KR101361013B1

KR101361013B1 - 재료 이음부의 자동 검사 방법

Info

Publication number: KR101361013B1
Application number: KR1020097015048A
Authority: KR
Inventors: 로만 로우반; 요르젠 제트네르; 크리스토프 도틴게르
Original assignee: 테르모센소리크 게엠베하
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-12-11
Publication date: 2014-02-10
Also published as: DE102006061794B3; WO2008077479A1; EP2102640A1; JP2010513883A; JP5028494B2; ATE486276T1; ES2351531T3; RU2009126630A; RU2456585C2; US20120298870A1; EP2102640B1; DE502007005501D1; US20100091812A1; US8235588B2; KR20090104037A

Abstract

재료 이음부(4)의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법에 있어서, 동적 문턱 값은 최소 문턱 값과 최대 문턱 값의 사이에서 변하는 값으로, 재료 이음부(4)에 의해 동적 문턱 값을 초과하는 열류 역학력의 값을 나타내는 열류 역학력의 영역이 결정된다. 이러한 열류 역학력 영역은 둘레 길이의 급격한 변동과 관련하여 시험된다. 재료 이음부(4)의 비용융 지대(6)와 이 비용융 지대에 여전히 부착되어 있는 상태의 용융 지대(5)를 구분하는 경계부(7)를 가로지르는 경우에 둘레 길이의 급격한 변동이 발생한다.

자동화, 무접촉, 비파괴 검사, 동적 문턱 값, 열류 역학력, 둘레 길이, 재료 이음부, 용융 지대, 비용융 지대

Description

재료 이음부의 자동 검사 방법{METHOD FOR THE AUTOMATIC ANALYSIS OF A MATERIAL BOND}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른, 적어도 두 개의 짝을 이루는 맞춤 부품의 재료 이음부(material joint)의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법에 관한 것이다.

용접 점(weld point)은 산업상 용례에 있어 중요한 재료 이음부이다. 용접 점은 보통 용융 지대와 비용융 지대로 이루어진 두 개의 섹션으로 된 이음부를 포함한다. 용융 지대는 용접 점의 내부 영역에 위치하여, 이른바 용접 너깃(weld nugget)을 형성한다. 비용융 지대는 용접 너깃을 둘러싸고 있으며 용접 글루(weld glue)라 한다. 이 비용용 지대에서는 서로 짝을 이루는 부품들이 하나로 용접되지는 않는다. 따라서, 일정량의 점착만이 이루어짐에 따라 짝을 이루는 부품들 사이의 이음부의 강도가 비용융 지대에서는 불충분한 편이다. 용접 점의 품질은 따라서, 실질적으로 용접 너깃에 의해 결정된다.

파괴 검사 또는 시험을 사용한 용접 점의 품질 평가는 공지의 기술이다. 이러한 방식의 시험은 그러나, 무작위 추출법(random sampling)을 사용하여서만 수행될 수 있다. 전체 100퍼센트에 이르는 시료를 시험할 수 있을 정도로 빈도수 높은 시험은 비파괴 시험으로만 수행 가능하다.

열류 서모그래피(heat flow thermography)는 오래전에 확립된 무접촉식 비파괴 시험 방법이다. 이 방법에 따르면, 열류를 발생시키기 위하여 적어도 하나의 여기원(excitation source)에 의해 검사 시료를 여기시키게 되며, 적어도 하나의 적외선 센서를 사용하여 검사 시료로부터 방출된 열 복사량이 일련의 연속 영상의 형태로 기록된다. 이와 같이 기록된 일련의 연속 영상은 컴퓨팅 유닛에서 다양한 종류의 결과 영상으로 전개된다. 이들 각종 결과 영상은 예를 들어, 재료 이음부의 다양한 지점에서의 열전도파의 진폭 및 주행 시간을 각각 나타내는 진폭 영상 및 위상 영상이다. 위상 영상을 사용하여 재료 이음부의 국부적인 열전도성 차이를 가시화할 수 있다(2001년 자비에르 피.브이. 말다그(Xavier P.V. Maldague)저, 존 윌리 앤드 선스 인코포레이티드(John Wiley and Sons, Inc.) 발행 "비파괴 검사를 위한 적외선 기술의 이론 및 실시(Theory and Practice of Infrared Technology for Nondestructive Testing)" 참조).

제WO 01/50116 A1호에는 열류의 반가 주기(half-value period)를 사용하여 용접 점의 품질을 평가하는 용접 점의 자동 검사 방법이 개시되어 있다. 개개의 영상 지점에서 열류의 반가 주기 값이 낮을 경우 용접 점의 품질이 우수하다는 것을 나타낸다. 상기 방법은 그러나, 검출된 반가 주기 절대값으로는 용접 너깃과 용접 글루 사이의 경계부의 위치에 관한 객관적인 정보를 얻을 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 상기 방법을 사용하여서는 산업상 척도에 맞춘 용접 점의 크기 및 위치의 자동 판별이 불가능하다.

