KR100664470B1

KR100664470B1 - 코팅 부품의 초음파 검사 방법

Info

Publication number: KR100664470B1
Application number: KR1019990020907A
Authority: KR
Inventors: 화이트데니스에이
Original assignee: 벨로이트 테크놀로지스 인코포레이티드
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1999-06-07
Publication date: 2007-01-04
Also published as: CA2273444C; KR20000005971A; EP0964247A3; EP0964247A2; CA2273444A1; US5952578A

Abstract

금속 플레이트 또는 주철 드라이어의 외벽 또는 외측벽에 도포되는 박층 코팅재의 불연속성 및/또는 박리를 검출하기 위한 초음파 변환기가 검사 대상 코팅면에 특정 각도로 지향될 경우, 약 10%의 신호가 표면에 대해 90°의 각도로 코팅된 테스트 플레이트를 전파하는 해리스파로서 나타난다. 수직방향으로 전파하는 신호가 편광되면, 이에 따른 신호는 상당히 개선된 신호 대 잡음비를 갖는다. 입사 매체는 루사이트이고, 이 루사이트 매체에서 굴절하는 전단파를 이용하는 경우, 최상의 신호 대 잡음비를 위한 고유 각도는 수직방향으로부터 약 66°이다. 입사 매체에서의 음파 속도에 대해 굴절하는 매체에서의 음파 속도와의 관계에 따라 변화하는 고유 각도로 저표면 결함을 검출하는 데에 전단파 또는 종파가 사용될 수 있다.

Description

코팅 부품의 초음파 검사 방법{ULTRASONIC EXAMINATION OF COATED PARTS}

도 1은 초음파 에너지에 의한 검사 대상의 드라이어 롤 캐스팅과 기록될 검사 결과를 도시하는 장치의 등각 사시도.

도 2는 주철 외측면에 행해진 금속 용사 코팅물을 도시하는 드라이어 롤 캐스팅의 사시도.

도 3은 루사이트 매체를 통해 코팅 부품 또는 코팅 드라이어 실린더의 코팅재로 초음파 신호를 투사하는 초음파 변환기를 개략적으로 도시하는 측면도.

도 4는 굴절하는 빔이 코팅 부품 또는 코팅 드라이어 실린더의 표면을 따라 이동되게 하는 입사각으로 초음파 신호를 투사하는 초음파 변환기를 개략적으로 도시하는 측면도.

도 5는 신호가 코팅 부품 또는 코팅 드라이어 실린더의 표면으로부터 반사되게 하는 입사각으로 초음파 신호를 투사하는 초음파 변환기를 개략적으로 도시하는 측면도.

도 6은 높은 신호 대 잡음비를 갖는 초음파 빔을 생성하여 코팅 부품 또는 코팅 드라이어에 대해 법선으로 관통하는 본 발명에 따른 입사각의 초음파 신호를 투사하는 초음파 변환기를 개략적으로 도시하는 측면도.

도 7은 드라이어 실린더, 특히 양키 드라이어 실린더에 도포된 금속 용사 코 팅의 박리 및/또는 불연속성을 검출하기 위한 장치를 도시하는 정측면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 양키 드라이어 검사 장치

22 : 양키 드라이어

24 : 검사 프레임

26 : 원통형 코팅면

30 : 초음파 변환기

32 : 크로스피드

34 : 머신 스크루

38 : 나선형 패턴

40 : 루사이트 매체

42 : 대용량 데이터 저장 장치

46 : 컴퓨터 디스플레이

티슈 페이퍼 및 종이 타월 제조시, 종이 섬유의 웹을 형성하고 그것을 양키 드라이어(yankee dryer)에서 압압시킨다. 웹을 건조시킨 후, 양키 드라이어의 표면으로부터 웹을 벗겨 종이에 부드러운 흡수성을 부여하는 크레프트 조직(creped texture)을 갖도록 한다. 1개의 드라이어만이 사용되기 때문에, 통상적인 양키 드라이어는 그 직경이 12 내지 22 피트인 대형으로 이루어져 있다. 또한, 양키 드라이어는 압력이 160 psig까지 스팀에 의해 가열된다. 양키 드라이어는 길이가 400 인치이고, 총 중량이 100 톤 이상일 수 있다. 양키 드라이어의 크기가 대형이고 작동 압력이 높기 때문에, 통상적인 양키 드라이어는 두께가 2 인치 이상인 원통형 벽을 갖는다. 양키 드라이어는 일반적으로 주철, 즉 표면이 적절하게 연마될 경우 양호한 릴리스 특성을 갖는 물질로 제조된다. 따라서, 양키 드라이어의 표면을 적절한 상태로 유지하기 위해 주기적인 재연마가 필요하다.

양키 드라이어는 압력 용기이고, 적절한 압력 용기 또는 보일러에 통상적으로 사용하는 안전 예방책이 준수되어야 한다. 미국 특허 제4,398,421호에는 공작물의 두께를 측정하는 장치에 관해 개시되어 있는데, 이 장치는 스팀 보일러의 벽 두께를 측정하는 데에 유용하다. 상기 측정 장치는 양키 드라이어의 벽 두께를 측정하는 데에도 유용하지만, 드라이어 벽 두께 내의 미소 공극을 검출하는 데에도 또한 바람직하다.

기존의 초음파 검사 시스템의 능력은, 주철 부품 표면 부근의 공극을 찾아내거나 미소 공극을 검출하는 데에 한정되어 있다. 주철에서 초음파 신호는 산란되는 주철에 존재하는 결정 입계(粒界)들로부터 반사된다. 주철의 특성상 미소한 불연속성을 검출하는 것은 매우 어렵다. 주철의 두께를 측정하는 것도 어려울 수 있다. 몇몇 종래 기술에 의해 주철 두께를 측정할 때 40% 이상의 오차가 있다는 사실이 밝혀졌다. 통상적인 초음파 변환기는 저표면 불연속성을 검출할 수 없는 1.5 인치 이내의 계면 영역을 구비한다.

