KR101789239B1 - 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치 - Google Patents

유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치 Download PDF

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Abstract

유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치가 개시된다. 상기 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치는, 제1 코일 및 제1 코일 위로 중첩되어 권선된 제2 코일을 포함하는 제1 전자기유도코일, 제3 코일 및 제3 코일 위로 중첩되어 권선된 제4 코일을 포함하는 제2 전자기유도코일을 포함하고 상기 각각의 전자기유도코일에서 발생된 자속선을 검사 부위에 투과시킨 후 검사 부위로부터 되돌아 오는 자속선을 수신하기 위한 센서 프로브; 및 상기 센서 프로브와 전기적으로 연결되고 상기 수신한 자속선의 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함하고, 상기 제1 전자기유도코일 및 상기 제2 전자기유도코일은 병렬 연결되고, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 권선 방향이 같고, 상기 제3 코일 및 상기 제4 코일은 권선 방향이 반대이고, 상기 제1 코일 및 상기 제3 코일은 권선 방향이 같고, 상기 제2 코일 및 상기 제4 코일은 권선 방향이 반대인 것을 특징으로 한다.

Description

유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치{NON-DISTRUCTIVE INSPECTION APPARATUS USING INDUCED ELECTROMOTIVE FORCE}
본 발명은 비파괴 검사장치에 관한 것으로, 검사대상물에 자속선을 입력 후 물성차이에 따라 다르게 발생하는 자속선으로 유도 되는 기전력을 이용한 비파괴 검사장치에 관한 것이다.
금속재료는 다양한 분야에 이용되고 있다. 예를 들면, 자동차, 선박, 플랜트, 토목 건축 구조물 등과 같은 강구조물을 구성하는데 이용된다.
한 예로 선박 구조물의 경우 선박은 운항항로가 결정되어도 자연환경에 의해 발생하는 다양한 파랑하중에 의해 매우 복잡한 손상을 입기 때문에, 이러한 운항 중에 받는 하중에 구조물의 손상 정도를 정확히 예측하기는 매우 어렵다. 선박의 사고는 대형 인명 사고, 재물 손괴 등을 초래할 수 있기 때문에, 선박 구조물의 손상도를 정확히 예측하여 선박의 수명, 안전진단 시기 등을 판단하는 것은 매우 중요하다.
금속재료를 이용한 강구조물의 결함 및 손상을 검출하기 위하여 아래와 같은 비파괴 검사 방법들이 사용될 수 있다.
1. 방사선 비파괴검사(RT)방식의 경우, 원리는 투과성 방사선을 제품에 조사했을때 투과 방사선의 강도의 변화, 즉, 건전부와 결함부의 투과선 양의 차에 의한 필름상의 농도의 차를 이용하여 제품의 불량 유무를 검사하는 방법이다. 이 검사방법의 경우 방사선 자체가 [국가 방사선 위험물 취급관리 규정]에 의하여 고도의 숙력된 기술공만이 검사작업에 투입할 수 있으며, 취급이 어렵고 시간과 비용이 증가되어 선박의 피로 검사에는 거의 사용 할 수 없는 방법이다.
2. 초음파탐상 검사(UT)의 경우 원리는 초음파를 제품에 전달하여 내부에 존재하는 불연속 부분으로부터 반사한 초음파 에너지량, 초음파의 진행시간 등을 CRT Screen표시, 분석하여 불연속(결함)의 위치 및 크기를 탐지하는 검사방법으로 세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 비파괴검사 방법 중 하나이다. 그러나, 이 방법 역시 초음파 에너지의 손실을 최소화 하기 위해 초음파 탐촉자에 젤을 도포하여 측정하여야 하고, 젤의 도포량, 탐촉자의 측정각도 및 위치, 주위의 환경 및 온도 등의 영향에 의해 데이터의 왜곡 현상으로 인하여 선박의 피로도를 측정하는데 적용하기 어려운 한계점이 있다.
3. 자분탐상 비파괴검사(MT)의 원리는 강자성체 표면 또는 표면하에 있는 불연속부(결함)를 검출하기 위하여 강자성체를 자화시키고 자분을 적용하여 누설자장에 의해 자분이 모이거나, 불어서 결함부의 윤곽을 형성, 그 위치, 크기, 형태 및 넓이 등을 검사하는 방법으로 표면의 균열만 측정이 가능하고, 데이터화 수치화 할 수 없어 유관검사로만 이루어지고 있다.
