KR100817615B1 - 물체의 결함을 측정하기 위한 레이저 유도 초음파 검사장치 및 그 구현 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물체의 결함을 측정하기 위한 레이저 유도 초음파 검사 장치 및 그 구현 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 이용한 비접촉 방식으로 물체의 표면을 스캔하고 결함의 위치, 폭과 같은 결함 정보를 측정하는 레이저 유도 초음파 검사 장치 및 그 구현 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 물체 결함 측정 장치는 펄스 레이저 빔을 상기 물체의 조사 영역 표면에 전파하여 초음파를 유도하는 초음파 유도 모듈, 복수의 발진 레이저 빔을 상기 물체에 발사하여 상기 유도된 복수의 초음파 신호 정보를 추출하는 초음파 신호 검출 모듈, 및 상기 검출된 초음파 신호 정보로부터 상기 결함의 정보를 측정하는 초음파 신호 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 비접촉 방식으로 초음파를 발생시키고 물체의 결함을 조사함으로써 결함의 위치나 폭도 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

초음파, 결함, 비접촉, SLS 기법, 이중 파동 혼합 간섭계

Description

물체의 결함을 측정하기 위한 레이저 유도 초음파 검사 장치 및 그 구현 방법{LASER-INDUCED ULTRASONIC APPARATUS FOR MEASURING DEFECTS OF SUBSTANCE AND THE IMPLEMENTED METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 물체 결함 측정 장치를 도시한 블록도이다.

도 2는 도 1의 결함 측정을 위한 본 발명의 제1 타입의 물체 결함 측정 장치의 구성 예이다.

도 3은 도 1의 장치를 이용하여 물체 결함 측정 장치를 이용하여 측정 시편의 결함을 측정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복수 개의 초음파 유도 모듈을 이용한 고속 측정이 가능한 제1 타입의 물체 결함 측정 장치의 내부 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 4에 따른 복수 개의 초음파 유도 모듈을 이용한 물체 결함 측정 장치를 이용하여 측정 시편의 결함을 정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른, 광파이버에 결합된 조사용 집속 광학계 및 측정용 집속 광학계를 통합시켜 하나의 이송 장치에서 동작되는 제2 타입의 물체 결함 측정 장치의 내부 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 도 6에 따른, 물체 결함 측정 장치를 이용하여 측정 시편의 결함을 측정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른, 결함 측정 방법의 실험 결과를 차트로 도시한 그래프이다.

도 9는 본 발명에 따른, 다수의 결함 측정 실험 결과를 이용하여 초음파 신호로 검출하는데 사용되는 실험 결과를 차트로 도시한 그래프이다.

도 10은 본 발명에 따른, 물체의 결함을 측정하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다.

도 11은 본 발명에 따른, 물체의 결함을 측정하는 방법을 수행하는 데 채용될 수 있는 범용 컴퓨터 장치의 내부 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 물체 결함 측정 장치 110: 초음파 유도 모듈

120: 초음파 신호 검출 모듈 130: 초음파 신호 처리 모듈

140: 중앙 제어 모듈

1, 65: 1차원 이송 장치 2: 2차원 이송 장치

3, 22: 빔가르개 11: 펄스 레이저

12: 셔터 13: 중성 농도 필터

14, 16, 23, 32, 61, 63: 거울

15, 62: 빔 샘플러 17, 26, 29, 64: 집속 렌즈

18: 측정 시편 21: 연속 발진 레이저

24, 27: 편광 빔가르개 25, 28: 1/4 파장판

30: 광굴절 결정 31: 반파장판

33: 영상 렌즈 34, 35: 고이득 광센서

36, 37: 고속 A/D 변환기 38, 39: 정보 추출기

41: 중앙 제어 컴퓨터 42: 모터 드라이버

43: 중첩 방지기 51, 53, 55: 광센서

52: 트리거 장치 54, 56: A/D 변환기

66, 67: 블록 71, 72, 73: 광결합기

74, 75, 76: 광파이버 77: 조사용 집속 광학계

78, 79: 집속 광학계

본 발명은 물체의 결함을 측정하기 위한 레이저 유도 초음파 검사 장치 및 그 구현 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파를 이용한 비접촉 방식으로 물체의 표면을 스캔하고 결함 정보를 측정하는 레이저 유도 초음파 검사 장치 및 그 구현 방법에 관한 것이다.

오늘날 재료의 결함을 비파괴 방식으로 측정하는 물체 결함 측정 장치는 산업용 또는 실험용으로 널리 이용되고 있으며 그 연구 또한 활발하게 진행되면서 다양한 방법의 측정 장치가 개발되고 있다.

특히, 레이저 유도 초음파 장치(Laser-induced ultrasonic apparatus)를 이용한 결함 검출 장치는 기존의 접촉식 탐촉자(transducer)를 사용하는 초음파 검사 장치에 비해 비접촉식으로 초음파를 발생 및 검사 동작을 수행할 뿐만 아니라, 광대역 신호를 발생시켜서 측정할 수 있다는 장점이 있다.

이에, 물체의 결함을 검출하기 위한 방법을 개시하고 있는 선행기술로는 미국 특허 제6,725,721호, 미국 특허 제6,643,005호, 일본 특허 제2002-228638호가 있다.

미국 특허 제6,725,721호(Ultrasonic multi-element transducers and methods for testing)은 결함 검출을 위한 복수 개의 탐촉자를 이용하여 1회 측정시 다양한 지점에서의 초음파를 측정하는 구성을 개시하고 있다. 하지만, 본 미국 특허에서는 관찰 또는 촬영하는 대상의 세부를 상으로 판별하는 공간 분해능이 떨어지므로 미소한 결함을 측정하기 위하여 스캔을 할 수 없는 단점이 있다.

미국 특허 제6,643,005호(Line sensing device for ultrafast laser acoustic inspection using adaptive optics)는 극초단파 레이저 빔을 서로 지연(delay)를 주고 원통형 렌즈(Cylindrical lens)를 사용하여 선형 포토 다이오드 어레이(Linear photodiode array)로 선모양을 감지하여 필름의 두께를 측정하는 구성을 개시하고 있다.

일본 특허 제2002-228638호(레이저 초음파 검사 장치 및 레이저 초음파 검사 방법)에서는 갈바노 거울을 사용하여 물체에 초음파를 발생시키고 물체에 전파되는 초음파의 에코로부터 빛 주파수의 변위를 검출하는 방법을 개시하고 있다. 하지 만, 본 일본 특허에서는 레이저 빔의 물체 결함을 조사하는 각도에 따른 초음파 발생량의 변화가 심하다는 단점이 있다.

