KR101289921B1 - 와전류 프로브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 와전류 프로브에 관한 것으로서, 특히 내측에 원통형의 내부 공간이 형성되는 몸체부(100)와; 비교코일(differential coils)로 이루어진 프로브(201)가 전방으로 돌출 형성되며, 상기 몸체부(100)에 대해 회전 가능하게 장착되는 지지체(200)를 포함하여, 결함방향에 따라 와전류 검사방향을 맞출 수 있으며, 기하학적 형상의 결함면에 수직하게 위치할 수 있도록 함으로써 검사능력 및 검사의 신뢰성을 향상시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

와전류 프로브{Eddy current probe}

본 발명은 와전류 프로브에 관한 것으로서, 특히 비교형 코일배열의 프로브를 회전시켜 결함방향에 대해서 수직하게 체크할 수 있도록 함으로써 결함검출능력을 향상시키고, 검사부위의 형상에 적합하도록 다양한 형상의 프로브팁을 교체하여 기하학적 형상의 결합면에 수직하게 프로브를 위치시킬 수 있도록 함으로써 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 하기 위한 와전류 프로브에 관한 것이다.

일반적으로 와전류검사(Eddy Current Testing)는 항공기, 발전설비 및 기타 산업설비 등의 표면 결함 검출 및 열교환기 등의 건전성 검사 등에 적용되는 비파괴 검사방법 중의 하나이다.

이때, 와전류 검사의 원리는 도 1에 도시된 바와 같이, 코일에 교류전류를 통과시키면 주위에 1차 자기장이 발생되고 이를 도체(피검체) 표면에 접근시키면 도체 표면에서 2차 자기장이 형성되고, 2차 자기장은 다시 도체 표면에 와전류(맴돌이 전류)를 생성시키게 되는데 도체 표면에 결함이 존재할 때 와전류가 왜곡되면 이를 센서 코일을 통해 장비 및 소프트웨어적으로 Impedance Plan 상에 그 변화를 나타내고 이를 분석 및 평가하는 방법이다.

이러한 와전류탐상 검사의 주요장점으로 표면의 미세결함 등의 검출능(결함을 찾아내는 것)이 뛰어날 뿐 아니라, 결함의 깊이를 상대적인 비교시험편을 통해 정량적 평가(결함의 깊이를 측정하는 것)를 할 수 있다는 장점이 있어 여러 산업분야의 설비진단에 활용성이 점점 확대되고 있다.

발전분야에서는 가스터빈 블레이드의 에어포일(Airfoil), 리딩 엣지 및 트레일링 엣지(Leading and Trailing Edge), 도브테일(Dovetail), 터빈 로터의 휠 홈(Wheel Groove) 등의 운전 중 응력(피로균열)이 많이 발생되는 부위에 와전류 검사를 활용하여 정밀진단을 수행하고 있다.

또한, 발전분야에서 가스터빈 회전체 로터의 휠 홈는 일반적으로 전나무가지(Fir-tree Type)와 같은 형상을 가지고 있으며, 블레이드의 에어포일은 컨케이브(Concave)의 오목한 형상과 컨벡스(Convex)의 볼록한 형상이 공기역학적 구조로 뒤틀린 형상을 가지고 있다.

이로 인해 일반적인 펜슬형 표면 프로브(Pencil-type surface probe)는 와전류 검사 시 피검체의 기하학적 형상에 영향을 받아 정확한 검사를 할 수 없으며, 일반적으로 검사하고자하는 부품과 와전류 프로브가 수직으로 검사할 때 결함에 대한 검출능이 뛰어나다.

그러나, 종래에는 피검체의 기하학적 형상으로 인해 검사 시 도 2에 도시된 바와 같이 피검체의 끝단부 모서리에 의한 와전류 신호의 영향을 받는 현상(Edge Effect, a), 프로브가 좌우로 흔들리는 현상(Tilting, b), 국부적으로 들뜨는 현상(Lift-off, c) 등은 와전류 검사 시 영향을 미쳐 원하지 않는 신호가 나타나거나 혹은 실제 결함과 크기와 다른 임피던스 값을 나타내어 검사에 좋지 않은 영향을 나타내는 문제점이 있었다.

