KR20130019872A - 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기장 내에서 금속 물성에 따라 반응하는 임피던스 분석기술을 이용해, 부품소재 생산라인에서 실시간 비접촉 방식으로 제품의 물성을 비파괴검사할 수 있으며, 부품소재 생산현장에서 요구하는 실시간성, 내잡음성, 내환경성을 갖춤과 동시에, 사용자가 용이하게 검사 대상의 양불을 판별할 수 있도록 편의성이 강화된 자동화된 분석 기술을 이용하고, 분석된 내용이 ERP 등의 관리시스템과 연계되는, 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법에 관한 것이다.
금속성 부품소재의 물성을 실시간 비접촉 방식으로 비파괴 검사하는 방법에 있어서, 센서부에 자기장을 발생시키기 위한 교류전류를 공급하여, 센서 부근에 1차 자기장을 발생시키는 제 1단계; 상기 센서부에 검사대상을 접근시켜 와전류를 생성시키고, 상기 와전류에 의해 상기 1차 자기장에 반대되는 2차 자기장이 발생되는 제 2단계; 상기 1차 자기장과 상기 2차 자기장의 중첩된 결과에 대한 신호를 다중 주파수별로 구분하여 상기 센서부에서 수집하는 제 3단계; 상기 다중 주파수별로 수집된 신호로부터, 신호처리용 응용프로그램에 탑재된 신호처리용 소프트웨어 모듈을 통해 불필요한 신호를 제거하고 필요한 신호만 각각 분리하여, 상기 분리된 신호를 분석 처리하는 제 4단계; 및 상기 분석 처리된 결과를 사용자에게 인터페이스 형태로 디스플레이부에 출력하는 제 5단계로 이루어진다.
상기 제 4단계는 상기 다중 주파수별로 수집된 신호를 임피던스 분석 기술을 이용하여 각각 진폭과 위상신호로 분리하여, 해당 주파수마다 분리된 진폭과 위상신호의 값을 x-y 좌표의 차트로 구성하여 나타내고, 상기 주파수별 차트의 x, y값을 각각 집계하여 종합 차트의 단일 좌표로 종합하는 과정을 포함하며, 상기 제 5단계는 상기 종합 차트에 부품의 물성 표준데이터를 기준으로 책정된 양불 판별용 레인지 라인이 표기되어, 상기 레인지 라인 내측에 상기 종합 차트의 단일 좌표가 표시되는지 여부에 따라, 사용자가 검사대상의 양불을 용이하게 판별할 수 있는 것을 특징으로 하는 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법이다. 또한 상기 신호처리용 응용프로그램은, 자원관리 시스템과 연동이 되는 것이 가능하다.

Description

임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법 {Method of Non-destructive Test Using Impedance Analysis Technique}

본 발명은 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기장 내에서 금속 물성에 따라 반응하는 임피던스 분석기술을 이용해, 부품소재 생산라인에서 실시간 비접촉 방식으로 제품의 물성을 비파괴검사할 수 있으며, 부품소재 생산현장에서 요구하는 실시간성, 내잡음성, 내환경성을 갖춤과 동시에, 사용자가 용이하게 검사 대상의 양불을 판별할 수 있도록 편의성이 강화된 자동화된 분석 기술을 이용하고, 분석된 내용이 ERP 등의 관리시스템과 연계되는, 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법에 관한 것이다.

부품소재 생산라인에서 제품을 검사하는 기술은 크게 파괴적 검사방식과, 비파괴적 검사방식으로 분류된다. 이 중 파괴적인 방법은 샘플링에 의한 공정의 모니터링을 위한 방법으로 대개 오프라인 상에서 비 실시간적으로 정밀검사를 수행하는 반면, 비파괴적 검사방식은 주로 제품의 양·불량을 판단하기 위한 방법으로 온라인상에서 실시간 전수검사를 실시한다. 우리나라 뿐 아니라 전 세계의 많은 나라들이 자유무역협정(FTA)을 통하여, 각 국 간의 무역을 확대하여 발생하는 품질경쟁은 기업의 존폐와 직결되며, 소비자들의 품질에 대한 요구 또한 점진적으로 높아지고 있는 바, 온라인상에서 부품소재를 실시간으로 비파괴 전수검사하기 위한 기술의 수요 또한 지속적으로 증가되고 있다.

