KR101250559B1 - 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치는, 압력 용기의 외부 일측에 설치되어 압력 용기를 자화시키는 코일 권선대; 압력 용기의 외부 타측에 자기장 감지 센서를 다수개 배열하여 설치하는 센서 지지체; 압력 용기를 자화시켜 코일 권선대에 의해 발생된 자속의 방향과 수직인 방향으로 자속을 발생시키는 요크; 및 하나 이상의 자기장 감지 센서가 부착된 내시경 등을 포함한다.
Description
본 발명은 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력 용기의 결함에 의해 발생되는 불규칙한 자기 신호를 검출해 불량 여부를 파악할 수 있다. 즉, 압력 용기에 자기장을 인가하면 용기 균열이나 결함이 있는 부분에서 자속이 누설되는데 이를 자기 센서로 측정해 용기 불량 여부를 보다 신속하게 진단하는 방식에 관한 것이다.
결함을 검사하기 위하여 사용되는 비파괴적 방법으로는 육안검사, 초음파탐상, 방사선탐상, 자분탐상, 침투탐상, 와류탐상 등이 있다. 육안검사, 초음파탐상은 검사자의 경험 및 주관에 의존하여 신뢰성 및 재현성이 적은 단점이 있고 방사선탐상은 탐상면에 수직한 균열 등의 선형 결함에 대해 탐상이 어려운 단점이 있으며 와류탐상은 전도체 재료의 표면 또는 표면 근처의 결함만을 탐상할 수 있다.
피검체의 내외부 벽의 결함에 의해 누설되는 자속을 측정하는 누설 자속(MFL: magnetic flux leakage) 측정법은 자기장을 사용하기 때문에 강자성체로 된 구조체에서만 사용할 수 있지만 검사가 비교적 쉽고 시험체의 크기나 형상 등에 영향을 적게 받으며 결함의 종류를 식별하기에 용이하다.
도 1은 결함 부위에서 자속이 누설되는 현상을 설명하고 있는데 피검체(60)를 자화시켰을 때 결함(61)은 큰 자기 저항을 일으키고 이 때 우회한 자속은 결함 주위에 집속하게 되어 결과적으로 유효 자기장의 세기를 증가시킨다. 자기 유도의 큰 증가는 유효 자기장의 세기를 증가시킨다. 피검체는 내부 응력에 의해 인장 응력을 받게 되고 이로 인해 피검체의 결함은 응력 상승자 역할을 하게 되어 결함 주변에 투자율이 증가한다.
따라서 피검체를 흐르는 자기력선은 도 1에서 보이는 바와 같이 투자율이 증가한 결함의 밑 부분에 집속되어 흐르게 되고 이 작은 영역에서 자기력선은 마그네틱 라인 다이폴 같이 거동한다. 이 다이폴은 피검체 내의 교란된 자기장과 같은 방향을 갖고 결함 내의 누설 자속과 반대 방향을 갖는 자기장을 생성한다. 따라서 결함이 존재하는 편 혹은 반대편에서도 누설 자속을 측정함으로써 결함을 탐지할 수 있다.
상기와 같은 누설 자속을 검출하는 장비는 다양하게 제안되어 왔으나 그 일례로 도 2와 같이 요크 타입의 탐상 장치를 들 수 있다. 탐상 장치는 피검체(60)를 자화시키기 위한 요크(30), 요크(30)에 권선된 코일에 전류를 인가하는 전원 공급기, 자기장 감지 센서, 및 자기장 감지 센서의 출력 신호를 분석하는 분석 장비 등으로 이루어진다.
