KR101468316B1 - 곡면탐상용 초음파탐촉장치 - Google Patents

곡면탐상용 초음파탐촉장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 곡면탐상용 초음파탐촉장치에 관한 것으로서, 케이스부; 상기 케이스부에 수용되며, 초음파를 송신하거나 수신하는 초음파부; 상기 케이스부에 수용되며, 유체를 공급하는 공급부; 상기 케이스부에 장착되며, 초음파를 통과시키며, 상기 공급부로부터 공급되는 유체가 시험편의 표면에 도포되도록 시험편의 표면에 접촉한 상태로 회전하는 회전자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 곡면을 구비하는 시험편 내부의 결함 등을 용이하게 검출하는 동시에 탐상시험에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 곡면탐상용 초음파탐촉장치가 제공된다.

Description

곡면탐상용 초음파탐촉장치{ULTRASONIC PROBE APPARATUS FOR DETECTING CURVED SURFACE}
본 발명은 곡면탐상용 초음파탐촉장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡면을 구비하는 시험편 내부의 결함 등을 용이하게 검출하는 동시에 탐상시험에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 곡면탐상용 초음파탐촉장치에 관한 것이다.
일반적으로 일상생활에서 사용되는 가스배관이나, 조형물, 놀이기구 등 사람들의 안전과 관련된 구조물들은 주로 곡면으로 형성되어 있으며, 이러한 곡면 구조물을 검사하기 위한 방법으로 전자기장을 이용한 탐촉장치가 많이 이용되고 있다.
그러나, 이러한 전자기장을 이용한 탐촉장치는 분해능이 좋지 못하여, 구조물 내부의 결함 등을 정확하게 검출할 수가 없었다.
따라서, 전자기장을 이용하는 탐촉장치에 비해 분해능이 뛰어난 초음파탐촉장치를 이용하여 곡면의 시험편을 탐상하려는 시도가 있었다.
초음파탐촉장치란, 시험편에 초음파를 전달하여 시험편 내부에 존재하는 결함 등으로부터 반사되는 초음파의 신호를 분석함으로써 시험편 내부의 결함 등을 검출하는 장치이다.
이러한 초음파탐촉장치에 필수적으로 사용되는 초음파발생부는 대부분 판형으로 제작되었기 때문에, 곡면의 시험편을 탐상하기 위해서는 초음파발생부를 곡면으로 제작하는 것이 요구되었다.
그러나, 초음파발생부를 곡면으로 제작하는 것은 기술적으로 매우 힘들며, 또한, 초음파가 집속되는 지점을 맞추어 제작하는 것이 매우 까다로웠다.
한편, 초음파탐촉장치를 이용하여 시험편을 탐상하는 경우에, 시험편의 상면에 접촉매질(커플런트)을 도포해야한다. 초음파발생부를 시험편에 그대로 접촉시켜 초음파를 발생시키면, 초음파발생부와 시험편 사이에 존재하는 공기로 인하여 초음파발생부에서 발생되는 초음파가 시험편 내부로 원활하게 전달되지 못하고, 시험체의 표면에서 반사되기 때문이다.
따라서, 종래에는 초음파탐촉장치를 시험편에 접촉시키기 전에 접촉매질을 시험편의 상면에 도포하는 과정이 필수적으로 요구되었으며, 이와 같은 도포과정 때문에 시험편을 탐상하는데 많은 시간이 소요되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초음파를 송신하거나 수신하는 초음파부와 유체를 공급하는 공급부와 시험편의 표면에 접촉한 상태로 회전하는 회전자를 이용하여, 곡면을 구비하는 시험편 내부의 결함 등을 용이하게 검출하는 동시에 탐상시험에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 곡면탐상용 초음파탐촉장치를 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 케이스부; 상기 케이스부에 수용되며, 초음파를 송신하거나 수신하는 초음파부; 상기 케이스부에 수용되며, 유체를 공급하는 공급부; 상기 케이스부에 장착되며, 초음파를 통과시키며, 상기 공급부로부터 공급되는 유체가 시험편의 표면에 도포되도록 시험편의 표면에 접촉한 상태로 회전하는 회전자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면탐상용 초음파탐촉장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 케이스부는, 상기 초음파부를 수용하며, 상기 초음파부와 결합되도록 내면에 나사산이 형성되는 제1수용부; 상기 제1수용부에서 연장되며, 상기 공급부를 수용하며, 단부에는 상기 회전자가 장착되는 장착홈이 형성되는 제2수용부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 공급부는 상기 회전자로 공급되는 유체를 임시적으로 저장하도록 상기 회전자 측으로 갈수록 좁아지는 저장공간을 형성하며, 단부에는 상기 장착홈과 연결되는 개구부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 공급부에 수용되며, 상기 초음파부가 송신하는 초음파를 시험편의 표면에 집속시키도록 단부가 곡면으로 형성되는 집속부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초음파부, 상기 회전자, 상기 공급부 중 적어도 하나는 상기 케이스부로부터 탈착 가능하며, 상기 집속부는 상기 저장공간으로부터 탈착 가능할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초음파를 송신하거나 수신하는 초음파부와 유체를 공급하는 공급부와 시험편의 표면에 접촉한 상태로 회전하는 회전자를 이용하여, 곡면을 구비하는 시험편 내부의 결함 등을 용이하게 검출하는 동시에 탐상시험에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 곡면탐상용 초음파탐촉장치가 제공된다.