일반적으로 용접된 금속 재료에 종래 실시되던 파괴검사 방법은 접합된 두 재료에 물리적 힘을 가하여 분리시키면서 그 분리에 소요된 힘으로 용접상태를 짐작하는 분리실험을 하므로, 실험과정에 위험성이 높으며, 검사시간 또한 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 이러한 파괴검사의 경우 선택된 샘플이 검사과정에서 파괴되므로, 검사대상으로 선택된 제품이 검사 후 폐기되어 검사를 실시할수록 경제적 손실이 발생되는 문제점이 있었다.

또한, 종래에 인체나 토목 또는 건축설비의 내부 검사에 적용되던 비파괴 검사장비 시스템의 경우 프로브(Probe)와 검사대상의 각도, 거리 등 실험조건을 비전문가가 만족시키기 어려운 문제점이 있었으며, 또한 측정된 신호의 탐상 결과에 의해 검사대상의 결함유무를 파악하기 위해서는 별도의 데이터 해독능력이 요구되어 다수의 소규모 중소 업체에서 사용되기에는 어려운 문제점이 있었다. 그리고 실제 여러 공정에 사용되는 금속성 부품소재의 불량 판별에 즉각적으로 이용하기에는 용이하지 않은 방법이었다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 자기장 내에서 금속 물성에 따라 반응하는 임피던스 분석기술을 이용해, 부품소재 생산라인에서 실시간 비접촉 방식으로 제품의 물성을 비파괴검사할 수 있는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 부품소재 생산현장에서 요구하는 실시간성, 내잡음성, 내환경성을 갖춤과 동시에, 사용자가 용이하게 검사 대상의 양불을 판별할 수 있도록 편의성이 강화된 자동화된 분석 기술을 이용하고, 분석된 내용이 ERP 등의 관리시스템과 연계되는, 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법을 제공함에 있다.

금속성 부품소재의 물성을 실시간 비접촉 방식으로 비파괴 검사하는 방법에 있어서, 센서부에 자기장을 발생시키기 위한 교류전류를 공급하여, 센서 부근에 1차 자기장을 발생시키는 제 1단계; 상기 센서부에 검사대상을 접근시켜 와전류를 생성시키고, 상기 와전류에 의해 상기 1차 자기장에 반대되는 2차 자기장이 발생되는 제 2단계; 상기 1차 자기장과 상기 2차 자기장의 중첩된 결과에 대한 신호를 다중 주파수별로 구분하여 상기 센서부에서 수집하는 제 3단계; 상기 다중 주파수별로 수집된 신호로부터, 신호처리용 응용프로그램에 탑재된 신호처리용 소프트웨어 모듈을 통해 불필요한 신호를 제거하고 필요한 신호만 각각 분리하여, 상기 분리된 신호를 분석 처리하는 제 4단계; 및 상기 분석 처리된 결과를 사용자에게 인터페이스 형태로 디스플레이부에 출력하는 제 5단계로 이루어진다.

상기 제 4단계는 상기 다중 주파수별로 수집된 신호를 임피던스 분석 기술을 이용하여 각각 진폭과 위상신호로 분리하여, 해당 주파수마다 분리된 진폭과 위상신호의 값을 x-y 좌표의 차트로 구성하여 나타내고, 상기 주파수별 차트의 x, y값을 각각 집계하여 종합 차트의 단일 좌표로 종합하는 과정을 포함하며, 상기 제 5단계는 상기 종합 차트에 부품의 물성 표준데이터를 기준으로 책정된 양불 판별용 레인지 라인이 표기되어, 상기 레인지 라인 내측에 상기 종합 차트의 단일 좌표가 표시되는지 여부에 따라, 사용자가 검사대상의 양불을 용이하게 판별할 수 있는 것을 특징으로 하는 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법이다. 또한 상기 신호처리용 응용프로그램은, 자원관리 시스템과 연동이 되는 것이 가능하다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 자기장 내에서 금속 물성에 따라 반응하는 임피던스 분석기술을 이용해, 부품소재 생산라인에서 실시간 비접촉 방식으로 제품의 물성을 비파괴검사함으로써 부품소재 생산현장에서 요구하는 실시간성, 내잡음성, 내환경성을 만족시키는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 다른 효과는, 신호처리용 응용프로그램의 다양한 기능을 통해, 판독이 어려운 1차원적 신호를 사용자가 활용하기 유용하도록 인터페이스화 하고, 상위의 자원관리 시스템과 연동을 시키는 등 그 활용도가 크게 높아지는 측면이 있다.

