KR101257687B1 - 비파괴 검사 장치 및 이를 포함하는 비파괴 검사 시스템 - Google Patents

비파괴 검사 장치 및 이를 포함하는 비파괴 검사 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 피검사물이 수용되는 수조, 상기 피검사물에 초음파를 방사하는 탐촉자 및 상기 탐촉자의 위치를 제어하는 구동장치를 포함한다. 상기 구동장치는 상기 피검사물의 크기 및 위치에 따라 실질적으로 수직하는 제1, 제2 및 제 3방향으로 왕복이동 한다. 상기 수조는 복수의 피검사물이 수용될 수 있는 크기로 형성된다. 또한, 상기 매개물의 높이가 상기 피검사물의 높이보다 높도록 상기 매개물의 수위를 조절하는 제어부를 포함한다.
따라서, 복수의 피검사물을 한번에 수조에 수용할 수 있어 복수의 검사물의 검사시간을 단축할 수 있다. 또한, 상기 구동장치 및 상기 제어부를 통하여 상기 크기가 다양한 피검사물을 정확하게 검사할 수 있다.

Description

비파괴 검사 장치 및 이를 포함하는 비파괴 검사 시스템{NON-DESTRUCTIVE TESTING APPARATUS AND NON-DESTRUCTIVE TESTING SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 초음파 탐상 방법을 사용한 비파괴 검사 장치에 관한 발명이다.
본 발명은 초음파 탐상 방법을 사용한 비파괴 검사 장치에 관한 발명이다. 로켓과 유도탄과 같은 비행체는 운용개념도 고속, 고기동성이 요구되고 있고, 고속, 고기동성 운용 하에서는 공력가열로 인한 기체의 온도상승 문제가 있다. 상기 온도상승을 억제하기 위하여 내열 복합재가 사용된다.
일반적으로 유도무기 기체는 비행 시 기체에 작용하는 하중을 견디도록 설계되어야 하며 동시에 공력가열에 의한 온도 상승을 적절하게 차단하도록 설계된다. 따라서, 기체의 설계로 기체 내부는 구조하중을 일차적으로 받는 금속구조를 사용하고 외부에는 고온에 차단하는 내열재를 사용한 복합재/금속 이중구조로 형성된다. 상기 복합재/금속 사이에는 실리콘 타입의 RTV(Room Temperature Vulcanizing) 접합재를 사용할 수 있다.
상기 접합부는 얇은 막 형태로 이루어지며, 접합공정 상 어려움으로 인하여 완벽한 충진이 어렵다. 상기 비파괴 검사 장치는 상기 실리콘 접합재의 접합상태를 확인한다. 다만, 상기 피검사물은 각각 크기가 상이하여 종래의 검사장치는 상기 피검사물의 크기에 맞추어 개별적으로 검사를 시행하여야 하여야 하므로, 검사 소요시간상 및 정확도 상에서 문제가 있었다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 비파괴 검사 시간을 단축시키는 것이 있다.
또한, 비파괴 검사 결과의 정확도를 향상시키는 것에 있다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 비파괴 검사 장치는 수조, 탐촉자, 구동 장치를 포함한다. 상기 수조는 피검사물이 수용된다. 상기 탐촉자는 상기 수조의 내부에 배치되고 상기 피검사물에 초음파를 방사한다. 상기 구동장치는 상기 탐촉자의 위치를 제어한다. 상기 구동장치는 지지 프레임, 구동 프레임을 포함한다. 상기 지지 프레임은 상기 수조의 외부에 배치되고, 상기 수조가 관통하도록 형성된다. 상기 구동 프레임은 제1 방향으로 연장되고 일단부 상기 탐촉자와 고정되며, 타단부는 상기 지지프레임에 설치되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 슬라이딩 가능하도록 연결되고, 길이가 가변된다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 지지프레임은 상기 제1 및 제2 방향과 각각 교차하는 제3 방향을 따라 왕복 이동할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 비파괴 검사 장치는 샤프트 및 회전부재를 포함할 수 있다. 상기 샤프트는 상기 수조의 내부에 배치되고, 상기 제3 방향으로 연장되며, 상기 제3 방향을 축으로 회전한다. 상기 회전부재는 상기 샤프트와 연동되고 상기 피검사물과 연결되어 상기 피검사물을 회전시킨다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 피검사물은 서로 이격되는 제1 피검사물 및 제2 피검사물을 포함한다. 상기 샤프트는 상기 제1 및 제2 피검사물 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 피검사물의 접촉을 제한하도록 형성되는 완충부재를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 회전부재는 상기 피검사물의 표면과 직접적으로 접촉하고, 상기 표면은 탄성을 갖도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 비파괴 검사 장치는 매개물 및 제어부를 포함할 수 있다. 