KR101403216B1 - Apparatus and method of detecting surface defect of wire rod using ultrasonic wave - Google Patents
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Abstract
초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 장치 및 방법이 제공된다. 표면 결함 검출 장치는, 일정 매질에 잠긴 원형 선재로 초음파를 입사시키며, 입사된 초음파가 원형 선재에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 초음파 센서와, 수신되는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출하는 제어부를 포함하며, 반사파는, 원형 선재의 원주 방향에 직각인 법선으로 입사한 초음파가 원형 선재에 의해 반사된 후 되돌아오는 제1 반사파와, 법선과 일정 각도를 가지고 원형 선재에 입사한 초음파가 원형 선재의 외주면을 따라 이동한 후 원형 선재의 표면 결함에 의해 반사되어 되돌아오는 제2 반사파를 포함함으로써, 간단한 방법으로 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출할 수 있다.An apparatus and a method for detecting surface defects of a circular wire using ultrasonic waves are provided. The surface defect detecting apparatus includes an ultrasonic sensor for receiving ultrasonic waves into a circular wire rod submerged in a certain medium and receiving reflected waves reflected by the circular wire material and reflecting the incident ultrasonic waves; And a control unit for detecting the position of the surface defect. The reflected wave is reflected by the first reflected wave which is reflected by the circular wire after the ultrasonic wave incident on the normal line perpendicular to the circumferential direction of the circular wire, The position of the surface defects of the circular wire can be detected by a simple method by including the ultrasonic wave incident on the wire material along the outer circumferential surface of the circular wire material and the second reflected wave reflected and reflected by the surface defect of the circular wire material.
Description
본 발명은 초음파를 이용하여 원형 선재의 표면 결함을 검출하기 위한 것이다.
The present invention is for detecting surface defects of a circular wire using ultrasonic waves.
일반적으로 검사 대상체의 결함을 검출하기 위한 방법에는 육안 탐상법, 누설 자속 탐상법, 자분 탐상법 등이 사용되고 있다.
In general, a visual inspection method, a leakage magnetic flux inspection method, a magnetic particle inspection method, and the like are used as methods for detecting defects of an inspection object.
육안 탐상법은 CCD 카메라를 이용하여 촬영된 영상으로부터 검사 대상체의 결함을 검출하는 방식이다. 하지만, 강선 제품의 경우 열처리후 냉각시 발생하는 표면의 흑피(스케일)가 존재할 경우에는 표면 결함이 외부로부터 가려지게 되어 결함 검출이 곤란하다. 따라서 흑피(스케일)를 제거하는 추가 공정이 요구되는 문제점이 있다.
The visual inspection method is a method of detecting defects of an inspection object from a photographed image using a CCD camera. However, in the case of a steel wire product, when there is a scale of a surface generated during cooling after the heat treatment, surface defects are obscured from the outside, and it is difficult to detect defects. Therefore, there is a problem that an additional process for removing the scale (scale) is required.
누설 자속 탐상법은 검사 대상체의 표면이 정상적일 경우 표면의 자속이 표면과 평행하게 연속적으로 형성되지만, 표면에 결함이 발생될 경우 표면 방향의 수직 방향으로 누설 자속이 발생되므로, 이러한 누설 자속을 자기 센서를 이용하여 측정함으로써, 표면의 결함을 검출하는 방식이다. 이러한 누설 자속 탐상법은 강자성체 금속의 표면이나 표층에 발생하는 결함(특히, 크랙)에 대해 우수한 성능을 가진다. 특히, 누설 자속 탐상법은 표면의 거칠기가 큰 상황에서도 미세한 크랙의 검출 능력이 우수하지만, 강자성체 표면에 형성된 자속의 방향과 동일한 방향으로 발생한 크랙에 대해서는 검출 능력이 미약하고, 표면에서 일정한 높이를 유지한 상태에서 자기 센서를 이용하여 검사 대상체의 전 표면에 대해 누설 자속을 측정해야 하는 문제점이 있다.
In the leaky magnetic flux detecting method, when the surface of the object to be inspected is normal, the magnetic flux of the surface is continuously formed in parallel with the surface. However, when a defect is generated on the surface, a leakage magnetic flux is generated in a direction perpendicular to the surface direction. By using a sensor, the surface defect is detected. Such leaky magnetic flux testing has excellent performance against defects (particularly, cracks) occurring on the surface or surface layer of the ferromagnetic metal. Particularly, the leaky magnetic flux detecting method is excellent in the ability to detect fine cracks even when the surface roughness is large. However, the cracking occurred in the same direction as the direction of the magnetic flux formed on the surface of the ferromagnetic body has weak detection capability, There is a problem that the leakage magnetic flux must be measured with respect to the entire surface of the object to be inspected by using the magnetic sensor in a state where the magnetic field is detected.
