KR101253927B1 - 레이저 초음파를 이용한 강판의 재질 측정 방법 및 장치 - Google Patents

레이저 초음파를 이용한 강판의 재질 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

레이저 초음파를 이용한 강판의 재질 측정 방법 및 장치가 제공된다. 레이저 초음파를 이용한 강판의 재질 측정 장치는, 펄스 레이저광을 피검사체 상에 조사하는 초음파 발생용 레이저 광원과, 펄스 레이저광에 의해 발생하여 피검사체의 두께 방향으로 전파하는 판파 초음파를 검출하도록 연속파 레이저 광을 펄스 레이저광이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사하는 초음파 검출용 레이저 광원과, 피검사체에 의해 반사된 연속파 레이저 광을 간섭시켜 초음파에 의해 도플러 시프트된 연속파 레이저 광의 광강도 변화를 감지하는 레이저 간섭계와, 레이저 간섭계를 투과한 연속파 레이저 광을 수광하여 광강도 변화로부터 판파 초음파의 신호 파형을 출력하는 광 검출부와, 광 검출부로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 피검사체의 재질을 구하는 신호 처리부를 포함함으로써, 하나의 레이저 초음파 장치로 결정 입경과 텍스처에 의해 영향을 받을 수 있는 재질을 측정할 수 있다.

Description

레이저 초음파를 이용한 강판의 재질 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING QUALITY OF STEEL PLATE USING LASER ULTRASONIC}
본 발명은 레이저 초음파 기술을 이용하여 강판의 재질을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 강판의 재질은 결정 입경, 텍스처(texture), 프릭션 스트레스(friction stress), 고용 경화(solid solution strengthening), 전위(dislocation) 등 다양한 인자들에 의해 영향을 받는다. 여기서, 강판의 재질은 항복 강도(Yield Strength)나 인장 강도(Tensile Stress)를 말한다. 따라서, 강판의 재질을 측정하기 위해서는 이러한 다양한 인자들을 측정할 필요가 있으며, 이러한 강판의 재질 측정 방법으로 비파괴 방법이 연구되어 오고 있다.
특히, 제조 공정이 안정적인 경우, 결정 입경과 텍스처(texture)를 제외한 다른 인자들은 일정한 값을 가진다고 가정할 수 있으며, 이러한 경우 결정 입경과 텍스처(texture)가 재질을 측정하는데 중요한 인자가 될 수 있다. 이는 강판의 길이 방향이나 폭 방향으로 결정 입경과 텍스처(texture)가 변할 수 있기 때문이다.
종래 텍스처에 의한 재질 측정을 위해서는 강판의 이송 방향과 폭 방향의 초음파의 속도를 이용하게 되므로, 초음파가 발생되는 부분과 초음파가 측정되는 지점이 달라야 한다. 반대로, 결정 입경에 의한 재질 측정을 위해서는 초음파가 발생되는 지점과 초음파가 측정되는 지점이 동일해야 측정 정확도가 높다. 따라서, 텍스처와 결정 입경에 의한 재질 측정을 위해서는 결정 입경에 의한 영향을 측정하는 장치와 텍스처에 의한 영향을 측정하는 장치를 각각 설치해야 하므로, 실제 구현상 문제점이 있다.
