KR101646046B1 - 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치와 이를 이용한 비파괴 검사장치 및 비파괴 검사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속성 레이저광을 광변조하여 협대역주파수 영역의 특정 주파수와 펄스 길이를 갖는 톤-버스트 파형으로 변조하여 피시험체(210)에 조사하고, 상기 피시험체(210)로부터 반사된 신호를 통해 건전성을 평가하여 주파수 영역의 신호 처리 없이도 시간 영역의 신호를 정확히 검사할 수 있는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치 및 이를 이용한 비파괴 검사장치에 관한 것으로, 상기 피시험체(210)에 조사하기 위한 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 발생시키는 레이저 발생부(110) 및 상기 레이저 발생부(110)로부터 발생된 연속성 레이저광을 특정 주파수와 펄스 길이를 갖는 톤버스트 파형으로 광변조하여 상기 피시험체(210)를 가진시키는 광변조기(120)를 포함하는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치 및 피파괴 검사장치가 제공된다.

Description

연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치와 이를 이용한 비파괴 검사장치 및 비파괴 검사방법{VIBRATING DEVICE FOR NON DESTRUCTIVE INSPECT UTILIZING CONTINUOUS WAVE LASER AND NON DESTRUCTIVE INSPECTING DEVICE AND THAT METHOD}

본 발명은 연속성 레이저광을 특정 주파수와 펄스 길이를 갖는 톤-버스트 파형으로 변조하여 피시험체에 조사하고, 피시험체로부터 반사된 신호를 통해 건전성을 검사하는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치 및 이를 이용한 비파괴 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 배관 등 부품의 결함을 검사하기 위해 비파괴 검사장치가 널리 사용되고 있다.

예컨데, 배관의 경우 유체의 운반수단으로서 거의 모든 산업 현장에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다.

이러한 배관은 시간이 경과함에 따라 물리적, 화학적 손상 및 열화, 부식 등의 환경적 요소에 의한 파손이 발생될 경우 심각한 경제적, 인적 손실을 유발할 수 있기 때문에 설치단계는 물론 사용 중에도 반드시 결함 상태를 등의 건전성을 검사하는 것이 반드시 필요하다.

중소형 배관의 경우에는 내부를 관통하기가 곤란하므로 외벽에서 유도초음파를 전파시켜 진단하는 기술에 대한 연구가 활발히 진행된 바 있다.

유도초음파는 두께가 얇은 구조물을 전파하는 초음파로서, 고정된 탐촉자의 위치에서 원거리로 탐상할 수 있는 효율성 때문에 배관 검사에 활용하기가 적합한 장점이 있다.

그러나, 기존의 유도초음파를 이용한 비파괴 검사방법에서는 피시험체에 접촉식 트랜스듀서를 사용하기 때문에 접촉상태에 따라 수신효율이 달라지며, 재료가 고온의 환경인 경우에는 실제로 트랜스듀서와 피검사체 사이에 커플런트(대개의 경우 물, 젤을 이용)를 필요로 하기 때문에 넓은 영역의 검사에 시간적 소요가 많다.

또한, 유도초음파는 본질적으로 다양한 모드가 동시에 전파될 수 있고, 각 모드별로 주파수(또는 파장)에 따라 전파속도가 서로 다른 성분이 존재할 수 있어 전파 파형이 복잡하다.

특히, 배관에서는 박판에 비해 기하학적인 복잡성으로 인해 더욱 다양하고 복잡한 모드가 존재하고, 이렇게 다양한 모드를 동시에 전파하게 되면 신호를 해석하기가 어렵게 되어, 결과적으로 결함 탐지능력이 저하된다.

이러한 목적으로 판재에 대해서는 공간적으로 선형 배열화된 레이저 빔을 이용하는 방식이 제안된 바 있다.

이 방식에 의해 발생되는 유도초음파의 파장은 선형 배열의 간격과 동일하며 매우 제한된 모드만이 발생된다는 것이 검증되어 있다.

이러한 방법을 파장매칭(WAVELENGTH MATCHING)법이라 한다.

상기한 파장매칭법을 배관에 구현하기 위해 접촉식 트랜스듀서인 코움 트랜스듀서(COMB TRANSDUCER)를 이용한 예가 있으나, 이 경우 앞에서 언급한 접촉식의 단점을 극복할 수 없다.

