KR101851718B1 - 손상 검출 방법 및 이를 수행하는 손상 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

레이저 빔을 타겟 스트럭처에 조사하고, 레이저 빔에 의해 생성되는 초음파 신호를 이용하여 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 손상 검출 장치의 손상 검출 방법은 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하고, 타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 블록 그룹들 중 손상된 영역을 포함하는 손상 블록 그룹을 검색하는 제1 스캐닝 동작을 수행하며, 손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행하고, 경계 손상 블록들에 기초하여 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출한다.

Description

손상 검출 방법 및 이를 수행하는 손상 검출 장치{METHOD OF DETECTING DAMAGE AND DAMAGE DETECTION DEVICE PERFORMING THE SAME}
본 발명은 손상 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 신호를 이용한 손상 검출 방법 및 이를 수행하는 손상 검출 장치에 관한 것이다.
초음파는 작은 결함에 민감하고 작은 감쇠로 비교적 긴 거리에 도달하기 때문에 토목, 기계, 항공 시스템을 보호하기 위한 초음파 기반의 구조 상태 모니터링(SHM, structural health monitoring) 기술에 대한 요구가 증가하고 있다.
접촉식 센서 기반의 초음파 방식 비파괴검사는 구조물에 부착된 센서(압전소자 등)가 초음파 가진과 센싱 기능을 하고, 센서에서 계측된 초음파 신호를 해석하여 구조물의 손상 여부를 판별한다. 그러나, 기존 접촉식 센서 기반의 비파괴검사는 소수지점에서만 측정이 가능하여 충분한 공간해상도와 시간해상도를 얻을 수 없고, 크기가 작은 손상에 대하여 신뢰성 있게 감지하지 못하는 문제점이 있다. 또한 구조물에 부착된 센서는 시간이 지남에 따라 외부 환경변화에 의하여 노후화되고, 센서와 연결된 전력케이블의 길이가 길어질수록 신호 감쇠 및 왜곡이 발생하여 구조물 검사에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. 특히 원전과 같이 고온/고압/방사능 등의 극한 환경 하에서는 센서가 정상적으로 작동하기 힘들어 안전진단 및 관리 시스템의 적용 자체가 힘들어지는 경우가 많다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 센서 설치를 요구하지 않는 비접촉식 손상 진단 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중 가장 각광받는 것은 레이저 초음파 스캐닝 기술으로, 검사 영역에 대해 높은 공간해상도로 레이저 초음파 스캐닝을 수행하여 손상을 검출하는 기술이다. 그러나 고해상도로 스캐닝하는 과정에서 검사 시간이 많이 소요되는 한계가 있어 현장 적용에 있어서 어려움을 겪고 있다.
따라서 본 발명에서는 레이저 초음파 스캐닝 수행 과정에서 검사 시간을 비약적으로 줄임으로써 타겟 스트럭처의 손상을 효율적으로 검출하는 손상 검출 방법 및 손상 검출 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 목적은 타겟 스트럭처의 손상을 효율적으로 검출할 수 있는 손상 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 손상 검출 방법을 수행하는 손상 검출 장치를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 빔을 타겟 스트럭처에 조사하고, 상기 레이저 빔에 의해 생성되는 초음파 신호를 이용하여 상기 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 손상 검출 장치의 손상 검출 방법은 상기 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하는 단계, 상기 타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 상기 블록 그룹들 중 손상된 영역을 포함하는 손상 블록 그룹을 검색하는 제1 스캐닝(scanning) 동작을 수행하는 단계, 상기 손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색(binary search) 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행하는 단계, 및 상기 경계 손상 블록들에 기초하여 상기 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 스캐닝 동작 및 상기 제2 스캐닝 동작 각각은 상기 타겟 스트럭처의 가진점에 레이저 빔을 조사하는 단계, 상기 레이저 빔에 의해 상기 타겟 스트럭처의 측정점에서 생성되는 초음파 신호를 수신하는 단계, 및 상기 초음파 신호에 기초하여 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 손상을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 손상은 상기 초음파 신호의 이동 거리와 예측 이동 거리를 비교함으로써 검출될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 예측 이동 거리는 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 거리가 증가함에 따라 증가할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 가진점과 상기 측정점 사이의 길이는 일정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 손상 블록은 상기 경계 손상 블록들을 인터폴레이션(interpolation) 방식으로 연결함으로써 검출될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 타겟 라인은 상측 경계 손상 블록 및 하측 경계 손상 블록이 검출될 때까지 이진 탐색 방식으로 선택될 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제1 스캐닝 동작은 좌측 경계 손상 그룹 및 우측 경계 손상 그룹을 이진 탐색 방식으로 각각 도출하고, 상기 좌측 경계 손상 그룹 및 상기 우측 경계 손상 그룹 사이에 위치하는 블록 그룹을 상기 손상 블록 그룹으로서 결정할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제2 스캐닝 동작은 좌측 경계 손상 블록 및 우측 경계 손상 블록을 상기 경계 손상 블록으로서 각각 검출할 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 장치는 타겟 스트럭처의 가진점에 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생부, 상기 레이저 빔에 의해 상기 타겟 스트럭처의 측정점에서 생성되는 초음파 신호를 수신하는 측정부, 및 상기 초음파 신호의 이동 거리와 예측 이동 거리를 비교함으로써 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 손상을 검출하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 제어부는 상기 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하고, 상기 타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 상기 블록 그룹들 중 손상된 영역을 포함하는 손상 블록 그룹을 이진 탐색 방식으로 검색하는 제1 스캐닝 동작을 수행하며, 상기 손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행하고, 상기 경계 