KR101008210B1 - 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수동으로 배관이나 탱크 구조물과 같은 피검체를 비파괴식으로 검사하여 결함, 부식, 손상 등의 이상(異常)이나 두께를 확인할 수 있는 수동식 초음파 검사 장비를 자동식으로 변환하여 자동으로 검사 및 측정이 가능하도록 하는 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템을 개시한다.
본 발명은 로봇이 수동식 초음파 검사 장비의 초음파 프로브를 이동시켜 자동으로 검사되도록 하는 초음파 검사의 자동화 시스템에 있어서, 상기 수동식 초음파 검사 장비의 출력 데이터를 입력받아 인터페이스하는 입출력부와; 상기 입출력부를 통해 입력되는 출력 데이터를 저장하고, 상기 로봇을 제어하는 제어 데이터를 출력하는 중앙처리부와; 상기 중앙처리부의 제어 데이터에 따라 동작하는 로봇의 일측에 구비되어 상하좌우로 이동 가능하며, 상기 초음파 프로브가 장착되는 검사부로 구성된다. 이에 따라 본 발명은 모든 수동식 초음파 검사 장비를 자동식 초음파 검사 장비로 변환할 수 있으므로 수동식과 자동식의 장점만을 이용하여 용이하게 검사할 수 있어서 적은 비용으로 검사의 신뢰성과 효율을 극대화할 수 있는 유용한 효과를 얻을 수 있다.

Description

수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템{AUTOMATION SYSTEM FOR MANUAL ULTRASONIC INSPECTION INSTRUMENT}
본 발명은 수동으로 배관이나 탱크 구조물과 같은 피검체를 비파괴식으로 검사하여 결함, 부식, 손상 등의 이상(異常)이나 두께를 확인할 수 있는 수동식 초음파 검사 장비를 자동식으로 변환하여 자동으로 검사 및 측정이 가능하도록 하는 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 피검체의 결함 또는 부식 두께를 검사하기 위한 비파괴 검사 방법들 중 하나인 초음파 검사에는 자동 검사 시스템과 수동 검사 장비가 있다.
자동 검사 시스템은 검사 하고자 하는 영역 전체를 자동으로 세밀하고 꼼꼼하게 검사하여 저장하고, 저장된 검사 결과의 자동 분석까지도 가능하여 정확도가 매우 높고 검사 신뢰도 및 사후 관리가 우수하나 자동 검사 방식의 시스템 자체가 너무 복잡하고 대형이기 때문에 검사를 위한 운반, 설치, 해체가 어렵고 많은 시간이 소요되며, 검사 결과의 데이터가 방대하여 이를 분석하는데 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 가격이 매우 높아 경제성이 낮은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 휴대할 수 있는 소형의 수동 검사 장비가 제안된바 있으며, 그 대표적인 예로 대한민국 등록특허공보 제355810호(발명의 명칭 : 휴대용 초음파 탐상기 ; 이하 "인용발명"이라 함)가 있다.
인용발명은 도 1과 도 2로 도시한 바와 같이, 이동량을 검출하는 인코더(51)와, 상기 인코더(51)로부터 출력되는 검출신호에 의거하여 상기 이동량을 계수하는 계수부로 이루어지는 이동거리 계측기와,
상기 인코더(51) 내에 편성되는 이동와이어(52)와,
상기 이동와이어(52)의 선단에 연결되는 초음파 프로브(36)와,
상기 초음파 프로브(36)에 의해 피검체(38)를 주사 할 때, A-스코프 데이터를 만들어내는 초음파 탐상부와,
상기 이동거리 계측기로 계측된 상기 초음파 프로브(36)의 이동거리의 데이터를 입력하는 연산처리부로서 상기 A-스코프데이터를 상기 초음파 프로브(36)의 상기 이동거리 데이터와 조합함으로써 내부 스코프화상을 작성하는 수단을 포함하는 상기 연산처리부로 구성되어 소형으로 휴대가 간편하고 장치 자체의 비용이 저렴하며, 검사자가 직접 상기 초음파 프로브(36)를 이동시켜 피검체(38)를 검사하고 상기 초음파 탐상부에 나타난 A-스코프 데이터를 검사자가 직접 보고 좌,을 판단하므로 검사 방법이 간단하고 좌,을 신속히 찾을 수 있어서 널리 사용 되고 있다.
