KR20190018285A

KR20190018285A - 감속과 결함 지시 기능을 구비하는 휴대형 엔코더 장치

Info

Publication number: KR20190018285A
Application number: KR1020170103060A
Authority: KR
Inventors: 이진이; 김정민
Original assignee: 조선대학교산학협력단
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2019-02-22
Also published as: KR101988886B1

Abstract

본 발명은 와전류 검사 장치를 지지하는 엔코더 장치가 개시된다. 본 장치는 와전류 검사 장치의 프로브가 비파괴 검사의 대상인 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 소정의 조건에 기초하여 프로브의 이동 속도를 제어하는 브레이크, 시험편과 인접한 튜브에 결합되는 지지부, 프로브가 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 시험편 내부의 프로브의 위치에 대응되는 신호를 출력하는 엔코더, 능동형 코일 센서 및 자기 센서 배열에서 출력되는 신호를 증폭하며, 증폭된 신호의 진폭 및 위상차를 출력하도록 제어하는 증폭-분기 신호처리부, 증폭-분기 신호처리에서 출력된 신호에 기초하여 시험편의 결함을 검출하는 제어 모듈 및 제어 모듈로부터 출력 신호를 수신하여 결함 위치, 결함 종류 및 결함 크기 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다. 이에 따라, 작업자가 수동으로 프로브를 인출할 때 전열관 입구의 구멍을 주시하게 되는데, 이때 결함의 유무, 위치 및 크기를 동시에 알 수 있도록 지시할 수 있다.

Description

감속과 결함 지시 기능을 구비하는 휴대형 엔코더 장치{A portable encoder apparatus for decelerating a device and indicating flaws}

본 발명은 비파괴 검사를 위한 와전류 검사 장치를 지지하는 엔코더 장치에 관한 것이다.

발전소에 구비된 열교환기는 유체의 열을 전열관(heat trasfer tube)의 전열면을 통해 열전달을 일으켜 가열, 냉각, 응축 등의 기능을 수행한다. 고온, 고압, 진동, 수화학 환경 하에서 장시간 활용한 열교환기 전열관 튜브는 부식, 점식, 침식, 공식, 마모, 감육, 피로균열, SCC(stress corrosion cracking), IASCC(irradiation assisted stress corrosion cracking) 등의 손상을 입을 수 있다. 이러한 손상에 기인하여 열교환기 본연의 기능을 수행하지 못할 경우, 발전소 정상운전에 지장을 초래할 수 있다. 따라서, 열교환기 전열관의 건전성 확인을 위한 비파괴검사가 발전소 계획, 예방, 및 정비 기간 동안 주기적으로 수행되고 있다. 이를 위한 와전류검사용 탐촉자(probe)가 전열관 내부에 삽입되어 비파괴검사가 수행될 수 있다.

다만, 전열관 내부에 탐촉자가 삽입되는 경우, 전열관 내부에서의 탐촉자의 정확한 위치에 대한 정보를 지시하는 기기 및 탐촉자의 삽입 및 인출 속도를 제어하는 기기의 대두가 요청된다.

공개특허공보 10-2012-0054419호(공개일 2012.05.22)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 일 실시 예는 와전류 검사 장치를 지지하며, 전열관 내부의 탐촉자의 위치 정보를 지시하고, 탐촉자의 삽입 또는 인출시 이동 속도를 제어하며, 결함의 유무, 위치, 종류 등에 관한 정보를 제공하는 엔코더 장치를 제안한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 비파괴 검사를 수행하는 와전류 검사 장치는 상기 시험편의 내부에 삽입되어 상기 시험편의 내벽에 유도전류를 인가하기 위한 능동형 코일 센서; 상기 능동형 코일 센서에 인접하거나 하부에 배치되고, 복수의 자기 센서를 포함하며, 환형으로 형성된 자기 센서 배열; 상기 능동형 코일 센서 및 자기 센서 배열에 전원을 인가하고 출력되는 신호를 전송하는 신호케이블; 및 상기 와전류 검사 장치를 지지하는 엔코더 장치;를 포함하며, 상기 엔코더 장치는 상기 시험편과 인접한 튜브에 결합되는 지지부, 상기 신호케이블이 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 소정의 조건이 만족되는 경우 상기 신호케이블의 이동 속도를 제어하는 브레이크, 상기 신호케이블이 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 상기 시험편 내부의 상기 신호케이블의 위치에 대응되는 신호를 출력하는 엔코더를 포함하며, 상기 와전류 검사 장치는 상기 능동형 코일 센서 및 상기 자기 센서 배열에서 출력되는 신호를 증폭하며, 증폭된 신호의 진폭 및 위상차를 출력하도록 제어하는 증폭ㅡ분기 신호처리부; 상기 증폭ㅡ분기 신호처리에서 출력된 신호에 기초하여 상기 시험편의 결함을 검출하는 제어 모듈; 및 상기 제어 모듈로부터 출력 신호를 수신하여 결함 위치, 결함 종류 및 결함 크기 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 포함한다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 감속과 결함지시기능을 구비한 휴대형 엔코더 장치를 이용하여, 작업자가 열교환기 전열관에 결함 검출 장치를 삽입 또는 인출하는 과정에서 전열관의 입구를 주시하게 되는데, 그럼에도 불구하고 결함의 유무와 크기를 인식할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 감속과 결함 지시 기능을 구비한 휴대형 엔코더 장치를 이용하여, 작업자에 의한 수동형 삽입 및 인출의 경우에도 일정한 거리 정보를 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 감속과 결함지시기능을 구비한 휴대형 엔코더 장치를 이용하여, 종래의 보빈형 와전류 탐촉자에 비하여, 결함의 존재에 기인한 전자기장의 왜곡 분포를 정량적으로 측정하여, 부식, 마모, 균열을 판별하고, 이를 정량적으로 평가할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 감속과 결함지시기능을 구비한 휴대형 엔코더 장치를 이용하여, 작업자에 의한 삽입 또는 인출 속도가 빠를 경우에는 인출 속도를 제어함으로서, 결함의 정보를 보다 정확하게 지시할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 고비용인 푸쉬풀러를 이용하지 않더라도 고압급수가열기, 저압급수가열기 및 습분분리재열기 등에서 상술한 휴대형 엔코더 장치를 이용하여 와전류 검사 장치의 이동 속도가 제어되고, 거리 정보를 취득할 수 있다.