손상 블록들에 기초하여 상기 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 따른 레이저 빔을 타겟 스트럭처의 가진점에 조사하고, 상기 레이저 빔에 의해 상기 타겟 스트럭처의 측정점에서 생성되는 초음파 신호를 이용하여 상기 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 손상 검출 장치의 손상 검출 방법은 상기 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하는 단계, 상기 타겟 라인 상에 위치하는 기 지정된 상기 측정점에 대하여 이진 탐색 방식으로 상기 가진점을 설정하여 경계 손상 블록들을 검색하는 제3 스캐닝 동작을 수행하는 단계, 및 상기 경계 손상 블록들에 기초하여 상기 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상기 손상 블록은 상기 경계 손상 블록들을 인터폴레이션 방식으로 연결함으로써 검출될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법은 초음파 신호를 공간적인 도메인으로 변환하고, 초음파 신호의 이동 거리와 예측 이동 거리를 비교함으로써 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출할 수 있다. 따라서, 상기 손상 검출 방법은 타겟 스트럭처의 모든 블록에 대해 손상 여부를 검사하는 것이 아니라 타겟 스트럭처의 검사 라인들, 각 검사 라인에 포함된 블록 그룹들, 각 블록 그룹에 포함된 블록들에 대해 이진 탐색 방식으로 손상의 경계(즉, 경계 손상 블록)를 도출하고, 손상의 경계를 연결함으로써 타겟 스트럭처의 손상된 영역을 효율적으로 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 장치는 상기 손상 검출 방법을 수행함으로써 타겟 스트럭처의 손상을 빠른 속도로 검출할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3a 내지 도 3f는 도 2의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 도 2의 손상 검출 방법의 제1 및 제2 스캐닝 동작에서 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 초음파 신호의 이동 거리를 이용하여 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 이진 탐색 방법으로 수행되는 제1 및 제2 스캐닝 동작의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 내지 도 7f는 도 2의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 다른 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9a 내지 도 9e는 도 8의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11a 내지 도 11c는 도 8의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 손상 검출 장치(100)는 레이저 발생부(110), 측정부(120), 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
레이저 발생부(110)는 타겟 스트럭처(200)의 가진점에 레이저 빔(LB)을 조사할 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 발생부(110)는 레이저 빔(LB)을 생성하는 펄스 레이저 장치 및 펄스 레이저 장치에서 생성된 레이저 빔(LB)을 타겟 스트럭처(200)의 가진점에 제공하는 제1 회전 거울을 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이저 발생부(110)의 펄스 레이저 장치는 제어부(130)로부터 수신한 제1 제어 신호(CS1)에 기초하여 타겟 스트럭처(200)의 가진점의 위치를 결정하고, 제1 회전 거울을 통해 가진점에 빔(LB)을 조사할 수 있다.
측정부(120)는 레이저 빔(LB)에 의해 타겟 스트럭처(200)의 측정점에서 생성되는 초음파 신호(US)를 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 측정부(120)는 측정점의 초음파 신호(US)를 초음파 측정기로 전달하는 제2 회전 거울 및 초음파 신호(US)를 포함하는 센싱 데이터(DATA)를 제어부(130)로 전달하는 초음파 측정기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 레이져 빔(LS)이 타겟 스트럭처(200)에 제공되는 경우 열적 팽창에 의하여 타겟 스트럭처(200)에서 초음파 신호(US)가 발생될 수 있다. 측정부(120)의 초음파 측정기는 제어부(130)로부터 수신한 제2 제어 신호(CS2)에 기초하여 타겟 스트럭처(200)의 측정점의 위치를 결정하고, 측정점으로부터 발생된 초음파 신호(US)를 제2 회전 거울을 통해 수신할 수 있다.
제어부(130)는 측정부(120)로부터 초음파 신호(US)를 포함하는 센싱 데이터(DATA)를 수신하고, 초음파 신호(US)의 이동 거리와 예측 이동 거리를 비교함으로써 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출할 수 있다. 여기서, 초음파 신호(US)의 이동 거리는 시간 영역에 해당하는 초음파 신호(US)를 공간적 영역으로 변환한 값을 의미한다. 또한, 예측 이동 거리는 타겟 스트럭처(200)가 손상되지 않는 경우 예상되는 초음파 신호(US)의 이동 거리를 의미한다. 즉, 제어부(130)는 수신된 초음파 신호(US)를 공간적 개념인 이동 거리로 변환하고, 초음파 신호(US)의 이동 거리가 예측 이동 거리를 비교함으로써, 타겟 스트럭처(200)의 가진점 및 측정점 사이의 손상 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 초음파 신호(US)의 이동 거리가 예측 이동 거리와 동일한 경우, 타겟 스트럭처(200)의 가진점 및 측정점 사이에서 손상이 발생되지 않은 것으로 판단할 수 있다. 반면에, 제어부(130)는 초음파 신호(US)의 이동 거리가 예측 이동 거리와 기 지정된 오차값 이상으로 차이가 발생하는 경우, 타겟 스트럭처(200)의 가진점 및 측정점 사이에서 손상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(130)는 타겟 스트럭처(200)의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하는 타겟 라인 선택부, 선택된 타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 블록 그룹들 중 손상된 영역을 포함하는 손상 블록 그룹을 이진 탐색(binary search) 방식으로 검색하는 제1 스캐닝(scanning) 동작을 수행하는 제1 스캐닝 모듈, 손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행하는 제2 스캐닝 모듈, 및 경계 손상 블록들에 기초하여 타겟 스트럭처(200)의 손상 블록을 검출하는 손상 블록 검출부를 포함할 수 있다. 즉, 제어부(130)는 타겟 스트럭처(200)에 포함된 모든 블록의 손상 여부를 검사하는 것이 아니라 이진 탐색 방식으로 손상의 경계를 도출하고, 손상의 경계를 연결함으로써 타겟 스트럭처(200)의 손상된 영역을 효율적으로 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법을 나타내는 순서도이다. 도 3a 내지 도 3f는 도 2의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 2, 도 3a 내지 도 3f를 참조하면, 손상 검출 방법은 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하고, 경계 손상 블록들을 연결함으로써 타겟 스트럭처의 손상을 효율적으로 탐색할 수 있다.
