KR101255837B1 - 자동 초음파 탐상 검사 장치 - Google Patents

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KR101255837B1 KR1020130003089A KR20130003089A KR101255837B1 KR 101255837 B1 KR101255837 B1 KR 101255837B1 KR 1020130003089 A KR1020130003089 A KR 1020130003089A KR 20130003089 A KR20130003089 A KR 20130003089A KR 101255837 B1 KR101255837 B1 KR 101255837B1
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Abstract

본 발명은 자동 초음파 탐상 검사 장치에 관한 것으로, 사용자의 조작에 따라 이동할 수 있는 이동 유닛을 통해 초음파 탐촉자를 피검사체 표면상에서 원격 조종 방식으로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 작업자가 접근하기 어렵거나 위험한 위치 등 더욱 다양한 영역에 대한 초음파 탐상 검사를 더욱 용이하고 안전하게 수행할 수 있고, 이동 과정 중에 초음파 탐촉자의 가압력 크기 변화를 계속해서 감지하고, 이를 피드백하여 새롭게 탐촉 홀더 유닛의 동작 상태를 제어함으로써, 초음파 탐촉자의 피검사체 표면에 대한 가압력 크기를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 피검사체에 대한 전체 영역에서 정확한 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있는 자동 초음파 탐상 검사 장치를 제공한다.

Description

자동 초음파 탐상 검사 장치{Automatic Ultrasonic Testing Apparatus}
본 발명은 자동 초음파 탐상 검사 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 사용자의 조작에 따라 이동할 수 있는 이동 유닛을 통해 초음파 탐촉자를 피검사체 표면상에서 원격 조종 방식으로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 작업자가 접근하기 어렵거나 위험한 위치 등 더욱 다양한 영역에 대한 초음파 탐상 검사를 더욱 용이하고 안전하게 수행할 수 있고, 이동 과정 중에 초음파 탐촉자의 가압력 크기 변화를 계속해서 감지하고, 이를 피드백하여 새롭게 탐촉 홀더 유닛의 동작 상태를 제어함으로써, 초음파 탐촉자의 피검사체 표면에 대한 가압력 크기를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 피검사체에 대한 전체 영역에서 정확한 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있는 자동 초음파 탐상 검사 장치에 관한 것이다.
초음파란 가청 주파수 범위(20~20000Hz)를 초과하는 주파수 형태의 음파를 의미하는데, 이러한 초음파는 지향성을 갖는 경우 금속과 같은 물체 내부를 진행할 때 직진성을 가지며 공간과 물체의 경계면에서 반사하는 성질을 갖는다. 또한, 초음파는 전자적 복사의 형태가 아닌 기계적 진동의 형태이므로 서로 다른 재질에서 다른 파장을 갖는다.
초음파 탐상 검사는 이러한 초음파를 이용하여 피검사체의 내부 혹은 표면에 존재하는 결함을 검사하는 방법으로, 피검사체에 초음파를 전달하여 표면 또는 내부에 존재하는 결함부로부터 반사되는 초음파의 신호를 분석함으로써 피검사체 내부의 결함을 검출하는 방식으로 진행된다. 즉, 초음파는 동일 매질(피검사체)에서는 직진하지만 다른 매질(결함)과 접하는 계면에서는 각 매질의 물리적 상태 및 성질(음향 임피던스)의 차이에 의하여 반사 또는 굴절하게 되므로, 먼저 탐촉자를 통해 초음파를 피검사체 내부로 전달하고, 이중 다시 반사되는 초음파를 탐촉자를 통해 수신하여 탐상기 CRT 상에 펄스신호 형태로 결함 지시를 나타내며, 이 신호를 분석하여 결함의 위치, 종류, 크기 등을 측정하게 된다.
이러한 초음파 탐상 검사를 수행하는 초음파 탐상 검사 장치는 일반적으로 초음파를 발생시키는 탐촉자와, 피검사체의 내부 결함으로부터 반사되는 초음파 신호를 수신하는 수신부와, 수신부에 의해 수신된 신호를 펄스 신호로 표시하는 표시부와, 탐촉자와 피검사체의 마찰 방지를 위한 액체 공급 장치 등을 포함하여 구성되는데, 이러한 초음파 탐상 검사 장치를 이용한 검사는 일반적으로 모두 수작업으로 진행되고 있다.
