KR20180120395A - 로터 검사장치 및 검사방법 - Google Patents

로터 검사장치 및 검사방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로터 검사 장치와 검사 방법에 관한 것으로, 장치프레임과 로터의 길이방향을 따라 지지하도록, 상기 장치프레임상에 배치되는 서포트부재와 측정부재를 로터의 길이방향을 따라 이동하도록, 상기 장치프레임상에 배치되는 제1 이동부재와 측정부재를 로터의 상하방향을 따라 이동하도록, 상기 제1 이동부재에 연계되며 배치되는 제2 이동부재와 측정부재를 로터의 폭방향을 따라 이동하도록, 상기 제2 이동부재에 연계되며 배치되는 제3 이동부재와 상기 제3 이동부재에 배치되고, 로터와의 거리를 측정하는 위치센서 및 상기 제3 이동부재에 배치되고, 로터에 접촉되며 로터 상태를 검사하는 초음파센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 본 발명에 따르면, 로터의 배치위치 검출 및 정렬을 통해 로터의 위치를 바로잡고 초음파 검사를 실시하게 되어 보다 정밀한 균열, 손상 등의 로터 상태를 확인할 수 있는 효과가 있다.

Description

로터 검사장치 및 검사방법{APPARATUS AND METHOD FOR INSPECTING ROTOR}
본 발명은 로터 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로터의 배치위치 검출 및 정렬을 통해 로터의 위치를 바로잡고 초음파 검사를 실시하게 되어 보다 정밀한 균열, 손상 등의 로터 상태를 확인할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
가스터빈, 증기터빈 등과 같은 터보머신에 사용되는 로터는 고회전 구성부품으로서, 회전시 원심방향으로 발생되는 기계적 응력, 고온환경에서 발생되는 열적 응력 등을 충분히 견딜 수 있어야 한다.
이러한 각종 응력을 견디기 위해서는 로터 내부에 균열, 손상 등이 없어야 한다.
도 1에는 종래 로터의 내부를 검사하는 초음파 검사장치의 개략적인 형태가 도시되어 있다.
생산설비상에 포스트(2)가 배치되고, 포스트(2)상에는 가이드빔(3)이 배치되어 가이드빔(3)를 따라 와이어로 연결된 초음파센서(4)가 로터의 표면을 이동하며 초음파를 송출하여 로터 내부의 상태를 검사한다. 이때 로터의 하부에서는 롤러(5)가 로터(R)를 안정적으로 지지한다.
그런데 이동부재(2a)에 의해 포스트(2)가 로터의 길이방향를 따라 이동할 때, 로터가 포스트(2)의 이동방향과 일치하여 배치되지 않으면, 초음파센서(4)에 의한 로터 내부 상태 측정이 정밀하지 않을 수 있다.
국내특허 공개번호 : 10-2016-0092909
본 발명은 상기와 같이 관련 기술분야의 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 로터의 배치위치 검출 및 정렬을 통해 로터의 위치를 바로잡고 초음파 검사를 실시하게 되어 보다 정밀한 균열, 손상 등의 로터 상태를 확인할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 로터 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 장치프레임과 로터의 길이방향을 따라 지지하도록, 상기 장치프레임상에 배치되는 서포트부재와 측정부재가 로터의 길이방향을 따라 이동하도록, 상기 장치프레임상에 배치되는 제1 이동부재와 측정부재가 로터의 상하방향을 따라 이동하도록, 상기 제1 이동부재에 연계되며 배치되는 제2 이동부재 및 측정부재가 로터의 폭방향을 따라 이동하도록, 상기 제2 이동부재에 연계되며 배치되는 제3 이동부재를 포함하며, 상기 측정부재는, 상기 제3 이동부재에 배치되고, 로터와의 거리를 측정하는 위치센서 및 상기 제3 이동부재에 배치되고, 로터에 접촉되며 로터 상태를 검사하는 초음파센서를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 서포트부재는, 로터의 폭 방향으로 배치되는 서포트가이드와 상기 서포트가이드 상단에 이동 가능하게 배치되는 롤러플레임 및 상기 롤러프레임에 배치되고 로터를 지지하는 롤러를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2 이동부재와 상기 제3 이동부재간에 연계되며 배치되는 회전부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제3 이동부재상에 배치되고, 상기 측정부재와 연결되며, 상기 측정부재의 상하위치를 변경하는 센서승강부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1, 2, 3 이동부재를 조종하는 이동모듈과 