자분 탐상법은 결함 부위에 누설 자속을 형성하는 점에서 누설 자속 탐상법과 유사하나, 누설 자속의 정보를 정확히 감지하기 위해 형광 물질로 도포된 자분(magnetic particle)을 검사 대상체에 분사시킨다는 점에서 차이가 있다. 하지만, 자분 탐상법의 경우 형광 자분의 온도 특성의 제한으로 인해, 검사 대상체의 온도가 일반적으로 70도 이하인 경우에 사용되며, 자분 분사 및 검사 대상체의 자장 형성 등의 부가적인 작업이 요구된다는 점과 표면이 거친 경우 자분이 결함 부위 뿐만 아니라 표면의 거칠기에 의한 요철 부위에 모두 부착됨으로써 결함의 존재 파악이 어렵다는 점, 그리고 결함의 크기를 정량적으로 파악하는 것이 어렵다는 문제점이 있다.
Magnetic particle testing is similar to the leaky magnetic flux method in that it forms a leakage magnetic flux at the defect site, but differs in that it injects a magnetic particle coated with a fluorescent substance to the object to accurately detect the leakage flux information. have. However, in the case of the magnetic particle test method, due to the limitation of the temperature characteristic of the fluorescent material, it is used when the temperature of the test object is generally 70 degrees or less, and further work such as magnetic particle injection and magnetic field formation of the test object is required There is a problem that it is difficult to grasp the existence of defects because the defects are adhered not only to the defects but also to the irregularities due to the roughness of the surface, and it is difficult to quantitatively determine the size of the defects.
본 발명은 초음파를 이용하여 직선 형태 또는 곡선 형태의 원형 선재의 표면 결함을 검출하기 위한 원형 선재의 표면 결함 검출 장치 및 방법을 제공한다.
The present invention provides an apparatus and method for detecting surface defects of a circular wire rod for detecting surface defects of a linear wire or a curved wire using ultrasonic waves.
본 발명의 제1 실시 형태에 의하면, 일정 매질에 잠긴 원형 선재로 초음파를 입사시키며, 상기 입사된 초음파가 상기 원형 선재에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 초음파 센서; 및 상기 수신되는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 상기 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출하는 제어부를 포함하며, 상기 반사파는, 상기 원형 선재의 원주 방향에 직각인 법선으로 입사한 초음파가 상기 원형 선재에 의해 반사된 후 되돌아오는 제1 반사파; 및 상기 법선과 일정 각도를 가지고 상기 원형 선재에 입사한 초음파가 상기 원형 선재의 외주면을 따라 이동한 후 상기 원형 선재의 표면 결함에 의해 반사되어 되돌아오는 제2 반사파를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 장치를 제공한다.
According to the first aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an ultrasonic sensor for receiving an ultrasonic wave into a circular wire rod submerged in a constant medium and receiving the reflected wave reflected by the circular wire rod after the incident ultrasonic wave is reflected; And a control unit for detecting a position of a surface defect of the circular wire based on a difference in reception time of the received reflected wave, wherein the reflected wave is transmitted to the circular wire through an ultrasonic wave incident on a normal line perpendicular to the circumferential direction of the circular wire, A first reflected wave that is reflected after being reflected by the first reflection wave; And a surface defect detection unit for detecting a surface defect of the circular wire including the second reflected wave reflected by the surface defect of the circular wire after the ultrasonic wave incident on the circular wire with an angle with the normal line moves along the outer circumferential surface of the circular wire, Device.
삭제delete
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제어부는, 상기 원형 선재의 반경, 상기 제1 반사파의 수신 시각과 상기 제2 반사파의 수신 시각간의 시간차에 기초하여 상기 표면 결함의 위치를 연산할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the control unit can calculate the position of the surface defect based on the time difference between the radius of the circular wire and the reception time of the first reflected wave and the reception time of the second reflected wave.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 표면 결함 검출 장치는, 상기 초음파 센서를 상기 원형 선재의 축방향을 따라 이동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the surface defect detection apparatus may further include a driving unit that moves the ultrasonic sensor along the axial direction of the circular wire.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 일정 매질은, 물을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the constant medium may include water.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 원형 선재는, 직선 형태 또는 곡선 형태를 포함할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the circular wire material may include a linear shape or a curved shape.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 일정 각도는, 상기 원형 선재로 입사된 초음파의 굴절각이 90도가 되도록 하는 입사각도일 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the predetermined angle may be an angle of incidence such that the refraction angle of the ultrasonic wave incident on the circular wire becomes 90 degrees.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제2 반사파는, 상기 표면 결함에 의해 반사된 후 상기 원형 선재의 외주면을 따라 시계 방향으로 되돌아오는 반사파와 반시계 방향으로 되돌아오는 반사파를 포함할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the second reflected wave may include a reflected wave that is reflected in the clockwise direction along the outer peripheral surface of the circular wire after being reflected by the surface defect, and a reflected wave that is returned in the counterclockwise direction.
