KR20050000912A

KR20050000912A - a testing apparatus for a repeated load

Info

Publication number: KR20050000912A
Application number: KR1020030041509A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 나경환; 최태훈; 이형욱; 이낙규; 최현석; 송치우
Original assignee: 한창수
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-06

Abstract

PURPOSE: A testing apparatus for repeated load is provided to test the repeated load of a fine sample with respect to a wide frequency band and a long moving distance by using a pressing member. CONSTITUTION: A testing apparatus for a repeated load has a pressing member(12) having a tip(16) installed thereon. The pressing member(12) presses a fine sample(14). The pressing member(12) is provided at an upper end thereof with a voice coil motor(20) for allowing the tip(16) to vibrate with a low frequency. The end part of the pressing member(12) has a gap sensor for detecting a movement distance of the tip(16). The fine sample(14) to be tested has a load cell for detecting a pressurized load.

Description

A testing apparatus for a repeated load

본 발명은 반복하중 시험장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미소시편에대한 반복하중 시험장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cyclic load test apparatus, and more particularly to a cyclic load test apparatus for a small specimen.

일반적으로 미소한 시편의 피로특성을 파악하기 위한 반복하중 시험은 시편을 반복적으로 눌렸을 경우에 시편에 누적되는 피로응력에 의해 시편이 파손되는 시간을 측정함에 의해 행해진다.In general, a cyclic load test to determine the fatigue characteristics of a small specimen is performed by measuring the time the specimen breaks due to fatigue stress accumulated in the specimen when the specimen is pressed repeatedly.

종래 반복하중 시험장치는 도1에 도시한 바와 같이, 미소시편(2)을 누르는 가압부재(4)의 단부에 팁(6)이 설치되고, 가압부재(4)에 피에죠 트랜스듀셔(8)(PZT : piezo transducer)가 결합되며, 상기 가압부재(4)는 지지대(10)에 설치된 구조이다. 시험시 상기 팁(6)은 상기 미소시편(2)에 접촉하여 반복하중을 가하게 된다.In the conventional repeated load test apparatus, as shown in FIG. 1, a tip 6 is installed at the end of the pressing member 4 for pressing the micro specimen 2, and the piezo transducer 8 is mounted at the pressing member 4. ) (PZT: piezo transducer) is coupled, the pressing member 4 is a structure installed on the support (10). During the test, the tip 6 is in contact with the micro specimen 2 and subjected to repeated loads.

상기 피에죠 트랜스듀셔(8)에 전압을 가하면 피에죠 트랜스듀셔의 길이가 변화하고 이 길이 변화에 따라 미소시편(2)을 누르는 깊이가 정해지게 되는데, 상기 피에죠 트랜스듀셔(8)에 가하는 전압에 사인파(sin wave)를 주면 미소시편(2)을 누르는 팁(6)은 사인파의 파동과 동일하게 움직이므로 미소시편(2)에 반복하중을 줄수 있는 것이다. 미소시편(2)이 반복하중에 의해 파손되는 시점까지의 반복횟수 및 시간을 측정하여 재료의 인성 정도를 파악하게 된다.When the voltage is applied to the piezo transducer 8, the length of the piezo transducer changes and the depth of pressing the micro specimen 2 is determined according to the change of the length of the piezo transducer 8. When a sin wave is applied to the voltage applied to the tip, the tip 6 pressing the micro specimen 2 moves in the same way as the sine wave, so that the micro specimen 2 can be repeatedly loaded. The toughness of the material is determined by measuring the number of times and the time until the minute specimen 2 is damaged by the repeated load.

그런데, 미세한 시편에 대해 반복하중을 시험을 할 경우에 인가되는 반복하중의 주파수는 그 대역폭이 넓고 이동거리가 긴 경우가 많은데, 종래 반복하중 시험장치는 이에 사용되는 피에죠 트랜스듀셔(PZT)가 높은 주파수의 반복적인 하중을 인가할 수는 있으나 주파수의 대역폭이 좁고 이동거리가 작으므로 다양한 시편을시험하는 시험장치로 사용되지 못하고 한정된 영역에서만 사용된다는 문제점이 있었다.However, the frequency of the cyclic load applied when the cyclic load is tested on the fine specimens has a wide bandwidth and a long moving distance, but the conventional cyclic load tester is a piezo transducer (PZT) used for this. Although it is possible to apply a repetitive load of high frequency, there is a problem that it is not used as a test device for testing a variety of specimens because the bandwidth of the frequency is narrow and the moving distance is small.

따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 넓은 주파수 대역과 긴 이동거리에 걸쳐 미소시편의 반복하중을 시험할 수 있는 반복하중 시험장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a repetitive load test apparatus that can test the repetitive load of the micro specimens over a wide frequency band and a long moving distance.