또한, 상기 와전류 검사 장치가 제공됨으로써, 종래의 회전형 와전류 탐촉자에 비하여, 회전체를 포함하지 않는 구조임에도 불구하고, 고속으로 전자기장의 왜곡 분포가 정량적으로 측정될 수 있으며, 부식, 마모, 균열이 판별될 수 있고, 정량적으로 평가될 수 있으며 우수한 내구성이 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비파괴 검사를 수행하는 와전류 검사 장치 및 이를 지지하는 엔코더 장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 주파수 교류전원 인가회로를 나타낸다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 코일 및 참조 코일을 이용하여 와전류의 신호를 취득하기 위한 회로를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 비파과 검사를 수행하는 와전류 검사 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함을 포함한 시험편을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 코일센서에 의한 신호유형을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동형 자기센서 배열에 의한 신호유형을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔코더 장치의 외관을 나타낸다.
도 9는 도 8의 엔코더 장치의 일 영역을 확대한 도면이다.
도 10(a) 내지 도 11(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔코더 장치에 포함된 브레이크를 나타낸 도면이다.
도 12(a) 및 12(b)는 엔코더 장치에 포함된 표시부를 설명하기 위한 도면이다.
도 13는 본 발명의 일 실시 예에 따른 와전류 검사 장치의 구동 방법을 나타낸다.
도 14(a) 내지 도 14(f)는 능동형 코일 센서를 통해 결함별 와전류 검사를 수행한 결과를 나타낸다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수동형 자기센서 배열을 통해 결함별 와전류 검사를 수행한 결과를 나타낸다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 비파괴 검사를 위한 와전류 검사 장치(100) 및 이를 지지하는 엔코더 장치(200)를 함께 나타낸다.

참고적으로, 비파괴 검사는 초음파, 와전류 등을 이용하여 시험편(10) 내부의 기공이나 균열 등의 결함 등을 시험편(10)을 파괴하지 않고 검사할 수 있다. 와전류(Eddy Current)란 도체표면에 가해지는 교류 자기장에 의한 유도전류이며, 와전류 검사 장치는 시험편(10)에 유도된 와전류를 측정하여 비파괴검사를 수행하는 장치이다. 또한, 프로브(probe)라고 불리는 탐촉자(30)는 비파괴검사를 수행하기 위한 검색 유닛(search unit)에 해당된다. 본 명세서에서는 원자력 발전소의 열교환기에 사용되는 유체의 열을 전달하는 전열관(heat trasfer tube)을 시험편(10)을 예를 들어 설명하나, 구현시에는 비파괴 검사의 대상인 다양한 오브젝트가 시험편(10)으로 이용될 수 있다.

먼저, 와전류 검사 장치(100)는 탐촉자(30), 능동형 코일(110), 수동형 자기센서 배열(120), 전원 공급부(107), 진폭/위상차 신호처리부(183) 및 연산부(115a)를 포함할 수 있다.

전원 공급부(107)는 탐촉자(30)의 내부(30a)에는 능동형 코일 센서(110) 및 수동형 자기센서 배열(120)에 전원을 인가할 수 있고, 엔코더 장치(200)에 전원을 인가할 수 있으나, 구현시에는 엔코더 장치(200)가 개별 전원에 의해 구동될 수도 있다.

