KR100445559B1 - 액정과 압전소자를 이용한 탄성파 탐상의 2차원 가시화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전성 재료를 증착한 압전소자의 2차원 배열과 투명전극판 사이의 액정막을 이용하여 음파 또는 초음파를 넓은 영역에서 가시화하는 장치에 관한 것으로서, 음파나 초음파를 발생시키는 탄성파발생수단, 이 탄성파발생수단에 의해 시험체를 경유한 탄성파를 전기신호로 변환하여 출력하는 압전변환수단, 이 압전변환수단의 출력으로 구동되는 액정표시소자를 포함하며, 압변변환수단으로서, 액정소자의 세그먼트에 대응하여 2차원으로 배열되고 도전층을 통해 그 액정소자와 직접 접속되어진 압전소자어레이를 구비한다. 본 발명에 의하면, 도전성 재료를 증착한 압전소자의 2차원 배열과 투명전극판 사이의 액정막을 이용하여 시험체중을 전파한 음파 또는 초음파의 에너지에 의해 발생한 전압을 액정의 구동전압으로 이용함으로써 음파 또는 초음파를 넓은 영역에서 실시간으로 가시화할 수 있다.

Description

액정과 압전소자를 이용한 탄성파 탐상의 2차원 가시화 장치{2D visible apparatus of elastic wave sightseeing using liquid cristal and piezoelectric devices}

본 발명은 액정과 압전소자를 이용한 탄성파 탐상의 2차원 가시화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 예컨대 음파나 초음파 등의 탄성파로 탐상하는 비파괴검사에서 시험체의 표면이나 내부의 결함 부분에서 반사되어 오는 파로부터 그 결함의 크기와 위치를 가시화된 영상으로 표시하기 위한 것이다.

지금까지 비파과검사를 위한 초음파 탐상의 가시화에 관한 연구중 하나가 유리내를 탐촉자로부터 입사한 초음파와 저면에서의 반사거울을 광탄성법을 이용하여 가시화하는 것이다.

하지만, 철강재료와 콘크리트등의 현장에서 이용되는 거의 모든 재료가 빛을 통과하지 않기 때문에 직접 탐상에 이용되지는 않고 있다. 한편 의료용으로써 탐촉자를 다수 배열한 어레이형 탐촉자가 개발/실용화되어 있다. 이 경우, 배열한 탐촉자의 수와 간격에 의해 공간분해능이 좌우되며 탐상영역에도 제한을 가지고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 음파나 초음파 등의 탄성파에 의한 탐상 결과를 2차원 영상으로 표시하기 위하여 그 탄성파에 의한 충격으로부터 미세하나마 기계적으로 신축되어 전기신호로 변환하여 출력하는 압전소자와 이 압전소자의 출력으로 구동되어 영상을 표시하는 액정표시소자를 이용하여 탐상결과를 2차원 영상으로 표시하되, 특히 탐상된 결함의 크기와 위치를 쉽게 파악할 수 있게 표시할 수 있는 액정과 압전소자를 이용한 초음파 탐상의 2차원 가시화장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 탄성파 탐상 시스템의 개요를 나타낸 블록도이다.

도 2는 본 발명이 웨이브가이드에 있어서 초음파의 전파과정을 가시화하는데 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명이 철근콘크리트 구조물의 철근과 내부결함의 비파괴 검사에 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명이 용접부의 HAZ부와 내부균열의 비파괴 검사에 적용된 실시예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명이 의용/치의용에의 적용을 목적으로 한 연질재료에 있어서의 초음파의 전파를 2차원적으로 가시화하는데 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 6은 본 발명이 배관 또는 압력용기내의 기포발생과 이물질을 가시화 하는데 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 액정과 압전소자를 이용한 탄성파 탐상의 2차원 가시화장치의 구조 개요를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 액정과 압전소자를 이용한 탄성파 탐상의 2차원 가시화 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.도 9a 내지 9c는 본 발명에 의하여 가시화되는 시험편의 내부 결함에 대한 탄성파 탐상의 영상을 예시한 도면이다.도 10a 및 10b는 본 발명에 의하여 가시화되는 용접부에 대한 탄성파 탐상 의 영상을 예시한 도면이다.