또한, 와전류는 결함의 방향과 프로브의 검사방향에 따라 결함의 검출감도에 영향을 미치는데 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 결함에 대해 와전류가 수직인 것은 검출감도가 뛰어나 임피던스 평면상에 뚜렷한 신호(Sharp)로 나타나지만, 결함에 대해 평행하면 임피던스 평면상에 아무런 신호가 나타나지 않거나 검출감도가 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 와전류 프로브에 관한 것으로서, 특히 비교형 코일배열의 프로브를 회전시켜 결함방향에 대해서 수직하게 할 수 있도록 함으로써 결함검출능력을 향상시키고, 검사부위의 형상에 적합하도록 다양한 형상의 프로브팁을 교체하여 기하학적 형상의 결합면에 수직하게 프로브를 위치시킬 수 있도록 함으로써 검사의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 내측에 원통형의 내부 공간이 형성되는 몸체부와; 비교코일(differential coils)로 이루어진 프로브가 전방으로 돌출 형성되며, 상기 몸체부에 대해 회전 가능하게 장착되는 지지체를 포함함으로써 달성된다.

또한, 상기 지지체의 전방에 탈착 가능한 프로브팁이 구비되며, 상기 프로브팁 중앙에는 상기 프로브가 삽입되어 외부로 돌출되도록 관통홀이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 몸체부 외측면에는 상기 지지체의 회전 방향을 가이드하는 가이드홀이 형성되며, 상기 지지체의 외주면에는 체결부재삽입홈이 형성되고, 상기 몸체부 외측에서 상기 가이드홀을 통해 상기 체결부재삽입홈에 체결되는 체결부재를 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프로브팁의 전방면은 검사 대상이 되는 면에 대응하는 형상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 몸체부 외측면에는 손잡이삽입홈이 형성되며, 상기 손잡이삽입홈에 손잡이가 수직 방향으로 장착되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 손잡이 하부에는 커넥터가 구비되어 와전류 검사장치와 연동되되, 상기 커넥터는 지지체의 프로브와 연결되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지지체에 몸체부가 관통되며, 상기 지지체 끝단에는 고정캡이 삽입되어 상기 지지체와 고정캡 사이에 몸체부가 조립되도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 결함방향에 따라 와전류 검사방향을 맞출 수 있으며, 기하학적 형상의 결함면에 수직하게 위치할 수 있도록 함으로써 검사능력 및 검사의 신뢰성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 일반적인 와전류의 흐름을 도시하는 도면,
도 2는 일반적인 와전류 검사의 기하학적 영향인자를 도시하는 도면,
도 3은 종래에 피검사체의 결함 방향에 따른 와전류 검사의 검출능력을 도시하는 도면,
도 4는 종래에 피검사체와 와전류의 방향이 평행한 경우 및 피검사체와 와전류의 방향이 수직인 경우를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 와전류 프로브를 도시하는 분해사시도,
도 6은 본 발명의 와전류 프로브의 프로브팁을 도시하는 도면,
도 7은 본 발명의 와전류 프로브를 도시하는 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명의 와전류 프로브의 실시예를 도시하는 도면.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 와전류 프로브는 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 파이프 형상의 몸체부(100)에 프로브(201)를 포함하는 지지체(200)가 회전 가능하게 장착되며, 상기 프로브(201) 끝단이 지지체(200) 전면에 장착된 프로브팁(300)을 관통하여 상기 프로브(201)를 통해 피검체의 표면에 대한 와전류 검사가 가능하게 함으로써 기하학적 피검체 표면에 대한 검사성능을 향상시키게 되는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

이하 본 발명의 와전류 프로브에 대한 각 구성요소를 첨부한 도면을 참조하여 하나씩 살펴보면 다음과 같다.

우선 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이 원통형의 내부공간이 형성된 몸체부(100) 내측에 프로브(201)를 포함하는 지지체(200) 일단이 삽입되어 상기 지지체(200)가 몸체부(100)에 대해서 회전 가능하게 장착되는 것을 기본으로 한다.

몸체부(100)는 중앙에 삽입홀(104)이 관통 형성된다. 여기서 상기 몸체부(100)는 지지체(200)로부터 회전 가능하면 되는 것이기 때문에 외측의 형상은 도면에 도시된 파이프 형상뿐만 아니라 다양한 형상으로 변형 가능하게 성형되어도 무방하다.

지지체(200)는 원기둥 형상으로 이루어져 전면 중앙에 비교코일(differential coils)로 이루어진 프로브(201)가 삽입되어 전방을 향해 돌출 형성된다.