결국, 선행 기술을 이용하여 물체 결함을 측정하는 경우, 이상에서 언급한 단점과 더불어 종래 탐촉기를 이용하면 스캔이 어려울 뿐만 아니라 물체 결함의 유무와 깊이 정보를 획득할 수는 있으나 결함의 폭 정보는 추출하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 물체 결함을 측정하기 위하여 결함 부분을 용이하게 스캔할 수 있도록 하고 결함의 일반 정보뿐만 아니라 결함의 위치 및 폭 등도 측정할 수 있는 기능을 제공하는 새로운 기술의 출현이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비접촉 방식으로 초음파를 발생시키고 물체의 결함을 조사함으로써 결함의 위치 또는 폭도 측정할 수 있도록 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 복수 개의 조사용 레이저 장치를 사용하여 다수의 결함 측정 결과를 단시간에 수집함으로써 보다 신속하게 결함 정보를 추출할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 조사용 레이저 장치 및 측정용 레이저 장치를 물리적으로 하나의 모듈에 배치함으로써 각 레이저 장치의 동작이 함께 발생할 수 있도록 하고 결함 측정 결과의 정밀도를 높일 수 있도록 하는 것이다.

상기의 목적을 달성하고 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 물체 결함 측정 장치는 펄스 레이저 빔을 상기 물체의 조사 영역 표면에 전파하여 초음파를 유도하는 초음파 유도 모듈, 복수의 발진 레이저 빔을 상기 물체에 발사하여 상기 유도된 복수의 초음파 신호 정보를 추출하는 초음파 신호 검출 모듈, 및 상기 검출된 초음파 신호 정보로부터 상기 결함의 정보를 측정하는 초음파 신호 처리 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 "간섭계(interferometer)"는 동일 광원에서 나오는 빛을 적당한 방법으로 둘 또는 그 이상의 광행로로 나누고, 그것을 겹쳐서 간섭시켜 그 간섭 무늬를 관측하는 장치를 의미한다. 빛의 간섭 현상을 이용한 측정기로서, 광원으로는 여러 단색광을 사용한다. 일반적으로 계측 대상을 통과한 빛과 통과하지 않은 기준빛과의 간섭정보를 이용한다. 또한, 간섭계는 파장의 측정, 길이, 거리의 정밀한 비교, 광학적 거리의 비교 등에 이용하며 그 일례로서 간섭 분광기와 간섭 굴절계를 들 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 물체 결함 측정 장치에 대한 다양한 실시예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른, 물체 결함 측정 장치를 도시한 블록도이다.

도 1에서 도시한 것과 같이, 물체 결함 측정 장치(100)는 초음파 유도 모듈(110), 초음파 신호 검출 모듈(120), 초음파 신호 처리 모듈(130), 및 중앙 제어 모듈(140)을 포함할 수 있다. 이하, 각 구성 요소 별로 그 기능을 설명한다.

초음파 유도 모듈(110)은 조사용 레이저 빔을 조사하여 초음파를 유도한다. 상기 조사용 레이저 빔으로서 펄스 레이저 빔을 사용할 수 있다. 상기 펄스 레이저 빔은 점형(Spot) 또는 선형(Linear)의 레이저 빔을 사용할 수 있으며 초음파 유도 기능 및 물체 표면 스캔 기능을 포함할 수 있고 하나 이상 구비하여 레이저 빔을 조사할 수도 있다.

또한, 상기 펄스 레이저 빔은 상기 물체에서 조사하고자 하는 영역(이하, 조사 영역)을 스캔하고 스캔 동작은 편도 또는 왕복으로 이동할 수 있다.

이 때, 상기 조사용 레이저 빔을 상기 물체의 조사 영역에 스캐닝하기 위한 이송 수단을 포함할 수 있다. 상기 이송 수단은 상기 조사용 레이저 빔을 1차원 또는 2차원으로 스캐닝하도록 움직일 수 있다. 즉, 상하(또는 좌우)로 움직일 수 있고 거기에 전후로도 움직일 수 있도록 제어하여 보다 세밀한 측정이 가능하도록 할 수 있다.

초음파 신호 검출 모듈(120)은 복수의 측정용 레이저 빔을 상기 물체에 발사하여 상기 유도된 복수의 초음파 신호 정보를 추출한다. 상기 측정용 레이저 빔으로서 연속 발진 레이저 빔을 사용할 수 있다. 상기 결함을 측정하기 위하여 이중 파동 혼합 간섭계(Two-wave mixing interferometer)를 형성하고, 상기 초음파 신호 정보를 추출하기 위하여 조사 영역은 복수 개의 측정용 레이저 빔을 사용한다. 상기 측정용 레이저 빔은 상기 조사용 레이저 빔의 스캔 축 상에서 일정한 간격을 두고 위치할 수 있다. 또한, 상기 측정용 레이저 빔 사이에서 조사용 레이저 빔을 이용하여 결함 부분을 스캔하도록 할 수 있다.

초음파 신호 처리 모듈(130)은 상기 검출된 초음파 신호 정보로부터 상기 결함의 정보를 측정한다. 상기 복수의 초음파 신호 정보를 서로 중첩하여 상기 결함 부분의 시작점 및 종료점을 측정함으로써 결함의 위치나 폭 등을 산출할 수 있다. 따라서, 펄스 레이저 빔에 의해 유도된 초음파가 상기 물체를 전파한 후 간섭계를 감지하여 물체의 결함 또는 열화 상태 등을 검사할 수 있다.

중앙 제어 모듈(140)은 본 발명에서 사용되는 레이저 빔, 신호 정보, 특정 장치의 이동, 분석 동작 등을 제어할 수 있으며 컴퓨터 등을 이용할 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 물체 결함 측정 장치의 예를 설명한다.

도 2는 도 1의 결함 측정을 위한 본 발명의 제1 타입의 물체 결함 측정 장치의 구성 예이다.

초음파 유도 모듈(110)은 결함을 조사하기 위한 대상이 되는 물체(이하, 측정 시편)의 특정 위치에서 초음파를 유도하기 위해 사용되는 펄스 레이저(또는 조사용 레이저) 장치(11)를 구비할 수 있다.

즉, 초음파 유도 모듈(110)을 이용하여 측정 시편(18)의 표면의 위치 A에서 펄스 레이저 빔을 조사하면 상기 측정 시편에 초음파를 유도할 수 있다. 측정 시편(18)에서 결함이 검출되면 그 지점에서 초음파가 반사된다. 상기 반사된 초음파를 측정하기 위해 별도의 레이저 빔 장치(측정용 레이저 빔)를 구비하고 그 장치는 초음파 신호 검출 모듈(120)에 포함될 수 있다.

도 2에서 펄스 레이저 장치(11)는 측정 시편(18)의 위치 A에서 레이저 빔을 조사할 수 있다. 또한, 상기 펄스 레이저 빔을 차단시키거나 통과시키는 기능을 하는 셔터(12), 상기 펄스 레이저 빔의 세기를 조절하는 기능을 하는 중성 농도 필터(Neutral density filter)(13)를 초음파 유도 모듈(110)에 더 포함하여 상기 펄스 레이저 빔을 적절히 제어할 수 있다.