용기 제작과정에서 불량품을 가려내기 위해 기존에는 초음파 검사방법을 사용했는데 이 방법은 검사장치와 용기표면이 견고하게 접촉되지 않을 경우 정확한 측정이 어려워 결함발생 가능성이 가장 높은 돔의 곡면 부분에 대해서는 정확한 검사가 이뤄지지 않았으나 본 발명은 비접촉 방식이라 곡면부 검사도 가능하고 용기의 크기와 상관없이 정확하게 결함여부를 파악할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 압력 용기의 결함에 의해 발생되는 불규칙한 자기 신호를 검출해 불량 여부를 파악할 수 있다. 즉, 압력 용기에 자기장을 인가하면 용기 균열이나 결함이 있는 부분에서 자속이 누설되는데 이를 자기 센서로 측정해 용기 불량 여부를 보다 신속하게 진단하는 방식에 관한 것이다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치는 압력 용기의 외부 일측에 설치되어 상기 압력 용기를 자화시키는 코일 권선대; 및 상기 압력 용기의 외부 타측에 자기장 감지 센서를 다수개 배열하여 설치하는 센서 지지체를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치에서 상기 코일 권선대에 의해 발생된 자속은 상기 압력 용기를 관통하고 상기 압력 용기를 관통하는 자속의 방향과 수직인 방향으로 위치하는 외부 표면의 결함은 상기 자기장 감지 센서에 의해 검출되는 자기 신호를 변화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치는 상기 압력 용기를 자화시켜 상기 코일 권선대에 의해 발생된 자속의 방향과 수직인 방향으로 자속을 발생시키는 요크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치에서 상기 요크의 하방에 자기장 감지 센서를 포함하고 상기 요크에 의해 발생된 자속의 방향과 수직인 방향으로 위치하는 외부 표면의 결함은 상기 자기장 감지 센서에 의해 검출되는 자기 신호를 변화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치에서 상기 요크의 양끝단에는 스틸 브러쉬를 장착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치에서 상기 압력 용기 내부의 표면 결함을 측정하기 위하여 하나 이상의 자기장 감지 센서가 부착된 내시경을 상기 압력 용기 내부로 삽입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치에서 상기 자기장 감지 센서는 서치 코일(search coil) 센서, 플럭스 게이트(flux gate) 센서, 홀 이펙트(hall effect) 센서, GMR 센서, AMR 센서, TMR 센서, 및 PHR 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치에 따르면, 결함의 방향에 따른 결함 검출 능력을 높이기 위하여 자화 방향을 달리 할 수 있다. 외부 결함의 경우 압력 용기를 한 번 회전시키는 동안 결함 측정을 완료할 수 있다.
도 1은 자화된 피검체의 결함 부위에서 발생되는 누설 자속의 모습.
도 2는 종래의 누설 자속 측정에 의한 비파괴 탐상장치.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치.
도 2는 종래의 누설 자속 측정에 의한 비파괴 탐상장치.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 코일 권선대(100), 센서 지지체(200), 요크(300), 및 내시경(400)을 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치는 압력 용기(500) 외부 및 내부의 표면 결함을 측정하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 코일 권선대(100)는 압력 용기(500)의 외부 일측에 설치되어 압력 용기(500)를 자화시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 센서 지지체(200)는 압력 용기(500)의 외부 타측에 자기장 감지 센서(210)를 다수개 배열하여 설치한다. 센서 지지체(200)에 자기장 감지 센서(210)를 고정하기 위한 센서 홀더(230)도 포함된다.
본 발명의 일실시예에 따른 코일 권선대(100)에 의해 발생된 자속(φ1)은 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 용기(500)를 관통한다. 압력 용기(500)를 관통하는 자속(φ1)의 방향과 수직인 방향으로 위치하는 외부 표면의 결함(A)은 자기장 감지 센서(210)에 의해 검출되는 자기 신호를 변화시킨다.
