KR101569951B1

KR101569951B1 - Ｓｑｕｉｄ 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치

Info

Publication number: KR101569951B1
Application number: KR1020107022183A
Authority: KR
Inventors: 사부로 다나카; 요시미 하츠카데
Original assignee: 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 도요하시 기쥬쯔 가가꾸 다이가꾸
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2009-03-05
Publication date: 2015-11-17
Also published as: JP5229923B2; KR20100127260A; US8330458B2; WO2009110529A1; EP2251684A4; US20110031967A1; JPWO2009110529A1; CN101960301B; CN101960301A; EP2251684A1; EP2251684B1

Abstract

전자 디바이스의 절연체 또는 자화가능한 부재 내부의 자성 파티클을 비파괴적이고 정확하게 검출할 수 있고 SQUID 자기 센서를 이용하는 비파괴 검사 장치가 제공된다. SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치는, 피검사물 (3') 의 길이 방향으로 자계를 인가하는 수평 자화용 자석 (4), 수평 자화용 자석 (4) 에 의해 길이 방향으로 수평 자화된 테스트 중인 대상물 (3) 을 세팅하기 위한 검사부 (9), 수평 자화된 피검사물 (3) 을 반송하기 위한 컨베이어 (2,5), 및 자화가능한 부재, 즉, 수평 자화된 피검사물 (3) 과 함께 수평 자화된 파티클을 검출하기 위한 그레디오미터 (8) 를 구비한다.

Description

ＳＱＵＩＤ 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치{NONDESTRUCTIVE TEST EQUIPMENT EMPLOYING SQUID MAGNETIC SENSOR}

본 발명은, 피검사물의 비파괴 검사를 실시하는 SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 관한 것이다.

금속재료 또는 도전성 복합 재료와 같은 것으로 형성된 구조물의 비파괴 검사의 분야에서, 와전류를 유도함으로써 균열을 검출하는 와전류 테스팅법, 초음파를 사용하는 초음파 테스팅법, X 선을 이용하는 X 선 테스팅법이 실용화되고 있다. 또한, SQUID (초전도 양자 간섭 디바이스; Superconducting Quantum Interference Device) 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 방법도 제안되고 있다 (이하의 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : JP 07-077516 A

특허 문헌 2 : 일본특허 제 3152074호

상기 서술된 종래의 와전류 테스팅법은 높은 감도를 달성하기 위해 고주파수 와전류의 유도를 요구하여, 샘플 표면 주변의 수십 밀리미터의 범위 외에서는 검사를 실시할 수 없다는 문제점이 있다. 또한, SQUID 자기 센서 등과 비교하면, 감도가 불충분하다. 게다가, 종래의 초음파 테스팅법은, 균일한 금속 재료에 대해서는 우수한 검사 방법이지만, 내부가 복잡한 구조를 갖는 복합 재료에 대해서는 이러한 재료가 계면에서 초음파를 반사시키거나 또는 산란시키기 때문에 정밀한 검사를 실시할 수 없다. 종래의 X-선 테스팅법도 우수한 검사 방법이지만, X-선은 일반적으로 취급하기 힘들고, X-선에 노출하는 관점에서 특별한 시설이나 자격을 필요로 하기 때문에, 범용성이 낮다.

한편, SQUID 자기 센서를 이용한 비파괴 검사 방법은 저-주파수 대역에서도 매우 높은 감도를 갖는 SQUID 자기 센서를 이용하기 때문에, 이 방법은 와전류 테스팅법과 비교하여 훨씬 더 깊은 부분 및 훨씬 미소한 결함의 검출을 허용한다. 또한, 이 비파괴 검사 방법은 초음파 테스팅법보다는 내부의 복잡한 구조에 의해 영향을 덜 받을 가능성이 있고, 복합 재료에의 적용이 가능한 것도 증명되었다. 또한, 이 비파괴 검사 방법은 X-선 테스팅법과 비교하여 위험성도 적고, 특별한 시설이나 자격의 필요성도 없다. 게다가, 검사 직전에 선상체 (linear body) 와 같은 스트립 피검사물을 수직 방향으로 자화하기 위한 자계 발생 수단이 제공된 비파괴 검사 장치가 제안되고 있다 (특허 문헌 2 참조). 그러나, 이 비파괴 검사 장치는 선상체와 같은 기다란 피검사물을 균일하게 자화하는데, 이는, 전자 디바이스 등에서 혼재하는 자화된 부재를 검출하기에는 부적절하다.