상기 목적을 달성하는 본 발명에 따른 탄성파 탐상의 2차원 가시화 장치는, 음파나 초음파 등의 탄성파를 시험체에 발생시키는 탄성파발생수단과, 시험체를 경유한 탄성파에 의한 기계적 충격을 전기신호로 변환하여 출력하는 압전변환수단과, 이 압전변환수단의 출력으로 구동되어 상기 결함에 대응한 영상을 표시하는 액정표시소자를 포함하며, 상기 압전변환수단으로서, 상기 액정표시소자의 세그먼트에 대응하여 2차원으로 2배열되어 있고, 각각 양단에 증착된 도전층을 가지고 있으며, 그 도전층을 통해 상기 액정소자와 전기적으로 접속되어 있는 압전소자어레이가 구비되어 있는 것을 그 특징으로 한다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용된 탄성파 탐상 시스템의 개요를 나타낸 블록도이다. 본 발명이 적용된 탄성파 탐상 시스템은, 탄성파 발생수단(11), 전원부(12), 본 발명의 가시화장치인 압전변환수단(21)과 액정표시소자(22)로 구성되며, 바람직하게는 영상처리수단(31)을 포함한다.

탄성파 발생수단(11)은 탐상을 위한 음파나 초음파를 발생시키는 통상의 수단이다.

전원부(12)는 탄성파 발생수단(11) 및 액정구동수단(22)에 필요한 전원을 공급하기 위한 것이다.

압전변환수단(21)은 탄성파 발생수단(11)에서 발생된 탄성파를 압전소자의 원리를 이용하여 전기신호로 변환하여 출력하는 것으로, 도 7에 그 바람직한 실시예가 도시되어 있으며, 구체적인 설명은 후술될 것이다.

액정표시소자(22)은 상기 압전변환수단(21)의 출력으로 구동되어 탄성파 탐상 결과를 2차원 영상으로 표시하는 것으로, 도 7에 상기 압전변환수단(21)과 함께 그 구조가 상세히 도시되어 있으며, 이 역시 후술될 것이다.

영상처리수단(31)은 액정표시소자(22) 상에 표시된 2차원 영상을 실시간 촬영 및 저장하면서 분석처리하고 그 결과를 표시하기 위한 것으로, 예를 들면 카메라와 영상처리 솔루션을 탑재하여 카메라 영상을 분석하고 그 분석한 결과를 저장 및 표시하는 리코더로 구성되는 통상의 시스템을 말하며, 이는 부가적인 것이다.

즉, 본 발명이 적용된 탄상파 탐상 시스템은, 도시하지 않은 시험체에 탄성파 발생수단(11)에 의해 음파 또는 초음파를 전파시키고, 그 시험체를 전파한 음파 또는 초음파로부터 압전변환수단(21)과 주지의 액정표시소자(22)로 구성된 가시화장치로 탄성파 탐상결과를 가시화된 2차원 영상으로 실시간 표시할 수 있으며, 바람직하게는 별도의 영상처리수단(31)을 통해 그 실시간 표시된 탐상결과를 자동적으로 분석처리함으로써 효율적인 탄성파 탐상에 의한 비파괴검사가 가능한 것이다.

도 2는 도 1의 압전변환소자(21)와 액정표시소자(22)로 구성된 가시화장치가 웨이브가이드에 있어서 초음파의 전파과정을 가시화 하는데 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 2에서 탄성파 발생수단(11)에서 발생한 탄성파는 고온등의 가혹한 환경하에서 초음파탐상을 가능하게 하기 위한 웨이브가이드(301)의 윗면에 설치되며 압전변환수단(21)과 액정구동수단(22)은 웨이브가이드(301)의 측면에 설치되어 웨이브가이드(301)의 형상에 따른 탄성과 노이즈 감쇄효과를 파악할 수 있게 된다.