자기 센서 배열(120)은 능동형 코일(110)에 인접하거나 하부에 배치될 수 있다. 인접이라 함은 능동형 코일(110)과 자기센서 배열(120)이 동축상에 나란히 배열된 상태를 의미하고, 하부라 함은 능동형 코일과 자기센서 배열이 동심상에 배열된 상태를 의미할 수 있다.

단면을 비교하면 인접의 경우 능동형 코일(110)이 이루는 제1 원형단면과 자기센서 배열(120)이 이루는 제2 원형단면이 평행해 보일 수 있고, 하부의 경우에는 제1 원형단면과 제2 원형단면이 겹쳐 보일 수 있다.

도면에는 도시되지 않았으나, 능동형 코일(110) 및 수동형 자기센서 배열(120)에서 출력되는 신호가 승산, 증폭, 분기회로 등으로 입력될 수 있다. 진폭/위상차 신호처리부(183)는 시험편(10)의 결함에 따라 발생되는 신호의 진폭 및 위상차를 처리할 수 있다.

연산부(115a)는 출력 신호의 진폭 및 위상차에 기초하여 결함의 위치, 크기, 종류 등을 판단하여 엔코더 장치(200)의 표시부(240) 등에 제공할 수 있다.

그 다음으로, 엔코더 장치(200)는 와전류 검사 장치(100)에 결합되어 일체형으로 구현될 수 있고, 와전류 검사 장치(100)에 탈부착식으로 구현될 수 있다.

엔코더 장치(200)는 탐촉자(30)가 시험편(10)에 삽입되거나 인출될 때, 시험편(10) 주변의 튜브에 지지부(210)를 삽입하여 와전류 검사 장치(100) 및 엔코더 장치(200)가 고정될 수 있게 한다.

또한, 엔코더 장치(200)는 탐촉자(30)가 시험편(10)으로 삽입 또는 인출될 때, 탐촉자(30)가 시험편(10)에 얼마만큼 삽입되었는지 거리를 엔코더(220)를 통해 산출할 수 있다. 엔코더(220)는 모터의 회전수를 탐촉자(30)가 시험편(10)에 삽입되는 거리로 환산할 수 있다. 다만, 엔코더(220)의 구체적인 구현은 다양한 방식에 의해 가능하다.

또한, 엔코더 장치(200)는 시험편(10)의 결함이 어디에 위치하는지 표시하는 표시부(240)를 포함할 수 있다. 표시부(240)는 시험편(10)에 생긴 결함의 유무, 위치, 종류, 크기 등의 정보를 디스플레이할 수 있다.

또한, 엔코더 장치(200)의 브레이크(230)는 와전류 검사 장치(100)가 소정의 속도보다 더 빠르게 시험편(10)에 삽입 또는 인출되는 경우 와전류 검사 장치(100)의 이동 속도를 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 주파수 교류전원 인가회로를 나타낸다.

도 2와 같이, 측정 시험편(10)에 내삽된 능동형 코일(110) 및 무결함 시험편(미도시)에 내삽된 참조코일(110r)의 출력이 차동으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 전원공급부(107, 다중 주파수 교류전원 인가부)의 브릿지 회로의 일단에 능동형 코일(110)이 배치되고, 다른 일단에 참조 코일(110r)이 배치되며 두 개의 저항이 각각 배치될 수 있다.

전원공급부(107)는 후술할 제어 모듈(115)의 제어에 따라 복수의 주파수 중 선택된 주파수로 교류전원이 인가될 수 있다. 이때, 능동형 코일(110) 및 참조 코일(110r)의 출력이 차동으로 연결되면, 출력신호는 아래 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다. 여기서, reference는 참조 코일(110r), specimen은 능동형 코일(110)을 나타낸다.

[수학식 1]

만약, 시험편(10)에 결함이 존재하지 않는 경우에는 [수학식 8]의 Ψ에 의한 출력전류는 0 이다. 하지만, 시험편(10)에 결함이 존재하는 경우에는 Ψ가 0이 아니며, 결함의 위치 및 크기에 따라 [수학식 2]와 [수학식 3]으로 표현되는 임피던스 및 위상차가 변화한다.

[수학식 2]

[수학식 3]

편의상 결함이 있는 경우에 출력되는 전류를 [수학식 2]와 [수학식 3]을 이용하여 아래 [수학식 4]과 같이 도출될 수 있다. 여기서, crack은 결함을 나타낸다.

[수학식 4]

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 능동형 코일(110) 및 참조 코일(110r)을 이용하여 와전류의 신호를 취득하기 위한 회로를 나타낸다. 다만, 구현시에는 상기 참조코일(110r)이 회로에서 생략될 수 있으며, 무결함 시험편(미도시)도 생략될 수 있다.