종래의 비파괴 검사방법의 일예로서, 초음파를 이용한 비파괴검사의 기술이 다수 특허 문헌을 통해 공개된 바 있다.

이러한 초음파를 이용한 비파괴 검사 기술의 예로서, 한국 등록특허 제10-0950805호(2010.03.25. 등록)에 개시된 바와 같은 "초음파 탐지를 이용한 가공 배전 선로 전력 설비의 불량 개소 검출 시스템 및 방법"이 있다.

상기한 등록특허 제10-0950805호는 기존의 일반적인 비파괴검사 방법으로서, 배전 선로 순시원을 통해 육안으로 점검하는 배전 선로 순시 방법, 활선 상태에서 활선 버켓 트럭을 타고 활선 배전 설비에 접근하여 육안 및 포크형 현수 애자 분담 전압 측정기를 사용하여 분담전압을 측정하는 활선 기별 점검 방법, 전력 설비에서 열화가 진행될 때 발생되는 열을 측정하여 배전 선로의 고장을 예방하기 위한 열화상 카메라 측정 방법, RFI(RADIO FREQUENCY INTERFERENCE)를 이용한 순시 방법 등이 갖는 문제점을 해결하기 위해 가공 배전 선로 전력 설비의 불량 개소에 발생하는 초음파를 탐지하여 전력 설비의 불량 개소를 효과적으로 검출할 수 있는 시스템 및 방법을 개시하고 있다.

아울러, 상기한 바와 같은 초음파를 이용한 종래기술의 다른 예로서 예를 들면, 한국 등록특허 제10-0262912호(2000.05.09. 등록)에 개시된 바와 같은 "공명 원주파와 두께 공명을 이용한 얇은 튜브의 직경의 미세 변화 및 두께 측정 방법과 그 장치"가 있다.

상기한 등록특허 제10-0262912호는 초음파 공명 현상을 이용하여 평균 직경의 미세 변화를 측정하고 두께 공명의 발생 위치 이동을 측정하여 튜브의 평균 직경의 상대적 변화와 튜브 두께를 측정하는 방법과 장치에 관한 것으로, 종래의 방법 및 장치는 초음파 펄스의 도달 시간 차이를 계산하고, 센서 전면에 딜레이재를 부착하여 두께를 측정해야 하므로 측정방법 및 장치구성이 복잡하다는 단점이 있으며, 또한, 시간차를 측정하는 기준점을 정확하게 설정하기 어렵기 때문에 그 두께를 정밀하게 측정하기가 어려웠던 문제를 해결하기 위한 것이다.

이를 위해, 상기한 등록특허 제10-0262912호는 센서 전면에 딜레이재를 부착하지 않고 피측정물의 두께를 초음파 진행시간이 아닌 두께 공명이 발생하는 공명 주파수를 측정하여 두께를 결정하고, 튜브 직경의 미세 변화는 튜브 주위를 회전하는 공명 원주파를 이용하여 측정하는 방법과 장치를 개시하고 있다.

또한, 초음파를 이용한 종래기술의 또 다른 예로서, 한국 등록특허 제10-1053422호(2011.07.28. 등록)에 개시된 바와 같은 비선형 초음파 발생을 이용한 강판의 내부결함 걸출시스템 및 검출방법을 들 수 있다.

상기 등록특허 제10-1053422호는 톤-버스트를 발생시켜 압연 중인 강판의 내부에 초음파 판파를 발생시키는 초음파 송신부와, 상기 간판의 폭 방향으로 전파된 초음파의 편파를 수신하고, 상기 수신한 초음파 편파 중에서 특정한 주파수 대역의 초음파 편파를 필터링하여 증폭시키는 초음파 수신부 및 상기 증폭된 초음파의 편파 신호의 주파수를 측정하여 비선형 파라미터의 값을 구하고, 상기 비선형 파라미터의 값을 기 설정된 기준값과 비교하여 상기 강판의 내부 결함을 검출하는 신호처리장치를 개시하고 있다.

상기한 바와 같이, 초음파를 이용한 비파괴검사 기술에는 여러 가지가 있으나, 여기에는 다음과 같은 문제점들이 있는 것이었다.