상기 회전부재를 조종하는 회전모듈과 상기 위치센서로부터 송출된 정보로 로터와의 거리를 연산하는 위치센싱모듈 및 상기 초음파센서로부터 송출된 정보로 로터 상태를 측정하는 초음파센싱모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 서포트가이드를 조종하여 상기 롤러프레임을 로터의 폭방향으로 이동시키도록 제공되는 롤러포지션모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 센서승강부재를 조종하여 상기 위치센서 또는 상기 초음파센서를 로터 방향으로 승강시키도록 제공되는 센서포지션모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 위치센서를 로터의 일측부에 근접하게 위치시키는 위치센서 이동단계와 위치센서가 연계된 제3 이동부재를 회전시켜, 장치프레임에 수평하게 위치시키는 위치센서 수평조절단계와 로터와의 최단거리를 검출하고, 로터와의 최단거리상에서 로터의 길이방향을 따라 이동하며 위치센서의 포지션을 변경시키는 위치센서 포지션 변경 단계와 로터의 길이방향을 따라 이동하며 로터와의 거리를 측정하는 위치센싱단계와 로터의 표면에 접촉되어 초음파를 송출하며 로터 상태를 측정하는 초음파센싱단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 위치센싱단계 이후와 상기 초음파센싱단계 이전에, 로터가 제1 이동부재와 수평하게 위치하였는지를 판단하는 로터 정위치 판단단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 상기 로터 정위치 판단단계 이후에, 로터가 제1 이동부재와 수평하게 위치하도록 롤러가 배치된 서포트부재를 로터의 폭방향으로 이동시키는 롤러포지션 변경 단계 및 상기 롤러포지션 변경 단계 이후에, 위치센서를 로터의 일측부에 근접하게 위치시키는 위치센서 이동단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 위치센서의 3차원 이동을 통해 로터 검사 전 로터의 배치위치를 사전 측정하고, 로터를 지지하는 복수의 열로 배치된 롤러의 위치를 로터의 폭방향으로 변경하며 로터의 위치를 사용자가 원하는 상태로 위치시킬 수 있어, 초음파센서로 균열, 손상 등의 로터 상태 측정을 보다 정밀하게 수행될 수 있도록 한다.
도 1은 종래 로터 검사장치의 일 형태를 개략적으로 도시한 정면도.
도 2는 본 발명인 로터 검사장치의 개략적인 형태를 나타낸 정면도.
도 3은 도 2에 도시된 발명의 상면도.
도 4는 본 발명인 로터 검사장치의 제어시스템을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명인 로터 검사방법을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 로터 검사장치 및 검사방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명인 로터 검사장치의 개략적인 형태를 나타낸 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 발명의 상면도이며, 도 4는 본 발명인 로터 검사장치의 제어시스템을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명인 로터 검사방법을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 3를 참고하면, 본 발명인 로터 검사장치는 장치프레임(20), 서포트부재(90), 제1 이동부재(30), 제2 이동부재(40), 제3 이동부재(60), 회전부재(50), 센서승강부재(70), 위치센서(81) 및 초음파센서(83)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 장치프레임(20)은 로터의 생산설비상에 배치될 수 있으며, 상기 서포트부재(90)는 로터의 길이방향을 따라 지지하도록, 상기 장치프레임(20)상에 배치될 수 있다.
상기 서포트부재(90)는 로터의 폭방향으로 배치되는 서포트가이드(91)과 상기 서포트가이드(91) 상단에 안착되고 이동 가능하게 배치되는 롤러프레임(93) 및 상기 롤러프레임(93)에 회전되게 배치되고 로터를 지지하는 롤러(95)가 포함할 수 있다.
상기 서포트부재(90)는 제1 이동부재(30)의 길이방향을 따라 복수의 유닛으로 배치될 수 있다. 각 유닛은 로터가 제1 이동부재(30)에 대비하여 수평하게 배치되지 않은 경우, 로터의 길이방향 위치를 변경하여 제1 이동부재(30)에 수평하게 위치하도록 변경하게 된다.
즉 롤러프레임(93)이 외부동력에 의해 구동되는 리니어가이드와 같은 서포트가이드(91) 상단에서 로터의 폭방향으로 이동하며 로터의 길이방향 위치를 변경한다.
