KR101370878B1 - 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치 - Google Patents

피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치 Download PDF

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강호경
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현진소재주식회사
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Abstract

본 발명은 발전용 로터 샤프트와 같은 중대형 중량 단조물류의 자분 탐상 검사를 신속하고 편리하게 수행하기 위한 것으로서 피검물의 길이, 직경 및 형태의 변화에 따라 유연하게 적용이 가능하고 검사 공정 중 피검물의 변형을 예방할 수 있도록 개발된 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 바닥면에 고정 결합하는 베이스 프레임(101) 상에 한 쌍의 롤러(110)가 롤러 회전 구동모터(120)에 의하여 회전 가능하게 착설 되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되며, 전극패드(140)가 상기 한 쌍의 롤러 위에서 좌우로 슬라이드 이동하도록 형성되는 주 지지베드 어셈블리(100); 상기 주 지지베드 어셈블리에 대향하도록 위치하며 바닥에 형성되는 레일(11) 상에서 좌우로 직선 이동하는 베이스 프레임(201) 상에 한 쌍의 롤러(210)가 회전 가능하게 착설되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되며, 전극패드(240)가 상기 한 쌍의 롤러 위에서 좌우로 슬라이드 이동하도록 형성되는 가변 지지베드 어셈블리(200); 상기 주 지지베드 어셈블리와 가변 지지베드 어셈블리에 로딩되는 피검물을 선형 자화시키기 위하여 피검물의 외경 측에 설치되는 자화 코일 어셈블리(300); 및 상기 주 지지베드 어셈블리와 가변 지지베드 어셈블리의 사이에 위치하여 피검물의 중앙부를 지지하기 위한 것으로서 상기 레일 상에서 좌우로 직선 이동하는 베이스 프레임(401) 상에 한 쌍의 가이드 롤러(410)가 회전 가능하게 착설되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되는 적어도 하나 이상의 가이드 롤러 스탠드(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치가 제시된다.

Description

피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치{A magnetic particle testing device with a rotation and a variable support structure of an abject being tested}
본 발명은 발전용 터빈의 로터 샤프트와 같은 대형 샤프트류의 자분 탐상 검사를 위한 비파괴 검사 장치에 관한 것으로서 구체적으로는 수 톤 이상이나 되는 중대형 축류 제품의 자분 탐상 검사를 위하여 피검물을 지지 및 통전하고 회전 구동시키며, 샤프트의 자중에 의한 휨이나 처짐에 의한 변형을 방지하기 위한 자분 탐상 검사장치에 관한 것이다.
자분 탐상 검사란 강자성체의 표면 또는 표면하에 있는 불연속부를 검출하기 위하여 강자성체를 자화시키고 자분을 적용시켜 누설 자장에 의해 자분이 모이거나 불순물이 붙어서 불연속부의 윤곽이 형성되는 위치, 크기, 형태 및 높이 등을 검사하여 제품의 결함을 확인하는 비파괴 검사방법의 일종이다.
일반적으로 자분 탐상 검사의 절차는 시험체에 자장을 형성하고, 자분을 시험체에 적용한 후 시험체를 검사하는 순으로 수행되며 초기 자장 방향을 90°변경하여 가면서 재심사를 반복하게 된다.
자분 탐상 검사는 불연속에 의한 누설 자장이 커야 불연속을 쉽게 발견할 수 있는데 자장과 불연속의 방향이 직각이 될 때 탐상 감도가 높다.
자분 탐상 검사는 자화방법에 따라 선형 자화 및 원형 자화로 나뉠 수 있으며, 선형 자화에는 요크법(Yoke), 코일법(Coil)이 있으며, 원형 자화로는 프로드법(Prod), 축통전법(Head Shot), 중심 도체법(Central Coil) 등이 있다.
이러한 자분 탐상 검사는 표면 균열 검사에 적합하고, 작업이 신속하고 간단하며, 결함 모양이 표면에 직접 나타나 육안으로 관찰이 가능하며, 시험품의 크기와 형상에 구애되지 않으며, 정밀한 전처리가 필요 없다는 등의 특성으로 인하여 많은 다양한 강자성체 금속 제품의 결함 검사에 널리 사용되고 있다.
선박용 크랭크샤프트, 풍력 발전용 메인 샤프트나 발전용 터빈의 로터 샤프트와 같이 중량이 수톤에서 수십톤이나 되는 단조 중량물의 결함 검사를 위한 비파괴검사로서 이러한 자분 탐상 검사방법이 적용되고 있다.
등록특허 제10-0634591호 "단조품의 자동 형광자분 탐상기", 공개실용신안공보 제20-2010-0000814호 "자분탐상기", 등록특허 제10-0667141호 "형광 자분 탐상 장치 및 형광 자분 탐상 방법", 등록특허 제10-1002435호 "형광 자분 탐상 장치"와 같은 것들은 이러한 자분 탐상 장치에 관하여 개시하고 있다.
