KR100521078B1 - 롤 전용 초음파 검사 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고속으로 회전하는 롤의 하부에서 매질이 안정적인 상태를 유지하고 그 표면에 롤이 닿게 하여 물과 같은 매질에 담겨진 상태에서 검사가 이루어진 것과 같은 효과를 얻을 수 있도록 하여 초음파로 3차원적 검사가 이루어지게 함으로써, 크기에 상관없이 모든 롤의 전체 표면 및 내부 검사를 효율적으로 검사하여 정확한 롤 상태 데이타로 얻을 수 있게 한 롤 전용 초음파 검사 방법 및 그 장치를 제공한다. 이를 위한 본 발명의 검사 방법은 기포 제거 및 기포 발생을 억제한 상태로 매질을 검사 수조에 제공하는 과정과, 트랜스듀서가 롤의 수직 반지름축상에 위치하도록 상기 검사수조를 상하 및 좌우 방향으로 조절해 주는 과정과, 상기 트랜스듀서의 상단이 매질과 접하는 롤러면과 근접하도록 간격을 조절해 주는 과정과, 고속으로 회전하는 롤의 면접촉 부위에서 시스켄(C-scan)으로 3차원적인 데이타를 얻는 과정으로 이루어진다. 또한, 본 발명의 검사 장치는 내부에 채워진 매질이 회전하는 롤과 면접촉을 하도록 이 롤의 하부에 설치되는 검사 수조와, 이렇게 롤과 면접촉된 상태에서 검사 수조를 롤의 길이방향으로 이송시켜 주는 수조 이송 장치와, 상기 검사 수조의 내부에서 상하 높이 조절이 가능하도록 설치된 트랜스듀서 및 그 이송 장치와, 상기 검사 수조에 매질을 공급해 주는 매질 공급 장치로 구성된다.

Description

롤 전용 초음파 검사 방법 및 그 장치{Roll Ultrasonic Test Method and its Apparatus}

본 발명은 롤 전용 초음파 검사 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 검사 수조를 통해 롤이 안정적인 상태를 유지하는 매질속에서 초음파 검사가 이루어지게 함으로써, 롤의 전체 표면 뿐만 아니라 그 내부까지도 신속하고 정확하게 검사를 실시할 수 있을 뿐만 아니라 검사 결과를 가지고서 롤의 상태를 정확하게 판단할 수 있는 롤 전용 초음파 검사방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 제지, 철강, 화학이나 섬유와 같이 길이가 길고 두께가 얇은 제품들을 제조하는 데에는 다통식(多筒式) 롤(roll)이 많이 사용된다.

예를 들어, 제지의 경우 펄프 섬유를 물에 풀어 적절한 크기로 절단하여 사이즈제 등을 혼입하는 정선 과정과, 부원료를 혼입시킨 펄프 섬유를 철망부와 압착부 그리고 건조부로 이루어진 장망 다통식 초지기를 통해 이루어지는 초지 과정과, 요구하는 크기로 절단하거나 두루마리 형태로 감아 완정하는 완정 공정을 거치게 된다. 이때, 초지 과정에서는 2∼3쌍이 연속으로 된 롤 사이를 통과하면서 압축·탈수·건조 등의 과정을 거치게 된다.

이와 같이 여러 산업에서 사용되는 롤은 보통 고속으로 회전하고 또한 건조용으로 사용되는 롤은 열을 받기 때문에 설비 고장, 예를 들면 롤의 균열, 조직(피막)파괴, 박리, 부식 등의 결함이 발생하게 되어 설비를 운전할 수 없게 되는 경우가 발생하게 되고, 특히 이러한 결함은 설비 전체에서 발생되는 결함 중 90% 이상을 차지할 정도로 자주 발생하고 있다. 또한, 롤은 보통 스틸로 제작하고 있는데 이러한 롤은 제조 공정중 내부 균열이나 공기 방울의 함입 등으로도 롤의 결함이 발생하고 있으며, 롤의 표면에 피복층을 부착하여 사용하는 경우에도 이러한 결함이 발생하고 있다.

이 때문에 상기 롤에 대한 안정 검사와 사전 검사를 통해 롤의 고장으로 인하여 발생되는 여러가지 설비 사고를 사전에 방지할 필요성이 제기되고 있다.

이에 여러가지 롤 검사 방법 및 장치가 개발되고 있다. 그 중에서 가장 많이 사용하는 방법으로 에이스켄(A-scan) 초음파 검사 방법이 있다. 하지만 상기 A-scan 초음파 검사 방법은 시간축 상에서 거리에 대한 결함의 크기를 검출하는 1차원적인 정보를 얻을 수 있기 때문에 보통 길이와 직경이 각각 약 수십m씩 그리고 수m씩 하는 롤의 전체 표면을 전부 검사하는 데에는 시간이 많이 걸릴 뿐만 아니라 롤의 상태를 1차적으로 검사하기 때문에 내부 결함 등을 정확하게 찾아 내지 못하게 되는 단점이 있었다.

