KR101118541B1

KR101118541B1 - 강선 케이블의 결함 탐상 장치

Info

Publication number: KR101118541B1
Application number: KR1020090123050A
Authority: KR
Inventors: 박규식; 성택룡; 임종수; 윤태양
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2012-03-13
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: KR20110066411A

Abstract

자왜초음파를 이용해 강선 케이블의 결함 유무를 파악할 수 있는 강선 케이블의 결함 탐상 장치가 제공된다.

상기 강선 케이블의 결함 탐상 장치는: 복수의 소선으로 이뤄진 연선 둘레에 밀착 구비된 자화금속부재; 상기 자화금속부재에 밀착되게 감겨진 코일; 상기 코일에 전류를 인가하여 상기 자화금속부재에 자기장 변화를 일으키는 자기장 발생부; 및 상기 자화금속부재에서의 자기장 변화에 의해 발생되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부;를 포함한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 자왜초음파를 이용해 강선 케이블의 결함 유무를 용이하게 파악할 수 있는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

강선 케이블, 자화금속부재, 코일, 자왜초음파, 결합지그

Description

강선 케이블의 결함 탐상 장치{DEFECT DETECTING APPARATUS OF STEEL WIRE CABLE}

본 발명은 강선 케이블의 결함 탐상 장치에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 자왜초음파를 이용해 강선 케이블의 결함 유무를 용이하게 파악할 수 있는 강선 케이블의 결함 탐상 장치에 관한 것이다.

사장교나 현수교와 같은 교량에 적용되는 강선 케이블(10)의 연선(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 양 단부가 강선 케이블(10)의 정착부(30)에 고정된다. 이러한 연선(20)은 통상 7개 가닥의 소선으로 구성되는데, 소선의 재질은 강재이기 때문에 부식에 취약하다.

이러한 부식을 방지하기 위한 목적으로 소선을 도금하거나 연선(20)을 피복하게 된다. 그러나 연선(20)의 양 단부는 정착부(30)에서 긴장력이 도입되어야 하기 때문에 피복(40)이 절단되어 노출된다. 따라서, 정착부(30)에서 연선(20)은 부식에 더 취약할 수 밖에 없다. 이에, 정착부(30) 내부를 왁스와 같은 충진물(50)로 채우게 된다.

그러나, 정착부(30)를 충진물(50)로 채우더라도 구조물의 공용 중에 작용하 는 반복 하중 등에 의해 부식이 발생하거나 결함이 발생하게 된다. 이러한 결함의 유무를 파악하기 위해 방사선이나 초음파 등을 이용하는 많은 기술들이 개발되고 있다. 이들 중, 경제성, 신뢰성 및 편리성 등의 이유로 초음파를 이용한 기술이 많이 사용되고 있다.

초음파를 이용하는 기술은 초음파의 발생원리에 따라 압전초음파법, 전자유도 초음파법, 자왜초음파법 등으로 나눠질 수 있다. 그러나, 이들은 내부에 충진물이 없고 두께가 얇은 강관 등의 결함 탐상에 활용되며, 내부에 충진물이 있거나 두께가 두꺼운 경우에는 되돌아오는 초음파가 감쇄되기 때문에 강선 케이블 정착부의 연선에 그대로 적용하기에는 곤란하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 자왜초음파를 이용해 강선 케이블의 결함 유무를 용이하게 파악할 수 있는 강선 케이블의 결함 탐상 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 소선으로 이뤄진 연선 둘레에 밀착 구비된 자화금속부재; 상기 자화금속부재에 밀착되게 감겨진 코일; 상기 코일에 전류를 인가하여 상기 자화금속부재에 자기장 변화를 일으키는 자기장 발생부; 및 상기 자화금속부재에서의 자기장 변화에 의해 발생되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부;를 포함하는 강선 케이블의 결함 탐상 장치를 제공한다.

상기 자화금속부재 및 상기 코일은 연선의 길이방향으로 상호 이격된 구간에 마련된 것이 바람직하다.

