KR20050046083A - Non contact measuring system of tube using laser ultrasonics - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템에 관한 것으로서, 연속적인 공정으로 생산되는 튜브에 존재하는 결함을 공정 현장에서 비파괴적으로 검출하기 위하여 레이저-초음파를 이용함에 있어서, 상기 튜브에 레이저 빔을 투사하여 비접촉 형태로 유도 초음파를 발생시키고, 선형슬릿 마스크의 파장조절을 통해 특정 모드의 유도 초음파를 출력시키고, 공기용량형 트랜스듀서의 수신각도를 조절하여 출력된 유도 초음파를 비접촉 형태로 선택적으로 수신하고, 그 수신된 유도 초음파의 신호를 증폭기 및 A/D변환기에서 증폭후 디지털 신호로 변환하여 이미지 처리장치를 통해 튜브의 결함을 영상화함으로써, 튜브의 내외부에 존재하는 결함의 유무 및 크기를 용이하게 판별할 수 있는 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a tube defect measurement system using a laser-ultrasound, in the use of a laser-ultrasound to non-destructively detect the defects present in the tube produced in a continuous process, the laser in the tube Project the beam to generate induction ultrasound in a non-contact form, output the induction ultrasound in a specific mode by adjusting the wavelength of the linear slit mask, and selectively output the induction ultrasound in the non-contact form by adjusting the receiving angle of the air capacitive transducer. The received ultrasonic wave signal is amplified by the amplifier and the A / D converter, and then converted into a digital signal to image defects of the tube through an image processing apparatus, thereby detecting the presence and the size of defects existing inside and outside the tube. Tube defect measurement system using laser-ultrasound that can be easily identified It relates.
Description
본 발명은 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템에 관한 것으로서, 연속적인 공정으로 생산되는 튜브에 존재하는 결함을 공정 현장에서 비파괴적으로 검출하기 위하여 레이저-초음파를 이용함에 있어서, 상기 튜브에 레이저 빔을 투사하여 비접촉 형태로 유도 초음파를 발생시키고, 선형슬릿 마스크의 파장조절을 통해 특정 모드의 유도 초음파를 출력시키고, 공기용량형 트랜스듀서의 수신각도를 조절하여 출력된 유도 초음파를 비접촉 형태로 선택적으로 수신하고, 그 수신된 유도 초음파의 신호를 증폭기 및 A/D변환기에서 증폭후 디지털 신호로 변환하여 이미지 처리장치를 통해 튜브의 결함을 영상화함으로써, 튜브의 내외부에 존재하는 결함의 유무 및 크기를 용이하게 판별할 수 있는 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a tube defect measurement system using a laser-ultrasound, in the use of a laser-ultrasound to non-destructively detect the defects present in the tube produced in a continuous process, the laser in the tube Project the beam to generate induction ultrasound in a non-contact form, output the induction ultrasound in a specific mode by adjusting the wavelength of the linear slit mask, and selectively output the induction ultrasound in the non-contact form by adjusting the receiving angle of the air capacitive transducer. The received ultrasonic wave signal is amplified by the amplifier and the A / D converter, and then converted into a digital signal to image defects of the tube through an image processing apparatus, thereby detecting the presence and the size of defects existing inside and outside the tube. Tube defect measurement system using laser-ultrasound that can be easily identified It relates.
종래의 튜브 검사에는 와전류를 이용하는 와전류시험법과 센서를 시험체에 접촉하는 유도 초음파를 이용하는 측정방법이 있으며, 이 중에서, 유도 초음파를 이용하는 튜브의 측정방법은 피측정 튜브에 레이저를 투사하여 튜브의 내부에 초음파를 발생시키고, 금속재가 레이저와 부딪히는 면과 반대쪽 면에 초음파 센서를 설치하고, 튜브를 통과한 초음파를 상기 초음파 센서에 의해 수신하며, 수신된 신호를 분석하여 튜브의 결함유무를 파악하는 방법이다. Conventional tube inspection includes an eddy current test method using eddy currents and a measuring method using inductive ultrasound in which a sensor contacts a test object. Among these methods, a method of measuring a tube using inductive ultrasound includes projecting a laser onto a tube to be measured so that the inside of the tube is measured. Ultrasonic waves are generated, the ultrasonic sensor is installed on the surface opposite to the metal material hits the laser, receives the ultrasonic wave passing through the tube by the ultrasonic sensor, and analyzes the received signal to determine whether there is a defect in the tube. .