본 발명의 제2 실시 형태에 의하면, 초음파 센서에서, 일정 매질에 잠긴 원형 선재로 초음파를 입사시키며, 상기 입사된 초음파가 상기 원형 선재에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 제1 단계; 및 제어부에서, 상기 수신되는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 상기 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출하는 제2 단계를 포함하며, 상기 반사파는, 상기 원형 선재의 원주 방향에 직각인 법선으로 입사한 초음파가 상기 원형 선재에 의해 반사된 후 되돌아오는 제1 반사파; 및 상기 법선과 일정 각도를 가지고 상기 원형 선재에 입사한 초음파가 상기 원형 선재의 외주면을 따라 이동한 후 상기 원형 선재의 표면 결함에 의해 반사되어 되돌아오는 제2 반사파를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 방법이 제공된다.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of detecting an ultrasonic wave, the method comprising: a first step of causing an ultrasonic sensor to receive an ultrasonic wave into a circular wire rod submerged in a constant medium, the reflected ultrasonic wave being reflected by the circular wire; And a second step of detecting a position of a surface defect of the circular wire on the basis of a reception time difference of the received reflected wave in the control unit, wherein the reflected wave is transmitted to the circular wire through ultrasonic waves incident on a normal line perpendicular to the circumferential direction of the circular wire A first reflected wave that is reflected after being reflected by the circular wire; And a surface defect detection unit for detecting a surface defect of the circular wire including the second reflected wave reflected by the surface defect of the circular wire after the ultrasonic wave incident on the circular wire with an angle with the normal line moves along the outer circumferential surface of the circular wire, Method is provided.
삭제delete
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제2 단계는, 상기 원형 선재의 반경, 상기 제1 반사파의 수신 시각과 상기 제2 반사파의 수신 시각간의 시간차에 기초하여 상기 표면 결함의 위치를 연산하는 단계를 포함할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the second step includes a step of calculating the position of the surface defect based on the time difference between the radius of the circular wire and the reception time of the first reflected wave and the reception time of the second reflected wave .
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 표면 결함 검출 방법은, 구동부에서, 상기 초음파 센서를 상기 원형 선재의 축방향을 따라 이동시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the surface defect detecting method may further comprise moving the ultrasonic sensor along the axial direction of the circular wire in the driving unit.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 일정 매질은, 물을 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, the constant medium may include water.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 원형 선재는, 직선 형태 또는 곡선 형태를 포함할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the circular wire material may include a linear shape or a curved shape.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 일정 각도는, 상기 원형 선재로 입사된 초음파의 굴절각이 90도가 되도록 하는 입사각도일 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the predetermined angle may be an angle of incidence such that the refraction angle of the ultrasonic wave incident on the circular wire becomes 90 degrees.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 상기 제2 반사파는, 상기 표면 결함에 의해 반사된 후 상기 원형 선재의 외주면을 따라 시계 방향으로 되돌아오는 반사파와 반시계 방향으로 되돌아오는 반사파를 포함할 수 있다.
According to the embodiment of the present invention, the second reflected wave may include a reflected wave that is reflected in the clockwise direction along the outer peripheral surface of the circular wire after being reflected by the surface defect, and a reflected wave that is returned in the counterclockwise direction.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 일정 매질에 잠긴 원형 선재로 초음파를 입사시키며, 입사된 초음파가 원형 선재에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출할 수 있다.
According to one embodiment of the present invention, ultrasonic waves are incident on a circular wire rod that is locked to a certain medium, and the position of the surface defects of the circular wire rod is detected based on the reception time difference of the reflected wave reflected by the circular wire rod .