상기 등록특허 제10-0634591호와 공개실용신안공보 제20-2010-0000814호는 피검물을 회전시켜가며 형광 자분 탐상 검사를 수행하기 위한 장치에 관한 것이나 주로 자동차용 크랭크샤프트와 같은 소형 경량 단조품에 적용하기 위한 것이므로 그 기본 구조상 대형 중량물 단조품이나 샤프트류 제품에 적용하기가 불가능하다는 문제가 있다.
또한, 상기 등록특허 제10-0667141호와 등록특허 제10-1002435호의 경우에는 휴대용 요크를 사용하는 경우에 관한 것으로서 비교적 소규모 피검물에 적당하여 발전용 터빈 로터 샤프트와 같은 중대형 단조 샤프트류 제품에 적용하기에는 적합하지 않은 문제가 있다.
따라서 무게가 수톤에서 수십톤에 이르고 길이도 수미터에 달하는 중대형 중량물 단조 샤프트류에 편리하고 효율적으로 적용할 수 있도록 개발된 전용 자분 탐상 검사 장치의 개발이 요청되었다.
등록특허 제10-0634591호 "단조품의 자동 형광자분 탐상기"(2006.10.16) 공개실용신안공보 제20-2010-0000814호 "자분탐상기"(2010.01.26) 등록특허 제10-0667141호 "형광 자분 탐상 장치 및 형광 자분 탐상 방법"(2007.01.12) 등록특허 제10-1002435호 "형광 자분 탐상 장치"(2010.12.12)
본 발명의 목적은 선박의 엔진용 샤프트, 풍력 발전용 메인 샤프트, 발전용 터빈의 로터 샤프트와 같은 중량물을 피검물로 하여 자분 탐상 검사를 수행함에 있어서 피검물의 축부 직경, 사이즈 및 형상에 관계 없이 피검물을 안정적으로 지지하고, 회전시키며, 피검물의 중앙부가 검사 도중 자중에 의하여 휘거나 변형되는 것을 방지할 수 있는 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서는 피검물의 축 통전을 위한 전극 패드의 탈부착을 용이하게 하기 위한 전극 패드 슬라이드 구조를 아울러 제공하고자 한다.
전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 바닥면에 고정 결합하는 베이스 프레임(101) 상에 한 쌍의 롤러(110)가 롤러 회전 구동모터(120)에 의하여 회전 가능하게 착설 되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되며, 전극패드(140)가 상기 한 쌍의 롤러 위에서 좌우로 슬라이드 이동하도록 형성되는 주 지지베드 어셈블리(100); 상기 주 지지베드 어셈블리에 대향하도록 위치하며 바닥에 형성되는 레일(11) 상에서 좌우로 직선 이동하는 베이스 프레임(201) 상에 한 쌍의 롤러(210)가 회전 가능하게 착설되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되며, 전극패드(240)가 상기 한 쌍의 롤러 위에서 좌우로 슬라이드 이동하도록 형성되는 가변 지지베드 어셈블리(200); 상기 주 지지베드 어셈블리와 가변 지지베드 어셈블리에 로딩되는 피검물을 선형 자화시키기 위하여 피검물의 외경 측에 설치되는 자화 코일 어셈블리(300); 및 상기 주 지지베드 어셈블리와 가변 지지베드 어셈블리의 사이에 위치하여 피검물의 중앙부를 지지하기 위한 것으로서 상기 레일 상에서 좌우로 직선 이동하는 베이스 프레임(401) 상에 한 쌍의 가이드 롤러(410)가 회전 가능하게 착설되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되는 적어도 하나 이상의 가이드 롤러 스탠드(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치를 제안한다.
여기서, 상기 주 지지베드 어셈블리, 가변 지지베드 어셈블리 및 가이드 롤러 스탠드의 한 쌍의 롤러(110,210,410)는 각각 별도의 지지 프레임(130,230,430) 상에 회전 가능하게 형성되고, 상기 각 지지 프레임의 저면에는 스크류 너트(132,232,432)가 부착되고, 상기 스크류 너트에 한 개의 스크류축(133,233,433)이 나선 결합함으로써 스크류축의 회전에 의하여 한 쌍의 롤러 간 축 거리가 조절되도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 가이드 롤러 스탠드는 상기 베이스 프레임(401) 상에 상하의 폭이 다른 다수의 블록들을 적층하여 결합함으로써 상기 가이드 롤러(410)의 높낮이가 조절되도록 할 수 있다.
본 발명에 의하면 피검물의 축 길이에 적합하도록 지지베드 간의 간격을 쉽게 조절할 수 있을 뿐 아니라 피검물을 그 축부 직경에 상관 없이 안정적으로 지지하면서 회전시키는 것이 가능해져 전체적으로 작업 신속도와 안정성이 뛰어나다고 할 수 있다.
특히, 다수의 가이드 롤러 스탠드를 레일 상에서 신속하고 정확하게 이동시켜 가며 중량이 수톤에서 수십톤에 이르는 고중량 피검물의 중앙부가 자분 탐상 검사 도중 휘거나 변형되는 것을 예방할 수 있으므로 제품 변형에 따른 후처리 공정이 필요 없다는 장점이 있다.
