KR102106940B1 - Ultrasonic nondestructive inspection device using overtone vibrator - Google Patents

Ultrasonic nondestructive inspection device using overtone vibrator Download PDF

Info

Publication number
KR102106940B1
KR102106940B1 KR1020180084555A KR20180084555A KR102106940B1 KR 102106940 B1 KR102106940 B1 KR 102106940B1 KR 1020180084555 A KR1020180084555 A KR 1020180084555A KR 20180084555 A KR20180084555 A KR 20180084555A KR 102106940 B1 KR102106940 B1 KR 102106940B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
subject
ultrasound
unit
signal
harmonic
Prior art date
Application number
KR1020180084555A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200009751A (en
Inventor
정현조
Original Assignee
원광대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 원광대학교 산학협력단 filed Critical 원광대학교 산학협력단
Priority to KR1020180084555A priority Critical patent/KR102106940B1/en
Publication of KR20200009751A publication Critical patent/KR20200009751A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102106940B1 publication Critical patent/KR102106940B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G01N29/4436Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison with a reference signal
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24Probes

Abstract

본 발명의 검사 장치는 피검사체에 제1 초음파 및 제2 초음파를 인가하는 조사부; 상기 피검사체를 통과한 신호를 수신하는 수신부; 상기 수신부에서 수신된 신호를 분석해서 상기 피검사체의 결함 또는 성질을 분석하는 처리부;를 포함하고, 상기 제1 초음파는 기본 진동수를 가지며, 상기 제2 초음파는 상기 기본 진동수의 홀수배 고유 진동수를 가질 수 있다.The inspection apparatus of the present invention includes an irradiation unit that applies first and second ultrasonic waves to an object to be inspected; A receiver configured to receive a signal that has passed through the subject; It includes; a processing unit for analyzing the signal received from the receiving unit to analyze the defect or property of the subject, the first ultrasound has a fundamental frequency, the second ultrasound has an odd multiple of the fundamental frequency You can.

Description

배음 진동자를 이용한 초음파 비파괴 검사 장치{ULTRASONIC NONDESTRUCTIVE INSPECTION DEVICE USING OVERTONE VIBRATOR}Ultrasonic non-destructive testing device using a harmonic oscillator {ULTRASONIC NONDESTRUCTIVE INSPECTION DEVICE USING OVERTONE VIBRATOR}

본 발명은 초음파를 이용하여 피검사체의 결함을 검사하는 초음파 비파괴 검사 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic non-destructive inspection device for inspecting defects of an object using ultrasonic waves.

비파괴 검사 기법 중에서 산업 설비의 결함을 검출하고 신뢰성을 평가하기 위한 대표적인 기법이 초음파 탐상 시험이다. 초음파 탐상 시험시, 균열과 같은 비선형 결함은 가장 검사하기 어려운 결함이다. 미세 균열에 대하여는 균열 선단부의 회절파나 균열면의 반사파를 식별하여 결함 검사를 하는 것이 일반적인 방법이다.Among the non-destructive inspection techniques, ultrasonic inspection is a representative technique for detecting defects in industrial equipment and evaluating reliability. In ultrasonic testing, nonlinear defects such as cracks are the most difficult to inspect. For micro-crack, it is a common method to perform defect inspection by identifying the diffraction wave at the tip of the crack or the reflected wave at the crack surface.

그러나, 닫힌 균열 또는 부분적으로 닫힌 균열의 경우 균열 선단부의 회절 신호가 아주 미약하거나 균열면의 반사 신호가 나타나지 않기 때문에 결함의 검출이 매우 어렵다.However, in the case of a closed crack or a partially closed crack, it is very difficult to detect a defect because the diffraction signal at the tip of the crack is very weak or the reflection signal of the crack surface does not appear.

결함에 빔을 집속하고 이에 따라 검출 신호를 강화하는 위상배열 초음파 검사가 개발되고 있지만 비선형 결함인 균열의 검출에는 개선 효과를 기대하기 힘들다.A phased array ultrasonic inspection that focuses a beam on a defect and strengthens a detection signal accordingly has been developed, but it is difficult to expect an improvement effect to detect a crack which is a nonlinear defect.

또한, 강력한 입사파를 방사하고 상기 입사파에 의하여 균열면이 개폐될 때 발생하는 비선형 성분을 검출하는 방식을 생각해 볼 수 있지만, 닫힌 균열의 경우 강력한 입사파에 불구하고 균열면의 개폐에 의한 비선형 성분 출력이 워낙 미약하여 성공적인 검사가 수행되기 어렵다.In addition, a method of emitting a strong incident wave and detecting a nonlinear component generated when the crack surface is opened and closed by the incident wave can be considered, but in the case of a closed crack, the nonlinearity due to the opening and closing of the crack surface despite the strong incident wave The component output is so weak that it is difficult to perform a successful inspection.

한국등록특허공보 제1414520호에는 서로 다른 주파수의 신호들을 인가하여 구조물을 진동시켜서 구조물의 소상 유무를 판별하는 기술이 개시되고 있다.Korean Registered Patent Publication No. 1414520 discloses a technique for determining whether a structure is small by vibrating a structure by applying signals of different frequencies.

한국등록특허공보 제1414520호Korean Registered Patent Publication No. 1414520

본 발명은 피검사체의 종류를 불문하고 비파괴 검사를 정상적으로 수행할 수 있는 초음파 비파괴 검사 장치를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an ultrasonic non-destructive testing device capable of normally performing non-destructive testing regardless of the type of the object to be tested.

본 발명의 검사 장치는 피검사체에 제1 초음파 및 제2 초음파를 인가하는 조사부; 상기 피검사체를 통과한 반사 신호를 수신하는 수신부; 상기 반사 신호를 분석해서 상기 피검사체의 결함 또는 성질을 분석하는 처리부;를 포함하고, 상기 제1 초음파는 기본 진동수를 가지며, 상기 제2 초음파는 상기 기본 진동수의 홀수배 고유 진동수를 가질 수 있다.The inspection apparatus of the present invention includes an irradiation unit that applies first and second ultrasonic waves to an object to be inspected; A receiver configured to receive a reflected signal that has passed through the subject; And a processing unit configured to analyze the reflected signal to analyze defects or properties of the inspected object. The first ultrasound may have a fundamental frequency, and the second ultrasound may have a natural frequency that is an odd multiple of the fundamental frequency.

