WO2011138993A1 - 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치 - Google Patents

하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치 Download PDF

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WO2011138993A1
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sensor
thin film
magnetic
film sensor
signal
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PCT/KR2010/002974
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Inventor
김종호
나용배
신동문
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(주)노바마그네틱스
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Publication date
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    • G01R33/04—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G01N27/83—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields
    • G01N27/87—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws by investigating stray magnetic fields using probes

Definitions

  • the present invention induces magnetic flux to a subject such as a metal plate or metal tubular material by simultaneously applying a magnetic field generated from an AC power supply and a magnetic field generated from a permanent magnet, and changes in magnetic flux induced by the subject and leaked magnetic flux.
  • the flaw detection conditions set in the existing flaw detectors can be selected by frequency, phase adjustment and flaw detection. Compared to various parameters such as setting, balancing, and adjusting the frequency range of the filter, it is possible to detect defects only by selecting the frequency and adjusting the frequency range of the filter, so that defects can be detected accurately by simple operation without the need for professional operation.
  • the present invention relates to a hybrid non-destructive testing device using a hybrid induction magnetic thin film sensor which can directly detect a kind of a defect from information input to a signal receiving computer via a sensor signal detecting unit and an amplifying unit.
  • Nondestructive testing is used to check the product for defects, and there are various kinds of non-destructive testing such as eddy current inspection, radiographic, ultrasonic, and visual inspection.
  • the eddy current flaw detection method which can quantitatively determine the size of defects, is the most widely used, but almost all depend on foreign facilities and inspection techniques. An abnormal signal may be generated due to the noise caused by the variation.
  • the eddy current flaw detection method currently used for flaw detection of heat pipes has a big problem that the flaw detection results may be completely different unless professionally mastered.
  • FIG. 1 is a principle of the conventional eddy current inspection method, in which an eddy current is induced by applying an alternating current to an excitation coil, and if there is a defect on the surface of the subject, the circulating current is interrupted by the defect. It is a schematic diagram that detects this change with a magnetic sensor, and 1-b) is a principle of the conventional magnetic leak inspection method. After magnetizing a subject using a substance having magnetic properties, Schematic diagram that detects the magnetic field leaking to the defect site existing in the specimen with the magnetic sensor.
  • this method has the advantage of detecting the abnormal signal that occurs largely in the damaged part with little physical influence on the subject, but due to the two-dimensional inspection, the test takes a long time and requires full inspection. The process has a problem in use.
  • a ferromagnetic material such as steel sheet is magnetized by applying a magnetic field using a permanent magnet, and the surroundings of nonmetallic inclusions or defects present in the magnetized ferromagnetic material.
  • the leaked magnetic flux generated by the magnetic sensor is used to determine whether there is a defect.
  • simple and accurate flaw detection is possible in setting flaw detection conditions than the eddy current flaw detection method.
  • the induced magnetic flux is induced to the subject, and at the same time, the subject is magnetized by using a permanent magnet so that the change of magnetic flux induced by the subject and the leakage magnetic flux are wound around the sensor core in the thin film sensor.
  • the present invention has been conceived to solve the above problems, by applying a magnetic field generated from an alternating current power source and a magnetic field generated from a permanent magnet at the same time to induce magnetic flux in a subject such as a metal plate or metal tubular material, By detecting the change in the magnetic flux induced in the subject and the leaking magnetic flux from the coil part wound around the sensor core in the thin film sensor, not only can the quantitative inspection of the defects contained in the subject be required, but also professional manipulation is required. It is an object of the present invention to provide a hybrid non-destructive inspection device using a hybrid induction magnetic thin film sensor capable of detecting a defect by a simple operation without the need.
  • the present invention provides a hybrid non-destructive inspection device using a hybrid inductive magnetic thin film sensor that can be inspected regardless of the location of a site.
  • the flaw detection conditions set in the conventional flaw detectors are various variables such as frequency selection, phase adjustment, flaw detection sensitivity, balance adjustment, and filter frequency range adjustment.
  • the present invention provides a hybrid non-destructive inspection device using a hybrid induction magnetic thin film sensor that can detect defects with a simple operation without requiring a professional operation by enabling flaw detection only by adjusting the range.