와전류 검사 장치(100)는 능동형 코일(110)과 참조코일(110r)의 차동 신호선을 코일센서 출력용 교류증폭회로(130)에 연결하여 충분한 신호레벨로 증폭할 수 있다. 와전류 검사 장치(100)는 증폭된 신호레벨을 코일센서 출력용 분기회로(135)에 의하여 분기할 수 있다. 또한, 와전류 검사 장치(100)는 각각의 분기신호를 코일센서 출력용 승산회로(140)를 이용하여 위상지연 구형파 회로(105)의 신호(105a)와 승산하는 경우, 상기 [수학식 4]을 아래의 [수학식 5] 및 [수학식 6]으로 도출할 수 있다. 여기서, 위상지연 구형파 회로(105)는 90도의 위상차를 가지는 신호를 코일센서 출력용 승산회로(140)에 제공할 수 있다.

[수학식 5]

[수학식 6]

와전류 검사 장치(100)는 승산된 신호 각각을 코일센서 출력용 적분회로(145)에 의하여 적분할 수 있다. 와전류 검사 장치(100)는 제어 모듈(115)을 이용하여 보빈형 코일(110)의 신호연산을 수행하는데 있어 신호를 복소수 평면의 실수부와 허수부로 표현할 수 있다.

즉, 상기 [수학식 5] 및 [수학식 6]의 각 변을 제곱하여 더한 후 제곱근 연산을 수행한 경우, 아래 [수학식 7]와 같은 임피던스의 차이가 도출될 수 있다. 시험편(10)에 결함이 존재하는 경우, 유도전류의 임피던스가 증가하게 된다.

[수학식 7]

또한, 나눗셈 연산을 수행하는 경우, 아래 [수학식 8]와 같은 위상차가 도출될 수 있다. 상기 위상차에 기초하여 시험편(10)의 내벽(ID, inner diameter) 또는 외벽(OD, outer diameter)에 결함이 발생되었는지 검출될 수 있다.

[수학식 8]

이와 같이 와전류 검사 장치(100)는 시험편(10)의 어떤 위치에 결함이 발생되었는지 임피던스의 차이 및 위상차에 기초하여 검출할 수 있다.

이하에서는 도 4을 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 와전류 검사 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 와전류 검사 장치(100)는 코일(110, 110r) 센싱에 기반한 결함 검출 및 수동형 자기센서 배열(120)을 이용한 결함 검출을 모두 제공할 수 있다.

우선 코일(110, 110r) 센싱을 먼저 기술하기로 한다.

와전류 검사 장치(100)는 다중 주파수를 인가하는 다중 주파수 교류 전원 인가부(107)를 포함할 수 있다. 상기 교류 전원 인가부(107)는 도 1에 도시된 전원공급부(107)와 동일할 수 있고, 상이할 수도 있다.

와전류 검사 장치(100)의 제어 모듈(115)은 상기 다중 주파수 교류 전원 인가부(107)에 복수의 주파수가 인가될 수 있도록 제어할 수 있다.

와전류 검사 장치(100)는 인가된 교류 전류에 코일센서 출력용 교류증폭 회로(130), 코일센서 출력용 분기회로(135)에서 출력된 신호와 위상지연 구형파 회로(105)에서 90도 위상차를 두는 구형파 신호를 코일센서 출력용 승산회로(140)에서 승산할 수 있다.

승산된 신호는 코일센서 출력용 적분회로(145) 및 코일센서 출력용 직류 증폭 회로(150)를 거쳐 AD 변환회로(155)에 의해 아날로그 신호가 디지털신호로 변환될 수 있다.

이때, 제어 모듈(115)의 능동형 코일센서 신호 연산부(115b1)은 코일센서 출력용 직류증폭회로(150)로부터 출력된 2개의 신호를 조합하여 결함 유무와 위치에 따른 진폭과 위상차를 계산할 수 있다.

그 다음, 코일(110, 110r) 센싱에 이어 자기센서 배열(120)을 이용한 결함 검출을 설명하기로 한다. 자기센서 배열(120)은 환형으로 구현될 수 있고, 원통형으로 구현될 수 있으며, 플렉서블 PCB에 실장된 선형으로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

먼저, 와전류 검사 장치(100)는 자기센서 배열(120)에 구동전원을 선택적으로 인가할 수 있다.

와전류 검사 장치(100)는 인가된 신호가 자기센서 출력용 교류증폭회로(160), 자기센서 출력용 병렬형 분기회로(165)을 통해 출력되도록 제어할 수 있다.

이때, 분기회로(165)에서 출력된 신호는 위상지연 구형파 회로(105)의 구형파 신호와 자기센서 출력용 승산회로(170)를 통해 승산될 수 있다. 상기 구형파 신호는 코일센서(110, 110r)에서 사용한 구형파 신호일 수 있으며, 90도의 위상차를 가지게 되나, 구현시에는 다른 각도의 위상차도 가능하다.

