KR950008826B1 - 디지탈식 소형 토오크렌치 교정기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

디지탈식 소형 토오크렌치 교정기

제1도는 본 발명 디지탈식 소형 토오크렌치 교정기의 정면도.

제2도는 본 발명 디지탈식 소형 토오크렌치 교정기의 측면도.

제3도는 본 발명중 토오크셀 감지부의 형상 및 스트레인 게이지 위치도.

제4도는 본 발명중 토오크셀 감지부의 모델링.

제5도는 본 발명중 토오크셀 휘스톤 브리지 구성도.

제6도는 본 발명중 토오크렌치 교정기의 전기부 개략도.

제7도는 본 발명중 AD 변환부 회로도.

제8도는 본 발명중 제어부 회로도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 토오크셀 2 : 토오크셀 고정대

3 : 몸체 4 : 볼트

5,5' : 볼트 6 : 토오크셀 어댑터

7 : 베어링 8 : 지지대

9 : 소켓 10 : 전기부

본 발명은 스트레인 게이지를 이용한 토오크셀을 사용하고 여기에서 나오는 출력을 디지탈 신호화함으로써 사용이 간편하도록 하고 마이크로 프로세서를 사용하여 각종 토오크측정 기능을 향상시킨 디지탈식 토오크렌치 교정기에 관한 것이다.

토오크렌치를 처음 제작하여 특성시험을 할때나 사용중에 정기적으로 또는 이상이 발견되었을때 토오크렌치를 교정하기 위하여 사용되는 기기가 토오크렌치 교정기이다. 토오크렌치 교정기에는 기계적인 작용으로 작동되는 다이알식 교정기와 토오크를 전기적인 신호로 변환하여 디지탈로 나타내는 디지탈식 교정기가 있다. 디지탈식 토오크렌치 교정기는 사용이 간편하고 정확도가 기계식에 비해서 높으며 여러가지 기능을 가질 수 있다. 또한 출력을 전기적인 신호로 발생시키기 때문에 데이타의 전산처리가 용이하고 제어용으로 사용이 가능하다.

본 발명의 디지탈식 토오크렌치 교정기는 토오크 감지부인 토오크셀, 토오크셀에서 발생된 전기신호를 숫자로 변환하는 전기부 및 토오크셀을 지지하는 몸체로 구성되어 있다. 이하 본 발명의 요지와 작용효과를 첨부도면을 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 디지탈식 토오크렌치 교정기의 정면도를 보여주고 있으며, 제2도는 측면도를 보이고 있다. 토오크셀(1)은 토오크셀 고정대(2) 및 토오크셀 어댑터(6)와 볼트(5,5')로 체결하고 토오크셀 고정대(2)는 몸체(3)와도 볼트(4)로 체결하며, 토오크셀 어댑터(6)는 베어링(7)에 의해서 몸체와 연결하고, 베어링(7)은 베어링 지지대(8)에 의해서 고정하며 토오크셀 어댑터(6)는 소켓(9)와 연결하는데 이 소켓(9)에 교정 또는 시험하고자 하는 토오크렌치를 장착하여 장착된 토오크렌치에 토오크를 부하하면 토오크렌치와 토오크셀에는 동일한 토오크가 걸리게되고 이 값을 전기부(10)에 의하여 상호 비교하여 토오크렌치의 정확도를 평가할 수 있게한 것이다. 이때 베어링(7)은 토오크셀(1)에 가능한한 토오크만을 전달하도록 하고 굽힘 모멘트의 영향을 최소화하는 역할을 한다. 전기부(10)는 토오크셀에서 발생된 토오크 신호를 검출하여 디지탈 값으로 변환시키는 기능을 제공하게 되고 각종 토오크 측정 기능을 보유하고 있다.

제3도는 토오크셀 감지부의 형상으로 4개의 보(1a)로 구성되어 있다. 이 형상은 보 각각을 제4도와 같이 양쪽 끝단이 고정된 보로 생각할 수 있으며 양쪽 끝단에 힘 F와 모멘트 Mo가 작용하는 것으로 모델화시킬 수 있다.

토오크 T가 4개의 보(1a)에 작용할 때 힘 F와의 관계식(1)과 같이된다.

여기에서 r는 축 중심에서 보상에 있는 하중작용점까지의 반지름을 의미한다.

x위치에서의 굽힘 모멘트 Mx는 식(2)와 같다.

보의 표면 즉 y=t/2에서의 굽힘 모멘트에 의한 굽힘 변형도 εx는 식(3)과 같다.

Mx=Fx-_1/2FL (2)

식(3)에서 r,b,t,L은 토오크셀 감지부의 치수에 의해 결정되어지고, x는 스트레인 게이지의 부착 위치이며, E는 감지부 재질의 탄성계수이다. y=t/2에서는 x=0와 x=L에서 변형도는 각각 최소, 최대값을 갖는다.

반면에에서는 x=0에서의 변형도는 최대가 되고 x=L에서의 변형도는 최소가 된다.

좀더 정밀한 토오크셀의 설계를 위해서는 유한요소법과 실험을 통하여 식(3)을 조정한 아래와 같은 식을 사용하는 것이 좋다.

스트레인 게이지의 위치는 끝효과(end effect)를 어느정도 배제하고 스트레인 게이지 부착이 가능한 지점을 선택하였으며, 보의 상·하면 양쪽에 축방향으로 부착하였다.

본 발명의 토오크셀 감지부는 일반 원형봉이나 사각형 봉의 감지부에 비해 굽힘강도가 크며 주파수 응답 특성이 좋고 소용량으로 제작이 가능한 구조이다.

