KR100220084B1 - 다축포터블스캐너를 이용한 간이 자동초음파 탐상장치구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다축포터블스캐너를 이용한 간이자동초음파탐상장치구조에 관한 것이다. 종래에는 작업자의 수작업에 의존하고 있어, 신뢰성 확보에 대단히 어려움을 겪지만, 본 발명장치는 초음파탐촉자(33)의 위치를 정밀하게 검출할수 있도록 6개의 상호 다른 독립적운동방향을 갖도록 6축포터블스캐너(100)를 채택한 초음파탐촉자(33)을 검사할 구조물의 소정의 위치에 놓게 되면, 상기 초음파탐촉자(33)에서 주사된 초음파가 반사되어 나온 신호를 처리함과 아울러 상기 탐상기기의 각축의 회절각을 검지하여 검사위치를 처리하는 각종 위치센서와 인터페이스 그리고 컴퓨터 메인메모리에 탑재된 결함 및 위치신호 분석 소프트웨어는 신호처리장치를 통해 PC의 메인 메모리에 입력된 엔코더 카운터값과 결함 신호의 디지털 데이터를 이용해, 초음파 탐촉자(33)의 위치는 엔코더 카운터의 계수값을 이용하여 포터블스캐너(100)의 정기구학적 계산을 수행하면 결정할 수 있으며, 시험 대상체에 대한 상대적 위치는 좌표변환을 통하여 얻음으로서, 결함의 위치는 앞에서 구한 결함 위치를 초음파 탐촉자의 스캐닝 운동과 연동시켜 3차원 결함 이미지를 구축할 수 있다. 결함의 종류는 초음파 형상 인식 기법과 신경회로망기법을 적절히 활용하면 결정할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 시스템을 활용하면 초음파 탐상시험의 신뢰성을 획기적으로 제고하게 되어 이를 바탕으로 대형 구조물의 안전성 해석과 수명평가의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대한다.

Description

다축포터블스캐너를 이용한 간이 자동초음파탐상장치구조

제1도는 본 발명에 따른 장치의 개념도

제2도는 본 발명에 따른 장치의 구성도

제3도는 본 발명에 따른 장치의 전체 조립사시도

제4도는 본 발명의 전체 조립 평면도

제5도는 본 발명의 전체 조립 측면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A : 조절좌 B : 베어링유니트

C,D : 리미트볼부시 E : 스러스트베어링

F : 오일리스베어링 G : 멈춤링

H : 볼베어링 I : 구름베어링너트

J : 표준형캠포로와축 1 : 베이스플랫

2 : 베어링샤프트 3 : 베어링샤프트축플랜지

4 : 가이드레일박스고정플랜지 5 : 가이드레일박스

6 : 피니언기어 7 : 스톱퍼(STPPER)

8 : 브라켓트 9,10 : 렉기어

11 : 제3축조인트블럭 12 : 제3축

13 : 제3축조인트블럭브라켓트 14 : 링크

15 : 제4축조인트블록 16 : 제4축조인트블럭브라켓트

17 : 부싱 18 : 카라축(COLLAR SHAFT)

19 : 제5축조인트브라켓트 20 : 서포트판넬

21 : 서포트판넬링크 22 : 제6축조인트브라켓트

23 : 덕테일(DUGTAIL) 24 : 탐침대(PROBE FLAT)

25 : 베이스플랫붙이베어링하우징 26 : 제1번엔코더

27 : 제2번엔코더 28 : 제3번엔코더

29 : 제4번엔코더 30 : 제5번엔코더

31 : 제6번엔코더 32 : 제4축

33 : 초음파탐촉자 100 : 6축포터블스캐너

200 : 초음파펄스/수신부 300 : 파워서플라이(power supply)

400 : 터미널보드 500 : 신호처리장치

본 발명은 다축포터블스캐너를 이용한 간이 자동초음파탐상장치구조에 관한 것으로, 특히 형상이 복잡.다양한 구조물의 결함 위치와 종류 그리고 크기 등의 데이터를 다축포터블스캐너를 이용해 그 판독된 상기 데이터를 컴퓨터에 전송하여 지능적으로 판단할 수 있도록 한 간이 자동 초음파 탐상장치구조에 관한 것이다.

