KR101429348B1 - Nondestructive noncontact visual inspection apparatus and method for the internal crack detection of a specimen - Google Patents

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Abstract

가열기와 레이저 간섭계를 이용하여 시편 내부의 결함을 고속으로 검출하는 비접촉식 비파괴 영상 검사 장치가 개시된다. 비접촉식 영상 검사 장치는, 시편의 일면에 주기적으로 반복되는 일정 형태의 열 강도를 갖는 열에너지를 조사하는 가열부, 상기 시편의 길이 방향에서 윗면과 아랫면에 위치하여 상기 시편의 위쪽 방향과 아래쪽 방향에 대해서 고정하도록 일정한 힘으로 상기 시편을 지지하는 스프링 지지부, 상기 시편에서 상기 열에너지가 가해지는 면과 다른 면에 대한 레이저 간섭영상을 생성하는 레이저 간섭부 및 상기 레이저 간섭부에서 생성된 레이저 간섭영상으로부터 결함 영상을 추출하는 신호처리 기능과 화면보여주기 기능 및 상기 가열부의 제어를 담당하는 제어 및 신호처리부를 포함하여 구성된다.A non-contact type non-destructive image inspection apparatus for detecting defects in a specimen at high speed using a heater and a laser interferometer. The contactless image inspection apparatus includes a heating unit for irradiating thermal energy having a predetermined type of heat intensity periodically repeated on one surface of a specimen, a heating unit positioned on the upper and lower surfaces of the specimen in the lengthwise direction, A laser interferometer for generating a laser interference image on a surface different from the surface to which the thermal energy is applied in the specimen and a laser interferometer for generating a laser interferometer image from the laser interferometer, And a control and signal processing unit for controlling the heating unit.

Description

시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 방법 및 장치{NONDESTRUCTIVE NONCONTACT VISUAL INSPECTION APPARATUS AND METHOD FOR THE INTERNAL CRACK DETECTION OF A SPECIMEN}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a non-contact image inspection method and apparatus for detecting an internal defect in a specimen,

본 발명의 실시예들은 가열기와 레이저 간섭계를 이용하여 시편 내부의 결함을 고속으로 검출하는 비접촉식 비파괴 영상 검사 장치에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention relate to a non-contact type non-destructive image inspection apparatus that detects defects in a specimen at high speed using a heater and a laser interferometer.

시편 내부의 결함은 X-ray 검사법이나 초음파 검사법으로 결함을 검출 할 수 있다. X-ray 검사법의 경우에는 큰 결함은 효과적으로 검출할 수 있으나 미소 박리(delamination) 부분이나 접합(close) 결함의 경우에는 검출이 어려운 단점이 있다. 고주파 초음파를 이용한 결함 검출법의 경우에는, 접합부의 박리나 결함도 효과적으로 검출할 수 있다. 그러나 초음파 검사의 경우, 스캐닝 검사를 수행하여야 하므로 시편의 모든 면적을 검사하기 위해서는 많은 시간 소요가 필요하며, 비전문가가 수행하기 어렵다. 또한, 시편은 두께가 수 ㎜ 정도로 매우 얇으므로, 수십 ㎒ 이상의 고주파 초음파를 사용하여야 하므로 수중에서 검사를 수행하여야 하는 단점이 있으며, 이에 따라 부식과 같은 시편 손상의 위험성도 있다.
Defects inside the specimen can be detected by X-ray or ultrasound. In the case of X-ray inspection, large defects can be detected effectively, but detection is difficult in case of delamination or close defects. In the case of the defect detection method using the high-frequency ultrasonic waves, it is possible to effectively detect the detachment of the joint portion and the defect. However, in the case of ultrasonic inspection, it takes a lot of time to inspect all the areas of the specimen because the scanning inspection must be performed, and it is difficult for the non-expert to perform the inspection. In addition, since the specimen is very thin with a thickness of about several millimeters, high frequency ultrasonic waves of several tens of MHz or more must be used. Therefore, there is a drawback in that it is necessary to perform an inspection in water.

본 발명의 실시예들은 시편 내부의 결함 정보를 추출하는 비접촉식 비파괴 영상 검사 장치를 제공하기 위한 것이다. 또한, 정밀한 결함 검출이 가능하고, 한번에 시편 전체에 대한 결함 영상을 시각적으로 보여주며, 또한 결함 영상을 고속으로 제공할 수 있는 검사 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
Embodiments of the present invention provide a non-contact type non-destructive image inspection apparatus for extracting defect information in a specimen. It is another object of the present invention to provide an inspection apparatus and method capable of precise defect detection, visually showing a defect image for the entire specimen at a time, and providing a defect image at high speed.

상술한 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉식 비파괴 결함 영상 검사 장치는, 시편의 일면에 주기적으로 반복되는 일정 형태의 열 강도를 갖는 열에너지를 조사하는 가열부, 상기 시편의 길이 방향에서 윗면과 아랫면에 위치하여 상기 시편의 위쪽 방향과 아래쪽 방향에 대해서 고정하도록 일정한 힘으로 상기 시편을 지지하는 스프링 지지부, 상기 시편에서 상기 열에너지가 가해지는 면과 다른 면에 대한 레이저 간섭영상을 생성하는 레이저 간섭부 및 상기 레이저 간섭부에서 생성된 레이저 간섭영상으로부터 결함 영상을 추출하는 신호처리 기능과 화면보여주기 기능 및 상기 가열부의 제어를 담당하는 제어 및 신호처리부를 포함하여 구성된다.A non-contact type non-destructive defect image inspection apparatus according to embodiments of the present invention includes a heating unit for irradiating heat energy having a predetermined type of heat intensity periodically repeated on one surface of a specimen, A laser interferometer for generating a laser interference image on a surface different from the surface to which the thermal energy is applied in the specimen, and a laser interferometer for generating a laser interference image on the surface of the specimen, A signal processing function for extracting a defective image from the laser interference image generated by the laser interferometer, a screen display function, and a control and signal processing unit for controlling the heating unit.

일 측에 따르면, 상기 가열부는 접촉식 가열장치 또는 비접촉식 가열장치를 포함할 수 있다.According to one aspect, the heating section may include a contact heating device or a non-contact heating device.

일 측에 따르면, 상기 스프링 지지부는 내부에 스프링을 포함하며, 상기 시편의 길이 방향에 대해서 상부 및 하부에 위치하고, 상기 시편이 열에너지에 의해 늘어날 때, 상기 시편이 길이 방향으로 늘어나는 것을 방지하도록 고정할 수 있다.According to one aspect, the spring support comprises a spring inwardly and is located at the top and bottom relative to the longitudinal direction of the specimen, and is fixed to prevent the specimen from stretching in the longitudinal direction when the specimen is stretched by thermal energy .

일 측에 따르면, 상기 레이저 간섭부는, 상기 시편의 변내 변형 혹은 변외 변형 간섭영상을 생성할 수 있는 레이저 스펙클 간섭계, 또는, 상기 시편의 기울기 변형 형상 간섭영상을 얻을 수 있는 레이저 층밀리기 간섭계를 포함하는 레이저 간섭계를 포함할 수 있다.According to one aspect of the present invention, the laser interferometer includes a laser speckle interferometer capable of generating an in-deformation or out-of-variation interference image of the specimen, or a laser layer interferometer capable of obtaining a tilted deformed shape interference image of the specimen A laser interferometer.

