KR101147140B1 - Thermal deformation measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 구조물의 열변형을 정밀 측정하기 위한 열변형 계측장치에 관한 것이다.The present invention relates to a heat deformation measuring apparatus for precisely measuring the heat deformation of a structure.
우주환경은 태양 복사열에 의해 고온과 저온이 반복되는 환경으로 특징지어지며, 이러한 환경 하에서 구조물은 수축과 팽창의 변형과정을 거치게 된다. 위성체의 주요 부품의 경우, 온도변화에 따른 구조물의 미소한 변형량(㎛ 레벨) 및 특성이 그 성능에 큰 영향을 미치게 된다. 온도가 변화하는 상황에서 구조물의 미소한 열팽창을 계측하기 위해서는 온도에 의한 영향이 둔감한 계측장치의 설계 및 제작이 요구된다.The space environment is characterized by repeated high and low temperatures caused by solar radiation, and under these circumstances, the structure undergoes transformations of contraction and expansion. In the case of the main components of the satellite body, the micro deformation (μm level) and the characteristics of the structure due to the temperature change have a great influence on the performance. In order to measure the micro thermal expansion of a structure in the situation of temperature change, the design and manufacture of the measuring apparatus which is insensitive to temperature is calculated | required.
종래의 계측 장치의 일 예로서 레이저 변위계를 이용한 장치를 들 수 있다.이에 따르면, 계측 시편의 후방에 설치된 레퍼런스 미러(reference mirror)와, 계측 시편의 단부에 설치된 타겟 미러(target mirror)의 변위차를 계측 및 계산하게 된다. 이와 같은 장치는 고가의 레이저 변위계를 사용해야 하므로 제작 비용이 증가하는 문제가 있을 뿐 아니라, 외부로부터 전달되는 진동의 영향을 배제하기 위해 전체 시스템을 방진 테이블에 설치하여야 하는바 설치 및 운용에 어려움이 따른다. 아울러, 계측 시편에 타겟 미러를 설치해야 하므로 계측 시편의 크기가 작을 경우 설치상의 어려움이 따르게 된다.An example of a conventional measuring device is a device using a laser displacement meter. According to this, the displacement difference between a reference mirror provided at the rear of the measurement specimen and a target mirror provided at the end of the measurement specimen. Will be measured and calculated. Since such a device requires the use of an expensive laser displacement meter, not only does the manufacturing cost increase, but also the entire system must be installed on a dustproof table to exclude the influence of vibration transmitted from the outside. . In addition, since the target mirror must be installed on the measurement specimen, installation of the measurement specimen is difficult when the size of the measurement specimen is small.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 온도변화 환경에서 구조물의 열변형 특성을 정밀하게 계측할 수 있는 장치를 간단한 구조로서 구현하여 설치 및 운용이 용이한 계측 장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to solve the above problems, and to provide a measuring device that is easy to install and operate by implementing a device that can accurately measure the heat deformation characteristics of the structure in a temperature change environment as a simple structure.
상기한 과제를 실현하기 위해 본 발명은 계측 시편이 설치되는 테스트 베드와, 상기 테스트 베드 상에 설치되는 베이스와, 상기 베이스의 일측에 배치되어 상기 계측 시편을 지지하며 스케일을 구비하는 지지체와, 상기 베이스에 설치되며 상기 스케일로의 발광 및 수광을 통해 상기 스케일의 이동량을 검출하는 리더 헤드, 및 상기 지지체와 상기 베이스를 연결하며 상기 계측 시편의 열 변형에 의해 상기 지지체가 이동하도록 휨 변형되는 플렉서블 시트를 포함하는 열변형 계측장치를 개시한다.In order to realize the above object, the present invention provides a test bed on which the measurement specimen is installed, a base installed on the test bed, a support disposed on one side of the base to support the measurement specimen, and having a scale; A flexible head mounted on a base and detecting a movement amount of the scale by emitting and receiving light on the scale, and a flexible sheet which connects the support and the base and flexes and deforms the support to move by thermal deformation of the measurement specimen. Disclosed is a heat deformation measuring apparatus including a.
상기 테스트 베드는, 상기 베이스를 지지하는 베이스 지지부와, 상기 베이스 지지부로부터 수직 방향으로 연장되며 상기 계측 시편을 지지하는 시편 지지부를 포함할 수 있다.The test bed may include a base support that supports the base, and a specimen support that extends in a vertical direction from the base support and supports the measurement specimen.
상기 플렉서블 시트는 상기 지지체의 이동 방향을 따르는 양 측면에 부착될 수 있다.The flexible sheet may be attached to both sides along the moving direction of the support.
상기 테스트 베드, 베이스, 지지체, 및 플렉서블 시트는 인바(invar) 재질로 형성 가능하다.The test bed, base, support, and flexible sheet may be formed of an invar material.