특히, 전자 디바이스와 같은 절연체 내에서 또는 자화가능한 부재 내에서 비파괴적으로 정확하게 자성 파티클을 검출하는 것이 강하게 요청되고 있지만, 이러한 비파괴 검사 장치는 아직도 제안되어 있지 않다. 전술한 상황을 고려하면, 본 발명은, 전자 디바이스와 같은 절연체 내에서 또는 자화가능한 부재 내에서 비파괴적으로 정확하게 자성 파티클을 검출할 수 있는 SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은:

[l] 피검사물의 길이 방향으로 상기 피검사물에 자계를 인가하는 수평 자화용 자석; 상기 수평 자화용 자석에 의해 길이 방향으로 수평 자화된 피검사물이 그 위에 세팅된 검사부; 상기 수평 자화된 피검사물을 반송하는 벨트 컨베이어; 및 상기 수평 자화된 피검사물로서의 자화가능한 부재와 함께 수평 자화된 파티클을 검출하기 위한 그레디오미터를 구비하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[2] 상기 [1] 에 있어서, 상기 벨트 컨베이어는, 상기 피검사물에 자계가 인가되는 자화 스테이지로서 기능하는 제 1 벨트 컨베이어, 및 이 제 1 의 벨트 컨베이어와는 독립적으로 배치되고 상기 피검사물이 검사되는 검사 스테이지로서 기능하는 제 2 벨트 컨베이어를 포함하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[3] 상기 [1] 에 있어서, 상기 자계의 인가 후에 상기 벨트 컨베이어에 부착한 이물질을 제거하기 위한 클리닝 수단을 더 구비하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[4] 상기 [1] 에 있어서, 상기 자화 가능한 부재는 자화되지 않는 부재 내에 배치되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[5] 상기 [4] 에 있어서, 상기 자화되지 않는 부재는 절연 부재인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[6] 상기 [5] 에 있어서, 상기 절연 부재는 세라믹인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[7] 상기 [1] 에 있어서, 상기 자화가능한 부재는 활물질이 도포된 도전성 포일인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[8] 상기 [7] 에 있어서, 상기 도전성 포일은 구리 포일 또는 알루미늄 포일인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[9] 상기 [1] 에 있어서, 상기 파티클은 상기 자화가능한 부재 상부에 또는 부재 내부에 위치되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[10] 상기 [4] 에 있어서, 상기 파티클은 상기 자화되지 않는 부재 내부에 위치되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[ll] 상기 [1] 에 있어서, 상기 파티클은 자성체인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[12] 상기 [ll] 에 있어서, 상기 자성체는 철, 니켈, 코발트, 또는 철, 니켈 및 코발트 중 임의의 것을 함유하는 합금인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[13] 상기 [1] 에 있어서, 상기 수평 자화용 자석은 영구 자석인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[14] 상기 [1] 에 있어서, 상기 그레디오미터의 위치는 고정으로 유지된 채, 상기 수평 자화된 피검사물을 X 방향으로 이동시킴으로써 1 차원 스캐닝이 수행되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

[15] 상기 [1] 에 있어서, 상기 피검사물의 이동 방향에 대해 수직하는 방향으로 복수의 그레디오미터를 배치함으로써, 상기 피검사물이 횡방향에서 동시에 검사되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치의 모식도이다.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 1 차원 스캔 평가를 위해 제공된 피검사물을 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 피검사물의 분극 상태를 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 피검사물의 1 차원 스캐닝을 나타내는 도면이다.
도 5 는, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 1 차원 스캔 평가를 위해 제공된 피검사물 및 그 1 차원 스캔 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 제 2 실시형태의 구체적인 예를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 발명의 제 3 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 1 차원 스캔 평가를 위해 제공된 피검사물 및 그 1 차원 스캔 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 본 발명의 제 4 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 2 차원 스캔 평가를 위해 제공된 피검사물의 분극 상태를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 본 발명의 제 4 실시형태를 설명하는, 피검사물의 2 차원 스캐닝 (X 축 및 Y 축 방향 스캐닝) 을 수행하기 위해 SQUID 자기 센서 (그레디오미터) 를 이용하는 비파괴 검사 장치의 모식도이다 .
도 10 은 본 발명의 제 4 실시형태를 설명하는 피검사물의 스캐닝 결과를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 본 발명의 제 5 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 2 차원 스캔 평가를 위해 제공되는 자성 파티클이 존재하지 않는 경우의 세라믹 전자 디바이스 (피검사물) 의 그레디오미터에 의한 검사 결과를 나타내는 도면이다.
도 12 은, 본 발명의 제 5 실시형태를 설명하는, 자성 파티클이 존재하는 경우의 세라믹 전자 디바이스 (피검사물) 의 그레디오미터에 의한 검사 결과를 나타내는 도면이다.
도 13 은, 본 발명의 제 5 실시형태를 나타내는, 세라믹 내부에 파티클이 존재하는 피검사물을 나타내는 도면이다.
도 14 은 본 발명의 SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치로 측정되는 리튬 배터리 전극판을 나타내는 도면이다.
도 15 은, 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 검사를 위해 제공되는 피검사물을 나타내는 도면이다.
도 16 은 본 발명의 2 단 컨베이어 및 1 단 컨베이어를 이용하여 획득된 검사 신호의 비교를 나타내는 도면이다.
도 17 은, 본 발명의 다른 실시형태를 설명하는, 복수의 SQUID 자기 센서 (그레디오미터) 를 이용하는 비파괴 검사 장치의 모식도이다.

SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치는: 피검사물의 길이 방향으로 자계를 인가하는 수평 자화용 자석; 이 수평 자화용 자석에 의해 길이 방향으로 수평 자화된 피검사물이 그 위에 세팅되는 검사부; 수평 자화된 피검사물을 반송하는 벨트 컨베이어; 및 상기 수평 자화된 피검사물로서의 자화가능한 부재와 함께 수평 자화된 파티클을 검출하는 그레디오미터를 구비한다.

본 발명에 따르면, 이하의 효과를 달성할 수 있다.

(1) 피검사물 내에 혼재하는 파티클 및 그 위치 정보는 비파괴적으로 정확하게 검출될 수 있다.

(2) 제 1 컨베이어상의 피검사물에 자계가 인가되고 제 1 컨베이어와는 별개로 배치된 제 2 컨베이어상에서 피검사물에 대한 검사가 수행되도록 구성되기 때문에, 검사 스테이지에서의 자기 노이즈는 제거되고, 정확한 검사가 수행될 수 있다.

(3) 수평 자화된 피검사물이 강하게 자화되는 철과 같은 강자성체 (ferromagnetic material) 를 함유하는 경우에도, 피검사물이 고온 초전도 SQUID 자기 센서를 통과함으로써 발생되는 자계가 강자성체의 양단부에서 그리고 자화된 이물질 (파티클) 내에서만 발생되어, 자화된 이물질 (파티클) 을 고정밀도로 검출할 수 있는 비파괴 검사를 수행하는 것을 허용한다. 이 경우, 이물질 (파티클) 이 자성체의 양단부 부근에 존재하는 경우에는 이물질의 검출이 어렵게 된다. 하지만, 이물질 (파티클) 을 갖지 않는 피검사물의 신호 패턴을 미리 저장하고, 이물질 (파티클) 을 함유하는 피검사물의 신호로부터 이 신호 패턴을 공제함으로써, 이물질의 신호를 검출할 수 있다.

실시형태

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명될 것이다.

도 1 은, 본 발명의 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치의 모식도이다.

이 도면에서, 참조 부호 1 은 제어 유닛을 나타내고, 2 는 제 1 컨베이어 (분극 스테이지), 2A 는 제 1 컨베이어 (2) 의 구동측의 전동기 부착 구동 풀리 (motorized driving pulley) 를 나타내고, 2B 는 제 1 컨베이어 (2) 의 종동 풀리 (driven pulley) 를 나타내고, 3' 는 분극되지 않은 피검사물을 나타내고, 4 는 분극되지 않은 피검사물 (3') 을 길이 방향으로 자화시키기 위해 이용된 수평 자화용 자석 (터널-형상 영구 자석) 을 나타내고, 5 는 제 1 컨베이어 (분극 스테이지; 2) 와는 별개로 배치된 제 2 컨베이어 (검사 스테이지) 를 나타내고, 5A 는 제2 컨베이어 (5) 의 구동측 상의 전동기 부착 구동 풀리를 나타내고, 5B 는 제 2 컨베이어 (5) 의 종동 풀리를 나타낸다. 분극된 피검사물 (3) 은 제 1 컨베이어(분극 스테이지; 2) 와는 별개로 배치된 제 2 컨베이어 (5) 에 의해 반송되어 제 2 컨베이어 (5) 상에서 검사된다. 참조 부호 6 은 자기 실드 (magnetic shield) 를 나타내고, 7 은 SQUID 냉각 용기를 나타내고, 8 은 SQUID 센서 (그레디오미터) 를 나타내고, 9 는 자화된 피검사물이 그 위에서 검사되는 검사부를 나타낸다. 전자기파에 의한 영향을 회피하기 위해, 자기 실드 (6) 는 알루미늄과 같은 도전성 재료에 의해 구성되는 전자기 실드를 포함할 수도 있다.

