KR101648425B1 - 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치 - Google Patents

항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공기 내부의 구조물을 초음파 구동장치를 이용하여, 정확하고 신뢰성이 높은 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치에 관한 것으로, 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)가 평행하게 구비되며, 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120) 사이에 항공기구조물(10)이 위치하는 프레임(100); 상기 프레임(100) 상단에 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)를 연결하는 Y축 지지대(310)가 구비되며, 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)의 경로를 따라 이동하는 X축구동부(200); 상기 Y축 지지대(310)에 결합되어, 상기 Y축 지지대(310)의 경로를 따라 이동하는 Y축구동부(300); 상기 Y축구동부(300)에 결합되어, 상기 프레임(100)의 수직방향으로 이동하는 Z축구동부(400); 및 상기 Z축구동부(400)에 결합되어, 상기 항공기구조물(10)을 초음파 검사하는 초음파 프로브(500); 를 포함하여 이루어진다.

Description

항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치{APPARATUS FOR ULTRASONIC INSPECTING COMPOSITE MATERIAL OF AIRCRAFT STRUCTURE}
본 발명은 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 항공기구조물 내에는 구조를 지지하기 위한 복합소재(보강재)가 구비되는데, 초음파 검사 구동장치를 이용하여 일정한 거리를 이동하면서 상기 보강재를 초음파 촬영하여 검사할 수 있는 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치에 관한 것이다.
도1에서 보는 바와 같이, 항공기 구조물(10)은 내부에 복합소재 구조물(보강재(11))이 구비된다. 특히, 항공기의 날개는 상기 보강재(11)가 날개의 너비방향(y축 방향)으로 형성되며, 이러한 보강재가 날개의 길이방향(x축 방향)을 따라 복수 개 구비된다.
일반적으로 보강재(11)는 항공기 조립 전 반드시 소재내의 결함유무를 검사하며, 검사에 사용되어지는 초음파 검사 장치는 항공기구조물 내부의 결함유무를 비파괴로 검사할 수 있어, 검사가 쉽고 안전하며, 저렴하게 검사할 수 있다.
항공기구조물의 보강재(11)를 검사하기 위해서, 기존에는 작업자가 초음파 검사 장치를 이용하여, 보강재(11)의 길이방향(y축 방향)을 따라 이동하면서 초음파 검사를 실시하였다. 그러나, 이러한 검사는 작업자가 보강재(11)의 길이방향(y축 방향)을 따라 이동할 때, 작업자에 따라 이동하는 거리가 조금씩 달라져 검사의 정확도 및 신뢰성이 낮은 문제점을 가지고 있었다.
이와 관련하여, 한국등록특허 제1276764호 ("초음파 탐상 시스템", 등록일 2013.06.13., 이하 '선행기술')는 초음파 장치를 이용하여 항공기구조물을 측정하는 내용에 대해 기재하고 있지만, 상기 선행기술은 일정간격 이동하면서 항공기구조물을 세밀하게 초음파 검사를 할 수 있는 내용이 기재되어 있지 않으며, 항공기구조물의 표면에 따라 초음파 프로브를 구동하는 내용이 기재되지 않아, 항공기구조물의 표면에 따라 초음파 측정이 달라지는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 최근에는 초음파 장치를 이용하여, 항공기구조물을 측정할 경우, 일정한 간격으로 이동하면서, 정확하고 신뢰성 있게 측정할 수 있는 초음파 검사 장치가 요구되고 있는 상황이다.
한국등록특허 제1276764호 ("초음파 탐상 시스템", 등록일 2013.06.13.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 항공기구조물의 내부를 검사할 때, 초음파 검사 장치 및 엔코더를 이용하여 너비방향으로 일정간격 이동하면서 초음파 검사를 통해 정확하고 세밀하게 측정할 수 있는 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치를 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 항공기구조물의 표면 높이에 맞게 초음파 프로브를 회전시켜, 초음파 측정의 정확성을 향상시킬 수 있는 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치를 제공함에 있다.
본 발명은 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치에 관한 것으로, 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)가 평행하게 구비되며, 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120) 사이에 항공기구조물(10)이 위치하는 프레임(100); 상기 프레임(100) 상단에 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)를 연결하는 Y축 지지대(310)가 구비되며, 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)의 경로를 따라 이동하는 X축구동부(200); 상기 Y축 지지대(310)에 결합되어, 상기 Y축 지지대(310)의 경로를 따라 이동하는 Y축구동부(300); 상기 Y축구동부(300)에 결합되어, 상기 프레임(100)의 수직방향으로 이동하는 Z축구동부(400); 및 상기 Z축구동부(400)에 결합되어, 상기 항공기구조물(10)을 초음파 검사하는 초음파 프로브(500); 를 포함한다.
