KR101755863B1 - 점용접부 검사장치 - Google Patents

Abstract

초음파를 이용한 점용접부 검사장치에 있어서, 상하단이 연통되어 내부에 수용공간이 형성된 실린더; 실린더의 상,하부를 각각 밀폐하여 수용공간을 구획하고, 플렉시블한 재질로 구성된 상부멤브레인 및 하부멤브레인; 상부멤브레인 상면에 배열되어 점용접부를 향해 초음파를 발진시키는 복수개의 진동자; 및 상부멤브레인과 하부멤브레인으로 구획된 실린더의 수용공간을 충진하는 액상의 유체;를 포함하는 점용접부 검사장치가 소개된다.

Description

점용접부 검사장치 {APPARATUS FOR INSPECTING SPOT WELDING PORTION}

본 발명은 유연성 있는 멤브레인과 액상의 유체를 통해 점용접부에 접촉되는 부분을 점용접부에 밀착시키고 복수개의 진동자를 활용해 점용접부의 용융부 크기를 정확하게 측정함으로써 점용접부의 용융부 형상 및 크기를 정밀하게 분석할 수 있는 점용접부 검사장치에 관한 것이다.

종래의 점용접부 검사장치와 같이 점용접부에 접촉되는 부분이 오목한 형태의 점용접부와 밀착되지 못하는 문제로 인해 상기에서 언급한 바와 같이 진동자에서 발진되는 초음파 입사각이 일정범위를 벗어나게 되어 반사파의 수신율 저하로 점용접부의 용융부를 이미지를 통해 정밀하게 표시하지 못하였다.

또한, 복수개의 진동자가 아닌 1개의 진동자를 이용하여 점용접부의 용융부 크기를 정확하게 표시하지 못했던 문제가 있었다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2007-0111121 A

본 발명은 유연성 있는 멤브레인과 액상의 유체를 통해 점용접부에 접촉되는 부분을 점용접부에 밀착시키고 복수개의 진동자를 활용해 점용접부의 용융부 크기를 정확하게 측정함으로써 점용접부의 용융부 형상 및 크기를 정밀하게 분석할 수 있는 점용접부 검사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음파를 이용한 점용접부 검사장치는 상하단이 연통되어 내부에 수용공간이 형성된 실린더; 실린더의 상,하부를 각각 밀폐하여 수용공간을 구획하고, 플렉시블한 재질로 구성된 상부멤브레인 및 하부멤브레인; 상부멤브레인 상면에 배열되어 점용접부를 향해 초음파를 발진시키는 복수개의 진동자; 및 상부멤브레인과 하부멤브레인으로 구획된 실린더의 수용공간을 충진하는 액상의 유체;를 포함한다.

실린더의 높이는 하기 식(1)과 같이 정의되는 근거리영역길이(N) 이상일 수 있다.

N = ( R²* f ) / v --------------------------------------------(1)

( R : 진동자의 반경, f : 초음파 진동수, v : 초음파 속도 )

복수개의 진동자는 열과 행을 이루어 규칙적으로 상부멤브레인의 상면에 배열될 수 있다.

하부멤브레인은 점용접부와 접촉되면서 점용접부의 형상에 따라 변형되어 점용접부에 기밀하게 밀착될 수 있다.

하부멤브레인이 점용접부와 밀착되면서 하부로 이동한 유체를 따라 상부멤브레인도 변형될 수 있다.

상부멤브레인이 변형되면서 진동자에서 발진되는 초음파 입사각은 수평면을 기준으로 80~100˚범위 내일 수 있다.

상부멤브레인 및 하부멤브레인은 초음파 투과성을 가지는 고무재질로 형성될 수 있다.

상부멤브레인 및 하부멤브레인의 둘레는 실린더 내측면에 고정될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 점용접부 검사장치에 따르면, 유연성이 있어 점용접부에 밀착되는 하부멤브레인 및 액상의 유체를 사이에 둔채 이격되며 복수개의 진동자가 배열된 상부멤브레인을 이용하여 점용접부의 용융부의 형상 및 크기를 정밀하게 분석할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 점용접부 검사장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복수개의 진동자를 이용한 용융부 크기의 측정값에 대한 정확도를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 근거리영역을 나타낸 사진.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 살펴본다.

본 발명에 따른 점용접부 검사장치는 상하단이 연통되어 내부에 수용공간이 형성된 실린더(100); 실린더(100)의 상,하부를 각각 밀폐하여 수용공간을 구획하고, 플렉시블한 재질로 구성된 상부멤브레인(200) 및 하부멤브레인(300); 상부멤브레인(200) 상면에 배열되어 점용접부(10)를 향해 초음파를 발진시키는 복수개의 진동자(400); 및 상부멤브레인(200)과 하부멤브레인(300)으로 구획된 실린더(100)의 수용공간을 충진하는 액상의 유체(500);를 포함한다.