상기 자화금속부재 및 상기 코일이 연선 둘레에 밀착되도록 가압하는 결합지그;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 결합지그는 한 쌍으로 구비되며, 한 쌍의 결합지그 중 어느 하나는 상기 자기장 발생부에 전원선으로 연결되며, 다른 하나는 상기 초음파 수신부에 전원선으로 연결된 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 결합지그에는 상기 자기장 발생부 또는 상기 초음파 수신부에 연결된 전원선이 결합되는 커넥터부가 각각 구비된 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 자왜초음파를 이용해 강선 케이블의 결함 유무를 용이하게 파악할 수 있다.

또한, 자화금속부재 및 코일을 연선에 밀착시킴으로써 강선 케이블의 결함 유무를 정확하게 파악할 수 있다.

그리고, 자화금속부재, 코일 및 결합지그를 미리 마련함으로써 자왜초음파를 이용하는 결함 탐상 장치를 연선에 부착하는 데에 걸리는 시간을 최소화하여 공용 중인 교량에서 교통이 통제되는 시간을 최소화할 수 있다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 강선 케이블의 결함 탐상 장치(100)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 소선(21)으로 이뤄진 연선(20) 둘레에 밀착 구비된 자화금속부재(110)와, 자화금속부재(110)에 밀착되게 감겨진 코일(120)과, 코일(120)에 전류를 인가하여 자화금속부재(110)에 자기장 변화를 일으키는 자기장 발생부(130)와, 자화금속부재(110)에서의 자기장 변화에 의해 발생되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부(140)를 포함한다.

본 발명의 일실시예로서, 자화금속부재(110)는 자기장 변화에 의해 미세 변형이 일어나기에 충분한 연성과 자성을 갖는 금속부재로서, 니켈과 같은 금속원소를 주성분으로 할 수 있다.

도 4는 연선(20)에 자화금속부재(110) 및 코일(120)이 감긴 후에 결합지 그(160)가 아직 장착되지 않은 상태를 나타낸 것이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자화금속부재(110)와 이에 감겨진 코일(120)은 연선(20)의 길이방향으로 상호 이격된 구간에 마련되어 어느 일측의 코일(120)은 전원선(150)을 통해 자기장 발생부(130)에 연결되고, 다른 타측의 코일(120)은 전원선(150)을 통해 초음파 수신부(140)에 연결된다. 본 발명의 일실시예로서, 자화금속부재(110) 및 코일(120)은 강선 케이블(10)의 정착부(30)에서 피복(40)이 벗겨진 상태에 있는 연선(20)에 구비된 것이 바람직하다.

이에 따라, 자기장 발생부(130)에 전기적으로 연결된 코일(120)로 자기장 발생부(130)가 전류를 인가하면, 코일(120)이 감싸고 있는 일측의 자화금속부재(110)에는 자기장 변화가 일어나며 자화금속부재(110)의 미세한 확장?수축에 의해 자왜초음파가 발생된다. 이에, 초음파 수신부(140)에 전기적으로 연결된 코일(120)이 감싸고 있는 타측의 자화금속부재(110)로 초음파가 연선(20)을 타고 전달되어 타측 자화금속부재(110)의 미세한 확장?수축에 의해 발생되는 자기장 변화에 의해 타측의 코일(120)에 전류가 인가되어 초음파 신호를 전류의 형태로 초음파 수신부(140)에 전달할 수 있다.

연선(20)에 결함이 발생되지 않은 경우, 일측에 배치된 코일(120)로 인가된 전류는 타측에 배치된 코일(120)로부터 수신되는 전류와 비례관계가 성립되지만, 연선(20)에 결함이 발생된 경우, 타측에 배치된 코일(120)로부터 수신되는 전류의 수치와 파형은 일측에 배치된 코일(120)로 인가된 전류와 비례관계가 성립되지 않는다.

이에 따라, 자왜초음파를 이용해 강선 케이블(10)의 결함 유무를 용이하게 파악할 수 있다.

본 발명의 일실시예로서, 자화금속부재(110) 및 코일(120)은 한 쌍으로 각각 구비되어 2개소에 장착된 것으로 설명하지만, 본 발명의 또 다른 실시예로, 신호 중첩의 문제만 해결될 수만 있다면 연선(20)에 각각 1개씩만 구비되어 1개소에 장착될 수도 있고, 그밖에 3개소 이상 복수의 개소에 장착될 수도 있다.