그런데, 이와 같은 종래의 초음파를 이용하는 측정방법은 상기 초음파 센서와 같은 센서수단을 시험체에 접촉시켜야 하기 때문에 고온의 환경이나, 검사자의 접근이 불가한 시험체 또는 환경에서는 적용이 불가능한 문제점이 있다.However, such a conventional measuring method using ultrasonic waves has a problem in that it cannot be applied in a high temperature environment, a test object or an environment in which an inspector is inaccessible because the sensor means such as the ultrasonic sensor must be brought into contact with the test object.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 튜브에 레이저 빔을 투사하여 비접촉 형태로 유도 초음파를 발생시키고, 선형슬릿 마스크의 파장조절을 통해 특정 모드의 유도 초음파를 출력시키고, 공기용량형 트랜스듀서의 수신각도를 조절하여 출력된 유도 초음파를 비접촉 형태로 선택적으로 수신하고, 그 수신된 유도 초음파의 신호를 증폭기 및 A/D변환기에서 증폭후 디지털 신호로 변환하여 이미지 처리장치를 통해 튜브의 결함을 영상화할 수 있는 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. Therefore, the present invention has been invented to solve the above problems, to generate a guided ultrasound in a non-contact form by projecting a laser beam on the tube, to output the guided ultrasound in a specific mode through the wavelength control of the linear slit mask, By selectively receiving the induction ultrasonic waves output by adjusting the receiving angle of the air capacitive transducer, and converting the received induction ultrasonic signals into digital signals after amplification in the amplifier and A / D converter, It is an object of the present invention to provide a defect measuring system of a tube using laser-ultrasound that can image defects of the tube.
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.
본 발명에 따른 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템은 레이저 빔을 발생시켜 튜브에 투사시키는 펄스 레이저 발생장치(10)와;The defect measurement system of a tube using a laser-ultrasonic wave according to the present invention comprises a pulsed laser generator (10) for generating a laser beam and projecting the tube;
상기 펄스 레이저 발생장치(10)에 의해 발생된 레이저 빔의 폭을 확대시키는 빔확장기(11)와;A beam expander (11) for expanding the width of the laser beam generated by the pulse laser generator (10);
폭이 확대된 레이저 빔을 특정 파장으로 변환시켜 주기 위한 선형 슬릿 마스크(12)와;A linear slit mask 12 for converting the widened laser beam into a specific wavelength;
상기 튜브를 회전시킬 수 있도록 구동력을 제공하는 스텝핑모터(13) 및 그 회전속도를 조정하는 구동드라이버(14)와;A stepping motor (13) for providing a driving force to rotate the tube and a driving driver (14) for adjusting the rotation speed thereof;
레이저 빔에 의해 생성된 유도 초음파가 튜브에 의해 생성되는 공중 초음파 신호를 검출하는 공기용량형 트랜스듀서(15)와;An air capacitive transducer (15) for detecting guided ultrasonic signals generated by the tube with guided ultrasonic waves generated by the laser beam;
상기 공기용량형 트랜스듀서(15)의 각도를 변환시키는 각도 조절장치(16)와;An angle adjusting device (16) for converting an angle of the air capacitive transducer (15);
상기 공기용량형 트랜스듀서(15)에 의해서 검출된 공중 초음파 신호를 처리하는 증폭기(17) 및 A/D변환기(18)와;An amplifier (17) and an A / D converter (18) for processing the airborne ultrasonic signals detected by the air capacitive transducer (15);
상기 증폭기(17) 및 A/D변환기(18)로부터 처리된 신호를 저장하고 이미지화시키는 이미지 처리장치(19)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.And an image processing device 19 for storing and imaging the processed signal from the amplifier 17 and the A / D converter 18.