실린더(100)의 경우 상하단이 연통되어 내부에 수용공간이 마련된 것이라면 어떠한 형태이든 문제되지 않는다 바람직하게는, 원통형의 실린더(100)로 구성됨이 각기 다른 크기와 형상의 점용접부(10)에 대응하기가 가장 용이할 것이다.

상부멤브레인(200)과 하부멤브레인(300)은 유연성을 가지는 플렉시블한 재질로 형성되어 실린더(100)의 개방된 상,하부를 밀폐함으로써 실린더(100) 내부에 구획된 수용공간이 형성되는 것이다. 바람직하게는 상부멤브레인(200)은 필름형태의 고무재질로 형성된 것이어서 유연성을 지니는 것이 타당하다. 예를 들면 실리콘고무, 천연고무, 프로필렌고무 등이 있다.

하부멤브레인(300)의 경우 오목한 형태의 점용접부(10)와 접촉하게되면 수용공간에 충진된 물체의 자중에 의해 하부멤브레인(300) 고유의 유연함에 따라 하부를 향해 변형이 된다. 이러한 변형에 의해 하부멤브레인(300)이 점용접부(10)와 밀착됨이 가능해지는 것이다. 상부멤브레인(200)과 마찬가지로 하부멤브레인(300)도 필름형태의 고무재질로 형성된 것이어서 유연성을 지니는 것이 타당하다. 예를 들면 실리콘고무, 천연고무, 프로필렌고무 등이 있다.

다만, 바람직하게는 수용공간에 충진된 물체의 자중이 작용할 시 하부멤브레인(300)도 자중에 의해 변형되어야 하므로 하부멤브레인(300)의 고유 탄성계수는 물체의 자중에 의해 변형될 수 있을 정도로 설정되어야 함이 타당할 것이다.

오목한 형태의 점용접부(10)와 하부멤브레인(300)의 접촉으로 하부멤브레인(300)이 하부를 향해 변형하게 됨은 실린더(100) 내부에 충진된 물체의 자중에 의한 하방 이동에 의한 변형이다. 애초에 상부멤브레인(200)과 하부멤브레인(300)을 통해 실린더(100) 내부에 구획된 수용공간은 충진된 물체로 꽉 채워져 있으므로 상기 하부멤브레인(300)의 변형에 대응하여 상부멤브레인(200) 고유의 유연함에 따라 상부멤브레인(200) 또한, 하방을 향해 늘어나는 형태로 변형이 된다.

상부멤브레인(200)의 상면에는 복수개의 진동자(400)가 배열되는 형식으로 배치된다. 진동자(400)란 전기적인 에너지를 통해 직접적으로 초음파를 발생시키는 소자를 의미한다. 진동자(400)는 발진시킨 후 금속판 표면으로부터 반사되어 돌아온 초음파 신호를 증폭시키는 증폭기 및 초음파 신호를 수신하는 수신기와 연결된다. 이렇게 수신된 신호는 컴퓨터 등을 통해 영상 등으로 이미지화되어 점용접부(10)에서 상부 금속판과 하부 금속판이 겹쳐져서 겹쳐진 두 금속판 사이에 형성된 용융부(20)를 비파괴적인 방법으로 표현한다.

상부멤브레인(200)과 하부멤브레인(300)으로 구획된 실린더(100) 내부의 수용공간에는 액상의 유체(500)가 충진된다. 액상의 유체(500)는 유동성을 가지므로 하부멤브레인(300)이 오목한 형태의 점용접부(10)와 접촉시 자중에 따라 오목한 부분을 향해 이동한다. 이러한 과정에서 플렉시블한 하부멤브레인(300)의 특성으로 하부멤브레인(300)이 점용접부(10)의 용융부(20) 형상대로 변형이 되는 것이다. 또한, 액상의 유체(500)의 이동으로 인해 플렉시블한 상부멤브레인(200)도 하방으로 변형이 된다.

점용접부 검사장치에서 수신되는 초음파 신호량인 반사파가 충분하지 않을 경우 점용접부(10)의 용융부(20)를 영상으로 표시함에 있어서 정확성이 떨어지게 되는 문제가 발생한다. 진동자(400)에서 발진되는 초음파 입사각이 일정범위를 벗어나는 경우, 구체적으로는 80˚이하가 되거나 100˚이상이 되는 경우 금속판 표면에서 초음파의 에너지 손실이 발생하여 반사파의 수신율이 저하되는 것이다.

