축력을 확인할 수 있게 되는데, 상기 모니터링장치(400)의 데이터베이스(410)에는 각 볼트(100) 축력의 정상상태의 수치가 저장되어 있어, 상기 분석모듈(420)에서 계산한 수치와 비교하여 정성범위를 벗어날 경우, 경고신호를 발생시켜 신속하게 대처할 수 있게 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 볼트 축력 측정 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부의 영향에 의해 스트레인 게이지가 손상되는 것을 방지하여 안정적으로 볼트의 축력을 측정할 수 있을 뿐만 아니라 스트레인 게이지에 온도와 같은 외부의 영향이 작용하는 것을 최소화함으로써, 정확하게 볼트의 축력을 측정할 수 있는 볼트 축력 측정 구조에 관한 것이다.

100 : 볼트 110 : 설치공
120 : 단턱부 200 : 볼트 축력 측정 수단
210 : 몸체부 220 : 변형부
230 : 스트레인 게이지 240 : 리드선

Claims (6)

1. 볼트를 상하 관통하도록 형성되는 설치공과,
   상기 설치공에 삽입 고정되어 볼트의 축력을 측정하는 볼트 축력 측정 수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼트 축력 측정 구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 볼트 축력 측정 수단은 바 형상으로 형성되는 몸체부와,
   상기 몸체부의 외주면 양측에 설치되는 스트레인 게이지와,
   상기 몸체부의 내측에 구비되고 일측 단부는 상기 스트레인 게이지와 연결되고 타측 단부는 몸체부의 상단으로 돌출되는 리드선을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼트 축력 측정 구조.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 몸체부의 길이방향 중심부에는 몸체부의 두께보다 작은 두께의 변형부가 형성되고,
   상기 스트레인 게이지는 상기 변형부의 양측에 설치되는 것을 특징으로 하는 볼트 축력 측정 구조.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 변형부에는 스트레인 게이지를 커버하도록 충진재가 충진되는 것을 특징으로 하는 볼트 축력 측정 구조.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 충진재는 단열 효과가 있는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼트 축력 측정 구조.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 볼트 축력 측정 수단은 상기 설치공에 용접으로 결합되는 것을 특징으로 하는 볼트 축력 측정 구조.
   

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