4. 침투탐상 비파괴검사(PT)의 원리는 제품의 표면에 침투액을 도포한 후 충분한 시간이 경과하면 불연속부(결함)에 침투하지 못하고 시험체 표면에 남아있는 과잉의 침투제를 제거, 거 위에 현상제를 도포하여 침투제를 빨아 올림으로서 결함의 위치, 크기 및 지시모양을 검출하는 방법이다. 이 방법 역시 제품의 표면의 결함만 측정이 가능하고, 데이터화 수치화를 할 수 없어 선박의 피로도 검사에 적용하기 어렵다.
5. 와전류 비파괴검사(ET)의 원리는 금속 등의 시험체에 가까이 가져가면 도체의 내부에는 와전류라는 교류전류가 발생하고, 그 와전류는 결함이나 재질 등의 영향에 의해 그 크기와 분포가 변화함으로 그 변화량을 측정하여 검사체 표면의 균열이나 결함을 측정하는 검사방법이다. 그러나 이 역시 표면검사는 가능하지만 제품의 내부 및 심층부의 검사는 불가능하여 정확한 손상도를 판별하기 어렵다는 단점이 있다.
따라서 금속재료를 이용한 구조물의 표면검사뿐만 아니라 내부의 결함도 검사할 수 있는 비파괴검사 장치가 요구되고 있다.
이에, 본 발명자는, 이러한 종래의 문제를 해결하기 위해, 아래와 같은 구성을 도입하여, 검사대상물에 자속선을 입력한 후 수신되는 자속선으로부터 유도 기전력을 측정하는 방식을 이용하여 검사대상물의 표면 및 내부에 존재하는 불균일상에 대한 판단이 가능한, 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치를 개발하기에 이르렀다.
공개특허 제10-2009-0066853호
본 발명은 제1 코일 및 제1 코일 위로 중첩되어 권선된 제2 코일을 포함하는 제1 전자기유도코일, 제3 코일 및 제3 코일 위로 중첩되어 권선된 제4 코일을 포함하는 제2 전자기유도코일을 포함하고 상기 각각의 전자기유도코일에서 발생된 자속선을 검사 부위에 투과시킨 후 검사 부위로부터 되돌아 오는 자속선을 수신하기 위한 센서 프로브 및 상기 센서 프로브와 전기적으로 연결되고 상기 수신한 자속선의 정보를 디스플레이하기 위한 디스플레이부를 포함하고, 상기 제1 전자기유도코일 및 제2 전자기유도코일은 검사체 표면에 병렬로 놓이게 되며, 상기 제1 코일 및 제2 코일은 권선 방향(시계방향으로 들어가는 방향)이 같고, 제3 코일 및 제4 코일은 권선 방향이 반대이고, 제1 코일 및 제3 코일은 권선 방향이 같고, 제2 코일 및 제4 코일은 권선 방향이 반대인 것을 특징으로 하는, 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치의 센싱부를 제공한다.
구체적으로, 상기 제1 코일과 상기 제3 코일이 직렬 연결되고, 상기 제2 코일과 상기 제4 코일이 병렬 연결된다.
상기 제1 전자기유도코일 및 제2 전자기유도코일은 검사대상물에 자기장을 입력하면서, 동시에 유도된 기전력을 받는다.
본 비파괴 장비는 자기장 변화를 위한 진폭(전압) 및 세기(전류크기)를 조절하기 위한 하드웨어를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치의 개념도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치의 센서 프로브의 구성을 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치의 개념도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치의 센서 프로브의 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치는 센서 프로브(100) 및 디스플레이부(200)를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 센서 프로브(100)는 코일에 의한 자속선을 검사 부위에 투과시킨 후 유도 기전력을 수신하기 위한 것이다. 센서 프로브(100)는 제1 전자기유도코일(110) 및 제2 전자기유도코일(120)을 포함할 수 있다.