또한, 상기 Y축구동부(300)는 상기 초음파 프로브(500)를 상기 프레임(100)의 너비방향으로 일정 간격 이동시키는 엔코더(320)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔코더(320)는 상기 Y축구동부(300)를 5 내지 2,500펄스 당 1mm 이동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초음파 프로브(500)는 상기 Y축구동부(300)를 중심으로 상기 프레임(100)의 길이방향 또는 너비방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 항공기 구조물(10)은 항공기 날개인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치에 관한 것으로, 본 발명은 초음파 검사 장치 및 엔코더를 이용하여, 너비방향으로 일정간격 이동하면서 항공기구조물의 내부를 정확하고 세밀하게 검사할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 항공기구조물의 표면 높이에 맞게 초음파 프로브를 회전시켜, 항공기구조물의 기울기에 따른 측정 오류를 보완하여 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 항공기구조물의 복합소재를 초음파 검사하는 개략도
도 2는 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 측단면도
도 4는 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 초음파프로브가 y축 방향으로 회전하는 것을 나타내는 실시예1
도 5는 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 초음파프로브가 x축 방향으로 회전하는 것을 나타내는 실시예2
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 측단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 초음파프로브가 y축 방향으로 회전하는 것을 나타내는 실시예1이고, 도 5는 본 발명에 따른 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치의 초음파프로브가 x축 방향으로 회전하는 것을 나타내는 실시예2이다.
도 2 및 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 항공기구조물의 복합소재 초음파 검사용 구동장치는 프레임(100), X축구동부(200), Y축구동부(300), Z축구동부(400) 및 초음파 프로브(500)로 이루어진다.
프레임(100)은 사각형상의 틀로 이루어지며, 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)가 서로 이격되어 평행하게(x축 방향) 구비된다. 또한, 상기 프레임(100)은 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120) 사이에 측정대상인 항공기구조물(10)이 위치한다. 더욱 상세하게 설명하면, 프레임(100)은 X축구동부(200), Y축구동부(300), Z축구동부(400) 및 초음파 프로브(500)가 구비되며, 상기 초음파 프로브(500)는 X축구동부(200), Y축구동부(300) 및 Z축구동부(400)에 의해 프레임(100)의 x축, y축 및 z축으로 이동한다. 이때, 상기 초음파 프로브(500)는 상기 프레임(100) 중앙에 있는 항공기구조물(10)의 보강재(11)를 초음파 촬영하여, 상기 보강재(11)의 결함유무를 확인할 수 있다.
X축구동부(200)는 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)를 연결하는 Y축 지지대(310)가 구비되며, 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)의 경로를 따라 이동하도록 형성된다. 즉, 상기 Y축 지지대(310)는 프레임(100)의 너비방향(y축 방향)으로 형성되며, 상기 X축구동부(200)는 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)의 경로를 따라 프레임(100)의 길이방향(x축 방향)으로 이동할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, X축구동부(200)는 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)의 경로를 따라 이동하며, 초음파프로브(500)를 프레임(100)의 x축 방향으로 이동시키는 역할을 한다. 이때, 상기 초음파프로브(500)는 상기 프레임(100)의 x축 방향으로 이동하면서 항공기구조물(10)의 보강재(11)를 초음파 촬영한다.
Y축구동부(300)는 상기 Y축 지지대(310)에 결합되어, 상기 Y축 지지대(310)의 경로를 따라 이동하도록 형성된다. 즉, 상기 Y축구동부(300)는 Y축 지지대(310)의 경로를 따라 프레임(100)의 너비방향(y축 방향)으로 이동할 수 있다. 더욱 상세하게 설명하면, Y축구동부(300)는 상기 Y축 지지대(310)의 경로를 따라 초음파프로브(500)를 프레임(100)의 y축 방향(너비방향)으로 이동시키는 역할을 한다. 이때, 상기 초음파프로브(500)는 상기 프레임(100)의 y축 방향으로 이동하면서 항공기구조물(10)의 보강재(11)를 초음파 촬영한다.
