소개
'유변학'이라는 단어는 그리스어 어간 '레오스'(흐르다)와 '-로지'(과학)로 구성되어 있습니다. 특정 조건(온도, 전단 속도 등)에서 재료의 흐름과 변형 거동을 연구하는 것을 말합니다. 대부분의 재료에서 이러한 특성은 공정 속도에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어, 일반적으로 폴리머는 전단 점성, 즉 전단 점성 또는 흐름에 대한 저항이 전단 속도가 증가함에 따라 감소합니다. 이와는 대조적으로 일부 재료는 전단 두꺼워지는 거동을 보입니다. 예를 들어 주방에서 사용하는 전분 물 현탁액( classic )이 있습니다. 느리게 움직이면 섞일 수 있고, 빠르게 움직이면 전단 점도가 크게 증가하여 분산액이 딱딱해집니다.
전단 속도가 유변학적 특성에 크게 의존하기 때문에 결정적인 특성 분석을 위해서는 공정 지향 조건에서 특성 분석을 수행해야 합니다. 두 가지 측정 방법을 사용할 수 있습니다. Rosand 모세관 레오미터는 사출 성형과 같은 빠른 공정의 조건을 포착하는 반면, Kinexus 회전 레오미터는 병에서 케첩의 흐름 및 플레이트의 구조적 구성과 같이 전단 속도가 느린 응용 분야에 적합합니다.
또한 이러한 측정을 위해 키넥서스 회전 레오미터에는 수직 방향으로 힘을 측정할 수 있는 높은 힘 분해능을 갖춘 민감한 일반 힘 센서가 장착되어 있습니다. 이는 높은 변위 분해능 및 높은 데이터 속도와 결합되어 고전적인 유변학 조사 외에도 감각 지각을 정량화할 수 있습니다. 예를 들어, 키넥서스는 초콜릿이 입안에서 녹을 때 혀가 입천장에 닿는 움직임을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다(자세한 내용은 여기를 참조하세요).
다음에서는 플라스틱 호일 키보드의 햅틱 동작을 정량화하기 위해 키넥서스의 정상적인 힘 조절을 사용합니다.
작업 및 목표
신제품 개발 프로젝트에 새로운 플라스틱 호일 키보드를 사용하려고 합니다. 푸시 버튼 스위치는 기존 제품의 직렬 플라스틱 호일 키보드의 스위치와 동일한 촉각 피드백을 제공해야 합니다. 이를 위해 직렬 플라스틱 호일 키보드의 트리핑력을 키넥서스 회전 레오미터를 사용하여 측정하고 이를 새 플라스틱 호일 키보드의 측정값으로 지정했습니다.
샘플 및 측정 방법
측정은 그림 1에 표시된 플라스틱 호일 키보드의 네 개의 스위치에서 수행되었습니다. 스위치는 기호에 따라 표 1에 명명되어 있습니다.
표 1: 4개의 스위치 지정
| 지정 | 기호 |
|---|---|
| 스위치 1 | 화살표 |
| 스위치 2 | Sun |
| 스위치 3 | 선 |
| 스위치 4 | 대기 |
플라스틱 호일 키보드는 조사 중 기울어지지 않도록 테스트를 위해 두 부분으로 잘랐습니다. 또한 플렉스 리드를 제거했습니다. 준비된 플라스틱 호일 키보드를 키넥서스 회전 레오미터의 하단 측정 플레이트 위에 놓았습니다(그림 2 참조).
기계 제작을 위한 현장 프로토타이핑 부서에서는 알루미늄으로 만든 8mm 일회용 플레이트 형상을 5.4mm 돌려서 제작했습니다(그림 3 참조). 이는 스위치만 측정할 수 있도록 하기 위한 것이었습니다.
상단 측정 지오메트리는 키보드까지 구동되었습니다. 그 후, 측정 지오메트리가 푸시 버튼 스위치 위에 위치하도록 키보드의 방향을 조정했습니다(그림 4 참조).
스위치당 세 번의 측정을 수행했습니다. 이를 위해 예비 힘(압축)을 적용했습니다. 이 시점에서 변위 값은 0으로 설정됩니다. 그 후, 측정 및 평가 소프트웨어인 rSpace 에서 테스트가 종료되는 최대 힘 값이 정의됩니다. 예비 힘에 도달한 후, 측정 시스템은 최대 힘에 도달할 때까지 플라스틱 호일 키보드를 향해 0.01mm/s의 속도로 구동합니다.
그림 5에는 결과 하중-변위 다이어그램이 예시로 나와 있습니다. 트리핑 힘은 국부적 최대값으로 표시됩니다. 트리핑 힘을 초과한 후에는 버튼을 누르는 데 필요한 힘이 줄어들고, 그 이후에는 힘 차단 값에 도달할 때까지 선형적으로 힘이 증가합니다.
측정 결과
그림 6은 푸시 버튼 스위치 세 개에 대한 하중-변위 다이어그램을 보여줍니다. Y축에는 힘이 표시되어 있고 X축에는 변위가 표시됩니다. 각 플롯에 대해 다른 색상으로 표시된 세 개의 곡선은 스위치당 세 가지 테스트를 나타냅니다.
그림 7은 실험실 테스트의 측정 결과를 보여줍니다. Y축에는 트리핑 힘이 표시됩니다. X축에는 각 푸시 버튼 스위치가 표시됩니다. 그림 6에는 로컬 맥시마의 평가가 나와 있습니다.
large 테스트 속도에 따른 편차가 없는지 확인하기 위해 테스트 속도를 높인 추가 테스트를 수행했습니다(그림 8 참조). 그러나 여기에서는 트리핑 힘에 차이가 없었습니다. 힘 진행의 차이는 재현성 범위 내에 있습니다(그림 6 참조).
또한 대체 키보드도 테스트했습니다. 그림 9의 대체 예시와 같이 힘의 진행과 트리핑 힘에서 편차를 확인할 수 있습니다.
요약
민감한 정상 힘 조절과 높은 데이터 속도 덕분에 키넥서스 회전 레오미터는 플라스틱 호일 키보드의 푸시 버튼 스위치 네 개의 촉각 동작을 측정하는 데 사용되었습니다. 그 결과 트리핑 힘을 재현 가능하게 측정할 수 있음을 보여주었습니다. 이를 통해 촉각 피드백의 표준을 결정하고 다른 대안과 비교할 수 있습니다.
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75년 이상 측정 기술 분야에서 정밀성과 혁신의 대명사로 자리 잡은 WIKA. 선도적인 글로벌 파트너인 WIKA는 압력, 온도, 힘, 레벨, 유량 측정은 물론 보정 및 SF6 가스 관리를 위한 솔루션을 제공합니다.
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키넥서스 회전 레오미터 이외에도 WIKA는 DMA 303 Eplexor®® 및 TMA 402 F3 Hyperion®®. 두 가지 방법 모두 폴리머 및 재료의 작동 온도를 결정하고 시뮬레이션을 위한 기술 데이터 시트를 보완하는 데 사용됩니다.