일 측에 따르면, 상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고, 상기 컴퓨터는 레이저 간섭영상에 대해 위상이 펼쳐진 위상 영상을 얻으며, 상기 얻어진 위상 영상에 대해서 주파수 변환을 수행하고 주파수 영역에서 대역통과 필터링 및 역주파수 변환을 수행하는 신호처리기능을 포함할 수 있다. 또는, 상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고, 상기 컴퓨터는 상기 가열부에 인가되는 입력 신호를 실시간으로 감시하고, 사용자가 선정하는 특정 입력신호 위치에서 기준 레이저 간섭영상을 획득하며, 사용자가 설정하는 입력신호 범위에서 레이저 간섭영상을 획득하고 신호처리하여 결함 영상을 획득한 후에 이를 화면에 보여줄 수 있다. 또는, 상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고, 상기 컴퓨터는 주기적으로 동일한 형태를 반복하는 가열부의 입력신호에서 사용자가 설정한 입력신호 범위에서 획득한 결함 영상을 누적 평균화하여 결과를 화면에 보여주는 기능을 포함할 수 있다.According to one aspect, the control and signal processing section includes a computer, which obtains a phase-expanded phase image for the laser interference image, performs frequency conversion on the obtained phase image, And a signal processing function for performing an inverse frequency conversion. Alternatively, the control and signal processing unit may include a computer, wherein the computer monitors an input signal applied to the heating unit in real time, acquires a reference laser interference image at a specific input signal position selected by a user, A laser interference image is acquired and signal processing is performed in the input signal range to obtain a defective image, and then the defect image can be displayed on the screen. Alternatively, the control and signal processing unit may include a computer, and the computer may include a function of cumulatively averaging the defective images obtained in the input signal range set by the user in an input signal of the heating unit, which periodically repeats the same form, . ≪ / RTI >

또한, 상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고, 상기 컴퓨터는 레이저 간섭영상에 대해 위상이 펼쳐진 위상영상을 획득하며, 획득한 위상영상에 대해 저주파 통과 필터를 실행하여 저주파 영상을 생성한 후에, 생성된 저주파 영상을 상기 획득한 위상영상에서 뺌으로써 결함정보가 강조된 차분 영상을 획득하고, 획득한 차분 영상을 차례로 누적하여 누적 평균화된 영상을 화면에 보여주는 기능을 포함할 수 있다.
Further, the control and signal processing section may include a computer, which obtains a phase-locked phase image with respect to the laser interference image, executes a low-pass filter on the obtained phase image to generate a low-frequency image, A difference image in which the defect information is emphasized by subtracting the obtained low-frequency image from the acquired phase image, and accumulating the obtained difference images in order to show the cumulative averaged image on the screen.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 영상 검사 방식이므로 비전문가도 사용할 수 있으며, 고속 검사가 가능하며, 수중검사가 아니므로 시편 손상 위험이 없으며, 한번에 시편 전체에 대한 내부결함 정보를 영상으로 제공할 수 있다.
As described above, according to the embodiments of the present invention, since it is an image inspection method, it is possible to use a non-expert, and it is possible to perform high-speed inspection, and there is no risk of specimen damage because it is not an underwater inspection. Can be provided as an image.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 열에너지와 레이저 간섭계를 이용하여 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원거리 조명을 이용한 열에너지와 스펙클 레이저 간섭계를 이용하여 시편의 내부결함 검출을 위한 변외 변형 형상 측정 기반의 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원거리 조명을 이용한 열에너지와 스펙클 레이저 간섭계를 이용하여 시편의 내부결함 검출을 위한 변내 변형 형상 측정 기반의 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉식 열전소자(TE-Peltier)를 이용한 열에너지와 층밀리기 레이저 간섭계(shearography)를 이용하여 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지 발생장치에 인가되는 입력전압의 신호파형의 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 열에너지와 레이저 간섭계를 이용하여 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 신호처리 순서도이다.
도 7은 도 6에서 저주파 성분을 제거하여 결함정보를 강조하기 위한 누적평균화 신호처리 순서도로써, 도 6의 a1 부분을 대체한 신호처리 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 성능 실험을 위한 시편의 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 스프링 지지부에 장착된 내부결함이 존재하는 시편에 대해 4번째 한 주기 동안에 위상펼침(phase unwrapping) 영상을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 9의 위상펼침 영상에 대한 도 6의 신호 필터링 후의 도면이다.
도 11은 도 10의 필터링된 위상펼침 영상에서 결함부 영역을 정규화 시킨 도면이다.
도 12는 시편을 지지하는 고정 스프링 지지부의 한쪽인 아래쪽을 스폰지 지지부로 변경 후 입력되는 전압신호의 4번째 한 주기 동안의 위상펼침 영상의 도면이다.
도 13은 도 12의 위상펼침 영상에 대한 신호 필터링 후의 도면이다.
도 14는 도 13의 필터링된 위상펼침 영상에서 결함부 영역을 정규화 시킨 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 스프링 지지부에 장착된 시편에 대해 측정한 위상 영상에서 신호처리 후 결함부 영역을 정규화 시킨 영상들 중에서 사용자가 설정한 구역 내 영상들을 평균화한 평균영상의 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7의 신호처리 결과로써 결함이 강조된 누적 평균화된 결과영상 도면이다.
1 is a view illustrating an internal configuration of a non-contact type image inspection apparatus for detecting an internal defect in a specimen using active thermal energy and a laser interferometer according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an internal configuration of a non-contact type image inspection apparatus based on measurement of an out-of-deformed shape for detecting internal defects of a specimen using thermal energy and speckle laser interferometry using far-field illumination according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating an internal configuration of a non-contact type image inspection apparatus based on an in-deformation shape measurement for detecting internal defects of a specimen using thermal energy and speckle laser interferometer using far-field illumination according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an internal configuration of a non-contact type image inspection apparatus for detecting an internal defect in a specimen using a thermal energy and a layer milling laser interferometer using a contact type thermoelectric transducer (TE-Peltier) according to an embodiment of the present invention. Fig.
5 is a graph of a signal waveform of an input voltage applied to the thermal energy generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a signal processing flowchart of a contactless image inspection apparatus for detecting an internal defect of a specimen using active thermal energy and a laser interferometer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart of a cumulative averaging signal processing process for eliminating low-frequency components and emphasizing defect information in FIG. 6, and is a signal processing flowchart in which a1 portion of FIG. 6 is replaced.
8 is a view of a test specimen for a performance test of a non-contact type image inspection apparatus for detecting an internal defect of a specimen according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a view showing a phase unwrapping image for a fourth cycle of a specimen having an internal defect mounted on a fixing spring support according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 10 is a diagram after signal filtering of FIG. 6 for the phase spread image of FIG.
11 is a view normalizing a defect region in the filtered phase-spread image of FIG.
FIG. 12 is a view showing a phase-spread image for a fourth period of a voltage signal inputted after changing the lower part of the fixing spring supporting part supporting the specimen to the sponge supporting part.
FIG. 13 is a diagram after signal filtering for the phase-spread image of FIG. 12; FIG.
14 is a view normalizing a defect region in the filtered phase-spread image of FIG.
FIG. 15 is a graph showing the average image obtained by averaging the in-zone images set by the user among the images obtained by normalizing the defect region after signal processing in the phase image measured on the specimen mounted on the fixing spring support according to the embodiment of the present invention FIG.
FIG. 16 is a cumulative-averaged resultant image in which a defect is emphasized as a signal processing result of FIG. 7 according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to or limited by the embodiments. In describing the present invention, a detailed description of well-known functions or constructions may be omitted for clarity of the present invention.

이하, 도 1 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 비접촉식 영상 검사 장치 및 방법에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a non-contact image inspection apparatus and method according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 16. FIG.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 열에너지와 레이저 간섭계를 이용하여 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 열에너지와 레이저 간섭계를 이용한 비접촉식 영상 검사 장치는, 시편(17)을 정현파와 같이 일정한 형태의 열강도로 주기적으로 시편(17) 뒷면에 가하는 가열부(1)와, 시편(17)의 위쪽과 아래쪽에서 열에 의해 시편(17)이 위쪽과 아래쪽으로 움직이는 움직임을 막는 고정 지지부(4)와, 시편(17) 앞면의 열변형 형태를 레이저 간섭 영상의 형태로 측정하는 레이저 간섭부(2)와, 레이저 간섭영상 신호로부터 신호처리를 수행하여 결함 영상을 획득하고 주변 장치를 제어하는 제어 및 신호처리부(3)로 구성될 수 있다.1 is a view illustrating an internal configuration of a non-contact type image inspection apparatus for detecting an internal defect in a specimen using active thermal energy and a laser interferometer according to an embodiment of the present invention. 1, a non-contact type image inspection apparatus using active thermal energy and a laser interferometer according to an embodiment of the present invention is a device for inspecting a noncontact image using a thermal interferometer such that the specimen 17 is periodically heated to a predetermined temperature, A fixing support 4 for preventing the specimen 17 from moving upward and downward by heat at the upper and lower sides of the specimen 17, And a control and signal processing unit 3 for performing signal processing on the laser interference video signal to obtain a defective image and controlling the peripheral device.