아울러, 전극 패드의 통전과 탈착 구조가 매우 단순하고 지지베드와 함께 이동 또는 위치 고정되므로 피검물의 사이즈 변화에 유연하게 대처할 수 있는 장점도 가진다.
도1은 본 발명의 자분 탐상 검사 장치의 평면 배치도.
도2는 도1의 정면 배치도.
도3은 본 발명의 주 지지베드 어셈블리의 평면도.
도4는 도3의 정면도.
도5는 도3의 우측면도.
도6은 본 발명의 가변 지지베드 어셈블리의 평면도.
도7은 도6의 정면도.
도8은 도6의 좌측면도.
도9는 본 발명의 가이드 롤러 스탠드의 평면도.
도10은 도9의 정면도.
도11은 도9의 우측면도.
도12는 본 발명의 자화코일 어셈블리의 평면도.
도13은 도12의 우측면도.
도14는 본 발명의 자화 코일의 개방상태를 나타낸 측면도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동원리에 관하여 상술한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 도2를 기준으로 전후좌우 및 상하의 방향을 정의하여 사용하기로 한다. 도2에서 지면에서 나오는 방향을 전방이라 하고 지면으로 들어가는 방향을 후방이라고 정의하기로 한다.
도1은 본 발명의 자분 탐상 검사 장치의 평면 배치도이고, 도2는 도1의 정면 배치도이다.
본 발명의 자분 탐상 검사 장치(10)는 주로 중량이 수톤 내지는 수십톤에 이르고 길이가 수 미터 이상인 선박용 크랭크샤프트, 풍력 발전용 메인 샤프트나 발전소 터빈용 로터 샤프트와 같은 중대형 중량 단조 축류 제품을 피검물로 하기 위한 것이다.
본 발명의 자분 탐상 검사 장치(10)는 기본적으로 샤프트 피검물(20)의 일 측 선단부를 지지하고 회전시키기 위한 주 지지베드 어셈블리(100), 타측 선단부를 회전 지지하기 위한 가변 지지베드 어셈블리(200), 피검물(20)의 외경부에 설치되어 피검물을 선형 자화시키기 위한 코일 어셈블리(300) 및 상기 중대형 단조 중량물인 피검물의 중앙부가 하중에 의하여 변형되거나 처지는 것을 예방하기 위한 가이드 롤러 스탠드(400)를 포함하여 이루어진다.
도3은 본 발명의 주 지지베드 어셈블리의 평면도이고, 도4는 도3의 정면도이며, 도5는 도3의 우측면도이다.
상기 주 지지베드 어셈블리(100)는 기본적으로 지면에 고정되는 베이스 프레임(101), 상기 베이스 프레임(101)의 상부에 고정 부착되는 지지 프레임(102), 상기 베이스 프레임(101)의 상단에 회전 가능하게 장착되는 한 쌍의 롤러(110), 상기 지지 프레임(102)에 좌우로 직선 슬라이딩하도록 장착되는 전극 패드(140)를 포함하여 이루어진다.
상기 베이스 프레임(101)의 상부에는 한 쌍의 롤러(110)가 마주하여 나란하게 장착되는데, 상기 한 쌍의 롤러(110)의 외주면에는 도2에 도시한 바와 같이 중대형 단조 중량물인 발전용 터빈 로터 샤프트와 같은 피검물(20)의 일측 단부에 형성되는 원통형 축부가 크레인 등에 의하여 얹혀져 지지 된다.
상기 한 쌍의 롤러(110)는 각 롤러(110)의 롤러축(111) 간의 거리가 조절될 수 있는데 피검물의 형상과 크기에 따라 롤러(110)의 간격을 넓히거나 좁힘으로써 피검물(20) 끝단의 축부 직경에 맞도록 롤러(110)의 간격을 변화시켜 안정적으로 거치하기 위한 것이다.
상기 각 롤러(110)는 스크류너트(132)와 스크류축(133) 간의 나선 이동에 의하여 전후 방향으로 이동하여 간격이 조절된다. 즉, 각 롤러(110)는 베이스 프레임(101)의 상부에서 전후로 슬라이드 가능하게 장착되는 롤러 지지 프레임(130)에 회전 가능하게 설치된다.
상기 각 롤러 지지 프레임(130)의 저면에는 저마찰계수를 가지는 직동 슬라이더(131)가 장착되며, 상기 직동 슬라이더(131)는 베이스 프레임(101) 상의 슬라이드 레일(136) 상에서 전후로 직선 이동한다.
상기 각 롤러(110)를 회전 지지하는 롤러 지지 프레임(130)의 하방에는 스크류 너트(132)가 각각 형성되고, 상기 스크류 너트(132)에 외주면에 나사산이 형성되는 한 개의 스크류축(133)이 나선 결합한다. 따라서 스크류축(133)의 핸들(134)을 돌리면 한 쌍의 롤러(110) 간의 간격이 벌어지거나 좁아지게 된다. 이를 위하여 상기 각 스크류 너트(132)는 각각 왼나사와 오른 나사를 형성하게 된다.
도면에서 미설명 부호 135는 스크류축(133)의 회전을 지지하는 회전 지지 브라켓을 나타낸다.