본 발명에 따르면, 배음 진동자와 비선형 파동 합성을 이용해서 제2 고조파의 크기(진폭)가 증가될 수 있다. 따라서, 두께가 얇은 피검사체, 고감쇠 고산란 특성의 피검사체 등을 불문하고 각종 피검사체의 비선형 초음파 비파괴 검사를 정확하게 수행할 수 있다.According to the present invention, the size (amplitude) of the second harmonic can be increased by using a harmonic oscillator and nonlinear wave synthesis. Therefore, a nonlinear ultrasonic non-destructive test of various test subjects can be accurately performed regardless of a test subject having a thin thickness and a high attenuation high scattering property.

도 1은 본 발명의 초음파 검사 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 비교 실시예의 초음파 진단 수단을 나타낸 개략도이다.
도 3은 비교 실시예의 수신파 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 검사 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 조사부를 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 시간 역전 처리에 의한 초음파 빔 집속 과정을 설명하는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 초음파 진단 방법을 나타낸 개략도이다.
1 is a schematic view showing an ultrasonic inspection apparatus of the present invention.
2 is a schematic view showing an ultrasound diagnostic means of a comparative example.
3 is a graph showing a received wave spectrum of a comparative example.
4 is a block diagram showing the inspection apparatus of the present invention.
5 is a schematic view showing another irradiation unit of the present invention.
6 is a schematic view illustrating an ultrasonic beam focusing process by time reversal processing of the present invention.
7 is a schematic view showing an ultrasound diagnostic method of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this process, the size or shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 초음파 검사 장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 비교 실시예의 초음파 진단 수단을 나타낸 개략도이다. 도 3은 비교 실시예의 수신파 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view showing an ultrasonic inspection apparatus of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view showing an ultrasonic diagnostic means of a comparative example. 3 is a graph showing a received wave spectrum of a comparative example.

강력한 세기의 단일 주파수 초음파가 피검사체(10) 내부를 전파할 때, 피검사체 재료의 비선형성 또는 피검사체의 손상에 의한 고조파가 추가로 발생된다. 추가 발생된 고조파의 변화를 관찰하여 재료 성질 또는 손상을 탐지, 검사하는 비파괴 검사법을 비선형 초음파법이라고 한다.When single-frequency ultrasonic waves of strong intensity propagate inside the subject 10, harmonics due to nonlinearity of the subject material or damage to the subject are additionally generated. A non-destructive inspection method that detects and inspects material properties or damage by observing the additional harmonic changes is called a nonlinear ultrasound method.

기존 비선형 초음파법에서는 도 2와 같이 소성 변형, 피로, 크리프 등을 갖는 손상 재료(이하, 피검사체(10))에 강력한 세기의 단일 주파수 ω1의 초음파를 입사하는 진동자(90)가 이용된다. 단일 주파수 ω1의 초음파가 피검사체에 입사될 때 발생하는 제2 고조파 2ω1을 관찰하는 비선형 초음파 검사법은 손상의 조기 탐지에 효과적인 방법으로 알려져 있다. 도 3과 같이 수많은 고조파 중에서 제2 고조파가 가장 빈번하게 관찰되기는 하나, 제2 고조파 역시 기본적으로 그 크기(진폭)가 매우 작은 관계로 측정이 쉽지 않다. 특히, 고감쇠, 고산란 재료를 갖는 피검사체에 대한 비선형 진단은 거의 불가능하다.In the conventional nonlinear ultrasound method, as shown in FIG. 2, a vibrator 90 is used that injects ultrasonic waves of a single frequency ω1 of strong intensity into a damaged material having a plastic deformation, fatigue, creep, or the like (hereinafter, an object 10). Nonlinear ultrasound examination, which observes the second harmonic 2ω1 that occurs when a single frequency ω1 ultrasonic wave is incident on the subject, is known as an effective method for early detection of damage. As shown in FIG. 3, the second harmonic is most frequently observed among a large number of harmonics, but the second harmonic is also very small in size (amplitude), so it is not easy to measure. In particular, non-linear diagnosis of a test subject having a high attenuation and high scattering material is almost impossible.

도 3을 살펴보면, 단일 주파수 ω1의 초음파가 피검사체에 인가된 비교 실시예의 경우, 제2 고조파 성분(Spectrum of 2nd harmonics)의 크기(magnitude)는 기본 성분(Spectrum of fundamental frequency)을 기준으로 거의 0에 수렴하는 값을 가질 수 있다. 따라서, 노이즈가 존재하는 실제 현장에서는 피검사체(10) 내부의 결함(20)을 대상으로 하는 비선형 파라미터값의 산출이 현실적으로 불가능하다.Referring to FIG. 3, in the case of the comparative example in which ultrasonic waves of a single frequency ω1 were applied to a subject, the magnitude of the second harmonic component (Spectrum of 2nd harmonics) is almost 0 based on the fundamental component (Spectrum of fundamental frequency). It can have a value that converges to. Therefore, it is practically impossible to calculate a nonlinear parameter value targeting the defect 20 inside the inspected object 10 in an actual field where noise is present.

따라서, 제2 고조파 성분의 발생을 증가시켜 비선형 초음파 검사법을 용이하게 적용할 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, there is a need for a method that can easily apply the nonlinear ultrasonic inspection method by increasing the generation of the second harmonic component.

본 발명의 검사 장치는 배음 진동자와 비선형 파동 합성의 원리를 이용하여 제2 고조파의 크기를 증가시킬 수 있다. 본 발명의 검사 장치는 크기가 증가된 제2 고조파를 이용해서 다양한 피검사체의 성질과 손상도를 정확하게 검사할 수 있다.The inspection apparatus of the present invention can increase the size of the second harmonic by using the principle of harmonic oscillator and nonlinear wave synthesis. The inspection apparatus of the present invention can accurately inspect the properties and damages of various objects under test by using the second harmonic whose size is increased.