참고적으로, 시편(17)의 '앞면'이라 함은 시편(17)에서 레이저 간섭빔을 이용한 열변형의 측정 대상이 되는 면이고, '뒷면'이라 함은 상기 앞면의 반대쪽 면을 말한다.For reference, the 'front side' of the specimen 17 refers to the surface to be measured of the thermal deformation using the laser interference beam in the specimen 17, and the 'back side' refers to the opposite side of the front side.

가열부(1)는 정현파 형태와 같은 일정한 형태의 열강도를 갖는 주기적으로 반복되는 열에너지를 시편(17)의 뒷면에 가한다. 그러므로 시편(17)은 가해지는 열에너지의 강도에 비례하여 시편(17)이 데워졌다 식혀졌다를 반복한다. 이때 열에너지의 형태와 강도는 제어 및 신호처리부(3) 내부의 컴퓨터(11)에 의해서 제어된다. 컴퓨터(11)는 신호발생기(12)를 제어하여 일정한 형태로 반복하는 주기신호를 결정하고 신호의 전압 값도 제어한다. 신호발생기(12)의 출력신호는 제어드라이버(13)에서 가열부(1)를 제어할 수 있는 강도로 증폭이 되어 가열부(1) 장치를 제어한다.The heating section 1 applies periodically repeated heat energy having a constant form tear strength, such as a sinusoidal shape, to the back surface of the specimen 17. Therefore, the specimen (17) repeats the cooling of the specimen (17) in proportion to the intensity of the applied thermal energy. At this time, the form and intensity of the thermal energy are controlled by the computer 11 in the control and signal processing unit 3. The computer 11 controls the signal generator 12 to determine a repetitive periodic signal in a predetermined form and also controls the voltage value of the signal. The output signal of the signal generator 12 is amplified by the control driver 13 to an intensity capable of controlling the heating unit 1 and controls the heating unit 1 device.

가열부(1)에서 발생된 열이 시편(17)을 가열했다 식히기를 반복하면 시편(17)은 상기 시편(17)의 길이 방향과 폭 방향으로 늘어났다 줄어들고를 반복한다. 이때 열에너지가 시편(17) 내부를 전파해 가면서 시편(17) 내부의 결함(18)을 만나면 일부는 재 반사되므로 결함이 있는 시편(17)의 앞면은 시편(17)의 팽창과 수축 정도가 무결함 위치와 다른 크기를 가지게 된다.When the heat generated in the heating unit 1 heats the test piece 17 and the test piece 17 is repeatedly cooled, the test piece 17 is stretched in the longitudinal direction and the width direction of the test piece 17 and is repeatedly decreased. At this time, when thermal energy propagates inside the specimen 17, when the specimen 17 encounters the defect 18 inside the specimen 17, a part of the specimen 17 is reflected again. Therefore, the front surface of the defective specimen 17 has a degree of expansion and shrinkage of the specimen 17, It will have a different size from the defect location.

이때, 시편(17)은 위쪽과 아래쪽에 위치한 고정 지지부(4)에 의해 고정되므로 시편(17)은 열에너지에 의해 길이 방향으로 늘어나는 힘이 시편(17) 내부로 가해지도록 유도된다. 특히, 시편(17) 하부와 상부에 위치한 고정 지지장치(15, 16) 내부의 하부 스프링 지지부(15-1)와 상부 스프링 지지부(16-1)는 하부의 고정 지지기(15-2)와 상부의 고정 지지기(16-2)에 고정되고, 상·하부 방향으로 일정한 힘을 가지고 시편(17)을 지지하므로, 상·하부의 지지장치(15, 16)는 일정한 힘의 강도로 시편(17)의 길이 방향의 팽창을 막아주고, 그 힘이 시편(17) 내부를 향하도록 유도한다. 반면에 상·하부의 고정 지지장치(15, 16)가 시편(17)의 상부와 하부는 고정시키되, 시편(17)의 앞면과 뒷면 방향으로는 자유롭게 움직일 수 있다.At this time, since the specimen 17 is fixed by the upper and lower fixed support portions 4, the specimen 17 is guided to the inside of the specimen 17 by the force which is stretched in the longitudinal direction by the thermal energy. Particularly, the lower spring support portion 15-1 and the upper spring support portion 16-1 inside the fixed support devices 15 and 16 located under and above the specimen 17 are supported by the lower fixed support 15-2 The upper and lower support devices 15 and 16 are fixed to the upper fixed support 16-2 and support the specimen 17 with a constant force in the upward and downward directions. 17 in the longitudinal direction and guiding the force toward the inside of the specimen 17. [ On the other hand, the upper and lower fixing support devices 15 and 16 of the upper and lower portions are fixed to the upper and lower portions of the specimen 17, respectively, but can freely move in the front and back directions of the specimen 17.

레이저 간섭부(2)의 레이저 간섭계(19)는 시편(17) 앞면의 변형 형상 영상을 레이저 간섭 영상 형태로 획득하며, 획득된 영상은 제어 및 신호처리부(3)의 컴퓨터(11)에서 신호처리 되어 결함 영상이 획득된다.
The laser interferometer 19 of the laser interferometer 2 obtains a deformed image on the front surface of the test piece 17 in the form of a laser interference image and the obtained image is processed by the computer 11 of the control and signal processing unit 3 And a defective image is obtained.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원거리 조명을 이용한 열에너지와 레이저 스펙클 간섭계를 이용하여 시편(17)의 내부결함 검출을 위한 변외 변형 형상 측정 기반의 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.2 shows an internal configuration of a non-contact type image inspection apparatus based on measurement of an out-of-deformed shape for detecting an internal defect in the specimen 17 using thermal energy and a laser speckle interferometer using far-field illumination according to an embodiment of the present invention FIG.

제어 및 신호처리부(3) 내부의 컴퓨터(11)는 신호발생기(12)를 제어하여 정현파와 같은 일정한 형태를 갖고 주기적으로 반복하는 신호를 생성한다. 생성된 주기 신호는 열 램프 제어드라이버(13-1)에 의하여 할로겐 램프를 제어할 수 있는 신호로 증폭된다. 증폭된 전기 신호는 가열기(14) 내부의 상부 할로겐 램프(14-1)와 하부 할로겐 램프(14-2)에 가해져서 주기적으로 반복되는 강도를 갖는 열에너지(20)가 발생되고, 발생된 열에너지는 시편(17)을 주기적으로 데우고 식히기를 반복한다.The computer 11 in the control and signal processing unit 3 controls the signal generator 12 to generate a signal having a constant shape such as a sine wave and repeating periodically. The generated periodic signal is amplified to a signal capable of controlling the halogen lamp by the thermal lamp control driver 13-1. The amplified electric signal is applied to the upper halogen lamp 14-1 and the lower halogen lamp 14-2 in the heater 14 to generate thermal energy 20 having a periodically repeated intensity and the generated heat energy is Periodically heat and cool the sample (17) periodically.

가열기(14)에서 발생된 열이 시편(17)을 가열했다 식히기를 반복하면 시편(17)은, 상기 시편(17)의 길이 방향과 폭 방향으로 늘어났다 줄었다를 반복한다. 시편(17)은 위쪽과 아래쪽에 위치한 고정 지지장치(15, 16)에 의해 고정되므로 시편(17)은 열에너지에 의해 길이 방향으로 늘어나는 게 막히므로 그 힘이 시편(17) 내부로 가해진다. 특히, 시편(17) 하부와 상부에 위치한 고정 지지장치(15, 16)의 내부의 하부 스프링 지지부(15-1)와 상부 스프링 지지부(16-1)는 하부의 고정 지지기(15-2)와 상부의 고정 지지기(16-2)기에 고정되어 있고 상·하부 방향으로 일정한 힘으로 시편(17)을 지지하므로, 상·하부의 지지장치(15, 16)는 일정한 힘의 강도로 시편(17)의 길이 방향의 팽창을 막아주고 일정한 힘이 시편(17) 내부를 향하도록 유도한다. 반면, 상·하부의 고정 지지장치(15, 16)는 시편(17)의 앞면과 뒷면 방향으로는 자유롭게 움직일 수 있다.When the heat generated in the heater 14 heats the test piece 17 and the test piece 17 is repeatedly cooled, the test piece 17 is stretched in the longitudinal direction and the width direction of the test piece 17 and is repeated. Since the specimen 17 is fixed by the upper and lower fixed supporting devices 15 and 16, the force of the specimen 17 is applied to the specimen 17 because the specimen 17 is stretched in the longitudinal direction due to thermal energy. Particularly, the lower spring support portion 15-1 and the upper spring support portion 16-1 inside the fixed support devices 15 and 16 located below and above the specimen 17 are fixed to the lower fixed support 15-2, And the upper and lower support devices 15 and 16 are fixed to the upper fixed support device 16-2 and the specimen 17 is supported by the constant force in the upward and downward directions. 17 in the longitudinal direction and guiding the constant force to the inside of the test piece 17. On the other hand, the upper and lower fixed support devices 15 and 16 can freely move in the front and back directions of the specimen 17.

