KR101346309B1 - 비파괴 검사를 수행하는 초음파 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 검사장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 초음파 검사장치는 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 센서부와; 상기 초음파 트랜스듀서의 구동 및 초음파 송수신을 위한 초음파 모듈과, 상기 초음파 센서부와 일체로 마련되어 상기 초음파 센서부에 회전력을 제공하는 회전부를 포함하는 헤드부와; 상기 헤드로부터 검사대상 파이프의 초음파 검사결과를 수신하여 상기 파이프의 결함여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 헤드부는, 상기 회전하는 초음파 센서부로부터 회전하지 않는 상기 제어부로 상기 초음파 검사결과를 송신하는 적어도 하나의 회전 트랜스포머를 더 포함한다.

Description

비파괴 검사를 수행하는 초음파 검사장치{ULTRASONIC INSPECTION DEVICE FOR PURFORMING NON-DESTRUCTIVE TEST}

본 발명은 비파괴 검사를 수행하는 초음파 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 검사장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 산하 한국산업기술진흥원의 중화학설비안전진단센터(RIC 사업, 과제고유번호 B00108432)의 하나로서 “지능형 피크 개발”의 주제의 연구 결과물이다.

석유화학공장과 같은 플랜트 설비, 가스 및 원유 파이프 라인 등은 열교환기에 이용하는 폭이 좁은 튜브부터 폭이 넓은 대형 파이프까지 다양한 크기의 배관들이 이용되고 있다. 상기 배관들은 부식, 침식 등으로 인한 메탈 로스가 발생할 수 있어 이러한 결함을 사전에 검사하여 공장설비의 가동 중단 또는 사고를 예방하는 것이 중요하다.

상기 배관 내부의 검사는 프로브 또는 검사장치가 진행하면서 배관의 두께를 측정하는 방법이 이용되고, 상기 배관의 두께 측정 방법은 초음파 펄스/에코를 이용하는 방법이 많이 이용되고 있다.

초음파를 이용하는 배관 두께 검사 장치로는, 열교환기 튜브와 같은 직경이 작고 길이 짧은 관의 검사를 위하여 1개의 초음파 센서를 튜브의 축 중심에 위치시키고 수압으로 미러가 장착된 터빈을 회전시켜 원주방향으로 스캐닝하면서 두께를 측정하는 IRIS(Internal Rotary Inspection System) 방식이 주로 이용되고 있다. 또한 직경이 크고 길이가 긴 파이프의 경우에는 피그 형상의 몸체에 수백개의 초음파 트랜스듀서를 방사선 방향으로 장착한 지능형 피그가 이용되고 있다.

수백개의 초음파 트랜스듀서를 장착한 지능형 피그의 경우에는 상기 초음파 트랜스듀서의 비용으로 인하여 비경제적인 문제점이 존재할 수 있고, 1개의 초음파 트랜스듀서를 장착한 지능형 피그의 경우에는 스캐닝할 원주길이가 길어짐으로 인하여 검사속도가 느리고 초음파 트랜스듀서로부터 벽면까지의 거리가 길어져 측정 신뢰도가 낮아지는 문제점이 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 상기 초음파 트랜스듀서를 회전시켜 경제적이면서도 검사속도가 빠른 초음파 검사장치를 제공하고자 한다.

또한 상기 복수의 초음파 트랜스듀서를 벽면에 근접시킴으로 인하여 측정 정확도를 높여 파이프 두께 검사를 효율적으로 신뢰성있게 수행할 수 있는 초음파 검사장치를 제공하고자 한다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 초음파를 이용하여 비파괴 검사를 수행하는 초음파 검사장치에 있어서, 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 센서부와; 상기 초음파 트랜스듀서의 구동 및 초음파 송수신을 위한 초음파 모듈과, 상기 초음파 센서부와 일체로 마련되어 상기 초음파 센서부에 회전력을 제공하는 회전부를 포함하는 헤드부와; 상기 헤드로부터 검사대상 파이프의 초음파 검사결과를 수신하여 상기 파이프의 결함여부를 판단하는 제어부를 포함하고, 상기 헤드부는, 상기 회전하는 초음파 센서부로부터 회전하지 않는 상기 제어부로 상기 초음파 검사결과를 송신하는 적어도 하나의 회전 트랜스포머를 더 포함하는 것인 초음파 검사장치에 의하여 달성될 수 있다.

