KR101890866B1 - 탐상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 탐상장치는, 피검사체의 상부에 설치되며, 개구를 가지는 지지프레임; 상기 개구 상에 설치되며, 헤드핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되어 상기 헤드핀을 기준으로 회동가능한 탐상헤드; 상기 피검사체와 대향되는 상기 탐상헤드의 일면에 배치되며, 상기 피검사체의 표면에 대하여 초음파를 발생시키는 하나 이상의 탐촉자; 그리고 상기 헤드핀과 수직하도록 배치된 홀더핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되며, 상기 지지프레임이 상기 홀더핀을 기준으로 회동가능한 홀더암을 포함한다.

Description

탐상장치{APPARATUS FOR TESTING}

본 발명은 탐상장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 접촉상태가 양호한 탐상장치에 관한 것이다.

일반적으로, 초음파란 가청 주파수 범위(20~20000Hz)를 초과하는 주파수 형태의 음파를 의미하는데, 이러한 초음파는 지향성을 갖는 경우 금속과 같은 물체 내부를 진행할 때 직진성을 가지며 공간과 물체의 경계면에서 반사하는 성질을 갖는다. 또한, 초음파는 전자적 복사의 형태가 아닌 기계적 진동의 형태이므로 서로 다른 재질에서 다른 파장을 갖는다.

이러한 초음파를 이용하는 초음파 탐상 검사는 피검사체의 내부 혹은 표면에 존재하는 결함을 검사하는 방법으로, 피검사체에 초음파를 전달하여 표면 또는 내부에 존재하는 결함부로부터 반사되는 초음파의 신호를 분석함으로써 피검사체 내부의 결함을 검출하는 방식으로 진행된다.

즉, 초음파는 동일 매질(피검사체)에서는 직진하지만 다른 매질(결함부)과 접하는 계면에서는 각 매질의 물리적 상태 및 성질의 차이에 의하여 반사 또는 굴절하게 되므로, 먼저 탐촉자를 통해 초음파를 피검사체 내부로 전달하고, 이 중에서 다시 반사되는 초음파를 탐촉자를 통해 수신하여 탐상기 CRT 상에 펄스신호 형태로 결함 지시를 나타내며, 이 신호를 분석하여 결함의 위치, 종류, 크기 등을 측정하게 된다.

이와 같은 초음파 탐상 검사 장치는 탐촉자가 직접 피검사체에 접촉하여 초음파 신호를 발신 및 수신하게 되므로, 탐촉자의 성능이 초음파 탐상 검사의 정확도에 아주 중요한 요소로 작용하고 있다.

제철소 후판 공장에서는 생산 완료된 강판의 내부 결함을 검출하기 위하여 생산 제품의 출하 전 정정라인에서 초음파 탐상을 실시하고 있다. 초음파 탐상은 강판에 초음파를 송신하여 강판으로부터 반사된 초음파를 수신 및 분석함으로써 강판 내에 크랙, 개재물(inclusion), 편석 등의 결함이 존재하는지 여부를 진단하는 방법이다.

한편, 철강 후판 등의 소재에 대한 비파괴검사에 사용되는 초음파 탐촉자로는 수직형 탐촉자, 경사각형 탐촉자, 분리형 수직 탐촉자 등이 사용되고 있으며, 그 중에서 후판 자동 초음파 탐상용 초음파 탐촉자로는 후판 표면의 결함 검출 성능이 우수한 분리형 수직 초음파 탐촉자가 주로 사용되고 있다.

이와 같은 후판 초음파 탐상용 초음파 탐촉자는 국내외의 표준 초음파 탐상 규격에 따라 후판의 두께가 60mm 이하의 범위인 경우 주파수가 5MHz, 진동자의 유효지름이 20mm인 분리형 수직 탐촉자로 사용이 제한되고, 두께가 60mm를 초과하는 매우 두꺼운 후판의 경우에는 주파수가 2MHz, 유효직경이 30mm의 수직형 초음파 탐촉자(분리형 제외)로 사용이 제한되고 있다.

한국공개특허공보 2014-0065992호 2014.05.30.

