KR20170022049A - 자분탐상 겸용 탈자기를 이용한 자분 탐상 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 대의 자분 탐상 검사장치를 이용하여 피검사체의 결함부위를 자분 탐상법으로 검사한 후 연속적으로 피검사체에 잔존하는 자화를 탈자시켜 자력을 제거할 수 있도록 함은 물론 주파수 및 전압을 변환할 수 있도록 하여 피검사체의 종류 및 크기에 관계없이 자분 탐상법을 신속하고 간편하게 실시할 수 있도록 하는 자분 탐상 검사 장치 및 그 방법을 제시한다.

Description

자분 탐상 검사 장치 및 그 방법{MAGNETIC PARTICLE TESTING APPARATUS}

본 발명은 산업기계나 생산부품의 결함을 탐상하기 위한 비파괴 탐상방법 중의 하나인 자분 탐상 검사 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자분 탐상 검사 후 연속적으로 탈자 작업이 이루어지도록 함은 물론 낮은 전원으로도 자분 탐상을 실시할 수 있는 자분 탐상 검사 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 일반 산업기계나 생산부품(이하 "피검사체"라 함)을 파괴하지 않고 피검사체의 결함유무를 확인하는데는 일반적으로 비파괴 검사방법이 사용되고 있으며, 이러한 비파괴 검사방법의 종류에는 방사선 검사법, 초음파 검사법, 육안 검사법, 자분 탐상법 등 다양한 검사방법이 있다.

자분 탐상 검사는 피검사체의 표면 또는 표면하에 있는 불연속부를 검출하기 위하여 피검사체를 자화시키면서 자분을 적용시키면 피검사체의 결함부위에 자분이 밀집하여 결함의 모양(즉, 누설 자장에 의해 자분이 모이거나 불순물이 붙어서 불연속부의 윤곽이 형성되는 위치, 크기, 형태 및 높이 등)을 육안으로 검사하여 피검사체의 결함을 확인하는 검사법이다. 이러한 자분 탐상 검사는 결함검출이 용이하고 간단하므로 단조제품, 주조제품, 용접부위, 가공품 등의 모든 산업분야의 제작검사, 가동중 검사 또는 최종 품질관리에 광범위하게 적용되고 있다.

도 1은 종래기술에 따른 자분 탐상 장치의 작동 원리를 나타낸 개념도이다. 상기 도 1을 참조하면, 종래의 자분 탐상 장치는 디긋(ㄷ)자 형태의 철심(1)의 양단에 코일(2)을 권선하여 전원을 공급하면 자기장이 발생하고, 자기장은 피검사체의 내부 깊숙이 침투한다. 이때, 만약 피검사체에 결함이 존재한다면, 결함의 벌어진 틈이나 공간 때문에 피검사체에 서로 다른 자극이 발생하여 자기장이 바로 통과하지 못하고 돌아가려는 왜곡현상이 발생하게 되며, 이 때문에 자극이 둘로 나누어지게 되므로 자극과 자극 사이에 자분이 집중적으로 끌려서 모이게 되며, 이를 검출하여 피검사체의 표면 또는 표면 부근에 있는 결함을 검출하게 된다.

이와 같은 자분 탐상 검사는 자화방법에 따라 선형 자화 및 원형 자화로 나뉠 수 있으며, 선형 자화에는 요크법(Yoke), 코일법(Coil)이 있으며, 원형 자화로는 프로드법(Prod), 축통전법(Head Shot), 중심 도체법(Central Coil) 등이 있다. 이러한 자분 탐상 검사는 표면 군열 검사에 적합하고, 작업이 신속하고, 간단하며, 결함 모양이 표면에 직접 나타나 육안으로 관찰이 가능할 뿐만 아니라 피검사체의 크기와 형상에 구애되지 않으며, 정밀한 전처리가 필요 없다는 등의 특성으로 인하여 현재 전 세계적으로 산업현장의 제품 품질 평가나 설비의 진단 등에 많이 활용되고 있다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래기술의 자분 탐상 장치는 피검사체를 자화시켜 결함부위를 탐상한 다음에 피검사체에 남아있는 자화를 탈자시켜 자력을 제거하게 되는데, 일반적으로 소재가 탈자가 잘되지 않는 소재일 경우 완벽한 탈자를 위해서 탈자 전에 정렬작업이 필요한데 탈자가 잘되지 않는 소재는 정렬작업 또한 잘되지 않아 완벽한 탈자를 수행할 방법이 쉽지 않은 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 피검사체를 검사하고 탈자를 위하여 2대의 장치, 구체적으로는 자분 탐상 장치와 탈자 장치를 각각 개별적으로 구성해야만 하고, 또한 자화가 잘 되지 않는 소재일 경우에는 자화시 아주 높은 전력이 필요할 뿐만 아니라 대부분 접촉방식이어서 연속적인 작업이 불가능하여 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.