다음 상기 제1 이동부재(30)는 측정부재(80)가 로터의 길이방향을 따라 이동하도록, 상기 장치프레임(20)상에 배치될 수 있다. 이러한 상기 제1 이동부재(30)는 로터의 길이방향을 따라 장치프레임(20)상에 배치되고 외부동력에 의해 구동되는 제1 리니어가이드(31)와 제1 리니어가이드(31)상에 이동되게 연결되며 배치되는 이동포스트(33) 및 제1 리니어가이드(31)의 양단부에 배치되는 스토퍼(35)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 이동부재(30)에 의해 측정부재(80)는 로터의 길이방향인 X축 방향을 따라 이동할 수 있다.
다음 제2 이동부재(40)는 측정부재(80)가 로터의 상하방향을 따라 이동하도록, 상기 제1 이동부재(30)에 연계되며 배치될 수 있다. 이러한 상기 제2 이동부재(40)는 이동포스(33)상에 상하방향으로 배치되고 외부동력에 의해 구동되는 제2 리니어가이드(41)와 제2 리니어가이드(41)상에 승강되게 배치되는 승강블록(43)를 포함할 수 있다.
제2 이동부재(40)에 의해 측정부재(80)는 로터의 상하방향인 Z축 방향을 따라 이동할 수 있다.
다음 회전부재(50)는 상기 제2 이동부재(40)와 상기 제3 이동부재(60)간에 연계되며 배치되는데, 상기 승강블록상에 내장된 모터(51)와 모터(51)의 샤프트에 연결되는 회전빔(53)을 포함할 수 있다.
그리고 상기 제3 이동부재(60)는 측정부재(80)가 로터의 폭방향을 따라 이동하도록, 상기 제2 이동부재(40)에 연계되며 배치될 수 있다. 이러한 상기 제3 이동부재(60)는 상기 회전빔(53)에 연결되는 가이드빔(61)과 상기 가이드빔(61)의 내부를 관통하며 신축되는 신축빔(63)를 포함할 수 있다.
제3 이동부재(60)에 의해 측정부재(80)는 로터의 폭방향인 Y축 방향을 따라 이동할 수 있다.
여기서 상기 측정부재(80)는 상기 제3 이동부재(60)의 신축빔(63)상에 센서승강부재(70)와 연계되며 배치되고 로터와의 거리를 측정하는 위치센서(81)와 상기 제3 이동부재(60)의 신축빔(63)상에 센서승강부재(70)와 연계되며 배치되고 로터에 접촉되며 로터 상태를 검사하는 초음파센서(83)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 센서승강부재(70)는 상기 제3 이동부재(60)상에 배치되고, 상기 위치센서(81) 또는 상기 초음파센서(83)와 연결되며, 상기 위치센서(81) 또는 상기 초음파센서(83)의 상하위치를 변경하도록 제공될 수 있다. 이러한 센서승강부재(70)는 모터의 회전축에 연결된 릴(71)과 일측은 릴(71)에 연결되고 타측은 측정부재(80)에 연결된 와이어를 포함할 수 있다.
한편, 도 4를 참고하면, 본 발명인 로터 검사장치는 제어부(110), 디스플레이부(120), 이동모듈(180), 회전모듈(170), 위치센싱모듈(140), 초음파센싱모듈(150), 롤러포지션모듈(130) 및 센서포지션모듈(160)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제어부(110)는 로터 검사장치를 조종하는 각종 모듈을 전반적으로 제어하는 제어프로그램일 수 있으며, 상기 디스플레이부(120)는 각종 모듈에 의해 로터 검사장치의 현상태를 사용자에게 표시하는 모니터일 수 있다.
상기 이동모듈(180)은 상기 제1,2,3 이동부재(30,40,60)를 조종하는 프로그램일 수 있으며, 상기 이동모듈(180)은 다시 제1 이동부재(30)를 구동하는 X축 이동부(181)와 제2 이동부재(40)를 구동하는 Z축 이동부(185) 및 제3 이동부재(60)를 구동하는 Y축 이동부(183)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 이동모듈(180)에 의해 측정부재(80)는 로터의 일측부에 인접하여 위치하게 된다.
다음 상기 회전모듈(170)은 상기 모터(51)를 구동하여 상기 회전빔(53)이 지면에 대해 수평하게 위치시키게 된다.
