KR100896300B1 - 3차원 초음파 검사 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 3차원 초음파 검사 장치는 복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

초음파 트랜스듀서로부터 발진용 압전 진동자를 선택 작동시키는 구동 소자 선택부와,

발진된 초음파에 의한 검사 대상물의 접합부로부터 반사 에코를 수신하고, 그 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와,

검출된 전기 신호를 신호 처리해서, 검사 대상물의 3차원 화상화 영역 내의 메시에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 위치/크기를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비한 것이다.

압전 진동자, 초음파 검사용 센서 장치, 구동 소자 선택부, 신호 검출 회로, 신호 처리부, 판정 기준 생성부, 슈 부재

Description

3차원 초음파 검사 장치{3D ULTRASONOGRAPHIC DEVICE}

본 발명은 검사 대상물의 내부구조, 접합부의 상태, 결함의 상태를 초음파로 비파괴 검사하는 3차원 초음파 검사 장치에 관한 것이고, 특히, 검사 대상물의 용접부의 상태, 용접 결함의 상태를 3차원적으로 가시화하는 초음파 화상화 장치에 사용되는 초음파 검사용 센서 장치를 구비한 3차원 초음파 검사 장치에 관한 것이다.

검사 대상물로서 평판상 구조부끼리의 접합부의 용접 상태나 용접 결함의 상태를 비파괴 검사하는 기술의 하나에 초음파탐상 기술이 있다.

이 초음파탐상 기술을 채용한 초음파 검사 장치로서 일본 특허 공개 제2003-149213호 공보 및 제2004-53360호 공보에 기재된 것이 있다.

이 초음파 검사 장치에서 다수의 압전 진동자를 매트릭스 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서(transducer)를 초음파의 발생, 검출에 사용한 것이고, 이 초음파 트랜스듀서의 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 검사 대상물의 접합부인 용접부에 보내서, 용접부로부터 반사된 반사 에코를 초음파 트랜스듀서에서 수신하고, 이 수신 에코 신호를 신호 검출회로를 거쳐서 신호 처리부에 보내고, 이 신호 처리부에 병렬연산처리를 행하지 않고, 검사 대상물의 용접부를 화상화 처리하고 있다. 화상화 처리된 용접부의 초음파 화상은 표시 장치에 표시되고, 이 초음파 화상을 눈으로 봄으로써, 용접부의 상태나 용접 결함의 상태를 비파괴로써 검사하는 것이 가능하도록 되었다.

종래의 초음파 검사 장치는 검사 대상물의 용접부에 초음파를 조사해서, 그 반사 에코를 화상화 처리해서 표시 장치에 초음파 화상으로 표시하고, 표시된 용접부의 화상을 눈으로 봐서 판단하고, 용접부의 상태나 용접 결함의 상태를 비파괴로써(비파괴 방식) 검사하는 것이 가능하게 된다.

구체적으로는 일본 특허 공개 평11-326287호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 평판 상 구조부를 검사 대상물로 하고, 2개의 평판상 구조물을 포개어 겹치고 스폿(spot) 용접에 의해 접합했을 때, 2개의 평판 상 구조물 사이의 용접부의 상태나 용접 결함의 상태를 초음파 검사 장치를 이용해서 비파괴 방식으로 검사함으로써, 용접부에 용융-응고 부분이 형성되어 있는지 아닌지, 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함의 유무 및 상태를 검사할 수 있다.

또한, 일본 특허 공개 평6-265529호 공보로부터 검사 대상물의 용접부의 접합 강도는 용융-응고부의 크기에 의존하고, 접합부 어느 내측에 형성되는 용융-응고부와 접합부의 경계는 검사 대상물의 접합부 저면부의 반사 에코의 강도 분포 곡선의 변곡점으로부터 구해진다는 것이 알려져 있다.

종래의 초음파 검사 장치에서는, 복수의 다른 음향 특성을 갖는 검사 대상물의 층 구조나 검사 대상물 내의 용접부의 결함이나 보이드(void)나 박리를 초음파로써 가시화시킬 수 있고, 표시 장치에 표시된 용접부의 초음파 화상을 눈으로 봐 서 판단하고 있다. 그러나, 2차원의 초음파 화상을 눈으로 봐서 판단하고 있기 때문에, 판단 결과에 개인차에 따른 편차가 발생하거나, 검사 대상물에 대한 용접부의 위치 관계를 3차원적으로 정확하고 정밀하게 정량적으로 검사하는 것이 곤란했다. 즉, 종래의 초음파 검사 장치는 다음의 문제점이 있다.

1. 검사 대상물의 내부 검사를 화상화 처리로 형성된 초음파 화상을 관찰함으로써 행하고 있기 때문에, 용접부의 상태나 용접 결함의 상태를 객관적으로 더 정량적으로 정밀하게 검사하는 것이 곤란하다.

2. 검사 대상물 내부의 화상화 처리에 의해 얻어진 초음파 화상에 표시된 용접부의 상태와 용접 결함의 상태를 표시하는 정보로부터 이상의 유무를 정량적으로 정밀하게 자동 판정하는 것이 곤란했다.

또한, 더 구체적인 예에서는 종래의 초음파 검사 장치에는 초음파 검사용 센서 장치(초음파 센서)로서 초음파를 송수신하는 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 초음파 트랜스듀서가 이용되고 있고, 이 초음파 센서의 발신 및 수신면에 음향 전파 매체인 슈(shoe) 재료를 볼트 죔으로써 부착하고, 이 슈 재료를 검사 대상물에 밀착시켜서 검사 대상물에의 초음파의 발신을 행하고 있다.

검사 대상물 내에 입사한 초음파의 일부는 검사 대상물의 내부 결함이나 경계면에서 반사해서 반사 에코로 되고, 이 반사 에코를 초음파 센서로 수신하고, 초음파 센서의 각 압전 소자를 진동시켜서 발생하는 전기 신호를 처리해서 검사 대상물 내부를 3차원 화상화를 행하고 있다.

또한, 초음파 센서와 검사 대상물 사이에 공기층이 존재하면 초음파가 전파 하지 않게 되기 때문에, 초음파 센서와 슈 재료 사이 및 슈 재료와 검사 대상물 사이에 초음파의 음향적 정합을 위한 커플런트(couplant)를 도포 또는 겹쳐지고 있다. 이 커플런트는 휘발성이 낮은 겔 상의 액체 또는 고체가 이용된다. 커플런트의 도포된 또는 겹쳐진 부분은 온도차 등에 의해 기포가 발생하기 쉽고, 초음파 검사 장치에 의한 검사 전에 기포의 유무의 확인이 필요하다. 기포가 발견된 경우에는 슈 재료는 제거되고 커플런트를 다시 칠하고 있다.

이러한 종래의 초음파 검사 장치에는, 초음파 센서와 슈 재료 사이에 기포가 들어가기 쉽고, 기포가 생긴 경우에는 그때마다 체결 볼트를 빼서 슈 재료를 초음파 센서로부터 떼어내고, 커플런트를 다시 칠할 필요가 있었다.

또한, 검사 대상물의 표면에 요철이 있는 경우, 커플런트만으로 그 틈을 메워서 슈 재료와 검사 대상물을 밀착시키는 것이 곤란했다.

초음파 검사 장치에 있어서, 초음파 센서와 검사 대상물 사이에 기포가 존재하거나 틈이 생기면, 초음파 센서로부터 초음파를 검사 대상물에 부드럽게 입사시키거나 반사 에코를 수신하는 것이 어렵기 때문에, 초음파나 반사 에코가 정확하게 전파되지 않고 검출 성능이 열화하거나 검사 대상물 내부의 3차원 화상화 처리가 정확하고 부드럽게 행해질 수 없다.

본 발명은 상술한 사정을 고려해서 된 것이고, 본 발명의 목적은 검사 대상물의 3차원 내부 검사를 정밀하고 정확하게 비파괴로써 3차원 검사하고, 내부 검사에 의한 이상의 유무를 정량적으로 자동적으로 판정할 수 있는 3차원 초음파 검사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 각 압전 진동자에 의해 발진되는 초음파의 검사 대상물로부터의 반사 에코를 검출해서 신호 처리함으로써, 접합부의 용융-응고부, 고상(固相) 접합부(코로나 본드) 및 용접 결함의 크기나 위치를 신속하게 고해상도의 초음파 탐상 화상으로써 얻을 수 있는 3차원 초음파 검사 장치를 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 적절한 용융 상태의 초음파 탐상 화상에 기초한 수용도 판정 패턴 상을 격납한 데이터 베이스를 확정함으로써, 검사한 초음파 탐상 화상에 대해서 정량적이고 안정한 수용도 판정을 신속하게 행할 수 있는 3차원 초음파 검사 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 초음파나 반사 에코를 정확하고 부드럽게 전파시켜서 검출 성능을 향상시키고 검사 대상물 내부의 3차원 화상화 처리가 정확하고 정밀하고 효율적으로 행할 수 있는 초음파 검사 장치를 포함하는 3차원 초음파 검사 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 슈 수단을 초음파 센서로부터 간단하고 용이하게 착탈할 수 있고, 작업 시간의 단축과 초음파 검사를 신속하고 효율적으로 행할 수 있는 초음파 검사용 센서 장치 및 그러한 초음파 검사용 센서 장치를 구비한 3차원 초음파 검사 장치를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위해서 제공하는 본 발명의 3차원 초음파 검사 장치는,

복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 센서로서의 트랜스듀서를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

상기 초음파 트랜스듀서를 구성하는 복수의 압전 진동자 중, 초음파를 발진시키는 압전 진동자를 순차적으로 선택하는 구동 소자 선택부와,

상기 구동 소자 선택부에서 선택된 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 음향 전파 매체를 통해서 검사 대상물의 접합부에 입사시켜서 이 접합부로부터의 반사 에코를 수신하고, 이 접합부로부터의 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출회로와,

이 신호 검출 회로에서 검출된 전기 신호를 신호 처리하고, 상기 검사 대상물의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내에 구획된 메시(mesh)에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기와 위치 및 접합부의 용접 결함의 크기와 위치를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.

이러한 면에서, 상기 표시 처리 장치는,

상기 신호 처리부에서 생성된 검사 대상물의 접합부 저면의 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기를 검출하는 저면부 데이터 처리부와,

상기 검사 대상물의 중간 접합부의 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 접합부의 용접 결함의 유무와 크기를 검출하는 중간부 데이터 처리부와,

상기 저면부 데이터 처리부와 중간부 데이터 처리부에서 검출된 결과를 비교해서 검사 대상물의 수용도를 판정하는 판정부와,

상기 저면부 데이터 처리부, 중간부 데이터 처리부 및 판정부로부터 얻어진 결과 및 상기 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 구비할 수 있다.

또한, 이러한 면에서의 상기 표시 처리 장치의 중간부 데이터 처리부는 상기 신호 처리부로부터 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 검사 대상물의 접합부의 중간부의 3차원 화상화 데이터를 추출하여 중간 접합면의 투과 평면화상을 생성하는 동시에 판 두께를 측정하는 중간 검출부와,

중간 접합부의 중심 위치, 접합부의 크기와 위치 및 블로홀 등의 용접 결함의 크기와 위치를 측정하는 중심 위치/접합부 측정부를 구비할 수 있다.

상기 표시 처리 장치의 저면부 데이터 처리부는,

상기 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 검사 대상물의 저면의 3차원 화상화 데이터를 추출해서 투과 평면 화상을 생성하는 저면 검출부와,

이 저면 검출부로부터 생성된 투과 평면 화상과 상기 중심 위치/접합부 측정부로부터 판정된 중심 위치로부터 용융-응고부의 크기와 위치를 측정하는 용융-응고부 검출부를 구비할 수 있다.

상기 표시 처리 장치는,

중간부 데이터 처리부의 중간 검출부로부터 구한 검사 대상물의 판 두께로부터 구한 판정 기준과 상기 저면 데이터 처리부의 용융-응고부 검출부로부터 구한 용융-응고부의 크기와 위치를 비교해서 수용도 판정을 행하는 판정부와,

상기 중간부 데이터 처리부의 중심 위치/접합부 측정부로부터 구한 접합부의 상태와 상기 판정부로부터 구한 용융-응고부의 상태를 비교한 판정 결과와 상기 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 구비할 수 있다.

상기 표시 처리 장치의 중간부 데이터 처리부는 중간 검출부를 구비하고,

상기 중간 검출부는,

상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상 데이터로부터 표면 위치와 접합부 위치를 검출하는 표면/중간 위치 검출부와,

상기 표면/중간 위치 검출부에 의해 생성된 표면 위치와 접합부 위치의 데이터로부터 판 두께를 측정하는 판 두께 측정부와,

상기 표면/중간 위치 검출부로 구한 중간 위치 데이터와 상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 중간 위치의 투과 평면 화상을 생성하는 중간 위치 평면 화상 생성부를 갖는다.

상기 표시 처리 장치의 중간부 데이터 처리부는 중심 위치/접합부 측정부를 구비하고,

상기 중심 위치/접합부 측정부는,

상기 중간 검출부에 의해 생성된 중간 위치 투과 평면 화상으로부터 접합부의 윤곽을 판정하는 접합부 윤곽 판정부와,

이 접합부 윤곽 판정부에 의해 구한 접합부의 윤곽 데이터로부터 접합부의 중심 위치를 판정하는 중심 위치 판정부와,

상기 접합부 윤곽 판정부에 의해 구한 접합부의 윤곽 데이터로부터 접합부의 크기를 측정하는 접합부 측정부를 갖는 것도 좋다.

