KR101740907B1 - Ｅｍａｔ 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇 - Google Patents

Ｅｍａｔ 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇 Download PDF

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Abstract

본 발명은 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비접촉식으로 용접부의 용접 결함을 검출할 때, EMAT 발진 신호를 증폭시켜, 결함 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇에 관한 것이다.

Description

ＥＭＡＴ 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇{EMAT sensor And Robot for welding defect inspection of oil storage tank using the same}
본 발명은 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비접촉식으로 용접부의 용접 결함을 검출할 때, EMAT 발진 신호를 증폭시켜, 결함 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇에 관한 것이다.
일반적으로 중화학설비에서 저유탱크는 철판들이 서로 용접되어 제작되는데 이 용접부위의 용접결함은 내부에 저장된 유류나 가스등을 누출할 수 있는 원인으로 작용하고 있고, 설비의 정지, 화재, 폭발과 같은 2차적 사고를 유발할 수도 있다.
또한, 저유탱크는 보통 크기가 대형이므로 비계와 같은 철제 구조물을 이용하여 검사자가 비파괴 검사장비로 검사하기에는 추락재해와 같은 위험성이 크다.
또한, 종래의 비파괴 검사는 검사자의 수작업으로 모든 검사가 이루어지므로 검사자의 숙련도에 따라 검사 결과가 달라져 검사의 정확성을 담보하기 힘든 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 본 출원인인 스스로 배관 또는 저유탱크의 외부를 이동하며 결함을 측정할 수 있는 비파괴 검사용 트랙커 장치(한국공개특허 제10-2012-0119757호)를 개발한 바 있다.
종래의 비파괴 검사용 트랙커 장치는 배관이나 저유탱크 등의 외면에 달라붙어 스스로 이동하며 결함을 검출할 수 있으므로 검사자의 재해 위험이 없고 정밀한 결함검사를 수행할 수 있으므로 매우 유용한 기술이다.
한편, 종래의 비파괴 검사용 트랙커 장치는 저유탱크의 외면에 요철이 존재할 경우 초음파 센서와 저유탱크의 외면이 서로 떨어져 공극이 발생할 수 있으므로 이러한 공극은 결함검출의 정밀도를 저하시키는 문제점이 있다.
이에 따라, 본 출원인은 저유탱크의 외면에 요철등에 의해 초음파 센서와 저유탱크의 외면 사이에 공극이 발생하더라도 스프링과 윤활제를 이용하여 초음파 발신부와 초음파 수신부의 하면을 저유탱크의 표면에 밀착시켜, 결함검출의 정밀도를 향상시킬 수 있는 결함 검사용 로봇(한국공개특허 제10-2015-0100173호)을 개발한 바 있다.
하지만, 종래의 결함 검사용 로봇은 결함 검출시 정밀도를 높은 효율로 향상시켰음에도 불구하고, 저유탱크 외면과 초음파 센서의 사이에 공극이 발생할 경우에는 여전히 오차가 존재하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 전자기 초음파 탐촉자(EMAT)를 이용하여 비접촉식으로 용접부의 용접 결함을 검출하는 결함 검사용 로봇(한국출원특허 : 제10-2015-0135464호, 현재 미공개임)을 개발한 바 있다.
하지만, 종래의 결함 검사용 로봇은 EMAT 발진 신호의 한계로 인해, 결함 검출 정밀도가 미흡한 부분이 있어, 결함 검출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있는 EMAT 센서의 개발이 필요하였다.
본 발명은 이러한 문제점 및 필요성에 의해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 EMAT의 비접촉성인 특성을 이용하여, 비접촉식으로 용접부의 용접 결함을 검출할 수 있으며, EMAT 발진 신호를 증폭되게 함으로써 결함 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비접촉식으로 용접부의 용접 결함 검출을 위한 EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer) 센서로써, 코일에 자기력을 제공하는 영구자석 모듈; 및 상기 영구자석 모듈의 하부에 위치하고, 전류가 인가되면 상기 영구자석 모듈의 자기력에 의해 EMAT를 발진시키는 코일;을 포함하고, 상기 영구자석 모듈은 서로 다른 극성이 상하로 위치되도록 설치되는 제1 영구자석, 상기 제1 영구자석과 소정 간격 이격되고, 상기 제1 영구자석과 극성이 서로 대칭되도록 설치되는 제2 영구자석, 상기 제1 영구자석의 하부 극성과 상기 제2 영구자석의 하부 극성 사이에 소정 간격을 두고 서로 다른 극성이 좌우로 배치되도록 설치되되, 인접하는 상기 제1 영구자석 및 상기 제2 영구자석의 각 하부 극성과 대응되는 극성으로 설치되는 제3 영구자석을 포함하여 이루어지며, 상기 제3 영구자석은 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석 사이에 형성되는 자기력이 증폭되게 하는 것을 특징으로 하는 EMAT 센서.를 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석의 상부에 위치하여, 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석 간에 자속을 전달하는 강철 패널;을 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 코일은 상기 영구자석 모듈의 하부에 형성된 수지층에 마련되고, 상기 수지층은 상기 코일과 상기 용접부를 서로 밀착되게 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 수지층은 에폭시 수지로 형성된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 영구자석 모듈, 상기 코일 및 상기 강철 패널을 수용하는 케이스;를 더 포함하고, 상기 제1 영구자석, 상기 제2 영구자석 및 상기 제3 영구자석의 사이 공간에는 에폭시 수지로 몰딩된다.
