KR101312321B1 - Nondestructive crack detecting apparatus for a nuclear fuel plate - Google Patents
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Abstract
본 발명은 판형핵연료 시편의 내부결함 정보를 추출하는 검사장치에 있어서, 대상체를 가열하는 가열부와, 복수의 빔을 조사하는 빔 조사부 및 정보수집부를 포함하며, 상기 정보수집부는 상기 시편에 조사되는 복수의 빔 간의 간섭을 추출하여 상기 시편의 결함정보를 얻을 수 있는 비접촉식 비파괴 검사장치를 제공한다.
또한 본 발명은 판형핵연료 시편의 내부결함 정보를 추출하는 검사장치에 있어서, 대상체를 가열하는 가열부와, 대상체에 빔을 조사하도록 형성되는 빔 조사부 및 측정시편의 앞면과 뒷면에 대하여 시편의 수평방향으로 변화하는 기울기 변위 영상과 기울기 위상영상을 획득하여 측정시편 내부의 기울기 결함정보를 추출할 수 있는 정보수집부를 포함하는 비접촉식 비파괴 검사장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a test apparatus for extracting internal defect information of a plate fuel specimen, comprising: a heating unit for heating an object, a beam irradiation unit for irradiating a plurality of beams, and an information collecting unit, wherein the information collecting unit is irradiated to the specimen. Provided is a non-contact non-destructive inspection apparatus that extracts interference between a plurality of beams and obtains defect information of the specimen.
In addition, the present invention is a test device for extracting the internal defect information of the plate-shaped fuel specimen, the heating unit for heating the object, the beam irradiation unit formed to irradiate the beam to the object and the horizontal direction of the specimen with respect to the front and back of the measurement specimen The present invention provides a non-contact non-destructive inspection apparatus including an information collecting unit capable of extracting gradient defect information inside a measurement specimen by obtaining a gradient displacement image and a gradient phase image.
Description
본 발명은 판형핵연료 시편 내부의 결함을 검출하는 비접촉식 비파괴 검사장치에 관한 것이다. The present invention relates to a non-contact, non-destructive inspection device for detecting defects in the plate fuel specimen.
판형핵연료 내부의 결함은 X-ray 검사법이나 초음파 검사법으로 결함을 검출 할 수 있다. X-ray 검사법의 경우에는 큰 결함은 효과적으로 검출할 수 있으나 판형핵연료의 주요 결함인 미소 박리(delamination) 결함이나 접합(close) 결함의 경우에는 검출이 어려운 단점이 있다. Defects in the plate fuel can be detected by X-ray or ultrasound. In the case of X-ray inspection, large defects can be effectively detected, but in the case of small delamination defects or close defects, which are major defects of the plate-shaped fuel, it is difficult to detect them.
고주파 초음파를 이용한 결함 검출법은 접합부의 박리나 결함도 효과적으로 검출할 수 있는 장점이 있다. 그러나 초음파 검사의 경우에는 스캐닝 검사를 수행하여야 하므로 시편의 모든 면적을 검사하기 위해서는 많은 시간이 소요되고 또한 판형핵연료의 두께가 약 2 mm정도로 매우 얇으므로 수십 MHz이상의 고주파 초음파를 사용하여야 하므로 수중에서 검사를 수행하여야 하는 단점이 있다.The defect detection method using the high frequency ultrasonic wave has the advantage of being able to detect the peeling and the defect of the joint effectively. However, in the case of ultrasonic examination, scanning inspection is required, so it takes a lot of time to examine all the area of the specimen and because the thickness of the plate-shaped fuel is very thin, about 2 mm, it is necessary to use high frequency ultrasonic wave of several tens of MHz. There is a disadvantage that must be performed.
레이저 초음파를 이용한 기존의 결함 검출 방식의 경우에는, 신호를 변환시키지 않고 초음파신호의 지연시간, 신호의 세기 및 신호의 형태를 측정하여 결함의 유무, 종류, 크기 및 위치를 판단하거나(대한민국 공개특허 10-2001-0026773), 초음파를 디지털 신호로 변환시킨 후 이미지화하여 결함을 측정한다(대한민국 공개특허 10-2005-0046083). 이러한 종래기술들의 경우 산업현장의 일반인이 사용하기에 사용방법이 복잡하고 고속으로 영상정보를 제공하기 어렵다는 문제점이 있다. In the conventional defect detection method using laser ultrasound, the presence, type, size, and location of the defect are determined by measuring the delay time, the signal strength, and the signal shape of the ultrasonic signal without converting the signal ( 10-2001-0026773), the ultrasound is converted to a digital signal and then imaged to measure the defect (Republic of Korea Patent Publication 10-2005-0046083). Such conventional technologies have a problem that the method of use is complicated for the general public in the industrial field and it is difficult to provide image information at high speed.
본 발명은 복수의 빔을 이용하여 핵연료 시편 내의 결함 영상을 보여주는 비접촉식 비파괴 결함영상 측정장치를 제공하기 위한 것이다. The present invention is to provide a non-contact non-destructive defect image measuring apparatus for showing a defect image in a nuclear fuel specimen using a plurality of beams.
또한, 본 발명은 빔을 이용하여 기울기 결함 정보를 추출하여 핵연료 시편 내의 결함영상을 측정하는 비접촉식 비파괴 결함영상 측정장치를 제공하기 위한 것이다. In addition, the present invention is to provide a non-contact non-destructive defect image measuring apparatus for measuring the defect image in the nuclear fuel specimen by extracting the slope defect information using the beam.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르는 비접촉식 비파괴 결함영상 측정장치는, 대상체에 존재하는 균열을 일정 주기로 팽창 또는 수축시키도록 상기 대상체를 가열하는 가열부와, 상기 대상체의 일 면으로부터 수직으로 멀어지는 방향으로 진행하는 기준 경로, 상기 면에 일정 각도로 입사된 후 반사되는 제1경로 및 상기 제1경로와 다른 각도로 상기 면에 입사된 후 반사되는 제2경로로 빔을 조사할 수 있으며, 상기 빔들을 중첩시켜 간섭영상을 형성시키는 빔 조사부와, 상기 간섭영상으로부터 상기 대상체의 결함정보롤 추출하는 정보수집부를 포함한다. 상기 빔 조사부는 상기 제1경로의 빔과 제2경로의 빔을 중첩시켜서 대상체 표면의 제1방향 간섭영상을 생성하고, 상기 제1경로의 빔과 기준 경로의 빔을 중첩시켜서 대상체 표면의 상기 제1방향과 교차하는 제2방향의 간섭영상을 생성한다. In order to solve the above problems, a non-contact non-destructive defect image measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, a heating unit for heating the object to expand or contract the crack existing in the object at regular intervals, and the A reference path proceeding in a direction away from one surface vertically, a first path reflected after being incident at a predetermined angle on the surface, and a second path beam reflected after being incident on the surface at an angle different from the first path; And a beam irradiator for overlapping the beams to form an interference image, and an information collector for extracting defect information of the object from the interference image. The beam irradiator generates a first directional interference image of the surface of the object by overlapping the beam of the first path and the beam of the second path, and overlaps the beam of the first path and the beam of the reference path to overlap the beam on the object surface. An interference image in a second direction intersecting with one direction is generated.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 빔 조사부는 빔을 조사하는 빔 발생장치 및 상기 빔이 서로 다른 적어도 두 개의 경로로 진행하도록 상기 빔의 진행경로에 형성되는 빔 분할기를 포함한다.As an example related to the present invention, the beam irradiator includes a beam generator for irradiating a beam and a beam splitter formed in a path of the beam so that the beam travels in at least two different paths.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 빔 조사부는 적어도 하나의 경로에 형성되어 상기 경로를 거치는 빔의 위상을 변화시키는 위상변환장치를 포함한다.As an example related to the present invention, the beam irradiator includes a phase shifting device which is formed in at least one path to change the phase of the beam passing through the path.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가열부는 상기 대상체를 가열하는 연속발진레이저장치 및 상기 연속발진레이저장치에서 발생된 레이저의 진행경로에 배치되고, 시간에 따라 정현파 형태의 강도로 레이저를 투과시킬 수 있도록 제어되는 필터를 포함한다.As an example related to the present invention, the heating unit may be disposed in a continuous oscillation laser apparatus for heating the object and a traveling path of a laser generated by the continuous oscillation laser apparatus, and may transmit the laser at a sine wave intensity over time. It includes a filter that is controlled to be.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가열부는 하나의 정현파 형태의 강도 또는 적어도 2이상의 정현파를 중첩시킨 형태의 강도로 상기 대상체를 가열할 수 있는 열원장치를 구비한다. As an example related to the present disclosure, the heating unit may include a heat source device capable of heating the object to a strength in the form of one sinusoidal wave or an intensity overlapping at least two sinusoids.