KR20140022636A - A indentor with a functional sensor, indentation tester and analysis system using the indentor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기능성 압입자, 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치, 압입시험방법, 기능성 압입자를 이용한 분석 시스템 및 분석방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 압입시험장치에 사용되는 경질 압입자의 일단에 고주파 초음파 센서를 설치하여 압입자의 침투변형과 손상에 대한 보다 다양한 정보를 확보할 수 있는 기능성 압입자를 이용한 분석장치에 관한 것이다. The present invention relates to functional indentation particles, an indentation test apparatus using a functional indentor, an indentation test method, and an analysis system and analysis method using a functional indentor. The present invention relates to an analytical apparatus using a functional indenter capable of providing a variety of information on infiltration deformation and damage of an indenter by providing a high frequency ultrasonic sensor on one end of a hard indenter used in an indentation testing apparatus.
통상적으로 압입경도시험법(indentation hardness test)은 소재의 초기물성이나 열화물성을 진단, 검사하는 가장 보편적인 기법으로 경질 압입자(rigid indenter)를 측정 대상물에 침투시켜서 역학적인 변형이나 파괴거동을 기록하게 된다. The indentation hardness test is usually the most common technique to diagnose and inspect the initial and deteriorated properties of a material. It involves penetrating a rigid indenter into a measurement object to record mechanical deformation or fracture behavior. .
종래 추하중(dead weight)으로 대상물 표면에 부하를 인가하여 변형을 유발한 이후에 변형의 규모(크기)를 측정함으로써 압입경도를 측정하는 방법과 달리, 최근 연속적인 변형 거동을 기록하는 계장화 압입시험기법(instrumented indentation technique)으로 개량됨으로써 압입경도는 물론 탄성계수, 소성유동 등을 평가하는 방법으로 발전하고 있다. Unlike the method of measuring the indentation hardness by measuring the scale (size) of the deformation after the deformation is caused by applying a load to the surface of the object with the conventional dead weight, recently, the instrumentation indentation It has been developed as an instrumented indentation technique to evaluate indentation hardness, elastic modulus and plastic flow.
그러나 현 개발단계에서 압입자의 역할은 외부부하를 측정대상물에 전달하고, 측정대상물에 비해 경도가 높아서 일방적으로 대상표면을 침투하는 기하학적 형상을 가진 부품에 머물러 있다. However, in the current development stage, the indenter's role is to transfer the external load to the object to be measured, and to remain in a part having a geometrical shape that penetrates the object surface unilaterally due to its higher hardness than the object to be measured.
최근들어, 경질압입자에 음향방출센서(accoustic emission sensor)를 부착함으로써 실시간 파괴신호 등을 측정하거나, 광투과성을 가진 투명 압입자를 이용함으로써 대상표면과 압입자의 실시간적인 접촉변형거동을 관찰하고자 하는 연구들이 확대되어 지고 있다. Recently, it has been investigated to measure real-time fracture signal by attaching an acoustic emission sensor to a hard pressure particle, or to observe real-time contact deformation behavior of a target surface and an indenter by using a transparent indentor with light transmission Are being expanded.
특히 스크래치 시험(scratch test)에서는 음향방출센서가 부착된 압입자를 상용부품으로 활용함으로써 경질박막의 박리 혹은 파괴 이벤트를 실시간으로 기록하는데 사용되어 오고 있다. Particularly, scratch test has been used to record the peeling or destruction events of hard films in real time by using indenters with acoustic emission sensors as commercial parts.
따라서 음향방출센서가 아닌 초음파 신호를 인가하여 대상시험편에서 반사되는 반사 초음파 신호를 분석하여 압입자에 의해 침투 변형, 손상에 대한 보다 다양한 정보를 확인할 수 있는 시험장치가 요구되었다. Therefore, there is a need for a test apparatus capable of verifying more information about infiltration deformation and damage by the pressure particle by analyzing the reflected ultrasonic signal reflected from the target test piece by applying ultrasonic signal instead of the acoustic emission sensor.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면 초음파 센서가 직결된 압입자를 제공함으로써 압입변형, 파괴 중에 나타나는 실시간 변형, 결함 및 파괴신호를 포괄적으로 채득할 수 있기 때문에 신뢰도가 높은 측정데이터의 생산이 가능한 시험장치를 제공할 수 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an ultrasonic sensor, It is possible to provide a test apparatus capable of producing highly reliable measurement data.
또한, 기존의 음향방출센서가 부착된 압입자는 재료 내부의 국부적인 응력변화나 변형이 발생될 경우에만 방출되는 음파를 분석할 수 있기 때문에, 수동적이고 제한적인 센서구조에 해당하나 초음파 센서를 부착한 압입자의 경우 초음파 센서를 구동하여 발생된 신호를 재료 내부로 투사하여 반사되는 신호를 분석하기 때문에 국부적인 응력변화나 변형뿐만 아니라 내부에서 발생한 결함도 검출이 가능하여 보다 능동적인 센서구조를 제공하게 된다. In addition, the indenter with a conventional acoustic emission sensor can analyze the sound waves emitted only when a local stress change or deformation occurs in the material, so that it is a passive and limited sensor structure, but an ultrasonic sensor is attached In the case of indenters, since the signal generated by driving the ultrasonic sensor is projected into the material and the reflected signal is analyzed, not only the local stress change and deformation but also internal defects can be detected, thereby providing a more active sensor structure .
