KR200204290Y1 - 와전류탐상장치의 자계발생기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 비파괴검사에 사용되는 와전류탐상장치의 자계발생기에 있어서, 자동화 시설에 적용이 가능하도록 온라인(On-line)상에 설치되는 와전류탐상장치의 자계발생기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 고안에 따르면, 피측정물(5)에 와전류를 발생시켜 피측정물(5)의 결함을 측정하는 와전류탐상장치의 자계발생기에 있어서, 피측정물(5)이 관통하여 지나가도록 중공이 형성되고, 둘레에 코일(1)이 감겨 있어 상기 코일(1)을 통해 공급되는 교류전원에 의해 자계를 발생하는 자계발생부(10, 110)와, 상기 자계발생부(10, 110)의 중공이 상기 피측정물(5)의 진입방향을 향하도록 상기 자계발생부(10, 110)를 고정하는 고정대(20)를 포함하며, 상기 피측정물(5)이 상기 자계발생부(10, 110)의 중공을 통과하면서 상기 자계발생부(10, 110)에서 발생한 자계에 의해 와전류가 상기 피측정물(5)에 발생되는 자계발생기가 제공된다.

Description

와전류탐상장치의 자계발생기{Magnetic field producer of eddy current separator apparatus}

본 고안은 비파괴검사에 사용되는 와전류탐상장치의 자계발생기에 관한 것이며, 특히, 자동화설비의 온라인 상에서 와전류탐상검사를 수행할 수 있는 와전류탐상장치의 자계발생기에 관한 것이다.

도 1은 와전류탐상장치의 자계발생기에서 발생하는 자계를 나타낸 개략도이며, 와전류탐상검사(ECT; Eddy Current Testing)의 원리는 다음과 같다.

교류가 흐르는 코일(1)에 전도체인 검사대상물(5)을 가까이 위치시키면 코일(1) 주위에 발생된 자계(3)가 검사대상물(5)에 작용하게 된다. 코일(1)의 자계(3)는 교류에 의해 생긴 것이므로 검사대상물(5)을 관통하는 자계의 방향은 시간적으로 변한다. 이때 검사대상물(5)에는 검사대상물(5)을 관통하는 자계에 의해 검사대상물(5)의 내에는 와전류(Eddy Current)(8)라는 손실전류가 생기고, 이런 와전류(8)는 코일(1)의 자계를 방해하고 회로전류i를 가감하여 교란시킨다. 이런 교란에 따른 회로전류i의 변화량을 측정하여 검사대상물(5)의 결함 여부를 판단한다.

검사대상물(5)에 생긴 와전류(8)의 크기 및 분포는 주파수, 검사대상물의 전도도와 투자율, 검사대상물의 크기와 형상, 코일의 형상과 크기, 전류, 검사대상물과의 거리, 균열 등의 결함에 의해 변한다. 따라서, 검사대상물(5)에 흐르는 와전류(8)의 변화를 검출함으로써, 검사대상물(5)에 존재하는 결함의 유무(有無) 및 재질 등의 측정이 가능하다.

이와 같은, 와전류에 의한 탐상검사는 주로 표층부 결함 검출법으로서 관, 봉, 선 등의 제조시의 품질검사 및 보수검사시에 이런 탐상검사를 적용하고 있다. 그리고, 이런 와전류에 의한 탐상검사는 열교환기 튜브의 보수검사, 항공기 부품의 보수검사 등에서와 같이 공간이 협소하여 다른 검사법의 적용이 곤란한 부위까지 탐상할 수 있어 편리하게 이용된다.

그리고, 와전류시험은 탐상 이외의 검사에 많이 활용되고 있으며, 특히, 동 합금, 알루미늄 합금 등 비철금속 합금의 전도도 측정 및 알루미늄 방식피막두께 측정이 널리 이용되며, 와전류에 의한 재질검사는 동종 다량 생산라인의 제품검사에 유용하며 다른 재질의 혼입이나 이상을 검출한다.

이런 와전류시험의 특성은 일반적으로 비접촉시험이며 시험속도가 빠르고, 관의 내외면 표층부 결함 검출에 적당하고, 시험지시가 전기적 출력으로 얻어지므로 자동화하기 쉽고, 시험지시로부터 결함 크기를 어느 정도까지는 측정할 수 있고, 고온 시험체의 탐상이 가능하며, 시험 결과의 기록 보존이 가능하다는 점이다.

이와 같은 특징에 따라 와전류탐상장치는 휴대 가능한 포터블(portable)로 개발되며, 포터블 와전류탐상장치의 자계발생기인 직선형 탐침자는 3차원 형상의 검사대상물의 일차원적인 일면만을 측정함으로써, 한 차례의 검사로서 검사대상물의 둘레 전체를 검사하기 어려운 단점이 있어, 대량생산을 위한 연속공정의 시스템을 갖춘 제조업체 및 공장에서 사용하기에는 적합하지 않다는 단점이 있다.