  • Another object of the present invention is a hybrid non-destructive inspection using a hybrid induction magnetic thin film sensor that can directly detect the type of defect from the information obtained from the subject to the signal receiving computer through the sensor signal detector and amplification unit To provide a device.
  • An AC power applying unit including a power supply for supplying AC power of an appropriate frequency to the signal generator;
  • a sensor signal detector including a hybrid induction magnetic thin film sensor including a coil wound around the sensor;
  • a filter and amplifier for filtering and amplifying the measurement signal detected by the sensor signal detector;
  • a data set unit converting the analog signal received from the filter and the amplifier into a digital signal;
  • a signal receiving computer for analyzing the detection signal received from the data collection unit to calculate the position and size of the defect in the subject; Characterized by
  • the magnetic flux and leakage magnetic flux detected from the subject is made through one sensor, characterized in that the signal is sensed by the coil unit wound on the sensor core in the thin film sensor.
  • the sensor core is made of a magnetic material, characterized in that the shape of the excitation coil in which the alternating magnetic field is generated is a single straight wire or a single circular wire.
  • the signal receiving computer further includes an analysis program for displaying a three-dimensional shape image by using two-dimensional peaks to differentiate the amplified and filtered measurement signal to calculate the position, shape, and size of the defects. It is characterized by.
  • the test subject is a metal and non-metal magnetic or non-magnetic material
  • the test object is characterized in that the magnetic or non-magnetic plate, tubular, curved shape.
  • the hybrid nondestructive inspection device using the hybrid induction magnetic thin film sensor according to the present invention has the following effects.
  • the present invention induces magnetic flux to a subject such as a metal plate or metal tubular material by applying a magnetic field generated from an AC power source and a magnetic field generated from a permanent magnet at the same time, the change and leakage of the magnetic flux induced in the subject
  • a subject such as a metal plate or metal tubular material
  • the change and leakage of the magnetic flux induced in the subject By detecting the magnetic flux from the coil wound around the sensor core in the thin film sensor, not only can the size of the defect contained in the subject be quantitatively inspected, but also the defect can be detected by a simple operation without the need for specialized operation. .
  • the present invention is a non-destructive test method that combines the advantages of the conventional non-destructive test method, eddy current test method and magnetic leak test method, to detect abnormal parts such as defects existing on the surface, back surface, inside and outside of the subject with a single test. By doing so, it is possible to obtain reliable results and economic effects as well as to inspect irrespective of the material of the subject and the location of the expected defect site.
  • the flaw detection conditions set in the conventional flaw detector are various variables such as frequency selection, phase adjustment, flaw detection sensitivity setting, balance adjustment, and filter frequency range adjustment.
  • the present invention can directly identify the type of defect from the information inputted into the signal receiving computer through the sensor signal detecting unit and the amplifying unit.
  • the present invention will be able to localize the non-destructive inspection equipment through the technology of the present invention considering that most of the non-destructive inspection equipment used in the country is imported equipment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of detecting a magnetic field change due to a defect of a subject by using a principle of a conventional eddy current inspection method, and 1-b) using a conventional magnetic leakage inspection method.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a construction form of a conventional refractory charging structure.
  • Figure 2 is a schematic diagram of a hybrid non-destructive testing device using a hybrid non-destructive thin film sensor showing a process in which the detection signal detected from the detection sensor unit according to an embodiment of the present invention is transmitted to the receiving computer.
  • Figure 3 is a schematic diagram of a detection sensor unit for sensing through a hybrid induction magnetic thin film sensor by simultaneously applying the induced current through the excitation coil and the magnetic field through the permanent magnet to the subject according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the shape of the signal according to the actual measurement at the lift-off 5mm position for the front and back defects of the subject in accordance with one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a hybrid nondestructive testing apparatus using a hybrid nondestructive thin film sensor showing a process in which a detection signal detected from a detection sensor unit according to an embodiment of the present invention is transmitted to a receiving computer
  • the alternating magnetic flux that changes with time by the alternating magnetic field generated by the power supply is generated in the excitation coil inserted into the sensor mold and applied to the subject, and the magnetic field caused by the permanent magnet magnetizes the subject. Since the induced magnetic flux is formed in a metal plate-shaped or metal tubular subject, and an induction flux is formed and a defect exists in the subject, the impedance of the subject changes, so that the magnitude of the induction flux changes according to the size of the defect.
