KR100769627B1 - 비파괴 검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공장 및 건설 현장 등의 각종 건축 구조물에 사용되는 모든 비금속 재료에 대한 내부적인 특성, 건전도 및 결함의 위치와 크기를 검사한 후, 결함이 있는 부분의 초음파 파형 및 에너지 파형을 디스플레이부를 통해 정상부분과 다르게 표시함으로써 현장에서 결함 부분을 실시간으로 검사할 수 있는 비파괴 검사장치에 관한 것이다.

Description

비파괴 검사장치{NON DESTRUCTIVE EXAMINATION EQUIPMENT}
도 1은 종래의 비파괴 검사장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 구성을 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 사용예를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치를 통해 획득되어 출력되는 초음파 파형을 나타내는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치를 통해 획득되어 출력되는 초음파 에너지를 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 하나의 측정예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 다른 측정예를 나타내는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 또 다른 측정예를 나타내는 도면.
본 발명은 비파괴 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공장 및 건설 현장 등의 각종 건축 구조물에 사용되는 모든 비금속 재료에 대한 내부적인 특성, 건전도 및 결함의 위치와 크기를 검사한 후, 디스플레이부를 통해 결함이 있는 부분의 초음파 파형 및 에너지 파형을 현장에서 실시간으로 디스플레이할 수 있는 비파괴 검사장치에 관한 것이다.
일반적으로, 고체의 물질 내부를 통과하는 초음파의 속도는 그 물체의 탄성력과 밀도에 달려 있다고 하는 것이 현재 전 세계적으로 인용되고 있다.
이러한 과학적 논리에 기초하여 1960년대 이후에는, 초음파를 이용한 많은 측정 및 검사기기들이 제작되고 있으며, 특히 영국의 C&S electric Co에서는 15년 전부터 PUNDIT(Personal Ultrasonic Non-Destructive Tester)라는 기기를 개발하여 판매하고 있다.
상기 PUNDIT 기기는 초음파를 발생시키는 장치와 센서를 내장한 초음파 발생프로브 및 수신프로브를 구비하여, 초음파를 발생 및 수신 후, 비금속 재료를 통과한 초음파를 물체의 크기로 적분하여 초음파의 전달 시간을 측정하는 장치이다.
이러한 종래의 초음파를 이용한 장치에 대해서는 대한민국 특허공개 제 1997-62687호(비파괴방식 측정/검사장치) 및 제2002-60124호(콘크리트 균열 깊이 측정용 간이 초음파장치) 이외에 다수 출원된 상태이다.
예컨대, 상기 종래의 초음파를 이용한 비파괴 검사장치인 특허공개 제1997-62687호를 도 1을 참조하여 간략히 설명한다.
즉, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 특허공개 제1997-62687호는 센서부(32)를 가지는 탐촉자(30)와, 이 탐촉자로부터의 신호를 수신하여 처리하는 장비본체(20)로 이루어지고, 상기 장비본체(20)는, 탐촉자의 센서부(32)로부터 수신한 신호 를 증폭하는 증폭수단(22)과, 이 증폭수단으로부터 수신한 아날로그 신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D 변환부(24)와, 이 A/D 변환부(24)로부터 수신한 디지탈신호를 프로세싱하고, 측정데이터를 메모리하는 CPU(26)와, 이 CPU로부터 수신하고 있는 측정치를 표시하는 제 1 표시수단(28)으로 구성되며, 상기 탐촉자(30)는 피측정물의 측정을 행하는 센서부(32)와, 상기 장치본체(20)의 CPU(26)로부터 수신하고 있는 측정치를 표시하는 제 2 표시수단(34)과, 사용자가 입력시키고자 하는 측정데이터가 장비본체의 CPU(26)에 메모리되도록 신호를 부여하는 신호입력수단(40)을 포함하는 비파괴방식 측정/검사장비를 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허공개 제 1997-62687호 및 제2002-60124호와 같이, 종래의 초음파를 이용한 비파괴 검사장치는, 초음파의 전달 시간을 물체의 크기로 적분한 후, 초음파의 전달 시간만을 계산하여 비금속 재료의 특성을 측정하도록 구성되어 있으나, 초음파 속도에 따른 건전도 조사와 비금속 재료의 표면으로부터의 균열만을 측정할 수 있을 뿐, 비금속 재료의 내부적인 특성과 결함의 위치 및 크기 등을 정확히 측정할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 