즉, 종래 배관 및 부품의 결함을 검사하기 위해 사용되는 비파괴검사 기술들은 일반적으로 초음파 검사기술의 경우는 결함탐지 한계가 균열크기 0.5 ~ 1mm의 범위이고, 방사선투과 검사기술의 경우는 0.5mm이며, 와전류 검사기술의 경우는 1mm 이하 정도이다.

또한, 배관 및 부품의 수명은 균열의 발생 및 성장, 파괴의 과정으로 결정되는데, 상기한 바와 같이 현재 널리 사용되고 있는 종래의 비파괴 검사기술로는, 그 균열 탐지의 한계 때문에 이미 사용수명의 50 ~ 70%가 경과한 뒤에서야 결함이 탐지되고 있고, 따라서 결함이 발견된 시점에서 취할 수 있는 수명연장을 위한 조치가 매우 제한적이었던 문제가 있었다.

종래의 비파괴 검사방법의 다른 일예로서, 한국 등록특허 제10-1091566호(2011.12.02. 등록)에 개시된 고반복 극초단 레이저를 이용한 초음파 측정장치를 들 수 있다.

상기 등록특허 제10-1091566호는 펄스 레이저빔을 측정 대상체에 조사하여 초음파를 유도하는 초음파 유도 모듈과, 측정용 레이저 빔을 측정 대상체에 조사하여 유도된 초음파 신호 정보를 검출하는 초음파 신호 검출 모듈 및 상기 초음파 신호 정보로부터 상기 측정 대상체의 특성의 정보를 측정하는 초음파 신호 처리 모듈이 구비된다.

상기 등록특허 제10-1091566호에서 상기 펄스 레이저 빔은 고반복 극초단 펄스 레이저 빔이며, 상기 초음파 유도 모듈은 상기 펄스 레이저 빔을 발생시키는 초음파 여기용 펄스 레이저 장치와, 상기 펄스 레이저 빔 중 파장이 짧은 빔이 파장이 긴 빔 보다 앞서가도록 경로차를 발생시키는 펄스 폭 조절 장치가 구비되어, 얇은 박막이나 극미세 결함을 측정할 수 있도록 하였다.

그러나, 상기한 초음파 및 펄스 레이저를 이용한 비파괴 검사 기술은 다음과 같은 문제점이 있다.

펄스 레이저는 주파수 영역에서 넓게 나타나기 때문에 넓은 주파수에 걸쳐 분산적인 파가 전파하여 여러 가지 모드가 중첩되어 나타나는 특성이 있어, 이로 인해 추가적으로 신호해석을 해야 하거나, 신호해석이 뷸가능한 경우도 발생될 수 있는 문제점이 있는 바, 이에 따라 레이저를 이용한 비파괴 검사는 분산성의 문제로 인해 측정의 한계가 존재할 수 밖에 없다.

또한, 배관의 검사에서 펄스파를 이용하여 결합과 클램프가 근접했을 때의 초음파 신호를 나타내면, 배관에서는 초음파가 전파거리가 증가 할수록 초음파가 시간영역에서 퍼지기 때문에 결함과 클램프의 구분이 어렵기 때문에 분산성 보정이라는 추가적인 신호 처리를 거쳐야만 클램프 유무를 명확하게 파악할 수 있는 문제점이 있다.

따라서 상기한 바와 같은 종래의 비파괴 검사기술의 문제점을 해결하여, 주파수 영역의 신호처리 없이도 배관의 상태를 구별할 수 있도록 하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.

