KR101364684B1 - 전자기 유도방식의 누설자속 검출유닛, 이를 이용한 비파괴 검사 시스템 및 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기 유도방식으로 누설 자기장의 세기에 비례하는 유도기전력을 검출할 때 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부를 분할하여 더블 요크 형상으로 구성하고, 더블 요크에 각각 유도 코일을 권선함에 따라 요크에 권선되는 코일의 권선 횟수를 2배로 증가시켜서 유도기전력을 검출하여 측정 감도를 2배로 향상시킬 수 있는 전자기 유도방식의 누설자속 검출유닛, 이를 이용한 비파괴 검사 시스템 및 검사 방법에 관한 것이다.
본 발명의 누설자속 검출유닛은 유도 코일형 마그네토 센서; 상기 마그네토 센서의 일단부를 수용하여 지지하는 내통; 및 상기 내통을 수용하는 외통을 포함하며, 상기 마그네토 센서는 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부가 2 이상으로 절개되어 각각의 요크에 상기 유도 코일이 권선되어 유도기전력이 증가하는 것을 특징으로 한다.

Description

전자기 유도방식의 누설자속 검출유닛, 이를 이용한 비파괴 검사 시스템 및 검사 방법{Unit for Detecting Magnetic Leakage Flux Using Electromagnetic Induction and Non-destructive Testing System and Method Using th Same}

본 발명은 전자기 유도방식의 누설자속 검출유닛, 이를 이용한 비파괴 검사 시스템 및 검사 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전자기 유도방식으로 누설 자기장의 세기에 비례하는 유도기전력을 검출할 때 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부를 분할하여 더블 요크 형상으로 구성하고, 더블 요크에 각각 유도 코일을 권선함에 따라 요크에 권선되는 코일의 권선 횟수를 2배로 증가시켜서 유도기전력을 검출하여 측정 감도를 2배로 향상시킬 수 있는 전자기 유도방식의 누설자속 검출유닛, 이를 이용한 비파괴 검사 시스템 및 검사 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마그네토 센서(magneto sensor)는 저 자기장을 측정하기 위해 사용되는 측정용 센서 및 미터기로서, 주로 사용분야는 지구자기장 측정, 지자원 탐사, 항공우조공학(인공위성 자세 제어), 비파괴 검사, 군사 및 의료 분야 등에 사용되고 있다.

마그네토 센서(미터)를 측정원리에 따라 분류하면, 유도 코일(induction coil)형, 플럭스 게이트(flux gate)형, 핵자기공명(NMR; nuclear magnetic resonance)형, 홀 효과(Hall effect)형, 자기저항(magnetoresistance)형, 초전도 양자 간섭소자(SQUID: superconducting quantum interface device) 등으로 분류된다.

유도 코일(induction coil)형 마그네토 센서는 주로 비파괴 검사에 이용되고 있으며, 비파괴 검사는 전 산업분야에 적용되고 있다. 특히, 철강 분야에서 고속으로 생산되어 이송되는 강관, 강봉 또는 강판 등의 품질을 좌우하는 검사방법으로 매우 유용하게 사용되고 있다.

강관에 존재하는 표면의 결함을 검출하기 위해서는 피시험체를 자화시키고 자화된 피시험체에 존재하는 결함 주위에 발생하는 누설자속을 검출 센서로 검출하는 누설자속 탐상법을 사용하고 있다.

이러한 누설자속 탐상법의 원리를 도 1a 및 도 1b를 참고하여 이하에 설명한다.

강관과 같은 피시험체(1)의 내부 및/또는 외부 결함(5)을 찾기 위해서 피시험체(1)의 주변에 철심, 즉 요크에 코일을 감아 만든 단일의 전자석으로 교류자계를 인가하여 자화시키면, 피시험체(1)를 따라 회전하는 자력선(3)이 형성된다.

도 1a는 피시험체(1)의 내/외부에 결함이 존재하지 않는 양품을 나타내며, 도 1b는 피시험체(1)의 내/외부에 결함이 존재하는 불량품을 나타낸다.

도 1a와 같이, 피시험체(1)의 내/외부에 결함이 존재하지 않는 경우, 자력선(3)은 피시험체(1)를 따라 회전하게 되고 외부로 누설 자속(3a)이 발생되지 않는다.

그러나, 도 1b와 같이, 피시험체(1)의 내/외부에 기포나 크랙과 같은 결함(5)이 존재하는 경우, 결함 부위에서 자기적 저항이 증가하여 자속은 우회하게 된다. 우회하는 자속의 일부는 피시험체(1)의 표면을 넘쳐흐르면서 결함 부분으로부터 자속이 누설된다.