이때, 지지체(200)의 후방 측은 외경의 크기가 전방 측 보다 작게 형성되어 상기 지지체(200)의 후단부가 상기 몸체부(100)의 삽입홀(104)에 삽입되도록 한다.

또한, 몸체부(100) 외측면에는 상기 지지체(200)의 회전 방향을 가이드하는 소정 길이의 가이드홀(101)이 형성되며, 상기 몸체부(100)에 삽입되는 지지체(200)의 외주면에는 체결부재삽입홈(202)이 형성되어, 상기 가이드홀(101)을 관통하여 체결부재삽입홈(202)에 체결되는 체결부재(B)가 구비되도록 함으로써 상기 체결부재(B)를 통해 상기 몸체부(100)와 지지체(200)를 연결시킨다.

이때, 체결부재삽입홈(202)의 내주면에는 나사산이 형성되어 체결부재(B) 삽입 시 체결이 이루어질 수 있게 하는 것이 바람직하다.

프로브팁(300)은 지지체(200)의 전방에 탈착 가능하게 구비되는 것으로, 중앙에는 관통홀(301)이 형성되도록 하여 상기 관통홀(301)에 지지체(200)의 프로브(201)가 삽입되어 상기 프로브(201) 끝단이 지지체(200) 전방으로 돌출되도록 한다.

또한, 프로브(201)가 형성된 지지체(200)의 전면에는 삽입돌기(204)가 형성되며, 상기 지지체(200)의 전면에 대응하게 되는 프로브팁(300)의 대응면에는 삽입홈(미도시)이 형성되어 상기 지지체(200)와 프로브팁(300) 결합 시 상기 삽입돌기(204)가 삽입홈(미도시)에 삽입되도록 한다.

이때, 지지체(200)와 프로브팁(300) 결합의 다른 예로, 삽입돌기(204)가 형성된 지지체(200)의 전면에는 삽입돌기(204) 대신 삽입홈이 형성되고, 삽입홈(미도시)이 형성된 프로브팁(300)의 대응면에는 삽입홈 대신 삽입돌기가 형성되도록 하여 상기 지지체(200)와 프로브팁(300)을 결합시킬 수 있게 한다.

한편, 프로브팁(300)은 다양한 형상으로 성형되어 다수개가 구비되도록 함으로써 상황에 따라 상기 프로브팁(300)을 교체할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이러한, 프로브팁(300)은 도 6에 도시된 바와 같이 전면 중앙이 전방을 향해 돌출된 형상(도 5 참조), 전면 중앙이 내측으로 오목하게 삽입된 형상(a), 전면 중앙이 외측으로 볼록한 형상(b), 전면이 평면으로 이루어진 형상(c), 전면에 단차가 형성된 굴절부 형상(d), 전면이 곡선으로 이루어진 형상(e), 전면 양단이 커트되어 날카롭게 이루어진 형상(f)을 포함하여 다양한 형상으로 성형되도록 한다.

또한, 몸체부(100) 외주면에는 손잡이삽입홈(102)이 형성되어 추가로 구비되는 바(bar) 형상의 손잡이(110)가 상기 손잡이삽입홈(102)에 수직방향으로 장착되도록 하여 망치 형상으로 이루어질 수 있게 한다.

이때, 손잡이(110) 하부에는 커넥터(111)가 구비되도록 하여 와전류 검사장치(미도시)와 연동될 수 있게 하되, 상기 커넥터(111)는 지지체(200)의 프로브(201)와 연결되도록 하는 것이 바람직하다. 여기서 상기 커넥터(111)와 프로브(201)는 상기 프로브(201)를 형성하는 코일(c)이 연장되어 상기 커넥터(111)까지 연결되도록 한다.

고정캡(210)은 후단면이 폐구된 파이프 형상으로 이루어져 몸체부(100)가 삽입된 지지체(200)의 끝단에 고정 삽입된다.

이때, 몸체부(100)에 삽입되는 지지체(200)의 후단부 길이가 상기 몸체부(100)보다 길게 형성되도록 하여 상기 지지체(200) 후단부가 몸체부(100) 외측으로 돌출되게 함으로써 고정캡(210)이 지지체(200)에 삽입될 수 있게 한다.

여기서, 고정캡(210)에는 지지체삽입홈(211)이 형성되어 지지체(200)의 후단부에 삽입되는 것이 가능하게 하며, 상기 지지체삽입홈(211)의 내주면과 지지체(200)의 후단부 외주면에는 나사산이 형성되어 상기 고정캡(210)이 회전하면서 지지체(200)에 결합됨으로써, 상기 고정캡(210)은 지지체(200)에 고정 결합되지만 몸체부(100)에 대해서는 회전 가능하게 한다.