본 발명의 목적은 결함 검출 성능이 개선된 탐상장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 탐촉자가 피검사체의 표면에 대한 접촉상태를 유지할 수 있는 탐상장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 피검사체의 표면에 존재하는 이물질 등으로부터 탐촉자를 보호할 수 있는 탐상장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 탐상장치는, 피검사체의 상부에 설치되며, 개구를 가지는 지지프레임; 상기 개구 상에 설치되며, 헤드핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되어 상기 헤드핀을 기준으로 회동가능한 탐상헤드; 상기 피검사체와 대향되는 상기 탐상헤드의 일면에 배치되며, 상기 피검사체의 표면에 대하여 초음파를 발생시키는 하나 이상의 탐촉자; 그리고 상기 헤드핀과 수직하도록 배치된 홀더핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되며, 상기 지지프레임이 상기 홀더핀을 기준으로 회동가능한 홀더암을 포함한다.

상기 헤드핀 및 상기 홀더핀은 서로 수직배치될 수 있다.

상기 지지프레임은 짐발(gimbal)일 수 있다.

상기 탐상장치는, 상기 탐상헤드의 양측에 각각 연결되는 회전축; 그리고 상기 회전축에 연결되어 상기 피검사체의 표면과 구름접촉(rolling contact)하는 가이드롤을 더 포함할 수 있다.

상기 탐상장치는, 상기 탐촉자가 연결되는 지지플레이트; 그리고 상기 탐상헤드와 상기 지지플레이트를 연결하며, 상기 지지플레이트에 대하여 상기 피검사체를 향하는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성체를 더 포함할 수 있다.

상기 탐상헤드는 상기 탐촉자가 삽입되는 삽입개구를 가지며, 상기 탄성체는 상기 탐상헤드의 상부면과 상기 지지플레이트의 상부면을 연결하는 판스프링일 수 있다.

상기 탐상장치는 상기 탐상헤드의 상기 일면 가장자리에 배치되어 상기 탐측자의 전방에 위치하고 상기 피검사체의 표면에 존재하는 이물질로부터 상기 탐측자를 보호가능한 프로텍트바를 더 포함할 수 있다.

상기 프로텍트바의 저면은 상기 가이드롤의 바닥면과 같은 높이에 위치할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 탐상장치는, 피검사체의 상부에 설치되는 지지프레임; 상기 개구 상에 설치되며, 헤드핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되어 상기 헤드핀을 기준으로 회동가능한 탐상헤드; 상기 피검사체와 대향되는 상기 탐상헤드의 일면에 배치되며, 상기 피검사체의 표면에 대하여 초음파를 발생시키는 하나 이상의 탐촉자; 상기 헤드핀과 수직하도록 배치된 홀더핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되며, 상기 지지프레임이 상기 홀더핀을 기준으로 회동가능한 홀더암; 상기 탐상헤드의 양측에 각각 연결되는 회전축; 상기 회전축에 연결되어 상기 피검사체의 표면과 구름접촉(rolling contact)하는 가이드롤; 상기 탐촉자가 연결되는 지지플레이트; 그리고 상기 탐상헤드와 상기 지지플레이트를 연결하며, 상기 지지플레이트에 대하여 상기 피검사체를 향하는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성체를 포함하며, 상기 헤드핀 및 상기 홀더핀은 서로 수직배치되고, 상기 지지프레임은 짐발(gimbal)일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 지지프레임이 X축 회전하고 지지프레임의 개구 상에 설치된 탐상헤드가 Y축 회전이 가능하므로, 탐촉자가 피검사체의 표면 상태에 따라 능동적으로 반응할 수 있으며, 결함 검출 성능을 대폭 개선할 수 있다. 특히, 탐촉자는 탄성체의 탄성력에 의해 피검사체의 표면에 밀착될 수 있다. 또한, 탐촉자의 전후방에 설치된 프로텍트바를 통해 피검사체의 표면에 부착된 이물질 등을 제거할 수 있으며, 이를 통해 이물질로 인한 탐촉자의 파손 등을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐상장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 탐상장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시한 탐상장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 탐상장치를 나타내는 저면도이다.
도 5는 도 1에 도시한 탐촉자를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시한 탐상장치를 이용한 탐상과정을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 6을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 피검사체로 후판을 예로 들어 설명하고 있으나, 후판 이외의 피검사체에도 적용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 탐상장치가 고정된 상태에서 피검사체의 이동에 의해 탐상이 이루어지나, 반대로 피검사체가 고정된 상태에서 탐상장치의 이동에 의해 탐상이 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탐상장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시한 탐상장치를 나타내는 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시한 탐상장치를 나타내는 평면도이며, 도 4는 도 1에 도시한 탐상장치를 나타내는 저면도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 지지프레임(10)은 개구를 가지는 사각형상의 프레임이며, 한 쌍의 홀더핀(13)에 의해 한 쌍의 홀더암(12)에 연결되어 홀더핀(13)을 기준으로 회동가능하다. 홀더암(12)은 별도의 이동장치(도시안함)에 연결되며, 이동장치를 통해 원하는 위치로 이동하여 탐상을 진행할 수 있다.