한국 등록특허 제10-0950805호(2010.03.25. 등록) 한국 등록특허 제10-0262912호(2000.05.09. 등록) 한국 등록특허 제10-1053422호(2011.07.28. 등록) 한국 등록특허 제10-1091566호(2011.12.02. 등록)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 연속성 레이저광을 광변조하여 협대역주파수 영역의 특정 주파수와 펄스 길이를 갖는 톤-버스트 파형으로 변조하여 피시험체에 조사하고, 피시험체로부터 반사된 신호를 통해 건전성을 평가하여 주파수 영역의 신호 처리 없이도 시간 영역의 신호를 정확히 검사할 수 있는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치 및 이를 이용한 비파괴 검사장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 피시험체에 조사하기 위한 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 발생시키는 레이저 발생부 및 상기 레이저 발생부로부터 발생된 연속성 레이저광을 특정 주파수와 펄스 길이를 갖는 톤버스트 파형으로 광변조하여 상기 피시험체를 가진시키는 광변조기를 포함하는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 피시험체의 건전성을 검사하는 비파괴 검사장치에 있어서, 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 발생시키는 레이저 발생부 및 상기 레이저 발생부로부터 발생된 연속성 레이저광을 특정 주파수의 톤버스트 파형으로 광변조하여 상기 피시험체를 가진시키는 광변조기 및 상기 광변조기를 통해 상기 피시험체에 조사되어 반사된 신호를 측정하여 상기 피시험체의 상태를 파악하는 LDV(LASER DOPPLER VELOCIMETRY) 수신부를 포함하는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 피시험체에 조사하기 위한 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 발생시키는 단계와, 상기 연속성 레이저광을 특정 주파수와 펄스 길이를 갖는 톤버스트 파형으로 변조하는 단계와, 상기 변조된 연속성 레이저광을 상기 피시험체에 가해 가진하는 단계 및 상기 피시험체에 반사된 신호를 분석하여 건전성을 평가하는 단계를 포함하는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사방법이 제공된다.

이러한 본 발명에 따른 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사용 가진장치와 비파괴 검사장치 및 그 방법에 의하면, 피시험체의 건전성 검사시 연속성 레이저를 이용한 톤버스트 가진이 가능하여 주파수 영역의 복잡한 신호처리 없이 비접촉식으로 가진과 신호 측정을 동시에 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비파괴 검사용 가진장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 비파괴 검사용 가진장치에 의해 측정된 주파수 특성의 일예를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비파괴 검사장치를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 비파괴 검사방법을 나타낸 블록도.

본 발명은 톤버스트 파형으로 광변조된 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 피시험체에 가진하고, 피시험체에 반사된 신호를 측정하여 산업용 재료의 결함 유무, 감육 상태 등의 건전성을 검사할 수 있도록 하는 비파괴 검사용 가진장치 및 비파괴 검사장치에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 연속성 레이저광을 발생시키는 레이저 발생부 및 상기 레이저 발생부로부터 발생된 연속성 레이저광을 특정 주파수의 톤버스트 파형으로 광변조하여 피시험체를 가진시키는 광변조기를 포함하는 비파괴 검사용 가진장치를 제공한다.

또한, 피시험체의 건전성을 검사하는 비파괴 검사장치에 있어서, 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 발생시키는 레이저 발생부 및 상기 레이저 발생부로부터 발생된 연속성 레이저광을 특정 주파수의 톤버스트 파형으로 광변조하여 피시험체를 가진시키는 광변조기 및 상기 광변조기를 통해 상기 피시험체에 조사되어 반사된 신호를 측정하여 상기 피시험체의 상태를 파악하는 LDV 수신부가 포함된 연속성 레이저를 이용한 재료의 건전성 검사장치를 제공한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비파괴 검사용 가진장치의 구성을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 비파괴 검사용 가진장치는 레이저 발생부(110)와, 광변조기(120)를 포함한다.

레이저 발생부(110)는 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 발생시키는 광원을 포함한다.

연속성 레이저는 레이저광이 끊김 없이 연속적으로 발생되는 레이저이다.

본 실시예의 레이저 발생부(110)는 수백(W) 정도의 안정된 고출력을 내는 반도체 다이오드로 구현될 수 있으며, 가스 레이저 중 He-Ne 레이저나, 이온 레이저 등으로 구성될 수 있다.

레이저 발생부(110)의 광원은 본 실시예에서 다이오드 레이저(DIODE LASER)가 사용됨으로써 본 발명에 따른 레이저 발생 장치가 다이오드 레이저 펌핑 방식의 고체 레이저(DIODE LASER PUMPED SOLID STATE LASER, DPSS LASER)에 적용될 수 있으며, 이에 한하지 않고 광원으로 플래쉬 램프(FLASH LAMP), 아크 램프(ARC LAMP) 등이 사용될 수도 있다.

레이저 매체는 광원으로부터 펌핑된 광에 의해 여기되도록 일부 영역에 Nd(NEODYMIUM, 네오디뮴), Er(ERBIUM, 에르븀), Ho(HOLMIUM, 홀뮴) 등과 같은 희토류 원소가 도핑됨으로써 희토류 원소가 도핑되는 영역과 희토류 원소가 도핑되지 아니하는 영역의 2중 구조를 가진다.

