KR0163959B1 - 와류탐상 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 코일에 의해 발생되는 자계가 역위상으로 되도록 도체의 반송로를 따라서 도체와 동일축상에 이간하여 배치되는 한쌍의 검출코일과, 검출코일이 브릿지의 2변을 구성하며, 검출코일의 인덕턴스에 상대변화가 발생하여 브릿지의 평형이 붕괴되면, 이상검출신호를 출력하는 교류브릿지회로와, 검출코일의 사이에, 발생되는 자계가 서로 동위상으로 되도록 검출코일과 동일축상에 배치되어서, 브릿지가 평형한 상태에서는 발생되는 유도전류가 서로 상쇄하도록 설정되어 있는 한쌍의 공진코일과, 검출코일의 발진주파수를 공진시킬 목적으로 공진콩일에 접속되어 있는 용량회로를 보유하는 와류탐상장치를 개시한다.

Description

와류탐상(渦流探傷)장치.

제1도는 본발명에 관한 와류탐상장치의 개략구성을 나타내는 회로도.

제2도는 동장치에 있어서 용량회로의 한가지 예를 나타내는 회로도.

제3도 및 제4도는 동장치의 동작을 나타내는 도면.

제5도는 본발명의 바람직한 다른 실시예를 나타내는 개략도.

제6도는 종래의 와류탐상장치를 나타내는 개략도.

제7도 및 제8도는 종래장치에 있어서의 문제점을 나타내는 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 도체 2 : 교류전원

3 : 교류브릿지회로 4 : 용량회로

24 : 변압기 30 : 차동증폭기

35 : 연산증폭기 50, 60 : 위상검출회로

L1, L4 : 검출코일 L2, L3 : 공진코일

P1, P2 : 주기신호

본 발명은 금속재의 손상 또는 혼입하고 있는 이물질을 검출하기 위한 와류탐상장치에 관한 것이다.

동선(銅線)등의 제조공정에 있어서는, 동선재료 내에 철편(鐵片)등과 같은 이물질이 혼입하고 있거나, 또는 이 재료내에 손상이 있으면, 신선(伸線)공정중에 단선(斷線)하는 원인으로 된다.

이 때문에, 신선공정전에 미리 이물질 또는 손상등의 유무를 검사하는 것이 필요하다.

종래, 이러한 종류의 검사에는, 제6도 내지 제8도에 나타내는 바와 같은 와류탐상장치가 사용되고 있다.

부호(1)는 주행하는 도체이고, 이 도체(1)와 비접촉으로 동일축에 검출코일(La)(Lb)이 이간(離間)하여 배치되어 있다.

검출코일(La)(Lb)은 교류브릿지회로의 2변을 구성하도록 결선되며, 검출코일(La)(Lb)가운데를 통과하는 도체(1)내에 손상이 없는 경우, 단자(A)(B)사이의 출력신호가 제로밸랜스(Zero balance)로 되도록 조정되어 있다.

이 장치에 의하면, 검출코일(La)(Lb) 가운데를 손상이나 이물질이 통과하는 경우, 도체(1)내의 와전류(eddy current)가 변화해서, 검출코일(La)(Lb)의 인덕턴스에 차(差)가 발생하여 제로밸런스가 붕괴되므로, 단자(A)(B)사이에 출력신호가 발생하며, 이 신호에 기초하여 손상이나 이물질의 검출을 행할 수가 있다.

검출코일(La)(Lb)은, 제7도에 화살표로 표시하는 바와같이 발생하는 자계(磁界)의 방향이 동위상(in -phase)으로 되도록 화동(和動)접속하는 구조보도, 제8도에 화살표로 표시하는 바와같이 자계의 방향이 역위상(anti - phase)으로 되도록 차동(差動)접속하는 구조가 바람직하다.