또 다른 측정 방법으로 이머션(immersion) 타입의 검사 방법이 적용되고 있다. 상기 방법은 검사할 롤을 물과 같은 매질에 직접 집어 넣은 다음 초음파를 통해 롤 상태를 검사하는 방법이나 이 또한 다음과 같은 문제가 발생하게 되었다. 우선, 롤이 길이(수십m)가 길고 직경(수m)이 크기 때문에 이러한 롤을 집어 넣을 수 있는 수조를 필요로 하게 되고, 또한 롤의 무게가 수톤에 달하기 때문에 작업성이 현저하게 떨어지는 문제가 발생하게 되었다. 무엇보다도 이머션 타입의 검사방법에서는 매질을 안정적인 상태로 유지시켜주지 못하게 되면 초음파가 산란을 일으키게 되어 롤의 정확한 검사가 이루어지지 않게 되는 문제가 발생하게 되고, 또한 매질을 안정적인 상태로 유지하는데 많은 시간이 소요되기 때문에 결과적으로 검사 시간이 길어지게 되는 문제가 발생하게 되어 이에 대한 개선이 필요하게 되었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 고속으로 회전하는 롤의 하부에서 매질이 안정적인 상태를 유지하고 그 표면에 롤이 닿게 하여 물과 같은 매질에 담겨진 상태에서 검사가 이루어진 것과 같은 효과를 얻을 수 있도록 하여 초음파로 3차원적 검사가 이루어지게 함으로써, 크기에 상관없이 모든 롤의 전체 표면 및 내부 검사를 효율적으로 검사하여 정확한 롤 상태 데이타로 얻을 수 있게 한 롤 전용 초음파 검사 방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 실현하기 위한 본 발명에 따르는 롤 전용 초음파 검사 방법은 기포 제거 및 기포 발생을 억제한 상태로 매질을 검사 수조에 제공하는 과정과, 트랜스듀서가 롤의 수직 반지름축상에 위치하도록 상기 검사 수조를 상하 및 좌우 방향으로 조절해 주는 과정과, 상기 트랜스듀서의 상단이 매질과 접하는 롤러면과 근접하도록 간격을 조절해 주는 과정과, 고속으로 회전하는 롤의 면접촉 부위에서 시스켄(C-scan)으로 3차원적인 데이타를 얻는 과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현에에서, 상기 기포 제거 및 기포 발생 억제는 매질의 주입시 교반 작용과 매질이 활성화온도까지 가열된 상태에서 탱크 내부의 압력을 대기압 이하로 낮추어서 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 매질 공급 과정은 롤이 매질과 접촉된 상태에서 회전하여 나가는 쪽의 검사 수조측으로 매질을 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르는 롤 전용 초음파 검사장치는 내부에 채워진 매질이 회전하는 롤과 면접촉을 하도록 이 롤의 하부에 설치되는 검사 수조와, 이렇게 롤과 면접촉된 상태에서 검사 수조를 롤의 길이방향으로 이송시켜 주는 수조 이송 장치와, 상기 검사 수조의 내부에서 상하 높이 조절이 가능하도록 설치된 트랜스듀서 및 그 이송 장치와, 상기 검사 수조에 매질을 공급해 주는 매질 공급 장치로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 매질은 통상적으로 물을 사용하며 바람직하기로는 순수를 사용하고, 기포 제거와 기포 발생을 억제하기 위하여 매질과 글리세린을 7:3 ∼ 9:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검사 수조는 중앙이 관통하여 중공 상태로 이루어지고 상부에는 만곡부가 형성된 검사틀과, 내부에 매질이 채워지는 용기 형상으로 이루어져서 상기 검사틀을 지지하여 고정시켜 주는 수조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검사틀은 양측 테두리에 단면이 V자 형상으로 이루어져서 밀봉 가능하도록 감압 설치되는 실링이 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검사틀에는 롤의 회전시 매질과 우선 면접촉하는 쪽에 샤워기가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검사틀에는 일측에 오버플로어 탱크가 구비되어 검사 수조로부터 넘치는 매질을 모아서 재순환이 가능하도록 한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수조는 중앙을 중심으로 양측에 탈장착 가능하도록 적어도 2쌍의 차폐판이 구비되고, 트랜스듀서를 설치하기 위한 장착구멍과 나란하게 위치하도록 내벽에는 스케일이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트랜스듀서는 매질과 접하는 롤러의 면접촉면의 수직 하부인 검사 수조의 중앙, 바람직하기로는 서로 마주하는 차폐판의 중앙에 상하로 높이 조절이 가능하도록 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 트랜스듀서 이송 장치는 좌우 이송 레일 안쪽으로 관통 삽입된 트랜스듀서의 하부에 삽입되어 이 좌우 이송 레일의 안내를 받는 블럭체와, 상기 좌우 이송 레일의 선단부에 장착되어 상기 블럭체를 좌우로 이송시켜 주는 이송 수단과, 상기 블럭체에 장착되어 트랜스듀서의 상하 높이를 조절해 주는 랙-피니언 기구로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따르는 초음파 검사 장치의 전체 구성을 나타내는 구성도이다. 여기서, 도면부호 100은 검사 대상인 롤(roll)을 나타낸다.