양키 드라이어 롤 검사에 X-선 방법이 이용될 수 있다. 그러나, 이러한 X-선 방법은 번거롭고 위험한 방사능 공급원을 사용하여야 한다. 실제로, X-선 이미지는 양키 드라이어의 제한된 부분에 대해서만 만들어진다. 더욱이, X-선 이미징은 가는 선(hair-line) 모양의 균열을 검출하는데 효과적이지 못한데, 왜냐하면 이러한 균열이 물질의 밀도를 현저하게 감소시키지 못하기 때문이다. 그러나, 가는 선 모양의 균열은 초음파로 통상 검출 가능하다.

본원에 참고로 인용되고, 현재 특허 허여된 미국 특허 제5,681,996호(1996년 8월 1일자 미국 특허 출원 제08/690,763호)에는, 신호 대 잡음비로 양키 드라이어의 흠을 검출할 수 있는 초음파 검사 방법에 대해 개시되어 있다.

상기 미국 특허 제5,681,996호에는, 초음파 신호가 검사하고자 하는 표면에 특정 각도로 지향된다면, 약 10%의 신호가 표면에 대해 90 도의 각도로 테스트 플레이트를 전파하는 해리스파(Harris wave)로서 나타난다고 개시되어 있다. 수직방향으로 전파하는 신호가 편광되면, 이에 따른 신호는 상당히 개선된 신호 대 잡음비로 흠을 검출한다. 상기 특정 각도라 함은, 금속 플레이트 표면에 평행하게 전파하도록 초음파 신호가 굴절되는 각도와, 테스트 플레이트에 의해 초음파 신호가 반사되는 각도 사이를 말한다. 물을 입사 매체로 그리고 주철을 굴절 매체로 하여 전단파를 사용할 경우, 고유 각도(specific angle)는 수직방향으로부터 대략 33° 이다. 강의 경우 고유 각도는 수직방향으로부터 대략 31°이며, 놋쇠의 고유 각도는 약 50°이다.

흠을 검출하는 동안 이러한 특정 각도는, 흠의 깊이가 개시된 방법으로 결정 될 수 없음을 의미하는 명백한 플라이트 타임(flgiht time) 없이도 신호를 발생할 수 있다. 초음파 에너지를 이용하여 흠 깊이를 발견하는 방법은 보정하기가 어렵다. 종래 방법은, 초음파 검사 대상이 되는 표면의 반대 표면에 편평한 바닥을 갖는 구멍을 천공하여야 한다. 편평한 바닥을 갖는 구멍은 천공하기 어렵고 검사면에 정확히 평행하게 정렬시키기가 어렵다.

본원에 참고로 인용되고, 1997년 10월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제08/948,959호에는, 양키 드라이어에서 검출되는 흠의 깊이를 결정할 수 있는 초음파 검사 방법에 관해 개시되어 있다.

상기 미국 특허 출원 제08/948,959호에는, 보정 방법과 경험적으로 관찰된 검사 각도를 기초로 한 초음파 검사 방법 및 장치에 관해 개시되어 있다. 또한, 캐스팅내의 불연속성과 그 위치를 확실하게 검출할 수 있는 주철 드라이어 쉘의 검사 방법에 관해 개시되어 있다.

상기 미국 특허 제5,681,996호와 미국 특허 출원 제08/948,959호는 일반적으로 물질을 비파괴 검사하는 초음파 장치에 관한 것으로서, 특히 대형 주철 실린더를 비파괴 검사하기 위한 것에 관한 것이다. 본 발명은 일반적인 코팅재의 초음파 검사에 관한 것으로서, 특히 코팅된 대형 주철 실린더를 비파괴 검사하기 위한 것에 관한 것이다.

종이 및 티슈 제조 장치용 주철 드라이어 실린더의 외측 쉘과 표면은 동작시 마멸로 인해 마모된다. 종이 제조 장치용 드라이어 실린더의 외측 쉘 마모의 주원인은 닥터 블레이드(doctor blade)에 기인한다.

상기 닥터 블레이드는 일반적으로 드라이어 실린더 위를 이동하는 종이 또는 티슈 웹을 벗기거나 크레프(crepe)하기 위해 드라이어 실린더의 외측 쉘 또는 표면과 밀접하게 접촉한다.

주철 드라이어 실린더에 대한 외측 쉘 또는 표면 마모는 형성되는 종이 또는 티슈 제품의 품질에 악영향을 준다. 마모된 드라이어 실린더를 완전히 교체하는 데에는 상당한 비용이 든다. 실린더의 외측 쉘이 마모될 때 드라이어 실린더 전체를 교체하는 것이 불가능하므로, 주철 드라이어 실린더 외측면은 흔히 매끄러운 표면을 이룰 때까지 기계 가공되거나 연삭 가공되고 금속 용사(溶射) 코팅이 드라이어 실린더 표면에 도포된 후에 드라이어 실린더로 사용된다.

대형 주철 드라이어 쉘에 사용할 수 있는 금속 용사 조성 중 몇 가지가 해당 분야의 종사자에게 일반적으로 공지되어 있다. 금속 용사 코팅은 해당 분야 종사자에게 일반적으로 공지되어 있다. 본질적으로, 용융 금속이 대형 주철 드라이어의 표면 또는 외측 쉘에 분사된다. 통상적으로 금속 용사 화염의 외측 가장자리에 있어서, 해당 분야의 종사자에게 공지된 콜드 스플래터(cold splatter)가 건조 실린더의 표면에 침적될 수 있다. 금속 용사의 원호가 클수록, 더 많은 콜드 스플래터가 침적된다. 콜드 스플래터는 금속 용사 코팅물과 코팅물이 도포될 기재 사이에서 금속 용사 물질로부터 떨어져 나온 미세한 디스본드(disbond)이다. 검출 가능한 양의 콜드 스플래터는 열전달, 표면 품질, 해당 분야 종사자에게 인식될 수 있는 다른 문제와 관련된 문제를 유발한다. 이러한 문제는 형성되는 티슈 또는 종이 제품의 품질에 직결된다.