제DE 101 50 633 A1호에는 위상 영상을 사용하여 용접 점의 품질을 평가하는 용접 점의 자동 검사 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에서, 사용 위상 영상은 시험할 필요가 있는 일련의 연속 영상을 구하기 전에 규정된 주어진 매개 변수를 사용하여 획득되며, 명확하게 규정된 문턱 값을 사용하여 용접 점의 품질이 결정된다. 상기 방법은 그러나, 상기와 같은 명확하게 규정된 문턱 값을 사용하여서는 평가하고자 하는 용접 너깃을 산업상 척도에 맞춰 신뢰성 있게 검출할 수 없다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 재료 이음부의 용융 지대가 신뢰성 있게 검출 및 평가될 수 있도록 하는 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징부에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 비용융 지대와 이 비용융 지대에 여전히 부착되어 있는 상태의 용융 지대 사이의 경계부가 열류에 대한 장애물이 또한 될 수 있는 것으로 밝혀져 있다. 이러한 경계부로 인해 열류 역학력의 급격한 감소가 야기된다. 그러나, 열류 역학력은 상기 경계부를 지나자마자 비용융 지대에서 다시 증가하게 된다. 재료 이음부를 관통하는 열류 역학력이 결과 영상의 집중 값으로서 예시되고 있는 결과 영상을 보면, 상기 지점에 집중 비드(intensity bead)가 형성되는 것으로 도시되어 있다.

제1 단계에서, 상기 결과 영상은 시험하고자 하는 재료 이음부의 주변부의 열류 역학력을 결정하도록 사용되며, 이에 따라 상기 열류 역학력은 영상 배경을 형성하게 된다. 상기 영상 배경의 열류 역학력은 예를 들어, 도수 분포도를 사용하여 결정된다. 영상 배경의 열류 역학력보다 높은 값이 최소 동적 문턱 값으로서 정의되는데, 이 최소 동적 문턱 값은 재료 이음부의 용융 지대 뿐만 아니라 비용융 지대 모두가 위치할 수도 있는 영역을 정의하는 값이다. 다음 단계로, 상기 영역에서 재료 이음부를 관통하는 열류 역학력의 피크 값이 결정되며, 이 피크 값이 최대 동적 문턱 값이다. 최소 문턱 값과 최대 문턱 값의 사이에서 변하는 동적 문턱 값은 결과 영상 상의 일련의 연속적인 영역을 한정하는 역할을 한다. 이러한 일련의 연속적인 영역은 각각 동적 문턱 값을 초과하는 재료 이음부를 관통하는 열류 역학력의 값을 나타낸다. 이러한 영역들의 시험은 그 둘레 길이와 관련하여 이루어진다. 상기 영역이 용융 지대와 비용융 지대 사이의 경계부를 가로지르는 경우에는 집중 비드로 인해 이들 영역의 외형이 급격하게 커지게 된다. 영역의 둘레 길이는 특징 벡터에 의해 측정 및 표시되며, 상기 영역의 외형을 예시하는 수치이다. 이러한 특징 벡터에 있어서의 급격한 증가는 연관된 영역이 비용융 지대의 일부를 에워싸고 있음을 지시해 준다. 특징 벡터의 이러한 갑작스런 증가는 예를 들어, 곡선 평활화 방법(curve smoothing) 및 기타 곡선 시험과 같은 통상의 방법에 의해 검출될 수도 있다. 재료 이음부의 용융 지대와 비용융 지대 사이의 경계부는 따라서, 동적이면서도 객관적인 방식으로 국부적으로 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, 상기 용융 지대의 신뢰성 있는 검출이 가능하며, 이어서 검출된 용융 지대의 위치 및 크기가 평가된다.

열류의 여기 및 검출이 재료 이음부의 동일 측면에서 이루어진다는 전제 하에서, 용융 지대와 비용융 지대 사이의 경계부를 가로지르는 영역의 경우에는 재료 이음부를 관통과는 열류 역학력이 감소하게 된다. 이 경우, 경계부를 가로지르는 상태에서는 집중 비드로 인해 시험 영역의 둘레 길이가 급격하게 감소하게 되며, 그 결과, 특징 벡터의 급격한 감소가 관찰될 수 있다.

전술한 방법은 일반적으로 모든 짝을 이루는 맞춤 부품에 대해 동일하게 적용 가능하다. 따라서, 동일하거나 상이한 재료로 이루어진 짝을 이루는 맞춤 부품의 재료 이음부의 시험이 가능하다. 또한, 상기 방법을 사용하여 납땜 이음부 뿐만 아니라 용접 이음부를 시험할 수 있다. 이러한 유형의 재료 이음부는 용접 지대 및 비용접 지대 사이의 경계부 또는 납땜 지대 및 비납땜 지대 사이의 경계부를 나타낸다. 이에 따라, 집중 비드가 시험하고자 하는 재료 이음부의 국부적인 열 전도성 차이를 예시해주는 결과 영상 상에서 전개되고 있다. 상기 집중 비드는 용접 이음부 및 납땜 이음부를 검출 및 평가하기 위하여 통상의 신호 및 영상 처리 방법에 의해 검출될 수 있다.