제1 전자기유도코일(110)은 제1 코일(111) 및 제2 코일(112)을 포함할 수 있다. 제1 코일(111) 및 제2 코일(112)은 각각 일방향으로 권선되어 있고, 서로 중첩된다. 즉, 제1 코일(111)을 감싸도록 제2 코일(112)은 제1 코일(111)의 위에서 권선되어 제1 코일(111)과 중첩되어 있다. 이러한 제1 전자기유도코일(110)은 제1 코일(111) 및 제2 코일(112)에 전류가 인가되면 자기장이 발생하고, 발생된 자기장을 검사대상물에 입력할 수 있다.
제2 전자기유도코일(120)은 제3 코일(121) 및 제4 코일(122)을 포함할 수 있다. 제3 코일(121) 및 제4 코일(122)은 각각 일방향으로 권선되어 있고, 서로 중첩된다. 즉, 제3 코일(121)을 감싸도록 제4 코일(122)은 제3 코일(121) 위에서 권선되어 제3 코일(121)과 중첩되어 있다. 이때, 제3 코일(121) 및 제4 코일(122)의 권선 방향은 서로 반대이다. 예를 들면, 제3 코일(121)은 권선 방향이 반시계방향이고, 제4 코일(122)의 권선 방향은 시계방향일 수 있다. 이러한 제2 전자기유도코일(120)은 제3 코일(121) 및 제4 코일(122)에 전류가 인가되면 자기장이 발생하고, 발생된 자기장을 검사대상물에 입력할 수 있다.
제1 전자기유도코일(110)을 구성하는 제1 코일(111) 및 제2 코일(112), 제2 전자기유도코일(120)을 구성하는 제3 코일(121) 및 제4 코일(122)은 권선 방향이 각각 같거나 다를 수 있다. 즉, 제1 코일(111) 및 제2 코일(112)의 권선 방향은 서로 같다. 일 예로, 제1 코일(111) 및 제2 코일(112)의 권선 방향은 반시계방향일 수 있다. 제3 코일(121) 및 제4 코일(122)의 권선 방향은 서로 반대이다. 예를 들면, 제3 코일(121)은 권선 방향이 반시계방향이고, 제4 코일(122)의 권선 방향은 시계방향일 수 있다. 또한 제1 코일(111) 및 제3 코일(121)은 권선 방향이 서로 같고, 제2 코일(112) 및 제4 코일(122)은 권선 방향이 서로 반대이다.
한편, 이러한 제1 전자기유도코일(110) 및 제2 전자기유도코일(120)은 서로 병렬 연결된다. 그 연결된 상태를 살펴보면, 제1 코일(111) 및 제3 코일(121)이 병렬 연결되고, 제2 코일(112) 및 제4 코일(122)이 병렬 연결된다.
이러한 센서 프로브(100)는 제1 전자기유도코일(110) 및 제2 전자기유도코일(120)에 전류를 흘리면 자속선이 발생하고, 이 상태에서 검사대상물을 스캔하면서 검사대상물에 자속선을 입력한 후 검사대상물로부터 다시 자속선은 수신된다. 이때, 검사대상물로부터 수신되는 자속선에 대해 유도 기전력이 발생하는 여부에 따라 검사대상물의 내부 및 외부에 크랙, 공동, 피로, 도금 박리 등의 불균일상이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다.
한편 이러한 센서 프로브(100)는 제1 전자기유도코일(110) 및 제2 전자기유도코일(120)을 통해 발생되는 자기장의 세기는 제1 전자기유도코일(110) 또는 제2 전자기유도코일(120)로 인가되는 전류의 크기를 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
디스플레이부(200)는 센서 프로브(100)와 전기적으로 연결되고, 센서 프로브(100)에 수신된 자속선에 대한 정보를 디스플레이할 수 있다. 일 예로, 디스플레이부(200)는 센서 프로브(100)로부터 얻은 수신된 자속선의 분석된 정보에 대하여 그래프로 디스플레이할 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치를 이용한 검사 과정에 대해 예를 들어 설명한다.
일 예로, 검사대상물을 선형 빔(beam)으로 하고, 선형 빔의 길이 방향을 따라 센서 프로브(100)를 소정의 속도로 이동시키면서 스캔하는 경우, 센서 프로브(100)는 제1 전자기유도코일(110) 및 제2 전자기유도코일(120)을 통해 검사대상물에 자속선을 입력할 수 있다. 자속선은 검사대상물을 투과한 후 검사대상물로부터 센서 프로브(100)로 수신된다.
