KR20090040270A - 비파괴 자기유도형/와류형 겸용 도막 두께 측정기 - Google Patents
비파괴 자기유도형/와류형 겸용 도막 두께 측정기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 비파괴 자기유도/와류형 겸용 도막측정기에 관한 것이다. 일반적으로 도막측정기는 자성(磁性:Ferrous)/비자성(非磁性:Nonferrous)기판(基板=Base)위에 코팅, 페인트, 락카 등의 도막(塗幕)의 두께를 측정하는데 기판(基板)의 성질에 따라 계측기는 자기유도방식(Magnetic induction)과 와류방식(Eddy current)으로 대략 분류할 수가 있다. 본 발명은 이러한 두가지 방식을 하나의 센서에 의하여 측정이 되며 하나의 측정기 전자회로로 자기유도와 와류방식을 측정할 수가 있다. 또한 측정치 표시 및 저장과 통계표시 그리고 컴퓨터와 통신기능, 자체 인쇄 기능, 캘리브레이션 기능 등이 구현된다. 또한 하나의 측정기에 측정범위가 다른 여러개의 프로브를 교체 측정할 수 있으며 여러 형태의 프로브를 교체장착하여 측정할 수 있다.
비파괴, 도막 두께 측정기, 코팅두께 측정기, 자기유도식, 와류식, magntic induction, eddy current, Nondestructive coating thickness Gauge
Description
비파괴 정밀 도막 두께(Coating Thickness)를 측정하는 계측기로서, 방사선 측정 및 검사, 초음파측정 및 검사 등과 같이 비파괴 적으로 피 대상체를 측정하고 검사하는 분야이다.
본 측정기 방식 중 자기유도 방식의 측정원리는 도2와 같다. 코아에 감긴 1차 권선에 저주파 구동전류 I를 인가하며 2차 권선에는 신호 V=f(d)가 유도되며 도막의 두께에 따라 유도신호가 비례한다, 또한 본 측정기 방식 중 와류방식의 원리는 도3과 같다. 코아에 감긴 권선에 고주파 정전류식으로 구동전류 I 를 인가하면 비철금속 판에 와전류가 도3과 같이 형성되며 권선에 걸리는 측정신호 U=f(d)는 도막의 두께에 따라 반비례하여 신호가 검출된다.
이러한 겸용 정밀 센서를 이용하여 구동전류를 인가하여 응답된 신호를 전자증폭기를 이용하여 증폭하며 Analog-digital 변환기를 이용하여 디지털 데이타로 변환하고 도막두께를 표시한다. 이러한 측정을 자성기판과 비자성 기판 모두에서 사용할 수 있는 자기유도/와류식 정밀 도막두께 측정분야이다.
배경기술에는 일정 크기의 보빈(175)에 1, 2차 구리권선(172,174)을 도5와 같이 감아 센서(도5)를 제작하며 온도에 매우 안정적이며 측정이 정밀한 센서제작 기술이 있으며, 안정적인 발진에 의한 전자적인 센서구동회로(102), 센서에서 응답된 신호를 온도에 매우 안정적이고 정밀하게 증폭하는 증폭기술(104), 아나로그 신호를 고분해능으로 디지탈로 처리하는 아나로그-디지탈 변환(105) 기술과 통계치,측정치를 그래픽적인 표시(112), 프린트기능, 계측기 운전 및 제어를 위한 임베디드 프로세서 구성기술(100) 및 전자회로설계 기술(100~114), 프로세서에 내장된 내장 소프트웨어(Firmware) 제작기술로서 측정기 운전 및 제어, 수학 함수를 고속, 저전력으로 구현하는 제작기술을 요한다. 아울러 컴퓨터와 통신하는 통신기술과 측정기에서 측정한 측정치의 통계관리 하기 위한 컴퓨터 소프트를 제작하기 위한 기술을 요한다.
