KR100939259B1 - 개선된 자분농도 유지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자력을 이용한 금속 표면의 흠을 탐상하는 기술에 사용되는 자분액의 자분농도를 적절하게 유지토록 하는 자분농도 유지장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 자분농도 유지장치는, 자분액이 채워지는 자분액탱크와; 상기 자분액탱크에 연결되어 밸브의 조절에 따라 물을 공급하는 물공급라인과; 상기 자분액탱크에 연결되어 정량펌프 및 밸브의 조절에 따라 고농도 자분을 상기 자분액탱크로 공급하는 자분공급라인과; 상기 자분액탱크 내부에서부터 상기 자분액탱크 상부의 소정 높이까지 연장되었다가 다시 굽어져 상기 자분액탱크 내부와 연통되도록 설치되는 자분액순환관과; 상기 자분액순환관의 도중에 설치되어 상기 자분액탱크 내부로부터 상부로 자분액을 끌어올려 순환시키는 펌프와; 상기 자분액탱크의 상단으로 돌출되는 자분액순환관의 일부를 투명관으로 구성하고, 이 투명관의 외측에 양쪽으로 발광원와 수광부를 배치하여 상기 투명관을 지나는 자분액의 자분농도를 측정하는 농도측정부; 및 상기 농도측정부, 물공급라인의 밸브 및 자분공급라인의 밸브와 각각 연결되어 상기 농도측정부에서 측정된 자분농도가 일정한 범위에서 유지되도록 물과 자분의 공급을 제어하는 제어반을 포함한다.

자분, 레이저광, 흠탐상, 빌렛

Description

개선된 자분농도 유지장치{IMPROVED APPARATUS FOR MAINTAINING DENSITY OF MAGNETIC POWDER}

도 1은 본 발명에 따른 자분농도 유지장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 자분농도 유지장치를 이용한 자분농도변화에 따른 수광부에서의 전류 변화를 도시한 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

12: 자분액탱크 14: 물공급라인

15,19: 밸브 18: 자분공급라인

20: 자분액순환관 21: 투명관

23: 펌프 25: 농도측정부

27: 발광원 29: 수광부

30: 제어반 32: 정량펌프

34: 고농도자분탱크 36,38: 교반기

본 발명은 자력을 이용한 금속 표면의 흠을 탐상하는 기술에 사용되는 자분 액(磁粉液)의 자분농도를 적절하게 유지토록 하는 자분농도 유지장치에 관한 것이다.

건식 자분을 이용한 일반적인 빌레트 흠 탐상은 강자성체인 빌레트에 교류전류를 흘려서 자장을 형성시키고, 강자성체에 흠이 있을 때 흠 근처에 형성되는 누설자장에 의하여 자분이 흠 주위에 끌려오는 원리를 이용한 자분탐상법이다.

이러한 자분탐상법은 강자성체를 포화 자화시켜 흠에서 발생되는 누설자속을 이용하는 것으로, 빌레트에 흠이 없을 경우 포화자장을 가하여도 자속은 빌레트의 표면으로 거의 누설되지 않고 빌레트의 내면으로 흐르게 되며, 누설자속이 있다 하더라도 전반적으로 거의 균일하기 때문에 자분은 빌레트 표면에 균일하게 붙게 된다. 그러나 빌레트의 표면에 흠이 존재할 경우 자속은 흠에 의하여 그 분포가 변화되고, 흠 주위에서 자성체 내부에는 자속량이 증가하여 일부는 밖으로 밀려나게 된다. 이렇게 밖으로 밀려난 자속에 의하여 형성되는 자장의 세기는 흠이 없는 부분에 비하여 월등히 크므로 자분은 흠 부위에 결집하여 붙게 된다.

이와 같이 자분탐상에 있어서, 자분의 역할은 매우 중요하다고 볼 수 있다. 통상적으로 자분은 강자성체인 미립 철분을 코어로 사용하고 있으며, 여기에 색이나 형광을 나타내는 안료를 자분에 고착시키기 위한 고분자 물질이 복합적으로 코어를 둘러싸고 있는 형태로 되어 있다.