이러한 방식으로, 분극되지 않은 피검사물 (3') 은, 제 1 컨베이어 (2) 에 의해 수평 자화를 위한 터널-형상 자석 (4) 을 통과해서, 즉, 길이 방향으로 S 극 및 N 극이 배치된 영구 자석을 통과해서 반송되어 순차적으로 자화된다. 분극된 피검사물 (3) 은, 제 2 컨베이어 (5) 에 의해 SQUID 자기 센서 (8) 의 검사부 (9) 로 반송된다. 여기서, 터널-형상의 수평 자화용 자석 (4) 는 전자석에 의해 구성될 수도 있다. 또한, 일단에 S 극을, 타단에 N 극을 갖는 반원형 영구 자석 또는 전자석을 구성하고 그 사이에 피검사물 (3) 을 통과시킴으로써 컨베이어 (2) 를 정지시키지 않고 피검사물 (3) 이 순차적으로 분극될 수도 있다.

이러한 방식으로, 제 1 컨베이어 (분극 스테이지; 2) 및 제 2 컨베이어 (검사 스테이지; 5) 를 별개로 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성은, 컨베이어로의 이물질의 부착에 의한 컨베이어 자체에 대한 분극의 영향을 최소화할 수 있으므로, 자기 노이즈가 제거되어 정확한 검사를 실시할 수 있다.

여기서, 전술한 제 1 컨베이어 및 제 2 컨베이어가 도면에서는 도시되지 않은 모터에 의해 구동되는 엔드리스 벨트 컨베이어를 사용하지만, 컨베이어-벨트 스시 바 (conveyer-belt sushi bar) 에서 사용되는 것과 같은 수평형 컨베이어 또는 정전식으로 구동되는 벨트 컨베이어가 그 대신에 사용될 수도 있다.

또한, 제 1 컨베이어 및 제 2 컨베이어 대신에 단일 벨트 컨베이어가 사용되는 경우, 특히 수평 자화용 자석과 그레디오미터를 클린 부스 내에 배치하여 컨베이어로의 이물질의 부착 및 분극을 방지하거나 또는 수평 자화용 자석과 그레디오미터 사이에 점착 롤러와 같은 클리닝 수단을 배치하여 컨베이어에 부착하는 이물질을 제거함으로써, 이물질의 부착에 의한 계측시의 자기 노이즈의 발생을 억제하기 위한 특별한 고찰을 제공하는 것이 바람직하다.

도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의해 1 차원 스캔 평가를 위해 제공되는 피검사물을 나타내는 도면이며, 도 2 의 (a) 는 피검사물을 나타내는 대체 사진, 도 2 의 (b) 는 피검사물의 평면도이고, 도 2 의 (c) 는 피검사물의 정면도를 나타내며; 도 3 은 피검사물의 분극 상태를 나타내는 도면이고; 도 4 는 피검사물의 1 차원 스캐닝을 나타내는 도면이며, 도 4 의 (a) 는 피검사물의 1 차원 스캐닝의 결과를 나타내는 도면이고, 도 4 의 (b) 는 1 차원 스캐닝의 상태를 나타내는 평면도이고, 도 4 의 (c) 는 그 정면도이다.

제 1 실시형태에서, 도 2 에 도시된 바와 같이, 자화가능한 스트립 부재로서 황동판 (11') (폭 10mm, 길이 54mm) 위에 스테인레스 파티클 (SUS304, 직경 O.3 mm 인 구) (12') 가 위치하고 있다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 이 스테인레스 파티클 (12') 를 갖는 분극되지 않은 황동판 (11') 은 표면 자속밀도 O.15 T 를 갖는 2 개의 영구 자석 (13, 14) 을 이용하여 자화된다. 그 다음에, 도 4 의 (b) 및 (c) 에 도시된 바와 같이, 분극된 스테인레스 파티클 (12) 을 갖는 황동판 (11) 이 제 2 컨베이어 (15) 상에서 반송되어 고정 위치에서 그레디오미터 (16) 에 의해 1 차원으로 스캐닝된다. 그 스캐닝 결과는, 도 4 의 (a) 에 도시된 것과 같고, 도 4 의 (a) 의 A 및 C 부는 분극된 황동판 (11) 의 단부의 스캐닝 결과에 대응하고, 도 4 의 (a) 의 B 부는 분극된 스테인레스 파티클 (12) 의 스캐닝 결과에 대응한다. 즉, 스테인레스 파티클 (12) 이 황동판 (11) 의 길이 방향에서 황동판 (11) 의 일단부인 A 부로부터 26 mm 의 위치, 황동판 (11) 의 길이 방향에서 황동판 (11) 의 타단부인 C 부로부터 28mm 의 위치에 존재하고 있는 것을 검출할 수 있다. 즉, 황동판 (11) 은 스테인레스 파티클 (12) 의 위치를 계측하기 위한 스케일으로서의 기능을 갖는다는 것에 유의해야만 한다.