또한, 본 발명은 로봇 본체; 상기 로봇 본체의 양측에 구비되고, 상기 로봇 본체가 피검체인 저유탱크에 달라붙어 이동할 수 있게 하는 자석 바퀴; 상기 로봇 본체의 후면 일측에 구비되고, 상기 저유탱크와 접촉하여 상기 저유탱크의 용접부로 특정 파형을 송신하는 EMAT 센서가 수용된 EMAT 송신부; 상기 EMAT 송신부와 소정간격 이격되도록 상기 로봇 본체의 후면 타측에 구비되고, 상기 저유탱크와 접촉하며 상기 용접부를 통해 전달되는 특정 파형을 수신하여 전기신호를 출력하는 EMAT 센서가 수용된 EMAT 수신부; 상기 로봇 본체 내부에 구비되고, 미리 설정된 결합 데이터를 저장하며, 상기 EMAT 수신부의 전기신호와 상기 결함 데이터를 비교하여 결함발생 여부를 판단하는 제어부;를 포함하는 용접부 결합 검사용 로봇을 더 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 EMAT 송신부와 상기 EMAT 수신부가 소정간격 이격되도록 상기 EMAT 송신부와 상기 EMAT 수신부를 연결하는 송수신부 연결브라켓;을 더 포함하고, 상기 송수신부 연결브라켓은 상기 로봇 본체가 이동될 때, 상기 용접부 상에서 상기 용접부와 서로 접촉하지 않으며 이동하게 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 송수신부 연결브라켓은 플렉시블(flexible) 재질이 이용되어, 상기 EMAT 송신부와 상기 EMAT 수신부가 하방으로 탄성을 가지며, 상기 저유탱크에 밀착 되게 한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 결함 발생시 결함 발생 알람 신호를 출력한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 자석 바퀴는 두 개의 바퀴 몸체; 상기 바퀴 몸체들의 사이 중앙부에 구비되는 자석; 적어도 하나의 상기 바퀴 몸체에 구비되되, 상기 자석을 기준으로 하여 방사상으로 복수개가 구비되는 자력 분산핀;을 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 바퀴 몸체들은 상기 자력 분산핀에 의해 핀결합된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 자석은 네오디움 자석이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 로봇 본체의 일정부분에는 카메라가 더 구비되고, 상기 제어부는 상기 카메라의 구동을 제어한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 로봇 본체의 일정부분에는 상기 자석 바퀴의 구동을 제어하기 위한 구동제어 신호를 수신하거나, 상기 제어부에서 출력되는 결함발생 알람신호를 외부로 송신하는 무선통신부;가 더 구비되고, 상기 제어부는 상기 무선통신부로부터 상기 구동제어 신호를 입력받아, 상기 자석 바퀴의 구동을 제어한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 결함 검사가 시작된 후, 이동거리를 계산하고, 결함발생시 상기 이동거리를 결함위치 정보로 출력하며, 상기 무선통신부는 외부로 상기 결함위치 정보를 송신한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어부는 결함 발생시 상기 로봇 본체가 일정한 거리 전진 및 후진이 반복되도록 상기 자석 바퀴를 구동하고, 상기 EMAT 수신부에 수신된 전기 신호와 상기 결함 데이터가 가장 유사한 위치에 대응하는 상기 이동거리를 상기 결함위치 정보로 출력한다.