상기 한 쌍의 롤러(110) 각각은 한 쌍의 롤러 회전 구동모터(120)에 의하여 회전하는데 이때 상기 롤러 회전 구동모터(120)로는 기어드 모터를 채택하는 것이 바람직하다.
상기 롤러 회전 구동모터(120)는 제1감속기(121)와 제2감속기(122)를 통하여 상기 롤러축(111)에 동력 연결된다.
상기 롤러(110)는 롤러축(111)의 외경에 나일론 계열의 합성수지층이 형성된 것이 바람직하며, 도시한 바와 같이 피검물(20) 양 측단의 축부와의 마찰 접촉력을 높이기 위하여 우레탄 계열의 합성수지로 마찰 돌부(110a)를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 롤러축(111)의 양 측단은 베어링 하우징(113) 내부에 장착되는 베어링(113a)에 의하여 회전 가능하게 지지된다. 도면에서 미설명 부호 114a,114b는 오일씰을 나타낸다.
상기 전극 패드(140)는 피검물(20)을 축통전 시켜 원형 자화시키기 위한 것으로서 상기 지지 프레임(102)에 좌우로 슬라이드 가능하게 장착된다. 즉, 상기 전극 패드(140)의 우측 면에는 상기 지지 프레임(102)에 몸체가 고정되는 유공압 실린더(143)의 실린더 로드(143a)가 고정되며, 한 쌍의 가이드바(141)와 볼부쉬(142)에 의하여 슬라이드 운동이 가이드 된다.
상기 가이드바(141)의 일측 선단부는 상기 전극 패드(140)의 우측면에 고정되어 상기 지지 프레임(102)에 고정되는 볼부쉬(142)의 내경에 삽입되어 슬라이딩 하게 된다. 도면에서 미설명 부호 140a는 절연체를 나타낸다.
도6은 본 발명의 가변 지지베드 어셈블리의 평면도이고, 도7은 도6의 정면도이며, 도8은 도6의 좌측면도이다.
본 발명의 가변 지지베드 어셈블리(200)는 피검물(20)의 타측 선단을 지지하기 위한 것으로서 상기 주 지지베드 어셈블리(100)와 피검물의 길이 방향으로 대향하도록 위치한다.
상기 가변 지지베드 어셈블리(200)는 바닥면에 설치되는 레일(11) 상에서 피검물의 길이 방향(도2에서 좌측 또는 우측)으로 이동할 수 있도록 이동 수단인 휠(203a,203b)을 구비한다.
즉, 베이스 프레임(201)의 하방에는 휠 구동모터(204)에 의하여 회전하는 휠(203a,203b)이 회전 가능하게 장착 된다. 도면에서 미설명 부호 205는 감속기를 나타낸다. 회전축(204a)의 일측 선단에는 플랜지 휠(203a)이 장착되고, 타측 선단에는 플랫 휠(203b)을 장착하나 이러한 구성에 한정될 필요는 없다.
상기 베이스 프레임(201) 상에는 주 지지베드 어셈블리(100)와 마찬가지로 한 쌍의 롤러(210)가 롤러 지지 프레임(230)에 회전 가능하게 설치된다. 구체적으로 한 쌍의 롤러(210)의 양측 선단부는 베어링 하우징(213) 내부의 베어링(213a)에 축설되어 회전한다.
상기 가변 지지베드 어셈블리(200)의 롤러(210)는 주 지지베드 어셈블리(100)와는 달리 별도의 롤러 회전 구동모터를 가지지 않는다. 즉, 주 지지베드 어셈블리(100)의 한 쌍의 롤러(110)가 롤러 회전 구동모터(120)에 의하여 회전함으로써 피검물(20)을 회전시키면 상기 가변 지지베드 어셈블리(200)의 한 쌍의 롤러(210)는 피검물(20)과의 접촉 마찰력에 의하여 자전하게 되는 것이다.
상기 한 쌍의 롤러(210)는 스크류 너트(232)와 스크류축(233)의 나선 운동에 의하여 롤러 간 간격이 조절된다. 즉, 각 롤러(210)는 별개의 롤러 지지 프레임(230) 상에 마련되고, 상기 각 롤러 지지 프레임(230)의 하단에는 스크류 너트(232)가 장착되고, 상기 스크류 너트(232)에 외주면에 나사산이 형성된 스크류축(233)이 나선 결합한다. 도면에서 미설명 부호 234는 스큐류축(233)을 회전시키기 위한 핸들을 나타낸다.
상기 롤러 지지 프레임(230)의 저면에는 저마찰계수 특성을 가지는 일종의 슬라이드 부쉬인 직동 슬라이더(231)가 장착되어 베이스 프레임(201) 상면에 설치되는 슬라이드 레일(236) 상에서 직선 왕복 운동한다.
이와 같이 핸들(234)의 회전에 의하여 한 쌍의 롤러(210) 간의 간격이 벌어지거나 좁아지도록 할 수 있게 되어 피검물의 직경이나 형상 및 사이즈 변화에 능동적으로 대처할 수 있으며, 피검물을 안정적으로 고정하여 지지할 수 있게 되는 것이다.