즉, 탐촉자를 작업자가 피검사체 표면 상에 접촉시킨 상태로 검사 부위를 따라 이동시키고, 이때, 탐촉자의 이동에 따른 마찰 방지를 위해 탐촉자와 피검사체 표면 상의 접촉 부위에는 액체 공급 장치를 통해 계속해서 액체를 공급하며 검사 과정을 수행하게 된다. 따라서, 초음파 탐상 검사 작업이 용이하지 않아 작업 시간이 오래 걸리며, 특히 피검사체가 플랜트나 발전 설비의 배관인 경우 작업자가 배관 라인에 직접 접근하여 작업해야 하므로 그 작업 환경이 매우 열악하여 작업 효율이 크게 저하되고, 이에 따라 검사 결과에 대한 정확성 및 신뢰성이 저하되는 등의 문제가 있었다. 한편, 원자력 발전소와 같이 방사능에 노출될 위험이 있는 작업 환경 등에서는 사람이 직접 초음파 탐상 검사 과정을 실시하는 것이 매우 위험한 일이므로, 이러한 작업 환경에서 작업자가 직접 수작업에 의해 검사 과정을 진행하는 것 자체가 매우 어렵고, 이에 따라 이러한 검사 작업 자체를 기피하게 되는 등의 문제가 있었다.
한편, 최근에는 탐촉자를 자동으로 이동시킬 수 있는 장치가 개발되고 있으나, 이 경우 탐촉자의 이동 과정에서 탐촉자와 피검사체 표면과의 밀착 접촉 상태가 양호하게 유지되지 못하거나 또는 피검사체 표면에 굴곡이 있는 경우 탐촉자의 피검사체 표면에 대한 가압력이 변화하여 정확한 초음파 탐상 검사를 수행하지 못하는 등의 문제가 발생하였다.
선행기술로는 국내등록특허 제10-884524호가 있다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 사용자의 조작에 따라 이동할 수 있는 이동 유닛을 통해 초음파 탐촉자를 피검사체 표면상에서 원격 조종 방식으로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 작업자가 접근하기 어렵거나 위험한 위치 등 더욱 다양한 영역에 대한 초음파 탐상 검사를 더욱 용이하고 안전하게 수행할 수 있고, 이동 과정 중에 초음파 탐촉자의 가압력 크기 변화를 계속해서 감지하고, 이를 피드백하여 새롭게 탐촉 홀더 유닛의 동작 상태를 제어함으로써, 초음파 탐촉자의 피검사체 표면에 대한 가압력 크기를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 피검사체에 대한 전체 영역에서 정확한 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있는 자동 초음파 탐상 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 지지 프레임 유닛에 탐촉 홀더 유닛이 직선 이동 가능하게 결합될 뿐만 아니라 다수개 결합되기 때문에, 더욱 다양한 지점에 대한 초음파 탐상 검사를 동시에 수행할 수 있어 더욱 편리하고 신속한 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있는 자동 초음파 탐상 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 초음파 탐촉자를 통해 피검사체의 표면에 초음파를 전달하여 피검사체에 대한 내부 결함을 검사하는 자동 초음파 탐상 검사 장치에 있어서, 피검사체의 표면에 롤링 접촉하는 이동 바퀴와, 상기 이동 바퀴를 회전 구동하는 바퀴 구동부를 포함하는 이동 유닛; 상기 이동 유닛과 함께 이동하도록 상기 이동 유닛에 결합되는 지지 프레임; 상기 초음파 탐촉자를 고정 지지하며 상기 이동 유닛과 함께 이동하도록 상기 지지 프레임에 결합되고, 상기 이동 유닛을 통해 피검사체 표면을 이동하는 과정에서 상기 초음파 탐촉자를 피검사체 표면에 밀착 접촉시키도록 작동하는 탐촉 홀더 유닛; 상기 초음파 탐촉자의 가압력 변화를 감지하는 압력 감지 수단; 및 상기 압력 감지 수단에 의해 감지된 값을 인가받아 상기 초음파 탐촉자가 일정한 크기의 가압력으로 피검사체 표면에 밀착 접촉되도록 상기 탐촉 홀더 유닛의 동작 상태를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 초음파 탐상 검사 장치를 제공한다.