후술하는 바와 같이, 홀더핀(13)은 후판(S)의 이동방향과 대체로 나란하게 배치되며, 지지프레임(10)은 짐발(gimbal)일 수 있다. 짐발은 물이나 우주공간 위에 떠 있는 구조물이 자체 움직임이나 주변의 움직임과 관계 없이 기본틀이 기울어져도 정립상태를 유지해주는 지지 장치를 말한다. 다시 말해, 하나의 축을 중심으로 물체가 회전이 가능하도록 만들어진 구조물이다. 즉, 지지프레임(10)은 홀더핀(13)을 기준으로 회동하여 정립상태(또는 수평상태)를 유지할 수 있으며, 이를 통해 후판(S)의 변형이나 표면의 굴곡 등 결함이 존재하는지 여부를 정확하게 진단할 수 있다. 짐발 자체는 공지된 기술이므로, 이하에서 구체적인 설명은 생략한다.

탐상헤드(40)는 지지프레임(10)의 개구 상에 설치되며, 한 쌍의 헤드핀(48)에 의해 지지프레임(10)에 연결되어 헤드핀(48)을 기준으로 회동가능하다. 헤드핀(48)은 후판(S)의 이동방향과 대체로 수직하게 배치되며, 후판(S)이 이동함에 따라 후판(S) 표면의 굴곡 등으로 인해 탐상헤드(40)는 회동할 수 있다. 특히, 홀더핀(13) 및 헤드핀(48)은 대체로 수평하게 배치된다.

가이드롤(30)은 홀더핀(13)에 인접한 탐상헤드(40)의 양측에 배치되며, 브라켓(46)을 통해 탐상헤드(40)에 연결된다. 두 쌍의 브라켓(46)이 탐상헤드(40)의 양측면으로부터 돌출되며, 회전축(32)이 한 쌍의 브라켓(46)에 의해 연결된다. 가이드롤(30)은 회전축(32) 상에 연결되어 회전축(32)을 중심으로 회동가능하다. 가이드롤(30)은 이동하는 후판(S)의 표면과 구름접촉(rolling contact)하며, 가이드롤(30)이 후판(S)의 표면을 따라 이동함에 따라 탐상헤드(40)가 회동한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 탐상헤드(40)는 복수의 삽입개구를 가지며, 탐촉자(100)는 삽입개구 상에 설치된다. 탐촉자(100)는 지지플레이트(44)의 하부면에 고정되며, 지지플레이트(44)는 삽입개구 상에 설치되어 탄성체(42)를 통해 탐상헤드(40)에 고정된다.