  • the detection signal is sent to the filter and the amplifier through the coil part wound on the sensor core to filter and amplify the noise signal part, and the amplified measurement signal is It is sent to the data set section.
  • the analog signal received from the filter and amplifying unit is converted into a digital signal and sent to the signal receiving computer.
  • the position and size of a defect can be calculated by using a detection signal analysis program to detect the presence or absence of a defect in the subject and the position and size of the defect.
  • the hybrid non-destructive inspection device using a hybrid induction magnetic thin film sensor is the subject (1), permanent magnet (2), excitation coil (3), Magnetic field (4), defect (5), change in induced magnetic flux due to defect and leakage magnetic flux (6), sensor core (7), coil portion (8), hybrid inductive magnetic thin film sensor (9), sensor signal detection portion (10) ), A signal generator 11, an AC power supply unit 12, a filter and amplification unit 13, a data collection unit 14, a signal receiving computer 15, and the like.
  • the hybrid nondestructive testing device using the hybrid induction magnetic thin film sensor includes a signal generator for supplying a frequency to apply a magnetic field to an excitation coil inserted into the hybrid induction magnetic thin film sensor. ;
  • An AC power applying unit including a power supply for supplying AC power of an appropriate frequency to the signal generator;
  • a sensor signal detector including a hybrid induction magnetic thin film sensor including a coil wound around the sensor;
  • a filter and amplifier for filtering and amplifying the measurement signal detected by the sensor signal detector;
  • a data set unit converting the analog signal received from the filter and the amplifier into a digital signal;
  • a signal receiving computer for analyzing the detection signal received from the data collection unit to calculate the position and size of the defect in the subject.
  • the signal generator 11 supplies a frequency to apply a magnetic field to an excitation coil inserted into the hybrid induction magnetic thin film sensor.
  • the AC power supply unit 12 includes a signal generator for supplying a frequency to apply a magnetic field to an excitation coil inserted into the hybrid induction magnetic thin film sensor, and a power supply for supplying AC power with an appropriate frequency to the signal generator. Device.
  • the sensor signal detection unit 10 is inserted into the permanent magnet 2 and the hybrid induction magnetic thin film sensor 9 which are in contact with the subject 1 to magnetize the subject, and are alternating through the signal generator 10.
  • the excitation coil 3 in which the magnetic field 4 is formed, and the magnetic field 4 applied to the permanent magnet 2 and the excitation coil 3 magnetic flux is induced to the subject such as a metal plate or metal tubular material, and
  • the sensor core 7 detects a change in magnetic flux induced by the specimen, and a coil part 8 wound around the sensor core 7.
  • the test object of the test object is a metal and non-metal magnetic material or a non-magnetic material
  • the test object form is a plate, tubular, curved shape of the magnetic material or non-magnetic material
  • the short circuit test of the circuit made of the above materials is possible
  • Metal and nonmetal magnetic materials can also be inspected.
  • the sensor core of the hybrid induction magnetic thin film sensor is made of a magnetic material having a high permeability to better detect the induced magnetic flux induced at the defect site in the subject by the magnetic induction phenomenon.
  • the filter and amplifier 13 filters the signal of the noise frequency band among the measured signals detected by the sensor signal detector 10 and amplifies the remaining signals.
  • the data collection unit 14 converts the analog measurement signal received from the filter and the amplifying unit 13 into a digital signal and sends the signal to the signal receiving computer 15.
  • the signal receiving computer 15 includes an analysis program for differentiating a signal for analysis of the detected measurement signal, calculating the position and size of a defect, and three-dimensional imaging using the measured data.
  • Figure 4 is a graph showing the shape of the signal according to the actual measurement in the lift-off 5mm position for the surface and back surface defects of the subject according to an embodiment of the present invention.
  • the signal of the induced voltage of the part without the surface and back defects of the subject appears small, while the induced voltages of the A, B, C, and D positions with the surface and back defects of the subject are small. It can be seen that the signal is large.
  • the surface and back surface defect of a subject can be detected using the composite nondestructive inspection apparatus of this invention.
  • the present invention can be used in the field capable of nondestructively detecting defects on the surface, the back, the inside and the outside of a subject.