또한, 본 발명은 용접부 결함 검사용 로봇; 상기 결함 검사용 로봇과 무선통신으로 연결되어 상기 구동제어 신호를 송신하거나, 상기 결함발생 알람신호 및 상기 결함위치 정보를 수신하는 원격제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇 시스템을 더 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 원격제어장치는 사용자가 조작하여 상기 구동제어 신호를 생성하기 위한 조이스틱; 상기 결함발생 알람신호를 경고음으로 출력하는 스피커; 상기 결합발생 알람신호를 경고광으로 표시하는 LED램프; 및 상기 구동제어 신호의 생성상태, 상기 결함발생 알람신호의 수신여부 및 상기 결함위치 정보를 화면으로 출력하기 위한 디스플레이;를 포함한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇에 의하면, EMAT의 비접촉성인 특성을 이용하므로, 결함 검사용 로봇의 EMAT 송신부 및 EMAT 수신부와 저유탱크의 외면 사이에 공극이 발생하더라도, 결함 검사를 용이하게 수행할 수 있으며, EMAT 발진 신호가 증폭됨으로써, 결함 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 지닌다.
또한, 본 발명의 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇에 의하면, 별도의 접촉 매질을 이용하지 않으므로, 로봇의 소형화를 꾀할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 EMAT 센서 및 이를 이용한 저유탱크 용접부 결함 검사용 로봇에 의하면, 결함이 탐지될 경우, 즉시 결함발생 알림신호와 결함위치 정보를 원격제어장치로 전송해줌으로써, 작업자가 결함검사 도중에도 적절한 유지보수가 이루어지게 할 수 있는 장점을 지닌다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMAT 센서를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 결함 검사용 로봇 시스템의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 결함 검사용 로봇을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 결함 검사용 로봇을 보여주는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 결함 검사용 로봇의 결함발생 판단 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 결함 검사용 로봇의 결함 발생 판단 과정에서 결함 발생시 신호 차이를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 결함 검사용 로봇의 바퀴를 보여주는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 용접부 결함 검사용 로봇의 바퀴 예를 보여주는 도면이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 EMAT 센서를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMAT 센서는 비접촉식으로 용접부의 용접 결함 검출을 위한 센서로서, 영구자석 모듈(110), 코일(120) 및 강철패널(130)을 포함하여 이루어진다.
상기 영구자석 모듈(110)은 상기 코일(120)에 자기력을 제공하기 위한 자석 모듈로서, 제1 영구자석(111), 제2 영구자석(112) 및 제3 영구자석(113)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 영구자석(111)은 서로 다른 극성이 상하로 위치되도록 설치된다.
또한, 상기 제2 영구자석(112)은 상기 제1 영구자석(111)과 대응되는 형상으로, 상기 제1 영구자석(111)과 소정 간격 이격되도록 설치된다.
또한, 상기 제2 영구자석(112)은 상기 제1 영구자석(111)과 극성이 서로 대칭되도록 설치된다.
또한, 상기 제3 영구자석(113)은 상기 제1 영구자석(111)의 하부 극성과 상기 제2 영구자석(112)의 하부 극성 사이에 소정 간격을 두고, 서로 다른 극성이 좌우로 배치되도록 설치된다.
또한, 상기 제3 영구자석(113)은 인접하는 상기 제1 영구자석(111) 및 상기 제2 영구자석(112)의 각 하부 극성과 대응되는 극성으로 설치된다.
이에 따라, 상기 제3 영구자석(113)은 상기 제1 영구자석(111)과 상기 제2 영구자석(112) 사이에 형성되는 자기력을 증폭되게 한다.
즉, 상기 영구자석 모듈(110)은 EMAT 발진 신호가 증폭되게 할 수 있으므로, 결함 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 지닌다.
상기 코일(120)은 상기 영구자석 모듈(110)의 하부에 위치하고, 전류가 인가되면, 상기 영구자석 모듈(110)의 자기력에 의해 EMAT를 발진시키는 수단이다.
또한, 상기 코일(120)은 상기 영구자석 모듈(110)의 하부에 형성된 수지층(120a)에 마련될 수 있다.
여기서, 상기 수지층(120a)은 상기 코일(120)과 상기 용접부를 서로 밀착되게 하는 역할을 한다.
또한, 상기 수지층(120a)은 에폭시 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
이는 상기 에폭시 수지가 무기물과의 융화력이 좋기 때문에, 실리카 산화티탄 등과 같은 충전재 및 보강재와 조합하여 사용되기에 용이하기 때문이다.
상기 강철 패널(130)은 상기 제1 영구자석(111)과 상기 제2 영구자석(112)의 상부에 위치하여, 상기 제1 영구자석(111)과 상기 제2 영구자석(112) 간에 자속을 전달하는 역할을 한다.