피시험체(1)의 외부로 누설되는 누설 자속(3a)을 검출 센서로 검출하여, 신호처리하면, 피시험체(1)의 결함 부위를 판단할 수 있게 된다. 이 경우, 누설 자속(3a)의 세기는 결함(5)의 크기에 의존하므로, 검출 센서의 출력신호 레벨에 의해 결함(5)의 크기도 평가할 수 있다.

상기한 누설자속 탐상법에서는 결함 부위에서 자속이 넘쳐흐르게 하기 위해서 피시험체의 내면방향으로 우회하는 자속이 적게 하는 것이 요구된다. 피시험체의 내면부를 지나는 자속을 적게 하는 방법은, 피시험체의 내면을 자계적으로 포화시킬 때까지 자계를 걸거나 교류자계의 주파수를 올리는 방법이다.

누설자속 탐상법에서 미세한 결함을 탐지하고 검출의 정확도를 높이기 위해서는 누설 자속을 센싱하는 검출 센서를 피시험체에 근접시켜서 배치하거나 검출 센서의 감도를 향상시키는 것이 요구된다.

먼저, 피시험체의 표면에 가능한 가까게 위치시켜서 누설 자속을 검출하면 검출정도가 향상되고 오동작이 적게 되는 반면에, 피시험체의 휨 등으로 인하여 검출 센서가 파손되는 문제가 있다.

이러한 점을 고려하여, 한국 공개특허공보 제2001-91348호에는 봉강에 존재하는 표면 결함을 생산 공정 중에 탐상하기 위하여 결함에 의한 미세 자장 신호를 정확히 감지할 수 있도록 감도를 높이고 센서의 파손 등의 기계적인 제약을 향상시켜 봉강에 존재하는 결함을 정확히 검출할 수 있도록 봉강 제품 결함 탐상용 센서 및 그 제조방법이 제안되어 있다.

상기 공개특허공보 제2001-91348호에 제안된 봉강 제품 결함 탐상용 센서는 원통형으로 미세 가공한 철심(ferrite core)에 코일을 권선하고, 베크라이트 내통에 고정한 상태에서 베크라이트 외통에 삽입하며, 외통의 선단부에 세라믹을 삽입한 상태에서 내부에 에폭시 수지를 삽입하여 경화시키는 방법으로 제조되고 있다.

일반적으로 유도 코일형 마그네토 센서는 하기 수학식 1의 페러데이(Faraday)의 유도법칙을 이용하기 때문에 DC 자기장 측정이 매우 어렵고, 10Hz 이상의 교류 자기장을 이용한 유도기전력(V)의 측정이 많이 사용되고 있다.

여기서, N: 코일 권선수, A: 요크의 단면적, μ: 요크의 투자율, H: 누설 자기장 세기이다.

상기한 패러데이의 유도법칙에 따라 누설 자속에 의해 유도되는 유도기전력(V)의 크기는 코일을 관통하는 자속(자기력선속)의 시간적 변화율(dH/dt)과 코일의 권선수(N)에 비례하며, 요크의 크기와 재료가 동일한 경우 누설 자속을 정밀하게 검출하기 위한 방법은 세선의 코일로 요크에 권선되는 코일 권선수(N)를 증가시키는 방법이다.

상기 공개특허공보 제2001-91348호에 제안된 상기 누설 자속 탐상용 검출 센서는 단일의 철심(즉, 요크)에 코일이 권선된 구조를 가지고 있어, 미세한 결함을 탐지하고 검출의 정확도를 높이기 위한 검출 센서의 감도 향상이 요구되고 있다.

또한, 상기 공개특허공보 제2001-91348호에는 봉강의 결함을 측정할 때 봉강을 자화시키기 위해 하나의 전자석을 사용하고 있고, 누설 자속을 검출하기 위해 하나의 검출 센서를 사용하고 있다.

그러나, 이러한 하나의 전자석과 검출 센서를 사용하는 경우 도 1a에 도시된 바와 같이 강관을 따라 자력선이 균일하게 분포하는 자기장을 인가하기 어려우며, 또한 미세한 누설 자속의 정밀 검출이 어려운 문제가 있다. 더욱이, 하나의 전자석을 사용하는 경우, 자기장의 세기를 크게 하여야 하므로 크기가 증가하는 문제가 있다.

한편, 강판의 결함을 검출하는 방법으로 한국 공개특허공보 제1997-48440호에는 박강판의 내부 및 표면에 있는 결함을 박강판을 생산하는 중에 온라인으로 탐상하는 데 있어서, 적당한 수단을 사용하여 박강판의 외부에서 자기장을 인가하여 박강판을 자기 포화시킴으로써, 결함부위에 누설자속을 발생시킨 후 박강판으로부터 일정거리 떨어진 위치에 있는 자기센서를 이용하여, 박강판의 진행속도와는 무관하게 엔코더에 의해 일정거리 간격으로 획득한 누설자속 신호의 파형을 분석함으로써 결함탐상을 하는 누설자속법을 이용한 박강판의 온라인 결함탐상방법이 제안되어 있다.