상기 회전 트랜스포머는, 소정 크기의 공극을 두고 서로 대향하여 위치하는 제1트랜스포머 및 제2트랜스포머를 포함할 수 있다.

상기 회전 트랜스포머는, 상기 초음파 센서부로부터 수신하는 전기적 신호를 전자기적 신호로 변환할 수 있다.

상기 제1트랜스포머는 상기 회전부와 연결되어 상기 회전부의 회전에 대응하여 회전하고, 상기 제2 트랜스포머는 고정되어 있고, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 제1 및 제2 트랜스포머 각각은, 페라이트 코어 또는 슬립 링을 포함할 수 있다.

상기 회전 트랜스포머는, 상기 초음파 트랜스듀서의 개수에 대응하는 개수를 포함할 수 있다.

상기 회전 트랜스포머가 복수 개이면, 상기 회전부의 회전축을 중심으로 서로 다른 직경의 회전 트랜스포머가 평면으로 배열될 수 있다.

상기 회전 트랜스포머가 복수 개이면, 상기 회전부의 회전축을 중심으로 동일한 직경의 회전 트랜스포머가 일렬로 배열될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 회전부의 회전 속도를 제어하고, 상기 초음파 검사결과로부터 상기 파이프로부터의 반사파 도달시간을 계산 및 저장할 수 있다.

상기 파이프 내부 직경에 대응하는 직경을 갖는 플레이트를 더 포함하고, 상기 플레이트의 외주면은 탄성체로 이루어질 수 있다.

상기 파이프 내에서의 상기 검사장치의 상대적인 진행거리를 측정하는 주행 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 파이프 내의 환경을 감지하는 센서부를 더 포함하고, 상기 센서부는, 온도센서, 압력센서, 자속센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 검사장치의 각 전기적 구성요소에 전원을 공급하는 배터리부를 더 포함할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 상기 초음파 트랜스듀서를 회전시켜 경제적이면서도 검사속도가 빠른 초음파 검사장치가 제공된다.

또한 상기 복수의 초음파 트랜스듀서를 벽면에 근접시킴으로 인하여 측정 정확도를 높여 파이프 두께 검사를 효율적으로 신뢰성있게 수행할 수 있는 초음파 검사장치가 제공된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사장치의 사시도이고,
도 2는 도 1의 초음파 검사장치의 헤드부의 종단면도이고,
도 3은 도 2의 헤드부의 내부 확대 종단면도이고,
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초음파 검사장치의 헤드부의 종단면도이고,
도 5는 도 4의 헤드부의 내부 확대 개략도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 검사장치의 헤드부의 내부 확대 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사장치(1)의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 초음파 검사장치(1)는 헤드부(100); 제어부(200); 감지부(300); 배터리부(400); 및 상기 각 구성을 연결하는 연결부(500)를 포함한다.

초음파 검사장치(1)는 비파괴 검사장치로서 플랜트 설비, 가스 및 원유 파이프 라인 등에 이용되고 있는 파이프 내부를 검사하여 상기 파이프의 결함을 초음파를 이용하여 검사한다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사장치(1)는 중대형 파이프의 내부 검사에 용이하도록 설계될 수 있다. 상기 파이프의 결함은 상기 파이프의 부식 또는 침식으로 인한 메탈 로스, 또는 파이프 내부 크랙 등을 포함하며, 상기 초음파 검사장치(1)는 상기 파이프 내부로 초음파를 방사시켜 상기 파이프 내부 벽면에 반사되어 돌아오는 반사신호의 도달시간을 측정하여 상기 파이프의 결함을 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 초음파 검사장치(1)는 유체가 공급된 검사대상의 파이프 내를 전진하면서 파이프의 결함을 측정한다.

헤드부(100)는 초음파를 생성하여 상기 생성된 초음파의 상기 파이프 내부 벽면으로부터 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하여 파이프의 결함을 측정할 수 있다. 상기 헤드부(100)는 상기 파이프 내부의 모든 원주면으로 초음파를 방사시키기 위하여 상기 파이프의 중심 축을 기준으로 회전하면서 진행방향으로 전진한다. 헤드부(100)는 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 센서부(110)와 일체로 마련되어진 헤드부 하우징(100a)을 포함하고, 상기 헤드부 하우징(100a)의 내부에는 상기 초음파 트랜스듀서의 구동 및 초음파 송수신을 위한 초음파 모듈, 상기 초음파 센서부와 일체로 마련되어 상기 초음파 센서부에 회전력을 제공하는 회전부를 포함한다.