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Abstract

본 발명은 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 여기 코일에 교류 자기장을 인가하여 피검체에 유도 자속을 유도함과 동시에 영구자석을 이용하여 피검체를 자화시켜 상기 피검체에 유도된 자속의 변화와 누설 자속을 박막 센서내 센서 코어에 권선되어 있는 코일부로 검출함으로써, 피검체내 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있고, 한 번의 측정으로 피검체의 표면, 이면, 내부 및 외부의 결함을 모두 탐지할 수 있으며, 피검체의 재질이 자성체이든 비자성체이든 상관없이 모두 탐상이 가능한 효과가 있다.

Description

하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치
본 발명은 교류 전원으로부터 발생하는 자기장과, 영구자석으로부터 발생하는 자기장을 동시에 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고, 상기 피검체에 유도된 자속의 변화와 누설되는 자속을 박막 센서내 센서 코어에 권선되어 있는 코일부로부터 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있고, 한 번의 탐상으로 피검체 표면, 이면, 내부 및 외부에 존재하는 결함과 같은 이상 부위를 검출할 수 있도록 함으로써, 경제적인 효과를 얻을 수 있음은 물론 피검체의 재질과 예상 결함 부위의 위치에 상관없이 탐상할 수 있으며, 기존의 탐상 장치에 있어서 설정되는 탐상 조건이 주파수 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형 조정, 필터의 주파수 범위 조절과 같은 여러 변수들인데 비하여, 주파수 선택과 필터의 주파수 범위 조절만으로도 탐상이 가능하도록 함으로써, 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로도 정확하게 결함을 탐지할 수 있고, 피검체에서 얻어진 검출 신호가 센서 신호 검출부와 증폭부를 거쳐 신호 수신용 컴퓨터로 입력되는 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치에 관한 기술이다.
현재 발전소는 물론 각종 산업분야에 사용되는 산업설비에서 평면부나 모서리부, 요흠부 등의 단면을 갖는 피검체 및 복수기, 열교환기 및 급수 가열기 튜브 등의 표면에서 결함을 탐상하기 위해 피검체를 파괴하지 않고서도 그 제품의 결함 유무를 확인하는 데에는 비파괴검사법이 사용되며, 이러한 비파괴검사법에는 와전류 탐상법, 방사선 검사법, 초음파 검사법, 육안 검사법 등의 여러 가지 종류의 검사법이 있다.
그중에서도 결함의 크기를 정량적으로 판단 가능한 와전류 탐상법이 가장 많이 사용되어지고 있는데, 거의 전량 외국 설비 및 검사 기술에 의존하고 있으나, 이러한 와전류 탐상방법은 코일의 위치를 조절할 때 코일과 피검체의 거리의 변동에 의한 잡음 때문에 이상신호가 발생될 수 있다.
또한 탐상 조건의 설정 인자로서 주파수 선택, 탐촉자 선택, 위상조절, 탐상 감도 설정, 평형 조정, 필터의 주파수 범위 조정 등 매우 많은 인자가 존재하여 탐상 조건 설정에 있어서도 전문성이 요구되고, 피검체가 바뀌면 인공 시험편을 준비하여 측정한 후 검사를 진행해야 하며, 그 결과 해석에 있어서도 사람에 따라 좌우되는 경향이 많다.
따라서, 현재 전열관의 결함 탐상에 사용되고 있는 와전류 탐상방법은 전문적으로 숙달되지 않으면 그 탐상 결과가 전혀 다르게 나올 수 있다는 큰 문제점을 지니고 있다.
도 1의 1-a)는 종래의 와전류탐상법의 원리로서, 여기 코일에 교류 전류를 인가하여 피검체에 와전류를 유도시킨 후 피검체 표면에 결함이 있다면 그 결함에 의해 와전류의 순환을 방해하고 되고 자기장의 변화를 일으키게 되는데 이 변화를 자기 센서로 감지하는 개략도이고, 1-b)는 종래의 자기 누설 탐상법의 원리로서, 자기적 성질을 띠는 물질을 이용하여 피검체를 자화시킨 후 피검체에 존재하는 결함 부위로 누설되는 자기장을 자기센서로 감지하는 개략도이다.