또한, 한국 공개특허공보 제2002-60681호에는 강 자성체를, 복수의 다른 자화의 강도로 순차 자화하는 공정과, 각 자화강도로 자화한 강 자성체의 동일위치로부터 누설하는 자속(磁束)을 자기센서로 검출하는 공정과, 각 자화강도에 대응한 자화센서의 출력신호를, 강 자성체 내의 결함에 기인하는 신호가 강조되도록 연산처리하는 공정을 가지는 누설자속 탐상법이 제안되어 있다.

상기 한국 공개특허공보 제1997-48440호 및 한국 공개특허공보 제2002-60681호에 제안된 누설자속 탐상법을 이용한 강판의 결함을 검출하는 방법은 하나 또는 한쌍의 전자석을 이용하여 자기장을 발생하여 강판을 자기 포화시켜 결함부위에 누설자속을 발생시킨 후, 강판으로부터 일정거리 떨어진 위치에 있는 한쌍의 자기센서를 이용하여 누설 자속을 검출하고 이를 신호처리하고 있다.

상기 한국 공개특허공보 제1997-48440호 및 한국 공개특허공보 제2002-60681호에는 자기센서를 이용한 강판의 결함을 검출하는 방법을 제안하고 있고, 누설 자속 검출용 검출 센서의 감도 증가를 위한 구조는 제안되어 있지 않다.

한국 공개특허 제10-2001-91348호 한국 공개특허 제10-1997-48440호 한국 공개특허 제10-2002-60681호

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전자기 유도방식으로 누설 자기장의 세기에 비례하는 유도기전력을 검출할 때 유도 코일이 권선되는 요크를 더블 요크 형상으로 구성하고 더블 요크에 유도 코일을 권선함에 따라 요크에 권선되는 코일의 권선 횟수를 2배로 증가시켜서 유도기전력을 검출하여 측정 감도를 2배로 향상시킬 수 있는 전자기 유도방식의 누설자속 검출유닛 및 이를 이용한 비파괴 검사 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전자석과 누설자속 검출유닛을 상하 대칭구조로 구성함에 의해 측정 감도를 향상시킬 수 있는 선형 강재의 비파괴 검사 시스템 및 검사방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부를 다수개로 분할하여 각각의 분할 요크에 유도 코일을 권선함에 따라 요크에 권선되는 코일의 권선 횟수를 증가시켜서 유도기전력 및 측정 감도를 향상시킬 수 있는 전자기 유도방식의 누설자속 검출유닛을 이용한 비파괴 검사 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 누설자속 검출유닛은 유도 코일형 마그네토 센서; 상기 마그네토 센서의 일단부를 수용하여 지지하는 내통; 및 상기 내통을 수용하는 외통을 포함하며, 상기 마그네토 센서는 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부가 2 이상으로 절개되어 절개된 각각의 요크에 상기 유도 코일이 권선되어 유도기전력이 증가하는 것을 특징으로 한다.

상기 마그네토 센서는 고투자율의 자심 재료로 이루어진 센서 요크; 및 상기 센서 요크의 선단부에 권선되는 유도 코일을 포함하며, 상기 센서 요크는 원봉 형상으로 이루어지고 내통에 수용되어 고정되는 몸체; 상기 몸체로부터 경계부에 단차부가 형성되고, 대향한 양측면이 평면 형상을 이루도록 절단되어 연장된 연결부; 및 상기 연결부의 선단부로부터 길이방향을 따라 적어도 하나의 절개홈이 형성되며, 각각 상기 유도 코일이 권선되는 다수의 요크를 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 유도 코일은 각각의 요크에 교대로 권선되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 외통의 내부에는 내통 및 마그네토 센서를 고정시킴과 동시에 외부의 충격 및 환경으로부터 보호하기 위해 충진된 절연 충진물을 더 포함할 수 있다. 상기 외통은 절연충진물을 충전할 때 사용되는 제1 구멍과 충진물의 기포를 배출하기 위한 제2 구멍을 포함하는 것이 바람직하다.

더욱이, 상기 내통은 선단부측에 상기 마그네토 센서의 후단부가 삽입 고정되는 요홈을 구비하고 있고, 외측면에는 상기 유도 코일로부터 인출되는 2개의 인출선을 안전하게 가이드하기 위한 한쌍의 채널형 요홈이 길이방향을 따라 형성되어 있으며, 후단부에 상기 유도 코일로부터 인출되는 2개의 인출선과 외부로 센서의 유도기전력을 전송하기 위한 한쌍의 리드선이 전기적으로 연결되는 한쌍의 터미널 단자가 고정 설치되는 것이 바람직하다.