상기 표시 처리 장치의 저면부 데이터 처리부는 저면 검출부를 구비하고,

이 저면 검출부는,

상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 검사 대상물의 접합부의 홈부를 표시하는 오목부 위치와 저면부 위치를 검출하는 홈부/저면 위치 검출부와,

상기 홈부/저면 위치 검출부에 의해 구한 오목부/저면 위치의 데이터로부터 접합부의 두께를 측정하는 접합부 두께 측정부와,

상기 홈부/저면 위치 검출부에 의해 구한 오목부/저면 위치의 데이터와 상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 저면 위치 투과 평면 화상을 생성하는 저면 위치 평면 화상 생성부를 구비할 수 있다.

상기 표시 처리 장치의 저면부 데이터 처리부는 용융-응고부 검출부를 구비하고,

이 용융-응고부 검출부는,

중간부 데이터 처리부의 중심 위치/접합부 측정부에 의해 구한 접합부 중심 위치의 저면 검출부에 의해 생성된 저면 위치 투과 평면 화상으로부터 초음파 강도 분포 화상을 생성하는 강도 분포 생성부와,

상기 강도 분포 생성부에 의해 생성된 초음파 강도 분포 화상을 평활화 처리하는 평활화 처리부와,

평활화 처리된 저면 위치 투과 평면 화상을 외측으로부터 중심 위치 방향으로 1차 차분 처리하는 1차 차분 처리부와,

상기 1차 차분 처리부에서 1차 차분 처리된 저면 위치 투과 평면 화상을 용융-응고부의 외측으로부터 중심 위치 방향으로 2차 차분 처리하는 2차 차분 처리부와,

2차 차분 처리된 저면 위치 투과 평면 화상의 변곡점 데이터로부터 접합부의 용융-응고부를 특정하는 용융-응고부 특정부와,

상기 용융-응고부 특정부에 의해 특정된 용융-응고부 데이터로부터 용융-응고부의 크기를 측정하는 용융-응고부 측정부를 갖는 것도 좋다.

상기 표시 처리 장치는 접합부의 접합 상태의 수용도를 판정하는 판정부를 구비하고,

이 판정부는,

상기 중간부 데이터 처리부의 중심 위치/접합부 측정부에 의해 측정된 판 두께 t로부터 요구되는 용융-응고부의 크기를 연산하는 판정 기준 생성부와,

이 판정 기준 생성부에 의해 생성된 요구되는 용융-응고부의 크기와 상기 저면부 데이터 처리부의 용융-응고부 검출부에 의해 측정된 용융-응고부의 크기를 비교하여 접합부의 접합 상태의 수용도를 판정하는 수용도 판정부를 가질 수 있다.

상기 초음파 검사용 센서 장치는,

초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

이 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 액(液)매체 유지용 슈 부재를 구비하고,

상기 슈 부재는, 초음파 센서에 대해 나사 결합에 의해 착탈이 자유롭게 설치되는 통 상의 어태치먼트와, 이 어태치먼트의 선단 개구를 덮는 박막을 상기 어태치먼트와 함께 체결하는 유지 캡과, 상기 통 상의 어태치먼트 내에 채워지는 음향 전파 액매체를 갖고,

상기 박막은 유지 캡의 개구부로부터 팽출(膨出) 가능하고 유연성을 갖는 구성으로 한다.

상기 음향 전파 액매체는 물이고, 상기 박막은 박막 내를 전파하는 초음파의 파장(λ)의 1/4 이하의 막 두께로 형성된다.

초음파 검사용 센서 장치는,

초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

이 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 유연성 슈 부재와,

이 유연성 슈 부재를 포함하고 상기 초음파 센서를 검사 대상물에 대해 진퇴(進退) 이동이 가능하게 유지하는 센서 위치 조절 부재를 구비한다.

상기 유연성 슈 부재는 초음파 전파 특성이 우수한 실리콘 고무 등의 연질성 슈 부재를 갖는 한편, 상기 센서 위치 조절 부재는 초음파 센서를 유지하는 유지구와 상기 초음파 센서의 주변의 적어도 3 장소에 상기 유지구에 각각 나사 결합된 지지/조절 볼트를 갖고, 상기 지지/조절 볼트를 볼트 축선 방향으로 회동시킴으로써 초음파 센서의 위치 조절을 자유롭게 할 수 있다.

상기 초음파 검사용 센서 장치는,

초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

이 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 액매체 유지용 슈 부재와,

상기 슈 부재에 초음파 전파 액매체를 공급하는 매체 저류조를 구비한 센서 홀더를 구비한다.

상기 액매체 유지용 슈 부재는, 스폰지 형상 또는 포러스(porous) 형상의 유연한 슈 부재와, 이 슈 부재 내에 액매체 저류조로부터 자연 낙하에 의해 주입되어서 축적되고 유지되는 초음파 전파 액매체를 갖는다.

상기 저류조의 상부에 공기 배출 밸브가 설치되는 한편, 유연한 슈 부재의 둘레 측면을 덮는 슬리브 형상 또는 스커트 형상의 탱크 가이드가 구비한다.

상기 초음파 검사용 센서 장치는,

초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 정렬된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

이 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 수조형 슈 부재를 구비하고,

상기 슈 부재는, 초음파 센서를 탱크의 상부에 유지하는 탱크와, 이 탱크의 저면 개구를 액밀 방식으로 덮도록 설치되는 검사 대상물로 초음파 전파 액매체의 저류조가 구성된다.

상기 수조형 슈 부재는 탱크 내의 초음파 전파 액매체를 순환시키는 순환형 액매체 공급 부재와, 상기 탱크 상부 측으로부터 공기를 배출하는 공기 배출 밸브를 구비한다.

상기 초음파 검사용 센서 장치는,

초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열시킨 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

이 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 슈 부재와,

원터치 방식으로 초음파 센서에 착탈 가능하게 부착된 원터치 방식 부착 부재를 구비하고,

이 슈 부재는 상기 원터치 방식 부착 부재에 의해 상기 초음파 센서에 밀착하게 유지된 것도 좋다.

본 발명의 다른 관점에서는, 초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 액매체 유지용 슈 부재를 구비하고,

상기 슈 부재는 초음파 센서에 나사 결함에 의해 착탈이 자유롭게 설치된 통 형상 어태치먼트와, 상기 어태치먼트의 선단 개구를 덮는 박막을 상기 어태치먼트에 함께 체결하는 유지 캡과, 상기 통 형상 어태치먼트 내에 채워지는 음향 전파 액매체를 갖고,

상기 박막은 유지 캡의 개구로부터 팽출하며 유연성을 갖는 구성이다.

본 발명의 또 다른 관점에서는, 초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 유연성 슈 부재와,

상기 유연성 슈 부재를 포함하고 상기 초음파 센서를 검사 대상물에 대해 진퇴 이동 가능하게 유지하는 센서 위치 조절 부재를 구비한다.

본 발명의 또 다른 관점에서는, 초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 초음파 센서와,

상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 액매체 유지용 슈 부재와,

상기 슈 부재에 초음파 전파 액매체를 공급하는 매체 저류조를 갖는 센서 홀더를 구비한다.

본 발명의 또 다른 관점에서는, 초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 정렬된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 수조형 슈 부재를 구비하고,

상기 슈 부재는, 초음파 센서를 탱크 상부에 유지하는 탱크와, 상기 탱크의 저면 개구를 액밀 방식으로 덮도록 설치된 검사 대상물에 의해 초음파 전파 액매체의 저류조가 구성된다.

본 발명의 또 다른 관점에서는, 초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 슈 부재와,

초음파 센서에 착탈 가능하게 원터치로 부착한 원터치 방식 부착 부재를 구비하고,

상기 슈 부재는 원터치 방식 부착 부재에 의해 초음파 센서에 밀착하여 유지된다.

본 발명의 상술한 관점에 따른 3차원 검사 장치를 이용하면, 검사 대상물의 접합부의 내부 검사를 신속하고 정확하게 초음파로써 비파괴 검사할 수 있고, 내부 검사에 의한 이상의 유무, 즉 용융-응고부나 용접 결함의 크기와 위치를 정량적으로 정밀하게 검사하고, 자동 판정을 행할 수 있다.

또한, 초음파 트랜스듀서가 그 내부에 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 압전 진동자를 포함하므로, 각 압전 진동자를 순차적으로 작동시켜서 초음파를 발진시켜서 검사 대상물의 접합부로부터 반사된 반사 에코를 검출하고 신호 처리함으로써, 용융-응고부, 고상 접합부 및 용접 결함의 크기와 위치를 고해상도 초음파 진단 화상으로서 신속하게 얻을 수 있다.

또한, 적절한 용접 상태의 초음파 탐상 화상을 기준으로 해서 수용도 판정 패턴 상을 데이터 베이스에 격납해 두고, 검출된 검사 대상물의 초음파 탐상 화상을 격납시킨 기준의 초음파 탐상 화상과 비교 조합함으로써, 안정한 수용도 판정을 신속하고 자동적이며 정량적으로 행할 수 있다.

또한, 초음파 검사용 센서 장치는 초음파를 발신 및 수신하는 복수의 압전 소자가 초음파 검사용 센서 장치를 이용해서 정렬된 트랜스듀서로서의 초음파 센서로부터 부드럽게 초음파를 발신 및 수신함으로써 반사 에코를 정확하고 효율적으로 검출할 수 있으므로, 검출 성능 및 정밀도가 향상될 수 있고, 반사 에코의 전기 신호를 정밀하게 검출함으로써 검사 대상물 내부를 고해상도의 정밀도 높은 3차원 초음파 화상화 처리를 행할 수 있으며 또한, 검사 대상물 내부의 정확, 정밀하고 효율적인 비파괴 초음파 검사를 행할 수 있다.

또한, 초음파 검사용 센서 장치를 이용함으로써, 초음파를 발신 및 수신하는 복수의 압전 소자가 정렬된 트랜스듀서로서의 초음파 센서의 슈 부재를 간단하고 용이하게 착탈할 수 있고, 작업 시간이 단축되는 한편, 검사 대상물이 곡면을 갖고있어도, 정확하고 부드럽게 밀착시킬 수 있으며 초음파 검사를 신속하고 정확하게 행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 3차원 초음파 검사 장치의 일 실시예를 나타내는 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 3차원 초음파 검사 장치에 구비된 신호 처리부의 구성을 보여주는 블록도.

도 3은 본 발명에 따른 3차원 초음파 검사 장치에 구비된 표시 처리 장치 내의 데이터 처리 간의 관계를 나타내는 블록도.

도 4는 도 3에 나타낸 표시 처리 장치 내의 중간 검출부의 데이터 처리를 설명하는 블록도.

도 5는 도 3에 나타낸 표시 처리 장치 내의 중앙 위치/접합부 측정 측정부의 데이터 처리를 설명하는 블록도.

도 6은 도 3에 나타낸 표시 처리 장치 내의 저면 검출부의 데이터 처리를 설명하는 블록도.

도 7은 도 3에 나타낸 표시 처리 장치 내의 용융 응고 검출부의 데이터 처리 를 설명하는 블록도.

도 8은 검사 대상물의 접합부인 검사 영역의 용융-응고부 검출 개념을 설명하는 도면.

도 9는 도 3에 나타난 표시 처리 장치 내의 수용도 판정부의 데이터 처리를 설명하는 블록도.

도 10은 본 발명에 따른 3차원 초음파 검사 장치의 초음파 검사용 센서 장치의 제 1 실시예를 나타내는 개략 구성도.

도 11은 본 발명에 따른 초음파 검사용 센서 장치의 제 2 실시예를 나타내는 개략 구성도.

도 12는 본 발명에 따른 초음파 검사용 센서 장치의 제 3 실시예를 나타내는 개략 구성도.

도 13은 본 발명에 따른 초음파 검사용 센서 장치의 제 4 실시예를 나타내는 개략 구성도.

도 14는 본 발명에 따른 초음파 검사용 센서 장치의 제 5 실시예를 나타내는 개략 구성도.

이하에서, 본 발명에 따른 3차원 초음파 검사 장치의 실시예에 관해서 첨부한 도면을 참조해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 3차원 초음파 검사 장치의 일 실시예를 나타내는 구성도이다.

3차원 초음파 검사 장치(10)는 초음파 진동과 전자 신호를 상호 변환시키며 원하는 주파수를 갖는 초음파를 송수신하는 초음파 센서로서 트랜스듀서(11)를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치(100)(상세한 것은 후술한다)와; 초음파 트랜스듀서(11)를 구동시키는 구동 신호를 발생시키는 신호 발생부(12)와; 신호 발생부(12)로부터의 구동 신호를 선택함으로써 초음파 트랜스듀서(11)의 압전 진동자를 선택적으로 구동시키는 구동 소자 선택부(13)와; 초음파 트랜스듀서(11)로부터 발진되는 초음파를 검사 대상물(14)의 접합부인 용접부(15)에 조사해서, 이 용접부로부터의 반사 에코의 신호를 초음파 트랜스듀서(11)를 통해서 검출하는 신호 검출 회로(16)와; 이 신호 검출 회로(16)에서 검출된 반사 에코에 대한 전기 신호를 병렬연산 처리해서 3차원(3D) 초음파 화상을 생성시키는 신호 처리부(17)와; 이 신호 처리부(17)에서 처리된 초음파 탐상 화상의 데이터 처리를 더 행하지 않고 고해상도의 3차원 초음파 탐상 화상을 얻어서 내부 구조나 접합부(15)의 형태 및 용접 결함(16)의 상태를 자동적으로 정밀하게 판정해서 판정 결과를 표시하는 표시처리장치(18)를 구비한다.

초음파 트랜스듀서(11)는 압전 소자로 이루어지는 다수의 압전 진동자(20)를 기판(21)에 m행 n열의 매트릭스 형상으로 정열 배치시켜서 매트릭스 센서, 즉 초음파 검사용 센서 장치(100)를 구성하고 있다.