본 발명은 상기 롤(100)의 표면 검사는 물론이고 내부 검사를 한꺼번에 실시하기 위한 초음파 검사 장치로, 매질에 담구어진 상태, 즉 반이머션(semiimmersion) 상태에서 3차원적으로 롤(100)의 표면은 물론이고 그 내부 상태를 한꺼번에 검사할 수 있도록 한 것이다.

이를 실현하기 위한 본 발명은 상기 롤(100)의 하부에 위치하여 외부로부터 매질을 공급받아 이 롤(100)이 매질과 면접촉이 이루어지도록 하는 검사 수조와, 상기 검사 수조가 롤(100)의 수직 반지름 상에 위치하도록 이 검사 수조의 위치를 조절해 주는 수조 이송 장치(30)와, 실제로 매질과 접촉된 롤(100)의 표면과 인접한 위치에서 그 내부 상태를 검출하는 트랜스듀서(40) 및 그 이송 장치와, 기포가 제거되고 기포 발생이 억제된 상태의 매질을 상기 검사 수조에 공급해 주는 매질 공급 장치(50)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 검사 수조는 롤(100)의 외형과 유사한 형태, 즉 상면에 롤(100)이 위치하여 면접촉이 이루어지도록 만곡부(11)를 갖는 검사틀(10)과, 이 검사틀(10)을 하부에서 지지하여 고정시켜 주는 수조(20)로 이루어져 있다.

상기 검사틀(10)은 상면에 길이방향을 따라서 하면까지 관통된 중공의 블럭체로 상면에는 소정의 곡률 반경을 갖는 만곡부(11)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 만곡부(11)는 검사 대상 중에서 가장 큰 직경을 갖는 롤(100)을 수용할 수 있는 곡률 반경을 가지도록 제작하게 된다. 또한, 이 만곡부(11)에는 양측 테두리 부분에 길이방향을 따라서 홈(12)이 형성되어 있으며, 이 홈(12)에는 V자형 단면을 갖는 실링(13)이 감압 설치되어 상기 롤(100)과 면접촉이 이루어지도록 도모함으로써 롤(100)의 회전력으로 매질이 검사 수조의 외부로 튀는 것을 막을 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 상기 검사틀(10)에는 내면의 길이 방향으로 마주보는 양측면에 만곡부(11)의 접선에 대해서 바깥쪽을 약 45°각도가 되도록 대칭으로 적어도 4쌍의 설치홈(16)이 형성되어 있으며, 이 설치홈(16)에는 독터 블레이드(doctor blade)(미도시)를 장착하여 사용하게 된다.

상기 독터 블레이드는 롤(100)의 표면에 접촉되어 롤 표면의 물기를 제거해 주기 위한 것으로, 상술한 바와 같이 다수개가 형성된 설치홈(16)에 롤(100)의 직경에 따라 적당한 위치, 즉 상기 롤(100)의 직경이 큰 경우 바깥쪽의 설치홈(16)에 끼우고 반대로 직경이 작은 경우 안쪽의 설치홈(16)에 끼워 사용하게 된다.

물론, 직경에 상관없이 2개 이상의 독터 블레이드를 장착하여 사용하는 것도 가능하다. 또한, 상기 독터 블레이드는 상술한 설치홈(16) 뿐만 아니라 후술하는 차폐판(22)에 장착하여 사용할 수도 있는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 독터 블레이드는 후술하게 될 샤워기(14)와 반대쪽, 바람직하기로는 상기 롤(100)이 매질과 면접촉후 회전하여 나가는 쪽에 있는 설치홈(16)에 장착하여 검사가 끝난 롤(100)의 표면으로부터 물기를 제거할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 검사틀(10)에는 만곡부(11)의 상단부 양쪽에 각각 샤워기(14)와 독터 블레이드(15b)를 구비하여 사용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 샤워기(14)는 회전되는 롤(100) 표면에 수분을 공급하여 면접촉이 용이하게 이루어지게 하고 롤 표면 및 홈에 차 있는 기포를 제거하는 기능을 하게 되며, 상기 독터 블레이드(15b)는 이 롤(100)이 면접촉 후 묻어 있는 물기가 롤 표면에 붙어 따라서 돌다가 중력에 의해 검사 수조 내에 떨어져서 발생되는 기포 발생을 방지하여 매질의 안정성을 유지시켜 주게 된다.

즉, 고속으로 회전하는 롤(100)은 면접촉이 이루어진 상태에서 표면에 물기를 머금고 회전하게 되는데, 이러한 물기는 상기 독터 블레이드(15b)로 긁어 내어 물방울이 수조 안에 떨어지면서 기포를 발생시키거나 층류와 난류와 같은 매질의 유동이 발생하지 않도록 해 주는 기능을 하게 되며, 상기 샤워기(14)는 반대로 회전하는 롤(100)이 마른 상태에서 면접촉을 하게 되면 접촉면에서 기포가 발생할 우려가 있는데, 이를 방지하기 위해 미리 검사 표면에 대해서 물기를 줌으로써 면접촉이 잘 이루어지고 또한 기포 발생을 억제해 주게 된다.