헤드부(100)는 상기 헤드부 하우징(100a)과 일체로 마련되고, 상기 검사대상이 되는 파이프 내부의 직경에 대응하는 직경을 갖는 원통형의 플레이트(100b, 100c)를 더 포함하고, 상기 원통형 플레이트의 외주면은 탄성체(100d, 100e)를 포함하고 있다. 따라서, 상기 검사장치(1)가 진행방향으로 전진할 때, 상기 원통형 플레이트의 외주면의 탄성체로 인하여 유체의 압력차를 이용하여 상기 검사장치(1)를 진행방향으로 전진시키도록 할 수 있다. 또한 상기 플레이트(100b, 100c)는 검사대상 파이프의 내부 직경에 대응하는 직경을 가지고 있어 후술할 초음파 센서부를 파이프 내부 벽면에 근접하도록 위치시킬 수 있다. 이로 인하여 초음파 검사장치(1)의 측정 정확도를 높여 파이프 두께 검사를 효율적으로 신뢰성있게 수행할 수 있다. 상기 플레이트는 복수 개(100b, 100c) 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 헤드부(100)의 전면부 및 후면부에 각각 하나씩 위치할 수 있다. 헤드부(100)는 하기 도 2 내지 도 6을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

제어부(200)는 초음파 검사장치(1)의 기계, 전기 및 전자적 구성요소 각각을 제어할 수 있다. 제어부(200)는 헤드부(100)의 초음파 모듈을 제어하여 초음파 트랜스듀서로 소정의 전압이 제공되도록 하고, 회전부를 제어하여 헤드부(100)의 회전속도를 제어하며, 감지부(300)의 주행측정부(310a, 310b)를 제어하여 주행측정부(310a, 310b)로부터 주행감지결과를 수신하여 초음파 검사장치(1)의 파이프 내에서의 상대적인 주행 거리를 판단하고, 감지부(300) 내의 센서부를 제어하여 상기 센서부로부터 감지결과를 수신하여 파이프 내의 환경에 대한 판단을 수행할 수 있다. 또한, 배터리부(400)를 제어하여 배터리부(400)로부터 전원에 의하여 구동되는 초음파 검사장치(1)의 각 구성요소로 소정의 전원이 공급되도록 제어할 수 있다.

제어부(200) 역시 제어부 하우징(200a) 및 상기 제어부 하우징(200a)과 일체로 마련되고, 상기 검사대상이 되는 파이프 내부의 직경에 대응하는 직경을 갖는 원통형 플레이트(200b, 200c)를 더 포함하고, 상기 원통형 플레이트의 외주면은 탄성체(200d, 200e)를 포함하고 있다.

감지부(300)는 초음파 검사장치(1)가 상기 파이프 내부를 진행할 때 상기 파이프 내에서의 상기 초음파 검사장치(1)의 상대적인 진행거리를 측정하는 주행측정부(310a, 310b)와; 상기 파이프 내의 환경을 감지할 수 있는 센서부(미도시)와, 상기 센서부(미도시)를 수용하는 감지부 하우징(300a)을 포함한다. 상기 주행측정부(310a, 310b)는 바퀴를 포함하는 주행계 모듈로 이루어지고, 상기 검사장치(1)가 이동하는 거리를 측정할 수 있다. 상기 센서부는 온도센서, 압력센서 및 자속센서 중 적어도 어느 하나를 포함하여, 상기 파이프 내부의 온도, 압력 등과 같은 환경에 대하여 검사를 수행할 수 있다. 상기 감지부(300)는 주행측정부(310a, 310b) 및 센서부로부터 획득한 각종 데이터를 저장할 수 있는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 감지부 하우징(300a)은 상기 센서부 및/또는 상기 저장부를 밀폐하여 유체가 유입되지 않도록 한다. 또한 상기 감지부(300)는 상기 감지부 하우징(300a)과 일체로 마련되고, 상기 검사대상이 되는 파이프 내부의 직경에 대응하는 직경을 갖는 원통형 플레이트(300b, 300c)를 더 포함하고, 상기 원통형 플레이트의 외주면은 탄성체(300d, 300e)를 포함하고 있다. 따라서, 상기 검사장치(1)가 진행방향으로 전진할 때, 상기 원통형 플레이트의 외주면의 탄성체로 인하여 유체의 압력차를 이용하여 상기 검사장치(1)를 진행방향으로 전진시키도록 할 수 있다. 상기 플레이트는 복수 개(300b, 300c) 포함될 수 있으며, 바람직하게는 상기 감지부(300)의 전면부 및 후면부에 각각 하나씩 위치할 수 있다.