이와같이 차동접속하면, 예를 들어 검출코일(La)(Lb)내부에서 도체(1)가 편심하거나, 또는 도체(1)의 조성이 변화하여 각 검출코일(La)(Lb)에 노이즈(noise)신호가 발생하였다고 해도, 이들 노이즈 신호가 서로 상쇄하여서, 출력신호의 노이즈성분을 저감하여 SN비를 높일 수가 있다.

그러나, 상기한 와류탐상장치에 있어서는, 검출코일(La)(Lb)이 항상 역방향의 자계를 발생하므로, 이 자개가 서로 반발하여 도체(1)의 내부에까지 자계가 충분하게 침입하기 곤란하여서, 그 부분검출 감도가 저하한다.

이 때문에, 작은 손상이나 소량의 이물질이 코일의 중심축선에 가까운 위치에 있을 경우에는, 이들을 검출하기가 곤란하다.

본발명은, 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 작은 손상이나 소량의 이물질을 높은 이상(異常)검출감도로 검출할 수있는 와류탐상장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해서 본발명은, 코일에 의해 발생되는 자계가 역위상으로 되도록 도체의 반송로를 따라서 전기한 도체의 방소로와 동일축상에 이간하여 배치되는 한쌍의 검출코일을 보유하며, 전기한 검출코일의 인덕턴스가 상대변화하여 브릿지의 평형이 붕괴될 때 이상검출신호를 출력하는 교류브릿지회로와, 전기한 검출코일의 사이에, 발생되는 자계가 서로 동위상으로 되도록 전기한 검출코일과 동일축상에 배치되어서, 전기한 브릿지가 평형한 상태에서는 발생되는 유도전류가 서로 상쇄하도록 설정되어 있는 한쌍의 공진코일과, 공진회로를 구성하기 위해 전기한 공진코일에 접속되어 있는 용량회로로 이루어 지는 와류탐상장치를 제공한다.

이 와류탐상장치에서, 도체에 손상이나 이물질이 없는 상테에서는, 각 검출코일로부터의 전자(電磁)유도에 의해 각 공진코일에 발생하는 유도전류가 역위상이고, 또한 그 전류치가 같으므로, 이들 유도전류가 서로 상쇄하여 공진이 발생하지 않는다.

한편, 도체내부에 손상이나 이물질이 존재하는 경우에는, 각 검출코일에 의해 발생되는 자계에 불균형이 생기므로, 각 공진코일에 의해 발생되는 유도전류치에 차가 생기고, 이 차에 상당하는 전류가 흘러서 공진코일이 공진한다.

이것에 의해서, 검출코일의 유도가 더욱 변화하여 교류브릿지회로의 평형이 붕괴되므로, 종래장치에 비해 이상신호의 검출감도를 높일 수가 있다.

[실시예]

이하, 첨부도면을 참고하여 본발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

제1도는, 본발명에 관한 와류탐상장치의 바람직한 한가지 실시예를 나타내는 회로도로서, 도시하지 않은 전공정으로부터 주행하는 도체(1)를 따라서 도체와 동일 축상에, 검출코일(L1), 공진코일(L2),공진코일(L3), 검출코일(L4)의 순으로 축방향으로 간격을 두고 배치되어 있다.

검출코일(L1)(L4)은 종래장치와 동일한 것으로, 2개의 저항기(R1)(R2)와 함께 교류브릿지회로(3)를 구성하여서, 발생하는 자계가 서로 역위상으로 되도록 차동적으로 접속되어 있다.

R1, R2의 저항과 L1,L4의 인덕턴스는 도체(1)에 이상이 없는 경우에, 교류브릿지회로(3)가 제로밸런스상태로 설정되어 접속점(A)(B)사이에서 신호가 발생되지 않도록 결정된다.

한편, 공진코일(L2)(L3)은 동일한 것으로, 발생하는 자계가 동위상으로 되도록 화동접속되어 있다.

또, 이들 공진코일(L2)(L3)는 공진회로를 구성하기 위해 용량회로(4)에 직렬로 접속되어 있다.

