KR101654298B1 - 실시간 초음파검사 모니터링 시스템 - Google Patents

실시간 초음파검사 모니터링 시스템 Download PDF

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백광세
김기복
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(주)엘라켐
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Abstract

본 발명은 실시간 초음파검사 모니터링 시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템은 곡면을 포함한 비평면 부위에도 견고하게 밀착 고정되어 초음파검사가 수행되므로 피검사물의 형상조건에 상관없이 초음파검사가 정확하고 안정되게 수행될 수 있도록 하고, 2차원 배열된 압전소자에 의한 피검사물의 초음파 신호로부터 피검사물의 3차원 초음파 영상을 실시간 생성하여 모니터링함에 따라 피검사물에 대한 진단 및 피검사물 결함에 대한 대응이 신속하고 효율적으로 수행될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템은 피검사물(1) 표면에 배치되고, 설정패턴으로 2차원 배열된 복수개의 압전소자(11)를 구비하여 피검사물(1)에 대한 초음파 검사를 수행하는 탐촉자(10)와; 상기 탐촉자(10)를 정위치에 고정시키는 고정체(20)와; 상기 탐촉자(10)로부터 초음파 신호정보를 전달받고, 전달받은 전체 초음파 신호정보로부터 피검사물(1)의 초음파영상을 산출하여 출력하는 출력장치(30) 및; 상기 탐촉자(10)와 출력장치(30)의 작동을 제어하는 컨트롤러(40)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

Description

실시간 초음파검사 모니터링 시스템{Realtime monitoring system by ultrasonography}
본 발명은 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 곡면을 포함한 비평면 부위에도 견고하게 밀착 고정되어 초음파검사가 수행되므로 피검사물의 형상조건에 상관없이 초음파검사가 정확하고 안정되게 수행될 수 있고, 2차원 배열된 압전소자에 의한 피검사물의 초음파 신호로부터 피검사물의 3차원 초음파 영상을 실시간 생성하여 모니터링함에 따라 피검사물에 대한 진단 및 피검사물 결함에 대한 대응이 신속하고 효율적으로 수행될 수 있는 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에 관한 것이다.
초음파 검사는 재료의 표면 또는 내부에 존재하는 불연속부를 검출하기 위해 초음파를 재료에 전달시켜 검사하는 비파괴검사에도 적용되어 보편적으로 사용되고 있다. 이러한 비파괴검사의 목적이 재료 또는 부품 등이 사용중에 파괴되었는지 여부를 판단하기 위해 결함의 유무, 결함의 크기 및 형태를 정확히 파악하는데 있듯이 초음파 검사도 주로 결함의 검출에 사용된다.
초음파 검사의 원리는 탐촉자(Probe)가 검사대상물에 음파의 에너지를 주사(走査:Scan)하고 피검사물은 이에 반응하여 음파를 반사(Echo)하는 원리로 이루어진다. 최근에는 영상화된 결과를 산출하는 위상배열 초음파 검사기술이 발전하면서 초음파 탐촉자가 장착된 스캐너를 이용하여 결함 여부를 살피는 초음파 검사로 보편화되고 있는 실정이다.
이와 같은 초음파 검사는 피검사물에 대해 탐촉자가 일정 간격을 유지해야 하고, 검사 도중 탐촉자의 흔들림을 최소화하는 정도에 따라 검사결과의 정밀도가 달라지는 등 일부 개선점을 안고 있다. 이와 같은 초음파 검사를 위한 장치와 관련하여 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1278451호 "자동 초음파 탐상 검사 장치", 등록번호 제10-0943219호 "초음파 검사용 스캐너" 등이 안출되어 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 초음파 검사 장치들은 기구학적 기계장치에 의해 피검사물에 고정되는 구성임에 따라, 곡면과 같은 비평면 부위에서는 고정에 어려움이 따랐으며, 피검사물이 복잡한 형상으로 이루어질 경우 초음파 검사가 부정확하고 불안정되게 수행되는 문제점이 있었다.
또한 종래에는 피검사물 표면에 액상 접촉매질을 도포한 다음, 탐촉자를 피검사물 표면에 접촉시키면서 초음파 검사를 수행하였는데, 이에 따라 액상 접촉매질에 의해 피검사물 표면이나 탐촉자가 오염되거나, 초음파 검사 진행중 액상 접촉매질이 증발 제거되어 탐촉자의 이동이 원활해지지 않게 되는 문제점이 있었다.