그리고, 외부부하를 인가하여 역학적인 국소변형이 유발될 정도의 견고한 접촉(밀착)이 형성된 환경에서 보다 신뢰도 높은 비파괴데이터의 생산이 가능하고, 비파괴시험에서 발생하는 센서 밀착과 같은 인적 오류 신호를 최소화할 수 있는 시험장치를 제공하게 된다. In addition, it is possible to produce more reliable non-destructive data in an environment in which strong contact (adhesion) is induced to cause mechanical local deformation by applying an external load, and minimize human error signals such as sensor sticking caused by non-destructive testing To provide a test device that can be used.
또한, 기능성 압입자를 이용하게 됨으로써 계장화 압입시험법에서 얻어지는 역학물성 분석법과 초음파와 같은 비파괴 시험에서 얻어지는 재료평가 방법을 복합시킴으로써 융합측정기술의 발굴은 물론 관련 산업의 확장을 유도할 수 있는 시험장치를 제공하게 된다. In addition, by using functional indenters, it is possible to discover fusion technology and to expand the related industry by combining the mechanical property analysis method obtained by instrumentation indentation test method and the material evaluation method obtained by non-destructive test such as ultrasonic wave. .
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다. Other objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 제1목적은 압입 시험을 위해 구성되는 기능성 압입자에 있어서, 끝단이 대상 시험편에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자; 및 압입자의 일측에 구비되어 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 초음파가 대상 시험편에 반사되는 반사 초음파를 수신하는 초음파 센서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자로서 달성될 수 있다. A first object of the present invention is to provide a functional pressure particle for use in an indentation test, which comprises: pressure particles to be press-fitted in contact with a specimen at a specific load at an end thereof; And an ultrasonic sensor provided on one side of the indentor for applying ultrasonic waves to the indenter and receiving reflected ultrasonic waves reflected from the target specimen by the applied ultrasonic waves; As a functional pressure particle.
압입자는 하부 끝단이 혼(horn)과 같은 예리한 형태로 형성되며, 초음파 센서에서 인가되는 초음파는 압입자의 하부 끝단으로 집결되고, 대상시험편에서 반사된 반사 초음파가 압입자의 하부 끝단으로 집결되는 것을 특징으로 할 수 있다. The lower end of the indentor is formed in a sharp shape such as a horn, the ultrasonic wave applied from the ultrasonic sensor is collected at the lower end of the indentor, and the reflected ultrasonic wave reflected from the object specimen is collected at the lower end of the indentor can do.
초음파 센서는 압입자로 초음파를 인가시키는 초음파 인가부와 반사된 반사초음파를 수신하는 초음파 수신부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The ultrasonic sensor may include an ultrasonic wave applying unit for applying ultrasonic waves to the indenter and an ultrasonic wave receiving unit for receiving the reflected ultrasonic wave.
본 발명의 제2목적은 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치에 있어서, 끝단이 대상 시험편에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자와 압입자의 일측에 구비되어 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 초음파가 대상 시험편에 반사되는 반사 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서를 구비하는 기능성 압입자; 기능성 압입자를 고정시키기 위한 압입자 홀더부; 압입자 홀더부를 구동시키기 위한 구동부; 및 대상 시험편이 설치되는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치로서 달성될 수 있다. A second object of the present invention is to provide an indentation testing apparatus using a functional indentor, in which an end of the indentation is brought into contact with a target specimen under a specific load so as to press the indentation, and an ultrasonic wave is applied to the indentor, A functional pressure particle having an ultrasonic sensor for receiving a reflected ultrasonic signal reflected from a specimen; A pressure particle holder for fixing the functional indenter; A driving unit for driving the droplet holder unit; And a support base on which the target test piece is installed.
기능성 압입자의 압입에 의해 대상시험편에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a force measuring unit for measuring in real time the indentation load applied to the target test piece by press-fitting the functional indenter.
힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a driving control unit for controlling the driving unit based on the data measured by the force measuring unit.
초음파 센서는 압입자로 초음파를 인가시키는 초음파 인가부와 반사되는 반사초음파를 수신하는 초음파 수신부를 구비하고, 압입자는 하부 끝단이 혼과 같은 예리한 형태로 형성되어, 초음파 인가부에서 인가되는 초음파 신호는 압입자의 하부 끝단으로 집결되고, 대상시험편에서 반사된 반사 초음파 신호가 압입자의 하부 끝단으로 집결되는 것을 특징으로 할 수 있다. The ultrasonic sensor includes an ultrasonic wave applying unit for applying ultrasonic waves to the indenter and an ultrasonic wave receiving unit for receiving reflected ultrasonic waves. The indenter has a lower end formed in a sharp shape like a horn. The ultrasonic wave signal applied by the ultrasonic wave applying unit is press- And the reflected ultrasonic signal reflected from the target specimen is collected at the lower end of the indenter.