배터리부(400)는 헤드부(100), 제어부(200), 및 감지부(300) 내의 전원을 소모하여 구동하는 전기 및 전자적 구성요소로 전원을 공급할 수 있으며, 배터리부 하우징(400a)에 의하여 수용되어져 밀폐된다. 상기 배터리부(400)는 상기 감지부(300)와 마찬가지로, 상기 배터리부 하우징(400a)과 일체로 마련되고, 상기 검사대상이 되는 파이프 내부의 직경에 대응하는 직경을 갖는 원통형 플레이트(400b, 400c)를 더 포함하고, 상기 원통형 플레이트의 외주면은 탄성체(400d, 400e)를 포함하고 있다.

연결부(500)는 헤드부(100), 제어부, 감지부(300) 및 배터리부(400)를 서로 연결하는 것으로서, 헤드부(100)와 제어부(200)를 연결하는 제1연결부(501), 제어부(200)와 감지부(300)를 연결하는 제2연결부(502)와, 감지부(300)와 배터리부(400)를 연결하는 제3연결부(503) 를 포함한다. 상기 제1연결부 내지 제3연결부(501, 502, 503)는 소정의 전원 및/또는 데이터 송수신을 위한 인터페이스를 포함한다.

본 발명의 초음파 검사장치(1)는 외부의 디스플레이장치(미도시), 예를 들어 컴퓨터 등과 연결될 수 있는 연결부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 연결부는 데이터 송수신 인터페이스를 포함하고, 상기 연결부를 통하여 초음파 검사장치(1)는 상기 외부의 디스플레이장치로 파이프의 초음파 검사결과를 송신할 수 있다. 상기 외부 디스플레이장치는 상기 초음파 검사장치(1)로부터 초음파 검사결과를 수신하여 이를 디스플레이할 수 있다.

도 2는 도 1의 초음파 검사장치의 헤드부의 종단면도이고, 도 3은 도 2의 헤드부의 내부 확대 종단면도이다.

도 2를 참조하면, 헤드부(100)는 헤드부 하우징(100a), 플레이트(100b, 100c), 초음파 센서부(110)를 포함한다.

초음파 센서부(110)는 소정 직경을 갖는 원통형의 형상을 갖는 하우징 내에 적어도 하나의 초음파 트랜스듀서가 마련되어 있다. 바람직하게는 초음파 센서부(110)는 복수 개의 초음파 트랜스듀서를 포함하고, 상기 하우징 내에서 일정한 간격으로 상기 복수 개의 초음파 트랜스듀서가 배열되어 있다. 상기 초음파 트랜스듀서는 수십개, 예를 들어 1 내지 30개, 더욱 바람직하게는 2 내지 20개 정도를 포함할 수 있으며, 상기 개수의 초음파 트랜스듀서가 상기 하우징의 원주선을 따라 초음파 방사 방향으로 일정 간격을 두고 배열되어 있다.

종래 기술에 따른 경우, 복수 개의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 검사장치의 피그의 경우 상기 초음파 트랜스듀서를 수백개가 상기 원통형의 하우징의 원주선에 초음파 방사방향으로 촘촘히 배열되어 있어 초음파 검사장치의 피그가 회전하지 않더라도 검사대상이 되는 파이프의 내부 원주면을 모두 검사할 수 있도록 되어 있다. 그러나 이러한 종래기술의 경우 초음파 트랜스듀서가 상당히 고가여서 비경제적인 단점이 존재하였다. 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래 기술에 따른 초음파 검사장치의 피그에 배열되어 있는 초음파 트랜스듀서의 개수보다 훨씬 적은 개수의 초음파 트랜스듀서를 이용하는 것이다. 본 발명에 따르면, 소정 개수의 초음파 트랜스듀서가 이용되어 하우징의 원주선을 따라 초음파 방사방향으로 일정 간격을 두고 배열되어 있기에 파이프 내부 원주면을 모두 측정할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 헤드부(100)는 회전을 하게 된다. 이에 따라, 종래기술에 따른 피그보다 적은 개수의 초음파 트랜스듀서를 사용하더라도, 헤드부(100)의 회전으로 인하여 파이프 내부의 벽면을 모두 측정할 수 있게 되어 경제적인 효과를 누릴 수 있다.