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 정보수집부는 상기 대상체의 일면에 생성된 수평방향 간섭영상과 수직방향 간섭영상을 실시간으로 획득한 후 저장하고, 상기 수평방향 간섭영상으로부터 시간별 수평방향 위상맵 영상을 구하고 상기 수직방향 간섭영상으로부터 시간별 수직방향 위상맵 영상을 구하는 신호처리모듈을 포함한다.As an example related to the present invention, the information collecting unit acquires and stores in real time a horizontal interference image and a vertical interference image generated on one surface of the object, and stores a horizontal phase map image for each time from the horizontal interference image. And a signal processing module for obtaining a time-dependent vertical phase map image from the vertical interference image.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르는 비접촉식 비파괴 결함영상 측정장치는, 대상체에 존재하는 균열을 일정 주기로 팽창 또는 수축시키도록 상기 대상체를 가열하는 가열부와, 상기 대상체에 레이저 빔을 조사하고 대상체 표면에서 반사되는 빔을 분할한 후 다시 중첩시켜 간섭영상을 생성하는 빔 조사부와, 상기 간섭영상으로부터 가열에 의한 상기 대상체 표면의 어느 일방향 변위를 측정할 수 있는 정보수집부를 포함한다. 상기 빔 조사부는 상기 대상체에 반사된 상기 빔을 제1경로 및 제2경로로 분할하는 빔 분할기와, 상기 제1경로의 빔을 재반사시키는 제1거울 및 상기 제2경로와 직교하는 면과 일정 각도 기울어지고, 상기 제2경로를 경유한 빔을 반사하여 상기 제1경로의 빔과 중첩시켜 기울기 간섭영상을 생성시키는 제2거울을 포함한다.In order to solve the above problems, the non-contact non-destructive defect measurement apparatus according to an embodiment of the present invention, the heating unit for heating the object to expand or contract the crack existing in the object at a predetermined period, and the object A beam irradiator for generating an interference image by irradiating a laser beam, dividing a beam reflected from the object surface, and then superposing the laser beam; and an information collecting unit for measuring any one-way displacement of the object surface by heating from the interference image. do. The beam irradiator divides the beam reflected by the object into a first path and a second path, and a first mirror and a plane perpendicular to the second path and the second path to rereflect the beam of the first path. And a second mirror tilted at an angle and reflecting the beam passing through the second path to overlap the beam of the first path to generate a tilted interference image.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가열부는 상기 대상체를 가열하는 연속발진레이저장치 및 상기 연속발진레이저장치에서 발생된 레이저의 진행경로에 배치되고, 시간에 따라 정현파 형태의 강도로 레이저를 투과시킬 수 있도록 제어되는 필터를 포함한다.As an example related to the present invention, the heating unit may be disposed in a continuous oscillation laser apparatus for heating the object and a traveling path of a laser generated by the continuous oscillation laser apparatus, and may transmit the laser at a sine wave intensity over time. It includes a filter that is controlled to be.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 빔 조사부는 적어도 하나의 경로에 형성되어 상기 경로를 거치는 빔의 위상을 변화시키는 위상변환장치를 포함한다.As an example related to the present invention, the beam irradiator includes a phase shifting device which is formed in at least one path to change the phase of the beam passing through the path.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가열부는 하나의 정현파 형태의 강도 또는 적어도 2이상의 정현파를 중첩시킨 형태의 강도로 상기 대상체를 가열할 수 있는 열원장치를 구비한다.As an example related to the present disclosure, the heating unit may include a heat source device capable of heating the object to a strength in the form of one sinusoidal wave or an intensity overlapping at least two sinusoids.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 정보수집부는 상기 대상체의 일면으로부터 생성된 기울기 간섭영상을 실시간으로 획득한 후 저장할 수 있는 저장 모듈 및 상기 간섭영상으로부터 시간별 기울기 위상맵 영상을 구하는 신호처리 모듈을 포함한다.As an example related to the present invention, the information collecting unit includes a storage module for acquiring and storing a gradient interference image generated from one surface of the object in real time and a signal processing module for obtaining a gradient phase map image for each hour from the interference image. do.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르는 비접촉식 비파괴 결함영상 측정장치의 측정방법은, 가열부가 대상체를 일정 주기의 강도로 가열하는 단계와, 빔 조사부가 상기 대상체의 앞면 및 뒷면에 레이저를 조사하여 각각의 면에 대한 간섭영상을 생성시키는 단계와, 정보수집부가 상기 앞면의 간섭영상으로부터 상기 앞면의 시간별 위상맵 영상을 구하는 단계와, 정보수집부가 상기 뒷면의 간섭영상으로부터 상기 뒷면의 시간별 위상맵 영상을 구하는 단계와, 상기 정보수집부가 상기 앞면의 위상맵 영상으로부터 특정주파수에서의 진폭값과 위상값을 추출하여 상기 앞면의 변위영상과 위상영상을 생성하는 단계와, 상기 정보수집부가 상기 뒷면의 위상맵 영상으로부터 특정주파수에서의 진폭값과 위상값을 추출하여 상기 뒷면의 변위영상과 위상영상을 생성하는 단계와, 상기 정보수집부가 상기 앞면의 변위영상과 상기 뒷면의 변위영상의 차이를 이용하여 대상체 앞뒷면의 상대적인 변위영상 정보를 획득하는 단계 및 상기 정보수집부가 상기 앞면의 위상영상과 상기 뒷면의 위상영상의 차이를 이용하여 대상체 앞뒷면의 상대적인 위상영상 정보를 획득하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, the method for measuring a non-contact nondestructive defect image measuring apparatus according to an embodiment of the present invention, the heating unit heating the object to a certain period of intensity, the beam irradiation unit and the front and Generating an interference image for each surface by irradiating a laser on the back surface, and obtaining information from the interference image of the front surface by time information collecting unit for the phased phase image of the front surface from the interference image on the back surface; Obtaining a time-phased phase map image on the back side, and generating the displacement image and the phase image on the front side by extracting an amplitude value and a phase value at a specific frequency from the phase map image on the front side; The collector extracts an amplitude value and a phase value at a specific frequency from the phase map image on the back side. Generating a displacement image and a phase image of the data acquisition unit, acquiring the relative displacement image information of the front and back sides of the object using the difference between the displacement image of the front surface and the displacement image of the back surface; Obtaining relative phase image information of the front and back sides of the object by using a difference between the phase image of the front side and the phase image of the back side.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가열부는 정현파 형태의 강도로 상기 대상체를 가열하고, 상기 특정주파수는 상기 가열부가 상기 대상체를 가열하는 가열주기에 대응하는 주파수 및 상기 주파수의 정수배 주파수를 포함한다.As an example related to the present invention, the heating unit heats the object in the form of a sine wave, and the specific frequency includes a frequency corresponding to a heating period in which the heating unit heats the object and an integer multiple of the frequency.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 가열부는 2이상의 정현파를 중첩시킨 형태의 강도로 상기 대상체를 가열하고, 상기 특정주파수는 상기 각각의 정현파의 주기에 대응하는 주파수, 상기 주파수의 합 또는 차에 해당하는 중첩주파수 및 상기 주파수의 정수배 주파수를 포함한다.As an example related to the present invention, the heating unit heats the object with an intensity in the form of overlapping two or more sinusoidal waves, and the specific frequency corresponds to a frequency corresponding to a period of each sinusoidal wave, a sum or a difference of the frequencies. Includes an overlapping frequency and an integer multiple of the frequency.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 비접촉식 비파괴 검사장치는 복수의 빔 간의 간섭신호를 추출하여 수직 또는 수평 방향의 위상영상 및 변위영상을 얻을 수 있다. 이를 통하여, 판형핵연료 내부에 존재하는 결함정보를 효과적으로 제공할 수 있다.The non-contact non-destructive inspection apparatus according to at least one embodiment of the present invention configured as described above may obtain a phase image and a displacement image in a vertical or horizontal direction by extracting an interference signal between a plurality of beams. Through this, it is possible to effectively provide defect information existing in the plate fuel.