이러한 기능을 달성하기 위한 상기 샤워기(14)는 롤(100)이 회전하면서 면접촉하기 위해 유입되는 방향에 설치하는 것이 바람직하며, 상기 독터 블레이드(15b)는 그 반대 방향에 설치하여 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 이루어진 검사틀(10)은 롤(100)의 표면을 보호하기 위해 고무 재질로 제작하여 사용하는 것이 바람직하며, 후술하게 될 수조(20)의 상단에 꽉 끼워지도록 설치되어 외부로부터 매질을 공급받게 된다.

이때 매질은 상기 만곡부(11)의 가장 하단부(첨부도면 도 3에서 도시된 은선)까지 채워져서 롤(100)과 면접촉이 이루어지게 되고, 그 하부에서는 수조(20)의 지지를 받게 된다.

상기 수조(20)는 실질적으로 매질을 수용하는 사각 용기 형상으로 이루어진 검사틀(10)의 하부에 감압 설치가 가능한 크기가 되도록 아크릴 등으로 제작하여 사용하게 되며, 그 상부에는 외주면에 상기 검사틀(10)의 단부를 지지하여 빠지지 않도록 플랜지(21)가 형성되어 있다.

특히, 상기 수조(20)에는 내부 중앙에 수직으로 장착 구멍(26)이 관통성형되어 있으며 이 장착구멍(26)에는 후술하게 될 트랜스듀서(40)가 상하 높이 조절이 가능하도록 설치되며, 그 측면에는 상기 트랜스듀서(40)와 나란하게 위치하도록 스케일(23)이 구비되어 이 트랜스듀서(40)의 높이 조절량을 알 수 있게 된다.

또한, 상기 수조(20)에는, 첨부도면 도 3에서 도시한 바와 같이, 장착 구멍(26)을 중심으로 좌우 대칭이 되도록 이 수조(20)와 동일한 높이를 갖는 두쌍의 차폐판(22)이 설치되며, 이들 차폐판(22)은 필요에 따라 탈거할 수 있도록 탈장착식으로 설치하게 된다.

이러한 차폐판(22)은 상기 수조(20) 내에 채워진 매질이 롤(100)의 회전력 때문에 발생되는 매질의 유동을 막아주는 역할을 하며, 이에 따라 기포가 발생하는 것을 억제해 주게 되어 상기 롤(100)의 표면 검사를 실시하는 트랜스듀서(40)에 영향을 주지 않게 하여 안정적으로 검사할 수 있도록 해 주게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 각 차폐판(22)에는 상단에 독터 블레이드(15a)를 장착하기 위한 캡(27)을 구비하여 차폐판(22)에 의해 구획된 수조(20)내의 챔버간 매질 유동을 억제하여 매질이 불안정하여 발생되는 기포의 생성을 확실하게 막아 줄 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 캡(27)은 고무와 같이 자체 탄성력을 갖는 부재로, 상면과 하면에는 각각 독터 블레이드(15a)와 차폐판(22)에 억지끼움 가능하도록 삽입홈(28a,28b)이 각각 형성되어 있다.

또한, 상기 독터 블레이드(15a)는 그 폭이 캡(27)에 삽입된 상태에서 검사용 롤(100)의 표면에 닿을 정도로 제작하여 사용하게 된다.

마지막으로, 상기 수조(20)에는 하면 중앙에 길이 방향을 따라 가이드(24)가 구비되어 후술하게 될 수조 이송 장치에 의해 이루어지는 좌우 방향의 운동을 안내하게 되며, 또한 상기 차폐판(22)에 의해 구획된 바깥쪽 챔버에 각각 한쌍의 매질 공급 구멍(25)이 형성되어 있다.

특히, 상기 가이드(24)에는 앞쪽의 일부 구간이 절개된 형태의 설치구멍(29)이 형성되어 있으며, 이 설치구멍(29)에는 상기 가이드(24)를 관통하여 설치되는 수조 이송 장치(30)가 장착되는데 이에 대해서는 후술하기로 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 수조(20)에는 일측에 오버플로어 탱크(미도시)를 구비하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 오버플로어 탱크는 수조(20)보다 조금 큰 크기로 이루어진 용기로, 이 수조(20)의 하부의 외주 부분을 감싸주는 형태가 되도록 상기 롤(100)이 회전하여 나가는 쪽에 장착하여 이 롤(100)의 표면에 묻어 수조(20) 밖으로 떨어지는 매질이나, 매질을 수조(20)에 많이 공급하여 넘치는 매질을 모아 다시 매질 공급 장치(50)로 되돌려 보내 리사이클링이 가능하게 해 준다.

이와 같이 이루어진 수조(20)는 상부에 검사틀(10)을 얹혀 지지해 주고 내부에는 매질 공급 구멍(25)을 통해 후술하게 될 매질 공급 장치(50)로부터 매질을 공급받게 된다.