타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인이 선택(S110)될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 라인은 이진 탐색 방식으로 검사 라인들 중 하나로 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 타겟 스트럭처의 검사 영역이 제1 내지 제6 검사 라인들(R1 내지 R6)로 이루어 진 경우, 중간 지점에 위치한 제3 검사 라인(R3)이 처음으로 선택될 수 있다.
타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 블록 그룹들 중 손상(DMG) 을 포함하는 손상 블록 그룹을 검색하는 제1 스캐닝 동작이 수행(S120)될 수 있다. 여기서, 제1 스캐닝 동작은 복수의 블록을 각각 포함하는 블록 그룹들 내부에 손상(DMG)이 존재하는지 여부를 확인하는 개략적인 스캐닝(Coarse scanning) 동작을 나타낸다. 예를 들어, 제1 스캐닝 동작은 블록 그룹의 좌측 경계를 가진점(EXC)로 설정하고, 블록 그룹의 우측 경계를 측정점(SEN)로 설정하고, 가진점(EXC)과 측정점(SEN) 사이에 손상이 존재하는지 여부를 판단할 수 있다. 여기서, 블록은 손상 검출의 단위 영역(예를 들어, 0.2mm * 0.2mm 크기의 정사각형)을 나타낸다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 타겟 라인인 제3 검사 라인(R3)은 제1 내지 제4 열(C1 내지 C4)에 위치하는 제1 블록 그룹(BG1) 및 제5 내지 제8 열(C5 내지 C8)에 위치하는 제2 블록 그룹(BG2)을 포함할 수 있다. 제1 검색 단계(STEP1)에서 제1 블록 그룹(BG1)이 손상(DMG)을 포함하는 손상 블록 그룹에 해당하는지 여부를 확인하기 위해, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN)을 제1 블록 그룹(BG1)의 양단으로 각각 설정할 수 있다. 가진점(EXC)에 레이저 빔을 조사하고, 측정점(SEN)에서 생성되는 초음파 신호를 수신함으로써, 제1 블록 그룹(BG1)이 손상(DMG)을 포함하는지 여부를 확인할 수 있다. 또한, 제2 블록 그룹(BG2)에 대해 동일한 방법으로 손상(DMG)을 포함하는 손상 블록 그룹에 해당하는지 여부가 확인될 수 있다. 제2 블록 그룹(BG2)은 손상(DMG)을 포함하므로 손상 블록 그룹으로 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 스캐닝 동작은 좌측 경계 손상 그룹 및 우측 경계 손상 그룹을 이진 탐색 방식으로 각각 도출하고, 좌측 경계 손상 그룹 및 상기 우측 경계 손상 그룹 사이에 위치하는 블록 그룹을 손상 블록 그룹으로서 결정할 수 있다. 예를 들어, 타겟 라인이 상대적으로 많은 수의 블록 그룹들을 포함하는 경우, 이진 탐색 방식으로 좌측 경계 손상 그룹 및 우측 경계 손상 그룹을 각각 검색함으로써 검사 횟수를 줄일 수 있다.
손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행(S130)될 수 있다.
여기서, 제2 스캐닝 동작은 가진점 및/또는 측정점을 조정하여 이진 탐색 방식으로 블록 그룹에 포함된 블록들 중 경계 손상 블록들을 선택하는 세밀한 스캐닝(Dense scanning) 동작을 나타낸다. 제2 스캐닝 동작에서 가진점과 측정점 사이의 길이는 일정할 수 있다. 예를 들어, 제2 스캐닝 동작에서 가진점과 측정점 사이의 길이는 단위 블록의 3배에 상응할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 스캐닝 동작은 좌측 경계 손상 블록 및 우측 경계 손상 블록을 경계 손상 블록으로서 각각 검출할 수 있다. 예를 들어, 도 3c에 도시된 바와 같이, 제3 검사 라인(R3)의 제2 블록 그룹(BG2)에서, 제5 내지 제8 열(C5 내지 C8)에 위치한 블록들 중 제6 열(C6)에 위치한 (R3, C6) 블록(이하에서, 제i 행 및 제j 열에 위치한 블록을 (Ri, Cj) 블록이라 함)을 가진점(EXC)으로 설정하고, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 있는지 여부가 판단(STEP 1)될 수 있다. 이 경우, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 존재하므로, 우측 경계 손상 블록을 도출하기 위해, (R3, C6) 블록의 우측에 위치한 (R3, C7) 블록과 (R3, C8) 블록 중 중간에 위치한 (R3, C7) 블록을 가진점(EXC)으로 설정하고, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 있는지 여부가 판단(STEP 2)될 수 있다. 이 경우, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 존재하지 않으므로, 우측 경계 손상 블록이 제6 열(C6)에 위치한 (R3, C6) 블록으로 결정될 수 있다. 마찬가지로, 도 3d에 도시된 바와 같이, (R3, C6) 블록의 좌측에 위치한 블록들에 대해 이진 탐색을 수행할 수 있다. 즉, 제5 열(C5)에 위치한 (R3, C5) 블록을 측정점(SEN)으로 설정하고, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 있는지 여부가 판단(STEP 1)될 수 있다. 이 경우, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 존재하고, 더 이상 탐색할 블록이 존재하지 않으므로, (R3, C5) 블록이 좌측 경계 손상 블록으로 결정될 수 있다.
