KR20120091724A

KR20120091724A - 와이어로프 결함 탐지장치

Info

Publication number: KR20120091724A
Application number: KR1020110011662A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 안봉영
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-20
Also published as: KR101192286B1

Abstract

본 발명은 와이어로프 결함 탐지장치에 관한 것으로서, 와이어로프의 단면적 감소(LMA)를 탐지함에 있어서 더욱 정확한 탐지가 가능하고, 측정 결과의 신뢰성 향상이 가능해지는 와이어로프 결함 탐지장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 또한 국부결함 탐지장치에 있어서 종래에 비해 코일 권선의 제작 및 설치 과정이 단순해지고, 쉽고 편리하게 장치를 제작할 수 있는 구조를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 와이어로프의 금속 단면적 감소(LMA)를 탐지하기 위해 와이어로프의 주변으로 설치되는 한 쌍의 서브디텍터로 구성되고, 상기 각 서브디텍터는, 와이어로프를 둘러쌀 수 있게 형성된 자화요크와; 상기 자화요크 양단부에서 각각 와이어로프를 중심으로 방사상으로 배열되도록 설치된 복수개의 영구자석과; 상기 자화요크 일단부의 영구자석 배열과 자화요크 타단부의 영구자석 배열 사이에서 와이어로프의 주변을 둘러싸도록 배치될 수 있게 자화요크에 감겨져 설치된 코일 권선;을 포함하여 구성되는 와이어로프 결함 탐지장치가 개시된다.

Description

와이어로프 결함 탐지장치{Device for detecting LF and LMA of wire rope}

본 발명은 와이어로프 결함 탐지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 더욱 정확한 탐지가 가능하고, 측정 결과의 신뢰성 향상이 가능해지는 와이어로프 결함 탐지장치에 관한 것이다.

일반적으로 와이어로프는 중량물을 운반하거나 끌어당기는 동력전달기기의 힘전달수단으로서 많이 사용되는 것으로, 크레인(crane), 루퍼카(looper car), 호이스트(hoist), 엘리베이터(elevater), 리프트 등의 산업설비에 두루 사용되고 있다.

그 밖에 와이어로프는 레저 시설, 예컨대 스키장의 리프트나 케이블카, 놀이공원 내 승하강 놀이기구, 롤러코스터의 견인장치 등에도 사용되고 있다.

어느 경우이든 와이어로프는 무거운 하중을 지탱하는 기능을 유지할 수 있어야 하므로 설계시 고려된 강도를 항상 유지하여야 한다.

그러나, 와이어로프는 한번 설치되고 나면 장기간 사용되어 노화되거나 대기오염 등의 공해에 의해 부식될 수 있고, 롤러 등의 주변 부속품을 따라 이동하면서 마찰로 인해 크랙 또는 파손되는 경우가 종종 발생한다.

또한 계속적인 기계적 운동에 의한 마찰로 인해 금속 단면적이 감소하거나(LMA), 피로, 경화 등으로 인한 국부결함(LF), 단선이나 내부의 심각한 열화 등이 문제시되고 있다.

따라서, 이들에 대한 지속적인 안전진단의 중요성이 대두되고 있다.

와이어로프의 미세한 크랙(crack) 혹은 파손부분은 육안으로 쉽게 식별되지 않기 때문에 주기적으로 비파괴검사를 수행하여 와이어로프가 절단되는 것을 방지해야 한다.

특히 와이어로프가 단선될 경우 큰 재해 및 인명사고로 이어질 수 있고 복구에도 장시간이 소요되는 만큼 지속적으로 와이어로프에 대한 안전진단을 시행해야 한다.

와이어로프에서 발생하는 결함은 크게 국부결함(Local Flaw, LF)과 금속 단면적 감소(Loss of Metallic cross-sectional Area, LMA)로 나눌 수 있다.

이 중 LF는 절단, 마모, 부식, 기타 외부 충격 등으로 인한 국부적인 손상을 말하며, LMA는 와이어로프가 생산된 뒤 초기의 최대 단면적을 기준으로 검사위치의 단면적을 비교한 상대적인 체적 손실을 의미한다.

와이어로프의 안전진단에서 가장 보편적으로 이용되는 검사방법에는 육안검사방법과 전계방식에 의한 검사방법이 있다.

육안검사방법은 검사하는데 많은 시간이 소요되므로 비경제적이고, 와이어로프가 설치된 장소에 검사자가 접근하기가 어려울 수도 있으며, 검사자가 안정된 자세를 취하기가 어려울 경우 검사 결과에 대한 신뢰성이 낮을 수밖에 없다.