그러나, 수동으로 검사가 이루어지기 때문에 검사자의 피로도에 따라 검사 결과가 달라질 수 있어 신뢰성에 문제가 될수 있고, 초음파 프로브(36)보다 넓은 면적을 꼼꼼하게 검사하는 것이 어려우며, 검사자가 위치하기(높거나 장소가 협소하여 검사자가 접근이 어렵거나 위험) 어려운 부위는 검사가 용이하지 않게 되어 검사 결과의 신뢰성이 떨어져 간이 검사만 가능하게 되는 한계성과, 검사자의 판단으로 분석이 이루어지기 때문에 분석 결과의 저장 및 사후 관리가 어렵게 되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 10-0355810
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래의 모든 수동식 초음파 검사 장비(결함검사 및 부식검사 등을 포함)를 자동식 초음파 검사 장비로 변환하는 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템을 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 로봇이 수동식 초음파 검사 장비의 초음파 프로브를 이동시켜 자동으로 검사되도록 하는 초음파 검사의 자동화 시스템에 있어서, 상기 수동식 초음파 검사 장비의 출력 데이터를 입력받아 인터페이스하는 입출력부와; 상기 입출력부를 통해 입력되는 출력 데이터를 저장하고, 상기 로봇을 제어하는 제어 데이터를 출력하는 중앙처리부와; 상기 중앙처리부의 제어 데이터에 따라 동작하는 로봇의 일측에 구비되어 상하좌우로 이동 가능하며, 상기 초음파 프로브가 장착되는 검사부로 구성된 것이다.
이와 같이 하여 본 발명은 모든 수동식 초음파 검사 장비를 자동식 초음파 검사 장비로 변환할 수 있으므로 수동식과 자동식의 장점만을 이용하여 용이하게 검사할 수 있어서, 적은 비용으로 검사의 신뢰성과 효율을 극대화할 수 있는 유용한 효과가 있다.
또한 본 발명은 결함 및 부식 부분 발견 시 그 위치 표시(자동 마킹), 저장 및 알람이 가능하고, 설정값에 의해 정확히 분석되며, 검사 결과 및 분석 결과를 저장 및 레포트 출력이 용이한 장점이 있을 뿐만 아니라,
다양한 타입의 구조물과 검사자가 직접 위치할 수 없는 부분까지도 자동 검사가 가능하여 활용성이 증대되는 유용한 효과가 있다.
도1, 2는 인용발명의 구성도.
도3은 본 발명에 의한 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템의 구체적인 실시예를 나타내는 구성도.
도4는 본 발명에 의한 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템의 로봇과 검사부의 구성을 예시하는 사시도.
도5는 본 발명에 의한 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템의 로봇의 주행 상태를 예시하는 단면도.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템의 구체적인 실시예의 전체적인 구성을 도 3으로 도시하였다.
이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 배관, 탱크 구조물, 철로 등과 같은 피검체 또는 용접 부위의 상태, 부식 정도, 결함 등을 비파괴 검사하기 위한 초음파 프로브(110)가 구비된 수동식 초음파 검사 장비(100)와, 동작 제어가 가능한 로봇(400)으로 구성되어 상기 로봇(400)이 작동중인 수동식 초음파 검사 장비(100)의 초음파 프로브(110)를 이동시켜 자동으로 검사되도록 하는 초음파 검사의 자동화 시스템에 있어서,
상기 수동식 초음파 검사 장비(100)의 출력 데이터를 입력받아 인터페이스하는 입출력부(310)와;
상기 입출력부(310)를 통해 입력되는 출력 데이터를 저장하고, 상기 로봇(400)을 제어하는 제어 데이터를 출력하는 중앙처리부(320)와;
상기 중앙처리부(320)의 제어 데이터에 따라 동작하는 로봇(400)의 일측에 구비되어 상하좌우로 이동 가능하며, 상기 초음파 프로브(110)가 장착되는 검사부(330)로 구성되어 상기 검사부(330)에 수동식 초음파 검사 장비(100)의 초음파 프로브(110)를 설치하고, 상기 입출력부(310)와 상기 수동식 초음파 검사 장비(100)의 출력 포트를 연결한 후 검사하고자 하는 피검체의 검사부위의 초기 위치까지 이동된 상기 로봇(400)을 상기 중앙처리부(320)에 의해 제어하여 자동으로 검사 및 표시되도록 함으로 수동식 초음파 검사 장비(100)를 자동식 초음파 검사 장비로 변환할 수 있는 것이다.
