KR20080070292A - 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치 - Google Patents

교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치에 관한 것으로서, 특히 더욱 상세하게는 교류 자기장을 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 상기 피검체에 유도된 자속의 변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부로 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있고, 자화요크 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 전원을 공급하여 교류자기장을 형성하여 피검체의 결함에 의해 발생된 자속변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부에서 검출함으로써, 기존의 와전류 탐상장치보다 탐상조건 설정에 있어서 주파수 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형조정, 필터의 주파수 범위 조절 등의 변수들을 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로도 정확하게 결함을 탐지할 수 있으며, 피검체에서 얻어진 신호를 센싱 검출부와 전치 증폭 및 필터부를 거쳐 신호수신용 컴퓨터로 입력된 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치에 관한 것이다.
상기 본 발명인 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치는 자화요크의 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기와, 상기 신호발생기에 적절한 주파수의 교류전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 교류인가부와; 피검체와 비접촉하는 자화요크와, 상기 자화 요크의 내부에 삽입되어 있고 신호발생기를 통해 교류자기장이 형성되는 제1코일부와, 상기 제1코일부에 인가된 교류 자기장을 통해 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 피검체에 유도된 자속의 변화를 검출하는 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부를 포함하는 센싱 검출부와; 상기 센싱 검출부에서 검출한 측정 신호를 증폭 및 필터링하는 전치 증폭 및 필터부와; 상기 전치 증폭 및 필터부에서 증폭 및 필터링된 측정신호를 처리하여 피검체내의 결함의 위치 및 크기를 산출하는 신호수신용 컴퓨터; 를 포함함을 특징으로 한다.
결함 탐지 장치, 교류자기장, 전원공급장치, 신호발생기, 유도자속, 결함, 피검체, 제1코일부, 제2코일부, 원형코일, 직선코일, 자화요크, 센싱 검출부, 전치 증폭 및 필터부, 신호수신용 컴퓨터, 금속 판형 또는 금속 관형 재료.

Description

교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치{Defective detector of metal object using an alternating magnetic field}
도 1은 종래의 와전류 탐상방법의 원리를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 교류자기장 생성 코일(원형, 직선)의 형상에 따른 비파괴센서의 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지장치의 개략도.
도 4는 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 인위적 결함 시편의 재질에 따른 슬릿 깊이, 슬릿 폭, 홀 폭과 깊이, 홀 폭 변화를 준 시편의 형상을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체(결함 시편)의 슬릿 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 슬릿 형태 결함 폭의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 홀 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 다른 크기의 홀 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 교류자기장 코일의 형상과 결함 넓이와 깊이 증가에 따른 측정신호의 진폭의 변화를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 높이의 변화에 따른 탐상의 결과와 신호의 이미지화를 행한 결과를 나타낸 도면.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...피검체 20...교류인가부
21...신호발생기 22...전원공급장치
30...센싱 검출부 31...자화요크
32...제1코일부 33...제2코일부
34...스캐너 40...전치 증폭 및 필터부
50...신호수신용 컴퓨터
본 발명은 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치에 관한 것으로서, 특히 더욱 상세하게는 교류 자기장을 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 상기 피검체에 유도된 자속의 변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부로 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있고, 자화요크 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 전원을 공급하여 교류자기장을 형성하여 피검체의 결함에 의해 발생된 자속변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부에서 검출함으로써, 기존의 와전류 탐상장치보다 탐상조건 설정에 있어서 주파수 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형조정, 필터의 주파수 범위 조절 등의 변수들을 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로도 정확하게 결함을 탐지할 수 있으며, 피검체에서 얻어진 신호를 센싱 검출부와, 전치 증폭 및 필터부를 거쳐 신호수신용 컴퓨터로 입력된 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치에 관한 것이다.