상기 매개물은 상기 수조에 채워지고 상기 초음파의 전달을 매개한다. 상기 제어부는 상기 매개물에 상기 피검사물이 잠기도록 상기 매개물의 수위를 제어한다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 피검사물은 제1 구조체 및 제2 구조체를 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 구조체는 원통형으로 형성되고, 상기 제1 및 제2 피검사물의 단면의 직경은 서로 다를 수 있다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 비파괴 검사 시스템은 피검사물 수조, 탐촉자, 구동 장치를 포함한다. 상기 수조에 상기 피검사물이 수용된다. 상기 탐촉자는 상기 수조의 내부에 배치되고 상기 피검사물에 초음파를 방사한다. 상기 구동장치는 상기 탐촉자의 위치를 제어한다. 상기 구동장치는 지지 프레임, 구동 프레임을 포함한다. 상기 지지 프레임은 상기 수조의 외부에 배치되고, 상기 수조가 관통하도록 형성된다. 상기 구동 프레임은 제1 방향으로 연장되고 일단부 상기 탐촉자와 고정되며, 타단부는 상기 지지프레임에 설치되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 슬라이딩 가능하도록 연결되고, 길이가 가변된다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 비파괴 검사 시스템은 상기 지지프레임이 일정속도로 이동하도록 제어하는 제1 제어부 및 상기 샤프트가 일정 간격으로 회전하도록 제어하는 제2 제어부를 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 탐촉자 구동 프레임은 3축으로 왕복이동이 가능하여 크기가 다른 피검사물을 정확하게 검사할 수 있다.
또한, 수조는 복수의 피검사물을 수용할 수 있고, 매개체의 수위를 조절하는 제어부를 포함하므로, 복수의 피검사물을 동시에 수조에 수납하여 검사할 수 있다.
따라서, 복수의 피검사물의 검사속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예와 관련된 검사 시스템의 개념도.
도 2는 도 1의 검사 장치의 사시도.
도 3은 도 2의 검사 장치의 평면도.
도 4는 도 2의 검사 장치의 측면도.
이하, 본 발명과 관련된 정압장치 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 예와 관련된 검사 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 검사 시스템은 베이스 프레임(10), 제어부(20), 스캐너 프레임(30), 검사 장치(1000) 및 상기 검사 장치(1000)에 장착되는 피검사물(100)을 포함한다.
상기 베이스 프레임(10)은 제1 방향(D1)으로 연장되어 형성된다. 상기 베이스 프레임(10)의 일단부에 제어부(20)가 배치된다.
상기 제어부(20)는 제1 내지 제3 제어부(21, 22, 23)를 포함한다. 제2 제어부(22)는 탐촉자(410, 도 4 참조)의 움직임을 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(22)는 상기 탐촉자(410)가 상기 제1 방향(D1), 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2) 및 상기 제1 및 제2 방향(D1, D2)에 수직하는 제 3방향(D3)를 따라 왕복이동 하도록 제어할 수 있다.
상기 제3 제어부(23)는 상기 회전부(310, 도 2 참조)의 회전을 제어 한다. 예를 들어, 상기 제2 제어부(22)는 상기 회전부(310)를 상기 제1 방향(D1)을 축으로 하여 회전시켜, 상기 피검사물(100)을 회전시킬 수 있다.
상기 제1 제어부(21)는 컴퓨터가 될 수 있다. 상기 제1 제어부(21)는 핸디 조그(handy jog)를 포함할 수 있다. 상기 제1 제어부(21)는 상기 제2 및 제3 제어부(22, 23)와 전기적으로 연결되어 상기 제2 및 제3 제어부(22, 23)의 제어를 사용자에 의하여 조정할 수 있다.
스캐너 프레임(미도시)은 상기 베이스 프레임(10)의 타단부에 장착될 수 있다. 상기 스캐너 프레임은 스캐너 장치를 포함한다. 도면에 도시되지는 아니하나, 상기 검사 장치(1000) 및 상기 스캐너 프레임은 장거리 케이블 및 랜(LAN) 선 등으로 연결될 수 있다.