승산된 신호는 자기센서 출력용 적분회로(175), 자기센서 적분신호 출력용 직류증폭회로(180)를 거쳐 AD 변환회로(155)에 의해 아날로그 신호가 디지털 신호로 바뀔 수 있다.

이때, 제어 모듈(115)의 환형 배열형 자기센서 신호 연산부(115b2)는 자기센서 출력용 직류증폭회로(180)로부터 출력된 열방향 센서수의 2배에 해당되는 신호를 조합하여 결함 유무와 위치에 따른 진폭과 위상차의 분포를 계산할 수 있다.

그리고, 상기 능동형 코일센서 신호연산부(115b1)와 환형 배열형 자기센서 신호연산부(115b2)는 각각 코일센서 출력용 적분회로(145)를 거쳐서 출력된 2개의 적분신호를 증폭하기 위한 코일센서 출력용 직류증폭회로(150)와, 자기센서 출력용 적분회로(175)를 통과하여 출력된 센서 1개당 2개씩의 적분신호를 증폭하기 위한 자기센서 출력용 직류증폭회로(180)와, 상기 자기센서 출력용 직류증폭회로(180)와 코일센서 출력용 직류증폭회로(150)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하기 위한 AD변환회로(155)를 거쳐서 연산장치에 입력된 후에 구동될 수 있다.

또한, 환형 자기센서 배열(120)이 실린더 형태로 구성된 경우, 실린더 배열형 자기센서 신호 연산부(미도시)는 다중 주파수 교류전원 인가부(107)의 특정주파수를 선택한 상태에서, 자기 센서 배열(120)의 원호방향의 각 열을 순차적으로 선택하면서, 상기 자기센서 적분신호 증폭용 직류증폭회로(180)로부터 출력된 열방향 센서수의 2배에 해당하는 신호를 조합하여 결함 유무와 위치에 따른 진폭과 위상차의 분포를 계산할 수 있다.

제어 모듈(115)은 다중주파수 교류전원 인가부(107)의 주파수 선택, 코일센서 출력용 교류증폭회로(130) 및 코일센서 출력용 직류증폭회로(150)의 증폭비 변환, 자기센서 구동전원 스위칭 회로(190)의 가동, 자기센서 출력용 교류증폭회로(160) 및 직류증폭회로(180)의 증폭비 변환, AD변환회로(155)의 구동, 능동형 코일 센서 신호연산부(115b1), 환형 배열형 자기센서 신호연산부(115b2), 실린더 배열형 자기센서 신호 연산부(미도시)를 제어할 수 있다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다양한 결함을 포함한 시험편(10)을 나타낸다.

도 5(a)에 따르면, 시험편(10)의 총 길이는 500 mm 이고, 각종 결함이 나타난다. 또한 시험편(10)과 별개로 결함이 없는 시험편(20)의 경우 시험편(10)의 결함이 존재하지 않는다.

외벽(OD)은 15.87 이고, 원주 내경(ID)은 13.33 이며, 두께는 1.27 이고 소재는 SS304 로 이뤄진다. TSP(tube support plate)는 카본 스틸로 구성될 수 있으나, 구현시에 시험편(10)의 규격은 다양하게 바뀔 수 있다.

도 5(a)의 각각의 지점에 대해 결함에 대응되는 표는 도 5(b)에 나타난다.

FBH(flat bottomed hole)은 평저공이고, TWH(through wall hole)은 관통홀을 나타낸다. TSP(tube support plate)도 관측된다.

도 6은 본 발명에 일 실시 예에 따른 능동형 코일센서에 의한 신호유형을 나타낸다. 신호유형은 리사주선도의 관측에 의해 결함이 관측될 수 있다. 곡선 형태의 패턴은 각각의 결함을 나타낸다. 특히, 탐촉자(30)를 시험편(10)에 삽입하였다가 인출하는 경우에 관측된 것이다.

도 6은 능동형 센서(110)에 400 KHz의 주파수로 전원이 인가되는 경우, 20% 내지 100%의 FBH에 대해 반시계 방향으로 회전하는 것이 관측되고, 각 신호흐름의 진폭 및 위상차가 관측될 수 있다. 특히, 시험편(10)의 외벽(OD) 또는 내벽(ID)의 결함이 정확하게 판별할 수 있다.

도 7은 주파수 30 KHz가 인가된 경우의 수동형 자기 배열(120)의 결함의 위상차 분포를 나타낸다.

도 7은 수동형 자기센서 배열(120)에서 측정한 시변자계의 위상차의 분포를 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이 위상차 분포는 리프트오프(센서와 측정면의 거리)에 크게 영향을 받지 않기 때문에, 동일한 크기의 결함에서는 동일한 위상차 분포를 나타낸다(FBH 20%-4).