최근 국내에서 발생한 성수대교와 삼풍백화점의 붕괴사고와 같은 각종 대형사로로 구조물의 안전성에 대한 관심이 매우 높아지고 있지만, 현재 현장에서 사용되는 초음파탐상시험은 작업자의 수작업에 의존하고 있어 감사결과의 신뢰성 확보에 대단히 어려움을 겪고 있다.

본 발명은 목적은 이러한 사회적 요구에 효율적으로 부응할 수 있는 저가의 범용 지능형 간이 자동 초음파탐상 시스템을 개발한 것이다. 따라서, 본 발명의 시스템을 활용하면 초음파 탐상시험의 신뢰성을 획기적으로 제고하게 되어 이를 바탕으로 대형 구조물의 안전성 해석과 수명평가의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대한다. 또한 본 발명은 지능형 간이 자동 초음파 탐상 시스템의 국산개발 기술을 구축한 것으로, 이 시스템을 상품화 하여 현재 수요가 팽창하고 있는 국내외 시장에 공급하므로써, 수입대체와 수출의 효과도 기대할 수 있는 간이 자동 초음파 탐상용 다축 포터블 스캐너를 제공함에 있다.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 국내외적으로 많은 연구가 수행된 바 있다. 이 연구의 결과로 몇 가지 자동화된 초음파 탐상 시스템이 개발된 바 있는데, 이를 크게 두가지로 대별하여 볼 수 있다.

첫째, 초음파 탐상시험 과정을 완전 자동화한 시스템이다. 이 시스템은 대부분 3축 또는 5축의 스캔너를 가진 수침용 스캐닝 시스템으로 구성되어 있는 매우 고가의 실험연구장비로서, 가격이 매우 비싸고, 형상이 매우 단순한 제품에만 적용이 가능하는 등 많은 제약이 있다.

둘째, 이러한 연구장비의 단점을 극복하고 보다 다양한 형상과 크기의 구조물에 적용시키기 위한 목적으로 개발된 간이 자동화 시스템이다. 이 간이 자동화 시스템의 특징은 수침용 스캐너 대신에 포터블 스캐너를 도입하여 적용 대상 제품의 다양화를 도모하고 있다.

그러나, 현재 독일의 크라우트크라마(Krautkramer)를 위시한 여러장비 메이커에서 제작 시판하고 있는 간이 자동화 시스템은 대부분 2축으로 구성되어 있어 평판의 수직 탐상에만 적용하고 있을 뿐 정작 용접부 검사에 필수적인 사각탐상이나 복잡한 구조물의 검사에는 적용이 불가능한 실정일 뿐만 아니라 가격도 여전히 높다. 또한, 결함 분석을 위해 도입한 기법도 결함 형상의 2차원 영상화에 머무르고 있어 결함의 종류나 크기 판정에 많은 문제점을 내포하고 있다.

현재 산업현장에서 용접결함의 검출 및 구 영향평가를 위하여 가장 널리 사용되고 있는 검사방법중의 하나가 초음파탐상시험이다.

상기 초음파 탐상시험은 인간의 가청 주파수보다 높은 주파수를 갖는 음파(이하, 초음파라 한다)를 이용하여 결함을 검출해내는 방법이다.

이러한, 초음파 탐상시험에서는 탐촉자에서 발진된 초음파가 피검사체의 내부로 진행할 때, 내부결함을 만나게 되면 반사되어 되돌아 오는 성질을 이용하고 있는데, 이 반사파의 위치, 세기, 파형등을 검사자가 관찰하고 이를 바탕으로 결함의 위치, 종류, 크기 등을 결정한다.

일반적으로, 상기 초음파 탐상시험은 결함의 검출과 위치 결정에는 대단히 전확한 방법으로 알려져 있다.