또한, 본원 발명을 구현하기 위해 물체 결함 측정 장치(100)의 내부에서 상기 펄스 레이저 빔의 진행 방향을 변화시킬 필요가 있는 경우 상기 펄스 레이저 빔의 입사 각도 등을 변화시킬 수 있는 하나 이상의 거울(14, 16)을 상기 펄스 레이저 빔이 진행되는 경로에 적절히 배치하고 필요에 따라 그 수를 가감하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 펄스 레이저 빔이 측정 시편(18)에 도달하기 전 일측 위치(A)에 상기 펄스 레이저 빔을 집속하는(focusing) 집속 렌즈(17)를 부가하여 방향을 명확하게 지정할 수 있다. 초음파 유도 모듈(110)에 의해 유도된 초음파 신호 정보를 검출하기 위하여 초음파 신호 검출 모듈(120)을 사용한다.

초음파 신호 검출 모듈(120)은 상기 집속된 펄스 레이저 빔에 의해 유도되어 측정 시편(18)의 표면을 따라 위치 B, 위치 D에 전파된 초음파 신호를 수신하는 간섭계(interferometer)를 포함할 수 있다. 상기 간섭계로서 이중 파동 혼합 간섭계(Two-wave mixing interferometer)를 사용할 수 있다.

상기 간섭계를 형성하기 위해 포함될 수 있는 요소로서 상기 펄스 레이저 빔을 조사하는 기능을 하는 발진 레이저 빔을 발사하는 연속 발진 레이저(또는 측정용 레이저) 장치(21) 및 상기 발진 레이저 빔을 분할하는 빔가르개(22)(또는 빔 분할 장치)를 사용할 수 있다.

상기 발진 레이저 빔은 빔가르개(22)에 의해 반사되는 레이저 빔(이하, 기준빔) 및 투과하는 레이저 빔(이하, 물체빔)으로 분할될 수 있다(도 2에서는 거울(23)을 사용하여 물체빔의 입사 각도가 변환된다.).

상기 기준빔은 광선의 편광을 회전시키는 기능을 하는 반파장판(31)을 거쳐서 광굴절 결정(30)으로 입사될 수 있다. 이 때, 상기 기준빔은 앞서 설명한 거울(32)을 이용하여 광굴절 결정(30)으로 직접 입사되도록 조절될 수 있다.

또한, 상기 물체빔은 레이저 빔을 편광 반사시키는 편광 빔가르개(24)를 거쳐서 상기 편광 반사된 레이저 빔(이하, 제1 물체빔)의 편광 상태를 변화시키는 1/4 파장판(25)으로 이동할 수 있다. 1/4 파장판(25)을 통과한 상기 물체빔은 집속 렌즈(26)를 통해 측정 시편(18)에 집속될 수 있다. 측정 시편(18)에서 산란된 빛을 모은 후 상기 제1 물체빔은 집속 렌즈(26)와 1/4 파장판(25)을 거쳐 편광은 90도 회전되어 편광 빔가르개(24)를 투과한 후 광굴절 결정(30)으로 입사될 수 있다.

또한, 상기 물체빔은 편광 빔가르개(24)를 거쳐서 편광 빔가르개(27)로 이동하고 편광 빔가르개(27)에서 편광 반사된 제2 물체빔은 빔의 편광 상태를 바꾸는 1/4 파장판(28) 및 집속 렌즈(29)를 통해 측정 시편(18)에 집속될 수 있다. 측정 시편(18)에서 산란된 빛을 모은 후 상기 제2 물체빔이 집속 렌즈(29) 및 1/4 파장판(28)을 거쳐 편광 빔가르개(27)에서 반사된 후 편광 빔가르개(24)에서 다시 반사되어 광굴절 결정(30)으로 입사될 수 있다.

초음파 신호 처리 모듈(130)은 광굴절 결정(30)에 입사된 각각의 상기 물체 빔(상기 제1 물체빔, 상기 제2 물체빔) 및 광굴절 결정(30)에서 회절된 상기 기준빔이 형성하는 간섭 무늬를 집속하는 영상 렌즈(33) 및 상기 간섭 무늬를 입사 받아 광신호를 검출하는 고이득 광센서(34, 35)를 각각 통과하게 된다.

또한, 고이득 광센서(34, 35)에서 검출된 광신호는 A/D 변환기(36, 37)에서 각각의 디지털 전기 신호로 변환되어 정보 처리기(38, 39)에서 상기 디지털 전기 신호로 변환된 초음파 신호에서 정보를 각각 추출할 수 있다. 초음파 신호 처리 모듈(130)은 초음파 신호 검출 모듈(120)의 이중 파동 혼합 간섭계에 포함될 수도 있다.

상기 물체빔은 광굴절 결정(30)에 입사되는 경우 상호간에 상이한 각도로 입사됨으로써 상이한 고이득 광센서(34) 및 고이득 광센서(35)에 입사될 수 있다. 즉, 편광 빔가르개(27)는 편광 빔가르개(24)와 비교해 볼 때, 상대적으로 미소한 각도로 틀어져 있어 제1 물체빔이 광굴절 결정(30)에 입사되는 각도와 제2 물체빔이 광굴절 결정(30)에 입사되는 각도가 상이하여 제1 물체빔은 고이득 광센서(35)로 제2 물체빔은 고이득 광센서(34)로 전송되도록 할 수 있다.

중앙 제어 모듈(140)은 물체 결함 측정 장치(100)를 총괄적으로 제어하며 중앙 제어 컴퓨터(41)를 구비할 수 있다. 중앙 제어 컴퓨터(41)는 정보 처리기(38, 39)에서 정보 처리된 초음파 신호 정보를 누적하고 수집하면서 상기 펄스 레이저 빔에 의해 유도된 초음파 신호 및 측정 시편(18)의 결함 부분에서 반사되어 나오는 초음파 신호가 중첩되는 순간을 포착함으로써 상기 결함 부분의 위치, 폭 등을 연산하고 생성할 수 있다.

또한, 중앙 제어 모듈(140)은 상기 펄스 레이저 빔의 발사 위치 및 측정 시편(18)을 이동시키기 위한 이송 장치를 작동시키는 모터 드라이버(42)를 포함할 수 있다. 도 2에서 보는 것과 같이, 모터 드라이버(42)는 상기 펄스 레이저 빔을 이동시키는 1차원 이송 장치(1) 및 상기 측정 시편(18)을 이동시키는 2차원 이송 장치(2)를 제어할 수 있으며 측정 시편(18)상에서 상기 펄스 레이저 빔은 여러 위치에서 결함을 조사할 수 있다. 이하, 중앙 제어 모듈(140) 및 이송 장치에 대한 보다 상세한 동작은 도 3을 참고하여 후술한다.