한편, 이런 포터블 와전류탐상장치의 직선형 탐침자는 그 크기에 따른 제한이 있어, 탐침자가 발생할 수 있는 자계의 세기에는 제한이 따른다는 단점이 있다.

이런 자계의 세기가 커야하는 이유는 다음과 같다.

교류는 표피효과가 있어 검사대상물로 흐르는 교류 또는 와전류는 검사대상물의 표면층에 집중하여 흐르며 내부로 들어갈수록 급격히 감소하게 된다. 감소의 정도는 주파수, 검사대상물의 전도도, 투자율이 클수록 현저히 커지며, 결과적으로, 검사대상물의 표면층에 존재하는 결함만을 측정하게 되면 그 측정치의 신뢰도가 떨어지게 된다. 이를 보완하기 위해서는 자계의 세기가 커야한다.

본 고안은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 자계의 세기가 크며, 연속공정에 의해 생산되는 제품의 비파괴검사를 온라인 상에서 수행할 수 있는 와전류탐상장치의 자계발생기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 와전류탐상장치의 자계발생기에서 발생하는 자계를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 링 형상의 자계발생기의 사시도이고,

도 3은 도 2에 도시된 자계발생기의 조립도이고,

도 4는 도 2에 도시된 자계발생기를 이용하여 검사대상물을 측정하는 과정을 나타낸 개략도이고,

도 5는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 정사각형의 자계발생기의 사시도이며,

도 6은 도 5에 도시된 자계발생기의 조립도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1 : 코일 3 : 자계

5 : 검사대상물 8 : 와전류

10, 110 : 자계발생부 11, 111 : 제 1 코어

13, 113 : 제 2 코어 15, 115 : 케이스

17, 117 : 덮개 20 : 고정대

21 : 고정판 23 : 고정부

27 : 베이스 30 : 컨베이어벨트

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따르면, 피측정물에 와전류를 발생시켜 피측정물의 결함을 측정하는 와전류탐상장치의 자계발생기에 있어서, 상기 피측정물이 관통하여 지나가도록 중공이 형성되고, 둘레에는 코일이 감겨 있어 상기 코일을 통해 공급되는 교류전원에 의해 자계를 발생하는 자계발생부와, 상기 자계발생부의 중공이 상기 피측정물의 진입방향을 향하도록 상기 자계발생부를 고정하는 고정대를 포함하며, 상기 피측정물이 상기 자계발생부의 중공을 통과하면서 상기 자계발생부에서 발생한 자계에 의해 와전류가 상기 피측정물에 발생되는 자계발생기가 제공된다.

또한, 본 고안의 상기 자계발생부는 원주면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨진 링 형상의 제 1 코어와, 원주면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨지며 상기 제 1 코어의 둘레를 감싸 수용하는 링 형상의 제 2 코어와, 상기 제 2 코어의 둘레를 감싸는 링 형상의 케이스 및, 상기 케이스의 양단면을 각각 덮으며 상기 제 1 코어의 중공과 대응하는 중공이 형성된 덮개를 포함한다.

또한, 본 고안의 상기 자계발생부는 둘레면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨진 정사각형 후프 형상의 제 1 코어와, 둘레면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨지며 상기 제 1 코어의 둘레를 감싸 수용하는 정사각형 후프 형상의 제 2 코어와, 상기 제 2 코어의 둘레를 감싸는 정사각형의 케이스 및, 상기 케이스의 양단면을 각각 덮으며 상기 제 1 코어의 내부 단면적과 대응하는 중공이 형성된 덮개를 포함한다.

아래에서, 본 고안에 따른 와전류탐상장치의 자계발생기의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

[실시예 1]

도면에서, 도 2는 본 고안의 제 1 실시예에 따른 링형상의 자계발생기의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 자계발생기의 조립도이며, 도 4는 도 2에 도시된 자계발생기를 이용하여 검사대상물을 측정하는 과정을 나타낸 개략도이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 자계발생기는 자계를 발생하는 자계발생부(10)와, 자계발생부(10)를 지지하는 고정대(20)를 포함한다.