초음파를 발생시켜 초음파 인가부로 초음파를 주사하는 초음파 발생부; 및 초음파 발생부에서 발생된 초음파의 에너지 및 주파수를 조절하기 위한 초음파 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. An ultrasonic generator for generating ultrasonic waves and scanning the ultrasonic waves with the ultrasonic waves; And an ultrasonic controller for adjusting the energy and frequency of the ultrasonic waves generated in the ultrasonic wave generator.
본 발명의 제3목적은 기능성 압입자를 이용한 압입시험방법에 있어서, 지지대에 대상 시험편을 고정하고, 끝단이 대상 시험편에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자와 압입자의 일측에 구비되어 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 초음파가 대상 시험편에 반사되는 반사 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서를 구비하는 기능성 압입자를 압입자홀더부에 설치하는 단계; 구동부가 압입자홀더부를 이동시켜 압입자의 하부 끝단이 대상시험편에 압입되는 단계; 초음파 센서에서 압입자로 초음파 신호를 인가하고 인가된 초음파 신호가 대상 시험편에 반사되는 단계; 및 반사된 반사 초음파 신호를 초음파 센서에서 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험방법으로서 달성될 수 있다. A third object of the present invention is to provide an indentation test method using a functional indentor, in which an object test piece is fixed to a support, and a pressure particle which is brought into contact with a target specimen at a specific load at an end thereof is provided on one side of the indentor, Providing a function indentor having an ultrasonic sensor for receiving a reflected ultrasonic signal reflected from an object specimen and applying ultrasonic waves to the object specimen; The driving unit moves the pressure particle holder unit so that the lower end of the indentor is press-fitted into the target test piece; A step of applying an ultrasonic signal to the indentator in the ultrasonic sensor and reflecting the applied ultrasonic signal to the object specimen; And receiving the reflected ultrasound signal at the ultrasonic sensor. The method of the present invention can be achieved by a method of indentation testing using a functional indenter.
기능성 압입자의 압입에 의해 대상시험편에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 구동제어부가 구동부를 제어하여 대상시험편에 인가되는 압입하중을 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The driving control unit controls the driving unit based on the data measured by the force measuring unit for measuring the pressing load applied to the target test piece in real time by press-fitting the functional indenter, thereby changing the indentation load applied to the target test piece .
초음파발생부에서 발생된 초음파를 초음파 센서로 주사하는 단계와 초음파 제어부에서 초음파발생부에서 발생된 초음파의 에너지 및 주파수를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. The method may further include scanning the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generator with the ultrasonic wave sensor and adjusting the energy and frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generator in the ultrasonic wave controller.
본 발명의 제4목적은 끝단이 대상 시험편에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자와 압입자의 일측에 구비되어 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 초음파가 대상 시험편에 반사되는 반사 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서를 구비하는 기능성 압입자; 기능성 압입자를 고정시키기 위한 압입자 홀더부; 압입자 홀더부를 구동시키기 위한 구동부; 대상 시험편이 설치되는 지지대; 기능성 압입자의 침투에 의해 대상시험편에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부; 및 초음파센서에서 수신한 반사초음파 신호 및 힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 대상시험편의 비파괴데이터를 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석 시스템으로서 달성될 수 있다. A fourth object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic diagnostic apparatus, which are provided on one side of an indentor to which a tip is brought into contact with a target specimen under a specific load and a pressure ultrasonic wave is applied to the indentor, A functional pressure particle having an ultrasonic sensor; A pressure particle holder for fixing the functional indenter; A driving unit for driving the droplet holder unit; A support on which the target specimen is installed; A force measuring unit for measuring in real time an indentation load applied to a target test piece by infiltration of a functional indenter; And analyzing means for analyzing the non-destructive data of the target test specimen based on the reflected ultrasound signal received by the ultrasonic sensor and the data measured by the force measuring unit.
비파괴 데이터는 침투변위, 재료쌓임데이터, 결함신호, 파괴신호 및 응력변화데이터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. The non-destructive data may be at least one of penetration displacement, material accumulation data, defect signal, destruction signal, and stress change data.
힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 구동부를 제어하는 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. And a driving control unit for controlling the driving unit based on the data measured by the force measuring unit.
대상시험편은 침식성 가스 또는 열화환경에 노출된 재료인 것을 특징으로 할 수 있다. The target test piece may be a material exposed to an erosive gas or a deteriorated environment.
본 발명의 제5목적은 지지대에 대상 시험편을 고정하고, 끝단이 대상 시험편에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자와 압입자의 일측에 구비되어 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 초음파가 대상 시험편에 반사되는 반사 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서를 구비하는 기능성 압입자를 압입자홀더부에 설치하는 단계; 구동부가 압입자홀더부를 이동시켜 압입자의 하부 끝단이 대상시험편에 압입되는 단계; 초음파 센서에서 압입자로 초음파 신호를 인가하고 인가된 초음파 신호가 대상 시험편에 반사되는 단계; 반사된 반사 초음파 신호를 초음파 센서에서 수신하는 단계; 및 분석수단이 초음파 센서에서 수신한 반사초음파 신호를 기반으로 대상시험편에 대한 비파괴 데이터를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석방법으로서 달성될 수 있다. A fifth object of the present invention is to provide a method of testing a test piece by fixing an object specimen to a support, placing the pressure particle on the one end of the indentor by pressurizing the end portion of the specimen by a specific load and applying the ultrasonic wave to the specimen, Providing a functional indentor having an ultrasonic sensor for receiving a reflected ultrasonic signal in a pressure particle holder; The driving unit moves the pressure particle holder unit so that the lower end of the indentor is press-fitted into the target test piece; A step of applying an ultrasonic signal to the indentator in the ultrasonic sensor and reflecting the applied ultrasonic signal to the object specimen; Receiving a reflected ultrasound signal at an ultrasonic sensor; And obtaining the non-destructive data for the object test specimen based on the reflected ultrasonic signal received by the analyzing means from the ultrasonic sensor.