상기 펄스 레이저 빔이 측정 시편(18)의 일측 위치(A) 지점에서 조사되면 중앙 제어 컴퓨터(41)는 트리거 장치(42)와 연결된 광센서(41)를 이용하여 상기 펄스 레이저 빔의 일부 광신호를 포착하여 초음파 신호를 얻기 위한 동기 신호로 사용할 수 있다. 이 때, 상기 펄스 레이저 빔은 빔 샘플러(15)에 의해 극히 일부의 빔이 블록(66)에서 조사된 후 여러 방향으로 산란 반사해서 흩어지는 현상이 발생할 수 있다.

또한, 중앙 제어 컴퓨터(41)는 상기 조사용 레이저 빔의 출력치를 측정하고, 상기 출력치에 소정의 상수값을 더한 후 그 결과치를 상기 초음파 신호 정보에 반영하여 상기 조사용 레이저 빔의 오차를 보정하는 오차 보정부를 포함할 수 있다. 즉, A/D 변환기(54)에 부착된 광센서(53)에서 획득되는 펄스 레이저 빔의 출력을 측정한 후 상기 측정한 값에 미리 결정된(predetermined) 상수 값을 더한 후 그 결과치를 상기 초음파 신호 값에 나누어 줌으로써 출력 변화에 따른 초음파 신호에서 발생할 수 있는 에러를 보정하도록 할 수 있다.

도 3은 도 1의 물체 결함 측정 장치를 이용하여 측정 시편의 결함을 측정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 3에서 보는 것과 같이, 1차원 이송 장치(1)의 이동에 따라 측정 시편(18)상에서 상기 펄스 레이저 빔의 발사 위치도 이동할 수 있다. 상기 펄스 레이저 빔은 조사 영역(좌측 레이저 수신기부터 우측 레이저 수신기까지)을 왕복하면서 조사 위치를 연속으로 이동시키는 스캔 동작을 실행한다. 상기 조사 영역은 도 1에서 위치 D부터 위치 B까지의 영역을 의미하고, 상기 레이저 수신기는 도 1에서 제1 발진 레이저 빔과 제2 발진 레이저 빔의 위치를 의미할 수 있다.

상기 펄스 레이저 빔이 스캔 동작을 실행하면서 측정 시편(18)의 결함의 위치, 폭 등을 측정할 수 있고 상기 펄스 레이저 빔은 일정 조사 영역을 왕복 운동함으로써 중복 측정을 할 수 있다. 따라서, 상기 결함에 대한 보다 정확한 정보를 생성하고 검증할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 복수 개의 초음파 유도 모듈을 이용한 고속 측정이 가능한 제1 타입의 물체 결함 측정 장치의 내부 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 4에서 보는 것과 같이, 본 발명의 다른 실시예는 초음파 유도 모듈(110)의 펄스 레이저 빔 장치(11)에서 발사되는 펄스 레이저 빔을 둘로 분할하여(제1 펄스 레이저 빔, 제2 펄스 레이저 빔으로 분할) 측정 시편(18)을 스캔하도록 할 수 있다.

또한, 두 개의 조사용 레이저 빔을 사용하는 경우 각 조사용 레이저 빔 별로 이송 장치를 이용할 수 있다. 이 때에는 초음파 유도 모듈(110)에 빔 분할 장치(예컨대, 빔가르개(3)) 및 중첩 방지기(43)를 포함하고, 빔 분할 장치(3)는 상기 조사용 레이저 빔을 분할하고, 중첩 방지기(43)는 상기 분할된 레이저 빔이 소정의 거리 이내로 접근하는 경우 상기 분할된 레이저 빔 중 어느 하나만 조사되도록 제어할 수 있다. 상기 소정의 거리는 3 mm 이하로 설정함으로써 상기 조사용 레이저 빔들이 효율적으로 조사하도록 할 수 있다.

즉, 상기 제1 펄스 레이저 빔은 위치 A에서 측정 시편(18)을 조사하고, 상기 제2 펄스 레이저 빔은 위치 C에서 측정 시편(18)을 조사하도록 할 수 있다.따라서, 빔가르개(3)를 상기 펄스 레이저 빔이 진행되는 경로에 추가 배치하여 이중으로 측정 시편(18)이 스캔되도록 할 수 있다. 또한, 그에 따라 이송 장치(65), 집속 렌즈(64), 거울(63, 61), 빔 샘플러(62), 광센서(55), A/D 변환기(56)를 추가 배치하고 상기 제1 펄스 레이저 빔과 같이 상기 제2 펄스 레이저 빔을 활용할 수 있다.

상기 제1 펄스 레이저 빔과 상기 제2 펄스 레이저 빔이 각각의 스캔 과정에서 서로 중첩되지 않도록 하는 중첩 방지기(43)를 사용할 수 있다. 스캔 영역은 스캔 축 상에 위치하는 양쪽 측정용 레이저 빔의 고정된 위치 B 및 위치 D 사이이며, 두 개의 펄스 레이저 빔이 서로 반대 방향으로 동시에 이동하는 스캔 동작을 함으로써 2번 측정을 수행하는 결과를 가짐으로써 결함 정보 추출과 이에 대한 검증도 수행할 수 있다. 이 때, 중앙 제어 컴퓨터(41)에 의해 운영되는 중첩 방지기(43)는 두 개의 펄스 레이저 빔이 동시에 동일 시간에 동일 위치를 조사하게 되는 것을 방지하는 역할을 수행하게 된다.

예를 들어, 서로 반대 방향으로 이동하는 두 개의 펄스 레이저 빔이 3mm이내로 접근하면, 상호간의 간격이 3mm이내의 영역에서는 한 순간에 하나의 빔 만이 움직이게 하고 다음 순간에 다른 쪽 레이저 빔을 움직이게 하여 측정과정에서 중첩을 방지함으로써 측정 시편(18)의 위치 B, 위치 D상에서 측정되는 초음파 신호가 두 개의 펄스 레이저 빔 중에서 어느 레이저 빔에서 발생된 것인지를 구분하게 해 주는 역할을 수행할 수 있다. 두 광센서(53, 55)에서 획득되는 초음파 신호가 어느 레이저 빔에서 발생된 것인지는 초음파가 도달하는 시간차인 TOF(Time Of Flight) 방식으로 구분할 수 있다.

도 5는 도 4에 따른 복수 개의 초음파 유도 모듈을 이용한 물체 결함 측정 장치를 이용하여 측정 시편의 결함을 측정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에서는 두 개의 1차원 이송 장치가 사용될 수 있다. 즉, 상기 제1 펄스 레이저 빔을 이동시키기 위한 1차원 이송 장치(1) 및 제2 펄스 레이저 빔을 이동시키기 위한 1차원 이송 장치(63)를 사용한다. 상기 제1 펄스 레이저 빔 및 상기 제2 펄스 레이저 빔은 조사 영역(좌측 레이저 수신기부터 우측 레이저 수신기까지)을 왕복하면서 조사 위치를 연속으로 이동하는 스캔 동작을 실행한다.