또한, 내면에 나사산이 형성되는 제1수용부를 이용하여, 초음파부를 케이스부에 용이하게 고정할 수 있다.
또한, 회전자 측을 향하여 좁아지는 저장공간을 형성하는 공급부를 이용하여 회전자에 유체를 용이하게 공급할 수 있다.
또한, 단부가 곡면으로 형성되는 집속부를 이용하여 초음파를 시험편의 표면에 용이하게 집속시킬 수 있다.
또한, 케이스부로부터 탈착이 가능한 초음파부, 회전자, 공급부 및 저장공간으로부터 탈착이 가능한 집속부를 이용하여, 마모된 회전자를 용이하게 교체할 수 있으며, 유체를 공급부에 용이하게 충진할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 사시도이고,
도 2는 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 분해 사시도이고,
도 3은 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 단면도이고,
도 4는 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 도포 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 초음파 집속 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
설명에 앞서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일실시예에서 설명하기로 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 곡면탐상용 초음파탐촉장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시에예 따른 곡면탐상용 초음파탐촉장치(100)는 케이스부(110)와 초음파를 송신하거나 수신하는 초음파부(120)와 유체를 공급하는 공급부(130)와 시험편(t)의 표면에 접촉한 상태로 회전하는 회전자(140)와 초음파를 집속하는 집속부(150)를 포함한다.
상기 케이스부(110)는 후술하는 초음파부(120)를 수용하는 제1수용부(111)와 후술하는 공급부(130)를 수용하며 후술하는 회전자(140)가 장착되는 제2수용부(112)를 포함한다.
상기 제1수용부(111)는 후술하는 초음파부(120)를 수용하며, 초음파부(120)와 용이하게 결합되도록 내면에 나사산이 형성된다. 초음파부(120)는 고가의 장치이며, 충격에 약하기 때문에 제1수용부(111)로부터 분리되어 파손되는 것을 방지할 필요성이 있다. 따라서 초음파부(120)의 외면에는 제1수용부(111)의 내면에 형성되는 나사산과 대응되는 나사골이 형성되어 제1수용부(111)와 나사결합의 형태로 고정된다.
또한, 제1수용부(111)와 초음파부(120)는 상술한 나사결합의 형태로 상호 결합 되기 때문에, 초음파부(120)를 제1수용부(111)로부터 탈착하는 것이 용이하다.
상기 제2수용부(112)는 제1수용부(111)에서 연장되며, 후술하는 공급부(130)를 수용하며, 단부에는 후술하는 회전자(140)가 장착되는 장착홈(g1)이 형성된다. 또한, 제2수용부(112)는 후술하는 회전자(140)가 시험편(t)과 접촉하여 이동하는 경우, 시험편(t)과의 간섭을 줄이기 위해, 제1수용부(111)에서 연장되는 부분부터 회전자(140)가 장착되는 장착홈(g1)의 부분으로 갈수록 폭이 감소하도록 제작된다.
상기 초음파부(120)는 초음파를 발생시켜 시험편(t) 측으로 송신하거나, 시험편(t) 측에서 반사되어 되돌아오는 초음파를 수신한다.
초음파부(120)에서 초음파가 발생되는 원리는 피에조방식, 자기변형발진방식 등이 사용되는데, 일반적으로 탐상용에 이용되는 방식은 피에조방식이다. 피에조 방식은 압전소자의 압전현상을 이용하여 초음파를 발생시키는 것이다. 압전현상이란, 압전소자의 결정의 비대칭성에 의해 생긴 영구 쌍극자를 매개로한 에너지의 변환(기계적 에너지와 전기적 에너지의 변환)현상을 의미한다.