또한, 상기 초음파 센서부(110)의 하우징의 직경이 검사대상 파이프 직경과 거의 동일 또는 유사하게 마련될 수 있다. 또는 상기 파이프 직경보다 소정 범위 작은 직경 크기로 마련될 수도 있다. 이에 따라, 초음파 센서부(110)가 파이프 내부 벽면에 근접위치할 수 있기 때문에, 초음파 신호의 수신이 용이하여 검사 측정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

헤드부 하우징(100a) 내부에는 초음파 센서부(110) 내의 상기 초음파 트랜스듀서의 구동 및 초음파 송수신을 위한 초음파 모듈(미도시)과, 회전부(120)를 포함한다. 상기 초음파 모듈은 상기 초음파 센서부(110)의 초음파 트랜스듀서와 전기적으로 연결되어 있어, 상기 초음파 트랜스듀서를 가진시킬 수 있는 송신부와, 상기 초음파 트랜스듀서가 수신한 초음파를 수신하는 수신부와, 상기 초음파 송신신호로부터 수신부를 보호하기 위한 트랜스미터/리시버 스위치, 저노이즈 증폭기(LNA, low noise amplifier)를 포함할 수 있다. 또한 헤드부 하우징(100a) 내부에는 상기 초음파 모듈 이외에도 초음파 송신부에 필요한 고전압(예를 들어, 100V ~ 250V)를 발생시키는 고전압 전원부, 후술할 회전 트랜스포머에 의하여 전달되는 AC전원을 저전압 DC전원으로 변환시키는 DC전원부를 더 포함할 수 있다.

회전부(120)는 초음파 센서부(110)를 회전시킨다. 회전부(120)는 상기 초음파 센서부(110)와 일체로 마련될 수 있다. 회전부(120)는 초음파 센서부(110)와의 연결을 위한 브릿지 부재(123)과, 후술할 회전 트랜스포머(130)의 일부와 연결되어 있는 회전부 본체(121)와, 상기 회전부 본체(121)에 회전력을 제공하는 구동모터(125)를 포함할 수 있다. 상기 구동모터(125)는 예를 들어, 영구자석 및 복수의 코일로 되어 있다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 회전부 본체(121)는 소정의 직경을 갖고 내부에 중심축이 돌출되어 있는 원통형상으로서, 일측면에는 상기 초음파 센서부(110)를 연결시키는 브릿지 구성(123)이 마련되어 있고, 타측면에는 상기 중심축(121a)이 돌출되어 상기 구동모터(125)와 연결되어 있고, 상기 구동모터(125)가 연결된 측면의 상기 중심축이 돌출되어 있지 않은 영역은 상기 회전 트랜스포머(130)와 일부와 연결되는 연결부재(121b, 121c)가 마련되어 있다. 상기 구동모터(125)는 전술한 제어부(200)에 의하여 제어되어 회전부(120)의 회전속도가 제어된다. 이에 따라, 제어부(200)의 제어를 받는 구동모터(125)가 구동되면, 회전부 본체(121)가 회전하게 되고, 회전부 본체(121)의 회전에 의하여의 브릿지 부재(123)과 연결된 초음파 센서부(110)도 회전하게 되고, 연결부재(121b, 121c)와 연결된 회전 트랜스포머(130)의 일부도 회전하게 된다. 헤드부 하우징(100a) 내부에는 기계 및 전지/전자 부품을 수용하고 있기에, 초음파 검사장치(1)가 파이프 내에서 초음파 검사를 수행하는 동안 파이프 내의 유체가 헤드부 하우징(100a) 내로 유입되지 않도록 하기 위하여, 초음파 센서부(110)와 연결되는 연결부재(121b, 121c) 주위로 미케니컬 씰(140)을 구비할 수 있다. 이를 통하여 헤드부 하우징(100a)의 방수 효과를 누릴 수 있다.