도체(1)내에 이상이 없는 경우에, 검출코일(L1)의 전자유도에 의해 공진코일(L2)에 생기는 유도전류와, 검출코일(L4)의 전자유도에 의해 공진코일(L3)에 생기는 유도전류는 역위상이고 그 전류치가 동일해서, 서로 상쇄하도록 설정되어 있다.

그리고, 교류브릿지회로(3)에 전력을 공급하는 교류전원(2)을 구성하기 위하여 발진기(21), 위상편이회로(phase shift circt)(22), 전력증폭기(23)및 변압기(24)가 설치되어 있다.

발진기(21)는, 동일한 각주파수()를 보유하는 2주기신호(P1)(P2)를 발생하는데, P2의 위상각은 P1의 위상각으로부터/2만큼 편이되어 있다.

위상편이회로(22)는, 예를 들어 볼륨노브(volume knob)등의 조작 부재를 보유한다.

발진기(21) 출력신호(P)는, 신호(P)의 위상으로부터 조작부재의 작동에 상당하는 위상편이치만큼 편이되어 있는 위상을 보유하는 신호를 얻기 위해 위상편이회로(22)에 공급된다.

위상편이치는 조작부재의 작동에 의해 0~의 범위로 조정될 수 있다.

위상편이회로(22)의 출력신호는 전력증폭기(23)에서 증폭되고, 전력증폭기(23)의 출력신호는 변압기(24)의 입력코일의 한쪽 단자로 공급된다.

변압기(24)의 입력코일의 다른쪽 단자는 접지되어 있고, 변압기(24)의 출력코일은 교류브릿지회로(3)의 접속점(C)(D)사이에 접속되어 있다.

또한, 교류브릿지회로(3)의 접속점(A)(B)사이의 전압을 증폭하는 차동증폭기(30)를 구성하기 위해 저항기(31)-(34)및 연산증폭기(35)가 설치되어 있다.

차동증폭기(30)의 출력신호는, 검출신호를 얻기 위해서 완충증폭기(40)에 공급된다.

그리고, 동일한, 기능 및 특성을 보유하는 2개의위상검출회로(50)(60)가 설치되어서, 주기신호(P1)와 검출신호(S)는 각각 위상검출회로(50)의 제1및 제2입력단자에 공급되고, 주기신호(P2)와 검출신호(S)는 각각 위상검출회로(60)의 제1및 제2입력단자에 공급된다.

각 위상검출회로는 제2입력단자의 입력신호로부터, 제1입력단자의 입력신호와 동기화되어 있는 동일한 위상성분을 검출한다.

또, 위상검출회로(50)(60)의 출력신호로부터 고조파성분(higher harmonic component)을 차단하기 위해 2개의 저역필터(70)(80)가 설치되어 있으며, 이들 저역필터(70)(80)의 출력신호는 도시하지 않은 오실로스코프의 X축 및 Y축입력단자에 각각 공급된다.

다음에, 제2도는 용량회로(4)에 구체예를 나타내는 회로도로서, 이 용량회로(4)는 주로 2개의 연산증폭기(5)(6)및 가변저항기(7)(8), 콘덴서(9)로 구성되어 있으며, 가변저항기(7)를 조정하는 것에 의해 공진코일(L2)(L3)로 구성된 공진회로와 용량회로(4)의 공진 주파수를 조정할 수 있고,한편 가변저항기(8)를 조정하는 것에 의해 공진회로의 공진 Q값을 조정할 수 있다.

그러나, 본발명에서는 제2도의 회로에 한하지 않고, 단순한 콘덴서나 용량가변콘덴서등에 의해 용량회로를 구성할 수도 있고, 그외 필요에 따라 적절히 회로를 변경하여도 좋다.

상기한 구성으로 이루어진 와류탐상장치에서는, 도체(1)에 손상이나 이물질이 없는 경우, 각 검출코일(L1)(L4)로부터의 전자유도에 의해 각 공진코일(L2)(L3)에 발생하는 유도전류가 서로 역위상이고, 전류치가 동일하므로, 이들 유도전류가 서로 상쇄하여 공진이 생기지 않는다.