통상적으로, 종이 또는 티슈 제조 장치의 드라이어 섹션을 청소하는 동안 드라이어 실린더는 흐르는 물에 종종 노출된다. 드라이어 실린더를 의도적으로 흐르는 물에 노출시키는 것은 아니지만, 이러한 노출이 발생한다. 드라이어 실린더의 외측 쉘 또는 표면이 금속 용사되면, 금속 용사 코팅물과 주철 기재 사이에 열 팽창 계수 차가 존재하게 된다. 물이 금속 용사된 쉘과 접촉할 때, 그 쉘과 금속 용사물은 냉각하기 시작한다. 금속 용사물은 소정의 속도로 냉각하고 주철 드라이어 실린더는 다른 속도로 냉각한다. 이들 두 물질 사이의 열 팽창 계수 차는 금속 용사물의 균열 또는 디스본딩(disbonding)을 유발할 수 있다. 금속 용사물이 주철 실린더의 표면에 적절하게 접착되지 않는다면, 종이 또는 티슈 제조 과정 동안 불량한 접착 위치에서 금속 용사물이 떨어지거나 마멸된다. 금속 용사물이 떨어지거나 마멸된다면, 불량한 열전달 및 표면 품질과 연관되는 문제점들이 발생하여 불량한 티슈 또는 종이 제품이 제조된다.

따라서, 주철 드라이어 쉘에 얇은 금속 용사물의 확실한 접착과 품질 제어를 보장하도록 코팅된 주철 실린더의 완전한 검사를 수행하는 방법이 요구된다.

본 발명에 따른 금속 플레이트나 주철 드라이어 실린더의 외측벽 또는 표면에 도포되는 박막의 금속 용사물의 박리 및/또는 불연속성을 검출하기 위한 초음파 변환기는, 박리 및/또는 불연속성이 검출될 때 고진폭의 초음파 신호가 발생한다는 사실을 이용한다. 박리 및/또는 불연속성이 존재하지 않는 경우, 금속 용사물에는 고진폭의 초음파 신호는 존재하지 않을 것이다.

초음파 신호는 검사하고자 하는 코팅된 표면에 특정 각도로 배향되어, 그 신호의 약 10%가 코팅된 표면에 대해 90°의 각도로 코팅재로 전파하는 해리스파로서 나타난다. 수직방향으로 전파하는 신호는 편광되고, 그 결과 신호는 매우 개선된 신호 대 잡음비를 이용하여 박리 및/또는 불연속성을 검출하게 된다. 특정 각도라 함은 금속 플레이트와 실린더의 코팅된 표면에 평행하게 전파하도록 초음파 신호가 굴절되는 각도와, 테스트 플레이트에 의해 초음파 신호가 반사되는 각도 사이를 말한다. 이 특정 각도는 검사하고자 하는 플레이트의 코팅된 표면에서 법선으로 측정되고 스넬의 법칙(Snell's law)에 의해 지배되는 각도보다 크다.

V₁= 제1 매체에서의 초음파 신호의 속도이고,

V₂= 제2 매체에서의 초음파 신호의 속도이고,

θ₁= 제2 매체의 표면에 대해 수직한 라인으로부터 측정되는 초음파 신호의 입사각이며,

θ₂= 제2 매체의 표면에 대한 법선 라인으로부터 측정되는 제2 매체에 입사하는 초음파 신호의 굴절각이다.

스넬의 법칙은, 저굴절률의 매체에서 고굴절률의 매체로 이동할 때 초음파 빔이 굴절된다는 광학 법칙에 따라 예측한 것이다. 스넬의 법칙에 따라 초음파 신호의 선택된 입사각에서, 신호는 검사하고자 하는 물질의 표면을 따라 굴절된다. 상기 입사각에서의 θ₂는 90°이다. θ₂가 90° 일 때, 초음파 신호의 모든 에너지는 검사 대상 물질의 표면을 따라 굴절되는 것은 아니다. 초음파 신호 세기 중 약 10% 정도는 표면 아래로 직선 이동하는 편광 신호로서 나타나며, 이 신호는 흠을 검출하는 데에 유용하다. 이 편광 또는 복굴절 신호/빔은 해리스파로 통칭된다. 초음파 신호의 입사각이 증가할수록, 굴절하는 신호가 전반사하도록 입사각이 충분히 커질 때까지 고체의 표면을 따라 굴절 신호는 계속 전파한다. 90° 굴절에 요구되는 각도와 전반사에 요구되는 각도 사이의 선택된 입사각은 통상의 검사 각도에 비해 5배 내지 20배 이상으로 신호 대 잡음비가 높기 때문에, 검사하고자 하는 코팅재 표면 내에서의 흠 검출에 있어서, 특히 효율적인 해리스파를 발생시키는 각도로 존재한다.

루사이트(Lucite)를 입사 매체로 그리고 금속 용사 코팅을 굴절 매체로 하여 전단파를 사용할 경우, 고유 입사 빔 각도는 수직 방향으로부터 대략 66도이다. 루사이트는 이. 아이. 듀퐁 드 네머스 앤드 캄퍼니(E. I. Du Pont De Nemours and Company)의 등록 상표이다. 본 발명은 입사 매체에서 선택된 파의 속도에 대한 굴절 매체에서 선택된 파의 속도비에 따라 변화하는 임계각으로 저표면 결함을 검출하는데 유효한 전단파를 사용한다.