특히, 상기 선형 슬릿 마스크(12)는 특정모드의 유도 초음파를 선택적으로 발생시키고, 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)의 수신각도를 조절하여 상기 특정 모드의 유도 초음파를 선택적으로 수신하는 것을 특징으로 한다. In particular, the linear slit mask 12 selectively generates the guided ultrasound in a specific mode, and selectively receives the guided ultrasound in the specific mode by adjusting the receiving angle of the air capacitive transducer 15. do.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
도 1은 본 발명에 따른 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함을 측정하기 위한 시스템을 개략적으로 나타내는 블록선도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a system for measuring defects in a tube using laser-ultrasound according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템은 레이저 빔을 발생시켜 튜브에 투사시키는 펄스 레이저 발생장치(10)와, 상기 펄스 레이저 발생장치(10)에 의해 발생된 레이저 빔의 폭을 확대시키는 빔확장기(11)와, 폭이 확대된 레이저 빔을 특정 파장으로 변환시켜 주기 위한 선형 슬릿 마스크(12)와, 상기 튜브를 회전시킬 수 있도록 구동력을 제공하는 스텝핑모터(13) 및 그 회전속도를 조정하는 구동드라이버(14)와, 레이저 빔에 의해 생성된 유도 초음파가 튜브의 결함유무에 따라 직진 또는 반사되면서 생성되는 공중 초음파 신호를 검출하는 공기용량형 트랜스듀서(15)와, 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)의 각도를 변환시키는 각도 조절장치(16)와, 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)에 의해서 검출된 공중 초음파 신호에 포함된 잡음을 제거하고, 증폭시킨 후 디지털 신호로 변환시키는 증폭기(17) 및 A/D변환기(18)와, 상기 증폭기(17) 및 A/D변환기(18)로부터 디지털 신호로 변환된 공중 초음파 신호를 수신하여 저장하고 이미지화시키는 이미지 처리장치(19)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, a defect measuring system of a tube using laser-ultrasound according to the present invention includes a pulse laser generator 10 for generating a laser beam and projecting the tube onto the tube, and the pulse laser generator 10. A beam expander 11 for enlarging the width of the laser beam generated by the laser beam, a linear slit mask 12 for converting the enlarged laser beam to a specific wavelength, and a driving force for rotating the tube. Stepping motor 13 and a drive driver 14 for adjusting the rotational speed thereof, and an air capacitive transformer for detecting the air ultrasonic signal generated while the guided ultrasonic waves generated by the laser beam go straight or reflected depending on the defect of the tube. Aerial ultrasonic waves detected by the transducer 15, the angle adjusting device 16 for converting the angle of the air capacitive transducer 15, and the air capacitive transducer 15. The amplifier 17 and the A / D converter 18 which removes, amplifies and converts the noise included in the signal, and converts the digital signal from the amplifier 17 and the A / D converter 18. And an image processing device 19 for receiving, storing and imaging aerial ultrasonic signals.
상기 펄스 레이저 발생장치(10)는 두께가 얇은 튜브 내에서 유도 초음파를 구현하는 레이저 빔을 발생시키는 기능을 수행하는 바, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 파장이 1064nm이고, 시간폭이 10nsec인 Nd:YAG 펄스 레이저 빔을 발생시키게 된다.The pulse laser generator 10 performs a function of generating a laser beam for implementing guided ultrasound in a thin tube, in a preferred embodiment of the present invention, the wavelength is 1064nm, the time width is 10nsec Nd: It generates a YAG pulsed laser beam.
상기 빔확장기(11)는 상기 펄스 레이저 발생장치(10)에 의해 발생된 레이저 빔의 투사면적, 즉 레이저 빔의 폭을 확대시키는 기능을 수행하고 에너지 밀도를 고루 분포시키는 역할을 수행하게 된다.The beam expander 11 performs a function of enlarging the projection area of the laser beam generated by the pulse laser generator 10, that is, the width of the laser beam, and evenly distributes the energy density.
