KR20140133402A - 쓰루-코일 장치, 쓰루-코일 장치를 갖춘 검사 장비 및 검사 방법 - Google Patents

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Abstract

와전류에 의해 피드-쓰루 방식으로 긴 제품들을 검사하기 위한 검사 장비에서 사용하기 위한 피드-쓰루 코일 장치는, 피드-쓰루 방향(192)을 따라 긴 제품(190)을 피드-쓰루하기 위한 통로 개구(112) 및 통로 개구 주위에 배열되는 리시버 코일 장치를 포함한다. 리시버 코일 장치는 통로 개구(112)의 원주에 배분된 2개 이상의 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-8)을 포함하고, 각각의 세그먼트 코일 장치는 긴 제품의 표면의 원주의 하나의 원주적인 부분만을 커버하는 검출 범위를 갖는다. 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-8)은 피드-쓰루 코일 장치의 기준 축(114)에 대해 상이한 거리들(A1, A2)에서 통로 개구를 둘러싸는 적어도 2개의 셸들(S1, S2)에 배분된다. 제1 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-4)은 상호 중첩하지 않고 제1 셸(S1)에 배열되며, 제2 세그먼트 코일 장치들(142-5 내지 142-8)은 상호 중첩하지 않고 제2 셸(S2)에 배열된다. 제1 및 제2 세그먼트 코일 장치들은, 상기 제2 세그먼트 코일 장치들이 제1 세그먼트 코일 장치들에 의해 커버되지 않는 원주적인 부분들을 검출하도록, 원주 방향으로 원주적으로 서로 오프셋되어 배열된다.

Description

쓰루-코일 장치, 쓰루-코일 장치를 갖춘 검사 장비 및 검사 방법 {THROUGH-COIL ARRANGEMENT, TEST APPARATUS WITH THROUGH-COIL ARRANGEMENT AND TESTING METHOD}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 와전류에 의해 피드-쓰루(feed-through) 방식으로 긴 제품(long product)들을 검사하기 위한 검사 장비에서 사용하기 위한 피드-쓰루 코일 장치(feed-through coil arrangement)에 관한 것이고, 청구항 12의 전제부에 따른 와전류에 의해 긴 제품들을 검사하기 위한 검사 방법에 관한 것이며 그와 더불어 그러한 피드-쓰루 코일 장치를 가진 검사 장비에 관한 것이다.
긴 제품은, 예컨대, 와이어(wire), 바(bar), 로드(rod) 또는 튜브(tube) 등과 같은 세장의 금속성 오브젝트(elongated metallic object)이다. 그러한 긴 제품은, 고품질 최종 제품용의 시작 재료로서 기여할 수 있고 극도로 높은 품질 요구를 빈번하게 받기 쉽다. 재료의 흠 또는 결점에 대한, 예컨대 표면 근처의 크랙, 공동, 딱지 또는 다른 재료적인 비균질성(하기에서는 흠 또는 결함으로도 칭해짐)에 대한 검사는 이러한 제품의 품질 제어의 중요한 부분을 형성한다. 이러한 맥락에서, 높은 해상도를 가진 재료 표면의 가장 완벽한 검사는 일반적으로, 그리고 제조 프로세스의 속도에서 그리고 동시적으로 제조 장소에서 가능한 검사가 행해지는 것이 가능할 수 있는 것을 목표로 삼는다. 오늘날 그러한 검사는 종종, 전자기 방식들, 특히 피드-쓰루 방식으로, 와전류 기술을 이용하여 행해진다. 피드-쓰루 방식을 이용하는 검사 동안에, 검사될 대상(검사 견본, 검사 대상)이, 대응하는 센서 시스템이 갖추어진 검사 장치의 검사 섹션을 통해 상대적으로 높은 피드-쓰루 속도가 요구되는 미리 정의될 수 있는 곳에 이동되고, 프로세스 중에 대상이 검사된다.
와전류 방식을 이용하는 재료의 비파괴 검사 동안에, 교류에 의해 작동되는 여자기 코일(exciter coil)이 검사될 재료내에 적절한 배향, 크기 및 주파수를 가진 전기적 교류(와전류)를 유도하는데 사용되고, 와전류내에 생성되는 불균일성이 센서들, 예컨대 코일 장치를 이용하여 검출되고 평가된다.
와전류 검사에 있어서, 사용이, 전기 전도성 재료내의 최대 불순물 또는 결함이 그 자체로 검사 재료와는 상이한 전기 전도성 및/또는 투자율을 갖는다는 것에 따른 효과로 이루어진다. 평가될 측정 신호는 특히 검사 견본의 재료의 전도성 및 투자율로부터 그리고 와전류 센서와 재료 표면간의 거리로부터 판정되며, 결점 신호의 절대 세기와 또한 가용한 신호 및 간섭 신호간의 비율(신호 대 잡음비, S/N 비)이. 재료 표면으로부터의 센서의 거리가 증가함에 따라, 감소한다.
피드-쓰루 방식을 위한 한 종류의 검사 장치들에 있어서, 검사 대상을 포함하는 피드-쓰루 코일 장치가 사용되고, 그 장치를 통해 검사될 대상(긴 제품)이 피드 쓰루된다. 피드-쓰루 코일 장치는, 피드-쓰루 방향을 따라 세장의 대상을 피드 쓰루하기 위한 통로 개구를 둘러싸는 여자기 코일을 가진 여자기 오리 장치를 포함한다. 여자기 코일 장치는, 여자기 코일을 교류 전압원에 연결하기 위한 연결 디바이스를 포함한다. 또한, 통로 개구 주위에 배열된 리시버 코일 장치(receiver coil arrangement)가 제공되고, 그것은 리시버 코일 장치를 검사 장치의 평가 디바이스에 연결하기 위한 연결 디바이스를 포함한다. 여자기 코일 장치 및 리시버 코일 장치는 연결 디바이스를 통해 검사 장치의 전기 또는 전자 부품에 연결된다. 그러한 포괄적인 피드-쓰루 코일 장치들은 일반적으로 비교적 비용-효율적으로 제조될 수 있고 그 강건함으로 인해 거친 환경 조건하에서조차 사용에 있어서 신뢰성이 있고 유효하다.
특허 명세서 DE 101 35 660 C1에 있어서, 검사 결과의 양호한 재현성 및 명확한 결점 분석을 보장하기 위해, 패스-타입(path-type) 결점의 경제적이고 신뢰성 있는 검출을 가능하게 할, 그러한 피드-쓰루 코일 장치가 설명되어 있다. 피드-쓰루 코일 장치는, 중간의 방사상 거리에서 원형으로 대상을 둘러싸는 차동 회로 또는 다수의 차동 회로를 이용하여 스트립 라인들(strip lines)로 이루어지는 적어도 3개의 세그먼트 측정 코일들의 형태로 외부적으로 검사될 대상을 둘러싸는 측정 요소를 포함한다. 상기 세그먼트 측정 코일들은 서로 인접한 그 자신의 단부 섹션들과 원주 방향으로 중첩하고 다채널 평가 전자 시스템에 결합된다. 또한, 세그먼트 측정 코일들은, 모든 측정 코일들에 할당된 여자기 코일에 의해 결국 둘러싸이는, 절대 코일에 의해 둘러싸인다. 세그먼트 측정 코일들에 대한 구성적인 순응에 있어서, 절대 코일이 또한 세그먼트화될 수 있으며, 그 경우에 있어서, 세그먼트 절대 코일들이 그 자신의 단부 섹션들과 중첩한다. 원주 방향으로 중첩하는 세그먼트 측정 코일들의 코일 유효 영역들의 결과로서, 동일한 감도에서 검사될 대상의 표면의 실제 100% 커버리지(coverage)가 달성되어진다.
본 발명의 목적은, 피드-쓰루 방식으로 긴 제품들을 검사하기 위한 검사 장비에서 사용하기 위한, 통과하는 검사 대상에서의 결함 및 다른 불규칙성에 대한 의미 있는 검사 결과를 제공할 수 있는, 그러한 피드-쓰루 코일 장치를 제공하기 위한 것이다. 다른 목적은, 그러한 피드-쓰루 코일 장치와 더불어 작동하는 검사 방법과 더불어 검사 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적들을 달성하기 위해서, 청구항 1의 특징들을 가진 피드-쓰루 코일 장치가 제공된다. 또한, 청구항 12의 특징들을 가진 검사 방법과 더불어 청구항 15의 특징을 가진 검사 장치가 제공된다.
종속 청구항들에 유리한 실시예들이 나타내어져 있다. 모든 청구항들의 표현은 참조로 상세한 설명의 내용에 통합되어 있다.
