KR101253933B1 - 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법 - Google Patents

전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법에 관한 것으로, 상기 금속판 두께측정방법은, 측정 대상인 금속판에서 반사되는 전자유도초음파 신호를 획득하는 단계; 획득한 전자유도초음파 신호에 대해 교차상관값을 구하는 단계; 상기 교차상관값에 대해 포락선 처리하여 피크값을 구하는 단계; 및 상기 피크값 사이의 시간차를 이용하여 상기 금속판의 두께를 계산하는 단계를 포함하여 구현될 수 있다.

Description

전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법 {METHOD FOR MEASURING THICKNESS OF METAL PLATE BY USING ELECTROMAGNETIC ACOUSTIC TRANSDUCER}
본 발명은 금속판 두께측정 기술에 관한 것으로서, 특히 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법에 관한 것이다.
전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법에 관한 종래 기술로는 대한민국등록특허공보 제10-0671418호(2007.01.12)를 참조하여 이해할 수 있다.
전자유도초음파를 이용하여 금속판의 두께를 측정하는 경우 초기 잡음이 강하게 발생한다는 단점이 있고, 이는 측정하고자 하는 금속판의 두께가 얇아질수록 더 심해지는 경향이 있다.
따라서, 당해 기술분야에서는 전자유도초음파를 이용하여 금속판의 두께를 측정함에 있어, 측정정밀도를 높임과 동시에 얇은 판재의 두께도 정확하게 측정하기 위한 방안이 요구되고 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태는 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법을 제공한다. 상기 금속판 두께측정방법은, 측정 대상인 금속판에서 반사되는 전자유도초음파 신호를 획득하는 단계; 획득한 전자유도초음파 신호에 대해 교차상관값을 구하는 단계; 상기 교차상관값에 대해 포락선 처리하여 피크값을 구하는 단계; 및 상기 피크값 사이의 시간차를 이용하여 상기 금속판의 두께를 계산하는 단계를 포함하여 구현될 수 있다.
상기 교차상관값을 구하는 단계는, 기 획득한 기준신호를 이용하여 상기 교차상관값을 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 금속판의 두께를 계산하는 단계는, 다음의 수학식을 이용하여 금속판의 두께를 계산하며,
Figure 112011104245293-pat00001
Figure 112011104245293-pat00002
는 피크값 사이의 시간차, v는 전자유도초음파 신호의 속도, d는 금속판의 두께인 것을 특징으로 한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
측정정밀도를 높임과 동시에 얇은 판재의 두께도 정확하게 측정할 수 있는 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법이 제공될 수 있다.
도 1은 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정장치의 개략적인 구성도,
도 2는 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정의 원리를 설명하기 위한 도면,
도 3a는 전자유도초음파 신호의 모식도,
도 3b는 전자유도초음파 신호의 측정결과의 일 예를 도시하는 도면,
도 4는 금속판 두께에 따른 전자유도초음파 신호의 측정결과의 일 예를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명에 따라 전자유도초음파를 이용하여 금속판의 두께를 측정하는 과정의 일 예를 도시하는 도면, 그리고
도 6은 교차상관법 적용을 위한 기준신호 획득의 일 예를 도시하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정장치의 개략적인 구성도로, 금속판 두께측정장치(10)는 전자유도초음파 센서(11), 전자유도초음파 센서 제어기(12) 및 제어장치(13) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
금속체에 강한 자기장을 인가한 상태에서 금속체 표면에 코일을 설치하여 강한 교류 전류를 흘리면 금속체 표면에 유도된 전류에 의해 금속체 내부에서 초음파가 발생하는데, 이를 전자유도초음파라 한다.
전자유도초음파는 센서와 대상 물체 사이에 접촉 매질이 필요 없으므로, 이를 적용함에 있어 환경적 요인에 의한 영향을 적게 받는다. 이를 이용하여 도 1에 도시된 바와 같이 금속판 두께측정장치(10)를 구현하여 금속판의 두께를 측정할 수 있다. 금속판 두께측정장치(10)의 구성은 당업계에 공지된 것인 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
금속판 표면에서 발생한 전자유도초음파가 금속판의 두께방향으로 진행하다가 표면에 의해 반사되어 센서로 돌아오는데 걸리는 초음파 신호의 전달시간(
Figure 112011104245293-pat00003