또한 검사를 위해 와이어로프를 움직여야 할 뿐만 아니라 검사자가 근접해 있어야 하므로 검사작업의 안전성을 확보하는데 어려움이 있다.

한편, 전자계방식에 의한 검사방법은 현재 널리 사용되고 있는 방법으로, 육안검사방법에 비해 신뢰성이 높은 편이지만 육안검사방법을 완벽하게 대체할 수 없으므로 육안검사방법과 병행하여 신뢰성을 확보하고 있다.

이러한 전자계방식의 예에 대해 살펴보면 다음과 같다.

LF(국부결함)를 탐지하기 위해서는 누설자속법(magnetic flux leakage method)을 주로 이용하는데, 누설자속법이란 영구자석(또는 전자석)을 이용하여 자성체를 자화시킨 뒤 결함에서 누설되는 자속을 감지하는 기술이다.

도 1은 누설자속법의 원리를 설명하는 도면으로, (a)에 나타낸 바와 같이 결함이 없을 경우 자속은, 자성체(와이어로프)(1)로부터 누출되는 자속이 없는 폐곡선(점선으로 나타냄) 형태를 형성하게 된다.

하지만 (b)에서와 같이 자성체(1) 표면에 부식 등으로 인한 결함(5)이 존재하면 그 부위에서 자기투자율의 변화가 발생하고, 그에 따라 누설자속이 발생한다.

자성체(1)의 두께가 지나치게 두껍지 않을 경우 결함(5)의 주변(도면상 위, 아래)에서 공통으로 자속이 누출되는데, 누설자속법에서는 자속이 와이어로프의 표면 밖으로 누출되는 현상을 감지하게 되며, 이때 홀센서(4a)나 코일 권선(4b) 등을 이용하여 누설자속을 측정할 수 있다.

누설자속법을 이용하는 종래의 결함 탐지장치의 구성을 살펴보면, 도 1에 예시한 LF 탐지장치는 자화를 위해 영구자석을 이용하는 것으로, 'ㄷ'자의 종단면 형상을 가지면서 와이어로프(1)의 주변으로 배치되는 자화요크(2)와, 상기 자화요크(2)의 양단부 끝에 와이어로프(1)의 주변을 둘러싸도록 고정되는 영구자석(3)과, 상기 자화요크(2) 내측에서 와이어로프(1)의 주변으로 배치되는 홀센서(4a) 또는 코일 권선(4b)을 주된 구성으로 한다.

도 1에서 도면부호 5는 와이어로프(1)에 발생한 결함을, 도면부호 6은 자화요크(2) 및 와이어로프(1)에 걸쳐 폐곡선 형태로 형성되는 자기력선을 나타낸다.

이러한 LF 탐지장치에서는 와이어로프 결함(5) 주위에서 발생하는 누설자속을 홀센서(4a) 또는 코일 권선(4b)으로 검출하게 되는데, 와이어로프(1)를 자화시키기 위해 와이어로프의 두께, 물성 등의 변수에 따라 자화강도도 달라져야 하므로 와이어로프에 따라 자화요크(2) 및 홀센서(4a)/코일 권선(4b)의 위치가 적절히 설정되어야 한다.

종래에는 LF, 즉 국부결함을 탐지하기 위해 자화요크(2) 및 영구자석(3)을 사용하여 와이어로프(1)를 자화시키되, 도 2에 나타낸 바와 같이 와이어로프(1)의 주변으로 복수개의 홀센서(4a)나 복수개의 코일 권선(4b)을 와이어로프 원주방향을 따르는 어레이 형태로 배치하여 누설자속을 검출하였다.

그러나, 상기와 같이 복수개의 코일 권선을 사용하여 LF 탐지장치를 구성할 경우, 많은 수의 코일 권선을 와이어로프의 주변에 원주방향을 따라 배열해야 하므로 장치 제작에 어려움이 있고, 많은 수의 코일 권선을 제작하여 설치해야 하므로 번거로움이 있다.

또한 와이어로프의 단면적 감소(LMA)를 검출하기 위한 종래의 LMA 탐지장치의 경우, 국부적인 자속 누출이 발생하는 문제점이 있고, 자기분포가 균일하지 않음으로 인해 측정 결과의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다.

종래의 LMA 검사기술로서 알려진 바는 와이어로프에 코일을 직접 감고 와이어로프에 흐르는 총자기력선(total magnetic flux)의 변화로 인한 유도 전압을 코일로부터 측정한 뒤 적분하여 LMA를 구하는 방법(도 3 참조)과, 자석과 와이어로프 사이나 요크 중간에 홈을 파고 홀센서를 삽입하여 측정하는 방법(도 4 참조)이 있다(ASTM E1571-06 참조).