한편, 강선 케이블(10)을 구성하는 연선(20)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 통상 7개의 소선(21) 가닥이 헬리컬 형태로 꼬아져 이루어진다. 연선(20)을 이루는 소선(21)들 사이의 공극에는 왁스와 같은 충진물이 충진된다. 이에 따라, 연선(20)의 길이방향 표면은 불규칙한 형상을 갖게 된다. 따라서, 자화금속부재(110)가 연선(20)의 둘레를 밀착되게 감싸도록 하고, 또한 코일(120)이 이러한 자화금속부재(110)에 밀착되게 감겨지도록 하기 위하여, 본 발명의 일실시예로서, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자화금속부재(110) 및 코일(120)이 연선(20) 둘레에 밀착되도록 구비되어 자화금속부재(110) 및 코일(120)을 가압하는 결합지그(160)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 자화금속부재(110)를 피복(40)이 제거된 연선(20)에 직접 부착시키면 자화금속부재(110)와 연선(20) 사이의 공극으로 인하여 자기장 변형이 원활히 이뤄지지 않을 수 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 자화금속부재(110) 및 코일(120)을 결합지그(160)로 연선(20)에 밀착시킴으로써 자화금속부재(110)와 연선(20) 간의 공극을 최소화시켜 강선 케이블(10)의 결함 유무를 정확하게 파악할 수 있다.

결합지그(160)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 자화금속부재(110) 및 코일(120)이 연선(20)에 용이하게 탈부착될 수 있도록 자화금속부재(110) 및 코일(120)이 수용되는 밀착 수용부가 절반으로 나뉘어 상호 포개짐에 의해 자화금속부재(110) 및 코일(120)을 연선(20) 둘레에 밀착시키는 구조로 마련된 제1 지그(161) 및 제2 지그(163)로 구성되고, 제1 지그(161) 및 제2 지그(163)는 양측에 구비된 볼트 너트 체결부(165)로 결합된다.

본 발명의 일실시예로서, 도시되지는 않았지만, 밀착 수용부의 내부 표면은 연선(20)이 꼬여있는 형상에 대응된 형상을 갖도록 마련되어 연선(20)의 길이방향에 대해서도 연선(20)과 자화금속부재(110) 및 코일(120) 간의 공극을 최소화시키는 것이 바람직하다. 이때, 자화금속부재(110) 및 코일(120)이 구비되지 않은 연선(20)의 표면과 결합지그(160) 간의 미세한 공극이 제거되도록 밀착 수용부의 내부 표면 중 연선(20)의 길이방향의 전방 및 후방영역에는 두께가 얇은 고무패드와 같은 탄성체가 구비된 것이 바람직하다.

또한, 제1 지그(161) 및 제2 지그(163) 중 적어도 어느 하나에는 자기장 발생부(130) 또는 초음파 수신부(140)에 연결된 전원선(150)이 결합되는 커넥터부(167)가 구비된다.

커넥터부(167)에는 단자선(169)이 고정되게 구비되어 결합지그(160)가 자화금속부재(110) 및 코일(120)을 밀착 수용할 때에 코일(120)의 최종 가닥이 일일이 커넥터부(167)로 연결되도록 할 필요 없이 미리 구비된 단자선(169)에 코일(120)이 접촉되도록 하기만 하면 되도록 함으로써 결합지그(160)에 의한 장착구조를 모듈화시킬 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 연선(20)의 길이방향으로 상호 이격된 구간에 장착되는 자화금속부재(110) 및 코일(120)이 연선(20)에 밀착되게 장착되도록 결합지그(160)도 한 쌍으로 구비되어 자기장 발생부(130) 및 초음파 수신부(140)에 전원선(150)으로 각각 연결될 수 있다. 또한, 한 쌍의 결합지그(160)에 각각 구비된 커넥터부(167) 중 어느 하나에는 자기장 발생부(130)에 연결된 전원선(150)이 결합되고 다른 하나에는 초음파 수신부(140)에 연결된 전원선(150)이 결합될 수 있다. 도 5에 도시된 결합지그(160)의 내부에는 자화금속부재(110) 및 코일(120)이 밀착 수용되어 연선(20)에 밀착되게 감겨있다.