리시버 코일 장치는 통로 개구의 원주에 배분된 2개 이상의 세그먼트 코일 장치들을 포함한다. 각각의 세그먼트 코일 장치들은 긴 제품의 표면의 전체 원주의 부분, 즉 원주적인 세그먼트만을 커버하는 검출 범위를 갖는다. 그러한 피드-쓰루 코일 장치는, 각각의 경우에 있어서 각각 검사 견본의 원주의 일부 또는 세그먼트만을 커버하는, 2개의 이상의 세그먼트 코일 장치들에 대한 공통의 여자(excitation)를 포함한다. 따라서, 개별적인 세그먼트 코일 장치들에 의해 배달되는 모든 신호들은 동일 여자에 기반하고 이에 관하여 서로 직접 비교될 수 있다. 동시에, 각각, 리시버 코일 장치의 복수의 세그먼트 코일 장치로의 세그먼트화 또는 분할은 대상 표면의 특정한 원주 세션에 결점 신호들을 유발하는 상관을 가능케 한다. 결과적으로, 결함의 위치 측정은 일반적인 피드-쓰루 코일 장치에서와 같이 대상의 길이 방향으로만 가능하지 않고 원주 방향으로도 가능하다. 강건함 및 신뢰성에 관한 일반적인 피드-쓰루 코일 장치의 장점이 이러한 경우에서 유지될 수 있다.
청구된 본 발명에 있어서, 세그먼트 코일 장치들이 피드-쓰루 코일 장치의 기준 축에 대해 상이한 거리들에서 통로 개구를 봉하는 적어도 2개의 셸(shell)들에 배분된다는 것을 조건으로 한다. 여기서, 제1 세그먼트 코일 장치들은 제1 셸상에 원주 방향으로 상호 중첩하지 않고 배열되어 있다. 대조적으로, 제2 코일 장치들은 제2 셸상에 원주 방향으로 상호 중첩하지 않고 배열되어 있다. 기준 축에 대해 방사상의 방향으로 셸들간에 거리가 있기 때문에, 제1 세그먼트 코일 장치들은 제2 세그먼트 코일 장치들 중 하나와는 상이한 기준 축에 대한 거리를 갖는다. 이러한 경우에 있어서, “셸”이라는 용어는 기준 축 주위의 원주 방향으로 연장하는 표면을 칭하고, 그 표면의 표면 세그먼트들은 기준 축에 나란하게 정렬되고 원주 방향으로 부분적으로 또는 연속적으로 굽어져 있다.
기준 축에 대한 표면의 방사상의 거리는 미리 정해진 거리 함수를 따른다. 셸의 모든 세그먼트 코일 장치들이 상기 셸상에 위치되어 있다는 사실의 결과로서, 기준 축에 대한 방사상의 거리는 셸의 각각의 세그먼트 코일 장치의 각 포인트에서 거리 함수를 통해 정확히 정의된다. 셸의 세그먼트 코일 장치들이 상호 중첩하지 않고 그 자신의 개개의 셸상에 배열되어 있다. 그것들은 원주 방향으로 서로 바로 인접할 수 있다. 하지만, 일반적으로 서로 면하는 인접한 세그먼트 코일 장치들의 단부들간에는 원주 방향으로 거리가 있다.
제1 및 제2 셸의 서로의 정해진 거리에서는, 생성된 결점 신호들이 특성적인 거리 성능을 일반적으로 나타내고 따라서 알려진 거리 함수들에 의해 서로 비교될 수 있기 때문에, 제1 세그먼트 코일 장치의 그리고 제2 세그먼트 코일 장치의 신호들의 직접적인 비교성이 있다.
피드-쓰루 방향으로 중첩하는 2개 이상의 셸들상의 배열은 검사된 긴 제품을 따라 축방향 위치에 결점 신호들을 발생시키는 정확한 상관을 가능케 한다.
원주 방향으로 상호 중첩하는 것의 방지는 유리한 것으로 여겨진다. 본 발명자들의 관찰에 따르면, 명목적으로 기준 축에 대해 동일 거리에 위치될, 세그먼트 코일 장치들의 중첩하는 영역들에 있어서, 검사와 관련된 검사 견본 표면에 대한 신호 발생 코일 장치들의 거리들은 중첩 영역들의 그 외부들로부터 벗어나며, 그것은 측정 부정확성을 초래할 수 있다. 상기 부정확성은 상호 중첩의 방지의 경우에 있어서 방지된다.
그럼에도 원주 방향으로 완벽한 검사를 가능케 하기 위해서, 제1 및 제2 세그먼트 코일 장치들은, 제1 세그먼트 코일 장치들 사이에 위치되는 원주적인 섹션들이 제2 세그먼트 코일 장치들에 의해 부분적으로 또는 완전하게 검출될 수 있도록, 서로 오프셋된 원주 방향으로 배열되어 있다. 환언하면: 제1 및 제2 세그먼트 코일 장치들은, 제2 세그먼트 코일 장치들이 제1 세그먼트 코일 장치들에 의해 커버되지 않도록, 서로 오프셋되어 원주적으로 배열되어 있다. 따라서, 제1 및 제2 세그먼트 코일 장치들은 검사될 긴 제품의 상이한 원주적인 섹션들을 커버하며, 검출 범위들은, 원주 방향의 완벽한 검사가 가능할 수 있도록, 적절히, 전체적으로 그리고 부분적인 중첩으로서 서로 보완한다.
다른 식에 따르면, 개개의 세그먼트 코일 장치들이 상호 중첩하지 않고 그 자신의 관련된 셸들상에 배열되고 개개의 세그먼트 코일 장치들이 원주 방향으로 서로 오프셋되어 원주적으로 상이한 셸들상에 배열됨으로써, 완전한 원주가 모든 셸들의 세그먼트 코일 장치들에 의해 커버된다.
바람직하게, 세그먼트 코일 장치들이 정확히 2개의 셸들, 즉 하나의 제1 셸 및 정확히 하나의 제2 셸에 배분된다. 그것은 구성적인 관점으로부터 낮은 복잡성을 가진 구조를 초래하며, 그것은 세그먼트 코일 장치들에 의해 생성되는 신호들을 2개의 거리 함수들에만 할당하기에 적절하다. 하지만, 세그먼트 코일 장치들을 2개의 셸들보다 많은 셸들에, 예컨대, 3개, 4개, 5개 또는 6개의 셸들에 배분하는 것이 또한 가능하며, 그 셸들간에는 각각의 경우에 있어서 방사상의 방향으로 거리가 존재한다. 이러한 경우에 있어서, 원주의 완전한 커버리지가 3개 이상의 셸들의 세그먼트 코일 장치들을 조합하는 것에 의해서만 달성된다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 제1 세그먼트 코일 장치들은 기준축에 대해 제1 방사상의 거리에서 원통형 제1 셸상에 배열되고, 제2 세그먼트 코일 장치들은 제1 방사상의 거리로부터 벗어난 기준 축에 대한 제2 방사상의 거리에서 원?형 제2 셸상에 배열된다. 단면 형상이 대칭의 중심에 대해 중심 대칭을 갖는다면, 대칭의 중심을 통하는 축이 기준 중심축 또는 중심축으로 칭해질 수 있다. 그러한 실시예들에 있어서, 셸들은 각각의 경우에 피드-쓰루 코일 장치의 중심축에 동축으로 원통형 셸 표면들을 형성한다. 원형 단면을 가진 실시예들은 둥근 재료 (원형 단면, 입체 또는 관 모양을 가진 긴 제품)의 검사를 위해 유리하지만, 적절한 신호 평가의 경우에 있어서는, 그것들이 다각형 단면을 갖는 긴 제품들의 검사를 위해서 또한 사용될 수 있다.
대안적인 실시예들의 경우에 있어서, 셸들은 원형과는 상이한 다년 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 타원형 단면 또는 달걀-모양 단면을 갖는 셸들이 가능하다. 셸들이 다각형 단면, 예컨대, 둥근 모퉁이 영역들을 가진 본질적으로 정사각형 모양의 단면을 갖는 것이 또한 가능하다. 셸들 사이의 그리고 기준축으로의 방사상의 거리는 꼭 균일하지는 않고 원주 방향으로 변화할 수 있다.
세그먼트 코일 장치들간의 과도한 감도 차이들을 방지하기 위해, 제1 셸과 제2 셸간의 또는 인접한 셸들간의 방사상의 거리는 각각 1 센티미터 이하여야하며, 상기 거리는 바람직하게 1 mm 이하여야 하고, 특히 0.1 mm와 1 mm 사이여야 한다. 더 먼 거리들이 가능하고, 그러면 신호 강도 차이들이 각각 전기적으로 또는 연산 방식으로 평형을 이루거나 고려될 수 있다.
셸당 세그먼트 코일 장치들의 개수는 검사 작업(testing task)에 순응될 수 있다. 세그먼트 코일 장치들의 개수가 각각의 셸에 대해 동일할 수 있다. 상이한 개수들의 세그먼트 코일 장치들이 또한 셸들에 대해 제공될 수도 있다.