기능성 압입자의 침투에 의해 대상시험편에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 구동제어부가 구동부를 제어하여 대상시험편에 인가되는 압입하중을 변화시키는 단계를 더 포함하고, 분석수단은 힘측정부에서 측정된 데이터와 반사초음파 신호를 분석하여 대상시험편에 대한 비파괴 데이터를 얻는 것을 특징으로 할 수 있다. The driving control unit controls the driving unit based on the data measured by the force measuring unit for real time measurement of the indentation load applied to the target test piece by infiltration of the functional indenter, thereby changing the indentation load applied to the target test piece And the analyzing means analyzes the data measured by the force measuring unit and the reflected ultrasonic signal to obtain the non-destructive data of the target specimen.
본 발명의 일실시예에 따르면 초음파 센서가 직결된 압입자를 제공함으로써 압입변형, 파괴 중에 나타나는 실시간 변형, 결함 및 파괴신호를 포괄적으로 채득할 수 있기 때문에 신뢰도가 높은 측정데이터의 생산이 가능한 효과를 갖는다. According to the embodiment of the present invention, since the ultrasonic sensor is directly connected to the indentor, it is possible to comprehensively compile indentation deformation, real-time deformation, defects and destruction signals appearing during destruction, so that it is possible to produce highly reliable measurement data .
또한, 기존의 음향방출센서가 부착된 압입자는 재료 내부의 국부적인 응력변화나 변형이 발생될 경우에만 방출되는 음파를 분석할 수 있기 때문에, 수동적이고 제한적인 센서구조에 해당하나 초음파 센서를 부착한 압입자의 경우 초음파 센서를 구동하여 발생된 신호를 재료 내부로 투사하여 반사되는 신호를 분석하기 때문에 국부적인 응력변화나 변형뿐만 아니라 내부에서 발생한 결함도 검출이 가능하여 보다 능동적인 센서구조를 제공할 수 있는 장점이 있다. In addition, the indenter with a conventional acoustic emission sensor can analyze the sound waves emitted only when a local stress change or deformation occurs in the material, so that it is a passive and limited sensor structure, but an ultrasonic sensor is attached In the case of the indenter, the signal generated by driving the ultrasonic sensor is projected into the material, and the reflected signal is analyzed. Therefore, it is possible to detect not only a local stress change and deformation but also an internal defect to provide a more active sensor structure There is an advantage.
그리고, 외부부하를 인가하여 역학적인 국소변형이 유발될 정도의 견고한 접촉(밀착)이 형성된 환경에서보다 신뢰도 높은 비파괴데이터의 생산이 가능하고, 비파괴에서 발생하는 센서 밀착과 같은 인적 오류 신호를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다. In addition, it is possible to produce more reliable non-destructive data in an environment in which strong contact (adhesion) is induced to cause mechanical local deformation by applying an external load, and minimize human error signals such as non-destructive sensor adhesion .