공장 및 건설 현장 등의 각종 건축 구조물에 사용되는 모든 비금속 재료에 대한 내부적인 특성, 건전도 및 결함의 위치와 크기를 검사한 후, 디스플레이부를 통해 결함이 있는 부분의 초음파 파형 및 에너지 파형을 현장에서 실시간으로 디스플레이할 수 있는 비파괴 검사장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비파괴 검사장치는, 초음파를 이용하여 비파괴 재료를 검사하는 비파괴 검사장치로서, 직류전원이 공급된 상태에서 비파괴 재료를 검사하기 위한 전처리 단계를 제어하는 제어수단(110); 송신프로브(122)와 수신프로브(123)를 통해 초음파의 발신 및 수신을 감지하는 감지센서수단(120); 및 상기 제어수단(110)과 감지센서수단(120)의 동작을 제어하는 중앙처리부(133)를 포함하여, 상기 감지센서수단(120)을 통해 감지된 초음파 신호를 분석 및 디스플레이하는 분석수단(130)을 포함하되, 상기 제어수단(110)은, 직류전원을 교류전원으로 변환하는 클럭발생부(112)와, 상기 클럭발생부(112)에서 발생되는 교류전원을 시간 단위로 분리하는 전치분주기(113)와, 상기 전치분주기(113)로부터의 신호를 상기 수신프로브(123)로 전달하는 동기화부(114)와, 상기 분석수단(130)의 중앙처리부(133)의 명령에 따라 상기 제어수단(110)의 기능을 제어하는 상태제어부(116)를 포함하고, 상기 감지센서수단(120)은, 상기 동기화부(114)에서 전달되는 교류신호의 처음과 끝을 표시하고 이를 전달하는 트리거신호부(121)와, 상기 트리거신호부(121)로부터 전달된 교류신호를 초음파 신호로 발생시키는 송신프로브(122)와, 비파괴 재료를 통과한 초음파 신호를 감지하여 아날로그 신호로 출력하는 수신프로브(123) 및 상기 수신프로브(123)로부터 감지된 초음파 신호를 상기 트리거신호부(121)에서 표시된 타이밍과의 비교를 통해 초음파가 검사 대상물(200)을 통과하는데 걸린 시간을 계산하고, 이를 상기 분석수단(130)에 전달하는 카운터부(124)를 포함하며, 상기 분석수단(130)은, 상기 감지센서수단(120)의 수신프로브(123)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(131)와, 상기 A/D 변환부(131)를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 일시 저장하고, 상기 카운터부(124)에서 전달되는 시간에 맞게 데이터를 가공하는 데이터버퍼(132)와, 상기 데이터버퍼(132)에서 전달되는 데이터를 분석함과 동시에 전체 동작을 제어하는 중앙처리부(133)와, 상기 중앙처리부(133)를 통해 분석된 결과를 각종 파형으로 화면에 출력하는 디스플레이부(134)를 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비파괴 검사장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 4는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 사용예를 나타내는 도면이다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치를 통해 획득되어 출력되는 초음파 파형을 나타내는 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치를 통해 획득되어 출력되는 초음파 에너지를 나타내는 그래프이다.
또, 도 7은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 하나의 측정예를 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 다른 측정예를 나타내는 도면이며, 도 9는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 또 다른 측정예를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치(100)는 비파괴 재료, 예컨대 플라스틱, 석재, 나무 및 콘크리트 등과 같은 물질을 검사하 기 위한 전처리 단계를 제어하는 제어수단(110), 초음파의 발신 및 수신을 감지하는 감지센서수단(120) 및 상기 감지센서수단(120)을 통해 감지된 초음파 신호를 디지털신호로 변환하여 분석 및 디스플레이함과 동시에 저장하기 위한 분석수단(130)을 포함한다.
여기서, 상기 제어수단(110)은 전원공급부(111), 클럭발생부(112), 전치분주기(113), 동기화부(114), 키입력부(115) 및 상태제어부(116)로 구성되고, 상기 감지센서수단(120)은 트리거신호부(121), 송신프로브(122), 수신프로브(123) 및 카운터부(124)로 구성되며, 상기 분석수단(130)은 A/D 변환부(131), 데이터버퍼(132), 중앙처리부(133), 디스플레이부(134), 저장부(135) 및 통신포트(136)로 구성된다.