자기유도방식과 와류방식의 센서를 각각 단독적으로 구현해야하는 과제가 있으며 자기유도방식과 와류방식으로 나누어진 센서를 하나의 센서로 병합하는 과제로서 개별적으로 사용하는 센서의 성능을 완전히 소화흡수 해야 하며 온도 특성과 측정범위, 정밀도 등이 개별센서에 준하는 성능을 갖도록 제작하는 과제가 있다. 다양한 측정 범위와 여러 형태의 센서를 본 측정기에 접속이 가능케 하는 과제가 있다.
이러한 두 방식의 양용 센서를 구동하기 위한, 온도에 안정적인 정밀 발진회로 구성과 증폭회로구성, AD-DC 정밀 변환기, 고분해능의 Aalog-Digital 컨버터 구성 과제가 있다. 이런 측정을 가능케 하며 측정기의 전반적인 운전 및 제어를 휴대용 저전력동작이 가능하게 하는 임베디드 프로세서의 구성 과제가 있다. 또한 측정기 운전 및 표시, 통신, 측정치를 계산해내는 정밀하고 다양한 고등수학 함수의 고속연산의 구현 과제가 있다. 측정기 운용은 메뉴구동방식이며 최소 한,중,일,영어를 기본적으로 탑재하는 과제가 있다. 아울러 측정치의 통계 및 관리 저장하는 일반 컴퓨터 기반의 소프트웨어 제작 과제가 필요하다. 여기에 계측기의 정밀도를 받쳐주는 정밀 캘리브레리션 기술이 필요하다. 측정치를 계산하기 위하여 센서의 응답곡선의 추적 및 산출은 초정밀의 캘리브레이션 장치의 제작 기술이 필요하다.
단독적인 자기유도 방식 센서, 단독적인 와류방식의 센서, 자기유도/와류방식의 겸용센서를 제작하기 위하여는 도5와 같이 섹션 보빈(Section bobbin)(175) 형태로 이루어지며 1차 권선(174)과 2차권선(172)을 보빈의 각각의 섹션에 위치시킨다. 센서의 측정 범위는 1, 2차 권선수와 권선에 가하는 구동전류 그리고 센서의 기하학적 형태에 의하여 조정이 가능하다.
온도 안정적인 회로 구성을 위하여 정밀 소자의 채용과 안정적인 회로 구성과 저속의 AD 컨버터를 채용한다. 측정기의 휴대용 저전력 운전 및 제어를 위하여 FLASH 메모리가 내장된 저전력 임베디드 프로세서를 채택한다. 휴대 저전력용으로 측정치의 표시 및 다중언어 표시를 위하여 저전력 그래픽 액정을 채용한다. 측정치 계산에 고속연산을 위하여 내장 Firmware을 사용한다. 측정치를 보관 저장하고 통계 처리하는 일반 컴퓨터용 소프트웨어는 Graphic User Interface(GUI)형태의 C++언어를 이용하며 측정기와 접속 통신할 수 있게 한다.
비파괴 도막두께 측정기는 도막의 두께를 파괴하지 않고 측정할 수 있는 장점이 있으므로 측정으로 인한 피대상체의 소비나 파괴가 없다. 자기유도 및 와류방식의 센서를 하나의 겸용 센서로 제작 하므로서 여러 센서를 구입하지 않아도 된다. 또한 자기유도 또는 와류방식의 센서를 불편하게 교체 접속하여 사용치 않아도 되는 편리한 점이 있다. 이와 더불어 여러 측정범위의 센서와 다양한 형태의 센서를 하나의 통합된 측정기에 교체 접속하여 사용하므로 측정기의 본체의 사용효율을 극대화 할 수 있다. 측정기의 전자회로는 측정기의 정밀도와 온도 안정성이 충분하므로 측정기로서 신뢰를 갖는다. 측정기의 사용은 메뉴구동방식이므로 액정화면에 표시되는 문자와 이미지에 따라 대화식으로 측정기를 사용하므로 사용하기가 쉽다. 또한 기본적으로 한, 중, 일, 영어가 지원이 되므로 기존의 숫자와 영어 위주의 측정기에 비하여 사용자 위주의 표시로 측정기 사용에 쉽게 친숙해질 수 있다. 프린트 기능은 현장에서 측정된 측정치와 통계치를 곧바로 출력할 수 있게 해준다. 측정기의 통신 기능은 일반 컴퓨터에 측정치를 전송하며 측정기의 Firmware를 현장에서 갱신할 수 있게 해준다. 컴퓨터 기반 소프트웨어는 측정치들을 보관하고 통계처리 및 다른 형태의 화일로 변환 출력할 수 있게 한다.
