KR20050033580A

KR20050033580A - 액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법

Info

Publication number: KR20050033580A
Application number: KR1020050019872A
Authority: KR
Inventors: 부광석; 육현호
Original assignee: 학교법인 인제학원
Priority date: 2005-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2005-04-12

Abstract

본 발명은 비파괴 검사방법의 하나로서 밀폐된 용기나 파이프, 자동차 바퀴용 휠과 같은 금속기밀체의 제품에 생성된 리크(leak)를 검출하는 방법에 관한 것으로, 온도에 따라 색상이 변화하는 액정의 성질을 이용하여 제품에 생성된 리크를 검출토록 함으로써 저렴한 비용으로 보다 신속하고 편리하며 신뢰성 높은 검사결과를 가져오는 액정시트(liquid crystal sheet)를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 소정 크기의 액정시트를 그 시트면이 피검사체의 표면부와 일정 간격 이격된 상태를 유지하도록 설치하는 단계와, 설치된 액정시트의 분위기 온도를 일정 온도로 유지시켜 상기 액정시트가 특정한 색을 띠도록 하는 단계와, 피검사체의 내측 공간부와 연통되게 형성된 유입구를 통해 피검사체 내측으로 상기 액정시트의 분위기 온도와 소정의 온도차를 갖는 기체를 가압, 유입시키는 단계와, 상기 액정시트의 색상변화를 감지하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법이 제공된다.

Description

액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법 { The method of detecting leaks in airtight metallic bodies using liquid crystal sheet }

일반적으로 금속재의 밀폐된 용기나, 파이프, 자동차 바퀴용 휠 등과 같이 제품의 사용에 있어 기밀을 요하는 금속기밀체는 짧은 시간에 많은 양의 제품 생산이 가능한 이점 등으로 주조공법에 의해 제조되는 경우가 많은데, 이와 같은 주조공법에 의하면 금속의 용융과정에서 유입 또는 생성되는 불순물이나 공기 기포 등에 의해 제품에 리크(leak)가 빈번히 발생하게 된다.

이와 같은 리크는 매우 미세하여 육안으로는 판별하기가 곤란하며, 시간이 지남에 따라 전파 및 확장되어 제품의 수명을 단축하게 함은 물론, 내부에 고압이 작용하거나 폭발성 또는 유독성 기체나 액체가 저장, 통과되는 용기나 파이프 등의 경우에는 폭발이나 유독성분의 누출과 같은 안전사고를 일으키는 원인이 되고, 특히 자동차 바퀴용 휠의 경우에는 타이어압 감소의 원인이 되어 타이어의 수명 단축과 자동차 연료의 소모량 증대를 유발시키며 나아가 타이어 파손으로 인한 대형 교통사고를 초래하게 된다.

이에 종래에는 방사선투과검사, 초음파탐상검사, 자분탐상검사, 액체침투탐상검사, 누설탐상검사와 같은 비파괴검사 방법을 적용하여 상술한 금속기밀체 제품에 대해 리크의 발생 여부를 판별해 오고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 검사방법들은 각각 나름대로 장단점을 가지나 통상 숙달된 검사인력과 고가의 검사장비가 요구되어 검사에 많은 비용이 들뿐 아니라 검사에 소요되는 시간이 길고 검사의 신뢰도도 그다지 높지 않은 경우가 많다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 금속기밀체의 표면부에 발생한 리크를 높은 검사 신뢰도를 가지면서도 더욱 저렴한 비용으로 신속, 간편하게 검출할 수 있는 금속기밀체의 리크 검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법은, 소정 크기의 액정시트를 그 시트면이 피검사체의 표면부와 일정 간격 이격된 상태를 유지하도록 설치하는 단계와, 설치된 액정시트의 분위기 온도를 일정 온도로 유지시켜 상기 액정시트가 특정한 색을 띠도록 하는 단계와, 피검사체의 내측 공간부와 연통 되게 형성된 유입구를 통해 피검사체 내측으로 상기 액정시트의 분위기 온도와 소정의 온도차를 갖는 기체를 가압, 유입시키는 단계와, 상기 액정시트의 색상변화를 감지하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

즉, 본 발명의 액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법은 피검사체의 외측 표면부에 액정시트를 설치하고 그 분위기 온도를 일정 온도로 유지시키되 피검사체 내측으로 이와 다른 온도를 갖는 기체를 가압, 유입시킴으로써, 피검사체의 검사대상면에 리크가 존재하는 경우 유입된 기체가 상기 리크를 통해 누출되면서 액정시트에 접촉되게 하고, 이때 그 접촉부에서의 온도 차이에 의해 액정시트의 색상이 변화되는 것을 감지함에 의해 리크의 유무 및 위치를 검출할 수 있도록 한 것이다.