비교를 위해, 도면은 또한 스테인레스 파티클이 존재하지 않는 피검사물의 1 차원 스캐닝 결과도 나타낸다. 이러한 방식으로, 본 발명의 제 1 실시형태의 SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 1 차원 스캐닝시에, 구배 자계 (gradient magnetic field) 가 현저하게 나타나고, 그 위치 정보를 포함하는 스테인레스 파티클 (12) 의 존재가 정확하게 계측된다.

여기서, 이물질 (파티클) 이 자성체의 양단부 부근에 존재하는 경우에는 그 이물질 (파티클) 의 검출이 어렵게 되지만, 이물질 (파티클) 을 포함하지 않는 피검사물의 신호 패턴을 미리 저장하고, 이물질 (파티클) 을 포함하는 피검사물로부터의 신호로부터 그 신호 패턴을 공제함으로써, 이물질로부터의 신호를 검출할 수 있다.

도 5 는, 본 발명의 제 2 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의해 1 차원 스캔 평가를 위해 제공되는 피검사물 및 그 1 차원 스캔 평가 결과를 나타내는 도면이며, 도 5 의 (a) 는 그 피검사물의 분극 상태를 나타내는 도면이고, 도 5 의 (b) 는 피검사물과 검사 결과를 나타내는 도면이며; 도 6 은 그 구체적인 예를 나타내는 도면이고, 도 6 의 (a) 는 실제 측정의 결과를 나타내는 도면이고, 도 6 의 (b) 는 파티클로서 텅스텐 카바이드 (직경 90 ㎛) 가 부착된 황동판인 분극된 피검사물을 나타내는 도면이다.

도 5 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 분극되지 않은 피검사물 (22') 은 제 1 벨트 컨베이어 (21) 에 의해 반송되고 터널-형상의 수평 자화용 자석 (23) 을 통과함으로써 분극된다. 도 5 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 피검사물 (22) 가 분극된 황동판 및 거기에 부착된 파티클로서의 텅스텐 카바이드 (직경 90㎛) (24) 에 의해 구성되는 경우, 피검사물 (22) 의 양단부 및 파티클로서의 텅스텐 카바이드 (24) 의 위치에서 구배 자계가 검출된다.

구체적으로, 스탠드 오프: 3.6mm, 속도: 2.7m/분, 자계: 0.2T 의 검사 조건 하에서, 도 6 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 텅스텐 카바이드 (직경 90㎛) (24) 가 부착한 분극된 피검사물 (22) 에서, 도 6 의 (a) 의 A 부에서 관찰되는 것과 같은 구배 자계는 피검사물 (22) 의 전단부의 S 극에서 관찰되었고, 도 6 의 (a) 의 B 부에서 관찰되는 것과 같은 구배 자계는 피검사물 (22) 의 파티클로서 텅스텐 카바이드 (직경 90㎛) (24) 의 위치에서 관찰되었으며, 도 6 (a) 의 C 부에서 관찰되는 것과 같은 구배 자계는 피검사물 (22) 의 후단부의 N 극에서 계측되었다. 이러한 방식으로, 그레디오미터를 이용하는 계측에 의해 도 5 의 (b) 에서와 유사한 구배 자계를 나타냈다.

도 7 은, 본 발명의 제 3 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의해 1 차원 스캔 평가를 위해 제공되는 피검사물 및 그 1 차원 스캔 평가 결과를 나타내는 도면이며, 도 7 의 (a) 는 측정 결과를 나타내는 도면이고, 도 7 의 (b) 는 파티클로서 니켈(50㎛ □) 이 부착된 황동판으로 형성된 분극된 피검사물을 나타내는 도면이다.

구체적으로, 수평 자화, 대략적으로 O.2T, 스탠드오프: 3.3mm, 속도: 6m/분, 자속 환산 계수: 3.4nT/V 의 검사 조건하에서, 니켈 (50㎛ □) (32) 가 부착된 황동판 (31) 으로 형성된 분극된 피검사물을 SQUID 자기 센서 (그레디오미터) 에 의해 검사하는 경우, 구배 자계는 도 7 의 (a) 에 나타난 바와 같이 나타났다. 즉, A 부, B 부, 및 C 부의 구배 자계는 황동판 (31) 의 시단부의 구배 자계, 니켈 (32) 의 구배 자계, 및 황동판 (31) 의 종단부의 구배 자계에 대응한다.