또한, 본 발명은 판형핵연료 표면에 대하여 수직 또는 수평 방향의 기울기 위상영상 및 변위영상을 얻을 수 있다. 이러한 기울기 정보는 노이즈에 강한 특성을 가지므로 산업현장에서 효과적으로 활용될 수 있다.In addition, the present invention can obtain a tilt phase image and a displacement image in the vertical or horizontal direction with respect to the plate-like fuel surface. Since the slope information has a strong characteristic against noise, it can be effectively used in industrial sites.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 판형핵연료 시편의 내부결함영상 정보를 검출하기 위한 열변형 측정용 레이저간섭계 기반의 비접촉식 비파괴 검사장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전열구 기반의 가열부 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 기반의 가열부 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 회전형 가변 강도필터의 회전각도별 투과도를 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 가열부의 10초 주기별 가열 강도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 가열부의 100초 주기별 가열 강도를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 가열부의 10초 주기와 100초 주기를 중첩한 가열 강도를 도시한 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 간섭부에서 시간별 연속으로 N개의 레이저간섭 영상을 획득하여 저장하는 영상을 도시한 도면이다.
도 8b는 본 발명의 일실시예에 따른 간섭부에서 위상이동장치를 이용하여 영상을 얻는 한 시점마다 레이저빔 위상의 4구간(예를 들어 0도, 90도, 180도, 270도 등)에서 영상을 획득하여 연속으로 N*4개의 레이저간섭 영상을 획득하여 저장하는 영상을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 결함영상 정보 수집부에서 결함정보를 추출하기 위한 주파수 영역의 위치를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 결함영상 정보 수집부에서 결함정보를 추출하기 위한 주기 배수 주파수 영역의 위치를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저간섭영상으로부터 결함영상 정보를 검출하기 위한 비접촉식 비파괴검사장치의 신호처리 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 위상이동방식 레이저간섭영상으로부터 결함영상 정보를 검출하기 위한 비접촉식 비파괴검사장치의 신호처리 순서도이다.
도 13은 일반적인 압전 트렌스듀스 방식의 고주파 초음파 신호를 이용한 대상체 내부결함 검사장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 판형핵연료 시편의 내부결함의 기울기영상 정보를 검출하기 위한 열변형 측정용 기울기 레이저간섭계 기반의 비접촉식 비파괴 검사장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an internal configuration of a non-destructive inspection device based on a laser interferometer for thermal deformation measurement for detecting internal defect image information of a plate-shaped fuel specimen according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an internal configuration of a heating apparatus based on a heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the internal configuration of a laser-based heating unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing the transmittance of each rotation angle of the rotary variable strength filter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a view illustrating heating intensity for each 10 second period of a heating unit according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 6 is a view illustrating heating intensity for each 100 second period of a heating unit according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 7 is a view illustrating heating intensity of a 10 second cycle and a 100 second cycle of a heating unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a diagram illustrating an image of acquiring and storing N laser interference images continuously in a timely manner in a laser interference unit according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8B is a diagram illustrating four laser beam phases (for example, 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees, 270 degrees, etc.) at each time point when an image is acquired by using a phase shifting device in an interference part according to an embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram illustrating an image of acquiring and storing N * 4 laser interference images in succession.
9 is a diagram illustrating a position of a frequency domain for extracting defect information in a defect image information collecting unit according to an embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a position of a periodic multiple frequency region for extracting defect information from a defect image information collecting unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a signal processing flowchart of a non-contact non-destructive inspection device for detecting defect image information from a laser interference image according to an embodiment of the present invention.
12 is a signal processing flowchart of a non-contact non-destructive inspection device for detecting defect image information from a phase shift laser interference image according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of an apparatus for inspecting an internal defect of an object using a high frequency ultrasonic signal of a general piezoelectric trend method.
14 is a diagram illustrating an internal configuration of a non-destructive inspection device based on a tilt laser interferometer for measuring thermal deformation for detecting tilt image information of an internal defect of a plate-shaped fuel specimen according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명과 관련된 판형핵연료 비접촉 비파괴 검사장치에 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. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the plate-shaped fuel non-contact nondestructive inspection apparatus which concerns on this invention is demonstrated in detail with reference to drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 판형핵연료 시편의 내부결함영상 정보를 검출하기 위한 열변형 측정용 레이저간섭계 기반의 비접촉식 비파괴 검사장치의 내부 구성을 도시한 도면이다. 1 is a diagram illustrating an internal configuration of a non-destructive inspection device based on a laser interferometer for thermal deformation measurement for detecting internal defect image information of a plate-shaped fuel specimen according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 비접촉식 비파괴 검사장치는 빔 조사부와, 가열부와, 정보수집부 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a non-contact non-destructive inspection apparatus according to an embodiment of the present invention may include a beam irradiator, a heating unit, an information collecting unit, and the like.
상기 가열부는 측정 대상체(14)에 접촉하지 않고 가열할 수 있다.The heating part may be heated without contacting the measurement object 14.
상기 빔 조사부는 열에 의하여 대상체(14)의 표면 방향의 수평방향과 수직방향으로 변화하는 변위정보를 갖고 있는 레이저 간섭영상을 획득하는 전자 스펙클 레이저간섭부(3)(4)일 수 있다.The beam irradiator may be an electronic speckle laser interference part 3 (4) that obtains a laser interference image having displacement information that is changed in a horizontal direction and a vertical direction of the surface direction of the object 14 by heat.
상기 정보수집부는 상기 빔 조사부로부터 획득한 레이저 간섭영상으로부터 결함정보를 추출할 수 있도록 구성될 수 있다.The information collecting unit may be configured to extract defect information from the laser interference image obtained from the beam irradiator.
측정 대상체의 앞면에 대한 레이저 간섭영상은 앞면부에 위치한 전자 스펙클 레이저 간섭부(4)가 측정하고 뒷면에 대한 레이저 간섭영상은 뒷면에 위치한 전자 스펙클 레이저 간섭부(3)가 측정할 수 있다.The laser interference image of the front surface of the measurement object may be measured by the electronic speckle laser interference part 4 located at the front side, and the laser interference image of the back surface may be measured by the electronic speckle
상부의 가열부(1)는 결함영상 정보수집부(5)에 의해 제어되는 제어장치(11)가 열원장치(12)를 제어하여 열을 발생시키며 발생된 열은 열확산기(13)에 의해서 측정 대상체(14) 앞면에 골고루 조사된다. 또한 하부 가열부(2)는 결함영상 정보수집부(5)에 의해 제어되는 제어장치(15)가 열원장치(16)를 제어하여 열을 발생시키며 발생된 열은 열확산기(17)에 의해서 측정 대상체(14) 앞면에 골고루 조사된다. 이때 측정 대상체 표면에 일정한 주기를 갖는 정현파 형태의 강도로 열을 가할 수 있다.The
측정 대상체에 조사된 열에 의해 측정 대상체 내부는 각 위치별로 미소 변형이 발생되며 이러한 변형은 측정 대상체 표면에 변위(displacement) 형태로 나타난다. 이러한 변위는 시편 앞면부의 레이저간섭부(4)와 뒷면부의 레이저 간섭부(3)에 의해 측정된다.Due to the heat irradiated to the measurement object, micro-deformation is generated at each position in the measurement object, and the deformation appears in the form of displacement on the surface of the measurement object. This displacement is measured by the laser interference part 4 of the front face of the specimen and the
측정 대상체 뒷면에 위치한 레이저 간섭부(3)는 레이저(21)의 출력빔을 이용하여 간섭영상을 생성한다. 레이저(21)의 출력 레이저 빔은 빔분할기(22)에 의해서 통과빔과 반사빔으로 양분된다. 통과빔은 또 다른 빔분할기(23)에 의해서 다시 통과빔과 반사빔으로 양분된다. 빔분할기(23)를 통과한 빔은 거울(24)에 의해 반사된 후에 필터(48)에 의해 강도 조절이 된 다음에 빔분할기(25)를 거쳐 이미징렌즈(27)를 거쳐서 촬상센서(28)에 입사된다. 빔분할기(23)에서 반사된 빔은 거울(47, 30)을 통과하고 나서 빔확산광학계(31)에 의해 측정 대상체(14) 뒷면부를 조사한 다음에 그 영상은 빔분할기(25)를 거쳐서 이미징렌즈(27)를 거쳐서 촬상센서(28)로 입사되어 측정 대상체(14) 표면의 수직방향으로 변위되는 레이저 간섭영상이 촬상센서(28)에 의해 획득된다. 이때 빔 분할기(23)에서 반사된 레이저 빔은 위상변환장치에 의해 위상 이동될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 위상변환장치는 PZT(29)일 수 있다. 상기 빔은 상기 PZT(29) 의해 위상 이동될 수 있어 상기 촬상센서는 위상이동이 된 레이저 간섭영상을 획득할 수 있다. The
빔분할기(25)는 회전장치(26)에 의해 회전하여 빔분할기(23)를 통과한 빔의 광경로에서 제거될 수 있으며, 이 경우에 레이저 빔은 거울(32)을 지나서 빔확산광학계(33)를 지나서 측정 대상체 뒷면에 골고루 조사되어 표면에 수평방향으로 변형되는 변위정보를 담은 레이저간섭영상이 이미징렌즈(27)를 거쳐서 촬상센서(28)에 얻어진다. 이때 측정대상체의 위쪽과 아래쪽에서 조사되는 두 경로의 빔의 각도는 45도에서 180도 사이의 각이다. The
이와 같은 레이저 간섭영상은 측정 대상체의 앞면에도 같은 방법으로 얻어진다.The laser interference image is obtained in the same manner on the front surface of the measurement object.