레이저 간섭부(2)의 한 구성인 레이저 스펙클 간섭계(2-1)는 시편(17) 앞면의 수직 방향의 변형형상 영상을 레이저 간섭 영상 형태로 획득하며, 획득된 영상은 제어 및 신호처리부(3)의 컴퓨터(11)에 신호처리 되어 결함 영상이 획득된다.The laser speckle interferometer 2-1, which is a component of the laser interferometer 2, obtains a deformed image in the vertical direction on the front surface of the test piece 17 in the form of a laser interference image, 3) and the defective image is obtained.

레이저 스펙클 간섭계(2-1)는 빔 분할기(22)에서 반사되는 측정용 레이저(21) 빔의 일부를 거울(27)과 빔확산 광학계(28)와 거울(29) 및 빔축소 광학계(30)를 통과한 빔이 빔 분할기(31)에서 반사되어 카메라(32)에 입사되어 기준빔으로 사용된다. 빔 분할기(22)에서 통과된 측정용 레이저(21) 빔의 일부는 거울(23, 25)에서 반사된 후에 빔확산 광학계(26)를 거친 후에 시편(17) 앞면에 조사된다. 조사된 레이저 빔 영상은 빔 분할기(31)를 통과하여 카메라(32)에 측정빔으로 입사된다. 카메라(32)에 맺히는 영상은 기준빔과 측정빔이 간섭된 영상으로 촬상되며, 촬상된 영상은 시편(17)의 앞면 표면에 수직으로 변형되는 변형형상 정보를 담고 있다. 촬상된 영상은 컴퓨터(11)에 의하여 신호처리된 후에 결함 영상이 추출된다.The laser speckle interferometer 2-1 converts a part of the beam of the measurement laser 21 reflected by the beam splitter 22 to a mirror 27, a beam diffusing optical system 28, a mirror 29 and a beam reduction optical system 30 Is reflected by the beam splitter 31, is incident on the camera 32, and is used as a reference beam. A part of the measuring laser 21 beam passed through the beam splitter 22 is reflected on the mirrors 23 and 25 and then irradiated on the front face of the specimen 17 after passing through the beam diffusing optical system 26. [ The irradiated laser beam image passes through the beam splitter 31 and is incident on the camera 32 as a measurement beam. The image formed on the camera 32 is picked up by an image in which the reference beam and the measurement beam are interfered with each other, and the picked-up image contains deformed shape information deformed vertically to the front surface of the specimen 17. The captured image is subjected to signal processing by the computer 11 and a defect image is extracted.

하나의 레이저 간섭 위상 영상을 얻기 위하여 레이저 스펙클 간섭계(2-1)는 위상 이동된 여러 영상을 얻을 수 있다. 컴퓨터(11)에 의해 제어되는 피에조 센서 드라이버(24)에 부착된 피에조 센서(33)를 제어하여 거울(25)을 움직임으로써 레이저 빔의 위상 이동을 이용하여 위상 이동된 여러 간섭 영상을 얻을 수 있다. 예를 들어, 4 버킷(4-bucket) 위상 이동방식으로 레이저 간섭영상을 획득하였다면, 고속으로 4개의 위상 이동(0°, 90°, 180°, 270°)된 간섭영상이 획득되고, 이는 하기의 수학식 1 내지 4에 의해 표현될 수 있다.
In order to obtain one laser interferometric phase image, the laser speckle interferometer (2-1) can obtain various phase shifted images. A plurality of phase shifted interference images can be obtained by using the phase shift of the laser beam by controlling the piezo sensor 33 attached to the piezo sensor driver 24 controlled by the computer 11 to move the mirror 25 . For example, if a laser interference image is obtained by a 4-bucket phase shift method, four phase shift (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) interference images are obtained at high speed, (1) " (4) "

Figure 112012071754977-pat00001
Figure 112012071754977-pat00001

Figure 112012071754977-pat00002
Figure 112012071754977-pat00002

Figure 112012071754977-pat00003
Figure 112012071754977-pat00003

Figure 112012071754977-pat00004
Figure 112012071754977-pat00004

여기서, 수학식 1 내지 4에서, D는 영상의 직류 성분이고, Iac는 (x, y) 위치별 밝기 강도이며, φ는 측정하고자 하는 위상성분이다.Here, in Equations (1) to (4), D is a direct current component of an image, Iac is a brightness intensity of each (x, y) position, and? Is a phase component to be measured.

이들로부터 얻어지는 래핑 위상맵 영상은 하기의 수학식 5에 의해서 얻어진다.
A lapping phase map image obtained from these is obtained by the following equation (5).

Figure 112012071754977-pat00005
Figure 112012071754977-pat00005

래핑 위상맵 영상 Φ(x, y)는 위상펼침(phase unwrapping)(참고: "2D phase unwrapping", D. C. Ghiglia and M. D. Pritt, A Willey-Interscience Publication, 1998)을 실행하여 변이 위상맵 영상을 획득한다. 결함 위상 영상은 기준 변이 위상맵 영상에서 현재 변이 위상맵 영상을 뺌으로써 구해진다.The lapped phase map image Φ (x, y) is obtained by performing phase unwrapping ("2D phase unwrapping", DC Ghiglia and MD Pritt, A Willey-Interscience Publication, 1998) . The defect phase image is obtained by subtracting the current mutation phase map image from the reference mutation phase map image.

도 2에 도시한 레이저 스펙클 간섭계(2-1)는 간섭계 내부에서 생성되는 기준빔과 시편(17)의 표면에서 오는 측정빔을 서로 평행하게 구성하여 변외 변형 형상을 측정하도록 구성하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 변내 변형 형상을 측정하는 레이저 스펙클 간섭계(2-1)도 포함할 수 있다.The laser speckle interferometer 2-1 shown in Fig. 2 is configured to measure the out-of-deformed shape by constructing a reference beam generated inside the interferometer and a measurement beam coming from the surface of the specimen 17 in parallel with each other, The invention is not limited to this, and may also include a laser speckle interferometer 2-1 for measuring an intra-parasitic deformed shape.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원거리 조명을 이용한 열에너지와 레이저 스펙클 간섭계(2-1)를 이용하여 시편(17)의 내부결함 검출을 위한 변내 변형 형상 측정 기반의 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다. 도 3에 도시한 실시예는 도 2에 도시한 실시예와 레이저 간섭계를 제외하고 다른 구성요소는 동일하므로, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다. 도 3의 레이저 간섭계는, 도 2의 레이저 간섭계에서 기준빔을 제거하고 대신에 빔분할기(22)에서 반사된 신호를 거울(27, 29)을 거쳐 빔확산 광학계(26-1)을 거쳐서 기존 상부의 측정빔과는 일정한 각도에서 새로운 측정빔을 시편(17) 표면에 조사하여 두 측정빔의 간섭영상이 카메라에 획득되게 함으로써 측정영상의 면내 변형형상 정보를 측정한다.3 is a schematic diagram of a non-contact type image inspection apparatus based on an in-deformation shape measurement for detecting an internal defect in a specimen 17 using thermal energy and a laser speckle interferometer 2-1 using far-field illumination according to an embodiment of the present invention. Fig. The embodiment shown in FIG. 3 is identical to the embodiment shown in FIG. 2 except for the laser interferometer, and therefore the same reference numerals are used for the same constituent elements, and redundant explanations are omitted. The laser interferometer of Figure 3 removes the reference beam from the laser interferometer of Figure 2 and instead sends the signal reflected by the beam splitter 22 through the mirrors 27 and 29 to the existing top Plane deformed shape information of the measurement image by measuring the interference image of the two measurement beams by irradiating the new measurement beam onto the surface of the specimen 17 at a predetermined angle with respect to the measurement beam of the measurement beam.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉식 열전소자(TE-Peltier)를 이용한 열에너지와 층밀리기 레이저 간섭계(shearography)를 이용하여 시편(17)의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다FIG. 4 is a schematic diagram showing the internal structure of a non-contact type image inspection apparatus for detecting an internal defect of a test piece 17 using a thermal energy and a layer milling laser interferometer using a contact type thermoelectric element (TE-Peltier) according to an embodiment of the present invention. Fig.