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 장치의 전체 구성도이며,
도 1b는 도 1a의 표면 결함 검출 장치를 원형 선재의 축방향(Z방향)에서 바라본 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원형 선재로 입사된 초음파를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 내지 도 3e은 본 발명의 일 실시 형태에 의해 시간별로 수신되는 반사파를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 수신된 제1 반사파 및 제2 반사파로부터 표면 결함의 위치를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 방법을 설명하는 흐름도이다.FIG. 1A is an overall configuration diagram of a surface defect detecting apparatus for a circular wire using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention,
FIG. 1B is a view of the surface defect detecting device of FIG. 1A viewed in the axial direction (Z direction) of the circular wire.
2 is a view for explaining ultrasonic waves incident on a circular wire according to an embodiment of the present invention.
Figs. 3A to 3E are views for explaining reflected waves received by time according to an embodiment of the present invention. Fig.
4 is a view for explaining a process of detecting the position of a surface defect from the received first reflected wave and second reflected wave according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart for explaining a surface defect detection method of a circular wire using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The shape and the size of the elements in the drawings may be exaggerated for clarity and the same elements are denoted by the same reference numerals in the drawings.
도 1a는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 장치의 전체 구성도이며, 도 1b는 도 1a의 표면 결함 검출 장치를 원형 선재의 축방향(Z방향)에서 바라본 도면이다. 한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 원형 선재로 입사된 초음파 및 반사파를 설명하기 위한 도면이며, 도 3a 내지 도 3e은 본 발명의 일 실시 형태에 의해 시간별로 수신되는 반사파를 설명하기 위한 도면이다. 마지막으로, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따라 수신된 제1 반사파 및 제2 반사파로부터 표면 결함의 위치를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
FIG. 1A is an overall configuration diagram of a surface defect detecting apparatus for a circular wire using an ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B is a view showing the surface defect detecting apparatus of FIG. 1A viewed in the axial direction (Z direction) to be. FIG. 2 is a view for explaining ultrasonic waves and reflected waves incident on a circular wire according to an embodiment of the present invention. FIGS. 3A to 3E are diagrams for explaining reflected waves received in time according to an embodiment of the present invention FIG. 4 is a view for explaining a process of detecting the position of surface defects from the received first reflected wave and second reflected wave according to an embodiment of the present invention.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 장치는, 일정 매질(101)에 잠긴 원형 선재(S)로 초음파(W1)를 입사시키며, 입사된 초음파(W1)가 원형 선재(S)에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파(W2)를 수신하는 초음파 센서(120)와, 수신되는 반사파(W2)의 수신 시간차에 기초하여 원형 선재(S)의 표면 결함(DF)의 위치를 검출하는 제어부(140)를 포함할 수 있다.
1A and 1B, an apparatus for detecting a surface defect of a circular wire using an ultrasonic wave according to an embodiment of the present invention includes an ultrasonic wave W1 applied to a circular wire rod S immersed in a
이하, 도 1a 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 장치를 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a surface defect detecting apparatus for a circular wire using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1A to 4. FIG.
우선, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 우선 펄스 발생부(110)는, 제어부(140)의 제어에 따라 펄스 신호를 생성하고 생성된 펄스 신호를 초음파 센서(120)에 인가할 수 있다.
First, referring to FIGS. 1A and 1B, the
초음파 센서(120)는 펄스 발생부(110)에 의해 인가된 펄스 신호에 따라 일정 매질에 잠긴 원형 선재(S)의 표면으로 초음파(W1)를 입사시키며, 입사된 초음파(W1)가 원형 선재(S)에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파(W2)를 수신할 수 있다. 상술한 초음파 센서(120)는 비집속형 초음파 센서를 포함할 수 있다. 수신된 반사파(W2)는 신호 처리부(130)로 전달될 수 있다.
The
여기서, 원형 선재(S)는, 도 1b에 도시된 바와 같이, 케이스(100) 내에 채워진 일정 매질(101)(예컨대, 물) 속에 잠겨 있을 수 있으며, 그 상부에는 그 일부가 매질에 잠긴 형태로 초음파 센서(120)가 위치하여 하부 방향으로 초음파(W1)를 입사시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 원형 선재(S)를 물속에 잠기게 한 상태에서 초음파(W1)를 원형 선재(S)의 표면으로 입사시키는데, 이렇게 하는 이유는 초음파는 공기 중을 통과할 수 없으므로 일정 매질을 이용함으로써 초음파를 선재에 입사시킬 수 있기 때문이다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 의하면, 원형 선재(S)는, 직선 형태 또는 곡선 형태를 포함할 수 있다.