Z축구동부(400)는 상기 Y축구동부(300)에 결합되어, 상기 프레임(100)의 수직방향(z축 방향)으로 이동하도록 형성된다. 또한, 상기 Z축구동부(400)는 초음파 프로브(500)가 결합되어 구비된다. 즉, Z축구동부(400)는 상기 Y축구동부(300)에 결합되어, 초음파프로브(500)를 프레임(100)의 z축 방향(수직방향)으로 이동시키는 역할을 한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 Z축구동부(400)는 항공기구조물(10)의 표면 높이에 따라 높낮이를 조절할 수 있다. 상기 항공기구조물(10)의 표면이 높게 형성되어 있을 경우, 상기 Z축구동부(400)는 프레임(100)의 상부방향으로 이동하여, 항공기구조물(10)의 높이에 맞게 형성되어 초음파 검사를 할 수 있다. 반면, 상기 항공기구조물(10)의 표면이 낮게 형성되었을 경우, 상기 Z축구동부(400)는 프레임(100)의 하부방향으로 이동되어, 상기 항공기구조물(10)의 높이에 맞게 형성되어 초음파 검사를 할 수도 있다.
초음파 프로브(500)는 상기 X축구동부(200), Y축구동부(300) 및 Z축구동부(400)에 의해 프레임(100)의 x축, y축 및 z축으로 이동할 수 있다. 이때, 상기 초음파 프로브(500)는 프레임(100)의 x축, y축 및 z축으로 이동하면서, 항공기구조물(10)을 초음파 촬영한다. 더욱 상세하게 설명하면, 상기 초음파 프로브(500)는 상기 X축구동부(200), Y축구동부(300) 및 Z축구동부(400)에 의해 항공기구조물(10)의 보강재(11)를 초음파 촬영을 통해 상기 보강재(11)의 이상 유무를 파악한다. 또한, 도3에서 보는 바와 같이, 상기 초음파 프로브(500)는 Z축구동부(400)에 의해 항공기구조물(10)의 표면과 맞닿아 초음파 촬영이 이루어지기도 하고, 또는 항공기구조물(10)의 표면과 이격되어 초음파 촬영이 이루어지기도 한다.
또한, 항공기 구조물은 특히, 항공기 날개는 도1에서 보는 바와 같이, 상기 보강재(11)가 날개의 너비방향(y축 방향)으로 형성되며, 이러한 보강재(11)는 날개의 길이방향(x축 방향)을 따라 복수 개 구비된다. 그런데, 상기 항공기 날개 등에 있어서 보강재(11)는 항공기 날개 길이방향으로의 폭이 넓지 않고, 또한 도1c에서 보는 바와 같이, 상기 보강재(11)가 정확히 y축 방향과 일치하게 연장 형성되어 있지도 아니하므로, 종래에는 작업자가 검사 장치(초음파 프로브)를 직접 가지고, 날개의 길이방향(x축 방향)과 너비방향(y축 방향)으로 이동하면서 일일이 초음파 촬영을 하였기 때문에, 초음파 촬영하는 간격이 일정하지 않고, 이로 인해 보강재(11)의 결함 유무를 판단하는데 오류를 발생시키는 문제점을 가지고 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 엔코더(320)를 이용하여, 일정한 간격을 이동하면서 초음파 촬영하였다. 더욱 상세하게 설명하면, 초음파 프로브(500)는 Y축구동부(300)에 구비되는 엔코더(320)에 의해 일정 간격으로 이동하면서 초음파 촬영할 수 있다. 즉, 상기 엔코더(320)는 Y축구동부(300)를 상기 프레임(100)의 y축 방향(너비방향)으로 일정 간격으로 이동시키는 역할을 한다. 일반적인 엔코더는 mm당 5 내지 2,500펄스 혹은 그 이상의 펄스를 읽어 들여 이를 직선거리로 환산하여 이동 거리를 알려주는 장치이다. 즉, 엔코더는 Y축구동부(300)를 펄스당 1/5 내지 1/2,500mm 이동시키며, 이때 상기 초음파 프로브(500)는 펄스당 1/5 내지 1/2,500mm 이동할 때마다 초음파 촬영을 한다. 따라서, 엔코더의 출력 펄스가 높을수록 보강재(11)를 더 세밀하게 초음파 촬영을 할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 엔코더(320)의 출력펄스가 1mm 당 5펄스라고 가정하면, 상기 엔코더(320)는 펄스당 1/5mm 이동하도록 상기 Y축구동부(300)로 신호를 보내게 된다. 이때, 상기 Y축구동부(300)는 상기 엔코더(320)에서 수신된 신호에 의해 1/5mm씩 이동하게 되고, 상기 초음파프로브(500)는 상기 Y축구동부(300)가 1/5mm씩 이동할 때 마다 항공기구조물(10)의 보강재(11)를 초음파 촬영을 한다. 여기서 누적된 초음파 데이터는 시뮬레이션화하여 상기 보강재(11)의 결함유무를 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 구동장치는 x축구동부(200)를 이용하여 초음파프로브(500)를 길이방향(x축 방향)으로 이동시키면서 동시에 엔코더(320)를 이용하여 초음파프로브(500)를 보강재(11)의 길이방향(y축 방향)으로 일정간격 이동시켜, 보강재(11)의 정확한 위치에 맞추어 세밀하게 초음파 촬영을 할 수 있게 해주는 장점이 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 초음파 프로브(500)는 항공기구조물(10)의 표면 기울기에 따라 프레임(100)의 길이방향(x축 방향) 또는 너비방향(y축 방향)으로 회전할 수도 있다.