그러나, 도 3에서와 같은 방법은 와이어로프가 폐회로인 경우에는 미리 감긴 코일을 이용하기에 한계가 있다.

또한 코일을 감은 뒤 절단하고 미세한 커넥터로 연결하는 기술이 있으나, 이는 권선 수와 코일의 선 간의 피치에 제약이 있으므로 적용이 사실상 불가능하다.

코일을 직접 현장에서 감는 방법도 있으나, 이것 또한 일회용으로 소모적이고, 감기도 어려워 역시 사실상 적용이 불가하다.

코일을 시용하지 않고 홀센서를 이용하여 자속밀도를 측정하는 방법은 여러 가지 제한이 따른다.

우선 NdFeB 나 SmCo₅ 등의 재료를 사용한 강한 자석을 사용할 경우 방출되는 자속밀도는 수천 Gauss에 이르는데, 대부분의 홀센서는 측정범위가 이에 못 미쳐 포화되거나 설령 포화되지 않는다 하더라도 수천 Guass의 옵셋(off set) 자기장 하에서 LMA 변화에 의한 수십 Guass 정도의 약한 자기장 변화를 측정하기가 매우 어렵다.

홀센서의 포화를 방지하기 위하여 페라이트 계열의 약한 자석을 사용할 경우 LMA 신호를 감지할 수 있게 되더라도 자화력 자체가 충분하지 못하여 LF 신호가 잘 발생하지 않을 수 있다(자화력이 충분하지 않을 경우 LMA 신호는 약하게 발생하나 LF 신호는 표면 결함에서만 약하게 발생하고 내부 결함에서는 발생하지 않는다).

이에 근본적으로 강한 자석으로 자화하여 LF 및 LMA 신호의 크기를 크게 하고 결함도 잘 찾기 위한 방법으로서, 코일을 이용한 센서를 사용하되, 와어어로프에 직접 코일을 권선하지 않는 구조가 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 와이어로프의 단면적 감소(LMA)를 탐지함에 있어서 더욱 정확한 탐지가 가능하고, 측정 결과의 신뢰성 향상이 가능해지는 와이어로프 결함 탐지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 국부결함 탐지장치에 있어서 종래에 비해 코일 권선의 제작 및 설치가 단순해지고, 보다 쉽고 편리하게 장치를 제작할 수 있는 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 와이어로프의 금속 단면적 감소(LMA)를 탐지하기 위해 와이어로프의 주변으로 설치되는 한 쌍의 서브디텍터로 구성되고, 상기 각 서브디텍터는, 와이어로프를 둘러쌀 수 있게 형성된 자화요크와; 상기 자화요크 양단부에서 각각 와이어로프를 중심으로 방사상으로 배열되도록 설치된 복수개의 영구자석과; 상기 자화요크 일단부의 영구자석 배열과 자화요크 타단부의 영구자석 배열 사이에서 와이어로프의 주변을 둘러싸도록 배치될 수 있게 자화요크에 감겨져 설치된 코일 권선;을 포함하여 구성되는 와이어로프 결함 탐지장치를 제공한다.

상기 자화요크는, 상기 양단부에 배치되어 와이어로프를 둘러쌀 수 있게 형성되고 상기 방사상 배열의 영구자석들이 설치되는 한 쌍의 요크코어와; 상기 양단부에 배치된 한 쌍의 요크코어 사이를 연결하도록 설치되고 상기 코일 권선이 설치되는 요크바;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 요크코어는, 와이어로프가 넣어지는 내주홈 및 영구자석이 삽입되는 자석홈이 형성된 반원형의 코어본체와; 상기 자석홈에 영구자석이 삽입된 상태의 코어본체의 주연부에 조립되는 반원형의 외주판과; 상기 코어본체의 양 측면에 조립되는 측면판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 한 쌍의 요크코어 사이에 복수개의 요크바가 길게 연결되도록 설치되고, 각 요크바의 중앙부에 코일 권선이 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 각 서브디텍터의 내부에 와이어로프의 주변으로 배치되도록 설치되는 국부결함(LF) 탐지용 코일 권선이 추가로 설치되어, 와이어로프의 금속 단면적 감소(LMA)와 더불어 와이어로프의 국부결함(LF)을 함께 탐지할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 국부결함 탐지용 코일 권선은 각 서브디텍터의 내부에서 와이어로프의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있게 설치되는 하나의 코일 권선인 것을 특징으로 한다.

