KR200171558Y1 - 중공축의 내면 검사시스템 - Google Patents

Abstract

피로한도의 진행여부와 균열의 발생여부 등 중공축의 내면상태를 정확하게 검사할 수 있도록, 중공축의 내면에 설치되고 소정의 길이로 형성되는 레일과, 레일에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 중공축의 내면 일부를 연마하는 폴리싱장치와, 레일에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 복제필름을 연마된 중공축의 내면에 부착 분리시키는 필름부착장치를 포함하는 중공축의 내면 검사시스템을 제공한다.

폴리싱장치는 레일 위를 미끄러지도록 밑면에 로울러가 설치되는 이동판과, 이동판에 설치되는 모터와, 연마봉이 등분할되어 설치되고 모터의 회전력이 하나의 연마봉에만 전달되도록 구성되는 터릿장치를 포함한다.

필름부착장치는 레일 위를 미끄러지도록 밑면에 로울러가 설치되는 이동판과, 이동판에 설치되고 복제필름의 양끝부분을 지지하는 지지부재와, 팽창하여 복제필름을 중공축의 내면에 밀착시키는 팽창주머니를 포함한다.

Description

중공축의 내면 검사시스템 {Internal Inspection System of Hollow Shaft}

본 고안은 중공축의 내면을 연마한 아세톤에 녹는 아세틸 셀룰로오스로 이루어진 복제필름으로 이를 복제하고 수백배 확대하여 관찰하는 것에 의하여 중공축의 균열 및 피로도 등을 판단할 수 있는 중공축의 내면 검사시스템에 관한 것이다.

일반적으로 발전설비나 항공기의 터빈축 또는 선박의 스크류축 등 지름이 200㎜ 이상되는 축은 강성을 향상시키기 위하여 중공축을 사용한다.

상기와 같은 대형의 중공축은 가격이 비싸므로 가능한 한 내구수명에 가깝게 사용하는 것이 바람직하지만, 파손되는 경우에는 안전에 치명적이므로 수시로 축의 상태에 대한 정밀한 검사를 행하여야 한다.

따라서 종래에는 중공축의 표면으로부터 샘플을 채취하여 현미경이나 각종 재료시험기를 사용하여 검사하거나, 포터블형 경도시험기 등을 이용하여 중공축의 표면에 대한 시험을 직접 행하여, 피로도의 정도나 손상 또는 균열의 정도 등을 관찰하여 내구수명을 판정한다.

그러나 종래의 검사방법으로는 중공축의 내면에 대한 검사가 불가능하여 내면으로부터 균열이 발생하거나 피로한도가 나타나는 경우에는 이에 대한 대처가 어렵고, 이에 따라 작동중에 축이 파손될 우려가 있으며 대형사고로 이어질 수가 있다.

본 고안의 목적은 중공축의 내면상태를 정확하게 검사할 수 있는 검사시스템을 제공하기 위한 것으로서, 중공축의 내면 일부를 연마한 다음, 아세톤에 녹는 아세틸 셀룰로오스재질의 복제필름을 밀착시키면서 용융시킴에 의하여 결정조직을 그대로 복제하고, 복제된 결정조직을 수백배 확대하여 관찰함으로써 내면상태를 정밀하게 검사할 수 있는 중공축의 내면 검사시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 일실시예에 있어서 폴리싱장치를 나타내는 부분단면 측면도.

도 2는 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 일실시예에 있어서 폴리싱장치를 나타내는 도 1의 A-A 단면도.

도 3은 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 일실시예에 있어서 필름부착장치를 나타내는 부분단면 측면도.

도 4는 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 일실시예에 있어서 필름부착장치를 개략적으로 나타내는 단면도.

도 5는 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 일실시예를 이용하여 중공축의 내면 일부를 필름에 복제하여 400배 확대한 사진.