재료 이음부의 여기 및 열류의 검출은 일반적으로 재료 이음부의 서로 다른 측면에서 또는 동일한 측면에서 이루어질 수도 있다. 이에 따라, 투과 및/또는 반사 시의 시간 및 공간 분해 열류를 예시해 주는 각종 유형의 결과 영상이 평가된다. 열류의 측정 결과는 여기원의 강도 변화, 재료 표면의 상태 및 특성, 그리고 짝을 이루는 맞춤 부품의 재료 두께에 의해 크게 영향을 받지 않는다는 것이 보장되어야 한다. 따라서, 사용되는 결과 영상은 시험하고자 하는 재료 이음부를 관통하는 열류의 절대 값, 즉 열류 속도의 절대 값을 예시하지는 않지만 열류의 국부적인 속도차는 예시해 준다. 이러한 종류의 결과 영상은 예를 들어, 적외선 서모그래피를 사용하여 획득되는 위상 영상일 수도 있다(2001년 자비에르 피.브이. 말다그 저, 존 윌리 및 선스 인코포레이티드 발행 "비파괴 검사를 위한 적외선 기술의 이론 및 실시" 참조). 위상 영상은 재료 이음부를 관통하여 전파되는 경우 열파의 주행 시간을 예시해 주며, 이에 따라 결과 영상의 다양한 영상 지점 사이에서 발생하는 재료 이음부의 열전도성 차이가 가시화될 수 있다. 열류의 국부적인 속도차를 열류 역학력(heat flow dynamics)이라 한다.

청구항 2에 따르면, 기준 영역은 최소 문턱 값이 영상 배경의 열류 역학력으로부터 획득될 수 있도록 한다.

청구항 3에 따르면, 상기 최대 문턱 값은 검사 영역을 사용하여 용이하게 검출 가능하다. 검사 영역은 예를 들어, 시험하고자 하는 영역의 중심에 위치할 수도 있다. 이러한 검사 영역의 크기는 실험적으로 결정될 수 있으며, 쉐넌(shannon)의 시료 추출 이론을 고찰해볼 필요가 있다(1998년 크리스티안 데만트(Christian Demant), 베른드 스트레이처-아벨(Bernd Streicher-Abel), 피터 와스쯔케위쯔(Peter Waszkewitz)저, 스프링거-페어락(Springer Verlag) 발행, 산업용 영상 처리(Industrial Image Processing) 참조). 상기 검사 영역의 크기는 예를 들어, 3 x 3 픽셀로 정의될 수도 있다.

청구항 4에 따르면, 동일한 크기의 여러 개의 검사 영역을 사용하여 상기 최대 문턱 값을 신뢰성 있게 결정할 수 있다. 검사 영역은, 규정된 크기의 검사 영역이 최소 문턱 값을 초과하는 열류 역학력의 값을 나타내는 영역 내에 위치하는 방식으로 생성된다. 검사 영역의 크기는 예를 들어, 3 x 3 픽셀로 정의될 수도 있다.

청구항 5에 따르면, 반복 공정을 사용하여 크기 증가분을 결정함으로써 최적의 크기 증가분을 구할 수 있다. 최적의 크기 증가분을 결정하기 위하여, 예를 들어, 1의 값의 크기 증가분에서부터 시작하는 것을 고려할 수 있다.

청구항 6에 따르면, 용접 점은 용접 글루라 일컬어지는 비용융 지대와 이에 여전히 부착되어 있는 상태의 용접 너깃이라 일컬어지는 용융 지대를 포함하며, 산업상 용례에 있어 중요한 재료 이음부이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 장점이 특히 분명하게 이해될 수 있을 것이다.