초음파 트랜스듀서(11)의 각 압전 진동자(20mn)에는 신호 발생부(12)에서 발생한 구동 신호가 구동 소자 선택부(13)에 의해 선택되어 더해진다. 구동 소자 선택부(13)의 선택에 의해 압전 진동자(20mn)는 1개씩 또는 복수 개로 결정되어, 요 구되는 구동 타이밍에 구동된다. 각 압전 진동자(20)는 매트릭스 형상으로 배열 설치되는 대신에, 1열로 또는 십자 라인 형상으로 배열되어 어레이 센서를 구성할 수도 있다.

초음파 트랜스듀서(11)의 센서 면인 초음파 발신 및 수신면, 구체적으로는 검사 대상물(14) 측에, 액체 또는 고체의 음향 전파 매체(23)가 밀착된다. 음향 전파 매체(23)와 검사 대상물(14) 사이에는 초음파의 음향적 정합을 위한 커플런트(24)가 설치된다. 커플런트(24)는 음향 전파 매체(23)로서 물 등의 액체를 사용하는 경우에는 필요하지 않다.

또한, 음향 전파 매체(23)가 박스 형상으로 되는 경우, 그 개구 면적은 검사대상물(14)의 검사 영역(타깃 영역)인 접합부(15)의 크기에 대응해서 형성되고, 음향 전파 매체(23)의 높이는 압전 진동자(20)로부터 발진되는 초음파의 발진 각도(퍼지는 각도)에 의해서 결정된다.

검사 대상물(14)은, 예를 들면 스폿 용접에 의해서 조합된 두 개의 판상 구조물(14a 및 14b)을 대상으로 하고, 이 구조물(14a 및 14b)의 스폿 용접부는 3차원 초음파 검사 장치(10)에 의해 초음파를 이용해서 비파괴 방식으로 내부 검사된다. 검사 대상물(14)은 3개 이상의 판상 구조를 겹쳐 쌓아서 용접한 것을 이용할 수 있다. 검사 대상물(14)은 금속 재료나 수지 재료이어도 좋다.

2개의 판상 구조물(14a 및 14b)을 겹쳐 쌓아서 스폿 용접하여 접합하면, 판상 구조물(14)은 접합부(15)의 외표면에 용접용 전극에 의한 옴폭 들어간 곳으로서의 오목부(25)가 형성된다. 따라서, 접합부(15)의 두께(T)는 오목부(25)의 형성분 만큼 접합부(15) 주변의 비접합부(26)보다 작아진다.

도 1에서, 부호 27은 접합부(25)의 용융-응고부를 나타내고, 부호 28은 접합부(15)에 있는 블로홀 등의 용접 결함을 나타낸다.

한편, 초음파 트랜스듀서(11)에 구동 신호를 작용시키는 신호 발생부(12)는, 압전 진동자(20)의 압전체를 구동시켜서 초음파를 발생시키기 위해서, 펄스 형태나 연속한 구동 신호를 발생시킨다. 발생한 구동 신호는 구동 소자 선택부(13)에 의해 구동되는 각 압전 진동자(20mn)가 선택되고, 요구되는 타이밍에 구동 신호가 선택된 압전 진동자(20mn)에 작용하게 된다. 구동 소자 선택부(13)는 구동해야 할 1개 또는 복수의 압전 진동자(20)를 요구되는 타이밍에 순차적으로 선택하고 있어서, 선택된 압전 진동자(20)에 신호 발생부(12)로부터의 구동 신호가 더해지면, 압전 진동자(20)가 구동되어 요구되는 주파수의 초음파(U)를 발진시키도록 되어 있다.

초음파 트랜스듀서(11)의 압전 진동자(20mn)로부터 순차적으로 발진된 초음파는 음향 전파 매체(23)를 지나서, 커플런트(24)를 거쳐 검사 대상물(14) 내에 입사하고, 검사 대상물(14)의 검사 영역(15)(비접합부(26), 용융-응고부(27), 블로홀 등의 용접 결함부(28), 저면(29))에 도달하여, 각 경계층에서 반사된다.

검사 대상물(14)의 저면(29), 비접합부(26), 용융-응고부(27), 블로홀 등의 용접 결함부(28)의 각 경계층에서 반사된 초음파의 반사 에코는, 검사대상물(14)로부터의 음향 전파 매체(23)를 거쳐서 초음파 검사용 센서 장치(100)에 입력된다. 초음파 검사용 센서 장치(100)에서는, 각 반사 에코가 매트릭스 센서로서의 초음파 트랜스듀서(11)의 압전 진동자(20)에 다른 시간차로 입력된다. 압전 진동자(20)에 입력된 반사 에코는 전기 신호로 변환되어 신호 검출 회로(16)에 입력되고, 여기서 반사 에코의 전기 신호가 대응하는 각 압전 진동자(20)마다 검출된다.

이 3차원 초음파 검사 장치(10)는, 초음파 트랜스듀서(11)의 압전 진동자(20) 중 구동 소자 선택부(13)로써 선택된 압전 진동자(20mn)에 구동 신호가 더해지면, 압전 진동자(20mn)가 작동해서 초음파(U)를 발진시킨다. 이 발진된 초음파(U)는 음향 전파 매체(23)와 필요에 응한 커플런트(24)를 거쳐서 검사 대상물(14)의 접합부(15)인 검사 영역에 조사된다. 검사 대상물(14)의 검사 영역(15)에 조사된 초음파(U)의 일부는 검사 영역(15)의 밀도 경계층으로부터 반사되어서 반사 에코가 된다. 반사 에코는 커플런트(24)와 음향 전파 매체(23)를 거쳐서 매트릭스 센서(초음파 트랜스듀서(11))의 압전 진동자(20)로 시간차를 두고 수신되고, 각 압전 진동자(20)에 의한 압전 변환에 의해 반사 에코의 전기 신호로서 신호 검출 회로(16)에 보내져서 검출된다.

초음파 트랜스듀서(11) 내에서, 압전 진동자(20mn)가 구동 신호 선택부(13)로부터 구동 신호를 순차적으로 작용시킴에 의해, 각 압전 진동자(20mn)는 순차적으로 요구되는 타이밍에 구동되고, 압전 진동자(20mn)로부터 발진된 초음파의 반사 에코를 매트릭스 센서(11)에서 각각 2차원적으로 수신한다. 압전 진동자(20mn)의 m행 n열이, 예를 들면 100개(10×10개)가 매트릭스 형상으로 배열 설치된 경우, 압전 진동자(20mn)에 구동 소자 선택부(13)에 의해 순차적으로 구동 신호가 더해지면, 구동 신호가 압전 진동자(20mn)에 순차적으로 더해지는 타이밍에 초음파 트랜 스듀서(11)는 구동 신호가 순차적으로 더해지는 타이밍에 각 압전 진동자(20mn)로부터 초음파(U)가 순차적으로 발진되도록 배열되고, 각 압전 진동자(20mn)로부터 순차적으로 발진된 초음파의 반사 에코를 매트릭스 센서(11)에 순차적으로 수신해서, 그 수신 신호인 반사 에코의 전기 신호를 수신할 때마다 신호 검출 회로(16)에 보내도록 되어 있다.

이로 인해, 신호 검출 회로(16)에서는 초음파 트랜스듀서(11)의 작동에 의해 매트릭스 내에 배열된 개별적인 압전 진동자(20mn)로부터 발진된 초음파의 반사 에코를 매트릭스 센서(11)에서 2차원적으로 수신한다. 매트릭스 센서(11)는 개별적인 압전 진동자(20mn)가 발진한 초음파의 반사 에코를 각각 수신하고, 수신한 반사 에코의 전기 신호는 신호 검출 회로(16)에 보내지며, 이 신호 검출 회로(16)를 거쳐서 신호 처리부(17)에 보내진다.

신호 검출 회로(16)는 매트릭스 센서(11)에서 발생하는 반사 에코의 전기 신호를 검출하는 기능을 갖는다. 검출된 전기 신호 가운데, 검사에 필요한 복수의 신호는 신호 처리부(70) 내의 증폭기(31a, 31b, …, 31i)에 각각 전해진다.

증폭기(31a, 31b, …, 31i)는 전해진 반사 에코의 전기 신호를 각각 증폭하고, 이들을 A/D 변환기(32a, 32b,…, 32i)에 각각 공급하는 기능을 갖는다. A/D 변환기(32a, 32b,…, 32i)는 전해진 전기 신호를 A/D 변환해서, 이것을 병렬 프로세서(33a, 33b, …, 33i)에 각각 공급하는 기능을 갖는다.

신호 처리부(17) 내의 병렬 프로세서(33)는 A/D 변환기(32a, 32b, …, 32i)로부터 전해진 디지털 신호를 병렬적으로 더 신속하게 연산 처리하고, 각각 검사 영역(화상화 영역)에 구획된 각 메시 소자로부터의 반사 강도를 특정하는 기능을 갖는다. 특정된 반사 강도는 3차원 화상 생성부(34)에 의해 통합되어 3차원 화상화 정보(데이터)로 되어서, 표시 처리 장치(18)에 보내진다. 표시 처리 장치(18)는 전해진 3차원 화상화 데이터를 중간부 데이터 처리부(35) 및 저면부 데이터 처리부(36)에서 데이터 처리하고, 검사 대상물(14)의 검사 영역(측정부)(15)의 수용도를 판정부(37)에서 판단하는 한편, 이 수용도 판정 결과와 3차원 화상 생성부(34)로부터의 3차원 초음파 화상을 초음파 탐상 화상으로서 표시부(38)에 표시하도록 되어 있다.

상술한 도 1에 나타난 3차원 초음파 검사 장치(10)에서의 신호 처리부(17)는 도 2에 나타나 바와 같이 구성된다.

신호 처리부(17)에 구비되는 병렬 프로세서(33)는 각각, 내부 메모리(40a, 40b, …, 40i) 및 연산 회로(41a, 41b, …, 41i)를 갖는다. 또한, 통합 프로세서인 3차원 화상 생성부(34)는 화상 통합 처리부(44), 경계 추출 처리부(45), 형상 데이터 기억부(46), 테이블 데이터 격납부(47)를 각각 갖는다.

내부 메모리(40a, 40b, …, 40i)는 각각 A/D 변환기(32a, 32b, …, 32i)로부터 공급된 A/D 변환 신호와 테이블 데이터 격납부(47)로부터 얻어진 전파 시간 데이터를 일시적으로 격납하는 기능을 갖는다. 연산 회로(41a, 41b, …, 41i)는 화상화 영역(검사 영역)의 메시 소자로부터의 반사 강도를 특정하고, 각 메시 소자를 반사 강도에 대응하게 하는 기능을 갖는다. 메시 소자에 대응하는 반사 강도는 3차원 화상 생성부(통합 프로세서)(34)의 화상 통합 처리부(44)에 공급된다.

화상 통합 처리부(44)는 공급된 반사 강도를 검사 영역의 각 메시 소자에 가산하여 3차원 화상화 데이터를 생성하는 기능을 갖는다. 생성된 3차원(3D) 화상화 데이터는 표시 처리 장치(18)에 전해진다.

한편, 경계 추출 처리부(45)는 화상 통합 처리부(44)로부터의 출력 결과로부터 검사 대상물(14)의 내부에 존재하는 경계를 추출하는 기능을 갖는다. 추출된 경계에 관한 정보는 테이블 데이터 격납부(47)에 보내진다.

형상 데이터 기억부(46)는 검사 대상물(14)에 관한 표면 형상이나 경계층 구조에 관한 정보를 미리 기억하는 기능을 갖는다. 기억된 정보는 필요에 따라서 테이블 데이터 격납부(47)에 보내진다.

테이블 데이터 격납부(47)는 매트릭스 센서(11)의 각 압전 진동자(20mn) 사이의 초음파 전파 시간(또는 등가적인 거리여도 좋다)을 테이블화 하여, 미리 격납해 둔 것이다. 격납된 초음파 전파 시간은 그 일부 또는 전부가 각 병렬 프로세서(33)의 내부 메모리(40a, 40b, …, 40i)에 필요에 따라서 전송된다.

또한, 테이블 데이터 격납부(47)에 격납된 초음파 전파 시간은 경계 추출 처리부(45)가 공급하는 검사 대상물(14)에서의 추출된 경계에 관한 정보나 검사 대상물(14)에 관한 표면 형상이나 층 구조에 관한 정보에 의해 재설정될 수 있다.

이렇게, 신호 처리부(17)의 병렬 프로세서(33)와 3차원(3D) 화상 생성부(34)는 A/D 변환기(32a, 32b, …, 32i)로부터 전해진 디지털 신호를 처리하여 검사 대상물(14)의 접합부(15)의 상태를 가시화하는 3차원 화상화 데이터(I)를 생성하는 기능을 갖는다. 신호 검출 회로(46)에 의해 검출된 반사 에코의 전기 신호로부터 개구 합성 처리에 의해 검사 대상물(14)의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내의 각 메시 소자에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성한다.

3차원 화상 생성부(34)는 초음파 트랜스듀서(11)에서 봐서 정면(X-Y 평면)의 방향과, 정면과 직교하며 서로도 직교하는 두 개의 측면(Y-Z 평면), (Z-X 평면)에 대해서 수직인 방향의 합계 3개의 방향으로부터 3차원 화상화 데이터(I)를 투시하는 동시에, 각각 3방향의 3차원 화상화 데이터(I) 중 투시 방향에 겹친 화상화 데이터 중에서 가장 큰 데이터 값을 평면에 투영함으로써 각 방향으로부터 투시하는 3개의 평면(2차원) 화상을 생성한다. 3차원 화상 생성부(34)에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터(I)는 표시 처리 장치(18)에 출력된다.

