KR20020043340A - 고전압 인가방식을 채용한 선피막 검사장치 - Google Patents

Abstract

산업용 전선이나 기타 와이어, 판재등 도전체의 보호용 피막처리 공정에서 피막검사장비로서 적합한 개선된 비접촉식 선피막 검사장치가 개시된다. 그러한 비접촉식 선피막 검사장치는, 고전압이 유기되는 고전압관, 선의 결함난 선피막 부위가 상기 고전압관을 비접촉으로 통과시에 발생된 스파크의 광량을 감지하여 전기적 신호로 제공하는 광센서부, 및 상기 광센서부에서 인가되는 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 생성하는 검사부를 구비한다. 그럼에 의해, 고속으로 연속 생산되거나 검사를 위해 투입되는 극세선에 대해서도 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간 정밀검사를 할 수 있게 되어 검사의 신뢰성 및 검사작업의 신속성이 향상되고 제품의 생산원가에 대한 경쟁력이 개선된다.

Description

고전압 인가방식을 채용한 선피막 검사장치{coted wire inspection apparatus having high voltage supplying type}

본 발명은 산업용 전선이나 기타 와이어, 판재등 도전체의 보호용 피막처리공정에서 피막검사장비로서 적합한 선피막 검사장치에 관한 것으로, 특히 개선된 비접촉식 선피막 검사장치에 관한 것이다.

산업의 발달과 고도화에 부응하여 신기술 개발 및 각종 제품의 사이즈 축소요구가 가속화되는 가운데, 그 내부에 채용되는 부품에 대해서도 당연히 소형화 요구가 증가되고 있으며, 그에 따라 선의 사이즈도 축소화되고 있다.

예를 들어, 피복전선의 경우, 통상적으로 산업용 전선이나 기타 와이어등의 선을 생산시 선의 보호 및 절연을 위해 보호용 피막이 선에 입혀진다. 그러한 것은 일반적으로 선을 일정지점에서 타 지점으로 고속이동시키면서 선의 외경에 동심원의 피막을 일정한 두께로 연속코팅하는 피막처리공정에 의해 달성되는데, 이 경우에 그러하나 공정을 거쳐 나온 피막이 정상 규격대로 코팅이 되었는 지의 유무를 검사하기 위한 검사작업이 대부분 뒤따르게 된다.

종래에는 피검사체인 선의 표면 일부분을 직접적으로 검사장비의 도구와 접촉시켜 피복된 피막의 이상상태를 검사하거나, 피복된 피막에 전원을 인가하여 통전여부를 감지하는 검사방법이 주로 사용되어져 왔다. 전자의 검사방법에서는 검사를 위한 도구를 선에 직접적으로 접촉시키기 때문에 검사 중에 피복된 피막이 손상되는 문제가 빈번하게 발생하였으며, 선의 외경이 약 0.2mm 정도이상으로 두꺼운 경우에만 검사가 가능하였다. 후자의 검사방법 또한 검사작업이 번거롭고 선피막에 손상이 가며 검사시간이 장시간 소요되는 문제가 있어왔다.

한편, 산의 외경이 작은 경우에 선의 재질과 화학반응을 하는 시료액에 피복된 선을 담그어서 피복상태의 이상유무를 검사하는 샘플검사방법도 알려져 있는데, 이 또한 검사가 행하여진 선에 대해서는 사용을 하지 못하고 폐기를 하여야 하는 문제가 있으며, 샘플로서 채취된 일부 선에 대해서만 샘플검사만을 하기 때문에 제품의 신뢰도가 낮은 문제점이 있어왔다.

더구나, 종래의 피막검사 방법들로서는 고속으로 연속생산되는 극세선에 대하여 검사를 행하기가 매우 어려웠으며, 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간으로 정밀검사하기가 힘들어, 생산성이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점들을 해소할 수 있는 개선된 비접촉식 선피막 검사장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 산업용 전선이나 기타 와이어, 판재등을 보호하기 위한 보호용 피막처리 공정에서 세선 피막검사장비로서 적합한 비접촉식 선피막 검사장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 고속으로 연속 생산되는 극세선에 대해서도 선의 비복상태를 비접촉으로 실시간 정밀 검사할 수 있는 비접촉식 선피막 검사장치 및 그에 따른 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적도 샘플링 검사방식을 탈피하여 피복된 선을 실시간으로 전수검사를 행할 수 있는 개선된 검사장치를 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 태양(aspect)에 따라, 비접촉식 선 피막 검사장치는, 선피막 검사장치에 있어서: 고전압이 유기되는 고전압관; 선의 결함난 선피막 부위가 상기 고전압관을 비접촉으로 통과시에 발생된 스파크의 광량을 감지하여 전기적 신호로 제공하는 광센서부; 및 상기 광센서부에서 인가되는 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 생성하는 검사부를 구비함을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 태양에 따라, 선 피막 검사방법은, 피복된 선을, 상기 피복된 선의 표면 일부가 노출되게 하는 튜브형상을 가지며 고전압이 유기되는 복수의 고전압관에 인접 통과시켜 스파크 감지를 행하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 고전압 인가식 선피막 검사장치의 블록도