본 발명의 검사 장치는 조사부(110), 수신부(130), 처리부(150)를 포함할 수 있다.The inspection apparatus of the present invention may include an irradiation unit 110, a reception unit 130, and a processing unit 150.

조사부(110)는 제1 초음파 ① 및 제2 초음파 ②를 동시에 생성하고, 피검사체(10)에 동시에 인가하는 배음 진동자(overtone frequency vibrator)를 포함할 수 있다. 조사부는 피검사체의 동일한 지점에 제1 초음파와 제2 초음파를 동시에 인가하거나, 피검사체의 한 지점에 제1 초음파와 제2 초음파의 합성 신호(합성 파형)를 인가할 수 있다.The irradiation unit 110 may include an overtone frequency vibrator that simultaneously generates the first ultrasonic wave ① and the second ultrasonic wave ② and simultaneously applies them to the subject 10. The irradiation unit may simultaneously apply the first ultrasound and the second ultrasound to the same point of the subject, or may apply a composite signal (synthetic waveform) of the first ultrasound and the second ultrasound to a point of the subject.

제1 초음파는 기본 진동수 ω1을 가질 수 있다.The first ultrasound may have a basic frequency ω1.

제2 초음파는 기본 진동수 ω1에 지배적인 홀수배 고유 진동수 3ω1을 가질 수 있다.The second ultrasound may have an odd multiple natural frequency 3ω1 that is dominant to the basic frequency ω1.

제1 초음파 및 제2 초음파를 인가하는 조사부에 의해 피검사체(10)에는 유한 진폭의 톤버스트 파형이 인가될 수 있다. 톤버스트 파형이 피검사체 내부에서 전파될 때, 비선형 파동 합성에 의한 차주파수 성분 3ω1 - ω1 = 2ω1이 기본 진동수 ω1의 제2 고조파 2ω1에 중첩될 수 있다. 이때의 중첩에 의해 결과적으로 제2 고조파 성분이 도 1의 (b)에 나타낸 수신파 스펙트럼과 같이 증가하게 된다.A finite amplitude tone burst waveform may be applied to the subject 10 by an irradiation unit that applies the first ultrasound and the second ultrasound. When the tone burst waveform propagates inside the subject, the differential frequency component 3ω1-ω1 = 2ω1 by nonlinear wave synthesis may overlap the second harmonic 2ω1 of the fundamental frequency ω1. As a result, the second harmonic component increases as the received wave spectrum shown in FIG.

수신부는 피검사체를 통과한 반사 신호를 수신할 수 있다. 처리부는 반사 신호를 분석해서 피검사체의 결함 또는 성질을 분석할 수 있다. 일 예로, 제1 초음파와 제2 초음파에 의해 증가된 제2 고조파 성분은 수신부(130)에 의해 수신되고, 처리부(150)에서 분석 가능한 정도의 크기를 가질 수 있다.The receiver may receive the reflected signal that has passed through the subject. The processing unit may analyze the reflected signal to analyze the defect or property of the subject. For example, the second harmonic component increased by the first ultrasound and the second ultrasound may be received by the receiving unit 130 and may have a size that can be analyzed by the processing unit 150.

제2 고조파 성분의 크기를 개선하기 위해, 배음 진동자의 초기 세팅이 매우 중요하다.To improve the size of the second harmonic component, the initial setting of the harmonic oscillator is very important.

본 발명의 검사 장치에는 배음 진동자의 초기 세팅과 관련된 세팅 유니트가 마련될 수 있다.The inspection apparatus of the present invention may be provided with a setting unit related to the initial setting of the harmonic oscillator.

배음 진동에 적합한 압전 재료의 선정 및 최적 배음 진동자 제작 기술이 요구되며, 이와 함께 배음 진동자 등의 조사부를 세팅하는 세팅 기술이 요구된다.It is required to select a piezoelectric material suitable for harmonic vibration and to produce an optimal harmonic oscillator, and also a setting technique for setting an irradiating part such as a harmonic oscillator.

세팅 유니트는 측정부, 인가부, 처리부(150)를 포함할 수 있다.The setting unit may include a measuring unit, an applying unit, and a processing unit 150.

측정부는 조사부의 고유 진동수를 측정할 수 있다.The measurement unit may measure the natural frequency of the irradiation unit.

인가부는 측정부에 의해 파악된 조사부(110)의 고유 진동 특성에 따라 제2 고조파의 크기 증가를 위한 제1 초음파 및 제2 초음파의 진폭의 상대적 크기 비율을 산정할 수 있다.The applicator may calculate the relative magnitude ratios of the amplitudes of the first ultrasound and the second ultrasound for increasing the size of the second harmonic according to the natural vibration characteristics of the irradiation unit 110 identified by the measurement unit.

인가부에 의해 산정된 크기(진폭)를 갖는 제1 초음파 및 제2 초음파는 합성되고, 조사부(110)에 의해 피검사체에 인가될 수 있다.The first ultrasound and the second ultrasound having a size (amplitude) calculated by the applying unit are synthesized, and may be applied to the inspected object by the irradiation unit 110.

처리부(150)는 조사부(110)의 다양한 가진에 의해 발생되고 수신부(130)에 의해 수신된 비선형 파동의 음장을 해석할 수 있다. 또한, 처리부는 수신부를 통해 수신된 수신파의 신호 처리와 다양한 주파수 성분의 추출 및 분석을 담당할 수 있다.The processing unit 150 may analyze a sound field of a nonlinear wave generated by various excitations of the irradiation unit 110 and received by the reception unit 130. In addition, the processing unit may be in charge of signal processing of the received wave received through the receiving unit and extraction and analysis of various frequency components.