도 1의 1-a)와 같은 종래의 와전류를 이용한 자기장 비파괴 검사 방법은 2차원적인 탐상을 통한 형상으로부터 결함 여부를 판단하게 된다. 이러한 방법에서는 일정한 진폭의 교류 자기장을 가하게 되며, 이때 금속 표면이나 경계에서는 유도된 와전류에 의해 일부 차폐되어 자기장의 진폭이 감소하게 된다. 따라서, 상기 변화량을 검출하여 금속의 실제 형상에 의한 와전류 형상을 얻게 되며 물체의 결함이 있을 경우 생기는 국소적인 와전류 형상을 얻게 된다.
그러나 이러한 방법은 피검체에 물리적인 영향을 거의 주지 않으면서 파손 부분에서 크게 발생하는 이상 신호를 검출해 내는 장점은 있으나, 2차원적인 탐상을 해야 하는 관계로 검사 소요시간이 길어져 전수 검사가 요구되는 공정에서는 사용하는데 문제점을 지니고 있다.
도 1의 1-b)와 같은 종래의 자기 누설을 이용한 자기장 비파괴 검사 방법은 강판 등의 강자성체 재료를 영구자석 등을 이용한 자기장을 인가하여 자화시키고, 자화된 강자성체 재료에 존재하는 비금속 개재물 또는 결함 주위에 발생하는 누설되는 자속을 자기 센서로서 결함 여부를 판단하게 된다. 이러한 탐상법에서는 자기 센서를 이용함으로서 상기 와전류 탐상법보다 탐상조건의 설정에 있어 간편하고 정확한 탐상이 가능하다.
그러나 이러한 방법은 영구자석 등과 같은 자기장에 의해 자화가 가능한 강자성체 재료에만 적용이 가능하여 원자력 발전소에서 사용되는 증기발생기 전열관 등 일반적으로 비자성체로 이루어져 있는 피검체에 대해서는 결함을 탐상하는 것이 불가능하다는 문제점을 갖고 있다.
그러므로 여기 코일에 교류 자기장을 인가하여 피검체에 유도 자속을 유도함과 동시에 영구자석을 이용하여 피검체를 자화시켜 상기 피검체에 유도된 자속의 변화와 누설 자속을 박막 센서내 센서 코어에 권선되어 있는 코일부로 검출함으로써, 피검체내 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있고, 한 번의 측정으로 피검체의 표면, 이면, 내부 및 외부의 결함을 모두 탐지할 수 있는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 교류 전원으로부터 발생하는 자기장과, 영구자석으로부터 발생하는 자기장을 동시에 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고, 상기 피검체에 유도된 자속의 변화와 누설되는 자속을 박막 센서내 센서 코어에 권선되어 있는 코일부로부터 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 한 번의 탐상으로 피검체 표면, 이면, 내부 및 외부에 존재하는 결함과 같은 이상 부위를 검출할 수 있도록 함으로써, 경제적인 효과를 얻을 수 있음은 물론 피검체의 재질과 예상 결함 부위의 위치에 상관없이 탐상할 수 있는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 기존의 탐상 장치에 있어서 설정되는 탐상 조건이 주파수 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형 조정, 필터의 주파수 범위 조절과 같은 여러 변수들인데 비하여, 주파수 선택과 필터의 주파수 범위 조절만으로도 탐상이 가능하도록 함으로써, 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로도 정확하게 결함을 탐지할 수 있는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 피검체에서 얻어진 검출 신호가 센서 신호 검출부와 증폭부를 거쳐 신호 수신용 컴퓨터로 입력되는 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치는 하이브리드 유도 자기 박막 센서 내부에 삽입되어 있는 여기 코일에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기와; 상기 신호 발생기에 적절한 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 교류 전원 인가부와; 피검체와 비접촉하면서 자화를 시키기 위한 영구자석과, 신호발생기로부터 주파수를 공급받아 교류 자기장을 인가하는 여기코일과, 피검체로부터 발생된 누설자속과 이상 유도자속을 검출하는 센서 코어와, 상기 센서 코어에 권선되어 있는 코일부를 포함하는 하이브리드 유도자기 박막 센서를 포함하는 센서 신호 검출부와; 상기 센서 신호 검출부에서 검출한 측정 신호를 필터링과 증폭을 하는 필터 및 증폭부와; 상기 필터 및 증폭부로부터 받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 데이터 집합부와; 상기 데이터 집합부로부터 받은 검출 신호를 분석하여 피검체내의 결함의 위치 및 크기를 산출하는 신호수신용 컴퓨터; 를 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 피검체로부터 유도된 자속 및 누설 자속 검출은 하나의 센서를 통해서 이루어지며, 박막 센서내의 센서 코어에 권선되어 있는 코일부에 의해 신호가 감지되는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 센서 코어는 자성체 재료로 이루어지며, 교류 자기장이 생성되는 여기코일의 형상은 단일 직선 도선 또는 단일 원형 도선인 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 신호수신용 컴퓨터에는 증폭 및 필터링된 측정 신호를 미분하여 결함의 위치, 모양, 크기를 산출 가능하게 하는 2차원적 피크를 이용하여 3차원 형상 이미지를 나타내는 분석 프로그램을 더 포함함을 특징으로 한다.