상기 누설자속 검출유닛은 고속으로 생산되어 이송되는 선형 강재 및 강판의 결함을 누설자속 탐상법으로 검사하는 비파괴 검사 시스템의 누설자속 검출에 이용된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 각각 고속으로 생산되어 이송되는 선형 강재의 상측 및 하측에 간격을 두고 배치되어 상기 강재를 자화시키기 위한 자기장을 발생하는 제1 및 제2 전자석; 및 각각 상기 제1 및 제2 전자석의 중앙부에 배치되어 이송되는 선형 강재의 결함을 검출하도록 결함부위로부터 누설되는 누설 자속을 검출하는 제1 및 제2 누설자속 검출유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템을 제공한다.

상기 제1 및 제2 전자석은 각각 양 단부로부터 내향 절곡되어 각각의 선단부가 피시험체를 향하는 제1 및 제2 전자석 요크; 및 상기 제1 및 제2 전자석 요크의 선단부에 서로 반대방향으로 권선되는 제1 내지 제4 코일을 포함하며, 상기 제1 및 제2 전자석 사이에는 각각의 대향하는 선단부가 서로 반대의 극성을 가지도록 코일 권선방향이 설정되는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 제1 및 제2 누설자속 검출유닛은 각각, 유도 코일형 마그네토 센서를 구비하며, 상기 마그네토 센서는 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부가 2 이상으로 절개되어 각각의 요크에 상기 유도 코일이 권선되는 것이 바람직하다.

상기 제1 전자석의 일측 선단부로부터 발생된 제1 자속의 일부는 피시험체를 통하여 제2 전자석의 일측 선단부로 향하고, 제1 자속의 나머지 부분은 피시험체를 통하여 제1 전자석의 타측 선단부로 집속되어 제1 전자석용 요크를 순환하는 제1자기회로가 형성되고, 상기 제2 전자석의 타측 선단부로부터 발생된 제2 자속의 일부는 피시험체를 통하여 제1 전자석의 타측 선단부로 향하고, 제2 자속의 나머지 부분은 피시험체를 통하여 제2 전자석의 일측 선단부로 집속되어 제2 전자석용 요크를 순환하는 제2자기회로가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 본 발명은 각각 고속으로 생산되어 이송되는 피시험체를 전자석에 의해 자화시킨 후, 자화된 피시험체의 결함 부위로부터 누설되는 누설 자속을 검출하여 피시험체의 결함을 검출하는 비파괴 검사 방법에 있어서, 상기 누설 자속을 검출하는 데 사용되는 누설자속 검출유닛은 유도 코일형 마그네토 센서를 구비하며, 상기 마그네토 센서는 요크의 선단부가 다수개로 절개되어 각각의 요크에 권선되는 상기 유도 코일의 코일 권선수를 절개된 요크의 수에 비례하여 증가시킴에 따라 상기 마그네토 센서의 유도기전력이 증가하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 방법을 제공한다.

상기 전자석과 누설자속 검출유닛은 각각 한쌍으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 전자기 유도방식으로 누설 자기장의 세기에 비례하는 유도기전력을 검출할 때 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부를 분할하여 더블 요크 형상으로 구성하고, 더블 요크에 각각 유도 코일을 권선함에 따라 요크에 권선되는 코일의 권선 횟수를 2배로 증가시켜서 유도기전력을 검출하여 측정 감도를 2배로 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 전자석과 누설자속 검출유닛을 상하 대칭구조로 구성함에 의해 연속적으로 생산되는 선형 강재의 결함 측정 감도를 향상시킬 수 있는 비파괴 검사 시스템을 제공한다.

더욱이, 본 발명에서는 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부를 다수개로 분할하여 각각의 분할 요크에 유도 코일을 권선함에 따라 요크에 권선되는 코일의 권선 횟수를 증가시켜서 유도기전력 및 측정 감도를 향상시킬 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 전자기 유도방식으로 누설 자기장을 측정하여 강관 제품의 표면에 존재하는 결함을 검사하는 비파괴 검사 원리를 설명하기 위한 설명도,
도 2는 본 발명이 적용되는 누설 자속 측정방식의 비파괴 검사 시스템을 나타내는 개략 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 나타내는 누설자속 검출유닛의 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 누설자속 검출유닛의 길이방향 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 요크 고정용 내통의 구조를 나타내는 사시도,
도 6은 도 3에 도시된 누설자속 검출유닛에 구비된 유도 코일형 마그네토 센서를 나타내는 사시도,
도 7은 본 발명에 따라 제조된 누설자속 검출유닛을 나타내는 샘플 사진이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하의 실시예 설명에서는 강관의 결함을 측정하는 비파괴 검사 시스템을 예를 들어 설명하나, 본 발명은 강봉에 대하여도 동일하게 적용 가능하며, 또한, 이에 사용된 누설자속 검출유닛은 선형 강재의 결함 측정 이외에 누설자속 탐상법을 이용한 강판의 결함 검출 등에 적용 적용하다.