이 때, 1차원 이송 장치(1) 및 1차원 이송 장치(63)의 방향은 서로 반대로 움직이고 상기 제1 펄스 레이저 빔 및 상기 제2 펄스 레이저 빔이 스캔 동작을 중복 실행하면서 측정 시편(18)의 결함의 위치, 폭 등을 측정하기 위한 정보를 보다 많이 확보하여 측정에 대한 재 검증이 가능하고 제1 펄스레이저 빔과 제2펄스 레이저 빔이 영역을 반씩 담당하여 스캔을 하면 상대적으로 고속 측정도 가능하다.

도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른, 광파이버에 결합된 조사용 집속 광학계 및 측정용 집속 광학계를 통합시켜 하나의 이송 장치에서 동작되는 제2 타입의 물체 결함 측정 장치의 내부 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

측정 시편의 조사 영역이 평면으로 되어 있을 경우에는 도 2의 일실시예 및 도 4의 다른 실시예(제1 타입)의 발명을 적용할 수 있어서 실험용으로 사용할 수 있다. 반면에, 측정 시편의 조사 영역이 비평면이고 다수의 결함이 연속해서 존재하는 경우에는 좀 더 분해능이 뛰어난 도 6에서 설명한 제2 타입의 발명을 이용하여 결함을 측정할 수 있으며 현장에서 사용할 수 있다.

도 6의 실시예는 도 3의 초음파 유도 모듈(110) 및 초음파 신호 검출 모듈(120)에서 측정 시편(18)을 조사하는 펄스 레이저 빔과 상기 펄스 레이저 빔에 의해 유도된 초음파 신호를 측정하는 발진 레이저 빔을 발사하는 장치의 일부를 변형시킨다. 즉, 상기 초음파 유도 모듈은 상기 조사용 레이저 빔을 상기 물체의 조사 영역에 스캐닝하기 위한 이송 수단을 포함하고, 상기 측정용 레이저 빔은 상기 이송 수단에 장착되도록 할 수 있다.

도 6에서 보는 것과 같이, 측정 시편(18)에서 펄스 레이저 빔 조사용 집속 광학계(77)(이하, 조사용 집속 광학계)와 상기 펄스 레이저 빔에 의해 유도된 초음파 측정용 집속 광학계(78, 79)(이하, 측정용 집속 광학계)를 하나의 모듈에 일직선으로 연결하여 상기 펄스 레이저 빔과 발진 레이저 빔이 함께 이동하면서 측정 시편(18)의 결함 정보를 추출하도록 할 수 있다.

도 6에서도 앞서 도 1에서 설명한 것과 같이, 측정 시편(18)의 위치 A에서 상기 펄스 레이저 빔을 조사하고 초음파 유도를 하기 위한 펄스 레이저 장치(11), 상기 조사된 빔을 차단 또는 통과시키는 셔터(12), 상기 셔터를 거친 펄스 레이저 빔의 세기를 조절하는 중성 농도 필터(13), 및 중성 농도 필터를 거친 펄스 레이저 빔의 입사 각도를 변환시키는 거울(14)을 사용한다.

이 때, 초음파를 유도하기 위한 장치는 도 2의 실시예와 달리, 거울(14)에서 반사된 상기 펄스 레이저 빔을 광파이버(74)로 전송하는 광결합기(71) 및 광파이버(74)를 통과한 레이저 빔을 측정 시편(18)의 표면을 조사하는 조사용 집속 광학계(77)를 포함할 수 있다.

따라서, 상기 펄스 레이저 빔에 의해 유도되어 측정 시편(18)의 표면을 따라 위치 B와 위치 D에 전파된 초음파를 수신하는 간섭계를 형성할 수 있다. 상기 간섭계는 펄스 레이저 빔을 조사하는 발진 레이저 장치(21), 발진 레이저 빔을 분할하는 빔가르개(22), 빔가르개(22)에 의해 나뉘어져 반사된 기준빔의 편광을 회전시키는 반파장판(31)과, 반파장판에서 나온 빔을 비스듬하게 광굴절 결정(30)으로 직접 입사시키는 거울(32)을 포함할 수 있다.

상기 빔가르개(22)를 투과한 발진 레이저빔인 물체빔의 경우, 상기 물체 빔의 입사각도를 변환시키는 거울(23), 이 거울에 의해 입사된 빔을 편광 반사 시키는 편광 빔가르개(24), 및 상기 편광 반사된 빔의 편광 상태를 바꾸는 1/4 파장판(25)을 포함할 수 있다.

또한, 1/4 파장판(25)으로부터 나온 발진 레이저 빔을 광파이버(75)로 전송시키는 광결합기(72), 광파이버(75)를 통과한 제1 물체빔을 이용하여 측정 시편 (18)을 조사한 후 다시 입사시키는 집속 광학계(78), 측정 시편(18)에서 산란되어 나온 빛이 상기 광결합기(72)와 1/4 파장판(25)을 거쳐 편광이 90도 회전되어 편광 빔가르개(24)를 투과한 후 광굴절 결정(30)에서 집속된 제1 물체빔을 입사 받는다.

또한, 상기 거울(23)에 의해 입사된 빔을 편광 투과시키는 편광 빔가르개(24)에서 하단의 편광 빔가르개(27)로 상기 편광 투과된 빔을 반사시킬 수 있다. 편광 빔가르개(27)로 입사된 제2 물체빔은 편광 반사된 빔의 편광 상태를 조절하는 1/4 파장판(28)을 통과하여 광파이버(76)를 통해 전송시키는 광결합기(73), 및 광파이버(76)를 통과한 제2 물체빔은 집속 광학계(79)를 통하여 측정 시편(18)을 조사할 수 있다.

또한, 상기 조사를 집속 광학계(79)를 통하여 제2 물체빔은 재입사되고 상기 광결합기(73)와 1/4 파장판(28)을 거쳐 편광 빔가르개(27)에서 반사된 후 상위 편광 빔가르개(24)에서 재 반사되어 광굴절 결정(30)을 통해 집속된 제2 물체빔을 입사 받을 수 있다.

도 6의 실시예에서, 초음파 신호 처리 모듈(130)은 도 1과 유사하게 광굴절 결정(30)을 통과한 물체빔(제1 물체빔, 제2 물체빔)과 광굴절 결정에서 회절된 기준빔이 만드는 간섭 무늬를 집속하는 영상 렌즈(33)를 이용하여, 집속된 간섭무늬를 입사 받아 광신호를 검출하는 고이득 광센서(34, 35)를 거치고, 고이득 광센서(34, 35)에서 검출된 광신호를 디지털 전기 신호로 변환하는 A/D 변환기(36, 37) 및 디지털 값으로 변환된 초음파 신호에서 정보를 추출하는 정보 처리기(38, 39)를 포함할 수 있다.