그러나, 결함의 종류와 크기 등 정량적 결함평가를 위해 반드시 필요한 정보를 결정하는 과정이 검사자의 경험과 주관적 판단에 의존하고 있어 그 신뢰성이 극히 낮은 실정이다. 따라서 이러한 작업자에 의해 변화되는 요인을 제거하기 위해서는 초음파 탐상시험의 전과정에 대한 자동화.지능화가 절실한 형편이다.

이에 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 초음파 탐상시험의 전 과정을 간이 자동화·지능화시킨 다축 포터블 스캐너를 이용한 간이 초음파 탐상장치구조를 발명하였다.

이에 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 알아보면 다음과 같다.

본 발명에 대한 초음파 탐상장치의 구성은 제1도 및 제2도에 개념적으로 나타낸 바와같이, 6축포터블스캐너(100), 초음파펄스/수신부(200), 파워서플라이(300), 터미날보드(400), 컨트롤컴퓨터(500)로 구성된 것인바, 상기의 6축포터블스캐너(100)는 제3도 내지 제5도에 나타낸 바와 같이, 3개의 조절좌(A)로 일정간격으로 받혀진 원형 베이스플랫(1) 중앙관통공 저부의 베이스플랫붙이베어링하우징(25)에 설치한 베어링샤프트(2)의 중심축 저부에 제1번엔코더(26)를 부착하고, 상기 베어링샤프트(2)의 중심축 상부에 베어링유니트(B)상의 베어링샤프트축플랜지(3)와 가이드레일박스고정플랜지(4)위에 조립설치한 가이드레일박스(5)까지를 제1축으로 하고, 상기 제1축부인 가이드레일박스(5) 중앙에 설치한 피이언기어(6)에 치결합된 랙기어(9;10)의 끝단은 스톱퍼(7)를 가이드레일박스(5)의 앞,뒤에 부착된 브라켓트(8)에 도입된 랙기어(9;10)에 결합된 피니언기어(6) 축상에는 제2번엔코더(27)가 부착해 제2축부를 구성하며, 상기 랙기어(9;10)의 다른 끝단은 ㄷ형의 제3축조인트블럭(11)에 결합하되, 그 양편 칼러(COLLAR)사이에는 스러스트베어링(E)을 끼운 링크(14)를 제3축(12)으로 고정한 칼러 바깥편에 제3축조인트블럭브라켓트(13)을 부착해 제3번엔코더(28)을 설치한 제3축부를 구성하고, 상기 링크(14)의 다른 끝단에는

형의 제4축조인트블럭(15)의 양편 칼러(COLLAR) 사이에도 스러스트베어링(E)를 끼운 제4축(32)의 제4축조인트블럭브라켓트(16)의 바깥측에 제4번엔코더(29)를 설치해 제4축부를 형성하고, 상기 제4축(32)과 직교방향의 맞음편 중앙벽에 관통형성한 카라축(COLLAR SHAFT;18)의 내측에 제5번엔코더(30)를 부착하고, 외측에 멈춤링(G)과 볼베어링(H)를 설치해 제5축브라켓트(19)의 중앙에 돌출한 상기 카라축(18)에 서포트판넬(20)을 볼트고정해 제5축부를 형성하고, 상기 서포트판넬(20) 하단에 볼트조립한 서포트판넬링크(21)의 중앙상부에 부착한 제6축조인트브라켓트(22)의 상부홀에 관통돌출된 표준형캠포로와축(J)에 제6번엔코더(31)를 부착하고, 상기 표준형캠포로와축(J) 저부에 덕테일(DUGTAIL;23)을 부착한 탐침대(PROBE ; 24)에는 초음파 탐촉자(33)을 부착해 제6축부를 형성하여 된 것이다.

이와같이 구성된 초음파 탐상장치는 용접부가 있는 검사할 구조물의 소정의 위치에 놓이게 되면, 상기 초음파탐촉자(33)에서 초음파를 주사하는 것이며, 그 주사된 초음파가 반사되어 나온 신호를 처리함과 아울러 상기 탐상기기의 각축의 회절각을 검지하여 검사위치를 처리하는 각종 위치센서와 인터페이스 그리고 컴퓨터가 필요로 하게 된다.