상기 스캐너 프레임은 탐촉자(410, 도 2 참조)로부터 수신된 신호로부터 이미지 형태로 나타낸다. 따라서, 상기 이미지를 분석하여 상기 피검사물(100)의 접합 상태를 파악할 수 있다.
도 2는 도 1의 검사 장치의 사시도이다. 도 3은 도 2의 검사 장치의 평면도이다. 도 4는 도 2의 검사 장치의 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 비파괴 검사장치(1000)은 수조(200), 탐촉자(410), 레일(210), 탐촉자 지지프레임(230), 탐촉자 구동프레임(240), 샤프트(300), 회전부(310)를 포함한다.
상기 수조(200)는 상기 베이스 프레임(10)에 배치된다. 상기 수조(200)는 적어도 하나의 피검사물(100)이 배치될 수 있도록 형성된다. 즉, 2 이상의 피검사물(100)이 수납될 수 있도록 형성된다. 도면에서, 피검사물(100)은 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)을 포함한다.
상기 수조(200) 일면이 개방된 직육면체 형태로 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)은 각각 원통형으로 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 피검사물(101,102, 103)의 직경은 서로 다르게 형성될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)은 원으로 형성되는 일면이 서로 마주보도록 배열된다.
즉, 일렬로 배열될 수 있다. 따라서, 상기 수조(200)는 상기 제1 방향(D1)으로 연장되어 형성되고, 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)의 길이의 합 보다 크도록 형성된다. 따라서, 크기가 다른 제1 내지 제3 검사물(101, 102, 103)을 한번에 수조에 수납하고 비파괴 검사를 수행할 수 있어 검사 시간이 단축될 수 있다.
상기 수조(200)에는 매개체가 채워진다. 상기 매개체는 액체 또는 기체가 될 수 있고, 예를 들어 물로 형성될 수 있다. 상기 매개체는 상기 탐촉자(410)에서 발생하는 신호가 통과한다.
상기 수조(200)는 상기 매개체의 수위를 감지하고 조절하는 수위 제어부(201)를 포함한다. 상기 탐촉자(410) 및 상기 피검사물(100)은 상기 매개체에 잠기도록 배치된다. 즉, 상기 수위 제어부(201)는 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)의 직경을 감지하고, 상기 탐촉자(410) 및 상기 피검사물(101, 102, 103)이 모두 상기 매개체에 잠기도록 제어한다.
상기 샤프트(300)는 상기 수조(200) 내에 형성된다. 상기 샤프트(300)는 상기 제1 방향(D1)으로 연장된다. 상기 샤프트(300)는 상기 제1 방향(D1)을 축으로 회전한다.
상기 피검사물(100)을 지지하기 위하여 상기 샤프트(300)는 복수의 부재로 형성될 수 있다. 제1 방향(D1)으로 연장되고, 일정 공간으로 이격되어 나란하게 배열될 수 있다. 이 경우, 복수의 부재는 실질적으로 동일한 속도로 회전한다.
회전부(310)는 상기 샤프트(300)에 장착된다. 상기 회전부(310)는 상기 샤프트(300)와 연동하여 회전하게 된다. 상기 회전부(310) 상에 상기 피검사물(100)이 안착된다. 상기 회전부(310)에 안착된 상기 검사물(100)은 상기 회전부(310)가 회전함에 따라 상대적으로 회전 운동한다.
상기 회전부(310)의 표면은 탄성이 있는 재질로 형성된다. 상기 피검사물(100)의 다양한 표면 상태에 적용하여 회전이 용이해진다. 따라서, 다양한 종류의 피검사물(100)을 시험할 수 있다.
상기 샤프트(300)는 모터와 결합된다. 상기 모터는 일정간격 회전이 가능한 스테핑 모터(stepping motor)로 형성될 수 있다. 상기 스테핑 모터는 일정 펄스 수에 대응하여 일정 각도씩 움직이는 모터이다. 즉, 상기 샤프트(300)를 일정 펄스 수에 대응하여 일정 각도씩 회전하도록 한다. 따라서, 상기 피검사물(100)은 상기 회전부(310)에 연동하여 일정 각도씩 회전된다.