도 3은 도 1의 압전변환소자(21)와 액정표시소자(22)로 구성된 가시화장치가철근콘크리트 구조물의 철근과 내부결함의 비파괴 검사에 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 3에서 탄성파 발생수단에서 발생한 탄성파는 콘크리트 구조물을 전파하여 철근 또는 내부 결함의 유무에 영향을 받게 되며, 그 결과는 압전변환수단(21)과 액정구동수단(22)에 의하여 표시할 수 있게 된다.

도 4는 도 1의 압전변환소자(21)와 액정표시소자(22)로 구성된 가시화장치가 용접부의 HAZ부와 내부균열의 비파괴 검사에 적용된 실시예를 도시한 것이다.

도 4에서 탄성파 발생수단(11)에서 발생한 탄성파는 구조물(303)의 용접부(403)와 내부결합(402)의 존재에 의하여 영향을 받게 되며, 그 결과는 압전변환수단(21)과 액정구동수단(22)에 의하여 표시할 수 있게 된다.

도 5는 도 1의 압전변환소자(21)와 액정표시소자(22)로 구성된 가시화장치가 의용/치의용에의 적용을 목적으로 한 연질재료에 있어서의 초음파의 전파를 2차원적으로 가시화하는데 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 5에서 안면(405) 외측에 위치한 탄성파 발생수단(11)에서 발생한 탄성파는 치주(406) 및 치(304)의 존재에 의하여 영향을 받게 되며, 그 결과는 압전변환수단(21)과 액정 및 액정구동수단(22)에 의하여 표시할 수 있게 된다.

도 6은 도 1의 압전변환소자(21)와 액정표시소자(22)로 구성된 가시화장치가 배관 또는 압력용기내의 기포발생과 이물질을 가시화 하는데 적용된 실시예를 나타낸 도면이다.

도 6에서 탄성파 발생수단(11)에서 발생한 탄성파는 배관 또는 압력용기(408)내에 발생한 기포(407) 또는 이물질(408)에 의하여 영향을 받게 되며, 그 결과는 압전변환수단(21)과 액정구동수단(22)에 의하여 표시할 수 있게 된다.

도 7은 전술한 본 발명에 따른 가시화장치를 구성하는 압전변환수단과 액정표시소자의 구조 개요를 설명하기 위한 도면이다.

액정표시소자는 통상과 같이 결정상태에 따라 빛을 투과 또는 차단하는 액정층(224), 이 액정층(224)을 사이에 두고 대향된 두장의 유리기판(223), 이 유리기판(223)에 형성되고 상호 교차하는 방향의 투명전극패턴(221,222), 및 보호층(226)으로 구성되어 있다. 이 액정표시소자는 교차하는 투명전극패턴(221,222)에 인가되는 전기신호에 따라 그 교차부분으로 구분된 세그먼트 단위의 화소로 액정층(224)의 결정을 변화시켜 영상을 표시하는 것이다.압전변환수단은 상기한 액정표시소자의 세그먼트 단위의 화소수에 대응한 수량의 압전소자(211)를 2차원으로 배열한 압전소자 어레이로 구성된 것으로, 각 압전소자(211)는 양단에 증착된 도전층(216)을 가지고 있으며, 전선이나 금속성의 도전패턴으로 되는 도전선(217)을 이용, 그 도전층(216)의 상측과 하측을 상기 액정표시소자의 투명전극패턴(221,222)과 접속시킨 것이다.이와같이 본 발명에 따른 가시화장치는, 전술한 탄성파 탐상의 탄성파로부터 상기한 압전소자 어레이에 있는 압전소자(211)가 선택적으로 충격을 받게 되면, 그 충격을 받은 압전소자(211)의 도전층(216)으로부터 전기신호가 출력되고 이에 따라 액정표시소자 액정층(224)의 해당 세그먼트의 결정상태가 반전됨으로써 그 액정표시소자상에 2차원 영상을 표시하게 되며, 그 표시된 영상으로부터 탄성파 탐상에 의한 결함 등을 가시적으로 확인할 수 있게 되는 것이다.