또한, 기능성 압입자를 이용하게 됨으로써 계장화 압입시험법에서 얻어지는 역학물설 분석법과 초음파와 같은 비파괴 측정에서 얻어지는 손상진단 방법을 복합시킴으로써 융합측정기술의 발굴은 물론 관련 산업의 확장을 유도할 수 있는 장점이 있다.In addition, by using functional indenters, it is possible to discover the fusion measurement technique and to expand the related industry by combining the dynamics analysis method obtained by instrumentation indentation test method and the damage diagnosis method obtained from non-destructive measurement such as ultrasonic wave have.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that various other modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, All fall within the scope of the appended claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치의 정면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 압입시험장치의 부분 단면도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 분석시스템에서 초음파 신호의 흐름을 나타낸 블록도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 분석시스템의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 분석 방법의 흐름도를 도시한 것이다. 1 is a front view of an indentation testing apparatus using a functional indentor according to an embodiment of the present invention;
2 is a partial cross-sectional view of an indentation testing apparatus using a functional indentor according to an embodiment of the present invention
3 is a block diagram illustrating the flow of ultrasonic signals in an analysis system using a functional indenter according to an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a signal flow of an analysis system using a functional indenter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating an analysis method using a functional indenter according to an embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
The same reference numerals are used for portions having similar functions and functions throughout the drawings. Throughout the specification, when a part is connected to another part, it includes not only a case where it is directly connected but also a case where the other part is indirectly connected with another part in between. In addition, the inclusion of an element does not exclude other elements, but may include other elements, unless specifically stated otherwise.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 압입자와 그 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치의 정면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 압입시험장치의 부분 단면도를 도시한 것이다. Hereinafter, the configuration and function of the functional pressure particle and the indentation testing apparatus using the functional indenter according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a front view of an indentation testing apparatus using a functional indentor according to an embodiment of the present invention. 2 is a partial sectional view of an indentation testing apparatus using a functional indentor according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 압입자는 통상의 경질 압입자(10)의 상부 일측에 초음파 센서(20)가 구비되어 반영구적이고, 견고하고 정밀하게 압입자(10)의 침투에 따른 대상 시험편(1)의 변형이나 파괴신호를 신뢰성 있게 측정하게 됨을 알 수 있다. 2, the functional indenter according to an embodiment of the present invention is provided with an
이러한 압입자(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 끝단은 음향 혼 형태로 구성되어 있음을 알 수 있다. 따라서 이러한 형태로 구성됨에 따라 후에 설명되는 바와 같이, 초음파 센서(20)에서 발생된 초음파 에너지가 종단 부분에 집중되어 대상 시험편(1)에 효율적으로 전달될 수 있으며, 반대로 대상 시험편(1) 내부에서 반사되는 반사 초음파 신호를 마찬가지로 효율적으로 집속할 수 있기 때문에 매우 우수한 초음파 신호의 수신 특성을 얻을 수 있게 된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the lower end of the
압입자(10)의 일측에 구비되는 초음파 센서(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 압입자(10)로 초음파를 인가하게 되고, 인가된 초음파 신호가 대상 시험편(1)에 반사되는 반사 초음파 신호를 수신하게 된다. 또한, 초음파 센서(20)는 압입자(10)로 초음파 신호를 인가시키는 초음파 인가부(21)와 대상 시험편(1)에 반사된 반사 초음파를 수신하는 초음파 수신부(22)를 포함하고 있음을 알 수 있다. As shown in FIG. 2, the
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치는 초음파를 발생시켜 초음파 인가부(21)로 초음파를 주사하는 초음파 발생부(91)와 초음파에서 발생된 초음파의 에너지 및 주파수를 조절하기 위한 초음파 제어부(90)를 포함할 수 있다. In addition, an indentation testing apparatus using a functional indentor according to an embodiment of the present invention includes an
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치는 통상의 압입시험장치와 같이, 대상시험편(1)을 지지하는 지지대(2), 기능성 압입자를 고정시키기 위한 압입자 홀더부(30), 압입자 홀더부(30)를 구동시키기 위한 구동부(50)를 포함하고 있다. The indentation testing apparatus using the functional indentor according to the embodiment of the present invention is provided with a
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 분석시스템에서 초음파 신호의 흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 초음파 신호의 흐름은 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 초음파 제어부(90)는 초음파 발생부(91)를 제어하여 설정된 에너지 및 주파수를 갖는 초음파가 초음파 발생부(91)에서 발생되게 된다. 그리고, 발생된 초음파는 초음파 센서(20)의 초음파 인가부(21)로 인가되게되며, 초음파 인가부(21)로 인가된 초음파는 압입자(10)로 주사되게 된다. 3 is a block diagram illustrating the flow of ultrasound signals in an analysis system using a functional indenter according to an embodiment of the present invention. 3, the
압입자(10)에 주사된 초음파는 압입자(10)에 의해 특정 압입하중으로 침투된 대상 시험편(1)에 투사 및 반사되게 된다. 이러한 반사된 반사 초음파 신호는 다시 초음파 센서(20)의 초음파 수신부(22)에서 수신하게 되고, 수신된 반사 초음파 신호를 분석수단(80)에서 분석하여 대상시험편(1)의 비파괴 데이터를 획득하게 된다. The ultrasonic waves injected into the
또한, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 분석시스템의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 기능성 압집자를 이용한 압입시험장치 및 분석시스템은 기능성압입자의 침투에 의해 대상시험편(1)에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부(60)를 포함하고 있다. 4 is a block diagram illustrating a signal flow of an analysis system using a functional indenter according to an embodiment of the present invention. First, an indentation testing apparatus and analysis system using a functional compactor according to an embodiment of the present invention includes a
그리고, 구동제어부(70)는 힘측정부(60)에서 측정된 압입하중 데이터를 기반으로 대상시험편(1)에 인가되는 압입하중을 변경할지를 결정하고, 압입하중을 변경하고자 하는 경우, 변경된 압입하중이 인가되도록 구동부(50)를 제어하게 된다. The
분석수단(80)은 현재 대상시험편(1)에 인가되고 있는 압입하중 데이터와 초음파 센서(20)의 초음파 수신부(22)에서 수신한 반사초음파 신호를 분석하여 대상 시험편(1)에 대한 비파괴 데이터를 획득하게 된다. The analyzing means 80 analyzes the indentation load data currently applied to the
이러한 비파괴 데이터는 침투 변위에 대한 데이터, 재료쌓임(material pile-up)현상 데이터, 결함신호, 파괴신호 및 응력변화데이터 중 적어도 어느 하나에 해당한다. Such non-destructive data corresponds to at least one of data on penetration displacement, material pile-up phenomenon data, defect signal, destruction signal, and stress change data.