측정 대상체 앞면에 위치한 레이저 간섭부(4)는 레이저(21)의 출력빔을 이용하여 앞면의 간섭영상을 생성한다. 빔분할기(22)에 의해서 반사된 레이저 빔은 거울(35)을 지나서 또 다른 빔분할기(36)에 의해서 통과빔과 반사빔으로 분할된다. 반사된 빔은 필터(49)에 의해 강도 조절이 된 다음에 빔분할기(37)를 거쳐 이미징렌즈(39)를 거쳐서 촬상센서(40)에 입사된다.The laser interference part 4 located in front of the measurement object generates an interference image of the front surface by using the output beam of the
빔분할기(36)을 통과한 빔은 거울(41,42)를 지난 후 빔확산광학계(44)을 지나서 측정 대상체 앞쪽 표면에 골고루 조사되고, 조사된 측정 대상체 앞면의 영상은 빔분할기(37)를 거쳐서 이미징 렌즈(39)를 거쳐서 촬상센서(40)에 영상이 맺힌다. 이때 촬상센서(40)에는 측정 대상체(14) 앞면의 수직방향 레이저 간섭영상이 맺힌다.The beam passing through the
대상체 앞면에 위치한 빔분할기(37)는 회전장치(38)에 의해 회전하여 빔분할기(36)를 통과한 빔의 광경로에서 제거될 수 있으며, 이 경우에 레이저 빔은 거울(45)과 빔확산광학계(46)를 지나서 측정 대상체 앞면에 골고루 조사되어 표면에 수평방향으로 변형되는 변위정보를 담은 레이저 간섭 영상이 이미징 렌즈(39)를 거쳐서 촬상센서(40)에 얻어진다.The
결함 영상 정보수집부(5)는 내부에 제어 및 신호처리컴퓨터를 포함하고 있어서 얻어진 레이저 간섭 영상으로부터 변형 정보를 얻을 수 있다. The defect image
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전열구 기반의 가열부 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다. 2 is a diagram illustrating an internal configuration of a heating apparatus based on a heating apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 가열부의 열원장치는 전열구가 될 수 있다. 상기 전열구(12-1)는 제어장치(1)에 의해 열 강도가 제어된다.The heat source device of the heating unit may be a heat exchanger. The heat intensity of the heat exchanger 12-1 is controlled by the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 기반의 가열부 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다. 3 is a view showing the internal configuration of a laser-based heating unit according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 회전형 연속 가변 강도 필터(12-3)는 연속발진레이저(12-2)에서 출력되는 레이저 빔의 강도를 연속으로 제어한다. 상기 필터에 의해 레이저 빔의 강도는 정현파 진폭 형태로 가변 된다. 상기 회전형 연속가변 강도 필터(12-3)의 각도별 투과도는 도 4와 같다. Referring to FIG. 3, the rotary continuous variable intensity filter 12-3 continuously controls the intensity of the laser beam output from the continuous oscillation laser 12-2. By the filter the intensity of the laser beam is varied in the form of sinusoidal amplitude. The permeability of the rotary continuous variable strength filter 12-3 is shown in FIG. 4.
측정 대상체의 표면을 가열하는 열의 강도는 정현파 형태가 될 수 있다. 상기 가열부는 하나의 정현파 형태의 강도 또는 적어도 2이상의 정현파를 중첩시킨 형태의 강도로 상기 대상체를 가열할 수 있다. 예를 들어 도 5와 같이 하나의 주기로 가열할 수도 있으며, 도 5에서의 주기와 도 6에서의 주기를 중첩시켜 도 7과 같은 주기로 가열할 수 있다.The intensity of heat that heats the surface of the measurement object may be in the form of a sine wave. The heating unit may heat the object to an intensity of one sinusoidal wave form or an intensity of a form in which at least two sinusoids are superposed. For example, it may be heated in one cycle as shown in FIG. 5, and may be heated in a cycle as shown in FIG. 7 by overlapping the period in FIG. 5 and the period in FIG. 6.
예를 들어, 도5가 10초 가열 주기이고, 도 6이 100초 가열 주기일 경우, 이를 합쳐서 조사하는 가열 강도 패턴은 도 7과 같을 수 있다.For example, when FIG. 5 is a 10-second heating cycle and FIG. 6 is a 100-second heating cycle, the heating intensity pattern irradiated with the same may be the same as FIG. 7.
상기 정보수집부가 시간별 위상맵 영상을 구하는 과정은 다음과 같다.The process of obtaining the time-phased phase map image by the information collector is as follows.
상기 정보수집부는 측정 대상체 앞면과 뒷면에 생성된 수평방향 레이저 간섭영상(영상크기: m x n 픽셀)과 수직방향 간섭영상(영상크기: m x n 픽셀)을 실시간으로 획득한 후에 컴퓨터의 메모리에 저장하고, 저장된 수평 레이저 간섭영상으로부터 시간별 수평방향 프린지 영상과 래핑(wrapping) 위상맵을 구한 다음 이를 펼쳐서(unwrapping) 펼쳐진 위상맵 영상을 구하고, 같은 방법으로 수직 레이저 간섭영상으로 시간별 수직방향 프린지 영상과 래핑(wrapping) 위상맵을 구한 다음 이를 펼쳐서(unwrapping) 위상맵 영상을 구한다. 상기 래핑 위상맵과 언래핑 위상맵을 구하는 방법은 아래에서 식(4)와 식(9)를 이용하여 보다 상세히 설명한다.The information collector acquires a horizontal laser interference image (image size: mxn pixels) and a vertical interference image (image size: mxn pixels) generated in front of and behind a measurement object in real time, and stores the result in a computer memory. Obtain the horizontal fringe image and the wrapping phase map by time from the horizontal laser interference image, and then unwrapp the expanded phase map image, and use the same method to wrap the vertical fringe image and the time-dependent vertical fringe image with the vertical laser interference image. The phase map is obtained and then unwrapped to obtain a phase map image. The method of obtaining the lapping phase map and the unwrapping phase map will be described in more detail using Equation (4) and Equation (9) below.
상기 수평방향 위상맵은 대상체 표면에 수평방향으로 변화하는 결함정보를 담고 있으며 수직방향 위상맵은 대상체 표면에 수직방향으로 변화하는 결함 정보를 담고 있다. The horizontal phase map contains defect information that changes in the horizontal direction on the object surface, and the vertical phase map contains defect information that changes in the vertical direction on the object surface.
결함에 대한 위상맵 정보는 펼쳐진 현재의 위상맵에서 기준 위상맵을 뺌으로써 얻어질 수 있다.The phase map information for the defect can be obtained by subtracting the reference phase map from the unfolded current phase map.
또한 상기 정보수집부가 수직방향 및 수평방향 변위영상을 수집하는 과정은 다음과 같다. In addition, the process of collecting the vertical and horizontal displacement image of the information collector is as follows.