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 도 2는 본 발명이 적용되는 누설 자속 측정방식의 비파괴 검사 시스템을 나타내는 개략 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 나타내는 누설자속 검출유닛의 사시도, 도 4는 도 3에 도시된 누설자속 검출유닛의 길이방향 단면도, 도 5는 도 3에 도시된 요크 고정용 내통의 구조를 나타내는 사시도, 도 6은 도 3에 도시된 누설자속 검출유닛에 구비된 유도 코일형 마그네토 센서를 나타내는 사시도이다.

우선, 도 2를 참고하면, 본 발명이 적용되는 누설 자속 측정방식의 비파괴 검사 시스템은 피시험체(1)의 상측 및 하측에 간격을 두고 배치된 제1 및 제2 전자석(11,13) 및 상기 제1 및 제2 전자석(11,13)의 중앙부에 배치된 제1 및 제2 누설자속 검출유닛(21,23)을 포함한다. 또한, 상기 비파괴 검사 시스템은 제1 및 제2 누설자속 검출유닛(21,23)에 의해 검출된 유도기전력 신호를 신호처리하여 결함 여부를 판단하는 신호처리장치(도시되지 않음)를 포함한다.

상기 피시험체(1)는 연속적으로 생산되는 선형 강재, 예를 들어, 강관 또는 강봉이 될 수 있으며, 전자석에 의해 자화가 이루어질 수 있는 선재라면 어떤 제품도 적용 가능하다.

상기 제1 및 제2 전자석(11,13)은 각각 양 단부로부터 내향 절곡되어 각각의 선단부(111,113;131,133)가 피시험체(1)를 향하는 제1 및 제2 전자석 요크(110,130) 및 상기 제1 및 제2 전자석 요크(110,130)의 선단부(111,113;131,133)에 서로 반대방향으로 권선되는 제1 내지 제4 코일(12a-12d)을 포함한다.

상기 제1 및 제2 전자석 요크(110,130)는 철손이 작고 자속밀도가 높은 전자 강판(電磁鋼板)을 사용하며, 일정한 길이와 폭을 갖고 다수 적층되는 판형상의 전자 강판을 절곡하여 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 및 제2 전자석(11,13) 사이에는 각각의 대향하는 선단부(111,113;131,133)가 서로 반대의 극성을 가지도록 코일 권선방향이 설정된다.

그 결과, 제1 전자석(11)은 일측 선단부(111)로부터 외측 방향, 즉 피시험체(1)를 향하는 자속이 발생되며, 타측 선단부(113)로부터 내측 방향, 즉 제1 전자석용 요크(110)를 향하는 자속이 발생된다.

또한, 제2 전자석(13)은 제1 전자석(11)의 일측 선단부(111)와 대향하는 일측 선단부(131)로부터 내측 방향, 즉 제2 전자석용 요크(130)를 향하는 자속이 발생되며, 타측 선단부(133)로부터 외측 방향, 즉 피시험체(1)를 향하는 자속이 발생된다.

그 결과, 제1 전자석(11)의 일측 선단부(111)로부터 발생된 제1 자속의 일부는 피시험체(1)를 통하여 제2 전자석(13)의 일측 선단부(131)로 향하고, 제1 자속의 나머지 부분은 피시험체(1)를 통하여 제1 전자석(11)의 타측 선단부(113)로 집속되어 제1 전자석용 요크(110)를 순환하는 제1자기회로(10a)가 형성되고, 제2 전자석(13)의 타측 선단부(133)로부터 발생된 제2 자속의 일부는 피시험체(1)를 통하여 제1 전자석(11)의 타측 선단부(113)로 향하고, 제2 자속의 나머지 부분은 피시험체(1)를 통하여 제2 전자석(13)의 일측 선단부(131)로 집속되어 제2 전자석용 요크(130)를 순환하는 제2자기회로(10b)가 형성된다.

따라서, 상기 피시험체(1)는 제1 및 제2 전자석(11,13)이 상측 및 하측에 간격을 두고 서로 대향하여 배치된 상태로 자기장이 인가되므로, 피시험체(1)를 따라 균일한 자력선 분포가 이루어져서 미세한 결함에 대하여도 미세한 누설 자속의 정밀 검출이 가능하게 된다.