본 발명의 목적은 주철제 기재의 디스본드, 균열 및 박리에 대해 금속 용사 코팅물을 검사하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 주철 드라이어 쉘에 얇은 금속 용사 접착부의 품질을 제어하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 이하 상세히 설명한다.

이하, 본 발명을 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하며, 동일 부품에 대해서는 동일 참조 번호를 부여한다. 양키 드라이어 검사 장치(20)는 도 1에 도시되어 있다. 양키 드라이어(22)는 검사 프레임(24)에 장착되어 있다. 드라이어(22)는 티슈 웹이 건조되는 원통형 코팅면(26)을 구비하고 있다. 양키 드라이어(22)는 프레임(24)상의 베어링(28)에 장착되어 구동 기구(도시 생략)에 의해 회전된다. 초음파 변환기(30)는 머신 스크루(34)에 달려 있는 크로스피드(32)에 장착되어 있다. 머신 스크루(34)는 구동 기구(도시 생략)에 의해 회전된다. 머신 스크루(34)의 회전은, 장착된 초음파 변환기(30)를 장착하고 있는 크로스피드(32)가 드라이어 축(36)에 평행한 라인을 따라 드라이어(22)의 표면을 탐지(scan)하도록 한다. 드라이어(22)의 회전 운동과 초음파 변환기(30)의 선형 운동의 조합으로 양키 드라이어(22)의 표면상에 변환기가 나선형 패턴(38)을 그리게 된다. 도 1에서는 예시를 위해 넓은 간격으로 이격된 나선형 패턴(38)이 도시되었지만, 실제로는 초음파 변환기가 드라이어(22)의 표면(26)을 따라 1 회전당 약 1/8 인치로 진행되도록 매우 조밀한 나선형 패턴을 이루고 있다.

입사 매체(40), 예컨대 루사이트는 초음파 변환기로부터의 초음파 에너지를 양키 드라이어(22)의 코팅된 표면으로 커플링한다. 커플링 유체, 예컨대 통상적인 물은 미국 특허 제5,681,996호에 개시된 바와 같이 루사이트(40) 대신 사용될 수 있고, 이 물은 초음파 변환기로부터의 초음파 에너지를 양키 드라이어(22)의 코팅된 표면으로 커플링할 수 있다. 초음파 변환기의 출력은 하드 디스크 또는 DAT(디지털 오디오 테이프) 등의 대용량 데이터 저장 장치(42)에 디지털 형태로 저장된다. 컴퓨터 또는 오실로스코프(도시 생략)는 디스플레이를 위해 대용량 데이터 기억 장치(42)로부터의 데이터를 처리할 수 있다. 컴퓨터 디스플레이(46)는 드라이어(22)의 원통형 코팅면(26)에 대한 평면도로 도시되어 있고, 드라이어 코팅면(26)의 선택된 부분에 대한 불연속성 및/또는 박리(48)가 표시된다. 컴퓨터는 특정 위치에 대한 반사된 신호의 진폭을 표시하는데 사용될 수도 있다. 검출된 불연속 부분의 깊이 및 길이를 식별하기 위해, 종래 기술을 이용하는 별개의 스캔이 필요할 수 있다. 그러나, 드라이어 코팅면(26)의 금속 용사물의 두께는 일반적으로 약 0.020 인치(단 0.1 내지 0.025 범위), 불연속성 및/또는 박리가 발견되면, 금속 용사면의 프로화일 연마에 의해 손상 영역의 복원이 가능해진다. 따라서, 어떠한 불연속 부분의 깊이 또는 길이는 본 발명과는 직접적인 연관이 없게 된다.

자동화된 초음파 검사 기술이 도 1을 참조로 기술되지만, 수동 조작 또한 가능하다. 이 때, 사용자에 의해 루사이트 매체(40)와 연결되는 초음파 변환기(30)를 코팅면(26)위로 수동으로 횡단시킨다. 이러한 방법으로, 국부적인 검사가 쉽게 제어된다.

도 2는 드라이어 롤 캐스팅의 사시도를 도시한 것이다. 금속 용사 코팅면(62)이 드라이어 롤 캐스팅 외경 상부면(63)에 도포되어 있다. 금속 용사의 도포법과 드라이어 롤 캐스팅에 금속 용사에 의해 코팅하는 이유는 본원의 배경 기술에 기술한 바와 같이 해당 분야의 종사자에게 널리 공지되어 있다. 본 발명의 목적은 드라이어 롤 표면에 도포된 금속 용사 코팅물을 분석하고, 이 금속 용사 코팅물에 어떠한 결함이 있는지를 확인하는데 있다. 불량의 금속 용사 코팅물은 이후 더욱 상세히 기술하는 바와 같이 이러한 기계에서 생산된 종이나 티슈의 품질에 상당한 악영향을 준다.

도 3은 초음파 에너지의 빔(54)을 투사하는 초음파 변환기(52)를 도시한다. 초음파 변환기(52)는 루사이트 매체(56)와 밀접하게 협동한다. 초음파 변환기(52)가 도 3 내지 도 6에서 루사이트 매체에 매설되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 변환기(52)는 일반적으로 해당 분야 종사자에게 공지된 변환기 웨지를 이용하여 적절한 방법으로 루사이트 매체의 상부면에 걸쳐 위치될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 초음파 빔(54)은 코팅면(62)의 표면(60)에 법선의 기준선(58)에 대한 각도(57)로 위치하고 있다. 초음파 빔(54)이 코팅면(62)을 통과할 때, 제1 매체에서 관계하는 파 에너지에 대해 고속의 전파를 갖는 제2 매체로 파가 이동할 때 파 에너지의 굴절을 지배하는 스넬의 법칙에 따라, 제2 각도(61)로 코팅 상부면(60)에서 굴절하게 된다. 도 4는 초음파 변환기(52)로부터의 초음파 빔(66)이 선택 각도(64)로 완전히 굴절하는 것을 도시하며, 이에 따라 초음파 빔(66)은 코팅면(62)의 코팅 상부면(60)에 평행하게 전파하는 빔(70)을 형성한다. 즉, 굴절각의 사인이 1이 되도록 굴절각이 90°인 경우, 스넬의 법칙은 다음과 같이 쓸 수 있다.