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대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-1278451호 "자동 초음파 탐상 검사 장치" 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0943219호 "초음파 검사용 스캐너"
따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 유연성이 있는 폴리머 접촉매질과 압전소자가 2차원 배열된 유연기판을 갖는 탐촉자와, 탐촉자를 압축스프링으로 가압 고정시키는 고정체를 통해 곡면을 포함한 비평면 부위에도 견고하게 밀착 고정되어 초음파검사가 수행됨으로써 피검사물의 형상조건에 상관없이 초음파검사가 정확하고 안정되게 수행될 수 있고, 2차원 배열된 압전소자에 의한 피검사물의 초음파 신호를 전달받은 출력장치의 3차원 영상생성 알고리즘을 통해 피검사물의 3차원 초음파 영상이 실시간 생성되어 모니터링됨으로써 피검사물에 대한 진단 및 피검사물 결함에 대한 대응이 신속하고 효율적으로 수행될 수 있는 새로운 형태의 실시간 초음파검사 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 PBMA(Poly ButylMetacrylate), EVA, 가소제(plasticizer)의 조성물로 이루어지고, 유리전이온도로 점도가 조절되는 폴리머 접촉매질을 사용함으로써 종래 액상 접촉매질을 사용하는 초음파 검사와 달리 피검사물 표면이나 탐촉자가 오염되는 현상이 방지되는 한편, 피검사물 표면에서의 탐촉자 이동이 원활하고 안정되게 수행되는 새로운 형태의 실시간 초음파검사 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고 본 발명은 복수개의 압전소자가 배열된 유연기판의 가장자리 부위가 하측으로 연장형성된 리브(rib)로 이루어져 저점도의 폴리머 접촉매질 가장자리 부위가 상기 리브에 의해 둘러싸이도록 함으로써 저점도의 폴리머 접촉매질의 손실이 방지되는 새로운 형태의 실시간 초음파검사 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 피검사물(1) 표면에 배치되고, 설정패턴으로 2차원 배열된 복수개의 압전소자(11)를 구비하여 피검사물(1)에 대한 초음파 검사를 수행하는 탐촉자(10)와; 상기 탐촉자(10)를 정위치에 고정시키기 위해, 상기 탐촉자(10) 상측 부위를 가로지르면서 상기 피검사물(1) 표면에 착탈가능하게 고정되는 고정프레임(21)을 포함하는 고정체(20)와; 상기 탐촉자(10)로부터 초음파 신호정보를 전달받고, 전달받은 전체 초음파 신호정보로부터 피검사물(1)의 초음파영상을 산출하여 출력하는 출력장치(30) 및; 상기 탐촉자(10)와 출력장치(30)의 작동을 제어하는 컨트롤러(40)를 포함하며, 상기 고정프레임(21)은 핀결합 또는 볼결합되는 복수개의 관절편(211)으로 이루어진 다관절 프레임(21a)인 것을 특징으로 하는 실시간 초음파검사 모니터링 시스템을 제공한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에서 상기 탐촉자(10)는 피검사물(1) 표면과 접촉하는 하부단이 유연성이 있는 폴리머 접촉매질(12)로 이루어져 피검사물(1)의 비평면 부위 표면에 밀착될 수 있도록 한다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에서 상기 탐촉자(10)의 폴리머 접촉매질(12)은 PBMA(Poly ButylMetacrylate), EVA, 가소제(plasticizer)의 조성물로 이루어지고, 유리전이온도로 점도를 조절하게 되는 것일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에서 상기 탐촉자(10)는 복수개의 압전소자(11)가 배열된 유연기판(13)이 상기 폴리머 접촉매질(12) 상측에 배치되도록 하되, 상기 유연기판(13)의 가장자리 부위는 하측으로 연장형성된 리브(rib)(131)로 이루어져 상기 폴리머 접촉매질(12)의 가장자리 부위가 상기 리브(131)에 의해 둘러싸이면서 저점도의 폴리머 접촉매질(12) 손실이 방지되도록 할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에서 상기 탐촉자(10)와 상기 고정프레임(21) 사이에 배치되어 상기 탐촉자(10)를 가압시키는 압축스프링(22)을 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
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이와 같은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에서 상기 피검사물(1)은 자석에 붙는 성질을 가진 소재로 이루어지고, 상기 피검사물(1) 표면에 고정되는 고정프레임(21) 부위는 영구자석과 전자석 중에서 선택된 어느 하나인 자석체(23)를 포함하는 것일 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에서 상기 컨트롤러(40)는 상기 탐촉자(10)의 압전소자(11)로부터 생성되는 초음파 빔의 입사 각도, 입사 강도, 입사 주파수를 달리하면서 피검사물(1)의 3차원 초음파영상 생성을 유도하고, 상기 출력장치(30)는 3차원 영상생성 알고리즘(31)을 구비하여 탐촉자(10)로부터 전달받은 전체 초음파 신호정보로부터 피검사물(1)의 3차원 초음파영상을 실시간 산출하여 출력하는 것일 수 있다.