본 고안이 제안하는 중공축의 내면 검사시스템은 중공축의 내면에 설치되고 소정의 길이로 형성되는 레일과, 상기한 레일에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 중공축의 내면 일부를 연마하는 폴리싱장치와, 상기한 레일에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 아세톤에 녹는 아세틸 셀룰로오스로 이루어진 복제필름을 연마된 중공축의 내면에 부착 및 분리시키는 필름부착장치를 포함한다.

상기한 폴리싱장치는 상기한 레일에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 밑면에 복수의 로울러가 설치되는 이동판과, 상기한 이동판에 설치되는 모터와, 복수의 연마봉이 소정의 각도로 분할되어 설치되고 상기한 모터의 회전력이 한번에 하나의 연마봉에만 전달되도록 구성되는 터릿장치를 포함한다.

상기한 필름부착장치는 복제필름의 양끝부분을 소정의 장력으로 지지하는 지지부재와, 복제필름을 부착하기 위한 중공축 내면의 반대쪽에 설치되고 주입되는 기체에 의해 팽창하여 복제필름의 한쪽부터 차례로 중공축의 내면쪽으로 밀착시키는 팽창주머니를 포함한다.

다음으로 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 일실시예는 도 1∼도 4에 나타낸 바와 같이, 중공축(2)의 내면에 설치되고 소정의 길이로 형성되는 레일(10)과, 상기한 레일(10)에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 중공축(2)의 내면 일부를 연마하는 폴리싱장치(20)와, 상기한 레일(10)에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 복제필름(16)을 연마된 중공축(2)의 내면에 밀착시킨 다음 분리하는 것에 의하여 중공축(2)의 내면 조직을 복제하는 필름부착장치(50)를 포함한다.

상기한 레일(10)은 일열 또는 이열이상의 열로 배열하여 돌출시켜 형성하고, 돌출된 끝면은 미끄러짐이 원활하게 이루어지도록 곡면으로 형성한다.

상기한 레일(10)의 바깥쪽 끝부분은 삼각대(tripod)를 이용하여 움직이지 않도록 고정한다.

상기한 폴리싱장치(20)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 레일(10) 위에 설치되고 밑면에는 상기한 레일(10) 위를 원활하게 미끄러지도록 복수의 로울러(23)가 설치되는 이동판(22)과, 상기한 이동판(22)에 설치되는 모터(24)와, 복수의 연마봉(34)이 소정의 각도로 분할되어 설치되고 상기한 모터(24)의 회전력이 한번에 하나의 연마봉(34)에만 전달되도록 구성되는 터릿장치(30)를 포함한다.

상기한 이동판(22)은 상기한 레일(10)을 위쪽에서 감싸면서 미끄러지도록 설치된다.

상기한 이동판(22)에는 이동하는 거리를 측정할 수 있도록 엔코더(encoder)를 설치하여, 중공축(2)의 한쪽 끝부분으로부터 안쪽으로 삽입되는 거리를 설정된 거리만큼 이동시킬 수 있도록 구성한다.

상기한 모터(24)의 회전력은 모터(24)의 축(25)에 베벨기어(26)를 설치하고, 상기한 연마봉(34)의 한쪽 끝부분에는 상기한 베벨기어(26)와 맞물리는 베벨기어(36)를 설치하여 전달한다.

상기에서 모터(24)의 축(25) 중심을 터릿장치(30)의 중심으로부터 편심되도록 형성하면, 터릿장치(30)를 회전시킴에 따라 각각의 연마봉(34)이 한번에 하나씩 베벨기어(26), (36)가 서로 맞물린다.

상기한 터릿장치(30)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 이동판(22)에 설치되는 모터(24)의 하우징(27)에 설치되는 고정몸체(32)와, 상기한 고정몸체(32)에 회전가능하게 연결되고 상기한 연마봉(34)이 소정의 각도로 등분할되어 방사형상으로 설치되는 회전몸체(33)로 이루어진다.