한편, 상술한 바와 같이, 초음파부(120)는 고가의 장치이며, 충격에 약하기 때문에 제1수용부(111)로부터 분리되어 파손되는 것을 방지할 필요성이 있다. 따라서, 초음파부(120)가 제1수용부(111)에 안전하게 고정되도록, 초음파부(120)의 외면에는 나사골이 형성되어 제1수용부(111)의 나사산과 결합된다.
상기 공급부(130)는 후술하는 회전자(140)가 회전하면서 접촉되는 시험편(t)의 상면에 유체를 도포하도록 회전자(140)에 유체를 공급한다.
또한, 공급부(130)는 이와 같은 회전자(140)에 공급되는 유체를 임시적으로 저장하도록 내부에 유체의 저장공간(r)을 형성하며, 상단부는 유체가 주입되도록 저장공간(r)에서 연장되어 개구되고, 하단부에는 회전자(140)가 장착되는 장착홈(g1)과 연결되는 개구부(g2)가 형성된다. 저장공간(r)은 회전자(140) 측으로 갈수록 좁아지는 형상으로 구비되며, 이러한 저장공간(r)의 형상에 의해서 유체가 회전자(140)에 원활히 공급된다.
한편, 공급부(130)는 케이스부(110)로부터 탈착 가능하도록 케이스부(110)의 제2수용공간(112)에 삽입되는 형태로 수용된다. 따라서, 저장공간(r)에 저장되어 있던 유체가 모두 소진되는 경우, 공급부(130)를 케이스부(110)로부터 탈착하는 것에 의해 저장공간(r)에 새로운 유체를 충진하는 것이 매우 용이하다.
상기 회전자(140)는 케이스부(110)의 제2수용부(112)의 장착홈(g1)에 장착되며, 초음파부(120)에서 송신하는 초음파를 통과시키며, 공급부(130)로부터 공급되는 유체가 시험편(t)의 표면에 도포되도록 시험편(t)의 표면에 접촉한 상태로 회전한다.
한편, 탐상시험을 장시간 실시함에 따라 표면이 손상된 회전자(140)에 의해 시험편(t)의 표면에 파손이 발생 될 수 있다. 따라서, 표면이 손상된 회전자(140)를 새로운 회전자(140)로 교체할 수 있도록, 회전자(140)는 케이스부(110)의 장착홈(g1)으로부터 탈착이 가능하다.
이와 같은, 초음파부(120)와 공급부(130)와 회전자(140)를 포함하는 곡면탐상용 초음파탐촉장치(100)를 이용하면, 회전자(140)가 회전하는 것에 의하여 곡면을 구비하는 시험편(t)을 연속적으로 탐상하는 것이 용이하다. 또한, 회전자(140)가 회전하는 동안 공급부(130)가 회전자(140)에 유체를 공급하여 유체가 시험편(t)의 표면에 도포됨과 동시에 초음파부(120)에서 송신하는 초음파가 시험편(t) 내부로 침투되기 때문에, 유체를 시험편(t)의 표면에 도포하는 과정이 생략되므로, 탐상시험의 시간이 단축되는 효과가 있다.
상기 집속부(150)는 공급부(130)의 저장공간(r)에 수용된다. 집속부(150)의 상단부는 공급부(130)의 개구된 상단부를 마감하여, 공급부(130)의 저장공간(r)에 저장된 유체가 케이스부(110)로 누출되지 않게 하며, 하단부는 공급부(130)의 하단에 형성된 개구부(g2) 측으로 연장된다.
또한, 집속부(150)의 하단부는 회전자(140)의 곡면과 대응하는 형태의 곡면으로 형성된다. 초음파부(120)에서 발생되어 집속부(150)의 하단부에까지 도달한 초음파는 이러한 곡면을 통과하면서 한점으로 집속 될 수 있다.
또한, 집속부(150)의 곡면의 굴곡을 조절함으로써, 초음파가 집속되는 점인 집속점의 위치를 조절할 수 있다. 이에 의하여, 회전자(140)의 크기 또는 시험편(t)의 종류 등 탐상시험의 조건에 부합하도록 집속점의 위치를 조절하는 것이 가능하다.
초음파는 유체(매질)를 통과하는 도중에 많은 에너지를 손실하기 때문에, 탐상시험의 효율을 향상시키기 위해서는 초음파를 집속시켜 시험편(t)으로 송신하는 것이 필요하다. 따라서, 상술한 바와 같은 곡면이 형성되는 단부를 구비하는 집속부(150)를 이용하면, 초음파를 집속(볼록렌즈의 원리)시키는 것이 가능하기 때문에, 탐상시험의 효율을 향상시킬 수 있다.