본 발명은 하나의 레이저 초음파 장치로 결정 입경과 텍스처에 의해 영향을 받을 수 있는 초음파 인자를 통해 강판의 재질을 측정할 수 있는 레이저 초음파를 이용한 강판의 재질 측정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면,
펄스 레이저광을 피검사체 상에 조사하는 초음파 발생용 레이저 광원;
상기 펄스 레이저광에 의해 발생하여 피검사체의 두께 방향으로 전파하는 판파 초음파를 검출하도록 연속파 레이저 광을 상기 펄스 레이저광이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사하는 초음파 검출용 레이저 광원;
상기 피검사체에 의해 반사된 상기 연속파 레이저 광을 간섭시켜 상기 초음파에 의해 도플러 시프트된 상기 연속파 레이저 광의 광강도 변화를 감지하는 레이저 간섭계;
상기 레이저 간섭계를 투과한 연속파 레이저 광을 수광하여 상기 광강도 변화로부터 상기 판파 초음파의 신호 파형을 출력하는 광 검출부; 및
상기 광 검출부로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 상기 피검사체의 재질을 구하는 신호 처리부를 구비하며,
상기 신호 처리부는,
상기 광 검출부로부터 출력된 상기 판파 초음파의 신호 파형 중 사전에 결정된 제1 구간 동안의 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 결정 입경에 관련된 감쇄 계수를 구하는 제1 연산부;
상기 광 검출부로부터 출력된 상기 판파 초음파의 신호 파형 중 상기 제1 구간 이후의 제2 구간 동안의 신호 파형을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수를 구하는 제2 연산부; 및
상기 감쇄 계수 및 상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초하여, 상기 피검사체의 재질을 구하는 제3 연산부를 포함하는 재질 측정 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 피검사체에 조사되는 펄스 레이저광은, + 형상을 가지며, 상기 연속파 레이저광은 상기 + 형상의 중심 영역에 조사될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제3 연산부는,
상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초한 FWHM(Full Wave Half Maximum)을 이용하여 상기 피검사체의 재질을 구할 수 있다.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면,
펄스 레이저광을 피검사체 상에 조사하는 단계;
상기 펄스 레이저광에 의해 발생하여 피검사체의 두께 방향으로 전파한 군속도 제로의 판파 초음파를 검출하도록 연속파 레이저 광을 상기 펄스 레이저광이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사하는 단계;
상기 피검사체에 의해 반사된 상기 연속파 레이저 광을 간섭시켜 상기 초음파에 의해 도플러 시프트된 상기 연속파 레이저 광의 광강도 변화를 감지하는 단계;
상기 광강도 변화로부터 상기 판파 초음파의 신호 파형을 출력하는 단계; 및
상기 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 상기 피검사체의 재질을 구하는 단계를 포함하며,
상기 피검사체의 재질을 구하는 단계는,
상기 판파 초음파의 신호 파형 중 사전에 결정된 제1 구간 동안의 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 결정 입경에 관련된 감쇄 계수를 구하는 단계;
상기 판파 초음파의 신호 파형 중 상기 제1 구간 이후의 제2 구간 동안의 신호 파형을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수를 구하는 단계; 및
상기 감쇄 계수 및 상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초하여, 상기 피검사체의 재질을 구하는 단계를 포함하는 재질 측정 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 피검사체에 조사되는 펄스 레이저광은 + 형상을 가지며, 상기 연속파 레이저광은 상기 + 형상의 중심 영역에 조사될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 피검사체의 재질을 구하는 단계는,
상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초한 FWHM(Full Wave Half Maximum)을 이용하여 상기 피검사체의 재질을 구할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 한 지점에서 측정한 초음파 신호를 이용하여 일부분에서 결정 입경에 영향을 받는 감쇄 계수를 구하고, 나머지 부분에서는 텍스처에 영향을 받는 군속도 제로의 판파 주파수를 구하고, 이들을 이용하여 강판의 재질을 측정함으로서, 하나의 레이저 초음파 장치로 결정 입경과 텍스처에 의해 영향을 받을 수 있는 재질을 측정할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 강판의 재질 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 펄스 레이저광의 조사 패턴을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 감쇄 계수와 군속도 제로의 판파 주파수를 구하기 위해 측정된 판파 초음파의 시간 영역의 신호 파형과 주파수 영역의 신호 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 강판의 재질 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 강판의 재질 측정 장치의 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 펄스 레이저광(B1)의 조사 패턴을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 감쇄 계수와 군속도 제로의 판파 주파수를 구하기 위해 측정된 판파 초음파의 시간 영역의 신호 파형과 주파수 영역의 신호 파형을 도시한 도면이다.
우선, 도 1의 실시예에 따른 강판의 재질 측정 장치는 펄스 레이저광(B1)을 피검사체 상에 조사하는 초음파 발생용 레이저 광원(100)과, 펄스 레이저광(B1)에 의해 발생하여 피검사체(S)의 두께 방향으로 전파한 군속도 제로의 판파 초음파를 검출하도록 연속파 레이저 광을 펄스 레이저광(B1)이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사하는 초음파 검출용 레이저 광원(101)과, 피검사체(S)에 의해 반사된 연속파 레이저 광을 간섭시켜 초음파에 의해 도플러 시프트된 상기 연속파 레이저 광의 광강도 변화를 감지하는 레이저 간섭계(104)와, 레이저 간섭계(104)를 투과한 연속파 레이저 광을 수광하여 광강도 변화로부터 판파 초음파의 신호 파형을 출력하는 광 검출부(105)와, 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 피검사체(S)의 재질을 구하는 신호 처리부(106)를 구비할 수 있다.