상기 실시간으로 구한 시간별로 펼쳐진 수평방향 위상맵 영상(영상크기: m x n 픽셀)에서 시간별 (1,1) 위치에서의 값을 추출하여 시간영역에서의 1차원 신호를 생성하고 이를 주파수 변환하여 주파수 스펙트럼을 구한 다음에 특정주파수 위치에서의 진폭 계수 값을 추출하여 수평방향 변위영상의 (1,1) 위치에 기록하고, 이와 같은 과정을 수평방향 위상맵 영상의 (1,2)픽셀 위치에서부터 (m, n) 위치까지 반복하여 수평방향 변위영상(크기: mxn 픽셀)을 생성한다. 상기 실시간으로 구한 시간별로 펼쳐진 수직방향 위상맵 영상(영상크기: m x n 픽셀)에서 시간별 (1,1) 위치에서의 값을 추출하여 시간영역에서의 1차원 신호를 생성하고 이를 주파수 변환하여 주파수 스펙트럼을 구한 다음에 특정주파수 위치에서의 진폭 계수 값을 추출하여 수직방향 변위영상의 (1,1) 위치에 기록하고, 이와 같은 과정을 수직방향 위상맵 영상의 (1,2)픽셀 위치에서부터 (m, n) 위치까지 반복하여 수직방향 변위영상(크기: mxn 픽셀)을 생성할 수 있다.From the horizontal phase map image (image size: mxn pixels) obtained in real time, the value is extracted at time (1,1) position by time to generate a one-dimensional signal in the time domain, and the frequency is converted by frequency conversion. After extracting the amplitude coefficient value at a specific frequency position, record it at the position (1,1) of the horizontal displacement image and repeat the process from (1,2) pixel position of the horizontal phase map image (m, n) A horizontal displacement image (size: mxn pixel) is generated by repeating up to the position. From the vertical phase map image (image size: mxn pixels) obtained in real time, the value is extracted at time (1,1) position by time to generate a one-dimensional signal in the time domain, and frequency transformed to generate a frequency spectrum. After extracting the amplitude coefficient value at a specific frequency position, we record it at (1,1) position of the vertical displacement image and repeat this process from (1,2) pixel position of the vertical phase map image (m, n) A vertical displacement image (size: mxn pixel) may be generated by repeating up to the position.
상기 정보수집부가 추출하는 특정주파수 위치는 가열부가 단일 주파수 주기로 가열할 경우, 상기 특정주파수 위치는 상기 단일 주기 주파수와 같은 위치일 수 있다. 또한 상기 특정 주파수 위치는 상기 단일 주기 주파수의 배수인 주파수 위치일 수도 있다.The specific frequency position extracted by the information collecting unit may be the same frequency as the single periodic frequency when the heating unit heats the single frequency period. The specific frequency position may also be a frequency position that is a multiple of the single periodic frequency.
만약 가열부가 적어도 2이상의 정현파를 중첩시킨 형태의 강도로 상기 대상체를 가열할 경우, 상기 결함영상 정보수집부가 추출하는 특정주파수 위치는 가열부가 가열하는 복수의 주기 주파수, 상기 주기 주파수들의 합 또는 차에 해당하는 주파수일 수 있다. If the heating unit heats the object with the intensity of overlapping at least two sine waves, the specific frequency position extracted by the defect image information collecting unit is equal to the plurality of periodic frequencies, the sum or difference of the periodic frequencies that the heating unit heats up. It may be a corresponding frequency.
상기 정보수집부가 대상체의 앞면과 뒷면의 변위영상으로부터 뒷면에 대한 앞면의 상대적인 수직방향 결함정보 및 상대적인 수평방향의 결함정보를 추출하는 원리는 다음과 같다.The principle of extracting the relative vertical defect information and the relative horizontal defect information of the front side from the displacement image of the front and back sides of the object is as follows.
상기 정보수집부는 측정시편의 뒷면과 앞면에 대해 수평방향 변위영상을 구하고, 상기 측정시편 뒷면에 대해 구한 수평방향 변위영상에서 측정시편 앞면에 대해 구한 수평방향 변위영상의 차영상을 구하여 수평방향의 결함정보를 추출한다. 같은 방법으로 측정시편의 뒷면과 앞면에 대해 수직방향 위상영상을 구하고, 상기 측정시편 뒷면에 대해 구한 수직방향 변위영상에서 측정시편 앞면에 대해 구한 수직방향 변위영상의 차영상을 구하여 수직방향의 결함정보를 추출할 수 있다.The information collector obtains a horizontal displacement image of the back and front of the measurement specimen, and obtains a difference image of the horizontal displacement image of the front surface of the measurement specimen from the horizontal displacement image of the back of the measurement specimen. Extract the information. In the same way, the vertical phase image is obtained for the back and front surfaces of the test specimen, and the vertical deflection image for the front surface of the test specimen is obtained from the vertical displacement image obtained for the back surface of the measurement specimen. Can be extracted.
상기 정보수집부가 수직방향 또는 수평방향 위상영상을 수집하는 원리는 다음과 같다.The principle of collecting the vertical or horizontal phase image of the information collector is as follows.
상기 정보수집부는 상기 실시간으로 구한 시간별로 펼쳐진 수평방향 위상맵 영상(영상크기: m x n 픽셀)에서 시간별 (1,1) 위치에서의 값을 추출하여 시간영역에서의 1차원 신호를 생성하고 이를 주파수 변환하여 주파수 스펙트럼을 구한 다음에 특정주파수 위치에서의 위상값을 추출하여 수평방향 위상영상의 (1,1) 위치에 기록하고, 이와 같은 과정을 수평방향 위상맵 영상의 (1,2)픽셀 위치에서부터 (m, n) 위치까지 반복하여 수평방향 위상영상(크기: mxn 픽셀)을 생성하고, 상기 실시간으로 구한 시간별 수직방향 위상맵 영상(영상크기: m x n 픽셀)에서 시간별 (1,1) 위치에서의 값을 추출하여 시간영역에서의 1차원 신호를 생성하고 이를 주파수 변환하여 주파수 스펙트럼을 구한 다음에 특정주파수 위치에서의 위상값을 추출하여 수직방향 위상영상의 (1,1) 위치에 기록하고, 이와 같은 과정을 수직방향 위상맵 영상의 (1,2)픽셀 위치에서부터 (m, n) 위치까지 반복하여 수직방향 위상영상(크기: mxn 픽셀)을 생성할 수 있다.The information collector generates a 1-dimensional signal in the time domain by extracting a value at a time (1,1) position from time to time in a horizontal phase map image (image size: mxn pixels) obtained for each time obtained in real time, and converting the frequency into a frequency domain. After obtaining the frequency spectrum, extract the phase value at the specific frequency position and record it in the (1,1) position of the horizontal phase image. A horizontal phase image (size: mxn pixels) is generated by repeating up to position (m, n), and a time-phased vertical phase map image (image size: mxn pixels) is obtained at the time (1,1) position at time. The value is extracted to generate a one-dimensional signal in the time domain, and the frequency is transformed to obtain a frequency spectrum. Value, and this process may be repeated from (1,2) pixel position to (m, n) position of the vertical phase map image to generate a vertical phase image (size: mxn pixel).
상기 정보수집부가 대상체의 앞면과 뒷면의 위상영상으로부터 상대적인 수직방향 결함정보 및 상대적인 수평방향 결함정보를 추출하는 원리는 다음과 같다.The principle of extracting the relative vertical defect information and the relative horizontal defect information from the phase image of the front and back of the object is as follows.
상기 정보수집부는 측정시편의 뒷면과 앞면에 대해 수평방향 위상영상을 구하고, 상기 측정시편 뒷면에 대해 구한 수평방향 위상영상에서 측정시편 앞면에 대해 구한 수평방향 위상영상의 차영상을 구하여 상대적인 수평방향의 결함정보를 추출한다. 같은 방법으로 측정시편의 뒷면과 앞면에 대해 수직방향 위상영상을 구하고, 상기 측정시편 뒷면에 대해 구한 수직방향 위상영상에서 측정시편 앞면에 대해 구한 수직방향 위상영상의 차영상을 구하여 상대적인 수직방향의 결함정보를 추출할 수 있다.The information collector obtains a horizontal phase image of the back and front surfaces of the test specimen, and obtains a difference image of the horizontal phase image obtained from the horizontal phase image of the front surface of the measurement specimen, Extract defect information. In the same way, a vertical phase image is obtained for the back and front surfaces of the test specimen, and a vertical phase image obtained for the front surface of the test specimen is obtained from the vertical phase image obtained for the back surface of the measurement specimen. Information can be extracted.
정보수집부가 결함영상을 추출하는 세부적인 과정은 다음과 같다. The detailed process of extracting the defect image by the information collector is as follows.