상기 스케일과 지지체를 결합시키기 위한 커넥팅부는, 상기 리더 헤드의 광 조사 부분이 접착제에 의해 부분적으로 본딩되는 스팟 본딩부와, 상기 스케일의 양단을 상기 지지체에 기계적으로 클램핑하는 클램핑부를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 스팟 본딩부는 상기 지지체의 이동에 따른 광 조사 부분의 이동 범위에 걸쳐 형성 가능하다.The connecting part for coupling the scale and the support may include a spot bonding part in which the light irradiation part of the leader head is partially bonded by an adhesive, and a clamping part for mechanically clamping both ends of the scale to the support. Here, the spot bonding portion may be formed over the range of movement of the light irradiation portion according to the movement of the support.
상기 테스트 베드는 키네마틱 커플링에 의해 지지판에 설치될 수 있다.The test bed may be installed on the support plate by kinematic coupling.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 광전식 리니어 엔코더를 이용하여 열변형 계측장치를 구현함으로써 간단한 구조로서 열변형 정밀 계측장치를 구현할 수 있다.According to the present invention having the above configuration, it is possible to implement a heat deformation precision measurement device as a simple structure by implementing a heat deformation measurement device using a photoelectric linear encoder.
또한, 한 쌍의 플렉서블 시트가 한 쪽(X축) 방향으로만 휘어지는 구조적 특징으로 인하여 지지체의 다른 방향 변위(Y축)가 일어나지 않는바, 지지체와 리더 헤드 사이의 간극을 일정하게 유지시킬 수 있는 이점이 있다.In addition, due to the structural feature that the pair of flexible sheets are bent only in one (X-axis) direction, no displacement in the other direction (Y-axis) of the support occurs, so that the gap between the support and the leader head can be kept constant. There is an advantage.
또한, 본 발명에 따르면, 스팟 본딩부와 클램핑부로 구성된 커넥팅부의 구조를 통해 계측의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to improve the reliability of the measurement through the structure of the connecting portion consisting of the spot bonding portion and the clamping portion.
또한, 계측 장치의 재질로서 인바 재질을 사용함으로써 계측장치 자체의 열변형량을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 계측의 신뢰성을 보다 증대시킬 수 있다.In addition, by using the Invar material as the material of the measuring device, it is possible to minimize the amount of heat deformation of the measuring device itself, thereby increasing the reliability of the measurement.
또한, 테스트 베드를 지지판과 키네마틱 커플링으로 연결함으로써 외란에 따른 영향을 최소화할 수 있다.In addition, by connecting the test bed with the support plate and the kinematic coupling can minimize the effects of disturbance.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열변형 계측장치의 사시도.
도 2 및 3은 도 1의 열변형 계측장치의 작동 상태를 나타내는 평면도들.
도 4 및 5는 스케일과 지지체의 결합구조를 나타내는 단면도 및 배면도.1 is a perspective view of a heat deformation measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are plan views illustrating an operating state of the heat deformation measuring apparatus of FIG. 1.
4 and 5 are a cross-sectional view and a rear view showing the coupling structure of the scale and the support.
이하, 본 발명과 관련된 열변형 계측장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the heat deformation measuring apparatus which concerns on this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열변형 계측장치의 사시도이고, 도 2 및 3은 도 1의 열변형 계측장치의 작동 상태를 나타내는 평면도들이다.1 is a perspective view of a heat deformation measuring apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are plan views illustrating an operating state of the heat deformation measuring apparatus of FIG. 1.