본 발명의 바람직한 구현에에서, 상기 매질은 미세한 기포가 함유된 매질이라도 롤의 원심력에 의해 트랜스듀서가 장착된 위치까지 진행하는 것을 방지할 수 있도록 롤(100)이 회전하여 나가는 쪽의 매질 공급 구멍(25)(첨부도면 도 3에서 롤이 시계방향으로 회전한다고 가정할 때) 좌측의 매질 공급 구멍(25)을 통해 매질 공급이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 검사 수조는 후술하게 될 매질 공급 장치(50)에 의해 미리 기포의 제거와 기포 발생이 억제된 매질을 공급받게 되는데, 이렇게 공급된 매질이 롤(100)의 회전으로 그 표면에 붙어 있던 물방울이 떨어지면서 기포가 발생하는 것을 막아 줄 뿐만 아니라 접촉 부위에서 매질이 회전력을 받더라도 차폐판(22)에 의해 유동을 최대한 억제하여 안정적인 매질층을 얻을 수 있게 된다.

상기 수조 이송 장치(30)는 검사 수조의 상하 높이 및 좌우 방향으로 위치를 조절하여 롤(100)의 수직 반지름 방향과 일치하도록 검사 수조의 위치를 조절해 주게 된다. 이러한 수조 이송 장치(30)는, 첨부도면 도 4에서 도시한 바와 같이, 검사 수조를 상하로 이송시켜 주는 상하 이송 프레임(31)과 이 프레임(31)의 단부에 장착되어 상기 검사 수조를 좌우로 이송시켜 주는 좌우 이송 레일(32)을 포함하여 구성된다.

상하 이송 프레임(31)은 롤(100)과의 간섭을 최대한 피하기 위해 수직면에 대해서 약 45°만큼 경사지게 형성되어 있으며, 그 상단부에는 수직으로 가이드체(33)가 장착되어 있다.

특히, 상기 가이드체(33)는 수직으로 설치된 수직 프레임(34)에 형성된 가이드 구멍(35)을 따라 슬라이딩 가능하도록 설치되며, 이 상태에서 작동수단(37a), 바람직하기로는 모터 전동 수단으로 작동되는 볼 스크류(36)에 의해 상하 높이 조절이 이루어지게 된다.

이와 같이 이루어진 상하 이송 프레임(31)은 작업대에 고정시켜 사용할 수도 있으나, 바람직하기로는 작업대에 선반의 이송 다이와 같이 회전지지된 롤(100)의 길이방향으로 이송 가능한 장치에 장착하여 수조 이송 장치(30) 전체가 전후 방향으로, 즉 롤(100)의 길이 방향으로 움직일 수 있도록 장착하여 사용하는 것이 바람직하다.

좌우 이송 레일(32)은 일단이 상하 이송 프레임(31)과 동일한 각도로 구배되고 타측이 지면과 수평을 이루도록 형성되어 있다.

특히, 상기 좌우 이송 레일(32)은 수평 부분의 상면에 길이방향으로 수조(20)를 안내하는 가이드부(38)가 형성되어 있으며, 그 단부에는 첨부도면 도 4에서 도시한 바와 같이, 실질적으로 수조(20)를 이송시켜 주는 작동 수단(37b), 바람직하기로는 스크류 타입의 수동식 작동수단이 장착된다.

이때, 이 작동수단(37b)의 스크류 부분은 수조(20)의 측면으로부터 상술한 설치구멍(29)까지 관통되고 그 단부에는 볼트 등으로 고정되게 된다. 또한, 상기 좌우 이송 레일(32)은 상단부가 상하 이송 프레임(31)에 삽입되는 2중 튜브 형태로 설치되며, 상기 상하 이송 프레임(31)에는 이 좌우 이송 레일(32)의 위치를 조절할 수 있도록 랙-피니언 타입의 조절수단(39)이 구비되어 있다.

본 발명의 바람직한 구현예를 도시한 도면에서는 도시하지 않았지만 상기 좌우 이송 레일(32)에는 설치구멍(29)과 접하는 부분에 길이방향으로 슬롯(미도시)이 형성되어 있으며, 이 슬롯은 수조(20)를 좌우 이송 레일(32)의 길이방향으로 움직이더라도 상기 설치구멍(29)에 장착되는 트랜스듀서(40)가 이 레일(32)과 간섭을 받지 않도록 하기 위한 것이다.

또한, 각 작동수단(37a,37b)은 전동수단과 수동수단 중 어느 하나를 사용할 수 있는 것으로 기재되어 있으나, 모터와 같은 전동 수단 뿐만 아니라 랙-피니언 기구를 이용하는 수동 수단 어느 것을 사용하더라도 상관없다.

이와 같이 이루어진 좌우 이송 레일(32)은 상하 이송 프레임(31)의 하단부에 끼워져서 길이 조절이 가능하게 되며, 타단부에는 수조(20)의 가이드(24)가 가이드부(38)에 끼워져서 수평 방향으로 슬라이딩 가능한 상태가 되게 된다. 또한, 상기 슬롯을 통해서는 수조(20)의 안쪽에 장착되는 트랜스듀서(40)의 단부가 관통 삽입되게 된다.

따라서, 상기 수조 이송 장치(30)는 상하 조절과 좌우 조절을 통해 검사틀(10)을 검사 위치, 즉 상기 만곡부(11)의 중간 부분이 롤(100)의 수직 반지름과 접하는 위치에 오게 하여 이 롤(100)이 매질면과 면접촉이 이루어지도록 조절하는 것이 가능하게 되며, 이 상태에서 상기 롤(100)을 회전시키면서 상하 이송 프레임(31)을 롤(100)의 길이 방향으로 이송시켜 줌에 따라 롤(100)의 전체 표면 검사와 내부 검사가 가능하게 된다.