도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔코더 장치(200)의 외관을 나타낸다.

도 8에 따르면, 엔코더 장치(200)는 탐촉자(30)가 관통할 수 있다. 이를 위해 엔코더 장치(200)는 개폐 가능한 영역(225)을 구비하여 탐촉자(30)가 용이하게 관통하여 장착될 수 있게 한다.

엔코더 장치(200)는 복수의 지지부(210a, 210b)를 포함할 수 있다. 복수의 지지부(210a, 210b) 각각은 시험편(10)에 인접한 튜브에 각각 결합될 수 있다. 이에 따라 보다 안정되게 비파괴검사가 수행될 수 있다.

엔코더 장치(200)는 결함의 유무, 위치, 크기를 나타내는 표시부(240)를 포함할 수 있다.

도 9은 도 8의 엔코더 장치(200)의 영역을 확대한 도면이다. 엔코더(220)는 탐촉자(30)가 시험편(10)에 삽입 및 인출되는 경우, 시험편(10) 내에서의 위치 및 속도를 계산할 수 있다.

브레이크(230)는 탐촉자(30)가 기 설정된 속도보다 더 빠르게 시험편(10) 내에서 이동되는 경우, 탐촉자(30)의 속도를 저감시킬 수 있다.

도 10(a) 내지 도 11(b) 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔코더 장치(200)에 포함된 브레이크(230)를 나타낸 도면이다.

도 10(a)는 드럼 브레이크(230a) 방식을 나타내고, 도 10(b)는 전자유도 브레이크(230b) 방식을 나타낸다.

도 10(a)에 따르면, 브레이크(230a)는 복수의 추(251a, 251b)와 복수의 마찰면(253a, 253b)를 포함할 수 있다. 원심력에 의해 추가 마찰면과 마찰을 일으키므로 일정 속도 이상이 되면 탐촉자(30)를 제어하는 검사자의 촉감이 달라지게 된다.

도 10(b) 에 따르면, 브레이크(230b)는 복수의 영구자석(255a, 255b)를 포함하고, 원통형 도전판(257)을 포함할 수 있다. 렌츠의 법칙에 의해 회전속도가 증가하면 제동력이 발생되게 된다.

브레이크(230)의 회전속도는 도 1의 신호 전송 케이블(112a)의 삽입 및 인출 속도에 따라 회전 속도가 달라질 수 있다.

도 12(a) 및 12(b)는 엔코더 장치(200)에 포함된 표시부(240)를 설명하기 위한 도면이다. 도 12(a)는 표시부(240)의 외관을 나타내고, 도 12(b)는 표시부(240)의 동작을 나타낸다.

도 12(a)에 따르면, 표시부(240)는 와전류 검사 장치(100)의 전원공급부(107)로부터 전원을 인가받을 수 있고, 결함 검출을 지시하는 신호를 표시부(240)에 전송할 수 있다.

표시부(240)는 엔코더 장치(200)와 힌지(910)를 통해 연결될 수 있다. 힌지(910)는 표시부(240)가 다양한 방향에서도 관측될 수 있게 회전할 수 있다. 다만, 표시부(240)가 엔코더 장치(200)와 직접 연결되는 것으로 설명하나, 표시부(240)가 엔코더 장치(200)와 별도로 구현될 수도 있다.

도 12(b)에 따르면, 표시부(240)는 결함의 종류 별로 결함의 정확한 위치를 표시할 수 있다. 표시부(240)는 와전류 검사 장치(100)로부터 정확한 결함에 대한 정보를 수신하여 표시할 수 있다. 결함의 종류는 TSP, 마모(groove, wear), 공식(flat bottom hole, FBH), 축방향 균열(axial crack), 원호 방향 균열(cicumferential crack)을 포함할 수 있다.

도 12(b)에 따르면, 부분 마모(Wear)가 외부로부터 발생하여 70% 깊이까지 진전된 것으로 판정될 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 와전류 검사 장치(100)의 비파괴 검사를 수행하는 방법을 나타낸다.

우선, 와전류가 시험편(10)의 내벽에 발생되면 능동형 코일 센서 신호를 입력받고(S1005), 수동형 자기센서 배열이 신호를 입력받는다(S1010).

입력된 능동형 코일 센서 신호에 기초하여 진폭 해석(S1015) 및 위상차신호 해석(S1020)이 수행되고, 수동형 자기 센서 배열 신호로부터 진폭 해석(S1025) 및 위상차 신호 해석(S1030)이 수행될 수 있다.

능동형 코일 센서의 진폭 해석 결과 결함유무가 판정될 수 있다(S1035).

만약, 결함이 없는 것으로 판정되면, 지시를 보류하고(S1040), 결함이 있는 것으로 판정되면 결함위치를 판단한다(S1045). 이때, 위상차 신호 해석(S1020) 결과가 함께 이용될 수 있다.