상기한 고정몸체(32)와 회전몸체(33)는 로터리 솔레노이드(rotary solenoid)를 이용하여 한번에 소정의 각도씩 회전몸체(33)가 회전하도록 이루어진다.

즉 한번 작동할 때마다 상기한 회전몸체(33)가 상기한 연마봉(34)이 등분할되어 설치되는 각도만큼씩 회전하도록 로터리 솔레노이드를 설정하여 설치한다.

상기한 연마봉(34)은 한쪽 끝부분에는 베벨기어(36)가 설치되고, 다른쪽 끝부분에는 미세하게 연마할 수 있는 입자번호가 서로 다른 여러종류의 연마지(grinder paper) 또는 연마액을 중공축(2)의 내면에 마찰시킬 수 있도록 합성수지 또는 천연섬유로 이루어진 연마천(polishing cloth) 등의 연마재(35)가 설치된다.

상기한 연마지 또는 연마천 등의 연마재(35)는 연마를 행할 때에 중공축(2)의 내면에 일정한 힘으로 접할 수 있도록 탄력을 보유하는 하나이상의 고무판 등의 탄성부재(37)를 사이에 두고 연마봉(34)에 설치된다.

상기에서 연마지는 대략 입자번호가 #120, #220, #400, #600 등으로 단계적으로 변화하도록 선정하여 설치한다.

상기한 회전몸체(33)에 소정의 각도로 등분할되어 방사형상으로 설치되는 연마봉(34)은 한쪽으로부터 차례로 연마지의 입자번호가 단계적으로 증가하도록 설치하고, 뒤쪽의 연마봉(34)은 연마천을 설치한다.

예를 들면 회전몸체(33)를 6등분하여 연마봉(34)을 6개 설치하는 경우에는, 1번 연마봉(34)에는 입자번호가 #120인 연마지를 설치하고, 2번 연마봉(34)에는 입자번호가 #220인 연마지를 설치하며, 3번 연마봉(34)에는 입자번호가 #400인 연마지를 설치하고, 4번 연마봉(34)에는 입자번호가 #600인 연마지를 설치하며, 5번 연마봉(34)과 6번 연마봉(34)에는 연마천을 설치한다.

상기와 같이 회전몸체(33)에 연마봉(34)을 설치하는 경우에 모터(24)의 회전력을 수평으로 위치하는 연마봉(34)으로 전달되도록 형성하여, 항상 중공축(2)의 내면 중앙에서 수평으로 옆면을 연마하도록 구성한다.

또 상기한 폴리싱장치(20)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 하나의 연마봉(34)으로 연마하고 다시 다음 단계의 연마봉(34)으로 연마하기 전에 연마시에 발생된 분말을 제거하기 위하여 연마된 부분을 부식시키는 부식액을 공급하는 부식액공급관(42)과, 부식된 분말 및 내면을 세척하기 위하여 휘발성이 있는 에틸알코올이나 아세톤 등을 공급하는 세척액공급관(44)을 더 포함한다.

그리고 상기한 폴리싱장치(20)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 분말 및 에틸알코올이나 아세톤 등을 연마된 부분으로부터 깨끗하게 제거하기 위한 에어(air)를 분사하는 에어공급관(46)과, 연마천을 설치한 상기한 5번 연마봉(34) 및 6번 연마봉(34)으로 연마를 행할 때에 연마액을 공급하기 위한 연마액공급관(48)을 더 포함한다.

상기에서 5번 연마봉(34)으로 연마를 행할 때에는 입자의 크기가 대략 6㎛ 정도인 연마입자(예를 들면 다이아몬드입자 등)가 함유된 연마액을 공급하고, 6번 연마봉(34)으로 연마를 행할 때에는 입자의 크기가 대략 1㎛정도인 연마입자( 예를 들면 다이아몬드입자 등)가 함유된 연마액을 공급한다.