표시 처리 장치(18)의 중간부 데이터 처리부(35)는 3차원 화상화 데이터(I)의 강도 분포로부터 2개의 판상 구조물(14a, 14b)의 접합부(15) 부근의 중간층 영역의 투과 정면 화상을 추출해서 접합부(15)의 접합 상태를 검출한다. 저면부 데이터 처리부(36)는 3차원 화상 데이터(I)의 강도 분포로부터 저면부(29)의 투과 정면 화상을 추출해서 용융-응고부(27)의 크기를 검출한다. 게다가, 판정부(37)는 중간부 데이터 처리부(35)와 저면부 데이터 처리부(36)로부터 얻어진 결과를 비교·판정한다. 표시부(38)는 중간부 데이터 처리부(35)와 저면부 데이터 처리부(36)와 판정부(37)로부터 얻어진 각각의 비교 판정 결과와 3차원 화상 생성부(34)로부터의 3차원 화상화 데이터(I)를 표시한다.

다음에, 도 3을 참고해서 3차원 초음파 검사 장치(10)의 표시 처리 장치(18)의 기능을 설명한다.

표시 처리 장치(18)의 중간부 데이터 처리부(35)는 중간 검출부(50)와 중심 위치/접합부 측정부(51)를 구비한다. 중간 검출부(50)는 신호 처리부(17)로부터 생성된 3차원 화상화 데이터(I)로부터 중간 접합부(15)의 3차원 화상화 데이터를 추출하고, 중간 위치 투과 평면 화상을 생성하는 동시에 판상 구조물(14a)의 판 두께(t)를 측정한다. 또한, 중심 위치/접합부 측정부(51)는 중간 검출부(50)에서 생성된 중간 위치 투과 평면 화상으로부터 중간 접합부의 중심 위치와 접합부(15)의 크기와 위치나 블로홀 등의 용접 결함의 크기와 위치를 측정한다.

한편, 표시 처리 장치(18)의 저면부 데이터 처리부(36)는 저면 검출부(53)와 용융-응고부 검출부(54)를 구비한다. 저면 검출부(53)는 신호 처리부(17)로부터 생성된 3차원 화상화 데이터(I)로부터 검사 대상물(14)의 저면(29)의 투과 평면 화상을 생성하는 동시에 접합부(15)의 두께(T)를 측정한다. 또한, 용융-응고부 검출부(54)는 저면 검출부(53)에서 생성된 저면(29)의 투과 평면 화상을 중심 위치/접합부 측정부(51)로부터 받아들인 중간 접합부(15)의 중심 위치로부터 용융-응고부(27)의 크기와 위치를 측정한다.

또한, 표시 처리 장치(18)의 판정부(37)는 중간 검출부(50)로부터 받아들인 판상 구조물(14a)의 판 두께 t로부터 최저한 필요로 하는 용융-응고부(27)의 크기를 연산해서, 이 용융-응고부(27)를 구한 판정 기준을 설정하는 동시에, 용융-응고부 검출부(54)로부터 받아들인 용융-응고부(27)의 크기와 위치를 설정한 판정 기준치와 비교해서, 수용도 판정을 행한다. 이 판정 기준은 적절한 상태의 초음파 탐상 화상을 기준으로 해서 데이터 베이스에 격납된 수용도 판정 패턴상(像)에서 정 해질 수 있다. 이 수용도 판정 패턴상은 판정부(37)의 데이터 베이스에 미리 기억되고 격납되어 있다.

표시부(38)는 중심 위치/접합부 측정부(51)에 사용한 중간 접합면의 투과 평면화상이나 이들로부터 측정한 중간 접합부의 중심 위치와 접합부(15)의 크기와 위치나 블로홀 등의 용접 결함부(28)의 크기와 위치, 판정부(37)에서 설정한 판정 기준치와 수용도 판정을 표시한다.

도 4는 3차원 초음파 검사 장치(10)의 표시 처리 장치(18)의 중간 검출부(50)에서의 기능을 설명하는 도면이다.

표시 처리 장치(18)의 중간 검출부(50)는 검사 대상물(14)의 표면/중간 위치 검출부(50a)와, 판상 구조물(14a)의 판 두께 t를 측정하는 판 두께 측정부(50b)와, 중간층 영역의 평면 화상을 형성하는 중간 위치 평면 화상 생성부(50c)를 갖는다.

신호 처리부(17)로부터 생성된 3차원 화상화 데이터(I)의 정면과 직교하는 측면의 화상화 데이터에는 접합부(15)를 갖는 복수의 평판 형상 검사 대상의 두께 방향의 정보가 포함되어 있다. 표면/중간 위치 검출부(50a)는, 판상 대상물이 접합되어 있지 않은 비접합 부위에서는 매트릭스 센서(11)에서 봐서 첫 번째 평판의 저면으로부터의 반사 강도가 높은 쪽을 이용함으로써 이 판상 구조물(평판)(14a)의 저면, 즉 접합부(15)의 중간층 위치(두께 방향)를 확정한다.

판 두께 측정부(50b)는 표면/중간 위치 검출부(50a)에서 확정한 첫 번째 평판의 저면 위치(두께 방향)로부터 첫 번째 평판의 두께 t를 측정한다.

중간 검출부(50)의 중간 위치 평면 화상 생성부(50c)는 신호 처리부(17)에서 생성된 3차원 화상화 데이터(I)로부터 이 중간층부만의 정면 방향으로 화상화 데이터를 추출한다. 이 중간층부에는 반사 강도가 높은 비접합부(26)와 반사 강도가 낮은 접합부(15)가 존재하므로, 비접합부(26)와 접합부(15)의 경계가 접합부 윤곽 형상으로서 현저하게 나타난다. 또한, 접합부(15) 내부의 용융-응고부(27) 내에서 생성되는 블로홀 등의 용접 결함부(28)도 이 중간층부의 정면 방향의 화상화 데이터에 나타난다.

도 5는 3차원 초음파 검사 장치(10)의 표시 처리 장치(18)의 중심 위치/접합부 측정부(51)의 기능을 설명하는 도면이다.

접합부 윤곽 판정부(51a)는 중간 검출부(50)에서 추출된 중간층부만의 정면 방향의 화상화 데이터에 반사 강도의 차이로서 나타나는 접합부 윤곽 형상의 크기와 위치를 화상 데이터로서 인식한다. 동시에, 접합부(15) 내부에 용융-응고부(27) 내에서 생성된 블로홀(28)의 형상, 크기 및 위치도 화상화 데이터로서 인식된다.

중심 위치 판정부(51b)는 접합부 윤곽 판정부(51a)에서 인식된 접합부(15)의 윤곽 데이터로부터 그 중심 위치를 연산한다.

접합부 측정부(51c)는 접합부 윤곽 판정부(51a)에서 인식된 접합부(15)의 윤곽 데이터로부터 접합부 윤곽 형상의 크기와 위치를 측정한다. 또한, 접합부(15) 내부의 용융-응고부(27)와 블로홀 등의 용접 결함부(28)에는 반사강도에 차이가 있으므로, 이 차이를 이용해서 양자를 구별한다.

도 6은 3차원 초음파 검사 장치(10)의 표시 처리 장치(18)의 저면 검출 부(53)의 기능을 설명하는 도면이다.

표시 처리 장치(18)의 저면 검출부(53)는 검사 대상물(14)의 오목부(홈부) 및 저면(29)의 위치를 검출하는 홈부/저면 위치 검출부(53a)와 접합부(15)의 두께 T를 검출하는 접합부 두께 측정부(53b)와 저면 위치 평면 화상 생성부(53c)를 갖는다.

신호 처리부(17)로부터 생성된 3차원 화상화 데이터(I) 내의 정면과 직교하는 측면의 화상화 데이터에는 접합부(15)를 갖는 복수의 평판상 검사 대상물(14)의 두께 방향의 정보가 포함되어 있다. 홈부/저면 위치 검출부(53a)는 복수의 평판상 검사 대상물(14) 전체의 저면 위치를 가장 두꺼운 부분에서의 반사 위치로부터 확정한다.

접합부 두께 측정부(53b)는 홈부/저면 위치 검출부(53a)에서 확정한 검사 대상물(14)의 저면 위치(두께 방향)로부터 검사 대상물의 두께 T를 측정한다.

저면 위치 평면 화상 생성부(53c)는 신호 처리부(17)에서 생성된 3차원 화상화 데이터(I)로부터 이 저면부만의 정면 방향의 화상화 데이터를 생성한다. 이 저면부 화상화 데이터는 접합부(15) 내의 용융-응고부(27) 등의 용접 결함부(28) 상의 정보를 포함한다. 하지만, 이대로는 용융-응고부(27) 내의 블로홀은 접합부(15)와 블로홀의 반사 강도 차이로부터 판별 가능하지만, 그들의 반사 강도 차이가 적어서 접합부(15)와 용융-응고부(27)는 판별 불가능하다.

도 7은 3차원 초음파 검사 장치(10)의 표시 처리 장치(18)의 용융-응고부 검출부(54)의 기능에 관해 설명하는 도면이다.

표시 처리 장치(18)의 용융-응고부 검출부(54)는 검사 대상물(14)의 저면 위치의 초음파 강도 분포 화상을 생성하는 강도 분포 생성부(54a)와; 생성된 초음파 강도 분포 화상 데이터를 평활화 처리하는 평활화 처리부(54b), 평활화 처리된 접합부(15)의 저면 위치 투과 평면 화상을 (1차) 차분 처리하는 1차 차분(1차 미분)처리부(54c)와; 차분 처리된 접합부(15)의 저면 위치 투과 평면 화상을 차분 처리(2차 차분 처리 또는 2차 미분 처리)하는 2차 차분(2차 미분) 처리부(54d)와; 접합부(15)의 용융-응고부(27)를 특정하는 용융-응고부 특정부(54e)와; 용융-응고부(27)의 크기와 위치를 측정하는 용융-응고부(27)를 특정하는 용융-응고부 특정부(54e)와; 용융-응고부(27)의 크기와 위치를 측정하는 용융-응고부 측정부(54f)를 포함한다.

용융-응고부 검출부(54)의 강도 분포 생성부(54a)는 저부 검출부(53)에 의해 생성된 저면 위치 투과 평면 화상과 중심 위치/접합부 측정부(51)로부터 받아들인 접합부(15)의 중심 위치로부터, 접합부(15)의 중심 위치 정보를 포함하는 저면 위치의 초음파 강도 분포 화상을 생성한다.

용융-응고부 검출부(54)의 평활화 처리부(54b)는 강도 분포 생성부(54a)에 의해 생성된 초음파 강도 분포 화상 데이터에 포함되는 노이즈를 제거하기 위해 초음파 강도 분포 화상 데이터를 평활화 처리한다.

평활화 처리부(54b)에서 평활화 처리된 저면부 화상화 데이터는 접합부(15)와 접합부(15) 내부의 용융-응고부(27)와 용융-응고부(27) 내의 블로홀 등의 용접 결함부(28)의 정보를 포함한다. 비록 특별히 측정하지 않아도 접합부(15)와 블로 홀 부(28)의 경계는 그 반사 강도차로부터 판별 가능하지만, 접합부(15)와 용융-응고부(27)의 경계는 그 반사 강도차가 작아서 판별 불가능하다.

그러나, 도 8에 나타난 바와 같이, 접합부(15)와 접합부 내부의 용융-응고부(27)의 경계는 평활화 처리부(54b)에서 평활화 처리된 저면 위치 투과 평면 화상의 반사 에코 강도를 접합부(15)의 외측으로부터 중심 위치 방향에서 보았을 때의 변곡점(P)으로서 나타난다. 따라서, 평활화 처리부(54b)에서 평활화 처리된 접합부(15)의 저면 위치 투과 평면 화상을 1차 차분(1차 미분) 처리부(54c)에서 외측으로부터 중심 위치 방향으로 1차 차분(1차 미분) 처리해서, 또한 2차 차분(2차 미분) 처리부(54d)에서 마찬가지로 2차 차분(2차 미분) 처리하면, 저면 위치 투과 평면 화상의 변곡점(P)의 화상화 데이터를 얻을 수 있다.

용융-응고부 특정부(54e)에서는 2차 차분(2차 미분) 처리부(54d)에서 얻어진 저면 위치 투과 평면 화상의 변곡점(P)의 화상화 데이터로부터, 스폿 용접에서의 너깃(nugget)부라고 불리는 용융-응고부(27)를 특정한다. 비록, 이 변곡점(P)의 화상화 데이터는 용융-응고부(27)의 윤곽을 나타내는 연속상의 곡선으로 될 것이지만, 실제로는 불연속인 곡선 데이터 밖에 얻을 수 없을 경우도 있다. 불연속인 곡선 데이터 밖에 얻을 수 없을 경우에는, 강도 분포 생성부(54a)에서 중심 위치/접합부 측정부(51)로부터 받아들인 접합부(15)의 중심 위치 데이터를 이용해서 불연속인 곡선 데이터와 중심 위치 데이터로부터 용융-응고부(27)의 윤곽을 나타내는 연속상의 곡선으로서 연산에 의해 구할 수 있다.

용융-응고부 측정부(54f)는 용융-응고부 특정부(54e)에서 얻어진 용융-응고 부(27)의 윤곽 데이터로부터 용융-응고부(27)의 형상의 크기와 위치를 화상 데이터로서 인식한다. 용융-응고부(27)의 외주부(外周部)에 형성되는 열영향층의 고상접합부(固相接合部)(너깃)는 접합부(15)와 용융-응고부(27)의 해석에 의한 연산 처리로써 구할 수 있다.

도 9는 3차원 초음파 검사 장치(10)의 표시 처리 장치(18)의 판정부(37)의 기능에 관해 설명하는 도면이다.

표시 처리 장치(18)의 판정부(37)는 판정 기준 생성부(37a)와 수용도 판정부(37b)를 갖는다.