그러나, 도체(1)의 손상이나 이물질이 검출코일(L1)을 통과하면, 검출코일(L1)의 인덕턴스가 변화한다.

그 결과, 검출코일(L1)(L4)의 자계에 불균형이 생기므로, 각 공진 코일(L2)(L3)에 발생하는 유도전류에도 차가 생기며, 이 차에 상당하는 교류전류가 흘러서 용량회로(4) 및 공진코일(L2)(L3)이 공진한다.

이와같이 공진하면, 그 영향으로 검출코일(L1)의 인덕턴스가 더욱 증가한다.

그 결과, 교류브릿지회로 (3)의 평형이 붕괴되므로, 접합점(A)(B)사이에서 신호가 발생된다.

이 신호는 검출신호를 얻기 위해 차동증폭기(30) 및 완충증폭기(40)에 의해서 증폭된다.

도체(1)내의 손상이나 이물질이 검출코일(L4)를 통과할 때도 이와같은 동작이 일어난다.

검출신호는 검출성분(S)과 노이즈신호(N)를 포함하고 있는데, 검출 성분(S)은 검출코일(L1) 또는 검출코일(L4)의 임피던스변화에 의해 발생된다.

제3도는 검출코일의 임피더스변화를 나타내는 것으로서, 공진코일 (L2)(L3)이 사용되지 않을 경우에, 검출코일의 임피던스(Z)는 검출코일의 저항(R) 및 리액턴스(L)로 구성되는데, 여기서 인덕턴스(L)는 검출코일의 고유인덕턴스와 손상이나 이물질의 통과에 의해 발생되는 인덕턴스를 포함한다.

또, 공진코일(L2)(L3)이 사용되는 경우에는, 검출코일의 인덕턴스는 예를 들어 L에서 L +L로 증가한다.

따라서, 검출코일의 임피던스는 Z 에서 Za로 변화하고, 임피던스의 편각(偏角)은＝tan^-1(L/ R)에서a〓tan^-1{(L+L)/ R}로 증가한다.

제4도는 검출신호에 포함되어 있는 검출성분(S)과 노이즈신호(N)의 한가지 예를 나타내고 있다.

검출성분(S)의 위상은 노이즈신호(N)의 위상으로부터a 에 따라 결정되는 각a'만큼 편이되어 있다.

이와같이 얻어지는 검출신호(S+N)는 위상검출회로(50)(60)에 공급되어서, 위상검출회로(50)에 의해 검출신호(S+N)로부터 주기신호(P1)와 동기화된 성분이 검출된다.

마찬가지로, 주기신호(P2)와 동기화된 성분은 위상검출회로(6)로부터 검출된다.

위상검출회로(50)(60)의 출력신호는 저역필터(70)(80)를 통해 오실로스코프의 X축 및 Y 축입력단자에 공급된다.

그 결과, 검출성분(S)및 노이즈 신호(N)에 상당하는 벡터가, 예를 들어 제4도에 표시하는 바와같이 식별가능한 방식으로 오실로스코프 상에 각각 표시된다.

손상이나 이물질의 검출을 행하기 전에, 조작자는 노이즈 신호(S)의 벡터가 X축 또는 Y축을 따라 표시되도록 위상편이회로(22)의 위상편이치를 조정한다.

이 조정에 의해서, 검출성분(S)과 노이즈신호(N)를 용이하게 식별할 수 있다.

상술한 바와같은 바람직한 실시예에서는, 검출신호의 검출성분(S)을 종래장치의 감도보다 더 높은 감도로 얻을 수가 있으므로, 도체(1)내의 손상이나 이물질에 대한 검출감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본장치에서는, 공진코일(L2)(L3)을 설치한 것에 의해 검출코일(L1)(L4)의 이간량(離間量)이 크게 되기 때문에, 검출코일(L1)(L4)의 자계가 서로 상쇄하는 것을 경감하므로,이 점에서도 감도향상을 도모할 수 있다.