V₁= 제1 매체에서의 초음파 신호의 속도.

V₂= 제2 매체에서의 초음파 신호의 속도.

θ₁= 제2 매체의 표면에 대해 수직한 라인에서 측정되는 초음파 신호의 입사각.

초음파가 2개의 매체 사이의 계면에서 완전히 굴절되면, 빔(66)이 코팅 상부면(60)과 충돌하는 지점(70)에서 시작하는 해리스파(76)가 생성된다. 이 해리스파(76)는 법선(58) 반대편 코팅면(62)으로 수직 하방으로 전파한다.

해리스파(76)가 생성되고 입사각이 상기 식에 의해 지배되는 각도(64)로부터 증가할 때, 즉 도 5에 도시된 바와 같이 초음파 빔(80)이 반사 각도(83)로 코팅 상부면(60)으로부터 전반사될 때까지 해리스파가 생성된다. 초음파 변환기(52)와 법선 사이의 각도가 증가하여 해리스파가 더 이상 생성되지 않을 때 측정함으로써 전반사 각도(83)의 위치 또는 크기는 경험적으로 결정될 수 있다. 경험적으로, 전반사 각도는 해리스파가 처음 생성되는 선택된 각도(64)의 약 120%이다.

도 5에 도시된 아크(84)는 스넬의 법칙에 의해 지배되는 선택된 각도(64)와 전반사가 발생하는 각도(82)를 나타낸다. 해리스파(76)는 이 아크(84)에서 발생한다. 아크(84)내에는, 전형적인 초음파 검사 빔 보다 5 내지 20배의 매우 높은 신 호 대 잡음비를 갖는 것으로 알려진 도 6에서의 각도(86)가 존재한다. 신호 대 잡음비는 적어도 5이며, 10 또는 그 이상일 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 각도(86)는 통상적인 종래 초음파로 검사하는 것이 어려운 금속 용사 코팅 등의 코팅재에서 1mm 정도의 미소 공극을 검출할 수 있다.

초음파 빔(88)을 따라 배향된 높은 신호 대 잡음비 각도(86)는, 커플링 매체(56)가 루사이트이고 코팅면(62)이 통상적인 금속 용사 코팅물일 때 법선(58)으로부터 대략 66°이다.

최적의 각도는 코팅재(62)에서의 음속에 좌우된다. 소리는 코팅 금속 용사면에서 3개의 파 성분, 즉 S파 또는 전단파, L파 또는 종파, 그리고 표면파로 구성되어 있다. 음속은 각 음파 형태에 따라 다르므로 최적 각도는 사용되는 파의 형태에 좌우된다. 전단파는 실제적인 장점을 가질 수 있고, 종파가 사용될 수 있다. 상기 식에서 지시한 바와 같이, 종파의 빔이 V₂ 의 표면으로 굴절되고 코팅 플레이트의 표면을 따라 전파하여 생성되는 해리스 파의 각도는 법선(58)으로부터 약 66°이다.

양키 드라이어(22)의 코팅면(62)을 검사하는데 사용하는 초음파 변환기(30)가 도 7에 도시되어 있다. 이 초음파 변환기(30)는 캐리지 블록(90)상에 장착되는 초음파 변환기(52)를 사용한다. 캐리지 블록(90)은, 미국 특허 제5,681,996호에 개시된 바와 같이, 필요한 경우 물 또는 다른 커플링 매체가 캐리지 블록(90)과 양키 드라이어(22)의 표면(26) 사이로 공급될 수 있도록 하는 포트(92)를 구비하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 캐리지 블록은 루사이트 매체(40)와 협동한다. 초음파 변환기(52)는 실린더(94)에 장착되어 변환기와 표면(26) 사이의 각도가 조절될 수 있다. 나사형 조절 스크루(96)는 스크루(96)가 실린더(94)에 대해 회전 가능하도록 유니버설 조인트에 의해 선회 가능하게 장착되어 있다. 스크루의 회전에 의해 변환기(52)와 표면(26) 사이의 각도가 변하게 된다. 미국 특허 출원 제08/948,959호의 초음파 변환기가 초음파 변환기(30)의 위치에 사용될 수 있음을 알 것이다. 또한, 해당 분야 종사자라면 초음파 변환기(52)는 일반적으로 공지된 간단한 변환기 웨지에 확고하게 고정될 수 있고, 본원에 이후 기술한 바와 같이 검사하고자 하는 물질에 대해 수동으로 조작될 수 있다는 것을 알 것이다.

도 7은 금속 용사 코팅과 함께 용해된 금속 밴드의 작은 액적(50)이 경화되는 방법을 도시한다. 용해된 액적이 적절하게 접합되지 않거나 콜드 스플래터가 발생할 때, 또는 박리가 금속 용사 코팅(62)과 주철제 기재(110) 사이에 전개될 때, 공극(100)이 형성된다. 도 7은 초음파(98)가 양키 드라이어(22)의 코팅면(62)을 관통하고 코팅재의 깊이 또는 금속 용사 코팅과 주철제 기재의 연결 지점에서 작은 공극(100)에서 반사되는 것을 도시한다. 또한, 도 7에는 코팅 상부면(60)을 따라 굴절되는 초음파(102)가 도시되어 있다. 표면파(102)로부터의 순환은 양키 드라이어 도포면(26)의 중요한 특성인 코팅면 거칠기를 검출하는데 사용될 수 있다.