청구항 7에 따르면, 재료 특성 곡선을 사용하여 용접 점의 잔류 재료 두께 및 용접 건에 의해 형성되는 용접 점 만입부의 잔류 재료 두께를 정확하게 결정할 수 있다. 재료 이음부를 시험하기 위하여, 시험하고자 하는 짝을 이루는 맞춤 부품의 재료 조합에 대한 재료 특성 곡선을 미리 준비해둘 필요가 있다. 이러한 재료 특성 곡선은 용접 점의 잔류 재료 두께에 따른 열류 역학력의 피크 값의 비선형적인 의존성을 예시해 준다. 이러한 특성 곡선의 생성에 필요한 데이터는 동일 재료 조합의 다양한 기준 용접 점에서 획득되며, 이들 기준 용접 점은 잔류 재료 두께가 서로 상이하다. 열류의 투과 성분 및 소산 성분은 잔류 재료 두께의 결정에 있어 서로 다른 역할을 담당한다. 용접 점의 잔류 재료 두께가 작다면, 열류의 투과 성분을 사용하여 열류 역학력의 피크 값이 결정된다. 잔류 재료 두께가 큰 경우에는, 열류의 소산 성분이 보다 중요하다. 용접 너깃의 영역에서 측정되는 피크 값은 따라서, 잔류 재료 두께를 결정하도록 사용될 수 있다. 열류 역학력의 피크 값은 용접 점의 용접 너깃의 영역에서 측정되는 최대 문턱 값에 대응한다. 기준 용접 점의 잔류 재료 두께는 독립적인 방법을 사용하여 측정된다.

청구항 8에 따르면, 제1 한계 값과의 비교를 통해 홀의 검출이 가능하다. 열류 역학력의 값이 너무 높다면, 이것은 용접 점에 홀이 존재함을 지시해 준다. 상기 제1 한계 값은 실험적으로 결정된다.

청구항 9에 따르면, 제2 한계 값과의 비교를 통해 공동의 검출이 가능하다. 열류 역학력의 값이 너무 낮다면, 이것은 용접 너깃에 공동이 존재함을 지시해 준다. 이러한 유형의 용접 너깃은 번아웃 용접 너깃(burned out weld nugget)이라 한다. 상기 제2 한계 값은 실험적으로 결정된다.

청구항 10에 따르면, 본 발명에 따른 방법을 전개함으로써 검출 용접 너깃의 영역에서의 표면 손상을 구체적으로 조사할 수 있다. 상기 방법을 수행하여 잘못된 결과 값이 발생하는 것을 방지할 수 있도록 손상의 검출은 용접 너깃의 영역으로 제한된다. 추가로 발생하는 영상은 예를 들어, 추가로 발생한 결과 영상이거나 기록되어 있는 열적 영상 중 하나일 수도 있다. 결과 영상은 예를 들어, 적외선 서모그래피를 사용하여 획득되는 진폭 영상일 수도 있다. 진폭 영상은 용접 점을 관통하여 전파되는 경우의 열파의 진폭을 보여준다. 검출 결함의 출발점, 크기 및 위치 뿐만 아니라 그 조합에 따라, 용접 점의 품질이 정밀하게 분류 및 평가될 수 있다. 또한, 손상 용접점의 원인을 확인 및 추적할 수 있으며, 이에 따라 품질 보장의 기초가 될 수도 있는 전체 용접 공정의 통계학적 평가가 수행될 수 있게 된다.

본 발명의 또 다른 특징 및 장점이 이하의 첨부 도면을 참조한 일 실시예의 상세한 설명으로부터 분명하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 용접 점 형태의 재료 이음부를 도시한 단면도.

도 2는 용접 점을 통과하는 열류 역학력의 일차원적 분포 곡선을 도시한 도면.

도 3은 시험하고자 하는 영역의 둘레 길이를 열류 역학력의 함수로서 나타내기 위해 사용되는 제1 특징 벡터를 도시한 도면.

도 4는 시험하고자 하는 영역의 둘레 길이를 열류 역학력의 함수로서 나타내기 위해 사용되는 제2 특징 벡터를 도시한 도면.

도 5는 열류 역학력의 피크 값을 잔류 재료 두께의 함수로서 나타내는 재료 특성 곡선을 도시한 도면.

검사 시료(1)는 재료 이음부(4)에 의해 상호 연결되어 있는 짝을 이루는 제1 맞춤 부품(2)과 제2 맞춤 부품(3)을 포함한다. 이들 짝을 이루는 맞춤 부품(2, 3)은 서로 동일하거나 상이한 두께를 갖는 동일한 재료 또는 상이한 재료로 형성될 수도 있다. 상기 재료 이음부(4)가 용접 점이다. 이하에는 이와 같은 용접 점(4)의 형태의 재료 이음부가 설명된다.

상기 용접 점(4)은 용융 지대(5)와 이 용융 지대(5)를 둘러싸고 있는 비용융 지대(6)로 이루어진 두 개의 섹션으로 된 이음부를 형성한다. 용융 지대(5)와 비용융 지대(6)의 사이에 위치한 경계부(7)는 용융 지대(5)의 범위를 한정하는 한편 용융 지대(5)를 비용융 지대(6)에 여전히 부착되어 있는 상태로 비용융 지대로부터 구분하는 역할을 한다. 이하에서, 용융 지대는 용접 너깃(weld nugget;5)이라 하며 비용융 지대는 용접 글루(weld glue;6)라 한다. 또한, 여기원(8)과 적외선 센서(9)가 검사 시료(1)의 양측에 각각 배열되어 있다.