이에 따라, 압력 용기(500)를 한 바퀴 회전하는 동안 외부 표면의 결함(A) 검출을 완료할 수 있다. 압력 용기(500)를 회전시키기 위한 수단으로 압력 용기(500)에 손잡이가 달려 있도록 하거나 모터와 벨트 등이 구비될 수 있다. 압력 용기(500)에 회전축이 탑재된 것이다. 이는 당업자의 판단에 따라 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 또한, 압력 용기(500)의 회전 속도를 조절하여 표면 결함의 검출 속도를 조절할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 압력 용기(500)가 회전하면서 결함 검출의 과정을 반복하도록 되어 있다. 즉, 압력 용기(500)의 회전축을 회전시키면 압력 용기(500)가 회전을 하게 되는데, 이렇게 되면 압력 용기(500)가 한 바퀴 회전하는 동안 외부 표면의 결함(A) 검출을 완료할 수 있다.
또한, 내부 표면의 결함 측정에 있어서도 내시경(400)의 위치 이동을 마치 나사의 피치 이동처럼 즉, 압력 용기(500) 한 회전에 한 피치 간격으로 내시경(400)을 이동시키게 되면 보다 신속하고 정밀한 내부 표면의 결함 측정이 가능해 진다.
검사 대상인 압력 용기(500)를 코일 권선대(100)에 의해 자화시키면 압력 용기(500)의 결함(A) 부위에서 누설 자속이 발생되고 자기장 감지 센서(210)는 이를 감지하여 결함 위치를 검출한다.
자기장 감지 센서(210)는 예를 들어, 누설 자속으로 인해 변형된 전압을 측정하며 이 전압 레벨에 따라 압력 용기(500)의 결함 유무 및 결함 위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 요크(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 압력 용기(500)를 자화시켜 코일 권선대(100)에 의해 발생된 자속(φ1)의 방향과 수직인 방향으로 자속(φ2)을 발생시킨다. 이는, 코일 권선대(100)에 의해 발생된 자속(φ1)으로 탐지하기 어려운 방향에 위치한 결함을 검출하기 위한 것이다.
요크(300)는 압력 용기(500)와 비접촉한다. 요크(300)의 외부에 권취되어 요크(300)에 자기장을 형성하는 코일과 코일에 전원을 공급하는 전원 공급기를 포함할 수 있다.
전원 공급기가 발생시키는 자기장에 의해 자속(φ2)이 요크(300)에 발생되어 압력 용기(500)에 인가되면 압력 용기(500)에 상호 유도 작용을 일으키며 자속(φ2)이 형성되고 이 압력 용기(500)에 결함(B)이 존재하는 경우 압력 용기(500)의 임피던스가 변화하므로 자속(φ2)의 크기가 결함(B)의 주변에서 변화한다.
자속(φ2)의 크기는 또한 결함(B)의 크기에 따라 변화한다. 이러한 자속(φ2) 크기의 변화 및 변화의 위치를 자기장 감지 센서(310)가 탐지하여 측정 신호를 발생하면 증폭 회로에서 측정 신호를 필터링하여 증폭하고 증폭된 측정 신호를 신호 처리기에서 처리하여 결함(B)의 위치 및 크기를 산출함으로써 압력 용기(500) 내 결함의 존재 유무, 결함의 위치 및 크기를 검출할 수 있게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 요크(300)의 하방에 상술한 바와 같이, 자기장 감지 센서(310)를 포함한다. 요크(300)에 의해 발생된 자속(φ2)의 방향과 수직인 방향으로 위치하는 외부 표면의 결함(B)은 자기장 감지 센서(310)에 의해 검출되는 자기 신호를 변화시킨다.
본 발명의 일실시예에 따른 요크(300)의 양끝단에는 스틸 브러쉬(330)를 장착할 수 있다. 요크(300)는 페라이트 또는 전기강판과 같은 고투자율의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 요크(300)는 말굽 모양으로 구현될 수 있다.
이에 따라, 압력 용기(500)를 회전시키고 동시에 요크(300)를 한 피치씩 전진시킴으로써 외부 표면의 결함(B) 검출을 완료할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 내시경(400)은 압력 용기(500) 내부의 표면 결함을 측정하기 위한 것으로 하나 이상의 자기장 감지 센서(410)가 부착된 내시경(400)을 압력 용기(500) 내부로 삽입한다. 압력 용기(500) 내부의 표면 결함을 측정하는 과정은 내시경(400)을 사용하는 것 이외에 나머지는 상술한 과정과 동일하다.