양키 드라이어의 표면에 대해 90°로 관통하는 초음파 또는 초음파 빔은 수행되는 검사로부터 편광되고, 편광된 해리스파가 검출되는 산란을 감소하는데 효율적임을 보여준다. 그럼에도 불구하고, 최적 각도가 특이하게 높은 신호 대 잡음비를 갖는 정확한 이유는 경험적으로 관찰되며, 제시된 기구에 제한되는 것은 아니다. 광역에 걸친 초음파 에너지가 다른 물질에 대한 초음파 검사에 사용되어 왔고, 특히 1 내지 10 MHz의 주파수가 효율적임을 알았다.

본원에서 발명이 속하는 기술 분야 및 그 분야의 종래 기술에 기술한 바와 같이, 종이와 티슈의 주철 드라이어의 외측 쉘은 동작시 마모에 의해 마멸된다. 전술한 바와 같이, 쉘 마모가 발생되는 주요한 유닛이 바로 닥터 블레이드이다. 해당 분야 종사자라면 유해한 쉘 마모는 제조되는 종이/티슈 제품의 품질에 악영향을 준다는 것이 이해될 것이다. 그 결과, 사용되는 드라이어 실린더의 주철 표면은 주기적으로 매끄럽게 기계 가공되거나 연삭 가공되고, 마모된 주철 표면을 복원하기 위해 금속 용사가 표면에 도포된 후에 드라이어 실린더를 사용할 수 있다. 두께가 약 0.20인치인 금속 용사가 주철 표면에 침적된다. 불량한 금속 용사 도포는 본원에서 이전에 기술한 각종 문제점을 유발한다.

본 발명에 따른 방법은 금속 용사 접착 품질을 신속하게 검사할 수 있다.

금속 용사 과정과 후속하는 냉각 과정 바로 다음에, 품질 제어 목적으로 금속 용사를 평가할 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 금속 용사 코팅의 공극 및/또는 콜드 스플래터의 영역을, 또는 금속 용사가 도포된 후에 금속 용사 물질의 미세한 디스본드를 검출한다. 검출 가능한 콜드 스플래터의 양은 형성되는 티슈 또는 종이의 품질을 결정하지 못하도록 보정되어야 한다. 금속 용사 도포의 불량 영역의 윤곽이 그려지고 이에 금속 용사가 재도포되어야 한다.

본 발명에 따른 방법은 또한 드라이어 실린더를 일정 시간 사용한 후에 금속 용사의 품질을 검사할 수 있다. 동작시, 고온 드라이어는 흐르는 물에 노출될 때 해당 분야 종사자에게 공지된 바와 같이, 드라이어 섹션이 청소되고, 종이 뭉치가 제거된다. 일반적으로, 이러한 물 분사가 의도적으로 드라이어 표면과 접촉하는 것은 아니지만, 이러한 일이 발생한다. 드라이어 실린더의 쉘이 금속 용사되면, 금속 용사면과 주철제 기재 사이의 열 팽창 계수 차가 존재한다. 물이 드라이어 실린더와 접촉할 때, 금속 용사 코팅면은 소정의 속도로 주철제 기재는 다른 속도로 실린더가 냉각하기 시작한다. 이러한 열 팽창 계수의 차는 금속 용사 코팅면의 균열 또는 디스본드를 유발할 수 있다. 금속 용사면의 다른 파괴는 닥터 블레이드에 의해 또는 특정 종류의 코팅물이 코팅된 양키 드라이어 실린더와 압력 롤 사이의 닙(nip)을 통해 이동할 때 발생하는 마모를 포함한다. 이처럼, 코팅면의 주기적인 검사에 의해 금속 용사가 적절하게 수행되었는지 여부를 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 검출 방법은 주철 금속 용사 드라이어 실린더의 일측면에 1개의 변환기를 사용하고 있다. 흠 깊이의 결정을 돕는 보정 기준 표준이 반드시 필요한 것은 아니지만, 이것이 사용될 수 있다. 금속 용사 박층의 박리/불연속성의 검출은 고진폭의 초음파 신호를 발생시킨다. 박리/불연속성이 존재하지 않는다면, 고진폭의 초음파 신호는 존재하지 않는다.

코팅면과 주철제 기재 사이 접촉면에서의 접착부는 본 발명에 따른 빔과 함께 큰 UT 신호가 전달되지 않는데, 이는 이들 두 물질 사이의 양호한 임피던스가 존재하고 공극 또는 갈라질 때 소리를 반사하는 접촉면이 없기 때문이다. 접착이 약하면 현저하게 큰 신호가 발생한다.

해당 분야 종사자라면, 금속 용사물은 통상적으로 다음 방법으로 롤 표면에 도포된다는 것을 이해할 것이다. 코팅을 수용하는 드라이어 실린더는 프레임상의 베어링에 장착되어 구동 기구에 의해 회전된다. 금속 용사 코팅 장치는 드라이어 축에 평행한 라인을 따라 이동하는 크로스피드 기구에 통상적으로 장착되어 있다. 드라이어 실린더가 회전될 때, 금속 용사 장치는 드라이어 실린더의 일단부에서 타단부까지 선형으로 이동한다. 드라이어 회전 운동과 금속 용사 장치의 선형 운동의 조합은 금속 용사 코팅이 조밀한 나선형 패턴으로 도포되도록 한다. 콜드 스플래터가 일어날 때, 콜드 스플래터로부터 유발되는 일반적인 디스본드 또는 결함 형태는 주철제 기재에 도포되는 동안 금속 용사 코팅이 이동하는 나선형, 원주 경로에서 관찰될 수 있다. 이것은 결함이 검출될 때, 이 결함이 금속 용사에서 발견된 콜드 스플래터인지 아니면 기재에 도포되는 결함인지를 결정하는 데에 중요하다.