현재 발전소는 물론 각종 산업분야에 사용되는 산업설비에서 평면부나 모서리부, 요흠부 등의 단면을 갖는 피검체 및 복수기, 열교환기 및 급수 가열기 튜브 등의 표면에서 결함을 탐상하기 위해 피검체를 파괴하지 않고서도 그 제품의 결함 유무를 확인하는 데에는 비파괴검사법이 사용되며, 이러한 비파괴검사법에는 와전류 탐상법, 방사선검사법, 초음파 검사법, 육안 검사법 등의 여러가지 종류의 검사법이 있다. 그 중에서도 현재 전자기 유도(electro magnetic induction) 이론을 응용한 와전류 탐상법이 가장 많이 사용되고 있다.
도 1은 발전소의 증기발생기의 전열관 등의 결함을 탐상하기 위한 종래의 와전류 탐상방법의 원리를 나타낸 개략도로서, 교류가 흐르는 코일(6)을 도체(1)에 가까이하면 코일 주위에 발생된 자기장(7)이 도체에 작용하게 된다. 코일의 자기장(7)은 교류에 의해 생긴 것이므로 도체를 관통하는 자속의 방향은 시간에 따라 변화한다. 이때 도체(1)에는 도체를 관통하는 자속을 방해하려는 기전력이 생기며 이것을 전자기 유도라 한다. 도체(1)는 이 기전력에 의해 와전류라는 교류전류가 발생하고, 이 와전류의 크기 및 분포는 주파수, 도체의 전도도와 투자율, 피검체의 크기와 형상, 코일의 형상과 크기, 전류, 도체와의 거리, 균열 등의 결함(4)에 의해 변화한다. 따라서, 피검체에 흐르는 와전류의 변화를 검출함으로서 피검체에 존재하는 결함의 유무, 재질 등을 검사할 수 있다.
그러나 이러한 와전류 탐상방법은 코일의 위치를 조절할 때 코일과 피검체의 거리의 변동에 의해 잡음이 발생되어 이상신호가 발생될 수 있다. 또한, 탐상조건의 설정인자로서 주파수 선택, 탐촉자 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형조정, 필터의 주파수 범위조정 등 매우 많은 인자가 존재하여, 탐상조건 설정에 있어서도 전문성이 요구되고, 피검체가 바뀌면 인공 시험편을 준비하여 측정한 후 검사를 진행해야 하며, 그 결과해석에 있어서도 사람에 따라 좌우되는 경향이 많다. 따라서, 현재 전열관의 결함탐상에 사용되고 있는 와전류 탐상방법은 전문적으로 숙달되지 않으면 그 탐상 결과가 전혀 다르게 나올 수 있다는 큰 문제점을 지니고 있다.
또한 종래의 와전류를 이용한 자기장 비파괴 검사 방법은 2차원적인 스캔(scan)을 통한 형상으로부터 결함 여부를 판단하게 된다. 이러한 방법에서는 일정한 진폭의 교류 자기장을 가하게 되며 이때 금속 표면이나 경계에서는 유도된 와전류에 의해 일부 차폐되어 자기장의 진폭이 감소하게 된다. 따라서, 상기 변화량을 검출하여 금속의 실제 형상에 의한 와전류 형상을 얻게 되며 물체의 결함이 있을 경우 생기는 국소적인 와전류 형상을 얻게 된다. 상기 기술을 구현하기 위해 기존에는 자기장을 검출하는 센서와 교류의 균일한 또는 국부적인 자기장을 만드는 코일과 신호 발생기 그리고 센서의 신호로부터 RMS(Root Mean Square) 또는 피크 대 피크(peak to peak)값을 측정하는 역할을 하는 럭-인(lock-in) 증폭기나 여타 방법을 피크 검출기(peak detector)를 사용하여 그 출력을 분석하는 방법을 사용해 왔다.