상기 국부결함 탐지용 코일 권선은 권선판에 코일을 감은 구조로 구비되고, 상기 권선판 및 권선판에 설치된 코일 권선이 와이어로프의 주변을 둘러쌀 수 있는 반원형 구조로 형성되며, 와이어로프에 설치된 상태에서 상기 코일은 권선판에서 상기 원주방향을 따라 길게 감긴 구조로 배치되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명의 와이어로프 결함 탐지장치에서는 와이어로프를 자화시키기 위한 구성부인 자화요크와 영구자석을 좀더 효율적으로 배치함으로써 자화를 더욱 크게 할 수 있고, 코일 권선으로 이루어진 센서의 구조도 개선하였는바, 더욱 정확한 탐지 및 측정의 신뢰성 향상이 가능해지는 이점이 있다.

또한 LF-LMA 통합 탐지가 가능한 결함 탐지장치에서는 원주방향으로 길게 배치되는 상, 하측의 LF 탐지용 코일 권선이 사용됨으로써, 많은 코일 권선들을 어레이 형태로 배치하는 종래의 경우에 비해 코일 권선의 개수가 줄어 장치를 제작하는데 편리함이 있게 되고, 코일 권선의 설치시 번거로움도 해소될 수 있게 된다.

무엇보다 종래의 경우 어레이 형태로 배치되는 복수개의 전체 코일 권선들에 의해 와이어로프의 표면으로부터 수직한 성분의 누설자속이 취득되는 반면, 본 발명의 탐지장치에서는 와이어로프의 상, 하측에서 원주방향을 따라 길게 배치되는 한 쌍의 LF 탐지용 코일 권선이 와이어로프의 표면으로부터 수평방향의 자속 성분을 검출하게 되는바, 종래에 비해 보다 향상된 신호 감도를 구현할 수 있게 된다.

도 1은 누설자속법의 원리를 설명하는 도면이다.
도 2는 종래의 LF 탐지장치에서 홀센서 또는 코일 권선의 배열 형태를 나타내는 도면이다.
도 3과 도 4는 종래의 LMA 탐지 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치에서 서브디텍터를 도시한 정면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치에서 서브디텍터의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치의 설치상태를 나타내는 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치의 설치상태를 나타내는 횡단면도로서, 도 8의 선 'A-A'를 따라 단면을 취하여 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에서 유도 전압의 측정을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치의 설치상태를 나타내는 종단면도이다.
도 12는 도 11에 도시된 와이어로프 결함 탐지장치에서 LF 탐지용 코일 권선을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 와이어로프 결함 탐지장치에 관한 것으로서, 와이어로프를 자화시키기 위한 구성부인 자화요크와 영구자석을 좀더 효율적으로 배치하여 자화를 크게 하고, 코일 권선으로 이루어진 센서의 구조도 개선하여, 정확한 탐지 및 측정의 신뢰성 향상, 제작의 편리함과 신호 감도 향상을 도모할 수 있도록 한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치에서 서브디텍터를 도시한 정면도이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치에서 서브디텍터의 측면도이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치의 설치상태를 나타내는 종단면도이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치의 설치상태를 나타내는 횡단면도로서, 도 8의 선 'A-A'를 따라 단면을 취하여 도시한 것이다.

도시된 실시예의 와이어로프 결함 탐지장치는 와이어로프(1)의 금속 단면적 감소(LMA)를 감지하기 위한 LMA 탐지장치로서, 와이어로프(도 8 및 도 9에서 도면부호 1임)의 주변으로 설치되는 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)로 구성되며, 각 서브디텍터(10a,10b)는 와이어로프(자성체)(1)를 자화시키기 위한 자화요크(11)와 영구자석(도 7 내지 도 9에서 도면부호 19임), 자화요크(11) 및 자화된 와이어로프(1)를 지나는 자기력선 총량에 따른 신호를 출력하는 코일 권선(21)을 주된 구성으로 한다.

상기 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)가 와이어로프(1)를 둘러쌀 수 있도록 각 서브디텍터(10a,10b)의 전체적인 형상은 반원통 형상으로 되어 있으며, LMA 탐지시에는 도 8에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)가 와이어로프(1)의 상, 하측으로 배치되어 와이어로프(1)를 둘러싸는 원통형 배치 구조를 이루도록 조합된다.

도면상 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)를 상호 체결하는 체결수단이 도시되어 있지 않으나, 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)가 와이어로프(1)를 둘러싸면서 원통의 결합상태를 유지할 수 있도록 두 서브디텍터(10a,10b)를 상호 체결하는 체결수단이 추가로 구비될 수 있다.