빈번하게, 짝수의 세그먼트 코일 장치들이, 예컨대 2개, 4개, 6개 또는 8개의 세그먼트 코일 장치들이 하나의 셸상에 배열되는 경우에 그것은 유효하다. 대안적으로 또는 추가적으로, 한 쌍 또는 복수 쌍들의 반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들이 하나의 셸에 대해 제공될 수도 있다. 그것은 개별적인 셸들, 복수의 셸들 또는 모든 셸들에 대해 적용될 수 있다.
일반적으로, 리시버 코일 장치는 복수 쌍들의 반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들을 포함할 수 있다. 그것은, 신호 평가에 있어서의 장점들을 초래할 수 있다. 그 수단은 (청구된 본 발명에 따른) 셸 구조를 갖는 피드-쓰루 코일 장치들의 경우에 있어서 또는 셸 구조를 갖지 않는 그러한 피드-쓰루 장치들의 경우에 있어서 유리할 수 있다.
개개의 용도에 순응하여, 세그먼트 코일 장치들의 상이한 실시예들이 가능하다. 세그먼트 코일 장치는 독점적으로 하나 또는 복수의 차동 코일 장치들, 독점적으로 하나 또는 복수의 절대 코일 장치들 또는 적어도 하나의 차동 코일 장치와 적어도 하나의 절대 코일 장치의 조합을 포함할 수 있다.
여기서, “차동 코일 장치”라는 용어는 단일의 차동 코일 장치들과 다수의 차동 코일 장치들의 양쪽을 포함하기 위한 것이다. 차동 코일 장치에 의해 생성되는 전기 신호들은 일반적으로 차동 신호들로서 칭해진다.
절대 코일 장치는 절대 신호들을 배달한다. 대응 평가의 경우에 있어서, 상기 신호들은 흠결 검출을 위해 사용될 수 있다. 절대 신호들의 진폭이 강력하게 그리고 특징적인 방식으로 절대 코일 장치와 검사 견본 표면간의 거리에 좌우되기 때문에, 상기 장치가 작동을 위해 거리 평가 디바이스에 연결되고 거리 신호들이 대응적으로 거리 신호들로서 평가된다면, 절대 코일 장치는 절대 신호들의 대응 평가의 경우에 있어서 거리 센서로서 작용할 수 있다(예컨대, DE 44 38 171 A1 참조).
바람직하게, 모든 세그먼트 코일 장치들은 각각의 경우에 있어서 적어도 하나의 차동 코일 장치를 갖는다. “차동 코일 장치”라는 용어는, 반대식으로 작동하는 2개 이상의 부분적 코일 장치들을 포함하는 코일 장치를 칭한다. 결과적으로, 차동 코일 장치를 통해 도달하는 마그네틱 필드(magnetic field)에서의 변화는, 반대로 작동하는 부분적 코일 장치들에서의 필드 강도 변화가 상한 경우에만 신호를 생성한다. 대조적으로, 필드 변화가 존재하지 않는 경우 또는 필드 변화가 반대로 작동하는 부분적 코일 장치들에서 동등한 강도로 작용하는 경우에, 출력 신호가 없을 것이다. 차동 코일 장치들에 의해, 매우 민감한 흠결 검출이 작은 흠결 치수의 경우에서조차 가능하다. 차동 신호들이 검사 견본의 전체 원주에서 검출될 수 있도록 차동 코일 장치들이 바람직하게 배열됨으로써, 차동 코일 장치들에 의한 완전한 검사가 원주 방향으로 가능하다.
바람직하게, 차동 코일 장치 외에, 차동 코일 장치가 추가적으로 절대 코일 장치를 포함한다. 그것은 모든 세그먼트 코일 장치들에 대해 또는 세그먼트 코일 장치들 중 일부에 대해서만 제공될 수 있다. 여기서, “절대 코일 장치”라는 용어는, 그곳을 통해 도달하는 마그네틱 필드의 변화의 경우에 있어서 출력 신호(절대 신호)를 배달하는, 코일 장치를 칭한다. 절대 코일 장치는 복수의 부분적 코일 장치들을 포함할 수 있다. 하지만, 차동 코일 장치와는 대조적으로, 상기 부분적 코일 장치들은 그곳을 통해 도달하는 마그네틱 필드에 관하여 일치되도록 연결됨으로써, 복수의 부분적 코일 장치들에서의 필드 변화가 또한 각각의 경우에 있어서 신호 - 상기 신호들은 절대 코일 장치의 출력에서 합계임 -를 생성한다.
상기 수단은 (청구된 본 발명에 따른) 셸 구조를 갖는 피드-쓰루 코일 장치들에서 그리고 셸 구조를 갖지 않는 일반적 피드-쓰루 코일 장치들에서 유리할 수 있다.
차동 코일 장치에 의해, 예컨대, 홀 결점(hole defect) 또는 횡 결점(transverse defect)이 고감도로 검출될 수 있다. 또한, 길이방향 결점이 그 깊이 변화도에 따라 평가될 수 있다. 절대 코일 장치에 의해, 그중에서도, 그 전체 길에 있어서 일정한 길이 방향 결점들을 검출할 수 있다. 차동 신호들과 절대 신호들의 연속 검출은 결점 유형들의 신뢰성 있는 인정을 가능케 한다.
또한, 절대 코일 장치에 의해, 또한 거리 신호들이 검출될 수 있음으로써, 세그먼트 코일 장치들과 검사 견본 표면간의 거리에 관한 정보, 즉 검사 거리가 절대 코일 장치의 신호 부분들로부터 도출될 수 있다. 상기 거리 신호들은, 예컨대, 편심 검사 견본 위치의 경우에 있어서 상이한 세그먼트들에서 검출되는 결점 신호들의 비교가능성을 개선하기 위해, 예컨대 소프트웨어에 의해 또는 전자 측에 대한 거리 보상을 위해 사용될 수 있다.
바람직하게, 차동 코일 장치 및 절대 코일 장치가 공통의지지 요소상에 배열된다. 결과적으로, 상기 코일 장치들의 서로에 대한 상대 위치는 기계적으로 정확하게 설정될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 지지 요소는 (그곳을 통해 공급되는 검사 대상쪽을 향하는) 내부 표면과 외부 표면을 갖고, 차동 코일 장치와 절대 코일 장치는 지지 요소의 동일 표면에 적어도 부분적으로 배열된다. 동일 표면에 배열되는 코일 장치들의 그 부분들은 셸의 형태에 의해 미리 정해지는 피드-쓰루 코일 장치의 기준 축에 대해 동일 거리를 가짐으로써, 신호들의 공통 평가가 즉시 가능하다.
상기 수단은 (청구된 본 발명에 따른) 셸 구조를 갖는 피드-쓰루 코일 장치들에서 그리고 셸 구조를 갖지 않는 일반적인 피드-쓰루 코일 장치들에서 유리할 수 있다.
몇몇의 피드-쓰루 코일 장치들에서, 그것은, 세그먼트 코일 장치에 있어서, 차동 코일 장치가 여자기 코일 장치의 코일 평면(일반적으로 중심 평면)에 본질적으로 대칭적으로 배열되고 절대 코일 장치가 여자기 코일 장치에 의해 생성되는 필드의 비균질한 필드 영역에서 부분적으로 또는 완전하게 코일 평면에 비대칭적으로 배열되는 것을 조건으로 한다. 결과적으로, 특히 민감한 거리 검출이 절대 코일 장치에 의해 가능하다. 이 경우에 있어서, 절대 코일 장치의 권선이 여자기 코일의 코일 평면에 수직한 굽은 영역에 일반적으로 위치되는 것이 고려되어 진다. 비대칭 배열의 경우에 있어서, 신호 발생 권선의 적어도 일부는, 절대 코일 장치의 위치에서 생성되는 마그네틱 필드가 절대 코일 장치를 통해 도달하는 방사상의 요소(y-요소)를 갖는, 비균질 필드 영역에 위치된다. 상기 요소의 강도는, 절대 코일 장치의 위치에서의 필드 라인 분포에 영향을 주는 긴 제품의 표면과 절대 코일 장치간의 거리에 따라 현저히 변화한다. 그것은, 그곳을 통해 공급될 때의 긴 제품의 방사상의 위치 변화에 따라 배열이 변화하는, 경사 필드에서의 절대 권선들의 배열을 초래한다. 긴 제품의 비중심의 또는 편심의 위치는, 거리 센서들로서 사용되는 절대 코일 장치들에 의해 검출될 수 있는 절대 코일 장치의 권선들을 통한 자속의 변화를 초래한다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 특히 강력하고 안정된 거리 신호가, 여자기 코일 장치의 코일 평면 또는 중심 평면에 대칭적인 절대 코일 장치가 코일 평면 후방의 제2 비균질 필드 영역의 제2 부분적 코일 장치 및 코일 평면 전방의 제1 비균질 필드 영역의 제1 부분적 코일 장치 - 상기 제1 및 제2 부분적 코일 장치는 대향 방향들에서 작용 - 를 각각 포함한다는 점에서, 획득된다. 비균질 필드는 상이한 필드 라인 방향들로 부분적 코일 장치들을 통해 도달한다. 대향된 방향들로 연결되는 것에 의해, 부분적 코일 장치들에서 유도된 전압들이 합산됨으로써, 강력한 거리 신호가 획득되는 것이 달성된다.