이때, 상기 탐촉 홀더 유닛은 상기 지지 프레임에 길이 방향을 따라 직선 이동 가능하게 결합될 수 있다.
또한, 상기 탐촉 홀더 유닛은 상기 지지 프레임에 직선 이동 가능하게 결합되는 홀더 메인 바디; 상기 홀더 메인 바디에 회전 가능하게 결합되는 회전 블록; 상기 회전 블록에 상하 직선 이동 가능하게 결합되고 하단부에는 상기 초음파 탐촉자가 고정 결합되도록 탐촉자 결합부가 형성되는 상하 이동 바디; 및 상기 상하 이동 바디를 상하 직선 이동시키는 액츄에이터를 포함하고, 상기 액츄에이터는 상기 제어부에 의해 동작 제어될 수 있다.
또한, 상기 압력 감지 수단은 상기 초음파 탐촉자의 가압력 변화에 따라 발생하는 상기 탐촉자 결합부의 미세 변형량을 감지하도록 상기 탐촉자 결합부에 부착되는 스트레인 게이지로 적용될 수 있다.
또한, 상기 지지 프레임에는 길이 방향을 따라 가이드 홈이 형성되고, 상기 탐촉 홀더 유닛은 상기 가이드 홈에 삽입 가이드되도록 가이드 돌기가 형성되어 상기 가이드 홈을 따라 직선 이동할 수 있다.
본 발명에 의하면, 사용자의 조작에 따라 이동할 수 있는 이동 유닛을 통해 초음파 탐촉자를 피검사체 표면상에서 원격 조종 방식으로 이동시킬 수 있도록 함으로써, 작업자가 접근하기 어렵거나 위험한 위치 등 더욱 다양한 영역에 대한 초음파 탐상 검사를 더욱 용이하고 안전하게 수행할 수 있고, 이동 과정 중에 초음파 탐촉자의 가압력 크기 변화를 계속해서 감지하고, 이를 피드백하여 새롭게 탐촉 홀더 유닛의 동작 상태를 제어함으로써, 초음파 탐촉자의 피검사체 표면에 대한 가압력 크기를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 피검사체에 대한 전체 영역에서 정확한 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 지지 프레임 유닛에 탐촉 홀더 유닛이 직선 이동 가능하게 결합될 뿐만 아니라 다수개 결합되기 때문에, 더욱 다양한 지점에 대한 초음파 탐상 검사를 동시에 수행할 수 있어 더욱 편리하고 신속한 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐촉 홀더 유닛의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐촉 홀더 유닛의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐촉 홀더 유닛의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지 수단과 탐촉 홀더 유닛의 상호 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치의 동작 제어 흐름을 개념적으로 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐촉 홀더 유닛의 조립 형상을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐촉 홀더 유닛의 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탐촉 홀더 유닛의 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지 수단과 탐촉 홀더 유닛의 상호 작동 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치의 동작 제어 흐름을 개념적으로 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치는 피검사체(P)의 표면을 이동할 수 있는 이동 유닛(200)을 통해 원격 조종 방식으로 초음파 탐촉자(400)를 이동시키며 자동으로 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있고, 이 과정에서 초음파 탐촉자(400)의 피검사체(P) 표면에 대한 밀착 가압력이 일정하게 유지되도록 하는 장치로서, 이동 유닛(200)과, 지지 프레임(110,120)과, 탐촉 홀더 유닛(300)과, 압력 감지 수단(500)과, 제어부(600)를 포함하여 구성된다.
이동 유닛(200)은 피검사체(P)의 표면상에서 이동하는 장치로서, 피검사체(P)의 표면에 롤링 접촉하는 이동 바퀴(210)와, 이동 바퀴(210)를 회전 구동하는 바퀴 구동부(220)를 포함하여 구성된다. 이동 바퀴(210)는 메인 바디(230)에 회전 가능하게 결합되며, 바퀴 구동부(220)는 이러한 이동 바퀴(210)를 회전 구동하도록 구동 모터(미도시)와 감속기(미도시) 등의 기계 요소로 구성될 수 있다. 메인 바디(230)의 일측에는 지지 프레임(110,120)과 결합할 수 있도록 별도의 결합 블록(201)이 결합될 수 있다.