도 1의 결함영상 정보수집부(5)는 내부에 제어 및 신호처리컴퓨터를 포함하고 있어서 얻어진 레이저 간섭영상으로부터 변형정보를 얻을 수 있다. 결함영상 정보수집부(5)는 레이저 간섭부(3)를 이용하여 측정 대상체의 뒷면에 대한 레이저 간섭영상을 획득하고 레이저 간섭부(4)를 이용하여 측정 대상체 앞면에 대한 레이저 간섭영상을 획득한다. 결함영상 정보수집부(5)는 측정 대상체를 가열하기 전에 기준 레이저 간섭영상을 먼저 저장하고나서, 가열을 시작하면서 측정 대상체 앞면과 뒷면에 대한 레이저 간섭영상을 획득하기 시작한다. 레이저 간섭영상은 실시간으로 연속으로 측정되고 결함영상 정보수집부(5)는 측정된 레이저 간섭영상을 내부의 제어 및 신호처리컴퓨터 안에 있는 메모리에 차례로 저장한다. 예를 들어 시간영역에서 실시간으로 N개의 레이저 간섭영상을 저장하여 메모리에 저장한 결과는 도 8a와 같다. 이때 측정 대상체는 일정 주기로 반복되는 정현 형태의 열 강도로 가열이 된다. 획득되는 레이저 간섭영상은 위상이동 없이 실시간으로 저장될 수도 있으며 위상변환장치를 이용하여 획득할 수도 있다. 상기 위상변환장치는 도 1의 PZT(29, 42)일 수 있다. 예를 들어 도 8a에서 번호 1의 영상은 위상이동을 하지 않는 레이저 간섭영상인 스펙클 레이저 간섭영상이고, 도 8b의 번호 1은 위상이동 방식으로 프린지 간격의 1/4간격으로 4개의 위상(0°, 90°, 180°, 270°)으로 이동시킨 후에 각각 얻은 4개의 레이저 간섭영상이 획득되고 메모리에 저장된다.The defect image
또한 레이저 간섭영상은 빔분할기(25, 37)를 광경로상에 그대로 두어 측정 대상체 표면에 수직방향으로의 변위정보를 담고 있는 레이저 간섭영상을 획득할 수도 있으며, 회전장치(26, 38)를 이용하여 빔분할기(25, 37)를 광경로에서 제거하여 측정 대상체 수평방향으로 변형되는 변위정보를 담고 있는 레이저 간섭영상을 획득하여 저장할 수 있다.In addition, the laser interference image may obtain a laser interference image containing displacement information in a direction perpendicular to the surface of the measurement object by leaving the
시간영역에서의 레이저 간섭영상 f(x,y)는 식 (1)과 같이 표현될 수 있다. The laser interference image f (x, y) in the time domain may be expressed as Equation (1).
(1) (One)
여기서 d는 영상의 직류 성분이며, b는 (x,y) 위치별 밝기 강도이며, Φ는 측정하고자 하는 위상성분이다. Where d is the direct current component of the image, b is the brightness intensity for each (x, y) position, and Φ is the phase component to be measured.
이를 주파수 영역으로 변환하면 다음 식 (2)와 같이 표현된다. If this is converted into the frequency domain, it is expressed as Equation (2) below.
(2) (2)
여기서 D는 주파수 영역에서의 직류성분이며, F는 신호에 대한 주파수 영역 표현이며, *는 복소 공액 성분을 나타낸다. 여기서 F(wx,wy) 신호 혹은 F*(wx,wy) 중에 하나만을 선택한 후에 역주파수 변환을 수행하면 다음 식 (3)을 얻는다.Where D is a direct current component in the frequency domain, F is a frequency domain representation of the signal, and * represents a complex conjugated component. If only one of the F (w x , w y ) signals or F * (w x , w y ) is selected and the inverse frequency conversion is performed, the following equation (3) is obtained.
그러면 식 (3)으로부터 래핑 위상맵 영상인 은 식(4)로부터 획득할 수 있다.Then from Eq. (3) we get Can be obtained from equation (4).
래핑 위상맵 영상인 는 위상펼침(참조: "2D phase unwrapping", D.C.Ghiglia and M.D. Pritt,, A Willey-Interscience Publication, 1998)을 실행하여 위상맵 영상을 획득한다. Wrapping phase map image Performs phase unfolding (see "2D phase unwrapping", DCGhiglia and MD Pritt, A Willey-Interscience Publication, 1998) to obtain a phase map image.
만약, 위상이동방식으로 레이저 간섭영상을 획득하였다면, 어느 한 순간에 4개의 위상이동(0°, 90°, 180°, 270°)된 간섭영상이 획득되므로 이는 식 (5),(6),(7),(8)과 같이 표현될 수 있다.If the laser interference image is acquired by the phase shift method, four phase shifted (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) interference images are obtained at any one time, so that the equations (5), (6), It can be expressed as (7), (8).
여기서 d는 영상의 직류 성분이며, Iac는 (x, y) 위치별 밝기 강도이며, φ는 측정하고자 하는 위상성분이다. 이들로부터 얻어지는 래핑 위상맵 영상은 식 (9)와 같이 얻어진다.Where d is the direct current component of the image, I ac is the brightness intensity for each (x, y) position, and φ is the phase component to be measured. The lapping phase map image obtained from these is obtained as shown in equation (9).
같은 방법으로, 래핑 위상맵 영상 Φ(x, y)는 위상펼침(참조: “2D phase unwrapping" D. C. Ghiglia and M. D. Pritt,, A Willey-Interscience Publication, 1998)을 실행하여 변위 위상맵 영상을 획득한다.In the same way, the wrapping phasemap image Φ (x, y) is subjected to phase unfolding (see “2D phase unwrapping” DC Ghiglia and MD Pritt, A Willey-Interscience Publication, 1998) to obtain a displacement phasemap image. .
결함 위상영상은 기준 변위 위상맵 영상에서 현재 변위 위상맵 영상을 뺌으로써 구해질 수 있다.The defect phase image can be obtained by subtracting the current displacement phase map image from the reference displacement phase map image.
시간영역에서 구해진 위상맵 영상에서 시간별 각 픽셀 위치의 신호를 구할 수 있다, 예를 들어 시간별로 구해진 위상맵 영상을 도시한 그림을 도 8이라 가정을 하면, 픽셀 (1, 1)위치인 P(x1, y1)에서의 시간영역 신호는 점을 따라 나타낸 값일 것이다. 이 값을 주파수 변환을 한 다음에 가열부에서 가한 열강도 주기 위치인 f [Hz] 위치에서의 진폭값을 추출하여 이를 모두 모으면 (픽셀 (1, 1)에서 픽셀 (m, n)) 구하고자 하는 측정 대상체 변위영상인 m x n크기의 변위영상을 얻을 수 있다. 예를 들어 가열부의 주기가 라고 하면 에서의 진폭을 구하면 되고, 복수의 주기인 와 이라고 가정을 하면 도 9에 보이는 바와 같이 에서의 계수값을 구하여 에서의 변위영상을 구할 수 있으며,에서의 계수값을 구하여 에서의 변위영상을 구할 수 있으며, 에서의 계수값을 구하여 에서의 변위영상을 구할 수 있으며, 에서의 계수값을 구하여 에서의 변위영상을 구할 수 있다. 또한 판형핵연료 내부에 Closed 결함 혹은 미세결함이 있으면 재료는 변형과정에서 가열부에서 가열하는 주기의 배수에 해당하는 주파수 성분이 발생하는 비선형 성분이 발생하므로 이를 이용하여 비선형 변위 영상을 얻을 수 있다. 예를들어, 도 10에 보이는 바와 같이 측정 대상체 표면에 가하는 가열부의 정현 주기가 Hz라고 가정을 하면, 혹은 에서의 상대적인 계수 변화를 구하여 비선형 변위 영상을 얻을 수 있다. In the phase map image obtained in the time domain, a signal of each pixel position for each time can be obtained. For example, assuming that the figure showing the phase map image obtained for each time is shown in FIG. 8, P (pixel, 1, 1) position P ( The time domain signal at x1, y1) will be a value represented along the point. After frequency conversion of this value, the amplitude value at f [Hz], which is the thermal intensity period applied by the heating unit, is extracted and collected ((pixel, m, n) at pixel (1, 1)). A displacement image of an mxn size, which is a measurement object displacement image, may be obtained. For example, the period of heating When you say Is to find the amplitude of Wow Assume that as shown in Figure 9 Find the coefficient at You can get the displacement image at, Find the coefficient at You can get the displacement image at, Find the coefficient at You can get the displacement image at, Find the coefficient at The displacement image at can be obtained. In addition, if there is a closed defect or microdefect inside the plate fuel, the material generates a nonlinear component that generates a frequency component corresponding to a multiple of the period of heating in the heating part during the deformation process, thereby obtaining a nonlinear displacement image. For example, as shown in FIG. 10, the sinusoidal period of the heating unit applied to the surface of the measurement object Assuming Hz, or The nonlinear displacement image can be obtained by calculating the relative coefficient change at.