상기 트랜스듀서(40)는 시스켄(C-scan) 타입으로 3차원적으로 표면 검사와 내부 검사를 실시하여 검사 결과를 디스플레이시켜 주는 구성 요소로 통상의 기술로 제작된 것을 그대로 사용하게 된다. 특히, 이 트랜스듀서(40)는 검사틀(10)의 바닥면 중앙을 관통하여 설치되며, 더욱 바람직하기로는 서로 마주보는 안쪽의 차폐판(22) 내부에 위치하도록 설치하고 그 하단부는 상술한 슬롯(미도시됨)을 통해 좌우 이송 레일(32)에 수직으로 관통하여 삽입되도록 설치하게 된다.

이러한 트랜스듀서(40)는 첨부도면에서는 도시하지 않았지만 통상의 초음파를 발생시켜 주는 초음파 발생기에 연결되어 초음파를 이용하여 롤(100)의 표면을 검사하여 데이타를 검출하게 되며, 이러한 검출된 데이타는 미도시된 제어기 및 디스플레이를 통해 검사자가 확인할 수 있게 해 주는 것이 바람직하다.

이와 같이 설치된 트랜스듀서(40)의 하단부에는 상기 롤(100)과의 높이, 즉 간격 조절을 위해 트랜스듀서 이송 장치(41)에 연결되게 된다.

이와 같은 트랜스듀서(40)는 롤(100)의 중심 방향을 향해 초음파를 발생시켜 주게 되며, 이 초음파로 상기 롤(100)의 표면 뿐만 아니라 그 내부까지도 검사를 하게 된다.

여기서, 상기 롤(100)은 통상적으로 스틸로 가장 많이 제조하여 사용하고 있는데, 이때 초음파로 롤(100)의 표면은 물론이고 롤(100)의 제조 과정중 내부에 생긴 균열이나 기포 등을 검출하게 된다.

또한, 상기 롤(100)은 스틸 뿐만 아니라 표면을 부드러운 수지 등을 부착하여 사용하게 되는데, 이때에도 접착제 등이 뭉친 것이라든가 제대로 부착이 되지 않아 생기는 공기층 그리고 스틸재에 생긴 균열등을 검출하게 되는 것이다.

트랜스듀서 이송 장치(41)는, 첨부도면 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 좌우 이송 레일(32)에 끼워져서 길이 방향으로 움직이도록 설치된 블럭체(42)와, 이 블럭체(42)의 상면에 관통하여 삽입된 트랜스듀서(40)를 상하로 조절해 주는 랙-피니언 기구(43)로 이루어져 있다.

특히, 상기 블럭체(42)는 상술한 작동 수단(37b)에 의해 좌우 이송 레일(32)를 따라 움직이면서 검사틀(10)을 함께 좌우 방향으로 이송시켜 주게 된다. 또한, 상기 랙-피니언 기구(43)는 트랜스듀서(40)에 형성된 랙과 수동 손잡이(44)에 의해 구동되는 피니언 기어가 치합되어 이루어져 있으며, 상기 피니언 기어의 회전을 단속하는 래치를 포함하여 이루어 진다.

이와 같이 이루어진 트랜스듀서 이송 장치(41)를 래치의 잠금을 해제하고 수동 손잡이(44)를 회전시킴에 따라 랙-피니언 결합된 트랜스듀서(40)를 상하로 움직여서 롤(100)과의 간격을 임의로 조절해 줄 수 있게 된다.

상기 매질 공급 장치(50)는 검사틀(10)에 매질을 공급하여 롤(100)이 이 매질에 면접촉된 상태에서 트랜스듀서(40)로 롤(100)를 검사할 수 있게 하여서 보다 정확한 검사 결과를 얻을 수 있도록 하기 위한 장치이다.

본 발명에서는 상기 매질로 여러가지 유체를 사용하는 것이 가능하나, 가장 바람직하기로는 순수(pure water)와 글리세린을 7:3 ∼ 9:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 매질은 순수만으로 사용하여도 상관이 없으나 순수의 공급 등으로 기포 발생이나 기포제거를 위해 글리세린을 첨가하여 사용하게 된다.

이러한 매질 공급 장치(50)는, 첨부도면 도 6에서 도시한 바와 같이, 매질의 온도를 소정의 온도로 예열시켜 주는 히터(51)와, 매질의 압력을 대기압 이하로 낮춰주기 위한 진공 펌프(52)와, 상기 매질을 검사틀(10)에 압송시켜 주기 위한 압송펌프(53)와, 순수와 글리세린을 각각 독립적으로 공급받아 이를 혼합시켜 주기 위한 교반기(54)를 포함하여 이루어진다.

