KR100879677B1 - 전극 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전기 아크 강 생산 노(furnaces)에 사용되는 유형의 전극들과 같은, 원통형 탄소 물품의 초음파 검사를 위해 제공되는 시스템(10)에 관한 것이다. 고정된 종축 위치에 전극(12)을 수용하기 위해, 그리고 전극의 종축선을 중심으로 전극을 회전시키기 위해 검사 스테이션(18)이 제공된다. 주로봇(20) 및 종로봇(22)이 제공되는데, 각각은 한 쌍의 변환기(60, 62)를 운반하고, 이 변환기는 전극 주위로 원주상으로 이격된 위치에서 전극과 결합하도록 배열된다. 검사 스테이션이 전극을 회전시키고, 이와 함께 주로봇 및 종로봇 각각은 전극의 길이의 대략 1/2을 따라 연결된 한 쌍의 변환기를 운반한다.

Description

전극 검사 시스템{ELECTRODE INSPECTION SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 원통형 탄소 물품, 특히 흑연 전극용 자동 검사 시스템에 관한 것이다.

재생용 고철(steel scrap) 재료로부터 강(steel)을 제조하기 위해 현재의 기술수준에서는 고철 및 기타 재료들을 높은 에너지의 전기 아크에 의해 용융시키는 전기 아크로(electric arc furnaces)의 사용에 크게 의존한다. 전기 아크로에 사용되는 하나의 중요한 구성요소는 컬럼(column) 형태의 커다란 탄소 전극이다. 이러한 탄소 전극은 일반적으로 나사 형성된 일체형 핀 및 박스 연결체를 양 단부 상에 구비하는 원통형 형상을 가진다. 원통형 탄소 전극은 통상적으로 15 내지 30 인치 범위의 직경과 약 10 피트 정도 이하의 길이를 가진다.

탄소 전극은 전기 아크로에서의 제강 공정 중에 사용된다. 필연적으로, 전극 단부는 제강 공정 중에 연소되어 소모되게 된다. 전극은 나사 형성된 컬럼 형태의 전극으로서 노 내부에 놓이며, 최하부 전극이 연소되어 소모되면서 컬럼 형태의 전극이 전진되므로 주기적으로 새로운 전극 세그먼트를 컬럼의 상단부에 추가해줘야 한다.

전극 하단부에서의 예상된 연소에 의한 소모 이외에도, 제강로 내부의 극단적인 환경조건으로 인해 전극의 물리적 불일치를 초래하여, 전극은 때때로 바람직하지 않게 급격히 소모된다. 예를들어, 크랙 등은 대부분의 전극을 분리시킴으로써 전극 사용량을 증대시켜 전극의 수명 및 효과를 감소시킨다.

그러므로, 다른 방법으로는 관찰할 수 없는 내부 결함을 확인하기 위한 전극의 비파괴 실험을 제공할 수 있는 고도의 제어 기술이 필요하다. 그러한 시스템은 다양한 공정 변수를 개선하기 위한 모니터로서 제조 공정에 사용됨으로써, 배치식 탄소의 제작시 제품 성능을 개선할 수 있게 한다. 또한 검사 시스템이 전기 아크로에 사용하고자 하는 고객에게 전달하기 이전에 불량품을 검출하고 제거하는데 사용될 수 있다. 또한, 그러한 시스템은 양호한 공정 변수를 확인하기 위해 내부 전극 구조물을 제조 공정변수 및 제품 성능에 상호연관시키는데도 사용될 수 있다.

본 발명에 앞서서 사용된 시스템은 전술한 형태의 실험을 위한 아주 기본적인 시스템이다. 종래의 시스템에는 실험할 탄소 전극을 수용하기 위한 크래들이 제공되어 있다. 탄소 전극은 탄소 전극의 길이방향에 수직한 횡방향으로의 운동에 의해 크래들 위로 이동된다. 그 후 한 쌍의 롤러 변환기가 두 개의 분리형 변환기 배치 기구의 사용을 통해서 전극의 반대측 상에 놓여진다. 실험 작동 중에, 롤러 변환기는 각각 실험할 전극의 전체 길이를 따라 동시에 이동된다. 롤러 변환기는 전극에 대한 축방향 형상의 스캔 이지미를 생성한다. 그후 롤러 변환기는 분리되어 탄소 전극으로부터 제거되며, 상기 탄소 전극이 크래들로부터 집어 올려져서 테스트 크래들로부터 전극을 제거하기 위해 전극의 길이에 횡방향으로 다시 이동된다.

종래의 시스템이 본 발명의 시스템이 목적으로 하는 일반적인 형태의 검사를 수행하기 위해 작동할 수 있지만, 바람직한 실험 용적을 제공하기에 불충분한 곳에서는 작동할 수 없다.

따라서, 현재의 전극 제조 플랜트에서 제작되는 것과 같은 커다란 체적의 탄소 전극을 실험할 수 있도록 전극을 처리할 수 있는 개선된 시스템을 제공하기 위한 일반적인 형태의 개선된 실험 시스템이 필요하다.

본 발명은 전체적으로 원통형 탄소 전극을 검사하기 위한 시스템을 개선한 것이다. 본 발명은 또한 다른 대형 원통형 탄소 물품의 취급과 검사에 사용될 수 있다.