특히, 종래에는 피검사체의 길이방향으로 고정된 직류 전압이 흐르면서 극성이 형성되기 때문에 상기 피검사체의 중심선 부분에는 N극과 S극이 가까워져 자분 탐상이 잘되는 반면에 중심선에서 멀어질수록 N극과 S극이 점차 멀어지게 되어 자분 탐상이 잘 이루어지지 않는 문제점이 발생하게 된다. 결국에는 이를 해결하기 위하여 종래에는 높은 전기를 공급할 수밖에 없게 되고 이에 따라 피검사체와 직접 접촉하여 전기를 공급할 수밖에 없을 뿐만 아니라 연속적인 작업이 불가능한 단점이 있었다. 그리고 위와 같이 한 방향으로만 높은 고정 직류 전압이 흐르게 되면 될수록 피검사체의 원자의 고착화가 심해져서 이후 탈자 작업이 더욱더 어려워질 수밖에 없는 문제점이 발생하게 된다.

등록실용신안공보 등록번호 제20-0281305호(고안의 명칭: 자분탐상검사장치. 공고일자: 2002년 07월 13일) 공개특허공보 공개번호 제10-1996-0014933호(발명의 명칭: 자분탐상 자화장치. 공개일자: 1996년 05월 22일) 공개특허공보 공개번호 제10-2014--0048414호(발명의 명칭: 다수의 가변식 자화코일을 구비한 자분 탐상 검사 장치. 공개일자: 2014년 04월 24일) 공개특허공보 공개번호 제10-2004-0088504호(발명의 명칭: 형광 자분 탐상 장치 및 형광 자분 탐상 방법. 공개일자: 2004년 10월 16일)

본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 한 대의 자분 탐상 장치를 이용하여 피검사체의 결함부위를 자분 탐상 검사한 다음 연속적으로 피검사체에 잔존하는 자화를 탈자시킬 수 있도록 하는 자분 탐상 검사 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 낮은 전원으로도 피검사체의 결함부위를 자분 탐상법으로 검사할 수 있도록 하는 자분 탐상 검사 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 형광자분을 피검사체의 표면에 분사하기 위한 형광자분 검사부와, 상기 피검사체에 자력을 생성시키기 위한 코어부와, 상기 코어부를 통과한 피검사체의 결함부위를 검사하기 위한 탐상 라이트와, 상기 피검사체를 이송시키기 위한 컨베이어와, 상기 코어부에 DC 전압을 공급하기 위한 DC 공급용 스위치와, 상기 코어부에 AC 전압을 공급하기 위한 AC 공급용 스위치와, 상기 DC 공급용 스위치의 스위칭에 따라 상기 코어부에 변환 직류를 계속적으로 공급하는 컨버터로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 컨베이어를 통해 피검사체를 코어부 쪽으로 이송시키는 단계와, DC 공급용 스위치의 스위칭에 따라 코어부에 변환 직류를 계속적으로 공급하여 상기 피검사체에 자력을 생성시키는 단계와, 상기 피검사체를 자분 탐상법으로 결함부위를 검사하는 단계와, 상기 컨베이어를 후진시켜 피검사체를 코어부 쪽으로 이송시키는 단계와, AC 공급용 스위치의 스위칭에 따라 코어부에 교류전기를 공급하여 상기 피검사체에 잔존하는 자력을 탈자시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명은 한 대의 자분 탐상 검사장치를 이용하여 피검사체의 결함부위를 자분 탐상법으로 신속하고 정확하게 검사할 수 있도록 하면서 자분 탐상 검사 후 피검사체에 잔존하는 자력을 연속적으로 탈자 작업할 수 있도록 하는 장점이 있다.