이하, 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이 파이프 형상의 몸체부(100)에 프로브(201)를 포함하는 지지체(200)가 회전 가능하게 장착되며, 상기 프로브(201) 끝단이 지지체(200) 전면에 위치하는 프로브팁(300)을 관통하여 상기 프로브(201)를 통해 피검체의 표면에 대한 와전류 검사가 가능하게 한다.

여기서, 본 발명의 프로브(201)는 비교코일(differential coils)로 이루어지되, 상기 비교코일은 평평한 부위의 검사에서 절대코일(absolute coil)보다 신호감도가 우수하기 때문에 일반적으로 상기 비교코일을 적용한다.

이때, 지지체(200)가 몸체부(100)로부터 회전하게 되는 것은 상기 지지체(200)의 후단부가 몸체부(100)의 삽입홀(104)에 삽입됨으로 인해 가능한 것으로, 상기 몸체부(100)의 가이드홀(101)과 상기 지지체(200)의 체결부재삽입홈(202)에 삽입되는 볼트(B)를 통해 상기 지지체(200)의 회전 각도를 조절할 수도 있게 한다.

여기서, 지지체(200)의 회전 각도를 조절하는 경우에는 볼트(B)를 가이드홀(101)과 체결부재삽입홈(202)으로부터 분리시킨 후 작업용도에 맞게 상기 지지체(200)를 몸체부(100)로부터 회전시키게 되며, 회전이 완료된 후에는 가이드홀(101)과 체결부재삽입홈(202)에 볼트(B)를 체결하여 상기 지지체(200)와 몸체부(100)를 고정시키도록 한다. 한편 지지체(200)의 회전각도는 몸체부(100)에 형성된 가이드홀(101)의 길이를 초과하지 않는 범위 내에서만 이루어진다.

또한, 지지체(200)의 외주면에는 눈금(203)이 형성되며, 몸체부(100)의 외주면에는 화살표 형상의 포인터(103)가 형성되어 상기 몸체부(100)로부터 지지체(200)가 회전하게 될 때 상기 포인터(103)가 가리키는 눈금(203)의 위치에 따라 상기 지지체(200)의 회전 각도를 확인할 수 있게 한다.

이때, 몸체부(100)가 삽입된 지지체(200) 끝단에 고정캡(210)이 삽입되어 상기 지지체(200)와 고정캡(210) 사이에 몸체부(100)가 위치하도록 함으로써 상기 몸체부(100)가 지지체(200)로부터 이탈하게 되는 것을 방지하도록 하는 것이 좋다.

한편, 프로브팁(300)은 지지체(200) 전면에 위치하게 되어 중앙에 형성된 관통홀(301)을 통해 상기 지지체(200)의 프로브(201)가 상기 프로브팁(300) 전방으로 돌출되며, 사용자 의도에 따라 지지체(200)가 원주 방향으로 회전하게 되면 상기 프로브팁(300)이 상기 지지체(200)와 함께 회전하게 된다.

여기서, 프로브팁(300)은 지지체(200)에 탈착 가능하게 구비되는 것으로, 도 6에 도시된 바와 같이 검사하고자 하는 피검체의 표면에 대응하는 형상의 프로브팁(300)을 교체하여 적용시킬 수 있도록 다양한 형상으로 성형된 프로브팁(300)이 다수개가 구비되도록 한다.

이처럼, 피검체의 표면이 내측으로 삽입된 형상인 경우 전면이 돌출된 프로브팁(300, 도 5 및 도 8참조)을 적용시키고, 피검체의 표면이 볼록한 형상인 경우 전면이 오목한 형상의 프로브팁(a)을 적용시키고, 피검체의 표면이 오목한 형상인 경우 전면이 볼록한 형상의 프로브팁(b)을 적용시키고, 피검체의 표면이 평면 형상인 경우 전면이 평면으로 이루어진 프로브팁(c)을 적용시키고, 피검체의 표면이 굴절된 경우 전면이 굴절되어 단차가 형성된 프로브팁(d, 도 9 참조(300))을 적용시키고, 피검체의 표면이 곡선 형상인 경우 전면이 곡면으로 이루어진 프로브팁(e)을 적용시키고, 피검체의 표면이 날카로운 형상인 경우 전면 양단이 커트되어 날카로운 형상으로 이루어진 프로브팁(f)을 적용시켜 프로브팁(300)의 형상을 다양화함으로써 종래에 불가능했던 기하학적 형상의 피검체 표면에 대한 검사가 가능하게 한다.