도 2는 도 1중 고전압 발생부(10)의 구체블록도

도 3은 도 1중 검사부(40)의 구체적 블록도

도 4는 도 1중 고전압관(20)과 광센서부(30)의 배치관계 및 선 피막 검사의 예를 보여주는 도면

도 5는 도 1에 따른 장치의 스파크 검사원리를 설명하기 위해 제시된 도면

도 6은 도 3내의 제어부에 의해 실행되는 프로그램의 기능스텝들을 나타내는 플로우챠트

상기한 본 목적들 및 타의 목적들, 특징, 그리고 동작상의 이점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시 예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

도 1에는 본 발명의 실시 예에 따른 비접촉식 선피막 검사장치의 블록도가 도시된다. 도 1은 산업용 전선이나 기타 와이어 등의 선을 보호하는 피막처리 공정에서 특히 고속으로 테이크 업 릴에 감겨지는 극세선에 대한 피막검사 장비로서 적합하다. 도면을 참조하면, 고전압 발생부(10)는 검사에 필요한 고압을 발생시키는 기능을 한다. 여기서, 사용되는 고압은 검사체인 선(와이어)의 크기, 두께, 직경, 기타 검사환경에 따라 각각 다르게 발생된다. 예컨대, 10V의 입력시 1.0KV 이고, 12V의 입력시 1.2KV일 수 있다. 고전압관(20)은 상기 고압 발생부(10)에서 생성된 고전압을 수신하는 튜브로서, 관 내부로 피막처리된 와이어가 통과하면서, 전위차에 의해 불량이나 결함이 발생된 피복의 부위에서만 스파크가 발생되게 한다. 광센서부(30)는 상기 고전압관(20)에서 발생되는 스파크의 광량을 감지하여 전기적 신호를 생성한다. 검사부(40)는 상기 광센서부(30)에서 인가되는 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력(OUT)을 생성한다. 또한, 선이 이동하는 속도를 검출하고 선 피막 불량의 위치를 검출하는 속도및 위치검출부(50)가 부가될 수 있다. 상기 속도 및 위치검출부(50)가 부가될 경우에 속도 정보 및 선 피막 불량 위치정보는 상기 검사부(40)에 제공된다.

도 2를 참조하면, 도 1중 상기 고전압 발생부(10)의 구체가 나타나있다. 인가되는 교류전원은 AC/DC 컨버터(12)에 의해 직류로 변환되고, 스위칭부(14)에 인가된다. 상기 스위칭부(14)는 PWM(17)에서 제공되는 펄스폭 변조신호에 따라 스위칭을 행한 전류를 고전압 변환부(15)에 인가하고, 고전압 변환부(15)는 저전류 고전압을 출력한다. 도면에서 보여지는 고전압 발생부(10)의 구체는 하나의 실시예에 불과하며 사안이 다를 경우에 높은 전위차를 이용하기 위한 다른 조건이나, 타의 등가 회로소자의 채용도 가능함은 물론이다. 도 2의 경우에는 일반 가정용 전원전압(AC110V,AC220V)를 인입하여 AC/DC 컨버터(12)로써 AC 전류를 DC 전류로 변환하고, 발진기(16), PWM(17), 및 스위칭부(14)를 이용하여 고전압 변환부(15)를 통해 저전류 고전압을 발생시킨 것이다. 여기서, 상기 고전압 발생부(10)는, AC/DC 드라이버용 고압 인버터의 제작이 본 분야에서 널리 알려져 있으므로 당업자에 의해 쉽게 구현될 수 있을 것이다.