마그네틱 필드의 비균질 부분에서 장치와 결합하여 거리 센서들로서 사용되는 절대 코일 장치들의 세그먼트화는, 종래의 절대 코일 장치들과는 대조적으로, 검사될 긴 제품의 피드-쓰루 방향으로 대략적으로 나아가는 필드 라인들을 사용하지 않고 그것에 수직한 마그네틱 필드 라인들의 구성 요소들을 사용하는, 세그먼트화된 코일 장치들을 초래한다. 상기 마그네틱 필드 라인들에 의해, 경사 필드의 변화가 검사될 긴 제품의 위치에 응답하여 검출된다.
상기 수단들은 (청구된 본 발명에 따른) 셸 구조를 갖는 피드-쓰루 코일 장치들에서 그리고 셸 구조를 갖지 않는 일반적인 피드-쓰루 코일 장치들에서 유리할 수 있다.
절대 코일 장치들에 의해 상이한 원주 섹션들에서 분리적으로 거리 신호들을 생성하도록 세그먼트화에 의해 주어진 선택권은 거리 신호들에 기인하여 피드-쓰루 코일 장치내에서 긴 제품의 위치에 관한 위치 정보를 획득하는 것을 가능케 한다.
쌍으로 정반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들의 절대 신호들의 공통 평가는, 예컨대, 대응하는 대각선 방향의 검사 견본 직경의 그리고, 경우에 따라, 또한 직경 변동의 및/또는 오정렬의 검출을 특히 단순한 방식으로 가능케 한다.
상기 수단들은 (청구된 본 발명에 따른) 셸 구조를 갖는 피드-쓰루 코일 장치들에서 그리고 셸 구조를 갖지 않는 일반적인 피드-쓰루 코일 장치들에서 유리할 수 있다.
본 발명은 또한 긴 제품 - 긴 제품은 본 발명에서 기술된 유형의 피드-쓰루 코일 장치를 통해 피드-쓰루 방향을 따라 사용됨 -을 검사하기 위한 검사 방법에 관련된다.
그러한 피드-쓰루 장치들은 종래의 피드-쓰루 코일 장치들과 더불어 실행될 수 없는 평가 방법들을 가능케 한다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 예컨대, 쌍으로 정반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들의 신호들의 공통의 평가가 일어난다.
하나의 변형에 있어서, 공통의 평가는, 각각, 쌍으로 정반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들의 절대 신호들 및 거리 신호들의 차동 신호의 그리고/또는 합계 신호의 검출을 포함한다. 직경 및 편심률 양쪽은 평가에 의해 판정될 수 있다.
복수의(예컨대, 3개, 4개, 5개 또는 6개의) 원주적으로 오프셋된 절대 코일 장치들의 거리 신호들의 평가에 의해, 그 중에서도, 피드-쓰루 코일 장치에 관한 검사 견본의 직경 값들, 직경 변동들 및/또는 이심의 판정이 가능하다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 직경, 검사 견본의 기하학적 구조, 진원도(out-of-roundness) 및/또는 피드-쓰루 코일 장치와 검사 대상간의 축 오프셋에 대한 정보가 원주에 배분된 복수의 절대 코일 장치들의 절대 신호들로부터 획득된다.
본 발명의 사용의 다른 장점은, 검사되는 대상의 대응하는 원주 섹션 및 결점 신호간의 상관을 포함하는 결점 프로토콜(fault protocol)이 생성될 수 있다는 것이다. 상기 정보는 현저히 개선되고 더욱 정확한 흠결의 평가를 가능케 한다. 예를 들어, 원칙적으로 재가공될 수 있는 흠결이, 나중의 사용 동안에 중대한 식으로 스트레스받지 않을 원주 섹션에 위치되는 경우에, 재가공이 생략될 수 있다. 재가공이 요구된다면, 흠결 영역이 결점 프로토콜에 기초하여 상대적으로 작은 원주 섹션으로 좁혀짐으로써, 결점이 더 용이하게 발견될 수 있다. 재가공될 수 없는 결점의 경우에 있어서, 상기 결점들이 중대한 원주 섹션에 또는 중대하지 않은 원주 섹션에 위치되는지의 여부가 결점 프로토콜에 기초하여 결정될 수 있음으로써, 검사 견본의 이전의 추가적인 사용에 대해서보다 더욱 정확하게 결정될 수 있다. 그것은, 예컨대, 벽 흠결 및 시임(seam)의 구분된 평가를 위한 용접된 튜브들의 경우에 있어서, 그리고 에지 및 면 결점의 적절한 평가를 위한 다각형 프로파일의 경우에 있어서, 온당할 수 있다. 구분 및 그 가중치 부여는, 무결점 품질로 제조될 재료를 제조하기 위해서 때가 되면 제조 프로세스를 인터럽트할 수 있게 하기 위해서 특히 중요하다.
결점 프로토콜은 또한, 길이 방향의 위치의 함수로서 검사 대상의 진원도, 검사 견본의 기하학적 구조 및/또는 직경에 대한 데이터를 포함할 수 있다.
피드-쓰루 코일 장치의 셸 구조와 결합하여, 특히 정확한 검사 결과가 달성될 수 있다. 일반적으로, 상기 수단들은, (청구된 본 발명에 따른) 셸 구조를 갖는 피드-쓰루 코일 장치들에서 그리고 부분적으로 또한, 셸 구조를 갖지 않는 일반적인 피드-쓰루 코일 장치들에서 유리하게 가용될 수 있다.
상기 특징들 및 추가적인 특징들이 청구범위들로부터만이 아니라 상세한 설명 및 도면들로부터도 나타나며, 개별적인 특징들이 각각의 경우에, 본 발명의 일 실시예에서 하부 조합들의 형태로 또는 그 자체에 그리고 다른 필드들에 실현될 수 있고 유리함과 더불어 그 자체로 보호 가능한 실시예들을 나타낼 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들이 도면들에 예시되어 있고 더욱 상세하게 후속하여 설명될 것이다.
본 발명은, 피드-쓰루 방식으로 긴 제품들을 검사하기 위한 검사 장비에서 사용하기 위한, 통과하는 검사 대상에서의 결함 및 다른 불규칙성에 대한 의미 있는 검사 결과를 제공할 수 있고, 그러한 피드-쓰루 코일 장치를 제공할 수 있으며, 그러한 피드-쓰루 코일 장치와 더불어 작동하는 검사 방법과 더불어 검사 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 통로 개구를 통해 공급되는 검사 대상과 더불어 본 발명에 따른 피드-쓰루 코일 장치의 일 실시예의 경사 사시도를 나타낸다;
도 2는 도 1의 피드-쓰루 코일 장치의 개략적인 축방향 도를 나타낸다;
도 3은 마그네틱 필드 라인들의 배향에 관한 심볼들을 갖는 원통형 여자기 코일을 통해 길이 방향 섹션을 나타낸다;
도 4는 여자기 코일 주위의 필드 코스에 대한 세부들을 나타낸다;
도 5는 세그먼트 코일 장치의 일 실시예의 경사 사시도를 나타낸다;
도 6은 차동 코일 장치 및 절대 코일 장치를 가진 셸 장치들의 상이한 변형들을 나타낸다; 그리고
도 7은 대략적으로 정사각형 타입의 단면 형상을 갖는 피드-쓰루 코일 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 1의 개략적인 경사 사시도는, 피드-쓰루 방식으로, 각각, 세장의 전기 전도성 대상들 또는 긴 제품들의 비파괴 와전류 검사를 위한 검사 장치의 구성 요소들을 나타낸다. 도시된 예에 있어서, 검사될 대상(검사 대상, 검사 견본)은, 초당 수미터(m/s)의 범위로 피드-쓰루 스피드에서 검사 장치의 검사 섹션을 통해 피드-쓰루 방향(192)을 따라 이동되는, 금속 튜브(190)이다. 검사 장치는, 본 경우에 있어서, 제조 라인에 예컨대, 튜브 용접 라인에 통합될 수 있다. 검사 장치가, 검사 섹션을 통한 검사 재료의 최적의 운반을 보장하는 검사 경로를 포함하는, 분리된 검사 라인에 위치되는 것이 또한 가능하다. 그 중에서도, 검사 경로는, 검사 대상의 길이 방향 중심축이 검사 섹션을 최중심으로 통해서 연장하는 것을 보장하기 위해서 가이드 요소들(guide elements) 및 포지셔닝 요소들(positioning elements)을 포함한다.