도 1은 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 제 3, 4단계를 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 비파괴 검사방법에서 다중 주파수별로 수집된 신호의 경도값을 모두 종합하여 단일 좌표로 나타낸 인터페이스의 예시 도면이다.
도 4는 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 시스템의 네트워크 구성도이다.
도 5는 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 시스템의 소프트웨어 구성도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법은 총 5단계에 걸쳐 수행된다. 센서부에 자기장을 발생시키기 위한 교류전류를 공급하여, 센서 부근에 1차 자기장을 발생시키는 제 1단계; 상기 센서부에 검사대상을 접근시켜 와전류를 생성시키고, 상기 와전류에 의해 상기 1차 자기장에 반대되는 2차 자기장이 발생되는 제 2단계; 상기 1차 자기장과 상기 2차 자기장의 중첩된 결과에 대한 신호를 다중 주파수별로 구분하여 상기 센서부에서 수집하는 제 3단계; 상기 다중 주파수별로 수집된 신호로부터, 신호처리용 응용프로그램에 탑재된 신호처리용 소프트웨어 모듈을 통해 불필요한 신호를 제거하고 필요한 신호만 각각 분리하여, 상기 분리된 신호를 분석 처리하는 제 4단계; 및 상기 분석 처리된 결과를 사용자에게 인터페이스 형태로 디스플레이부에 출력하는 제 5단계이다.

이때, 본 방법에 따라 비파괴 검사를 수행하는 금속성 부품소재는, 원기둥의 형태를 지닌 샤프트 종류의 소재인 것이 상대적으로 용이하다. 그리고 금속 부품의 두께에 따라 크랙 검사 적용 가능 유무가 결정되기는 하지만, 일반적으로 10mm 이하의 금속 부품 소재에 대한 열처리, 크랙 등의 물성검사를 수행할 수 있다. 크랙의 경우 와전류 신호의 침투 깊이에 중대한 영향을 받기 때문에 부품소재의 두께가 크랙 검사 가능여부를 결정짓지만, 열처리와 형상 검사의 경우 자동차 부품 외에도 다양한 분야에 적용이 가능하다.

와전류 하드웨어의 신호의 흐름은 자기장을 만들기 위한 교류전류를 센서부로 공급하여, 센서부 주변에 1차 자기장을 생성하고 이때 근접한 검사대상에 와전류가 생성되면, 와전류에 의하여 발생한 2차적인 자기장이 1차 자기장에 반대되는 자기장을 형성한다. 때문에 상호 간섭으로 1차 자기장과 2차 자기장이 중첩이 되는데, 그 결과는 검사대상의 물성에 따라 다르게 나타난다. 이를 임피던스 평면에서 진폭과 위상신호를 분리하여 분석하면 물성에 대한 다양한 반응을 관찰이 가능하며, 상기 위상과 진폭정보를 분석하여 열처리 정도를 비접촉식으로 식별해 내는 것이다.

한편 검사대상 내에 와전류를 발생시키기 위하여 강한 자기장을 발생시켜야 할 필요가 있는데, 강한 자기장의 발생을 위하여 전류 증폭회로가 필요하다. 일반적으로 전류 증폭 소자를 이용하여 전류의 증폭 뿐 아니라 2배의 전압으로 체배하는 회로로 구상하여, ADC회로에서 전압증폭에 대한 부담을 덜기 위한 아날로그 회로의 기술로서 센서 내의 자기장을 2배로 증폭하는 기술이다.