예컨대, 두 서브디텍터(10a,10b)의 외주면을 감싸면서 일체로 묶어주는 밴드형 체결장치나, 두 서브디텍터(10a,10b) 간 접합부위를 체결하는 잠금장치, 또는 두 서브디텍터(10a,10b)를 조합된 상태로 고정시켜 주는 다양한 형태의 고정장치가 구비될 수 있다.

또는 각 서브디텍터(10a,10b)가 반원통 형상이므로, 두 서브디텍터(10a,10b)가 조합되어 와이어로프(1)를 둘러싸는 하나의 원통을 형성하는 데에는 두 곳의 접합부위가 존재하는바, 두 서브디텍터(10a,10b) 간 양측의 접합부위 중 일측을 힌지로 연결하고 반대쪽을 잠금장치로 체결하도록 구성하는 것이 가능하다.

이 경우 힌지를 중심으로 두 서브디텍터(10a,10b)를 회전시키면 원통형으로 모아지거나 반대로 펼쳐지는 것이 가능하므로, 내측으로 와이어로프(1)가 넣어지도록 하여 두 서브디텍터(10a,10b)를 모아준 뒤 잠금장치로 체결하게 되면, 원통형으로 배치된 두 서브디텍터(10a,10b)가 와이어로프(1)를 감싼 상태로 고정될 수 있게 된다.

한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)는 서로 동일하게 구성되며, 각 서브디텍터(10a,10b)가 와이어로프(1)를 둘러쌀 수 있는 구조(전체적인 형상이 반원통 형상을 가짐)로 형성된 자화요크(11)와; 상기 자화요크(11) 양단부에서 각각 와이어로프(1)를 중심으로 방사상으로 배열되도록 설치된 영구자석(19)과; 상기 자화요크(11) 일단부의 영구자석 배열(도 8에서 도면상 좌측 배열임)과 자화요크(11) 타단부의 영구자석 배열(도 8에서 도면상 우측 배열임) 사이에서 와이어로프(1)의 주변을 둘러싸도록 배치될 수 있게 자화요크(11)에 감겨져 설치된 코일 권선(21)을 포함하여 구성된다.

상기 자화요크(11)는 와이어로프(1)와 함께 자기력선 경로 및 자기폐회로를 형성하는 구성부로서, 영구자석(19)에 의해 발생한 자기력선은 자화요크(11) 및 자화된 와이어로프(1)가 형성하는 폐곡선 경로(도 10에서 점선으로 나타냄)를 지나게 된다.

상기 자화요크(11)의 세부적인 구성에 대해 설명하면, 이는 와이어로프(1)를 둘러쌀 수 있게 반원형으로 형성되고 양단부에 배치되어 와이어로프(1)의 길이방향(축방향)으로 상호 이격 배치되며 상기 방사상 배열의 영구자석(19)들이 각각 설치되는 한 쌍의 요크코어(12)와, 상기 한 쌍의 요크코어(12) 사이를 연결하도록 설치되고 코일 권선(21)이 설치되는 요크바(18)를 포함하여 이루어진다.

상기 요크코어(12)에는 영구자석(19)이 와이어로프(1)의 주변에서 방사상으로 배치될 수 있도록 삽입되어 설치되는데, 각 요크코어(12)는 와이어로프(1)가 넣어지는 내주홈(도 5 및 도 7에서 도면부호 14임) 및 영구자석(19)이 삽입되는 자석홈(도 8 내지 도 9에서 도면부호 15임)이 형성된 코어본체(13)와, 상기 자석홈(15)에 영구자석(19)이 삽입된 상태의 코어본체(13)의 주연부에 조립되는 반원형의 외주판(16)과, 상기 코어본체(13)의 양 측면에 조립되는 측면판(17)을 포함하여 구성된다.

또한 요크바(18)는 길게 형성되어 상기 한 쌍의 요크코어(12) 사이에 연결 설치되며, 이때 단수 또는 도시된 바대로 복수개의 요크바(18)가 와이어로프(1)의 주변에 배치될 수 있게 설치된다.

이러한 각 요크바(18)의 중앙부에는 코일 권선(21)이 감겨져 설치되며, 이 코일 권선(21)은 와이어로프(1)가 영구자석(19)에 의해 자화된 상태에서 영구자석(19)에 의해 생성된 자기력선 총량에 따른 신호를 출력하게 된다.

상기 요크바(18)와 이에 설치되는 코일 권선(21)은 도시된 실시예의 경우 각 서브디텍터(10a,10b)에 총 3개씩이 설치되고 있으나, 전체 개수는 다양하게 변경하여 설치될 수 있으며, 복수개가 설치된 경우 코일 권선(21)들은 전체가 직렬로 연결되어 신호처리부(도 10에서 도면부호 7임)에 연결된다.