레이저 매체는 YAG(YTTRIUM ALUMINUM GARNET, "야그"라고도 함) 결정에 희토류 원소가 도핑된 코어와, 코어에 부착됨과 아울러 YAG 결정으로 이루어진 클래드를 포함한다.

코어는 YAG 크리스탈, 투명한 세라믹 YAG 등과 같은 YAG 결정 전체에 걸쳐서 희토류 원소가 도핑되어 광원으로부터 펌핑된 광에 의해 여기됨으로써 레이저광을 발생시키는데, 바람직하게는 원형의 봉 형태로 이루어진다.

클래드는 코어와 분리 형성되어 코어에 결합되기 위해 YAG 크리스탈, 투명한 세라믹 YAG 등과 같은 YAG 결정으로 이루어지며, 광원으로부터 펌핑된 광이 코어로 모아지도록 렌즈 역할을 하기 위하여 코어보다 큰 직경을 가지는 원형의 봉 형태로 이루어짐과 아울러 중심에 길이방향을 따라 장착홀을 형성함으로써 장착홀에 코어가 삽입되어 장착되고, 코어와 함께 소결 공정을 거침으로써, 레이저 매체를 이루게 된다.

광변조기(120)는 레이저발생부와 가진부 사이에 배치되어 레이저 발생부(110)로부터 전송 받은 연속성 레이저광을 협대역 주파수를 갖는 톤버스트 파형으로 변조 및 증폭시킨다.

광변조기(120)는 연속성 레이저광을 효율적으로 변조시키시 위해 다양한 형태로 형성될 수 있다.

예를 들면, 광변조기(120)는 초음파를 이용한 것일 수 있다.

초음파를 이용하는 광 변조부는 현재 레이저 표시기, 일레스토그램의 제작, 초음파의 시각표상에 사용되고 있고, 이러한 레이저 광을 변조시키는 일반적인 장치는 RGB 레이저광과 초음파를 잘 전파시킬 수 있는 매질로 구성된 초음파 셀 및 신호발생기, 전력증폭기, 디스크 모양을 하고 초음파를 발생시키는 X-절단수정 트랜스듀서로 구성될 수 있다.

트랜스 듀서와 초음파 셀의 중심축이 정확히 일치하였을 때 초음파는 초음파 셀 속에서 연속적인 소와 밀의 분포를 갖게 되고, 그 강약의 정도는 신호발생기의 출력신호에 따라 전력증폭기에서 트랜스듀서에 공급해주는 전력에 의해 조절된다.

즉, 초음파 셀에 입사된 레이저광은 초음파면에서 일부는 반사되고, 일부는 투과되는데, 반사광의 강도는 트랜스듀서에 공급되는 전력이 “0” 에서 최대치로 되는데 비례하여 “0” 에서부터 최대치까지 변조되어 편향기를 거쳐 스크린에 도달하게 된다.

이 경우, 초음파셀의 양측면에서 유발되는 측면효과의 영향이 무시되도록 중심축 상의 한점에 레이저광을 입사하여야 하는 등 많은 제약이 있는 단점이 있을 수 있다.

이러한 단점을 해결하기 위해서는 트랜스듀서로부터 레이저광이 입사되는 초음파셀의 중심축 상의 한 점까지의 수직 거리를 초음파의 근거리영역과 원거리영역의 경계가 되는 지점에 초음파셀이 위치되도록 하여 레이저광을 보다 효율적으로 변조시키도록 실시가 가능하다.

또한, 광변조기(120)는 레이저 발생부(110)로부터 입력된 연속성 레이저광을 입력 전기신호에 따라 광 세기 신호로 변환시키는 광 세기 변조부가 포함될 수 있다.

이때, 광 세기 변조부는 하나의 전극을 갖는 X-컷 구조의 간섭계형태의 광 세기 변조부 또는 두 개의 전극을 갖는 Z-컷 구조의 간섭계 형태의 광세기 변조부일 수 있다.

이러한 연속성 레이저에 변조(MODULATION)라는 기법을 적용하면 연속파 레이저의 출력을 외부신호에 대응하여 사각파, 사인파 등과 같은 파형을 시간적으로 변조할 수 있다.