자분탐상법은 가시광선 하에서 흠을 판별하는 방법과 자외선 하에서 흠을 판별하는 방식으로 나눌 수 있다. 자외선 하에서 흠을 탐상하는 자분은 철, 합금 등의 강자성체 미립자의 표면에 자외선을 조사하였을 때 발광하는 형광물질이 고분자 바인더로 코팅이 되어있으며, 가시광선 하에서 흠을 탐상하는 자분은 그 표면에 탐상체의 색과 대비가 되는 색의 안료가 고분자 바인더로 코팅되어 있다.

일반적으로 자분의 사용방법에 따라서 건식자분과 습식자분으로 구분할 수 있다. 건식자분은 자분을 분말 형태로 탐상체에 분사한 후 이 자분을 탐상체의 표면에 고착시키기 위하여 용매를 사용하는 방법으로, 용매는 고분자물질의 종류에 따라서 유기용매나 물 등을 사용한다.

습식자분은 자분을 물이나 기름 등의 액체에 분산시켜서 탐상체에 분사하는 방법으로 일반적으로 건식자분에 비하여 자분의 입도가 작아서 미세흠 탐상에 유리하여 많이 사용되고 있다.

이때 사용되는 습식자분의 농도는 0.5g/l 내지 1.0g/l 사이에서 사용된다.

본 발명은 이상과 같은 연구의 연속선상에서 제안된 것으로, 자분액의 자분농도를 레이저광을 이용하여 측정하고 측정된 자분농도에 근거하여 물과 자분의 공급량을 제어함으로써, 빌레트의 흠을 탐상에 사용되는 자분을 포함하는 자분액의 농도가 소정 수준으로 유지될 수 있도록 하는 자분농도 유지장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자분농도 유지장치는, 자분액이 채워지는 자분액탱크와; 상기 자분액탱크에 연결되어 밸브의 조절에 따라 물을 공급하는 물공급라인과; 상기 자분액탱크에 연결되어 정량펌프 및 밸브의 조절 에 따라 고농도 자분을 상기 자분액탱크로 공급하는 자분공급라인과; 상기 자분액탱크 내부에서부터 상기 자분액탱크 상부의 소정 높이까지 연장되었다가 다시 굽어져 상기 자분액탱크 내부와 연통되도록 설치되는 자분액순환관과; 상기 자분액순환관의 도중에 설치되어 상기 자분액탱크 내부로부터 상부로 자분액을 끌어올려 순환시키는 펌프와; 상기 자분액탱크의 상단으로 돌출되는 자분액순환관의 일부를 투명관으로 구성하고, 이 투명관의 외측에 양쪽으로 발광원와 수광부를 배치하여 상기 투명관을 지나는 자분액의 자분농도를 측정하는 농도측정부; 및 상기 농도측정부, 물공급라인의 밸브 및 자분공급라인의 밸브와 각각 연결되어 상기 농도측정부에서 측정된 자분농도가 일정한 범위에서 유지되도록 물과 자분의 공급을 제어하는 제어반을 포함한다.

여기서, 상기 농도측정부는 상기 발광원에서 방출된 레이저광이 상기 투명관을 가로질러 상기 수광부에 전달되는 양을 측정하여 이를 전류신호로 변환하여 상기 제어반으로 보내게 된다.

상기 투명관은 1/8 내지 2 인치의 범위에 속하는 직경을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 이 때 상기 발광원으로는 InGaAlP 반도체레이져가 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자분농도 유지장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 자분농도 유지장치는 자분액을 저장하는 자분액탱크(12)와 자분액의 농도를 측정하기 위한 농도측정부(25) 및 측정된 자분농도에 따라 물과 자분의 공급을 제어하는 제어반(30)을 포함하여 구성된다.

상기 자분액탱크(12)에는 물공급라인(14)과 자분공급라인(18)이 각각 연결되며, 이러한 물공급라인(14)과 자분공급라인(18)에는 그 공급량을 조절할 수 있도록 각각 밸브(15,19)가 설치되어 있다.

특히 자분공급라인(18)의 일측에는 고농도자분탱크(34)가 연결되고, 이 고농도자분탱크(34)에는 정량펌프(32)가 연결되어 있어 상기 자분공급라인(18) 상에 설치된 밸브(19)와 함께 설정된 자분농도를 유지할 수 있도록 공급되는 자분 공급량을 조절하게 된다.