헤드부(100)는 헤드부 하우징(100a) 내에 회전 트랜스포머(130)를 더 포함한다. 회전 트랜스포머(130)는 소정 크기의 공극을 두고 서로 대향하여 위치하는 제1트랜스포머(131) 및 제2트랜스포머(133)을 포함한다. 상기 제1트랜스포머(131)는 회전부(120)와 연결되어 상기 회전부(120)의 회전에 대응하여 회전하고, 상기 제2트랜스포머(133)은 회전하지 않고 고정되어 있고, 상기 제어부(200)와 전기적으로 연결되어 있다. 헤드부(100)에 포함되어 있는 초음파 모듈 중에서 초음파 송수신부는 복수 개 포함될 수 있으며, 제1초음파 송수신부는 상기 제1트랜스포머(131)에 선행하여 위치하여 상기 제1트랜스포머(131)와 전기적으로 연결되어 있고, 제2초음파 송수신부는 제2트랜스포머(133)에 후행하여 위치하여 상기 제2트랜스포머(133)와 제어부(200)와 전기적으로 연결되어 있다. 따라서, 회전부(120)의 회전에 의하여, 초음파 센서부(110), 제1 초음파 송수신부, 및 제1트랜스포머(131)는 같이 회전하게 되고, 상기 제2트랜스포머(133) 및 상기 제2 초음파 송수신부는 회전하지 않고, 고정되어 있다. 이에 따라서, 회전하는 초음파 센서부(110)로부터 파이프 벽면으로부터 반사되어 되돌아 오는 반사신호를 제1초음파 송수신부가 수신하고 이는 제1트랜스포머(131)로 전송된다. 상기 기재한 바와 같이 초음파 센서부(110), 제1 초음파 송수신부, 및 제1트랜스포머(131)는 같은 회전속도로 회전하고 있기 때문에 이들 사이의 신호 송수신이 가능하다.

제1트랜스포머(131)는 제2트랜스포머(133)와 소정 공극을 사이에 두고 서로 대향하여 위치하여 있고, 제1트랜스포머(131)와 제2트랜스포머(133)는 전기적 신호를 전자기적 신호로 변환하여 신호를 송수신할 수 있다.

이에 의하여, 회전하고 있는 제1트랜스포머(131)는 수신한 전기적 신호를 고정되어 있는 제2트랜스포머(133)로 전자기적 신호로 변환하여 송신하고, 고정되어 있는 제2트랜스포머(133)는 이를 전기적 신호로 변환하여 제2 초음파 송수신부로 전송하고, 상기 제2 초음파 송수신부는 수신한 신호를 제어부(200)로 전송할 수 있다. 이에 의하여, 초음파 센서부(110)가 회전하더라도, 고정되어 있는 제어부(200)로 초음파 검사결과를 전송할 수 있게 된다.

제1트랜스포머(131) 및 제2트랜스포머(133) 각각은, 예를 들어 페라이트 코어 또는 슬립링으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 링 형상의 페라이트 코어 또는 슬립링으로 구현될 수 있다. 상기 페라이트 코어로 구현되는 경우, 코어에 홈이 존재하고, 상기 홈에 코일이 감겨져 있다.

또한, 제1트랜스포머(131) 및 제2트랜스포머(133)은 한 쌍으로서 하나의 신호 송수신 채널을 형성하는 것이므로, 상기 초음파 센서부(110)에 마련되는 초음파 트랜스듀서의 개수에 대응하는 개수를 포함할 수 있다. 예를 들어, 초음파 트랜스듀서가 6개 마련되어져 있으면, 6쌍의 제1트랜스포머 및 제2트랜스포머가 마련된다. 다시 도 3을 참조하면, 회전부 본체(121)의 일측면에 돌출되어 있는 연결부재(121b, 121c)를 통하여 제1트랜스포머(131)가 연결되어 있고, 제2트랜스포머(133)는 회전부 본체(121)와 연결되지 않는 고정부재(135)에 고정되어 있다. 상기 고정부재(135)는 제1트랜스포머(131) 및 제2트랜스포머(133)를 수용하고 있으나, 일측면이 뚫려있어 회전부 본체(121)의 연결부재(121b, 121c)가 제1트랜스포머(131)와 연결될 수 있도록 한다. 제1트랜스포머(131) 및 제2트랜스포머(133)는 도 3에서는 일례로 6쌍으로 이루어져 있으며, 이들은 서로 다른 크기의 직경을 갖는 링 형상의 페라이트 코어 또는 슬립링으로 되어 있어, 상기 서로 다른 크기의 직경을 갖는 6쌍의 트랜스포머가 평면 또는 일면으로 배열되어 있다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 초음파 검사장치의 헤드부의 종단면도이고, 도 5는 도 4의 헤드부의 내부 확대 종단면도이다. 도 4 및 도 5는 도 2 및 도 3의 헤드부(100)의 다른 일 실시예로서, 이를 제외하고는 도 1의 제어부(200), 감지부(300) 및 배터리부(400)를 포함하는 것은 동일하다. 따라서, 동일한 구성요소에 대한 동일한 설명은 생략하기로 한다.