판정부(37)의 판정 기준 생성부(37a)는 중심 위치/접합부 측정부(51)에서 얻어진 판 두께 t로부터 최저한 필요로 하는 용융-응고부(27)의 크기를 연산한다.

수용도 판정부(37b)는 최저한 필요로 하는 용융-응고부(27)의 크기와 용융-응고부 검출부(54)에서 얻어진 용융-응고부(27)의 크기를 비교하는 것에 의해 수용도를 판단하고, 자동적으로 판정된다.

이하에서, 3차원 초음파 검사 장치(10)의 작용을 설명한다.

이 3차원 초음파 검사 장치(10)에 의한 검사 대상물(14)의 검사 영역(타깃 영역)인 접합부(15)의 초음파 탐상 화상을 얻기 위해서, 매트릭스 센서인 초음파 트랜스듀서(11)를 작동시킨다.

초음파 트랜스듀서(11)는 신호 발생부(12)에서 발생한 펄스 상(狀) 또는 연속의 구동 신호를 구동 소자 선택부(13)에 의해 매트릭스 형상의 각 압전 진동자(20)에 요구되는 적절한 타이밍에, 1개 또는 복수 개의 펄스를 더한다. 구동 소 자 선택부(13)에 의해 작동하는 압전 진동자(20)가 선택되고 구동 신호(전기 신호)가 선택된 압전 진동자(20mn)에 작용하면, 압전 진동자(20mn)는 압전 변환되고 요구되는 주파수의 초음파가 발진된다.

선택된 압전 진동자(20mn)로부터 발진된 초음파(U)는 음향 전파 액체 매체(23)를 통해서 검사 대상물(14)의 검사 영역(접합부)(15)에 요구되는 너비를 갖고 입사된다. 검사 대상물(14)의 검사 영역(15)에 입사된 초음파(U)는 검사 대상물(14) 내부의 밀도가 다른 경계층에 순차적으로 도달하고, 면에 조사된다. 검사 대상물(14)의 내부에 면(2차원) 조사된 초음파의 일부는 경계층에서 반사되고, 그 반사파는 반사 에코로 되어서 음향 전파 액체 매체(23)를 통해서 매트릭스 센서(11)에 입사되고, 매트릭스 센서(11)의 압전 진동자(20)에 입사된다.

반사 에코가 입사한 압전 진동자(20)는 압전 변환 소자로서 작용하고, 반사 에코의 크기에 따른 전기 신호를 신호 검출 회로(16)에 출력한다. 매트릭스 센서(11)를 구성하는 초음파 트랜스듀서(11)에는 다수의 압전 진동자(20mn)가 설치되어 있으므로, 각 압전 진동자(20mn)로부터 발진 위치를 달리해서 순차적으로 발진된 초음파는 검사 대상물(14)의 접합부(검사 영역)에서 순차적으로 반사되고, 반사 에코로서 매트릭스 센서(11)에 입사하고, 이 매트릭스 센서(11)의 각 압전 진동자(20)로부터 신호 검출 회로(16)에 반사 에코의 전기 신호로서 차례로 송신된다.

그 후, 신호 검출 회로(16)에 보내진 반사 에코의 전기 신호는 신호 처리부(17)에 입사되고, 이 신호 처리부(17)에 반사 에코의 전기 신호가 신호 처리되고, 검사 대상물(14)의 검사 영역인 접합부(15)의 병렬 프로세서(33) 및 3차원 화 상 생성부(34)에 의해, 3차원 화상화 데이터가 생성된다.

그때, 신호 처리부(17)에는 병렬 프로세서(33)가 구비되고 신호 처리부(17)에 입력된 반사 에코의 전기 신호는 병렬 프로세서(33)로써 병렬적으로 연산 처리되어 있으므로, 연산 처리를 단시간에 신속하게 행할 수 있다.

3차원 화상 생성부(34)는 3차원 화상 데이터로부터 초음파 트랜스듀서(11)에서 봐서 정면 방향과, 정면과 직교하며 서로도 직교하는 2개의 방향인 3개의 방향으로부터 3차원 화상화 데이터를 투시하며, 평면의 각 3방향에서 3차원 화상화 데이터의 투시 방향으로 겹친 화상화 데이터의 가장 큰 값의 데이터를 평면에 투영함으로써 3개의 평면 화상을 생성한다.

정면과 직교하는 2개의 측면의 화상화 데이터에는 접합부(15)를 갖는 복수의 평판상 검사 대상물(14)의 두께 방향의 정보가 다수 포함되어 있고, 판상 구조물이 접합되어 있지 않은 비접합 부위에서는 초음파 트랜스듀서(11)로부터 봐서 첫 번째 판상 구조물(14a)의 저면으로부터의 반사 강도가 높으므로, 이 판상 구조물(14a)의 저면부 위치를 확정할 수 있다. 한편, 복수의 평판상 검사 대상물(14)이 접합되어 있는 부위에서는 초음파의 투과율이 높기 때문에, 가장 반사 강도가 높은 부위로서 복수의 평판상 검사 대상물(14)의 저면부(29) 위치를 확정할 수 있다.

비접합부(26)의 저면, 즉 중간층부만의 정면 방향의 화상화 데이터를 추출하면, 접합부(15)와 비접합부(26) 사이의 반사 강도차가 크기 때문에, 접합부(15)와 비접합부(26)의 경계가 접합부 윤곽 형상으로서 현저하게 나타난다. 이 접합부 윤곽 데이터로부터, 복수의 평판상 검사 대상물(14)의 중간층 부분에서의 접합부(15) 의 상태, 즉 접합부의 크기와 중심 위치를 확정할 수 있다. 또한, 접합부(15) 내부의 용융-응고부(27) 내에 생성된 블로홀 등의 용접 결함부(28)도 이 중간층부의 정면 방향의 화상화 데이터에 나타나기 때문에, 크기와 위치를 확정할 수 있다.

3차원 화상화 데이터로부터 복수의 평판상 검사 대상물(14) 전체의 저면(29), 즉 저면부만의 정면 방향의 화상화 데이터를 추출하면, 접합부(15) 내의 접합 상태차에 의해 반사 에코의 강도 분포를 얻을 수 있다.

접합부(15)의 접합 강도는 접합부(15) 내에서 존재하는 용융-응고부(27)의 크기에 의존하지만, 단순한 접합부(15)와 접합부(15) 내에서 생성되는 용융-응고부(27)의 경계는 평판상 검사 대상물(14)의 저면부(29)의 반사 강도 분포의 변곡점(P)에서 판정할 수 있다.

따라서, 이론적으로는 평판상 검사 대상물(14)의 저면부(29)의 반사 강도 분포를 용융-응고부(27)의 외측으로부터 중심 위치 방향으로 2회의 차분 처리해서 반사 강도의 변곡점(P)을 산출함으로써 접합부(15) 내의 용융-응고부(27)의 윤곽 데이터를 얻을 수 있으므로, 용융-응고부(27)의 크기와 위치를 측정할 수 있다.

그러나, 현실에서는 불연속인 윤곽 데이터만 얻을 수 있는 경우도 있고, 얻어진 연속 부분의 양과 부위에 따라서는 용융-응고부(27)의 크기를 측정할 수 없는 경우도 있다.

그러나, 접합부(15)의 중심과 용융-응고부(27)의 중심은 일치해 있다고 생각된다.

이 3차원 초음파 검사 장치(10)에서는 복수의 판상 검사 대상물(14)의 중간 층 부분에서의 접합부(15)의 크기로부터 접합부(15)의 중심 위치를 측정하고 있기 때문에, 용융-응고부(27)의 윤곽 데이터가 부분적으로 불연속인 데이터이어도, 이 중심 위치를 이용해서 용융-응고부(27)의 불연속인 윤곽 데이터로부터 연속하는 윤곽 데이터를 연산해서 용융-응고부(27)의 크기를 측정할 수 있다.

접합부(15)의 접합 강도는 접합부(15) 내에 존재하는 용융-응고부(27)의 크기에 의존하므로, 복수의 평판상 접합부(15)에 최저한 필요로 되는 접합 강도는 최저한 필요로 되는 용융-응고부(27)의 크기와 같은 의미이다.

한편, 복수의 평판상 접합부(15)에 최저한 필요로 되는 접합 강도, 즉 용융-응고부(27)의 최저한 필요로 되는 크기는 검사 대상물(14)의 판상 구조물(14a)의 판 두께 t로 정의된다.

따라서, 복수의 평판상 접합부(15)가 최저한 필요로 되는 접합 강도를 만족하는지 여부의 판정은 평판인 판상 구조물(14a)의 판 두께 t로부터 산출되는 용융-응고부(27)의 크기와 검사 대상물(14)의 측정 결과로서 얻어진 용융-응고부(27)의 크기를 비교함으로써 가능하다.

또, 본 발명에 따른 3차원 초음파 검사 장치는 상기 실시예에서 설명한 것에 한정되지 않고, 다양한 변형이 고려될 수 있다.

3차원 초음파 검사 장치의 일 실시예에서는 3차원 화상화 장치(10)의 안에 신호 처리부(17)와 표시 처리 장치(18)를 구비하는 구성을 채용한다. 그러나, 3차원 초음파 검사 장치는 독립한 컴퓨터를 이용해서 실현할 수도 있다. 또한, 신호 처리부(17)의 3차원 화상 생성부(34)는 표시 처리 장치(18) 안으로 시프트시켜서 구비될 수도 있다.

컴퓨터는 본 실시예에서의 각 처리를 실행하는 기능을 갖고, 퍼스널 컴퓨터 같은 하나의 장치로 구성된 컴퓨터 장치나 복수의 장치가 네트워크 접속된 컴퓨터 시스템 등의 어떤 구성도 가질 수 있다. 또한, 컴퓨터는 퍼스널 컴퓨터에 한정되지 않고, 통신 기기와 정보 처리 기기에 포함되는 연산 처리 장치와 마이크로 컴퓨터도 포함될 수 있고, 프로그램에 의해 본 발명의 기능을 실현하는 것이 가능한 기기와 장치를 총칭하는 것이다.

또한, 표시 처리 장치(18)의 내부 구성은 소프트웨어를 이용해서 실현될 수 있다. 소프트웨어는 플렉시블 디스크 등의 컴퓨터가 읽어낼 수 있는 기억 매체 내의 메모리도 좋고, 또한 소프트웨어(프로그램) 단독으로서 LAN이나 인터넷 등의 네트워크 상에서 전송되는 유형도 좋다. 이 경우, 기억 매체에 기억된 소프트웨어(프로그램)를 읽어내거나, LAN이나 인터넷 상의 사이트(서버)로부터 다운로드해서 하드 디스크에 인스톨하는 것에 의해 컴퓨터에서의 처리가 가능해진다.

달리 말해, 본 발명에서의 소프트웨어(프로그램)는 컴퓨터와 독립한 기억 매체에 기억되어 있는 것 만에 한하지 않고, LAN이나 인터넷 등의 전송 매체를 통해서 유통되는 것도 포함된다.

또, 프로그램은 메모리, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 광 디스크(CD-ROM, CD-R, DVD 등), 광자기 디스크(MO 등), 반도체 메모리 등의 기억 매체에, 컴퓨터가 읽어낼 수 있게 기억되어 있는 것이면, 그 언어 형식, 기억 형식은 어느 형태여도 좋다.

또한, 기억 매체로부터 컴퓨터에 인스톨된 프로그램의 지시에 기초해서, OS(오퍼레이팅 시스템), 데이터 베이스 관리 소프트웨어 및 네트워크 소프트웨어 등의 MW(미들웨어)에 의해서 본 실시예를 실현하기 위한 각 처리의 일부가 실행되어도 좋다.

또한, 기억 매체는 컴퓨터와 독립한 매체에 한정되지 않고, LAN이나 인터넷 등에 의해 전송된 프로그램을 다운로드해서 기억 또는 일시 기억한 기억 매체도 포함된다. 또한, 기억 매체는 하나에 한하지 않고, 복수의 매체로부터 본 실시예에서의 처리가 실행되는 경우도 본 발명에서의 기억 매체에 포함되고, 매체 구성은 어떤 구성이어도 좋다.

이 3차원 초음파 검사 장치(10)에 따르면, 초음파에 의한 내부 검사의 정밀도를 향상하고, 검사의 자동 판정을 가능하게 하는 3차원 초음파 검사 장치를 제공할 수 있다.

한편, 먼저 서술한 바와 같이, 본 발명은 상술한 바와 같은 구성과 작용을 갖고 도 1에 나타난 3차원 초음파 검사 장치에 관한 초음파 검사용 센서 장치를 제공한다. 이하에서 그 실시예를 도 10 내지 도 14를 참조해서 설명한다. 또, 이하의 기재에서, 3차원 초음파 검사 장치의 부재와 요소에 대해서는 도 1 내지 도 9와 같거나 비슷한 부호를 붙인다.

먼저, 상기의 3차원 초음파 검사 장치(10)에 이용되는 초음파 검사용 센서 장치의 제 1 실시예를 도 10을 참조해서 설명한다.

제 1 실시예에 따른 초음파 검사용 센서 장치(100)는 초음파를 송수신하는 다수의 압전 소자(20)를 정렬 배치시킨 초음파 센서(11)와, 이 초음파 센서(11)의 센서 면인 초음파 발신 및 수신면 측에 설치된 액매체 유지용 슈(shoe) 수단(21)을 구비한다. 초음파 센서(11)는 상기 도 1 내지 도 9에 걸리는 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서를 구성하는 것이고, 초음파 센서(11)는 다수의 압전 소자(20)를 m행 n열로 배열 설치한 매트릭스 센서이거나, 복수의 압전 소자(20)를 일렬로 또는 십자형으로 배열 설치한 어레이 센서이어도 좋다.