Here, the circular wire rod S may be immersed in a fixed medium 101 (e.g., water) filled in the
이하, 도 2를 참조하여 원형 선재로 입사되는 초음파를 상세하게 설명한다.Hereinafter, the ultrasonic wave incident on the circular wire will be described in detail with reference to FIG.
도 1a 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 초음파(W1)는 초음파 센서(120)의 표면에 수직하게 발생되어 원형 선재(S)의 표면에 입사하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 원형 선재(S)의 원주 방향에 직각인 법선(NL)과 임계 각도(θc)를 가지고 원형 선재(S)의 표면으로 입사하는 초음파(211, 212)의 경우 스넬의 법칙에 따라 90도 굴절각으로 꺽인 후, 원형 선재(S)의 외주면을 따라 이동하게 된다. 후술하는 바와 같이, 임계 각도(θc)로 입사된 초음파(211, 212)는 표면 결함(DF)에 의해 반사되어(이하 '제2 반사파'라 함), 원형 선재(S)의 외주면을 따라 동일한 경로로 되돌아오게 되며, 이후 제어부(140)는 이러한 반사파에 기초해서 원형 선재(S)의 표면 결함(DF)의 위치를 검출할 수 있다. 여기서, 임계 각도(θc)는 표면파가 발생하기 위한 특정 각도로, 굴절각이 90도가 되는 각도이다.
As shown in FIGS. 1A and 2, the ultrasonic waves W1 are generated perpendicularly to the surface of the
한편, 임계 각도(θc)를 초과하는 입사각도로 입사하는 초음파(201, 203)의 경우 원형 선재(S)의 외주면에 의해 원형 선재(S)의 외부로 반사된다.On the other hand, in the case of the
그리고, 임계 각도(θc) 미만의 입사각도로 입사하는 초음파(202)의 경우 원형 선재(S)의 내부로 굴절되며, 이후 원형 선재(S)의 내부에서 다중 반사되어 지속적으로 에너지를 방출하면서 점차적으로 소멸할 수 있다.In the case of the
다만, 임계 각도(θc) 미만의 입사각도로 입사하는 초음파(202) 중 원형 선재(S)의 원주 방향에 직각인 법선(NL)으로 입사한 초음파(213)의 경우 원형 선재(S)에 의해 반사된 후(이하, '제1 반사파'라 함) 동일한 경로로 되돌아올 수 있다.
However, in the case of the
한편, 구동부(150)는, 도 1a에 도시된 바와 같이, 제어부(140)의 제어에 따라 초음파 센서(120)를 원형 선재(S)의 축방향(D, Z)으로 이동시킬 수 있으며, 이에 따라 원형 선재(S)의 축 방향(D, Z) 전체 길이에 대한 결함 검사를 할 수 있다.
1A, the driving
한편, 신호 처리부(130)는, 초음파 센서(120)로부터 전달받은 반사파(W2)에 신호 처리를 수행한다. 신호 처리의 일 예로, 반사파(W2)를 증폭하거나 디지털 신호로 변환시킬 수 있다. 신호 처리된 반사파(W2)는 제어부(140)로 전달될 수 있다. 실시 형태에 따라서는 신호 처리부(130)는 제외될 수도 있으며, 이 경우 초음파 센서(120)로부터 전달받은 반사파(W2)는 제어부(140)로 직접 전달될 수 있다.
On the other hand, the
마지막으로, 제어부(140)는, 수신되는 반사파(W2)의 수신 시간차에 기초하여 원형 선재(S)의 표면 결함(DF)의 위치를 검출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(140)는 원형 선재(S)의 반경, 제1 반사파(213)의 수신 시각과 제2 반사파(211, 212)의 수신 시각간의 시간차에 기초하여 표면 결함(DF)의 위치를 연산할 수 있다.
Finally, the
한편, 도 3a 내지 도 3e은 본 발명의 일 실시 형태에 의해 시간별로 수신되는 반사파를 설명하기 위한 도면이다.
3A to 3E are diagrams for explaining reflected waves received by time according to an embodiment of the present invention.
일정 시점(T0)에서 초음파 센서(120)로부터 초음파가 발생되며, 발생된 초음파는 원형 선재(S)로 진행하게 된다(도 3a 참조).
Ultrasonic waves are generated from the
원형 선재(S)의 원주 방향에 직각인 법선으로 입사한 초음파(213)의 경우 원형 선재(S)에 의해 반사된 후(이하, '제1 반사파'라 함) 동일한 경로로 되돌아와 T1 시점에서 검출될 수 있다(도 3b 참조).