도 3은 도 1중 검사부(40)의 구체적 블록도로서, 계산로직부(41), 제어부(42), D/A 변환기(43), 조작부(44), 경보 및 구동부(45)가 포함된다. 제어부(42)는 검사장치의 미리 설정된 프로그램을 순차로 수행하여 검사의 제반동작을 제어하는 부분이며, 조작부(44)를 통해 입력되는 각종 데이터 예컨대, 키 데이터, 검사조건, 시스템 리셋 등을 처리하고, 계산 로직부(41)로부터 받은 검사 결과를 판단하여 경보 및 구동부(45)로 판단 결과를 전송한다. 상기 제어부(42)에는프로그램을 저장하고 있는 롬 메모리, 상기 제어부(42)의 작업용 메모리로서의 램메모리가 구비된다. 상기 계산 로직부(41)는 상기 광센서부(30)에서 제공되는 전기적 신호를 인터페이싱하는 센서 인터페이스, 센서 인터페이스에서 제공되는 전기적 센싱신호를 고속으로 처리하는 신호처리부를 구비한다. D/A 변환기(43)는 스파크를 감지하는 광센서부(30)의 센싱 감도를 조절하기 위해 상기 제어부(42)에서 인가되는 디지털 데이터를 아나로그 신호로 변환하는 기능을 한다. 따라서, 검사장치의 사용자는 조작부(44)를 통해 센싱 감도를 증가시키거나 감소시킬 수 있게 된다. 계산 로직부(41)는 광센서부(30)에서 라인(L1)을 통해 제공되는 광센싱의 전기적 신호와, 속도 및 위치 검출부(50)에서 라인(L2)를 통해 제공되는 속도 및 위치정보를 수신한 후, 수신된 신호들을 계산하는 기능을 수행한다. 상기 계산로직부(41)의 출력은 상기 제어부(42)로 전송된다. 상기 계산로직부(41)는 연산증폭기를 이용한 미분처리 가능한 아나로그 회로블록이나 ASIC, FPGA로 구현될 수 있다. 상기 제어부(42)는 상기 계산로직부(41)의 출력을 수신하여 선 피막 검사를 위한 비교, 분석, 및 판단동작을 수행한다. 여기서, 선 피막 불량 예컨대 핀홀(Pin Hole)이 발생하는 빈도 정보도 판단될 수 있다. 상기 빈도 정보는 몇 미터마다 핀 홀이 발생하였는가를 가리키는 정보로서, 선(Wire)의 등급을 결정하는 중요 팩터가 된다. 경보 및 구동부(45)는 상기 제어부(42)로부터 받은 명령에 따라 주변 동작부 예컨대 테이크 업 릴 구동모터를 정지하거나, 부저나 스피커를 통한 경보나 액정 등을 통한 화면 디스플레이를 하는 기능을 수행한다. 조작부(44)는 숫자 키, 문자 키, 기능 키를 구비하며, 각종 검사조건 예컨대, 검사장치의 스타트, 핀홀의 발생주기와등급 판단에 따른 조건 입력, 에러 조치 후의 장비 리셋을 입력하기 위한 유닛이다. 여기서, 에러발생시 제공되는 신호에 응답하여 피막처리를 수행하는 공정설비를 자동으로 정지시키기 위한 장비 스탑부를 추가적으로 구성할 수 있다.