완전히 이해할 수 없기 때문에, 검사되는 소재의 외측면에 근접하여 발견된 결함은 외측 쉘로부터 검출되는 결함보다 더 큰 진폭의 초음파 신호를 발생시킨다. 일반적으로, 검사하고자 하는 물질의 표면으로부터 0.3 인치에서 관찰된 신호는 외측면으로부터 0.3인치보다 더 큰 거리로부터 관찰된 신호보다 진폭면에서 더 크다는 것이 본 발명을 통해 결정된다.

코팅된 금속 용사를 검사할 때, 결함이 발견되면, 초음파 순환 신호는 금속 용사 코팅의 두께가 전술한 0.3인치 보다 작은 약 0.20인치 두께이기 때문에 상당히 크게 존재한다. 순환 신호가 고진폭이 아닌 경우, 발견된 결함이 금속 용사 코팅내에 존재하지 않게 된다.

검출된 결함이 코팅내에 존재하는지 또는 금속 용사 코팅이 도포된 기재가 대략 0.3인치 내에 존재하는지를 결정하기 위해, 결함의 형태가 관찰되어야 한다.

전술한 바와 같이, 콜드 스플래터는 금속 용사가 도포되는 방법과 같이 나선형, 원주 패턴으로 이루어져야 한다. 이처럼, 고진폭의 순환 신호가 결함을 나선형, 원주 패턴으로 검출하면, 금속 용사에서 콜드 스플래터가 발견된다.

코팅 부품을 검사하는 기술은 매끄럽게 코팅된 플레이트의 형태인 코팅 부품과 함께 사용하는데 특히 적합하며, 상기 매끄럽게 코팅된 플레이트라 함은 편평한 코팅 플레이트 및 종이 드라이어 롤과 같은 대형 실린더의 코팅벽을 의미한다.

본 발명의 청구 범위에 사용되는 음속은 각종 형태의 초음파 빔을 말하며, 그에 따라 청구의 범위에 의해 정의된 각도는 예컨대, 음속의 측정에 사용되는 종파 또는 전단파의 선택에 따라 좌우된다.

1 개의 변환기가 초음파 신호를 송수신하기 위해 기술되었지만, 변형예로서 전송용 변환기와 수신용 변환기가 각각 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 이 경우, 전송 장치는 도시된 위치에 배치되며, 수신 장치는 법선 각도에 대칭적으로 대향하는 각도로부터 정해지는 위치에 배치될 수 있다.

본 발명은 본 명세서에 기술된 특정한 구성 및 방법에 한정하지 않는다. 예컨대, 사용하기 이전에 새로운 드라이어 실린더가 금속 용사 코팅되고, 첫 사용전에 금속 용사 코팅의 검사가 실시될 수 있다는 것을 기대할 수 있다.

본 발명에 따른 박리 및/또는 불연속성을 검출하는 방법은, 해당 분야 종사자에 공지된 음향 방출 검사법과 함께 실행될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

본 발명은 본원에 도시되고 기술된 특정 구성 및 부품의 배치에 한정하는 것이 아니며, 첨부된 청구의 범위내에 그 변형 형태를 포함한다는 것이 이해될 것이다.

적절한 초음파 변환기 주파수가 본 발명에 사용될 수 있음이 이해될 것이다.

본 발명에 따르면 주철제 기재의 디스본드, 균열 및 박리에 대해 금속 용사 코팅물을 검사하는 방법이 제공되고, 주철 드라이어 쉘에 얇은 금속 용사 접착부의 품질을 제어하는 방법이 제공된다.

Claims

외측 원통형 표면(26)을 구비하는 금속판(22)을 초음파로 검사하는 방법으로서,

상기 금속판(22)의 외측 원통형 표면(26) 위에 초음파 변환기(30)를 위치시키는 단계와,

상기 금속판(22)의 외측 원통형 표면(26)과 상기 초음파 변환기(30) 사이에 초음파 커플링 매체(56, 40)를 위치시키는 단계와,

상기 외측 원통형 표면(26)에 대한 법선(58)으로부터 소정의 선택 각도(86)로 상기 변환기(30)로부터 상기 외측 원통형 표면(26)을 향해 초음파 에너지의 제1 빔(88)을 지향시키는 단계를 포함하고,

상기 금속판(22)의 외측 원통형 표면(26)은 상기 금속판(22)에 도포된 보호성 코팅(62)에 의해 형성되고, 상기 선택 각도(86)는 초음파 에너지 빔이 상기 코팅면(26, 62)을 따라 이동하는 각도(64)와 상기 초음파 에너지가 상기 코팅면(26, 62)으로부터 반사되는 각도(84) 사이에 있어, 상기 코팅면(26, 62)에 수직하게 상기 코팅면(26, 62) 내부로 전파되는 초음파 에너지의 제2 빔(76)을 생성하게 되며,

상기 금속판(22)의 코팅면(26, 62)의 불연속, 박리 또는 디스본드(100)로부터 반사되어 오는 상기 제2 빔(76)의 일부를 검출하여 상기 코팅면(26, 62)을 검사하고,