한편, 상기와 같은 본 발명의 결함 탐지장치에서 영구자석(19)에 의해 생성된 자기력선의 경로는, 요크코어(12), 요크바(18)로 이루어진 자화요크(11)와, 영구자석(19)에 의해 자화된 와이어로프(1)가 형성하는 폐곡선 형태의 경로(도 10에서 점선으로 나타냄)가 된다.

즉, 요크코어(12), 요크바(18) 및 와이어로프(1)를 따라 자기력이 폐곡선 형태로 흐르면서 자기폐회로가 형성되는 것이다.

이 상태에서 자기폐회로를 따라 흐르는 자기력선의 총량에 따른 신호를 코일 권선(21)이 출력하게 되며, 이 신호를 신호처리부(7)가 입력받아 와이어로프(1)의 단면적 감소를 모니터링하게 된다.

즉, 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)를 와이어로프(1)에 설치한 뒤 와이어로프(1)의 길이방향으로 이동시켜가면서 코일 권선(21)에서 출력되는 신호를 신호처리부(7)를 통해 측정하게 되는데, 신호처리부(7)가 코일 권선(21)에서 발생하는 유도 전압을 측정하게 되고, 이때 서브디텍터(10a,10b)의 이동시 발생하는 유도 전압의 변화로부터 와이어로프(1)의 단면적 감소를 감지할 수 있는 것이다.

여기서, 단면적 감소의 측정 원리를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 와이어로프(1)에 흐르는 자기력선은 자기저항, 즉 릴럭턴스(reluctance)에 의해 좌우되며, 자화요크(11)의 릴럭턴스를 R_Y, 와이어로프(1)의 릴럭턴스를 R_W라 할 때 전체 릴럭턴스 R_total는 하기 식(1)과 같이 나타낼 수 있다.

(1)

따라서, 전체 자속 Φ는 하기 식(2)와 같이 된다.

(2)

여기서, mmf는 자기회로에 인가된 기자력(magnetic motive force)를 나타낸다.

그런데, 릴럭턴스는 식(3)에 나타낸 바와 같이 재료의 단면적과 길이에 좌우되며, 실제로는 자기회로를 구성하는 와이어로프(1)의 길이(l)가 일정하므로 와이어로프(1)의 단면적(A)에 반비례하게 된다.

(3)

여기서, l은 와이어로프(1)에서 자기력선이 지나는 길이를, μ는 투자율을 나타낸다.

따라서, 와이어로프의 단면적이 변하게 되면 릴럭턴스도 함께 변하게 되어 자기력선의 총량이 변하게 되며, 이에 자기력선의 총량을 측정하면 단면적의 감소 여부를 알 수 있게 된다.

자기력선의 총량은 와이어로프에 코일을 감으면 측정이 가능하며, 이를 수식으로 나타내면 하기 식(4)와 같다.

(4)

여기서, B는 자속밀도이고, dS는 자기력선이 지나는 경로, 즉 폐곡선으로 만들어지는 폐곡면상의 미세면적 요소이다.

V(t)는 코일 권선(21)에서 측정되는 유도 전압을 나타내며, 식(4)의 유도 전압을 측정하여 적분하면 자기력선의 총량을 구할 수 있다.

이러한 방법에서는 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이 자기폐회로를 형성하는 와이어로프(1)에 코일을 감아 유도 전압을 측정하여야 하는데, LMA 탐지를 위해 와이어로프에 코일을 감을 방법은 없다.

따라서, 본 발명에서는 도 10의 (b)에 나타낸 바와 같이 자화요크(11)에 코일을 감아 유도 전압을 측정하는데, 이 코일이 상술한 바와 같이 자화요크(11)의 요크바(18)에 설치된 코일 권선(21)에 해당하며, 요크바(18)에 감겨진 코일 권선(21)을 통해 유도 전압을 측정하여 구해지는 자기력선 총량의 변화로부터 단면적 감소를 감지하게 된다.

영구자석(19)에서 발생한 자기력선의 대부분은 와이어로프(1)와 자화요크(11)를 통해 흐르므로 와이어로프(1)를 지나는 자기력선과 자화요크(11)를 지나는 자기력선이 거의 같다고 볼 수 있으며, 따라서 자화요크(11)를 지나는 자기력을 측정함으로써 와이어로프(1)의 단면적 감소를 모니터링할 수 있는 것이다.