여기서, 신호 처리부(106)는, 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형 중 사전에 결정된 제1 구간 동안의 신호 파형으로부터 피검사체의 결정 입경에 관련된 감쇄 계수를 구하는 제1 연산부(106a)와, 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형 중 제1 구간 이후인 제2 구간 동안의 신호 파형을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호 파형으로부터 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수를 구하는 제2 연산부(106b)와, 감쇄 계수 및 판파 주파수에 기초하여, 피검사체(S)의 재질을 구하는 제3 연산부(106c)를 포함할 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 재질 측정 장치를 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 초음파 발생용 레이저 광원(100)은 피검사체(S)의 표면에서 초음파를 여기시키기 위한 레이저 광원으로, 예를 들면 야그(YAG) 레이저나 이산화탄소(CO2) 등 고에너지 펄스 레이저가 사용될 수 있다. 초음파 발생용 레이저 광원(100)에서 발생된 펄스 레이저광(B1)은 광학부(103)를 통해 피검사체(S)의 표면에 조사될 수 있다. 이와 같이 펄스 레이저(B1)를 피검사체(S)의 표면에 조사하면, 융발 효과(ablation effect)나 열탄성 효과(thermo-elastic effect)에 의해 피검출체(S)에 초음파가 발생될 수 있다.
한편, 초음파 검출용 레이저 광원(101)은 초음파 발생용 레이저 광원(100)으로부터의 펄스 레이저광(B1)에 의해 발생하여 피검사체(S)의 두께 방향으로 전파한 군속도 제로의 판파 초음파를 검출하기 위한 레이저 광원이다. 초음파 검출용 레이저 광원(101)은 연속파 레이저 광(B2)을 펄스 레이저광(B1)이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사될 수 있다. 이와 같이 펄스 레이저광(B1)의 조사 영역과 동일한 영역에 연속파 레이저광(B2)을 조사하면, 피검사체(S)에 발생된 초음파에 의해 연속파 레이저광(B2)의 파장에 도플러 시프트가 생기게 된다. 이와 같이 도플러 시프트된 연속파 레이저광(B2)은 레이저 간섭계(104)로 전달될 수 있다.
여기서, 피검사체(S)에 조사되는 펄스 레이저광(B1)과 연속파 레이저광(B2)에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 피검사체(S)에 조사되는 펄스 레이저광(B1)은 + 형상을 가지며, 연속파 레이저광(B2)은 펄스 레이저광(B1)의 조사 영역과 동일한 영역에 조사되며, 특히 + 형상의 중심 영역에 조사될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 동일한 지점에 + 형상의 펄스 레이저광(B1)을 조사하고, 동일한 지점에서 초음파를 측정하기 때문에 전체적인 측정 장치가 간단해질 수 있는 기술적 효과가 있다.
한편, 광학계(103)는 복수의 전반사 거울(103a, 103b, 103c, 103d)과 렌즈(103e)를 구비하며, 초음파 발생용 레이저 광원(100) 내지 초음파 검출용 레이저 광원(101)으로부터 발생된 펄스 레이저광(B1) 내지 연속파 레이저광(B2)을 피검사체(S)의 특정 영역에 조사하도록 유도할 수 있다. 상술한 광학계(103)는 일 실시예에 불과하며, 다양한 형태로 구형될 수 있음에 유의하여야 한다.
레이저 간섭계(104)는 피검사체(S)에 의해 반사된 연속파 레이저광(B2)을 간섭시켜 초음파에 의해 도플러 시프트된 연속파 레이저광(B2)의 광강도 변화를 감지한다. 감지된 광강도 변화는 광 검출부(105)로 전달될 수 있다.
광 검출부(105)는 레이저 간섭계(104)를 투과한 연속파 레이저광(B2)을 수광하여 광강도 변화로부터 판파 초음파의 신호 파형을 출력한다. 판파 초음파의 신호 파형은 신호 처리부(106)로 출력될 수 있다.
신호 처리부(106)는 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 피검사체(S)의 재질을 구하는 제1 연산부(106a) 내지 제3 연산부(106c)를 포함한 신호 처리부(106)를 구비할 수 있다.
신호 처리부(106) 중 제1 연산부(106a)는 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형 중 사전에 결정된 제1 구간 동안의 신호 파형으로부터 피검사체의 결정 입경에 관련된 감쇄 계수를 구한다. 구해진 감쇄 계수는 제3 연산부(106c)로 전달될 수 있다.