상기한 부식액공급관(42), 세척액공급관(44), 에어공급관(46) 및 연마액공급관(48)은 하나의 지지홀더(40)를 이용하여 지지되도록 설치하는 것이 구조가 간단하므로 바람직하다.

상기한 지지홀더(40)는 상기한 회전몸체(33)와 함께 회전하지 않도록 고정몸체(32) 또는 이동판(22)이나 모터(24)의 하우징(27)에 설치한다.

예를 들면 상기한 지지홀더(40)는 상기한 회전몸체(33)의 중앙에 형성된 구멍에 설치하고 상기한 고정몸체(32)에 고정한다.

상기한 부식액공급관(42), 세척액공급관(44), 에어공급관(46) 및 연마액공급관(48)의 끝부분에는 노즐을 설치하여, 공급되는 액체나 기체가 중공축(2)의 연마되는 부분 위쪽에 분사되도록 구성한다.

상기와 같이 위쪽으로 분사되는 액체나 기체는 중공축(2)의 내면을 따라 흘러내려 연마되는 부분으로 공급된다.

상기한 필름부착장치(50)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기한 레일(10) 위에 미끄러지도록 설치되고 밑면에는 복수의 로울러(53)가 설치되는 이동판(52)과, 상기한 이동판(52)에 설치되고 복제필름(16)의 양끝부분을 지지하는 지지부재(54)와, 상기한 지지부재(54)의 안쪽에 설치되고 공급되는 기체에 의하여 팽창하여 지지부재(54)로 지지된 복제필름(16)을 한쪽부터 차례로 중공축(2)의 내면에 밀착시키는 팽창주머니(60)를 포함한다.

상기한 이동판(52)은 상기한 폴리싱장치(20)의 이동판(52)과 동일한 구성으로 실시하는 것이 가능하고, 이동하는 거리를 측정하기 위한 엔코더를 설치한다.

상기한 지지부재(54)는 상기한 이동판(52)에 고정되는 고정판(55)과, 상기한 고정판(55)으로부터 소정의 간격을 두고 설치되고 중공축(2)의 내면쪽으로 전후진하도록 구성되는 작동판(56)으로 이루어진다.

상기한 고정판(55) 및 작동판(56)의 끝부분에는 복제필름(16)을 고정시킬 수 있는 클립이나 홀더, 집게 등이 설치된다.

상기한 작동판(56)은 실린더 등을 이용하여 전후진하도록 구성한다.

상기한 고정판(55) 및 작동판(56)에 고정되는 복제필름(16)은 느슨한 길이로 고정시켜 팽창주머니(60)에 의하여 중앙부가 이동하여 중공축(2)의 연마된 내면에 밀착되도록 구성한다.

상기한 팽창주머니(60)는 기체를 공급하면 한쪽부터 차례로 팽창하도록 두께등을 변화시키면서 형성한다.

또 상기한 필름부착장치(50)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 부식액을 공급하는 부식액공급관(66)과, 상기한 복제필름(16)을 용해시키기 위한 아세톤을 공급하는 용매공급관(67)과, 상기한 팽창주머니(60)에 에어를 공급하기 위한 에어공급관(68)을 더 포함한다.

상기한 부식액공급관(66)과 용매공급관(67)을 지지홀더(69)에 의하여 지지되고, 상기한 에어공급관(68)은 팽창주머니(60)의 입구에 연결된다.

상기한 부식액공급관(66)과 용매공급관(67)은 부식액과 아세톤이 작동판(56)의 높이보다 위쪽의 중공축(2) 내면에 분사되도록 분사노즐을 설치한다.

상기한 복제필름(16)은 아세톤에 용해되는 아세틸 셀룰로오스(acetyl cellulose)로 이루어지고, 한쪽면(중공축 내면의 반대쪽에 위치하는 면)은 복제되는 내면 조직에 음영을 형성하여 관찰이 용이하도록 소정의 색상으로 코팅하는 것이 바람직하다.