탄성체(42)는 판스프링일 수 있으며, 일단이 탐상헤드(40)의 상부면에 연결되고 타단이 지지플레이트(44)의 상부면에 연결된다. 탄성체(42)는 지지플레이트(44)에 대하여 후판(S)을 향하는 방향으로 탄성력을 인가한다. 후판(S)이 없는 상태에서, 탐촉자(100)는 자중 등에 의해 롤러(30)의 하부면(또는 바닥면)이나 프로텍트바(20)의 하부면보다 낮게 배치되며, 탐촉자(100)가 후판(S)과 접촉하면 탄성체(42)의 변형에 의해 상승할 수 있으나 탄성체(42)의 탄성력에 의해 후판(S)에 접촉된 상태를 유지한다. 따라서, 후판(S)에 대한 결함 검출 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 탐촉자(100)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

프로텍트바(20)는 탐상헤드(40)의 하부면 양측에 고정되어 후판(S)의 이송방향과 대체로 수직하게 배치되며, 홀더핀(13) 및 가이드롤(30)과 인접하도록 배치된다. 프로텍트바(20)는 롤러(30)의 하부면(또는 바닥면)과 대체로 일치하거나 롤러(30)의 하부면보다 낮게 배치된다. 후판(S)에 대한 탐상이 진행될 때, 프로텍트바(20)는 후판(S)의 표면에 근접하여 후판(S)의 표면에 부착된 이물질을 긁어내며, 이를 통해 탐촉자(100)가 이물질에 의해 파손되는 것을 방지(또는 보호)한다.

도 5는 도 1에 도시한 탐촉자를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 탐촉자(100)는 분리형 초음파 탐촉자(ultrasonic detecting probe)일 수 있으며, 하우징(160) 내부에 구비되는 한 쌍의 쐐기(110)와, 쐐기(110)에 각각 부착되는 한 쌍의 진동자(120)와, 진동자(120)와 연결되는 매칭부(140) 및 커넥터(150)를 포함한다.

탐촉자(100)는 피검사체인 후판(S)에 대하여 초음파를 발생시키고 반사되는 초음파를 받아들이는 센서의 일종이다. 탐촉자(100)는 후판(S)으로부터 수신된 초음파 신호를 처리 및 연산하여 후판(S)의 결함 유무를 분석하는 데이터 처리부(미도시)와 유선 또는 무선 연결 방식을 통해 연결된다. 무선 연결 방식이 적용된 경우 탐촉자(100)는 초음파 신호를 데이터 처리부로 무선 전송하기 위한 무선통신모듈이 내장된 형태로 마련될 수 있다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 복수의 탐촉자(100)들은 탐상헤드(40)의 하부면에 서로 엇갈리게 배치되며, 이를 통해 후판(S)의 전폭(全幅)을 동시에 탐상할 수 있다.

도 6은 도 1에 도시한 탐상장치를 이용한 탐상과정을 나타내는 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 이동장치에 의해 탐상장치는 후판(S)의 상부에 위치하며, 후판(S)은 일방향을 따라 이송된다. 지지프레임(10)은 홀더핀(13)을 기준으로 회동하여 정립상태(또는 수평상태)를 유지할 수 있으며, 이를 통해 결함 검출을 크게 향상시킬 수 있다.

이때, 가이드롤(30)은 후판(S)의 표면과 구름접촉하며, 후판(S)이 이동하면 가이드롤(3)은 후판(S)의 표면을 따라 회전축(32)을 중심으로 회전한다. 또한, 프로텍트바(20)는 후판(S)의 표면에 부착된 이물질 등을 긁어내서 제거하며, 이를 통해 탐촉자(100)를 보호할 수 있다.

탐촉자(100)는 후판(S)의 표면에 초음파를 바생시키고 반사되는 초음파를 받아들여 후판(S)의 결함 여부를 탐지한다. 이때, 탄성체(42)는 탐촉자(100)(또는 지지플레이트(44))에 탄성력을 가하여 탐촉자(100)가 후판(S)에 접촉된 상태를 유지한다.

