KR100671418B1 - Method for Measuring Thickness of Metal Sheet by using Electromagnetic Acoustic Transducer - Google Patents

Method for Measuring Thickness of Metal Sheet by using Electromagnetic Acoustic Transducer Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치는, 측정 대상인 금속판에 대하여 그 내부에 초음파 톤버스트 신호를 인가하고, 측정 대상인 금속판의 내부를 진행하는 초음파의 다중 반사 신호를 수신하여, 측정 대상인 금속판의 두께를 측정하기 위한 초음파를 발생하기 위한 초음파 발생 수단; 상기 초음파 발생 수단으로부터 수신한 아날로그 신호를 디지털로 변환하기 위한 변환 수단; 상기 변환 수단으로부터 수신한 신호의 잡음을 제거하기 위한 제 1필터링 수단; 상기 제 1필터링 수단으로부터 수신한 신호에서의 다중 반사 신호에 대하여, 일정 지연시간에 대한 교차 상관을 구하기 위한 교차 상관 수단; 및 상기 지연시간을 결정하여, 측정 대상인 금속판의 두께를 결정하기 위한 결정 수단을 포함한다.The present invention relates to a metal plate thickness measuring apparatus using electromagnetic induction ultrasound. The metal plate thickness measuring apparatus using the electromagnetic induction ultrasonic wave of the present invention applies an ultrasonic toneburst signal to a metal plate to be measured, receives a multi-reflection signal of ultrasonic waves traveling through the inside of the metal plate to be measured, and measures the metal plate to be measured. Ultrasonic wave generating means for generating ultrasonic waves for measuring the thickness of the; Conversion means for converting the analog signal received from the ultrasonic wave generation means into digital; First filtering means for removing noise of a signal received from the conversion means; Cross correlation means for obtaining a cross correlation for a predetermined delay time with respect to the multiple reflection signals in the signal received from the first filtering means; And determining means for determining the delay time to determine the thickness of the metal plate to be measured.

전자 유도 초음파, 두께 측정, 디지털, 메디안 필터, 자비츠키-골레이 필터Electromagnetic Induction Ultrasonic, Thickness Measurement, Digital, Median Filter, Zavitsky-Golay Filter

Description

전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치{Method for Measuring Thickness of Metal Sheet by using Electromagnetic Acoustic Transducer} Metal Thickness Measurement Device Using Electromagnetic Induction Ultrasonication {Method for Measuring Thickness of Metal Sheet by using Electromagnetic Acoustic Transducer}             

도 1은 일반적인 전자 유도 초음파의 파형을 나타낸 일예,1 is an example showing a waveform of a general electromagnetic induction ultrasound,

도 2는 왜곡이 발생한 전자 유도 초음파의 파형을 나타낸 일예,2 is an example showing a waveform of electromagnetic induction ultrasonic waves in which distortion occurs;

도 3은 본 발명에 따른 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치의 일실시예 구조도,3 is a structural diagram of an embodiment of a metal plate thickness measuring apparatus using electromagnetic induction ultrasound according to the present invention;

도 4는 상기 도 3의 초음파부의 일실시예 상세 구조도,4 is a detailed structural diagram of an embodiment of the ultrasound unit of FIG.

도 5는 상기 도 4의 EMAT의 개략 구성도,5 is a schematic configuration diagram of the EMAT of FIG. 4;

도 6은 상기 도 4의 초음파 수신기가 수신한 초음파의 파형을 설명하기 위한 일예시도.6 is an exemplary view for explaining the waveform of the ultrasonic wave received by the ultrasonic receiver of FIG.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

310 : 초음파부 320 : A/D 변환부310: ultrasonic unit 320: A / D conversion unit

330 : 메디안 필터링부 340 : 자비츠키-골레이 필터링부330: median filtering unit 340: Zavitsky-Golay filtering unit

350 : 교차 상관부 360 : 지연시간 결정부350: cross correlation unit 360: delay time determination unit

370 : 두께 결정부 410 : 초음파 발생기370: thickness determination unit 410: ultrasonic generator