또한, 본 발명에 따른 EMAT 센서(100)는 상기 영구자석 모듈(110), 상기 코일(120) 및 상기 강철 패널(130)을 수용하는 케이스(140)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 케이스(140)는 '
Figure 112016026034512-pat00001
' 형상으로, 상기 강철 패널(130)의 상부에서 끼워지는 제1 케이스(141), 상기 영구자석 모듈(110)의 전방 및 후방에서 끼워지는 제2 케이스(142) 및 제3 케이스(143)로 이루어지며, 내부에 수용된 구성 부품들을 보호할 수 있다.
또한, 상기 케이스(140)의 일측에는 BNC 커넥터(141)가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 영구자석(111), 상기 제2 영구자석(112) 및 상기 제3 영구자석(113)의 사이 공간에는 에폭시 수지(r)로 몰딩될 수 있다.
이는 각 구성 부품들이 안정적으로 고정 설치될 수 있게 한다.
또한, 본 발명은 상기 EMAT 센서(100)가 구비된 용접부 결함 검사용 로봇(200)을 더 제공한다.
도 2를 참조하면, 상기 용접부 결함 검사용 로봇(200)은 저유탱크의 외면에 달라붙어 용접부(11)를 따라 스스로 이동하며, EMAT 신호를 이용하여 용접부(11)의 용접 결함을 검사하는 로봇이다.
또한, 본 발명에 따른 용접부 검사용 로봇(200)은 검사자에 의해 조작되는 원격제어 장치(300)와 무선통신을 통해 연결되며, 상기 원격제어장치(300)와 함께 하나의 용접부 결함 검사용 로봇 시스템으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 용접부 결함 검사용 로봇(200)은 상기 원격제어장치(300)와 RF(Radio Frequency)통신 방식으로 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원격제어장치(300)는 조이스틱(310), 스피커(320), LED램프(330), 디스플레이(240) 및 온/오프 버튼(350)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 조이스틱(310)은 검사자에 의해 조작되고, 상기 로봇(200)의 구동을 위한 구동제어 신호를 생성한다.
또한, 상기 스피커(320)는 상기 로봇(200)으로부터 결함발생 알림신호가 수신될 경우, 경고음을 출력하고, 상기 LED램프(330)는 경고광을 표시한다.
또한, 상기 디스플레이(340)는 상기 결함발생 알림신호가 입력될 경우, 결함발생을 알리는 알람 화면을 디스플레이하거나, 상기 로봇(200)으로부터 수신되는 결함위치 정보를 디스플레이한다.
또한, 상기 디스플레이(340)는 상기 조이스틱(310)의 조작상황이나, 상기 원격제어장치(300)의 온/오프 여부와 같은 전반적인 제어 상태를 디스플레이할 수 있다.
또한, 상기 온/오프 버튼(350)은 상기 원격제어장치(300)의 온/오프 동작을 제어한다.
한편, 본 발명에 따른 용접부 결함 검사용 로봇 시스템은 별도의 시그널 프로세싱(410)이 구비된 컴퓨터(400)가 더 구비될 수 있다.
이에 따라, 후술할 제어부는 직접 결함 발생 여부를 판단하지 않고, 상기 컴퓨터(400)를 통해 결함 발생 여부를 판단할 수 있으며, 상기 컴퓨터(400)에 결함 발생 정보가 저장될 수 있다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 용접부 결함 검사용 로봇(200)의 구체적인 구성을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 용접부 결함 검사용 로봇(200)은 로봇 본체(210), 자석 바퀴(220), 상기 EMAT 센서(100)가 수용된 EMAT 송신부(230), 상기 EMAT 센서(100)가 수용된 EMAT 수신부(240) 및 제어부(250)을 포함하여 이루어진다.
상기 로봇 본체(210)는 내부에 상기 제어부(250)를 수용하고, 상기 자석 바퀴(220), 상기 EMAT 송신부(230), 상기 EMAT 수신부(240)가 부착되기 위한 본체로서, 저 중량의 합금 재료를 이용하여 제작된다.
그러나, 상기 로봇 본체(210)는 합성 수지 재료로 제작될 수 있으며, 상기 제어부(250), 상기 자석 바퀴(220), 상기 EMAT 송신부(230) 및 상기 EMAT 수신부(240)를 탑재할 수 있다면, 형상의 제한은 없다.
또한, 상기 로봇 본체(210)는 바람직하게는 비가 오는 등의 기상조건에도 검사가 가능하도록 방수처리 될 수 있다.