본 발명의 검사 장치에 따르면, 인가부는 기본 진동수 ω1과 홀수배 고유 진동수 3ω1을 갖는 단일 초음파 진동자(배음 진동자)에 주파수 ω1 또는 ω1 & 3ω1을 갖는 유한 진폭의 톤버스트 파형을 인가할 수 있다. 해당 톤버스트 파형(tone bust wave)이 피검사체 내부에 전파될 때, 비선형 파동 합성에 의한 차주파수 성분 3ω1 - ω1 = 2ω1과 ω1의 제2 고조파 성분 2ω1이 서로 중첩될 수 있다. 그 결과, 수신부에서 탐지되고, 처리부에서 분석 가능한 진폭을 갖는 제2 고조파의 생성이 가능하다. 따라서, 두께가 얇거나, 고감쇠, 고산란 재료와 같이 기본적으로 제2 고조파의 발생이 억제되거나 에너지 손실이 심한 재료의 피검사체에도 비선형 초음파법이 적용될 수 있다. 또한, 다양한 재료의 손상도를 고감도 및 고정밀도로 탐지할 수 있으며, 비선형 초음파 비파괴 검사의 신뢰도를 획기적으로 개선할 수 있다.According to the inspection apparatus of the present invention, the application unit may apply a finite amplitude toneburst waveform having a frequency of ω1 or ω1 & 3ω1 to a single ultrasonic oscillator (overtone oscillator) having a basic frequency ω1 and an odd multiple natural frequency 3ω1. When the corresponding tone bust wave propagates inside the subject, the second harmonic component 2ω1 of the second frequency component 3ω1-ω1 = 2ω1 and ω1 by nonlinear wave synthesis may overlap each other. As a result, it is possible to generate a second harmonic having an amplitude that can be detected by the receiver and analyzed by the processor. Therefore, the generation of the second harmonic is basically suppressed, such as a material having a thin thickness, a high attenuation, or a high scattering material, or a nonlinear ultrasonic method may be applied to a test subject of a material having high energy loss. In addition, the damage degree of various materials can be detected with high sensitivity and high precision, and the reliability of nonlinear ultrasonic non-destructive testing can be significantly improved.

본 발명의 조사부는 피검사체에 대한 검사 신호의 입사 단계에서부터 제1 초음파와 제2 초음파의 합성 파동을 이용할 수 있다. 피검사체 내부의 전파 과정에서 파동 합동에 의해 다양한 주파수 성분들이 생성되며, 특히 제2 고조파 성분이 추가로 발생된다. 따라서, 수신부는 큰 진폭의 제2 고조파 수신이 가능하다.The irradiation unit of the present invention may use a composite wave of the first ultrasound and the second ultrasound from the incident stage of the inspection signal to the subject. In the propagation process inside the subject, various frequency components are generated by wave joint, and in particular, a second harmonic component is additionally generated. Therefore, the receiver can receive the second harmonic of a large amplitude.

조사부는 피검사체에 대한 접촉식 또는 비접촉식 방법으로 초음파를 가진(excitation)할 수 있다. The irradiation unit may excite ultrasonic waves in a contact or non-contact method to the subject.

실제 현장에서 피검사체의 손상 위치를 파악하는 등의 진단을 수행하기 위해서는, 피검사체를 통과한 신호를 수신하는 수신부의 교정을 통한 절대적 비선형 파리미터값의 측정이 요구된다. 수신부의 교정 작업은 해당 신호에 포함된 제2 고조파 성분을 이용해서 이루어진다 그러나, 이미 알려진 비선형 초음파 검사법의 경우 측정되는 제2 고조파 성분이 거의 0이 되는 치명적인 한계를 갖는다. 따라서, 기존의 비선형 초음파 검사법은 제2 고조파의 검출을 어렵게 하는 각종 노이즈가 산재하는 실제 현장에서는 사용되지 못하고, 노이즈의 배제가 가능한 실험실에서만 적용되고 있다.In order to perform a diagnosis, such as determining the location of damage to a test object in an actual field, it is required to measure absolute nonlinear parameter values through calibration of a receiving unit that receives a signal passing through the test object. The calibration operation of the receiver is performed using the second harmonic component included in the signal. However, in the case of a known nonlinear ultrasound method, the measured second harmonic component has a fatal limit of almost zero. Therefore, the conventional nonlinear ultrasonic inspection method is not used in the actual field where various noises that make it difficult to detect the second harmonic are scattered, and is applied only in a laboratory capable of excluding noise.

도 4는 본 발명의 검사 장치를 나타낸 블록도이다. 도 5는 본 발명의 다른 조사부를 나타낸 개략도이다. 도 6은 본 발명의 시간 역전 처리에 의한 초음파 빔 집속 과정을 설명하는 모식도이다. 도 7은 본 발명의 초음파 진단 방법을 나타낸 개략도이다.4 is a block diagram showing the inspection apparatus of the present invention. 5 is a schematic view showing another irradiation unit of the present invention. 6 is a schematic view illustrating an ultrasonic beam focusing process by time reversal processing of the present invention. 7 is a schematic view showing an ultrasound diagnostic method of the present invention.

노이즈에 강건한, 다시 말해 강한 세기를 갖는 제2 고조파를 생성하기 위해 본 발명의 검사 장치는 조사부(110), 수신부(130), 처리부(150)를 포함할 수 있다.In order to generate second harmonics that are robust against noise, that is, have a strong intensity, the inspection apparatus of the present invention may include an irradiation unit 110, a reception unit 130, and a processing unit 150.

조사부(110)는 피검사체(10)의 제1 면(11)으로부터 제2 면(저면)(12)까지 전파되는 초음파를 생성할 수 있다. 제1 면(11)과 제2 면(12)은 서로 다른 면일 수 있으며, 일 예로 제1 면(11)은 피검사체(10)의 윗면이고, 제2 면(12)은 피검사체(10)의 아랫면일 수 있다.The irradiation unit 110 may generate ultrasound waves propagated from the first surface 11 of the object 10 to the second surface (bottom surface) 12. The first surface 11 and the second surface 12 may be different surfaces, for example, the first surface 11 is the upper surface of the object 10, and the second surface 12 is the object 10 It can be the underside of.

수신부(130)는 피검사체(10)의 제1 면(11)에 장착되고 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 수신할 수 있다.The receiving unit 130 is mounted on the first surface 11 of the subject 10 and can receive the first reflected signal and the second reflected signal.

수신부는 복수로 마련되고, 수신부 중 적어도 하나는 조사부와 일체로 형성될 수 있다.A plurality of receiving units may be provided, and at least one of the receiving units may be integrally formed with the irradiation unit.

