KR20120096677A

KR20120096677A - 와이어로프 국부결함 탐지장치

Info

Publication number: KR20120096677A
Application number: KR1020110015902A
Authority: KR
Inventors: 김영주; 안봉영
Original assignee: 한국표준과학연구원
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2012-08-31

Abstract

본 발명은 와이어로프 국부결함 탐지장치에 관한 것으로, 와이어로프의 국부결함(LF) 탐지를 위한 것으로서 코일 권선으로 이루어진 센서의 구조가 개선됨으로써 제작의 편리함과 신호 감도 향상, 정확한 탐지 및 측정의 신뢰성 향상을 도모할 수 있는 와이어로프 국부결함 탐지장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 와이어로프를 둘러쌀 수 있게 형성된 자화요크와; 상기 자화요크 양단부에 설치되어 자화요크와 함께 와이어로프를 자화시키기 위한 영구자석과; 상기 자화요크 내부에 설치되어 와이어로프의 국부결함으로 인한 누설자속을 검출하기 위한 코일 권선;을 포함하여 구성되고, 상기 코일 권선은 자화요크의 내부에서 와이어로프의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있게 설치되는 하나의 코일 권선인 것을 특징으로 하는 와이어로프 국부결함 탐지장치가 개시된다.

Description

와이어로프 국부결함 탐지장치{Device for detecting Local Flaws of a wire rope}

본 발명은 와이어로프 국부결함 탐지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 와이어로프의 국부결함(LF) 탐지를 위한 것으로서 종래에 비해 코일 권선의 제작 및 설치가 단순해지고, 보다 쉽고 편리하게 제작할 수 있는 와이어로프 국부결함 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 다중 홀센서를 사용할 경우에는 다중 채널 장치가 사용되어야 하고, 다중 코일을 사용할 경우 다중 코일을 직렬로 연결하여 한 개의 채널을 이용한다.

채널 수의 증가는 장치의 제작비용을 증가시키므로 일반적으로는 LF 측정을 위해 다중 코일을 직렬로 연결하여 많이 사용한다.

그러나, 다중 코일의 경우에는 결함이 코일 중심을 지날 때와 코일 사이를 지날 때 신호의 크기가 달라지는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 와이어로프의 국부결함(LF)을 탐지하기 위한 장치에 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, 와이어로프를 둘러쌀 수 있게 형성된 자화요크와; 상기 자화요크 양단부에 설치되어 자화요크와 함께 와이어로프를 자화시키기 위한 영구자석과; 상기 자화요크 내부에 설치되어 와이어로프의 국부결함으로 인한 누설자속을 검출하기 위한 코일 권선;을 포함하여 구성되고, 상기 코일 권선은 자화요크의 내부에서 와이어로프의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있게 설치되는 하나의 코일 권선인 것을 특징으로 하는 와이어로프 국부결함 탐지장치를 제공한다.

여기서, 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 국부결함 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 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 국부결함 탐지장치를 도시한 단면도로서, 와이어로프에 설치된 상태를 도시한 것이다.

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 국부결함 탐지장치에 관한 것으로서, 코일 권선으로 이루어진 센서의 구조를 개선하여 제작의 편리함과 신호 감도 향상, 정확한 탐지 및 측정의 신뢰성 향상을 도모할 수 있도록 한 것이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 와이어로프 국부결함 탐지장치를 도시한 단면도로서, 와이어로프에 설치된 상태를 도시한 것이다.

도시된 실시예의 와이어로프 국부결함 탐지장치는 와이어로프(1)의 국부결함(LF)을 감지하기 위한 LF 탐지장치로서, 와이어로프(1)의 주변으로 설치되며, 와이어로프(자성체)(1)를 자화시키기 위한 자화요크(2)와 영구자석(3), 와이어로프(1)의 결함(5)으로 인한 누설자속을 검출하는 코일 권선(32)을 주된 구성으로 한다.

상기 자화요크(2)는 전체적인 형상이 원통 형상으로 되어 있으며, LF 탐지시에 와이어로프(1)를 둘러싸도록 설치된다.