즉, 초음파 센서(20)가 구비된 기능성 압입자는 반사 초음파 신호와 대상 시험편(1)의 두께 정보를 분석함으로써 실시간적인 압입자(10)의 침투 변위를 측정할 수 있고, 횡파정보의 추가적인 측정과 분석을 통해 계장화 압입시험법에서 측정의 난제로 도출된 재료쌓임 현상의 정량적인 분석이 가능하게 된다. That is, the functional indentor provided with the
또한, 침투변형 중의 추가적인 결함발생에 대한 즉각적인 응답특성을 확보함은 물론 소성변형장의 확장거동을 실시간으로 파악할 수 있게 되며, 특히 수소와 같은 침식성 가스나 열화환경에 노출된 소재의 비파괴적인 손상진단에 활용할 경우에는 일정 압입하중(일정 접촉압력)으로 기능성 압입자를 대상시험편(1) 표면에 밀착시킴으로 인해 접촉에서 오는 신호잡음의 제거가 가능하게 된다.
In addition, it is possible to obtain immediate response characteristics to the occurrence of additional defects during penetration deformation, as well as to grasp the expansion behavior of plastic deformation field in real time. Especially, it is possible to diagnose non-destructive damage of materials exposed to corrosive gas or deteriorated environment such as hydrogen It is possible to remove the signal noise coming from the contact by bringing the functional indentor into close contact with the surface of the
이하에서는 앞서 언급한 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치, 분석시스템 을 이용한 대상시험편(1)의 분석방법에 대해 설명하도록 한다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 기능성압입자를 이용한 분석 방법의 흐름도를 도시한 것이다. Hereinafter, the above-described indentation testing apparatus using the functional indentor, and the analysis method of the object test piece (1) using the analysis system will be described. FIG. 5 is a flowchart illustrating an analysis method using a functional indenter according to an embodiment of the present invention.
먼저, 지지대(2)에 대상 시험편(1)을 고정하고, 압입자홀더부(30)에 대상 시험편(1)에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자(10)와 이러한 압입자(10)의 일측에 구비되어 압입자(10)로 초음파를 인가하고, 인가된 초음파가 대상 시험편(1)에 반사되는 반사 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서(20)를 구비하는 기능성 압입자를 설치하게 된다(S1). First, the
그리고, 구동부(50)가 압입자홀더부(30)를 이동시켜 압입자(10)의 하부 끝단이 대상시험편(1)에 압입되게 된다(S2). 다음으로, 초음파 센서(20)에서 압입자(10)로 초음파 신호를 인가하게 되고(S3), 인가된 초음파 신호가 압입된 대상 시험편(1)에 투과, 반사되게 된다(S4).Then, the
그리고, 반사된 반사 초음파 신호를 초음파 센서(20)에서 수신하게 되고(S5), 다음으로 분석수단(80)이 초음파 센서(20)에서 수신한 반사초음파 신호를 기반으로 상기 대상시험편(1)에 대한 비파괴 데이터를 얻게 된다(S6)Then, the reflected ultrasound signal is received by the ultrasonic sensor 20 (S5). Next, the analyzing means 80 receives the reflected ultrasonic signal from the
이러한 과정에서 기능성 압입자의 압입에 의해 대상시험편(1)에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부(60)에서 측정된 데이터를 기반으로 구동제어부(70)가 구동부(50)를 제어하여 대상시험편(1)에 인가되는 압입하중을 변화시킬 수 있다. 또한, 분석수단(80)은 힘측정부(60)에서 측정된 데이터와 반사초음파 신호를 분석하여 상기 대상시험편(1)에 대한 비파괴 데이터를 얻게 된다. 또한, 초음파발생부(91)에서 발생된 초음파를 초음파 센서(20)로 주사하는 단계와 초음파 제어부(90)에서 상기 초음파발생부(91)에서 발생된 초음파를 조절하는 단계를 더 포함하여 수행될 수 있다. In this process, the driving
1:대상시험편
2:지지대
10:압입자
20:초음파 센서
21:초음파 인가부
22:초음파 수신부
30:압입자 홀더부
50:구동부
60:힘측정부
70:구동제어부
80:분석수단
90:초음파제어부
91:초음파발생부1: Target specimen
2: Support
10:
20: Ultrasonic sensor
21: ultrasonic wave applying unit
22: Ultrasonic receiver
30: pressure particle holder portion
50:
60: force measuring unit
70:
80: Analysis means
90: Ultrasonic wave controller
91: Ultrasonic wave generator
Claims (16)
끝단이 대상 시험편에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자; 및
상기 압입자의 일측에 구비되어 상기 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 상기 초음파가 상기 대상 시험편에 반사되는 반사 초음파를 수신하는 초음파 센서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자.
In the functional indenter configured for the indentation test,
An indenter in which the tip is pressed into contact with the target specimen under a specific load; And
An ultrasonic sensor provided on one side of the indenter to apply ultrasonic waves to the indenter, and receive reflected ultrasonic waves in which the applied ultrasonic waves are reflected on the target test piece; Functional indenter comprising a.