또한, 상기 로봇 본체(210)는 중앙부 본체(211), 좌측부 본체(212) 및 우측부 본체(213)로 분리되어 구성될 수 있고, 상기 좌측부 본체(212)와 상기 우측부 본체(213)은 각각 상기 중앙부 본체(211)에서 회동가능하도록 핀결합(211a)될 수 있다.
그 이유는 파이프와 같이 외면이 굴곡진 피검체를 검사할 때, 상기 좌측부 본체(212)와 상기 우측부 본체(213)에 구비되는 자석 바퀴(220)가 피검체의 외면에 밀착될 수 있게 하여, 상기 본체(210)가 저유탱크(10)에서 떨어지는 것을 방지하기 위함이다.
상기 자석 바퀴(220)는 상기 로봇 본체(210)의 양측에 각각 구비되고, 상기 로봇 본체(210)가 자력에 의해 저유탱크에 달라붙은 채로 이동할 수 있게 한다.
더욱 자세하게는, 상기 자석 바퀴(220)는 상기 좌측부 본체(212)와 상기 우측부 본체(213)에 각각 부착되며, 강자성체인 Fe, Co, Ni 또는 이것들의 합금, 페라이트 등을 이용하여 제작될 수 있다.
또한, 상기 자석 바퀴(220)는 상기 좌측부 본체(212) 및 상기 우측부 본체(213)에 각각 구비되는 모터(220a)에 의해 구동되며, 상기 모터(220a)는 BLDC(brushless DC)모터일 수 있다.
또한, 상기 모터(220a)의 구동을 제어하기 위한 모터 드라이버(280)가 더 구비될 수 있다.
상기 EMAT 송신부(230)는 상기 EMAT 센서(100)가 수용된 채, 상기 로봇 본체(210)의 후면 일 측에 구비된다.
상기 EMAT 수신부(240)는 상기 EMAT 센서(100)가 수용된 채, 상기 EMAT 송신부(230)와 소정 간격 이격되도록 상기 로봇 본체(210)의 후면 타 측에 구비된다.
더욱 자세하게는, 상기 EMAT 송신부(230)와 상기 EMAT 수신부(240)는 상기 중앙 본체(211)의 후면에 길이방향 중앙선을 기준으로 좌우에 부착된다.
이와 같이 구비된, 상기 EMAT 송신부(230)의 상기 코일(120)에 교류 전류를 흘려주면, 상기 영구자석 모듈(110)에 의해 생성된 고정 자력과 전류의 방향에 의해 생성되는 로렌츠 힘에 의해, 저유 탱크(10)의 지면을 따라 전단 수평파(shear horizontal-wave)가 발생 되고, 상기 지면을 따라 발생되는 신호는 상기 EMAT 수신부(240)에서 수신된다.
다시 말하면, 상기 EMAT 송신부(230)는 상기 저유탱크(10)와 접촉하며, 상기 저유탱크의 용접부(11)로 특정 파형을 송신하고, 상기 EMAT 수신부(240)는 상기 저유탱크(10)와 접촉하여, 상기 용접부(11)를 통해 전달되는 특정 파형을 수신하여 전기신호로 출력한다.
즉, 상기 EMAT 수신부(240)는 상기 EMAT 발신부(230)에서 발신된 특정 파형이 용접부(11)를 거쳐 변화한 특정 파형을 수신하고, 상기 용접부(11)의 상태에 따라 변화하는 전기신호를 출력한다.
이에 따라, 상기 EMAT 수신부(240)에서 출력되는 전기신호의 세기 및 형태에 따라 상기 용접부(11)의 결함 여부를 판단할 수 있게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 EMAT 수신부(240)에서 출력되는 신호를 보다 상세하게 설명하면, 상기 저유탱크(10)의 외측 표면을 따라 전파되는 가이드 파(guided wave)에 의한 신호(a), 상기 저유탱크(10)의 용접부(11)의 결함(11a)에서 반사되는 신호(b), 상기 저유탱크(10)의 용접부(11)의 결함(11a)을 통과해서 나오는 신호(c)로 분류될 수 있다.
이때, 상기 저유탱크(10)의 용접부의 결함(11a)을 통과해서 나오는 신호(c)를 수신하여, 상기 용접부(11)의 결함이 없을 때 신호(a)와 비교하면, 신호의 크기 및 형태(주파수)가 모두 상이함을 알 수 있다.