본 발명은 비파괴 자기유도/와류식 겸용 도막측정기에 관한 것이다. 측정의 개념은 도4와 같이 자성의 철판, 비자성의 구리, 알루미늄 등과 같은 금속기판(152) 위에 형성된 도료, 락카, 페인트 등(151)과 같은 도막(Coating)의 두께를 센서(150)를 이용하여 비파괴 적으로 정밀하게 측정한다.
센서의 구성은 도5와 같다. 플라스틱 보빈(175)에 1차권선(174)을 하위 섹션(Section)에 감고 2차 권선(172)을 또 다른 보빈의 상위 섹션(Section)에 감는다. 원형의 센서의 중앙에는 열처리 및 표면 처리된 철심(176)이 위치한다. 권선과 철심은 단단한 스테인레스 형틀에 안착이 된다. 코일의 권선은 쉴드(Shield)된 케이블(170)로 연결하여 측정기 기판에 연결된다.
측정기의 전자회로기판은 도1과 같이 구성된다. CPU(100)은 발진자(101)에 신호를 주어 발진을 개시하면 구동장치(102)에 의하여 자기유도/와류식의 센서(103)를 구동시킨다. 인가된 구동전류에 의하여 응답 신호가 발생되며 정밀 전자 증폭기(104)에 의하여 1차로 증폭이 된다. 1차 증폭된 신호는 교류이므로 정밀 AC-DC 컨버터(105)에 의하여 교류를 직류로 정류시킨다. 정류된 신호는 증폭 및 옵프세트(106) 조정을 하고 Analog-Digital 변환기(107)에 의하여 아나로그 신호를 디지탈 신호로 변환되어 CPU(100)에 의하여 측정치를 읽혀진다.
측정치는 일종의 메모리 블럭인 어플리케이션 슬롯(108)과 EEEPOM(110), SRAM(111)에 저장된다. 또한 측정치는 표시장치(112)에 표시되며 통신장치(109)에 의하여 외부로 내보내 진다.
측정치는 캘리브레이션된 데이타를 이용하여 inch와 mm단위로 환산이 되어 표시되며, 여러개의 측정치는 평균, 최대값, 최소값, 표준편차, 정규화 검사, 첨도(Curtosis), 왜도(skewness), Outlier 검사등의 통계를 구하여 표시하거나 저장된다. 측정치는 휴대용 열전사 프린터 등에 측정치와 통계치 등을 프린트 출력할 수 있다. 현장에서 캘리브레이션을 수행하는 경우 기판(152)과 시편을 이용한다. 센서 프로브는 기본적으로 도5와 같다. 그러나 단독적인 자기유도식 센서를 부착할 수도 있으며 와류식 센서, 자기유도/와류식 겸용 센서도 부착하여 측정할 수 있다. 또한 측정범위가 다른 여러 센서 프로브(Probe)와 다양한 형태의 센서를 착탈이 가능하다.
측정치를 통계관리하기 위하여 컴퓨터 기반의 소프트에어가 필요하다. 컴퓨터 기반의 소프트웨어는 RS-232, USB, IEEE-1394등을 이용하여 도막 측정기와 연결하여 측정치를 전송받을 수 있다. 전송된 데이타는 측정 분야별로 화일로 저장되며 측정치 및 통계치로 표시가능하며 다른 문서형태 화일로 출력이 가능하다.