지지 프레임(110,120)은 이동 유닛(200)과 함께 이동하도록 이동 유닛(200)의 일측에 결합된다. 이러한 지지 프레임(110,120)은 이동 유닛(200)의 진행 방향에 대한 직각 방향으로 길게 배치되도록 장착될 수 있으며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 지지 프레임(110,120)이 연결 프레임(130)에 의해 연결 결합되어 사각 프레임 구조를 이루도록 구성될 수 있다. 이러한 지지 프레임(110,120)에는 다수개의 탐촉 홀더 유닛(300)이 각각 결합될 수 있다.
탐촉 홀더 유닛(300)은 초음파 탐촉자(400)를 고정 지지하도록 형성되며 이동 유닛(200)과 함께 이동하도록 지지 프레임(110,120)에 결합된다. 이때, 탐촉 홀더 유닛(300)은 지지 프레임(110,120)의 길이 방향을 따라 직선 이동 가능하게 결합될 수 있는데, 이를 위해 지지 프레임(110,120)에는 길이 방향을 따라 가이드 홈(101)이 형성되고, 탐촉 홀더 유닛(300)에는 가이드 홈(101)에 삽입 가이드되는 가이드 돌기(301)가 형성되며, 탐촉 홀더 유닛(300)은 가이드 돌기(301)가 가이드 홈(101)에 삽입 가이드되어 가이드 홈(101)을 따라 직선 이동할 수 있다.
이러한 탐촉 홀더 유닛(300)에는 하단부에 탐촉자 결합부(331)가 형성되는데, 이러한 탐촉자 결합부(331)에 초음파 탐촉자(400)가 고정 지지된다. 이때, 초음파 탐촉자(400)는 별도의 쐐기 블록(410)에 결합된 상태로 탐촉자 결합부(331)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 쐐기 블록(410)은 초음파 탐촉자(400)로부터 발생된 초음파 신호가 피검사체(P)로 경사지게 입력 전달되도록 하기 위해 사용되는 것으로, 쐐기 블록(410)이 피검사체(P) 표면에 밀착 접촉되도록 구성된다.
또한, 탐촉 홀더 유닛(300)은 이동 유닛(200)을 통해 피검사체(P) 표면을 이동하는 과정에서 초음파 탐촉자(400)를 피검사체 표면에 밀착 접촉시키도록 작동하는데, 이는 별도의 액츄에이터(340)를 통해 수행될 수 있다. 이러한 탐촉 홀더 유닛(300)의 구성에 대한 상세한 설명은 후술한다.
압력 감지 수단(500)은 초음파 탐촉자(400)의 피검사체(P) 표면에 대한 가압력 변화를 감지하기 위한 것으로, 다양한 센서 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 초음파 탐촉자(400)의 바닥면에 부착되는 압전 소자 형태의 일반적인 압력 감지 센서로 적용될 수 있다. 그러나, 초음파 탐촉자(400)는 피검사체 표면에 밀착 접촉 상태로 상대 이동하기 때문에, 초음파 탐촉자(400)의 바닥면에 이러한 압력 감지 센서가 장착되면, 그 정확도가 매우 저하될 뿐만 아니라 마찰 및 마모에 의한 내구성 또한 현저히 저하되게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지 수단(500)은 초음파 탐촉자(400)에 직접 부착되는 센서 형태가 아니라 탐촉 홀더 유닛(300)에 장착되어 초음파 탐촉자(400)의 가압력 변화를 간접적으로 감지할 수 있는 센서 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 초음파 탐촉자(400)의 가압력 변화에 따라 발생하는 탐촉자 결합부(331)의 미세 변형량을 감지할 수 있도록 탐촉자 결합부(331)에 부착되는 스트레인 게이지로 적용될 수 있다. 이 경우, 피검사체 표면에 대한 초음파 탐촉자(400)의 가압력이 변화하게 되면, 초음파 탐촉자(400)가 결합되는 탐촉자 결합부(331)에 미세한 변형이 발생하게 되고, 스트레인 게이지는 이러한 탐촉자 결합부(331)의 미세 변형량을 측정함으로써, 초음파 탐촉자(400)의 가압력 변화를 간접적으로 측정할 수 있다.