그리고 상기 롤러포지션모듈(130)은 상기 서포트가이드(91)를 조종하여 상기 롤러프레임(93)을 로터의 폭방향으로 이동시키는 프로그램일 수 있다. 이에 의해 로터의 길이방향이 제1 이동부재(30)와 수평하게 정렬하게 된다.
상기 센서포지션모듈(160)은 상기 센서승강부재(70)의 릴(71)를 조종하여 와이어(73)의 승강을 통해 상기 위치센서(81) 또는 상기 초음파센서(83)를 로터 방향으로 승강시키는 프로그램일 수 있다.
다음 상기 위치센싱모듈(140)은 상기 위치센서(81)로부터 송출된 정보로 로터와의 거리를 연산하는 프로그램일 수 있으며, 상기 초음파센싱모듈(150)은 상기 초음파센서(83)로부터 송출된 정보로 로터 상태를 측정하는 프로그램일 수 있다. 연산되거나 또는 측정된 정보는 제어부(110)를 통해 디스플레이부(120)로 송출되어 사용자가 수치값 및 상태를 확인하게 된다.
본 발명의 구성은 상기와 같으며, 이하에서는 상기 구조에 의한 로터 검사방법에 대해 살펴보도록 한다.
도 5를 참고하면, 본 발명인 로터 검사방법은 위치센서(81) 이동단계, 위치센서(81) 수평조절단계, 위치센서(81) 포지션 변경단계, 위치센싱단계, 로터 정위치 판단단계, 및 초음파센싱단계를 포함하여 구성될 수 있다.
우선 사용자는 이동모듈(180)을 이용하여 제1 이동부재(30)를 통해 위치센서(81)를 로터 일측부의 X축 방향으로 이동시킨 다음, 제2 이동부재(40)를 통해 위치센서(81)를 로터의 일측부의 Z축 방향으로 이동시키고, 제3 이동부재(60)를 통해 위치센서(81)를 로터의 일측부의 Y축 방향으로 이동시켜 로터의 일측부에 인접한 로터의 상부에 위치위치센서(81)가 정렬되도록 한다.
다음 사용자는 회전모듈(170)을 이용하여 모터(51)를 구동하여 회전빔(53)이 지면에 대해 수평하게 위치하도록 한다. 물론 회전빔(53)이 원래 지면에 수평하게 위치되어 있는 경우에는 본 단계는 생략될 수 있다.
그리고 사용자는 센서포지션모듈(160)을 이용하여 릴(71)를 통해 위치센서(81)를 복수회 승강시키며, 제3 이동부재(60)와 로터간의 최단거리를 검출한다. 이후 로터와의 최단거리에 해당하는 신축빔(63)상에 고정되며 로터의 길이방향을 따라 제1 이동부재(30)의 의해 이동되며, 위치센서(81)의 포지션을 변경한다.
이때 이와 동시에 위치센서(81)는 로터의 길이방향을 따라 이동하며 로터와의 거리를 위치센싱하며 측정하게 된다. 이러한 위치센싱 정보는 위치센싱모듈(140)로 송출되고, 위치센싱모듈(140)은 위치센서(81)의 이동간에 로터와의 최단거리가 유지되고 있는지 여부를 연산하게 된다.
로터와의 최단거리가 유지되고 있다면, 로터는 제1 이동부재(30)와 수평하게 배치되어 있는 것이므로, 다음 단계인 초음파센싱 단계로 넘어가지만, 반대로 로터와의 최단거리가 유지되지 않는다면, 로터는 제1 이동부재(30)와 수평하게 배치된 것이 아니다.
상기 로터 정위치 판단단계는 상기 위치센싱단계 이후와 상기 초음파센싱단계 이전에, 로터가 제1 이동부재(30)와 수평하게 위치하였는지를 판단하게 되며, 이는 위치센싱모듈(140)의 연산정보의 의해 사용자가 인식하게 된다.
로터가 정위치, 즉 제1 이동부재(30)와 수평하게 위치하지 않은 경우에는 사용자는 롤러포지션모듈(130)을 이용하여 서포트부재(90) 중 어느 하나의 유닛상 서포트가이드(91)를 구동하여 롤러프레임(93)의 위치를 변경함으로써, 롤러(95)상에 지지되는 로터의 길이방향 위치를 변경한다.
이후 다시 위치센서(81) 이동단계를 통해 위치센서(81)를 로터의 일측부에 인접하여 위치시키고, 로터의 길이방향 정위치 여부를 판단한다.