이때, 상기 빔확장기(11)는 1mm의 레이저 빔의 폭을 20mm 이상으로 확대하는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 상기 확대 범위로 한정되는 것은 아니다.In this case, the beam expander 11 is set to enlarge the width of the laser beam of 1mm to 20mm or more, but the present invention is not limited to the expansion range.
또한, 상기 선형 슬릿 마스크(12)는 확대된 레이저 빔을 선형배열 빔으로 변환시켜주는 역할을 하며, 그 배열 간격과 동일한 파장(λ)의 탄성파를 갖는 선형배열 빔은 선형 슬릿 마스크(12)를 투과하여 도 5에 도시된 바와 같이, 관통 노치, 내,외부 노치가 형성된 시험편 표면에 투사된다.In addition, the linear slit mask 12 converts the enlarged laser beam into a linear array beam, and the linear array beam having the elastic waves having the same wavelength λ as the array interval is used for the linear slit mask 12. As it is shown in Fig. 5, the through-notch, the inner and outer notches are projected onto the formed test piece surface.
이때, 상기 선형배열 빔의 길이(l)는 그 길이가 길수록 지향성이 향상되고, 배열의 개수가 많을수록 신호대 잡음비가 개선되는 효과를 얻을 수 있다.In this case, the longer the length l of the linear array beam, the directivity is improved, and the larger the number of arrays, the better the signal-to-noise ratio can be obtained.
도 2는 본 발명에 따른 선형 슬릿의 형상과 초음파의 전파양상을 나타내는 도면으로서, 상기 선형 슬릿 마스크(12)는 슬릿 간격을 조정함으로서, 수신되는 표면 탄성파의 파장을 변화시켜, 선택적으로 유도 초음파의 모드를 발생시킬 수 있는 장점을 갖는다.2 is a view showing the shape of the linear slit and the propagation pattern of the ultrasonic wave according to the present invention, wherein the linear slit mask 12 changes the wavelength of the surface acoustic wave to be received by adjusting the slit spacing, It has the advantage of generating a mode.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 레이저-초음파에 의해 발생되는 유도 초음파의 분산선도를 나타내는 것으로서, 발생되는 유도 초음파의 파장이 일정한 값을 가질때, 파장(λ)과 음속(cp)의 관계는 다음과 같은 파동방정식으로 나타낼 수 있다.On the other hand, Figure 3 shows a scattering diagram of the induced ultrasound generated by the laser-ultrasound according to the present invention, when the wavelength of the generated induced ultrasound has a constant value, the relationship between the wavelength (λ) and the sound velocity (c p ) It can be expressed by the following wave equation.
여기서, λ는 파장을, cp는 위상속도를, f는 진동수를 나타낸다.Is the wavelength, c p is the phase velocity, and f is the frequency.
따라서, 도 3에서의 파장은, 위상속도(cp)의 분산선도에서 기울기가 일정한 직선으로 나타나게 되고, 직선과 교차하는 분산 곡선의 모드만이 발생하게 된다.Therefore, the wavelength in FIG. 3 is represented by a straight line having a constant slope in the dispersion line diagram of the phase velocity c p , and only the mode of the dispersion curve crossing the straight line occurs.
수신센서에서 계측되는 음속은 군속도이므로 수학식 2의 관계에 의해서 발생된 모드의 군속도(cg)를 예측할 수 있다.Since the sound velocity measured by the receiving sensor is a group velocity, the group velocity c g of the mode generated by the relationship of Equation 2 can be predicted.
한편, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 레이저 빔을 선형배열 빔으로 변환하는 것으로서, 상기 선형 슬릿 마스크(12)를 사용하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아닌 바, 렌즈 또는 컴퓨터에 의해 실시간으로 제어 가능한 공간 광변환기(spatial light modulator)를 이용하는 것도 바람직하다.Meanwhile, in a preferred embodiment of the present invention, the laser beam is converted into a linear array beam, but the linear slit mask 12 is used. However, the present invention is not limited thereto, and may be controlled in real time by a lens or a computer. It is also desirable to use a spatial light modulator.