도 4를 참조하면, 제어 및 신호처리부(3) 내부의 컴퓨터(11)는 신호발생기(12)를 제어하여 정현파와 같은 일정한 형태를 갖고 주기적으로 반복하는 신호를 생성한다. 생성된 주기 신호는 열전소자 제어드라이버(13-2)에 의하여 냉각판(14-3)에 부착된 열전소자(14-4)를 제어할 수 있는 신호로 증폭된다. 증폭된 전기 신호는 가열부(1)인 가열기(14)의 냉각판(14-3)에 부착된 열전소자(14-4)에 가해져서 주기적으로 반복되는 강도를 갖는 열에너지가 발생되고, 발생된 열에너지는 시편(17)을 주기적으로 데우기와 식히기를 반복한다. 이때 시편(17)과 열전소자는 접촉식으로 부착될 수도 있고, 방열 그리스(thermal grease)와 같이 열전달을 고르게 하는 중간매체를 사이에 두고 접촉될 수 있다.Referring to FIG. 4, the computer 11 in the control and signal processing unit 3 controls the signal generator 12 to generate a signal having a constant shape such as a sine wave and repeating periodically. The generated periodic signal is amplified by the thermoelectric element control driver 13-2 into a signal capable of controlling the thermoelectric element 14-4 attached to the cooling plate 14-3. The amplified electric signal is applied to the thermoelectric element 14-4 attached to the cooling plate 14-3 of the heater 14 as the heating unit 1 so that heat energy having a periodic repetitive intensity is generated, Heat energy repeats the periodic heating and cooling of the specimen (17). At this time, the test piece 17 and the thermoelectric element may be attached in a contact manner, or may be in contact with each other through an intermediate medium such as a thermal grease to uniformize the heat transfer.

가열기(14)에서 발생된 열이 시편(17)을 가열했다 식히기를 반복하면 시편(17)은 상기 시편(17)의 길이 방향과 폭 방향으로 늘어났다 줄었다를 반복한다. 시편(17)은 위쪽과 아래쪽에 위치한 고정 지지장치(15, 16)에 의해 고정되므로 시편(17)은 열에너지에 의해 길이 방향으로 늘어나는 게 막히게 됨으로써 그 힘이 시편(17) 내부로 가해지게 유도된다. 특히, 시편(17) 하부와 상부에 위치한 고정 지지부(15, 16) 내부의 하부 스프링 지지부(15-1)와 상부 스프링 지지부(16-1)는 하부의 고정 지지기(15-2)와 상부의 고정 지지기(16-2)기에 고정되어 있고 상·하부 방향으로 일정한 힘을 가지고 시편(17)을 지지하므로, 상·하부의 지지 장치(15, 16)는 일정한 힘의 강도로 시편(17)의 길이 방향의 팽창을 막아주고 일정한 힘이 시편(17)내부를 향하도록 유도한다. 반면에 상·하부의 고정 지지장치(15, 16)는 시편(17)의 앞면과 뒷면 방향으로는 자유롭게 움직이도록 한다.When the heat generated in the heater 14 heats the test piece 17 and the test piece 17 is repeatedly cooled, the test piece 17 is stretched in the longitudinal direction and the width direction of the test piece 17 and is repeated. Since the specimen 17 is fixed by the upper and lower fixed supporting devices 15 and 16, the specimen 17 is clogged in the longitudinal direction due to thermal energy, and the force is induced to be applied to the specimen 17 . Particularly, the lower spring support portion 15-1 and the upper spring support portion 16-1 in the fixed support portions 15 and 16 located at the lower portion and the upper portion of the specimen 17 are fixed to the lower fixed support portion 15-2, The upper and lower support devices 15 and 16 are fixed to the fixed support 16-2 of the test specimen 17 and support the specimen 17 with a constant force in the upward and downward directions. ) Of the specimen (17) and guiding the constant force to the inside of the specimen (17). On the other hand, the upper and lower fixed support devices 15 and 16 move freely in the front and back directions of the specimen 17.

레이저 간섭부(2)의 한 구성인 레이저 층밀리기 간섭계(2-2)는 시편(17) 앞면의 기울기 변형형상 영상을 레이저 간섭 영상 형태로 획득하며, 획득된 영상은 제어 및 신호처리부(3)의 컴퓨터(11)에 신호처리 되어 결함 영상이 획득된다.The laser interferometer 2-2, which is a component of the laser interferometer 2, obtains a tilted image of the specimen 17 in the form of a laser interference image, And the defective image is obtained.

레이저 층밀리기 간섭계(2-2)는 측정용 레이저(21)의 레이저 빔을 빔강도 조절기(41)와 빔확산 광학계(26)를 거쳐서 확산된 빔을 시편(17) 앞면에 조사한다. 조사된 시편(17) 앞면의 영상은 빔분할기(42)를 거쳐서 투과된 빔과 반사된 빔으로 분할된다. 빔분할기(42)에서 투과된 빔은 일정각도 θ로 기울어진 거울(43)에 반사되고 다시 빔 분할기(42)에서 반사되어 카메라(32)로 입사되는 입사빔 1이 되고, 반사된 빔은 피에조 센서(45)에 의해 위상 이동이 가능한 거울(44)에서 반사된 후에 빔분할기(42)를 투과하여 카메라에 입사하는 입사빔 2가 되어, 카메라에는 입사빔 1과 입사빔 2의 간섭신호가 촬상된다. 카메라에 촬상되는 간섭영상은 시편(17)의 앞면의 기울기 변형 영상정보를 담고 있다. 카메라에 촬상된 간섭 영상은 컴퓨터(11)에 의하여 신호처리된 후에 결함 영상이 추출된다.The laser layer milling interferometer 2-2 irradiates the laser beam of the measuring laser 21 onto the front face of the specimen 17 with the beam diffused through the beam intensity controller 41 and the beam diffusing optical system 26. [ The image on the front surface of the irradiated specimen 17 is divided into a beam transmitted through the beam splitter 42 and a reflected beam. The beam transmitted by the beam splitter 42 is reflected by a mirror 43 tilted at a certain angle? And is then reflected by the beam splitter 42 to become an incident beam 1 incident on the camera 32. The reflected beam is transmitted through a piezo Is reflected by a mirror 44 capable of being phase-shifted by a sensor 45 and then transmitted through a beam splitter 42 to be incident on a camera. The interference signal of the incident beam 1 and the incident beam 2 is imaged do. The interference image picked up by the camera contains the tilt-deformed image information on the front surface of the test piece 17. The interference image picked up by the camera is subjected to signal processing by the computer 11, and a defect image is extracted.

하나의 레이저 간섭 위상 영상을 얻기 위하여 레이저 층밀리기 간섭계(2-2)는 위상 이동된 여러 영상을 얻을 수 있다. 컴퓨터(11)에 의해 제어되는 피에조 센서 드라이버(24)에 부착된 피에조 센서(45)를 제어하여 거울(44)을 움직임으로써 레이저 빔의 위상 이동을 이용하여 위상 이동된 여러 간섭 영상을 얻을 수 있다. 위상 이동된 간섭영상으로부터 위상 영상을 얻는 방법은 도 2의 레이저 스펙클 간섭계(2-1)의 원리와 동일하다. 다만 층밀리기 간섭계는 얻어지는 영상이 기울기 영상이므로 차후에 적분과정만이 추가될 뿐이다.In order to obtain one laser interferometric phase image, the laser interferometer 2-2 can obtain various phase shifted images. A plurality of phase shifted interference images can be obtained by using the phase shift of the laser beam by controlling the piezo sensor 45 attached to the piezo sensor driver 24 controlled by the computer 11 to move the mirror 44 . The method of obtaining the phase image from the phase-shifted interference image is the same as the principle of the laser speckle interferometer 2-1 of Fig. However, since the obtained image is a slope image, only the integration process is added to the layer-milling interferometer.