예컨데, 연속성 레이저는 전기방전관에서 방전전류를 제어하거나, 램프전류나 다이오드 펌핑파워를 제어하여 출력을 변조하도록 구성될 수 있다.

또한, 연속성 레이저광은 점형, 또는 선형 형태 등 그 조사 형태에 특별히 제한을 두지 않고 적용될 수 있다.

광변조기(120)는 레이저신호를 임의파형으로 변조하는 동시에 증폭시키며, 이러한 변조부를 통해 변조된 임의파형은 피시험체(210; 도3을 참조)를 가진하고, 피시험체(210)의 가진 시 반사된 신호를 비교, 분석하여 결함 유무, 감육 상태 등을 측정할 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 비파괴 검사용 가진장치에 의해 측정된 주파수 특성의 일예를 나타낸다.

특히, 도 2는 본 발명은 연속성 레이저를 광변조하여 피시험체(210)를 가진하고 반사된 신호에서 특정 주파수 영역에서 제거한 신호로서, 주파수영역의 신호 처리 없이도 시간영역에서 뚜렷이 구별 가능한 신호를 발생시킬 수 있으며, 피시험체(210)를 비접촉식으로 가진하는 동시에 신호 측정이 가능해 신속하고 간편하게 검사할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 기존의 비파괴 검사에서 넓은 주파수 영역에서 여러 가지 분산파가 전파되어 신호 해석이 복잡하거나, 추가적인 신호 해석을 해야 하는 문제점을 해소할 수 있다.

본 발명의 비파괴 검사용 가진장치는 피시험체(210)의 표면에 적어도 하나의 레이저광을 이용하여 초음파를 발생시킨다.

이때, 레이저광은 연속성 레이저 기법의 조사용 레이저광으로 초음파를 유도할 수 있다.

피시험체(210)의 표면에 측정용 연속성 레이저광을 조사하여 비접촉 방식으로 초음파 신호를 측정하여 초음파 신호 정보들을 추출한다.

이에 따라, 추출된 초음파 신호 정보들의 소정 고주파 성분값의 이동량 및 중심 주파수값의 이동량을 기반으로 배관의 결함유무나, 결함의 크기 등의 정보를 추출할 수 있다.

따라서, 본 발명의 가진장치 및 검사장치는 재료의 결함 정보를 구체적으로 측정하여 제공할 수 있으므로, 재료의 수명을 예측하기 위한 방법으로 산업상의 여러 분야에서 널리 활용할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 일측면에 따른 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사장치에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비파괴 검사장치를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치는 레이저 발생부(110), 광변조기(120) 및 LDV(LASER DOPPLER VELOCIMETRY) 수신부(220)를 포함한다.

본 실시예에 따른 비파괴 검사장치는 앞서 설명한 레이저 발생부(110)로부터 연속성 레이저광을 수신하여 출력을 변조하는 광변조기(120)를 피시험체(210)의 일측에 비접촉하게 설치하고, 광변조기(120)에 의해 피시험체(210)에 조사되어 반사된 신호를 수신하여 건전성을 측정하는 LDV 수신부(220)를 포함한다.

본 발명에 따른 비파괴 검사용 가진장치를 이용한 재료의 건전성 평가에 사용되는 상기 피시험체(210)는 평판이나 배관, 기타 다양한 구조물이 될 수 있다.

일예로서, 상기 피시험체(210)는 내부에 유체가 유동하는 유로가 형성된 배관이 적용될 수 있으며, 이러한 배관은 원자력 발전소의 터빈 발전기 계통에 사용되는 배관에 적용되어 작업자가 접근이 이려운 부위를 비접촉식의 방법으로 건전성을 평가할 수 있도록 한다.

상기한 본 발명의 가진장치에 의하면 피시험체(210)의 일측에 비접촉식으로 설치되어 광변조된 톤버스트 파형을 피시험체(210)에 가해 가진시키고, 피시험체(210)로부터 반사된 신호를 분석하여 결함 유무, 감육 상태 등의 건전성을 검사할 수 있다.

이러한 피시험체(210)의 건전성 검사는 LDV 수신부(220)를 통해 수신된 신호를 미리 저장된 데이터와 비교, 분석하는 방법으로 이루어질 수 있다.