상술한 자기장 감지 센서(210, 310, 및 410)는 서치 코일(search coil) 센서, 플럭스 게이트(flux gate) 센서, 홀 이펙트(hall effect) 센서, GMR 센서, AMR 센서, TMR 센서, 및 PHR 센서 등으로 구현될 수 있다.
자기장 감지 센서(210, 310, 및 410)에서 발생된 측정 신호를 증폭 및 필터링을 행하는 회로와 증폭 및 필터링된 측정 신호를 처리하여 압력 용기(500) 내의 결함의 위치 및 크기를 산출하는 신호 처리기를 포함할 수 있다.
신호 처리기는 증폭 및 필터링된 측정 신호를 미분하여 결함의 위치 및 크기를 산출하는 미분 처리기를 더 포함할 수 있다. 이러한 미분 처리를 통해 결함의 위치 및 크기를 더욱 정확하게 산출할 수 있게 된다.
상기와 같이 본 발명에 따르면, 결함의 방향에 따른 결함 검출 능력을 높이기 위하여 자화 방향을 달리 할 수 있다. 외부 결함의 경우 압력 용기를 한 번 회전시키는 동안 결함 측정을 완료할 수 있다.
본 발명의 주요한 특징은 압력 용기를 회전시키면서 표면 결함을 검출하기에 보다 신속하게 검출 작업을 완료할 수 있고 상술한 바와 같이 결함이 자속의 방향과 수직인 방향으로 위치하는 경우 자기장 감지 센서에 의해 잘 검출되는 점을 이용하여 자화 방향을 달리 하는 것이다. 즉, 자화 방향을 달리 하기 위해 코일 권선대 및 요크를 사용한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 코일 권선대
200: 센서 지지체
300: 요크
400: 내시경
500: 압력 용기
200: 센서 지지체
300: 요크
400: 내시경
500: 압력 용기
Claims (7)
- 압력 용기 외부 및 내부의 표면 결함을 측정하는 비파괴 탐상장치에 있어서,
상기 압력 용기의 외부 일측에 설치되어 상기 압력 용기를 자화시키는 코일 권선대;
상기 압력 용기의 외부 타측에 자기장 감지 센서를 다수개 배열하여 설치하는 센서 지지체; 및
상기 압력 용기 내부로 삽입되어 내부 표면의 결함을 측정하기 위하여 하나 이상의 자기장 감지 센서가 부착된 내시경;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치. - 제1항에 있어서,
상기 코일 권선대에 의해 발생된 자속은 상기 압력 용기를 관통하고 상기 압력 용기를 관통하는 자속의 방향과 수직인 방향으로 위치하는 외부 표면의 결함은 상기 자기장 감지 센서에 의해 검출되는 자기 신호를 변화시키는 것을 특징으로 하는 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치. - 제1항에 있어서,
상기 압력 용기를 자화시켜 상기 코일 권선대에 의해 발생된 자속의 방향과 수직인 방향으로 자속을 발생시키는 요크
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치. - 제3항에 있어서,
상기 요크의 하방에 자기장 감지 센서를 포함하고 상기 요크에 의해 발생된 자속의 방향과 수직인 방향으로 위치하는 외부 표면의 결함은 상기 자기장 감지 센서에 의해 검출되는 자기 신호를 변화시키는 것을 특징으로 하는 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치. - 제3항에 있어서,
상기 요크의 양끝단에는 스틸 브러쉬를 장착하는 것을 특징으로 하는 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치. - 삭제
- 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 자기장 감지 센서는 서치 코일(search coil) 센서, 플럭스 게이트(flux gate) 센서, 홀 이펙트(hall effect) 센서, GMR 센서, AMR 센서, TMR 센서, 및 PHR 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설자속 측정에 의한 압력용기의 비파괴 탐상장치.
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