본 발명에 의한 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에 의하면, 곡면을 포함한 비평면 부위에도 견고하게 밀착 고정되어 초음파검사가 수행되므로, 피검사물의 형상조건에 상관없이 초음파검사가 정확하고 안정되게 수행되는 효과가 있다. 그리고 본 발명에 의한 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에 의하면, 피검사물의 3차원 초음파 영상이 실시간 생성되어 모니터링되므로, 피검사물에 대한 진단 및 피검사물 결함에 대한 대응이 신속하고 효율적으로 수행되는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의한 실시간 초음파검사 모니터링 시스템에 의하면, 폴리머 접촉매질을 사용하므로, 종래 액상 접촉매질을 사용하는 초음파 검사와 달리 피검사물 표면이나 탐촉자가 오염되는 현상이 방지되는 한편, 피검사물 표면에서의 탐촉자 이동이 원활하고 안정되게 수행되는 효과가 있다. 저점도의 폴리머 접촉매질 가장자리 부위가 유연기판으로부터 연장된 리브에 의해 둘러싸이도록 하므로, 저점도의 폴리머 접촉매질의 손실이 방지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템의 기본 구성을 보여주기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 탐촉자의 내부 구성을 보여주기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템의 피검사물 3차원 초음파 영상 생성과정을 보여주기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 초음파 검사, 탐촉자, 압전소자, 폴리머, 접촉매질, PBMA(Poly ButylMetacrylate), EVA, 가소제(plasticizer), 유리전이온도, 스프링, 영구자석, 전자석, 초음파 3차원 영상생성 방법 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템(100)은 도 1과 도 2에서와 같이 탐촉자(10), 고정체(20), 출력장치(30), 컨트롤러(40)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 특히 본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템(100)은 원자력 발전소, 화학플랜트 등에 설치되는 배관 파이프(1a)나 구조물 중 응력이나 피로에 취약하거나 검사자의 접근이 어려운 비평면 부위(곡면 부위 포함)에 대한 초음파 검사를 통해 내부결함을 실시간 진단하고 필요시 경보할 수 있도록 하는 시스템에 효과적으로 적용될 수 있다. 물론 본 발명의 실시간 초음파검사 모니터링 시스템(100)은 이에 한정되지 않고 다양한 분야에 적용될 수 있다.
탐촉자(10)는 피검사물(1) 표면에 배치되는 것으로, 설정패턴으로 2차원 배열된 복수개의 압전소자(11)를 구비하여 피검사물(1)에 대한 초음파 검사를 수행하게 된다. 이와 같은 탐촉자(10)는 피검사물(1) 표면과 접촉하는 하부단이 유연성이 있는 폴리머 접촉매질(12)로 이루어져 피검사물(1)의 비평면 부위 표면에 밀착될 수 있게 된다. 여기서 폴리머 접촉매질(12)은 PBMA(Poly ButylMetacrylate), EVA, 가소제(plasticizer)의 조성물로 이루어지고, 유리전이온도로 점도를 조절하게 된다. 본 발명의 실시예에 따른 폴리머 접촉매질(12)은 저점도 특성을 가져 피검사물(1) 표면에서의 탐촉자(10) 이동이 원활하고 안정되게 수행될 수 있도록 한다.