한편, 몸체부(100)에는 손잡이(110)가 추가로 장착되어 피검체 표면 검사 작업 시 작업자의 편의성을 향상시킬 수 있게 한다.

이때, 손잡이(110) 하부에 구비된 커넥터(111)는 와전류 검사장치(미도시)와 케이블을 통해 연동되도록 함으로써, 프로브(201)를 통한 피검체 표면 검사 시 프로브(201)로부터 검출된 와전류 신호를 코일(c)로 연결된 상기 커넥터(111)를 거쳐 와전류 검사장치로 전송하도록 하여, 상기 와전류 검사장치에 구비된 제어부 및 디스플레이 수단을 통해 작업 상태 및 작업 오류를 판단할 수 있게 한다.

여기서, 본 발명은 피검체 표면의 형상에 따라 지지체(200)를 원주 방향으로 회전시키게 되면 프로브팁(300)이 상기 지지체(200)와 함께 회전하여 상기 프로브팁(300)의 전방이 피검체의 표면에 대응하게 하는 동시에 피검체 표면의 형상에 따라 지지체(200)의 회전이 아닌 손잡이(110)를 통한 몸체부(100)의 회전도 가능하게 하여 상기 프로브팁(300)이 피검체의 표면에 대응하게 된 상태에서 상기 손잡이(110)를 회전시킬 수 있게 함으로써 작업 편의성을 향상시킬 수 있게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 피검체의 형상에 맞게 프로브팁(300)을 교체하여 피검체 표면에 와전류 프로브(201)를 위치시키고 손잡이(110)를 좌우로 가변해가면서 검사를 실시할 수 있게 하는 동시에 응력집중부위에 대해서는 결함 방향에 수직한 방향으로 프로브(201)를 가변시켜 검사함으로써 와전류 신호 검출감도를 향상시킬 수 있게 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 와전류 프로브는 몸체부와; 비교코일(differential coils)로 이루어진 프로브를 수용하며 상기 몸체부에 대해 회전 가능하게 장착되는 지지체를 포함하여 결함방향에 따라 와전류 검사방향을 맞출 수 있으며, 기하학적 형상의 결함면에 수직하게 위치할 수 있도록 함으로써 검사능력 및 검사의 신뢰성을 향상시키는데 탁월한 이점을 가진 발명인 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 몸체부 101 : 가이드홀
102 : 손잡이삽입홈 110 : 손잡이
200 : 지지체 201 : 프로브
202 : 체결부재삽입홈 210 : 고정캡
300 : 프로브팁 301 : 관통홀

Claims (7)

1. 내측에 원통형의 내부 공간이 형성되는 몸체부와;
   비교코일(differential coils)로 이루어진 프로브가 전방으로 돌출 형성되며, 상기 몸체부에 대해 회전 가능하게 장착되는 지지체를 포함하되;
   상기 지지체의 전방에 탈착 가능한 프로브팁이 구비되며, 상기 프로브팁 중앙에는 상기 프로브가 삽입되어 외부로 돌출되도록 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 와전류 프로브.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체부 외측면에는 상기 지지체의 회전 방향을 가이드하는 가이드홀이 형성되며, 상기 지지체의 외주면에는 체결부재삽입홈이 형성되고, 상기 몸체부 외측에서 상기 가이드홀을 통해 상기 체결부재삽입홈에 체결되는 체결부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 와전류 프로브.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 프로브팁의 전방면은 검사 대상이 되는 면에 대응하는 형상인 것을 특징으로 하는 와전류 프로브.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 몸체부 외측면에는 손잡이삽입홈이 형성되며, 상기 손잡이삽입홈에 손잡이가 수직 방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는 와전류 프로브.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 손잡이 하부에는 커넥터가 구비되어 와전류 검사장치와 연동되되, 상기 커넥터는 지지체의 프로브와 연결되는 것을 특징으로 하는 와전류 프로브.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 지지체에 몸체부가 관통되며, 상기 지지체 끝단에는 고정캡이 삽입되어 상기 지지체와 고정캡 사이에 몸체부가 조립되는 것을 특징으로 하는 와전류 프로브.

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