도 8 은, 본 발명의 제 4 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 2 차원 스캔 평가를 위해 제공되는 피검사물의 분극 상태를 나타내는 도면이고; 도 9 는 피검사물의 2 차원 스캐닝 (X-축 및 Y-축 방향 스캐닝) 을 실시하는 SQUID 자기 센서 (그레디오미터) 를 이용하는 비파괴 검사 장치의 모식도이고; 도 10 은 피검사물의 스캐닝 결과를 나타내는 도면이며, 도 10 의 (a) 는 피검사물 상에 파티클이 존재하지 않는 경우의 결과를 나타내는 도면이고, 도 10 의 (b) 는 피검사물 상에 파티클이 존재하는 경우의 결과를 나타내는 도면이다.

이 실시형예에서는, 도 8 에 도시된 바와 같이, 분극되지 않은 피검사물 (41') 은 표면 자속밀도 O.15T 를 갖는 2 개의 영구 자석 (42, 43) 을 이용하여 분극된다. 도 9 에 도시된 바와 같이, 분극된 피검사물 (41) 의 이동 방향에 수직하는 방향 (Y-축 방향) 에서 상대적으로 그레디오미터 (44) 를 스캐닝함으로써, 분극된 피검사물 (41) 에 부착된 자화된 파티클 (45) 은 길이 방향 (X-축 방향) 과 횡방향 (Y-축 방향) 에서 동시에 검사될 수 있다.

이러한 방식으로, 도 10 의 (a) 에 도시된 바와 같이, 어떠한 자성 파티클도 갖지 않는 피검사물 (41) 의 스캐닝 결과는 어떠한 특별한 구배 자계도 나타내지 않지만, 파티클 (SUS 304) (45) 가 존재하는 경우, 도 10 의 (b) 에 도시된 바와 같이 강한 구배 자계가 그 위치에서 관찰되어 피검사물 (41) 상의 파티클 (45) 의 존재가 계측된다.

여기서, 전술한 실시형태는 분극된 피검사물 (41) 의 이동 방향에 수직하는 방향으로 스캐닝이 수행되도록 구성되어, 피검사물 (41) 상에서 그 위치에 관계 없이 파티클의 존재가 정확하게 검사될 수 있다.

도 11 은, 본 발명의 제 5 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 2 차원 스캔 평가를 위해 제공되는 자성 파티클이 존재하지 않는 경우의 세라믹 전자 디바이스 (피검사물) 의 그레디오미터에 의한 검사 결과를 나타내는 도면이고, 도 12 는 자성 파티클이 존재하는 경우의 세라믹 전자 디바이스 (피검사물) 의 그레디오미터에 의한 검사 결과를 나타내는 도면이고, 도 13 은 세라믹 내부에 파티클이 존재하는 피검사물을 나타내는 도면이며, 도 13 의 (a) 는 피검사물의 평면도를 나타내고, 도 13 의 (b) 는 피검사물의 측면도를 나타낸다.

도 13 에서, 참조 부호 51 은 절연 부재로서 세라믹 내에 봉입된 전자 디바이스 (피검사물) 를 나타내고, 52 는 전자 디바이스 (피검사물) (51) 내에 제공된 자화가능한 부재를 나타내고, 53 은 자화가능한 부재 (52) 내에 존재하는 파티클로서의 Co (직경 O.lmm) 를 나타낸다. 세라믹 전자 디바이스 (피검사물) (51) 의 통상적인 예에서, 자화가능한 부재는 자화가능한 물질이 혼입해 있는 세라믹 부재 (즉, 절연물로서 세라믹 부재가 자화가능한 물질의 혼입에 의해서 자화가능하게 된 것) 이지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

이러한 방식으로, 파티클 (53) 이 절연물로서 세라믹 전자 디바이스 내부 또는 자화가능하게 된 세라믹 부재의 내부에 존재하는 경우에도, 도 12 에 도시된 바와 같이, 파티클 (53) 의 위치에서 그레디오미터를 이용한 측정에 의해 상당한 구배 자계 (54) 가 관찰되어, 파티클의 존재가 계측된다.

도 14 는 본 발명의 SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의해 측정되는 리튬 배터리 전극판을 나타내는 도면이다.