따라서, 상기 탐촉자(410)가 상기 피검사물(100)을 일 섹터(sector)에 초음파를 방사한 후, 상기 스테핑 모터에 의하여 상기 피검사물(100)이 일정 각도로 회전한다. 따라서, 탐촉자가 상기 피검사물(100)의 모든 섹터(sector)에 초음파를 방사하기 위하여 이동하지 않더라도, 상기 피검사물(100)의 모든 섹터(sector)를 검사할 수 있다.
상기 스테핑 모터는 상기 제3 제어부(23)에 의하여 제어될 수 있다.
상기 샤프트(300)에 상기 완충부재(301)가 형성된다. 상기 완충부재(301)는 상기 복수의 회전부(310) 사이에 배치된다. 즉, 상기 완충부재(301)는 상기 제1 및 제2 피검사물(101, 102) 사이에 배치되어 서로 접촉하거나 충돌하여 손상되지 않도록 한다. 따라서, 크기가 다른 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)을 상기 수조(200)내에 수납하고 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)이 상기 회전부(310)에 의하여 회전하더라도 서로 접촉하는 문제점을 방지할 수 있다.
상기 레일(210)은 상기 수조(200)의 외부에 형성된다. 상기 레일(210)은 상기 제1 방향(D1)으로 연장되어 형성된다. 상기 레일(210)은 상기 수조(200)를 사이에 두고 이격되어 배치되는 두 개의 레일을 포함한다.
탐촉자 지지프레임(220)은 상기 수조(200)를 감싸도록 형성된다. 상기 지지프레임(220)은 상기 제2 방향(D2)로 연장되는 두 개의 지지부재와, 상기 두 개의 지지부재를 연결하고 상기 제3 방향(D3)으로 연장되는 연결부재를 포함한다. 상기 연결부재는 상기 두 개의 지지부재가 안정적으로 이동할 수 있도록 고정한다.
상기 탐촉자 지지프레임(230)의 연결부재에 상기 탐촉자(410)가 설치된다. 상기 지지부재들의 각 일단부는 상기 레일(210)에 연결된다. 탐촉자 지지프레임(230)은 상기 레일(210)을 따라 상기 제1 방향(D1)으로 왕복운동 한다.
상기 제 2 제어부(22)는 상기 지지부재들이 상기 제1 방향(D1)으로 왕복 이동하도록 제어한다. 따라서, 상기 탐촉자(410)는 상기 제1 방향(D1)으로 왕복 이송되고, 제1 내지 제 3 피검사물(101, 102, 103)의 측면을 따라 이동할 수 있다.
상기 탐촉자 구동프레임은 상기 제3 방향(D3)으로 연장되는 제1 부재(240)와 상기 제2 방향(D2)으로 연장되는 제 2부재(420)를 포함한다. 상기 제1 부재(240)는 상기 탐촉자 지지프레임(230)에 설치된다. 상기 제1 부재(240)는 상기 제2 방향(D2)으로 왕복이동 한다.
상기 제2 부재(420)는 상기 제1 부재(240)에 설치된다. 즉, 상기 제2부재(420)의 일단은 상기 제1 부재(240)에 연결되고, 타단에 상기 탐촉자(410)가 고정된다. 상기 제2 부재(420)는 상기 제1 부재(240)를 따라 상기 제3 방향(D3)을 따라 길이가 변할 수 있다. 따라서, 상기 탐촉자(410)는 상기 제3 방향(D3)을 따라 왕복이동 할 수 있다.
따라서, 상기 탐촉자(410)는 상기 제 2 및 제3 방향(D2, D3)을 따라 이송된다. 즉, 상기 탐촉자(410)는 상기 피검사물(100)의 크기에 따라 위치가 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 피검사물(101, 102)은 크기가 다른 원통형으로 형성되어 있고 상기 제1 피검사물(101) 보다 제2 피검사물(102)의 단면에 대한 직경이 크고, 상기 탐촉자(410)는 상기 제1 피검사물(101)을 검사한 후, 상기 제2 피검사물(102)을 적당한 거리에서 검사할 수 있다.
즉, 상기 지지 프레임(220)으로 인하여 상기 제1 피검사물(101)에서 상기 제2 피검사물(102)로 이동한다. 상기 제2 피검사물(102)의 직경은 상기 제1 피검사물(101)의 직경보다 작기 때문에 상기 탐촉자(410)가 인접하도록 이동하여야 한다. 따라서, 상기 제2 부재(420)는 상기 탐촉자(410)를 상기 제2 피검사물(102)의 반지름의 높이까지 상기 제2 방향(D2)를 따라 이동시킨다. 또한, 상기 제 1 부재(240)는 상기 제2 부재(420)를 상기 제 3방향(D3)를 따라 상기 제2 피검사물(102)에 가깝도록 이동시킨다. 따라서, 상기 탐촉자(410)가 상기 제2 피검사물(102)과 인접한 거리에서 접선과 수직한 방향으로 초음파를 방사할 수 있다.
