KR100802315B1 - 두께측정용 초음파 탐촉자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 탐상장치를 이용한 두께측정용 초음파 탐촉자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원전의 가압기 슬리브(sleeve) 및 각종 튜브(tube) 등과 같이 공간이 협소한 제품 내부에 삽입하여 제품의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 초음파 탐촉자에 관한 것이다.

본 발명에 따른 초음파 탐촉자는, 관 내벽에 수직으로 초음파를 송출 수신하는 초음파 센서; 입구부와, 상기 입구부에 연결되고 상기 초음파 센서가 위치하는 하우징부를 구비하는 탐촉부; 상기 하우징부에 연결되고, 표면에 눈금이 표시되어 있는 가이드바; 및 상기 가이드바에 연결되어 있는 손잡이부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

초음파 탐촉자, 관 두께 측정, 탐촉자 센서

Description

두께측정용 초음파 탐촉자 {Ultrasonic transducer for measuring thickness}

도 1은 종래의 초음파 탐촉자를 이용한 두께 측정 방법을 나타내는 모식도이다.
도 2는 용접에 의해 변형된 관 두께를 측정하는 모습을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파 탐촉자의 제1실시예를 나타낸다.
도 4는 도 3의 초음파 탐촉자의 주요 부분 확대도이다.
도 5는 도 3의 초음파 탐촉자의 사시도이다.
도 6은 도 3의 초음파 탐촉자를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 초음파 탐촉자의 제2실시예를 나타낸다.
도 8은 도 7의 초음파 탐촉자의 주요 부분 확대도이다.
도 9는 도 7의 초음파 탐촉자를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 초음파 탐촉자를 사용하여 관의 두께를 측정하는 모습을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,1a...초음파 센서, 2...탐촉부,
21,21a...입구부, 22,22a...하우징부,
211...덮개부, 2111...슬릿,
221...탄성부재, 222...지지부,
221a...몸통부, 222a...지지부,
3,3a...가이드바, 4,4a...손잡이부.