도 14 에 도시된 리튬 배터리 전극판으로서 이용되는 활물질로 코팅된 구리 포일 (포지티브 극) (61), Al 포일 (포지티브 극) (62), Cu 포일 (네거티브 극) (63), 또는 세퍼레이터 (수지 시트) (64) 등 위에 파티클이 존재하는 경우에도, 전술한 계측 방법에 의해 파티클의 존재가 계측될 수 있다. 특히, 절연물인 경우에도 그 부재가 금속 분말과 같은 자화가능한 물질이 혼입되어 있는 한, 파티클의 존재는 계측될 수 있다.

도 15 는, 본 발명의 다른 실시형태를 설명하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치에 의한 검사를 위해 제공되는 피검사물을 나타내는 도면이다.

이 도면에서, 자화된 피검사물 (71) 에서는, 스트립-형상의 자화된 부재 (73) 가, 예를 들면, 세라믹 또는 절연 부재로 형성된 장방형 자화되지 않은 부재 (72) 내에 위치되고, 자화된 파티클 (이물질) (74) 은 스트립-형상의 자화된 부재 (73) 상에 또는 그 대신에 자화되지 않는 부재 (72) 내부에 존재한다.

이러한 방식으로, 자화된 파티클 (74) 이 자화되지 않는 부재 (72) 내에 존재하는 경우에도, 도 4 의 경우에서와 같이, 자화된 파티클 (이물질) (74) 의 존재가 정확하게 검출될 수 있다.

다음으로, 피검사물을 반송하는 벨트 컨베이어의 배치에 대해 설명한다.

도 16 은 본 발명의 2 단 컨베이어와 1 단 컨베이어를 이용하여 획득된 검사 신호의 비교 (벨트 사용 시작부터 200 시간이 경과한 후의 신호의 비교) 를 나타내는 도면이며, 도 16 의 (a) 는 2 단 컨베이어의 경우를 나타내는 도면이고, 도 16 의 (b) 는 1 단 컨베이어의 경우를 나타내는 도면이다.

여기서 검사 조건은, 자화 방향: 수평 자화, 대략적으로 O.1T, 센서-벨트 표면 거리: 5.5mm, 컨베이어 속도: 2.7m/분, 자속 환산 계수: 3.4nT/V 였다.

단일의 컨베이어가 피검사물의 분극과 SQUID 자기 센서 (그레디오미터) 에 의한 검사의 모두를 수행하는데 사용되는 1 단 컨베이어 대신에, 본 발명은 피검사물에 자계를 인가하는 스테이지로서 기능하는 제 1 벨트 컨베이어 (2) (도 1 참조)및 피검사물의 검사 스테이지로서 기능하는 제 2 벨트 컨베이어 (5) (도 1 참조) 를 갖는 소위 2 단 컨베이어를 이용하도록 구성된다.

1 단 컨베이어의 경우, 도 16 의 (b) 에서 도시된 바와 같이, 벨트 사용 시작부터 200 시간이 경과한 후의 시점에서의 검사 스테이지에서 자기 노이즈가 관찰되었다. 즉, 컨베이어에 부착되는 이물질에 의한 노이즈는 대략적으로 0.2V 였고, 이것은 배경 노이즈가 되었다. 한편, 2 단 컨베이어의 경우, 도 16 의 (a)에 도시된 바와 같이, 벨트 사용 시작부터 200 시간이 경과한 후의 동일한 시점에서조차 자기 노이즈는 거의 관찰되지 않는다. 즉, 컨베이어에 부착되는 이물질에 의한 노이즈는 대략적으로 0.02V 였고, 배경 노이즈는 낮고, 검사를 양호하게 실시할 수 있다. 비교하면, 2 단 컨베이어는 1 단 컨베이어에 비교하여 배경 노이즈의 크기를 1/10 배 정도로 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

상세히 서술하면, 환경 또는 컨베이어 롤러와 같은 회전부에 존재하는 금속 분말이 벨트 컨베이어에 부착되고, 벨트 컨베이어가 자화용 자석 아래를 통과할 때 자화되어, 자기 노이즈가 발생된다.

이러한 경우의 자화된 금속 분말은 예를 들어 직경이 수십 마이크로미터 이하인 미립자이기 때문에, 컨베이어 벨트 등에 부착되면 통상의 클리닝 또는 세정에 의해 쉽게 제거될 수 없다.

따라서, 미립자는 쉽게 제거될 수 없기 때문에, 자계가 피검사물에 인가되는 스테이지로서 기능하는 제 1 벨트 컨베이어 (2), 및 제 2 벨트 컨베이어 (5) 를 별개로 배치하는 것은, 제 2 벨트 컨베이어 (5) 가 분극에는 관여하지 않기 때문에, 이에 따라 제 2 벨트 컨베이어 (5) 상에 존재할 수 있는 이물질이 자화되지 않으므로, 정확한 검사를 가능하게 한다.