상기 고농도자분탱크(34) 내부에는 교반기(36)가 설치되어 있어 그 내부에서 균일한 농도가 유지되도록 한다.

상기 자분액탱크(12)에는 자분액순환관(20)이 내외부에 걸쳐서 설치된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 자분액순환관(20)은 자분액탱크(12)의 내부에서부터 이 자분액탱크(12) 상부의 소정 높이까지 연장되었다가 다시 굽어져 자분액탱크(12) 내부와 연통되도록 설치된다.

또한 자분액탱크(12)의 내부로부터 상기 자분액순환관(20)을 통하여 자분액을 끌어올리기 위하여 자분액순환관(20)의 도중에 펌프(23)가 설치된다. 자분액탱크(12) 내부로부터 끌어올려진 자분액은 자분액순환관(20)을 따라 다시 자분액탱크(12) 내부로 유입되면서 순환한다.

한편, 상기 자분액탱크(12)의 상단으로 돌출되는 자분액순환관(20)의 일부를 투명관(21)으로 구성하고, 이 투명관(21)의 외측에 양쪽으로 발광원(27)과 수광부(29)를 배치함으로써 농도측정부(25)를 구성한다.

상기 투명관(21)은 유리관으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 농도측정부(25)에서는 상기 투명관(21)을 통하여 자분액이 지나갈 때 상기 발광원(27)에서 레이저광을 방출하며, 방출된 레이저광은 상기 투명관(21)을 가로질러 수광부(29)에 전달되게 되는데, 이 때 전달되는 양을 측정하여 이를 전류신호로 변환하여 제어반(30)으로 보내게 된다.

이러한 발광원(27)과 수광부(29)를 이용하여 자분이 혼합된 자분액의 탁도를 측정하고, 이 탁도를 자분의 농도와 연계하여 검량선을 작성함으로써 자동으로 자분의 농도를 측정하게 된다.

여기서 사용되는 발광원(27)은 자분액의 자분농도를 측정하기 위한 농도측정용 광원으로서 InGaAlP 반도체 레이저를 사용하고, 이 반도체 레이저에서 조사되는 가시광선의 파장은 635nm이며 적색을 띄게 된다. 그리고 레이저를 조사하기 위한 광출력은 5mW 이 바람직하다.

이렇게 구성되는 농도측정부(25)를 이용하는 방법은, 기존의 자분액 내에 측정부를 설치하였을 때 장시간 사용에 의한 유리표면의 이물질 부착 등에 의한 측정값의 오차 등을 방지할 수 있으며, 투명관(21)의 표면 및 내부의 청결도를 육안으로 용이하게 확인할 수 있어서 정확한 측정값을 획득할 수 있다. 또한 이 투명관(21)은 용이하게 탈부착이 가능하게 제작되어 관리가 용이하다.

제어반(30)은 상기 농도측정부(25), 물공급라인(14)의 밸브(15) 및 자분공급라인(18)의 밸브(19)와 각각 연결되어 상기 농도측정부(25)에서 측정된 자분농도가 일정한 범위에서 유지되도록 물과 자분의 공급을 제어한다.

그리고 고농도자분탱크(34)와 자분액탱크(12)에는 교반기(36,38)를 각각 설치하여 분당 150회의 속도로 회전시켜 자분이 침전되는 것을 방지한다.

[실시예 1]

실시예를 위해 사용된 자분액은 물 1리터에 형광자분과 분산제의 비율이 1:2로 되도록 제조하였다. 이때 형광자분을 0.25g, 0.5g, 1g, 1.5g, 그리고 2g으로 투입되는 양을 변경하고 이에 따른 분산제도 비율에 맞게 변경하여 투입해서 자분액을 제조하였다. 사용한 형광자분은 일본 마크텍사의 LY-20 이었으며 분산제도 동사의 제품을 사용하였다.

상기와 같은 구성에서 제조된 형광자분의 양을 물 1리터당 0.25g, 0.5g, 1g, 1.5g. 2g이 포함되게 제조한 자분액을 10리터 통에 넣은 후 농도측정부를 자분액탱크(12)에 담근 후 발광원(27)에서 레이저를 방출하고 수광부(29)에서 측정되는 전류를 측정한 결과, 도 2에 도시한 바와 같이 자분의 농도가 증가함에 따라서 전류값이 증가하였다. 자분의 농도를 X축에, 검출기의 전류량을 Y축에 도식하여 검량선을 작성하여 자동으로 농도를 측정할 수 있었다.