제1 스캐닝 동작 및 제2 스캐닝 동작을 수행할 다음 타겟 라인이 존재하는지 여부가 판단(S140)될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 라인은 상측 경계 손상 블록 및 하측 경계 손상 블록이 검출될 때까지 이진 탐색 방식으로 선택될 수 있다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 제3 검사 라인(R3)에 손상 그룹이 존재하므로, 상측 경계 손상 블록을 결정하기 위해 제1 및 제2 검사 라인들(R1 및 R2) 중 중간에 위치하는 제1 검사 라인(R1)이 선택되고, 제1 스캐닝 동작 및 제2 스캐닝 동작이 수행될 수 있다. 제1 검사 라인(R1)에 손상 그룹이 존재하지 않으므로, 상측 손상 그룹을 결정하기 위해 제2 검사 라인(R2)이 선택되고, 제1 스캐닝 동작 및 제2 스캐닝 동작이 수행될 수 있다. 제2 검사 라인(R2)에 손상 그룹이 존재하지 않으므로, 제3 검사 라인(R3)에 포함된 손상 블록들이 경계 손상 블록으로 결정될 수 있다. 동일한 방법으로, 제4 내지 제6 검사 라인들(R4 내지 R6)에 대해 제5 검사 라인(R5)과 제6 검사 라인(R6)이 순차적으로 선택되고, 제5 검사 라인(R5)에 포함된 손상 블록들이 경계 손상 블록으로 결정될 수 있다.
경계 손상 블록들에 기초하여 타겟 스트럭처의 손상 블록이 검출(S150)될 수 있다. 일 실시예에서, 손상 블록은 경계 손상 블록들을 인터폴레이션(interpolation) 방식으로 연결함으로써 검출될 수 있다. 즉, 도 3f에 도시된 바와 같이, 제1 스캐닝 동작 및 제2 스캐닝 동작을 수행함으로써, 총 4개의 블록들(즉, (R3, C5) 블록, (R3, C6) 블록, (R5, C5) 블록, 및 (R5, C6) 블록)이 경계 손상 블록으로 결정되었으므로, 경계 손상 블록들 및 경계 손상 블록들 사이에 위치하는 (R4, C5) 블록 및 (R4, C6) 블록을 포함하는 총 6개의 블록들이 타겟 스트럭처의 손상 블록으로 검출될 수 있다.
도 4는 도 2의 손상 검출 방법의 제1 및 제2 스캐닝 동작에서 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출하는 방법의 일 예를 나타내는 순서도이다. 도 5a 내지 도 5c는 초음파 신호의 이동 거리를 이용하여 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4, 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 제1 및 제2 스캐닝 동작에서 초음파 신호의 이동 거리와 예측 이동 거리를 비교함으로써 가진점 및 측정점 사이의 손상이 검출될 수 있다.
제1 스캐닝 동작(즉, 개략적인 스캐닝 동작) 또는 제2 스캐닝 동작(즉, 세밀한 스캐닝 동작)을 수행하는 과정에서, 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출하기 위해 타겟 스트럭처의 가진점 및 측정점의 위치가 설정(S210)될 수 있다. 손상 검출 장치의 레이저 발생부는 타겟 스트럭처의 가진점에 레이저 빔을 조사(S220)하고, 손상 검출 장치의 측정부는 타겟 스트럭처의 측정점에서 생성되는 초음파 신호를 수신(S230)할 수 있다.
손상 검출 장치의 제어부는 초음파 신호에 기초하여 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출(S240)하고, 다음 타겟 라인이 존재하는지 여부가 판단(S250)하여 상기 단계들을 반복적으로 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 가진점 및 측정점 사이의 손상은 초음파 신호의 이동 거리와 예측 이동 거리를 비교함으로써 검출될 수 있다. 여기서, 초음파 신호의 이동 거리는 시간 영역에 해당하는 초음파 신호를 공간적 영역으로 변환한 값을 의미한다. 또한, 예측 이동 거리는 타겟 스트럭처가 손상되지 않는 경우 예상되는 초음파 신호의 이동 거리를 의미한다. 예측 이동 거리는 가진점 및 측정점 사이의 거리가 증가함에 따라 증가할 수 있다.
구체적으로, 시간 도메인에 해당하는 초음파 신호는 주파수 도메인과 같이 다른 도메인들로 표현되도록 변환될 수 있다. 예를 들어, 변환 도메인 길이 벡터(α)와 이동 거리들(di, 여기서 i는 1과 L 사이의 정수)로 구성된 딕셔너리(dictionary; D)를 이용하여 초음파 신호(s)는 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
s = Dα
D = {d1, d2, ..., dL}
여기서, di는 가진점 및 측점점 사이의 길이가 Xi (즉, X0 + i△X, 여기서, X0는 가진점 및 측점점 사이의 길이의 최소값, △X는 가진점 및 측점점 사이의 길이의 단위 변화량을 나타낸다)에 상응하는 이동 거리를 나타낸다. 예를 들어, di는 [수학식 2]에 따라 도출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112016090452180-pat00001