본 발명의 한 양태에서, 로봇 검사 시스템을 개선한 것으로 여기서 테스트되어질 탄소 전극 둘레로 검사 변환기가 배치되어 있다. 로봇 검사 시스템은 이격된 제 1 및 제 2 브랜치(branches)을 포함하는 요크(yoke)를 포함한다. 요크가 로봇 아암 조립체에 부착되어 있다. 로봇 아암 조립체는 요크가 전극 주위에 수용되는 작동 위치와 요크가 상기 전극으로부터 제거되는 수축 위치 사이에서 이동가능하다. 요크의 제 1 및 제 2 브랜치에 제각기 부착되는 한 쌍의 변환기는 로봇 아암 조립체가 그 작동 위치에 있을 때, 전극 둘레의 원주방향으로 이격된 위치에서 전극과 작동적으로 상호작용하도록 배열되어 있다.

본 발명의 다른 양태에서는, 위에 기술한 시스템은 한 쌍의 제2 변환기 및 제 2 요크를 지니는 제 2 로봇 아암 조립체를 포함한다. 제 1 및 제 2 로봇 아암 조립체는 각각 주로봇과 종로봇이며, 서로 동기화되어(in synchronization with each other) 이동하도록 구성되어 있다. 제 1 및 제 2로봇 아암 조립체가 이들의 작동 위치에 있고 제 1 및 제 2 요크가 전극 둘레에 수용되어 있으면, 제 1 및 제 2 요크는 검사되어야 할 전극의 길이의 약 절반과 같은 거리 만큼 이격되어, 각 요크는 검사되어질 길이의 약 절반을 동시에 횡단할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 검사 시스템은 고정된 종축 위치내에 전극을 수용하고 전극이 고정된 종축 위치 내에 있는 동안 전극의 종축선 둘레로 전극을 회전하기 위한 회전자 스테이션(rotator station)을 포함한다. 한 쌍의 제 1 변환기를 포함하는 주로봇(master robots)은 전극 둘레에서 원주방향으로 이격된 위치에서 전극과 맞물리도록 배열되어 있다. 종로봇은 주로봇과 동기화되어 이동되도록 구성되어 있으며, 한 쌍의 제 1 변환기로부터 종방향으로 떨어진 장소에서 전극과 맞물리도록 배열된 한 쌍의 제 2 변환기를 포함하여, 한 쌍의 제 1 변환기 및 한 쌍의 제 2 변환기가 전극의 길이의 서로 다른 부분인 제 1부분 및 제 2부분을 각각 동시에 스캔할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에서, 회전자 시스템을 포함하는 상술한 검사 시스템은, 회전자 스테이션에서 전극의 종축선과 정렬되는 전극 통로를 가지는 컨베이어 시스템을 포함한다. 추가로 회전자 스테이션은, 바람직하게, 한 세트의 전동식 회전 롤러상에 전극을 배치하고 전동식 회전 롤러로부터 전극을 들어올리기 위한 승강기를 포함한다. 그러므로, 원통형 탄소 전극은 선형 경로에서 이동하고 검사 스테이션은 제조 작업의 선형 통로와 정렬되어 일부분을 이룬다.

본 발명의 또 다른 양태에서는, 내부의 물리적 결함에 대해서 원통형 탄소 물품을 검사하는 방법을 제공하는 것으로,

상기 방법은,

(a) 전극의 길이를 따라 종방향으로 이격되는 서로 다른 위치인 제 1 및 제 2 위치에 한 쌍의 제 1 변환기 및 한 쌍의 제 2 변환기를 위치시키되, 상기 각 쌍의 변환기들을 상기 전극의 원주 주위에서 서로 이격되게 위치시키는 단계와;

(b) 상기 전극의 종축선을 중심으로 상기 전극을 회전시키는 단계와;

(c) 상기 (b)단계동안, 상기 전극과 한 쌍의 제 1 변환기 및 한 쌍의 제 2 변환기 사이의 상대적인 종방향 이동을 제공하여, 상기 한 쌍의 제 1 변환기 및 상기 한 쌍의 제 2 변환기들이 상기 전극의 길이의 서로 다른 부분인 제 1 및 제 2 부분을 동시에 스캐닝하는 단계를 포함한다.

그러므로, 본 발명의 총괄적인 목적은, 이에 한정되는 것은 아니지만, 전극을 포함하는 원통형 탄소 물품을 검사하기 위한 시스템을 개선하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 물품의 길이의 여러 부분을 동시에 스캔하는 다중 세트의 변환기를 이용하고 그러므로 한 쌍의 변환기로 물품을 스캔하는데 필요로 했던 스캐닝 시간과 비교해서 스캐닝 시간을 줄임으로써 증가된 속도로 탄소 물품을 검사할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 탄소 물품이 검사 스테이션을 통해서 이동할 때, 탄소 물품이 물품의 종축선과 평행한 선형 통로로 이동하는 검사 시스템을 제공하는 것이다.

첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로부터, 소위 당업자는 본원 발명의 기타 목적, 특징 및 이점들을 용이하게 인식할 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 전극 검사 시스템의 평면도로서, 제조 라인상의 일련의 전극들이 검사 스테이션을 통해 좌측으로부터 우측으로 축방향 경로를 따라 이동하는 것으로 도시한 것이며, 상기 검사 스테이션에서는, 2쌍의 검사 변환기에 전극을 결속하기 위해 전극의 양측면에 위치하는 주로봇 및 종로봇이 도시되어 있는, 전극 검사 시스템의 평면도.

도 2 내지 도 9 는 도 1 의 시스템의 일련의 사시도로서, 단일 카본 전극이 검사 스테이션내로 이동하고, 검사되며, 이어서 검사 스테이션으로부터 빠져나오는 것을 도시한 도면으로서,

도 2 는 2대의 로봇 조립체가 검사 스테이션으로부터 완전히 수축되고, 원통형 탄소 전극이 검사 스테이션의 상류에 위치되고 컨베이어 시스템을 따라 검사 스테이션내로 이동되려고 하는 상태의 비어 있는 검사 스테이션을 도시한 도면.

도 3 은 탄소 전극이 검사 스테이션내로 이동된 상태를 도시한 도면으로서, 검사 스테이션의 승강기는 여전히 상승된 위치에 있으며, 상기 로봇들은 대응 변환기 쌍이 전극 위쪽의 정위치내에 있는 상태에서 요크들을 회전시킨 것을 도시한 도면.

도 4 는 승강기가 전극을 지지 구동 롤러들상으로 하강시키고 그리고 로봇에 의해 이송되는 요크가 아래로 피봇이동되어 스캔이 시작되는 초기 위치로 롤러 변환기 쌍을 위치시키는 것을 도시한 것으로서, 상기 요크는 스캔될 전극 길이의 약 절반과 같은 거리 만큼 이격된 것을 도시한 도면.

도 5 는 스캔 말기의 롤러 변환기 및 로봇의 위치를 나타낸 도면으로서, 각 변환기 쌍은 도 4 의 위치로부터 도 5 의 위치로 이동됨에 따라 전극 길이의 약 저반이 스캔되는 것을 나타낸 도면.

도 6 은 스캔이 완료되고 그리고 로봇에 의해 이송되는 요크가 전극과 결속이 해제되는 상방 위치까지 후방으로 피봇 이동된 것을 도시한 도면.

도 7 은 로봇이 검사 스테이션으로부터 요크를 계속 회전시키는 것을 도시한 도면.

도 8 은 승강기가 배출 컨베이어와 일직선을 이루는 위치까지 전극을 상승시키며, 상기 전극은 검사 스테이션으로부터 배출 컨베이어로 이동하기 시작하는 것을 도시한 도면.

도 9 는 전극이 검사 스테이션으로부터 완전히 이동되고 검사 스테이션 하류의 배출 컨베이어로 하향 이동되며, 상기 로봇은 요크 조립체를 검사 스테이션으로부터 더 회전시키며, 상기 로봇은 도 2 에 도시된 바와 같은 완전히 제거된 위치까지 계속 회전될 것이고 그리고 다른 전극이 검사 스테이션내로 이동되어 도 2 에 도시된 바와 같이 새로운 공정이 개시되는 것을 도시한 도면.

도 10 은 롤러 변환기의 고무 결속 부재와 외측 림의 단면도.

도 11 은 도 10 에 대한 90°의 각도에서의 롤러 변환기 단면도로서, 오일욕내의 압전 변환기를 도시한 단면도.

첨부 도면 특히, 도 1 을 참조하면, 원통형 탄소 전극의 검사를 위한 전극 검사 장치 또는 시스템이 도시되어 있으며, 이 전극 검사 장치 또는 시스템은 전체 적으로 도면부호 10 으로 표시되어 있다.

도 1 에는 일련의 원통형 탄소 전극(12A, 12B 및 12C)이 도시되어 있다. 전극 검사 시스템(10)은 검사 스테이션(18)을 포함한다. 제 1 탄소 전극(12A)은 검사 스테이션(18)의 상류에 있다. 제 2 탄소 전극(12B)은 검사 스테이션(18)내의 제 위치에 있다. 제 3 탄소 전극(12C)은 이미 검사 스테이션(18)을 통과하였으며, 검사 스테이션(18)의 하류에 있다.

주로봇(master robots; 20) 및 종로봇(slave robots; 22)은 검사 스테이션(18)의 양쪽에 위치된다. 이들 로봇(20, 22)은, 예를 들어, 미국 미시건 로체스터에 소재하는 Fanuc Robotics North America 가 판매하는 Fanuc Model S-430i 로봇일 수 있다. 이러한 로봇은 6 개의 이동 축을 제공한다. S-430i 모델은 118 인치 길이의 로봇이며 275 lbs 의 적재 중량을 가진다.

검사 스테이션(18)과 주로봇(master robots; 20) 및 종로봇(slave robots; 22)을 포함한 시스템(10)의 구성의 상세한 사항은 도 2 내지 도 9의 사시도에 가장 잘 도시되어 있다.