여기서, 도 2와 도 3의 가열 장치인 열램프 제어드라이버(13-1)와 상·하부의 할로겐 램프(14-1, 14-2)는 도 4의 가열 장치인 열전소자 제어드라이버(13-2)와 냉각판(14-3) 및 열전소자(14-4)로 대체될 수 있다. 마찬가지로 도 4의 가열장치인 열전소자 제어드라이버(13-2)와 냉각판(14-3) 및 열전소자(14-4)는 도 2와 도 3의 가열 장치인 열램프 제어드라이버(13-1)와 상·하부의 할로겐 램프(14-1, 14-2)로 대체될 수 있다.
Here, the heat lamp control driver 13-1 and the halogen lamps 14-1 and 14-2, which are the heating apparatuses of FIGS. 2 and 3, are connected to the thermoelectric-element control driver 13- 2, the cooling plate 14-3 and the thermoelectric element 14-4. Similarly, the thermoelectric element control driver 13-2, the cooling plate 14-3, and the thermoelectric element 14-4, which are the heating apparatus of FIG. 4, are the same as the heating lamp control driver 13-1 And the upper and lower halogen lamps 14-1 and 14-2.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 열에너지 발생장치에 인가되는 입력전압의 신호파형의 일 예를 보여주는 그래프이다. 도 5에 도시한 바와 같이 정현파 형태의 열 강도로 시편(17)을 가열하였을 경우, 특정 위치에서 결함 정보가 효과적으로 검출될 수 있다. 그러므로 본 발명에서 결함 정보가 효과적으로 검출되는 특정 구간의 영상을 화면에 보여주기를 함으로써 사용자가 결함을 실시간으로 관측할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시한 바와 같이, 10초 주기로 반복되는 정현파 열강도 신호에서 기준 영상을 (0) 위치에서 잡을 경우, 입력 전압이 V1과 V2사이 위치에서 결함 영상이 효과적으로 관찰된다. 그러므로 사용자는 V1과 V2사이에서 측정되는 영상을 화면에 보여주기 함으로써 사용자가 검사과정에서 결함 영상을 눈으로 확인할 수 있도록 한다.
FIG. 5 is a graph showing an example of a signal waveform of an input voltage applied to a thermal energy generating apparatus according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. As shown in Fig. 5, when the specimen 17 is heated with a sinusoidal heat intensity, defect information can be effectively detected at a specific position. Therefore, in the present invention, a user can observe a defect in real time by displaying an image of a specific section in which defect information is effectively detected on the screen. For example, as shown in FIG. 5, when a reference image is held at a position (0) in a sinusoidal toughness toughness signal repeated at a cycle of 10 seconds, a defect image is effectively observed at an input voltage between V1 and V2. Therefore, the user can visually check the defective image during the inspection process by displaying the image measured between V1 and V2 on the screen.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 열에너지와 레이저 간섭계를 이용하여 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 신호처리 순서도이다.6 is a signal processing flowchart of a contactless image inspection apparatus for detecting an internal defect of a specimen using active thermal energy and a laser interferometer according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 컴퓨터(11)는 가열기(14)에 입력되는 전압을 A/D변환기를 사용하여 실시간으로 감시할 수 있다(S1). 그리고 입력전압이 설정 전압 값이 되면(S2), 사용자는 특정 설정위치에서 기준 프린지 간섭영상을 획득할 수 있다(S3). 획득된 기준 프린지 간섭영상으로부터 수학식 5를 사용하여 기준 위상맵을 획득하고(S4), 위상맵을 펼침으로써 펼쳐진 기준 위상 영상을 획득할 수 있다. 상세하게는, 컴퓨터(11)는 기준 위상맵이 획득되면(S4), 프린지 영상획득 및 입력전압을 획득하고(S5), 고속으로 연속적이고 반복적으로 새로운 위상맵을 얻어서 기준 위상맵을 뺌으로써 차분 위상맵을 획득한다(S6). 얻어진 차분 위상맵은 위상펼침을 실행하여 펼쳐진 위상맵을 획득할 수 있다(S7). 다음으로, 펼쳐진 위상맵은 신호 필터링을 거쳐서 결함 영상이 획득된다(S8). 현재의 결함 영상이 사용자가 설정한 결함보여주기 설정 내의 구역이면(열강도 제어용으로 입력되는 전압이 보여주기 설정값 이내 구역이면)(S9), 화면보여주기를 수행한다(S10).Referring to FIG. 6, the computer 11 can monitor the voltage input to the heater 14 in real time using an A / D converter (S1). When the input voltage reaches the set voltage value (S2), the user can obtain the reference fringe interference image at the specific setting position (S3). From the obtained reference fringe interference image, a reference phase map is obtained using Equation (5) (S4), and the expanded reference phase image can be obtained by spreading the phase map. In detail, when the reference phase map is obtained (S4), the computer 11 acquires the fringe image and acquires the input voltage (S5), obtains a new phase map continuously and repeatedly at high speed, And acquires a phase map (S6). The obtained differential phase map can be subjected to phase spreading to obtain an expanded phase map (S7). Next, the expanded phase map is subjected to signal filtering to obtain a defective image (S8). If the current defective image is within the defect display setting set by the user (if the voltage input for tangential control is within the display setting value) (S9), the screen is displayed (S10).

컴퓨터(11)는 이와 같은 신호처리 과정을 반복함으로써 결함 영상 정보를 효과적으로 추출할 수 있다.The computer 11 can effectively extract the defective image information by repeating such a signal processing process.

신호 필터링 과정(S8)은 도 6에 도시한 바와 같이 위상이 펼쳐진 위상 영상에 대하여 주파수 변환(예를 들어, 푸리에 변환(Fourier transform))을 수행한 다음에(S81), 주파수 영역에서 대역통과 필터링을 수행한다(S82). 주파수 영역에서 적용되는 대역통과 필터는 결함정보 부분을 강조하여 추출하기 위한 필터로써 사용자가 설정하는 하단부 주파수 f1과 상단부 주파수 f2 사이의 주파수 성분만을 통과 시키는 필터이다. 대역통과 필터링 된 신호는 역주파수 변환(inverse-Fourier transform) 후(S83), 저주파통과 필터링(smoothing filtering)이 적용된다(S84). 저주파통과 필터는 평균화(smoothing) 필터 혹은 메디안(median) 필터로 수행할 수 있다. 주파수 영역에서 사용되는 대역통과 필터는 결함 정보는 보존하면서 시편(17)의 전체적인 변형정보를 제거하는 효과가 있다. 그리고 시간영역에서 사용되는 저주파통과 필터는 임펄스 패턴의 스파이크(spike) 노이즈와 같은 스펙클 간섭에서 자주 발생할 수 있는 노이즈 제거 기능을 수행한다.The signal filtering process S8 is performed by performing a frequency transformation (for example, a Fourier transform) on the phase-expanded phase image as shown in FIG. 6 (S81) (S82). The bandpass filter applied in the frequency domain is a filter for emphasizing and extracting a defect information part and passing only the frequency component between the lower end frequency f1 and the upper end frequency f2 set by the user. The band-pass filtered signal is subjected to inverse-Fourier transform (S83), and low-pass filtering is applied (S84). The low pass filter can be performed with a smoothing filter or a median filter. The bandpass filter used in the frequency domain has the effect of eliminating the entire deformation information of the test piece 17 while preserving the defect information. The low-pass filter used in the time domain performs a noise elimination function, which can often occur in speckle interference such as spike noise of an impulse pattern.

도 7은 도 6의 a1 부분을 대체하는 신호처리 순서도로써, 위상이 펼쳐진 위상영상에서 저주파 성분만을 제거하는 방법으로 결함영상을 추출하여 매 측정 시 마다 차례로 한번씩 누적함으로써 시편내부의 결함영상을 추출하는 신호처리 순서도이다.FIG. 7 is a signal processing flowchart for replacing the portion a1 in FIG. 6, in which a defective image is extracted by removing only low-frequency components from a phase-expanded phase image, Fig.