이때, 탐촉자 결합부(331)에는 탐촉자 결합부(331)에 대한 가압력 변화에 따른 미세 변형량이 확대 증가할 수 있도록 스트레인 게이지가 부착되는 부위와 인접한 부위에 변형 유도홀(333)이 형성될 수 있다. 즉, 탐촉자 결합부(331)는 변형 유도홀(333)에 의해 해당 부위에서 강성이 취약해지도록 유도되고, 이에 따라 상대적으로 작은 크기의 가압력에도 변형이 더욱 잘 일어나게 된다. 따라서, 스트레인 게이지를 통한 미세 변형량의 감지 성능이 향상되므로, 더욱 정밀한 측정이 가능하다.
제어부(600)는 압력 감지 수단(500)에 의해 감지된 값을 인가받아 초음파 탐촉자(400)가 일정한 크기의 가압력으로 피검사체(P) 표면에 밀착 접촉되도록 탐촉 홀더 유닛(300)의 동작 상태를 제어하며, 이동 유닛(200) 내부에 장착된 형태로 구성될 수도 있으나, 별도의 제어 본체(미도시)에 내장되는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 제어부(600)는 탐촉 홀더 유닛(300)의 액츄에이터(340)를 동작 제어하며, 이를 통해 초음파 탐촉자(400)의 상하 위치를 조절하는 방식으로 피검사체(P)에 대한 가압력의 크기를 일정하게 조절할 수 있다.
이러한 구조에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치는 이동 유닛(200)을 통해 초음파 탐촉자(400)를 피검사체(P) 표면상에서 원격 조종 방식으로 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이때, 초음파 탐촉자(400)는 탐촉 홀더 유닛(300)에 의해 일정 크기의 하향 압력을 받아 피검사체(P) 표면에 밀착 접촉한 상태로 이동하게 되고, 이와 같이 초음파 탐촉자(400)의 피검사체(P) 표면에 대한 가압력이 일정하게 유지된 경우에만 전체 검사 영역에서 정확한 검사 결과를 얻을 수 있다.
그러나, 피검사체(P)의 표면에 굴곡이 형성된 경우, 초음파 탐촉자(400)가 피검사체(P) 표면의 굴곡이 형성된 부위를 지나가는 동안 초음파 탐촉자(400)에 작용하는 가압력의 크기가 변화하게 된다. 즉, 초음파 탐촉자(400)를 작업자가 수작업으로 이동시키는 수동 초음파 탐상 검사에서는 피검사체(P) 표면의 굴곡을 작업자가 감지하여 해당 영역에서 초음파 탐촉자(400)의 가압력을 적절하게 수작업으로 조절할 수 있지만, 본 발명에서와 같이 이동 유닛(200)을 통해 초음파 탐촉자(400)를 자동으로 이동시키는 경우에는 이러한 조절이 불가능하기 때문에, 검사 과정에서 피검사체(P) 표면 굴곡에 따른 초음파 탐촉자(400)의 가압력이 변화하게 되어 검사 결과에 대한 신뢰도를 높일 수가 없었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동 초음파 탐상 검사 장치는 전술한 바와 같이 압력 감지 수단(500)을 통해 초음파 탐촉자(400)의 가압력 변화를 감지하고, 압력 감지 수단(500)의 측정값에 따라 탐촉 홀더 유닛(300)의 동작 상태를 제어하여 초음파 탐촉자(400)가 항상 일정한 크기의 가압력으로 피검사체 표면에 밀착 접촉되도록 함으로써, 다양한 표면 형태의 피검사체(P)에 대해서도 정확한 검사를 수행할 수 있다.
다음으로, 탐촉 홀더 유닛(300)의 구성 등에 대해 좀더 자세히 살펴본다.
탐촉 홀더 유닛(300)은 지지 프레임(110,120)에 직선 이동 가능하게 결합되는 홀더 메인 바디(310)와, 홀더 메인 바디(310)에 회전 가능하게 결합되는 회전 블록(320)과, 회전 블록(320)에 상하 직선 이동 가능하게 결합되고 하단부에는 초음파 탐촉자(400)가 결합될 수 있도록 탐촉자 결합부(331)가 형성되는 상하 이동 바디(330)와, 상하 이동 바디(330)를 상하 직성 이동시키는 액츄에이터(340)를 포함하여 구성되고, 액츄에이터(340)는 제어부(600)에 의해 동작 제어되도록 구성된다.