한편, 본 발명에 따른 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법에서 센서부의 구성방식을 결정하는 것은 매우 중요한 과정이다. 검사할 대상에 대하여 검사할 항목이 정해지면 어떤 센서의 어떤 특성을 이용하여 검사를 수행할지를 결정하며, 이에 대한 신호의 해석기술을 결정하게 되기 때문이다. 일반적으로 비파괴 검사기술은 센서부에 의하여 응용분야가 결정되며, 센서부는 다양한 신호로부터 검사할 대상의 신호를 명확히 식별해야 검사가 가능해진다.

특히 와전류 센서는 검사대상의 물성 중 경도변화에 의하여 발생하는 미세한 전도도의 변화를 감지하기 위하여 여러 요건을 충족시켜야 한다. 권선 코일의 직경과 턴수, 그리고 권선시 코일의 밀도, 신호 수신회로, 증폭도 등 회로적인 요인 뿐 아니라 제작시 사용된 자성재료의 모양과 구성에 따라 달라지기 때문에, 시험을 통해 추출한 표준 구성 스펙을 참고하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 제 3, 4단계를 나타낸 순서도이다고, 도 3은 본 발명의 비파괴 검사방법에서 다중 주파수별로 수집된 신호의 경도값을 모두 종합하여 단일 좌표로 나타낸 인터페이스의 예시 도면이다.

본 발명의 방법에 따른 시스템에서 시간 도메인에서의 해석 뿐 아니라 주파수 도메인에서의 해석이 병행되기 위해, 2차원 해석기술로서 임피던스 기술이 적용된다. 센서부에서 감지된 2차 자기장의 변화는 상당히 미약한 신호인데, 이를 정교한 임피던스 매칭과 차동증폭을 거쳐 1V 내외의 중간 정도의 신호를 얻을 수 있다. 이를 다시 수 V로 증폭하여 AD 변환을 실시한다.

상기 AD 변환을 위한 변환회로는 센서부로부터 얻어진 신호를 위상과 진폭신호로 분리하여 변환하고자 2개의 AD 변환 회로로 구성되며, 각각은 특별한 처리를 거쳐 임피던스 평면에 투영되고 2차원 평면에서 신호가 분석될 수 있게 된다.

이렇게 다중 주파수별로 수집된 신호를 임피던스 분석 기술을 이용하여 각각 진폭과 위상신호로 분리하여, 해당 주파수마다 분리된 진폭과 위상신호의 값을 x-y 좌표의 차트로 구성하여 나타낸 것을 도 3에서 살펴볼 수 있다. 본 예시 화면에서는 8개의 주파수 채널을 이용하였다.

이후, 상기 주파수별 차트의 x, y값을 각각 집계하여 종합 차트의 단일 좌표로 종합하는 과정을 거치는데, 도 3의 하단부의 x-y 좌표에 점으로 표시된 것이 해당 단일 좌표이다. 상기 제 5단계는 상기 종합 차트에 부품의 물성 표준데이터를 기준으로 책정된 양불 판별용 레인지 라인이 표기되는데, 종합 차트에 사각형의 범주 형태로 표기되는 것이 바람직하다. 이렇게 표기된 상기 레인지 라인 내측에 상기 종합 차트의 단일 좌표가 표시되는지 여부에 따라, 사용자가 검사대상의 양불을 용이하게 판별할 수 있다. 단일 좌표가 사각형의 레인지 라인 내측에 위치한 결과가 나오면 해당 검사대상은 물성 표준데이터에서 벗어나지 않는 물성을 보유하고 있음을 판단할 수 있는 것이다.

도 4는 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 시스템의 네트워크 구성도이고, 도 5는 본 발명의 비파괴 검사방법에 따른 시스템의 소프트웨어 구성도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법에서 신호처리용 응용프로그램의 구성을 살펴볼 수 있다. 센서부에서 수집된 신호를 해석하기 위해서는 잡음이 섞인 날신호를 전처리하는 과정과 신호 분석을 위한 데이터 형태로 변경하는 과정이 필요하다. 센서 수집신호 전처리 모듈에서 전송 받은 데이터를 분석 처리하는 기술을 이용하여 전처리된 데이터를 모니터 상에 사람이 쉽게 인지할 수 있는 인터페이스 형태로 신호 분석 결과를 표현하는 것이 신호처리용 응용프로그램이다. 상기 신호처리용 응용프로그램은 사용자 인터페이스 기능, 하드웨어 연동기능을 제공하며, 본 발명에 따른 시스템을 사용하게 되는 회사의 생산공정관리 ERP에도 연동하는 기능을 제공한다. 따라서 본 발명의 시스템 구성에서 가장 중앙에 위치하게 되는 것이다.