구체적으로, 컴퓨터(11)는 도 6의 위상펼침 영상(S7)에 대해 원본영상 Oi 를 복사한다(S91). 그리고 위상펼침 영상(S7)에 대해 스무딩 필터(smoothing filter)와 같은 저주파통과 필터를 적용하여 저주파 영상 Li를 생성한다(S92). 그리고 나서 원본영상 Oi에서 저주파 영상 Li를 뺌으로써 차분영상 Di(여기서 Di= Oi-Li)를 생성한 다음에(S93), 이를 누적버퍼에 누적시켜 누적평균화된 영상을 생성한다(S94). 매 측정 시 마다 컴퓨터(11)는 차례로 한번씩 누적평균화된 영상을 생성하고 정규화된 누적영상을 화면에 보여줌으로써 사용자가 눈으로 결함영상을 인식하게 한다(S95).
Specifically, the computer 11 copies the original image Oi to the phase-unfolding image S7 of Fig. 6 (S91). A low-pass filter such as a smoothing filter is applied to the phase-unfolded image S7 to generate a low-frequency image Li (S92). Then, the difference image Di (where Di = Oi-Li) is generated by subtracting the low-frequency image Li from the original image Oi (S93), and the accumulated difference image Di is accumulated in the accumulation buffer to generate a cumulatively averaged image (S94). At every measurement, the computer 11 generates a cumulative averaged image one by one, and displays the normalized cumulative image on the screen, thereby allowing the user to recognize the defective image with eyes (S95).

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치의 성능 실험을 위하여 제작한 시편(17)의 도면이다. 시편(17)은 금속 플레이트 3장을 에폭시 금속 접착제를 사용하여 부착시켜 형성한다. 도면 상에서 맨 뒤쪽 판은 알루미늄 판으로 크기는100㎜×33㎜×0.5㎜이다. 중앙부 판은 텅스텐 판으로 크기는 100㎜×33㎜×1.0㎜이다. 앞쪽 판은 알루미늄 판으로 크기는100㎜×33㎜×0.5㎜이다. 중앙부 판과 앞쪽 판 사이에는 박리(delamination) 결함을 생성하기 위하여, 도면 상에서 두 개의 점선 사각형으로 도시한 바와 같이 모서리가 둥근 사각형 모양이고 5㎜×5㎜ 크기와 3㎜×3㎜ 크기로 접착제를 칠하지 않았다.
FIG. 8 is a view of a specimen 17 prepared for the performance test of a non-contact type image inspection apparatus for detecting an internal defect of a specimen according to an embodiment of the present invention. The test piece 17 is formed by attaching three metal plates using an epoxy metal adhesive. The rearmost plate on the drawing is an aluminum plate, and its size is 100 mm x 33 mm x 0.5 mm. The center plate is a tungsten plate and its size is 100 mm x 33 mm x 1.0 mm. The front plate is an aluminum plate and the size is 100 mm x 33 mm x 0.5 mm. In order to create a delamination defect between the center plate and the front plate, as shown by two dotted rectangles in the drawing, a square shape with rounded corners and having a size of 5 mm × 5 mm and a size of 3 mm × 3 mm I did not paint.

도 9는 본 발명의 일 실시예인 도 2에 따른 고정 스프링 지지부(15-1, 16-1)에 장착된 내부결함 시편(17)에 대해 4번째 한 주기 동안에 위상펼침 영상의 도면이고, 도 10 은 도 9의 위상펼침 영상에 대해서 도 6의 신호 필터링 후의 도면이고, 도 11은 도 10의 위상펼침 영상에서 결함부 영역을 정규화 시킨 영상이다. 그리고 도 12는 도 2에서 내부결함 시편(17)을 지지하는 고정 스프링 지지부(15-1, 16-1)의 한쪽인 아래쪽을 부드러운 스폰지 지지부로 변경 후에 입력되는 전압신호의 4번째 한 주기 동안의 위상펼침 영상의 도면이고, 도 13 은 도 12의 위상펼침 영상에 대한 신호 필터링 후의 영상 도면이고, 도 14는 도 13의 위상펼침 영상에서 결함부 영역을 정규화 시킨 영상 도면이다. 이때 기준영상은 도 4의 (0) 부분에서 획득하였다.FIG. 9 is a view of a phase-spread image during a fourth cycle with respect to the internal defect sample 17 mounted on the fixing spring supporter 15-1, 16-1 according to an embodiment of the present invention, FIG. 11 is a view obtained by normalizing the defect region in the phase spread image of FIG. 10, and FIG. FIG. 12 is a view showing a state in which the lower portion of one of the fixing spring supporting portions 15-1 and 16-1 supporting the inner defect specimen 17 in FIG. 2 is changed to a soft sponge supporting portion, FIG. 13 is a view of the phase-unfolded image, FIG. 13 is a view after signal filtering for the phase-unfolded image of FIG. 12, and FIG. 14 is an image of a normalized defect region in the phase-unfolded image of FIG. At this time, the reference image was obtained in the (0) portion of FIG.

도 9 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 결함 영상은 일정 주기의 특정 부분에서 주로 관측되었다. 예를 들어, 입력 전압의 최소값 위치에서 기준 값을 획득하면 입력전압의 최소값 위치에서 우수한 결함 정보를 제공하고, 만약 입력전압의 최대값 위치에서 결함 정보를 획득하면 최대값 위치 부근에서 우수한 결함 정보를 제공함을 알 수 있다. 또한 도 9 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 일정한 힘으로 길이 방향의 변형을 막아주는 지지부(4)는 우수한 결함 정보를 효과적으로 제공함을 알 수 있다.As shown in Figs. 9 to 14, the defective image is mainly observed at a specific portion of a certain period. For example, obtaining the reference value at the minimum value position of the input voltage provides excellent defect information at the minimum value position of the input voltage, and if the defect information is obtained at the maximum value position of the input voltage, . As shown in FIGS. 9 to 14, it can be seen that the support 4, which prevents deformation in the longitudinal direction with a constant force, effectively provides excellent defect information.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 스프링 지지부에 장착된 시편(17)에 대해 측정한 위상 영상에서 신호처리 후 결함부 영역을 정규화 시킨 영상들 중에서 사용자가 설정한 구역 내 영상들을 평균화한 평균영상의 도면이다. 그리고 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 7의 신호처리 결과로써, 가열기의 1주기 동안에 획득한 위상영상들에 대해 도 7의 신호처리를 적용하여 추출한 결함이 강조된 영상들을 누적 평균화 한 다음 이를 정규화 하여 보여준 결함이 강조된 누적영상 도면이다. 도 15와 도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 비접촉식 비파괴 영상 검사 방법에 따르면, 결함 정보를 효과적으로 보여줄 수 있음을 알 수 있다.
FIG. 15 is a graph illustrating a result obtained by normalizing the in-zone images set by the user among the images obtained by normalizing the defect region after signal processing in the phase image measured with respect to the specimen 17 mounted on the fixing spring support according to the embodiment of the present invention It is a drawing of the average image. FIG. 16 is a signal processing result of FIG. 7 according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, phase images obtained during one cycle of the heater are cumulatively averaged It is a cumulative image drawing emphasizing the defect shown by normalization. Referring to FIGS. 15 and 16, it can be seen that defect information can be effectively displayed according to the non-contact type non-destructive image inspection method according to the present embodiment.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스프링 지지부(15-1, 16-1)는 열에너지에 의해 변형되는 판상 시편(17)의 변형량이 시편(17) 내부로 가해지도록 유도하고, 특히, 결함부(18)에서 스트레인 분포를 강하게 함으로서 결함 검사과정에서 검출 분해능이 향상된 내부결함 영상을 더욱 선명히 제공한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열을 가해주는 가열주기 중에서 일정영역 부분 시간 동안의 데이터만을 결함 추출 정보로 활용함으로써 검사 과정에서 결함 영상을 실시간으로 화면에 보여줄 수 있어서 사용자는 눈으로 결함 영상을 확인할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주파수 영역에서 동작되는 대역통과 필터는 시편(17)의 변형 정보 속에 포함되어 있는 결함 정보 영상을 효과적으로 추출함으로써 결함의 검출 효율성을 높이고, 이 기능은 고속 실시간 신호처리가 가능하여 결함 영상의 실시간 보여주기 기능도 가능하게 한다.According to an embodiment of the present invention, the spring support portions 15-1 and 16-1 guide the deformation amount of the plate-like specimen 17 deformed by the thermal energy to the inside of the specimen 17, 18), it is possible to more clearly provide an internal defect image with improved detection resolution in the defect inspection process. Also, according to an embodiment of the present invention, defective images can be displayed in real time in the inspection process by using only data for a partial time period of a certain area in the heating cycle for applying heat as defect extraction information, You can check the image. According to an embodiment of the present invention, a bandpass filter operated in the frequency domain effectively extracts a defect information image included in the deformation information of the test piece 17, thereby improving the efficiency of detecting a defect. It is possible to display the defect image in real time.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 위상영상에서 저주파 성분만을 제거한 후에 이를 누적하여 누적평균화한 영상은 결함영상 정보를 효과적으로 제공한다.Also, according to an embodiment of the present invention, an image obtained by removing only low-frequency components from a phase image and accumulating and cumulatively averaging the low-frequency components is effectively provided with defective image information.