자계발생부(10)는 링(ring)의 구조로 형성되며, 코일(1)이 위치하도록 원주면을 따라 홈이 형성된 제 1 코어(11)와, 상기 제 1 코어(11)와 형상이 동일하며 링의 안쪽에 제 1 코어(11)가 위치하도록 제 1 코어(11)의 외경과 동일한 내경을 가지는 제 2 코어(13)와, 제 2 코어(13)의 둘레를 감싸도록 제 2 코어(13)의 외경과 동일한 내경을 가지는 링 형상의 케이스(15) 및, 케이스(15)의 전단면과 후단면을 각각 감싸도록 케이스(15)의 외경과 동일한 외경을 가지며 제 1 코어(11)의 내경과 동일한 내경의 중공이 형성된 원형 플레이트인 2개의 덮개(17)를 포함한다.

그리고, 제 1 코어(11)와 제 2 코어(13)의 원주면을 따라 형성된 홈에는 코일(1)이 다수 회 감긴 상태로 존재하며, 이런 코일(1)의 단부는 덮개(17)를 관통하여 전원공급장치(도면에 도시안됨)와 연결된다.

한편, 고정대(20)는 베이스(27)에 고정되는 'ㄱ'자 형상의 2개의 고정부(23)와, 상기 자계발생부(10)가 베이스(27)의 상부에 세워진 상태로 고정되도록 자계발생부(10)의 덮개(17)와 고정부(23)를 연결하는 2개의 고정판(21)을 포함한다.

두 고정판(21)은 코어 덮개(17)의 측면에 고정된다. 이 때, 고정판(21)의 상단은 제 1 코어(11)의 내경 중심 아래에 위치하며 제 1 코어(11) 내경을 벗어나지 않는 위치에 고정된다. 그리고, 이런 두 고정판(21)의 하단에는 두 개의 관통공이 형성된다.

이런 두 고정판(21)의 하단은 'ㄱ'자 형상의 고정부(23)의 안쪽 일측면에 접한 상태로 위치하고, 고정부(23)에는 고정판(21)의 관통공과 대응하는 위치에 관통공이 형성된다.

그리고, 고정부(23)의 타측면은 고정볼트(26)에 의해 베이스(27)의 상면에 고정되며, 고정판(21)의 관통공과 고정부(23)의 관통공에는 볼트(25)가 삽입되고 볼트(25)에 너트가 체결됨으로써, 고정판(21)은 고정부(23)의 상부에 고정된다.

한편, 앞에서 설명한 제 1 코어(11), 제 2 코어(13), 케이스(15), 덮개(17), 고정판(21), 고정부(23), 고정볼트(26), 볼트(25) 및 너트는 모두 절연체인 폴리에틸렌(PE; polyethylene)으로 제작된다. 그리고, 제 1 코어(11)와 제 2 코어(13)와 케이스(15) 및 덮개(17)와, 덮개(17)와 고정판(21)은 폴리에틸렌으로 구성된 볼트에 의해 고정된다.

한편, 온라인(On-line) 상에서 검사대상물(5)의 결함여부를 검사하기 위해 컨베이어벨트(30)가 자계발생부(10)의 내부공간을 관통하여 위치하며 컨베이어벨트(30)의 움직임에 따라 컨베이어벨트(30)의 상면에 안착된 검사대상물(5) 각각은 순차적으로 자계발생부(10)의 내부공간을 지나가고, 자계발생부(10)의 자계에 의해 검사대상물(5)의 내부에서는 와전류(8; 도 1에 도시됨)가 발생되며 이는 자계발생부(10)에 흐르는 회로전류i를 변화시킨다. 이런 회로전류i의 변화를 측정하여 검사대상물(5)의 와전류(8)를 측정하고, 측정메타에 기록된 표준 와전류 값의 상한과 하한의 범위내에 수용되는 지의 여부를 판단하여 검사대상물(5)의 양호 또는 불량을 결정한다.

이상과 같이 구성된 와전류탐상장치의 자계발생기의 작동관계에 대하여 상세히 설명하겠다.

먼저, 코일(1)에 교류를 인가하게 되면 자계발생부(10)의 둘레에는 자계가 발생하고, 이런 자계 내에 전도체인 검사대상물(5)을 위치시키면 자계가 검사대상물(5)에 작용하게 된다. 코일(1)의 자계는 교류에 의해 생긴 것이므로 검사대상물(5)을 관통하는 자계의 방향은 변화하게 되고, 검사대상물(5)에는 전도체를 관통하는 자계의 변화를 방해하려는 기전력이 발생한다. 이런 기전력에 의해 교류전류인 와전류가 발생하고, 와전류는 코일(1)에 공급되는 회로전류i를 교란시키며, 이런 회로전류i의 변화량을 측정하여 검사대상물(5)의 와전류를 측정한다.