변위 영상은 특정주파수(가열 주기의 주파수, 배수 주파수, 두 주파수를 더한 합 주파수 혹은 뺀 차 주파수)위치에서의 진폭 값을 (1,1)위치에서부터 (m,n)까지 각각 구하여 변위영상을 생성한다. Displacement image generates displacement image by calculating amplitude value at specific frequency (frequency of heating cycle, multiple frequency, sum frequency of two frequencies or subtracted difference frequency) from (1,1) to (m, n), respectively. do.
위상영상은 상기 특정주파수 위치에서 진폭 계수 값 대신에 위상 값을 구하여 생성한다. 예를 들어 주파수 영역에서 주파수에서의 신호가 일 때 진폭값은 이고 위상값은 이다. 여기서 A와 B는 주파수에서 cos 성분과 sin 성분의 계수이다. The phase image is generated by obtaining a phase value instead of an amplitude coefficient value at the specific frequency position. For example in the frequency domain The signal at the frequency When is the amplitude value And the phase value is to be. Where A and B are Cos component and sin component coefficient at frequency.
이와 같이, 레이저 간섭영상과 위상 이동된 간섭영상으로부터 변위영상과 위상영상을 구하는 순서도는 도 11 및 도 12와 같다.As described above, flowcharts for obtaining the displacement image and the phase image from the laser interference image and the phase shifted interference image are shown in FIGS. 11 and 12.
도 13은 컴퓨터(51)에 의해 제어되고 신호처리되는 일반적인 고주파 압전 트랜스듀스(54)를 사용하여 판형핵연료 시편인 측정 대상체(55) 내부의 결함을 검출하기 위한 일반적인 장치이다. 측정 대상체(55)는 스캐닝 장치(56)에 설치되어서 X축과 Y축으로 스캐닝이 된다. 판형 핵연로 측정 대상체는 두께가 약 2 mm정도이므로 펄스-에코 방식의 time-of-flight 기법의 종파 신호를 이용하여 대상체 내부 결함을 검출하기 위해서는 약 20MHz 이상의 고주파 신호를 사용하여야 한다. 이러한 고주파 신호는 수조(52)인 수중(53)에서 검사를 수행하여야 검사 효율성이 높다. 이러한 검출방식은 효과적으로 측정 대상체 내부의 결함정보를 추출할 수 있다. 그러나 측정 대상체의 모든 부위를 검사하여야 하므로 완전한 검사를 수행하기 위해서는 장시간의 시간이 소요되는 단점이 있다.FIG. 13 is a general apparatus for detecting defects inside a measurement object 55 which is a plate-shaped fuel specimen using a general high
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 판형핵연료 시편 내부의 기울기 결함영상 정보를 검출하기 위한 열변형 측정용 기울기 레이저간섭계 기반의 비접촉식 비파괴 검사장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.FIG. 14 is a diagram illustrating an internal configuration of a non-destructive inspection apparatus based on a tilt laser interferometer for measuring thermal deformation for detecting tilt defect image information inside a plate-shaped fuel specimen according to an embodiment of the present invention.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 판형핵연료 시편 내부의 기울기 결함영상 정보를 검출하기 위한 비접촉식 비파괴 검사 장치는, 빔 조사부와, 가열부 및 정보수집부 등을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14, a non-contact non-destructive inspection apparatus for detecting tilt defect image information inside a plate-shaped fuel sample according to an embodiment of the present invention may include a beam irradiator, a heating unit, an information collecting unit, and the like.
상기 가열부(101,102)는 측정 대상체(114)에 접촉하지 않고 가열할 수 있다.The
상기 빔 조사부는 열에 의하여 대상체(114)의 표면 방향의 수평방향으로 변화하는 한쪽 방향으로의 기울기 변위정보를 갖고 있는 레이저 간섭영상을 획득하는 기울기 레이저간섭부(103,104)를 포함할 수 있다.The beam irradiator may include
상기 정보수집부는 상기 레이저간섭부에서 획득한 레이저 간섭영상으로부터 결함정보를 추출하도록 형성될 수 있다.The information collecting unit may be formed to extract defect information from the laser interference image obtained by the laser interference unit.
여기서 측정 대상체(114)의 앞면에 대한 기울기 레이저 간섭영상은 앞면부에 위치한 기울기 레이저 간섭부(104)가 측정하고 뒷면에 대한 기울기 레이저 간섭영상은 뒷면에 위치한 기울기 레이저 간섭부(103)가 측정한다.Here, the tilt laser interference image of the front surface of the
상부의 가열부(101)는 기울기결함영상 정보수집부(105)에 의해 제어되는 제어장치(111)가 열원장치(112)를 제어하여 열을 발생시키며 발생된 열은 열확산기(113)에 의해서 측정 대상체(114) 앞면에 골고루 조사된다. 또한 하부 가열부(102)는 결함영상정보수집부(105)에 의해 제어되는 제어장치(115가 열원장치(116)를 제어하여 열을 발생시키며 발생된 열은 열확산기(117)에 의해서 측정 대상체(114) 앞면에 골고루 조사된다. 이때 측정 대상체 표면에 조사되는 열의 강도는 일정한 주기를 갖는 정현파 형태의 강도로 반복적으로 조사된다.The heating unit 101 of the upper portion generates heat by the
측정 대상체에 조사된 열에 의해 측정 대상체 내부는 각 위치별로 미소 변형이 발생되며 이러한 변형은 측정 대상체 표면에 변위(displacement) 형태로 나타난다. 이러한 변위의 한쪽방향으로의 기울기 변위는 시편 상부의 기울기 레이저간섭부(104)와 하부의 기울기 레이저간섭부(103)에 의해 측정된다.Due to the heat irradiated to the measurement object, micro-deformation is generated at each position in the measurement object, and the deformation appears in the form of displacement on the surface of the measurement object. The tilt displacement in one direction of the displacement is measured by the tilt
측정 대상체 뒷면에 위치한 기울기 레이저간섭부(103)는 레이저(121)의 출력빔을 이용하여 간섭영상을 생성한다. 레이저(121)의 출력 레이저 빔은 빔분할기(122)에 의해서 통과빔과 반사빔으로 양분된다.The tilt
통과빔은 거울(123)에 의해 반사된 후에 필터(138)에 의해 강도 조절이 된 다음에 빔확산광학계(124)를 거쳐서 측정 대상체 뒷면에 조사된다. 뒷면의 영상은 빔분할기(125)를 거쳐서 위상변환장치에 의해 위치 이동이 제어될 수 있는 거울(127)에서 반사되어 다시 빔분할기(125)에서 다시 반사되어 이미징렌즈(140)를 거쳐서 촬상센서(141)로 기준빔이 입사된다. 상기 위상변환장치는 PZT(126)일 수 있다. 그리고 측정 대상체(114) 뒷면 영상은 빔분할기(125)에서 반사되어 일정 각도 기울어진 거울(128)에서 반사된 후에 빔 분할기(125)를 통과해서 이미징렌즈(140)를 거쳐서 촬상센서(141)에 입사되어 기준빔과 간섭된 기울기 간섭영상이 촬상센서(128)에 획득된다. 상기 각도는 임의로 조절 가능하다.The passing beam is reflected by the
이와 같은 기울기 레이저 간섭영상은 측정 대상체의 앞면에도 똑같은 방법으로 얻어진다.The tilt laser interference image is obtained in the same manner on the front surface of the measurement object.