움직이지 않는 피드-쓰루 코일 장치(100)가 검사 섹션에 배열된다. 상기 장치는, 본질적으로, 전기적으로 비전도성 또는 약간의 전도성이 있는 재료, 예컨대 섬유 강화 플라스틱 재료로 이루어진 원통형 슬리브(sleeve)로 제조되는, 도 2에 도시된 코일 서포트(coil support)(110)를 포함한다. 원주 방향으로 닫힌 코일 서포트는 검사될 대상(190)을 피드-쓰루하기 위한 원형 통로 개구(112)를 둘러싼다. 기준 축으로서 기능하는 피드-쓰루 코일 장치의 중심축(114)은 통로 개구의 중심으로 연장한다. 코일 서프트의 내경은 피드 쓰루될 최대 검사 견본의 외경보다 몇 퍼센트만큼 더 큼으로써, 검사 견본과 피드-쓰루 코일 장치간의 직접 접촉이 상기 피드-쓰루 코일 장치에 의해 검사될 모든 검삭 대상들의 경우에 있어서 방지된다.
코일 서포트의 외부면에서, 피드-쓰루 코일 장치의 전기적인 구성 요소들, 즉 여자기 코일 장치 및 리시버 코일 장치가 부착된다. 여자기 코일 장치(120)는 편평한 리본 코일(122)의 형태인 하나의 단일 여자기 코일을 포함한다. 상기 코일은, 각각, 통로 개구 또는 코일 서포트 주위에 고리 모양으로 굽어진 전기를 잘 통하는 재료, 예컨대 구리로 이루어지는 편평한 금속성 리본으로 형성되고, 전기 절연성 재료로 이루어진 절연층이 그 사이에 배열된, 방사상으로 외향하여 굽어진 2개의 연결 섹션들(124)을 갖는다. 편평한 리본 코일은 (절연층의 영역을 제외하고) 그 전체 원주에 실제적으로 닫힌 단일 권선을 형성한다. 여자기 코일의 코일 평면은 중심축(114)에 수직하게 연장한다. 편평한 리본의 방사상의 방향으로 치수화되는 편평한 리본의 두께는, 예컨대, 0.5 mm와 1 mm 사이일 수 있고, 폭이 직경에 따라 수밀리미터로부터 수센티미터까지의 범위일 수 있는, 피드-쓰루 코일 장치의 중심축(114)에 나란히 치수화되는 편평한 리본의 폭보다 현저히 더 좁다. 예를 들어, 폭은 편평한 리본 코일의 자유 내부 직경의 10%보다 넓을 수 있고 예시적인 경우에 있어서 상기 자유 직경의 대략 15%이다. 편평한 리본 코일의 2 단부들이, 여자기 코일 장치가 그것을 통해 검사 장치의 교류 전압원(130)에 연결될 수 있는, 점 및 점선에 의해 예시되는 전도체들을 통해 연결 디바이스(128)에 연결된다. 여자기 요소(122) 및 교류 전압원(130)의 임피던스들의 조정을 위해서, 변압기(127)가 상호 연결될 수 있다. 여자기 코일 장치는 단일 여자기 주파수로 또는 복수의 상이한 여자기 주파수들로 동작될 수 있다.
또한, 여자기 코일 장치의 내부에는 그에 동축으로, 리시버 코일이 속하는, 통로 개구(112) 주위에 배열된 리시버 코일 장치가 제공되며, 검사 장치의 평가 디바이스(150)로의 리시버 코일 장치의 연결을 위한 연결 요소(148)가 있다.
본 예에 있어서, 리시버 코일 장치는 통로 개구의 원주에 배분된 8개의 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-8) - 그 장치들은 각각의 경우에 4개의 세그먼트 코일 장치들의 2 그룹으로 분할됨 - 을 포함한다. 4개의 제1 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-4)은, 원통형 제1 셸(S1)에 상호 중첩하지 않고 피드-쓰루 코일 장치의 중심축(114)으로의 제1 방사상 거리(A1)에 위치된다. 4개의 제2 세그먼트 코일 장치들(142-5 내지 142-8)은, 제1 셸(S1) 및 여자기 셸(122) 사이 제2 셸(S2)에 상호 중첩하지 않고, 제1 방사상 거리(A1)보다 긴, 제2 방사상 거리(A2)에 위치된다.
거리 A1과 거리 A2의 또는 셸들간의 방사상 거리의 차이는, 각각, 가능한 작을 것이므로, 상이한 셸들에 검출되는 신호들이 가장 유사한 신호 강도를 가질 수 있다. 셸들간의 방사상의 거리는 최대 1센티미터, 가능하다면, 바람직하게 1 mm 이하, 예컨대 0.1 mm와 1 mm 사이일 것이다. 거리의 최하의 한계는 주로 제조에 좌우된다.
제1 셸에 균일하게 배분된 제1 세그먼트 코일 장치들의 각각은 검사될 대상의 표면의 원주의 대략 50°의 원주 섹션만을 커버하는 검출 범위를 갖는다. 제1 세그먼트 코일 장치들 사이에 원주 방향으로 틈들이 남는다. 또한, 더 외측에 위치되는 제2 세그먼트 코일 장치들이 검사 견본 원주의 대략 50°의 원주 섹션만을 각각의 경우에 커버하고, 원주 방향으로 서로 이격된다. 제2 세그먼트 코일 장치들은, 제2 세그먼트 코일 장치들(142-5 내지 142-8)이 각각의 경우에 제1 세그먼트 코일 장치들간에 존재하는 틈들을 완전하게 커버하고 관련된 제1 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-4)의 최근접한 인근의 단부 섹션들에 양쪽의 단부 세그먼트들과 고르게 중첩하도록, 제1 세그먼트 코일 장치들에 대하여 원주적으로 오프셋되어 배열된다. 결과적으로, 2개의 셸들에 배분된 세그먼트 코일 장치들은, 통로 개구(112) 주위에 원주 방향으로 닫힌 링을 공통적으로 형성한다.
세그먼트 코일 장치들의 각각은 다수채널 연결 디바이스(148) 및 구별 채널(K1 내지 K8)을 통해 평가 디바이스(150)에 연결됨으로써, 모든 세그먼트 코일 장치들의 검사 신호들의 분리된 평가가 가능하다.
이러한 “셀 모델”에 있어서, 공통 셸에 위치되는 세그먼트 코일 장치들의 권선들 또는 코일들이 중심축으로의 동일 방사상 거리에, 즉 동일 반경에 정확하고 완전하게 항상 위치된다. 상이한 층들을 갖는 세그먼트 코일 장치들에 있어서, 유효한 영역의 방사상 중심은 동일 반경에 위치된다. 동일 셸의 세그먼트 코일 장치들의 모든 권선 영역들이 따라서 기하학적 배열에 기인하는 동일 감도를 갖고, 그에 의해 센서 신호들의 직 비교 가능성이 달성된다. 여기서, 셸 모델은, 공통 반경에 위치되는 세그먼트 코일 장치들이 그 단부 영역들과 상호적으로 중첩하는, 그러한 해결책에서 발생할 수 있는, 어느 정도까지 무시된 문제를 제거한다. 고장 분석에 있어서의 밀리미터 거리 당 수 dB의 거리 성능에 있어서, 1 dB보다 큰 격차들이 상호 중첩하지 않고 일반적인 해결책들에서 일어날 수 있다. 측정 신호들의 해석 능력이 그에 의해 손상된다. 그러한 중대한 중첩들이 방지된다.
셸 모델에 있어서, 상이한 셸들의 세그먼트 코일 장치들이 거리 차이 A2 - A1에 기인하는 감도 차이들을 갖는다. 셸 내에선, 하지만, 상호 중첩의 방지로 인해 감도 차이들이 없다. 세그먼트 코일 장치들의 감도의 거리 성능의 인식의 결과로서, 상기 감도 차이들이 전자적으로 또는 적절한 평가 소프트웨어에 의해 분석될 수 있다.
세그먼트 코일 장치들은 각각의 경우에, 원통형으로 굽은 표면에서의 코일 장치의 측방향 범위가 상기 표면에 수직적으로 치수화되는 범위보다 현저히 더 크다는 것을 의미하는 편평한 코일 장치들로서 형성된다. 여기서, 코일들은 유연성 있는, 전기적으로 비전도성인 지지 재료에 붙여진, 인쇄 회로 기술로 제조된 전도체 트랙들(144)에 의해 형성된다. 피드-쓰루 코일 장치의 제조 동안에, 전도체 트랙들이 구비된 내부 (제1) 세그먼트 코일 장치들의 서포트들이 코일 서포트(110)의 원통형으로 굽어진 외부면상으로 직접적으로 놓이고, 예컨대 접착제에 의해 그곳에 고정된다. 외부 (제2) 세그먼트 코일 장치들이, 셸들의 최소 방사상 거리를 달성하기 위해, 그 자신의 서포트들과 더불어 그곳에 직접적으로 붙여질 수 있다. 서로 방사상 거리를 갖는 코일 서포트들을 배열하는 것이 또한 가능하다.