한편, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 와이어로프 결함 탐지장치의 설치상태를 나타내는 종단면도이고, 도 12는 도 11에 도시된 와이어로프 결함 탐지장치에서 LF 탐지용 코일 권선을 도시한 사시도로서, 본 발명의 다른 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 11 및 도 12에 나타낸 실시예는 와이어로프(1)에 발생한 LF 및 LMA의 탐지가 모두 가능한 통합형 결함 탐지장치로서, 전술한 LMA 탐지장치는 와이어로프의 단면적 감소를 감지하기 위한 것이나, 이와 더불어 와이어로프의 국부결함, 즉 LF의 탐지가 가능하도록 장치를 구성할 수 있다.

이를 위해 와이어로프(1)의 주변에서 원주방향으로 길게 배치되는 LF 탐지용 코일 권선(32)이 추가될 수 있으며, 이 코일 권선(32)을 추가함으로써 와이어로프(1)의 LMA와 LF를 모두 탐지할 수 있게 된다.

본 발명의 결함 탐지장치에서 LF의 탐지를 위해 누설자속법이 이용되며, 상기 LF 탐지용 코일 권선(32)은 누설자속을 측정하는데 이용된다.

자속은 국부적인 결함(LF)에서만 누출되므로 단면적 감소(LMA)가 발생한 경우에서는 국부적인 자속 누출이 발생하지 않을 수 있다.

이에 본 발명의 LF-LMA 통합 탐지장치에서는, LF 탐지용 코일 권선(32)을 추가하여 이를 통해 누설자속을 측정함으로써 국부결함(LF)을 탐지함과 동시에, 요크바(18)에 설치된 LMA 탐지용 코일 권선(21)을 통해 자기력선 총량을 측정함으로써 단면적 감소(LMA)를 함께 탐지할 수 있도록 한다.

본 발명의 결함 탐지장치에서 LF 탐지용 코일 권선(32)은 신호 감도를 개선하기 위해 종래와 같이 원주방향을 따르는 어레이 형태의 배치 구조가 아닌 하나의 코일 권선을 반원형으로 구부린 것을 사용하는데 주된 특징이 있다.

즉, 길게 형성되어 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있는 하나씩의 LF 탐지용 코일 권선(32)이 각 서브디텍터(10a,10b)의 내부에 설치되는 것이며, 이러한 LF 탐지용 코일 권선(32)에 대해서는 도 12에 도시하였다.

상기 LF 탐지용 코일 권선(32)은 각 서브디텍터(10a,10b)의 내부에서 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있게 설치되는 하나의 코일 권선이며, 도 12에 나타낸 바와 같이 권선판(31)에 코일이 감긴 구조로 구비된다.

상기 LF 탐지용 코일 권선(32)은 권선판(31)에 코일을 길게 감은 뒤 반원형으로 구부려 제작하게 되는데, 서브디텍터(10a,10b)가 와이어로프(1)와 결합된 상태에서, 코일이 권선판(31)에서 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 감긴 상태로 배치되는 동시에, LF 탐지용 코일 권선(32)의 단품(도 12에 나타냄), 즉 권선판(31) 및 이에 감긴 코일 권선(32) 하나가 전체적으로는 반원형 형태로 와이어로프(1)의 주변을 둘러싸는 구조가 된다.

특히 본 발명의 결함 탐지장치에서 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)가 와이어로프(1)의 상, 하측에 조립되므로, LF 탐지시에 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b) 내부에 설치된 두 LF 탐지용 코일 권선(32)이 와이어로프(1)를 원주방향을 따라 길게 원형으로 둘러싸는 구조가 된다.

코일이 감겨진 권선판(31)은 와이어로프(1)의 주변을 둘러쌀 수 있게 도 12에 나타낸 바와 같이 반원형으로 제작되는데, 이는 역시 와이어로프(1)의 주변을 둘러쌀 수 있게 반원형으로 제작된 지지판(33)에 부착되며, 권선판(31)이 부착된 상태로 상기 지지판(33)은 자화요크(11)의 요크코어(12), 보다 명확히는 요크코어(12)의 측면판(17)에 고정될 수 있는바, 이에 LF 탐지용 코일 권선(32)의 위치가 서브디텍터(10a,10b) 내부에서 고정될 수 있게 된다(도 11 참조).

상기 LF 탐지용 코일 권선(32)은 외부의 신호처리부(도 10에서 도면부호 7임)에 전기적으로 연결되어, 신호처리부(7)를 통해 LF 탐지용 코일 권선(32)으로부터 출력되는 신호가 취득될 수 있도록 하고, 이에 신호처리부(7)가 취득되는 신호로부터 LF 발생 여부를 모니터링하게 된다.