측정 대상체 앞면에 위치한 기울기 레이저간섭부(104)는 레이저(121)의 출력빔을 이용하여 측정 대상체 앞면의 기울기 간섭영상을 생성한다. 빔분할기(122)에 의해서 반사된 레이저 빔은 거울(129)을 지나서 필터(139)에 의해 강도 조절이 된 다음에 빔확산광학계(130)에 의해 측정 대상체(114)의 앞면에 조사된다. 조사된 앞면의 영상은 빔분할기(131)를 거쳐서 PZT(132)로 위치 이동이 제어될 수 있는 거울(133)에서 반사되어 다시 빔분할기(133)에서 반사되어 이미징렌즈(135)를 거쳐서 촬상센서(136)로 기준빔이 입사된다. 그리고 측정 대상체(114) 앞면 영상은 빔분할기(131)에서 반사되어 일정각도 기울어진 거울(134)에서 반사된 후에 빔 분할기(131)를 통과해서 이미징렌즈(135)를 거쳐서 촬상센서(136)에 입사되어 기준빔과 간섭된 간섭영상이 촬상센서(136)에 기울기 영상 정보를 담은 간섭영상이 획득된다.The tilt
기울기 결함영상 정보수집부(105)는 내부에 제어 및 신호처리컴퓨터를 포함하고 있어서 시간별로 얻어진 기울기 레이저 간섭영상으로부터 시간별 기울기 위상맵 영상을 구하고 구해진 시간별 기울기 위상맵 영상으로부터 수평방향 기울기 변위 영상과 수평방향 기울기 위상영상을 구하여 측정시편 내부에 존재하는 기울기 변형정보를 얻을 수 있다. The tilt defect image
측정 대상체의 가열방법과 레이저 간섭영상 획득 방법 및 기울기 결함정보 추출 방법은 도 1의 결함영상 정보수집부(5)가 측정 대상체 표면의 수평방향으로의 변위정보를 추출하는 방법과 동일한 방법으로 수행된다.The method of heating the measurement object, the method of obtaining the laser interference image, and the method of extracting the tilt defect information are performed in the same manner as the method of extracting the displacement information in the horizontal direction of the surface of the measurement object by the defect image
이와 같은 본 발명의 결함검출 방식은 기존의 초음파 검출 방식과 비교하여 고속의 검사가 가능하고 결함 영상을 시각적으로 제공함으로써 현장에서 활용이 용이한 장점이 있다.Such a defect detection method of the present invention has the advantage that it can be used in the field by providing a defect image visually and can be a high-speed inspection compared to the conventional ultrasonic detection method.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described by specific embodiments such as specific components and the like. For those skilled in the art, various modifications and variations are possible from these descriptions. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the described embodiments, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, are included in the scope of the present invention.
Claims (14)
상기 대상체의 일면과 배면 각각에 서로 다른 방향에서 빔을 조사하도록 형성되는 빔 조사부;
상기 일면에 조사되는 서로 다른 방향의 빔들로부터 상기 일면의 표면 간섭영상을 수집하고, 상기 배면에 조사되는 서로 다른 방향의 빔들로부터 상기 배면의 표면 간섭영상을 수집하며, 상기 일면의 표면 간섭영상 및 배면의 표면 간섭영상으로부터 대상체의 두께 방향 간섭영상을 수집하여 상기 대상체의 결합정보를 추출하는 정보수집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사장치.A heating unit which heats the object to expand or contract a crack existing in the object at regular intervals;
A beam irradiator formed to irradiate beams in different directions on one surface and a rear surface of the object;
Collecting surface interference images of the one surface from beams of different directions irradiated to the surface, collecting surface interference images of the back surface from beams of different directions irradiated to the rear surface, surface interference images of the surface and back surfaces And a non-destructive information collection unit for extracting the thickness direction interference image of the object from the surface interference image of the object to extract the combined information of the object.
상기 빔 조사부는,
빔을 조사하는 빔 발생장치; 및
상기 빔이 서로 다른 적어도 두 개의 경로로 진행하도록 상기 빔의 진행경로에 형성되는 빔 분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사장치.The method of claim 1,
The beam irradiation unit,
A beam generator for irradiating a beam; And
And a beam splitter formed in the path of the beam so that the beam travels in at least two different paths.
상기 빔 조사부는,
적어도 하나의 경로에 형성되어 상기 경로를 거치는 빔의 위상을 변화시키는 위상변환장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사장치.3. The method of claim 2,
The beam irradiation unit,
And a phase shifting device formed on at least one path to change the phase of the beam passing through the path.
상기 가열부는,
상기 대상체를 가열하는 연속발진레이저장치; 및
상기 연속발진레이저장치에서 발생된 레이저의 진행경로에 배치되고, 시간에 따라 정현파 형태의 강도로 레이저를 투과시킬 수 있도록 제어되는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사장치. The method of claim 1,
The heating unit includes:
A continuous oscillation laser device for heating the object; And
And a filter disposed on the path of the laser generated by the continuous oscillation laser device, the filter being controlled to transmit the laser with sine wave intensity over time.
상기 가열부는,
하나의 정현파 형태의 강도 또는 적어도 2이상의 정현파를 중첩시킨 형태의 강도로 상기 대상체를 가열할 수 있는 열원장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사장치.The method of claim 1,
The heating unit includes:
And a heat source device capable of heating the object to a strength of one sinusoidal wave shape or an intensity overlapping at least two sinusoidal waves.
상기 정보수집부는,
상기 대상체의 일면에 생성된 수평방향 간섭영상과 수직방향 간섭영상을 실시간으로 획득한 후 저장하고, 상기 수평방향 간섭영상으로부터 시간별 수평방향 위상맵 영상을 구하고 상기 수직방향 간섭영상으로부터 시간별 수직방향 위상맵 영상을 구하는 신호처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사장치.The method of claim 1,
The information collecting unit,
Obtain and store a horizontal interference image and a vertical interference image generated on one surface of the object in real time, obtain a time-phase horizontal phase map image from the horizontal interference image, and time-dependent vertical phase map from the vertical interference image. Non-contact destructive testing device comprising a signal processing module for obtaining an image.
빔 조사부가 상기 대상체의 앞면 및 뒷면에 레이저를 조사하여 각각의 면에 대한 간섭영상을 생성시키는 단계;
정보수집부가 상기 앞면의 간섭영상으로부터 상기 앞면의 시간별 위상맵 영상을 구하는 단계;
정보수집부가 상기 뒷면의 간섭영상으로부터 상기 뒷면의 시간별 위상맵 영상을 구하는 단계;
상기 정보수집부가 상기 앞면의 위상맵 영상으로부터 특정주파수에서의 진폭값과 위상값을 추출하여 상기 앞면의 변위영상과 위상영상을 생성하는 단계;
상기 정보수집부가 상기 뒷면의 위상맵 영상으로부터 특정주파수에서의 진폭값과 위상값을 추출하여 상기 뒷면의 변위영상과 위상영상을 생성하는 단계;
상기 정보수집부가 상기 앞면의 변위영상과 상기 뒷면의 변위영상의 차이를 이용하여 대상체 앞뒷면의 상대적인 변위영상 정보를 획득하는 단계; 및
상기 정보수집부가 상기 앞면의 위상영상과 상기 뒷면의 위상영상의 차이를 이용하여 대상체 앞뒷면의 상대적인 위상영상 정보를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사방법.A heating unit heating the object to a certain period of intensity;
Generating a coherent image of each plane by irradiating a laser beam to the front and the back of the object;
An information collecting unit obtaining a time-phased phase map image of the front surface from the interference image of the front surface;
An information collecting unit obtaining a time-phased phase map image of the back side from the interference image of the back side;
Generating, by the information collecting unit, a displacement image and a phase image of the front surface by extracting an amplitude value and a phase value at a specific frequency from the phase map image of the front surface;
Generating a displacement image and a phase image of the back side by extracting an amplitude value and a phase value at a specific frequency from the phase map image of the back side;
Acquiring the relative displacement image information of the front and back sides of the object by using the difference between the displacement image of the front side and the displacement image of the back side; And
And a step of acquiring the relative phase image information of the front and back sides of the object by using the difference between the phase image on the front side and the phase image on the back side.
상기 가열부는 정현파 형태의 강도로 상기 대상체를 가열하고,
상기 특정주파수는,
상기 가열부가 상기 대상체를 가열하는 가열주기에 대응하는 주파수 및 상기 주파수의 정수배 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사방법.The method of claim 12,
The heating unit heats the object to a sinusoidal intensity,
The specific frequency is,
And the heating unit includes a frequency corresponding to a heating cycle for heating the object and an integer multiple of the frequency.
상기 가열부는 2이상의 정현파를 중첩시킨 형태의 강도로 상기 대상체를 가열하고,
상기 특정주파수는,
상기 각각의 정현파의 주기에 대응하는 주파수, 상기 주파수의 합 또는 차에 해당하는 주파수 및 상기 주파수의 정수배 주파수를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 비파괴 검사방법.The method of claim 12,
The heating unit heats the object to a strength in the form of overlapping two or more sinusoids,
The specific frequency is,
And a frequency corresponding to the period of each sinusoidal wave, a frequency corresponding to the sum or difference of the frequencies, and an integer multiple of the frequency.
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