여기서, A는 초음파 신호의 진폭, k는 초음파 신호의 파장, j는 허수단위, c는 타겟에 따른 패시브, t는 샘플링 시간을 나타낸다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 타겟 스트럭처에 손상이 존재하지 않는 경우, 측정된 초음파 신호의 이동 거리(da)는 가진점(EXC)과 측정점(SEN) 사이의 제1 길이(Xa)에 상응하여 결정될 수 있다. 따라서, 측정된 초음파 신호의 이동 거리(da)가 예측 이동 거리(EB)와 동일한 경우, 가진점(EXC)과 측정점(SEN) 사이에 손상이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 가진점(EXC)과 측정점(SEN) 사이에는 손상이 존재하지 않지만, 가진점(EXC)과 측정점(SEN)의 주변에 손상(DAMAGE)가 존재하는 경우, 초음파 신호는 정상파에 의해 생성되고 제1 길이(Xa)에 상응하는 이동 거리(da) 및 반사파에 의해 생성되고 제2 길이(즉, Xa + 2△XD)에 상응하는 이동 거리(db)로 변환될 수 있다. 따라서, 측정된 초음파 신호의 이동 거리 중 하나(da)가 예측 이동 거리(EB)와 동일한 경우, 가진점(EXC)과 측정점(SEN) 사이에 손상이 존재하지 않는 것으로 판단할 수 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 가진점(EXC)과 측정점(SEN) 사이에 손상이 존재하는 경우, 초음파 신호의 이동 거리(da)는 손상의 크기, 손상의 위치, 타겟의 종류 등에 따라 변동될 수 있다. 따라서, 측정된 초음파 신호의 이동 거리(dc)가 예측 이동 거리(EB)와 상이한 경우, 가진점(EXC)과 측정점(SEN) 사이에 손상이 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 이진 탐색 방법으로 수행되는 제1 및 제2 스캐닝 동작의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 스캐닝 동작 및 제2 스캐닝 동작은 이진 탐색 방식을 이용하여 탐색 횟수를 줄일 수 있다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 스캐닝 동작에서, 좌측 경계 손상 그룹을 도출하기 위해 이진 탐색 방식으로 블록 그룹들의 중심에 위치하는 제2 블록 그룹(BG2)가 선택될 수 있다. 제2 블록 그룹(BG2)는 손상 블록 그룹이므로, 제2 블록 그룹(BG2)의 좌측에 위치하는 제1 블록 그룹(BG1)이 선택될 수 있다. 제1 블록 그룹(BG1)는 손상 블록 그룹이 아니므로, 제1 블록 그룹(BG1)이 좌측 경계 손상 그룹으로 선택될 수 있다. 마찬가지로, 제2 블록 그룹(BG2)의 우측의 블록 그룹들에 대해 이진 탐색 방식으로 우측 경계 손상 그룹을 도출할 수 있다. 즉, 제2 블록 그룹(BG2)의 우측의 블록 그룹들의 중심에 위치하는 제3 블록 그룹(BG3)가 선택될 수 있다. 제3 블록 그룹(BG3)는 손상 블록 그룹이므로, 다음으로 제3 블록 그룹(BG3)의 우측에 위치하는 제4 블록 그룹(BG4)이 선택될 수 있다. 제4 블록 그룹(BG4)는 손상 블록 그룹이 아니므로, 제3 블록 그룹(BG3)이 우측 경계 손상 그룹으로 선택될 수 있다.
이와 같이 이진 탐색 방식으로 경계 손상 그룹을 도출하는 경우, 최악의 상황(즉, 타겟 라인에 손상이 없는 경우)에는 모든 블록 그룹에 대한 측정(즉, 블록 그룹의 개수)이 수행되지만, 타겟 라인에 손상이 존재하는 상황에서 2log2(N/K)번 측정됨으로써 손상 그룹이 검색될 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 스캐닝 동작에서, 좌측 경계 손상 블록을 도출하기 위해, 가진점 및 측정점을 조정하여 제2 블록(BG2)의 중심에 위치하는 제5 블록에 대해 손상 여부가 측정될 수 있다. 제5 블록은 손상 블록이므로, 제5 블록의 좌측에 위치하는 제4 블록에 대해 손상 여부가 측정될 수 있다. 제4 블록은 손상 블록이 아니므로, 제5 블록이 좌측 경계 손상 블록으로 선택될 수 있다. 마찬가지로, 우측 경계 손상 블록을 도출하기 위해, 가진점 및 측정점을 조정하여 제3 블록(BG3)의 중심에 위치하는 제8 블록에 대해 손상 여부가 측정될 수 있다. 제8 블록은 손상 블록이므로, 제8 블록의 우측에 위치하는 제9 블록에 대해 손상 여부가 측정될 수 있다. 제9 블록은 손상 블록이 아니므로, 제8 블록이 우측 경계 손상 블록으로 선택될 수 있다. 또한, 제5 블록 및 제8 블록 사이에 위치하는 제6 블록 및 제7 블록이 손상 블록으로 결정될 수 있다.
타겟 라인에 손상이 존재하는 경우, 2log2(K)번 가진점과 측정점 사이의 손상이 측정됨으로써 손상 블록이 검색될 수 있다. 여기서, K는 하나의 블록 그룹에 포함된 블록의 개수를 의미한다.
전체적으로, 타겟 스트럭처에 손상이 존재하는 경우 [수학식 3]에 따른 측정 회수가 도출될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016090452180-pat00002
여기서, Pn은 하나의 검색 라인에 대한 측정 회수, Pm은 검색 라인의 선택 회수, N은 하나의 검색 라인에 포함된 블록의 개수, M은 검색 라인의 개수, 및 K는 하나의 블록 그룹에 포함된 블록의 개수를 나타낸다.
따라서, 모든 블록에 대해 검사하는 경우 (즉, N*M)에 비해 손상 측정 회수를 줄일 수 있다.
도 7a 내지 도 7f는 도 2의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 다른 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 7a 내지 도 7f를 참조하면, 도 2의 손상 검출 방법으로 알루미늄 판의 손상을 검출하였다. 즉, 기준점(RP)으로부터 1cm 이격되고 4cm * 4cm 크기를 갖는 검사 영역(IR)에 대해 2mm의 스캐닝 해상도(즉, 2mm * 2mm 크기의 블록)를 갖는 손상 검출 동작을 수행하였다. 손상(DMG)은 검사 영역(IR)의 우측 경계에서 1.4cm 이격되고, y축 중심에서 y축과 평행한 방향으로 1cm 크기와 1mm의 두께로 형성되었다.
도 7b에 도시된 바와 같이, Y값이 0mm, -10mm, -4mm, -6mm, 10mm, 4mm, 6mm의 위치에 상응하는 검사 라인이 타겟 라인으로서 순차적으로 선택되고, 각 검사 라인은 2개의 블록 그룹으로 나누어질 수 있다. 따라서, 총14개의 블록 그룹에 대해 제1 스캐닝 동작이 수행되고, 손상 여부가 측정될 수 있다. 이에 따라, 도 7c에 도시된 바와 같이, X값이 -10mm 내지 -30mm이고, Y값이 0mm, -4mm, +4mm에 각각 상응하는 3개의 블록 그룹들이 손상 블록 그룹으로 도출될 수 있다.