뻗은 전도체 트랙들의 연결 단부들은 각각의 경우에, 적절한 케이블들에 의해 연결 요소(148)에 연결될 수 있는 좁은 일체의 연결 스트립상에서 서로 절연된다. 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-8)의 코일들과 연결 유닛(148) 사이에는, 신호들을 증강시키고 그리고/또는 주 용량성 케이블 임피던스로부터 유도성 코일 임피던스의 분리를 일으키는 증폭기 유닛들이 삽입될 수 있다.
조립된 피드-쓰루 코일 장치에 있어서, 세그먼트 코일 장치들은 코일 서프트(110)와 외부 여자기 코일(122) 사이에 위치된다. 검사 대상의 외부 면과 개별적인 세그먼트 코일 장치간에는 방사상의 검사 거리가 있고, 그 거리는, 검사 대상이 피드-쓰루 코일 장치를 통해 중심적으로 공급되는 경우에, 원통형 검사 대상의 예시적인 경우에서의 동일 셸의 모든 세그먼트 코일 장치들에 대해서 동일하다.
각각의 세그먼트 코일 장치(142-1 내지 142-8)는 차동 코일 장치와 함께 절대 코일 장치를 포함한다. 결과적으로, 각각의 원주 섹션에 대해서, 차동 신호와 절대 신호의 양쪽이 검출되고 개별적인 원주 섹션에 할당된다. 차동 코일 장치에 의해서, 전기 전도성 시작 재료내의, 그것은 별도로, 작은 흠들 또는 다른 비균질성들이 신뢰성 있게 검출될 수 있는데, 그 이유는, 코일 섹션들의 축방향 분화에 의해서는, 흠들을 역추적하지 않는 신호 부분들이 크게 보상될 수 있기 때문이다. 세그먼트화의 결과로서, 위치 분석/검출이 원주 방향으로 가능하다. 예를 들어, 튜브(190)의 원주에서의 크랙-유형의 흠(F1)이 제2 셸(S2)의 세그먼트 코일 장치(142-6)에서만 흠결 신호를 생성하는데, 그 이유는 검사 대상이 시스템을 피드 쓰루하는 동안에, 상기한 흠결의 움직임 경로가 오로지 상기 하나의 세그먼트 코일 장치의 검출 범위를 통과하기 때문이다. 대조적으로, 원주 및 축 방향으로 오프셋된 제2 흠결(F2)은 나중의 시점에서 내부의 제1 셸의 원주적으로 오프셋되어 배열된 세그먼트 코일 장치(142-1)내에 흠결 신호를 생성한다. 따라서, 2개의 흠결들이 축방향과 원주 방향 양쪽으로 위치될 수 있다. 대응하는 흠결 신호들이 서로 분리된 채널들에 의해 평가 유닛(150)에 송신되고 개별적인 원주 섹션들에 대해 상관될 수 있다.
세그먼트 코일 장치의 절대 코일 장치에 의해, 주로 길이 방향으로 연장하는 심각한 결점들이 흠결 신호로서 검출될 수 있다. 여기서, 하지만, 거리 센서로서의 사용의 선택권이 특히 중요한 것이다. 절대 신호의 신호 강도는 절대 코일 장치와 재료 표면간의 거리에 감도 방식으로 좌우되며, 신호의 절대 강도 및 사용 신호와 간섭 신호간의 비율이, 재료 표면으로부터의 절대 코일 장치의 거리가 증가할수록, 감소한다. 특정 거리 범위에, 상기 관계는 본질적으로 선형이고, 절대 코일 장치들이 또한 거리 센서들로서 사용될 수 있는 그러한 양호한 방식으로 캘리브레이트(calibrate)될 수 있다.
절대 코일 장치들에 의해 형성되는 거리 센서들은, 고장 신호들이 그에 의해 검출될 수 있는, 차동 코일 장치들과 동일 평면에 피드-쓰루 방향에 대해 수직으로 배열된다. 평가 디바이스(150)는 거리 평가 디바이스를 포함하고, 절대 코일 장치의 신호들로부터 도출될 수 있는 거리 정보가 다양한 평가 목적들을 위해 추가로 처리될 수 있도록 구성된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 개별적인 세그먼트 코일 장치들의 절대 코일 장치들의 거리 신호들 또는 절대 신호들은 각각, 개별적인 세그먼트 코일 장치의 차동 코일 장치의 차동 신호들에 1 대 1로 할당될 수 있다. 하지만, 그것은 강제는 아니다. 예를 들어, 오로지 더 작은 개수의 선택된 절대 코일 장치들로부터 거리 정보의 관점에서 절대 신호들을 평가하는 것이 가능하다. 그것은, 예를 들어, 4개의 상이한 (예컨대, 쌍으로 대향된) 절대 코일 장치들로부터 4개의 거리 신호들만이 검출되는 경우에, 충분할 수 있고, 그것은 그러면 모든 8개의 차동 코일 장치들의 차동 신호들의 처리시에 소프트웨어 제어 방식으로 고려된다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예들에 있어서 거리 신호들을 생성하기 위해 세그먼트화된 절대 코일 장치들을 사용하는 방식을 설명한다. 그 목적을 위해, 도 3은 검사될 긴 제품의 피드-쓰루 방향에 또는 중심축(114)에 나란히 원통형으로 성형된 여자기 코일(122)을 통한 길이 방향 섹션을 나타낸다. 여자기 코일은 원주 방향으로 교류 전류가 흐르는 전기 전도체를 형성하며, 그것은 교류 일렉트로마그네틱 필드를 생성하고, 그 마그네틱 필드 라인들 (화살표)는 여자기 코일 주위에 전류 흐름 방향에 대해 본질적으로 수직하게 연장된다. 여기서, 각각, 여자기 코일의 축 중심 평면(M) 주위에 대칭적으로 그리고 중심 코일 평면에 대칭적으로, 본질적으로 균질한 필드 영역(FH)이 발달되고, 여기서 마그네틱 필드 라인들이 주로 여자기 코일의 코일 평면에 수직한 또는 피드-쓰루 방향에 나란히 연장된다. 양쪽의 축방향 단부들쪽으로, 비균질한 필드 영역(FI)이 균질한 필드 영역(FH)에 접하며, 그 비균질 영역에 있어서 마그네틱 필드 라인들의 필드가, 필드 라인들이 중심축에 나란히 그리고 서로 나란히 연장되지 않도록, 비균질하다.
여자기 코일의 축방향 단부들의 부근에서 그와 함께 여자기 코일 외측의 필드 라인들의 환류 영역에서, 마그네틱 필드(B)는 여자기 코일의 중심축에 나란한 x-요소만을 갖지 않고, 중심축에 대해 방사 방향으로 유한의 y-요소를 또한 갖는다. 도 4는 마그네틱 필드의 요소들(Bx 및 By)을 개략적으로 나타낸다. 도 3에 있어서, 여자기 코일의 내부까지 부분적으로 도달하고 외부 환류 영역을 포함하는 비균질 필드는 점선으로 강조된다. 균질 필드 영역은 해칭(haching) 없이 나타내어져 있다. 비균질 필드 영역은 거리 보상을 위한 절대 코일 장치의 포지셔닝을 위해 생각될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 검사될 긴 제품의 피드-쓰루 방향에 나란히 연장하는 그 필드 라인들을 일반적인 방식으로 사용하지 않지만, 그에 수직한 마그네틱 필드 라인들의 요소들, 즉 y-요소들을 사용하는, 세그먼트화된 절대 코일 장치들은 거리 센서들로서 사용된다. 그 경우에 있어서, 검사될 긴 제품의 위치에 따라 비균질 필드 영역에서 검출될 수 있는 절대 필드의 그리고 경사 필드의 변화가 발생한다는 사실을 이용한다. 여기서, 본질적으로 여자기 코일에 의해 발생되는 주 마그네틱 필드가 검출되는데, 하지만, 그것은 긴 제품에서 와류 마그네틱 필드와 간섭되어 와류 마그네틱 필드에 의해 감소된다. 치수화는 대부분의 균질 영역(FH)에서 유효하지 않지만, 균질 필드가 없고 검사될 긴 제품의 편심의 결과로서 변화될 수 있는 경사 필드가 있는 비균질 환류 영역에서는 유효하다. 하나의 이유는, 긴 제품의 편심에 따라 상이한 와전류들을 생성하고 따라서 환류 영역에서 마그네틱 필드 라인들에 영향을 주는, 근접 효과이다.
일반적으로, 검사될 긴 제품을 둘러싸는 절대 코일들을 포괄하여, 상기 효과들은 주로 코일내에서 서로 상쇄함으로써, 어쩌면 결과적인 신호들이 피드 쓰루되는 긴 제품의 가능성 있는 편심에 관한 임의의 가용한 결론을 허용하지 않는다. 대조적으로, 본 발명의 실시예들에 있어서는, 경사 필드에서의 변화들이 거리 신호들의 형태로 검출되고 처리될 수 있다.