도 1 에서, 접미사 A, B 및 C 는 단지 연속적으로 도시된 3개의 원통형 전극을 용이하게 참조할 수 있도록 부여된 것이다. 명료한 도시를 위해 오직 하나의 탄소 전극만이 도시되어 있는 나머지 도 2 내지 도 9 에서, 탄소 전극은 도면부호 12로 표시되었다.

각 전극(12)은 길이(14) 및 그 길이(14)와 평행한 종축선(16)을 갖는다. 도 1 에서, 전극(12A, 12B 및 12C)은 개략적으로 도시되었으며, 핀과 박스 단부들은 도시하지 않았다. 도 2 내지 도 9 에서, 각 전극들은 핀 단부를 포함하여 보다 상세히 도시되었다. 소위 당업자는 전극들이 2개의 박스 단부와 독립된 핀 커넥터를 가지도록 제조될 수 있다는 것을 이해할 것이며, 이 때 상기 핀 커넥터는 인접 전극들이 전기 아크로내에서 전기 스트링내에 조립될 때 인접 전극들 사이에 위치되어 그 인접 전극들을 연결한다.

도 2 내지 도 9 에서, 컨베이어 시스템(24)은 다수의 V-자형 지지부에 의해 개략적으로 도시되어 있다. 컨베이어 시스템(24)은 하류 부분(26), 검사 스테이션 부분(28), 및 상류 부분(30)을 포함한다. 각각의 V 자형 부재(24)는 원통형 전극 세그먼트(12) 중 하나가 수용되는 V 자형 롤러 쌍을 개략적으로 나타낸다. 전극(12)은 통상적인 컨베이어 동력 시스템에 의해 컨베이어 시스템(24)의 길이를 따라 전극(12)의 종축선(16)에 평행한 방향으로 이동될 것이다. 예를 들어, V 자형 롤러 부재(24)중 하나 또는 그 이상은 컨베이어 시스템의 경로를 따라 전극을 선택적으로 진행시킬 수 있는 종동 지지 롤러일 수 있다. 기타 다른 종래 컨베이어 시스템도 사용될 수 있다. 예를 들어, 벨트 컨베이어가 사용될 수 있다.

컨베이어 시스템(24)의 검사 스테이션 부분(28)은 또한 승강기(32)를 포함한다. 각각의 V 자형 지지 부분(28)은 도 2 및 도 3 에 도시된 위치로부터 도 4 에 도시된 위치까지 낮춰질 수 있으며, 상기 도 4 에 도시된 위치에서 전극(12)은 동력식 회전 롤러(34A, 34B)의 2개의 이격된 쌍에 놓여지며, 이하에서 보다 상세히 설명될 상기 동력식 회전 롤러 쌍은 검사 공정중에 종축선(16)을 중심으로 전극(12)을 회전시키는데 이용된다.

검사 스테이션(18)은, 도 3 내지 도 7 에 도시된 바와 같이, 고정된 종방향 위치에 전극(12)을 수용하고, 전극이 고정된 종방향 위치에 있는 동안 전극(12)을 종축선(16)을 중심으로 회전시키는 검사 스테이션(18)으로 대체적으로 기술될 수 있다.

동력식 회전 롤러(34)는 종방향으로 이격된 제 1 및 제 2 의 쌍(34A, 34B)을 포함한다. 롤러 쌍(34A, 34B) 들 중 하나 이상은 상이한 길이의 전극(12)을 수용하도록 다른 하나에 대해 종방향으로 따라 상대적으로 이동될 수 있는 동력화된 위치결정 슬라이드(35)에 부착된다.

승강기(32)는 전극(12)을 동력식 회전 롤러(34A, 34B)상에 위치시키고 그리고 동력식 회전 롤러(34A, 34B)로부터 전극(12)을 상승시키기 위한 시스템을 제공한다.

전술한 것처럼, 검사 스테이션(18)은 V-롤러 컨베이어(24)의 중간 섹션(28)을 포함한다. 이러한 중간 섹션(28)에는 전력이 공급되고 전극 감지 스위치를 갖는 접철식(retractable) 스톱 롤러(29)를 포함한다. 전극(12)은 컨베이어(24)의 상류 부분(30)으로부터 검사 스테이션(18)으로 들어간다. 회전 롤러의 전방쌍(34B)은 바람직하게 검사 스테이션의 전방 단부에서 전극이 포지티브 스톱(positive stop)으로 가압되도록 약간 경사져 있을 것이다. 컨베이어 드라이브 롤러는 전극을 도 2에서 상승 위치에 있는 스톱 롤러(29)에 지지되도록 위치시키고, 그 후 전극(12)은 승강기(32)에 의해 회전 롤러(34A 및 34B) 상으로 약 12인치 하강된다. 시험이 완료된 후, V-롤러(28)는 회전 롤러(34A 및 34B)로부터 전극(12)을 픽업하도록 상승하고, 전극(12)을 컨베이어(24)의 출구부(26)의 높이에 위치시킨다. 스톱 롤러(29)는 접혀지고, 전극(12)은 컨베이어(24)의 출구부(26)로 이동된다.

주로봇(20) 및 종로봇(22) 각각은 유사한 방식으로 구성된다. 도 2 내지 도 9의 전방에 있는 종로봇(22)에 대해서 이하에서 설명되며, 이는 가장 용이하게 설명되어 있다.