다른 예로, 도 5와 같이 조사부(110)는 피검사체(10)로부터 이격된 위치에서 제1 면(11)을 향해 레이저를 조사하는 레이저 조사기를 포함할 수 있다. 제1 면(11)에 조사된 레이저의 가진(excitation)에 의해 피검사체(10)를 통과하는 제1 초음파 및 제2 초음파가 생성되거나, 제1 초음파와 제2 초음파의 합성 파형이 생성될 수 있다.As another example, as shown in FIG. 5, the irradiator 110 may include a laser irradiator that irradiates a laser toward the first surface 11 at a position spaced apart from the subject 10. The first and second ultrasonic waves passing through the subject 10 may be generated by excitation of the laser irradiated onto the first surface 11, or a composite waveform of the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave may be generated. have.

제1 반사 신호는 제1 면(11)으로부터 피검사체(10)의 제2 면(저면)(12)까지 전파된 초음파가 반사된 신호일 수 있다.The first reflected signal may be a signal in which ultrasonic waves propagated from the first surface 11 to the second surface (bottom surface) 12 of the subject 10 are reflected.

제2 반사 신호는 제1 면(11)으로부터 제2 면(12)까지 전파된 시간 역전 신호가 반사된 신호일 수 있다. 이때, 시간 역전 신호는 제1 반사 신호를 이용해서 생성된 것일 수 있다.The second reflection signal may be a signal in which the time inversion signal propagated from the first surface 11 to the second surface 12 is reflected. In this case, the time inversion signal may be generated using the first reflection signal.

제1 면에 접촉되거나 제1 면으로부터 이격된 조사부는 초음파를 생성해서 제2 면(12)을 향해 방사할 수 있다. 공간 분해능의 개선을 위해 복수의 수신부(130)는 초음파가 투입되는 피검사체 지점을 기준으로 점대칭되는 위치에 배치될 수 있다.The irradiated portion contacting or spaced from the first surface may generate ultrasonic waves and radiate toward the second surface 12. In order to improve the spatial resolution, the plurality of receivers 130 may be arranged at points symmetrically with respect to the point of the subject to which ultrasonic waves are input.

제1 면(11)에 배치된 복수의 수신부(130)는 초음파가 제2 면(12)에서 반사된 제1 반사 신호를 수신할 수 있다.The plurality of receivers 130 disposed on the first surface 11 may receive the first reflected signal from which ultrasonic waves are reflected from the second surface 12.

복수의 수신부(130)는 시간 역전 신호를 다시 방사할 수 있다. 시간 역전 신호는 제1 면(11)으로부터 제2 면(12)을 향해 전파되고, 제2 반사 신호는 복수의 수신부에 수신될 수 있다.The plurality of receivers 130 may re-emit the time inversion signal. The time inversion signal propagates from the first surface 11 toward the second surface 12, and the second reflected signal may be received by the plurality of receivers.

제1 반사 신호가 제2 면(12) 상의 특정 위치 P로부터 반사된 것일 때, 복수의 수신부(130)로부터 방사된 시간 역전 신호는 특정 위치 P에 집속될 수 있다. 특정 위치 P에 복수의 수신부(130)로부터 방사된 복수의 빔이 집속되므로, 특정 위치 P에서 반사된 빔에 해당하는 제2 반사 신호의 분해능이 개선될 수 있다.When the first reflected signal is reflected from the specific position P on the second surface 12, the time reversal signal emitted from the plurality of receivers 130 may be focused on the specific position P. Since a plurality of beams emitted from the plurality of receivers 130 are focused at a specific location P, the resolution of the second reflected signal corresponding to the beam reflected at the specific location P can be improved.

수신부(130)는 제1 반사 신호의 시간 역전 신호가 제2 면(12)에서 반사된 제2 반사 신호를 수신할 수 있다.The receiver 130 may receive a second reflected signal in which the time inverted signal of the first reflected signal is reflected on the second surface 12.

처리부(150)는 제2 반사 신호를 이용해서 피검사체(10)의 비선형 파라미터값을 산출할 수 있다.The processing unit 150 may calculate a nonlinear parameter value of the subject 10 using the second reflected signal.

초음파는 피검사체(10)의 제2 면(12) 상의 P 위치에서 반사될 수 있다. 제2 면(12)은 공기, 지지판 등의 다른 매질과 경계가 되는 부분이므로, 제2 면(12)에 반사된 제1 반사 신호 또는 제2 반사 신호에는 피검사체(10) 내부의 미세한 균열에 반사된 신호와 비교하여 매우 큰 크기(magnitude)를 갖는 제2 고조파 성분이 포함될 수 있다. 제2 면(12)에 반사된 신호에 포함된 제2 고조파 성분은 노이즈와 구분될 수 있으므로, 노이즈가 혼재하는 실제 현장에서도 용이하게 파악될 수 있다.Ultrasound may be reflected at the P position on the second surface 12 of the subject 10. Since the second surface 12 is a portion that borders with other media such as air and a support plate, the first reflection signal or the second reflection signal reflected on the second surface 12 is subject to minute cracks in the subject 10. A second harmonic component having a very large magnitude compared to the reflected signal may be included. Since the second harmonic component included in the signal reflected on the second surface 12 can be distinguished from noise, it can be easily grasped even in an actual site where noise is mixed.

보다 더 노이즈에 강건한 제2 고조파 성분을 얻기 위해 피검사체(10)의 제1 면(11)에 배치된 복수의 수신부(130)는 P 위치에 집속되는 집속 빔을 생성할 수 있다.The plurality of receivers 130 disposed on the first surface 11 of the subject 10 to generate a second harmonic component more robust to noise may generate a focused beam focused at the P position.

확실한 빔 집속을 위해 3채널 이상의 배열형 수신부(130)가 피검사체(10)의 제1 면(11)에 밀착될 수 있으며, 빔 집속을 위해 시간 역전법이 적용될 수 있다. 시간 역전법이 적용된 시간 역전 신호는 제2 면(12)의 P 위치에 정확하게 집속될 수 있다.For reliable beam focusing, three or more arrayed receivers 130 may be in close contact with the first surface 11 of the subject 10, and a time reversal method may be applied for beam focusing. The time reversal signal to which the time reversal method is applied can be accurately focused on the P position of the second surface 12.