이를 각 구성요소별로 더욱 상세하게 설명하면, 전술한 검사부(330)는 도 3과 도 4에서 보는 바와 같이, 상기 초음파 프로브(110)가 탈착되는 브래킷(331)과, 상기 브래킷(331)을 상하좌우로 이동시키는 모터(336)와 모터(336)의 회전력을 직선운동으로 변환하는 기어, 벨트, 체인, 스크류 볼트(337) 중 어느 하나로 구성된 구동부(335)와, 상기 브래킷(331)에 장착되어 검사면에 초음파 검사용 젤과 같은 커플란트(Couplant)를 도포하는 매질 분사 노즐(332)과, 상기 브래킷(331)에 장착되어 검사면을 촬영하는 카메라(333) 및 상기 브래킷(331)에 장착되어 검사면에 결함 위치를 표시하는 마킹 유닛(334)으로 구성될 수 있으며, 상기 카메라(333)는 램프가 포함된 CCD카메라로 구성할 수 있고, 상기 마킹 유닛(334)은 잉크를 포함한 펜슬형 또는 분사형으로 구성 가능하며, 상기 구동부(335), 매질 분사 노즐(332), 카메라(333), 마킹 유닛(334)은 전술한 중앙처리부(320)에 의해 제어되는 것이다.
이러한 검사부(330)가 설치되는 전술한 로봇(400)은 피검체의 표면 위를 이동할 수 있는 것으로 자동차형, 곤충형, 인간형 등이 될 수 있으나 생산비 등을 고려하여 자동차형으로 예를 들어 설명하면, 도 4와 도 5로 예시한 바와 같이, 전술한 검사부(330)가 설치되고, 매질 분사 노즐(332)에서 도포되는 커플란트를 담고 있으며 상기 매질 분사 노즐(332)과 연결된 매질탱크(500)가 탈착되는 몸체(410)와, 철재로 된 피검체의 표면에 부착된 상태로 전, 후진 및 좌,우회전이 가능하도록 상기 몸체(410) 하단의 서로 다른 밑판(420)에 고정된 스텝핑 모터(430)에 의해 회전하는 자석 바퀴(440)와, 상기 서로 다른 밑판(420)을 서로 연결하는 스프링경첩(450)으로 구성될 수 있다.
여기에서 상기 스텝핑 모터(430)는 도 5에서 보는 바와 같이, 좌우 하나 씩 또는 각 자석 바퀴(440)마다 각각 구비되어 각각 제어되므로 양측의 스텝핑 모터(430)를 동일한 방향으로 회전시키면 전, 후진되고, 서로 다른 방향으로 회전시키면 제자리에서 좌,우회전이 가능하다. 또한 스프링경첩(450)으로 연결된 서로 다른 밑판(420)에 상기 스텝핑 모터(430)가 각각 고정되고, 이러한 스텝핑 모터(430) 각각에 자석 바퀴(440)가 설치되어 있어서 양측의 자석 바퀴(440)가 굴신 가능하므로 원통형의 표면을 갖는 피검체의 표면에서도 부착력을 잃지 않으면서 자유로운 이동이 가능한 것이다.
이러한 로봇(400)은 상기 중앙처리부(320)와 길이가 긴 유선으로 연결되거나 자유로운 이동을 위해 로봇(400) 내에 RF 통신 모듈과 같은 무선 통신 모듈과 전원 공급을 위한 배터리를 구성하여 상기 입출력부(310)를 통해 중앙처리부(320)와 연결될 수 있다.