도 7d에 도시된 바와 같이, 3개의 손상 블록 그룹들 각각에 대해 제2 스캐닝 동작이 수행되고, 경계 손상 블록들이 검색될 수 있다. 각각의 손상 블록 그룹들에서, <가진점의 X값, 측점점의 X값>이 <-20mm, 0mm>, <-24mm, -4mm>, <-22mm, -2mm>으로 순차적으로 선택된 손상 검출 동작을 수행함으로써 우측 경계 손상 블록이 X값이 -24mm, Y값이 0mm인 블록 (이하에서, X값이 imm, Y값이 jmm인 블록을 (imm, jmm) 블록이라 함)으로 도출되고, <가진점의 X값, 측점점의 X값>이 <-28mm, -8mm>, <-26mm, -6mm>으로 순차적으로 선택된 손상 검출 동작을 수행함으로써 좌측 경계 손상 블록의 우측 경계 손상 블록과 동일한 (-24mm, 0mm) 블록으로 도출될 수 있다. 동일한 방법으로 Y값이 -4mm 및 +4mm인 손상 블록 그룹에 대해 제2 스캐닝 동작이 수행될 수 있다. 따라서, 3개의 손상 블록 그룹에 대해 5회의 제2 스캐닝 동작이 수행되므로, 총 15번의 제2 스캐닝 동작이 수행되고, 도 7e에 도시된 바와 같이, 총 3개의 블록들(즉, (-24mm, 0mm) 블록, (-24mm, -4mm) 블록, 및 (-24mm, +4mm) 블록)이 경계 손상 블록으로서 도출될 수 있다.
도 7f에 도시된 바와 같이, 경계 손상 블록들을 인터폴레이션(interpolation) 방식으로 연결함으로써, (-24mm, -2mm) 블록과 (-24mm, +2mm) 블록이 손상 블록으로서 결정될 수 있다. 결론적으로, 총 5개의 블록(즉, (-24mm, -4mm) 블록, (-24mm, -2mm) 블록, (-24mm, 0mm) 블록, (-24mm, +2mm) 블록, 및 (-24mm, +4mm) 블록))이 손상 블록으로 검출될 수 있다.
따라서, 검사 영역(IR)에는 총 441개(즉, 21*21=441)의 블록이 존재하므로, 각 블록에 대한 손상 측정이 수행되는 경우, 441번의 측정이 수행되어야 한다. 반면에, 본 발명은 14번의 개략적인 스캐닝(Coarse scanning) 동작(즉, 제1 스캐닝 동작)과 15번의 세밀한 스캐닝(Dense scanning) 동작(즉, 제2 스캐닝 동작)이 수행되므로, 가진점 및 측정점 사이의 손상 측정 동작이 총29번만 수행될 수 있다. 상기 실시예의 경우, 손상 측정 횟수가 약 93.4% (즉, (441-29)/441) 감소할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 손상 검출 방법 및 손상 검출 장치는 초음파 신호를 공간적인 도메인으로 변환하고, 초음파 신호의 이동 거리와 예측 이동 거리를 비교함으로써 가진점 및 측정점 사이의 손상을 검출할 수 있다. 따라서, 손상 검출 방법 및 손상 검출 장치는 타겟 스트럭처의 검사 라인들, 각 검사 라인에 포함된 블록 그룹들, 각 블록 그룹에 포함된 블록들에 대해 이진 탐색 방식으로 단계적으로 손상을 검출함으로써 손상 측정 횟수를 효율적으로 감소시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법을 나타내는 순서도이다. 도 9a 내지 도 9e는 도 8의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8, 도 9a 내지 도 9e를 참조하면, 손상 검출 방법은 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하고, 경계 손상 블록들을 인터폴레이션 방식으로 연결함으로써 타겟 스트럭처의 손상을 효율적으로 탐색할 수 있다.
타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인이 선택(S310)될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 라인은 이진 탐색 방식으로 검사 라인들 중 하나로 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 도시된 바와 같이, 타겟 스트럭처의 검사 영역이 제1 내지 제6 검사 라인들(R1 내지 R6)로 이루어 진 경우, 중간 지점에 위치한 제3 검사 라인(R3)이 처음으로 선택될 수 있다. 각 타겟 라인에서 측정점(SEN)은 제0 열(C0)로 설정될 수 있다.
타겟 라인 상에 위치하는 고정된 측정점(SEN)에 대하여 이진 탐색 방식으로 가진점(EXC)을 설정하여 경계 손상 블록들을 검색하는 제3 스캐닝 동작(S330)이 수행될 수 있다. 여기서, 제3 스캐닝 동작은 타겟 라인 상에서 기 지정된 측정점(SEN)과 변동되는 가진점(EXC) 사이에 손상(DMG)이 존재하는지 여부를 확인함으로써, 손상이 발생하기 시작하는 가진점(EXC)을 경계 손상 블록으로 도출하는 스캐닝 동작을 나타낸다.
예를 들어, 도 9b에 도시된 바와 같이, 제3 검사 라인(R3)에서 제1 내지 제8 열(C1 내지 C8)에 위치한 블록들 중 중간에 위치한 (R3, C5) 블록(이하에서, 제i 행 및 제j 열에 위치한 블록을 (Ri, Cj) 블록이라 함)을 가진점(EXC)으로 설정하고, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 있는지 여부가 판단(STEP 1)될 수 있다. 이 경우, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 존재하므로, 경계 손상 블록을 도출하기 위해, (R3, C5) 블록의 좌측에 위치한 (R3, C1) 블록과 (R3, C4) 블록 중 중간에 위치한 (R3, C3) 블록을 가진점(EXC)으로 설정하고, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 있는지 여부가 판단(STEP 2)될 수 있다. 이 경우, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 존재하므로, 경계 손상 블록을 도출하기 위해, (R3, C3) 블록의 좌측에 위치한 (R3, C1) 블록과 (R3, C2) 블록 중 중간에 위치한 (R3, C2) 블록을 가진점(EXC)으로 설정하고 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 있는지 여부가 판단(STEP 3)될 수 있다. 이 경우, 가진점(EXC) 및 측정점(SEN) 사이에 손상(DMG)이 존재하지 않으므로, 경계 손상 블록(TP)은 손상이 발생하기 시작하는 가진점 위치에 상응하는 (R3, C3) 블록으로 결정될 수 있다.