그러나 이러한 방법은 시료에 물리적인 영향을 거의 주지 않으면서 파손 부분에서 크게 발생하는 이상 신호를 검출해 내는 장점은 있으나, 2차원 스캔을 해야 하는 관계로 검사 소요시간이 길어져 전수 검사가 요구되는 공정에서는 사용하는데 문제점을 지니고 있다
또한, 포항종합제철주식회사의 한국 실용신안등록번호 제0107873호는, 박강판 등의 강자성체 재료를 직류 자기장을 인가하여 자화시키고, 자화된 상기 강자성체 재료에 존재하는 비금속개재물 또는 결함 주위에 발생하는 누설 자속을 자기 센 서로 검출하는 누설자속 탐상법을 개시하고 있으며, 이러한 탐상법에서는 자기 센서를 이용함으로서 상기 와전류 탐상법보다 탐상조건의 설정에 있어 간편하고 정확한 탐상이 가능하다.
그러나 이러한 방법은 직류 자기장에 의해자화가 가능한 박강판 등과 같은 강자성체 재료에만 적용이 가능한 바, 원자력 발전소에서 사용되는 증기발생기 전열관은 일반적으로 비자성체로 이루어져 있으므로 종래에 직류누설자속 탐상법을 적용하여 결함을 탐상하는 것이 불가능하다는 문제점을 갖고 있다.
또한, 유도자속의 정확한 측정을 위해 자기센서인 GMR(Giant Magnetic Resistance) 센서를 사용할 경우 센서의 감도는 우수하고 정밀한 측정이 가능하지만 감도가 예민하므로 사용에 주의를 요하는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 교류 자기장을 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 상기 피검체에 유도된 자속의 변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부로 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 자화요크 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 전원을 공급하여 교류자기장을 형성하여 피검체의 결함에 의해 발생된 자속변화를 자화요 크에 권취되어 있는 제2코일부에서 검출함으로써, 기존의 와전류 탐상장치보다 탐상조건 설정에 있어서 주파수 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형조정, 필터의 주파수 범위 조절 등의 변수들을 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로도 정확하게 결함을 탐지할 수 있는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치를 제공하는데 있다.
또 본 발명의 다른 목적은 피검체에서 얻어진 신호를 센싱 검출부와, 전치 증폭 및 필터부를 거쳐 신호수신용 컴퓨터로 입력된 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 장치는 자화요크의 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기와, 상기 신호발생기에 적절한 주파수의 교류전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 교류인가부와; 피검체와 비접촉하는 자화요크와, 상기 자화요크의 내부에 삽입되어 있고 신호발생기를 통해 교류자기장이 형성되는 제1코일부와, 상기 제1코일부에 인가된 교류 자기장을 통해 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 피검체에 유도된 자속의 변화를 검출하는 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부를 포함하는 센싱 검출부와; 상기 센싱 검출부에서 검출한 측정 신호를 증폭 및 필터 링하는 전치 증폭 및 필터부와; 상기 전치 증폭 및 필터부에서 증폭 및 필터링된 측정신호를 처리하여 피검체내의 결함의 위치 및 크기를 산출하는 신호수신용 컴퓨터; 를 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 자기장 검출은 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 자화요크는 금속체 또는 자성체 재료로 이루어지며, 상기 교류자기장이 생성되는 코일의 형상은 단일 직선 도선 또는 단일 원형도선인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 신호수신용 컴퓨터에는 증폭 및 필터링된 측정신호를 미분하여 결함의 위치 및 크기를 산출하는 미분처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 피검체의 검사대상은 금속 및 비금속 자성체 또는 비자성체이며, 검사 대상 형태는 자성체 또는 비자성체의 판형, 관형인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 피검체의 결함에 의해 피검체에 유도된 자속의 변화를 검출하는 센싱 검출부에 피검체의 결함의 위치와 크기를 정확하게 파악하기 위해 스캐너를 장착하는 것을 더 포함함을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지장치를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 교류자기장 생성 코일(원형, 직선)의 형상에 따른 비파괴센서의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지장치의 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지장치와, 피검체의 결함을 탐지하는 원리를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지장치의 작동원리는 다음과 같다.