상기 베이스 프레임(201)의 상부에 고정 연결되는 지지 프레임(202)에는 주 지지베드 어셈블리(100)의 전극 패드(140)와 짝을 이루는 대향 전극 패드(240)가 좌우로 슬라이드 가능하게 마련된다.
즉, 상기 전극 패드(240)는 유공압 실린더(243)에 의하여 좌우로 이동하며, 한 쌍의 볼 부쉬(242)와 상기 볼 부쉬(242)에 직선 슬라이딩 가능하도록 결합하는 가이드바(241)에 의하여 직선운동 안내된다.
상기 유공압 실린더(243)와 볼 부쉬(242)는 상기 지지 프레임(202) 상에 고정 장착된다.
도면에서 미설명 부호 240a는 절연체를 나타내고, 211은 롤러축을 나타내며, 214a는 오일씰을 나타내며, 215는 스냅링을 나타낸다.
도9는 본 발명의 가이드 롤러 스탠드의 평면도이고, 도10은 도9의 정면도이며, 도11은 도9의 우측면도이다.
발전용 터빈 로터 샤프트와 같은 중대형 중량 단조물인 피검물(20)의 양측 선단의 축부를 각각 주 지지베드 어셈블리(100)의 롤러(110)와 가변 지지베드 어셈블리(200)의 롤러(210)의 상단에 얹은 후 축 통전 또는 코일 통전하여 자분 탐상 검사를 수행하게 되는데, 피검물(20)의 중앙부 형상이 불규칙하게 돌출되어 있으며 그 직경이 매우 크고 무거워서 중력에 의한 처짐이나 변형이 발생하게 된다.
따라서 본 발명에서는 피검물의 직경과 중량에 따라 한 개 이상의 가이드 롤러 스탠드(400)를 구비하여 피검물(20)의 원하는 곳에 위치시켜 피검물(20)을 하방에서 지지함으로써 피검물(20)의 자중에 의한 처짐이나 변형을 예방한다.
본 발명에서는 가이드 롤러 스탠드(400)를 제품의 길이, 중량 및 직경에 따라 그 개수를 달리하여 적용할 수 있다. 예를 들어, 피검물(20)의 중심부 직경이 약 1M 이고, 중량이 50톤인 경우에는 약 3개의 가이드 롤러 스탠드(400)를 피검물(20)의 길이 방향으로 이격시켜 위치시킨 후 피검물(20)을 하방에서 떠 받칠 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 가이드 롤러 스탠드(400)는 레일(11) 상에서 구르기 위한 휠(406)이 베이스 프레임(401)의 하방에 회전 가능하게 장착되며, 상기 베이스 프레임(401)의 상단에는 다 단의 적층식 블록(403~405)들이 볼트(407)에 의하여 체결된다.
즉, 상기 베이스 프레임(401)의 상부에 상하의 폭이 서로 다른 제1 내지 제3블록(403,404,405)들이 순서대로 적층되어 볼트 체결되는 것이다. 이렇게 다 단의 블록을 적층식으로 결합하는 이유는 주 지지베드 어셈블리(100)와 가변 지지베드 어셈블리(200) 위에 로딩되는 피검물(20)의 높낮이에 따라 가이드 롤러 스탠드(400)의 높낮이를 변화시켜 적용하기 위한 것이다.
상기 제3블록(405)의 상단에는 상부 프레임(402)이 결합하고, 상기 상부 프레임(402)의 상단에 한 쌍의 가이드 롤러(410)가 회전 가능하게 장착된다. 도면에서 미설명 부호 413a는 가이드 롤러(410)의 자전을 위한 베어링을 나타낸다.
상기 한 쌍의 가이드 롤러(410) 역시 떠받치게 될 피검물(20)의 대상 위치의 축부 직경에 따라 롤러 간의 간격을 조절할 수 있도록 장착된다. 즉, 한 쌍의 가이드 롤러(410)는 각각 별개의 롤러 지지 프레임(430)에 회전 가능하게 장착되고, 상기 롤러 지지 프레임(430) 각각의 하방에는 스크류 너트(432)가 결합하고, 상기 스크류 너트(432)에 한 개의 스크류축(433)이 나선 결합한다. 상기 스크류축(433)은 외주면에 나사산이 형성되어 나선 직선 이동하기 위한 것이며, 도면에서 미설명 부호 434는 핸들을 나타낸다.
상기 롤러 지지 프레임(430)의 저면에는 직동 슬라이더(431)가 형성되어 상부 프레임(402) 상단의 슬라이드 레일(436) 상에서 미끄럼 직선 운동한다.
도면에서 미설명 부호 408은 크레인의 케이블이나 걸고리 등을 연결하기 위한 크레인 홀더를 나타낸다.
도12는 본 발명의 자화코일 어셈블리의 평면도이고, 도13은 도12의 우측면도이며, 도14는 본 발명의 자화 코일의 개방상태를 나타낸 측면도이다.