제3 스캐닝 동작을 수행할 다음 타겟 라인이 존재하는지 여부가 판단(S340)될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 라인은 상측 경계 손상 블록 및 하측 경계 손상 블록이 검출될 때까지 이진 탐색 방식으로 선택될 수 있다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 제3 검사 라인(R3)에 경계 손상 블록이 존재하므로, 상측 경계 손상 블록을 결정하기 위해 제1 및 제2 검사 라인들(R1 및 R2) 중 중간에 위치하는 제1 검사 라인(R1)이 선택되고, 제1 스캐닝 동작 및 제2 스캐닝 동작이 수행될 수 있다. 제1 검사 라인(R1)에 손상 그룹이 존재하지 않으므로, 상측 손상 그룹을 결정하기 위해 제2 검사 라인(R2)이 선택되고, 제1 스캐닝 동작 및 제2 스캐닝 동작이 수행될 수 있다. 제2 검사 라인(R2)에 손상 그룹이 존재하지 않으므로, 제3 검사 라인(R3)에 포함된 경계 손상 블록(TP)이 상측 경계 손상 블록으로 결정될 수 있다. 동일한 방법으로, 도 9e에 도시된 바와 같이, 제4 내지 제6 검사 라인들(R4 내지 R6)에 대해 제5 검사 라인(R5)과 제6 검사 라인(R6)이 순차적으로 선택되고, 제5 검사 라인(R5)에 포함된 경계 손상 블록(TP) (즉, (R5, C5) 블록)이 하측 경계 손상 블록으로 결정될 수 있다.
경계 손상 블록들에 기초하여 타겟 스트럭처의 손상 블록이 검출(S350)될 수 있다. 일 실시예에서, 손상 블록은 경계 손상 블록들을 인터폴레이션(interpolation) 방식으로 연결함으로써 검출될 수 있다. 즉, 도 9e에 도시된 바와 같이, 제3 스캐닝 동작을 수행함으로써, 총 2개의 블록들(즉, (R3, C3) 블록 및 (R5, C5) 블록)이 경계 손상 블록(TP)으로 결정되었으므로, 경계 손상 블록들을 연결하는 라인 상에 위치하는 (R4, C4) 블록을 포함하는 총 3개의 블록들이 타겟 스트럭처의 손상 블록으로 검출될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법을 나타내는 순서도이다. 도 11a 내지 도 11c는 도 8의 손상 검출 방법에 의해 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 10, 도 11a 내지 도 11c를 참조하면, 손상 검출 방법은 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하고, 경계 손상 블록들을 포함하는 이미징 영역에 대해 압축 센싱 동작 및 초음파 영상 구축 동작을 수행함으로써 타겟 스트럭처의 손상을 효율적으로 탐색할 수 있다. 다만, 본 실시예에 따른 손상 검출 방법의 경계 손상 블록을 검색하는 과정은 도 8의 손상 검출 방법과 실질적으로 동일하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인이 선택(S410)될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 라인은 이진 탐색 방식으로 검사 라인들 중 하나로 결정될 수 있다.
타겟 라인 상에 위치하는 고정된 측정점(SEN)에 대하여 이진 탐색 방식으로 가진점(EXC)을 설정하여 경계 손상 블록들을 검색하는 제3 스캐닝 동작(S430)이 수행될 수 있다. 여기서, 제3 스캐닝 동작은 타겟 라인 상에서 기 지정된 측정점(SEN)과 변동되는 가진점(EXC) 사이에 손상(DMG)이 존재하는지 여부를 확인함으로써, 손상이 발생하기 시작하는 가진점을 경계 손상 블록(TP)으로 도출하는 스캐닝 동작을 나타낸다.
제3 스캐닝 동작을 수행할 다음 타겟 라인이 존재하는지 여부가 판단(S440)될 수 있다. 일 실시예에서, 타겟 라인은 상측 경계 손상 블록 및 하측 경계 손상 블록이 검출될 때까지 이진 탐색 방식으로 선택될 수 있다.
경계 손상 블록들에 기초하여 타겟 스트럭처의 손상 블록이 검출될 수 있다. 일 실시예에서, 손상 검출 장치는 경계 손상 블록들을 포함하는 이미징 영역(MR)에 대해 압축 센싱 동작을 수행(S450)하고, 이미징 영역(MR)에 대한 초음파 영상 구축(S460)함으로써 손상 블록을 검출(S470) (즉, 타겟 스트럭처의 손상을 탐색)할 수 있다. 여기서, 압축 센싱 동작은 확인된 주요 데이터를 이용하여 미확인된 데이터를 예측하는 동작을 나타낸다. 압축 센싱 동작은 이미 공지된 다양한 기법(예를 들어, D. Donoho, 'Compressed sensing', IEEE Transactions on information theory, 2006, 등)이 적용될 수 있다. 또한, 이미징 영역에 대한 초음파 영상 구축하는 방법은 이미 공지된 다양한 기법(예를 들어, O. Mesnil, M. Ruzzene, 'Sparse wavefield reconstruction and source detection using Compressed Sensing', Ultrasonics, 2016, 등)이 적용될 수 있다. 즉, 도 11a에 도시된 바와 같이, 경계 손상 블록(TP)인 (R3, C4) 블록 및 (R5, C5) 블록을 포함하도록 (R3, C2) 블록, (R3, C5) 블록, (R5, C2) 블록, 및 (R5, C5) 블록을 꼭지점으로 하는 이미징 영역(MR)이 설정될 수 있다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 이미징 영역(MR)에 대해 압축 센싱 동작 및 초음파 영상 구축을 수행함으로써 이미징 영역(MR) 중 손상 여부가 미확인된 블록인 (R3, C4) 블록, (R4, C2) 블록, (R4, C3) 블록, (R4, C4) 블록, 및 (R4, C5) 블록, 총 5개의 블록에 대한 손상 여부가 예측될 수 있다. 따라서, 도 11c에 도시된 바와 같이, 경계 손상 블록들에 (R3, C4) 블록, (R4, C4) 블록, 및 (R4, C5) 블록을 추가한 총 5개의 블록들이 손상 블록들로 도출될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 따른 손상 검출 방법 및 이를 수행하는 손상 검출 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 상기 설명은 예시적인 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 수정 및 변경될 수 있을 것이다. 예를 들어, 상기에서는 이진 탐색 방식의 스캐닝 동작에서 가진점의 위치는 변동되는 것으로 설명하였으나, 가진점의 위치는 고정되고, 측정점의 위치가 변동될 수 있다.