홀더 메인 바디(310)는 일측에 가이드 돌기(301)가 형성되어 지지 프레임(110,120)의 가이드 홈(103)에 삽입 가이드된다. 회전 블록(320)은 홀더 메인 바디(310)에 회전 가능하게 결합되는데, 홀더 메인 바디(310)를 관통하는 별도의 회전축(312)과 결합되어 회전축(312)을 중심으로 회전한다. 또한, 회전 블록(320)의 일측에는 홀더 메인 바디(310)를 관통하는 별도의 가이드 로드(313)가 결합되어 회전 블록(320)과 함께 일체로 회전하며, 홀더 메인 바디(310)에는 이러한 가이드 로드(313)의 회전 경로를 가이드하도록 가이드 홀(311)이 형성된다. 회전축(312)과 가이드 로드(313)의 끝단에는 회전 블록(320)의 회전 조작이 가능하도록 손잡이 다이얼(314)이 형성될 수 있다.
상하 이동 바디(330)는 회전 블록(320)에 상하 직선 이동 가능하게 결합되는데, 이를 위해 회전 블록(320)에는 가이드 블록(321)이 형성되고, 상하 이동 바디(330)에는 가이드 블록(321)에 의해 상하 이동 경로가 가이드되며 결합되도록 가이드 레일(332)이 형성된다. 따라서, 상하 이동 바디(330)는 이러한 가이드 레일(332) 및 가이드 블록(321)을 통해 회전 블록(320)에 대해 상하 직선 이동한다. 상하 이동 바디(330)의 하단부에는 초음파 탐촉자(400)가 결합될 수 있도록 포크 형태의 탐촉자 결합부(331)가 형성된다. 이러한 탐촉자 결합부(331)에는 전술한 바와 같이 초음파 탐촉자(400)가 직접 결합되어 고정 지지될 수도 있지만, 도 3에 도시된 바와 같이 초음파 탐촉자(400)가 결합되는 쐐기 블록(410)이 결합되는 형태로 구성될 수 있다. 이때, 탐촉자 결합부(331)의 끝단부에는 쐐기 블록(410)이 회전 가능하게 결합될 수 있도록 힌지 돌기(332)가 형성될 수 있다. 쐐기 블록(410)은 이러한 힌지 돌기(332)와의 결합을 통해 회전할 수 있으므로, 피검사체 표면에 밀착 접촉한 상태로 이동하는 과정에서 그 배치 자유도가 향상된다.
한편, 압력 감지 수단(500)으로 적용되는 스트레인 게이지는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 탐촉자 결합부(331)의 일측에 결합되어 탐촉자 결합부(331)의 미세 변형량을 감지하도록 구성될 수 있다. 따라서, 탐촉자 결합부(331)는 상대적으로 작은 하중에도 변형이 잘 일어날 수 있도록 일측 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하며, 스트레인 게이지는 이러한 탐촉자 결합부(331)의 탄성 변형이 잘 일어나는 부위 또는 방향을 따라 부착될 수 있다.
액츄에이터(340)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 회전 블록(320)의 상단에 별도의 고정 브래킷(341)을 통해 결합될 수 있으며, 상하 이동 바디(330)를 상하 이동시킬 수 있도록 구동 모터와 링크 형태로 구성되거나 에어 실린더 형태로 구성될 수 있는 등 다양한 기계 요소로 구성될 수 있다. 이러한 액츄에이터(340)는 제어부(600)에 의해 상하 이동 바디(330)의 상하 이동 위치를 조절하도록 동작 제어된다.