상기 본 발명에 있어서, 상기 피검체 검사 대상은 금속 및 비금속 자성체 또는 비자성체이며, 검사 대상의 형태는 자성체 또는 비자성체의 판형, 관형, 굴곡진 형태인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명은 교류 전원으로부터 발생하는 자기장과, 영구자석으로부터 발생하는 자기장을 동시에 인가하여 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고, 상기 피검체에 유도된 자속의 변화와 누설되는 자속을 박막 센서내 센서 코어에 권선되어 있는 코일부로부터 검출함으로써, 피검체내에 포함된 결함의 크기를 정량적으로 검사할 수 있을 뿐만 아니라 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로 결함을 탐지할 수 있다.
둘째, 본 발명은 기존의 비파괴 검사 방법인 와전류 탐상법과 자기 누설 탐상법의 장점을 혼합한 비파괴 검사 방법으로 한 번의 탐상으로 피검체 표면, 이면, 내부 및 외부에 존재하는 결함과 같은 이상 부위를 검출할 수 있도록 함으로써, 신뢰성 높은 결과와 경제적인 효과를 얻을 수 있음은 물론 피검체의 재질과 예상 결함 부위의 위치에 상관없이 탐상할 수 있다.
셋쩨, 본 발명은 기존의 탐상 장치에 있어서 설정되는 탐상 조건이 주파수 선택, 위상조절, 탐상감도 설정, 평형 조정, 필터의 주파수 범위 조절과 같은 여러 변수들인데 비하여, 주파수 선택과 필터의 주파수 범위 조절만으로도 탐상이 가능하도록 함으로써, 전문적인 조작이 필요 없이 간단한 조작으로도 정확하게 결함을 탐지할 수 있다.
넷째, 본 발명은 피검체에서 얻어진 검출 신호가 센서 신호 검출부와 증폭부를 거쳐 신호 수신용 컴퓨터로 입력되는 정보로부터 직접적으로 결함의 종류를 확인할 수 있다.
다섯째, 본 발명은 국내에 사용되어지는 비파괴 검사 장비의 대부분이 수입 장비임을 감안할 때 본 발명의 기술을 통하여 비파괴 검사 장비의 국산화가 가능할 것이다.
도 1의 1-a)는 종래의 와전류탐상법의 원리를 이용하여 피검체의 결함에 따른 자기장의 변화를 자기 센서로 감지하는 개략도이고, 1-b)는 종래의 자기 누설 탐상법을 이용하여 자화된 피검체에 존재하는 결함 부위로 누설되는 자기장을 자기센서로 감지하는 개략도.도 1은 종래 내화충전구조의 시공형태를 보인 단면을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 검출 센서부로부터 감지된 검출 신호가 수신용 컴퓨터까지 전달되어지는 과정을 나타내는 하이브리드 비파괴 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 여기 코일을 통한 유도 전류와 영구자석을 통한 자기장을 피검체에 동시에 인가하여 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 통해서 감지하는 검출 센서부의 개략도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피검체의 표면 및 이면 결함에 대해서 리프트 오프 5㎜ 위치에서의 실제 측정에 따른 신호의 형상을 나타낸 그래프.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 일실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치를 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 검출 센서부로부터 감지된 검출 신호가 수신용 컴퓨터까지 전달되어지는 과정을 나타내는 하이브리드 비파괴 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 여기 코일을 통한 유도 전류와 영구자석을 통한 자기장을 피검체에 동시에 인가하여 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 통해서 감지하는 검출 센서부의 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치와 피검체의 결함을 탐지하는 원리를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 교류 전원과 영구자석을 금속 피검체에 인가하여 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 결함 탐지 장치의 작동원리는 다음과 같다.