In the case of the
반면, 원형 선재(S)의 원주 방향에 직각인 법선과 임계 각도(θc)를 가지고 원형 선재(S)의 표면으로 입사한 초음파(211, 212)의 경우 스넬의 법칙에 따라 90도의 굴절각으로 꺽인 후, 원형 선재(S)의 외주면을 따라 이동하게 된다(도 3c 및 3d 참조). 이후 표면 결함(DF)에 의해 반사되어(이하 '제2 반사파'라 함), 원형 선재(S)의 외주면을 따라 동일한 경로로 되돌아올 수 있다. 제2 반사파는 표면 결함(DF)에 의해 반사된 후 원형 선재(S)의 외주면을 따라 시계 방향으로 되돌아오는 반사파(212)와 반시계 방향으로 되돌아오는 반사파(211)를 포함할 수 있다.
On the other hand, in the case of the
표면 결함(DF)에 가까운 쪽으로 입사된 초음파(212)의 경우, 도 3c에 도시된 바와 같이, 짧은 경로를 이동하며, 표면 결함(DF)에 먼쪽으로 입사된 초음파(211)의 경우, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상대적으로 긴 경로를 이동하여 되돌아올 수 있다. 따라서, 초음파(212)의 경우 T2 시점에서, 초음파(211)의 경우 T4 시점에서 검출될 수 있다.
In the case of the
한편, 표면 결함(DF)이 존재하나 그 크기가 너무 작은 경우는 초음파를 가로 막지 못하기 때문에, 도 3e에 도시된 바와 같이, 초음파(211, 212)는 표면 결함(DF)을 투과하여 진행할 수 있으며, 이 경우 수신되는 반사파의 수신 시간은 초음파(212)의 수신 시간(T2) 및 초음파(211)의 수신 시간(T4) 사이인 T3 시점일 수 있다. 표면 결함(DF)을 투과하는 반사파(211, 212)는 표면 결함(DF)의 위치 검출에 불필요한 신호이므로, 제거될 수 있다.
On the other hand, when the surface defect DF exists but the size thereof is too small, the ultrasonic waves can not be blocked. Therefore, as shown in FIG. 3E, the
이하에서는 도 4를 참조하여 제어부(140)에서 표면 결함(DF)의 위치를 연산하는 구체적인 과정을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a concrete procedure for calculating the position of the surface defect (DF) in the
도 1a, 도 3b, 도 3c, 도 3d 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 원형 선재(S)의 반경(R), 제1 반사파의 수신 시각(T1)과 제2 반사파의 수신 시각(T2, T4)간의 시간차(△t)에 기초하여 하기의 수학식 1에 따라 표면 결함(DF)의 위치(θ)를 연산할 수 있다. 도 4에는 표면 결함(DF)에 가까운 쪽으로 입사한 초음파(212)를 기준으로 도시하고 있다.As shown in FIGS. 1A, 3B, 3C, 3D and 4, the
[수학식 1][Equation 1]
여기서, △t는 제1 반사파의 수신 시각(T1)과 제2 반사파의 수신 시각(T2)간의 시간차, 은 선재에서의 초음파 표면파의 속도, 는 물에서의 초음파 종파의 속도, R은 원형 선재의 반경, θ는 표면 결함(DF)의 각도, θc는 임계각일 수 있다. 각도 θ 및 θc의 단위는 라디안(radian)일 수 있다. Here,? T is a time difference between the reception time (T1) of the first reflected wave and the reception time (T2) of the second reflected wave, The velocity of ultrasonic surface waves in the wire rod, R is the radius of the circular wire,? Is the angle of the surface defects (DF), and? C is the critical angle. The units of the angles? And? C may be radians.
한편, d1, d2는 하기의 수학식 2에 따라 연산될 수 있다.On the other hand, d1 and d2 can be calculated according to the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기서, d1은 제1 반사파와 제2 반사파의 직선 경로의 차, d2는 제2 반사파의 곡선 경로, R은 원형 선재의 반경, θ는 표면 결함(DF)의 각도일 수 있다.
Here, d1 may be a difference between a straight path of the first reflected wave and a second reflected wave, d2 may be a curved path of the second reflected wave, R may be a radius of a circular wire, and? May be an angle of a surface defect (DF).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 일정 매질에 잠긴 원형 선재로 초음파를 입사시키며, 입사된 초음파가 원형 선재에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출할 수 있다.
As described above, according to the embodiment of the present invention, ultrasonic waves are incident on a circular wire rod submerged in a certain medium, and the surface defects of the circular wire rod are detected based on the reception time difference of the reflected wave reflected by the circular wire rod, Can be detected.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 방법을 설명하는 흐름도이다.