상기 스텝핑모터(13)는 레이저 빔이 투사되는 동안, 시험편을 360도 회전시켜서 원통형 튜브 전면을 검사할 수 있도록 되어 있다.The stepping motor 13 is capable of inspecting the entire surface of the cylindrical tube by rotating the specimen 360 degrees while the laser beam is being projected.
이때, 상기 스텝핑모터(13)의 회전속도를 조정하는 구동드라이버(14)는 스텝핑모터(13)를 0.1초당 1도씩 회전하도록 하는 장치로써, 상기 펄스 레이저 발생장치(10)의 펄스 발생 간격에 따라 조정된다.At this time, the drive driver 14 for adjusting the rotational speed of the stepping motor 13 is a device for rotating the stepping motor 13 by 1 degree per 0.1 second, according to the pulse generation interval of the pulse laser generator 10 Adjusted.
한편, 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)는 상기 선형 슬릿 마스크(12)에 의해 생성된 초음파가 시험편내에 존재하는 결함유무에 따라 직진하거나 반사시 공기중으로 누설되는 성분을 검출하는 기능을 수행하게 된다.On the other hand, the pneumatic capacitive transducer 15 performs a function of detecting a component leaked into the air when going straight or reflected in accordance with the presence or absence of the ultrasonic wave generated by the linear slit mask 12 in the test piece. .
그러나, 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)는 수신 각도를 조절함으로써, 특정 모드의 유도 초음파를 선택적으로 수신할 수 있게 된다.However, the air capacitive transducer 15 can selectively receive the guided ultrasound in a specific mode by adjusting the reception angle.
상기 각도 조절장치(16)는 공기용량형 트랜스듀서(15)의 수신 각도를 조절하는 장치로써, 수신 각도는 도 4에 도시된 바와 같이, 튜브를 진행하는 유도 초음파와 공기중으로 누설되는 유도 초음파의 파면 연속성으로부터 수학식 3과 같이 구할 수 있다.The angle adjusting device 16 is a device for adjusting the receiving angle of the air capacitive transducer 15, the receiving angle of the guided ultrasonic wave traveling through the tube and the guided ultrasonic leak into the air as shown in FIG. It can be calculated from the wavefront continuity as in Equation 3.
여기서, ca는 공기중의 음속이고, cp는 유도 초음파의 위상속도이다.Where c a is the speed of sound in the air and c p is the phase velocity of the guided ultrasound.
도 3의 위상속도와 파장과의 관계에서, 직선과 교차되는 지점의 모드는 각각의 위상속도와 주파수를 갖게 된다.In the relationship between the phase velocity and the wavelength in Fig. 3, the mode at the point intersecting the straight line has a respective phase velocity and frequency.
한편, 표 1은 파장이 2mm와 4mm일 때 발생할 수 있는 모드와 위상속도를 나타내며, 위상속도로부터 공기용량형 트랜스듀서(15)의 경사각을 계산한 것이다.On the other hand, Table 1 shows the mode and phase speed that can occur when the wavelength is 2mm and 4mm, and calculates the inclination angle of the air capacitive transducer 15 from the phase speed.
단, 공기용량형 트랜스듀서(15)의 수신 주파수 대역폭이 0.5 ~ 2.25MHz이므로 주파수가 2.25MHz보다 큰 주파수를 갖는 모드는 수신할 수 없는 것으로 표시하였다.However, since the receiving frequency bandwidth of the air capacitive transducer 15 is 0.5 to 2.25 MHz, the mode having a frequency greater than 2.25 MHz is indicated as not being received.
이때, 공기의 음속은 331m/sec이며, 실험온도는 10℃이다.At this time, the sound velocity of air is 331m / sec, the experimental temperature is 10 ℃.