와전류 검사 장치(100)는 결함의 위치가 외벽(OD)인지 내벽(ID)인지 판단하고, 위치에 따른 패턴 인식을 수행하여 결함종류를 판정한다(S1050).

판정에 기초하여, 결함유무, 종류 위치를 1차적으로 결정한다.

한편, 수동형 자기센서 배열의 진폭 해석(S1025) 및 위상차 신호 해석(S1030)이 수행되면 결함유무가 판정되고, 결함이 없는 경우 지시를 보류하고(S1065), 결함이 있는 경우 원호 방향 신호 해석(S1070)을 수행한다. 원호 방향은 자기센서의 배열 방향을 말한다.

와전류 검사 장치(100)는 단일 결함인지 다중 결함인지 판단하고, 이에 대응되도록 결함 유무, 종류, 위치를 판단할 수 있다(S1075).

와전류 검사 장치(100)는 1차 판정 결과 및 2차 판정 결과에 기초하여 결함 유무, 종류, 위치, 각도, 폭, 깊이 등을 최종적으로 판단할 수 있다(S1080).

그런 다음, 와전류 검사 장치(100)는 결함유무, 종류, 위치 등에 관한 정보를 지시할 수 있다(S1085, 1090).

단계 S1050은 도 14(a) 내지 도 14(f) 에 구체적으로 구현될 수 있다.

도 14(a)는 100 % 관통된 형태에 대한 신호를 나타내고, 도 14(b)는 내벽의 20%의 결함 신호를 나타내고, 도 14(c)는 외벽의 20% 결함 신호를 나타내며, 도 14(d)는 Dent 신호를 나타내고, 도 14(e)는 Bulge 신호를 나타내며, 도 14(f)는 TSP 에 대한 예시적인 신호를 나타낼 수 있다.

도 15는 수동형 자기 센서 배열(120)에서 진폭에 기초하여 결함유무를 판단하는 방법을 나타낸다.

일단 제1 지점(1210)은 손상이 없는 지점이다. 이 지점의 히스토그램 분석을 수행하면 진폭에 특별한 내용이 관측되지 않는다(1210a). 즉, 잡음에 해당하는 신호만 나타나므로 표준편차가 작다. 그러나, 제2 지점(1220)의 경우 손상이 있는 지점이고, 이 지점의 히스토그램 분석을 수행하면 진폭의 변화가 감지될 수 있다(1220a 및 1220b). 즉, 잡음신호에 더하여 결함 주변에서 발생하는 전자기장의 왜곡 신호도 감지되므로, 폭이 넓은 종형의 히스토그램이 나타나며, 표준편차가 크다. 따라서, 한 예로 히스토그램의 표준편차를 측정함으로서 결함의 유무를 판별할 수 있다.

도 16은 S1030 및 S1070 단계를 구현한 방법이다. 도 16에 따르면, FBH20%-4 인 지점에서는 4개의 결함이 존재한다는 것을 지시할 수 있고, FBH 60%인 지점에서는 1개의 결함이 존재한다는 것을 판정할 수 있다. 종래의 와전류 검사법에서는 결함의 개수를 특정할 수 없었으나, 자기센서 배열을 활용함으로서, 결함의 형상 뿐 아니라 개수도 판정할 수 있다.