5 is a flowchart for explaining a surface defect detection method of a circular wire using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention.
이하, 도 1a 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 의한 초음파를 이용한 원형 선재의 표면 결함 검출 방법을 설명한다. 다만, 발명의 간명화를 위해 도 1a 내지 도 4와 관련하여 중복된 부분에 대한 설명은 생략하기로 한다.
Hereinafter, a surface defect detection method of a circular wire using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. However, in order to simplify the invention, the description of the overlapping portions with respect to FIGS. 1A to 4 will be omitted.
도 1a 내지 도 5를 참조하면, 우선 초음파 센서(120)는 펄스 발생부(110)에 의해 인가된 펄스 신호에 따라 일정 매질에 잠긴 원형 선재(S)의 표면으로 초음파(W1)를 입사시키며, 입사된 초음파(W1)가 원형 선재(S)에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파(W2)를 수신할 수 있다(S501). 수신된 반사파(W2)는 신호 처리부(130)를 통해 제어부(140)로 전달될 수 있다.
1A to 5, the
다음, 제어부(140)는 원형 선재(S)의 반경(R),제1 반사파의 수신 시각(T1)과 제2 반사파의 수신 시각(T2, T4)간의 시간차(△t)에 기초하여 상술한 수학식 1에 따라 표면 결함(DF)의 위치(θ)를 연산할 수 있다.
Next, based on the radius R of the circular wire rod S, the time difference DELTA t between the reception time T1 of the first reflected wave and the reception time T2, T4 of the second reflected wave, The position [theta] of the surface defect DF can be calculated according to Equation (1).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 일정 매질에 잠긴 원형 선재로 초음파를 입사시키며, 입사된 초음파가 원형 선재에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출할 수 있다.
As described above, according to the embodiment of the present invention, ultrasonic waves are incident on a circular wire rod submerged in a certain medium, and the surface defects of the circular wire rod are detected based on the reception time difference of the reflected wave reflected by the circular wire rod, Can be detected.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be self-evident.
100: 케이스 101: 물
110: 펄스 발생부 120: 초음파 센서
130: 신호 처리부 140: 제어부
W1: 초음파 W2: 반사파
DF: 원형 선재의 표면 결함 S: 원형 선재
D, Z: 원형 선재의 축방향 θ: 초음파의 입사 각도
θc: 임계각 NL: 원형 선재의 원주 방향에 직각인 법선
R; 원형 선재의 반경100: Case 101: Water
110: Pulse generator 120: Ultrasonic sensor
130: signal processor 140:
W1: Ultrasonic W2: Reflected wave
DF: Surface defect of circular wire S: Circular wire
D, Z: Axial direction of the circular wire?: Angle of incidence of ultrasonic waves
θc: critical angle NL: normal line perpendicular to the circumferential direction of the circular wire
R; Radius of circular wire
Claims (16)
상기 수신되는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 상기 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출하는 제어부를 포함하며,
상기 반사파는,
상기 원형 선재의 원주 방향에 직각인 법선으로 입사한 초음파가 상기 원형 선재에 의해 반사된 후 되돌아오는 제1 반사파; 및
상기 법선과 일정 각도를 가지고 상기 원형 선재에 입사한 초음파가 상기 원형 선재의 외주면을 따라 이동한 후 상기 원형 선재의 표면 결함에 의해 반사되어 되돌아오는 제2 반사파를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 장치.
An ultrasonic sensor for receiving an ultrasonic wave into a circular wire rod immersed in a constant medium and receiving the reflected wave reflected from the circular wire rod by the incident ultrasonic wave; And
And a control unit for detecting a position of a surface defect of the circular wire on the basis of a reception time difference of the received reflected wave,
The reflected wave,
A first reflected wave that returns after the ultrasonic wave incident on the normal line perpendicular to the circumferential direction of the circular wire is reflected by the circular wire; And
And a second reflected wave reflected by the surface defect of the circular wire after the ultrasonic wave incident on the circular wire with an angle to the normal line moves along the outer circumferential surface of the circular wire, .
상기 제어부는,
상기 원형 선재의 반경, 상기 제1 반사파의 수신 시각과 상기 제2 반사파의 수신 시각간의 시간차에 기초하여 상기 표면 결함의 위치를 연산하는 원형 선재의 표면 결함 검출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein,
And calculates the position of the surface defect based on a time difference between the radius of the circular wire and the reception time of the first reflected wave and the reception time of the second reflected wave.