이렇게 함으로써 연속적인 작업이 가능할 뿐만 아니라 자화시 높은 전력이 필요없고 낮은 전원으로도 자분 탐상을 실시할 수 있으며, 또한 피검사체의 종류 및 크기에 관계없이 주파수와 전압을 변환시킴으로써 신속하고 간편하게 자분 탐상법으로 피검사체의 결함부위를 정확하게 검사하고 탈자시킬 수 있는 상승적인 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 자분 탐상 장치의 작동 원리를 개념적으로 보여주고 있는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 자분 탐상 검사 및 탈자 작업이 연속적으로 이루어지는 자분 탐상 검사장치의 기계적인 구성을 보여주고 있는 도면이다.
도 3은 도 2에서 도시하고 있는 자분 탐상 검사장치의 회로적인 구성을 보여주고 있는 도면이다.
도 4는 도 2에서 도시하고 있는 자분 탐상 검사장치를 이용하여 피검사체의 결함부위를 자분 탐상법으로 검사하는 방법을 보여주고 있는 도면이다.
도 5a와 도 5b는 도 4에서 도시하고 있는 자분 탐상 방법을 구체적으로 보여주고 있는 도면이다.
도 6은 도 2에서 도시하고 있는 자분 탐상 검사장치를 이용하여 자분 탐상 검사 후 연속적으로 피검사체의 탈자 작업이 이루어지는 방법을 보여주고 있는 도면이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 후술 될 상세한 설명에서는 상술한 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명에 있어 한 개의 대표적인 실시 예를 제시할 것이다. 그리고 본 발명으로 제시될 수 있는 다른 실시 예들은 본 발명의 구성에서 설명으로 대체한다.

본 발명에서는 한 대의 자분 탐상 검사장치를 이용하여 피검사체의 결함부위를 낮은 전원으로도 자분 탐상법으로 검사한 후 연속적으로 피검사체에 잔존하는 자화를 탈자시켜 자력을 제거할 수 있도록 함은 물론 주파수 및 전압을 변환할 수 있도록 하여 피검사체의 종류에 관계없이 자분 탐상법을 신속하고 간편하게 실시할 수 있도록 하는 자분 탐상 검사 장치 및 그 방법을 구현하고자 한다.

도 2와 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 피검사체의 자분 탐상 검사 후 연속적으로 탈자 작업을 수행할 수 있도록 하는 자분 탐상 검사장치의 구성을 보여주고 있는 도면이다. 본 발명에 따른 자분 탐상 검사장치는 종래와 같이 자분 탐상장치와 탈자 장치를 각각 개별적으로 구성하지 않고, 도 2와 같이 한 대의 자분 탐상 검사장치를 이용하여 피검사체의 결함부위를 검사함과 동시에 연속적으로 탈자 작업을 수행할 수 있도록 하는 검사장치이다. 아래에서는 이를 구체적으로 제시하고자 한다.

상기 도 2,3을 참조하면, 본 발명에 따른 자분 탐상 검사장치(10)는 피검사체(A)를 전후방향으로 이송시키기 위한 컨베이어(12)를 구성한다. 상기 컨베이어(12)는 자분 탐상법으로 피검사체(A)의 결함부위를 검사할 때 피검사체(A)를 코어부(16,18) 및 탐상 라이트(20) 쪽으로 이송시키는 역할을 하며, 또한 자분 탐상 검사 후 피검사체(A)에 잔존하는 자력을 제거하기 위하여 피검사체(A)를 반대방향(즉, 후진)으로 이송시키는 역할을 한다. 이와 같은 컨베이어(12)의 동작은 통상의 모터를 이용하여 정/역방향으로 작동시킬 수 있다.