상기 여기원(8)을 사용하여 시험하고자 하는 검사 시료(1)와 용접 점(4)의 펄스 여기가 이루어진다. 이에 따라 투과 성분(11)과 소산 성분(12)으로 이루어진 열류(heat flow;10)가 발생된다. 상기 소산 성분(12)은 또한 소산성 성분(dissipative component)이라고도 한다. 열류(10)의 상기 투과 성분(11)은 적외선 센서(9)를 사용하여 서로 연달아 획득되는 일련의 열적 영상(thermal image)의 형태로 기록된다.

용접 점(4)의 짝을 이루는 맞춤 부품(2, 3)은 각각 만입부(13)를 구비하고 있다. 만입부(13)는 용접 점을 생성하기 위해 사용되는 용접 건(welding gun)에 의해 형성된다. 이러한 만입부(13)에 의해 잔류 재료의 두께(M)가 한정된다.

기록된 일련의 열적 영상을 평가하기 위해 상기 여기원(8)과 적외선 센서(9)에는 컴퓨팅 유닛(14)이 연결되어 있다. 상기 일련의 열적 영상은 다양한 종류의 결과 영상으로 전개되는데, 위상 영상 형태의 이 결과 영상을 통해 용접 점(4)을 관통하는 열류 역학력(heat flow dynamics;W)이 예시된다. 열류 역학력(W)은 열류(10)가 용접 점(4)을 관통하여 전파되는 경우에 나타나는 열류의 국부적인 속도 차 및 이에 따른 국부적인 열 전도성 차이를 나타낸다.

도 2는 단면 좌표(x) 방향을 따라 나타나는 열류 역학력(W)의 일차원적 분포 곡선(15)을 도시한 도면이다. 열류 역학력(W)은 일반적으로 2차원적 분포 특성을 보인다. 질적인 관점에서 보자면, 상기 이차원적 분포 곡선이 도시한 바와 같은 일차원적 분포 곡선(15)에 대응하는 것이다. 이차원적 분포 곡선은 그러나, 용접 점(4)의 기하학적 형상에 대응하는 비대칭의 불규칙한 형상을 가질 수도 있다.

열류 역학력(W)의 이차원적 분포 곡선은 실질적으로 용접 점(4)의 기하학적 형상에 의해 결정된다. 또한, 용접 점(4)의 기하학적 형상은 용접 건에 의해 형성되는 만입부(13)에 의해 결정된다. 이하에서는, 열류 역학력(W)의 일차원적 분포 곡선(15)을 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 용접 너깃의 정확한 검출이 가능하도록 하기 위해서는, 열류 역학력(W)의 이차원적 분포 곡선을 평가할 필요가 있다. 따라서, 이하의 설명 내용은 이차원적 분포에도 마찬가지로 적용되는 것이다.

열류 역학력(W)은 용접 점(4)의 중심에서 피크 값을 나타내며 용접 점(4)의 외주연으로 갈수록 상기 피크 값에서부터 점차적으로 감소한다. 본 발명에 따르면, 용접 너깃(5)과 용접 글루(6) 사이의 경계부(7)에서 열류 역학력(W)이 추가로 국부적으로 감소하게 되며, 이와 같이 감소된 열류 역학력(W)은 상기 경계부(7)를 지나자마자 다시 증가하는 것으로 밝혀져 있다. 이 영향으로 도 2에 도시된 바와 같이 열류 역학력(W)의 일차원적 분포 곡선(15)에 집중 비드(intensity bead;16)가 발생하게 된다. 용접 너깃(5)의 둘레에 집중 비드(16)가 형성됨에 따라 일차원적 분포 곡선이 비대칭의 불규칙한 형상을 나타낼 수도 있다. 따라서, 용접 너깃(5)을 정확하게 검출하기 위해서는 열류 역학력(W)의 이차원적 분포 곡선을 평가할 필요가 있다.

용접 너깃(5)을 검출하기 위하여, 제1 단계로 최소 문턱 값(W_min)이 결정된다. 최소 문턱 값(W_min)은 영상 배경(image background;H)의 열류 역학력(W)을 초과하는 값이다. 이러한 최소 문턱 값(W_min)은 영상 배경(H)의 열류 역학력(W)의 기준 영역(R)으로부터 획득되며, 여기서 기준 영역(R)은 영상 배경(H)의 일부를 형성하는 영역이다.

또한, 용접 점(4)을 관통하는 열류 역학력(W)의 피크 값에 대응하는 최대 문턱 값(W_max)이 결정된다. 이 최대 피크 값(W_max)은 최소 문턱 값(W_min)을 초과하는 열류 역학력(W)의 값을 나타내는 영역(S)의 중심에 위치하는 검사 영역(T)으로부터 획득된다. 즉, 최대 문턱 값(W_max)은 검사 영역(T)으로부터 획득한 열류 역학력(W)의 값의 평균 값이다.