종로봇(22)은 베이스(36)를 갖는다. 턴테이블(38)은 베이스(36) 상에 장착되고 수직축을 중심으로 회전한다. 드라이브 시스템(39)은 턴테이블(38) 상에 수송되고 종로봇(22)을 구동시킨다. 로봇 아암 조립체(40)는 턴테이블(38)에 연결되는 피봇이동식 쇼울더 연결부(42)를 포함한다. 아암 조립체(40)는 피봇이동식 엘보우 연결부(pivotal elbow connection; 48)에 결합된 전방 아암(46; forearm)과 주 아암(main arm; 44)을 포함한다. 전방 아암(46)은 리스트 메카니즘(wrist mechanism; 48)을 보유한다.

도 8에서 가장 잘 알 수 있는 거처럼, 로봇 아암 조립체(40)의 리스트 메카니즘(48)에는 요크(yoke; 50)가 부착되어 있다. 이 요크(50)는 리스트 메카니즘(48)에 연결된 연결부의 대향 측면 상에 있는 이격된 제 1 브랜치(frist spaced branches; 52) 및 제 2 브랜치(second spaced branches; 54)를 포함한다.

공압 실린더(56 및 58)는 제 1 및 제 2 브랜치(52 및 54)의 외측 단부에 각각 부착된다. 공압 실린더(56 및 58)는 계속해서 한 쌍의 변환기(60 및 62)를 지지한다. 변환기(60 및 62)는 롤러 변환기이고, 그 상세도는 도 10에 도시된다. 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 로봇 아암 조립체(40)가 그 작동 위치로 이동되면, 각각 요크(50)와 공압 실린더(56 및 58)를 갖는 각각의 쌍의 변환기(60 및 62)는 전극(12)을 중심으로 원주방향으로 이격된 위치에서 탄소 전극(12)과 작동상 상호작용하도록 정렬된다.

연장 가능 램으로 지칭될 수도 있는 공압 실린더(56 및 58)는 탄소 전극(12)에 변환기를 배치시키거나 또는 변환기를 탄소 전극과의 결합으로부터 제거하는 동안 필요에 따라 각각의 변환기가 전극(12)을 향해 연장하거나 이로부터 수축되게 할 수 있다. 바람직하게, 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼, 변환기(60 및 62)는 그 직경상 대향 측면에서 탄소 전극(12)과 맞물리도록 배치된다. 도 4 및 도 5에 도시된 것처럼 롤러 변환기(60 및 62)가 탄소 전극(12)과 맞물리면, 각각의 롤러 변환기는 일반적으로 탄소 전극(12)의 길이(14)에 평행하고 탄소 전극(12)의 종축선(16)과 평행한 축을 중심으로 회전가능하다.

도 3 및 도 4의 위치 사이의 이동을 비교함으로써 알 수 있는 것처럼, 요크(50)는 로봇 아암 조립체(40)에 피봇이동식으로 부착되고, 로봇 아암 조립체가 도 4의 작동 위치로 이동할 때 요크(50)가 아래로 피봇되어 전극(12) 위에 걸치도록 구성된다.

도 4에서 명백한 것처럼, 주로봇(20) 및 종로봇(22)의 제 1 및 제 2 로봇 아암 조립체(40)가 전극(12) 주위로 수용될 때, 주로봇(20) 및 종로봇(22)의 제 1 및 제 2 요크(50)는 검사되는 전극(12) 부분의 길이의 약 절반과 동일한 거리 만큼 이격된다. 그러므로, 도 4에서 알 수 있는 것처럼 두 쌍의 롤러 변환기가 전극(12)과 맞물린 후에, 전극(12)은 가동 회전 롤러(34A 및 34B)에 의해 종축을 중심으로 회전되고, 그 동안 로봇(20 및 22)은 그 요크(50) 및 관련 롤러 변환기를 전극(12) 길이의 약 절반을 따라 동시에 이동시킨다. 그러므로, 전극(12)을 스캔하는 시간은 단지 하나의 로봇이 이용될 때 요구되는 시간에 비해 절반으로 감소된다.

검사되는 전극(12)의 길이(14)의 일부는 실질적으로는 전체 길이(14)일 것이나, 정확하게 전체 길이(14)가 아닐 수도 있음을 알 수 있을 것이다.

검사 스테이션(18)은 또한 전극(12)의 후방 단부와 축상으로 맞물려서 전극(12)의 주변 위치를 감지하도록 배치된 엔코더 헤드(encoder head; 67)를 갖는 엔코더(encoder; 66)를 포함한다. 그러므로, 스캔 작업에 의해 수집된 데이타는 주어진 전극(12)의 주변부의 특정 위치를 확인하는 물리적 마커(marker)에 상호관련될 수 있다. 엔코더(66)는 상이한 직경의 전극(12)을 수용하도록 검사 스테이션(18)에 대해 높이가 조절되도록 구성된다.