이와 같은 위치센서, 인터페이스 및 컴퓨터 그리고 상기 탐상기기를 구비한 간이 자동 초음파 탐상용 다축 포터블 스캐너의 각 회전축에는 회전각의 위치를 측정할 수 있는 엔코터가 설치되어 있는 것으로서, 이하 본 발명의 일실시 작용효과를 알아보면, 첫째, 작업자가 6축포터블스캐너(100)의 초음파 탐촉자(33)를 검사 부위로 이동시키면, 본 발명에 따른 6축포터블스캐너(100)의 6개축에 부착된 6개의 회전형엔코더(26∼31)에 의해 각축의 위치가 감지되어 그 결과를 컨트롤컴퓨터(500)로 전송함으로서, 초음파 탐색위치와 결함의 위치를 결정할수 있도록 하며, 둘째, 상기 6개축의 독립적인 움직임으로 인해 6축포터블스캐너(100)는 끝단에 부착된 초음파탐촉자(33)를 공간상의 임의의 한점으로 임의의 접근각을 가지고 이동시킬수 있으며, 결과적으로는 대단히 복잡하고 다양한 형태를 지닌 시험부위를 초음파탐상하는데 적합한 운동을 구현하는 것이다.

이와같이 구현되는 본 발명 초음파 탐상장치의 시스템은 제1도 및 제2도에 개념적으로 나타낸 바와같이, 형상이 복잡한 기계구조물들의 내부에 존재하는 결함의 검출을 위해서는 초음파탐상시 사각탐촉자(33)를 이용하는데, 본 발명에 의해서 초음파탐촉자(33)의 위치를 정밀하게 검출할수 있도록 6개의 상호 다른 독립적운동방향을 갖도록 하기 위해선 6축포터블스캐너(100)를 채택해야 했던 것이다.

한편, 본 발명 시스템중 초음파펄스/수신부(200)는 초음파탐촉자(33)에 전기적 펄스를 가하여 초음파를 발생시키고, 초음파탐촉자(33)에 의해 감지된 초음파를 전기적신호로 변환시키는 장치로서, 본 발명에서는 사용 초음파펄스/수신부(200)를 채택한 것이며, 상기의 초음파탐촉자(33)의 움직임을 감지하여 그 위치를 결정할 수 있는 정보를 제공하는 위치신호처리장치가 채택되는데, 이 위치처리장치는 본 발명구성인 6축포터블스캐너(100)의 각축에 부착된 6개의 로터리엔코더(26∼31)와 이 로터리엔코더(26∼31)의 펄스수를 계수하는 엔코더카운터보드(500a)로 구성되어 있다. 각 축의 위치정보는 이 엔코더카운터보드(500a)를 통해 PC의 메인메모리에 전송된다. 한편, 초음파탐촉자(33)가 검출한 결함신호를 처리하는 결함신호처리장치로서, 이 장치는 상기 초음파펄스/수신부(200)의 출력인 아날로그결함신호를 디지털 데이터값으로 변환시키는 A/D 컨버터 보드(500b)로 구성되어 있는데 이 보드를 통해 결함신호는 PC의 메인메모리로 전송된다.

그리고 상기 PC의 메인메모리에 탑재된 결함 및 위치신호 분석 소프트웨어는 신호처리장치를 통해 PC의 메인메모리에 입력된 엔코더 카운터의 값과 결함 신호의 디지털 데이터를 이용하여 초음파탐촉자(33)의 위치, 결함의 위치, 결함의 종류, 결함의 크기 등을 자동적으로 결정하는 지능형 결함분석 소프트웨어(500c)이다.

상기 초음파탐촉자(33)의 위치는 엔코더 카운터의 계수값을 이용하여 6축포터블스캐너(100)의 정기구학적 계산을 수행하면 결정할 수 있으며, 시험 대상체에 대한 상대적 위치는 좌표변환을 통하여 얻을 수 있다.