본 발명은 초음파 탐상장치를 이용한 두께측정용 초음파 탐촉자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원전의 가압기 슬리브(sleeve) 및 각종 튜브(tube) 등과 같이 공간이 협소한 제품 내부에 삽입하여 제품의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 초음파 탐촉자에 관한 것이다.
철강 제품에 초음파 탐상장치를 이용하여 두께측정을 하는 현재의 방식은 그 정밀도가 약 ±0.1mm 이상의 오차를 지니고 있으며, 사람이 접근 가능한 부위에서만 측정을 할 수 있었다. 또한, 두께측정 전용 디지털 초음파두께측정기는 일반 초음파 탐상장치에 비하여 정밀도가 뛰어나지만 제품의 국부적인 미세한 두께 변화를 파악하기 어려우며, 측정된 두께에 대한 측정값을 수치로만 읽을 수 있어 측정위치 이동에 따른 미세한 두께 변화를 감지할 수 없었다.
특히, 도 1의 원전 가압기 슬리브 등과 같이 측정 대상 제품을 다른 구조물 틈에 삽입시켜 외부에서 용접하는 과정에서 변형이 발생한 경우, 탐촉자를 슬리브 내부에 삽입시킬 수 없으므로 변형된 두께 변화를 측정할 만한 장치가 없었다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 두께 측정 대상 제품(슬리브)이 놓여 있을 경우, 현재의 두께측정 탐상장치 및 탐상기법으로는 두께측정 불가 부위가 발생하고. 두께측정 가능한 부위도 기존의 두께측정 방식으로 검사를 수행할 경우 그 정밀도가 떨어져 고객이 요구하는 수준의 두께측정 데이터를 얻을 수 없었다.
또한, 원자력발전소에 설치되는 가압기 슬리브에서 용접으로 인하여 도 2에 도시된 바와 같이 변형이 발생하였으며, 이를 해결하기 위한 방안으로 변형된 부위를 가공하여 슬리브 내경을 확관하는 작업을 수행하였고, 가공 후 잔여 두께에 대한 확인이 요구되었으나 슬리브 잔여 두께를 측정할 방법이 없었다.
만약, 도 2의 변형 발생 부위에 대한 두께측정 검정 방법을 강구하여 고객의 승인을 받지 못할 경우, 변형된 슬리브는 모두 제거하고 다시 제작하는 실정이므로, 제작 일정 지연 및 제품 신뢰성에 상당한 문제점이 예상되었다.
또한, 초음파 탐상장치를 이용한 기존의 두께 측정 방식은 제품의 외부에서 초음파신호를 수집하여 두께를 측정하는 기법으로, 슬리브 및 튜브 등의 관제품이 다른 제품에 조립되어 있을 경우 튜브 내면에 접근하여 특정 부위를 정확히 찾아낸 후 그 부위의 두께측정을 하는 것이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 원전의 가압기 슬리브(sleeve) 및 각종 튜브(tube) 등과 같이 공간이 협소한 제품 내부에 삽입하여 제품의 두께를 정밀하게 측정할 수 있는 초음파 탐촉자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초음파 탐촉자는, 관 내벽에 수직으로 초음파를 송출 수신하는 초음파 센서; 입구부와, 상기 입구부에 연결되고 상기 초음파 센서가 위치하는 하우징부를 구비하는 탐촉부; 상기 하우징부에 연결되고, 표면에 눈금이 표시되어 있는 가이드바; 및 상기 가이드바에 연결되어 있는 손잡이부를 포함하며, 상기 입구부는 원뿔형상의 덮개부로 덮여 있으며, 상기 덮개부는 복수 개의 슬릿이 일단으로부터 형성되어 있고, 직경 방향 바깥쪽으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징부에는 복수 개의 지지부가 결합되어 있고, 상기 지지부는 탄성부재에 의하여 상기 하우징부의 직경 방향 바깥쪽으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부의 수는 2개인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하우징부는 몸통부와 지지부로 구분되고, 상기 지지부는 탄성부재에 의하여 상기 몸통부와 멀어지는 방향으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 한다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제1실시예
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 탐촉자는, 초음파 센서(1)와, 상기 초음파 센서(1)가 위치하는 탐촉부(2)와, 상기 탐촉부(2)에 연결되는 가이드바(3)와, 상기 가이드바(3)에 연결되는 손잡이부(4)로 구성되어 있다.
상기 초음파 센서(1)는 관 내벽에 수직으로 초음파를 송출 수신하도록 상기 탐촉부(2)에 배치되어 있다. 상기 초음파 센서(1)는 다음과 같은 특성을 가지고 있다.
ㆍ고분해능
ㆍ펄스폭 최소화, 밴드폭 최대화
ㆍRF signal cycle 수 최소화
ㆍHigh peak to peak amplitude (Vpp)
도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 탐촉부(2)는 입구부(21)와, 상기 입구부(21)에 연결되고 상기 초음파 센서(1)가 위치하는 하우징부(22)로 구성되어 있다.
상기 입구부(21)는 공간(G)을 형성하면서 대략 원뿔형상의 덮개부(211)로 덮여 있다. 그리고 상기 덮개부(211)는 복수 개의 슬릿(2111)이 일단으로부터 형성되어 있고, 상기 입구부(21)의 직경 방향 바깥쪽으로 탄성을 가지도록 이루어져 있다. 즉, 상기 입구부(21)가 상기 덮개부(211)의 직경보다 작은 관 내부로 삽입될 때, 상기 덮개부(211)는 관 내경에 맞게 오므라들면서 관 내면에 밀착됨으로써, 초음파 탐촉자가 관의 길이 방향으로 관과 평행하게 유지되도록 한다.
상기 하우징부(22)에는 복수 개의 지지부(222)가 결합되어 있는 것이 바람직하다. 도 4에는 2개의 지지부(222)가 결합되어 있는 구성이 예시되어 있다. 여기서, 상기 지지부(222)는 스프링과 같은 4개의 탄성부재(221)에 의해 상기 하우징부(22)의 직경 방향 바깥쪽으로 탄성(복원력)을 가진다. 한편, 상기 지지부(222)가 상기 하우징부(22)의 직경 방향 바깥쪽으로 탄성을 가지도록 하는 것에는 여러 가지 방법이 사용될 수 있는데, 도 4에는, 상기 탄성부재(221)의 일단을 상기 하우징부(22)에 고정하고, 타단을 상기 지지부(222)에 고정하면 된다. 이를 통하여, 본 초음파 탐촉자를 관 내부에 삽입시, 상기 지지부(222)는 상기 탄성부재(221)를 압축하는 방향으로 움직이게 되고, 상기 지지부(222)의 정상부(2221)가 관 내부에 접촉함으로써, 결과적으로 상기 하우징부(22)는 관 내부에서 안정적으로 지지된다. 도 5 및 도 6에는 상술한 구성의 이해를 용이하게 하기 위한 상기 탐촉부(2)의 확대 사진이다.
상기 가이드바(3)는 긴 막대 형상을 하고 있고, 상기 하우징부(22)에 연결된다. 또한, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 가이드바(3)의 표면에는 눈금이 새겨져 있는데, 이는 상기 초음파 센서(1)가 두께를 측정하고자 하는 부위에 정확하게 도달하였는지의 여부를 파악하는 것을 용이하게 하여, 결과적으로 상기 초음파 센서(1)의 위치와 이동거리를 정확하게 파악할 수 있도록 하기 위함이다.
상기 손잡이부(4)는 손으로 쉽게 잡을 수 있도록 십자가 형상을 하고 있으며, 상기 가이드바(3)의 일단에 연결되어 있다.
제2실시예
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 초음파 탐촉자의 또 다른 실시예를 나타내고 있다. 제1실시예와 중복되는 구성에 대한 설명은 생략하고, 차이 나는 부분에 대해서만 이하에서 설명한다.
상기 탐촉부(2a)는 입구부(21a)와, 상기 입구부(21a)에 연결되고 초음파 센서(1a)가 위치하는 하우징부(22a)로 구성되어 있다.
상기 하우징부(22a)는 몸통부(221a)와 지지부(222a)로 구분되고, 상기 지지부(222a)는 탄성부재 예컨대, 스프링(223a)에 의하여 상기 몸통부(221a)와 멀어지는 방향으로 탄성을 가진다. 이를 통하여, 본 초음파 탐촉자를 관 내부에 삽입시, 상기 지지부(222a)는 상기 탄성부재(221a)를 압축하는 방향으로 움직이면서, 관 내부에서 안정적으로 밀착 지지된다. 따라서, 상기 하우징부(22a)는 관의 길이방향으로 평행하게 안착되며, 결과적으로 상기 초음파 센서(1a)로부터 발생하는 초음파는 관 내벽에 수직으로 송출 수신되도록 함으로써, 본 초음파 탐촉자에 의한 관 두께의 측정 정밀도는 향상하게 된다.
도 10에는 이러한 초음파 탐촉자를 사용하여 관 두께 측정을 하는 모습이 도시되어 있다.
초음파 탐촉자를 원하는 위치에 배치한 다음, 상기 초음파 센서(1)로부터 초음파를 송출 수신하여, 케이블로 서로 연결되어 있는 초음파 탐상장치(S)를 통하여 원하는 위치의 관 두께를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명에 의하면, 슬리브 또는 튜브 등과 같은 관 내부에서 관 두께를 정밀하게 측정할 수 있다.
종래와는 달리 관(슬리브)을 교체할 필요없이 관 두께를 측정할 수 있으므로, 교체 비용 절감, 납기 단축의 효과를 얻을 수 있다.
초음파 탐촉자의 구조가 관의 내부에서 관 두께를 측정할 수 있도록 설계되어 있으므로, 초음파 탐촉자의 특성에 맞게 초음파 탐상장치의 펄스 기능을 조작해서 관 두께를 약 ±0.01mm 의 정밀도로 측정할 수 있다.