먼저 전원공급장치(22)가 발생시키는 교류자기장에 의해 시간에 따라 변화하는 교류자속 Φ1이 자화요크(31)의 내부에 삽입되어 있는 제1코일부(32)에 발생되어 피검체(10)에 인가되면, 도체인 금속 판형 또는 금속 관형인 피검체(10)에 상호유도 현상을 일으키며 유도자속 Φ2가 형성되고 상기 피검체(10)에 결함이 존재하는 경우 피검체(10)의 임피던스가 변화하므로 유도자속 Φ2의 크기가 결함의 주변에서 변화한다. 상기 유도자속 Φ2의 크기는 또한 결함의 크기에 따라 변화한다. 이러한 자속크기의 변화 및 변화의 위치를 자화요크(31)에 권취되어 있는 제2코일부(33)가 탐지하여 측정신호를 발생하면, 전치 증폭 및 필터부(40)에서 상기 측정 신호를 인가된 교류자기장과 동일한 주파수만 선택되도록 필터링하여 증폭하고, 증폭된 측정신호를 신호수신용 컴퓨터(50)에서 처리하여 결함의 위치 및 크기를 산출하여 피검체내의 결함의 존재유무, 결함의 위치 및 크기를 검출할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지장치는 피검체(10), 교류인가부(20), 신호발생기(21), 전원공급장치(22), 센싱 검출부(30), 자화요크(31), 제1코일부(32), 제2코일부(33), 스캐너(34), 전치 증폭 및 필터부(40), 신호수신용 컴퓨터(50) 등으로 구성된다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치는 자화요크의 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기(21)와, 상기 신호발생기에 적절한 주파수의 교류전원을 공급하는 전원공급장치(22)를 포함하는 교류인가부(20)와; 피검체(10)와 비접촉하는 자화요크(31)와, 상기 자화요크의 내부에 삽입되어 있고 신호발생기를 통해 교류자기장이 형성되는 제1코일부(32)와, 상기 제1코일부에 인가된 교류 자기장을 통해 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 피검체에 유도된 자속의 변화(11)를 검출하는 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부(33)를 포함하는 센싱 검출부(30)와; 상기 센싱 검출부에서 검출한 측정 신호를 증폭 및 필터링하는 전치 증폭 및 필터부(40)와; 상기 전치 증폭 및 필터부에서 증폭 및 필터링된 측정신호를 처리하여 피검체내의 결함(12)의 위치 및 크기를 산출하는 신호수신용 컴퓨터(50); 를 구비한다.
상기 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치를 구성하는 각 기 술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.
상기 교류인가부(20)는 자화요크(31)의 내부에 삽입되어 있는 제1코일부(32)에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기(21)와, 상기 신호발생기에 적절한 주파수의 교류전원을 공급하는 전원공급장치(22)를 포함한다.
상기 센싱 검출부(30)는 피검체(10)와 비접촉하는 자화요크(31)와, 상기 자화요크(31)의 내부에 삽입되어 있고 신호발생기(21)를 통해 교류자기장이 형성되는 제1코일부(32)와, 상기 제1코일부에 인가된 교류 자기장을 통해 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 피검체에 유도된 자속의 변화를 검출하는 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부(33)를 포함한다. 여기서 상기 피검체의 검사대상은 금속 및 비금속 자성체 또는 비자성체이고, 검사 대상 형태는 자성체 또는 비자성체의 판형, 관형으로 상기와 같은 재료로 이루어진 회로의 단락 검사가 가능하고, 금속 및 비금속 자성체도 탐상이 가능할 것이다. 상기 교류자기장이 생성되는 코일의 형상은 단일 직선 도선 또는 단일 원형도선이다. 또한 상기 자화요크(31)는 피검체(10)에 자기 유도 현상에 의한 유도자속을 보다 양호하게 발생시킬 수 있도록 금속체 또는 자성체 재료로 이루어진다. 또한 피검체(10)의 결함(12)에 의해 피검체에 유도된 자속의 변화(11)를 검출하는 센싱 검출부(30)에 피검체(10)의 결함의 위치와 크기를 정확하게 파악하기 위해 스캐너(34)를 장착하는 것을 더 포함하는 것도 가능할 것이다.