아울러 전술한 입출력부(310)는 수동식 초음파 검사 장비(100)의 출력포트와 케이블 등으로 연결되어 상기 초음파 검사 장비(100)의 출력 데이터를 입력받아 증폭시켜 상기 중앙처리부(320)로 전달하며, 공지된 컴퓨터(200)와 상기 중앙처리부(320)를 인터페이스하여 상기 컴퓨터(200)와 중앙처리부(320)가 통신되도록 하는 것이다. 이를 위하여 입출력부(310)는 신호 증폭 회로, TCP/IP, 직병렬 통신 모듈, LAN 통신 모듈, RF 통신 모듈 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.
또한 전술한 중앙처리부(320)는 도 3에서와 같이, 상기 입출력부(310)와 연결된 컴퓨터(200)에 설치되어 상기 출력 데이터를 분석하고 제어 데이터를 생성하는 제어 프로그램(321)과, 상기 제어 프로그램(321)의 제어 데이터에 의해 로봇(400)의 작동을 제어하는 컨트롤 유닛(322)과, 상기 제어 프로그램(321)의 제어에 따라 검사 부위의 결함을 알리는 경광등 또는 부저 등으로 구성 가능한 알람 유닛(323)으로 구성될 수 있고,
또는 컨트롤 유닛(322)과 함께 중앙처리부(320) 자체에 컴퓨터(200)의 구성에 해당하는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력 장치, 디스플레이 장치가 구성될 수 있다.
이러한 중앙처리부(320)는 컨트롤 유닛(322)을 통해 전술한 로봇(400)을 제어하여 설정된 검사 범위 내에서 피검체의 표면을 이동하며 검사하도록 하고, 상기 입출력부(310)를 통해 수동식 초음파 검사 장비(100)와 연동되어 로봇(400)에 의한 자동 검사 중 상기 수동식 초음파 검사 장비(100)로부터 에코 신호 또는 A-스코프 데이터와 같은 출력 데이터를 입력받아 설정된 검사 조건과 비교하여 결함 또는 두께 이상(異常)과 같은 이상을 판단하여 표시할 뿐만 아니라 이 모든 데이터를 디지털 데이터로 메모리에 저장하여 사후 분석 및 자료로 사용될 수 있도록 하는 것이다.
또한 상기 중앙처리부(320)와 연동된 수동식 초음파 검사 장비(100) 자체에 검사 조건이 설정되고, 이러한 수동식 초음파 검사 장비(100) 자체에서 초음파 프로브(110)의 데이터와 검사 조건을 비교 판단하여 이상 신호를 출력 데이터로 출력하면, 상기 중앙처리부(320)는 이러한 출력 데이터의 이상 신호에 의해서도 작동될 수 있으므로 이상을 판단하는 과정을 생략할 수 있다.
이러한 중앙처리부(320)에 있어서 전술한 제어 프로그램(321)은 검사 범위와 검사 조건을 입력받고, 상기 수동식 초음파 검사 장비(100)와의 연결을 확인하며, 상기 초음파 프로브(110)가 장착된 로봇(400)을 검사하고자 하는 피검체의 검사 부위의 초기 위치로 이동시키는 검사 준비 단계와;
상기 검사 준비 단계의 완료 후 컨트롤 유닛(322)을 통해 상기 로봇(400)을 제어하여 입력된 검사 범위 내에서 검사 부위를 검사하는 검사 단계와;
상기 검사 단계 중 상기 수동식 초음파 검사 장비(100)로부터 입력받은 출력 데이터와 상기 검사 조건을 비교하여 비교 결과 이상 판단 시 이상 위치 좌표를 저장하며, 로봇(400)을 정지시키고, 마킹 유닛(334)과 알람 유닛(323)을 작동시키며, 상기 이상 위치 좌표를 컴퓨터(200)의 모니터에 표시하고 상기 검사 단계로 돌아가는 이상 알림 단계를 실시하도록 프로그래밍된 것이다.
이러한 본원 발명은 수동식 초음파 검사 장비(100)의 출력 포트와 입출력부(310)를 케이블 등으로 연결하고, 수동식 초음파 검사 장비(100)에 연결된 초음파 프로브(110)를 검사부(330)의 브래킷(331)에 연결한 후 검사하고자 하는 피검체로 상기 검사부(330)가 설치된 로봇(400)을 이동시켜 검사 명령만 내리면 자동으로 검사하는 것이 가능하게 되므로 출력 포트가 있는 종래의 모든 종류의 수동식 초음파 검사 장비(100)를 자동식 초음파 검사 장비로 변환하는 것이 가능한 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명이 의도하는 요지 및 개념 내에서 다양하게 변화시켜 실시하는 것이 가능하다.