이러한 방식으로, 2 단 컨베이어를 이용한 계측 장치를 구성함으로써, 자기 노이즈가 저감되어 파티클의 존재와 위치의 보다 정확한 검사가 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에 대해서 전술한 2 단 컨베이어가 유효하지만, 1 단 컨베이어를 사용하는 경우, 특히 피검사물에 대한 오염물질의 부착 및 그 분극을 방지하여 피검사물의 검사시에 오염물질에 의해 발생되는 자기 노이즈를 저감하기 위해서, 수평 자화용 자석 및 그레디오미터를 클린 부스 내에 배치하거나 클리닝 수단을 제공하는 것이 바람직하다.

도 17 은, 본 발명의 다른 실시형태를 설명하는, 복수의 SQUID 자기 센서 (그레디오미터) 를 이용하는 비파괴 검사 장치의 모식도이다.

이 실시형태에서는, 복수의 SQUID 자기 센서 (그레디오미터) (82-85) 를 장치 내에 세팅된 분극된 피검사물 (81) 의 이동 방향에 수직하는 방향으로 배치함으로써, 장치 내에 세팅된 분극된 피검사물 (81) 에 부착되는 자화된 파티클 (86-89) 의 검사가 횡방향에서도 동시에 수행될 수 있다.

전술한 바와 같이, 자화가능한 부재는 자성체 또는 자화가능한 부재가 도포되거나 혼입된 금속, 반도체 또는 절연체를 또한 포함한다. 또한, 자화가능한 부재의 형상은 기다란 보디 (장방형체) 에 한정하는 것은 아니며, 사각형, 원형, 타원 형상일 수도 있다.

덧붙여 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지에 근거하여 여러 가지의 변형이 가능하다. 이러한 변형은 본 발명의 범위로부터 배제되지 않아야 한다.

본 발명의 SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치는, 피검사물에 부착하거나 내재된 자화된 파티클의 비파괴적이고 정확한 검출 및 파티클의 위치 정보의 검출을 허용하는 검사 장치로서 이용될 수 있다.

Claims

피검사물의 길이 방향으로 상기 피검사물에 자계 (magnetic field) 를 인가하는 수평 자화용 자석;
상기 수평 자화용 자석에 의해 길이 방향으로 수평 자화된 상기 피검사물이 상부에 세팅되는 검사부;
상기 수평 자화된 피검사물을 반송하는 벨트 컨베이어; 및
상기 수평 자화된 피검사물로서의 자화가능한 부재와 함께 수평 자화된 파티클을 검출하는 그레디오미터 (gradiometer) 를 구비하고,
상기 벨트 컨베이어는, 상기 피검사물에 자계가 인가되는 자화 스테이지로서 기능하는 제 1 벨트 컨베이어, 및 상기 제 1 벨트 컨베이어와는 별개로 배치되고 상기 피검사물이 검사되는 검사 스테이지로서 기능하는 제 2 벨트 컨베이어를 포함하는, SQUID 자기 센서를 이용하는 비파괴 검사 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 자계의 인가 후에 상기 벨트 컨베이어에 부착한 이물질을 제거하기 위한 클리닝 수단을 더 구비하는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 자화가능한 부재는 자화되지 않는 부재 내에 배치되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 자화되지 않는 부재는 절연 부재인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 절연 부재는 세라믹스인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 자화가능한 부재는 활물질이 도포된 도전성 포일 (conductive foil) 인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 도전성 포일은 구리 포일 또는 알루미늄 포일인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 파티클은 상기 자화가능한 부재 상에 또는 상기 자화가능한 부재 내에 위치되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 파티클은 상기 자화되지 않는 부재 내에 위치되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 파티클은 자성체 (magnetic material) 인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 자성체는 철, 니켈, 코발트, 또는 철, 니켈 및 코발트 중 임의의 것을 함유하는 합금인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수평 자화용 자석은 영구 자석인, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 그레디오미터는 고정으로 유지된 채, 상기 수평 자화된 피검사물을 X 방향으로 이동시킴으로써 1 차원 스캐닝이 수행되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 피검사물의 이동 방향에 대해 수직하는 방향으로 복수의 그레디오미터를 배치함으로써, 상기 피검사물이 횡방향에서 동시에 또한 검사되는, SQUID 자기 센서를 사용하는 비파괴 검사 장치.