상기 제1 및 제2 전자석(11,13)의 중앙부에 배치되는 제1 및 제2 누설자속 검출유닛(21,23: 20)은 각각 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 유도 코일형 마그네토 센서(magneto sensor)(30), 상기 마그네토 센서(30)의 일단부를 수용하여 지지하는 내통(210) 및 내통을 수용하는 원통형의 외통(220)을 포함하며, 외통(220)의 내부에는 내통(210) 및 마그네토 센서(30)를 고정시킴과 동시에 외부의 충격 및 환경으로부터 보호하기 위한 절연 충진물(40)이 충진되어 있다.

상기 제1 및 제2 누설자속 검출유닛(21,23: 20)은 서로 동일한 구조이므로, 누설자속 검출유닛(20)으로 지칭한다.

우선, 유도 코일형 마그네토 센서(30)는 도 6에 도시된 바와 같이, 센서 요크(31) 및 센서 요크(31)의 선단부에 권선되는 유도 코일(33)을 포함한다.

센서 요크(31)는 원봉 형상으로 이루어지고 내통에 수용되어 고정되는 몸체(31a), 상기 몸체(31a)로부터 경계부에 단차부(31b)가 형성되고, 대향한 양측면이 평면 형상을 이루도록 절단되어 연장되며 종방향 단면이 대략 4각 형상을 이루는 연결부(31c) 및 상기 연결부(31c)의 선단부 일부가 길이방향을 따라 중앙부에 절개홈(32c)이 형성되어 더블 요크를 형성하는 제1 및 제2 요크(32a,32b)를 포함한다.

상기 센서 요크(31)는 퍼멀로이(Permalloy), 페라이트(Ferrite), 실리콘 스틸(Si-steel) 등과 같이 강자성 재료로 이루어지며, 고투자율의 자심 재료라면 모두 적용 가능하다.

상기 제1 및 제2 요크(32a,32b)에 권선되는 유도 코일(33)은 가능한 한 코일 권선수(N)를 높이도록 극세선으로 이루어지며, 예를 들어, 직경이 0.055mm인 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 유도 코일(33)은 제1 및 제2 요크(32a,32b)에 권선될 때 하나의 와이어를 제1요크(32a)와 제2요크(32b)에 교대로 권선하는 방식으로 권선되어 2개의 권선(33a,33b)이 이루어진다.

상기와 같이, 유도 코일(33)이 제1 및 제2 요크(32a,32b)에 교대로 권선되면, 단일 요크에 권선되는 종래의 센서와 비교할 때 코일 권선수(N)는 2배로 증가하게 된다. 그 결과, 본 발명에 따른 더블 요크를 이용한 유도 코일형 마그네토 센서(30)는 하기 수학식 2에 따른 유도기전력(V)이 얻어지게 된다.

여기서, N: 코일 권선수, A: 요크의 단면적, μ: 요크의 투자율, H: 누설 자기장 세기이다.

상기한 바와 같이, 누설 자속에 의해 유도되는 유도기전력(V)의 크기는 코일을 관통하는 자속(자기력선속)의 시간적 변화율과 코일 권선수에 비례하며, 이 경우 더블 요크에 권선된 코일 권선수(N)가 단일 요크를 사용한 종래에 비하여 2배로 증가하였기 때문에 유도기전력(V)도 2배로 증가하게 된다.

상기 내통(210)은 내열성 및 절연성 수지로 이루어지고 원형 봉형상으로 이루어져 있으며, 선단부측에 마그네토 센서(30)의 후단부가 삽입 고정되는 요홈(211)을 구비하고 있고, 후단부에 한쌍의 터미널 단자(217a,217b)가 요홈(213a,213b)에 고정되어 있으며, 외측면에는 상기 유도 코일(33)로부터 인출되는 2개의 인출선을 안전하게 가이드하기 위한 한쌍의 채널형 요홈(215a,215b)이 길이방향을 따라 형성되어 있다.

상기 외통(220)은 내열성 및 절연성 수지로 이루어지며, 유도 코일형 마그네토 센서(30)와 내통(210)을 수용하도록 내부가 중공부 형상으로 이루어져 있고, 선단부에는 내부에 조립된 마그네토 센서(30)와 내통(210)을 고정시킴과 동시에 외부의 충격 및 환경으로부터 보호하기 위한 에폭시 수지를 몰딩하는 필요한 충진용 구멍(221)과 기포를 빼내기 위한 구멍(223)이 구비되어 있다.

이하에 누설자속 검출유닛(20)의 조립방법에 대하여 설명한다.

우선, 마그네토 센서(30)의 제1 및 제2 요크(32a,32b)에 유도 코일(33)을 교대로 권선한 후, 마그네토 센서(30)의 후단부를 내통(210)의 요홈(211)에 삽입하여 고정시킨다.