즉, 용접부(11)의 결함(11a)에 의해 측정될 수 있는 송신된 전기 신호를 미리 샘플링하여 저장하고, 현재 검사되고 있는 용접부의 결함에서 감소된 가이드 파에 의한 전기 신호를 서로 비교하여, 유사성을 판단함으로써 결함의 존재여부를 판단할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(200)은 상기 EMAT 송신부(230)와 상기 EMAT 수신부(240)가 소정 간격 이격되도록, 상기 EMAT 송신부(230)와 상기 EMAT 수신부(240)를 연결하는 송수신부 연결브라켓(260)이 더 구비될 수 있다.
상기 송수신부 연결브라켓(260)은 상기 로봇 본체(210)가 결함 검사를 위해 이동될 때, 상기 용접부 상에서 상기 용접부와 서로 접촉하지 않으며 이동하게 한다.
또한, 상기 송수신부 연결브라켓(260)은 플렉시블(flexible)한 재질의 재료로 제작되는 것이 바람직하다.
이는 상기 EMAT 송신부(230)와 상기 EMAT 수신부(240)가 하방으로 탄성을 가지게 하여, 저유탱크 또는 파이프와 같이 외면이 굴곡진 피검체를 검사할때, 피검체에 밀착되게 하여, 일정한 형태의 EMAT 파형이 전파될 수 있게 함으로써, 결함 검사의 정밀도를 향상시키기 위함이다.
또한, 상기 송수신부 연결브라켓(260)은 길이 조절이 가능하도록 구비되어, 상기 EMAT 송신부(230)와 상기 EMAT 수신부(240) 사이의 길이를 용이하게 조절할 수 있게 한다.
상기 제어부(250)는 상기 로봇 본체(210)의 내부에 구비되고, 미리 샘플링된 결함 데이터를 저장하며, 상기 EMAT 수신부(240)에서 출력되는 신호와 상기 결함 데이터를 서로 비교하여 결함발생 여부를 판단한다.
또한, 상기 제어부(250)는 결함 발생시 결함발생 알람 신호를 출력한다.
또한, 상기 결함 데이터는 상기 용접부(11)에 결함이 존재할 때, 상기 EMAT 수신부(240)에서 출력되는 전기 신호의 샘플 정보이며, 상기 제어부(250)는 상기 결함 데이터와 상기 EMAT 수신부(240)에서 출력되는 전기신호의 유사도를 판단함으로써, 결함발생 여부의 판정이 이루어진다.
또한, 상기 제어부(250)는 결함검사가 시작된 후, 상기 로봇 본체(210)의 이동거리를 누적하여 계산하고, 결함 발생 시, 결함발생 지점에서 상기 로봇 본체(210)가 이동한 거리를 결함위치 정보로 출력할 수 있다.
또한, 상기 로봇 본체(210)에는 상기 모터(220a)의 회전수나 상기 자석바퀴(220)의 회전수를 측정하는 엔코더(도시하지 않음)가 더 구비될 수 있고, 상기 제어부(250)는 상기 엔코더로부터 출력되는 신호를 카운팅하여 상기 이동거리를 계산한다.
또한, 상기 제어부(250)는 결함발생시 상기 로봇 본체(210)를 일정한 거리만큼 반복적으로 전진 및 후진하게 하여 상기 EMAT 수신부(240)에서 수신되는 전기 신호와 상기 결함 데이터가 가장 유사한 위치에 대응하는 이동거리를 계산하고, 계산된 이동거리를 상기 결함위치 정보로 출력할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 로봇(200)은 EMAT의 비접촉성인 특성을 이용하므로, 결함 검사용 로봇의 EMAT 송신부(230) 및 EMAT 수신부(240)와 저유탱크의 외면 사이에 공극이 발생하더라고, 결함 검사를 용이하게 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 영구자석 모듈(110)에 의해 EMAT 발진 신호가 증폭됨으로써, 결함 검출 정밀도를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
더욱이, 별도의 접촉 매질을 이용하지 않고, 소형의 EMAT 센서(100)만으로도 결함검사를 수행할 수 있으므로, 로봇의 소형화를 꾀할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇(200)은 상기 제어부(250)에서 출력되는 결함발생 알람 신호나 상기 결함위치 정보를 상기 원격제어장치(300)로 출력하기 위한 무선통신부(270)를 더 포함한다.
또한, 상기 무선통신부(270)는 상기 원격제어장치(300)와 RF통신방법으로 데이터를 송수신할 수 있다.