엔코더 조립체(66)는 시험 중에 전극 주변 위치의 픽업을 제공하도록 이용된다. 이러한 엔코더 조립체(66)는 도 2에 도시된 회수 위치로부터 도 5에 도시된 것처럼 시험 위치로 엔코더(66)의 회전(swinging)을 허용하도록 피봇 아암(pivot arm) 상에 장착된다. 엔코더 조립체(66)의 엔코더 헤드(67)의 높이를 컴퓨터로 제어할 수 있도록 하기 위해 모터 슬라이드가 제공되어, 전극(12)의 단부 상에서 중심설정(centering)된다. 엔코더 조립체(66)의 자동 조절을 제어하는 소프트웨어가 제공된다. 엔코더 조립체(66)는 또한 엔코더 헤드(67)를 전극의 단부에 대해 장착 및 회수하도록 이중 작용 공기 실린더 메카니즘(80)을 포함한다.

변환기(60 및 62)는 전극(12)이 동력식 회전 롤러(34)에 의해 회전될 때 전극(12)의 외측 주변부와 맞물려서 자체 축을 중심으로 회전하는 롤러 변환기이다. 변환기(60 및 62)는 초음파 변환기이고, 이 중 하나는 음파를 전극(12)에 송신하고 다른 하나는 음파가 전극(12)을 통과한 후에 이를 수신한다. 일반적으로, 변환기(60 및 62)는 전극(12)을 통과하는 음속을 측정하는 시스템을 제공한다. 각각의 쌍의 변환기(60 및 62)는 적절한 소프트웨어에 의해 처리될 때 CAT-스캔 기계가 인체의 횡단 사진을 찍도록 이용되는 방식과 동일하게 전극(12)의 횡단면 구조의 시각적 표시를 제공하는 신호를 제공한다. 변환기(60 및 62)로부터 수집된 데이타는 또한 전극(12)의 외측 표면의 시각적 표시를 생성하도록 이용될 수도 있다. 전극(12)을 구성하는 탄소 재료를 통한 음속의 측정을 기초로 한 이러한 다양한 가시적 표현은 전극의 표면 및 전극내의 균열과 같은 다양한 물리적 결함을 매우 정확히 표현하며, 또한 전극의 길이를 따라 그리고 단면을 통해 달라지는 재료 밀도를 보여준다.

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도 10에는, 변환기 롤러(60) 중 하나가 단면도로 도시되어 있다. 제 1 및 2 이격된 스테인리스강 림(68 및 70)은 외측의 교체가능한 러버 랜딩 삽입부(rubber landing inserts; 74)가 장착되는 내부 러버 링(72)을 지지한다. 러버 랜드 삽입부(74)는 3/16 내지 1/4 인치의 두께를 가지며, 중앙의 탄성 중합체의 일정한 압축을 초래한다. 이러한 특징은 스테인리스강 림 조립체에 고정된 깊이를 제공하여 성능의 지속성(longevity) 및 일관성 모두를 초래한다. 두 개의 외측 스테인리스강 림(68 및 70)은 안정한 주조 프레임을 제공하고 그리고 롤러가 표면이 교체(resurface)될 수 있는 횟수를 증가시킴으로써 표면교체(resurfacing) 비용을 감소신킨다.

롤러 변환기(60)의 내부가 도 11에 상세하게 도시되어 있다. 이 내부 상세도는 외부 림(external rims; 68 및 70)에 대해 고정되는 압전(piezo-electric) 변환기(100)를 포함한다. 변환기(100)는 전극(12)에 맞물리는 삽입부(74)와 변환기(100) 사이에 음파를 전달하는 오일욕(oil bath; 102)내에 있다.

공기 램(56 및 58)은 일정한 공기압으로 전극(12)에 대해 변환기 휠(60 및 62)를 장착하고 스캔의 종료시에 전극(12)으로부터 이격하여 변환기 휠(60 및 62)를 회수하기 위해 사용된다. 각각의 변환기 휠 조립체를 개별적으로 조정하기 위해 수동 공기압 조절기가 제공된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 각 쌍의 변환기(60 및 62)의 수용 측부(receiving side)에 의해 수집되는 전자 신호는 데이터 수집 기구 시스템(90)으로 보내진다. 데이터 수집 시스템(90)은 각 변환기 쌍에 대해 미국 매사추세츠주에 있는 월샘(Waltham, MA)의 파나메트릭스 아이엔씨.(Panametrics, Inc.)로부터 입수가능한 파나메트릭 모델 5058PR 고압 펄서/리시버(high voltage pulser/receiver)를 포함한다. 시스템은 또한 각 쌍의 수용 측 변환기 근처에 장착된 낮은 노이즈의 20dB 게인 예비 증폭기를 포함한다. 파워 커플러가 각 쌍의 변환기에 제공되어 전압을 공급하고 관련된 예비 증폭기로부터 RF 신호를 수신한다. 파나메트릭 듀얼 채널 모델(910) 결함 디텍터는 두 개의 파워 커플러로부터 신호를 수신한다.

데이터 수집 시스템(900)으로부터의 신호는 단일 IBM 호환성 개인용 컴퓨터인 컴퓨터 시스템(92)으로 보내지는데, 이 컴퓨터는 시스템(10)의 메카니즘의 제어 및 데이터 분석 모두를 위해 사용된다. 컴퓨터 시스템은 윈도우 NT 4.0 작동 시스템에서 작동하는 500 플러스 MHz 펜티엄 프로세스를 포함하는 것이 바람직하다.