상기 전치 증폭 및 필터부(40)는 상기 센싱 검출부(30)에서 검출한 측정 신호를 증폭 및 필터링한다. 여기서 전치 증폭 및 필터부(40)는 측정신호를 인가된 교류자기장과 동일한 주파수만 선택되도록 필터링하여야 하므로 Lock-In 앰프인 것이 바람직하다.
상기 신호수신용 컴퓨터(50)는 상기 전치 증폭 및 필터부(40)에서 증폭 및 필터링된 측정신호를 처리하여 피검체(10)내의 결함(12)의 위치 및 크기를 산출한다. 여기서 상기 신호수신용 컴퓨터(40)에는 증폭 및 필터링된 측정신호를 미분하여 결함의 위치 및 크기를 산출하는 미분처리기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 인위적 결함 시편의 재질에 따른 슬릿 깊이, 슬릿 폭, 홀 폭과 깊이, 홀 폭 변화를 준 시편의 형상을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체(결함 시편)의 슬릿 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프이며, 도 6은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 슬릿 형태 결함 폭의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 홀 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프이다. 또한 도 8은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 다른 크기의 홀 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 그래프이고, 도 9는 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 교류자기장 코일의 형상과 결함 넓이와 깊이 증가에 따른 측정신호의 진폭의 변화를 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명에 일실시예에 따른 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 방법을 이용하여 검출한 피검체의 높이의 변화에 따른 탐상의 결과와 신호의 이미지화를 행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 피검체인 결함시편의 재질은 구리, 알루미늄, 순철, 탄소강으로서, 상기 4가지 시편에 대해서 슬릿 폭이 1㎜인 경우, 슬릿 깊이의 변화와, 슬릿 깊이가 1㎜일 때, 슬릿 폭의 변화와, 홀 깊이가 각각 1, 1.5, 5㎜에 대응되는 홀 직경이 3, 4, 5φ인 경우, 홀 폭과 깊이의 변화와, 홀 깊이가 각각 1, 1.5, 5㎜에 대응되는 홀 직경이 모두 3φ인 경우 홀 폭의 변화를 나타낸 시편을 볼 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 피검체(결함 시편)의 슬릿 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 것으로서, 원형코일과 직선코일인 경우 모두 순철, 탄소강, 알루미늄, 구리의 시편에서 각각 슬릿 깊이가 1, 1.5, 2, 5㎜일 때 결함의 위치가 거의 일치됨을 알 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 피검체의 슬릿 형태 결함 폭의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 것으로서, 원형코일과 직선코일인 경우 모두 순철, 탄소강, 알루미늄, 구리의 시편에서 각각 슬릿 폭이 0.5, 0.7, 1, 1.2㎜일 때 결함의 위치가 거의 일치됨을 알 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 피검체의 홀 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 것으로서, 원형코일과 직선코일인 경우 모두 순철, 탄소강, 알루미 늄, 구리의 시편에서 각각 홀 깊이가 1, 1.5, 5㎜이고, 홀의 지름이 모두 3φ인 경우 일 때 결함의 위치가 거의 일치됨을 알 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 피검체의 다른 크기의 홀 형태 결함 깊이의 변화에 따른 탐상 결과를 나타낸 것으로서, 원형코일과 직선코일인 경우 모두 순철, 탄소강, 알루미늄, 구리의 시편에서 각각 홀 깊이가 1, 1.5, 5㎜에 대응되는 홀의 지름이 3, 4, 5φ인 경우 일 때 결함의 위치가 거의 일치됨을 알 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 교류자기장 코일의 형상과 결함 넓이와 깊이 증가에 따른 측정신호의 진폭의 변화를 나타낸 것으로서, 원형코일과 직선코일인 경우 순철, 탄소강, 알루미늄, 구리의 시편에 대해서 슬릿 폭의 변화와, 홀 깊이의 변화 및 홀 깊이, 폭의 변화에 따른 경향을 볼 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 피검체의 높이의 변화에 따른 탐상의 결과와 신호의 이미지화를 행한 결과를 나타낸 것으로서, 직선코일을 이용한 경우 알루미늄 시편에 대해서 단차 높이의 변화에 따라 시편의 두께가 감소할수록 피이크의 크기가 감소하는 경향 즉, 비례 관계를 나타냄을 알 수 있고, 이를 이미지화한 그림에서도 분명히 알 수 있다.