본 발명의 자분 탐상 검사장치(10)는 코일 통전을 위한 다수의 자화 코일로 이루어지는 자화 코일 어셈블리(300)를 구비한다. 도시한 실시예에서는 자화 코일로서 코일의 직경이 서로 다른 제1자화 코일(320)과 제2자화 코일(330)을 구비하고 있으나 자화 코일의 개수는 필요에 따라 더 추가할 수 있다.
상기 제1자화 코일(320)및 제2자화 코일(330)은 바닥면에 설치되는 레일(12) 상에서 좌우로 직선 이동하는 이동 대차(301) 상에 마련되며, 이동 대차(301) 상에서 전후로 직선 이동이 가능하고 상하로 승강하도록 장착된다.
상기 이동 대차(301)의 하방에는 대차 구동모터(303) 및 감속기(304)에 동력 연결되어 회전하는 휠(306)이 장착된다. 도면에서 미설명 부호 305는 휠(306)이 축설되는 회전축을 나타낸다.
즉, 도12와 도13에서 상기 제1자화 코일(320)은 이동 대차(301) 상에서 전방으로 이동하여 피검물(20)을 코일 통전하기 위한 위치에 셋팅된 상태를 나타내며, 제2자화 코일(330)은 이동 대차(301)의 후방으로 후퇴한 상태를 나타낸다.
상기 제1자화 코일(320) 및 제2자화 코일(330)의 구조와 동작원리는 같으므로 이하에서는 제1자화 코일(320)을 예로 들어 설명한다.
상기 제1자화 코일(320)은 이동 대차(301)의 전후 폭 방향으로 설치되는 레일 프레임(313) 상에서 전후로 직선 이동하는 코일 지지 프레임(310)에 승강 가능하게 장착된다.
상기 코일 지지 프레임(310)의 하단에는 휠(311)이 코일 이동 모터(312)에 의하여 회전 가능하게 설치되어 레일 프레임(313) 상에서 전후 방향으로 직선 이동한다.
상기 코일 지지 프레임(310)은 바닥면에 대하여 수직이게 상방으로 연장하여 설치되며, 코일 지지 프레임(310)의 지주부 외주면에는 승강 슬라이더(313)가 장착되어 상하로 직선 슬라이딩하게 된다. 이를 위하여 상기 승강 슬라이더(313)에는 코일 지지 프레임(310)의 하단에 결합하는 승강 엑츄에이터(326)의 실린더 로드의 선단이 연결된다. 본 실시예에서 상기 승강 엑츄에이터(326)는 유공압 실린더이며, 실린더 로드의 신축에 의하여 승강 슬라이더(313)가 코일 지지 프레임(310)의 외주면 상에서 상하로 직선 이동하게 된다.
상기 제1자화 코일(320)은 반원 형상의 상반 코일(321)과 하반 코일(322)로 분리하여 구성되며 상반 코일(321)과 하반 코일(322)은 각각 일측 선단부가 힌지 브라켓(323a,323b)에 의하여 상기 승강 슬라이더(313)에 회동 가능하게 결합한다.
즉 상기 힌지 브라켓(323a,323b)은 상기 승강 슬라이더(313)에 힌지축(325)과 상기 힌지축(325)의 외경에 결합하는 힌지 기어(324a,324b)에 의하여 상하로 회동 가능하도록 장착되는 것이다.
상기 하반 코일(322)에는 후단부가 상기 승강 슬라이더(313)에 회동 가능하게 결합하는 코일 개폐 엑츄에이터(327)가 연결된다. 즉, 코일 개폐 엑츄에이터인 유공압 실린더의 몸체 후단이 상기 승강 슬라이더(313)에 연결되고, 실린더 로드의 선단이 상기 하반 코일(322)에 회동 가능하게 연결되는 것이다.
따라서 코일 개폐 엑츄에이터(327)의 실린더 로드의 신축에 의하여 상반 코일(321)과 하반 코일(322)의 타측 선단부가 도13에 도시한 바와 같이 닫혀 원형의 고리를 이루거나 도14에 도시한 바와 같이 벌어져 개방되는 것이다.
상기 이동 대차(301) 상에는 자분액 탱크(341)가 설치되며, 상기 자분액 탱크(341)의 전방 측에는 조작패널(343)이 일측 선단에 형성되는 패널암(342)이 회동 가능하게 형성된다.
도면에서 미설명 부호 345는 펌프를 나타내고 344는 형광 자외선을 조사하기 위한 블랙 라이트를 나타낸다.
이하에서는 전술한 구성을 가지는 본 발명의 작동원리를 설명한다.
먼저 자분 탐상 검사를 수행하기 위하여 발전용 터빈 로터 샤프트와 같은 샤프트류 중대형 단조물인 피검물(20)을 크레인 등으로 이동시켜 주 지지베드 어셈블리(100)와 가변 지지베드 어셈블리(200)의 롤러(110,210)의 상단에 피검물(20)의 양측 선단부 축부가 위치하도록 로딩한다. 이때, 상기 가변 지지베드 어셈블리(200)는 피검물(20)의 길이에 맞추어 레일(11) 상에서 좌우로 이동함으로써 피검물(20)의 양측 선단부 길이에 맞는 위치로 셋팅된다.