컴퓨터는 전극(12)의 초음파 테스트를 위해 요구되는 모든 소프트웨어를 포함하고 시스템(10)의 아래의 기능을 제어하기 위한 소프트웨어를 포함한다. 시스템의 기능은 다음과 같다.

(1) 로테이터 컨베이어 공급 온/오프 제어;

(2) 로테이터 컨베이어 전극 스톱 상승/하강 제어;

(3) 로테이터 컨베이어 승강기 상승/하강 제어;

(4) 로테이터 컨베이어 엔코더 피봇 인/아웃 검사 스테이션;

(5) 로테이터 엔코더 전극 직경 보상 상승/하강 제어;

(6) 로테이터 엔코더 연장/수축 공기 실린더 제어;

(7) 전극의 다양한 길이를 보상하기 위한 로테이터 지지 롤러 위치의 제어;

(8) 단자 전극 중앙선에 대한 극 좌표에서의 로봇 위치 방위의 제어;

(9) 로테이터 속도 및 위치의 제어; 및

(10) 모델 9100 결함 감지기에 대한 제어.

컴퓨터 시스템은 제조 환경에서 시스템의 안전한 작동을 지지하는 완전한 메뉴 구성을 제공한다. 특별한 특징은 다음과 같다.

(1) 오퍼레이터 로그 인;

(2) 예비 설정 메뉴로부터 부품 크기의 선택;

(3) 클리어 시스템 센서 스테이터스를 가진 시스템 유지보수 메뉴;

(4) 셋업 파라미터를 특정화하기 위한 메뉴;

(5) 스캔 기능을 가진 메뉴; 및

(6) 오퍼레이터를 위해 체계화된 분석 기능을 가진 메뉴.

따라서, 본 발명의 장치 및 방법은 언급한 목적 및 장점 뿐만 아니라 여기에서 본질적인 목적 및 장점이 용이하게 달성된다. 또한 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명의 공개 목적을 위해 도시되고 설명되었으며, 부분 및 단계의 배치 및 구성에서의 다양한 변화가 본 기술분야의 기술자에 의해 이루어질 수 있으며, 이러한 변화는 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같이 본 발명의 범주 및 사상 내에 포함된다.

Claims (20)

1. 원통형 탄소 물품 검사 기구로서,

   이격된 제 1 및 제 2 브랜치를 포함하는 제 1 요크와;

   상기 제 1 요크가 부착되는 제 1 로봇 아암 조립체로서, 상기 제 1 요크가 상기 물품 주위에 수용되는 작동 위치와 상기 제 1 요크가 상기 물품으로부터 제거되는 수축 위치 사이에서 이동가능한, 제 1 로봇 아암 조립체와;

   상기 제 1 요크의 제 1 및 제 2 브랜치에 각각 부착되는 한 쌍의 변환기로서, 상기 제 1 로봇 아암 조립체가 상기 작동 위치에 있을 때, 상기 물품 주위의 원주방향으로 이격된 위치에서 상기 물품과 작동적으로 상호작용하도록 배열되는 한 쌍의 변환기; 를 포함하는,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 변환기 중 하나 이상의 변환기가 연장가능한 램 위에 장착되어, 상기 변환기가 상기 물품을 향해 연장되거나 상기 물품으로부터 수축될 수 있는,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 변환기가 상기 물품의 직경 방향으로 대향하는 양측 상에서 상기 물품과 맞물리도록 배열되는,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 변환기 각각이 상기 물품의 길이와 대체로 평행한 축선을 중심으로 회전가능한 롤러 변환기인,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 요크가 상기 제 1 로봇 아암 조립체에 피벗가능하게 연결되고, 상기 제 1 로봇 아암 조립체는, 상기 제 1 로봇 아암 조립체가 작동 위치로 이동될 때 상기 제 1 요크가 상기 물품 위를 덮도록 아래로 피봇이동되도록 구성되는,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
6. 제 1항에 있어서,

   제 2 로봇 아암 조립체와;

   상기 제 2 로봇 아암 조립체에 부착되는 제 2 요크와;

   상기 제 2 요크에 부착되는 한 쌍의 제 2 변환기를 더 포함하며,

   상기 제 1 및 제 2 로봇 아암 조립체가 각각 서로 동기화되어 이동하도록 구성되는 주로봇 아암 조립체 및 종로봇 아암 조립체인,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 로봇 아암 조립체는, 상기 제 1 및 제 2 요크가 전극 주위에 수용되는 작동 위치에 있을 때, 상기 제 1 및 제 2 요크가 검사될 물품의 일부분의 길이의 절반의 길이 만큼 이격되어 있어서, 상기 요크 각각이 검사될 길이의 절반부를 동시에 가로지를 수 있는,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
8. 길이 및 상기 길이와 평행한 종축선을 갖는 원통형 탄소 물품 검사 기구로서,

   고정된 종방향 위치 내에 상기 물품을 수용하고, 상기 물품이 상기 고정된 종방향 위치에 있을 때 상기 물품의 종축선을 중심으로 상기 물품을 회전시키기 위한 검사 스테이션과;