또한, 중앙 제어 모듈(140)은 정보처리기(38, 39)에서 정보 처리된 초음파 정보를 누적하여 수집하면서 유도된 초음파와 결함부에서 반사되어오는 초음파가 중첩되는 순간을 포착하여 결함의 위치 정보 및 폭 정보를 추출하는 중앙 제어 컴퓨터(41)로 구성된다. 또한, 중앙 제어 컴퓨터(41)는 모터 드라이버(42)를 이용하여 2차원 이송 장치(2)와 1차원 이송 장치(1)를 제어함으로써 측정 시편(18) 혹은 하나로 묶어진 상기 조사용 집속 광학계(77)와 초음파 측정용 집속 광학계(78, 79)를 동시에 함께 이동시키면서 측정 시편(18)상의 결함 정보를 추출한다.

결국, 도 6의 또다른 실시예(제2 타입)의 물체 결함 검출 장치는 조사용 레이저 빔과 측정용 레이저 빔을 일체로 형성하고 광파이버로 코팅을 하여 움직일 수 있도록 하였으므로 곡면과 같은 비평면 영역을 조사할 경우 유용하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 로봇 팔에 상기 제2 타입의 발명을 설치하여 현장에서 사용할 수 있다. 특히, 상기 조사용 레이저 빔과 상기 측정용 레이저 빔은 서로 가까이 붙어 있으므로 연속적인 결함들도 용이하게 분리하여 측정할 수 있다. 즉, 측정 분해능이 높으므로 높은 정밀도로 결함을 측정할 수 있다.

도 7은 도 6에 따른, 물체 결함 측정 장치를 이용하여 측정 시편의 결함을 측정하는 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 6과 같이 1차원 이송장치(1)를 이동시킴으로써 연속 발진 레이저 빔과 펄스 레이저 빔을 동시에 연속으로 이동시키는 스캔 방식을 취하여 측정 시편(18)의 표면에 존재하는 결함의 위치와 폭의 정보를 정밀하게 추출할 수 있다.

또한, 앞서 설명한 것과 같이, 펄스 레이저 빔이 측정 시편(18)의 위치 A에 서 조사되면 중앙 제어 컴퓨터(41)는 트리거 장치(52)에 부착된 광센서(51)에 획득되는 펄스레이저 빔의 일부 광신호를 포착하여 초음파 신호를 획득하는 동기 신호로 사용한다. 상기 펄스 레이저 빔은 빔샘플러(15)에 의해 극히 일부의 빔이 블록(66)에 조사된 다음 난반사 된다. 중앙 제어 컴퓨터(41)는 A/D변환기(54)에 부착된 광센서(53)에 획득되는 펄스 레이저 빔의 출력을 측정한 다음 소정의 상수값을 더한 후 이 값을 초음파 신호 값에 나누어 줌으로써 출력 변화에 따른 초음파 발생 에러를 보정할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시한 실험 결과를 도시한 도면을 참조하여 상술한다.

도 8은 본 발명에 따른, 측정 시편의 결함 측정 방법을 실시한 실험 결과를 차트로 도시한 그래프이다.

초음파 신호 처리 모듈(130)은 획득한 특정 초음파 신호의 진폭이 최대값으로부터 하강하는 하강부의 지점을 상기 결함 부분의 시작점으로, 획득한 다른 특정 초음파 신호의 진폭이 최대값으로 상승하는 상승부의 지점을 상기 결함 부분의 종료점으로 각각 판단할 수 있다. 도 2에서 설명한 물체 결함 측정 장치 및 SLS(Scanning Laser Source)방법을 이용하여 측정 시편을 검사한 실험 결과가 도 8 에서 도시된다.

즉, 결함 부위를 정밀하게 스캔하는 조사용 레이저 빔의 양쪽 외곽에 두 개의 측정용 레이저 빔을 위치시켜 초음파를 측정하는 이중 파동 레이저 간섭계는 동시에 두 개의 초음파 신호를 획득하며, 만약 첫 번째 측정용 레이저 빔(이하, 제1 측정용 레이저 빔)에 의해 획득되는 초음파 신호는 결함을 통과하지 않고 도달하는 초음파 신호이면 두 번째 측정용 레이저 빔(이하, 제2 측정용 레이저 빔)에 의해 측정되는 초음파 신호는 결함을 통과해서 도달하는 초음파 신호이고 혹은 그 반대이다.

상기의 결함을 통과하지 않고 도달한 초음파 신호에서, 만약 조사용 레이저 빔이 결함 바로 앞에 위치하면 획득되는 초음파 신호에는 상기 조사용 레이저 빔에 의해 직접 유도되는 초음파 신호와 결함에서 반사되는 초음파 신호가 중첩되어 큰 진폭을 갖는 최대-최소값이 획득되며 측정용 레이저 빔이 결함 위를 조사하면 초음파 신호의 최대-최소값은 급격이 줄어들게 된다. 따라서, 초음파 신호의 최대-최소 값이 급격히 증가하였다가 급격히 감소하는 순간을 결함의 시작 위치로 판단할 수 있다.

또한, 조사용 레이저 빔이 결함을 통과한 바로 직후에 위치하면 상기 제2 측정용 레이저 빔은 결함을 통과하지 않고 도달하는 초음파 신호를 측정하고 반대로 상기 제1 측정용 레이저 빔은 결함을 통과한 후에 도달한 초음파 신호를 획득할 수 있다. 이 때, 이중 파동 혼합 레이저 간섭계는 상기 제2 측정용 레이저 빔에 획득되는 초음파 신호의 최대-죄소값이 작은 상태에서 급격히 증가한 후에 다시 감소하면 최대-최소값이 최대가 되기 직전의 위치를 결함의 종료 위치로 판단하며 상기 결함의 시작점과 결함의 종료점을 결함의 폭으로 판정할 수 있다.

상기 측정 시편의 표면에는 폭이 0.3mm이고 깊이가 0.4mm인 결함이 존재하고 상기 물체 결함 장치는 상기 결함의 영역을 조사 영역(위치 A)으로 한다. 도 2를 참조하면서 보면, 펄스 레이저 빔은 60 μm 간격으로 SLS 기법의 이동을 하면서 상 기 위치 A를 조사하고 유도된 초음파를 측정하는 두 개의 발진 레이저 빔이 위치 B 및 위치 D에 고정되어 있다.

도 8의 차트상에 꺾은선 그래프 (가)는 상기 위치 B에서 측정한 초음파 신호에 대한 SLS 위치에서의 최대-최소값을 보여주며, (나)는 상기 위치 D에서 측정한 초음파 신호에 대한 SLS 위치에서의 최대-최소값을 도시한다. 도 8에서 보는 것과 같이, 상기 펄스 레이저 빔에 의해 유도된 초음파 신호 및 상기 결함에서 반사된 신호가 중첩되어 초음파 신호의 최대-최소값 그래프의 최대가 되는 지점을 관측함으로써 결함 존재의 유무를 파악할 수 있다.