다음으로 상기와 같이 이루어지는 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템을 이용하여 중공축(2)의 내면상태를 검사하는 과정을 설명한다.

먼저 내면을 검사하고자 하는 중공축(2)의 내면 아래쪽에 길게 레일(10)을 설치하고, 레일(10)의 위에 폴리싱장치(20)를 설치한 다음, 레일(10)의 바깥쪽 끝부분은 삼각대 등을 이용하여 중공축(2)의 내면에 고정시킨다.

상기와 같은 상태에서 긴 막대 등을 이용하여 폴리싱장치(20)를 중공축(2) 내면의 설정된 위치까지 이동시킨다.

이 때 이동판(22)에 설치된 엔코더를 통하여 이동되는 거리를 측정하면서 정확하게 설정된 위치까지 이동시킨다.

상기와 같이 폴리싱장치(20)를 설정된 위치에 이동시키고 회전몸체(33)를 회전시켜 입자번호 #120인 연마지가 설치된 1번 연마봉(34)이 연마하고자 하는 내면을 향한 수평위치로 위치시킨 다음, 폴리싱장치(20)의 모터(24)를 작동시켜 1번 연마봉(34)을 회전시켜 중공축(2)의 내면에 대한 연마를 행한다.

소정의 시간동안 연마를 행한 다음, 부식액공급관(42)을 통하여 부식액을 공급하여 연마에 의하여 발생된 분말을 부식시키고, 세척액공급관(44)을 통하여 에틸 알코올 또는 아세톤을 분사하여 세척을 행하고, 에어공급관(46)을 통하여 에어를 분사시켜 연마된 내면을 깨끗하게 한다.

이어서 회전몸체(33)를 회전시켜 2번 연마봉(34)을 연마된 내면쪽에 위치시켜 상기의 과정을 반복하여 행하고, 계속하여 3번 및 4번 연마봉(34)을 이용하여 연마를 행한다.

그리고 5번 연마봉(34)을 연마된 내면쪽으로 위치시키고, 연마액공급관(48)을 통하여 대략 6㎛ 정도의 다이아몬드입자가 함유된 연마액을 분사하면서 연마를 행하고, 이를 부식시키고 세척한 다음, 6번 연마봉(34)을 이용하여 대략 1㎛정도의 다이아몬드입자가 함유된 연마액을 분사하면서 연마를 행하고 부식 및 세척을 행한다.

상기에서 각각의 연마봉(34)을 사용하여 행하는 작업의 각 단계마다 내시경 등과 같은 촬영기기를 동원하여 연마된 상태를 확인하여 재연마를 행할 것인가 계속하여 진행할 것인가를 결정하면 보다 정밀하고 정확한 연마를 행할 수 있다.

상기와 같이 중공축(2)의 내면에 대한 연마를 행한 다음에는 상기한 레일(10)로부터 폴리싱장치(20)를 분리하고, 필름부착장치(50)를 레일(10)에 설치한다.

이어서 필름부착장치(50)를 긴 막대 등을 이용하여 이동시켜 중공축(2) 내면의 연마가 이루어진 위치에 위치시킨다.

이 때에도 이동판(52)에 설치된 엔코더를 이용하여 이동하는 거리를 측정하므로 연마가 이루어진 위치에 정확하게 위치시킨다.

상기와 같은 상태에서 용매공급관(67)을 통하여 아세톤을 분사하면서, 에어공급관(68)을 통하여 팽창주머니(60)에 에어를 주입하여 팽창시킨다.

상기와 같이 에어를 주입하면 팽창주머니(60)는 두께가 얇은 쪽부터 팽창을 시작하여 서서히 두께가 두꺼운 쪽으로 팽창이 진행되므로, 복제필름(16)은 한쪽부분부터 차례로 중공축(2)의 내면에 밀착되고, 공급되는 아세톤에 의하여 복제필름(16)이 용해되면서 내면의 결정조직에 완전하게 밀착된다.