상기 압입자는 하부 끝단이 혼과 같은 예리한 형태로 형성되며,
상기 초음파 센서에서 인가되는 초음파는 상기 압입자의 하부 끝단으로 집결되고, 상기 대상시험편에서 반사된 반사 초음파가 상기 압입자의 하부 끝단으로 집결되는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자.
The method of claim 1,
The indenter is formed in a sharp shape such that the lower end is a horn,
The ultrasonic wave applied from the ultrasonic sensor is collected at the lower end of the indenter, and the reflected ultrasonic wave reflected from the target test piece is collected at the lower end of the indenter.
상기 초음파 센서는 상기 압입자로 상기 초음파를 인가시키는 초음파 인가부와 상기 반사 초음파를 수신하는 초음파 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자.
The method of claim 1,
The ultrasonic sensor includes an ultrasonic applying unit for applying the ultrasonic wave to the indenter and an ultrasonic receiving unit for receiving the reflected ultrasonic wave.
끝단이 대상 시험편에 연속적으로 하중을 증가시킨 후 최대하중 이후에 하중을 연속적으로 감소시킴에 따라 시험편 표면을 연속적으로 침투하였다가 최대 침투깊이 이후에 탄성완화로 시험편에서 탈착이 일어나는 상기 압입자의 일측에 구비되어 상기 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 상기 초음파가 상기 대상 시험편에 반사된 반사 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서를 구비하는 기능성 압입자;
상기 기능성 압입자를 고정시키기 위한 압입자 홀더부;
상기 압입자 홀더부를 구동시키기 위한 구동부; 및
상기 대상 시험편이 설치되는 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치.
In the indentation test apparatus using the functional indenter,
As the end continuously increases the load on the target specimen and continuously decreases the load after the maximum load, it continuously penetrates the surface of the specimen, and after the maximum penetration depth, on one side of the indenter where desorption occurs in the specimen with elastic relaxation. A functional indenter having an ultrasonic sensor configured to apply an ultrasonic wave to the indenter and receive the reflected ultrasonic signal reflected by the applied ultrasonic wave to the target test piece;
A pressure particle holder for fixing the functional indenter;
A driving unit for driving the droplet holder unit; And
Indentation test apparatus using a functional indenter, characterized in that it comprises a support on which the target specimen is installed.
상기 기능성 압입자의 압입에 의해 상기 대상시험편에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치.
5. The method of claim 4,
Indentation test apparatus using a functional indenter further comprises a force measuring unit for measuring in real time the indentation load applied to the target test piece by the indentation of the functional indenter.
상기 힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치.
6. The method of claim 5,
Indentation test apparatus using a functional indenter, characterized in that further comprising a drive control unit for controlling the drive based on the data measured by the force measuring unit.
상기 초음파 센서는 상기 압입자로 상기 초음파를 인가시키는 초음파 인가부와 상기 반사 초음파를 수신하는 초음파 수신부를 구비하고,
상기 압입자는 하부 끝단이 혼과 같은 예리한 형태로 형성되어, 상기 초음파 인가부에서 인가되는 초음파 신호는 상기 압입자의 하부 끝단으로 집결되고, 상기 대상시험편에서 반사된 반사 초음파 신호가 상기 압입자의 하부 끝단으로 집결되는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치.
5. The method of claim 4,
The ultrasonic sensor includes an ultrasonic wave applying unit for applying the ultrasonic wave to the indenter and an ultrasonic receiver for receiving the reflected ultrasonic wave,
The indenter has a lower end formed in a sharp shape such as a horn, and the ultrasonic signal applied from the ultrasonic application unit is collected at the lower end of the indenter, and the reflected ultrasonic signal reflected from the target test piece is directed to the lower end of the indenter. Indentation test apparatus using the functional indenter, characterized in that the aggregate.
초음파를 발생시켜 상기 초음파 인가부로 상기 초음파를 주사하는 초음파 발생부; 및
상기 초음파 발생부에서 발생된 초음파의 에너지 및 주파수를 조절하기 위한 초음파 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험장치.
8. The method of claim 7,
An ultrasonic generator for generating ultrasonic waves and scanning the ultrasonic waves with the ultrasonic applying unit; And
Indentation test apparatus using a functional indenter, characterized in that further comprising an ultrasonic control unit for adjusting the energy and frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic generator.
지지대에 대상 시험편을 고정하고, 끝단이 대상 시험편에 특정하중으로 접촉되어 압입되는 압입자와 상기 압입자의 일측에 구비되어 상기 압입자로 초음파를 인가하고, 인가된 상기 초음파가 상기 대상 시험편에 반사되는 반사 초음파 신호를 수신하는 초음파 센서를 구비하는 기능성 압입자를 압입자홀더부에 설치하는 단계;
구동부가 상기 압입자홀더부를 이동시켜 상기 압입자의 하부 끝단이 상기 대상시험편에 압입되는 단계;
초음파 센서에서 상기 압입자로 초음파 신호를 인가하고 인가된 초음파 신호가 상기 대상 시험편에 반사되는 단계; 및
반사된 반사 초음파 신호를 상기 초음파 센서에서 수신하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험방법.