이 때, 정확한 와전류 측정을 위하여 검사대상물(5)의 위치는 제 1 코어(11)의 내경 중심에 위치하였을 때에 발생하는 와전류를 측정하는 것이 가장 양호하며, 제 1 코어(11)와 제 2 코어(13)와 케이스(15) 및 덮개(17)와, 덮개(17)와 고정판(21)은 폴리에틸렌으로 구성된 볼트에 의해 고정된다고 하였으나, 폴리에틸렌으로 구성된 볼트 대신에 접착제를 이용하여 고정할 수 있다.

[실시예 2]

실시예 2는 실시예 1의 와전류탐상장치의 자계발생기와 비교하였을 때에 자계발생부의 형상을 제외하고는 동일하거나 유사함으로, 동일하거나 유사한 도면부호를 부여하였으며, 상세한 설명은 생략하였다.

도 5는 본 고안의 제 2 실시예에 따른 정사각형의 자계발생기의 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시된 자계발생기의 조립도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 자계발생기는 자계를 발생하는 자계발생부(110)와, 자계발생부(110)를 지지하는 고정대(20)를 포함한다.

자계발생부(110)는 정사각형의 후프(hoop) 구조로 형성되며, 후프 둘레면을 따라 코일(1)이 감기도록 홈이 형성된 제 1 코어(111)와, 상기 제 1 코어(111)와 형상이 동일하며 정사각형 후프의 안쪽에 제 1 코어(111)가 위치하도록 제 1 코어(111)를 수용할 수 있는 내부공간을 가지는 제 2 코어(113)와, 제 2 코어(113)의 둘레를 감싸도록 형성된 정사각형의 케이스(115) 및, 케이스(115)의 전단면과 후단면을 각각 감싸며 제 1 코어(11)의 내면적과 동일한 내면적의 중공이 형성된 정사각형 플레이트인 2개의 덮개(117)를 포함한다.

그리고, 제 1 코어(111)와 제 2 코어(113)의 둘레면을 따라 형성된 홈에는 코일(1)이 다수 회 감긴 상태로 존재하며, 이런 코일(1)의 단부는 덮개(117)를 관통하여 전원공급장치(도면에 도시안됨)에 연결된다.

또한, 2개의 고정판(21)은 덮개(117)의 전후면에 각각 고정된다. 이때, 고정판(21)의 상단은 덮개(117)의 중공의 하단과 일치하도록 폴리에틸렌으로 구성된 볼트에 의해 고정되고, 고정판(21)의 하단에는 고정부(23)가 볼트(25) 및 너트의 체결에 의해 고정되고, 고정부(23)는 베이스에 고정볼트(26)에 의해 고정된다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안의 와전류탐상장치의 자계발생기는 자동화시스템을 구축한 라인에 설치되어 온라인 상에서 검사대상물이 자계발생기를 통과하면서 검사대상물의 형상 및 결함 등을 측정하므로써, 생산된 제품 모두를 검사할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 자계의 세기가 큼으로써, 검사대상물의 표피 뿐만 아니라, 검사대상물의 내부에 발생한 결함까지 검사할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 고안의 와전류탐상장치의 자계발생기에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 고안의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 고안을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 고안의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

1. 피측정물에 와전류를 발생시켜 피측정물의 결함을 측정하는 와전류탐상장치의 자계발생기에 있어서,

   상기 피측정물이 관통하여 지나가도록 중공이 형성되고, 둘레에는 코일이 감겨 있어 상기 코일을 통해 공급되는 교류전원에 의해 자계를 발생하는 자계발생부와,

   상기 자계발생부의 중공이 상기 피측정물의 진입방향을 향하도록 상기 자계발생부를 고정하는 고정대를 포함하며,

   상기 피측정물이 상기 자계발생부의 중공을 통과하면서 상기 자계발생부에서 발생한 자계에 의해 와전류가 상기 피측정물에 발생되는 것을 특징으로 하는 자계발생기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 자계발생부는 원주면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨진 링 형상의 제 1 코어와, 원주면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨지며 상기 제 1 코어의 둘레를 감싸 수용하는 링 형상의 제 2 코어와, 상기 제 2 코어의 둘레를 감싸는 링 형상의 케이스 및, 상기 케이스의 양단면을 각각 덮으며 상기 제 1 코어의 중공과 대응하는 중공이 형성된 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계발생기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자계발생부는 둘레면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨진 정사각형 후프 형상의 제 1 코어와, 둘레면을 따라 형성된 홈에 코일이 감겨지며 상기 제 1 코어의 둘레를 감싸 수용하는 정사각형 후프 형상의 제 2 코어와, 상기 제 2 코어의 둘레를 감싸는 정사각형의 케이스 및, 상기 케이스의 양단면을 각각 덮으며 상기 제 1 코어의 내부 단면적과 대응하는 중공이 형성된 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 자계발생기.