본 발명의 제1단계는 소정 크기의 액정시트를 그 시트면이 피검사체의 표면부와 일정 간격 이격된 상태를 유지하도록 설치하는 단계이다.

주지하는 바와 같이 액정이란 분자가 차지하는 위치와 분자축 방향이 고체에서 볼 수 있는 것과 같은 완전한 규칙성을 갖는 상태와 액체에서 볼 수 있는 것과 같은 등방성의 불규칙한 상태와의 중간 상태를 가리키는 물질을 말하는 것으로 중간상이라고 하는데, 이는 액정이 일반적으로 그 상태가 액체처럼 유동성을 가지지만 방향에 따라서 광학적 성질을 달리하고 결정체를 닮은 성질을 가지기 때문이다.

이러한 액정의 성질은 액정의 종류에 따라 물이나 유기 용매와 같은 다른 종류의 물질과 혼합될 때 나타나는 것인 LLC(Lyotropic Liquid Crystal)와 일정 온도범위에서 나타나는 것인 TLC(Thermotropic Liquid Crystal)가 있는데, LLC는 생물물리학이나 생체공학분야에서 흥미 있게 다루어지고 있으나 아직까지 많이 응용되고 있지는 않으며, TLC가 표시장치나 전기, 전자공학 분야 등 현재 가장 많이 이용되고 있는 것으로 이것이 온도 측정에 이용되며 본 발명에서 사용된다.

즉, TLC는 특정 온도 범위에서 저온에서 고온으로 갈수록 고체 →스멕틱(Smectic) →콜레스트릭(Cholestric) → 네마틱(Nematic) →액체로의 상전이를 하게 되며 각 상간의 전이온도 전후에는 복굴절성 광학조직의 변화나 열의 흡수, 방출 등의 현상이 나타나게 되므로 온도에 따라 빛의 굴절률이 달라지게 되어 저온에서 고온으로 갈수록 빨간색에서 노란색, 푸른색 계통을 거쳐 보라색까지 색이 변하게 된다.

상기 액정시트는 투명한 합성수지재의 필름에 상술한 특성을 갖는 액정이 도포된 것으로 이와 같은 상태로 반응온도 범위별로 제품화되어 나오고 있는 것을 구입하여 사용할 수도 있으며, 얇고 투명한 합성수지재 필름에 희망하는 반응온도 범위에 따라 적절한 액정액을 도포하여 구비할 수도 있다. 이때, 상기 합성수지재 필름은 그 두께가 0.1㎜ 내외면 적당하며, 투명한 PVC(Polyvinyl chloride) 필름이나 PET(Polyethylene Terephthalate) 필름을 사용하면 되는데, 주변에서 손쉽게 구할 수 있는 OHP필름을 사용하는 것도 무방하다. 그리고 액정액은 분무기 등을 이용하여 상기 합성수지재 필름에 수㎛ 정도의 두께를 갖는 액정층이 형성되도록 도포하면 된다.

이와 같은 액정시트는 상술한 액정의 특성에 의해 그 분위기 온도를 일정하게 유지시키면 일정한 반응색을 보이므로 열원반응 검출지로서의 역할을 수행하게 되는 것이다.

상기 액정시트의 크기는 피검사체의 검사대상면의 크기 등을 고려하여 결정하면 된다. 다만, 검사에 있어 취급의 용이성과 피검사체의 검사대상 표면부가 넓은 경우에는 피검사체를 회전시키거나 이동시켜가면서 검사를 행하면 되는 점 등을 감안하여 20 ×15㎝ 정도로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 액정시트는 피검사체의 표면부와 일정 간격 이격된 상태를 유지하여야 하는데, 이는 상기 액정시트가 피검사체의 표면부와 접촉되게 되면 금속재로서 열전도도가 높은 피검사체의 표면온도에 영향을 받게 되어 반응 파악의 용이성이 떨어지기 때문이다. 한편, 상기 액정시트의 피검사체 표면부와의 이격 거리는 2.5 ∼ 5.5㎜ 정도가 바람직하다. 2.5㎜ 미만이 되면 액정시트가 피검사체의 표면온도에 쉽게 영향을 받을 수 있게 되고 5.5㎜를 초과하게 되면 리크를 통과해 누출되는 기체의 온도가 액정시트에 미치는 효과가 낮아져 역시 반응 파악이 어려워지기 때문이다.