In the indentation test method using the functional indenter,
The target specimen is fixed to a support, and the tip is provided on one side of the indenter and the indenter in contact with the indentation with a specific load, and ultrasonic waves are applied to the indenter, and the applied ultrasonic waves are reflected on the target specimen. Installing a functional indenter having an ultrasonic sensor for receiving an ultrasonic signal on the indenter holder;
The driving unit moves the pressure particle holder unit and presses the lower end of the indentor into the object test piece;
Applying an ultrasonic signal to the indentor in the ultrasonic sensor and reflecting the applied ultrasonic signal on the object specimen; And
Receiving the reflected reflected ultrasonic signal from the ultrasonic sensor; Indentation test method using a functional indenter comprising a.
초음파발생부에서 발생된 초음파를 상기 초음파 센서로 주사하는 단계와 초음파 제어부에서 상기 초음파발생부에서 발생된 초음파의 에너지 및 주파수를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 압입시험방법.
The method of claim 9,
Injecting the ultrasonic wave generated by the ultrasonic generator into the ultrasonic sensor and adjusting the energy and frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic generator in the ultrasonic control unit. .
상기 기능성 압입자를 고정시키기 위한 압입자 홀더부;
상기 압입자 홀더부를 구동시키기 위한 구동부;
상기 대상 시험편이 설치되는 지지대;
상기 기능성 압입자의 침투에 의해 상기 대상시험편에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부; 및
상기 초음파센서에서 수신한 상기 반사초음파 신호 및 상기 힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 상기 대상시험편의 비파괴데이터를 분석하는 분석수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석 시스템.
An ultrasonic sensor that is provided at one end of the indenter and the indenter in contact with the indented end by contacting the target specimen with a specific load, and applies ultrasonic waves to the indenter, and receives the reflected ultrasonic signal in which the applied ultrasonic waves are reflected on the target specimen Functional indenter provided;
A pressure particle holder for fixing the functional indenter;
A driving unit for driving the droplet holder unit;
A support table on which the target test piece is installed;
A force measuring unit for measuring in real time an indentation load applied to the target test piece by infiltration of the functional indenter; And
And analysis means for analyzing the non-destructive data of the target test piece based on the reflected ultrasonic signal received from the ultrasonic sensor and the data measured by the force measuring unit.
상기 비파괴 데이터는 침투변위, 재료쌓임데이터, 결함신호, 파괴신호 및 응력변화데이터 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the non-destructive data is at least one of penetration displacement, material accumulation data, defect signal, breakdown signal, and stress change data.
상기 힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 상기 구동부를 제어하는 구동 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석 시스템.
12. The method of claim 11,
And a driving control unit for controlling the driving unit based on the data measured by the force measuring unit.
상기 대상시험편은 침식성 가스 또는 열화환경에 노출된 재료인 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석 시스템.
12. The method of claim 11,
Wherein the object test piece is a material exposed to an erosive gas or a deteriorated environment.
구동부가 상기 압입자홀더부를 이동시켜 상기 압입자의 하부 끝단이 상기 대상시험편에 압입되는 단계;
초음파 센서에서 상기 압입자로 초음파 신호를 인가하고 인가된 초음파 신호가 상기 대상 시험편에 반사되는 단계;
반사된 반사 초음파 신호를 상기 초음파 센서에서 수신하는 단계; 및
분석수단이 상기 초음파 센서에서 수신한 반사초음파 신호를 기반으로 상기 대상시험편에 대한 비파괴 데이터를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석방법.
The target specimen is fixed to a support, and the tip is provided on one side of the indenter and the indenter in contact with the indentation with a specific load, and ultrasonic waves are applied to the indenter, and the applied ultrasonic waves are reflected on the target specimen. Installing a functional indenter having an ultrasonic sensor for receiving an ultrasonic signal on the indenter holder;
The driving unit moves the pressure particle holder unit and presses the lower end of the indentor into the object test piece;
Applying an ultrasonic signal to the indentor in the ultrasonic sensor and reflecting the applied ultrasonic signal on the object specimen;
Receiving reflected ultrasound signals at the ultrasonic sensor; And
And analyzing means for obtaining nondestructive data for the target test piece based on the reflected ultrasonic signal received by the ultrasonic sensor.
상기 기능성 압입자의 침투에 의해 상기 대상시험편에 인가되는 압입하중을 실시간으로 측정하기 위한 힘측정부에서 측정된 데이터를 기반으로 구동제어부가 상기 구동부를 제어하여 상기 대상시험편에 인가되는 압입하중을 변화시키는 단계를 더 포함하고,
상기 분석수단은 상기 힘측정부에서 측정된 데이터와 상기 반사초음파 신호를 분석하여 상기 대상시험편에 대한 비파괴 데이터를 얻는 것을 특징으로 하는 기능성 압입자를 이용한 분석방법. 16. The method of claim 15,
The driving control unit controls the driving unit to change the indentation load applied to the target test piece based on the data measured by the force measuring unit for measuring the indentation load applied to the test piece in real time due to penetration of the functional indenter. More steps,
And the analyzing means analyzes the data measured by the force measuring unit and the reflected ultrasonic signal to obtain non-destructive data for the target test piece.
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