그리고, 신호 처리부(106) 중 제2 연산부(106b)는 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형 중 제1 구간 이후인 제2 구간 동안의 신호 파형을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호 파형으로부터 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수를 구한다. 구해진 군속도 제로의 판파 주파수는 제3 연산부(106c)로 전달될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 감쇄 계수, 군속도 제로의 판파 주파수 및 이들에 기초하여 피검사체(S)의 재질을 측정하는 방법을 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 감쇄 계수와 군속도 제로의 판파 주파수를 구하기 위해 측정된 판파 초음파의 시간 영역의 신호 파형과 주파수 영역의 신호 파형을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형(300)은 초음파 발생 초기인 제1 구간(A)에서 시간에 따라 급격하게 감소되는 파형을 가지며, 이러한 제1 구간(A)에서의 신호 파형(300)의 감쇄 계수는 피검사체(S)의 결정 입경에 영향을 주는 초음파 인자가 될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제1 연산부(106a)는, 도면부호 301에 도시된 바와 같이, 제1 구간(A)에서의 신호 파형(300)으로부터 감쇄 계수를 구할 수 있으며, 구해진 감쇄 계수는 제3 연산부(106c)로 전달될 수 있다. 상술한 감쇄 계수는 초음파가 발생된 후 2개 내지 3개의 종파만 측정하면 된다. 물론 그 이후의 종파들을 이용해서 감쇄 계수를 구할 수 있으나, 초음파의 주파수가 높아질수록 급속하게 감쇄되는 특성 때문에 가능한 초기 파형을 이용하여 감쇄 계수를 구하는 것이 좋다.
한편, 피검사체(S)의 텍스처(texture)에 영향을 미치는 군속도 제로의 판파주파수(S1f)는 제1 구간(A) 이후의 제2 구간(B)에서 구할 수 있다. 즉, 피검사체(S)의 텍스처는 초음파 발생용 레이저 광원(100)에 의한 플라즈마의 영향을 제외시키고, 주파수 특성을 잘 관측하기 위해 종파의 신호가 약해지는 제1 구간(A) 이후의 제2 구간(B)의 파형을 이용해 구해질 수 있다.
구체적으로, 군속도 제로의 판파주파수(S1f)를 구하기 위해, 제2 연산부(106b)는 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형 중 제1 구간(A) 이후인 제2 구간(B) 동안의 신호 파형을 주파수 변환한다. 이후, 제2 연산부(106b)는 주파수 변환된 신호 파형으로부터 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수(Sf1)를 구한다. 구해진 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)는 제3 연산부(106c)로 전달될 수 있다. 여기서, '군속도 판파 주파수(S1f)'는 신호 파형(300)을 주파수 변환(FFT: Fast Fourier Transformation)을 하였을 때 얻어지는 가장 큰 진폭을 가진 주파수 성분이 될 수 있으며, 도면부호 302a 내지 302c에서는 대략 750kHz이다.
제2 연산부(106b)에 의해 주파수 변환된 신호 파형은, 도면부호 302a 내지 302c에 도시된 바와 같이, 피검사체(S)의 텍스처에 따라 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)를 중심으로 다양한 형태의 파형으로 나타날 수 있다. 예를 들면, 도면부호 302a에 도시된 바와 같이, 군속도 제로의 판파 주파수(Sf1)에서의 신호 파형과 같이 하나의 피크가 나타나거나, 도면부호 302b 내지 302c에 도시된 바와 같이, 군속도 제로의 판파 주파수(Sf1)에서의 신호 파형의 피크가 갈라지는 등으로 나타날 수 있다.
마지막으로, 제3 연산부(106c)는, 제1 연산부(106a)로부터 전달받은 감쇄 계수 및 제2 연산부(106b)로부터 전달받은 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)에 기초하여, 하기의 수학식과 같이 감쇄 계수와 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)를 입력 변수로 하여 피검사체(S)의 재질을 구할 수 있다.