이와 같이 본 발명의 탐지장치에서는 원주방향으로 길게 배치되는 상, 하측의 LF 탐지용 코일 권선(32)이 사용됨으로써, 많은 코일 권선들을 어레이 형태로 배치하는 종래의 경우에 비해 코일 권선의 전체 개수가 크게 줄어 장치를 제작하는데 편리함이 있게 되고, 코일 권선의 설치시 번거로움도 해소될 수 있게 된다.

무엇보다 종래의 경우 어레이 형태로 배치되는 복수개의 전체 코일 권선들에 의해 와이어로프의 표면으로부터 수직한 성분의 누설자속이 취득되는 반면, 본 발명의 탐지장치에서는 와이어로프(1)의 상, 하측에서 원주방향을 따라 길게 배치되는 한 쌍의 LF 탐지용 코일 권선(32)이 와이어로프의 표면으로부터 수평방향의 자속 성분을 검출하게 되는바, 종래에 비해 보다 향상된 신호 감도를 구현할 수 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 와이어로프 10a, 10b : 서브디텍터
11 : 자화요크 12 : 요크코어
13 : 코어본체 14 : 내주홈
15 : 자석홈 16 : 외주판
17 : 측면판 18 : 요크바
19 : 영구자석 21 : 코일 권선(LMA 탐지용)
31 : 권선판 32 : 코일 권선(LF 탐지용)
33 : 지지판

Claims

와이어로프(1)의 금속 단면적 감소(LMA)를 탐지하기 위해 와이어로프(1)의 주변으로 설치되는 한 쌍의 서브디텍터(10a,10b)로 구성되고,
상기 각 서브디텍터(10a,10b)는,
와이어로프(1)를 둘러쌀 수 있게 형성된 자화요크(11)와;
상기 자화요크(11) 양단부에서 각각 와이어로프(1)를 중심으로 방사상으로 배열되도록 설치된 복수개의 영구자석(19)과;
상기 자화요크(11) 일단부의 영구자석 배열과 자화요크(11) 타단부의 영구자석 배열 사이에서 와이어로프(1)의 주변을 둘러싸도록 배치될 수 있게 자화요크(11)에 감겨져 설치된 코일 권선(21);
을 포함하여 구성되는 와이어로프 결함 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 자화요크(11)는,
상기 양단부에 배치되어 와이어로프(1)를 둘러쌀 수 있게 형성되고 상기 방사상 배열의 영구자석(19)들이 설치되는 한 쌍의 요크코어(12)와;
상기 양단부에 배치된 한 쌍의 요크코어(12) 사이를 연결하도록 설치되고 상기 코일 권선(21)이 설치되는 요크바(18);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 와이어로프 결함 탐지장치.
청구항 2에 있어서,
상기 요크코어(12)는,
와이어로프(1)가 넣어지는 내주홈(14) 및 영구자석(19)이 삽입되는 자석홈(15)이 형성된 반원형의 코어본체(13)와;
상기 자석홈(15)에 영구자석(19)이 삽입된 상태의 코어본체(13)의 주연부에 조립되는 반원형의 외주판(16)과;
상기 코어본체(13)의 양 측면에 조립되는 측면판(17);
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 와이어로프 결함 탐지장치.
청구항 2에 있어서,
상기 한 쌍의 요크코어(12) 사이에 복수개의 요크바(18)가 길게 연결되도록 설치되고, 각 요크바(18)의 중앙부에 코일 권선(21)이 설치되는 것을 특징으로 하는 와이어로프 결함 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 각 서브디텍터(10a,10b)의 내부에 와이어로프(1)의 주변으로 배치되도록 설치되는 국부결함(LF) 탐지용 코일 권선(32)이 추가로 설치되어, 와이어로프(1)의 금속 단면적 감소(LMA)와 더불어 와이어로프(1)의 국부결함(LF)을 함께 탐지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 와이어로프 결함 탐지장치.
청구항 5에 있어서,
상기 국부결함 탐지용 코일 권선(32)은 각 서브디텍터(10a,10b)의 내부에서 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있게 설치되는 하나의 코일 권선인 것을 특징으로 하는 와이어로프 결함 탐지장치.
청구항 6에 있어서,
상기 국부결함 탐지용 코일 권선(32)은 권선판(31)에 코일을 감은 구조로 구비되고, 상기 권선판(31) 및 권선판(31)에 설치된 코일 권선(32)이 와이어로프(1)의 주변을 둘러쌀 수 있는 반원형 구조로 형성되며, 와이어로프(1)에 설치된 상태에서 상기 코일은 권선판(31)에서 상기 원주방향을 따라 길게 감긴 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 와이어로프 결함 탐지장치.