초음파 센서(11)는 외관이 원주(cylindrical solid) 형상 또는 원통(cylindrical hollow) 형상으로 구성되고, 이 초음파 센서(11)에 액매체 유지용 슈 수단(21)을 구성하는 통(tubular) 형상 어태치먼트(140)가 나사 결합되어 일체화되고 O링 등의 액밀 수단(141)에 의해 액밀 상태로 유지된다. 도 10에서는 통 형상 어태치먼트(140)를 내부 초음파 센서(11)의 주변에 맞춘 예를 표시했지만, 통 형상 어태치먼트(140)를 초음파 센서(11)에 내측에 끼워넣는 구성도 좋다.

통 형상 어태치먼트(140)의 선단 측에서는 유지 캡(143)이 나사 결합에 의해 착탈이 자유롭게 설치되고, 이 유지 캡(143)에 의해 어태치먼트(140)의 선단 개구를 덮는 박막(144)은 액밀 상태로 유지된다. 유지 캡(143)에서는 박막(144)을 노출시키는 개구부가 캡의 상부에 형성되고, 박막(144)은 통 형상 어태치먼트(140)와 유지 캡(143)에 끼워져서 고정, 유지된다. 유지 캡(143)을 조여 붙임으로써, 박막도 조여 붙여지고, 유지 캡(143)의 조여 붙임 조작에 의해 박막(144)도 어태치먼트(140)에 함께 조여 붙여진다.

박막(144)을 통 형상 어태치먼트(140)에 액밀 상태로 장착하기 위해서 어태 치먼트(140)와 유지 캡(143) 사이에 O링 등의 액밀 수단(145)이 개재된다. 액밀 수단(145)의 부착 위치는 여러가지의 변형예가 고려될 수 있다. 박막(144)을 장착한 통 형상의 어태치먼트(140) 내에 초음파 전파 액매질로서 물(147)이 충전되고 채워져서 슈 수단(21)이 구성된다.

이 슈 수단(21)의 박막(144)은 고무 재료 또는 수지 재료를 이용한 소프트 매질로서 제조되고, 박막(144)을 통해 전파하는 초음파 파장(λ)의 1/4 이하의 막 두께, 예를 들면 수 ㎛ 내지 수십 ㎛ 정도에서 형성된다. 박막(144)의 막 두께를 1/4 파장(λ) 이하로, 예를 들면 수십 ㎛ 이하로 함으로써, 박막(144)을 투과하는 초음파의 파형 변형, 산란 및 다중 반사로 인한 검출 성능의 열화를 방지할 수 있다.

통 형상 어태치먼트(140)의 한쪽에는 초음파 센서(11)를 설치하고 다른 한쪽에는 박막(144)을 각각 액밀 상태로 설치하고 통 형상 어태치먼트(140)의 내부를 물로 채움으로써, 초음파 검사용 센서 장치(100)가 구성된다.

초음파 검사용 센서 장치(100)는 초음파 센서(11)에 통 형상 어태치먼트(14)를 나사 결합으로 부착하고, 통 형상 어태치먼트(140)에 박막(144)을 눌러서 유지하는 유지 캡(143)을 설치함으로써 구성되고, 어태치먼트(140) 내에 물(147)을 채우기 이전에는 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면과 박막(144)은 서로 평행하게 유지된다.

초음파 검사용 센서 장치(100)의 조립 수순은, 통 형상 어태치먼트(140)를 초음파 센서(11)에 가볍게 틀어넣어서, 초음파 센서(11)가 아래를 향하게 해서 통 형상 어태치먼트(140) 내부를 물(147)로 채운다.

다음에, 박막(144)을 통 형상 어태치먼트(140)의 선단 개구를 덮도록 씌우고, 통 형상 어태치먼트(10)에 놓인 위로부터 유지 캡(143)을 덮어서 나사 조임 방식으로 고정되도록 덮는다. 유지 캡(143)을 나사 조임으로써, 박막(144)은 유지 캡(143)과 어태치먼트(140) 사이에서 액밀 상태로 끼워 넣어지고 함께 조여진다.

마지막으로, 유지 캡(143)으로 박막(144)을 끼워 둔 상태에서 통 형상 어태치먼트(140)를 초음파 센서(11)에 나사 조임 한다. 이 통 형상 어태치먼트(140)의 나사 조임에 의해, 어태치먼트(140) 내의 수압이 상승하여 박막(144)이 유지 캡(143)의 개구부(145)로부터 팽출한다.

팽출 작용으로 인해, 검사 대상물(14)의 표면 형상이 완전한 평면 형상이 아니고 울퉁불퉁한 면 등의 곡면이 존재하여도, 박막은 검사 대상물(14)의 표면에 효율적이고 유효하게 밀착될 수 있다.

따라서, 초음파 검사용 센서 장치(100)에서는 초음파 센서(11)와 박막(144) 사이에 물(147)을 채움으로써 종래의 슈 재료와 커플런트가 요구되지 않는다. 검사 대상물(14)의 검사 영역(초음파 입사 부분)의 표면이 완전한 평면이 아닌 경우에도, 초음파에 의한 화상 처리를 수행하는 것이 가능하다.

또한, 검사 대상 영역(14)의 표면에 요철이 존재하는 경우에는, 검사 대상물(14)과 슈 수단(21)의 박막(144) 사이에, 휘발성이 낮은 겔 상(狀)의 커플런트를 도포하여도 좋다.

부호 148은 초음파 센서(11)에 연결된 전기 케이블 또는 신호 케이블을 나타 내는 것으로서, 음파 센서(11)의 각 압전 소자(20)에 구동 신호를 송신하거나 초음파 센서(11)에 수신한 반사 에코의 전기 신호를 신호 검출회로에 보내는 기능을 갖는다.

도 11은 3차원 초음파 검사 장치에 구비된 초음파 검사용 센서 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.

도 11에 나타난 초음파 검사용(100A) 센서 장치를 설명할 때, 제 1 실시예의 초음파 검사용 센서 장치(100)와 동일한 구성의 것이 동일 부호를 붙이고 설명은 생략한다.

제 2 실시예에 나타난 초음파 검사용(100A) 센서 장치는 다수의 압전 소자(20)가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 정렬 배치된 초음파 센서(11)와 이 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면 측에 밀착된 유연 슈 수단(150)과 초음파 센서(11)를 검사 대상물(14)에 대해 자유롭게 전진 및 퇴진 가능하도록 미세 조정하는 승강 수단으로서의 센서 위치 조절 수단(151)을 갖는다.

초음파 센서(11)는 도 10에 나타난 초음파 트랜스듀서와 유사하게, 매트릭스 센서 또는 어레이 센서로서 구성된다.

초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면에 설치된 유연 슈 수단(150)은 연질성 슈 재료(152)에 의해 구성된다. 연질성 슈 부재(152)의 표면에는 그 표면과 초음파 센서(11) 사이와, 표면과 검사 대상물(14) 사이에 휘발성이 낮은 겔 상의 커플런트가 도포된다.

연질성 슈 부재(152)는 실리콘 고무나 폴리스티렌 등의 연질 수지 재료로써 형성된다. 유연 슈 재료(150)가 연질성 슈 부재(152)로 구성되면, 볼트 등을 이용해서 연질성 슈 부재(152)를 직접 고정하는 것이 가능하다. 초음파 검사용 센서 장치(100A)에서는 유연 슈 수단(150)을 유지 지지 도구인 센서 위치 조절 수단(151)에 내포시킴으로써 유연 슈 수단(150)을 슈 형상을 일정하게 유지한 부동의 상태로 유지할 수 있다.

또한, 초음파 센서(11)를 검사 대상물(14)에 대해서 전진 및 퇴진시키는 센서 위치 조절 수단(151)은 초음파 센서(11)를 외측으로부터 유지하는 지지틀(153)을 포함하고, 이 지지틀(153)의 네 코너 부근에 보스(boss)부(154)를 통해서 나사 결합된 지지 조절 볼트로서의 다리 볼트(155)를 포함한다. 다리 볼트(155)는 지지틀(153)에 3개 이상, 예를 들면 4개가 설치된다.

그리고, 다리 볼트(155)를 검사 대상물(14)에 가압하면서 볼트 헤드(156)를 볼트 축선 둘레에 회동 조작시킴으로써, 유지틀(153)을 검사 대상물(14)에 미세 조절 가능하게 전진 및 퇴진(상승 및 하강)시키고, 그 전진 및 퇴진 상태로 유지시킬 수 있다. 다리 볼트(155)는 볼트 헤드(156)를 구동 모터(도시되지 않음)에 연결시켜서, 각 구동 모터의 모터 구동을 개별 또는 전체적으로 구동 제어함으로써, 자동 조작시킬 수 있다.

초음파 검사용 센서 장치(100A)는 센서 위치 조절 수단(151)의 다리 볼트(155)를 검사 대상물(14)에 누르면서 볼트 축선 둘레에 회동시킴으로써, 초음파 센서(11)와 검사 대상물(14)의 평행도나 거리(간격)를 미세 조정할 수 있고, 그에 따라 검사 대상물(14)이나 초음파 센서(11)와 연질성 슈 부재(152)의 밀착성, 밀착 면적을 조정할 수 있다.

연질성 슈 수단(150)은 실리콘 고무 등의 재질의 연질성 슈 부재(152)에 대신해서 고무나 수지로 이루어진 박막 사이에 물 등의 액매질을 충전시킨 유연성 슈 부재로서도 좋다.

연질성 슈 수단(150)은 센서 위치 조절 수단(151)의 3개 이상, 예를 들면 4개의 다리 볼트(155)와 초음파 센서(11)와 검사 대상물(14) 사이에 끼워지도록 고정되고, 외력이 작용하지 않는 한 부동 상태에서 안정적으로 유지된다. 이로 인해, 초음파 센서(11)와 검사 대상물(14)의 위치 관계는 일정해진다.

도 11에 나타난 초음파 검사용 센서 장치(100A)는 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면 측에 유연 슈 수단(150)으로서 연질성 슈 부재(152)를 이용했기 때문에, 검사 대상물(14)의 표면이 평면이 아니고, 곡면의 경우에도, 연질성 슈 부재(152)를 검사 대상물(14)에 안정적으로 밀착시킬 수 있고, 사이에 공기층을 만들지 않고, 초음파(U)를 검사 대상물(14)에 안정적으로 더 부드럽게 입사시킬 수 있다.

도 12는 초음파 검사용 센서 장치의 제 3 실시예를 나타내는 것이다.

제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 설명한 초음파 검사용 센서 장치와 동일한 구성의 것은 동일 부호를 붙여서 설명을 생략한다.

제 3 실시예에 나타난 초음파 검사용 센서 장치(100B)는 다수의 압전 소자(20)를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 정렬 배치시킨 초음파 센서(11)와 이 초음파 센서(11)의 센서 면인 초음파 발신 및 수신면에 음향 전파 매체인 물을 축적 가능하게 유지하는 매체 축적(액매체 유지)용 슈 수단(160)과, 초음파 센서(11)의 주위에 배치되고, 매체 축적용 슈 수단(160)에 초음파 전파 액매체로서의 물을 공급가능한 저류조인 수조(161)를 구비한 센서 홀더(162)를 갖는다.

매체 축적용 슈 수단(160)은 초음파 센서(11)의 센서면(초음파 발신 및 수신면) 측에 설치된 스폰지 형상 또는 포러스 형상의 유연한 슈 부재(163)는 초음파 센서(11)와 검사 대상물(14) 사이에 충분한 양의 물(초음파 전파 액매체)을 저장하는 것이 가능한 크기의 축적 공간을 갖는다.

이로 인해, 초음파 센서(11)에 슈 부재(163)를 설치할 때는, 슈 부재(163)는 수조(161)와의 연결부인 지지부에 의해 검사 대상물(14) 측에 크게 팽출해 있다.

또한, 슈 부재(163)는 토러스(torus) 상 또는 슬리브 형상의 수조(161)에 싸이도록 지지된다. 저류조인 수조(161)에는 탱크 내의 공기를 뽑는 공기 배출 밸브(164)가 탱크 상부에 설치된다. 수조의 슬리브 형상 또는 스커트 형상의 탱크 가이드(165)가 스폰지 형상 또는 포러스 형상의 유연한 슈 부재(163)의 둘레 측면을 덮고 있다. 수조(161)는 초음파 센서(11)와 일체적으로 구성되고, 유연한 슈 부재(163)에 포함된 물의 과부족을 조절함으로써 항상 물을 충만시키고 있다.

유연한 슈 부재(163)에 물을 항상 충만시킴으로써 초음파(U)의 양호한 전파를 유지할 수 있다.

또한, 유연한 스폰지 형상 또는 포러스 형상(163)는 검사 대상물(14) 표면의 곡면 형상에도 밀착시킬 수 있으므로, 유연한 슈 부재(163)에 공급된 물이 검사 대상물(14)과 유연한 슈 부재(163) 사이에 채워짐에 의해, 검사 대상물(14) 내부에의 초음파의 투과와 검사 대상물(14)의 내부 결함 등의 경계층으로부터 반사된 초음파의 반사 에코의 투과를 효율적으로 행하는 것이 가능해진다.

이를 위해, 초음파 센서(11)의 센서면인 초음파 발신 및 수신면은 유연한 슈 부재(163)와 직접 접하도록 수조(161)가 슈 부재(163) 상부에 통해 있다. 수조(161)를 유지하는 센서 홀더(162)의 검사 대상물(14)에의 부착부(설치부)(166)도 유연한 슈 부재(163)와 검사 대상물(14)이 직접 접하도록 형성된다.

센서 홀더(12)의 부착부(166)는 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면과 평행하게 형성되고, 또한 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면과 검사 대상물(11)의 검사 표면과도 평행하게 되도록 구성된다.