또, 본발명의 장치에서는, 도체(1)의 재질이나 직경이 변화하면, 공진코일(L2)(L3)의 인덕턴스가 변화하여 공진주파수가 변하지만, 본실시예에서는, 용량회로(4)의 가변저항기(7)를 조정하는 것에 의해서, 용량회로(4)및 공진코일(L2)(L3)로 구성된 공진회로의 공진주파수를 조정할 수가 있고, 공진주파수를 교류전원과 항상 일치시키는 것이 용이하다.

그리고, 가변저항기(8)의 조정에 의해서, 공진 Q값을 조정할 수 있으므로, 공진코일(L2)(L3) 및 용량회로(4)로 구성된 공진회로의 Q값을 공진상태에서 변화시켜서, 이상검출감도를 최적치로 설정할 수 도 있다.

또한, 본발명의 바람직한 실시예에서는, 각 코일 (L1)(L2)(L3)(L4)을 관통하도록 도체(1)를 배치하고 있었지만, 이 대신에, 제5도에 나타내는 바와같이, 각 코일 (L1)(L2)(L3)(L4)을 케이싱(10)내에 동일축상에 수납하여 측정자(測定子)를 구성하여도 좋다.

이 경우에는, 이 측정자도 도체(1)의 표면근방을 주사(走査)해서, 도체(1)의 이상을 검출한다.

Claims (5)

1. 코일에 의해 발생되는 자계가 역위상으로 되도록 도체(1)의 반송로를 따라서 전기한 도체의 반송로와 동일축상에 이간하여 배치되는 한쌍의 검출코일(L1)(L4)보유하며, 전기한 검출코일의 인덕턴스가 상대변화하여 브릿지의 평형이 붕괴될 때 이상검출신호를 출력하는 교류브릿지회로(3)와, 전기한 검출코일의 사이에, 발생되는 자계가 서로 동위상으로 되도록 전기한 검출코일과 동일축상에 배치되어서, 전기한 브릿지가 평형한 상태에서는 발생되는 유도전류가 서로 상쇄하도록 설정되어 있는 한쌍의 공진코일(L2)(L3)과, 공진회로를 구성하기 위해 전기한 공진코일에 접속되어 있는 용량회로(4)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 와류탐상장치.
2. 제1항에 있어서, 전기한 용량회로(4)에는 전기한 공진회로의 공진주파수를 조정하기 위한 주파수조정장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 와류탐상장치.
3. 제1항에 있어서, 전기한 용량 회로(4)에는 전기한 공진회로의 공진 Q값을 조정하기 위한 Q값 조정장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 와류탐상장치.
4. 제1항에 있어서, 동일한 각 주파수를 보유하고, 한쪽의 위상이 다른쪽의 위상으로부터/ 2만큼 편이되어 있으며, 그중 한쪽이 전기한 교류브릿지회로(3)에 공급되는 제1및 제2주기신호 (P1)(P2)를 발생하는 교류전원(2)과, 검출신호를 얻기 위하여 전기한 교류브릿지회로(3)의 2개의 접속점(A)(B)사이에서 발생되는 신호를 증폭하는 차동증폭기(30)와, 전기한 제1주기신호(P1)와 동기화되어서 전기한 검출신호내에 포함되어 있는 X축성분신호를 검출하는 제1위상검출회로 (50)와, 전기한 제2주기신호(P2)와 동기화되어서 전기한 검출신호내에 포함되어 있는 Y축성분신호를 검출하는 제2위상검출회로(60)와, 전기한 X축 및 Y축 성분신호에 기초한 전기한 검출신호의 벡터를 표시한 표시장치가 더 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 와류탐상장치.
5. 제4항에 있어서, 전기한 교류브릿지회로(3)에 공급되는 주기신호(P1)의 위상을 조정하기 위한 위상조정장치가 더 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 와류탐상장치.