100:수동식 초음파 검사 장비 110:초음파 프로브
200:컴퓨터 310:입출력부
320:중앙처리부 321:제어 프로그램
322:컨트롤 유닛 323:알람 유닛
330:검사부 331:브래킷
332:매질 분사 노즐 333:카메라
334:마킹 유닛 335:구동부
336:모터 337:스크류볼트
400:로봇 410:몸체
420:밑판 430:스텝핑 모터
440:자석 바퀴 450:스프링경첩
500:매질탱크

Claims (5)

  1. 로봇이 수동식 초음파 검사 장비의 초음파 프로브를 이동시켜 자동으로 검사되도록 하는 초음파 검사의 자동화 시스템에 있어서,
    상기 수동식 초음파 검사 장비의 출력 포트에 연결되어 출력 데이터를 입력받아 인터페이스하는 입출력부와,
    상기 입출력부와 연결된 컴퓨터에 설치되며, 상기 수동식 초음파 검사 장비와는 별도로 상기 출력 데이터를 분석하고 제어 데이터를 생성하는 제어 프로그램과, 상기 제어 프로그램의 제어 데이터에 의해 로봇을 제어하는 컨트롤 유닛과, 상기 제어 프로그램의 제어에 따라 검사 부위의 결함을 알리는 알람 유닛을 구비한 중앙처리부와,
    상기 중앙처리부의 제어 데이터에 따라 동작하는 로봇의 일측에 구비되어 상하좌우로 이동 가능하며, 상기 초음파 프로브가 장착되는 검사부로 구성되어,
    상기 검사부에 수동식 초음파 검사 장비의 초음파 프로브 설치 및
    상기 입출력부와 상기 수동식 초음파 검사 장비의 출력 포트 연결 후
    검사하고자 하는 피검체의 검사부위의 초기 위치까지 이동된 상기 로봇을 상기 중앙처리부에 의해 제어하여 자동 검사 및 표시되도록 함을 특징으로 하는 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    전술한 검사부는 상기 초음파 프로브가 탈착되는 브래킷과, 상기 브래킷을 상하좌우로 이동시키는 구동부와,
    상기 브래킷에 장착되어 검사면에 커플란트(Couplant)를 도포하는 매질 분사 노즐, 검사면을 촬영하는 카메라 및 검사면에 결함 위치를 표시하는 마킹 유닛으로 구성됨을 특징으로 하는 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    전술한 로봇은 상기 검사부가 설치되고, 매질 분사 노즐에서 도포되는 커플란트를 담고 있는 매질 분사 노즐과 연결된 매질탱크가 탈착되는 몸체와; 상기 몸체 하단의 서로 다른 밑판에 고정된 스텝핑 모터에 의해 회전하는 자석 바퀴와; 상기 서로 다른 밑판을 서로 연결하는 스프링 경첩으로 구성됨을 특징으로 하는 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    전술한 제어 프로그램은 검사 범위와 검사 조건을 입력받고, 상기 수동식 초음파 검사 장비와의 연결을 확인하며, 상기 초음파 프로브가 장착된 로봇을 검사 부위의 초기 위치로 이동시키는 검사 준비 단계와;
    상기 검사 준비 단계의 완료 후 컨트롤 유닛을 통해 상기 로봇을 제어하여 입력된 검사 범위 내에서 검사 부위를 검사하는 검사 단계와;
    상기 검사 단계 중 상기 수동식 초음파 검사 장비로부터 입력받은 출력 데이터와 상기 검사 조건을 비교하여 비교 결과 이상 판단 시 이상 위치 좌표를 저장하며, 로봇을 정지 시키고, 마킹 유닛과 알람 유닛을 작동 시키며, 상기 이상 위치 좌표를 컴퓨터의 모니터에 표시하고 상기 검사 단계로 돌아가는 이상 알림 단계를 실시하도록 프로그래밍 된 것임을 특징으로 하는 수동식 초음파 검사 장비의 자동화 시스템.
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