종래의 점용접부 검사장치와 같이 점용접부(10)에 접촉되는 부분이 오목한 형태의 점용접부(10)와 밀착되지 못하는 문제로 인해 상기에서 언급한 바와 같이 진동자(400)에서 발진되는 초음파 입사각이 일정범위를 벗어나게 되어 반사파의 수신율 저하로 점용접부(10)를 이미지를 통해 정밀하게 표시하지 못하였다. 또한, 복수개의 진동자(400)가 아닌 1개의 진동자(400)를 이용하여 점용접부(10)의 용융부(20) 크기를 정확하게 표시하지 못했던 문제가 있었다.

도 2의 그래프는 복수개의 진동자(400)를 이용함으로써 점용접부(10)의 용융부(20) 크기에 대한 측정의 정확성을 실험을 통해 나타낸다.

본 발명에 따른 점용접부 검사장치는 유연성 있는 멤브레인과 액상의 유체(500)를 통해 점용접부(10)에 접촉되는 부분이 점용접부(10)에 밀착되지 못하는 문제를 해결하였고 복수개의 진동자(400)를 활용해 점용접부(10)의 용융부(20) 크기를 정확하게 표시하지 못하는 문제를 해결한 것이다.

본 발명에 따른 점용접부 검사장치에서 실린더(100)의 높이는 하기 식(1)과 같이 정의되는 근거리영역길이(N) 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.

N = ( R²* f ) / v --------------------------------------------(1)

( R : 진동자(400)의 반경, f : 초음파 진동수, v : 초음파 속도 )

근거리영역길이(N)는 다음과 같이 하기 식(2)로 나타낼 수 있다.

N = R² / λ --------------------------------------------------(2)

( R : 진동자(400)의 반경, λ : 초음파 파장 )

파장은 다음과 같이 하기 식(3)으로 나타낼 수 있다.

λ = v / f ----------------------------------------------------(3)

( λ : 초음파 파장, v : 초음파 속도, f : 초음파 진동수 )

상기 식(2)와 식(3)을 연립하여 상기 식(1)식이 도출되는 것이다.

도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 진동자(400)에서 초음파가 발진하면 근거리영역은 길이에 따라 음폭의 차이가 있어서 정밀도가 떨어지는 문제가 있기 때문에 실린더(100)의 높이를 근거리영역길이(N) 이상으로 설계함으로써 초점이 점용접부(10)의 용융부(20)에 위치하도록 조정하는 것이다.

본 발명에 따른 점용접부 검사장치에서 복수개의 진동자(400)는 열과 행을 이루어 규칙적으로 상부멤브레인(200)의 상면에 배열된 것을 특징으로 할 수 있다.

복수개의 진동자(400)가 상부멤브레인(200)의 상면에 불규칙하게 배열되어 있는 것보다는 일정한 간격으로 열과 행을 이루어 규칙적으로 배치되면 초음파 입사각이 크게 변동하게 되지 않을 수 있고 다양한 크기의 용융부(20)의 크기를 측정하는데 있어서 효과적일 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 점용접부 검사장치에서 하부멤브레인(300)은 점용접부(10)와 접촉되면서 점용접부(10)의 형상에 따라 변형되어 점용접부(10)에 기밀하게 밀착되는 것을 특징으로 할 수 있다.

하부멤브레인(300)이 점용접부(10)와 밀착되면서 하부로 이동한 유체(500)를 따라 상부멤브레인(200)도 변형되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상부멤브레인(200)이 변형되면서 진동자(400)에서 발진되는 초음파 입사각은 수평면을 기준으로 80~100˚범위 내인 것을 특징으로 할 수 있다.

점용접부(10)와 접촉하게 되는 하부멤브레인(300)이 점용접부(10)에 밀착될수록 점용접부(10)의 용융부(20) 형상을 측정하는데 있어서 보다 정밀해질 수 있으므로 하부멤브레인(300)은 플렉시블한 성질에 따라 점용접부(10)의 용융부(20) 형상과 같이 변형되어 점용접부(10)에 기밀하게 밀착되도록 구성한다.

액상의 유체(500)의 자중에 의해 하부멤브레인(300)이 오목한 형태의 점용접부(10)의 용융부(20) 형상에 따라 변형됨으로써 상부멤브레인(200)도 하부를 향해 변형된다. 이에 따라 상부멤브레인(200) 상면에 배열된 복수개의 진동자(400)의 초음파 입사각이 변동되는 것이다.