구체적으로, 상기 제어수단(110)은, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치(100)에 전원을 공급하는 전원공급부(111)와, 상기 감지센서수단(120)의 송신프로브(122)에 공급하기 위해 상기 전원공급부(111)로부터 공급되는 직류전원을 500V~1200V의 교류전원으로 변환하는 클럭발생부(112)와, 상기 클럭발생부(112)에서 발생되는 연속적인 교류전원을 수십㎲ ~ 수십㎳ 동안의 시간 단위로 분리하는 전치분주기(113)와, 상기 전치분주기(113)로부터의 신호를 상태제어부(116)에서 제어하여 상기 감지센서수단(120)의 수신프로브(123)로 전달하는 동기화부(114)와, 비파괴 검사와 관련된 각종 명령을 입력하는 키입력부(115) 및 상기 분석수단(130)의 중앙처리부(133)의 명령에 따라 각 부(111 내지 115)의 기능을 제어하는 상태제어부(116)를 포함한다.
또한, 상기 감지센서수단(120)은, 상기 제어수단(110)의 동기화부(114)에서 전달되는 교류신호의 처음과 끝을 표시하고 이를 전달하는 트리거신호부(121)와, 상기 트리거신호부(121)로부터 전달된 교류신호를 초음파 신호로 발생시키는 송신프로브(122)와, 비파괴 재료, 즉 검사 대상물을 통과한 초음파 신호를 감지하여 아날로그 신호로 출력하는 수신프로브(123) 및 상기 수신프로브(123)로부터 감지된 초음파 신호를 상기 트리거신호부(121)에서 표시된 타이밍과의 비교를 통해 초음파가 검사 대상물을 통과하는데 걸린 시간을 계산하고, 이를 상기 분석수단(130)의 데이터버퍼(132) 및 중앙처리부(133)에 전달하는 카운터부(124)를 포함한다.
또, 상기 분석수단(130)은, 상기 감지센서수단(120)의 수신프로브(123)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(131)와, 상기 A/D 변환부(131)를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 일시 저장하고, 상기 카운터부(124)에서 전달되는 시간에 맞게 데이터를 가공하는 데이터버퍼(132)와, 상기 데이터버퍼(132)에서 전달되는 데이터를 분석하고, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치(100)의 전체 동작을 제어하는 중앙처리부(133)와, 상기 중앙처리부(133)를 통해 분석된 결과를 각종 파형으로 화면에 출력하는 디스플레이부(134)와, 상기 중앙처리부(133)를 통해 분석된 데이터를 저장하는 저장부(135) 및 상기 저장부(135)를 통해 저장된 각종 현장의 데이터를 PC로 전송하는 통신포트(136)를 포함한다.
이때, 상기 디스플레이부(134)는 각종 초음파 파형 및 초음파 에너지 파형을 LCD 화면에 디스플레이하는 오실로스코프인 것이 바람직하다.
한편, 도 2 내지 도 9를 참조하여 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4에 나타낸 바와 같이, 각종 건축 구조물 중에서 검사하고자 하는 검사 대상물(200)에 송신프로브(122)와 수신프로브(123)을 접촉시킨다.
이후, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치(100)의 전원공급부(111)를 통해 전원을 공급한 상태에서, 동기화부(114)는 송신 프로브(122)를 통해 연속적으로 발생되는 트리거 신호를 기준으로 하여 카운터부(124)를 구동하게 된다.
다음에, A/D 변환부(131)는 수신프로브(123)로부터의 아날로그 신호를 디지털화하여 데이터버퍼(132)에 임시저장한다.
이때, 송신프로브(122)에서 발신된 초음파가 검사 대상물(200)을 통과한 후 수신프로브(123)에 수신될 때, 초기 초음파의 기준선 이상의 진폭을 가지는 파형이 입력시에는, 카운터부(124)가 데이터버퍼(132)에 데이터를 저장함과 동시에 중앙처리부(133)에 초음파 도달시간을 송출한다.
그 다음, 데이터버퍼(132)는 카운터부(124)의 저장명령에 따라 기저장된 A/D 변환 데이터를 삭제하고, 상기 저장명령 이후에 일정시간 변환된 디지털 데이터를 중앙처리부(133)로 전송한다.