한편, 도시하지 않았으나, 탐촉자(100)와 후판(S)의 마찰을 방지하기 위한 탐상용 매질(액체)가 후판(S)의 표면에 공급될 수 있다. 즉, 탐촉자(100)와 후판(S)의 접촉 부위에 연속적으로 탐상용 매질을 공급하며 탐상과정이 이루어질 수 있다. 또한, 탐상용 매질은 탐촉자(100)와 후판(S) 사이에 존재할 수 있는 공기층을 제거하여 초음파가 후판(S)의 내부에 효과적으로 전달될 수 있도록 할 수 있다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

10 : 지지플레이트 12 : 홀더암
13 : 홀더핀 20 : 프로텍트바
30 : 가이드롤 32 : 회전축
40 : 탐상헤드 42 : 탄성체
44 : 지지플레이트 46 : 브라켓
48 : 헤드핀

Claims (11)

1. 피검사체의 상부에 설치되며, 개구를 가지는 지지프레임;
   상기 개구 상에 설치되며, 헤드핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되어 상기 헤드핀을 기준으로 회동가능한 탐상헤드;
   상기 피검사체와 대향되는 상기 탐상헤드의 일면에 배치되며, 상기 피검사체의 표면에 대하여 초음파를 발생시키는 하나 이상의 탐촉자; 및
   상기 헤드핀과 수직하도록 배치된 홀더핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되며, 상기 지지프레임이 상기 홀더핀을 기준으로 회동가능한 홀더암을 포함하는 탐상장치에 있어서,
   상기 탐상장치는 가이드롤을 포함하고, 상기 탐상헤드의 상기 일면 가장자리에 배치되어 상기 탐촉자의 전방에 위치하고 상기 피검사체의 표면에 존재하는 이물질로부터 상기 탐촉자를 보호가능한 프로텍트바를 더 포함하며,
   상기 프로텍트바의 저면은 상기 가이드롤의 바닥면과 같은 높이에 위치하는, 탐상장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 헤드핀 및 상기 홀더핀은 서로 수직배치되는, 탐상장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 지지프레임은 짐발(gimbal)인, 탐상장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 탐상장치는,
   상기 탐상헤드의 양측에 각각 연결되는 회전축; 및
   상기 회전축에 연결되어 상기 피검사체의 표면과 구름접촉(rolling contact)하는 가이드롤을 더 포함하는, 탐상장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 탐상장치는,
   상기 탐촉자가 연결되는 지지플레이트; 및
   상기 탐상헤드와 상기 지지플레이트를 연결하며, 상기 지지플레이트에 대하여 상기 피검사체를 향하는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성체를 더 포함하는, 탐상장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 탐상헤드는 상기 탐촉자가 삽입되는 삽입개구를 가지며,
   상기 탄성체는 상기 탐상헤드의 상부면과 상기 지지플레이트의 상부면을 연결하는 판스프링인, 탐상장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 피검사체의 상부에 설치되며, 개구를 가지는 지지프레임;
   상기 개구 상에 설치되며, 헤드핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되어 상기 헤드핀을 기준으로 회동가능한 탐상헤드;
   상기 피검사체와 대향되는 상기 탐상헤드의 일면에 배치되며, 상기 피검사체의 표면에 대하여 초음파를 발생시키는 하나 이상의 탐촉자;
   상기 헤드핀과 수직하도록 배치된 홀더핀에 의해 상기 지지프레임과 연결되며, 상기 지지프레임이 상기 홀더핀을 기준으로 회동가능한 홀더암;
   상기 탐상헤드의 양측에 각각 연결되는 회전축;
   상기 회전축에 연결되어 상기 피검사체의 표면과 구름접촉(rolling contact)하는 가이드롤;
   상기 탐촉자가 연결되는 지지플레이트; 및
   상기 탐상헤드와 상기 지지플레이트를 연결하며, 상기 지지플레이트에 대하여 상기 피검사체를 향하는 방향으로 탄성력을 제공하는 탄성체를 포함하며,
   상기 헤드핀 및 상기 홀더핀은 서로 수직배치되고,
   상기 지지프레임은 짐발(gimbal)이며,
   탐상장치는 상기 탐상헤드의 상기 일면 가장자리에 배치되어 상기 탐촉자의 전방에 위치하고 상기 피검사체의 표면에 존재하는 이물질로부터 상기 탐촉자를 보호가능한 프로텍트바를 더 포함하는, 탐상장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 탐상헤드는 상기 탐촉자가 삽입되는 삽입개구를 가지며,
    상기 탄성체는 상기 탐상헤드의 상부면과 상기 지지플레이트의 상부면을 연결하는 판스프링인, 탐상장치.
11. 삭제

Images