도 4에는 도 1중 고전압관(20)과 광센서부(30)의 배치관계 및 선 피막 검사의 예가 기구적으로 도시된다. 복수 개소에 설치된 고전압관(21,22,23)을 피복된 선(W)이 통과할 때, 상기 검사장치의 검출대상부위인 피복이 벗겨진 부분, 핀홀, 결함등의 부위에서는 스파크가 발생된다. 이 스파크에 의한 광량을 상기 고전압관(21,22,23)에 각기 대향되어 설치된 복수의 광센서부(31,32,33)가 감지하고, 도 1의 검사부(40)에서 결함의 유무가 판단된다. 도 4에서는 선 피막 검사의 정확성을 도모하기 위하여 상기 복수의 고전압관이 3개로 120도를 이루며 배치된다. 그렇지만, 사안에 따라 1개 또는 복수개의 고전압관을 다양한 각도로 설치할 수 있음은 물론이다. 여기서, 상기 복수의 고전압관은 각기 상기 피복된 선(W)의 표면 일부가 노출되게 하는 "C" 형상의 튜브구조를 가지는데, 이는 상기 광센서부(31,32,33)가 각기 스파크를 잘 감지할 수 있도록 하기 위해서이다. 상기 고전압관은 선(W)과는 접촉되지 않으며 인접설치되는데, 인접 거리를 조정하기 위한 조절 나사가 설치 브라켓에 포함될 수 있다. 상기 광센서부(30)는 통상적인 포토 다이오드로서, 범용소자 "OSD9P"를 사용하였다. 여기서, 상기 복수의 고전압관의 재질은 도전성의 초경합금으로 되어 있으며, 선(W)을 일정한 경로를 이탈되지 않도록 안내하는 복수의 와이어 가이드(G1,G2,G3)는 내마모성이 우수한 세라믹 재질로 구성하였다. 만약, 0.003φ~ 0.15φ사이의 동(구리)선을 검사할 경우에는 상기 고전압관(21,22,23)의 내경은 약 0.2φ이고, 와이어 가이드(G1,G2,G3)의 내경은 약 0.5φ~ 0.9φ정도로 형성된다. 또한, 0.16φ~ 0.4φ사이의 동선을 검사하는 경우에는 상기 고전압관(21,22,23)의 내경은 약 0.5φ이며, 와이어 가이드(G1,G2,G3)의 내경은 약 0.8φ~ 1.0φ정도로 형성하는 것이 좋다. 결국, 선(W)이 도면에서 좌측에서 우측으로 화살표 방향으로 이동시, 피복 상태가 불량인 선이 고전압관을 비접촉으로 지나게 되면 스파크가 생성되며, 이는 는 상기 광센서부(30)에 의해 감지되어 전기적 신호로 생성되는 것이다.

도 5는 도 1에 따른 장치의 선 피막 검사원리를 설명하기 위해 제시된 도면이다. 코어도선(3)이 피복재(2)로 둘러 쌓인 도선(1)이 고전압이 유기된 상태의 고전압관(20)을 인접하여 통과시 고전압관(20)과 도선(1)간에는 높은 전위차가 발생한다. 이 때 피복재(2)의 결함부위를 구간(D2)에서 가지는 선(1)이 고전압관(20)에 비접촉으로 대향되면 상기 선(1)은 저전위의 도전체이므로 순간적인 전자의 이동이 일어나서 전자와 저전위의 도전체 표면과의 충돌에 기인하여 스파크(섬광)가 발생한다. 그러나, 정상적으로 코팅된 선은 피막 자체가 전위장벽의 역할을 행하므로 높은 전위차가 형성됨에도 불구하고 전자의 이동이 차단되어 스파크가 발생되지 않는다. 여기서, 피복상태의 불량은 벗겨진 선, 핀홀의 발생등을 의미한다. 결국, 피복 상태가 불량인 선이 고전압관을 지나는 순간에는 전위장벽이 제거되거나 약한 상태이므로 전자와 저전위의 선 표면과의 충돌이 일어나 스파크가 생성되는 것이다. 스파크의 생성시 상기 광센서부(30)내의 포토다이오드(P1)는 스파크를 감지하고, 발생된 스파크 광량의 세기에 대체로 비례하는 전기적 신호를 출력한다.

도 6은 도 3내의 제어부(42)에 의해 실행되는 프로그램의 기능스텝들을 나타내는 플로우 챠트이다.

도 6을 참조하면, 제어부(42)는 검사장치의 전원이 온되면 초기화 동작을 제61단계에서 실행한 후, 제62단계에서 검사시작 키가 인가되었는 가를 체크한다. 따라서, 장치의 사용자가 도 3의 조작부(44)를 통해 검사시작 스타트를 지시하는 기능키 또는 숫자 키를 누른 상태라면, 상기 제어부(42)는 제63단계를 수행한다. 상기 제63단계의 수행에 의해, 고전압관(20)에는 고전압이 유기되고 광센서부(30)는 세팅된 센싱감도 신호에 따라 센싱을 위한 대기상태로 천이한 상태에서 미도시된 테이크 업 릴이 구동되기 시작하고, 속도 및 위치 검출부(50)는 선의 이송속도를 검출하기 위해 검출동작을 실시하게 된다. 선에 피복 결함이 발생하였다는 가리키는 스파크 신호가 상기 광센서부(30)에 의해 감지되었다면, 계산로직부(41)는 상기 광센서부(30)에서 출력되는 전기적 신호의 크기에 따라 미리 설정된 계산 룰에 의해 센싱 디지털 데이터를 출력한다. 상기 센싱 디지털 데이터가 상기 제어부(42)에 인가되면, 상기 제어부(42)는 제64 단계에서 스파크 신호의 센싱을 인지하고 제65단계를 실행한다. 상기 제65단계에서 상기 제어부(42)는 미리 세팅된 기준신호와 상기 센싱 디지털 데이터로서 인가되는 스파크 신호를 램 메모리 상에서 비교를 행하여 결함의 유무를 판단한다. 여기서, 상기 미리 세팅된 기준신호는 미세한 스파크가 발생하였더라도 피복상태는 대체로 양호한 상태를 가지는 경우를 감안하여 적절한 값으로 설정하여여 한다. 제66단계에서 결함으로 판정되면, 상기 제어부(42)는 결함 위치정보를 메모리에 저장하고, 테이크 업 릴인 권취 릴을 스탑되게 하는 구동명령을 생성하여 릴 모터 구동부에 인가한다. 제68단계는 경보 발생을 행하는 단계로서, 이는 사용자가 결함 발생된 상황임을 알 수 있도록 하는 단계이다. 여기서, 경보는 부저 또는 스피커를 통해 제공되거나, 디스플레이 화면을 통해 결함난 위치정보와 함께 결함 개수를 표시할 수 있음은 물론이다.