로터의 길이방향 위치 변경 후 제1 이동부재(30)와 수평하게 위치하면, 이제 로터의 표면에 접촉되어 초음파를 송출하며 로터 상태를 검사하는 초음파센싱을 실시한다. 이때 사용자는 복수의 승강을 통해 초음파센싱의 로터 표면상의 위치를 변경하며 국부적 지점에서의 로터의 내부 균열, 손상 등의 상태를 검사한다.
본 발명은 상기와 같은 검사방법을 통해 로터 내부의 상태를 보다 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
이상의 사항은 로터 검사장치 및 검사방법의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
R:로터
10:로터 정렬 및 검사 장치
20:장치프레임
30:제1 이동부재
40:제2 이동부재
50:회전부재
60:제3 이동부재
70:센서승강부재
80:측정부재
81:위치센서
83:초음파센서
90:서포트부재
110:제어부
120:디스플레이부
130:롤러포지션모듈
140:위치센싱모듈
150:초음파센싱모듈
160:센서포지션모듈
170:회전모듈
180:이동모듈
181:x축 이동부
183:y축 이동부
185:z축 이동부

Claims (10)

  1. 장치프레임:
    로터의 길이방향을 따라 지지하도록, 상기 장치프레임상에 배치되는 서포트부재;
    측정부재가 로터의 길이방향을 따라 이동하도록, 상기 장치프레임상에 배치되는 제1 이동부재;
    측정부재가 로터의 상하방향을 따라 이동하도록, 상기 제1 이동부재에 연계되며 배치되는 제2 이동부재; 및
    측정부재가 로터의 폭방향을 따라 이동하도록, 상기 제2 이동부재에 연계되며 배치되는 제3 이동부재;를 포함하며,
    상기 측정부재는, 상기 제3 이동부재에 배치되고, 로터와의 거리를 측정하는 위치센서; 및 상기 제3 이동부재에 배치되고, 로터에 접촉되며 로터 상태를 검사하는 초음파센서;를 포함하는 로터 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서포트부재는,
    로터의 폭 방향으로 배치되는 서포트가이드;
    상기 서포트가이드 상단에 이동 가능하게 배치되는 롤러플레임; 및
    상기 롤러프레임에 배치되고 로터를 지지하는 롤러;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 이동부재와 상기 제3 이동부재간에 연계되며 배치되는 회전부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 이동부재상에 배치되고, 상기 측정부재와 연결되며, 상기 측정부재의 상하위치를 변경하는 센서승강부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1, 2, 3 이동부재를 조종하는 이동모듈;
    상기 회전부재를 조종하는 회전모듈;
    상기 위치센서로부터 송출된 정보로 로터와의 거리를 연산하는 위치센싱모듈; 및
    상기 초음파센서로부터 송출된 정보로 로터 상태를 측정하는 초음파센싱모듈;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 서포트가이드를 조종하여 상기 롤러프레임을 로터의 폭방향으로 이동시키도록 제공되는 롤러포지션모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 센서승강부재를 조종하여 상기 위치센서 또는 상기 초음파센서를 로터 방향으로 승강시키도록 제공되는 센서포지션모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사 장치.
  8. 위치센서를 로터의 일측부에 근접하게 위치시키는 위치센서 이동단계;
    위치센서가 연계된 제3 이동부재를 회전시켜, 장치프레임에 수평하게 위치시키는 위치센서 수평조절단계;
    로터와의 최단거리를 검출하고, 로터와의 최단거리상에서 로터의 길이방향을 따라 이동하며 위치센서의 포지션을 변경시키는 위치센서 포지션 변경 단계;
    로터의 길이방향을 따라 이동하며 로터와의 거리를 측정하는 위치센싱단계;
    로터의 표면에 접촉되어 초음파를 송출하며 로터 상태를 측정하는 초음파센싱단계;
    를 포함하는 로터 검사방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 위치센싱단계 이후와 상기 초음파센싱단계 이전에, 로터가 제1 이동부재와 수평하게 위치하였는지를 판단하는 로터 정위치 판단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 로터 정위치 판단단계 이후에, 로터가 제1 이동부재와 수평하게 위치하도록 롤러가 배치된 서포트부재를 로터의 폭방향으로 이동시키는 롤러포지션 변경 단계; 및
    상기 롤러포지션 변경 단계 이후에, 위치센서를 로터의 일측부에 근접하게 위치시키는 위치센서 이동단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 검사방법.

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