)과 초음파의 속도(
Figure 112011104245293-pat00004
)를 알면, 수학식 1을 이용하여 금속판의 두께(
Figure 112011104245293-pat00005
)를 측정할 수 있다.
Figure 112011104245293-pat00006
그러나, 전자유도초음파는 고전압, 고전류를 발생시켜 센서를 구동시킴으로써 회로상에서 강한 잡음이 발생하게 되며, 이는 수신된 초음파 신호와 중첩되어 잡음이 많이 발생한다는 단점이 있다.
도 3a는 전자유도초음파 신호의 모식도이고, 도 3b는 전자유도초음파 신호의 측정결과의 일 예를 도시하는 도면으로, 주파수가 3MHz, 톤의 개수가 3, 그리고 금속판 두께가 19mm인 경우 전자유도초음파 신호의 측정결과를 도시하는 것이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 특히 단일 센서를 이용하여 두께를 측정할 경우 송신 신호가 수신 신호와 중첩하여 초기 잡음이 강하게 발생함을 알 수 있다.
도 4는 금속판 두께에 따른 전자유도초음파 신호의 측정결과의 일 예를 도시하는 도면으로, (a)는 주파수가 3MHz, 톤의 개수가 3, 금속판 두께가 1.9mm인 경우, (b)는 주파수가 3MHz, 톤의 개수가 3, 금속판 두께가 3mm인 경우, (c)는 주파수가 3MHz, 톤의 개수가 3, 금속판 두께가 5mm인 경우, 그리고 (d)는 주파수가 3MHz, 톤의 개수가 3, 금속판 두께가 10mm인 경우 전자유도초음파 신호의 측정결과를 도시하는 것이다.
도 4를 참조하면, 측정대상인 금속판의 두께가 얇을수록 잡음이 강하게 발생함을 알 수 있다.
또한, 전자유도초음파를 이용하여 금속판의 두께를 측정하는 경우, 센서의 구성상 코일을 사용하므로, 센서의 단면적이 압전소자에 대비하여 커지는 경향이 있어 측정체의 표면상에 발생하는 부식에 의한 영향을 많이 받게 되는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 초기 잡음이 강하게 발생하는 전자유도초음파를 이용하여 금속판의 두께를 측정함에 있어, 측정정밀도를 높임과 동시에 얇은 판재의 두께를 정확하게 측정할 수 있도록 후술하는 바와 같이 신호처리방식을 개선한다.
도 5는 본 발명에 따라 전자유도초음파를 이용하여 금속판의 두께를 측정하는 과정의 일 예를 도시하는 도면으로, 주파수가 3MHz, 톤의 개수가 3, 그리고 금속판 두께가 1.8mm인 경우 전자유도초음파를 이용하여 금속판의 두께를 측정하는 과정의 일 예를 도시한다.
우선, (a)에 도시된 바와 같이, 전자유도초음파 장비를 이용하여 측정 대상인 금속판에서 반사되는 전자유도초음파 신호를 획득한다.
이후, (b)에 도시된 바와 같이, 기준신호를 이용하여 전 반사신호 구간에 대해 교차상관값을 구한다. 이때, 두께가 충분히 두꺼운 시험편으로부터 획득한 전자유도초음파 신호로부터 독립적인 반사파 신호를 기준신호로 사용할 수도 있고, 반사파 신호로부터 톤버스트 신호의 분리가 곤란할 경우 미리 획득한 기준신호를 사용할 수도 있다. 도 6은 교차상관법 적용을 위한 기준신호 획득의 일 예를 도시하는 도면이다.
이후, (c)에 도시된 바와 같이, 교차상관값의 포락선(엔빌로프)을 구하여 그 피크값을 구하고 피크값 사이의 시간차를 구한다.
상술한 과정에 따라 구한 교차상관값의 포락선의 피크값 사이의 시간차를 초음파 신호의 전달시간(
Figure 112011104245293-pat00007
)으로 하여 수학식 1을 이용하여 금속판의 두께를 측정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 부식 등에 의해 금속판의 표면이 평탄하지 못하여 다중 반사신호의 취득이 곤란하거나 금속판의 두께가 얇아 두 톤 버스트 신호 사이의 구분이 용이하지 않은 경우에도, 교차상관법을 이용하여 금속판의 두께를 구할 수 있게 된다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
1: 금속판
10: 금속판 두께측정장치
11: 전자유도초음파 센서
12: 전자유도초음파 센서 제어기
13: 제어 장치

Claims (3)

  1. 측정 대상인 금속판에서 반사되는 전자유도초음파 신호를 획득하는 단계;
    획득한 전자유도초음파 신호에 대해 교차상관값을 구하는 단계;
    상기 교차상관값에 대해 포락선 처리하여 피크값을 구하는 단계; 및
    상기 피크값 사이의 시간차를 이용하여 상기 금속판의 두께를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 교차상관값을 구하는 단계는,
    기 획득한 기준신호를 이용하여 상기 교차상관값을 구하는 것을 특징으로 하는 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속판의 두께를 계산하는 단계는,
    다음의 수학식을 이용하여 금속판의 두께를 계산하며,
    Figure 112011104245293-pat00008

    Figure 112011104245293-pat00009
    는 피크값 사이의 시간차, v는 전자유도초음파 신호의 속도, d는 금속판의 두께인 것을 특징으로 하는 전자유도초음파를 이용한 금속판 두께측정방법.
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