이와 같은 구조에 따라 탐촉 홀더 유닛(300)은 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 홀더 메인 바디(310)의 회전축(312)을 중심으로 회전하며 초음파 탐촉자(400)의 배치 상태를 다양한 각도로 조절할 수 있다. 또한, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 액츄에이터(340)에 의해 상하 이동 바디(330)의 상하 이동 위치가 조절될 수 있으며, 액츄에이터(340)는 상하 이동 바디(330)의 탐촉자 결합부(331)에 결합된 초음파 탐촉자(400)가 피검사체(P) 표면에 밀착 접촉하도록 상하 이동 바디(330)를 하향 가압하는 형태로 작동하도록 동작 제어된다. 따라서, 이동 유닛(200)에 의한 이동 과정 중에도 액츄에이터(340)에 의해 초음파 탐촉자(400)가 피검사체(P) 표면에 밀착 접촉 상태로 안정적으로 유지되므로 이동 과정 중에도 정확한 초음파 탐상 검사가 가능하다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이 피검사체(P)의 표면에 X 높이만큼 상향 돌출된 굴곡부(P1)가 형성된 경우, 초음파 탐촉자(400)가 이동하며 이러한 굴곡부(P1)에 접촉하게 되면, 초음파 탐촉자(400)에는 X 변위에 해당하는 만큼의 가압력 변화가 발생하게 된다. 즉, 해당 굴곡부(P1)를 지나가는 동안 초음파 탐촉자(400)의 피검사체(P) 표면에 대한 가압력이 상대적으로 증가하게 된다.
이러한 굴곡부(P1)에 의해 초음파 탐촉자(400)의 가압력이 변화하게 되면, 정확한 검사 결과를 얻을 수 없으므로, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 압력 감지 수단(500)을 통해 초음파 탐촉자(400)의 가압력 변화를 측정하고, 이를 고려하여 액츄에이터(340)의 동작 상태를 제어하는 방식으로 초음파 탐촉자(400)의 가압력을 일정한 크기로 유지시킬 수 있다.
즉, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 초음파 탐촉자(400)가 굴곡부(P1)를 지나가는 동안에는 초음파 탐촉자(400)가 결합된 탐촉자 결합부(331)에 상향 굽힘 모멘트가 작용하여 미세 변형이 발생하게 된다. 압력 감지 수단(500)인 스트레인 게이지는 이러한 탐촉자 결합부(331)의 미세 변형을 감지하고, 이를 제어부(600)로 인가한다. 제어부(600)는 스트레인 게이지에 의한 측정값을 인가받아 초음파 탐촉자(400)의 가압력이 일정한 크기로 유지되도록 액츄에이터(340)를 동작 제어하고, 이에 따라 액츄에이터(340)는 상하 이동 바디(330)를 미세하게 상향 이동시키도록 작동한다. 이와 같이 상하 이동 바디(330)가 미세 상향 이동하게 되면, 피검사체(P) 표면에 대한 초음파 탐촉자(400) 가압력이 상대적으로 감소하게 되고, 이는 굴곡부(P1)를 통과하는 과정에서 가압력이 증가하는 것을 보상하는 역할을 하게 된다. 따라서, 본 발명은 초음파 탐촉자(400)가 항상 일정한 크기의 가압력으로 피검사체(P) 표면에 밀착 접촉되므로, 전체 검사 영역에서 정확한 검사 결과를 얻을 수 있다.
정리하면, 도 7에 도시된 바와 같이 별도의 조작부(700)를 통해 사용자는 초음파 탐촉자(400)의 가압력을 특정 크기로 설정 조작할 수 있고, 제어부(600)는 이러한 조작 신호에 따라 액츄에이터(340)를 동작 제어하고, 액츄에이터(340)는 탐촉 홀더 유닛(300)의 상하 이동 바디(330), 좀더 구체적으로는 탐촉자 결합부(331)를 특정 위치로 하향 이동시키며, 이에 따라 탐촉자 결합부(331)에 결합된 초음파 탐촉자(400)가 최초 설정된 가압력의 크기로 피검사체(P) 표면에 밀착 접촉하게 된다. 이 상태로 이동 유닛(200)에 의해 피검사체(P) 표면상에서 이동하게 되는데, 이러한 이동 과정 중에 도 6에 도시된 바와 같이 피검사체(P) 표면에 굴곡부(P1)가 형성되어 초음파 탐촉자(400)의 가압력이 변화하게 되면, 탐촉자 결합부(331)에 미세 변형이 발생하게 되고, 압력 감지 수단(500)인 스트레인 게이지가 이를 감지하여 측정값을 제어부(600)로 인가한다. 제어부(600)는 압력 감지 수단(500)으로부터 인가받은 값에 따라 다시 액츄에이터(340)를 동작 제어하여 최초 설정된 가압력의 크기가 유지되도록 탐촉 홀더 유닛(300)의 상하 이동 바디(330)에 대한 위치를 조절한다.