아래에서, 초음파 검사용 센서 장치(100B)의 조립 수순 및 작용을 설명한다.

초음파 검사용 센서 장치(100B)는 초음파 센서(11)에 유연한 슈 부재(163)를 부착하고, 이 슈 부재(163)를 검사 대상물(14)에 직접 닿게 하기 전에, 슈 부재(163)에 물을 충분하게 담아 둔다.

초음파 센서(11)를 검사 대상물(14) 상에 배치하면, 유연한 슈 부재(163)가 검사 대상물(14)의 표면 형상에 잘 맞춰져서, 검사 대상물(14)과 초음파 센서(11) 사이를 물로 채운 슈 부재(163)의 가압 변형된 분량만큼만 슈 부재(163) 내의 물이 수조(161) 측에 흘러든다.

또한, 수조(161)는 유연한 슈 부재(163)로부터 위쪽으로 향한 유로 구조로 형성되기 때문에, 초음파 센서(11)와 검사 대상물(14) 사이에서 슈 부재(163) 내에 발생한 기포는 수조(161) 쪽으로 안내된다.

초음파가 검사 대상물(14)에 향할 때, 수조(161)의 압력은 수조(161)에 들어오는 물과 기포에 기인해서 증가한다. 그러나, 압력 증가는 공기 배출 밸브(164)를 개방함으로써 억제될 수 있다. 공기 배출 밸브(164)는 수조 내부의 압력이 대기압과 같아지는 때에 닫힌다.

이 초음파 검사용 센서 장치(100B)는 초음파 센서(11)와 검사 대상물(14) 사이에 물로 채워진 유연한 슈 부재(163)를 설치하고, 유연한 슈 부재(163)에 유지된 물이 채워진 상태에서 초음파 검사 작용이 행해지고 초음파에 의한 검사 대상물(14)의 내부 검사가 행해지고, 이 내부 검사에서는 초음파 센서(11)로부터 초음파를 발진시켜서 화상 처리가 행해진다.

초음파 검사용 센서 장치(100B)의 작동에 의해, 검사 대상물(14)의 검사 영역의 내부 구조의 초음파 검사 작용이 종료하면, 초음파 센서(11)는 다음의 검사 영역으로 이동하게 할 수 있다. 초음파 센서(11)를 이동시킬 때는, 초음파 센서(11)를 검사 대상물(14)로부터 떼어내서 다음의 검사 대상 장소에 이동시킨 후, 초음파 검사용 센서 장치(100B)를 단단히 누름으로써 연속한 화상 처리를 행할 수 있다. 이 초음파 검사용 센서 장치(100B)에서는 물을 채운 유연한 슈 부재를 설치했기 때문에, 커플런트를 도포할 필요가 없고, 커플런트가 불필요하다.

이 초음파 검사용 센서 장치(100B)는 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면 측에 부착된 유연한 스폰지 형상 슈 부재(152)를 이용함으로써, 복수의 검사 대상 장소의 화상 처리를 행하는 경우에도, 초음파 센서(11)의 슈 부재(163)를 검사 대상물(14)에 바싹대는 것만으로, 연속적으로 초음파 검사를 행할 수 있고, 연 속한 초음파 화상 처리가 가능해진다.

도 13은 초음파 검사용 센서 장치의 제 4 실시예를 간소화해서 설명하는 구성도이다.

이 실시예에 나타난 초음파 검사용 센서 장치(100C)는 다수의 압전 소자(20)가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 정렬 배치된 초음파 센서(11)와; 이 초음파 센서(11)의 센서면인 초음파 발신 및 수신면 측에 설치된 수조형 슈 수단(170)을 포함한다. 초음파 센서(11)는 제 1 실시예 내지 제 4 실시예에 이용되는 초음파 센서와 다르지 않다.

수조형 슈 수단(170)은 초음파 센서(11)의 외주면에 부착되는 스커트 형상 또는 슬리브 형상의 탱크(171)를 구비하고, 이 탱크(171)는 검사 대상물(14)의 측정 영역에 액밀로 장착된다. 탱크(171)가 검사 대상물(14) 상에 액밀로 장착된 상태로 탱크(171) 내부에 음향 전파 액매체로서의 물(172)이 충전되어서 수조가 구성된다.

탱크(171)를 검사 대상물(14)에 액밀로 장착하기 위해, 탱크(171)가 설치면에 O링 등의 액밀 수단(173)이 설치된다. 액밀 수단(173)을 대신해서 탱크(171)의 설치면에 흡반을 설치하고, 이 흡반에 의해 액밀 구조를 구성하는 것도 좋다. 또한, 탱크(171)를 초음파 센서(11)에 액밀로 부착하기 위해 O링 등의 액밀 수단(173)을 마찬가지로 설치하는 것도 좋다.

수조 슈 수단(170)의 탱크(171)는 탱크 측면에 급수구(174)와 배수구(175)가 설치되고, 순환형 액매체(물) 공급 수단(176)이 설치된다. 순환형 물 공급 수 단(176)은 배출구(175)로부터 유입구(174)에 이르는 닫힌 액매체(물) 루프(177)를 갖고, 이 물 루프(177)의 중간에 제어 장치(178)로 작동 제어되어 있는 펌프(179)가 설치되어 있다. 또한, 부호 180은 흡입 측의 액매체 공급관(급수관)에 설치된 공급 밸브를 나타내고, 부호 181은 펌프 흡입 측의 물 루프(177)로부터 분기된 드레인 배관에 설치된 드레인 밸브를 나타낸다.

또한, 수조형 슈 수단(170)의 탱크 상부에는 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면이 탱크 내에 돌출하도록 설치되어 있고, 이 초음파 발신 및 수신면보다 위쪽으로 형성된 공기 배출 포트(183)에 공기 배출 배관(184)이 접속되고, 이 공기 배출 배관(184)에 공기 배출 밸브(185)가 설치된다.

이 초음파 검사용 센서 장치(100C)에서는, 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면과 탱크(171)의 검사 대상물(14)에의 부착부(설치부)가 평행하게 형성된다. 이에 의해, 초음파 센서(11)의 정면(초음파 발신 및 수신면)과 검사 대상물(14)의 거리 및 평행도를 유지할 수 있다.

또한, 탱크(171)는 전부가 개방되어 있고, 초음파 센서(11)를 부착한 탱크(171)를 검사 대상물(14) 상에 설치하는 때, 탱크(171) 내의 물(172)이 검사 대상물(14)이나 초음파 센서(11)의 초음파 발신 및 수신면과 직접 접촉해 있어, 액밀 수단(173)에 의해 수조에 물이 채워진 경우에도 탱크 내의 물(172)은 수조로부터 누출하지 않게 되어 있다.

이 초음파 검사용 센서 장치(100C)에 있어서는, 초음파 센서(11)에 수조를 구성하는 탱크(171)가 부착되어 있고, 탱크(171)와 일체로 된 초음파 센서(11)를 검사 대상물(14)에 눌러 붙임에 의해서 수조가 구성되고, 탱크(171) 내로 물이 반송되어도 누수를 방지할 수 있다.

수조를 구성하는 탱크를 부착한 초음파 센서(11)를 검사 대상물(14)의 검사 영역에 설치하고 위로부터 압력을 가해서, 탱크(171)의 공기 배출 밸브(185)를 개방시킨다. 이 공기 밸브 개방 상태에서 드레인 밸브(181)를 닫고, 펌프 급수 밸브(180)를 개방시켜서 물 루프(177)에 흐르는 물을 주입한다. 펌프 급수 밸브(180)로부터 물 루프(177)에 안내되는 물을 주입하면서, 제어 장치(178)로써 펌프(179)의 운전을 제어한다.

펌프(179)를 운전시키고, 초음파 센서(11)의 초음파 발신/수신부와 검사 대상물(14) 사이가 물(172)로 채워지고 탱크(171) 내의 물(177)에 기포가 없음을 확인한 후 공기 배출 밸브(184)를 닫아서 펌프(179)의 작동을 정지시킨다.

탱크(171)와 검사 대상물(14)의 표면으로 구성된 수조 내부가 물로 채워진 후, 초음파 검사용 센서 장치(100C)를 기동시킨다. 초음파 검사용 센서 장치(100C)의 작동에 의해 초음파 센서(11)의 각 압전 소자(20)로부터 초음파를 발신 및 수신시켜서 검사 대상물(14)의 내부 구조를 초음파로 검사해서 화상 처리가 행해진다.

그때, 초음파 센서(11)의 초음파 발신/수신부와 탱크(171)의 검사 대상물(14)의 부착부가 서로 평행하게 구성되기 때문에, 종래의 블록 상 평행 평면의 슈 부재를 이용하는 경우와 마찬가지로 이용된다. 따라서, 초음파는 검사 대상물(14)에 수직으로 입사될 수 있다.

초음파 센서(11)로부터의 초음파를 검사 대상물(14)에 입사시켜, 그 반사 에코를 초음파 센서(11)로 수신해서 반사 에코의 전기 신호를 처리하는 초음파 검사에 의한 화상 처리가 종료한 후, 물 루프(177)의 드레인 밸브(181)와 수조의 공기 배출 밸브(185)를 개방하고, 펌프(179)를 작동시켜서, 수조와 물 루프(177) 내의 물을 빼는 물의 배출 처리를 행한다.

물 배출 처리가 종료된 후, 다음의 검사 대상 장소에 이동해서 초음파 검사에 의한 초음파 화상을 얻도록 하고 있다.

이 초음파 검사용 센서 장치(100C)에 의하면, 초음파 센서(11)에 부착된 수조에 펌프(179)의 작동에 의해 물을 채움으로써, 종래의 블록 상 슈 부재 및 커플런트가 불필요하게 된다. 수조를 구성하는 탱크(171)는 검사 대상물(14) 측에 개구하여 있으므로, 수조에 물(172)을 채우면, 초음파 전파 특성이 좋은 물(172)은 검사 대상물(14)의 검사 영역의 표면과 직접 접촉하게 된다. 따라서, 검사 대상물(14)의 표면이 완전한 평면이 아닌 경우에도, 커플런트를 이용하지 않고 초음파에 의한 화상 처리가 가능해진다.

도 14는 본 발명의 초음파 검사용 센서 장치의 제 5 실시예를 나타내는 간략적인 구성도이다.

제 5 실시예에 나타난 초음파 검사용 센서 장치(100D)는 다수의 압전 소자(20)를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 정렬 배치한 초음파 센서(11)와; 이 초음파 센서(11)의 초음파 발신/수신면 측에 밀착되는 블록 상의 슈 부재(190)에 형성된 슈 수단(191)과; 이 슈 수단(191)을 초음파 센서(11)의 초음파 발신/수신면 측에 착탈 가능하게 부착하는 원터치 방식의 부착 수단(192)을 포함한다. 슈 수단(191)의 슈 부재(190)는 강화 폴리스티렌, 에폭시 수지 또는 세라믹 등의 음향 전파 특성이 우수한 재료로서, 초음파 발신/수신면과 그 반사측의 면이 서로 평행하게 되는 평행평면 상(狀)으로 형성된다.

원터치 방식의 부착 수단(192)은 슈 부재(191)의 대향하는 양측벽에 외측으로부터 부착되는 부착구(194)와, 이 부착구(194)에 회동 가능하게 부착된 록(lock) 부재(195)와, 이 록 부재(195)의 자유단 측에 설치된 결합 훅(hook)(196)을 초음파 센서(11)의 결합 구멍(197) 측에 스프링 가압하는 스프링 수단(198)을 갖는다. 록 부재(195)의 결합 블록(196)을 결합 구멍(197)에 결합시킴으로써, 록 부재(195)는 고정되고, 슈 부재(191)는 초음파 센서(11)의 초음파 발신/수신면에 접촉하도록, 원터치로 부착하여 고정된다. 초음파 센서(11)에 형성된 결합 구멍(197)을 대신해서 결합 훅(196)과 결합 가능한 고정구를 초음파 센서(11)에 부착해도 좋다.

이 초음파 검사용 센서 장치(100D)는 블록 상으로 평행 평면을 갖는 슈 부재(190)를 초음파 센서(11)에 원터치 방식 부착 수단(192)으로 착탈 가능하게 부착함으로써, 원터치 방식 부착 수단(192)을 이용해서, 슈 수단(191)인 슈 부재(190)를 간단하게 착탈시킬 수 있다.

이 초음파 검사용 센서 장치(100D)에 의하면, 슈 수단(191)을 원터치로 떼어낼 수 있고, 따라서 슈 부재(190)와 초음파 센서(11)의 센서면이나 검사 대상물의 표면에 가령 기포가 들어가도, 슈 수단(191)을 초음파 센서(11)로부터 떼어내서 슈 수단(191)의 슈 부재(190) 표면에 휘발성이 낮은 겔 상 커플런트를 도포함으로써, 초음파 검사용 센서 장치(100D)에 기포가 들어가지 않게 된다.

또, 도 10 내지 도 14에 기재된 초음파 검사용 센서 장치는 도 1 내지 도 9에 기재된 구성을 갖는 3차원 초음파 검사 장치에 한정하지 않고, 다른 구성의 3차원 검사 장치에도 적용할 수 있다.