또한, 상기 무선통신부(270)의 수신 신호를 증폭시켜주기 위한 신호증폭기가 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 무선통신부(270)는 상기 원격제어장치(300)로부터 상기 로봇(200)의 구동을 위한 구동제어 신호를 수신하여 상기 제어부(250)로 전달하고, 상기 제어부(250)는 상기 구동제어 신호에 따라 상기 모터(220a)를 구동함으로써 로봇(200)의 움직임을 제어한다.
또한, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 로봇(200)의 자석 바퀴(220)는 바퀴 몸체(221), 자석(222) 및 자력 분산핀(223)을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 바퀴 몸체(221)는 두 개(221a, 221b), 즉 한 쌍으로 이루어지며, 상기 자석(222)은 상기 바퀴 몸체들(221)의 사이 중앙부에 구비된다.
또한, 상기 바퀴 몸체(221)의 재질은 순철인 것이 바람직하다.
또한, 상기 자석(222)은 네오디움 자석이 이용되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 자력 분산핀(223)은 상기 바퀴 몸체들(221) 중 적어도 하나에 구비되며, 상기 자석(222)을 기준으로 하여 방사상으로 복수개가 구비된다.
또한, 상기 자력 분산핀(223)은 상기 바퀴 몸체(221)와 동일한 순철 재질이 이용되는 것이 바람직하다.
또한, 도 8(a), 도 8(b), 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 상기 바퀴 몸체(221)들은 상기 자력 분산핀(223)에 의해 다양한 형태로 핀 결합될 수 있다.
여기서, 상기 자력 분산핀(223)은 상기 자석(222)에서 발생되는 자력을 분산시키는 역할을 한다.
이에 따라, 상기 자력 분산핀(223)과 인접한 위치에 상기 자석 바퀴(220)가 상기 저유 탱크(11)에 부착되게 되면, 상기 자석 바퀴(220)와 상기 저유 탱크(11)의 부착력이 감소하게 된다.
즉, 이러한 구조를 이루는 상기 자석 바퀴(220)는 검사자의 필요에 따라 결함검사용 로봇(200)을 저유 탱크(11)로부터 탈착시킬 때, 상기 자력 분산핀(223)과 상기 저유 탱크(11) 사이의 거리를 조절함으로써, 상기 용접부 결함검사용 로봇(100)을 용이하게 탈착시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 로봇(200)은 상기 로봇 본체(210)의 일정부분에 카메라(290)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 상기 카메라(290)는 상기 용접부(11)의 결함을 촬영할 수 있으며, 상기 제어부(250)는 상기 카메라(290)의 구동을 제어한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : EMAT 센서
110 : 영구자석 모듈 111 : 제1 전극
112 : 제2 전극 113 : 제3 전극
120 : 코일 120a : 수지층
130 : 강철 패널 140 : 케이스
200 : 용접부 결함 검사용 로봇
210 : 로봇 본체 211 : 중앙부 본체
212 : 좌측부 본체 213 : 우측부 본체
220 : 자석 바퀴 220a : 모터
221 : 바퀴 몸체 222 : 자석
223 : 자력 분산핀 230 : EMAT 송신부
240 : EMAT 수신부 250 : 제어부
260 : 송수신부 연결브라켓 270 : 무선통신부
280 : 모터 드라이버 290 : 카메라
300 : 원격제어장치
310 : 조이스틱 320 : 스피커
330 : LED램프 340 : 디스플레이
350 : ON/OFF버튼 400 : 컴퓨터

Claims (18)

  1. 로봇 본체;
    상기 로봇 본체의 양측에 구비되고, 상기 로봇 본체가 피검체인 저유탱크에 달라붙어 이동할 수 있게 하는 자석 바퀴;
    상기 로봇 본체의 후면 일측에 구비되고, 상기 저유탱크와 접촉하여 상기 저유탱크의 용접부로 특정 파형을 송신하는 EMAT 센서가 수용된 EMAT 송신부;
    상기 EMAT 송신부와 소정간격 이격되도록 상기 로봇 본체의 후면 타측에 구비되고, 상기 저유탱크와 접촉하며 상기 용접부를 통해 전달되는 특정 파형을 수신하여 전기신호를 출력하는 EMAT 센서가 수용된 EMAT 수신부;
    상기 EMAT 송신부와 상기 EMAT 수신부가 소정간격 이격되도록 상기 EMAT 송신부와 상기 EMAT 수신부를 연결하는 송수신부 연결브라켓; 및
    상기 로봇 본체 내부에 구비되고, 미리 설정된 결함 데이터를 저장하며, 상기 EMAT 수신부의 전기신호와 상기 결함 데이터를 비교하여 결함발생 여부를 판단하는 제어부;를 포함하고,
    상기 송수신부 연결브라켓은 상기 로봇 본체가 이동될 때, 상기 용접부 상에서 상기 용접부와 서로 접촉하지 않으며 이동하게 하고, 플렉시블(flexible) 재질이 이용되어 상기 EMAT 송신부와 상기 EMAT 수신부가 하방으로 탄성을 가져 상기 저유탱크에 밀착 되게 하며,