도 1 내지 3을 참조하면, 열변형 계측장치는 테스트 베드(110), 베이스(120), 지지체(130), 리더 헤드(150, Reader Head), 및 플렉서블 시트(160, flexible sheet)를 포함한다.1 to 3, the heat deformation measuring apparatus includes a
테스트 베드(110)는 계측 시편(10)이 설치되는 설치면을 제공함과 아울러 베이스를 지지하는 기능을 한다. 테스트 베드(110)는 베이스(120)를 지지하는 베이스 지지부(111)와, 계측 시편(10)을 지지하는 시편 지지부(112)를 포함하며, 시편 지지부(112)는 베이스 지지부(111)로부터 수직 방향으로 연장된 형태를 갖는다.The
베이스(120)는 테스트 베드(110) 상에 고정 설치된다. 베이스(120)는 리더 헤드(150)의 설치면을 제공한다.The
지지체(130)는 베이스(120)의 일측에 베이스(120)와 일정 간격을 두고 배치되며, 계측 시편(10)을 지지한다. 본 실시예는 지지체(130)가 베이스(120)의 상측에 배치되어 계측 시편(10)의 측면을 지지하는 것을 예시하고 있다. 지지체(130)에는 계측 시편(10)을 가압하는 가압기구(145)가 설치될 수 있으며, 가압기구(145)는 다양한 길이(디멘션)의 계측 시편(10)을 가압할 수 있도록 길이 조절 가능하게 구성될 수 있다.The
지지체(130)에는 열변형량 측정을 위한 스케일(140,scale)이 설치된다. 스케일(140)은 판상의 구조체에 금속 눈금이 증착된 구조를 가질 수 있다.The
리더 헤드(150)는 베이스(120)에 스케일(140)과 마주하도록 설치되며, 광의 발광 및 수광을 위한 발광부와 수광부를 구비한다. 발광부에서 나온 빛은 스케일(140)에서 반사되어 수광부로 수광되며, 스케일(140)의 이동에 따른 신호 변화를 통해 그 이동량을 검출한다. 스케일(140) 및 리더 헤드(150)의 상대 이동에 따라 상대 변위를 검출하는 구성은 '광전식 리니어 엔코더'의 구성과 동일하며, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.The
플렉서블 시트(160)는 지지체(130)와 베이스(120)를 연결하며, 지지체(130)는 플렉서블 시트(160)에 의해 지지된다. 플렉서블 시트(160)는 계측 시편(10)의 열변형에 따라 지지체(130)가 이동하도록 휨 변형된다. 플렉서블 시트(160)는 지지체(130)의 이동 방향을 따르는 양 측면에 한 쌍으로 부착된다.The
도 2는 계측 시편(10)이 열변형되기 전의 상태를 나타내고 있으며, 이 상태에서 온도 환경이 변하여 계측 시편(10)에 열변형이 일어나면 도 3과 같이 플렉서블 시트(160)가 일 방향(X축)을 따라 휨 변형되게 된다. 플렉서블 시트(160)의 휨 변형에 따라 지지체(130)가 이동하게 되며, 리더 헤드(150)는 지지체(130)의 이동량을 검출하여 계측 시편(10)의 변형량을 계측하게 된다.FIG. 2 illustrates a state before the
본 발명에 따르면, 테스트 베드, 베이스, 지지체, 및 플렉서블 시트를 인바(invar) 재질로 사용하여 계측 장치 자체의 열변형량을 최소화하였다.According to the present invention, the test bed, the base, the support, and the flexible sheet were used as an invar material to minimize the heat deformation of the measurement device itself.
한편, 테스트 베드(110)는 지지판(170) 위에 설치될 수 있으며, 테스트 베드(110)와 지지판(170)은 키네마틱 커플링(175)에 의해 연결된다. 이와 같은 구조를 통해 지지판에 작용하는 외란(진동)의 영향 없이 정확한 계측을 수행할 수 있다.Meanwhile, the
이상에서 설명한 바와 같이, 광전식 리니어 엔코더를 이용하여 열변형 계측장치를 구현함으로써 간단한 구조로서 정밀 계측 장치를 구현할 수 있다. 이에 따르면, 테스트 베드(110)에 시편(10)을 용이하게 장착할 수 있으며, 기존의 레이저 변위계를 이용한 방식과 달리 시편에 타겟 미러를 설치할 필요가 없는 바, 설치 및 운용의 편의성을 증대시킨다.As described above, by implementing a heat deformation measuring apparatus using a photoelectric linear encoder, it is possible to implement a precision measuring apparatus with a simple structure. According to this, the
도 4 및 5는 스케일과 지지체의 결합구조를 나타내는 단면도 및 배면도이다.도 4 및 5는 스케일(140)과 지지체(130)를 결합시키기 위한 커넥팅부의 구성을 나타내고 있다. 4 and 5 are a cross-sectional view and a rear view showing a coupling structure of the scale and the support. FIGS. 4 and 5 show a configuration of a connecting portion for coupling the
도 4 및 5를 참조하면, 커넥팅부는 스팟 본딩부(180, spot bonding portion)와, 클램핑부(190, clamping portion)를 포함한다.4 and 5, the connecting portion includes a
스팟 본딩부(180)는 리더 헤드(150)의 광 조사 부분과 스케일(140)을 접착제로 부분적으로 본딩함으로써 형성된다. 지지체(130)의 이동에 따라 리더 헤드(150)의 광 조사 부분이 스케일(140) 상을 이동하게 되며, 스팟 본딩부(180)는 지지체(130)의 이동에 따른 광 조사 부분의 이동 범위에 걸쳐 형성된다. 즉, 본 발명에서 계측하고자 하는 열변형량은 미소한 길이(마이크로미터 단위)이기 때문에, 계측하고자 하는 범위 내의 부분만을 접착제로 접착하였다. The
클램핑부(190)는 스케일(140)의 양단을 지지체(130)에 기계적으로 클램핑하기 위한 것이다. 본 실시예에 따르면, 클램핑부(190)는 스케일(140)의 양단을 지지하는 한 쌍의 지지 플레이트(191)와, 지지 플레이트(191)를 지지체(130)에 체결하는 체결나사(192, 또는 리벳)를 포함한다. The
스케일(140)의 전체면을 접착제를 본딩할 경우, 온도가 상승함에 따라 접착제의 전단력이 스케일(140)의 팽창력을 이기지 못하고 접착면이 분리되게 되며, 이후 스케일(140)이 접착제를 떠다니는 플로팅 현상이 발생하게 된다. 이는 계측의 신뢰성을 현저히 떨어뜨리게 된다. When bonding the adhesive to the entire surface of the