지금부터는 첨부한 도면을 참조하여, 상술한 본 발명의 일실시예에 따른 곡면탐상용 초음파탐촉장치(100)의 동작에 대해 상세히 설명한다.
도 4는 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 도포 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 외력을 가하여 케이스부(110)를 움직이면, 케이스부(110)의 제2수용부(112)의 장착홈(g1)에 장착되는 회전자(140)가 회동한다.
이후, 장착홈(g1)에 충진되어 있던 유체가 회전자(140)의 회동방향으로 함께 밀려나가면서 시험편(t)의 표면에 도포된다.
이때, 장착홈(g1)에는 일시적으로 빈 공간이 형성되며, 장착홈(g1)과 연결되는 공급부(130)의 개구부(g2)에 충진되어 있던 유체가 중력 및 표면장력 등에 의해 밀려나와 장착홈(g1)의 빈 공간을 메우게 된다. 또한, 이때 발생하는 개구부(g2)의 빈 공간을 저장공간(r)에 충진된 유체가 중력 및 표면장력 등에 의해 밀려나와 연속적으로 메우게 된다.
이후, 회전자(140)가 계속 회전함에 따라서, 상기 과정이 연속적으로 반복된다.
따라서 상술한 과정에 의하여, 회전자(140)가 회전하는 동안에 유체가 시험편(t)의 표면에 연속적으로 도포 될 수 있다.
도 5는 도 1의 곡면탐상용 초음파탐촉장치의 초음파 집속 동작을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 초음파부(120)에서 초음파가 시험편(t)과 회전자(140)의 접촉면에 수직한 방향으로 발생된다. 발생된 초음파는 초음파부(120)에 하단에 배치되는 집속부(150)의 상단으로 들어간다.
이후, 초음파는 집속부(150)의 상단으로부터 집속부(150)의 하단으로 이동하며, 집속부(150)의 하단에 형성된 곡면에 도달한다.
이후, 초음파는 곡면을 통과하면서 굴절되어 한점에 집속되며(볼록렌즈의 원리), 집속된 초음파는 시험편(t)의 내부로 들어간다.
따라서, 상술한 과정에 의하여, 초음파부(120)에서 송신하는 초음파를 집속시키는 것이 가능하며, 집속된 초음파는 시험편(t)의 내부로 효율적으로 침투되기 때문에, 결과적으로 탐상시험의 효율이 향상된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 곡면탐상용 초음파탐촉장치에 의하면, 초음파를 송신하거나 수신하는 초음파부와 유체를 공급하는 공급부와 시험편의 표면에 접촉한 상태로 회전하는 회전자와 초음파를 집속시키는 집속부를 이용하여, 곡면을 구비하는 시험편 내부의 결함 등을 용이하게 검출하는 동시에 탐상시험에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 일실시예에 따른 곡면탐상용 초음파탐촉장치.
110 : 케이스부 111 : 제1수용부
112 : 제2수용부 120 : 초음파부
130 : 공급부 140 : 회전자
150 : 집속부 t : 시험편
g1 : 장착홈 g2 : 개구부
r : 저장공간

Claims (5)

  1. 케이스부;
    상기 케이스부에 수용되며, 초음파를 송신하거나 수신하는 초음파부;
    상기 케이스부에 수용되며, 유체를 공급하는 공급부;
    상기 케이스부에 장착되며, 초음파를 통과시키며, 상기 공급부로부터 공급되는 유체가 시험편의 표면에 도포되도록 시험편의 표면에 접촉한 상태로 회전하는 회전자;를 포함하고,
    상기 케이스부는,
    상기 초음파부를 수용하며, 상기 초음파부와 결합되도록 내면에 나사산이 형성되는 제1수용부; 상기 제1수용부에서 연장되며, 상기 공급부를 수용하며, 단부에는 상기 회전자가 장착되는 장착홈이 형성되는 제2수용부;를 포함하며,
    상기 공급부는 상기 회전자로 공급되는 유체를 임시적으로 저장하도록 상기 회전자 측으로 갈수록 좁아지는 저장공간을 형성하며, 단부에는 상기 장착홈과 연결되는 개구부가 형성되는 것을 특징으로 하는 곡면탐상용 초음파탐촉장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공급부에 수용되며, 상기 초음파부가 송신하는 초음파를 시험편의 표면에 집속시키도록 단부가 곡면으로 형성되는 집속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 곡면탐상용 초음파탐촉장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 초음파부, 상기 회전자, 상기 공급부 중 적어도 하나는 상기 케이스부로부터 탈착 가능하며,
    상기 집속부는 상기 저장공간으로부터 탈착 가능한 것을 특징으로 하는 곡면탐상용 초음파탐촉장치.
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