상기 선형 슬릿 마스크(12)의 중심으로부터 공기용량형 트랜스듀서(15) 중심까지의 거리는 90mm이며, 공기용량형 트랜스듀서(15)와 튜브와의 이격거리는 경사각에 따라 다소 다르나 대략 3 ~ 4mm이다.The distance from the center of the linear slit mask 12 to the center of the air capacitive transducer 15 is 90 mm, and the distance between the air capacitive transducer 15 and the tube is approximately 3 to 4 mm, depending on the inclination angle.
여기서, 이격거리를 1mm부터 50mm까지 변화시켰을 경우, 수신신호의 진폭의 변화는 크지 않았으며, 50mm이후부터는 진폭의 감소가 두드러지는 경향을 보였으나, 사용된 공기용량형 트랜스듀서(15)의 이격거리를 100mm까지 증가하여도 측정이 가능하였다.Here, when the separation distance is changed from 1mm to 50mm, the change of the amplitude of the received signal was not large, and after 50mm, the decrease in amplitude tended to be remarkable, but the separation of the used air capacitive transducer 15 was observed. Measurement was possible even by increasing the distance to 100 mm.
상기 증폭기(17) 및 A/D변환기(18)는 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)에 의해서 검출된 공중 초음파 신호를 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)에 포함되어 있는 잡음을 제거한 후, 증폭시킨 다음, 디지털신호로 변환시키는 기능을 수행하게 된다.The amplifier 17 and the A / D converter 18 remove the noise contained in the air capacitive transducer 15 by amplifying the airborne ultrasonic signal detected by the air capacitive transducer 15, and then amplify the amplification. And then convert the signal into a digital signal.
마지막으로, 상기 이미지 처리장치(19)는 상기 증폭기(17) 및 A/D변환기(18)로부터 디지털신호로 변환된 공중 초음파 신호를 0.1초 단위로 수신하여 이미지화를 수행하게 된다.Finally, the image processing apparatus 19 receives the aerial ultrasonic signal converted into a digital signal from the amplifier 17 and the A / D converter 18 in units of 0.1 seconds to perform imaging.
다음에는 이러한 구성을 갖는 본 발명에 따른 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템의 동작을 설명하기로 한다.Next, the operation of the defect measuring system of the tube using the laser-ultrasound according to the present invention having such a configuration will be described.
파장이 1064nm이고, 폭이 1mm, 펄스간격 0.1초인 Nd:YAG 펄스 레이저 빔을 발생시켜 빔확장기(11)에 투사한다.A Nd: YAG pulse laser beam having a wavelength of 1064 nm, a width of 1 mm, and a pulse interval of 0.1 second is generated and projected onto the beam expander 11.
상기 빔확장기(11)는 상기 펄스 레이저 발생장치(10)로부터 투사된 레이저 빔의 폭을 20mm이상으로 확장시킨다. The beam expander 11 extends the width of the laser beam projected from the pulse laser generator 10 to 20 mm or more.
확장된 폭을 갖는 레이저 빔은 선형 슬릿 마스크(12)를 통과하면서 선형배열 레이저 빔으로 변환된 후 시험편에 투사된다.The laser beam with the expanded width is converted into a linear array laser beam while passing through the linear slit mask 12 and then projected onto the test specimen.
상기 시험편에 투사된 선형배열 레이저 빔은 배열 간격과 동일한 파장으로 이루어진 유도 초음파를 튜브 내에 발생시킨다.The linear array laser beam projected onto the test piece generates guided ultrasonic waves in the tube having the same wavelength as the array interval.
발생된 유도 초음파는 튜브를 따라 축방향으로 전파되면서 결함의 유무에 따라 직진 또는 반사되면서 공중 초음파를 생성하게 되는 바, 공중 초음파를 공기용량형 트랜스듀서(15)가 수신하게 된다.The generated guided ultrasonic waves propagate in the axial direction along the tube to generate the air ultrasonic waves as they are straight or reflected according to the presence of a defect. The air capacitive transducer 15 receives the air ultrasonic waves.