이후, 중앙처리부(133)는 상기 데이터버퍼(132)를 통해 전송된 디지털 데이터를 분석한 후, 그 결과를 디스플레이부(134)를 통해 출력함과 동시에 저장부(135)에 저장하며. 상기 저장부(135)에 저장된 각종 현장의 구조물에 대한 데이터를 통신포트(136)를 통해 PC로 전송하여 관리한다.
즉, 종래의 초음파를 이용한 비파괴 검사장치는 초음파 발생프로브와 초음파 수신프로브가 일대일의 방식으로 검사 대상물의 초음파 전달거리를 알고 있는 경우 에, 그 전달시간을 측정하여 속도를 계산하는 방식인 반면, 본 발명의 비파괴 검사장치는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 수신프로브(123)에서 초기 초음파를 포함한 모든 초음파 신호(220)를 수신하되, 초기 파형이 디스플레이부(134)를 통해 디스플레이 될 때까지의 모든 데이터는 쓸모없는 데이터이므로, 초기 파형이 디스플레이 될 때까지 시간을 측정하고 있다가 유효 초기 초음파가 도달한 후에 데이터를 취득하고, 이와 동시에 디스플레이부(134)에서는 감지된 초음파 파형을 디스플레이부(134)를 통해 실시간으로 디스플레이한다.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 비파괴 검사장치(100)를 통해 검사 대상물의 결함의 크기와 위치를 계속적으로 조사할 때에는, 디스플레이부(134)에 나타나는 파형에서 에너지가 급속히 감소하는 부분이 검사 대상물(200)에서 결함부분(210)이 있는 위치인 것으로 판단한다.
즉, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치는 초음파 파형의 진폭 및 초음파 에너지를 디스플레이부(134)를 통해 디스플레이되도록 함으로써, 조사자가 각종 검사 대상물(200) 내의 내부결함(210)의 위치 및 크기 등을 정확히 확인할 수 있다.
한편, 본 발명의 비파괴 검사장치(100)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 검사 대상물(200) 중에서 결함부분(210)이 있는 일측에 송신프로브(122)를 접촉 및 위치시키고, 상기 결함부분(210)이 있는 타측에 송신프로브(122)와 대향되게 수신프로브(123)를 배치한 후, 초음파(220)를 발신하여 검사를 수행할 수 있다.
또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 검사 대상물(200) 중에서 결함부분(210)이 있는 일측에 송신프로브(122a)를 접촉 및 위치시키고, 상기 결함부분(210)이 있는 타측에 송신프로브(122a)와 대각선으로 수신프로브(123b)를 배치한 후, 초음파(220)를 발신하여 검사를 수행할 수도 있다.
즉, 조사하고자 하는 결함부분(210)의 위치와 각도에 따라 선택적으로 송신프로브(122a) 및 수신프로브(123b)를 사용할 수 있다.
또, 도 9에 나타낸 바와 같이, 결함부분(210)에 대한 검사의 정확성 및 검사 시간의 단축을 위해, 검사 대상물(200) 중에서 결함부분(210)이 있는 일측에 하나의 송신프로브(122)를 접촉 및 위치시키고, 상기 결함부분(210)이 있는 타측에 송신프로브(122)와 대향되게 수신프로브(123)를 배치하고, 아울러 또 다른 각도 지점에 다른 수신프로브(123a 및 123b)를 배치한 후, 초음파(220)를 발신하여 검사를 수행할 수도 있다.
즉, 조사하고자 하는 결함부분(210)의 위치와 각도에 따라 선택적으로 하나의 송신프로브(122)와 복수개의 수신프로브(123, 123a 및 123b)를 사용할 수 있다.
여기서, 상기 수신프로브(123, 123a 및 123b)는 검사 대상물(200) 내의 결함부분(210)의 결함 위치와 크기에 따라, 180°, 90°, 80°, 70°, 60°, 50°, 45° 및 30° 등을 사용하는 것이 바람직하다.
이상에서는 본 발명의 일실시예에 따라 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경 및 변형한 것도 본 발명에 속함은 당연하다.