[수학식]
S = k1×σ -1/6 + k2×(FWHM(Sf1)-b0)
여기서, S는 피검사체(S)의 재질, σ는 감쇄 계수, FWHM(Sf1)(Full Wave Half Maximum)은 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)에서의 신호 파형 피크치의 1/e이 되는 지점의 양 주파수의 차이(주파수 폭)을 말한다. 그리고, k1, k2는 강종에 따라 실험값에 의해 결정될 수 있는 비례 상수이며, b0는 상수이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 한 지점에서 측정한 초음파 신호를 이용하여 일부분에서 결정 입경에 영향을 받는 감쇄 계수를 구하고, 나머지 부분에서는 텍스처에 영향을 받는 군속도 제로의 판파 주파수를 구하고, 이들을 이용하여 강판의 재질을 측정함으로서, 하나의 레이저 초음파 장치로 결정 입경과 텍스처에 의해 영향을 받을 수 있는 재질을 측정할 수 있는 기술적 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 재질 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 우선 초음파 발생용 레이저 광원(100)은 피검사체(S)의 표면에서 초음파를 여기시키기 위한 펄스 레이저광(B1)을 피검사체(S)의 표면에 조사할 수 있다(S400). 이와 같이 펄스 레이저를 피검사체(S)의 표면에 조사함으로써, 융발 효과(ablation effect)나 열탄성 효과(thermo-elastic effect)에 의해 피검출체(S)에 초음파가 발생될 수 있다.
이후, 초음파 검출용 레이저 광원(101)은 연속파 레이저 광(B2)을 펄스 레이저광(B1)이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사할 수 있다(S401). 이와 같이 펄스 레이저광(B1)의 조사 영역과 동일한 영역에 연속파 레이저광(B2)을 조사하면, 피검사체(S)에 발생된 초음파에 의해 연속파 레이저광(B2)의 파장에 도플러 시프트가 생기게 된다. 이와 같이 도플러 시프트된 연속파 레이저광(B2)은 레이저 간섭계(104)로 전달될 수 있다.
이때, 피검사체(S)에 조사되는 펄스 레이저광(B1)은 + 형상을 가지며, 연속파 레이저광(B2)은 펄스 레이저광(B1)의 조사 영역과 동일한 영역에 조사되며, 특히 + 형상의 중심 영역에 조사될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 동일한 지점에 + 형상의 펄스 레이저광(B1)을 조사하고, 동일한 지점에서 초음파를 측정하기 때문에 전체적인 측정 장치가 간단해질 수 있는 기술적 효과가 있다.
다음, 레이저 간섭계(104)는 피검사체(S)에 의해 반사된 연속파 레이저광(B2)을 간섭시켜 초음파에 의해 도플러 시프트된 연속파 레이저광(B2)의 광강도 변화를 감지한다(S402). 감지된 광강도 변화는 광 검출부(105)로 전달될 수 있다.
이후, 광 검출부(105)는 레이저 간섭계(104)를 투과한 연속파 레이저광(B2)을 수광하여 광강도 변화로부터 판파 초음파의 신호 파형을 출력한다(S403). 판파 초음파의 신호 파형은 신호 처리부(106)로 출력될 수 있다.
신호 처리부(106)는 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 피검사체(S)의 재질을 구할 수 있다. 구체적으로, 신호 처리부(106) 중 제1 연산부(106a)는 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형 중 사전에 결정된 제1 구간(A) 동안의 신호 파형으로부터 피검사체(S)의 결정 입경에 관련된 감쇄 계수를 구한다(S403). 구해진 감쇄 계수는 제3 연산부(106c)로 전달될 수 있다.
그리고, 신호 처리부(106) 중 제2 연산부(106b)는 광 검출부(105)로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형 중 제1 구간 이후인 제2 구간 동안의 신호 파형을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호 파형으로부터 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수를 구한다(S405). 구해진 군속도 제로의 판파 주파수는 제3 연산부(106c)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 제3 연산부(106c)는, 제1 연산부(106a)로부터 전달받은 감쇄 계수 및 제2 연산부(106b)로부터 전달받은 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)에 기초하여, 하기의 수학식과 같이 감쇄 계수와 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)를 입력 변수로 하여 피검사체(S)의 재질을 구할 수 있다(S406).