420 : 송신용 EMAT 430 : 측정 대상420: EMAT 430 for transmission: Measurement target

440 : 수신용 EMAT 450 : 초음파 수신기440: reception EMAT 450: ultrasonic receiver

본 발명은 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치에 관한 것으로, 특히 전자 유도 초음파 센서(Electromagnetic Acoustic Transducer; EMAT)의 파형 신호를 디지털 값으로 변환한 후, 이것을 디지털 신호 처리하여 금속판에서의 초음파의 진행시간을 정확하게 측정함으로써, 금속판의 두께를 정밀하게 측정하기 위한, 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for measuring thickness of a metal plate using electromagnetic induction ultrasound, and more particularly, converts a waveform signal of an electromagnetic inductive ultrasonic sensor (EMAT) into a digital value, and then processes the digital signal to digitally process the ultrasonic wave in the metal plate. The present invention relates to a metal sheet thickness measuring apparatus using electromagnetic induction ultrasonic waves for accurately measuring the thickness of a metal sheet by accurately measuring time.

일반적으로, 가스운송 등에 사용되는 탄소강 배관은 장기간 사용시 운송되는 가스 및 공기중의 수분과 결합하여 부식을 발생한다. 따라서 배관의 안정적 사용을 위하여 배관의 부식 상태를 파악하는 것이 중요하다. 이를 위하여 초음파를 사용한 배관의 두께 측정 장치가 사용되고 있다. In general, carbon steel pipes used in gas transportation, etc., cause corrosion by combining with moisture in the gas and air transported during long-term use. Therefore, it is important to understand the corrosion state of pipes for the stable use of pipes. To this end, an apparatus for measuring thickness of a pipe using ultrasonic waves is used.

종래의 초음파를 이용한 두께 측정 장치는 압전 소자를 이용한 접촉식 초음파법을 사용하는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 압전 소자를 이용한 접촉식 초음파법은, 초음파 센서와 배관재 사이에 물 등의 접촉매질을 사용해야 하므로, 부식 등이 발생하여 배관재 표면이 불균일하거나 배관재의 온도가 고온일 경우 접촉 매질을 사용하여 초음파를 배관재 내부에 발생시키는 것이 곤란한 문제점이 있다.In the conventional thickness measuring apparatus using ultrasonic waves, it is common to use a contact ultrasonic method using a piezoelectric element. However, in the contact ultrasonic method using the piezoelectric element, a contact medium such as water should be used between the ultrasonic sensor and the pipe member. Therefore, if the surface of the pipe member is uneven due to corrosion or the temperature of the pipe member is high, the contact medium may be used. There is a problem that it is difficult to generate ultrasonic waves inside the piping material.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 접촉 매질이 필요 없는 전자 유도 초음파 센서가 이용되고 있다. 그러나, 전자 유도 초음파는 압전 소자를 이용하는 경우에 비해 전달 효율이 떨어지며, 고전압/고출력의 회로를 이용하므로 신호에 잡음이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 전달 효율을 보상하기 위해 정현파의 숫자를 다수 사용해야 하므로 최소 측정 두께가 커지는 문제점이 있다. In order to solve the above problems, an electromagnetic induction ultrasonic sensor that does not require a contact medium is used. However, electromagnetic induction ultrasound has a lower transfer efficiency than a piezoelectric element, and there is a problem in that noise is generated in a signal because a high voltage / high output circuit is used. In addition, since the number of sine waves must be used to compensate for the transmission efficiency, there is a problem in that the minimum measurement thickness is increased.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전자 유도 초음파 센서의 파형 신호를 디지털 값으로 변환한 후, 이것을 디지털 신호 처리하여 금속판에서의 초음파의 진행시간을 정확하게 측정함으로써, 두께 측정 정밀도를 높이기 위한 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed in order to solve the above problems, by converting the waveform signal of the electromagnetic induction ultrasonic sensor into a digital value, and then processing the digital signal to accurately measure the traveling time of the ultrasonic wave in the metal plate, thickness SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus for measuring thickness of a metal plate using electromagnetic induction ultrasonic waves for improving measurement accuracy.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치에 있어서, 측정 대상인 금속판에 대하여 그 내부에 초음파 톤버스트 신호를 인가하고, 측정 대상인 금속판의 내부를 진행하는 초음파의 다중 반사 신호를 수신하여, 측정 대상인 금속판의 두께를 측정하기 위한 초음파를 발생하기 위한 초음파 발생 수단; 상기 초음파 발생 수단으로부터 수신한 아날로그 신호를 디지털로 변환하기 위한 변환 수단; 상기 변환 수단으로부터 수신한 신호의 잡음을 제거하기 위한 제 1필터링 수단; 상기 필터링 수단으로부터 수신한 신호에서의 다중 반사 신호에 대하여, 일정 지연시간에 대한 교차 상관을 구하기 위한 교차 상관 수단; 및 상기 지연시간을 결정하여, 측정 대상인 금속판의 두께를 결정하기 위한 결정 수단을 포함하는 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치를 제공한다.In the present invention for achieving the above object, in the metal plate thickness measuring apparatus using electromagnetic induction ultrasonic waves, the ultrasonic toneburst signal is applied to the metal plate to be measured, and the multiple reflection of the ultrasonic waves propagating inside the metal plate to be measured. Ultrasonic generation means for receiving a signal and generating ultrasonic waves for measuring the thickness of the metal plate to be measured; Conversion means for converting the analog signal received from the ultrasonic wave generation means into digital; First filtering means for removing noise of a signal received from the conversion means; Cross-correlation means for obtaining cross-correlation for a predetermined delay time with respect to multiple reflected signals in the signal received from said filtering means; And determining means for determining the delay time to determine the thickness of the metal plate to be measured.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components have the same number as much as possible even if displayed on different drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 전자 유도 초음파의 파형을 나타낸 일예이다.1 is an example showing a waveform of a general electromagnetic induction ultrasound.

일반적인 전자 유도 초음파 센서(EMAT)는, 고정자석 및 전자석을 이용하여 금속체에 정자기장을 발생시킨 상태에서 코일을 이용하여 고주파의 교류 전자장을 가할 경우 금속체 내부에 초음파가 발생하는 현상을 이용한 것이다. A general electromagnetic induction ultrasonic sensor (EMAT) uses a phenomenon in which ultrasonic waves are generated inside a metal body when a high frequency alternating electromagnetic field is applied using a coil while a static magnetic field is generated in the metal body using a fixed magnet and an electromagnet.

이때, 초음파의 발생 효율을 높이기 위해 높은 강한 전자기장을 가하고 높은 전류를 코일에 흘림으로써 강한 교류 전자기장을 만들 필요가 있다. 또한 단일 정현파를 이용하는 것보다는 많은 숫자의 정현파를 연속해서 발생(톤버스트)시킴으로써 발생 효율을 높일 수 있다.At this time, it is necessary to make a strong alternating electromagnetic field by applying a high strong electromagnetic field and flowing a high current to the coil in order to increase the generation efficiency of the ultrasonic wave. In addition, the generation efficiency can be improved by generating (tonburst) a large number of sine waves in succession rather than using a single sine wave.

이렇게 해서 발생하는 전형적인 초음파의 파형이 상기 도 1과 같다.The waveform of a typical ultrasonic wave generated in this way is shown in FIG. 1.

금속체의 두께를 측정하기 위해서는, 단일 면에서 전자 유도 초음파 센서를 사용하여 초음파를 발생시켜 표면에서 전파한 초음파가 반대면에서 반사해서 돌아오는 반사파를 동일한 전자 유도 초음파센서를 이용하여 수신함으로써, 초음파의 전달시간을 측정하여 이것을 이미 알고 있는 초음파의 진행속도와 곱하여 줌으로써 금속판의 두께를 구할 수 있다. 이것을 수식으로 나타내면 다음과 같다.In order to measure the thickness of the metal body, ultrasonic waves are generated by using an electromagnetic induction ultrasonic sensor on a single surface, and the reflected waves from which the ultrasonic waves propagated from the surface are reflected by the opposite surface are returned using the same electromagnetic induction ultrasonic sensor. The thickness of the metal plate can be determined by measuring the propagation time of and multiplying it by the known velocity of ultrasonic waves. This is expressed as a formula:

Figure 112006046366296-pat00012
Figure 112006046366296-pat00012

여기서, d는 판의 두께, ΔT는 초음파의 진행시간, v는 금속체에서의 초음파의 속도를 나타낸다.Where d is the thickness of the plate, ΔT is the running time of the ultrasonic waves, and v is the speed of the ultrasonic waves in the metal body.

역으로, 금속판의 두께를 알고 있을 경우, 동일한 식을 이용하여 초음파의 속도를 정밀하게 측정할 수도 있다.Conversely, if the thickness of the metal plate is known, the speed of the ultrasonic waves may be precisely measured using the same equation.

초음파의 전달시간을 측정하기 위해서 종래에는 영점 교차법, 교차 상관법, 위상 기울기법 등이 사용되어 왔으나, 전자 유도 초음파법에 그대로 적용하는 데 있어 정밀도에 문제가 있다. 즉, 고전압 회로를 사용하여 표면이 거칠거나 재질이 균질하지 못할 경우 파형에 왜곡이 발생하는 문제점이 있다.In order to measure the propagation time of the ultrasonic waves, a zero crossing method, a cross correlation method, a phase gradient method, and the like have been conventionally used. That is, when the surface is rough or the material is not homogeneous using the high voltage circuit, there is a problem that distortion occurs in the waveform.

도 2는 왜곡이 발생한 전자 유도 초음파의 파형을 나타낸 일예이다.Figure 2 is an example showing the waveform of the electromagnetic induction ultrasound distortion.

도면에 도시된 바와 같은 초음파를 사용하여 두께를 측정하는 경우에, 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.In the case of measuring thickness using ultrasonic waves as shown in the drawing, there is a problem that the precision is poor.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 전자 유도 초음파 방식을 이용하여 발생한 초음파 신호를, 디지털 값으로 얻은 뒤 이 디지털 파형 신호에 대해 신호 처리를 수행하여 정밀도 높은 측정 결과를 얻을 수 있도록 한다.In order to solve this problem, the present invention obtains an ultrasonic signal generated using an electromagnetic induction ultrasonic method as a digital value, and then performs signal processing on the digital waveform signal to obtain a highly accurate measurement result.

도 3은 본 발명에 따른 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치의 일실시예 구조도이다.3 is a structural diagram of an embodiment of a metal plate thickness measuring apparatus using electromagnetic induction ultrasound according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파부(310), 아날로그/디지털(Analog/Digital) 변환부(320), 메디안(Median) 필터링부(330), 자비츠키-골레이(Savitzky-Golay) 필터링부(340), 교차 상관부(350), 지연시간 결정부(360) 및 두께 결정부(370)를 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the ultrasound unit 310 of the present invention, the analog / digital (Analog / Digital) converter 320, the median (Median) filtering unit 330, Savitzky-Golay ) Includes a filtering unit 340, a cross correlation unit 350, a delay time determining unit 360, and a thickness determining unit 370.

상기 초음파부(310)는 측정 대상인 금속판에 대하여 그 내부에 초음파 톤버스트 신호를 인가하고, 측정 대상인 금속판의 내부를 진행하는 초음파의 다중 반사 신호를 수신하여, 측정 대상인 금속판의 두께를 측정하기 위한 초음파를 발생하는 기능을 담당한다.The ultrasound unit 310 applies an ultrasonic tone burst signal to the inside of the metal plate to be measured, and receives a multiple reflection signal of the ultrasonic waves traveling through the inside of the metal plate to be measured, and measures the thickness of the metal plate to be measured. In charge of the function of generating.

상기 초음파부(310)를 도 4를 참조로 상세하게 설명하기로 한다.The ultrasound unit 310 will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 상기 도 3의 초음파부의 일실시예 상세 구조도이다.4 is a detailed structural diagram of an ultrasonic part of FIG. 3.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 초음파부는, 초음파 발생기(410), 송신용 EMAT(420), 측정 대상(430), 수신용 EMAT(440) 및 초음파 송신기(450)를 포함하여 구성된다.As shown in the figure, the ultrasound unit of the present invention includes an ultrasound generator 410, a transmission EMAT 420, a measurement object 430, a reception EMAT 440 and the ultrasonic transmitter 450.

상기 초음파 발생기(410)는 펄스 형태의 전자 유도 초음파를 생성하여, 상기 송신용 EMAT(420)에 전달하는 기능을 담당한다.The ultrasonic generator 410 is responsible for generating a pulse-induced electromagnetic induction ultrasound and transmitting it to the transmission EMAT (420).

본 발명에서는, 횡파를 발생하는 수직빔 형태의 EMAT 센서를 사용하였다. 그 개념적 구성은 도 5와 같다.In the present invention, the vertical beam type EMAT sensor for generating a shear wave is used. The conceptual configuration is as shown in FIG.

도 5는 상기 도 4의 EMAT의 개략 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram of the EMAT of FIG. 4.

본 발명에서 사용하는 EMAT 센서(420, 440)는 반대 방향의 극성을 갖는 한 쌍의 영구자석으로 구성된다. 각 자석의 극은 운동장 트랙의 형상을 갖는 코일과 같이 구성되어 있다. 트랙 형상의 코일의 각 방향은 서로 다른 극성의 자석과 맞추어져 있다. 한 쌍의 동일한 형태의 EMAT 센서는 각각 송신자 및 수신자로 사용된다.The EMAT sensors 420 and 440 used in the present invention are composed of a pair of permanent magnets having polarities in opposite directions. The pole of each magnet is configured like a coil having the shape of a playground track. Each direction of the track-shaped coil is matched with magnets of different polarities. A pair of identical EMAT sensors are used as sender and receiver, respectively.

상기 EMAT(420, 440)는 제어부(도시되지 않음)에 의해 제어될 수 있다.The EMATs 420 and 440 may be controlled by a controller (not shown).

상기 초음파 수신기(450)는 상기 수신용 EMAT(440)로부터 신호를 수신하여, 상기 A/D 변환부(320)에 인가하는 기능을 담당한다.The ultrasonic receiver 450 is responsible for receiving a signal from the receiving EMAT 440 and applying the signal to the A / D converter 320.

도 6은 상기 도 4의 초음파 수신기가 수신한 초음파의 파형을 설명하기 위한 일예시도이다.6 is an exemplary view for explaining the waveform of the ultrasonic wave received by the ultrasonic receiver of FIG.

도면에 도시된 바와 같이, 상기 초음파 수신기(450)가 수신한 신호는, 즉 상기 초음파부(310)가 발생하는 아날로그 신호로서, 측정 대상 내부에서의 다중반사에 의한 많은 톤버스트 신호를 갖는다.As shown in the figure, the signal received by the ultrasound receiver 450, that is, the analog signal generated by the ultrasound unit 310, has a large number of toneburst signals due to multi-reflection inside the measurement object.

한편, 상기 A/D 변환부(320)는 상기 초음파부(310)로부터 수신한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 담당한다.Meanwhile, the A / D converter 320 is responsible for converting an analog signal received from the ultrasound unit 310 into a digital signal.

상기 메디안 필터링부(330)는 펄스성 잡음을 제거하는 기능을 담당한다. 이를 상세히 설명하기로 한다.The median filtering unit 330 is responsible for removing pulsed noise. This will be described in detail.

메디안 필터링은 신호를 부드럽게 해주기 위해 사용되는 비선형 필터링 기법 중 하나이다. 이러한 메디안 필터링을 수행함으로써 신호의 파형을 왜곡시키지 않으면서 임펄스(Impulse)성의 잡음을 제거할 수 있다. 일차원 신호의 경우 홀수개의 입력 데이터를 갖는 창(Window)을 원신호에 대해 이동시켜 가면서 창 내의 신호의 메디안 값을 처리된 후의 신호값으로 취하게 된다.Median filtering is one of the nonlinear filtering techniques used to smooth the signal. By performing such median filtering, it is possible to remove impulse noise without distorting the waveform of the signal. In the case of a one-dimensional signal, a window having an odd number of input data is moved with respect to the original signal, and the median value of the signal in the window is taken as the signal value after processing.

만약, 주어진 입력신호 및 신호 처리된 후의 출력신호를 각각 {xi}, {yi}라고 할 때, xi 가 입력신호의 홀수 개수 중에서 중간값을 가질 경우에는 신호 처리 후의 관계식은 yi = xi 가 된다.If, in the case have intermediate values from, x i is an odd number of input signal to said output signal after processing a given input signal and a signal, respectively {x i}, {y i } , the relationship after the signal processing is y i = x i becomes

그러나, xi 가 중간값을 갖는 대신에 최고값 또는 최저값을 가질 경우에는 이것을 단발성 잡음신호(Impulse Noise)로 간주하여 세개의 신호(xi-1, xi, xi+1 ) 중에서 중간값을 취한다. 즉, yi = median(xi-1, xi, xi+1)을 취하게 된다. 이를 일반적인 수식으로 표현하면 다음과 같다.However, if x i has the highest or lowest value instead of having a median value, it is regarded as a single noise signal and is the intermediate value among the three signals (x i-1 , x i , x i + 1 ). Take That is, y i = median (x i-1 , x i , x i + 1 ) is taken. If this is expressed as general formula, it is as follows.

yi = median(xi-1, xi, xi+1) [3점 필터링의 경우]y i = median (x i-1 , x i , x i + 1 ) [for 3-point filtering]

이것을, 5점의 경우로 확대하게 되면 동일한 과정을 거쳐 다음과 같은 관계식을 가지게 된다.If this is expanded to the case of 5 points, the same process is performed and the following relationship is obtained.

yi = median(xi-2, xi-1, xi, xi+1, xi+2) [5점 필터링의 경우]y i = median (x i-2 , x i-1 , x i , x i + 1 , x i + 2 ) [for 5-point filtering]

이와 같이, 상기 메디안 필터링부(330)는 인가되는 신호의 펄스성 잡음을 제거하게 된다.As such, the median filtering unit 330 removes pulsed noise of an applied signal.

상기 자비츠키-골레이 필터링부(340)는 초음파의 전압신호를 상기 A/D 변환 기(320)를 사용하여 디지타이징(Digitizing)함으로써 발생하는 파형의 왜곡을 복원하기 위해, 초음파 파형의 파고 및 진폭을 유지한 상태에서 잡음을 제거하는 기능을 담당한다.The Zavitsky-Golay filtering unit 340 is used to reconstruct the waveform of the ultrasonic wave to restore the distortion of the waveform generated by digitizing the voltage signal of the ultrasonic wave using the A / D converter 320 and It is responsible for removing noise while maintaining amplitude.

푸리에(Fourier) 변환에 의한 잡음제거 기법은 연속파형에 대해서는 유리하나, 펄스형 신호인 전자 유도 초음파법에 의한 두께 측정의 경우에는 파형을 왜곡하는 문제가 있다. 이를 극복하기 위해 본 발명은 자비츠키-골레이 필터링을 수행한다. The noise reduction technique by Fourier transform is advantageous for continuous waveforms, but there is a problem of distorting waveforms in the case of thickness measurement by electromagnetic induction ultrasonic waves, which are pulse signals. To overcome this, the present invention performs Zavitsky-Golay filtering.

자비츠키-골레이 필터링은, 잡음제거를 위한 신호 처리를 함에 있어 가중처리(Weighting)시에 계수로서 사용할 수 있는 일련의 정수의 집합(

Figure 112003048985977-pat00001
)을 유도한다. 컨볼루션 정수(Convolution Integers)라고 불리는 이러한 가중계수를 사용하는 것은 다항식 근사와 정확하게 일치한다. 또한 이것은 계산량을 고려할 때 훨씬 빠르고 효과적이다. 자비츠키-골레이의 알고리듬에 의해 평활처리된 데이터의 각 값[(yk)s]은 다음 수학식과 같이 나타낼 수 있다. Zavitsky-Golay filtering is a set of integers that can be used as coefficients during weighting in signal processing for noise reduction.
Figure 112003048985977-pat00001
). Using these weighting factors, called convolution integers, is exactly the same as polynomial approximation. This is also much faster and more effective given the amount of computation. Each value [(y k ) s ] of the data smoothed by the Zavitsky-Golay algorithm can be expressed by the following equation.

Figure 112006046366296-pat00013
Figure 112006046366296-pat00013

이때, 다항식의 차수 및 필터의 길이에 따라 많은 종류의 이러한 컨볼루션 정수의 집합이 사용될 수 있다. 이차함수를 이용한 평활처리를 위한 이러한 정수의 특정한 예를 아래의 표에 보였다. At this time, many kinds of sets of such convolutional constants may be used depending on the order of the polynomial and the length of the filter. Specific examples of these integers for smoothing using quadratic functions are shown in the table below.

Figure 112003048985977-pat00003
Figure 112003048985977-pat00003

이와 같이, 자비츠키-골레이 필터링을 수행하는 데 있어 다차항식을 이용하게 되는데, 본 발명의 일실시예에서는 2차항을 이용한 11점 법을 이용하기로 한다.As such, in order to perform Zavitsky-Golay filtering, a multi-order formula is used. In an embodiment of the present invention, an 11-point method using a quadratic term will be used.

이와 같이 잡음을 제거한 뒤, 상기 교차 상관부(350)는 초음파 톤버스트 신호 사이의 전달 시간을 측정하기 위하여, 상기 자비츠키-골레이 필터링부(340)로부터 수신한 신호에서 상기 측정 대상 내부에서의 다중 반사 신호(상기 도 6에서 B1, B2 및 B3)를 취하여, 무한한 시간에 대하여 존재한다고 가정하고 창 외부에 0을 덧붙인 뒤 일정한 지연시간 τ에 대하여 교차 상관(Cross-Correlation)을 구하는 기능을 담당한다.After removing the noise as described above, the cross correlation unit 350 measures the propagation time between the ultrasonic toneburst signals in the measurement object in the signal received from the Zavitsky-Golay filtering unit 340. It takes a multi-reflection signal (B1, B2 and B3 in FIG. 6 above), assumes that the signal exists for infinite time, adds 0 to the outside of the window, and calculates cross-correlation for a constant delay time τ. In charge.

두 신호 X, Y 사이의 교차 상관함수

Figure 112003048985977-pat00004
는 다음과 같이 정의된다.Cross correlation function between two signals X and Y
Figure 112003048985977-pat00004
Is defined as

Figure 112003048985977-pat00005
Figure 112003048985977-pat00005

여기서 X(t)와 Y(t)는 임의의 파형이며, t는 시간, τ는 지연시간을 의미한다. 이때, 지연시간 τ는 2×△T(△T=t/v, t는 측정 대상의 두께, v는 초음파의 속도임)이므로, 따라서, 상기 두께 결정부는, 지연시간을 이용하여 측정 대상인 금속 판의 두께를 결정하는 기능을 담당한다.Here, X (t) and Y (t) are arbitrary waveforms, t is time and τ means delay time. At this time, since the delay time τ is 2 × ΔT (ΔT = t / v, t is the thickness of the measurement target, v is the speed of the ultrasonic wave), therefore, the thickness determining unit uses the delay time to measure the metal plate. It is responsible for determining the thickness of the.

상기 도 6의 파형에 대하여 다중반사 신호인 B1, B2 및 B3의 신호를 취하고, 교차 상관을 구하여 결정한 지연시간 τ는 다음과 같다.Delay time tau determined by taking signals of B1, B2, and B3, which are multi-reflection signals, and obtaining cross correlation with respect to the waveform of FIG. 6 is as follows.

B1 : (8.75 μsec, 11.75 μsec)B1: (8.75 μsec, 11.75 μsec)

B2 : (14.5 μsec, 17.5 μsec)B2: (14.5 μsec, 17.5 μsec)

B3 : (20 μsec, 23 μsec)B3: (20 μsec, 23 μsec)

위상 기울기법에 있어서는 창의 위치 및 크기에 매우 민감한 반면 교차상관법에 있어서는 창 내부에 톤버스트 신호가 들어가기만 하면 창의 크기는 큰 영향을 미치지 않는다. In the phase gradient method, the position and size of the window are very sensitive, whereas in the cross-correlation method, the size of the window does not have a significant effect as long as the tone burst signal enters the window.

본 발명의 교차 상관법을 이용한 계산을 통한 지연시간의 안정성을 검증한 결과, B1과 B2를 취해 교차 상관법을 적용한 표준편차는 1.03 nsec이고 B2와 B3을 취한 경우 표준편차는 1.89 nsec이다. 100MSample/sec로 데이터를 취득할 경우 데이터 간격은 잡음을 고려할 경우 최소한 20nsec이상임을 고려할 때 이것은 10배 이상의 시간분해 능력을 가짐을 알 수 있다. As a result of verifying the stability of the delay time through the calculation using the cross correlation method of the present invention, the standard deviation using the cross correlation method using B1 and B2 is 1.03 nsec, and the standard deviation is 1.89 nsec when B2 and B3 are taken. When data is acquired at 100 MSample / sec, it can be seen that the data interval has a time resolution of 10 times or more, considering that the data interval is at least 20 nsec.