센서부와 모니터링 단말기의 연결은 일반적으로 LAN을 사용하게 되며, 무선AP를 이용한 무선 연결도 가능하다. 또한 센서부에 수집된 신호는, 데이터 케이블을 통해 검사 단말기로 전송된 후, 상기 신호처리용 응용프로그램에 입력되어 분석 처리되며, 그 결과를 인터페이스 형태로 디스플레이부에 출력하게 된다. 이때 본 출원인의 실험에 따르면, 데이터 케이블은 일반적으로 RS232 모델을 쓰는 것이 좋은 결과값을 도출함을 알 수 있다. 또한 사용자의 단말기는 Windows를 비롯한 다양한 OS 환경에서도 구동되도록 응용프로그램을 구성한다.

아울러, 신호처리용 응용프로그램의 인터페이스 구성은 크게 업무기능과 ERP시스템기능의 2가지로 나누어 구성한다. 업무기능으로는 검사내역을 실시간으로 표시해주는 운영윈도우와, 검사 내역의 경도를 입력 관리하는 경도변환테이블과, 장비와 통신 설정을 관리할 수 있는 통신설정 기능이 있다. ERP시스템기능은 검사 로그파일을 저장할 수 있는 검사내역과, 검사내역을 조회하고 분포도를 확인할 수 있는 검사내역 현황이 있다. 이는 예시이며, 더 많은 메뉴의 구성이 가능할 것이다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허등록청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

Claims (2)

1. 금속성 부품소재의 물성을 실시간 비접촉 방식으로 비파괴 검사하는 방법에 있어서,
   센서부에 자기장을 발생시키기 위한 교류전류를 공급하여, 센서 부근에 1차 자기장을 발생시키는 제 1단계;
   상기 센서부에 검사대상을 접근시켜 와전류를 생성시키고, 상기 와전류에 의해 상기 1차 자기장에 반대되는 2차 자기장이 발생되는 제 2단계;
   상기 1차 자기장과 상기 2차 자기장의 중첩된 결과에 대한 신호를 다중 주파수별로 구분하여 상기 센서부에서 수집하는 제 3단계;
   상기 다중 주파수별로 수집된 신호로부터, 신호처리용 응용프로그램에 탑재된 신호처리용 소프트웨어 모듈을 통해 불필요한 신호를 제거하고 필요한 신호만 각각 분리하여, 상기 분리된 신호를 분석 처리하는 제 4단계; 및
   상기 분석 처리된 결과를 사용자에게 인터페이스 형태로 디스플레이부에 출력하는 제 5단계로 이루어지되,
   상기 제 4단계는 상기 다중 주파수별로 수집된 신호를 임피던스 분석 기술을 이용하여 각각 진폭과 위상신호로 분리하여, 해당 주파수마다 분리된 진폭과 위상신호의 값을 x-y 좌표의 차트로 구성하여 나타내고, 상기 주파수별 차트의 x, y값을 각각 집계하여 종합 차트의 단일 좌표로 종합하는 과정을 포함하며,
   상기 제 5단계는 상기 종합 차트에 부품의 물성 표준데이터를 기준으로 책정된 양불 판별용 레인지 라인이 표기되어, 상기 레인지 라인 내측에 상기 종합 차트의 단일 좌표가 표시되는지 여부에 따라, 사용자가 검사대상의 양불을 용이하게 판별할 수 있는 것을 특징으로 하는 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 신호처리용 응용프로그램은, 자원관리 시스템과 연동이 되는 것을 특징으로 하는 임피던스 분석기술을 이용한 금속성 부품소재 물성의 비파괴 검사방법.
   

Images