도1은 종래 반복하중 시험장치를 나타내는 개략도,1 is a schematic view showing a conventional cyclic load test apparatus,

도2는 본 발명에 의한 반복하중 시험장치를 나타내는 개략도,Figure 2 is a schematic diagram showing a cyclic load test apparatus according to the present invention,

도3은 본 발명에 의한 반복하중 시험장치를 나타내는 개략 사시도,Figure 3 is a schematic perspective view showing a cyclic load test apparatus according to the present invention,

도4는 본 발명에 의한 반복하중 시험장치의 제어 흐름도,4 is a control flowchart of a repeat load test apparatus according to the present invention;

도5은 본 발명에서 PZT 및 VCM에 가하는 진동 및 변위와 그 결과적 진동 및 변위를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the vibration and displacement applied to the PZT and VCM and the resulting vibration and displacement in the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

12 : 가압부재 14 : 미소시편12: pressing member 14: micro test piece

16 : 팁 18 : 피에죠 트랜스듀셔16: Tip 18: Piezo Transducer

20 : 보이스 코일 모터 22 : 지지대20: voice coil motor 22: support

24 : 갭 센서 26 : 판 스프링24: gap sensor 26: leaf spring

28 : 로드 셀28: load cell

본 발명에 의한 반복하중 시험장치는, 미소시편을 누르는 가압부재의 단부에 팁이 설치되고, 가압부재에 피에죠 트랜스듀셔가 결합된 반복하중 시험장치에 있어서, 상기 가압부재에는 상기 팁을 낮은 주파수로 진동시키는 한편 긴 거리를 이동시키는 보이스 코일 모터가 추가로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.In the repeated load test apparatus according to the present invention, the tip is installed at the end of the pressing member for pressing the micro test piece, and the piezo transducer is coupled to the pressing member. The voice coil motor, which vibrates at a frequency and moves a long distance, is further coupled.

상기 가압부재의 단부에는 팁의 이동거리를 감지하는 갭 센서가 결합된다.A gap sensor for sensing the moving distance of the tip is coupled to the end of the pressing member.

그리고, 시험되는 상기 미소시편의 하측에는 미소시편에 가해지는 하중을 감지하도록 로드 셀이 결합된다.Then, the load cell is coupled to the lower side of the micro test piece to detect the load applied to the micro test piece.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 가압부재(12)의 단부에는 미소시편(14)을 누르는 팁(16)이 설치되는데, 상기 가압부재(12)는 상측부(12a)와 하측부(12b)로 나누어지고, 상기 가압부재의 상측부(12a)와 하측부(12b)는 피에죠 트랜스듀셔(18)(PZT : Piezo Transducer)에 의해 연결되어 있다.As shown in Figures 2 and 3, the tip 16 for pressing the micro specimen 14 is installed at the end of the pressing member 12, the pressing member 12 is the upper portion (12a) and the lower portion ( 12b), the upper portion 12a and the lower portion 12b of the pressing member are connected by a piezo transducer 18 (PZT: Piezo Transducer).

상기 가압부재의 상측부(12a)의 상단에는 상기 팁(16)을 낮은 주파수로 진동시키는 한편 긴 거리를 이동시키는 보이스 코일 모터(20)(VCM : Voice Coil Motor)가 결합되어 있는데, 이 보이스 코일 모터(20)는 지지대(22)에 고정되어 있다.A voice coil motor 20 (VCM: Voice Coil Motor), which vibrates the tip 16 at a low frequency and moves a long distance, is coupled to an upper end of the upper portion 12a of the pressing member. The motor 20 is fixed to the support 22.

상기 팁(16)은 가압부재(12)의 하측부(12b)의 단부에 설치되어 있으며, 상기 하측부(12b)에는 팁의 이동거리를 감지하는 갭 센서(Gap Sensor)(24)가 결합된다.상기 가압부재(12)의 상측부는 다수의 판스프링(26)에 의해 상기 지지대(22)에 지지되어 있다.The tip 16 is installed at the end of the lower portion 12b of the pressing member 12, and the lower portion 12b is coupled with a gap sensor 24 for detecting a moving distance of the tip. The upper side of the pressing member 12 is supported by the support 22 by a plurality of leaf springs (26).

상기 미소시편(14)의 하측에는 미소시편에 가해지는 하중을 감지하도록 로드셀(28)이 결합된다.The load cell 28 is coupled to the lower side of the micro specimen 14 so as to sense a load applied to the micro specimen.

상기 지지대(22)는 도3에 도시한 바와 같이 베이스의 역할을 하면서 상기 가압부재(12)를 지지하게 된다.The support 22 serves to support the pressing member 12 while serving as a base as shown in FIG.

상기 갭 센서(24)는 공지의 정전용량 갭 센서(Capacitive Gap Sensor)이다.The gap sensor 24 is a known capacitive gap sensor.