또한, 꺾은선 그래프 (가)의 최대값이 하강하는 지점(도 8에서 "결함 시작 위치" 라고 표기)은 결함의 시작점이 되고, 꺾은선 그래프 (나)의 최대값이 상승하는 지점(도 8에서 "결함 종료 위치" 라고 표기)은 결함의 종료점이 된다. 따라서, 두 지점의 차를 이용하여 상기 결함의 폭을 측정할 수 있다.

이와 같이, 초음파 신호 처리 모듈은 상기 검출된 초음파 신호의 진폭이 최대값으로부터 하강하는 직후의 지점을 상기 결함 부분의 시작점으로, 상기 검출된 다른 초음파 신호의 진폭이 최대값으로 상승하는 직전의 지점을 상기 결함 부분의 종료점으로 각각 판단하게 된다.

도 9는 본 발명에 따른, 다수의 결함 측정 실험 결과를 이용하여 초음파 신호로 검출하는데 사용되는 실험 결과를 차트로 도시한 그래프이다.

초음파 유도 모듈(110)은 상기 물체의 조사 영역에 상기 조사용 레이저 빔을 반복적으로 조사하고, 초음파 신호 처리 모듈(130)은 상기 반복하여 검출된 초음파 신호 정보를 평균하여 상기 결함의 정보를 측정하도록 할 수 있다.

도 9는 각각의 SLS 위치에서 펄스 레이저 빔을 30회 반복 측정을 시도하고 초음파 신호에 대한 소정의 결과를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면서 보면, 위치 B에서 측정된 초음파 신호는 광굴절 결정(30) 및 영상 렌즈(33)를 경유하여 고이득 광센서(35)에서 획득되는 초음파 신호에 대한 SLS 위치의 최대-최소값이다.

도 9의 꺾은선 그래프 (가)는 30번째 펄스 레이저 빔에 의해 획득되는 초음파 신호상의 최대-최소값을 추출한 결과이고, 꺾은선 그래프 (나)는 21번째에서 30번째까지의 펄스 레이저 빔에 의해 획득되는 초음파 신호의 각각의 최대-최소값을 10개의 평균치를 도시한다. 도 8의 결과에서 볼 수 있듯이 최대-최소값을 평균한 신호는 단일 펄스에 의한 초음파 신호보다 더욱 안정된 데이터를 제공함을 알 수 있다.

실험에 따르면, 본 발명에서 초음파 신호 처리 모듈(130)은 5회 이전에 반복하여 검출된 초음파 신호 정보는 상기 결함의 정보 측정 대상에서 제외시킴으로써 안정적인 측정값을 이용하여 결함의 정보를 측정할 수 있다. 또한, 초음파 신호 처리 모듈(130)은 5회부터 25회까지 반복하여 검출된 초음파 신호 정보를 평균하여 상기 결함의 정보를 생성할 수 있다.

따라서, 평균적으로 산출된 초음파 신호를 얻기 위하여 한 위치에서 연속 발생되는 초음파 신호를 누적시키고 그 누적된 신호들을 기초로 하여 평균값을 구함으로써 연속 펄스 수에 따라 누적 평균화되는 초음파 신호의 최대-최소값이 크게 변화함을 알 수 있다. 이는 한 위치에 여러 번 누적 조사되는 펄스 레이저 빔에 의해 측정 시편의 표면 흡수율 조건이 초기에는 크게 변화되기 때문이다. 따라서, 연속 펄스의 각 최대-최소값의 평균값을 이용하여 물체의 결함 정보를 보다 정확하고 효과적으로 검출할 수 있다.

이상에서 본 발명을 크게 초음파 유도 모듈(110), 초음파 신호 검출 모듈(120), 초음파 신호 처리 모듈(130) 및 중앙 제어 모듈(140)로 구분하여 설명하였으나 각 모듈의 형태 및 기능은 모듈 상호간에 교환되거나 중복될 수 있으며 특정 모듈의 위치에 한정되는 것은 아니다.

도 10은 본 발명에 따른, 물체의 결함을 측정하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다.

단계(S1010)는 물체 결함 검출 장치가 물체의 레이저 빔을 조사하고 상기 초음파를 유도한다. 물체 표면의 특정 위치에 조사용 레이저 빔을 발사한 후 레이저 빔을 조사하고 상기 물체에 초음파를 유도할 수 있다. 상기 조사용 레이저 빔은 이송 장치에 의해서 조사 영역을 왕복해서 조사하도록 제어할 수 있고 하나 이상의 조사용 레이저 빔을 이용하여 조사함으로써 고속으로 결함을 조사할 수도 있다.

단계(S1020)는 복수의 발진 레이저 빔을 상기 물체에 발사하여 상기 유도된 복수의 초음파 신호 정보를 추출한다. 상기 초음파 신호 정보를 추출하기 위해 상기 반사된 초음파를 측정하기 위해 별도의 레이저 빔 장치를 구비할 수 있다. 즉, 측정용 레이저 빔을 이용하여 측정 시편에서 산란된 빛을 모으고 그 빛을 광굴절 결정으로 입사시킬 수 있다.

단계(S1030)는 상기 복수의 초음파 신호 정보를 서로 중첩하여 상기 결함 부 분의 시작점 및 종료점을 판단한다. 상기 검출된 초음파 신호 정보를 이용하여 초음파 신호가 최대가 되는 지점을 찾고 이후 하강하는 지점을 결함이 시작되는 지점으로 판단할 수 있다. 예를 들어서, 상기 초음파 신호 검출 모듈은 복수개의 상기 측정용 레이저 빔을 이용하여 제1 초음파 신호 및 제2 초음파 신호를 획득하고, 상기 제1 초음파 신호는 상기 물체의 결함을 통과하지 않은 신호이며 상기 제2 초음파 신호는 결함을 통과한 신호라고 지정할 수 있다. 이 때, 상기 제1 초음파 신호의 진폭이 급격히 증가하였다가 급격히 감소하는 지점을 상기 결함의 시작 위치를 판단하고, 상기 제2 초음파 신호의 진폭이 급격히 감소하였다가 급격히 증가하는 지점을 상기 물체의 결함의 종료 위치로 판단하여, 상기 시작 위치 및 상기 종료 위치의 차를 상기 결함의 폭으로 결정할 수 있다.

단계(S1040)는 상기 검출된 초음파 신호 정보로부터 상기 결함의 정보를 측정한다. 단계(S1030)에서 상기 처리된 신호를 이용하여 결함의 유무, 위치, 폭 등의 정보를 측정할 수 있다. 중앙 제어 컴퓨터가 전체적인 동작을 총괄적으로 제어할 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 물체의 결함을 측정하기 위한 방법에 대하여 설명하였고, 앞서 도 1 내지 도 9의 실시예들에서 언급한 내용들이 본 실시예에도 그대로 적용할 수 있으므로, 이하 상세한 내용은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 물체의 결함을 측정하는 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

도 11은 본 발명에 따른, 물체의 결함을 측정하는 방법을 수행하는 데 채용될 수 있는 범용 컴퓨터 장치의 내부 블록도이다.