이어서 상기한 작동판(56)을 뒤쪽으로 이동시켜 복제필름(16)을 중공축(2)의 내면으로부터 분리하고, 필름부착장치(50)를 바깥쪽으로 이동시켜 고정판(55) 및 작동판(56)으로부터 복제필름(16)을 분리한다.

상기와 같이 중공축(2)의 내면이 그대로 복제된 복제필름(16)을 현미경 등을 통하여 수백배 확대(도 5 참조)하여 관찰하는 것에 의하여 균열의 발생이나 진행정도 피로한도의 진행여부를 판단한다.

상기에서는 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 실용신안등록청구범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 고안의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템에 의하면, 중공축의 내면을 연마한 다음, 미세한 결정조직의 상태를 필름으로 복제하는 것이 가능하며, 이 복제된 필름을 수백배로 확대하여 관찰함으로써, 현재 중공축의 상태(균열이나 피로도 등 내구성에 영향을 미치는 인자)를 정확하게 분석하는 것이 가능하다.

또 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템에 의하면, 모니터를 통하여 작업의 진행상황을 수시로 점검하는 것이 가능하므로 정밀한 검사가 이루어진다.

그리고 본 고안에 따른 중공축의 내면 검사시스템에 의하면, 외부에서 스위치를 조작하는 것만으로 모든 작업을 제어하는 것이 가능하므로, 작업이 용이하고 간단하다.

Claims (3)

1. 중공축의 내면에 설치되고 소정의 길이로 형성되는 레일과,

   상기한 레일에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 중공축의 내면 일부를 연마하는 폴리싱장치와,

   상기한 레일의 한쪽에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 복제필름을 연마된 중공축의 내면에 밀착시킨 다음 분라하는 것에 의하여 중공축의 내면 조직을 복제하는 필름부착장치를 포함하는 중공축의 내면 검사시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기한 폴리싱장치는 상기한 레일 위에 설치되고 밑면에는 상기한 레일 위를 원활하게 미끄러지도록 복수의 로울러가 설치되는 이동판과,

   상기한 이동판에 설치되는 모터와,

   상기한 이동판에 설치되는 모터의 하우징에 설치되는 고정몸체와 상기한 고정몸체에 회전가능하게 연결되고 복수의 연마봉이 소정의 각도로 등분할되어 방사형상으로 설치되는 회전몸체로 이루어지고, 상기한 모터의 회전력이 한번에 하나의 연마봉에만 전달되도록 구성되는 터릿장치와,

   연마시에 발생된 분말을 제거하기 위하여 연마된 부분을 부식시키는 부식액을 공급하는 부식액공급관과,

   부식된 분말 및 내면을 세척하기 위하여 휘발성이 있는 에틸알코올이나 아세톤을 공급하는 세척액공급관과,

   분말 및 에틸알코올이나 아세톤을 제거하기 위한 에어를 분사하는 에어공급관과,

   연마액을 공급하기 위한 연마액공급관을 포함하는 중공축의 내면 검사시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기한 필름부착장치는 상기한 레일 위에 미끄럼이동이 가능하게 설치되고 밑면에는 복수의 로울러가 설치되는 이동판과,

   상기한 이동판에 설치되고, 복제필름의 양끝부분을 지지하며, 상기한 이동판에 고정되는 고정판과 상기한 고정판으로부터 소정의 간격을 두고 설치되고 중공축의 내면쪽으로 전후진하도록 구성되는 작동판으로 이루어지는 지지부재와,

   상기한 지지부재의 안쪽에 설치되고 공급되는 기체에 의하여 팽창하여 지지부재로 지지된 복제필름을 한쪽부터 차례로 중공축의 내면에 밀착시키는 팽창주머니와,

   상기한 복제필름을 용해시키기 위한 아세톤을 공급하는 용매공급관과,

   상기한 팽창주머니에 에어를 공급하기 위한 에어공급관을 포함하는 중공축의 내면 검사시스템.