한편 탐촉자(10)는 도 3에서와 같이 폴리머 접촉매질(12) 상측으로 복수개의 압전소자(11)가 배열된 유연기판(13)이 배치되도록 하고, 복수개의 압전소자(11)가 배열된 유연기판(13) 상측으로 유연성이 있는 소재로 이루어진 기재(backing material)(14)가 배치되도록 한다. 여기서 유연기판(13)은 실리콘 고무 소재로 이루어질 수 있고, 기재(14)는 유연성이 있는 폴리머로 이루어질 수 있다. 물론 유연기판(13)과 기재(14)의 소재가 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 유연기판(13)의 가장자리 부위는 하측으로 연장형성된 리브(rib)(131)로 이루어진다. 이와 같은 유연기판(13)의 리브(131)는 폴리머 접촉매질(12)의 가장자리 부위를 둘러싸면서 저점도의 폴리머 접촉매질(12)의 손실이 방지되도록 한다.
고정체(20)는 탐촉자(10)를 정위치에 고정시키는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 고정체(20)는 고정프레임(21)과 압축스프링(22)을 포함하는 구성으로 이루어진다.
고정프레임(21)은 탐촉자(10) 상측 부위를 가로지르면서 피검사물(1) 표면에 착탈가능하게 고정되는 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 고정프레임(21)은 핀결합 또는 볼결합되는 복수개의 관절편(211)으로 이루어지는 다관절 프레임(21a)이다. 고정프레임(21)이 다관절 프레임(21a)으로 이루어지므로, 다양한 크기와 형상의 피검사물(1)과 탐촉자(10)에 대응할 수 있고, 다양한 탐촉자(10) 설치 환경조건에 대응할 수 있게 된다. 물론 고정프레임(21)은 이외의 다양한 구성으로 이루어질 수 있다.
피검사물(1)이 자석에 붙는 성질을 가진 소재로 이루어질 경우 피검사물(1) 표면에 고정되는 고정프레임(21) 부위는 영구자석이나 전자석으로 된 자석체(23)를 포함하여 피검사물(1) 표면에 착탈가능하게 고정될 수 있다. 여기서 고정프레임(21)의 견고한 고정을 위해 자석체(23)가 전자석으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
압축스프링(22)은 탐촉자(10)와 고정프레임(21) 사이에 배치되어 탐촉자(10)를 가압 고정시키는 것이다.
출력장치(30)는 탐촉자(10)로부터 초음파 신호정보를 전달받고, 전달받은 전체 초음파 신호정보로부터 피검사물(1)의 초음파영상을 산출하여 출력하는 것이다. 이를 위하여 출력장치(30)는 모니터(30a)를 구비하게 된다. 이와 같은 출력장치(30)는 3차원 영상생성 알고리즘(31)을 구비하여 탐촉자(10)로부터 전달받은 전체 초음파 신호정보로부터 피검사물(1)의 3차원 초음파영상을 실시간 산출하여 출력하게 된다. 3차원 영상생성 알고리즘(31)은 현재 통용되고 있는 다양한 초음파 3차원 영상생성 방법의 적용으로 구현될 수 있다.
컨트롤러(40)는 탐촉자(10)와 출력장치(30)의 작동을 제어하는 것으로, 특히 본 발명의 실시에에 따른 컨트롤러(40)는 도 4에서와 같이 탐촉자(10)의 압전소자(11)로부터 생성되는 초음파 빔의 입사 각도, 입사 강도, 입사 주파수를 달리하면서 피검사물(1)의 3차원 초음파영상 생성을 유도하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템(100)은 유연성이 있는 폴리머 접촉매질(12)과 압전소자(11)가 2차원 배열된 유연기판(13)을 갖는 탐촉자(10)와, 탐촉자(10)를 압축스프링(22)으로 가압 고정시키는 고정체(20)를 통해 곡면을 포함한 비평면 부위에도 견고하게 밀착 고정되어 초음파검사가 수행되도록 하므로, 피검사물(1)의 형상조건에 상관없이 초음파검사가 정확하고 안정되게 수행되고, 2차원 배열된 압전소자(11)에 의한 피검사물(1)의 초음파 신호를 전달받은 출력장치(30)의 3차원 영상생성 알고리즘(31)을 통해 피검사물의 3차원 초음파 영상이 실시간 생성되어 모니터링되도록 하므로, 피검사물(1)에 대한 진단 및 피검사물 결함에 대한 대응이 신속하고 효율적으로 수행되는 특징을 갖는다. 