이때 상기 피검물(20)의 직하방에는 도2에 도시한 바와 같이 필요에 따라 1개 내지는 세 개 이상의 가이드 롤러 스탠드(400)가 위치하여 피검물(20)의 중앙부가 자중에 의하여 처지는 것을 방지한다.
상기 가이드 롤러 스탠드(400)는 크레인 등으로 들어서 주 지지베드 어셈블리(100)와 가변 지지베드 어셈블리(200)의 사이에 위치하는 바닥 레일(11) 상에 미리 위치시킨 후 정밀한 위치를 좌우 슬라이딩 이동시켜가며 조절한다. 상기 가이드 롤러 스탠드(400)의 위치 정렬은 피검물(20)을 지지베드에 로딩하기 전에 수행된다.
피검물(20)의 로딩이 완료하면 먼저 주 지지베드 어셈블리(100)와 가변 지지베드 어셈블리(200) 측에 위치하는 전극 패드(140,240)를 슬라이드 이동시켜 피검물(20)의 양측 선단부 축부에 접촉하도록 한다. 이후 상기 한 쌍의 전극 패드(140,240)에 전원을 인가하면 피검물(20)의 길이 방향으로 전류가 흐르게 되고, 이러한 직선 전류는 피검물(20)을 시계 방향으로 감싸며 전진하는 원형 자기장을 형성하게 되는 데 이를 원형 자화라고 한다.
이러한 원형 자화는 축방향으로 불연속적인 결함의 검출에 사용된다. 즉 원형 자화의 경우 자기력선에 수직한 방향인 축의 길이 방향으로 형성되는 크랙과 같은 결함을 검출하기 위한 것이다.
따라서 피검물(20)의 로딩 완료 후 작업자가 조작 패널(343)을 이용하여 자화 종류를 선택하면 축 통전 상태가 되고 이후 축 통전된 피검물(20)에 자분액을 자분 스프레이를 이용하여 또는 자분액 탱크(341)에 연결되는 펌프(345)에 의하여 분사하면서 누설 자장에 의하여 자분이 나타내는 형태를 파악함으로써 피검물(20)의 결함 유무를 검사하게 되는 것이다.
상기 축 통전 검사는 피검물(20)을 주 지지베드 어셈블리(100)의 롤러(110)를 회전시킴으로써 90°씩 회전시켜가며 수행하는 것이 바람직하다.
축 통전 검사가 종료한 후 코일 통전 검사가 수행될 수 있으며, 이때 피검물(20)의 직경에 따라 적절한 직경을 가지는 자화 코일이 선택된다.
코일 통전은 피검물(20)의 외주면을 둘러싸도록 링 형상으로 설치되는 자화 코일에 전류를 인가함으로써 피검물(20)에 축 방향으로 자기력선을 형성하기 위한 것이며 이를 선형 자화라고 한다.
이러한 선형 자화의 경우에는 자기장에 직각인 방향의 결함을 검출하기 위하여 주로 수행된다. 즉, 피검물(20)의 크랙과 같은 결함이 축의 반경 방향으로 존재하는 경우에 이를 탐지하기 위하여 주로 수행되는 것이다.
코일 통전을 위하여 적정한 직경을 가지는 자화 코일을 선택해야 한다. 예를 들면 본 발명의 실시예에서는 제1자화 코일(320)의 내경을 1200mm로 하고, 제2자화 코일(330)의 내경을 700mm로 한다.
따라서 피검물(20)인 샤프트류 제품의 직경에 따라 적절한 크기의 내경을 가지는 자화 코일을 선택하여 사용하게 되는 것이다. 종래에는 피검물(20)인 제품의 직경에 무관하게 직경이 매우 큰 자화 코일을 사용하여 코일 통전을 실시하였는바 이러한 경우 발전용 로터 샤프트와 같이 축 방향 위치에 따라 제품의 직경이 크게 변화하거나 축의 직경이 지나치게 작은 부분에서는 자화력이 충분하게 발생하지 않아 피검물(20)의 자화 성능이 떨어져 정확한 결함 검사가 수행되지 못하는 문제가 발생하는 문제가 있었다.
그리하여 본 발명에서는 크기(직경)가 서로 다른 다수의 자화 코일(320,330)을 준비한 후 피검물(20)의 축부 위치별 직경에 따라 최적 사이즈를 가지는 자화 코일을 선택하여 사용하도록 한 것이다.
예를 들어 사용자가 제1자화 코일(320)을 선택하게 되면 제1자화 코일(320)이 이동 대차(301)의 레일 프레임(313) 상에서 휠(311)에 의하여 전방으로 슬라이드 이동한다. 이때, 상반 코일(321) 하반 코일(322)은 도14에서와 같이 개방된 상태를 이룬다.
상기 개방된 상반 코일(321)과 하반 코일(322)이 피검물(20)의 직상방과 직하방에 위치하게 되면 승강 슬라이더(313)를 상하로 이동하도록 조절하여 정확한 높이로 셋팅한다. 다음으로 코일 개폐 엑츄에이터(327)를 가동하여 상반 코일(321)과 하반 코일(322)이 서로 물리도록 닫으면 코일 통전의 준비가 완료된다.