본 발명의 커넥팅부는 리더 헤드(150)의 광 조사부분만 접착제로 본딩하고, 스케일(140)의 양단은 기계적으로 결합시킨 구조로서, 플로팅 현상이 일어나는 것을 방지하기 위한 구조이다. 이에 따르면, 온도가 상승할 경우 스케일(140)의 고정되지 않은 부분, 즉, 클램핑부(190)와 스팟 본딩부(180)의 사이에만 팽창이 일어나며 광조사 부위, 즉, 스팟 본딩부(180)에 해당하는 부분에는 변형이 일어나지 않는바, 계측의 신뢰성을 확보할 수 있게 되는 것이다. The connecting part of the present invention is a structure in which only the light irradiation part of the
본 실시예에서는 클램핑부(190)가 지지 플레이트(191)와 체결나사(192)로 구성된 것을 예시하였으나, 클램핑부(190)의 구성은 이에 한정되지 않으며 스케일(140)의 양단을 기계적으로 고정할 수 있는 구성이라면 다양한 형태로 구현 가능하다.In the present exemplary embodiment, the
이상에서는 본 발명에 따른 열변형 정밀 계측장치를 첨부한 도면들을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.In the above described with reference to the accompanying drawings the heat deformation precision measurement apparatus according to the present invention, the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention Various modifications can be made by way of example.
Claims (7)
상기 테스트 베드 상에 설치되는 베이스;
상기 베이스의 일측에 배치되어 상기 계측 시편을 지지하며, 스케일을 구비하는 지지체;
상기 베이스에 설치되며, 상기 스케일로의 발광 및 수광을 통해 상기 스케일의 이동량을 검출하는 리더 헤드; 및
상기 지지체와 상기 베이스를 연결하며, 상기 계측 시편의 열 변형에 의해 상기 지지체가 이동하도록 휨 변형되는 플렉서블 시트를 포함하는 열변형 계측장치.A test bed on which the test specimen is installed;
A base installed on the test bed;
A support disposed on one side of the base to support the measurement specimen and having a scale;
A reader head mounted to the base and detecting a movement amount of the scale through light emission and light reception to the scale; And
And a flexible sheet which connects the support and the base and is flexibly deformed to move the support by thermal deformation of the measurement specimen.
상기 베이스를 지지하는 베이스 지지부; 및
상기 베이스 지지부로부터 수직 방향으로 연장되며, 상기 계측 시편을 지지하는 시편 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열변형 계측장치.The method of claim 1, wherein the test bed,
A base support for supporting the base; And
And a specimen support portion extending from the base support in a vertical direction and supporting the measurement specimen.
상기 플렉서블 시트는 상기 지지체의 이동 방향을 따르는 양 측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 열변형 계측장치.The method of claim 1,
The flexible sheet is a heat deformation measuring apparatus, characterized in that attached to both sides along the moving direction of the support.
상기 테스트 베드, 베이스, 지지체, 및 플렉서블 시트는 인바(invar) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 열변형 계측장치.The method of claim 1,
The test bed, the base, the support, and the flexible sheet is a heat deformation measuring apparatus, characterized in that formed in the invar (invar) material.
상기 스케일과 지지체를 결합시키기 위한 커넥팅부를 더 포함하고,
상기 커넥팅부는,
상기 리더 헤드의 광 조사 부분이 접착제에 의해 부분적으로 본딩되는 스팟 본딩부;
상기 스케일의 양단을 상기 지지체에 기계적으로 클램핑하는 클램핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열변형 계측장치.The method of claim 1,
Further comprising a connecting portion for coupling the scale and the support,
The connecting unit,
A spot bonding portion in which the light irradiation portion of the leader head is partially bonded by an adhesive;
And a clamping part for mechanically clamping both ends of the scale to the support.
상기 스팟 본딩부는 상기 지지체의 이동에 따른 광 조사 부분의 이동 범위에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 열변형 계측장치.The method of claim 5,
And the spot bonding part is formed over a moving range of the light irradiation part according to the movement of the support.
상기 테스트 베드는 키네마틱 커플링에 의해 지지판과 연결되는 것을 특징으로 하는 열변형 계측장치.The method of claim 1,
And the test bed is connected to the support plate by kinematic coupling.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |