KR100768531B1

KR100768531B1 - 초음파 탐상용 탐촉자 조립체

Info

Publication number: KR100768531B1
Application number: KR1020060027038A
Authority: KR
Inventors: 신현재; 장유현
Original assignee: 주식회사 인디시스템
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-18
Also published as: KR20070096472A

Abstract

본 발명은 초음파 탐상용 탐촉자 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검사 대상물체의 검사부위의 위치가 변동하더라도 초음파 검사를 할 수 있는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체에 관한 것이다.

본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체는 초음파 탐촉자와, 검사 대상물체에 초음파를 전달하기 위한 웨지와, 상기 초음파 탐촉자와 웨지가 수용된 하우징과,상기 하우징의 하부에 고정되어 있고, 상기 하우징이 일방향으로 전후진이 가능하도록 탄성적으로 지지하기 위한 하우징지지수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하며, 탐촉자를 수용하고 있는 하우징이 상하, 좌우, 피칭, 요잉할 수 있는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체를 제공하여, 검사 대상물체의 검사부위가 진동하거나, 변동하여 검사부위의 위치가 일정하지 아니하더라도 초음파 탐상을 할 수 있다.

초음파, 검사장치, 피스톤

Description

초음파 탐상용 탐촉자 조립체{PROBE ASSEMBLY FOR NONDESTRUCTIVE ULTRASONIC TESTING}

도 1은 본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 일실시예의 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 정면도,

도 3은 도 1에 도시된 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 구성을 분리하여 나타낸 사시도,

도 4는 도 1에 도시된 초음파 탐상용 탐촉자 조립체를 사용하여 피스톤의 용접부위를 초음파 검사하는 개념도,

도 5는 종래의 기술에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체를 사용하여 피스톤의 용접부위를 초음파 검사하는 개념도,

도 6의 (a)는 피스톤의 축중심과 회전중심이 일치하는 경우의 실시예,

도 6의 (b)는 피스톤의 축중심과 회전중심이 일치하지 않는 경우의 실시예이다.

<도면부호의 간단한 설명>

1 : 초음파 탐촉자 3 : 웨지

7 : 하우징 13 : 지지대

15 : 스프링 17 : 베이스

20 : 하우징지지수단 30 : 가이드프레임

31 : 하우징가이드 100 : 초음파 탐상용 탐촉자 조립체

자동차의 에어컨 부품인 공기 압축기(air compressor)에 사용되는 원통형 부품인 피스톤은 헤더(head)부분과 몸체(body)부분을 자동공정에 의하여 용접하여 제작된다. 상기의 피스톤에 하중이 작용할 경우 용접부가 취약 부위이므로 용접이 정상적으로 이루어졌는지 용접부를 검사하여야 한다. 용접부를 검사하는 비파괴 검사방법으로는 방사선투과법, 초음파탐상법, 자기분말탐상법, 침투탐상법 등이 있다. 이 중 방사선 검사방법 및 초음파 검사방법 등이 주로 이용된다. 그러나, 방사선투과법은 방사선이 인체에 유해하므로 일정한 장소에서만 검사가 가능하다는 제약이 있으므로 가장 경제적이고 검사속도가 빠른 초음파탐상법이 가장 많이 사용된다.

도 5에는 종래의 초음파 탐상용 탐촉자 조립체를 사용하여 피스톤의 용접부의 결함여부를 검사하고 있는 실시예가 도시되어 있다.

피스톤(600)은 헤더부분(610)과 몸체부분(620)을 용접하여 제작되므로 용접부는 피스톤(600)의 원주를 따라 형성된다. 짧은 시간에 대량으로 피스톤(600)의 용접부의 결함여부를 검사하기 위하여 비파괴검사는 자동화 공정에 의하여 진행된다. 따라서 초음파 탐상용 탐촉자 조립체(500)는 로봇팔(미도시)에 고정되어 있으며, 검사 대상물체인 피스톤(600)이 검사위치에 셋팅되면 로봇팔은 초음파 검사를 위하여 초음파 탐상용 탐촉자 조립체(500)를 검사부위인 피스톤(600)의 용접부에 접촉시킨다. 초음파 검사를 하기 위하여 초음파 탐상용 탐촉자 조립체(500)에 장착된 물분사호수(510)를 사용하여 피스톤(600)의 검사 부위에 물을 분사시킨 후 물 속으로 초음파를 전달시켜 용접부위의 결함 여부를 검사한다. 또한, 피스톤(600)의 용접 부위는 피스톤(600)의 원주를 따라 형성되어 있으므로, 카트리지(700)가 피스톤(600)의 양 단을 집은 후 피스톤(600)을 360도 회전시켜서 용접부위의 결함 여부를 검사한다.

초음파 탐상용 탐촉자 조립체는 로봇팔 등에 고정되어 있다. 따라서 종래의 초음파 탐상용 탐촉자 조립체는 피스톤의 원주를 검사하기 위하여 피스톤의 원주면에 접촉시킨 후 검사 대상물체를 360도 회전하여 초음파 검사가 끝날 때까지 탐촉자의 위치가 고정된다. 초음파 검사시 카트리지가 피스톤의 양끝을 집어서 회전시킬 경우 원주방향으로 형성된 검사부위는 동일한 위치에 놓여져야 한다. 따라서 피스톤의 회전은 균일하게 이루어져야 하므로 카트리지는 정확하게 피스톤의 축중심을 집어서 피스톤을 회전시켜야 한다. 즉, 도 6(a)와 같이 피스톤(800)의 축중심(810)과 회전중심(820)이 일치하여야 한다. 그러나 현실적으로 카트리지가 정확하게 축중심을 집어서 피스톤을 회전시키기가 힘들다. 즉, 도 6(b)와 같이 피스톤 (900)의 축중심(910)과 회전중심(920)이 일치하지 않는다. 따라서 피스톤(900)은 균일하게 회전이 되지 않고 궤적(930)을 형성하며 회전되며, 피스톤이 회전될 때 피스톤의 검사부위인 용접부의 위치가 진동을 하게 된다. 따라서 초음파 탐상용 탐촉자 조립체와 용접부가 접촉을 하지 않거나 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 탐촉자의 각도가 어긋나게 되어 종래의 초음파 탐상용 탐촉자 조립체로는 용접부를 정확하게 측정하지 못한다는 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 문제점을 해소하기 위한 것이다. 본 발명은 검사 대상물체의 회전중심이 검사 대상물체의 축중심과 일치하지 아니하여 검사 대상물체가 회전시 검사 대상물체의 검사부위가 진동하거나, 검사 대상물체의 검사부위의 위치가 변동하더라도 검사 대상물체의 용접부를 정확하게 검사할 수 있는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체는 초음파 탐촉자와, 검사 대상물체에 초음파를 전달하기 위한 웨지와, 상기 초음파 탐촉자와 웨지가 수용된 하우징과, 상기 하우징의 하부에 고정되어 있고, 상기 하우징이 일방향으로 전후진이 가능하도록 탄성적으로 지지하기 위한 하우징지지수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의하면, 검사 대상물체가 피칭(Pitching)을 하더라도 검사부위를 정확하게 탐상할 수 있도록 상기 하우징지지수단은, 베이스와, 일단이 상기 하우징의 하부에 힌지 결합되어 있고, 타단이 상기 베이스에 대하여 일방향으로 상대 운동이 가능하도록 상기 베이스에 구속된 지지축과, 일단이 상기 베이스에 지지되고 타단이 상기 지지축에 지지된 스프링을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 검사 대상물체가 요잉(Yawing)을 하더라도 검사부위를 정확하게 탐상할 수 있도록상기 지지축의 타단은 상기 베이스에 회전가능하도록 설치된 것이 바람직하다.

또한, 상기 하우징지지수단은, 베이스와, 일단이 상기 하우징의 하부에 볼조인트 결합되어 있고, 타단이 상기 베이스에 대하여 일방향으로 상대 운동이 가능하도록 상기 베이스에 구속된 지지축과, 일단이 상기 베이스에 지지되고 타단이 상기 지지축에 지지된 스프링을 포함하는 것이 더 바람직하다. 따라서 검사 대상물체가 피칭 및 요잉을 하더라도 검사부위를 정확하게 탐상할 수 있다.

또한, 상기 베이스가 상기 하우징의 전후진방향과 수직으로 슬라이딩 가능하도록 결합된 가이드프레임을 더 포함하는 것이 바람직하다. 따라서 검사 대상물체가 상기 하우징의 전후진방향과 수직으로 이동하더라도 검사부위를 정확하게 탐상할 수 있다.

또한, 상기 하우징은 일측면과 타측면에 하우징고정돌기가 형성되어 있으며, 상기 하우징고정돌기가 삽입되도록 형성된 홈을 구비하며, 상기 하우징과 일정간격 이격되어 위치하도록 상기 가이드프레임에서 연장된 하우징가이드를 더 포함는 것이 바람직하다. 따라서 탐촉자를 구비한 상기의 하우징은 상기의 하우징가이드에 형성된 홈의 범위 내에서만 자유도를 가지므로 상기의 초음파 탐상용 탐촉자 조립 체를 로봇팔 등에 고정하여 초음파 검사를 실시할 수 있다.

또한, 상기 하우징은 상기 웨지가 검사 대상물체에 직접 접촉하지 않도록 상기 검사 대상물체와의 접촉부가 연장되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 반복된 초음파 검사에 의하여 웨지가 마모되는 것을 방지하며, 또한 웨지의 위치가 흔들려서 초음파 검사 방향이 벗어나는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 하우징에 수용된 물분무호수를 더 포함하며, 상기 웨지에는 상기 물분무호수에서 분무된 물을 검사 대상물체에 분사할 수 있는 물분사홈이 형성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체는 원통형 부품을 효율적으로 검사하기 위하여 상기 웨지는 곡률진 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 일실시예의 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시된 실시예의 정면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다. 또한, 도 4는 도 1에 도시된 초음파 탐상용 탐촉자 조립체를 사용하여 피스톤의 용접부위를 초음파 검사하는 개념도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체(100)는 하우징(7), 하우징지지수단(20), 가이드프레임(30) 및 하우징가이드(31)를 포함하고 있다.

하우징(7)에는 초음파 탐촉자(1), 웨지(3), 물분무호수(5)가 수용되어 있으 며 웨지(3)에는 물분무호수(5)에서 분무된 물이 검사 대상물체인 피스톤(150)의 표면에 분사될 수 있도록 물분사홈(6)이 형성되어 있다. 또한, 하우징(7)은 피스톤(150)의 용접부를 검사하기 위하여 피스톤(150)의 원주면에 접촉할 때 웨지(3)가 직접 피스톤(150)의 원주면과 접촉하지 않도록 피스톤(150)과의 접촉부가 연장되어 있다. 따라서 용접부를 검사하기 위하여 하우징(7)을 피스톤(150)의 표면에 접촉시킬 경우 웨지(3)는 피스톤(150)의 표면에 직접 접촉하지 아니한다. 또한, 하우징(7)의 전면부와 후면부에는 하술하는 하우징가이드(31)의 홈(33)에 삽입되기 위한 하우징고정돌기(8)가 형성되어 있다. 초음파 검사는 하우징(7)을 피스톤(150)의 표면에 접촉시킨 후 물분무호수(5)에서 물을 분무하여 물분사홈(6)을 통하여 피스톤(150)의 표면에 물을 분사시킨 후 용접부위를 초음파 검사한다. 또한, 초음파 검사시 검사 대상물체인 피스톤(150)을 수중에 담근후 할 수 있으며 이 경우 초음파 탐상용 탐촉자 조립체에서 물을 분사시킬 필요가 없으므로 물분무호수(5) 및 물분사홈(6)은 필요하지 않다.

하우징지지수단(20)은 지지대(13), 베이스(17) 및 스프링(15)을 포함하고 있다. 지지대(13)의 일단은 상기 하우징(7)의 일측과 베어링(19)으로 결합 되어 있다. 따라서 상기 하우징(7)은 베어링(19) 축을 중심으로 회동을 할 수 있으며, 하우징(7)에 접촉한 피스톤(150)이 피칭 운동을 할 경우 탐촉자(1)가 수용된 하우징(7)도 피스톤(150)의 운동에 맞추어 피칭 운동을 할 수 있다. 베이스(17)는 지지대(13)가 길이 방향으로 슬라이딩할 수 있도록 구멍이 형성되어 있다. 지지대(13)는 베이스(17)에 삽입되어 축방향으로 슬라이딩을 할 수 있을 뿐만 아니라, 축을 중심 으로 자유롭게 회전할 수도 있다. 따라서 지지대(13)가 길이방향을 따라 슬라이딩할 경우 하우징지지수단(20)의 길이는 신축된다. 또한, 상기 지지대의 일단은 상기 하우징의 일측과 볼조인트(미도시)로 결합될 수도 있으며, 이 경우 하우징은 볼조인트를 중심으로 자유롭게 회전할 수 있으므로 지지대는 축을 중심으로 회전될 필요는 없다.

상기 하우징(7)에 접촉하고 있는 피스톤(150)의 회전중심이 피스톤(150)의 축중심과 일치하지 않을 경우 피스톤(150)이 회전함에 따라 피스톤(150)은 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 하우징(7)에 힘을 가하게 된다. 이 때, 지지대(13)는 베이스(17) 안으로 슬라이딩을 할 수 있으므로 초음파 탐상용 탐촉자 조립체의 하우징(7)은 피스톤(150)의 회전면을 따라서 가이드프레임(30) 방향으로 후퇴하게 된다. 또한, 지지대(13)는 베이스(17) 내에서 축방향으로 자유롭게 회전이 가능하므로 하우징(7)에 접촉하는 피스톤(150)이 요잉 운동을 할 경우 하우징(7)도 피스톤(150)의 요잉 운동에 맞추어 요잉 운동을 할 수 있다. 지지대(13)와 베이스(17)의 사이에는 스프링(15)이 삽입되어 있다. 따라서 피스톤(150)이 회전하면서 상기 하우징(7)과 접촉하고 있는 초음파 검사부위가 탐상장치(10)로부터 멀어질 경우 탐상장치(10)는 스프링(15)에 의하여 상승되어 피스톤(150)의 검사부위와 접촉하게 된다.

가이드프레임(30)은 좌우이송부재(21)를 구비하며, 상기 좌우이송부재(21)에는 상기 하우징지지수단(20)의 베이스(17)가 슬라이딩 가능하도록 결합된다. 베이스(17)가 좌우이송부재(21)에 의하여 가이드프레임(30) 상에서 좌우로 슬라이딩 가능하므로 상기 하우징지지수단(20)과 연결된 하우징(7)도 가이드프레임(30) 상에서 좌우로 이동할 수 있다. 따라서 피스톤(150)의 회전에 의하여 상기 하우징(7)과 접촉하는 피스톤(150)의 검사부위가 좌우로 이동하더라도 하우징(7)에 수용된 탐촉자(1)도 피스톤(150)의 검사부위의 이동에 맞추어 좌우로 이동할 수 있다.

하우징가이드(31)는 일정간격만큼 이격되어 하우징(7)의 전방 및 후방에 위치하도록 상기 가이드프레임(30)에서 상기 하우징(7) 방향으로 연장되어 있다. 또한, 하우징가이드(31)에는 하우징(7)의 대향면에 상기 하우징고정돌기(8)가 삽입될 수 있도록 홈(33)이 형성되어 있다. 상기의 홈(33)은 상면이 경사져 있으며, 하우징고정돌기(8)가 삽입된 경우 피스톤(150)이 요잉을 할 때 상기 하우징(7)에 수용된 탐촉자(1)도 피스톤(150)과 함께 요잉을 할 수 있을 정도로 깊어야 한다. 하우징(7)은 지지대(23)와 베어링(19)으로 결합되어 있으므로 바로 선 자세로 고정되어 있지아니하며 베어링(19) 축을 중심으로 회동하여 넘어질려고 한다. 그러나 스프링(15)에 의하여 하우징(7)에 힘이 작용하게 되며, 이 힘에 의하여 하우징고정돌기(8)가 홈(33)의 상부에 위치하여 고정된다. 따라서 하우징(7)은 스프링(15)의 탄성력에 의하여 넘어지지 않고 바로 선 자세를 유지하게 되므로 가이드프레임(30)을 로봇팔 등에 부착하여 자동화 공정에 의하여 피스톤(150)의 용접부의 결함 여부를 검사할 수 있다.

피스톤(150)의 용접부를 검사하기 위하여 하중을 가하여 하우징(7)을 피스톤(150)의 외면에 접촉시킨 경우 하우징지지수단(20)은 수축하게 되고 하우징(7)은 베이스(20) 방향으로 후퇴하게 된다. 따라서 하우징고정돌기(8)는 하우징가이드(31)의 홈(33)의 상부에서 상기 홈(33)의 중앙으로 이동하게 되며, 홈(33)에 형성 된 빈공간 만큼 하우징(7)은 전후좌우 및 상하 방향으로 자유도가 생긴다. 따라서 피스톤(150)이 회전하면서 초음파 검사위치가 전후좌우 및 상하로 이동하거나 회전할 경우 하우징(7)에 수용된 탐촉자(1)도 전후좌우 및 상하로 이동하거나 회전할 수 있다. 따라서 피스톤(150)의 축중심과 회전중심이 일치하지 아니하여 피스톤의 초음파 검사위치가 변동하더라도 본 발명에 따른 초음파 탐상용 탐촉자 조립체를 사용하면 초음파 검사를 할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims

초음파 탐촉자와,

검사 대상물체에 초음파를 전달하기 위한 웨지와,

상기 초음파 탐촉자와 웨지가 수용된 하우징과,

베이스와, 상기 베이스에 대하여 일방향으로 상대 운동이 가능하도록 상기 베이스에 결합되며 일단이 상기 하우징에 회동가능하게 결합된 지지축과, 상기 베이스에 대하여 상기 지지축을 지지하기 위한 스프링을 구비한 하우징지지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제1항에 있어서,

상기 지지축의 일단은 상기 하우징에 힌지결합된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제2항에 있어서,

상기 지지축은 상기 베이스에 회전가능하도록 결합된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제1항에 있어서,

상기 지지축의 일단은 상기 하우징에 볼베어링 결합된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 베이스가 상기 하우징의 전후진방향과 수직으로 슬라이딩 가능하도록 결합된 가이드프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제5항에 있어서,

상기 하우징은 일측면과 타측면에 하우징고정돌기가 형성되어 있으며,

상기 하우징고정돌기가 삽입되도록 형성된 홈을 구비하며, 상기 하우징과 일정간격 이격되어 위치하도록 상기 가이드프레임에서 연장된 하우징가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제6항에 있어서,

상기 하우징은 상기 웨지가 검사 대상물체에 직접 접촉하지 않도록 상기 검사 대상물체와의 접촉부가 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제7항에 있어서,

상기 하우징에 수용된 물분무호수를 더 포함하며,

상기 웨지에는 상기 물분무호수에서 분무된 물을 검사 대상물체에 분사할 수 있는 물분사홈이 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.
제8항에 있어서,

상기 웨지는 원통형 부품의 검사 대상물체에 초음파를 전달할 수 있도록 곡률진 것을 특징으로 하는 초음파 탐상용 탐촉자 조립체.