선택적으로는, 최대 문턱 값(W_max)이 영역(S) 내에서 서로에 대해 오프셋 배치되어 있는 동일한 크기의 여러 개의 검사 영역(T)으로부터 획득될 수도 있다. 이 경우, 열류 역학력(W) 값으로부터 구한 평균 값은 각각의 검사 영역(T)에 대하여 획득되며, 최대 문턱 값(W_max)은 이렇게 구해진 평균 값들 중 최대 값이다.

용접 너깃(5)을 검출하기 위하여, 최소 문턱 값(W_min)과 최대 문턱 값(W_max)의 사이에서 변화하는 동적 문턱 값(W_dyn)이 제공된다. 이와 같이 가변적인 동적 문턱 값을 W_dyn,i이라 하며, 여기서 i는 1 내지 n 사이의 값이다. 동적 문턱 값(W_dyn)은 크기 증가분(ΔW_dyn)에 따라 변한다. 이것은 두 개의 연속하는 동적 문턱 값(W_dyn,i, W_dyn,i+1)이 서로 크기 증가분(ΔW_dyn)의 간격으로 이격되어 있음을 의미한다. 최적의 크기 증가분(ΔW_dyn)은 반복 획득이 가능한 값이다.

각각의 동적 문턱 값((W_dyn,i)에 대한 용접 점(4)을 관통하는 열류 역학력(W)의 연관 영역(B_i)이 결정되며, 여기서 영역(B_i)은 동적 문턱 값(W_dyn,i)을 초과하는 열류 역학력(W)의 값을 나타낸다. 각각의 영역(Bi)은 특징 벡터(feature vector)에 의해 결정되고 나타내어지는 연관 둘레 길이(U_i)를 구비한다. 따라서, 이와 같은 둘레 길이의 급격한 변동(ΔU)과 관련하여 전체 영역(B)을 시험할 수 있다. 동적 문턱 값(W_dyn)이 최대 문턱 값(W_max)과 최소 문턱 값(W_min)의 사이에서 변한다는 전제 하에서, 시험하고자 하는 영역(B)이 용접 너깃(5)과 용접 글루(6) 사이의 경계부(7)를 가로지르는 영역이라면 영역의 둘레 길이(U)가 급격하게 증가하게 된다. 도 2에는 아직 경계부(7)를 가로지르지 않은 상태로 둘레 길이(U_i)를 갖는 영역(B_i)이 도시되어 있다. 도 2에는 또한, 이미 경계부(7)를 가로지른 상태로 둘레 길이(U_i+1)를 갖는 영역(B_i+1)이 도시되어 있다. 따라서, 영역(B_i+1)은 용접 글루(6)의 일부를 에워싸게 된다. 용접 글루(6)의 이와 같이 에워싸인 부분은 경계부(7)에서 보다 큰 열류 역학력(W)을 나타낸다. 또한, 열류 역학력의 값은 경계부(7)를 아직 가로지르지 않은 영역(B_i)에서 최대가 되며, 이에 따라 용접 글루(6)의 일부를 에워싸지는 않고 있다. 상기 영역(B_i)은 따라서 실질적으로는 용접 너깃(5)에 대응한다. 결과적으로, 용접 너깃(5)의 위치 및 크기를 상기 영역(B_i) 및 이와 연관된 둘레 길이(U_i)를 사용하여 평가할 수 있다.

시험하고자 하는 영역(B)의 외형 상태에 따라, 둘레 길이의 급격한 변동(ΔU)은 도 4에 도시된 바와 같은 둘레 길이의 급격한 감소, 또는 도 3에 도시된 바와 같은 둘레 길이(U)의 추가적인 증가를 수반할 수도 있다. 이것은 푸와송 효과의 결과로서(2006년 스프링거 페어락(Springer Verlag) 발행, Gerthsen Physik 제23판 130p 참조), 푸와송 효과에서 증명하고 있는 바와 같이, 독특한 외형을 갖춘 물체는 물체의 표면적이 증가하는 경우 이상적인 원의 형태를 기준으로 형태 일탈을 배제할 수 있거나 그러한 형태 일탈이 보다 가중되는 경향이 있다. 물체의 크기가 커지는 경우 이러한 형태 일탈을 배제하고자 한다면, 이것은 둘레 길이의 감소를 초래하게 된다. 형태 일탈을 실질적으로 배제하는 순간, 물체의 둘레 길이는 다시 연속적으로 증가할 것이다.

전술한 바와 같은 시험하고자 하는 영역(B)의 둘레 길이의 급격한 변동(ΔU)을 통상의 신호 및 영상 처리 방법을 사용하여 검출할 수 있다. 이에 따라, 용접 너깃(5)의 둘레에 형성되는 비대칭의 불규칙한 형상의 집중 비드(16)가 검출될 수 있다. 따라서, 용접 너깃(5)의 동적이면서 적응성 있는 또한 이에 따라 자동화된 방식의 검출을 보장할 수 있다.