상기한 본 발명은 예시된 도면들을 위주로 한 실시예에 의거하여 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능하다는 것은 명백하다. 예를 들어, 고전압관에서 발생하는 전자 이외의 다른 매개체로 변경하거나, 고전압관의 형상 및 구조를 변형하고, 또한, 광센서부의 세부구조나 검사부의 회로적 구성을 달리 변경할 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이, 고속으로 연속생산되는 극세선에 대해서도 선의 피복상태를 비접촉으로 실시간 정밀검사할 수 있게 되어 장치 및 제품의 신뢰도가 향상되고 제품의 생산원가에 대한 경쟁력이 개선되는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 선피막 검사장치에 있어서:

   고전압이 유기되는 고전압관;

   선의 결함난 선피막 부위가 상기 고전압관을 비접촉으로 통과시에 발생된 스파크의 광량을 감지하여 전기적 신호로 제공하는 광센서부; 및

   상기 광센서부에서 인가되는 상기 전기적 신호를 처리하여 상기 선의 피막상태에 대한 이상유무를 나타내는 검사결과 출력을 생성하는 검사부를 구비함을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 광센서부는 복수의 포토 다이오드를 포함함을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 고전압관은 3개로서 선과 동심을 이루며 120도를 이루며 배치됨을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선의 권취 시작단에서부터 기준하여 결함난 부위의 위치를 알 수 있도록 하기 위해 상기 선의 이송속도를 검출하는 속도 및 위치 검출부를 더 포함함을 특징으로 하는 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 고전압관에 유기되는 고전압은 고전압 발생부에 의해 발생된 전압이며, 상기 고전압 발생부는 상용 교류전원을 인입하여 AC/DC 컨버터로써 전류 변환하고, 발진기, PWM, 및 스위칭부를 이용하여 고전압 변환부를 통해 저전류 고전압을 발생함을 특징으로 하는 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 검사부는,

   사용자 키 입력을 수신하는 조작부와;

   광센서부를 통해 제공되는 광센싱의 전기적 신호를 수신하여 계산을 행하는 계산 로직부와;

   미리 설정된 프로그램을 순차로 수행하여 검사의 제반동작을 제어하며, 상기 조작부를 통해 입력되는 각종 데이터 등을 수신 처리하고, 상기 계산 로직부의 출력을 수신하여 선 피막 결함의 유무를 판단하는 제어부와;

   상기 제어부의 경보 및 구동신호에 응답하여 경보를 송출하고 구동을 행하는 경보 및 구동부를 포함함을 특징으로 하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 광센서부의 센싱 감도를 조절하기 위해 상기 제어부에서 인가되는 디지털 데이터를 아나로그 신호로 변환하는 기능을 하는 D/A 변환기를 더 구비함을 특징으로 하는 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 계산 로직부는,

   상기 광센서부에서 제공되는 전기적 신호를 인터페이싱하는 센서 인터페이스와, 상기 센서 인터페이스에서 제공되는 전기적 센싱신호를 고속으로 처리하는 신호 처리부를 구비함을 특징으로 하는 장치.
9. 선 피막 검사방법에 있어서,

   검사대상인 피복된 선을, 상기 피복된 선의 표면 일부가 노출되게 하는 튜브형상을 가지며 고전압이 유기되는 복수의 고전압관에 인접 통과시켜 스파크 감지를 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서,

    상기 선은 직경이 약 0.003mm~ 0.15mm임을 특징으로 하는 방법.