또한 본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템(100)은 PBMA(Poly ButylMetacrylate), EVA, 가소제(plasticizer)의 조성물로 이루어지고, 유리전이온도로 점도가 조절되는 폴리머 접촉매질(12)을 사용하므로, 종래 액상 접촉매질을 사용하는 초음파 검사와 달리 피검사물 표면이나 탐촉자가 오염되는 현상이 방지되는 한편, 피검사물(1) 표면에서의 탐촉자(10) 이동이 원활하고 안정되게 수행되는 특징을 갖는다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템(100)은 복수개의 압전소자(11)가 배열된 유연기판(13)의 가장자리 부위가 하측으로 연장형성된 리브(rib)(131)로 이루어져 저점도의 폴리머 접촉매질(12) 가장자리 부위가 리브(131)에 의해 둘러싸이도록 하므로, 저점도의 폴리머 접촉매질(12)의 손실이 방지되는 특징이 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 실시간 초음파검사 모니터링 시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
1 : 피검사물 1a : 파이프
10 : 탐촉자 11 : 압전소자
12 : 폴리머 접촉매질 13 : 유연기판
131 : 리브 14 : 기재
20 : 고정체 21 : 고정프레임
21a : 다관절 프레임 211 : 관절편
22 : 압축스프링 23 : 자석체
30 : 출력장치 30a : 모니터
31 : 3차원 영상생성 알고리즘 40 : 컨트롤러
100 : 실시간 초음파검사 모니터링 시스템

Claims (8)

  1. 피검사물(1) 표면에 배치되어 피검사물(1)에 대한 초음파 검사를 수행하게 되고, PBMA(Poly ButylMetacrylate), EVA, 가소제(plasticizer)의 조성물로 구성되어 유연성을 가지면서 피검사물(1)의 비평면 부위 표면에 밀착될 수 있는 하부단을 이루되 설정크기 이하의 저점도를 가져 피검사물(1)의 비평면 부위 표면에 밀착된 상태로 이동할 수 있게 되는 폴리머 접촉매질(12), 폴리머 접촉매질(12) 상측에 배치되는 실리콘 고무 소재로 이루어지고 가장자리 부위에 리브(rib)(131)가 하측으로 연장형성되어 폴리머 접촉매질(12)의 가장자리 부위를 둘러싸면서 저점도의 폴리머 접촉매질(12)의 손실이 방지되도록 하는 유연기판(13), 유연기판(13)에 설정패턴으로 2차원 배열되는 복수개의 압전소자(11), 복수개의 압전소자(11)가 배열된 유연기판(13) 상측에 배치되는 유연성이 있는 폴리머로 이루어지는 기재(14)로 구성되는 탐촉자(10)와;
    탐촉자(10)를 정위치에 고정시키되, 핀결합 또는 볼결합되는 복수개의 관절편(211)으로 이루어져 탐촉자(10) 상측 부위를 가로지르면서 피검사물(1) 표면에 착탈가능하게 고정되는 다관절 프레임(21a)인 고정프레임(21), 탐촉자(10)와 고정프레임(21) 사이에 배치되어 탐촉자(10)를 가압시키는 압축스프링(22), 고정프레임(21)의 끝단부에 형성되고 자석에 붙는 성질을 가진 소재로 이루어진 피검사물(1) 표면에 고정되는 전자석으로 이루어지는 자석체(23)로 구성되는 고정체(20)와;
    탐촉자(10)로부터 초음파 신호정보를 전달받고, 모니터(30a)를 구비하여 전달받은 전체 초음파 신호정보로부터 피검사물(1)의 초음파영상을 산출하여 출력하되, 3차원 영상생성 알고리즘(31)을 구비하여 탐촉자(10)로부터 전달받은 전체 초음파 신호정보로부터 피검사물(1)의 3차원 초음파영상을 실시간 산출하여 출력하는 출력장치(30) 및;
    상기 탐촉자(10)와 출력장치(30)의 작동을 제어하되, 탐촉자(10)의 압전소자(11)로부터 생성되는 초음파 빔의 입사 각도, 입사 강도, 입사 주파수를 달리하면서 피검사물(1)의 3차원 초음파영상 생성을 유도하는 컨트롤러(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는 실시간 초음파검사 모니터링 시스템.
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