Claims

비파괴 검사를 수행하는 와전류 검사 장치에 있어서,
시험편의 내부에 삽입되어 상기 시험편의 내벽에 유도전류를 인가하기 위한 능동형 코일 센서;
상기 능동형 코일 센서에 인접하거나 하부에 배치되고, 복수의 자기 센서를 포함하며, 환형으로 형성된 자기 센서 배열;
상기 능동형 코일 센서 및 자기 센서 배열에 전원을 인가하고 출력되는 신호를 전송하는 신호케이블;
상기 능동형 코일 센서 및 상기 자기 센서 배열에서 출력되는 신호를 증폭하며, 증폭된 신호의 진폭 및 위상차를 출력하도록 제어하는 증폭ㅡ분기 신호처리부;
상기 증폭ㅡ분기 신호처리에서 출력된 신호에 기초하여 상기 시험편의 결함을 검출하는 제어 모듈; 및
상기 와전류 검사 장치를 지지하는 엔코더 장치;를 포함하며,
상기 엔코더 장치는,
상기 시험편과 인접한 튜브에 임시로 결합되는 지지부,
상기 신호케이블이 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 소정의 조건이 만족되는 경우 상기 신호케이블의 이동 속도를 제어하는 브레이크,
상기 신호케이블이 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 상기 시험편 내부의 상기 신호케이블의 위치에 대응되는 신호를 출력하는 엔코더, 및
상기 제어 모듈로부터 출력 신호를 수신하여 결함 위치, 결함 종류 및 결함 크기 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 포함하는, 비파괴 검사를 수행하는 와전류 검사 장치.
비파괴 검사를 수행하는 와전류 검사 장치에 있어서,
시험편의 내부에 삽입되어 상기 시험편의 내벽에 유도전류를 인가하기 위한 능동형 코일 센서;
상기 시험편의 레퍼런스인 무결함 시험편의 내부에 삽입되어 상기 무결함 시험편의 내벽에 유도 전류를 인가하기 위한 참조 코일;
상기 능동형 코일 센서에 인접하거나 하부에 배치되되, 복수의 자기 센서를 포함하는 자기 센서 배열;
상기 능동형 코일 센서, 상기 참조 코일 및 상기 자기 센서 배열에 전원을 인가하고 출력되는 신호를 전송하는 신호케이블;
상기 능동형 코일 센서, 상기 참조 코일 및 상기 자기 센서 배열에서 출력되는 신호를 증폭하며, 증폭된 신호의 진폭 및 위상차를 출력하도록 제어하는 증폭-분기 신호처리부;
상기 증폭-분기 신호처리에서 출력된 신호에 기초하여 상기 시험편의 결함을 검출하는 제어 모듈; 및
상기 와전류 검사 장치를 지지하는 엔코더 장치;를 포함하며,
상기 엔코더 장치는,
상기 시험편과 인접한 튜브에 결합되는 지지부,
상기 신호케이블이 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 소정의 조건이 만족되는 경우 상기 신호케이블의 이동 속도를 제어하는 브레이크, 및
상기 신호케이블이 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 상기 시험편 내부의 상기 신호케이블의 위치에 대응되는 신호를 출력하는 엔코더,
상기 제어 모듈로부터 출력 신호를 수신하여 결함 위치, 결함 종류 및 결함 크기 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 더 포함하는, 비파괴 검사를 수행하는 와전류 검사 장치.
와전류 검사 장치를 지지하는 엔코더 장치의 구동 방법에 있어서,
상기 와전류 검사 장치의 프로브가 비파괴 검사 대상인 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 상기 시험편에 인접한 튜브를 이용하여 상기 와전류 검사 장치를 고정하는 단계;
상기 시험편 내부에 위치한 상기 프로브의 위치에 대응되는 신호를 엔코더를 이용하여 출력하는 단계;
상기 프로브의 삽입 또는 인출 속도가 기 설정된 속도를 초과하는 경우, 브레이크를 이용하여 상기 프로브의 이동 속도를 조정하는 단계; 및
상기 시험편의 결함 위치, 결함 종류 및 결함 크기 중 적어도 하나를 표시하는 단계를 포함하는, 엔코더 장치의 구동 방법.
와전류 검사 결과를 지시하는 엔코더 장치에 있어서,
와전류 검사 장치의 프로브가 비파괴 검사의 대상인 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 소정의 조건에 기초하여 상기 프로브의 이동 속도를 제어하는 브레이크;
상기 시험편과 인접한 튜브에 결합되는 지지부;
상기 프로브가 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 상기 시험편 내부의 상기 프로브의 위치에 대응되는 신호를 출력하는 엔코더;
능동형 코일 센서 및 자기 센서 배열에서 출력되는 신호를 증폭하며, 증폭된 신호의 진폭 및 위상차를 출력하도록 제어하는 증폭-분기 신호처리부;
상기 증폭-분기 신호처리에서 출력된 신호에 기초하여 상기 시험편의 결함을 검출하는 제어 모듈; 및
상기 제어 모듈로부터 출력 신호를 수신하여 결함 위치, 결함 종류 및 결함 크기 중 적어도 하나를 표시하는 표시부를 포함하는, 와전류 검사 결과를 지시하는 엔코더 장치.
제4항에 있어서,
상기 와전류 검사 장치는,
상기 시험편의 내부에 삽입되어 상기 시험편의 내벽에 유도전류를 인가하기 위한 능동형 코일 센서, 상기 능동형 코일 센서에 전원을 인가하고 출력되는 신호를 전송하는 신호케이블을 포함하는, 와전류 검사 결과를 지시하는 엔코더 장치.
제4항에 있어서,
상기 지지부는,
제1 지지부 및 제2 지지부를 포함하며,
상기 시험편과 인접한 제1 튜브에 상기 제1 지지부가 체결되고,
상기 시험편과 인접한 제2 튜브에 상기 제2 지지부가 체결되며,
상기 제1 지지부, 상기 제2 지지부 및 상기 프로브는 트라이앵글 모양을 형성하는, 와전류 검사 결과를 지시하는 엔코더 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
상기 프로브가 기 설정된 속도보다 더 빠르게 상기 시험편에 삽입 또는 인출되는 경우, 상기 프로브의 이동 속도를 상기 브레이크를 통해 감속시키는, 와전류 검사 결과를 지시하는 엔코더 장치.