각 수신부(130)로부터 피검사체(10)에 방사되는 신호는 시간 역전 처리된 것이므로 피검사체(10)의 특성을 포함한 사전 정보를 몰라도 비선형 결함이 존재하는 P 위치에 정확하게 초음파 빔이 집속될 수 있다.Since the signal emitted from each receiving unit 130 to the subject 10 is time-reversed, the ultrasonic beam can be accurately focused at the P position where the nonlinear defect exists even without knowing the prior information including the characteristics of the subject 10. .

수신부(130) 또는 처리부(150)는 경계면, Lamb파의 다중 모드 등으로 야기된 비선형 성분 신호나, 평판 형상의 피검사체(10)에서 다양한 모드의 반사파로 야기되는 비선형 성분 신호 중에서 관심을 두는 특정 모드의 신호를 추출하고 이를 시간 역전 처리한다.The receiving unit 130 or the processing unit 150 is of particular interest in the non-linear component signal caused by multiple modes of the interface, the Lamb wave, or the non-linear component signal caused by reflected waves of various modes in the flat-shaped object 10 The signal of the mode is extracted and it is time-reversed.

도면에서는 N개의 수신부(130)가 배열된 어레이 트랜스듀서에 대한 시간 역전법을 도시하고 있지만, 본 발명의 실시예는 어레이 트랜스듀서에 한정되지 않고 낱개로 설치되는 수신부(130)에 의하여도 얼마든지 구현할 수 있다.Although the drawing shows a time reversal method for an array transducer in which N receivers 130 are arranged, the embodiment of the present invention is not limited to the array transducer, but is also limited by the receiver 130 installed individually. Can be implemented.

도 6의 첫째 그림을 참조하면 어레이 트랜스듀서에 마련되는 N개의 수신부(130) 중에서 하나를 가진시킨다. 가진된 입사파는 피검사체(10)에 전파된다.Referring to the first picture of FIG. 6, one of N receivers 130 provided in the array transducer is excited. The excited incident wave propagates to the subject 10.

도 6의 두번째 그림을 참조하면 피검사체(10)의 경계면에 해당하는 제2 면(12)의 P 위치에 반사되는 산란 신호(제1 반사 신호)는 각 수신부(130)에 수신된다. 피검사체(10)의 매질 특성, 피검사체(10)의 표면 지오메트리, 제1 면(11)에 배치된 각 수신부(130)로부터 제2 면(12)까지의 거리 차이는 각 수신부(130)별 에코 신호의 시간 지연량 차이나 각 수신부(130)의 파형 차이와 같은 물리량으로 표현된다.Referring to the second picture of FIG. 6, the scattering signal (first reflection signal) reflected at the P position of the second surface 12 corresponding to the boundary surface of the subject 10 is received by each receiving unit 130. The characteristics of the medium of the subject 10, the surface geometry of the subject 10, and the distance difference from each receiving part 130 disposed on the first surface 11 to the second surface 12 are different for each receiving part 130 It is represented by a physical amount, such as a difference in the time delay amount of the echo signal or a waveform difference of each receiver 130.

본 발명의 시간 역전법에 따르면 시간 지연량 차이나 파형 차이에 관한 데이터를 요구할 뿐 사전 정보에 대한 지식은 전혀 필요로 하지 않는다.According to the time reversal method of the present invention, only data regarding a time delay amount difference or a waveform difference is required, and knowledge of prior information is not required at all.

P 위치까지의 거리를 초음파의 속도로 나눈 것이 전파 시간이므로, 각 수신부(130)별 시간 지연량 차이나 파형 차이에는 피검사체(10)의 표면 지오메트리나, 각 수신부(130)로부터 P 위치까지의 거리 차이 등의 사전 정보가 이미 포함되어 있다. 따라서, 수신부(130)에서 방사 및 입수되는 신호로부터 시간 지연량을 계산하고 시간 역전 처리를 이용하면 표면 지오메트리나 매질 특성과 같은 사전 정보를 몰라도 P 위치의 검출이 가능해진다.Since the distance to the P position is divided by the speed of the ultrasound, the time delay amount or waveform difference for each receiver 130 is different from the surface geometry of the subject 10 or the distance from each receiver 130 to the P position. Preliminary information such as differences is already included. Accordingly, if the time delay amount is calculated from the signal emitted and received by the receiving unit 130 and time reversal processing is used, detection of the P position is possible without knowing prior information such as surface geometry or media characteristics.

어레이 트랜스듀서나 피검사체(10)에 대한 사전 정보를 전혀 몰라도, 피검사체(10)의 내부를 전파하여 되돌아온 신호를 이용하기 때문에 피검사체(10)의 기하학적 형상과 물성에 관한 사전 정보가 되돌아온 신호에 그대로 반영되어 있다. 시간 역전법은, 어레이 트랜스듀서나 피검사체(10)에 대한 사전 정보가 전혀 입력되지 않아도 초음파의 전파 시간은 해당 어레이 트랜스듀서나 피검사체(10)에 대하여 불변인 특성에 기반을 두고 있다. 더욱이 본 발명에 따르면, 제1 초음파와 제2 초음파로 인해 제2 고조파의 크기가 대폭 증가될 수 있다.Although the prior information about the array transducer or the subject 10 is not known at all, the signal returned by propagating the inside of the subject 10 is used to return the prior information regarding the geometry and physical properties of the subject 10 It is reflected as it is. In the time reversal method, the propagation time of ultrasonic waves is based on the invariant characteristics of the array transducer or the subject 10 even if no prior information about the array transducer or the subject 10 is input. Moreover, according to the present invention, the size of the second harmonic can be significantly increased due to the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave.