이에 따라, 자화금속부재(110), 코일(120) 및 결합지그(160)를 미리 마련함으로써 자왜초음파를 이용하는 결함 탐상 장치(100)를 연선(20)에 부착하는 데에 걸리는 시간을 최소화하여 공용 중인 사장교나 현수교와 같은 교량에서 교통이 통제되는 시간을 최소화할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 강선 케이블의 결함 탐상 장치(100)를 연선(20)에 장착하는 과정을 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 연선(20)의 직경보다 대략 5% 정도 직경이 큰 한 쌍의 자화금속부재(110)를 연선(20)에 감고, 코일(120)로 자화금속부재(110)를 감는다.

다음에, 한 쌍의 제1 지그(161)와 제2 지그(163)로 한 쌍의 자화금속부재(110) 및 코일(120)을 감싸도록 제1 지그(161) 및 제2 지그(163)를 체결부(165) 로 결합하여 한 쌍의 결합지그(160)에 의해 자화금속부재(110) 및 코일(120)을 연선(20)에 밀착시킨다. 이때, 결합지그(160)의 체결부(165)를 최대한 조임으로써 연선(20)과 자화금속부재(110) 및 코일(120) 간의 공극을 최소화시킬 수 있다.

그리고, 자기장 발생부(130)의 전원선(150)을 일측의 결합지그(160)의 커넥터부(167)에 연결하고, 초음파 수신부(140)의 전원선(150)을 타측의 결합지그(160)의 커넥터부(167)에 연결한다.

결함 탐상 작업후에, 결합지그(160)는 분리되어 나중에 재활용될 수 있지만, 자화금속부재(110) 및 코일(120)은 일회용으로서 사용후 버려질 수도 있다.

이에 본 발명에 따르면, 자왜초음파를 이용해 강선 케이블(10)의 결함 유무를 용이하게 파악할 수 있고, 자화금속부재(110) 및 코일(120)을 연선(20)에 밀착시킴으로써 강선 케이블(10)의 결함 유무를 정확하게 파악할 수 있으며, 자화금속부재(110), 코일(120) 및 결합지그(160)를 미리 마련함으로써 자왜초음파를 이용하는 결함 탐상 장치(100)를 연선(20)에 부착하는 데에 걸리는 시간을 최소화하여 공용 중인 교량에서 교통이 통제되는 시간을 최소화할 수 있다.

도 1은 일반적인 강선 케이블의 정착부를 나타낸 절개 사시도,

도 2는 일반적인 강선 케이블의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 결함 탐상 장치가 연선에 장착된 상태를 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 결합지그가 장착되기 전 상태를 나타낸 개략도,

도 5는 본 발명에 따른 결합지그가 장착된 상태를 나타낸 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 자화금속부재 120: 코일

130: 자기장 발생부 140: 초음파 수신부

150: 전원선 160: 결합지그

161: 제1 지그 163: 제2 지그

165: 체결부 167: 커넥터부

169: 단자선

Claims

복수의 소선으로 이뤄진 연선 둘레에 밀착 구비된 자화금속부재;

상기 자화금속부재에 밀착되게 감겨진 코일;

상기 코일에 전류를 인가하여 상기 자화금속부재에 자기장 변화를 일으키는 자기장 발생부; 및

상기 자화금속부재에서의 자기장 변화에 의해 발생되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부;를 포함하는 강선 케이블의 결함 탐상 장치.
제1항에 있어서,

상기 자화금속부재 및 상기 코일은 연선의 길이방향으로 상호 이격된 구간에 마련된 것을 특징으로 하는 강선 케이블의 결함 탐상 장치.
제1항에 있어서,

상기 자화금속부재 및 상기 코일이 연선 둘레에 밀착되도록 가압하는 결합지그;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 강선 케이블의 결함 탐상 장치.
제3항에 있어서,

상기 결합지그는 한 쌍으로 구비되며, 한 쌍의 결합지그 중 어느 하나는 상기 자기장 발생부에 전원선으로 연결되며, 다른 하나는 상기 초음파 수신부에 전원선으로 연결된 것을 특징으로 하는 강선 케이블의 결함 탐상 장치.
제4항에 있어서,

상기 한 쌍의 결합지그에는 상기 자기장 발생부 또는 상기 초음파 수신부에 연결된 전원선이 결합되는 커넥터부가 각각 구비된 것을 특징으로 하는 강선 케이블의 결함 탐상 장치.