[수학식]
S = k1×σ -1/6 + k2×(FWHM(Sf1)-b0)
여기서, S는 피검사체(S)의 재질, σ는 감쇄 계수, FWHM(Sf1)(Full Wave Half Maximum)은 군속도 제로의 판파 주파수(S1f)에서의 신호 파형 피크치의 1/e이 되는 지점의 양 주파수의 차이(주파수 폭)을 말한다. 그리고, k1, k2는 강종에 따라 실험값에 의해 결정될 수 있는 비례 상수이며, b0는 상수이다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 한 지점에서 측정한 초음파 신호를 이용하여 일부분에서 결정 입경에 영향을 받는 감쇄 계수를 구하고, 나머지 부분에서는 텍스처에 영향을 받는 군속도 제로의 판파 주파수를 구하고, 이들을 이용하여 강판의 재질을 측정함으로서, 하나의 레이저 초음파 장치로 결정 입경과 텍스처에 의해 영향을 받을 수 있는 재질을 측정할 수 있는 기술적 효과가 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 초음파 발생용 레이저 광원 101: 초음파 검출용 레이저 광원
103: 광학부 104: 레이저 간섭계
105: 광 검출부 106: 연산부
106a: 제1 연산부 106b: 제2 연산부
106c: 제3 연산부 300: 신호 파형
301: 제1 구간(A)의 확대도 302a-302c: 주파수 영역의 신호 파형

Claims (6)

  1. 펄스 레이저광을 피검사체 상에 조사하는 초음파 발생용 레이저 광원;
    상기 펄스 레이저광에 의해 발생하여 피검사체의 두께 방향으로 전파하는 판파 초음파를 검출하도록 연속파 레이저 광을 상기 펄스 레이저광이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사하는 초음파 검출용 레이저 광원;
    상기 피검사체에 의해 반사된 상기 연속파 레이저 광을 간섭시켜 상기 초음파에 의해 도플러 시프트된 상기 연속파 레이저 광의 광강도 변화를 감지하는 레이저 간섭계;
    상기 레이저 간섭계를 투과한 연속파 레이저 광을 수광하여 상기 광강도 변화로부터 상기 판파 초음파의 신호 파형을 출력하는 광 검출부; 및
    상기 광 검출부로부터 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 상기 피검사체의 재질을 구하는 신호 처리부를 구비하며,
    상기 신호 처리부는,
    상기 광 검출부로부터 출력된 상기 판파 초음파의 신호 파형 중 사전에 결정된 제1 구간 동안의 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 결정 입경에 관련된 감쇄 계수를 구하는 제1 연산부;
    상기 광 검출부로부터 출력된 상기 판파 초음파의 신호 파형 중 상기 제1 구간 이후의 제2 구간 동안의 신호 파형을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수를 구하는 제2 연산부; 및
    상기 감쇄 계수 및 상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초하여, 상기 피검사체의 재질을 구하는 제3 연산부를 포함하는 재질 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피검사체에 조사되는 펄스 레이저광은 + 형상을 가지며,
    상기 연속파 레이저광은 상기 + 형상의 중심 영역에 조사되는 재질 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제3 연산부는,
    상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초한 FWHM(Full Wave Half Maximum)을 이용하여 상기 피검사체의 재질을 구하는 재질 측정 장치.
  4. 펄스 레이저광을 피검사체 상에 조사하는 단계;
    상기 펄스 레이저광에 의해 발생하여 피검사체의 두께 방향으로 전파하는 판파 초음파를 검출하도록 연속파 레이저 광을 상기 펄스 레이저광이 조사된 영역과 동일한 영역에 조사하는 단계;
    상기 피검사체에 의해 반사된 상기 연속파 레이저 광을 간섭시켜 상기 초음파에 의해 도플러 시프트된 상기 연속파 레이저 광의 광강도 변화를 감지하는 단계;
    상기 광강도 변화로부터 상기 판파 초음파의 신호 파형을 출력하는 단계; 및
    상기 출력된 판파 초음파의 신호 파형을 신호 처리하여 상기 피검사체의 재질을 구하는 단계를 포함하며,
    상기 피검사체의 재질을 구하는 단계는,
    상기 판파 초음파의 신호 파형 중 사전에 결정된 제1 구간 동안의 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 결정 입경에 관련된 감쇄 계수를 구하는 단계;
    상기 판파 초음파의 신호 파형 중 상기 제1 구간 이후의 제2 구간 동안의 신호 파형을 주파수 변환하고, 주파수 변환된 신호 파형으로부터 상기 피검사체의 텍스처(texture)에 관련된 군속도 제로의 판파 주파수를 구하는 단계; 및
    상기 감쇄 계수 및 상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초하여, 상기 피검사체의 재질을 구하는 단계를 포함하는 재질 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 피검사체에 조사되는 펄스 레이저광은 + 형상을 가지며,
    상기 연속파 레이저광은 상기 + 형상의 중심 영역에 조사되는 재질 측정 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 피검사체의 재질을 구하는 단계는,
    상기 군속도 제로의 판파 주파수에 기초한 FWHM(Full Wave Half Maximum)을 이용하여 상기 피검사체의 재질을 구하는 재질 측정 방법.
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