그러므로 본 발명을 통해서 교류 자기장을 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 상기 피검체에 유도된 자속의 변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부로 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있고, 검체에서 얻어진 신호를 센싱 및 검출부와 전치 증폭 및 필터부를 거쳐 신호수신용 컴퓨터로 입력된 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있는 것이다.
이상에서 서술된 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 장치는 본 발명의 일실시예에서 금속 판형의 시편과 단차를 갖는 시편의 결함을 탐지하는 데 사용되었으나, 스테인레스강으로 이루어진 배관이나 가스관의 결함탐지에도 사용될 수 있으며, 일반적으로 도체 또는 비자성체로 구성된 재료의 결함을 탐지하는 데에도 사용될 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 교류 자기장을 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 상기 피검체에 유도된 자속의 변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부로 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있다.
둘째, 본 발명은 자화요크 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 전원을 공급하여 교류자기장을 형성하여 피검체의 결함에 의해 발생된 자속변화를 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부에서 검출함으로써, 기존의 와전류 탐상장치보다 탐상조건 설정에 있어서 주파수 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형조정, 필터의 주파수 범위 조절 등의 변수들을 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로도 정확하게 결함을 탐지할 수 있다.
셋째, 본 발명은 피검체에서 얻어진 신호를 센싱 및 검출부와 전치 증폭 및 필터부를 거쳐 신호수신용 컴퓨터로 입력된 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있다.

Claims (6)

  1. 교류자기장을 이용한 금속인 피검체의 결함 탐지 장치에 있어서,
    자화요크의 내부에 삽입되어 있는 제1코일부에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기와, 상기 신호발생기에 적절한 주파수의 교류전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 교류인가부와;
    피검체와 비접촉하는 자화요크와, 상기 자화요크의 내부에 삽입되어 있고 신호발생기를 통해 교류자기장이 형성되는 제1코일부와, 상기 제1코일부에 인가된 교류 자기장을 통해 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 피검체에 유도된 자속의 변화를 검출하는 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부를 포함하는 센싱 검출부와;
    상기 센싱 검출부에서 검출한 측정 신호를 증폭 및 필터링하는 전치 증폭 및 필터부와;
    상기 전치 증폭 및 필터부에서 증폭 및 필터링된 측정신호를 처리하여 피검체내의 결함의 위치 및 크기를 산출하는 신호수신용 컴퓨터; 를 포함함을 특징으로 하는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기장 검출은 자화요크에 권취되어 있는 제2코일부에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자화요크는 금속체 또는 자성체 재료로 이루어지며, 상기 교류자기장이 생성되는 코일의 형상은 단일 직선 도선 또는 단일 원형도선인 것을 특징으로 하는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 신호수신용 컴퓨터에는 증폭 및 필터링된 측정신호를 미분하여 결함의 위치 및 크기를 산출하는 미분처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 피검체의 검사대상은 금속 및 비금속 자성체 또는 비자성체이며, 검사 대상 형태는 자성체 또는 비자성체의 판형, 관형인 것을 특징으로 하는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 피검체의 결함에 의해 피검체에 유도된 자속의 변화를 검출하는 센싱 검출부에 피검체의 결함의 위치와 크기를 정확하게 파악하기 위해 스캐너를 장착하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는 교류자기장을 이용한 금속 피검체의 결함 탐지 장치.
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