상기 액정시트는 그 전체 시트면이 피검사체 표면부와의 균일한 접촉조건을 얻을 수 있도록 하기 위해 피검사체의 표면형상에 대응되게 설치되어야 하는데, 이를 위해 피검사체의 표면부와 동일한 굴곡 및 형상을 갖도록 틀형 브라켓을 가공, 제작하여 상기 틀형 브라켓의 하면에 접착제 등을 이용하여 액정시트를 부착시킨 후 액정시트가 부착된 상기 틀형 브라켓을 피검사체의 표면부와 상기한 간격만큼 이격되도록 설치한다. 이때 상기 틀형 브라켓은 피검사체와 분리된 별도의 외부 지지체에 지지되도록 하면 된다.

본 발명의 제2단계는 설치된 액정시트의 분위기 온도를 일정 온도로 유지시켜 상기 액정시트가 일정한 색을 띠도록 하는 단계이다.

즉, 상기 액정시트 전체가 일정한 반응색을 띠도록 열풍을 가하는 등의 방법으로 그 분위기 온도를 일정 온도로 유지시킨다.

여기서 상기 액정시트의 분위기 온도는 후술하는 제3단계에서 피검사체 내측에 가압, 유입시키는 기체의 온도에 따라 상대적으로 결정된다. 예컨대, 제3단계에서 피검사체 내측에 상온의 공기를 유입시키는 경우에는 본 단계에서 적절히 열풍 등을 가하여 상기 액정시트의 분위기 온도를 상온보다 높은 온도를 유지하도록 하며, 이와 달리 피검사체 내측에 상온보다 높은 온도를 갖는 기체를 유입시키는 경우라면 상기 액정시트의 분위기 온도를 상온으로 유지시키면 되는 것이다.

본 발명의 제3단계는 피검사체의 내측 공간부와 연통 되게 형성된 유입구를 통해 피검사체 내측으로 상기 액정시트의 분위기 온도와 소정의 온도차를 갖는 기체를 가압, 유입시키는 단계이다.

피검사체 내부에 가압, 유입시키는 기체의 종류는 안전성 등에 문제가 없다면 특별히 한정하지는 않으나, 구입의 용이성 등을 고려하여 공기로 하는 것이 바람직하다.

피검사체 내측으로의 기체의 유입은 에어컴프레셔(미도시) 등을 이용하여 이루어지는데, 그 유입압력은 피검사체 내측으로 유입된 기체가 피검사체에 존재하는 좁은 리크를 통해 누출시에 누출 기체가 피검사체의 표면과 소정 거리 이격되어 설치된 상기 액정시트에 도달되어 온도 변화에 따른 변색반응을 일으키게 충분하도록 적어도 4㎏f 이상이 되어야 한다.

그리고, 피검사체의 내측에 가압, 유입시키는 기체의 온도는 상술한 제2단계에서 설명한 바와 같이 액정시트의 분위기 온도에 따라 상대적으로 결정된다. 다만, 피검사체의 내측에 가압, 유입시키는 기체의 온도와 액정시트의 분위기 온도간에는 반응 확인의 용이성을 위해 적어도 15℃ 이상의 온도차가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 피검사체 내측으로 25℃의 공기를 유입시키는 경우라면 액정시트의 분위기 온도를 40 ∼ 45℃로 유지시킨다.

본 발명의 제4단계는 상기 액정시트상의 색상변화를 감지하는 단계이다.

만일, 피검사체의 검사대상 표면상에 리크가 존재한다면 피검사체 내부로 가압, 유입된 소정 온도의 기체는 이 리크를 통해 누출되게 되며 이렇게 누출된 기체는 그와 일정 온도차를 갖는 분위기 온도에 의해 일정 색상을 유지하고 있는 상기 액정시트와 접촉되어 당해 접촉 부분을 열반응에 의해 변색케 하므로, 이와 같은 색상변화를 감지함으로써 리크의 위치 및 유무를 판별할 수 있게 되는 것이다. 이러한 액정시트상의 색상변화 감지는 육안으로 수행할 수도 있으나, 보다 정확한 검사와 생산 라인에서의 자동화된 고속 검사가 이루어질 수 있도록 영상을 받아들이는 CCD카메라(Charge-Coupled Device Camera)와 CCD카메라로부터 입력된 영상 데이터를 특정 형식의 파일로 변환시켜 주기 위한 프래임그래버 및 프래임그래버에 의해 획득된 영상을 전송받아 처리, 저장하고 시스템 전체를 제어하기 위한 컴퓨터를 포함하여 이루어지는 영상처리시스템을 구비하여 그에 의해 이루어지도록 하는 것도 가능하다. 다만, 이와 같은 영상처리시스템 관련 기술은 이미 공지의 기술로서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 적절히 선택 적용할 수 있는 사항이므로 본 명세서에서는 이에 대한 구체적 한정 및 설명은 하지 않는다.