도 8은 본 발명에 의한 액정과 압전소자를 이용한 탄성파 탐상의 2차원 가시화 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.

탄성파 발생수단(11)에 의해 음파 또는 초음파 등의 탄성파를 발생시켜 (S810), 구조물내에 상기 탄성파를 전파시킨다(S820).

상기 구조물 내부의 불균질성의 유무를 확인한다(S830).

즉, 정상인 부분을 통과한 탄성파(S831)와 균열 결함등 불균질한 부분을 통과한 탄성파(S833) 그리고 불균질한 부분에 의해 반사한 탄성파(S835)는 각각 상이한 패턴을 나타내게 된다.

상기 각각 상이한 패턴에 의해 압전변환수단(21)의 압전효과에 차이가 발생한다(S840).

액정구동수단(22)에 공급되는 액정구동전압은 압전변환수단(21)에 의해 행하여지며 재료내부의 불균질이 있는 영역에서는 액정의 상태가 변화하고(S850), 액정가시화수단(23)에 의해 재료내부의 불균질을 실시간에 관찰할 수 있게 된다(S860).다음, 도 9a 내지 9c는 본 발명에 의하여 가시화되는 시험체의 내부 결함에 대한 탄성파 탐상의 영상을 예시한 도면이다. 이 도면에 있어서, 부호 1은 전술한 탄성파 발생수단의 하나인 초음파를 발생하는 탐촉자, 2는 전술한 본발명의 압전소자어레이 및 액정표시소자로 구성된 가시화장치, 3은 시험편, 4는 시험편의 내부 균열, 5a는 탐촉자에 의해 시험편 내부로 전파되는 초음파, 5b는 균열부분에서 반사하는 균열반사파, 5c는 균열부분을 경유하지 않고 시험편 저면에서 반사하는 저면반사파, 6a는 상기 초음파의 가상적인 기준 영상, 6b는 균열반사파에 의한 영상, 6c는 전면반사파에 의한 영상이다.다음, 도 10a 및 10b는 본 발명에 의하여 가시화되는 용접부에 대한 탄성파 탐상 의 영상을 예시한 도면이다. 이 도면에서의 부호 7은 또다른 시험체이고, 8은 그 시험체의 용접부이며, 9는 그 용접부 내의 결함 부분에 대한 영상이다.즉, 본발명의 가시화장치(2)는 균열반사파 및 저면반사파의 형태로 시험편의 내부 균열(4)이나 용접부(8) 결함에 대한 영상(6b,6c,9)을 표시하게 되며, 그 표시된 영상(6b,6c,9)으로부터 각 균열이나 결함의 위치와 크기 등을 용이하게 파악할 수 있는 것이다.

도면과 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 도전성 재료를 증착한 압전소자의 2차원 배열과 투명전극판 사이의 액정막을 이용하여 시험체중을 전파한 음파 또는 초음파의 에너지에 의해 발생한 전압을 액정의 구동전압으로 이용함으로써 음파 또는 초음파를 넓은 영역에서 가시화할 수 있다.

Claims (5)

1. 음파나 초음파 등의 탄성파를 시험체에 발생시키는 탄성파발생수단과, 시험체를 경유한 탄성파에 의한 기계적 충격을 전기신호로 변환하여 출력하는 압전변환수단과, 이 압전변환수단의 출력으로 구동되어 상기 결함에 대응한 영상을 표시하는 액정표시소자를 포함하는 탄성파 탐상을 위한 2차원 가시화장치에 있어서,

   상기 압전변환수단으로서, 상기 액정표시소자의 세그먼트에 대응하여 2차원으로 2배열되어 있고, 각각 양단에 증착된 도전층을 가지고 있으며, 그 도전층을 통해 상기 액정소자와 전기적으로 접속되어 있는 압전소자어레이가 구비되어 있는 액정과 압전소자를 이용한 탄성파 탐상의 2차원 가시화장치.
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