이후 제1자화 코일(320)에 전원을 인가하고 목적하는 위치에 자분을 살포한 후 자분의 형태를 관찰하여 결함 유무를 판단하면 된다. 이때에도 피검물(20)을 90°씩 회전시켜 가며 검사를 수행한다.
코일 통전 검사가 종료하면 피검물을 탈자시킨 후 크레인 등을 이용하여 배출하면 된다.
본 발명은 자분 탐상 검사장치에 관한 것으로서 사이즈가 수 미터에 달하고 중량이 수 톤에서 수 십톤에 이르는 각종 산업용 중대형 샤프트류 제품에 적용하는 경우 작업이 신속하고 정확한 검사 수행이 가능하며 작업 안정성이 높아 중대형 단조물의 비파괴 검사 분야에서 적용하는 경우 작업 효율이 크게 향상될 것이다.
10: 자분 탐상 검사장치 100: 주 지지베드 어셈블리
101: 베이스 프레임 102: 지지 프레임
110: 롤러 110a: 마찰 돌부
120: 롤러 회전 구동모터 121,122: 감속기
130: 롤러 지지 프레임 132: 스크류 너트
133: 시크류축 134: 핸들
140: 전극 패드 140a: 절연체
141: 가이드바 142: 볼 부쉬
143: 유공압 실린더 200: 가변 지지베드 어셈블리
201: 베이스 프레임 202: 지지 프레임
203a,203b: 휠 204: 휠 구동모터
210: 롤러 230: 롤러 지지 프레임
232: 스크류 너트 233: 스크류축
234: 핸들 240: 전극 패드
240a: 절연체 241: 가이드바
242: 볼 부쉬 243: 유공압 실린더
300: 자화 코일 어셈블리 301: 이동 대차
303: 대차 구동모터 304: 감속기
305: 회전축 306: 휠
310: 코일 지지 프레임 311: 휠
312: 코일 이동 모터 313,314: 레일 프레임
320: 제1자화 코일 321: 상반 코일
322: 하반 코일 323a,323b: 힌지 브라켓
324a,324b: 힌지 기어 325: 힌지축
326: 승강 엑츄에이터 327: 코일 개폐 엑츄에이터
330: 제2자화 코일 341: 자분액 탱크
342: 패널 암 343: 조작 패널
344: 블랙 라이트 345: 펌프
400: 가이드 롤러 스탠드 401: 베이스 프레임
402: 상부 프레임 403~405: 적층 블록
406: 휠 407: 볼트
410: 가이드 롤러 430: 롤러 지지 프레임
432: 스크류 너트 433: 스크류축
434: 핸들

Claims (3)

  1. 바닥면에 고정 결합하는 베이스 프레임(101) 상에 한 쌍의 롤러(110)가 롤러 회전 구동모터(120)에 의하여 회전 가능하게 착설 되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되며, 전극패드(140)가 상기 한 쌍의 롤러 위에서 좌우로 슬라이드 이동하도록 형성되는 주 지지베드 어셈블리(100);
    상기 주 지지베드 어셈블리에 대향하도록 위치하며 바닥에 형성되는 레일(11) 상에서 좌우로 직선 이동하는 베이스 프레임(201) 상에 한 쌍의 롤러(210)가 회전 가능하게 착설되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되며, 전극패드(240)가 상기 한 쌍의 롤러 위에서 좌우로 슬라이드 이동하도록 형성되는 가변 지지베드 어셈블리(200);
    상기 주 지지베드 어셈블리와 가변 지지베드 어셈블리에 로딩되는 피검물을 선형 자화시키기 위하여 피검물의 외경 측에 설치되는 자화 코일 어셈블리(300); 및
    상기 주 지지베드 어셈블리와 가변 지지베드 어셈블리의 사이에 위치하여 피검물의 중앙부를 지지하기 위한 것으로서 상기 레일 상에서 좌우로 직선 이동하는 베이스 프레임(401) 상에 한 쌍의 가이드 롤러(410)가 회전 가능하게 착설되고, 롤러 간의 간격이 조절될 수 있도록 장착되는 적어도 하나 이상의 가이드 롤러 스탠드(400);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주 지지베드 어셈블리, 가변 지지베드 어셈블리 및 가이드 롤러 스탠드의 한 쌍의 롤러(110,210,410)는 각각 별도의 지지 프레임(130,230,430) 상에 회전 가능하게 형성되고, 상기 각 지지 프레임의 저면에는 스크류 너트(132,232,432)가 부착되고, 상기 스크류 너트에 한 개의 스크류축(133,233,433)이 나선 결합함으로써 스크류축의 회전에 의하여 한 쌍의 롤러 간 축 거리가 조절되는 것을 특징으로 하는 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가이드 롤러 스탠드는 상기 베이스 프레임(401) 상에 상하의 폭이 다른 다수의 블록들을 적층하여 결합함으로써 상기 가이드 롤러(410)의 높낮이가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 피검물 회전 및 가변 지지구조를 구비한 자분 탐상 검사 장치.
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