특히, 상기 히터(51)는 순수와 글리세린이 혼합된 매질의 온도를 활성화 온도까지 예열시켜 주고 진공 펌프(52)는 순수와 글리세린이 혼합된 매질이 충진된 탱크의 내부 압력을 대기압 이하로 낮추어서 물분자에 포함된 기포가 매질로부터 빠져 나올 수 있게 하기 위한 것으로, 이는 상기 트랜스듀서(40)로부터 주사된 초음파가 이러한 기포에 의해 산란되는 것을 최대한으로 방지하여 초음파 검사가 보다 정확하게 이루어지게 하기 위함이다.

물론, 상기 교반기(54)는 순수와 글리세린의 혼합시 교반작용으로 균일한 혼합이 이루어지게 하면서 매질 내의 공기 방울을 배출시켜 주는 효과를 얻게 된다.

따라서, 상기 매질 공급 장치(50)는 물입자 사이에 있는 공기 방울들이 예열과 대기압 이하의 진공압에 의해 제거된 상태에서 검사 수조에 공급해 주게 된다.

이하, 상술한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르는 롤 전용 초음파 검사 장치를 이용하여 롤의 표면 검사 및 내부 검사 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따르는 롤 전용 초음파 검사 방법은 검사 수조에 매질을 공급하게 된다. 여기서, 매질을 공급하기 전 과정으로서 검사하고자 하는 롤(100)의 직경을 고려하여 독터 브레이드(15a,15b)를 선택하여 장착하게 된다. 또한, 상기 매질은 순수와 글리세린이 일정한 혼합비, 바람직하기로는 주변 온도 등을 고려하여 정해지는 비율로 매질 공급 장치(50)에서 혼합하여 얻게 된다.

물론, 상기 순수와 글리세린의 공급시 교반기(54)를 통해 충분한 교반이 이루어지게 되며, 이렇게 균일하게 섞인 매질은 탱크 내에 공급된다. 상기 탱크에서는 히터(51)로 매질이 활성화 온도까지 올려주고 이와 함께 진공 펌프(52)를 이용하여 탱크 내부의 압력을 대기압 이하로 낮춰 매질의 입자 사이에 있는 공기 방울을 배출시켜 주게 된다.

이렇게 기포가 제거된 매질은 압송 펌프(53)에 의해 수조(20)에 공급되게 된다. 이때, 매질은 상기 수조(20)에 형성된 매질 공급 구멍(25)을 통해 공급하게 되는데, 바람직하기로는 상기 롤(100)이 회전하여 나가는 쪽에 설치하게 된다.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 첨부도면 도 3에서, 상기 롤(100)이 시계방향으로 회전한다고 가정할 때에 검사틀(10)내의 매질은 트랜스듀서(40)를 중심으로 해서 오른쪽이 왼쪽에 비해 와류 발생이 작게 일어나게 되는데, 본 발명에서는 이렇게 와류가 작게 발생하는 쪽으로 매질을 공급하여 매질의 안정성을 확보할 수 있게 한 것이다.

두번째 과정으로 상기 검사 수조를 검사하고자 하는 롤(100)의 하부에 위치하도록 위치를 조절하게 된다. 이를 위해서, 먼저 상기 상하 이송 프레임(31)을 롤(100)의 길이 방향을 따라 움직일 수 있도록 된 이송대(미도시됨)에 장착하게 된다.

이어, 모터와 같은 작동수단(37a)을 구동시켜 볼 스크류(36)와 조절수단(39)을 통해 상하 이송 프레임(31)의 위치를 조절하여 만곡부(11)의 중앙 부분이 롤(100)의 최저부에 위치하도록 위치를 조절하게 된다.

마지막으로, 좌우 이송 레일(32)에 구비된 작동수단(37b)를 통해 정확하게 검사틀(10)의 중심과 롤(100)의 중심이 수직선상에서 위치하도록 미세 조절을 하게 된다. 이어, 상기 트랜스듀서(40)를 조절하여 매질과 면접촉된 부분에 근접하도록 위치를 조절해 주는 과정을 거치게 된다.

여기서, 상기 트랜스듀서(40)는 실질적으로 초음파를 이용하여 롤(100)의 표면 뿐만 아니라 그 내부까지 검사하는 것으로, 바람직하게는 롤(100)의 외표면과 거의 닿을 정도가 되도록 그 간격을 조절해 주게 된다. 물론, 이러한 간격 조절은 매질의 음속과 사용하는 트랜스듀서(40)의 포컬 렌스(focal length) 계산식에서 검출된 거리만큼 수동 손잡이(44)를 돌려 스케일(23)을 보면서 승강 높이를 조절하게 된다.

마지막으로, 상기 롤(100)를 일정한 방향으로 회전시켜 주고 이와 함께 트랜스듀서(40)를 통해 표면과 내부의 결함 여부를 판단하게 되며, 이와 함께 수조 이송 장치(30)를 롤(100)의 길이방향으로 움직이게 하여서 롤(100)의 전체 표면이 검사틀(10) 내에서 매질과 접촉된 상태로 검사하는 과정으로 이루어지게 된다.

따라서, 상기 롤(100)은 매질과 면접촉된 상태에서 검사가 이루어지게 되며 특히 검사 수조가 길이 방향으로 움직이기 때문에 전체 표면에 대한 검사가 가능하게 된다.