따라서, 본 발명은 초음파 탐촉자(400)의 가압력 크기 변화를 계속해서 감지하고, 이를 피드백하여 새롭게 탐촉 홀더 유닛(300)의 동작 상태를 제어함으로써, 초음파 탐촉자(400)의 피검사체(P) 표면에 대한 가압력 크기를 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 전체 영역에서 정확한 초음파 탐상 검사를 수행할 수 있다.
이상에서는 초음파 탐촉자(400)가 탐촉자 결합부(331)에 직접 결합되고 피검사체 표면에 직접 접촉하는 것으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 전술한 바와 같이 초음파 탐촉자(400)는 쐐기 블록(410)을 통해 탐촉자 결합부(331)에 결합되고, 쐐기 블록(410)이 피검사체 표면에 접촉하도록 구성될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 120: 지지 프레임 200: 이동 유닛
210: 이동 바퀴 220: 바퀴 구동부
300: 탐촉 홀더 유닛 310: 홀더 메인 바디
320: 회전 블록 330: 상하 이동 바디
331: 탐촉자 결합부 340: 액츄에이터
400: 초음파 탐촉자 410: 쐐기 블록
500: 압력 감지 수단 600: 제어부
700: 조작부

Claims (6)

  1. 초음파 탐촉자를 통해 피검사체의 표면에 초음파를 전달하여 피검사체에 대한 내부 결함을 검사하는 자동 초음파 탐상 검사 장치에 있어서,
    피검사체의 표면에 롤링 접촉하는 이동 바퀴와, 상기 이동 바퀴를 회전 구동하는 바퀴 구동부를 포함하는 이동 유닛;
    상기 이동 유닛과 함께 이동하도록 상기 이동 유닛에 결합되는 지지 프레임;
    상기 초음파 탐촉자를 고정 지지하며 상기 이동 유닛과 함께 이동하도록 상기 지지 프레임에 결합되고, 상기 이동 유닛을 통해 피검사체 표면을 이동하는 과정에서 상기 초음파 탐촉자를 피검사체 표면에 밀착 접촉시키도록 작동하는 탐촉 홀더 유닛;
    상기 초음파 탐촉자의 가압력 변화를 감지하는 압력 감지 수단; 및
    상기 압력 감지 수단에 의해 감지된 값을 인가받아 상기 초음파 탐촉자가 일정한 크기의 가압력으로 피검사체 표면에 밀착 접촉되도록 상기 탐촉 홀더 유닛의 동작 상태를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 탐촉 홀더 유닛은 상기 초음파 탐촉자가 고정 결합되도록 형성된 탐촉자 결합부를 포함하며, 상기 압력 감지 수단은 상기 초음파 탐촉자의 가압력 변화에 따라 발생하는 상기 탐촉자 결합부의 미세 변형량을 감지하도록 상기 탐촉자 결합부에 부착되는 스트레인 게이지로 적용되고, 상기 탐촉자 결합부에는 가압력 변화에 따른 미세 변형량이 증가하도록 상기 스트레인 게이지가 부착되는 부위와 인접한 부위에 변형 유도홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동 초음파 탐상 검사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탐촉 홀더 유닛은 상기 지지 프레임에 길이 방향을 따라 직선 이동 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 자동 초음파 탐상 검사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탐촉 홀더 유닛은
    상기 지지 프레임에 직선 이동 가능하게 결합되는 홀더 메인 바디;
    상기 홀더 메인 바디에 회전 가능하게 결합되는 회전 블록;
    상기 회전 블록에 상하 직선 이동 가능하게 결합되고 하단부에는 상기 초음파 탐촉자가 고정 결합되도록 탐촉자 결합부가 형성되는 상하 이동 바디; 및
    상기 상하 이동 바디를 상하 직선 이동시키는 액츄에이터
    를 포함하고, 상기 액츄에이터는 상기 제어부에 의해 동작 제어되는 것을 특징으로 하는 자동 초음파 탐상 검사 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 프레임에는 길이 방향을 따라 가이드 홈이 형성되고,
    상기 탐촉 홀더 유닛은 상기 가이드 홈에 삽입 가이드되도록 가이드 돌기가 형성되어 상기 가이드 홈을 따라 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 자동 초음파 탐상 검사 장치.

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