상기 표면 결함 검출 장치는,
상기 초음파 센서를 상기 원형 선재의 축방향을 따라 이동시키는 구동부를 더 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 장치.
The method according to claim 1,
The surface defect detecting apparatus includes:
And a driving unit for moving the ultrasonic sensor along the axial direction of the circular wire.
상기 일정 매질은, 물을 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the constant medium includes water.
상기 원형 선재는, 직선 형태 또는 곡선 형태를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the circular wire includes a linear shape or a curved shape.
상기 일정 각도는, 상기 원형 선재로 입사된 초음파의 굴절각이 90도가 되도록 하는 입사각도인 원형 선재의 표면 결함 검출 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the predetermined angle is an incident angle such that a refraction angle of the ultrasonic wave incident on the circular wire becomes 90 degrees.
상기 제2 반사파는,
상기 표면 결함에 의해 반사된 후 상기 원형 선재의 외주면을 따라 시계 방향으로 되돌아오는 반사파와 반시계 방향으로 되돌아오는 반사파를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 장치.
The method according to claim 1,
The second reflected wave is reflected by the first reflection wave,
And a reflected wave that is reflected in the clockwise direction along the outer circumferential surface of the circular wire after being reflected by the surface defect and a reflected wave that is returned in the counterclockwise direction.
제어부에서, 상기 수신되는 반사파의 수신 시간차에 기초하여 상기 원형 선재의 표면 결함의 위치를 검출하는 제2 단계를 포함하며,
상기 반사파는,
상기 원형 선재의 원주 방향에 직각인 법선으로 입사한 초음파가 상기 원형 선재에 의해 반사된 후 되돌아오는 제1 반사파; 및
상기 법선과 일정 각도를 가지고 상기 원형 선재에 입사한 초음파가 상기 원형 선재의 외주면을 따라 이동한 후 상기 원형 선재의 표면 결함에 의해 반사되어 되돌아오는 제2 반사파를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 방법.
A first step in which an ultrasonic wave is incident on a circular wire rod immersed in a constant medium in an ultrasonic sensor and the incident ultrasonic waves are reflected by the circular wire rod to receive a returning reflected wave; And
And a second step of detecting, at the control unit, the position of the surface defect of the circular wire on the basis of the reception time difference of the received reflected wave,
The reflected wave,
A first reflected wave that returns after the ultrasonic wave incident on the normal line perpendicular to the circumferential direction of the circular wire is reflected by the circular wire; And
And a second reflected wave which is reflected by the surface defect of the circular wire after the ultrasonic wave incident on the circular wire with a predetermined angle with the normal line moves along the outer circumferential surface of the circular wire, .
상기 제2 단계는,
상기 원형 선재의 반경, 상기 제1 반사파의 수신 시각과 상기 제2 반사파의 수신 시각간의 시간차에 기초하여 상기 표면 결함의 위치를 연산하는 단계를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 방법.
10. The method of claim 9,
The second step comprises:
Calculating a position of the surface defect based on a time difference between the radius of the circular wire and the reception time of the first reflected wave and the reception time of the second reflected wave.
상기 표면 결함 검출 방법은,
구동부에서, 상기 초음파 센서를 상기 원형 선재의 축방향을 따라 이동시키는 단계를 더 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 방법.
10. The method of claim 9,
The surface defect detection method includes:
And moving the ultrasonic sensor along the axial direction of the circular wire at the driving unit.
상기 일정 매질은, 물을 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the predetermined medium comprises water.
상기 원형 선재는, 직선 형태 또는 곡선 형태를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the circular wire includes a linear shape or a curved shape.
상기 일정 각도는, 상기 원형 선재로 입사된 초음파의 굴절각이 90도가 되도록 하는 입사각도인 원형 선재의 표면 결함 검출 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the predetermined angle is an incident angle such that a refraction angle of the ultrasonic wave incident on the circular wire becomes 90 degrees.
상기 제2 반사파는,
상기 표면 결함에 의해 반사된 후 상기 원형 선재의 외주면을 따라 시계 방향으로 되돌아오는 반사파와 반시계 방향으로 되돌아오는 반사파를 포함하는 원형 선재의 표면 결함 검출 방법.10. The method of claim 9,
The second reflected wave is reflected by the first reflection wave,
And a reflected wave that is reflected in the clockwise direction along the outer circumferential surface of the circular wire after being reflected by the surface defect and a reflected wave that is returned in the counterclockwise direction.
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