도 4의 종단면도를 참조하면, 도 2와 비교하여 회전부(120)를 제외하고는 거의 동일/유사하다.

도 4의 경우, 회전부(120)의 회전부 본체(1121)가 소정 직경 및 길이를 갖는 막대 형상으로 되어 있으며, 상기 막대 형상의 회전부 본체(1121)의 일 말단부가 초음파 센서부(110)와 연결되어 있고, 상기 막대 형상의 회전부 본체(1121)의 일 영역에 디스크형의 플레이트(1127)가 위치하는데 상기 디스크형의 플레이트의 외주면은 톱니바퀴 모양으로 되어 있어 기어(미도시)를 통하여 구동모터(1125)의 구동에 의하여 회전부 본체(1121)를 회전시킬 수 있도록 한다. 상기 디스크형의 플레이트(1127)는 회전부 본체(1121)와 일체로 형성된다.

상기 회전부 본체(1121)를 중심으로 동일 크기의 직경을 갖는 링 형상의 제1트랜스포머(1131)가 수평으로 또는 일렬로 배열되어 있고, 상기 제1트랜스포머(1131)와 소정 공극을 두고, 상기 제1트랜스포머(1131)의 직경보다 일정 범위 더 큰 직경을 갖는 제2트랜스포머(1133)가 대응 제1트랜스포머(1131) 바깥으로 수평으로 또는 일렬로 배열되어 있다.

제1트랜스포머(1131)는 회전부 본체(1121)에 연결되어 있어, 바람직하게는 회전부 본체(1121)에 접촉되어 있어, 회전부 본체(1121)의 회전에 의하여 같이 회전하게 된다. 제2트랜스포머(1133)는 상기 회전부 본체(1121)의 길이에 대응하는 길이 갖고 소정의 형상을 갖는 고정부재(1135)에 연결되어 있고, 회전부 본체(1121)의 회전에 영향을 받지 않아 회전하지 않고, 고정되어 있을 수 있다. 도 5를 참조하면, 막대형상의 회전부 본체(1121)의 외주면에 제1트랜스포머(1131)가 고정연결되어 있고, 상기 제1트랜스포머(1131)에 대응하는, 제2트랜스포머(1133)가 고정부재(1135)에 고정연결되어 있다. 제1트랜스포머(1131)는 회전부 본체(1121)의 회전에 의하여 회전할 수 있고, 제2트랜스포머(1133)는 회전하지 않고 고정되어 있으며, 상기 제1트랜스포머(1131) 및 상기 제2트랜스포머(1133)의 동작원리는 상기 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 동일하다. 또한, 도 4에서는, 상기 제1트랜스포머(1131) 및 제2트랜스포머(1133)의 전원공급을 위한 전원공급용 슬립링(150)을 더 포함할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 초음파 검사장치의 헤드부의 내부 확대 종단면도이다. 도 6은 도 5의 변형된 실시예이다. 도 5와 다른 점은 디스크형의 플레이트(1127)로부터 소정의 연결부재(1121b, 1121c)가 회전부 본체(1121)의 길이에 대응하도록 돌출되어 있고, 상기 연결부재(1121b, 1121c)에 제1트랜스포머(131)가 고정연결되어 있다. 회전부 본체(1121)와 소정 크기의 공극을 두고, 회전부 본체(1121)의 외부를 둘러싸는 형상의 고정부재(1135a)가 마련되고, 상기 고정부재(1135a)에 제2트랜스포머(1133)가 고정연결되어 있다. 이때 도 5와 달리 제2트랜스포머(1133)의 직경이 제1트랜스포머(1131)의 직경보다 더 작은 링 형상을 갖는다. 이에 따라, 회전부 본체(1121)의 회전으로 제1트랜스포머(1131)는 회전하고, 제2트랜스포머(1133)는 회전하지 않고 고정되어 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 수개의 초음파 트랜스듀서를 사용하여 초음파 검사를 수행할 수 있어, 기존 수백개의 초음파 트랜스듀서를 사용하는 장치보다 경제적으로 유리하고, 상기 수개의 초음파 트랜스듀서를 이용하기에 이를 파이프 내부 원주면을 모두 측정하기 위하여는 헤드부가 회전할 수 있어야 하고, 상기 헤드부 회전에 따른 초음파 송수신을 위하여 회전 트랜스포머를 포함하고 있다. 이에 따라, 경제적으로 유리하면서, 그 측정효율이 높은 초음파 검사장치가 제공될 수 있다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