도1은 도막 측정기의 구성을 나타낸다. 측정기에는 CPU(100), 주변장치(108~114), 센서(150), 센서 신호구동회로 및 센서 신호처리장치 등으로 구성되어 있다.
도2는 자기유도방식의 도막측정기의 동작원리를 나타낸다. 1차 권선에 구동전류를 인가하면 2차권선에 측정신호가 출력된다. 이때 출력신호는 도막의 두께에 따라 비례한다.
도3은 와류방식의 도막측정기의 동작원리를 나타낸다. 인가된 구동 전류에 의하여 기판에 와류가 형성되며 도막의 두께에 따라 측정신호가 반비례한다.
도4는 도막 측정기의 측정 개념을 나타내고 있으며 기판(152) 위에 도막(151)을 프로브 센서(150)로 측정한다.
도5는 도막 측정기의 센서의 구조이다. 플라스틱 섹션 보빈(175)에 1,2차 권선(172,174)을 감고 철심(176)을 원형 센서의 중앙에 위치시켜 스테인레스 형틀(171)에 안착시킨 구조이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>
100:측정기 마이크로 프로세서
101:사인파 발진기
103, 150:도막 측정기의 센서
105:전파 정류기
107:고해상도 analog-Digital 변환기
108:측정기의 어플리케이션 슬롯 메모리
151:측정하고자 하는 도료, 락카, 페인트 등과 같은 도막(Coating)
152:자성을 갖는 철판, 비자성의 구리, 알루미늄과 같은 기판(Base)
Claims (3)
- 본 겸용 도막 두께측정기의 센서는 도5 에서 플라스틱 원통형 보빈(175)에 도너츠 형으로 철심주위에 1차권선(174)과 2차권선(172)을 감은 것으로 본 측정기의 양용방식중 한가지인 자기유도방식은 도2와 같이 1차권선(171)에 구동전류 I를 인가하고 도막에 반비례하는 2차권선(172)에 수신된 신호 V를 측정하는 방식이며 또 다른 와류방식은 도3에서 1차권선(171)에 교류 정전류 I를 인가하고 비철금속판(152)의 와류에 의하여 도막 두께에 비례하는 1차권선(171)에서 얻어진 신호 U를 측정하는 방식으로 한개의 센서로 자기유도방식과 자기유도방식을 구현하여 사용하며 단독의 자기유도방식과 단독의 와류방식으로도 사용가능한 도막두께 측정기이다.
- 본 도막 측정기의 구성은 도1과 같이 구성되며 휴대용 저전력 정밀 회로(100,101,102,104,105,106,107)를 가지며 측정된 측정치 및 통계치는 액정표시장치(112)에 표시되며 내장 메모리(110,11)에 저장이 되며캘리브레이션은 하나의 기판(Base(152))과 하나 이상의 정밀 시편을 이용하여 통계적으로 구하며.본 도막 측정기는 한, 중, 일, 영어를 측정기 표시장치(112)에 기본적으로 지원하는 측정기이다.
- 본 도막두께 측정기는 도1의 도막 측정기의 통신포트(109)를 이용하여 다른 컴퓨터 및 장치에 연결하여 각종 데이타를 주고 받으며 PC와 같은 타 장치로 부터 본 측정기의 통신포트(109)를 이용하여 본 측정기의 내장 소프트웨어와 측정기 데이타(110,111)를 수시로 갱신할 수 있으며통신포트(109)를 이용하여 프린트 출력 및 외부장치로 전송이 가능한 측정기이다.
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| CN113532255A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-22 | 爱德森（厦门）电子有限公司 | 一种漏磁和涡流检测厚度的方法和装置 |
| CN113532255B (zh) * | 2021-07-27 | 2024-01-12 | 爱德森（厦门）电子有限公司 | 一种漏磁和涡流检测厚度的方法和装置 |
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