이때, 측정 대상의 표면을 별도로 연마하지 않았으며 연마할 경우 시간분해 능력은 더 높아질 수 있다.At this time, the surface of the measurement target is not separately polished, and the time resolution may be higher when polishing.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and various substitutions, modifications, and changes are possible in the art without departing from the technical spirit of the present invention. It will be clear to those of ordinary knowledge.

상기한 바와 같은 본 발명은, 전자 유도 초음파 센서의 파형 신호를 디지털 값으로 변환한 후, 이것을 메디안 필터링 및 자비츠키-골레이 필터링 등의 디지털 신호 처리하여 금속판에서의 초음파의 진행시간을 정확하게 측정함으로써, 측정 대상인 금속판의 두께 측정의 정밀도를 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, the present invention converts the waveform signal of the electromagnetic induction ultrasonic sensor into a digital value and processes the digital signal such as median filtering and Zavitsky-Golay filtering to accurately measure the propagation time of the ultrasonic wave on the metal plate. Thereby, there exists an effect which can raise the precision of the thickness measurement of the metal plate which is a measurement object.

Claims (4)

전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치에 있어서,In the metal plate thickness measurement apparatus using electromagnetic induction ultrasound, 측정 대상인 금속판에 대하여 그 내부에 초음파 톤버스트 신호를 인가하고, 측정 대상인 금속판의 내부를 진행하는 초음파의 다중 반사 신호를 수신하여, 측정 대상인 금속판의 두께를 측정하기 위한 초음파를 발생하기 위한 초음파 발생 수단과;Ultrasonic generating means for applying an ultrasonic toneburst signal to the metal plate to be measured, receiving multiple reflection signals of ultrasonic waves traveling through the inside of the metal plate to be measured, and generating ultrasonic waves for measuring the thickness of the metal plate to be measured. and; 상기 초음파 발생 수단으로부터 수신한 아날로그 신호를 디지털로 변환하기 위한 변환 수단과;Conversion means for converting the analog signal received from the ultrasonic wave generation means into digital; 상기 변환 수단으로부터 수신한 신호의 잡음을 제거하기 위한 제 1 필터링 수단과;First filtering means for removing noise of a signal received from said conversion means; 상기 제 1 필터링 수단으로부터 수신한 신호에서의 다중 반사 신호에 대하여, 일정 지연시간에 대한 교차 상관을 구하기 위한 교차 상관 수단과; Cross correlation means for obtaining a cross correlation with respect to a predetermined delay time for the multiple reflected signals in the signal received from said first filtering means; 상기 지연시간을 결정하여, 측정 대상인 금속판의 두께를 결정하기 위한 결정 수단;을 포함하여 이루어지며,Determining means for determining the thickness of the metal plate to be measured by determining the delay time; 상기 교차 상관 수단은 하기 수학식과 같이 지연시간에 대한 교차 상관을 구하는 것을 특징으로 하는 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치.The cross-correlation means is a metal plate thickness measuring apparatus using electromagnetic induction ultrasound, characterized in that for obtaining the cross-correlation for the delay time as shown in the following equation. [수학식][Equation]
Figure 112006046366296-pat00014
Figure 112006046366296-pat00014
단, X(t), Y(t) : 임의의 파형,X (t), Y (t): arbitrary waveform, t : 시간, t: time, τ : 지연시간. τ: delay time.
제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 필터링 수단은,The first filtering means, 상기 변환 수단으로부터 수신한 신호의 펄스성 잡음을 제거하기 위한 메디안 필터와; A median filter for removing pulsed noise of a signal received from the converting means; 초음파 파형의 파고 및 진폭을 유지한 상태에서 해당 신호의 잡음을 제거하기 위한 자비츠키-골레이 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 유도 초음파를 이용한 금속판 두께 측정 장치.And a Zavitsky-Golay filter for removing the noise of the signal while maintaining the wave height and amplitude of the ultrasonic wave. 삭제delete 삭제delete
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