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 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention belongs. Therefore, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the above-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.

1: 가열부
2: 레이저 간섭부
2-1: 레이저 스펙클 간섭계
2-2: 레이저 층밀리기 간섭계
3: 제어 및 신호처리부
4: 지지부
11: 컴퓨터
12: 신호발생기
13: 제어드라이버
14: 가열기
13-1: 열램프 제어드라이버
13-2: 열전소자 제어드라이버
14-1: 상부 열발생 램프
14-2: 하부 열발생 램프
14-3: 냉각판
14-4: 열전소자
15: 하부 지지장치
15-1: 하부 스프링 지지부
15-2: 하부 고정 지지기
16: 상부 지지장치
16-1: 상부 스프링 지지부
16-2: 상부 고정 지지기
17: 시편
18: 내부결함
19: 레이저 간섭계
20: 열에너지
21: 측정용 레이저
22, 31: 빔 분할기
23, 25, 27, 29: 거울
24: 피에조 센서 드라이버
26, 28: 빔확산 광학계
30: 빔축소 광학계
26-1: 빔확산 광학계
32: 카메라
33, 45: 피에조 센서
41: 빔강도조절기
42: 빔분할기
43, 44: 거울
1: heating section
2: Laser interferometer
2-1: Laser speckle interferometer
2-2: Laser layer milling interferometer
3: Control and signal processing section
4: Support
11: Computer
12: Signal generator
13: Control Driver
14: heater
13-1: Thermal lamp control driver
13-2: Thermoelectric device control driver
14-1: Top heat generating lamp
14-2: Lower heat generating lamp
14-3: Cooling plate
14-4: Thermoelectric element
15: Lower support device
15-1: Lower spring support
15-2: Lower fixed support
16: upper support device
16-1: Upper spring support
16-2: Upper Fixing Supporting Machine
17: The Psalms
18: Internal defect
19: Laser interferometer
20: Thermal energy
21: Measurement laser
22, 31: beam splitter
23, 25, 27, 29: mirror
24: Piezo sensor driver
26, 28: beam spreading optical system
30: Beam reduction optical system
26-1: beam diffusion optical system
32: Camera
33, 45: Piezo sensor
41: beam intensity controller
42: beam splitter
43, 44: mirror

Claims (8)

시편의 일면에 정현파 형태로 열 강도의 세기가 일정 형태로 주기적으로 반복되는 열에너지를 조사하는 가열부;
상기 시편의 길이 방향에서 윗면과 아랫면에 위치하여 상기 시편의 위쪽 방향과 아래쪽 방향에 대해서 고정하도록 일정한 힘으로 상기 시편을 지지하여 상기 시편이 열에너지에 의해 늘어날 때, 상기 시편이 길이 방향으로 늘어나는 것을 방지하도록 고정하고 내부에 스프링을 포함하는 스프링 지지부;
상기 시편에서 상기 열에너지가 가해지는 면과 다른 면에 대해서 레이저 간섭영상을 생성하는 레이저 간섭부; 및
상기 레이저 간섭부에서 생성된 레이저 간섭영상으로부터 결함형상인 위상 영상을 추출하는 신호처리 기능과 화면보여주기 기능 및 상기 가열부의 제어를 담당하는 제어 및 신호처리부;
를 포함하는 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치.
A heating unit for irradiating thermal energy on one surface of the specimen in the form of a sinusoidal wave periodically repeating the intensity of the thermal intensity in a predetermined form;
The test piece is held on the upper and lower surfaces in the longitudinal direction of the test piece to support the test piece with a predetermined force so as to be fixed with respect to the upward and downward directions of the test piece to prevent the test piece from being stretched in the longitudinal direction when the test piece is stretched by thermal energy. A spring support which is fixed to the base and includes a spring therein;
A laser interferometer for generating a laser interference image on a surface different from a surface to which the thermal energy is applied in the specimen; And
A signal processing function for extracting a phase image, which is a defect shape, from a laser interference image generated by the laser interfering unit, a screen displaying function, and a control and signal processing unit for controlling the heating unit;
For detecting an internal defect of a specimen.
제1항에 있어서,
상기 가열부는 접촉식 가열장치 또는 비접촉식 가열장치를 포함하는 비접촉식 영상 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the heating unit includes a contact type heating device or a non-contact type heating device.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 레이저 간섭부는,
상기 시편의 변내 변형 혹은 변외 변형 간섭영상을 생성할 수 있는 레이저 스펙클 간섭계, 또는, 상기 시편의 기울기 변형 형상 간섭영상을 얻을 수 있는 레이저 층밀리기 간섭계를 포함하는 레이저 간섭계를 포함하는 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the laser interferometer comprises:
A laser interferometer capable of generating an in-deformation or out-of-plane interference image of the specimen, or a laser interferometer capable of obtaining a tilted deformation interfering image of the specimen, A contactless image inspection device for detection.
제1항에 있어서,
상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고,
상기 컴퓨터는 레이저 간섭영상에 대해 위상이 펼쳐진 위상 영상을 얻으며, 상기 얻어진 위상 영상에 대해서 주파수 변환을 수행하고 주파수 영역에서 대역통과 필터링 및 역주파수 변환을 수행하는 신호처리기능을 포함하는 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control and signal processing section comprises a computer,
Wherein the computer includes a signal processing function for obtaining a phase-expanded phase image with respect to the laser interference image, performing a frequency transformation on the obtained phase image, and performing band-pass filtering and inverse frequency transformation on the frequency domain, A contactless image inspection device for detection.
제1항에 있어서,
상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고,
상기 컴퓨터는 상기 가열부에 인가되는 입력 신호를 실시간으로 감시하고, 사용자가 선정하는 특정 입력신호 위치에서 기준 레이저 간섭영상을 획득하며, 사용자가 설정하는 입력신호 범위에서 레이저 간섭영상을 획득하고 신호처리하여 결함 영상을 획득한 후에 이를 화면에 보여주는 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control and signal processing section comprises a computer,
The computer monitors the input signal applied to the heating unit in real time, acquires a reference laser interference image at a specific input signal position selected by the user, acquires a laser interference image in an input signal range set by the user, And then displaying the defect image on the screen after the defect image is acquired.
제1항에 있어서,
상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고,
상기 컴퓨터는 주기적으로 동일한 형태를 반복하는 가열부의 입력신호에서 사용자가 설정한 입력신호 범위에서 획득한 결함 위상 영상을 누적 평균화하여 결과를 화면에 보여주는 기능을 포함하는 시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control and signal processing section comprises a computer,
The computer periodically cumulatively averages the defective phase images acquired in the input signal range set by the user in the input signal of the heating unit repeating the same form and displays the result on the screen, the non-contact type image Inspection device.
제1항에 있어서,
상기 제어 및 신호처리부는 컴퓨터를 포함하고,
상기 컴퓨터는 레이저 간섭영상으로부터 시편의 변형 위상 영상을 획득하고, 획득한 변형영상에 대해 저주파 성분을 제거한 다음에 이를 매 측정시 마다 차례로 누적하여 누적평균화 영상을 생성함으로써 결함정보 부분이 강조된 영상을 보여주는 기능을 포함하는
시편의 내부결함 검출을 위한 비접촉식 영상 검사 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the control and signal processing section comprises a computer,
The computer obtains a deformed phase image of the specimen from the laser interference image, removes the low frequency component from the obtained deformed image, and accumulates the degenerated phase image sequentially after every measurement to generate a cumulative averaged image. Function
A contactless image inspection system for detecting internal defects of a specimen.
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