상기 선택 각도(86)는 5 대 1 이상의 신호 대 잡음비를 갖는 상기 제2 빔의 검출 부분을 발생시키도록 선택되며,

상기 커플링 매체(56, 40)는 루사이트(lucite)이고, 상기 보호성 코팅(26, 62)은 금속 용사 코팅(26, 62)이며, 상기 선택 각도(86)는 상기 코팅면(26, 62)에 대한 법선(58)으로부터 66도인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 변환기(30)는 상기 코팅면 위를 횡단하고, 상기 변환기(30)는 상기 제2 빔(76)의 검출 부분에 응답하여 신호를 발생하며, 상기 신호는 상기 코팅면(26, 62) 횡단의 상당 부분에 대해 기록되는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제3항에 있어서, 상기 변환기(30)는, 상기 원통형 표면(26)에 의해 규정된 축선을 중심으로 상기 원통형 금속판(22)을 회전시키고, 상기 축선에 평행하게 상기 코팅면(26, 62)을 따라 상기 변환기(30)를 이동시킴으로써, 상기 코팅면(26, 62)을 횡단하여 상기 금속판(28)의 원통형 표면(26) 상에서 나선형 패턴을 그리게 되는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제4항에 있어서, 상기 나선형 패턴의 원주방향 회선은 0.32 cm(1/8인치)의 간격을 두고 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 빔(88)은 상기 커플링 매체(56, 40)를 통해 상기 금속판(22)의 코팅물 내부로 향하고, 상기 제1 빔(88)은 제1 속도로 상기 매체(56, 40)를 통해 제1 속도로 전파되고, 상기 제1 빔(88)은 상기 코팅물 내에서 제2 속도로 전파되며,

상기 코팅면(26, 62)은 국소 법선(58)을 형성하고, 상기 제1 선택 각도로 지향된 상기 제1 빔(88)은 상기 국소 법선(58)으로부터 측정되고, 상기 국소 법선(58)에 대한 제2 각도(64)는 상기 커플링 매체(56, 40)를 통과하는 상기 제1 빔(88)의 제1 속도를 상기 코팅물을 통과하는 상기 빔(88)의 제2 속도로 나눈 값의 아크사인으로 정의되고,

상기 제1 빔(88)이 상기 금속판(28)으로부터 실질적으로 반사되는 제3 각도가 상기 국소 법선(58)에 대하여 정의되며, 상기 제2 각도(64)와 상기 제3 각도(82) 사이에 아크 각도(84)가 정의되고, 상기 제1 각도(86)는 상기 제2 각도(64)와 상기 아크 각도(84)의 50%를 더한 각도이며,

상기 제1 빔(88)으로부터 반사 신호(70)를 수신함으로써, 상기 코팅물 내부에 재료의 불연속 또는 박리 또는 디스본드(100)가 있다는 것이 표시되는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 제2 각도(64)를 결정하는 데 사용되는 상기 코팅물을 통과하는 제1 빔(88)의 속도는 전단파(76)의 측정값인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 제2 각도(64)를 결정하는 데 사용되는 상기 코팅물을 통과하는 제1 빔(88)의 속도는 종파(70)의 측정값인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 커플링 매체(40)는 루사이트이고, 상기 코팅물은 금속 용사 코팅이며, 상기 제1 각도(86)는 66도인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 금속판(22)의 코팅면(62)을 따라 이동하는 상기 제1 빔(88)의 성분으로부터 상기 코팅면의 거칠기를 나타내는 반사 신호(70)를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 코팅된 금속판(22)은 양키 드라이어의 롤 표면(26)을 형성하는 실린더의 일부분인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제11항에 있어서, 상기 변환기(30)는, 상기 원통형 표면(26)에 의해 규정된 축선을 중심으로 상기 드라이어를 회전시키고, 상기 축선(36)에 평행하게 상기 코팅면(62)을 따라 상기 변환기(30)를 이동시킴으로써, 상기 코팅 드라이어 표면(62)을 횡단하여 상기 드라이어의 원통형 표면(26) 상에서 나선형 패턴을 그리게 되는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제12항에 있어서, 상기 나선형 패턴의 원주방향 회선은 0.32 cm(1/8인치)의 간격을 두고 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 변환기(30)는 상기 코팅 금속판 표면 위를 횡단하고, 상기 변환기로부터의 신호는 상기 코팅면(62) 횡단의 상당 부분에 대해 기록되는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 빔(88)의 초음파 에너지의 일부(70)가 상기 코팅물을 따라 전파되고 상기 초음파 에너지의 일부(76)가 상기 코팅물에 대해 수직한 라인의 반대편을 투과하며, 상기 코팅물에 수직한 라인의 반대편을 투과하는 에너지는 편광되고,

상기 코팅물을 따라 전파되는 에너지의 일부(70)로부터 반사된 에너지를 검출하여 상기 금속판(22)의 코팅면의 거칠기를 검출하고,

상기 코팅물에 수직한 라인의 반대편으로 투과하는 에너지의 일부(76)로부터 반사된 에너지를 검출하여 상기 코팅물 내의 재료의 불연속, 박리 또는 디스본드를 검출하는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제15항에 있어서, 상기 투과하는 에너지의 일부(76)로부터 반사되어 검출된 에너지는 전단파인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제15항에 있어서, 상기 투과하는 에너지의 일부(76)로부터 반사되어 검출된 에너지는 종파인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제15항에 있어서, 상기 커플링 매체(56)는 루사이트이고, 상기 코팅물은 금속 용사 코팅이며, 상기 제1 각도(86)는 66도인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제15항에 있어서, 상기 코팅 금속판(22)은 양키 드라이어의 롤 표면(26)을 형성하는 실린더인 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제19항에 있어서, 상기 변환기(30)는, 상기 원통형 표면(26)에 의해 규정된 축선을 중심으로 상기 드라이어를 회전시키고, 상기 축선(36)에 평행하게 상기 드라이어 코팅면(26)을 따라 상기 변환기(30)를 이동시킴으로써, 상기 코팅면(26)을 횡단하여 상기 드라이어의 원통형 표면(26) 상에서 나선형 패턴을 그리게 되는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제20항에 있어서, 상기 나선형 패턴의 원주방향 회선은 0.32 cm(1/8인치)의 간격을 두고 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.
제20항에 있어서, 상기 코팅된 드라이어 표면(26) 위로의 횡단은 상기 코팅면(26) 횡단의 상당 부분에 대하여 기록되는 것을 특징으로 하는 금속판 검사 방법.