검사대상물의 내부 및 외부에 불균일상이 없는 경우, 검사대상물로부터 수신된 자속선의 밀도의 변화가 발생되지 않으며, 이러한 경우 디스플레이부에는 자속선의 밀도 변화에 대한 그래프가 출력될 수 있고, 출력되는 그래프는 자속선의 밀도에 대한 변화가 없는 일정한 패턴으로 출력될 수 있다.
검사대상물의 내부 및 외부에 불균일상이 있는 경우, 검사대상물로부터 수신된 자속선의 밀도의 변화가 발생된다. 즉, 검사대상물로 입력된 자속선은 검사대상물에 존재하는 불균일상에 의해 밀도 변화가 발생된다. 이러한 경우, 자속선의 밀도 변화에 의해 유도 기전력이 발생되고, 유도 기전력은 센서 프로브(100)로 입력된다. 이때, 센서 프로브(100)로 입력되는 유도 기전력은 제2 전자기유도코일(120)로 입력된다. 이러한 경우, 디스플레이부에는 자속선의 밀도 변화에 대한 그래프가 출력될 수 있고, 출력되는 그래프는 자속선에 대한 밀도에 변화, 즉 유도 기전력의 발생에 대한 그래프가 출력될 수 있다. 출력되는 그래프는 자속선의 밀도에 대한 변화가 존재하여 유도 기전력이 입력됨에 따라 불규칙한 패턴으로 출력될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치는, 2개의 전자기유도코일을 병렬로 연결하고 2개의 전자기유도코일 중 어느 하나에 유도 기전력이 입력되도록 구성함에 따라 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사가 가능하게 된다. 이에 의해, 단순히 자속선의 패턴 변화, 즉 와전류를 이용한 종래에 비해 검사대상물의 내부에 존재하는 불균일상에 대한 판단도 가능하게 되는 이점이 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치는 다양한 분야에 이용될 수 있다. 예를 들면, 선박의 구조물에 대한 비파괴 검사, 용접 부위에 대한 비파괴 검사 등에 이용될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 제1 코일 및 상기 제1 코일 위로 중첩되어 권선된 제2 코일을 포함하는 제1 전자기유도코일, 제3 코일 및 상기 제3 코일 위로 중첩되어 권선된 제4 코일을 포함하는 제2 전자기유도코일을 포함하고, 상기 각각의 전자기유도코일에서 발생된 자속선을 검사대상물에 투과하고 상기 검사대상물로부터 되돌아오는 자속선을 수신하는 센서 프로브; 및
    상기 센서 프로브와 전기적으로 연결되고, 상기 수신된 자속선의 정보를 출력하는 디스플레이부;
    를 포함하고,
    상기 각각의 전자기유도코일에서 발생된 자속선은 상기 검사대상물의 표면에 수직한 방향으로 발생되고,
    상기 검사대상물의 표면에 병렬로 놓이게 되며,
    상기 제1 코일 및 상기 제2 코일은 권선 방향이 같고,
    상기 제3 코일 및 상기 제4 코일은 권선 방향이 반대이고,
    상기 제1 코일 및 상기 제3 코일은 권선 방향이 같고,
    상기 제2 코일 및 상기 제4 코일은 권선 방향이 반대인,
    유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일과 상기 제3 코일이 직렬 연결되고,
    상기 제2 코일과 상기 제4 코일이 병렬 연결된 것을 특징으로 하는,
    유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기유도코일 및 상기 제2 전자기유도코일은 검사대상물에 자기장을 입력하고,
    상기 수신된 자속선에 의해 발생하는 유도 기전력은 상기 제2 전자기유도코일로 입력되는 것을 특징으로 하는,
    유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전자기유도코일 및 상기 제2 전자기유도코일은 제1 전자기유도코일 또는 상기 제2 전자기유도코일로 인가되는 전류의 크기를 변화함으로써 자속선의 세기를 조절하는,
    유도 기전력을 이용한 비파괴 검사장치.
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