한편, 피시험체(210)에 복수개의 광변조기(120)와 LDV 수신부(220)를 설치하면 피시험체(210)의 다양한 지점에 대한 검사가 가능하다.

광변조기(120)에 의해 피시험체(210)를 가진한 경우 수집분석 유닛을 통해 피시험체(210)의 임의의 복수 지점 사이의 진동파 지연시간을 시간-주파수 영역에서 산출하여 건전성을 검사할 수 있다.

이때, 각각의 LDV 수신부(220)는 서로 다른 파장을 가지며, 레이저광 신호에 대한 파장 대역을 변화하면, 광변조기(120) 중 어느 하나가 순차적으로 가진을 수행하고, 이러한 광변조기(120)에 대응되는 LDV 수신부(220)가 순차적으로 가진된 신호를 센싱한다.

또한, 피시험체(210)의 건전성 평가는 광변조기(120)에 의해 가해진 진동파가 피시험체(210)의 표면을 따라 진행하는 방향에 일정 간격을 두고 설치되어, 설치된 각 지점에서 진동파의 가속도를 측정하는 한 쌍의 가속도계 및 각각의 측정센서에서 측정된 진동파의 가속도를 통해 각 지점 사이의 진동파 지연시간에 기초한 군속도(GROUP VELOCITY)를 산출하여, 피시험체(210)의 결함 유무, 감육 상태 등을 측정할 수 있다.

이때, 두 지점 사이의 진동파 지연시간은 시간-주파수 영역에서 산출하는 것이 바람직하다.

이러한, 시간-주파수 해석기법으로 대표적으로 STFT(SHORT TIME FOURIER TRANSFORM), 웨이블렛(WAVELET) 변환 및 위그너-빌 (WIGNER-VILLE) 분포에 의한 기법을 들 수 있다.

STFT는 목적에 맞는 적절한 윈도우 함수를 이용하여 시간에 따라 윈도우를 이동해 가면서 퓨리에 변환(FOURIER TRANSFORM)을 순차적으로 실행함에 의해 이루어지는 기법으로서, 일반적인 퓨리에 변환과는 달리 시간과 주파수 측면에서 동시에 사건의 발생을 관찰할 수 있는 스펙트럼 분석법이다.

웨이블렛(WAVELET) 변환은 주파수 대역에 따라 다양한 시간-주파수 분해능을 제공하는 해석 기법으로서, 특히 짧은 시간에 급격한 변화를 갖는 신호를 분석하는 데 탁월한 특징이 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 상기한 비파괴 검사용 검사방법이 제공될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 비파괴 검사방법을 나타낸 블록도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 비파괴 검사방법은 연속성 레이저를 발생시키는 단계, 상기 연속성 레이저를 톤버스트 파형으로 변조시키는 단계, 상기 변조된 톤버스트 파형을 피시험체(210)에 가해 가진시키는 단계로 이루어진다.

본 실시예에 따른 비파괴 검사방법은 앞서 살펴본 가진장치를 통해 수행될 수 있다.

즉, 앞서 살펴본 가진장치의 레이저 발생부(110)와, 광변조기(120)의 작용을 통해 수행될 수 있는 바, 이에 대한 반복적인 설명은 이하 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

110: 레이저 발생부
120 광 변조기
210: 피시험체
220: LDV 수신부

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
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7. 박판 또는 배관인 피시험체의 건전성을 검사하는 방법에 있어서,
   박판 또는 배관인 피시험체에 조사하기 위한 연속성(CONTINUOUS WAVE) 레이저광을 발생시키는 단계;
   상기 연속성 레이저광을 특정 주파수와 펄스 길이를 갖는 톤버스트 파형으로 변조하는 단계;
   상기 변조된 연속성 레이저광을 상기 피시험체에 가해 가진하는 단계; 및
   상기 피시험체에서 전파 후 반사된 주파수 신호를 분석하여 건전성을 평가하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 건전성을 평가하는 단계는 상기 피시험체에 반사된 주파수 신호를 미리 저장된 데이터와 비교하여 피시험체의 결함 유무 또는 결함의 크기를 평가하는 것을 특징으로 하는 연속성 레이저를 이용한 비파괴 검사방법.
   

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