전술한 컨베이어(12)는 도 2와 같이 프레임(11)의 상단에 설치되며, 상기 프레임(11)의 저면에는 본 발명의 자분 탐상 검사장치(10)를 자유자재로 움직일 수 있도록 하기 위하여 통상의 캐스터(caster)를 장착할 수 있다. 또한 상기 컨베이어(12)는 자분 탐상 검사시 또는 탈자 작업시에 피검사체(A)를 자유자재(예를 들어, 360°)로 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

전술한 컨베이어(12)의 중앙에는 본 발명의 필수구성요소에 해당하는 착탈자기가 설치되는데, 구체적으로는 피검사체(A)를 자분 탐상법으로 검사하고 연속적으로 탈자작업을 수행할 수 있도록 하는 코어부(16,18)가 각각 설치된다. 상기 코어부(16,18)는 사각형 모양으로 제작되고 상단과 하단에 각각 설치된다. 즉, 상기 코어부(16,18)는 도 5a에 도시한 바와 같이 중심부에는 철심(16a)을 구성하고 이 철심(16a)에 코일(16b)을 권선하여 제작되며, 상기 코일(16b)에는 직류전압 또는 교류전압이 공급된다.

이때, 상기 코어부(16,18)는 외부로부터 변환 직류 전압이 공급되면 자기장이 발생하여 코어부(16,18)를 통과하는 피검사체(A)의 결함부위를 자분 탐상법으로 검사하게 되며, 상기 자분 탐상 검사 후 교류 전압이 공급되면 생성된 자기장이 없어짐과 동시에 코어부(16,18)를 통과하는 피검사체(A)에 잔존하는 자력을 제거하는 탈자 작업을 수행한다. 이와 같은 코어부(16,18)의 구체적인 동작은 후술하는 도 4 내지 도 6의 상세 설명에 의해 용이하게 이해될 것이다.

한편, 전술한 코어부(16,18)의 양측으로는 통상의 형광 자분 검사부(14)가 설치되며, 상기 형광 자분 검사부(14)는 자화된 피검사체(A)의 표면에 형광자분탐상액을 분사시키는 역할을 한다. 이때 상기 형광 자분 검사부(14)는 통상적인 자분 탐상 검사시에 적용되는 방식인데, 구체적으로는 일반적으로 자분 탐상 검사는 형광물질이 도포된 자분을 사용하는 형광법과 일반 도료를 도포한 자분을 사용하는 비형광법으로 구분되며, 상기 형광법은 자외선을 조사하여 형광물질을 발광시켜 피검사체의 결함 위치 및 분포를 탐색하는 방식이고, 상기 비형광법은 일반 조명장치를 조사하여 피검사체의 결함 위치 및 분포를 탐색하는 방식이다. 본 발명에 따른 형광 자분 검사부(14)는 형광법에 적용되는 자분 탐상 검사이다.

전술한 코어부(16,18)의 일측으로는 통상의 탐상 라이트(20)가 설치되며, 상기 탐상 라이트(20)는 형광자분이 묻어있는 피검사체(A)에 크랙 등의 결함부위가 있는지를 검사하는 구성이다. 이 또한 자분 탐사 검사장치에 있어서는 통상적인 구성요소이므로 본 발명의 상세한 설명에서는 탐상 라이트(20)의 기술적 구성에 대해서는 구체적으로 설명하지 않기로 한다.

아래에서는 본 발명에 따른 자분 탐상 검사장치(10)에 있어서, 필수구성요소에 해당하는 코어부(16,18)의 기술적 구성 및 동작 상태를 도 3 및 도 4 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 코어부(16,18)는 각각 보빈(또는 철심: 16a)에 코일(16b)이 감겨져 구성된 것으로서, 상/하에 일정한 간격을 유지하면서 설치된다. 상기 코어부(16,18)는 도 3에 도시한 전기회로도에 의해 자력을 생성하거나 자력을 와해시키게 되는데, 구체적으로는 DC 전압이 공급될 때는 자력을 생성하여 피검사체(A)를 자화시키고, AC 전압이 공급될 때는 자력을 와해시켜 피검사체(A)에 잔존하는 강한 자력을 탈자시킨다.