이때, 각도 조절장치(16)에서 상기 공기용량형 트랜스듀서(15)의 수신각도를 조절하게 되며, 이로 인하여 유도 초음파의 모드를 선택적으로 수신할 수 있게 된다. At this time, the angle adjusting device 16 adjusts the reception angle of the air capacitive transducer 15, thereby allowing the selective reception of the mode of the guided ultrasound.
상기 공기용량형 트랜스듀서(15)에 의해 수신된 직진 또는 반사 공중 초음파는 증폭기(17) 및 A/D변환기(18)로 전송되어 잡음이 제거되고, 증폭된 후 디지털 신호로 변환된다.The straight or reflected aerial ultrasound received by the air capacitive transducer 15 is transmitted to the amplifier 17 and the A / D converter 18 to remove noise, amplify and convert it into a digital signal.
상기 디지털 신호를 이미지 처리장치(19)에서 수신하여 결함유무 및 크기를 이미지화시킨다. The digital signal is received by the image processing apparatus 19 to image defects and their sizes.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템에 의하면, 튜브의 결함을 분석하기 위한 시스템의 효과적인 사용과 결함의 크기를 평가하기 위하여 2차원 영상화 시스템을 구축하여 실시간으로 결함의 신호를 획득하고, 이미지로 나타내어 튜브의 내외부에 존재하는 결함의 유무 및 크기를 용이하게 판별할 수 있다.As described above, according to the defect measurement system of the tube using the laser-ultrasound according to the present invention, in order to evaluate the size of the defect and the effective use of the system for analyzing the defect of the tube by building a two-dimensional imaging system in real time Signals of defects are acquired and displayed in an image to easily determine the presence and size of defects present in and out of the tube.
또한, 선형 슬릿 마스크에 의해 발생된 초음파는 특정 파장을 발생시키고, 공기용량형 트랜스듀서의 각도 조절이 가능하므로 특정 모드만을 수신할 수 있는 효과가 있다. In addition, the ultrasonic wave generated by the linear slit mask generates a specific wavelength, and since the angle of the air capacitive transducer is adjustable, only the specific mode can be received.
그리고, 모든 측정이 비접촉으로 이루어지게 되므로 인-라인(in-line) 적용이 가능하고, 검사 공정이 완전 자동화가 가능한 장점이 있다.In addition, since all measurements are made in a non-contact manner, in-line application is possible and the inspection process is fully automated.
도 1은 본 발명에 따른 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함을 측정하기 위한 시스템을 개략적으로 나타내는 블록선도,1 is a block diagram schematically illustrating a system for measuring defects in a tube using laser-ultrasound according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 선형 슬릿의 형상과 초음파의 전파양상을 나타내는 도면,2 is a view showing the shape of the linear slit and the propagation pattern of the ultrasonic wave according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 레이저-초음파에 의해 발생되는 유도 초음파의 분산선도,3 is a scatter diagram of the induced ultrasound generated by the laser-ultrasound according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 튜브를 진행하는 유도 초음파와 공기중으로 누설되는 유도 초음파의 파면 연속성을 나타내는 도면,4 is a view showing the wavefront continuity of the guided ultrasonic wave running through the tube according to the invention and the guided ultrasonic leakage into the air,
도 5는 본 발명에 따른 레이저-초음파를 이용한 튜브의 결함 측정시스템에 사용되는 시험편,5 is a test piece used in the defect measurement system of the tube using the laser-ultrasound according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 실험 결과에 의해 검출되는 결함 이미지이다.6 is a defect image detected by the experimental results according to the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 펄스 레이저 발생장치 11 : 빔확장기10 pulse laser generator 11 beam expander
12 : 선형 슬릿 마스크 13 : 스텝핑모터12: linear slit mask 13: stepping motor
14 : 모터드라이버 15 : 공기용량형 트랜스듀서14: motor driver 15: air capacity transducer
16 : 각도 조절장치 17 : 증폭기16: angle adjuster 17: amplifier
18 : A/D변환기 19 : 이미지 처리장치18: A / D converter 19: Image processing device
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