즉, 상술한 일실시예에서는 검사 대상물 내의 정상부분의 결함 위치와 크기 에 따라 하나의 송신프로브에 대하여 복수개 각도를 갖는 수신프로브를 배치하는 것으로 설명하고 있지만, 결함 위치와 크기에 따라 복수개의 각도를 갖는 송신프로브를 하나 이상의 수신프로브와 함께 배치할 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치에 따르면, 공장 및 건설 현장 등의 각종 건축 구조물에 사용되는 모든 비금속 재료에 대한 내부적인 특성, 건전도 및 결함의 위치와 크기를 검사한 후, 결함이 있는 부분의 초음파 파형 및 에너지 파형을 디스플레이부를 통해 정상부분과 다르게 표시함으로써, 현장에서 곧 바로 결함 부분을 검사할 수 있다.
또한, 송신프로브 및 수신프로브를 조사하고자 하는 결함부분의 위치와 각도에 따라 선택적으로 사용하고, 하나의 송신프로브에 다른 각도를 갖는 복수개의 수신브로브를 사용함으로써, 결함이 있는 부분을 정확히 검사함과 동시에 검사 시간을 단축시켜, 결함부분의 보수 및 보강작업을 신속히 수행할 있다.

Claims (5)

  1. 초음파를 이용하여 비파괴 재료를 검사하는 비파괴 검사장치로서,
    직류전원이 공급된 상태에서 비파괴 재료를 검사하기 위한 전처리 단계를 제어하는 제어수단(110); 송신프로브(122)와 수신프로브(123)를 통해 초음파의 발신 및 수신을 감지하는 감지센서수단(120); 및 상기 제어수단(110)과 감지센서수단(120)의 동작을 제어하는 중앙처리부(133)를 포함하여, 상기 감지센서수단(120)을 통해 감지된 초음파 신호를 분석 및 디스플레이하는 분석수단(130)을 포함하되,
    상기 제어수단(110)은, 직류전원을 교류전원으로 변환하는 클럭발생부(112)와, 상기 클럭발생부(112)에서 발생되는 교류전원을 시간 단위로 분리하는 전치분주기(113)와, 상기 전치분주기(113)로부터의 신호를 상기 수신프로브(123)로 전달하는 동기화부(114)와, 상기 분석수단(130)의 중앙처리부(133)의 명령에 따라 상기 제어수단(110)의 기능을 제어하는 상태제어부(116)를 포함하고,
    상기 감지센서수단(120)은, 상기 동기화부(114)에서 전달되는 교류신호의 처음과 끝을 표시하고 이를 전달하는 트리거신호부(121)와, 상기 트리거신호부(121)로부터 전달된 교류신호를 초음파 신호로 발생시키는 송신프로브(122)와, 비파괴 재료를 통과한 초음파 신호를 감지하여 아날로그 신호로 출력하는 수신프로브(123) 및 상기 수신프로브(123)로부터 감지된 초음파 신호를 상기 트리거신호부(121)에서 표시된 타이밍과의 비교를 통해 초음파가 검사 대상물(200)을 통과하는데 걸린 시간을 계산하고, 이를 상기 분석수단(130)에 전달하는 카운터부(124)를 포함하며,
    상기 분석수단(130)은, 상기 감지센서수단(120)의 수신프로브(123)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(131)와, 상기 A/D 변환부(131)를 통해 디지털 신호로 변환된 데이터를 일시 저장하고, 상기 카운터부(124)에서 전달되는 시간에 맞게 데이터를 가공하는 데이터버퍼(132)와, 상기 데이터버퍼(132)에서 전달되는 데이터를 분석함과 동시에 전체 동작을 제어하는 중앙처리부(133)와, 상기 중앙처리부(133)를 통해 분석된 결과를 각종 파형으로 화면에 출력하는 디스플레이부(134)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 디스플레이부(134)는 초음파 파형 또는 초음파 에너지 파형을 화면에 디스플레이하는 오실로스코프인 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 송신프로브(122)와 상기 수신프로브(123)는 검사 대상물의 위치와 각도에 따라 선택적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치.
  4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 검사 대상물의 위치와 각도에 따라, 하나의 송신프로브(122)에 대하여 복수개의 각도를 갖는 복수개의 수신프로브(123)가 배치되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수신프로브(123)는 검사 대상물의 위치와 크기에 따라, 180°, 90°, 80°, 70°, 60°, 50°, 45° 및 30°의 각도를 갖는 프로브 중 적어도 하나 이상을 배치하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사장치.
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