그 목적을 위해서, 도 5는 피드-쓰루 코일 장치의 셸들 중 하나에 배열된 세그먼트 코일 장치(542)의 일 실시예의 개략적인 경사 사시도를 나타낸다. 원통형으로 굽어진, 전기 절연성 지지 요소(510)에는, 차동 코일 장치(520)와 절대 코일 장치(530)가 서로 전기 절연되어 배열된다. 절대 코일 장치는 차동 코일 장치의 축방향 측부에 제1 부분적 코일 장치(530-1) 및 대향되는 축방향 측부에 제2 부분적 코일 장치(530-2)를 포함한다. 2개의 부분적 코일 장치들의 권선들은 대향되는 방향들로 서로 연결된다.
도 3은 여자기 코일(122) 내부의 세그먼트 코일 장치(542)의 설치 상황을 나타낸다. 설치 상태에 있어서 여자기 코일 장치의 코일 평면 (중심 평면(M))에 관한 세그먼트 코일 장치는, 차동 코일 장치(520)는 여자기 코일의 균질 필드 영역(FH)에 코일 평면에 대칭적으로 위치되도록, 배열된다. 대조적으로, 축방향 단부들을 접하는 절대 코일 장치의 부분적 코일 장치들이 이미 비균질 필드 영역(FI)에 위치됨으로써, 부분적 코일 장치들의 권선들에 의해 규정되는 코일 표면이 중심 축에 대해 방사상으로 연장하는 마그네틱 필드 라인들의 y-성분들에 의해 투과된다.
여기서, B-필드의 y-성분들은 전압들을 유도한다. 부분적 코일 장치들의 직결 연결은 코일들에서 유도된 전압들의 부분적 또는 완전한 상쇄를 초래할 것이다. 대조적으로, 대향된 방향으로 연결하는 것에 의해, 2개의 부분적 코일 장치들에서 유도된 전압들이 가산됨으로써, 경사 필드의 변화들에 기초하여, 강력한 절대 신호(ABS)가 초래되는 것이 달성된다. 여자기 코일의 중심 평면(M)에 대칭적인 절대 코일 장치의 상기한 구성의 추가적인 장점은 부정적인 영향이 결함 검출에 발휘되지 않는다는 것이다.
완전하게 조립된 검사 장치에 있어서, 절대 코일 장치(530)는 평가 디바이스(150)에 통합된 거리 평가 유닛(152)에 연결된다.
차동 신호(DIFF)는 차동 코일 장치(520)의 연결 단부에 존재한다. 상기 신호는 평가 유닛(150)에서 또한 평가된다.
긴 제품의 도입 및 긴 제품에서의 발달하는 와전류에 기인하여 2차 마그네틱 필드의 관련 생성 동안에, 필드 라인 분포가 변화한다. 피드-쓰루 코일 장치의 중심축에 관련된 긴 제품의 중심 위치의 경우에 있어서, 필드 라인 변위가 모든 위치에서 동일할 것이다. 대조적으로, 긴 제품의 비중심 위치의 경우에 있어서, 거리 센서들로서 작용하는 절대 코일 장치들에 의해 검출될 수 있는 비대칭 필드 라인 분포가 일어난다.
본 실시예에 있어서, 절대 코일 장치는 권선들에 의해 형성되고, 그것은 제1 사이트(sight)에서 상이한 센서 특성을 갖는 것으로 생각된다. 하지만, 사용되는 필드 라인들의 상이한 투과 방향들로 인해서, 절대 코일 특성이 일어나고, 그에 의해 새로 유형의 거리 센서가 실현된다.
코일 평면에 대칭인 절대 코일 장치의 2개의 부분적 코일장치들을 가진 시각적으로 도시된 장치에 대한 대안으로서, 차동 코일 장치의 일측(피드-쓰루 코일 장치의 입구측 또는 출구측)에만 절대 코일 장치를 부착하는 것이 또한 가능하며, 그 절대 코일 장치는 신호 생성을 위해 방사 방향으로 연장하는 마그네틱 필드 라인들의 요소들을 사용한다.
절대 코일 장치는 또한 여자기 코일의 필드의 외부 환류 영역에 위치될 수 있다(해칭 참조).
절대 코일 장치의 권선들은 공통의 원통형 표면에, 즉 동일 반경에 위치될 수 있다. 절대 코일 장치의 부분들이 중심축에 대해 상이한 방사상의 거리들에 위치되는 것이 또한 가능하다. 루프들 또는 권선들의 형태는, 각각, 응용 사례에 따라 선택될 수 있다. 개략적으로 예시된 타원 형상 이외에, 권선들의 둥근 형상들 또는 다각형 형상들이 예컨대 또한 가능하다. 절대 코일 장치들의 크기, 즉 원주 방향에서의 그 측방향 범위는 개별적인 사례에 순응될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 원주 방향으로의 절대 코일 장치들의 범위는 차동 코일 장치들의 원주 방향으로의 범위보다 현저히 더 작을 수 있고, 그것은, 각각, 검사 견본의 완전한 원주의 검출을 위해 그리고 완전한 중첩을 위해 원주 방향으로 복수의 셸들에 통틀어 서로 보완적이다. 그것은 절대 코일 장치들의 경우에서는 요구되지 않고 일반적으로도 소망되지 않는다. 재료 표면의 결함으로 인한 간섭 없는 거리의 정확한 판정을 위해, 대체로 포인트-형상의 거리 센서들을 적절히 고르게 하는, 원주 방향의 매우 짧은 길이들이 선호될 수 있다. 하지만, 루프들내에 유도되는 전압들이 신뢰성 있는 평가를 위해 충분히 크도록, 특정한 물리적 범위가 요구된다.
전형적인 실시예에 있어서, 세그먼트화된 절대 코일 장치들이 원주 방향으로 존재하며, 각각의 절대 코일 장치가 검사 견본의 원주의 일부만을 커버한다. 일반적으로, 절대 코일 장치들이 원주 방향으로 중첩하지 않는다. 절대 코일 장치들이 거리 센서들로서 역할을 한다. 여기서, 결함 검출을 위한 긴 제품을 둘러싸는 분리된 절대 코일이 제공되지 않는다.
선택적으로, 여자기 코일(122)에 의해 피드-쓰루 코일 장치의 전체 원주에 표준 절대 코일의 파라메트릭(parametric) 검출이 제공될 수 있다. 여기서, 여자기 코일이 파라메트릭 절대 코일로서 작용하며, 여기 및 검출이 동일 요소에 의해 유효해지고 임피던스 변화가 평가된다.
다른 실시예들에 있어서, 세그먼트 코일 장치들 및 여자기 코일 장치로부터 분리되고 긴 제품을 둘러싸는 절대 코일이 제공될 수 있다.
상세히 논의된 실시예들에 더하여, 다수의 변형들이 본 발명의 권리 범위내에서 가능하다. 예를 들어, 피드-쓰루 코일 장치는 차동 코일 장치들을 가진 2개보다 더 많은 셸들을 포함할 수 있다. 피드-쓰루 코일 장치가, 절대 코일 장치들 없이 그리고 차동 코일 장치들만을 가지고 작동하는 것이 가능하다. 절대 코일 장치를 갖지 않는 세그먼트 코일 장치들과 절대 코일 장치들을 갖는 세그먼트 코일 장치들을 조합하는 것이 또한 가능하다.
피드-쓰루 시에, 검사 견본의 직경, 직경 형상, 직경 변동 및/또는 위치의 편심의 판정만이 요구되는 경우에, 피드-쓰루 코일 장치는 차동 코일 장치들 없이도, 즉, 세그먼트화된 절대 코일 장치들만 가지고, 만들어지고 그리고/또는 사용될 수 있다. 특정한 결함 유형들을 위해 최적화된 결함 검사 또는 완전한 결함 검사가 그러면, 적절히, 분리된 검사 장치에 의해 실행될 수 있다.
여기서, 흠결 신호의 평가에 더하여, 긴 제품의 위치의 기계적 교정만이 또는 긴 제품의 위치의 기계적 교정도 또한 획득된 데이터에 의해 유효해질 수 있다.
예시적인 방식으로, 도 6은, 각각의 경우에 있어서, 차동 코일 장치들을 갖는 4개의 셸들이 절대 코일 장치들을 갖는 하나 또는 복수의 셸들과 조합되는, 몇몇의 변형들을 나타낸다. 여기서, 절대 코일들의 사용은 요구되는 거리 보상을 가능케한다. 이러한 경우에 있어서, 실선들은 차동 코일 장치들만을 포함하는 셸들을 나타낸다. 점선들은 거리 검출을 위한 절대 코일 장치들만을 포함하는 셸들을 나타낸다. 도 5에 관하여 이미 설명된 바와 같이, 절대 코일 장치들과 차동 코일 장치들은 상이한 셸들에 위치되어야하지 않고, 중심축에 대해 동일한 거리를 갖는 하나의 셸에 위치될 수도 있다. 차동 채널들과 거리 채널들의 양쪽의 특징적인 거리 성능의 인식의 결과로서, 긴 제품의 편심에 기초한 결함 검출에 있어서의 상이한 감도 성능의 보상을 달성하는 것이, 적절한 하드웨어 요소들에 의해서 그리고 적절한 평가 소프트웨어에 의해서, 가능하다.