본 발명은 초음파 신호를 이용하여 타겟 스트럭처의 손상을 탐지하는 다양한 손상 검출 장치에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 알루미늄 등의 금속판, 기계 구조물, 등의 손상 상태를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템 등에 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.
100: 손상 검출 장치 110: 레이저 발생부
120: 측정부 130: 제어부
200: 타겟 스트럭처

Claims (13)

  1. 레이저 빔을 타겟 스트럭처에 조사하고, 상기 레이저 빔에 의해 생성되는 초음파 신호를 이용하여 상기 타겟 스트럭처의 손상을 검출하는 손상 검출 장치의 손상 검출 방법에 있어서,
    상기 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하는 단계;
    상기 타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 상기 블록 그룹들 중 손상된 영역을 포함하는 손상 블록 그룹을 검색하는 제1 스캐닝(scanning) 동작을 수행하는 단계;
    상기 손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색(binary search) 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 경계 손상 블록들에 기초하여 상기 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 스캐닝 동작 및 상기 제2 스캐닝 동작 각각은
    상기 타겟 스트럭처의 가진점에 레이저 빔을 조사하는 단계;
    상기 레이저 빔에 의해 상기 타겟 스트럭처의 측정점에서 생성되는 초음파 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 초음파 신호의 파장 및 진폭에 기초하여 결정되는 제1 이동 거리와 상기 가진점과 상기 측정점 사이의 상대 거리에 따라 결정되는 제2 이동 거리를 비교함으로써 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 손상 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제2 이동 거리는 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 거리가 증가함에 따라 증가하는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 가진점과 상기 측정점 사이의 길이는 일정한 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 손상 블록은 상기 경계 손상 블록들을 인터폴레이션(interpolation) 방식으로 연결함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 타겟 라인은 상측 경계 손상 블록 및 하측 경계 손상 블록이 검출될 때까지 이진 탐색 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 제1 스캐닝 동작은 좌측 경계 손상 그룹 및 우측 경계 손상 그룹을 이진 탐색 방식으로 각각 도출하고, 상기 좌측 경계 손상 그룹 및 상기 우측 경계 손상 그룹 사이에 위치하는 블록 그룹을 상기 손상 블록 그룹으로서 결정하는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 제2 스캐닝 동작은 좌측 경계 손상 블록 및 우측 경계 손상 블록을 상기 경계 손상 블록으로서 각각 검출하는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  10. 타겟 스트럭처의 가진점에 레이저 빔을 조사하는 레이저 발생부;
    상기 레이저 빔에 의해 상기 타겟 스트럭처의 측정점에서 생성되는 초음파 신호를 수신하는 측정부; 및
    상기 초음파 신호의 파장 및 진폭에 기초하여 결정되는 제1 이동 거리와 상기 가진점과 상기 측정점의 상대 거리에 따라 결정되는 제2 이동 거리를 비교함으로써 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 손상 발생 여부를 결정하는 제어부를 포함하는 손상 검출 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하고, 상기 타겟 라인을 복수의 블록 그룹들로 나누고 상기 블록 그룹들 중 손상된 영역을 포함하는 손상 블록 그룹을 이진 탐색 방식으로 검색하는 제1 스캐닝 동작을 수행하며, 상기 손상 블록 그룹에 대해 이진 탐색 방식으로 경계 손상 블록들을 검색하는 제2 스캐닝 동작을 수행하고, 상기 경계 손상 블록들에 기초하여 상기 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출하는 것을 특징으로 하는 손상 검출 장치.
  12. 레이저 빔을 타겟 스트럭처의 가진점에 조사하고, 상기 레이저 빔에 의해 상기 타겟 스트럭처의 측정점에서 생성되는 초음파 신호를 이용하여 상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 손상 발생 여부를 판단하는 손상 검출 장치의 손상 검출 방법에 있어서,
    상기 타겟 스트럭처의 복수의 검사 라인들 중 타겟 라인을 선택하는 단계;
    상기 타겟 라인 상에 위치하는 기 지정된 상기 측정점에 대하여 이진 탐색 방식으로 상기 가진점을 설정하여 경계 손상 블록들을 검색하는 제3 스캐닝 동작을 수행하는 단계; 및
    상기 경계 손상 블록들에 기초하여 상기 타겟 스트럭처의 손상 블록을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 가진점 및 상기 측정점 사이의 상기 손상 발생 여부는 상기 초음파 신호의 파장 및 진폭에 기초하여 결정되는 제1 이동 거리와 상기 가진점과 상기 측정점 사이의 상대 거리에 따라 결정되는 제2 이동 거리를 비교함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 손상 블록은 상기 경계 손상 블록들을 인터폴레이션 방식으로 연결함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 손상 검출 방법.
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