도 3을 참조하면, 외부로부터 DC 전압이 공급되면 컨버터(Conveter: 50)에서는 IGBT1 및 IGBT2 쪽으로 계속적으로 변환 신호를 보내게 되고, 상기 IGBT1 및 IGBT2는 코일부(16,18)에 변환 직류를 공급(즉, '+, -'를 연속적으로 변환시키면서 공급)하게 된다.

이때, 상기 IGBT1 및 IGBT2는 두 개의 스위치와 연결되는데, 구체적으로는 코어부(16,18)로 DC 전압을 공급하는 DC 공급용 스위치(MC1: 52)와 상기 코어부(16,18)로 AC 전압을 공급하는 AC 공급용 스위치(MC2: 54)와 연결된다. 상기 DC 공급용 스위치(MC1: 52)는 외부로부터 DC 전압을 공급하여 코어부(16,18)에 교차 전류가 계속해서 흐르도록 하여 강한 자력이 형성되도록 함으로써 상기 코어부(16,18)를 통과하는 피검사체(A)를 자화시키는 역할을 한다. 상기 AC 공급용 스위치(MC2: 54)는 외부로부터 AC 전압을 공급하여 코어부(16,18)에 유도 전류를 발생시켜 상기 코어부(16,18)를 통과하는 피검사체(A)에 잔존하는 자력을 와해시켜 탈자시키는 역할을 한다.

아래에서는, 이와 같은 본 발명의 동작, 바람직하게는 자분 탐상 검사 및 탈자 작업을 도 4 내지 도 6을 참조하여 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 2 내지 도 5a를 참조하여 피검사체(A)의 결함부위를 자분 탐상법으로 검사하는 방법을 설명하고자 한다.

피검사체(A)는 컨베이어(12)를 타고 코어부(16,18) 쪽으로 이송되며, 상기 DC 공급용 스위치(MC1: 52)의 스위칭 '온'에 따라 코어부(16,18)에는 변환 직류가 계속해서 공급되며, 이에 따라 상기 코어부(16,18)에는 균일하고도 강한 자력이 생기게 되고, 코어부(16,18)를 통과하는 피검사체(A)는 강하고 균일한 자력으로 인해 자화된다. 이때 상기피검사체(A)는 형광 자분 검사부(14)를 통해 분사된 형광자분이 표면에 묻은 상태로 코어부(16,18)를 통과하게 된다. 이후, 상기 코어부(16,18)를 통과한 피검사체(A)는 탐상 라이트(20)를 통해 결함 부위가 검사된다.

이때, 도 5a와 도 5b에 도시한 바와 같이, 코어부(16)에는 직류 전압을 교차로 공급함으로써, 구체적으로는 '+, -'를 연속적으로 변환시키면서 공급함으로써 코어부(16,18)에는 N극과 S극으로 계속해서 변환되면서 강한 자력이 생성된다. 즉, 상기 코어부(16,18)에 변환 직류 전류가 공급되어 양 코어부에서 N/S 극이 교차로 계속해서 변환되고, 이에 따라 피검사체(A)의 좁은 폭 방향으로 비접촉에 의한 변환 직류 전류가 흐르게 되며 극성이 형성되기 때문에 상기 피검사체(A)가 전체적으로 자기력선이 좁고 균일하면서 촘촘하게 이루어져 낮은 전원 공급으로도 자분 탐상이 잘 이루어지게 된다. 그리고 자분탐상 검사시의 흘리는 교차식 직류 전압에 의한 원자의 한 방향성 고착을 사전에 방지하기에 이후 탈자를 완벽하게 진행할 수 있다.