먼저 전원 공급 장치가 발생시키는 교류 자기장에 의해 시간에 따라 변화하는 교류자속이 센서 몰드 내부에 삽입되어 있는 여기코일에 발생되어 피검체에 인가되고 영구자석에 의한 자기장이 피검체를 자화시키면, 강자성체인 금속 판형 또는 금속 관형인 피검체에 상호 유도 현상을 일으키며 유도자속이 형성되고 상기 피검체에 결함이 존재하는 경우 피검체의 임피던스가 변화하므로 유도자속의 크기는 결함의 크기에 따라 변화한다. 이러한 자속 크기의 변화 및 변화의 위치를 센서 코어가 감지하면 그 감지 신호는 센서 코어에 권선되어 있는 코일부를 통하여 필터 및 증폭부로 보내어져 잡음 신호 부분을 필터링하여 증폭하고, 상기 증폭된 측정 신호는 데이터 집합부로 보내어지게 된다. 데이터 집합부에서는 필터 및 증폭부로부터 받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 신호수신용 컴퓨터로 보내어지게 된다. 신호수신용 컴퓨터에서는 검출 신호 분석 프로그램을 사용하여 결함의 위치 및 크기를 산출하여 피검체내의 결함의 존재유무, 결함의 위치 및 크기를 검출할 수 있게 되는 것이다.
도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치는 피검체(1), 영구자석(2), 여기코일(3), 자기장(4), 결함(5), 결함에 의한 유도 자속의 변화 및 누설 자속(6), 센서 코어(7), 코일부(8), 하이브리드 유도 자기 박막 센서(9), 센서 신호 검출부(10), 신호발생기(11), 교류 전원 인가부(12), 필터 및 증폭부(13), 데이터 집합부(14), 신호수신용 컴퓨터(15) 등으로 구성된다.
도 2와 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치는 하이브리드 유도 자기 박막 센서 내부에 삽입되어 있는 여기 코일에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기와; 상기 신호 발생기에 적절한 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 교류 전원 인가부와; 피검체와 비접촉하면서 자화를 시키기 위한 영구자석과, 신호발생기로부터 주파수를 공급받아 교류 자기장을 인가하는 여기코일과, 피검체로부터 발생된 누설자속과 이상 유도자속을 검출하는 센서 코어와, 상기 센서 코어에 권선되어 있는 코일부를 포함하는 하이브리드 유도자기 박막 센서를 포함하는 센서 신호 검출부와; 상기 센서 신호 검출부에서 검출한 측정 신호를 필터링과 증폭을 하는 필터 및 증폭부와; 상기 필터 및 증폭부로부터 받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 데이터 집합부와; 상기 데이터 집합부로부터 받은 검출 신호를 분석하여 피검체내의 결함의 위치 및 크기를 산출하는 신호수신용 컴퓨터로 구성된다.
상기 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치를 구성하는 각 기술적 수단들의 기능을 설명하면 다음과 같다.
상기 신호발생기(11)는 하이브리드 유도 자기 박막 센서 내부에 삽입되어 있는 여기 코일에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 것이다.
상기 교류 전원 인가부(12)는 하이브리드 유도 자기 박막 센서의 내부에 삽입되어 있는 여기 코일에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기와, 상기 신호발생기에 적절한 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함한다.
상기 센서 신호 검출부(10)는 피검체(1)와 비접촉하여 피검체를 자화시키는 영구자석(2)과, 하이브리드 유도 자기 박막 센서(9)의 내부에 삽입되어 있고 신호발생기(10)를 통해 교류 자기장(4)이 형성되는 여기코일(3)과, 영구자석(2)과 여기코일(3)에 인가된 자기장(4)을 통해 금속 판형 또는 금속 관형 재료와 같은 피검체에 자속을 유도하고 피검체에 유도된 자속의 변화를 검출하는 센서 코어(7)와, 상기 센서 코어(7)에 권선되어진 코일부(8)를 포함한다. 여기서, 상기 피검체의 검사 대상은 금속 및 비금속 자성체 또는 비자성체이고, 검사 대상 형태는 자성체 또는 비자성체의 판형, 관형, 굴곡진 형태이며, 상기와 같은 재료로 이루어진 회로의 단락 검사가 가능하고, 금속 및 비금속 자성체도 탐상이 가능하다. 하이브리드 유도 자기 박막 센서의 센서 코어는 자기 유도 현상에 의해 피검체내 결함 부위에서 유도된 유도 자속을 보다 양호하게 감지할 수 있도록 고투자율의 자성체 재료로 이루어진다.