컴퓨터 장치(1100)는 램(RAM: Random Access Memory)(1120)과 롬(ROM: Read Only Memory)(1130)을 포함하는 주기억장치와 연결되는 하나 이상의 프로세서(1110)를 포함한다. 프로세서(1110)는 중앙처리장치(CPU)로 불리기도 한다. 본 기술분야에서 널리 알려져 있는 바와 같이, 롬(1130)은 데이터(data)와 명령 (instruction)을 단방향성으로 CPU에 전송하는 역할을 하며, 램(1120)은 통상적으로 데이터와 명령을 양방향성으로 전송하는 데 사용된다. 램(1120) 및 롬(1130)은 컴퓨터 판독 가능 매체의 어떠한 적절한 형태를 포함할 수 있다. 대용량 기억장치(Mass Storage)(1140)는 양방향성으로 프로세서(1110)와 연결되어 추가적인 데이터 저장 능력을 제공하며, 상기된 컴퓨터 판독 가능 기록 매체 중 어떠한 것일 수 있다. 대용량 기억장치(1140)는 프로그램, 데이터 등을 저장하는데 사용되며, 통상적으로 주기억장치보다 속도가 느린 하드 디스크와 같은 보조기억장치이다. CD 롬(1160)과 같은 특정 대용량 기억장치가 사용될 수도 있다. 프로세서(1110)는 비디오 모니터, 트랙볼, 마우스, 키보드, 마이크로폰, 터치스크린 형 디스플레이, 카드 판독기, 자기 또는 종이 테이프 판독기, 음성 또는 필기 인식기, 조이스틱, 또는 기타 공지된 컴퓨터 입출력장치와 같은 하나 이상의 입출력 인터페이스(1150)와 연결된다. 마지막으로, 프로세서(1110)는 네트워크 인터페이스(1170)를 통하여 유선 또는 무선 통신 네트워크에 연결될 수 있다. 이러한 네트워크 연결을 통하여 상기된 방법의 절차를 수행할 수 있다. 상기된 장치 및 도구는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있다.

상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

본 발명에 따르면, 비접촉 방식으로 초음파를 발생시키고 물체의 결함을 조사함으로써 결함의 위치나 폭도 측정할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수 개의 조사용 레이저 장치를 사용하여 다수의 결함 측정 결과를 단시간에 수집함으로써 보다 신속하게 결함 정보를 추출할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 조사용 레이저 장치 및 측정용 레이저 장치를 물리적으로 하나의 모듈에 배치함으로써 각 레이저 장치의 동작이 함께 발생할 수 있도록 하고 결함 측정 결과의 정밀도를 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 물체의 결함을 검출하는 장치에 있어서,

   상기 물체에 조사용 레이저 빔을 조사하여 초음파를 유도하는 초음파 유도 모듈;

   복수의 측정용 레이저 빔을 상기 물체에 발사하여 복수의 초음파 신호 정보를 추출하는 초음파 신호 검출 모듈; 및

   상기 검출된 복수의 초음파 신호 정보로부터 상기 결함의 정보를 측정하고, 상기 복수의 초음파 신호 정보들을 서로 중첩하여 상기 결함 부분의 시작점 및 종료점을 판단하는 초음파 신호 처리 모듈을 포함하고,

   상기 초음파 유도 모듈은, 상기 조사용 레이저 빔을 상기 물체의 조사 영역에 1차원 혹은 2차원 스캐닝을 하기 위한 이송 수단을 포함하고,

   상기 복수의 측정용 레이저 빔은, 상기 조사용 레이저 빔의 양쪽외곽에 위치하고 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 물체 결함 측정 장치.
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3. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 유도 모듈은 상기 조사용 레이저 빔을 분할하는 빔 분할 장치를 포함하고,

   상기 이송 수단은 상기 분할된 각각의 레이저 빔이 서로 반대 방향으로 이동하면서 스캐닝되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 물체 결함 측정 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 초음파 유도 모듈은 빔 분할 장치 및 중첩 방지기를 포함하고,

   상기 빔 분할 장치는 상기 조사용 레이저 빔을 분할하고, 상기 중첩 방지기는 상기 분할된 레이저 빔이 설정된 거리 이내로 접근하는 경우 상기 분할된 레이저 빔 중 어느 하나만 조사되도록 제어하는 것

   을 특징으로 하는 물체 결함 측정 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 거리는 3mm 이하로 설정하는 것을 특징으로 하는 물체 결함 측정 장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 조사용 레이저 빔 및 상기 측정용 레이저 빔은,

   상기 이송 수단에 함께 장착되어 함께 이송되는 것을 특징으로 하는 물체 결함 측정 장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 신호 검출 모듈에서, 상기 측정용 레이저 빔을 이용하여 제1 초음파 신호 및 제2 초음파 신호를 검출하는 경우,

   상기 초음파 신호 처리 모듈은,

   상기 검출된 제1 초음파 신호의 진폭이 최대값으로부터 하강하는 하강부의 지점을 상기 결함 부분의 시작점으로, 상기 검출된 제2 초음파 신호의 진폭이 최대값으로 상승하는 상승부의 지점을 상기 결함 부분의 종료점으로 각각 판단하는 것을 특징으로 하는 물체 결함 측정 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 초음파 유도 모듈은 상기 물체의 조사 영역에 상기 조사용 레이저 빔을 반복적으로 조사하고,

   상기 초음파 신호 처리 모듈은 한 위치에서 반복하여 검출된 초음파 신호의 5번째에서 25번째 사이의 최대-최소값 정보를 5번에서 20번 정도 평균하여 상기 결함의 정보를 측정하는 것

   을 특징으로 하는 물체 결함 측정 장치.
9. 물체의 결함을 검출하는 방법에 있어서,

   상기 물체에 조사용 레이저 빔을 조사하여 초음파를 유도하는 단계;

   복수의 측정용 레이저 빔을 상기 물체에 발사하여 복수의 초음파 신호 정보를 추출하는 단계; 및

   상기 검출된 복수의 초음파 신호 정보로부터 상기 결함의 정보를 측정하고, 상기 복수의 초음파 신호 정보들을 서로 중첩하여 상기 결함 부분의 시작점 및 종료점을 판단하는 단계를 포함하고,

   조사용 레이저 빔을 조사하여 초음파를 유도하는 상기 단계는,

   상기 조사용 레이저 빔을 상기 물체의 조사 영역에 1차원 혹은 2차원 스캐닝하는 단계를 포함하고,

   상기 복수의 측정용 레이저 빔은, 상기 조사용 레이저 빔의 양쪽외곽에 위치하고 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 물체 결함 측정 방법.
10. 제9항을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.

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