이 때 초음파 입사각은 수평면을 기준으로 80~100˚범위 내일 수 있는데 이는 상기에서 언급한 바와 같이 진동자(400)에서 발진되는 초음파 입사각이 일정범위를 벗어나는 경우, 구체적으로는 80˚이하가 되거나 100˚이상이 되는 경우 금속판 표면에서 초음파의 에너지 손실이 발생하여 반사파의 수신율이 저하됨을 이유로 초음파 입사각의 범위를 한정한다.

초음파 입사각을 수평면 기준으로 80~100˚범위내로 유지함으로써 반사파의 수신율을 최대로 하여 보다 정밀한 점용접부(10)의 용융부(20) 측정 및 표시를 가능하게 한다.

본 발명에 따른 점용접부 검사장치에서 상부멤브레인(200) 및 하부멤브레인(300)은 초음파 투과성을 가지는 고무재질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.

상부멤브레인(200)은 유체(500)의 자중에 의한 하방이동에 맞추어 함께 변형되어 상면에 배열된 복수개의 진동자(400)의 초음파 입사각을 변동시키는 것을 이유로, 하부멤브레인(300)은 오목한 형대의 점용접부(10)에 밀착되도록 하는 것을 이유로 하여 유연성을 가질 것을 요한다. 따라서 상부멤브레인(200) 및 하부멤브레인(300)은 필름형태의 고무재질로 형성된 것이며, 구체적으로는 실리콘고무, 천연고무, 프로필렌고무 등으로 형성된 것일 수 있다.

또한, 상부멤브레인(200)의 상면에 배열된 복수개의 진동자(400)로부터 발진되는 초음파가 상부멤브레인(200), 유체(500), 및 하부멤브레인(300)을 투과하여 점용접부(10) 측에 도달하여야하므로 상부멤브레인(200) 및 하부멤브레인(300)은 초음파 투과성을 가져야 한다.

본 발명에 따른 점용접부 검사장치에서 상부멤브레인(200) 및 하부멤브레인(300)의 둘레는 실린더(100) 내측면에 고정되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상부멤브레인(200) 및 하부멤브레인(300)의 둘레가 실린더(100)의 내측에 견고하게 고정이 되어야 하부멤브레인(300)이 오목한 형태의 점용접부(10)와 접촉하여 유체(500)의 자중에 따른 하방 이동이 되어도 상부멤브레인(200)이 실린더(100) 측에서 분리되지 않은채로 하부를 향해 변형이 일어날 수 있을 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 점용접부 20 : 용융부
100 : 실린더 200 : 상부멤브레인
300 : 하부멤브레인 400 : 진동자
500 : 유체

Claims (8)

1. 초음파를 이용한 점용접부 검사장치에 있어서,
   상하단이 연통되어 내부에 수용공간이 형성된 실린더;
   실린더의 상,하부를 각각 밀폐하여 수용공간을 구획하고, 플렉시블한 재질로 구성된 상부멤브레인 및 하부멤브레인;
   상부멤브레인 상면에 배열되어 점용접부를 향해 초음파를 발진시키는 복수개의 진동자; 및
   상부멤브레인과 하부멤브레인으로 구획된 실린더의 수용공간을 충진하는 액상의 유체;를 포함하며,
   하부멤브레인은 점용접부와 접촉되면서 점용접부의 형상에 따라 변형되어 점용접부에 밀착되고, 하부멤브레인의 밀착으로 인해 하부로 이동한 유체를 따라 상부멤브레인도 변형되는 것을 특징으로 하는 점용접부 검사장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   실린더의 높이는 하기 식(1)과 같이 정의되는 근거리영역길이(N) 이상인 것을 특징으로 하는 점용접부 검사장치.
   N = ( R²* f ) / v --------------------------------------------(1)
   ( R : 진동자의 반경, f : 초음파 진동수, v : 초음파 속도 )
3. 청구항 1에 있어서,
   복수개의 진동자는 열과 행을 이루어 규칙적으로 상부멤브레인의 상면에 배열된 것을 특징으로 하는 점용접부 검사장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상부멤브레인이 변형되면서 진동자에서 발진되는 초음파 입사각은 수평면을 기준으로 80~100˚범위 내인 것을 특징으로 하는 점용접부 검사장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상부멤브레인 및 하부멤브레인은 초음파 투과성을 가지는 고무재질로 형성된 것을 특징으로 하는 점용접부 검사장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상부멤브레인 및 하부멤브레인의 둘레는 실린더 내측면에 고정되는 것을 특징으로 하는 점용접부 검사장치.

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