또한, 최대 문턱 값(W_max)인 열류 역학력(W)의 피크 값을 이용하여 용접 점(4)의 잔류 재료 두께(M)의 무접촉식 비파괴 검사를 수행할 수 있다. 상기 잔류 재료 두께(M)를 결정하기 위하여, 시험하고자 하는 짝을 이루는 맞춤 부품(2, 3)의 재료 조합과 관련하여 사전에 재료 특성 곡선(K)이 준비된다. 이 특성 곡선(K)은 서로 다른 잔류 재료 두께를 갖는 기준 용접 점에 의해 결정된다. 여기서, 기준 용접 점은 이후 시험하고자 하는 대응하는 짝을 이루는 맞춤 부품(2, 3)을 상호 연결하는 지점이다. 각각의 기준 용접 점에 대하여 잔류 재료 두께(M)가 독립적인 방법을 사용하여 측정된다. 또한, 각각의 기준 용접 점에 대하여 열류 역학력(W)의 피크 값이 측정된다. 상기 특성 곡선(K)을 통해 잔류 재료 두께(M)에 따른 열류 역학력(W)의 피크 값의 비선형적인 의존성이 설명된다.

상기 특성 곡선(K)을 이용하여 시험하고자 하는 용접 점(4)의 잔류 재료 두께(M) 및 용접 건에 의해 형성되는 용접 점(4) 내의 만입부(13)를 검사할 수 있다. 시험하고자 하는 용접 점(4)의 최대 피크 값(W_max)을 제1 한계 값(G₁)과 비교한다; 상기 한계 값(G₁)이 더 큰 경우, 이것은 용접 점(4) 내에 홀이 존재함을 지시해 주는 것이다. 또한, 시험하고자 하는 용접 점(4)의 최대 피크 값(W_max)을 제2 한계 값(G₂)과 비교한다; 상기 최대 피크 값(W_max)이 상기 한계 값(G₂)보다 작은 경우, 이것은 용접 점(4) 내에 공동이 존재함을 지시해 준다. 상기 한계 값(G₁, G₂)은 실험 적으로 결정된 값이다.

또한, 전술한 방법을 사용하여 용접 점(4)의 각종 표면 손상을 검출 및 평가할 수 있다. 이러한 표면 손상의 검출 및 평가는 용접 너깃(5)의 검출 영역(B_i)에서 이루어진다. 표면 손상은 용접 너깃(5)을 검출하도록 사용되는 결과 영상의 좌표계와 동일한 좌표계가 제공된 다른 영상을 사용하여 검출된다. 이러한 유형의 영상은 예를 들어, 적외선 서모그래피에 의해 생성되는 진폭 영상 또는 열적 영상일 수도 있다(2001년 자비에르 피.브이. 말다그 저, 존 윌리 및 선스 인코포레이티드 발행 "비파괴 검사를 위한 적외선 기술의 이론 및 실시" 참조). 용접 너깃(5)의 영역(B_i)에서만 배타적으로 결함의 검출이 이루어짐에 따라 결과 값에 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 용접 너깃(5)과 용접 글루(6) 사이의 경계부(7)에서는 결함이 식별되지 않는다. 전술한 바와 같은 결함의 평가 및 검출은 예를 들어, 통상의 신호 및 영상 처리 방법을 사용하여 수행될 수도 있다.

이와 같이 검출된 용접 점 결함의 출발점, 크기 및 위치 뿐만 아니라 그 조합에 따라 용접 점(4)의 분류가 이루어질 수 있다. 이에 따라, 용접 점(4)의 품질을 정밀하게 평가할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 방법을 이용하여 용접 점(4)의 자동화된, 무접촉식 비파괴 시험을 산업상 척도에 맞게 수행할 수 있다. 본 발명의 방법은 또한, 발생 결함을 포괄적으로 검출함으로써 시험하고자 하는 용접 점(4)의 정밀하면서도 신뢰성 있는 분류가 가능하도록 한다.