이와같이 보의 갯수를 4개로 함으로써 토오크셀 감지부의 구조가 대칭성을 갖게되고 단면 2차 모멘트가 기존의 토오크셀에 사용되는 원형단면의 봉이나 사각형 단면의 봉에 비해 월등히 큰값을 갖게되어 과부하 내력이 크고 내구성이 좋은 특성의 토오크셀을 창출할 수 있는 것이다. 제5도는 토오크셀 감지부인 보(1a)에 부착된 스트레인 게이지(1b)들로 회로를 구성한 상태를 보이고 있으며 T1,T2,T3,T4는 인장변형도를 감지하는 스트레인 게이지이고, C1,C2,C3,C4는 압축변형도를 감지하는 스트레인 게이지이며, Balco는 온도특성을 향상시키는 기능을 갖고 있다.

이와같이 스트레인 게이지를 8개 사용함으로서 계측하고자 하는 비틀림 모멘트의 측정밀도를 향상시키고 측정시 오차요인이 되는 기생하중 즉, 굽힘모멘트, 수평 및 수직하중 등에 대한 영향을 최소화할 수 있어 고정밀 센서제조가 가능해진 것이다.

전원부의 개략도는 제6도와 같이 전원부, 증폭부, A/D변환부, 제어부 표시부로 구성되어 있다.

전원부에서는 토오크렌치 교정기 감지부의 휘스톤 브리지 및 각 동작전원을 공급하기 위해 AC 110V를 전파 정류하고 안정화하여 DC+5V로 바꾼다.

증폭부는 op-amp를 사용하여 감지부의 출력을 1-500배 증폭할 수 있도록 하였으며 아나로그 영점 및 출력조정이 가능하고 교정계수를 알수 있도록 설계되었다. A/D변환은 이중적분형 A/D 변환기, ICL 7135를 사용하여 4.5digit디지탈 신호로 바꾸었다. A/D변환기는 분해능, 직선성, 변환시간, 가격등을 고려하여 선택사용되는데 ICL 7135의 변환시간은 3reading/s로 다른 A/D 변환기보다 약간 느리지만 토오크렌치 교정기용으로는 충분하며 분해능이 20,000count, 직선성이 1count로 매우 좋고 간격이 매우 싸며 LED를 직접 드라이브할 수 있어 콤펙트하고 정확한 측정을 위한 A/D 변환기로는 적격이다. A/D 변환에서 실제 설계는 적분 콘덴서로 적층 콘덴서를 사용하여 디지탈 출력신호를 안정화 하였으며 ICL 7135의 clock 신호와 busy 신호를 AND(논리곱)하여 마이크로 프로세서 80C31와 인터페이스하였다. 일반적으로 A/D 변환기와 마이크로 프로세서와의 인터페이스는 디지탈 신호를 엔코딩하여 복잡하게 이루어지나 본 설계에서는 엔드게이트하나로 쉽게 처리하였다. A/D 변환회로는 제7도와 같다. 제어부는 제8도와 마이크로 프로세서 80C31과 ROM 27C64로 구성되며 입출력 포트에서의 인터럽트에 따라 사용자가 원하는 형태로 계산하거나 제어한다. 마이크로 프로세서 80C31은 128bit 내부 RAM, 4개의 입출력포트, 16bit 타이머 카운트, 5개의 인터럽트로 구성되며 외부에 ROM이나 RAM을 추가하여 컴퓨터와 같이 연산 및 제어기능을 할 수 있다.

본 발명중 마이크로 프로세서에서 이루어지는 기능은 최대토오크 측정기능, 단위환산기능, 프리세트기능, 리셀기능 등이 있는데 최대토오크 측정기능은 그 기능이 선택되면서부터 현재값과 측정되는 신호값을 계속 비교하여 항상 최대치만을 표시하는 기능이고 단위환산 기능은 선택스위치에 의해 N.m와 kgf.m의 환산계수를 연산하여 표시한다. 프리세트 기능은 사용자가 설정한 토오크값을 넘지 않도록 하기 위해 사용하는 기능으로 키에의해 사용자가 미리 토오크값을 설정하면 설정값과 측정되는 신호값을 계속 비교하여 설정치에 도달되면 지시치를 깜박거려 사용자에게 알려준다. 리셀기능은 사용자가 측정시마다 아나로그 영점을 맞추기 위해 가변저항을 돌리는 불편을 덜기 위해 버튼하나로 초기값을 0으로 계산한다.

그러므로 본 발명은 스트레인 게이지를 이용한 토오크셀을 사용하고 여기서 나오는 출력을 디지탈 신호와함으로써 사용기 간편하도록 하고 마이크로 프로세서를 사용하여 각종 토오크 측정기능을 향상시킨 디지탈식 토오크렌치 교정기인 것이다.

Claims (2)

1. 토오크셀(1)은 토오크셀 고정대(2) 및 코오크셀 어댑터(6)와 볼트(5,5')로 체결하고 토오크셀 고정대(2)는 몸체(3)와도 볼트(4)로 체결하며 토오크셀 어댑터(6)는 베어링(7)에 의해서 몸체와 연결하고 베어링(7)은 베어링 지지대(8)에 의해서 고정하며 토오크셀 어댑터(6)는 소켓(9)과 연결하는데 이 소켓(9)에 교정 또는 시험하고자 하는 토오크렌치를 장착하며 토오크렌치에 토오크를 부하하면 토오크렌치와 토오크셀에는 동일한 토오크가 걸리게 되고 이 값을 전기부(10)에 의하여 상호 비교하여 토오크렌치의 정확도를 평가할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 디지탈식 소형 토오크렌치 교정기.
2. 제1항에 있어서, 4개의 보(1a)와 8개의 스트레인 게이지가 보의 표면에 축방향으로 부착되어 브리지로 구성된 토오크셀(1)임을 특징으로 하는 디지탈식 소형 토오크렌치 교정기.