이러한 자화요크(2)는 도시된 바와 같이 'ㄷ'자의 종단면 형상을 가지며, 자화요크(2)의 양단부 끝에는 와이어로프(1)의 주변을 둘러싸도록 고정되는 영구자석(3)이 설치되고, 자화요크(2)의 내부에는 와이어로프(1)의 주변으로 배치되도록 코일 권선(32)이 설치된다.

상기 영구자석(3)에 의해 발생하는 자기력선(도 1에서 도면부호 6임)은 자화요크(2) 및 자화된 와이어로프(1)를 따라 도 1에 나타낸 바와 같은 폐곡선(도 1에서 점선으로 나타냄) 형태로 흐르면서 자기폐회로를 형성하게 된다.

이러한 상태에서 코일 권선(32)은 와이어로프의 국부결함(LF)(5)으로 인한 누설자속을 측정하기 위한 것으로서, 상기 코일 권선(32)에서 누설자속을 검출하여 신호로 출력하게 된다.

특히, 외부의 신호처리부(도시하지 않음)가 코일 권선(32)에서 출력되는 신호를 입력받아 와이어로프(1)의 국부결함(5)을 모니터링하게 된다.

상기 코일 권선(32)은 와이어로프(1)의 주변에서 원주방향으로 길게 배치되는데, 특히 신호 감도를 개선하기 위해 종래와 같이 원주방향을 따르는 어레이 형태의 배치 구조가 아닌 하나의 코일 권선을 반원형으로 구부린 것이 사용된다.

즉, 길게 형성되어 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있는 상, 하측의 LF 탐지용 코일 권선(32)이 자화요크(2)의 내부에 설치되는 것이며, 상측과 하측으로 각각 배치되는 LF 탐지용 코일 권선(32)의 단품에 대해서는 도 3의 하측에 사시도로 확대하여 나타내었다.

상측과 하측으로 각각 배치되는 상기 LF 탐지용 코일 권선(32)의 단품은 도 3의 사시도에 나타낸 바와 같이 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있게 설치되는 하나의 코일 권선이며, 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, 국부결함 탐지장치가 와이어로프(1)와 결합된 상태에서, 코일이 권선판(31)에서 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 감긴 상태로 배치되는 동시에, 권선판(31) 및 이에 감긴 코일 권선(32) 하나(도 3에서 사시도로 도시한 단품)가 반원형 형태로 와이어로프(1)의 주변을 둘러싸는 구조가 된다.

특히 본 발명의 국부결함 탐지장치에서 도 3의 사시도로 나타낸 LF 탐지용 코일 권선(32)은 와이어로프(1)의 상, 하측에 배치되므로, LF 탐지시에 자화요크(2) 내부에 위치된 상, 하측의 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 3에 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(2)의 양단부 사이에 고정될 수 있는바, 이에 LF 탐지용 코일 권선(32)의 위치가 자화요크(2) 내부에서 위치 고정될 수 있게 된다.

상기 LF 탐지용 코일 권선(32)은 외부의 신호처리부에 전기적으로 연결되어, 신호처리부를 통해 LF 탐지용 코일 권선(32)으로부터 출력되는 신호가 취득될 수 있도록 하고, 이에 신호처리부가 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)를 둘러쌀 수 있게 형성된 자화요크(2)와;
상기 자화요크(2) 양단부에 설치되어 자화요크(2)와 함께 와이어로프(1)를 자화시키기 위한 영구자석(3)과;
상기 자화요크(2) 내부에 설치되어 와이어로프(1)의 국부결함(5)으로 인한 누설자속을 검출하기 위한 코일 권선(32);
을 포함하여 구성되고, 상기 코일 권선(32)은 자화요크(2)의 내부에서 와이어로프(1)의 원주방향을 따라 길게 배치될 수 있게 설치되는 하나의 코일 권선인 것을 특징으로 하는 와이어로프 국부결함 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 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 국부결함 탐지장치.