   상기 물품을 중심으로 원주 방향으로 이격된 위치에서 상기 물품과 맞물리도록 배열되는 한 쌍의 제 1 변환기를 포함하는 주로봇과;

   상기 한 쌍의 제 1 변환기 및 한 쌍의 제 2 변환기가 상기 물품의 상기 길이의 제 1 및 제 2 부분 각각을 동시에 스캐닝할 수 있도록, 상기 한 쌍의 제 1 변환기로부터 종방향으로 이격된 위치에서 상기 물품과 맞물리도록 배열된 한 쌍의 제 2 변환기를 포함하여 상기 주로봇과 동기화되어 이동되도록 구성되는 종로봇; 을 포함하는,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
9. 제 8항에 있어서,

   상기 변환기는 상기 물품을 통한 음속을 측정하는 초음속 변환기인,

   원통형 탄소 물품 검사 기구.
10. 제 8항에 있어서,

    상기 로봇들 각각은 상기 변환기들 중 하나의 변환기가 각각 장착되는 2개의 아암을 구비하는 두 갈래로 나누어진 요크를 포함하는,

    원통형 탄소 물품 검사 기구.
11. 제 8항에 있어서,

    상기 검사 스테이션은 상기 물품의 종축선을 중심으로 상기 물품을 회전시키기 위한 동력 회전 롤러를 포함하는,

    원통형 탄소 물품 검사 기구.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 동력 회전 롤러는 종방향으로 분리된 제 1 및 제 2 쌍의 동력 회전 롤러로서, 상기 동력 회전 롤러 쌍들 중의 하나 이상이 상기 물품들의 서로 다른 길이를 수용하도록 종방향으로 이동가능한,

    원통형 탄소 물품 검사 기구.
13. 제 8항에 있어서,

    상기 검사 스테이션은 상기 동력 회전 롤러 상에 상기 물품을 위치시키고 상기 동력 전달 롤러로부터 상기 물품을 들어올리기 위한 승강기를 더 포함하는,

    원통형 탄소 물품 검사 기구.
14. 제 8항에 있어서,

    상기 검사 스테이션에서 상기 물품의 종축선과 정렬되는 물품 경로를 갖는 컨베이어 장치를 더 포함하는,

    원통형 탄소 물품 검사 기구.
15. 제 8항에 있어서,

    상기 물품의 원주방향 위치를 감지하기 위하여 상기 물품의 일단부와 축방향으로 맞물리도록 배열된 엔코더를 더 포함하고, 상기 엔코더는 상기 물품의 서로 다른 직경을 수용하기 위하여 검사 스테이션에 대해 높이가 조절될 수 있는,

    원통형 탄소 물품 검사 기구.
16. 원통형 탄소 물품의 내부의 물리적 결함을 검사하기 위한 방법에 있어서,

    (a) 상기 물품의 길이를 따라 종방향으로 이격된 제 1 및 제 2 위치에 한 쌍의 제 1 변환기 및 한 쌍의 제 2 변환기를 위치시키되, 상기 각 쌍의 변환기들을 상기 물품의 원주 주위에서 서로 이격되게 위치시키는 단계와;

    (b) 상기 물품의 종축선을 중심으로 상기 물품을 회전시키는 단계와;

    (c) 상기 (b)단계동안, 상기 물품과 한 쌍의 제 1 변환기 및 한 쌍의 제 2 변환기 사이의 상대적인 종방향 이동을 제공하여, 상기 한 쌍의 제 1 변환기 및 상기 한 쌍의 제 2 변환기들이 동시에 상기 물품의 길이의 제 1 및 제 2 부분을 스캐닝하는 단계를 포함하는,

    원통형 탄소 물품 내부의 물리적 결함 검사 방법.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 (a)단계에서, 한 쌍의 제 1 변환기 및 한 쌍의 제 2 변환기는 동기화된 제 1 및 제 2 로봇에 의해 운반되는,

    원통형 탄소 물품 내부의 물리적 결함 검사 방법.
18. 제 16항에 있어서,

    상기 물품을 그 길이 방향에 평행한 방향으로 이동시킴으로써 상기 물품을 유입 컨베이어로부터 검사 스테이션 상에 전달하는 단계를 더 포함하는,

    원통형 탄소 물품 내부의 물리적 결함 검사 방법.
19. 제 16항에 있어서,

    상기 (a)단계 내지 상기 (c)단계 동안, 종방향으로 이격된 동력 롤러 쌍들 위에 상기 물품을 지지시키는 단계와;

    후속해서, 상기 물품과 상이한 길이의 제2 물품을 수용하도록 상기 종방향으로 이격된 동력 롤러 쌍들 사이의 종방향 간격을 조절하는 단계를 더 포함하는,

    원통형 탄소 물품 내부의 물리적 결함 검사 방법.
20. 제 16항에 있어서,

    상기 (a)단계에서, 상기 각 쌍의 변환기들은 상기 물품의 직경방향으로 대향하는 양측 상에 위치한 롤러 변환기인,

    원통형 탄소 물품 내부의 물리적 결함 검사 방법.

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