1: 초음파 검사장치 100: 헤드부
110: 초음파 센서부 120: 회전부
130: 회전 트랜스포머 140: 미케니컬 씰
200: 제어부 300: 감지부
400: 감지부 500: 연결부

Claims (13)

1. 초음파를 이용하여 비파괴 검사를 수행하는 초음파 검사장치에 있어서,
   복수의 초음파 트랜스듀서를 포함하는 초음파 센서부와;
   상기 초음파 트랜스듀서의 구동 및 초음파 송수신을 위한 초음파 모듈과, 상기 초음파 센서부와 일체로 마련되어 상기 초음파 센서부에 회전력을 제공하는 회전부를 포함하는 헤드부와;
   상기 헤드로부터 검사대상 파이프의 초음파 검사결과를 수신하여 상기 파이프의 결함여부를 판단하는 제어부를 포함하고,
   상기 헤드부는, 상기 회전하는 초음파 센서부로부터 회전하지 않는 상기 제어부로 상기 초음파 검사결과를 송신하는 복수의 회전 트랜스포머를 더 포함하고,
   상기 회전 트랜스포머는, 상기 초음파 트랜스듀서의 개수에 대응하는 개수를 포함하는 것인 초음파 검사장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전 트랜스포머는,
   소정 크기의 공극을 두고 서로 대향하여 위치하는 제1트랜스포머 및 제2트랜스포머를 포함하는 것인 초음파 검사장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전 트랜스포머는, 상기 초음파 센서부로부터 수신하는 전기적 신호를 전자기적 신호로 변환하는 것인 초음파 검사장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제1트랜스포머는 상기 회전부와 연결되어 상기 회전부의 회전에 대응하여 회전하고,
   상기 제2 트랜스포머는 고정되어 있고, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어 있는 것인 초음파 검사장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 트랜스포머 각각은,
   페라이트 코어 또는 슬립 링을 포함하는 것인 초음파 검사장치.
6. 삭제
7. 제5항에 있어서,
   상기 회전 트랜스포머가 복수 개이면,
   상기 회전부의 회전축을 중심으로 서로 다른 직경의 회전 트랜스포머가 평면으로 배열되는 것인 초음파 검사장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 회전 트랜스포머가 복수 개이면,
   상기 회전부의 회전축을 중심으로 동일한 직경의 회전 트랜스포머가 일렬로 배열되는 것인 초음파 검사장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 회전부의 회전 속도를 제어하고,
   상기 초음파 검사결과로부터 상기 파이프로부터의 반사파 도달시간을 계산 및 저장하는 것인 초음파 검사장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 파이프 내부 직경에 대응하는 직경을 갖는 플레이트를 더 포함하고,
    상기 플레이트의 외주면은 탄성체로 이루어진 것은 초음파 검사장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 파이프 내에서의 상기 검사장치의 상대적인 진행거리를 측정하는 주행 측정부를 더 포함하는 초음파 검사장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 파이프 내의 환경을 감지하는 센서부를 더 포함하고,
    상기 센서부는, 온도센서, 압력센서, 자속센서 중 적어도 어느 하나를 포함하는 초음파 검사장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 검사장치의 각 전기적 구성요소에 전원을 공급하는 배터리부를 더 포함하는 것인 초음파 검사장치.
    

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