도 6의 세번째 그림을 참조하면, 사전 정보를 획득할 필요없이, N개의 수신부(130)에 입수된 파형(제1 반사 신호)을 각 수신부(130)별 시간 지연량 차이를 근거로 해서 시간 역전 처리한다. 각 수신부(130)는 시간 역전 처리된 새로운 파형(시간 역전 신호)을 피검사체(10)에 입사시킨다. 시간 역전 처리된 초음파 빔(시간 역전 신호)은 P 위치에 정확하게 집속된다.Referring to the third picture of FIG. 6, without relying on obtaining prior information, time reversal is performed based on the difference in the time delay amount of each receiving unit 130 by the waveforms (first reflected signals) received by the N receiving units 130. Process. Each receiving unit 130 injects a new waveform (time reversal signal) subjected to time reversal into the subject 10. The time-reversed ultrasound beam (time-reversing signal) is accurately focused on the P position.

수신 신호의 시간 역전 처리에서 수신된 원래의 신호를 그대로 사용하거나, 관심을 두는 특정 모드의 비선형 신호를 선별적으로 추출하고 이를 시간 역전 처리하며, P 위치의 정확한 분석이 가능하다.It is possible to use the original signal received in the time reversal processing of the received signal as it is, or to selectively extract the nonlinear signal of a specific mode of interest, time-reverse processing it, and to accurately analyze the P position.

도 6의 네번째 그림을 참조하면, P 위치에 집중된 초음파 빔(시간 역전 신호)은 각 수신부(130)에 다시 입수(제2 반사 신호)된다. 입수된 파형은 신호대 잡음비가 개선된 파형으로서, P 위치에 대한 정확한 정보(좌표, 크기 포함)를 담고 있다.Referring to the fourth picture of FIG. 6, the ultrasound beam (time reversal signal) focused at the P position is received again (second reflected signal) at each receiver 130. The obtained waveform is a waveform with improved signal-to-noise ratio, and contains accurate information (including coordinates and size) about the P position.

즉, 시간 역전법에 의하여 산출된 시간 지연량을 반영하여 시간 역전 처리한 상태에서 각 수신부(130)를 가진시키면, 가진된 초음파는 P 위치에 집속되게 전파된다. P 위치에 초음파가 집속되면 신호대 잡음비가 개선되므로 깨끗한 결함 영상을 얻을 수 있다.That is, when each receiving unit 130 is excited in a time-reversed state by reflecting the amount of time delay calculated by the time-reversing method, the excited ultrasound waves are focused to the P position. When the ultrasound is focused at the P position, the signal-to-noise ratio is improved, so a clean defect image can be obtained.

비선형 결함의 검사 정확도 향상을 위하여 수신부(130)의 신호 수신 시간은 신호 송신 시간보다 더 긴 것이 바람직하다. 제1 반사 신호의 수신 시간이 길어질수록 고조파 성분의 피크 진폭이 증가되므로 노이즈 없이 순수한 고조파 성분이 추출될 수 있다.In order to improve inspection accuracy of nonlinear defects, it is preferable that a signal reception time of the reception unit 130 is longer than a signal transmission time. As the reception time of the first reflected signal increases, the peak amplitude of the harmonic component increases, so that pure harmonic component can be extracted without noise.

제1 반사 신호는 처리부(150)에 입력될 수 있다. 처리부(150)는 수신된 시간 영역의 제1 반사 신호를 푸리에 변환하여 주파수 스펙트럼이 구해지면 주파수 영역에서 윈도우 함수를 이용하여 고조파 스펙트럼을 추출할 수 있다. 처리부(150)는 추출된 고조파 스펙트럼을 시간 역전 처리한 후 시간 영역으로 변환해서 시간 역전 신호를 생성할 수 있다. 처리부(150)는 시간 역전 신호를 증폭한 다음 수신부(130)로 제공할 수 있다.The first reflected signal may be input to the processing unit 150. When the frequency spectrum is obtained by Fourier transforming the first reflected signal in the received time domain, the processor 150 may extract the harmonic spectrum using a window function in the frequency domain. The processor 150 may generate a time inversion signal by converting the extracted harmonic spectrum into a time domain after time inversion processing. The processing unit 150 may amplify the time inversion signal and then provide it to the receiving unit 130.

수신부(130)는 처리부(150)로부터 제공된 시간 역전 신호를 피검사체(10)를 향하여 재방사할 수 있다. The receiving unit 130 may re-emit the time inversion signal provided from the processing unit 150 toward the subject 10.

제1 반사 신호는 경계면과 같은 비선형 결함에 대한 정보를 담고 있다. 따라서, 제1 반사 신호를 시간 역전 처리한 시간 역전 신호는 사전 정보를 전혀 몰라도 시간 역전 처리에 따라 비선형 특성을 갖는 P 위치에 정확하게 집속될 수 있다. P 위치까지 전파된 시간 역전 신호는 다시 P 위치에서 반사되어 각 수신부(130)로 입수될 수 있다.The first reflected signal contains information about a nonlinear defect such as an interface. Therefore, the time-reversing signal obtained by time-reversing the first reflected signal can be accurately focused at the P position having a non-linear characteristic according to the time-reversing processing without knowing any prior information. The time reversal signal propagated to the P position may be reflected from the P position again and be received by each receiver 130.

처리부(150)는 각 수신부(130)로 입수된 제1 반사 신호 또는 제2 반사 신호를 처리할 수 있다. 처리부(150)는 제2 반사 신호를 분석해서 기본 주파수 성분과 제2 고조파 성분을 추출하고, 제2 고조파 성분을 이용해서 상기 비선형 파라미터값을 산출할 수 있다. 이때의 제2 고조파 성분은 초기 단계에서 조사부에 의해 제공된 제1 초음파 및 제2 초음파에 의해 크기가 획기적으로 증가된 상태일 수 있다.The processing unit 150 may process the first reflected signal or the second reflected signal received by each receiving unit 130. The processor 150 may analyze the second reflected signal to extract the fundamental frequency component and the second harmonic component, and calculate the nonlinear parameter value using the second harmonic component. At this time, the second harmonic component may be in a state in which the size is significantly increased by the first ultrasound and the second ultrasound provided by the irradiation unit in the initial stage.