이하에서는 본 발명의 액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법의 한 실시예로서 피검사체가 자동차 바퀴용 휠인 경우의 리크를 검출하는 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 자동차 바퀴용 휠의 리크를 검출하는 실시예를 보인 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 의해 자동차 바퀴용 휠의 리크를 검출하는 실시예를 보인 정면도이며, 도 3은 액정시트가 부착된 브라켓의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 자동차 바퀴용 휠(10)의 경우에는 휠(10)의 양측이 개방된 상태이므로 유입구(21)가 형성된 밀폐판(20)을 별도로 구비하여 휠(10)의 양측면에 긴밀히 접촉시킴에 의해 개방부를 폐쇄한다.

자동차 바퀴용 휠(10)은 타이어와 결합하는 림(11)부에서의 리크(30) 존재 여부가 제품의 품질과 직결되므로 림(11)부에서의 리크(30) 유무 검사를 위해 휠(10)의 원주면인 림(11) 표면의 일지점에 소정 크기를 갖는 액정시트(40)를 도 3에 도시된 것과 같이 일측이 림(11) 표면의 형상과 동일한 형상으로 굴곡된 형상을 갖는 틀형 브라켓(50)에 부착하여 림(11) 표면과 일정 간격 이격되도록 설치한다.

다음에, 상기 액정시트(40)의 분위기 온도를 일정 온도로 유지시킴으로써 상기 액정시트(40)가 일정한 색상을 유지하도록 하고 상기 휠(10)을 눕혔을 때 그 상하부에 위치되는 휠(10)의 개구부를 별도로 구비되는 상기 밀폐판(20)으로 막은 후, 상기 밀폐판(20)에 형성된 유입구(21)를 통해 상기 액정시트(40)의 분위기 온도와 소정의 온도차를 갖는 기체를 상기 유입구(21)를 통해 상기 밀폐판(20)에 의해 형성된 휠(10)의 내측 공간부로 가압, 유입시킨다.

이때, 만일 상기 액정시트(40)가 설치된 림(11) 표면상에 리크(30)가 존재한다면 휠(10) 내측으로 유입된 기체가 상기 리크(30)를 통해 누출되면서 액정시트(40)와 접촉되고 상기 기체와 액정시트(40)간의 온도차에 의해 도 3에 도시된 바와 같이 액정시트(40)상의 리크 존재부에 해당되는 부분이 변색되어 변색부(41)가 관찰되게 되므로 간단히 리크(30)의 유무와 위치를 정확히 판별할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 휠(10)이 상기 밀폐판(20)과 일체로 회동될 수 있도록 상기 밀폐판(20)을 휠(10)에 적절히 결합시킨 후 상기 밀폐판(20)을 모터 등을 이용하여 회전시킴으로써 그에 따라 상기 휠(10)을 소정 속도로 회전시키면 휠(10)의 림(11)부 전체 표면에 대한 검사를 수행할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 일실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이며, 그와 같은 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

이와 같이 본 발명의 액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법은 온도에 따라 색상이 변화하는 액정의 성질을 이용하여 기밀을 요하는 금속 제품에 생성된 리크를 높은 신뢰도와 저렴한 비용으로 보다 신속하고 편리하게 검출할 수 있는 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의해 자동차 바퀴용 휠의 리크를 검출하는 실시예를 보인 측단면도

도 2는 본 발명에 의해 자동차 바퀴용 휠의 리크를 검출하는 실시예를 보인 정면도

도 3은 액정시트가 부착된 브라켓의 사시도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10. 휠 11. 림

20. 밀폐판 21. 유입구

30. 리크 40. 액정시트

41. 변색부 50. 틀형 브라켓

60. CCD카메라

Claims

소정 크기의 액정시트(40)를 그 시트면이 피검사체의 표면부와 일정 간격 이격된 상태를 유지하도록 설치하는 단계와, 설치된 액정시트(40)의 분위기 온도를 일정 온도로 유지시켜 상기 액정시트(40)가 특정한 색을 띠도록 하는 단계와, 피검사체의 내측 공간부와 연통되게 형성된 유입구(21)를 통해 피검사체 내측 공간부로 상기 액정시트(40)의 분위기 온도와 소정의 온도차를 갖는 기체를 가압, 유입시키는 단계와, 상기 액정시트(40)의 색상변화를 감지하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 액정시트를 이용한 금속기밀체의 리크 검출방법.