본 발명은 원형 단면을 갖는 피드-쓰루 코일 장치들에 한정되지 않는다. 도 7은 직사각형 단면을 갖는, 특히 정사각형 단면을 갖는 긴 제품들의 검사를 위해 구성되는, 둥글지 않은, 형상이 조정된 피드-쓰루 코일 장치(700)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 2에서와 동일 또는 유사한 기능의 요소들 및 특징들이 600만큼 증가된 동일 참조 심볼들을 갖는다.
여자기 코일(722) 및 셸들(S1 및 S2)은 각각의 경우에 있어서 둥근 모퉁이들을 갖는 대략적으로 정사각형의 형상을 갖는다. 외부 제2 셸(S2)의 4개의 평면 세그먼트 코일 장치들(742-5 내지 742-8)은 길이방향 에지들의 부근까지 긴 제품의 평면 측면들을 검사한다. 에지 영역들은 내부 제1 셸(S1)의 제1 세그먼트 코일 장치들(742-1 내지 742-4)에 의해 검출된다. 상기 장치들은, 아치형으로 굽은 중심 섹션이 서로 수직하게(90°) 배열된 아암(arm)들 사이에 위치되는, 고리모양 식으로 구성된다. 전기적인 연결들과 평가 선택권들이 제1 예시적인 실시예들의 그것과 유사하다.
이미 언급된 바와 같이, 정사각형 및 다른 다각형 단면들(예컨대, 다각형 막대)이 몇몇의 경우에 있어서 세그먼트화된 코일들의 원형 배열에 의해 또한 검사될 수도 있다(예컨대, 도 1, 2 참조).

Claims (15)

  1. 와전류에 의해 피드-쓰루(feed-through) 방식으로 긴 제품(long product)들을 검사하기 위한 검사 장비에서 사용하기 위한 피드-쓰루 코일 장치(feed-through coil arrangement)(100)로서,
    피드-쓰루 방향(192)을 따라 긴 제품(190)을 피드-쓰루하기 위한 통로 개구(112)를 둘러싸는 여자기 코일(exciter coil)(122)을 가지며, 상기 여자기 코일을 교류 전류원(130)에 연결하기 위한 연결 디바이스를 포함하는 여자기 코일 장치; 및
    검사 장비의 평가 디바이스(150)에 리시버 코일 장치(receiver coil arrangement)를 연결하기 위한 연결 디바이스(148)를 포함하는, 상기 통로 개구 주위에 배열되는 상기 리시버 코일 장치를 포함하고,
    상기 리시버 코일 장치는 상기 통로 개구(112)의 원주에 배분된 2개 이상의 세그먼트 코일 장치(segment coil arrangement)들(142-1 내지 142-8, 742-1 내지 742-8)을 포함하고, 각각의 세그먼트 코일 장치는 긴 제품의 표면의 원주의 하나의 원주의 섹션(circumferential section)만을 커버(cover)하는 검출 범위를 갖고,
    상기 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-8, 742-1 내지 742-8)은 상기 피드-쓰루 코일 장치의 기준 축(reference axis)(114)에 대해 상이한 거리들(A1, A2)에서 상기 통로 개구를 둘러싸는 적어도 2개의 셸(shell)들(S1, S2)에 배분되고,
    제1 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-4, 742-1 내지 742-4)은 상호 중첩하지 않고 제1 셸(S1)에 배열되며,
    제2 세그먼트 코일 장치들(142-5 내지 142-8, 742-5 내지 742-8)은 상호 중첩하지 않고 제2 셸(S2)에 배열되고,
    제1 및 제2 세그먼트 코일 장치들은, 상기 제2 세그먼트 코일 장치들이 상기 제1 세그먼트 코일 장치들에 의해 커버되지 않는 원주의 섹션들을 검출하도록, 원주 방향으로 원주에서 서로 오프셋(offset)되어 배열되는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-4)은 원통형 제1 셸(S1)에, 중심의 기준 축에 대해 제1 방사상 거리(A1)에 배열되고, 제2 세그먼트 코일 장치들(142-5 내지 142-8)은 원통형 제2 셸(S2)에, 상기한 중심의 기준 축에 대해 상기 제1 방사상 거리와는 상이한 제2 방사상 거리(A2)에 배열되는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 셸들(S1, S2)은 원 형상으로부터 벗어난 단면 형상, 바람직하게는 타원 단면 형상, 달걀형 단면 형상 또는 다각형 단면 형상, 특히 둥근 모퉁이 영역들을 가진 정사각형 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    셸에, 특히 각각의 셸(S1, S2)에, 짝수의 세그먼트 코일 장치들이 배열되고 그리고/또는 하나의 셸, 복수의 셸들 또는 모든 셸들에, 적어도 한 쌍의 정반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 세그먼트 코일 장치들(142-1 내지 142-8, 742-1 내지 742-8)은 각각의 경우에 있어서 차동 코일 장치를 포함하고, 차동 코일 장치들은, 바람직하게는 차동 신호들이 긴 제품의 전체 원주에서 검출될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    세그먼트 코일 장치(542)가 차동 코일 장치(520) 및 절대 코일 장치(530)를 포함하고, 바람직하게는 모든 세그먼트 코일 장치들이 차동 코일 장치 및 절대 코일 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 차동 코일 장치(520) 및 상기 절대 코일 장치는 공통의 지지 요소(510)에 부착되고, 바람직하게는 상기 지지 요소(510)는 내부 표면과 외부 표면을 포함하며, 차동 코일 장치(520) 및 절대 코일 장치(530)는 상기 지지 요소의 동일 표면에 배열되는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    세그먼트 코일 장치(542)에 있어서, 차동 코일 장치(520)는 여자기 코일 장치(122)의 코일 평면에 대해 대칭적으로 배열되고, 절대 코일 장치(530)는 상기 코일 평면에 대해 비대칭적으로 그리고 상기 여자기 코일 장치에 의해 생성되는 필드(field)의 비균질한 필드 영역(FI)내에 적어도 부분적으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    절대 코일 장치(530)는, 상기 여자기 코일 장치(122)의 코일 평면에 대칭적으로, 상기 코일 평면의 전방의 제1 비균질 필드 영역에, 제1 부분적 코일 장치(530-1)를 포함하고 그리고 상기 코일 평면 후방의 제2 비균질 필드 영역에, 제2 부분적 코일 장치(530-2)를 포함하며, 상기 제1 및 제2 부분적 코일 장치들이 대향된 방향들로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 원주에서 오프셋된 절대 코일 장치들, 특히 모든 절대 코일 장치들이 절대 코일 장치에서 생성되는 거리 신호의 처리를 위해 거리 평가 디바이스(152)에 연결되는 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 여자기 코일(122, 722)은 하나의 단일 권선(winding)을 갖는 편평한 리본 코일(flat ribbon coil)인 것을 특징으로 하는, 피드-쓰루 코일 장치.
  12. 긴 제품들 - 긴 제품은 피드-쓰루 코일 장치를 통해 피드-쓰루 방향을 따라 이동됨 - 을 검사하기 위한 검사 방법으로서,
    청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 피드-쓰루 코일 장치가 사용되는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    쌍으로 정반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들의 절대 신호들의 공통 평가를 특징으로 하고, 바람직하게는 상기 공통 평가는 쌍으로 정반대로 대향된 세그먼트 코일 장치들의 차동 신호들 및/또는 절대 신호들의 합 신호의 판정을 포함하는, 검사 방법.
  14. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서,
    원주에 배분된 복수의 절대 코일 장치들의 절대 신호들이 거리 보상을 위해 사용되고 그리고/또는 직경, 검사 견본의 기하학적 구조, 진원도(out-of-roundness), 및/또는 피드-쓰루 코일 장치와 검사 대상간의 축 오프셋에 관한 정보가 원주에 배분된 복수의 절대 코일 장치들의 절대 신호들로부터 판정되는 것을 특징으로 하는, 검사 방법.
  15. 피드-쓰루 코일 장치를 통해 피드-쓰루 방향을 따라 이동되는 긴 제품들을 검사하기 위한 검사 장치로서,
    상기 검사 장치는, 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 피드-쓰루 코일 장치를 포함하고 그리고/또는 청구항 12 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 기재된 검사 방법을 실행하기 위해 구성되는 것을 특징으로 하는, 검사 장치.
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