이어서, 제1 및 제2 요크(32a,32b)에 권선된 유도 코일(33)의 2개 인출선을 내통(210)의 외측면에 형성된 한쌍의 채널형 요홈(215a,215b)을 따라 유도하여 후단부로 인출한 후 한쌍의 터미널 단자(217a,217b)에 각각 전기적으로 연결한다. 이어서, 한쌍의 터미널 단자(217a,217b)에 외부로 인출하기 위한 한쌍의 리드선(도시되지 않음)을 전기적으로 연결한다.

그 후, 내통(210)에 조립된 마그네토 센서(30)를 외통(220)에 삽입하여 위치설정하고, 외통(220)의 선단부를 테이프 등으로 막은 상태에서 에폭시 수지와 같은 절연 충진물(40)을 충진용 구멍(221)을 통하여 내부에 충진하고 충진물(40)을 경화시키면 도 7에 도시된 바와 같은 누설자속 검출유닛(20)이 얻어진다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 얻어진 누설자속 검출유닛(20)은 유도 코일(33)이 권선되는 선단부가 더블 요크 형상으로 이루어져 있어, 더블 요크에 유도 코일(33)을 권선함에 따라 요크에 권선되는 유도 코일(33)의 권선 횟수를 2배로 증가시켜, 그 결과 2배로 증가된 유도기전력(V)을 얻게 되므로 누설 자속의 측정 감도를 2배로 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 미세한 누설 자속도 누설자속 검출유닛(20)을 이용하여 검출하는 것이 가능하여 미세한 결함의 탐지가 이루어지게 된다.

또한, 본 발명에서는 제한된 면적의 요크 구조에서 코일 권선수(N)를 최대화하여 측정 감도를 유지하면서 누설자속 검출유닛(20)을 소형화하는 것이 가능하게 된다.

더욱이, 상기한 실시예 설명에서는 누설자속 검출유닛(20)에 채용된 마그네토 센서(30)의 요크 선단부가 2개로 분할된 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않고, 요크의 선단부를 3개 또는 4개로 분할하여 이에 권선되는 유도 코일(33)의 권선수(N)를 종래에 비하여 3배 또는 4배로 증가시키는 것도 물론 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템은 상기 피시험체(1)를 사이에 두고 제1 및 제2 전자석(11,13)이 상측 및 하측에 간격을 두고 서로 대향 배치되어 자기장을 인가하므로 피시험체(1)를 따라 균일한 자력선 분포가 이루어지며, 제1 및 제2 누설자속 검출유닛(21,23)이 상기 제1 및 제2 전자석(11,13)의 중앙부에 배치되어 피시험체(1)로부터 발생되는 미세한 누설 자속을 검출하므로 미세한 결함에 대하여도 정밀 검출이 가능하게 된다.

본 발명은 고속으로 생산되어 이송되는 강관 또는 강봉과 같은 선형 강재 및 강판 등의 결함을 누설자속 탐상법으로 검사하는 비파괴 검사 시스템 및 이에 사용되는 누설자속 검출유닛에 적용될 수 있다.

1: 피시험체 10a,10b: 자기회로
11,13: 제1 및 제2 전자석 12a-12d: 제1 내지 제4 코일
20,21,23: 누설자속 검출유닛 30: 마그네토 센서
31: 센서 요크 31a: 몸체
31b: 단차부 31c: 연결부
32a,32b: 제1 및 제2 요크 32c: 절개홈
33: 유도 코일 33a,33b: 권선
40: 절연 충전물 110,130: 전자석 요크
111,113,131,133: 선단부 210: 내통
211,213a,213b,215a,215b: 요홈 217a,217b: 터미널 단자
221,223: 구멍

Claims (13)