다음, 자분 탐상 검사가 완료된 피검사체(A)는 컨베이어(12)에 의해 역방향으로 후진되는데, 이때 도 3에 도시한 AC 공급용 스위치(MC2: 54)를 스위칭 '온'시키기게 되면 도 4b에 도시한 바와 같이 코어부(16,18)에는 교류전기가 공급되며, 이에 따라 상기 코어부(16,18)에는 유도 전류가 발생되어 코어부(16,18)를 통과하는 피검사체(A)는 탈자가 이루어지게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 한 대의 자분 탐상 검사장치를 이용하여 피검사체(A)의 결함부위를 자분 탐상법으로 검사함과 동시에 연속적으로 피검사체(A)에 잔존하는 강한 자력을 탈자시키게 된다.

한편, 본 발명에서는 도 4에 도시한 바와 같이, 코어부(16,18)에 변환 직류를 계속적으로 공급할 때 피검사체(A)의 종류에 따라 자력의 세기를 가변시키는 것이 바람직한데, 이를 위하여 직류 주파수 변환장치(22)를 구성하였다. 즉, 상기 직류 주파수 변환장치(22)는 주파수 변환 다이얼(24)과 전압 변환 다이얼(26)로 구성되는데, 상기 다이얼(24,26)을 가변적으로 조정함으로써 다양한 종류의 피검사체(A)를 자분 탐상법으로 검사할 수 있다. 하기의 표 1에서는 피검사체(A)의 종류에 따라 주파수 값과 전류 값을 구체적으로 제시한다.

피검사체(A)의 종류	전압 값(V)	주파수 값(Hz)
소형 기어 제품	60	40
소형 샤프트 제품	65	45
중형 기어 제품	100	70
중형 샤프트 제품	105	75
대형 기어 제품	150	100
대형 샤프트 제품	160	150

10: 자분 탐상 검사장치 12: 컨베이어
14: 형광 자분 검사부 16, 18: 코어
20: 탐상 라이트 22: 직류 주파수 변환부
24: 주파수 변환 다이얼 26: 전압 변환 다이얼

Claims (2)

1. 형광자분을 피검사체(A)의 표면에 분사하기 위한 형광자분 검사부(14)와, 상기 피검사체(A)에 자력을 생성시키기 위한 코어부(16,18)와, 상기 코어부(16,18)를 통과한 피검사체(A)의 결함부위를 검사하기 위한 탐상 라이트(20)를 포함하여 구성하는 통상의 자분 탐상 검사 장치에 있어서,
   상기 피검사체(A)를 이송시키기 위한 컨베이어(12)와;
   상기 코어부(16,18)에 DC 전압을 공급하기 위한 DC 공급용 스위치(52)와;
   상기 코어부(16,18)에 AC 전압을 공급하기 위한 AC 공급용 스위치(54)와;
   상기 DC 공급용 스위치(52)의 스위칭에 따라 상기 코어부(16,18)에 변환 직류를 계속적으로 공급하는 컨버터(50)를 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 자분 탐상 검사 장치.
   
2. 상기 제1항의 장치를 이용하여 피검사체(A)의 결함부위를 자분 탐상법으로 검사하고 연속적으로 상기 피검사체(A)에 잔존하는 자력을 탈자시키는 방법에 있어서,
   상기 컨베이어(12)를 통해 피검사체(A)를 코어부(16,18) 쪽으로 이송시키는 단계와;
   상기 DC 공급용 스위치(52)의 스위칭에 따라 상기 코어부(16,18)에 변환 직류를 계속적으로 공급하여 상기 피검사체(A)에 자력을 생성시키는 단계와;
   상기 피검사체(A)를 자분 탐상법으로 결함부위를 검사하는 단계와;
   상기 컨베이어(12)를 후진시켜 상기 피검사체(A)를 코어부(16,18) 쪽으로 이송시키는 단계와;
   상기 AC 공급용 스위치(54)의 스위칭에 따라 상기 코어부(16,18)에 교류전기를 공급하여 상기 피검사체(A)에 잔존하는 자력을 탈자시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 자분 탐상 검사 방법.

Images