결함의 위치는 앞에서 구한 결함 위치를 초음파 탐촉자의 스캐닝 운동과 연동시켜 3차원 결함 이미지를 구축할 수 있다. 결함의 종류는 초음파 형상 인식 기법과 신경회로망기법을 적절히 활용하면 결정할 수 있다. 즉, 결함신호로부터 결함의 특징을 가장 잘 기술하는 특징을 추출하고 이를 신경회로망 분류기에 입력하므로써, 결함의 종류를 판단할 수 있다. 결함의 크기 산정에는 3차원 결함이미지로부터 결정하는 방법과 초음파 빔의 비행시간으로부터 등가결함을 결정하는 등 두가지 방법으로 수행할 수 있는것으로서, 본 발명의 시스템을 활용하면 초음파 탐상시험의 신뢰성을 획기적으로 제고하게 되어 이를 바탕으로 대형 구조물의 안전성 해석과 수명평가의 신뢰성을 높일 수 있을 것으로 기대한다. 또한 본 발명은 지능형 간이 자동 초음파 탐상 시스템의 국산개발기술을 구축한 것으로, 이 시스템을 상품화 하여 현재 수요가 팽창하고 있는 구내외 시장에 공급하므로써, 수입대체와 수출의 효과도 기대할 수 있다.

Claims (1)

1. 6축포터블스캐너(100), 초음파펄스/수신부(200), 파워서플라이(300), 터미날보드(400), 컨트롤컴퓨터(500)로 구성함에 있어서, 상기 6축포터블스캐너(100)는 3개의 조절좌(A)로 일정간격으로 받혀진 원형 베이스플랫(1) 중앙관통공 저부의 베이스플랫붙이베어링하우징(25)에 설치한 베어링샤프트(2)의 중심축 저부에 제1번엔코더(26)를 부착하고, 상기 베어링샤프트(2)의 중앙축 상부에 베어링유니트(B)상의 베어링샤프트축플랜지(3)와 가이드레일박스고정플랜지(4)위에 조립설치한 가이드레일박스(5)까지를 제1축으로하고, 상기 제1축부인 가이드레일박스(5) 중앙에 설치한 피이언기어(6)에 치결합된 랙기어(9;10)의 끝단은 스톱퍼(7)를 가이드레일박스(5)의 앞,뒤에 부착된 브라켓트(8)에 도입된 랙기어(9;10)에 결합된 피니언기어(6) 축상에는 제2번엔코더(27)가 부착해 제2축부를 구성하며, 상기 랙기어(9;10)의 다른 끝단은 ㄷ형의 제3축조인트블럭(11)에 결함하되, 그 양편 칼러(COLLAR) 사이에는 스러스트베어링(E)을 끼운 링크(14)를 제3축(12)으로 고정한 칼러 바깥편에 제3축조인트블럭브라켓트(13)을 부착해 제3번엔코더(28)을 설치한 제3축부를 구성하고, 상기 링크(14)의 다른 끝단에는

   

   형의 제4축조인트블럭(15)의 양편 칼러(COLLAR) 사이에도 스러스트베어링(E)를 끼운 제4축(32)의 제4축조인트블럭브라켓트(16)의 바깥측에 제4번엔코더(29)를 설치해 제4축부를 형성하고, 상기 제4축(32)과 직교방향의 맞은편 중앙벽에 관통 형성한 카라축(COLLAR SHAFT;18)의 내측에 제5번엔코더(30)를 부착하고, 외측에 멈춤링(G)과 볼베어링(H)를 설치해 제5축브라켓트(19)의 중앙에 돌출한 상기 카라축(18)에 서포트판넬(20)을 볼트고정해 제5축부를 형성하고, 상기 서포트판넬(20) 하단에 볼트조립한 서포트판넬링크(21)의 중앙상부에 부착한 제6축조인트브라켓트(22)의 상부홀에 관통돌출된 표준형캠포로와축(J)에 제6번엔코더(31)를 부착하고, 상기 표준형캠포로와축(J) 저부에 덕테일(DUGTAIL;23)을 부착한 탐침대(PROBE;24)에는 초음파탐촉자(33)을 부착해 제6축부로 형성함을 특징으로 하는 다축포터블스캐너를이용한간이자동초음파탐상장치구조.

Images