상기 필터 및 증폭부(13)는 센서 신호 검출부(10)에서 검출한 측정 신호 가운데 잡음 주파수 대역의 신호를 필터링한 후 나머지 신호에 대해서 증폭하는 것이다.
상기 데이터 집합부(14)는 필터 및 증폭부(13)로부터 받은 아날로그 측정 신호를 디지털 신호로 변환하여 신호수신용 컴퓨터(15)로 보내는 것이다.
상기 신호수신용 컴퓨터(15)는 검출된 측정 신호의 분석을 위하여 신호를 미분하여 결함의 위치 및 크기를 산출하고 그 측정된 데이터를 이용하여 3차원 이미지화 시키는 분석 프로그램을 포함한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피검체의 표면 및 이면 결함에 대해서 리프트 오프 5㎜ 위치에서의 실제 측정에 따른 신호의 형상을 나타낸 그래프이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 피검체의 표면 및 이면 결함이 없는 부분의 유도전압의 신호가 작게 나타난 반면에, 피검체의 표면 및 이면 결함이 있는 A, B, C, D 위치에서는 유도 전압의 신호가 크게 나타난 것을 알 수 있다.
그러므로 본 발명인 복합형 비파괴 검사 장치를 이용하여 피검체의 표면 및 이면 결함을 검출할 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본원발명은 피검체의 표면, 이면, 내부 및 외부의 결함을 비파괴적으로 탐지할 수 있는 분야에 이용될 수 있는 것이다.

Claims (5)

  1. 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치에 있어서,
    하이브리드 유도 자기 박막 센서 내부에 삽입되어 있는 여기 코일에 자기장을 인가시키기 위해 주파수를 공급하는 신호발생기와;
    상기 신호 발생기에 적절한 주파수의 교류 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함하는 교류 전원 인가부와;
    피검체와 비접촉하면서 자화를 시키기 위한 영구자석과, 신호발생기로부터 주파수를 공급받아 교류 자기장을 인가하는 여기코일과, 피검체로부터 발생된 누설자속과 이상 유도자속을 검출하는 센서 코어와, 상기 센서 코어에 권선되어 있는 코일부를 포함하는 하이브리드 유도자기 박막 센서를 포함하는 센서 신호 검출부와;
    상기 센서 신호 검출부에서 검출한 측정 신호를 필터링과 증폭을 하는 필터 및 증폭부와;
    상기 필터 및 증폭부로부터 받은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜주는 데이터 집합부와;
    상기 데이터 집합부로부터 받은 검출 신호를 분석하여 피검체내의 결함의 위치 및 크기를 산출하는 신호수신용 컴퓨터; 를 포함함을 특징으로 하는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 피검체로부터 유도된 자속 및 누설 자속 검출은 하나의 센서를 통해서 이루어지며, 박막 센서내의 센서 코어에 권선되어 있는 코일부에 의해 신호가 감지되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 센서 코어는 자성체 재료로 이루어지며, 교류 자기장이 생성되는 여기코일의 형상은 단일 직선 도선 또는 단일 원형 도선인 것을 특징으로 하는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 신호수신용 컴퓨터에는 증폭 및 필터링된 측정 신호를 미분하여 결함의 위치, 모양, 크기를 산출 가능하게 하는 2차원적 피크를 이용하여 3차원 형상 이미지를 나타내는 분석 프로그램을 더 포함함을 특징으로 하는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 피검체 검사 대상은 금속 및 비금속 자성체 또는 비자성체이며, 검사 대상의 형태는 자성체 또는 비자성체의 판형, 관형, 굴곡진 형태인 것을 특징으로 하는 하이브리드 유도 자기 박막 센서를 이용한 복합형 비파괴 검사 장치.
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