Claims (6)

1. 초음파 탐상장치에 케이블로 연결되어 관 두께 측정에 사용되는 초음파 탐촉자에 있어서,

   상기 관 내벽에 수직으로 초음파를 송출 수신하는 초음파 센서;

   입구부와, 상기 입구부에 연결되고 상기 초음파 센서가 위치하는 하우징부를 구비하는 탐촉부;

   상기 하우징부에 연결되고, 표면에 눈금이 표시되어 있는 가이드바; 및

   상기 가이드바에 연결되어 있는 손잡이부;

   를 포함하며,

   상기 입구부는 원뿔형상의 덮개부로 덮여 있으며, 상기 덮개부는 복수 개의 슬릿이 일단으로부터 형성되어 있고, 직경 방향 바깥쪽으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 하우징부에는 복수 개의 지지부가 결합되어 있고, 상기 지지부는 탄성부재에 의하여 상기 하우징부의 직경 방향 바깥쪽으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.
4. 제3항에 있어서,

   상기 지지부의 수는 2개인 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.
5. 제1항에 있어서,

   상기 하우징부는 몸통부와 지지부로 구분되고, 상기 지지부는 탄성부재에 의하여 상기 몸통부와 멀어지는 방향으로 탄성을 가지는 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자.
6. 삭제

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