Claims

적어도 두 개의 짝을 이루는 맞춤 부품(2, 3)의 재료 이음부(4)의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법으로서,

a. 상기 재료 이음부(4)는,

(i) 용융 지대(5)와,

(ii) 상기 용융 지대(5)를 둘러싸고 있는 비용융 지대(6)로 이루어진 두 개의 섹션으로 된 이음부이며;

b. 적외선 영상의 시험이,

(i) 적어도 하나의 여기원(8)이 검사 시료(1)를 여기시키며;

(ii) 적어도 하나의 적외선 센서(9)가 전개 열류를 일련의 연속적인 열적 영상의 형태로 검출하고;

(iii) 상기 일련의 연속적인 열적 영상으로부터 결과 영상이 획득되며;

(iv) 상기 열적 영상과 결과 영상이 시험되는 방식으로 이루어지는, 적어도 두 개의 짝을 이루는 맞춤 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법에 있어서,

c. 상기 용융 지대(5)가,

(i) 영상 배경(H)의 열류 역학력(W)을 초과하는 최소 문턱 값(W_min)이 결정되며;

(ii) 재료 이음부(4)를 관통하는 열류 역학력(W)의 피크 값에 대응하는 최대 문턱 값(W_max)이 결정되고;

(iii) 상기 최소 문턱 값(W_min)과 최대 문턱 값(W_max)의 사이에서 변하는 동적 문턱 값(W_dyn)이 제공되며;

(iv) 상기 동적 문턱 값(W_dyn)을 초과하는 열류 역학력(W)의 값을 나타내는 재료 이음부(4)를 관통하는 열류 역학력(W)의 일련의 영역(B)이 결정되고;

(v) 상기 열류 역학력(W)의 영역(B)이 둘레 길이의 급격한 변동(ΔU)과 관련하여 시험되며;

(vi) 상기 용융 지대(5)와 비용융 지대(6) 사이의 경계부(7)를 가로지르는 영역임을 나타내주는 둘레 길이의 급격한 변동(ΔU)으로부터 영역(B) 중에서 영역(B_i)이 용융 지대(5)로서 결정되며;

(vii) 상기 용융 지대(5)의 위치 및 크기가 평가되는 방식으로, 재료 이음부(4)를 관통하는 열류 역학력(W)을 예시하는 결과 영상으로부터 검출되는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 최소 문턱 값(W_min)은 영상 배경(H)의 열류 역학력(W)의 기준 영역(R)으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루 는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최대 문턱 값(W_max)이 검사 영역(T)으로부터 결정되며,

a. 상기 검사 영역(T)은 최소 문턱 값(W_min)을 초과하는 열류 역학력(W)의 값을 나타내는 영역(S)의 중심에 위치하고;

b. 상기 최대 문턱 값(W_max)은 상기 검사 영역(T)으로부터 구한 열류 역학력(W)의 값의 평균 값인 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 최대 문턱 값(W_max)이 동일한 크기의 여러 개의 검사 영역(T)으로부터 결정되며,

a. 상기 검사 영역(T)은 최소 문턱 값(W_min)을 초과하는 열류 역학력(W)의 값을 나타내는 영역(S) 내에 위치하고;

b. 열류 역학력(W)의 값들 중 평균 값은 각각의 검사 영역(T)으로부터 결정되며;

c. 상기 최대 문턱 값(W_max)은 평균 값 중 최대 값인 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 동적 문턱 값(W_dyn)은 크기 증가분(ΔW_dyn)에 따라 변하며, 상기 크기 증가분(ΔW_dyn)은 반복적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제1항에 있어서, 상기 재료 이음부(4)가 용접 점이며, 상기 용융 지대(5)는 용접 너깃(weld nugget)이라 하고 상기 비용융 지대(6)는 용접 글루(weld glue)라 하는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 용융 점은 재료 특성 곡선(K)을 사용하여 평가되며,

a. 상기 특성 곡선(K)은 적어도 두 개의 짝을 이루는 맞춤 부품(2, 3)을 상호 연결하며 잔류 재료 두께(M)가 서로 다른 기준 용접 점을 사용하여 결정되고;

b. 상기 잔류 재료 두께(M)는 각각의 기준 용접 점에 대하여 측정되며;

c. 각각의 기준 용접 점에 대하여 열류 역학력(W)의 피크 값이 측정되고;

d. 상기 특성 곡선(K)은 열류 역학력(W)의 피크 값 및 연관 잔류 재료 두께(M)로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제7항에 있어서, 상기 최대 문턱 값(W_max)이 제1 한계 값(G₁)과 비교되어, 상기 최대 문턱 값(W_max)이 상기 제1 한계 값(G₁)을 초과한다면 용접 점에 홀(hole)이 존재함을 지시해 주는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제7항에 있어서, 상기 최대 문턱 값(W_max)이 제2 한계 값(G₂)과 비교되어, 상기 최대 문턱 값(W_max)이 상기 제2 한계 값(G₂)보다 작다면 용접 점에 공동(cavity)이 존재함을 지시해 주는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.
제6항에 있어서, 상기 용접 점의 표면 손상이 다른 영상을 사용하여 검출되며,

a. 상기 영상에는 용접 너깃의 검출에 사용되는 결과 영상의 좌표계와 동일한 좌표계가 제공되고;

b. 표면 손상의 검출 및 평가는 용접 너깃의 검출 영역(B_i)에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 적어도 두 개의 짝을 이루는 부품의 재료 이음부의 자동화된, 무접촉식 비파괴 검사 방법.