이 때, 투명관(21)의 직경을 1/8인치, 1/4인치, 1/2인치, 1인치, 2인치 등으로 바꾸어가며 측정하였으며, 이 중 1/2인치 직경을 갖는 투명관(21)이 농도측정에 가장 적합한 탁도를 나타내었다.

[실시예2]

형광자분이 물 1리터당 20g이 분산되어 있는 고농도자분탱크(34)를 설치하여 정량펌프(32)를 통하여 자분액탱크(12)에 공급할 수 있도록 연결하였다. 실시예 1에서 측정된 자분의 농도를 PLC 제어반(30)을 통하여 자동으로 측정이 되도록 하고 이를 지정한 농도에서 0.1g/ℓ이상 수치를 벗어나면 자동으로 고농도 자분이 공급될 수 있도록 PLC 프로그램을 구성하였다.

상기 방법으로 실험시 고농도자분탱크(34)와 자분액탱크(12)의 내부에는 각각 교반기(36,38)를 설치하여 분당 150회의 속도로 회전시켜 침전을 방지하였다. 실험 결과 자분의 농도가 설정치의 0.1g/ℓ 범위내에서 잘 일치하였다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 자분농도 유지장치에 의하면, 빌레트 흠탐상에 사용되는 자분의 농도를 자동으로 측정하고 이를 PLC 제어와 연계하여 원하는 농도값을 설정하여 0.5g/리터 내지 2g/리터 범위에서 원하는 자분농도에서 설정치의 0.1g/리터 범위 내에 일치됨으로써 자분농도의 제어가 원활하게 이루어질 수 있다.

아울러 기존의 자분액 내에 측정부를 설치하였을 때 장시간 사용에 의한 유리표면의 이물질 부착 등에 의한 측정값의 오차 등을 방지할 수 있으며, 투명관의 표면 및 내부의 청결도를 육안으로 용이하게 확인할 수 있어서 정확한 측정값을 획 득할 수 있다. 또한 자분액탱크 상단에 설치되는 투명관은 용이하게 탈부착이 가능하여 관리가 용이하다.

Claims (5)

1. 자분액이 채워지는 자분액탱크;

   상기 자분액탱크에 연결되어 밸브의 조절에 따라 물을 공급하는 물공급라인;

   상기 자분액탱크에 연결되어 정량펌프 및 밸브의 조절에 따라 고농도 자분을 상기 자분액탱크로 공급하는 자분공급라인;

   상기 자분액탱크 내부에서부터 상기 자분액탱크 상부의 소정 높이까지 연장되었다가 다시 굽어져 상기 자분액탱크 내부와 연통되도록 설치되는 자분액순환관;

   상기 자분액순환관의 도중에 설치되어 상기 자분액탱크 내부로부터 상부로 자분액을 끌어올려 순환시키는 펌프;

   상기 자분액탱크의 상단으로 돌출되는 자분액순환관의 일부를 투명관으로 구성하고, 이 투명관의 외측에 양쪽으로 발광원와 수광부를 배치하여 상기 투명관을 지나는 자분액의 자분농도를 측정하는 농도측정부; 및

   상기 농도측정부, 물공급라인의 밸브 및 자분공급라인의 밸브와 각각 연결되어 상기 농도측정부에서 측정된 자분농도가 일정한 범위에서 유지되도록 물과 자분의 공급을 제어하는 제어반을 포함하고,

   상기 자분액공급라인을 통해 자분액탱크에 연결되는 고농도자분탱크는 내부에 교반기가 설치되어 자분액의 농도를 유지하고,

   상기 농도측정부는 상기 발광원에서 방출된 레이저광이 상기 투명관을 가로질러 상기 수광부에 전달되는 양을 측정하여 이를 전류신호로 변환하여 상기 제어반으로 보내며,

   상기 발광원은 광출력 5mW인 InGaAlP 반도체레이져이고,

   상기 투명관은 1/8 내지 2 인치의 범위에 속하는 직경을 갖고,

   상기 자분액탱크 내부에는 교반기가 설치되는 자분농도 유지장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제

Images