본 발명의 비파괴 검사 장치를 이용하면, 직경이 서로 상이한 복수의 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)을 수조(200)에 수납한다. 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)은 상기 회전부재(310) 상에 장착된다. 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)의 사이에는 서로 접촉되지 못하도록 돌출부(301)가 위치하도록 배치한다.
상기 수조(200)에 매개물을 채운다. 상기 제어부는 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103) 중 가장 직경이 큰 피검사물을 기준으로 상기 제1 내지 제3 피검사물(101, 102, 103)이 모두 매개물에 잠기도록 수위를 조절한다. 상기 제1 피검사물(101)을 검사한다. 상기 제1 피검사물(101)의 하나의 섹션을 검사하고, 상기 회전부재(310)를 이용하여 나머지 섹션들을 검사한다.
상기 지지 프레임(220)을 상기 제2 피검사물(102)과 인접하도록 상기 제1 방향(D1)으로 이동시킨다. 상기 제2 피검사물(102)의 접선면과 상기 탐촉자(410)가 인접하도록 상기 구동 프레임(240, 420)을 구동시켜 제2 및 제3 방향(D2, D3)으로 상기 탐촉자(410)를 이동시킨다. 상기 제1 피검사물(101)을 검사한 방법과 동일하게 상기 제2 피검사물(102)을 검사한다.
상기와 동일한 방법으로 상기 제3 피검사물(103)에 인접하도록 상기 탐촉자(410)를 이동시키고, 상기 제3 피검사물(103)을 검사한다.
본 발명에 따르면, 다양한 크기의 피검사물에 따라 상기 탐촉자(410)의 위치를 조절할 수 있어, 다양한 크기의 피검사물을 한번에 수조에 수납하고 검사를 진행할 수 있다. 즉, 피검사물의 검사 속도를 향상시킬 수 있으며, 보다 정확한 검사 결과를 도출할 수 있다.
상기와 같이 설명된 비파괴 검사장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (9)

  1. 피검사물이 수용되는 수조;
    상기 수조의 내부에 배치되고 상기 피검사물에 초음파를 방사하는 탐촉자; 및
    상기 탐촉자의 위치를 제어하는 구동 장치를 포함하고,
    상기 구동 장치는,
    상기 수조의 외부에 배치되고, 상기 수조가 관통하도록 형성되는 지지 프레임;
    제1 방향으로 연장되고 일단부가 상기 탐촉자와 고정되며, 타단부는 상기 지지프레임에 설치되고, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 슬라이딩 가능하도록 연결되고, 길이가 가변 되는 구동 프레임;
    상기 수조의 내부에 배치되고, 상기 제1 및 제2 방향과 각각 교차하는 제3 방향으로 연장되며, 상기 제3 방향을 축으로 회전하는 샤프트; 및
    상기 샤프트와 연동되고 상기 피검사물과 연결되어 상기 피검사물을 회전시키는 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    상기 지지프레임은 상기 제3 방향을 따라 왕복이동하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피검사물은 서로 이격되는 제1 피검사물 및 제2 피검사물을 포함하고,
    상기 샤프트는 상기 제1 및 제2 피검사물 사이에 배치되며, 상기 제1 및 제2 피검사물의 접촉을 제한하도록 형성되는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회전부재는 상기 피검사물의 표면과 직접적으로 접촉하고, 상기 회전부재는 탄성을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수조에 채워지고 상기 초음파의 전달을 매개하는 매개물; 및
    상기 매개물에 상기 피검사물이 잠기도록 상기 매개물의 수위를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 피검사물은 제1 구조체 및 제2 구조체를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 구조체는 원통형으로 형성되며, 상기 제1 및 제2 구조체의 단면의 직경은 서로 다른 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따르는 비파괴 검사장치;
    상기 지지프레임이 일정속도로 이동하도록 제어하는 제1 제어부; 및
    상기 샤프트가 일정 간격으로 회전하도록 제어하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템.
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