스플라인 샤프트 기어부와 압연 롤의 품질보증 향상을 위한 와전류탐상검사 시스템의 개발과 성능검증에 관한 연구 :A study on the development of eddy current testing system and verification of performance for enhancement of quality assurance in spline shaft gear and press roll

이재호

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이재호 (서울과학기술대학교, 서울과학기술대학교 대학원)

지도교수: 박익근

발행연도: 2018

저작권: 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

스플라인 샤프트 기어부와 압연 롤의 품질보증 향상을 위한 와전류탐상검사 시스템의 개발과 성능검증에 관한 연구

이재호 나노IT융합프로그램학과 2018.01 학위논문

2017

압연롤 검사를 위한 다중 센서 와전류 탐상 검사 시스템 개발

이재호 , 박태성 , 박익근 한국생산제조학회지 2017.06 학술저널

2016

스플라인 기어부 결함의 와전류검사 신호처리에 관한 연구

이재호 , 박태성 , 박익근 비파괴검사학회지 2016.06 학술저널

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본 연구에서는 기존의 와전류탐상검사 장비로는 결함 검출능이 검사 사양을 만족하지 않아 제품의 생산 품질을 보증할 수 없거나 검사 자체가 되지 않아 품질을 보증할 수 없는 경우를 해결하기 위하여 대표적인 검사체를 스플라인 샤프트 기어부와 압연 롤을 대상으로 와전류탐상검사 시스템을 개발하고 이를 구현하기 위한 핵심 요소들을 개발하였다. 이를테면 기어 간격을 고려한 프로브의 제작과 IIR(infinite impulse response filter)필터의 구현, 넓은 면적검사를 위한 단일 구동방식의 어레이 프로브의 개발등이 그 핵심 요소이다.
스플라인 샤프트 기어부의 요철부에 기존 와전류탐상검사를 적용할 경우 큰 표면신호로 인해 프로브로부터 획득한 원신호와 결함에 의해 발생한 신호를 분리해내기가 어렵다. 결함신호 검출을 용이하게 하기 위해서는 주변 잡음신호에서 결함신호만을 구분해낼 수 있는 고차필터의 구현이 필수적이고 동시에 각 생산라인과 피검사체의 상황에 따라 필터의 통과대역을 조절할 수 있어야 한다. 이를 위하여 IIR 필터를 적용하여 결함신호검출을 시도하였다.
압연 롤에 와전류탐상검사를 적용시 검사의 정밀도 향상을 위해 적은 단면적의 프로브를 적용하여 검사를 진행하면 일회 검사할 수 있는 영역이 적어 검사시간의 지연을 초래하고 프로브의 단면적을 증가시켜 일회 검사범위를 넓힐 경우 그만큼 검사정밀도가 떨어져 롤의 에지부분 검사가 불가능한 영역이 존재하는 문제가 발생한다. 이와 같은 문제의 해결을 위해서 어레이 프로브를 적용하였다.
서로 상반되는 두 검사조건을 동시에 만족시키기 위하여 다채널 확장이 가능한 와전류탐상검사 시스템을 개발하였으며 다채널이면서도 IIR 필터를 최적화하여 신호의 처리속도는 향상시키고 신호처리 하드웨어의 크기는 획기적으로 줄였다. 또한 압연 롤처럼 검사면적이 넓은 경우의 검사를 위하여 어레이 프로브(array probe)를 개발하고 기엇니 부분의 검사를 위해 고감도의 프로브를 개발하였으며 해당 응용분야에 상응하는 사양의 대비시편을 제작하여 전체적인 시스템의 성능을 검증 하였다.

In this study, spline shaft gear and press roll were tested, as they are representative testing objects which are not easily tested by the conventional eddy current testing system. The former cannot guarantee quality of a product because of its poor detectability due to the surface irregularity condition and the latter is in a condition that the testing area is large and the crack testing and the material testing (bruise testing) should be simultaneously conducted. Thus, spine shaft gear and press roll cannot be tested with the conventional eddy current testing system.
When the eddy current test is applied to the concave and convex portions of the spline shaft gear, it is difficult to separate the original signal acquired from the probe and the signal generated by the defect due to the large surface signal. In order to facilitate the detection of the defect signal, it is necessary to implement a high-order filter capable of distinguishing only the defect signal from the ambient noise signals, and at the same time, it is necessary to be able to control the pass band of a filter according to the condition of each production line and the test object. For this purpose, an infinite impulse filter (IIR) was applied to detect a defective signal.
When the eddy current test is applied to the press roll, it has been found the problems that the application of a probe with a small cross-sectional area to improve the accuracy of the test results in a delay in the testing time because of a small area that can be tested once and increase in a sectional area of a probe to enlarge a testing area results in decline in test accuracy and there is an area wherein testing of edge parts of the roll is not available. To solve these problems, an array probe was applied.
In this study, development of current test system and key factors to realize thereof are discussed, in order to solve the problems such as a case in which quality of a product cannot be assured as the detect detection performance of the current eddy testing system does not satisfy a required specification current or a case in which a test itself is not available and a quality of a product cannot be assured. For example, the development of probes in consideration of gear intervals, the implementation of IIR filters, and the development of single-drive array probes for large-area test.
In order to develop the system satisfying both test conditions simultaneously, we developed an eddy current test system that can expand to multiple channels. By optimizing the IIR filter even though it is multichannel, we improved the signal processing speed and drastically reduced the size of signal processing hardware. In addition, we developed an array probe for the test of a large area test such as a press roll, developed a high-sensitivity probe for the inspection of the gear, manufactured a contrast specimen having a specification corresponding to the application field, and verified overall performance of the system.

목 차
요 약 ⅰ
표목차 ii
그림목차 iii
I. 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 1
1.2 연구목적 및 내용 4
II. 관련 이론 6
2.1 와전류탐상검사의 기본원리 6
2.2 표준침투깊이 11
Ⅲ. 고성능 다채널 와전류탐상검사 시스템의 개발 13
3.1 다채널 와전류탐상검사 시스템의 구성 요소 13
3.1.1 와전류탐상검사 시스템의 기본구성 13
3.1.2 ECT 프로브의 종류 14
3.1.3 디지털 필터 16
3.2 고성능 ECT 프로브의 개발 18
3.2.1 ECT 프로브의 설계와 신호취득 원리 18
3.2.2 기어부 측정용 차동 ECT 프로브 개발 22
3.3 ECT 회로설계 및 구현 25
3.4 GUI 설계 및 구현 32
3.4.1 기본 GUI 32
3.4.2 GUI 세부기능 33
3.5 ECT 시스템 하우징 설계 및 제작 44
3.5.1 형상 및 컨셉도 44
3.5.2 장비의 구성 45
Ⅳ. 스플라인 샤프트 기어부의 결함검출 성능 검증 47
4.1 서언 47
4.2 시험편 48
4.3 IIR 필터의 설계 및 구현 49
4.4 실험 장치 및 방법 54
4.5 결과 및 고찰 56
4.6 결언 59
Ⅴ. 압연 롤의 결함검출 성능 검증 60
5.1 서언 60
5.2 시험편 61
5.3 고성능 프로브(배열형, 브루즈)의 개발 63
5.3.1 어레이 프로브 설계 및 제작 63
5.3.2 브루즈 프로브 설계 및 제작 65
5.4 실험 장치 및 방법 66
5.4.1 실험 장치의 설계 및 제작 66
5.4.2 실험 방법 71
5.5 결과 및 고찰 72
5.6 결언 89
Ⅵ. 결 론 90
참고문헌 92
Abstract 95
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