Claims (25)

1. 삭제
2. 복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

   상기 초음파 트랜스듀서를 구성하는 복수의 압전 진동자 중, 초음파를 발진시키는 압전 진동자를 순차적으로 선택하는 구동 소자 선택부와,

   상기 구동 소자 선택부에서 선택된 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 음향 전파 매체를 통해서 검사 대상물의 접합부에 입사시켜서 이 접합부로부터의 반사 에코를 수신하고, 이 접합부로부터의 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와,

   이 신호 검출 회로에서 검출된 전기 신호를 신호 처리하고, 상기 검사 대상물의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내에 구획된 메시(mesh)에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

   이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기와 위치 및 접합부의 용접 결함의 크기와 위치를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비하고,

   상기 표시 처리 장치는,

   상기 신호 처리부에서 생성된 검사 대상물의 접합부 저면의 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기를 검출하는 저면부 데이터 처리부와,

   상기 검사 대상물의 중간 접합부의 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 접합부의 용접 결함의 유무와 크기를 검출하는 중간부 데이터 처리부와,

   상기 저면부 데이터 처리부와 중간부 데이터 처리부에서 검출된 결과를 비교해서 검사 대상물의 수용도를 판정하는 판정부와,

   상기 저면부 데이터 처리부, 중간부 데이터 처리부 및 판정부로부터 얻어진 결과 및 상기 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 구비하는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 표시 처리 장치의 중간부 데이터 처리부는,

   상기 신호 처리부로부터 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 검사 대상물의 접합부의 중간부의 3차원 화상화 데이터를 추출하여 중간 위치 투과 평면 화상을 생성하는 동시에 판 두께를 측정하는 중간 검출부와,

   중간 접합부의 중심 위치, 접합부의 크기와 위치 및 블로홀(blowhole) 등의 용접 결함의 크기와 위치를 측정하는 중심 위치/접합부 측정부를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 표시 처리 장치의 저면부 데이터 처리부는,

   상기 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 검사 대상물의 저면의 3차원 화상화 데이터를 추출해서 투과 평면 화상을 생성하는 저면 검출부와,

   이 저면 검출부로부터 생성된 투과 평면 화상과 상기 중심 위치/접합부 측정부로부터 판정된 중심 위치로부터 용융-응고부의 크기와 위치를 측정하는 용융-응고부 검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 표시 처리 장치는,

   중간부 데이터 처리부의 중간 검출부로부터 구한 검사 대상물의 판 두께로부터 구한 판정 기준과 상기 저면 데이터 처리부의 용융-응고부 검출부로부터 구한 용융-응고부의 크기와 위치를 비교해서 수용도 판정을 행하는 판정부와,

   상기 중간부 데이터 처리부의 중심 위치/접합부 측정부로부터 구한 접합부의 상태와 상기 용융-응고부 검출부로부터 구한 용융-응고부의 상태를 비교한 판정 결과와 상기 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터를 표시하는 표시부를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
6. 제 2 항에 있어서,

   상기 표시 처리 장치의 중간부 데이터 처리부는 중간 검출부를 구비하고,

   상기 중간 검출부는,

   상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 표면 위치와 접합부 위치를 검출하는 표면/중간 위치 검출부와,

   상기 표면/중간 위치 검출부에 의해 생성된 표면 위치와 접합부 위치의 데이터로부터 판 두께를 측정하는 판 두께 측정부와,

   상기 표면/중간 위치 검출부로 구한 접합부 위치와 상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 중간 위치의 투과 평면 화상을 생성하는 중간 위치 평면 화상 생성부를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
7. 제 3 항에 있어서,

   상기 중심 위치/접합부 측정부는,

   상기 중간 검출부에 의해 생성된 중간 위치 투과 평면 화상으로부터 접합부의 윤곽을 판정하는 접합부 윤곽 판정부와,

   상기 접합부 윤곽 판정부에 의해 구한 접합부의 윤곽 데이터로부터 접합부의 중심 위치를 판정하는 중심 위치 판정부와,

   상기 접합부 윤곽 판정부에 의해 구한 접합부의 윤곽 데이터로부터 접합부의 크기를 측정하는 접합부 측정부를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
8. 제 2 항에 있어서,

   상기 표시 처리 장치의 저면부 데이터 처리부는 저면 검출부를 구비하고,

   상기 저면 검출부는,

   상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 검사 대상물의 접합부의 홈부를 표시하는 오목부 위치와 저면부 위치를 검출하는 홈부/저면 위치 검출부와,

   상기 홈부/저면 위치 검출부에 의해 구한 오목부/저면 위치의 데이터로부터 접합부의 두께를 측정하는 접합부 두께 측정부와,

   상기 홈부/저면 위치 검출부에 의해 구한 오목부/저면 위치의 데이터와 상기 신호 처리부에 의해 생성된 3차원 화상화 데이터로부터 저면 위치 투과 평면 화상을 생성하는 저면 위치 평면 화상 생성부를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 용융-응고부 검출부는,

   중간부 데이터 처리부의 중심 위치/접합부 측정부에 의해 구한 접합부 중심 위치와 저면 검출부에 의해 생성된 저면 위치 투과 평면 화상으로부터 초음파 강도 분포 화상을 생성하는 강도 분포 생성부와,

   상기 강도 분포 생성부에 의해 생성된 초음파 강도 분포 화상을 평활화 처리하는 평활화 처리부와,

   평활화 처리된 저면 위치 투과 평면 화상을 외측으로부터 중심 위치 방향으로 1차 차분 처리하는 1차 차분 처리부와,

   상기 1차 차분 처리부에서 1차 차분 처리된 저면 위치 투과 평면 화상을 용융-응고부의 외측으로부터 중심 위치 방향으로 2차 차분 처리하는 2차 차분 처리부와,

   2차 차분 처리된 저면 위치 투과 평면 화상의 변곡점 데이터로부터 접합부의 용융-응고부를 특정하는 용융-응고부 특정부와,

   상기 용융-응고부 특정부에 의해 특정된 용융-응고부 데이터로부터 용융-응고부의 크기를 측정하는 용융-응고부 측정부를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
10. 제 4 항에 있어서,

    상기 표시 처리 장치는 접합부의 접합 상태의 수용도를 판정하는 판정부를 구비하고,

    상기 판정부는,

    상기 중간부 데이터 처리부의 중간 검출부에 의해 측정된 판 두께로부터 요구되는 용융-응고부의 크기를 연산하는 판정 기준 생성부와,

    상기 판정 기준 생성부에 의해 생성된 요구되는 용융-응고부의 크기와 상기 저면부 데이터 처리부의 용융-응고부 검출부에 의해 측정된 용융-응고부의 크기를 비교하여 접합부의 접합 상태의 수용도를 판정하는 수용도 판정부를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
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12. 복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

    상기 초음파 트랜스듀서를 구성하는 복수의 압전 진동자 중, 초음파를 발진시키는 압전 진동자를 순차적으로 선택하는 구동 소자 선택부와,

    상기 구동 소자 선택부에서 선택된 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 음향 전파 매체를 통해서 검사 대상물의 접합부에 입사시켜서 이 접합부로부터의 반사 에코를 수신하고, 이 접합부로부터의 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와,

    이 신호 검출 회로에서 검출된 전기 신호를 신호 처리하고, 상기 검사 대상물의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내에 구획된 메시(mesh)에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

    이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기와 위치 및 접합부의 용접 결함의 크기와 위치를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비하고,

    상기 초음파 검사용 센서 장치는,

    초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

    상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 액(液)매체 유지용 슈 부재를 구비하고,

    상기 슈 부재는, 초음파 센서에 대해 나사 결합에 의해 착탈이 자유롭게 설치되는 통 형상의 어태치먼트와, 상기 어태치먼트의 선단 개구를 덮는 박막을 상기 어태치먼트와 함께 체결하는 유지 캡과, 상기 통 형상 어태치먼트 내에 채워지는 음향 전파 액매체를 갖고,

    상기 박막은 유지 캡의 개구부로부터 팽출(膨出) 가능하고 유연성을 갖고,

    상기 음향 전파 액매체는 물이고, 상기 박막은 박막 내를 전파하는 초음파의 파장(λ)의 1/4 이하의 막 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
13. 복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

    상기 초음파 트랜스듀서를 구성하는 복수의 압전 진동자 중, 초음파를 발진시키는 압전 진동자를 순차적으로 선택하는 구동 소자 선택부와,

    상기 구동 소자 선택부에서 선택된 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 음향 전파 매체를 통해서 검사 대상물의 접합부에 입사시켜서 이 접합부로부터의 반사 에코를 수신하고, 이 접합부로부터의 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와,

    이 신호 검출 회로에서 검출된 전기 신호를 신호 처리하고, 상기 검사 대상물의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내에 구획된 메시(mesh)에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

    이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기와 위치 및 접합부의 용접 결함의 크기와 위치를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비하고,

    상기 초음파 검사용 센서 장치는,

    초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

    상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 유연성 슈 부재와,

    상기 유연성 슈 부재를 포함하고 상기 초음파 센서를 검사 대상물에 대해 진퇴(進退) 이동이 가능하게 유지하는 센서 위치 조절 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
14. 제 13 항에 있어서,

    상기 유연성 슈 부재는 초음파 전파 특성이 우수한 실리콘 고무 등의 연질성 슈 부재를 갖는 한편, 상기 센서 위치 조절 부재는 초음파 센서를 유지하는 유지구와 상기 초음파 센서의 주변의 적어도 3 장소에 상기 유지구에 각각 나사 결합된 지지/조절 볼트를 갖고, 상기 지지/조절 볼트를 볼트 축선 방향으로 회동시킴으로써 초음파 센서의 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
15. 복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

    상기 초음파 트랜스듀서를 구성하는 복수의 압전 진동자 중, 초음파를 발진시키는 압전 진동자를 순차적으로 선택하는 구동 소자 선택부와,

    상기 구동 소자 선택부에서 선택된 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 음향 전파 매체를 통해서 검사 대상물의 접합부에 입사시켜서 이 접합부로부터의 반사 에코를 수신하고, 이 접합부로부터의 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와,

    이 신호 검출 회로에서 검출된 전기 신호를 신호 처리하고, 상기 검사 대상물의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내에 구획된 메시(mesh)에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

    이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기와 위치 및 접합부의 용접 결함의 크기와 위치를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비하고,

    상기 초음파 검사용 센서 장치는,

    초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

    상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 액매체 유지용 슈 부재와,

    상기 슈 부재에 초음파 전파 액매체를 공급하는 매체 저류조를 구비한 센서 홀더를 구비한 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 액매체 유지용 슈 부재는, 스폰지 형상 또는 포러스(porous) 형상의 유연한 슈 부재와, 상기 슈 부재 내에 액매체 저류조로부터 자유 낙하에 의해 주입되어서 축적되고 유지되는 초음파 전파 액매체를 갖는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 저류조의 상부에 공기 배출 밸브가 설치되는 한편, 유연한 슈 부재의 둘레 측면을 덮는 슬리브 형상 또는 스커트 형상의 탱크 가이드가 구비된 3차원 초음파 검사 장치.
18. 복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

    상기 초음파 트랜스듀서를 구성하는 복수의 압전 진동자 중, 초음파를 발진시키는 압전 진동자를 순차적으로 선택하는 구동 소자 선택부와,

    상기 구동 소자 선택부에서 선택된 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 음향 전파 매체를 통해서 검사 대상물의 접합부에 입사시켜서 이 접합부로부터의 반사 에코를 수신하고, 이 접합부로부터의 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와,

    이 신호 검출 회로에서 검출된 전기 신호를 신호 처리하고, 상기 검사 대상물의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내에 구획된 메시(mesh)에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

    이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기와 위치 및 접합부의 용접 결함의 크기와 위치를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비하고,

    상기 초음파 검사용 센서 장치는,

    초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자가 정렬된 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

    상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 수조형 슈 부재를 구비하고,

    상기 슈 부재는, 초음파 센서를 탱크의 상부에 유지하는 탱크와, 상기 탱크의 저면 개구를 액밀 방식으로 덮도록 설치되는 검사 대상물로 초음파 전파 액매체의 저류조가 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 수조형 슈 부재는 탱크 내의 초음파 전파 액매체를 순환시키는 순환형 액매체 공급 부재와, 상기 탱크 상부 측으로부터 공기를 배출하는 공기 배출 밸브를 갖춘 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
20. 복수의 압전 진동자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열 설치한 초음파 트랜스듀서(transducer)를 포함하는 초음파 검사용 센서 장치와,

    상기 초음파 트랜스듀서를 구성하는 복수의 압전 진동자 중, 초음파를 발진시키는 압전 진동자를 순차적으로 선택하는 구동 소자 선택부와,

    상기 구동 소자 선택부에서 선택된 압전 진동자로부터 발진된 초음파를 음향 전파 매체를 통해서 검사 대상물의 접합부에 입사시켜서 이 접합부로부터의 반사 에코를 수신하고, 이 접합부로부터의 반사 에코에 대응하는 전기 신호를 검출하는 신호 검출 회로와,

    이 신호 검출 회로에서 검출된 전기 신호를 신호 처리하고, 상기 검사 대상물의 내부에 설정된 3차원 화상화 영역 내에 구획된 메시(mesh)에 대응시켜서 3차원 화상화 데이터를 생성하는 신호 처리부와,

    이 신호 처리부에서 생성된 3차원 화상화 데이터의 강도 분포로부터 용융-응고부의 크기와 위치 및 접합부의 용접 결함의 크기와 위치를 검출하는 한편, 그 검출 결과 및 신호 처리부로부터의 3차원 화상 데이터를 표시하는 표시 처리 장치를 구비하고,

    상기 초음파 검사용 센서 장치는,

    초음파를 송수신하는 복수의 압전 소자를 매트릭스 형상 또는 어레이 형상으로 배열시킨 트랜스듀서로서의 초음파 센서와,

    상기 초음파 센서의 센서면 측에 설치된 슈 부재와,

    원터치 방식으로 초음파 센서에 착탈 가능하게 부착된 원터치 방식 부착 부재를 구비하고,

    상기 슈 부재는 상기 원터치 방식 부착 부재에 의해 상기 초음파 센서에 밀착하게 유지된 것을 특징으로 하는 3차원 초음파 검사 장치.
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