1. 유도 코일형 마그네토 센서;
   상기 마그네토 센서의 일단부를 수용하여 지지하는 내통; 및
   상기 내통을 수용하는 외통을 포함하며,
   상기 마그네토 센서는 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부가 2 이상으로 절개되어 절개된 각각의 요크에 상기 유도 코일이 권선되어 유도기전력이 증가하며,
   상기 내통은
   선단부측에 상기 마그네토 센서의 후단부가 삽입 고정되는 요홈을 구비하고 있고,
   외측면에는 상기 유도 코일로부터 인출되는 2개의 인출선을 안전하게 가이드하기 위한 한쌍의 채널형 요홈이 길이방향을 따라 형성되어 있으며,
   후단부에 상기 유도 코일로부터 인출되는 2개의 인출선과 외부로 센서의 유도기전력을 전송하기 위한 한쌍의 리드선이 전기적으로 연결되는 한쌍의 터미널 단자가 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 누설자속 검출유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 마그네토 센서는
   고투자율의 자심 재료로 이루어진 센서 요크; 및
   상기 센서 요크의 선단부에 권선되는 유도 코일을 포함하며,
   상기 센서 요크는
   원봉 형상으로 이루어지고 내통에 수용되어 고정되는 몸체;
   상기 몸체로부터 경계부에 단차부가 형성되고, 대향한 양측면이 평면 형상을 이루도록 절단되어 연장된 연결부; 및
   상기 연결부의 선단부로부터 길이방향을 따라 적어도 하나의 절개홈이 형성되며, 각각 상기 유도 코일이 권선되는 다수의 요크를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설자속 검출유닛.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유도 코일은 각각의 요크에 교대로 권선되는 것을 특징으로 하는 누설자속 검출유닛.
4. 제1항에 있어서, 상기 외통의 내부에는 내통 및 마그네토 센서를 고정시킴과 동시에 외부의 충격 및 환경으로부터 보호하기 위해 충진된 절연 충진물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설자속 검출유닛.
5. 제4항에 있어서, 상기 외통은 절연충진물을 충전할 때 사용되는 제1 구멍과 충진물의 기포를 배출하기 위한 제2 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설자속 검출유닛.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 누설자속 검출유닛은
   고속으로 생산되어 이송되는 선형 강재 및 강판의 결함을 누설자속 탐상법으로 검사하는 비파괴 검사 시스템의 누설자속 검출에 이용되는 것을 특징으로 하는 누설자속 검출유닛.
8. 각각 고속으로 생산되어 이송되는 선형 강재의 상측 및 하측에 간격을 두고 배치되어 상기 강재를 자화시키기 위한 자기장을 발생하는 제1 및 제2 전자석; 및
   각각 상기 제1 및 제2 전자석의 중앙부에 배치되어 이송되는 선형 강재의 결함을 검출하도록 결함부위로부터 누설되는 누설 자속을 검출하기 위해 제1항에 따른 제1 및 제2 누설자속 검출유닛을 포함하며,
   상기 제1 및 제2 전자석은 각각 양 단부로부터 내향 절곡되어 각각의 선단부가 피시험체를 향하는 제1 및 제2 전자석 요크; 및 상기 제1 및 제2 전자석 요크의 선단부에 서로 반대방향으로 권선되는 제1 내지 제4 코일을 포함하고, 상기 제1 및 제2 전자석 사이에는 각각의 대향하는 선단부가 서로 반대의 극성을 가지도록 코일 권선방향이 설정되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 누설자속 검출유닛은 각각, 유도 코일형 마그네토 센서를 구비하며,
   상기 마그네토 센서는 유도 코일이 권선되는 요크의 선단부가 2 이상으로 절개되어 각각의 요크에 상기 유도 코일이 권선되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템.
10. 제9항에 있어서,
    상기 마그네토 센서는 고투자율의 자심 재료로 이루어진 센서 요크; 및
    상기 센서 요크의 선단부에 권선되는 유도 코일을 포함하며,
    상기 센서 요크는 원봉 형상으로 이루어지고 내통에 수용되어 고정되는 몸체;
    상기 몸체로부터 경계부에 단차부가 형성되고, 대향한 양측면이 평면 형상을 이루도록 절단되어 연장된 연결부; 및
    상기 연결부의 선단부로부터 길이방향을 따라 적어도 하나의 절개홈이 형성되며, 각각 상기 유도 코일이 권선되는 다수의 요크를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템.
11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 전자석의 일측 선단부로부터 발생된 제1 자속의 일부는 선형 강재를 통하여 제2 전자석의 일측 선단부로 향하고, 제1 자속의 나머지 부분은 선형 강재를 통하여 제1 전자석의 타측 선단부로 집속되어 제1 전자석용 요크를 순환하는 제1자기회로가 형성되고,
    상기 제2 전자석의 타측 선단부로부터 발생된 제2 자속의 일부는 선형 강재를 통하여 제1 전자석의 타측 선단부로 향하고, 제2 자속의 나머지 부분은 선형 강재를 통하여 제2 전자석의 일측 선단부로 집속되어 제2 전자석용 요크를 순환하는 제2자기회로가 형성되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템.
12. 각각 고속으로 생산되어 이송되는 피시험체를 전자석에 의해 자화시킨 후, 자화된 피시험체의 결함 부위로부터 누설되는 누설 자속을 검출하여 피시험체의 결함을 검출하는 비파괴 검사 방법에 있어서,
    상기 누설 자속을 검출하는 데 제1항에 따른 누설자속 검출유닛을 사용하며,
    상기 누설자속 검출유닛에 구비된 유도 코일형 마그네토 센서는 요크의 선단부가 다수개로 절개되어 각각의 요크에 권선되는 상기 유도 코일의 코일 권선수를 절개된 요크의 수에 비례하여 증가시킴에 따라 상기 마그네토 센서의 유도기전력이 증가하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 전자석과 누설자속 검출유닛은 각각 한쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 방법.

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