    상기 EMAT 센서는 비접촉식으로 용접부의 용접 결함 검출을 위한 EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer) 센서로써, 코일에 자기력을 제공하는 영구자석 모듈; 상기 영구자석 모듈의 하부에 위치하고, 전류가 인가되면 상기 영구자석 모듈의 자기력에 의해 EMAT를 발진시키는 코일; 및 상기 영구자석 모듈 및 상기 코일을 수용하는 케이스;를 포함하고,
    상기 영구자석 모듈은 서로 다른 극성이 상하로 위치되도록 설치되는 제1 영구자석, 상기 제1 영구자석과 소정 간격 이격되고, 상기 제1 영구자석과 극성이 서로 대칭되도록 설치되는 제2 영구자석, 상기 제1 영구자석의 하부 극성과 상기 제2 영구자석의 하부 극성 사이에 소정 간격을 두고 서로 다른 극성이 좌우로 배치되도록 설치되되, 인접하는 상기 제1 영구자석 및 상기 제2 영구자석의 각 하부 극성과 대응되는 극성으로 설치되어, 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석 사이에 형성되는 자기력이 증폭되게 하는 제3 영구자석, 상기 케이스 내부에 수용되며, 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석의 상부에 위치하여, 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석 간에 자속을 전달하는 강철 패널;을 포함하여 이루어지고, 상기 제1 영구자석, 상기 제2 영구자석 및 상기 제3 영구자석의 사이 공간에는 에폭시 수지로 몰딩되는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코일은
    상기 영구자석 모듈의 하부에 형성된 수지층에 마련되고,
    상기 수지층은 상기 코일과 상기 용접부를 서로 밀착되게 하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수지층은 에폭시 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 결함 발생시 결함 발생 알람 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 자석 바퀴는
    두 개의 바퀴 몸체;
    상기 바퀴 몸체들의 사이 중앙부에 구비되는 자석;
    적어도 하나의 상기 바퀴 몸체에 구비되되, 상기 자석을 기준으로 하여 방사상으로 복수개가 구비되는 자력 분산핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 바퀴 몸체들은
    상기 자력 분산핀에 의해 핀결합 되는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 자석은
    네오디움 자석인 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 로봇 본체의 일정부분에는 카메라가 더 구비되고, 상기 제어부는 상기 카메라의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 로봇 본체의 일정부분에는 상기 자석 바퀴의 구동을 제어하기 위한 구동제어 신호를 수신하거나, 상기 제어부에서 출력되는 결함발생 알람신호를 외부로 송신하는 무선통신부;가 더 구비되고,
    상기 제어부는 상기 무선통신부로부터 상기 구동제어 신호를 입력받아, 상기 자석 바퀴의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제어부는 결함 검사가 시작된 후, 이동거리를 계산하고, 결함발생시 상기 이동거리를 결함위치 정보로 출력하며,
    상기 무선통신부는 외부로 상기 결함위치 정보를 송신하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제어부는
    결함 발생시 상기 로봇 본체가 일정한 거리 전진 및 후진이 반복되도록 상기 자석 바퀴를 구동하고, 상기 EMAT 수신부에 수신된 전기 신호와 상기 결함 데이터가 가장 유사한 위치에 대응하는 상기 이동거리를 상기 결함위치 정보로 출력하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇.
  12. 제 11항의 용접부 결함 검사용 로봇;
    상기 결함 검사용 로봇과 무선통신으로 연결되어 상기 구동제어 신호를 송신하거나, 상기 결함발생 알람신호 및 상기 결함위치 정보를 수신하는 원격제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 원격제어장치는
    사용자가 조작하여 상기 구동제어 신호를 생성하기 위한 조이스틱;
    상기 결함발생 알람신호를 경고음으로 출력하는 스피커;
    상기 결함발생 알람신호를 경고광으로 표시하는 LED램프; 및
    상기 구동제어 신호의 생성상태, 상기 결함발생 알람신호의 수신여부 및 상기 결함위치 정보를 화면으로 출력하기 위한 디스플레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접부 결함 검사용 로봇 시스템.
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