상기 피에죠 트랜스듀셔(18)와 보이스 코일 모터(20)는 상기 가압부재(12)의 길이방향을 따라 직렬로 설치되어 가압부재(12)를 길이방향으로 변위되게 한다.The piezo transducer 18 and the voice coil motor 20 are installed in series along the longitudinal direction of the pressing member 12 to displace the pressing member 12 in the longitudinal direction.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 반복하중 시험장치에서, 도4에 도시한 바와 같이 가압압력과 반복하중에 대한 조건(주파수, 진폭등) 등의 실험조건을 제어용 마이컴(30)의 제어기(32)에 입력하면, 이 입력신호는 DAC(34, 36)(Digital to Analog Converter)를 통해 아날로그 신호로 바뀌어 VCM Driver(38) 및 PZT Driver(40)을 통해 VCM(20) 및 PZT(18)를 구동한다. 이에 따라 기구부인 가압부재(12) 및 팁(16)이 진동하는 한편 이동하여 팁(16)이 시편(14)에 반복하중을 가하게 된다.In the repeated load test apparatus according to the present invention configured as described above, as illustrated in FIG. 4, experimental conditions such as pressure pressure and conditions (frequency, amplitude, etc.) for the repeated load are transferred to the controller 32 of the control microcomputer 30. When input, this input signal is converted into an analog signal through the DAC 34, 36 (Digital to Analog Converter) to drive the VCM 20 and the PZT 18 through the VCM Driver 38 and the PZT Driver 40. . As a result, the pressing member 12 and the tip 16, which are the mechanical parts, vibrate and move, thereby causing the tip 16 to repeatedly apply the load to the specimen 14.

한편, 상기 팁(16)의 이동거리는 갭 센서(24)에 의해 감지되어ADC(42)(Analog to Digital Converter)을 통해 제어기(32)에 피드백되고, 인가되는 하중은 로드 셀(28)에 의해 감지되어 ADC(42)(Analog to Digital Converter)를 통해 제어기(32)에 피드백되면서 제어된다.Meanwhile, the moving distance of the tip 16 is sensed by the gap sensor 24 and fed back to the controller 32 through the ADC 42 (Analog to Digital Converter), and the applied load is applied by the load cell 28. It is sensed and controlled by being fed back to the controller 32 through the ADC 42 (Analog to Digital Converter).

도5는 PZT 및 VCM에 가하는 진동 및 변위와 그 결과적 진동 및 변위를 나타내는 그래프인데, 도5의 (a)에 나타난 바와 같은 변위 및 진동신호를 PZT(18)에 주고 도5의 (b)에 나타난 바와 같은 변위신호 및 진동신호를 VCM(20)에 주면, 그 신호들이 합성되어 도5의 (c)에 나타난 바와 같은 합성신호로 되어 팁(16)을 통해 시편에 가해지게 된다.FIG. 5 is a graph showing vibrations and displacements applied to PZT and VCM and the resulting vibrations and displacements. The displacements and vibration signals as shown in FIG. 5 (a) are given to PZT 18 and shown in FIG. When the displacement signal and the vibration signal as shown to the VCM 20, the signals are synthesized to be a composite signal as shown in Figure 5 (c) is applied to the specimen through the tip (16).

VCM(20)은 저주파수 대역에 대한 특성이 우수하고 PZT(18)에 비해 정밀도는 낮으나 이동거리가 길고, PZT(18)는 고주파수 대역에 대한 특성이 우수하고 VCM(20)에 비해 이동거리는 짧으나 정밀도가 높으므로, 넓은 주파수 대역과 긴 이동거리 및 높은 정밀도를 가진 시험장치가 구현되는 것이다.The VCM 20 has excellent characteristics for the low frequency band and the movement distance is lower than the PZT 18, but the movement distance is long, and the PZT 18 has excellent characteristics for the high frequency band and the movement distance is shorter than the VCM 20, but the precision is high. Since is high, a test apparatus having a wide frequency band, long moving distance and high precision is implemented.

본 발명에 의한 반복하중 시험장치에 의하면, 넓은 주파수 대역과 긴 이동거리에 걸쳐 미소시편의 반복하중을 정밀하게 시험할 수 있으므로, 다양한 시편에 대해 시험을 용이하게 할 수 있다.According to the cyclic load test apparatus according to the present invention, the cyclic load of the microscopic specimen can be precisely tested over a wide frequency band and a long moving distance, so that the test can be easily performed on various specimens.

Claims

In the repeated load test apparatus, the tip is installed at the end of the pressing member for pressing the micro specimen, and the piezo transducer is coupled to the pressing member.

Repeating load test apparatus, characterized in that the pressing member is further coupled to the voice coil motor for moving a long distance while vibrating the tip at a low frequency.

The method of claim 1,

Repeating load test apparatus, characterized in that the gap sensor for sensing the moving distance of the tip is coupled to the end of the pressing member.

The method of claim 1,

Repeated load test apparatus, characterized in that the load cell is coupled to the lower side of the micro test piece to be tested to detect the load applied to the micro test piece.