이상에서 본 바와 같이 본 발명은 롤이 안정된 상태에 있는 매질에 접촉된 상태에서 초음파 검사가 이루어지게 함으로써 다음과 같은 효과를 얻게 된다.

1) 롤의 크기에 상관없이 롤의 표면적 전체에 대해 쉽고 정확한 검사를 할 수 있게 된다.

2) 특히, 매질 공급 장치로 매질에 함입된 기포를 제거하여 매질의 최적 상태로 수조로 제공해 줌으로써 초음파의 매질 투과성을 향상시켜 정확한 검사와 데이타를 얻을 수 있게 된다.

3) 사전 롤 검사로 표면의 피복 수리 시점을 정확히 예측할 수 있어 롤의 관리 및 설비 사고를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 비용 절감과 함께 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

4) 비접촉식 트랜스듀서를 이용하기 때문에 접촉식에 비해 검사 비용을 줄일 수 있게 된다.

5) 초음파 검사로 얻어진 데이타를 통해 롤의 박리, 균열, 마모, 조직 파괴, 부식 등의 검사를 효율적으로 실시할 수 있게 된다.

6) 3차원 초음파 검사 방법으로 결함의 위치를 정확히 파악할 수 있도록 결함 부분을 신속하게 정밀측정하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에 따르는 초음파 검사 장치의 전체 구성을 나타내는 구성도,

도 2는 본 발명에 따르는 검사 수조를 나타내는 분해 사시도,

도 3은 본 발명에 따르는 검사 수조의 결합 상태를 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따르는 수조 이송 장치를 나타내는 일부 분해 사시도,

도 5는 본 발명에 따르는 트랜스듀서 이송 장치를 나타내는 분해 사시도,

도 6은 본 발명에 따르는 매질 공급 장치를 나타내는 평면도,

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 : 검사틀 11 : 만곡부

12 : 홈 13 : 실링

14 : 샤워기

15a,15b : 독터 블레이드(doctor blade) 16 : 설치홈

20 : 수조 21 : 플랜지

22 : 차폐판 23 : 스케일

24 : 가이드 25 : 매질 공급 구멍

26 : 장착 구멍 27 : 캡

28a, 28b : 삽입홈 29 : 설치구멍

30 : 수조 이송 장치 31 : 상하 이송 프레임

32 : 좌우 이송 레일 33 : 가이드체

34 : 수직 프레임 35 : 가이드 구멍

36 : 볼 스크류 37a, 37b : 작동 수단

38 : 가이드부 39 : 조절수단

40 : 트랜스듀서(transducer) 41 : 트랜스듀서 이송 장치

42 : 블럭체 43 : 랙-피니언 기구

44 : 수동 손잡이 50 : 매질 공급 장치

51 : 히터 52 : 진공 펌프

53 : 압송 펌프 54 : 교반기

100 : 롤(roll)

Claims (12)

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2. 기포 제거 및 기포 발생을 억제한 상태로 매질을 검사 수조에 제공하는 과정과, 트랜스듀서가 롤의 수직 반지름축상에 위치하도록 상기 검사 수조를 상하 및 좌우 방향으로 조절해 주는 과정과, 상기 트랜스듀서의 상단이 매질과 접하는 롤러면과 근접하도록 간격을 조절해 주는 과정과, 고속으로 회전하는 롤의 면접촉 부위에서 시스켄(C-scan)으로 3차원적인 데이타를 얻는 과정으로 이루어진 롤 전용 초음파 검사 방법에 있어서,

   상기 기포 제거 및 기포 발생 억제는 매질의 주입시 교반 작용과 매질이 활성화온도까지 가열된 상태에서 탱크 내부의 압력을 대기압 이하로 낮추어서 진행하는 것을 특징으로 하는 롤 전용 초음파 검사 방법.
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4. 중앙이 관통되어 중공 상태로 이루어지고 상부에는 만곡부가 형성된 검사틀과, 내부에 매질이 채워지는 용기 형상으로 이루어져서 상기 검사틀을 지지하여 고정시켜 주는 수조로 이루어지되, 상기 수조에는 중앙을 중심으로 양측에 탈장착 가능하도록 적어도 2이상의 차폐판이 구비되고, 트랜스듀서를 설치하기 위한 장착구멍과 나란하게 위치하도록 내벽에는 스케일이 형성되어 있으며, 내부에 채워진 매질이 회전하는 롤과 면접촉을 하도록 이 롤의 하부에 설치되는 검사 수조와,

   이렇게 롤과 면접촉된 상태에서 검사 수조를 롤의 길이방향으로 이송시켜 주는 수조 이송 장치와,

   상기 검사 수조의 내부에서 상하 높이 조절이 가능하도록 설치된 트랜스듀서 및 그 이송 장치와,

   상기 검사 수조에 매질을 공급해 주는 매질 공급 장치로 구성된 것을 특징으로 하는 롤 전용 초음파 검사 장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 매질은 순수를 사용하고, 기포 제거와 기포 발생을 억제하기 위해 매질과 글리세린을 7:3 ∼ 9:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 롤 전용 초음파 검사 장치.
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