더욱 상세하게 설명하면, 상기 초음파 프로브(500)는 초음파를 발생시켜, 항공기구조물(10)과 반사되어 돌아오는 신호를 이용하여 항공기구조물(10)의 내부를 파악한다. 이때, 상기 초음파 프로브(500)와 상기 항공기구조물(10)의 표면이 수직되게 형성되는 것이 가장 정확하게 측정할 수 있지만, 만약 항공기구조물(10)의 표면이 경사지게 형성될 경우, 상기 초음파 프로브(500)를 회전시켜, 상기 항공기구조물(10)의 표면과 수직되게 형성하여 검사할 수도 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 상기 항공기구조물(10)의 표면이 프레임(100)의 y축 방향으로 기울어져 있을 경우, 상기 초음파 프로브(500)를 상기 프레임(100)의 y축 방향으로 회전시켜, 상기 항공기구조물(10)의 표면과 수직하게 형성시켜, 초음파 촬영을 한다.
도 5에서 보는 바와 같이, 상기 항공기구조물(10)의 표면이 프레임(100)의 x축 방향으로 기울어져 있을 경우, 상기 초음파 프로브(500)를 상기 프레임(100)의 길이방향으로 회전시켜, 상기 항공기구조물(10)의 표면과 수직하게 형성시켜, 초음파 촬영을 한다.
따라서, 상기 초음파 프레임(100)은 항공기구조물(10)의 표면 기울기에 따라 회전시켜, 항공기구조물(10)의 표면과 수직하게 회전하여 초음파 촬영을 실행할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 항공기구조물
100 : 프레임
110 : 제1 X축 지지대
120 : 제2 X축 지지대
200 : X축 구동부
300 : Y축 구동부
310 : Y축 지지대
320 : 엔코더
400 : Z축 구동부
500 : 초음파 프로브

Claims (5)

  1. 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)가 평행하게 구비되며, 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120) 사이에 항공기구조물(10)이 위치하는 프레임(100);
    상기 프레임(100) 상단에 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)를 연결하는 Y축 지지대(310)가 구비되며, 상기 제1 X축 지지대(110)와 제2 X축 지지대(120)의 경로를 따라 이동하는 X축구동부(200);
    상기 Y축 지지대(310)에 결합되어, 상기 Y축 지지대(310)의 경로를 따라 이동하는 Y축구동부(300);
    상기 Y축구동부(300)에 결합되어, 상기 프레임(100)의 수직방향으로 이동하는 Z축구동부(400); 및
    상기 Z축구동부(400)에 결합되어, 상기 항공기구조물(10)을 초음파 검사하는 초음파 프로브(500);
    를 포함하되,
    상기 Y축구동부(300)에는
    상기 초음파 프로브(500)를 상기 프레임(100)의 너비방향으로 일정 간격 이동시키는 엔코더(320)가 더 구비되며,
    상기 초음파 프로브(500)는 상기 엔코더(320)에 의해 일정 간격 이동될 때마다 항공기구조물(10)을 초음파 촬영하는 것을 특징으로 하는 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 엔코더(320)는
    상기 Y축구동부(300)를 5 내지 2,500펄스 당 1mm 이동시키는 것을 특징으로 하는 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 프로브(500)는
    상기 Y축구동부(300)를 중심으로 상기 프레임(100)의 길이방향 또는 너비방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 항공기 구조물(10)은
    항공기 날개인 것을 특징으로 하는 항공기구조물의 복합소재 초음파검사 구동장치.
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