처리부(150)는 기본 주파수 성분 또는 제2 고조파 성분에 수신부(130)의 전달함수를 곱하여 절대 변위로 변환할 수 있다. 처리부(150)는 수신부(130)에 시간 지연을 적용해서 제2 반사 신호를 합성하여 비선형 파라미터값을 산출할 수 있다. 처리부(150)는 제2 반사 신호의 회전 또는 감쇠를 보정해서 비선형 파라미터값을 산출할 수 있다.The processor 150 may convert the fundamental frequency component or the second harmonic component to the absolute displacement by multiplying the transfer function of the receiver 130. The processing unit 150 may calculate a nonlinear parameter value by synthesizing the second reflected signal by applying a time delay to the reception unit 130. The processor 150 may calculate a nonlinear parameter value by correcting rotation or attenuation of the second reflected signal.

처리부(150)에는 오실로스코프(151), 처리 모듈(153), 멀티 채널 펑션 제너레이터(155)(multi channel function generator), 멀티 채널 증폭기(157)(multi channel amplifier), 임피던스 매칭기(159)(impedance matching)가 마련될 수 있다.The processing unit 150 includes an oscilloscope 151, a processing module 153, a multi-channel function generator 155, a multi-channel amplifier 157, and an impedance matcher 159 (impedance) matching) can be provided.

오실로스코프(151)는 수신부(130)로부터 수신된 제1 반사 신호 또는 제2 반사 신호를 모니터링하고, 처리 모듈(153)에 제공할 수 있다.The oscilloscope 151 may monitor the first reflected signal or the second reflected signal received from the receiving unit 130 and provide them to the processing module 153.

처리 모듈(153)은 제1 반사 신호를 처리해서 멀티 채널 평션 제너레이터로 제공하거나, 제2 반사 신호를 이용해서 피검사체(10)의 비선형 파라미터값을 산출할 수 있다.The processing module 153 may process the first reflected signal and provide it to a multi-channel function generator, or calculate a nonlinear parameter value of the subject 10 using the second reflected signal.

처리 모듈(153)에는 수신부 교정 모듈, 시간 역전 신호 처리 모듈, 수신 신호 처리 모듈, 절대 변위 계산 모듈, 비선형 파라미터값 계산 모듈, 회절 및 감쇠 보정 모듈이 마련될 수 있다.The processing module 153 may be provided with a receiving unit calibration module, a time inversion signal processing module, a receiving signal processing module, an absolute displacement calculation module, a nonlinear parameter value calculation module, and a diffraction and attenuation correction module.

수신부 교정 모듈은 제2 고조파 성분의 절대 변위를 파악하기 위해 수신부(130)의 수신 주파수 등을 교정할 수 있다.The receiver calibration module may calibrate the reception frequency of the receiver 130 to grasp the absolute displacement of the second harmonic component.

시간 역전 신호 처리 모듈은 각 수신부(130)에서 수신한 제1 반사 신호에 시간 역전법을 적용할 수 있다.The time inversion signal processing module may apply a time inversion method to the first reflected signal received by each receiving unit 130.

수신 신호 처리 모듈은 제1 반사 신호 또는 제2 반사 신호를 처리할 수 있다. 일 예로, 수신 신호 처리 모듈은 복수의 수신부(130)로부터 획득된 복수의 제2 반사 신호에 시간 지연을 적용한 후 합성할 수 있다.The received signal processing module may process the first reflected signal or the second reflected signal. For example, the received signal processing module may be synthesized after applying a time delay to the plurality of second reflected signals obtained from the plurality of receiving units 130.

절대 변위 계산 모듈은 기본 주파수 성분 또는 제2 고조파 성분에 수신부(130)의 전달함수를 곱하여 제2 고조파 성분 등의 절대 변위를 계산할 수 있다.The absolute displacement calculation module may calculate an absolute displacement of the second harmonic component or the like by multiplying the fundamental frequency component or the second harmonic component by the transfer function of the receiver 130.

비선형 파라미터값 계산 모듈은 계산된 절대 변위를 이용해서 수학식 1과 같은 비선형 파라미터값 β를 산출할 수 있다.The nonlinear parameter value calculation module may calculate the nonlinear parameter value β as in Equation 1 using the calculated absolute displacement.

Figure 112018071821484-pat00001
Figure 112018071821484-pat00001

회절 및 감쇠 보정 모듈은 제2 반사 신호 등에 포함된 회절 요소 및 감쇠 요소를 보정할 수 있다.The diffraction and attenuation correction module may correct the diffraction element and attenuation element included in the second reflected signal or the like.

수신부 교정 모듈, 수신 신호 처리 모듈, 절대 변위 계산 모듈, 비선형 파라미터값 계산 모듈, 회절 및 감쇠 보정 모듈의 세부 동작 및 수학 모델은 논문 'Review of Second Harmonic Generation Measurement Techniques for Material State Determination in Metals'(J Nondestruct Eval DOI 10.1007/s10921-014-0273-5)에 나타나 있다.The detailed operation and mathematical models of the receiver calibration module, the received signal processing module, the absolute displacement calculation module, the nonlinear parameter value calculation module, the diffraction and attenuation correction module are described in the paper 'Review of Second Harmonic Generation Measurement Techniques for Material State Determination in Metals' (J Nondestruct Eval DOI 10.1007 / s10921-014-0273-5).

멀티 채널 평션 제너레이터는 제1 반사 신호가 처리된 결과를 이용해서 제1 면(11)에 설치된 복수의 수신부(130)에 할당되는 각 시간 역전 신호를 생성할 수 있다.The multi-channel function generator may generate each time inversion signal allocated to the plurality of receivers 130 installed on the first surface 11 using the result of processing the first reflected signal.

멀티 채널 증폭기는 각 수신부(130)에 할당된 시간 역전 신호를 증폭할 수 있다.The multi-channel amplifier may amplify the time inversion signal allocated to each receiver 130.

임피던스 매칭기는 시간 역전 신호가 제1 면(11)에서 반사되어 처리부(150)로 되돌아오는 것을 방지하는 것이다.The impedance matcher prevents the time inversion signal from being reflected from the first surface 11 and returning to the processing unit 150.

본 발명의 초음파 진단 방법은 다음과 같다.The ultrasound diagnosis method of the present invention is as follows.

먼저, 조사부(110)의 가진에 의해 피검사체(10)의 제1 면(11)에 초음파가 방사될 수 있다. 이때의 초음파는 제1 초음파와 제2 초음파가 합성 처리된 것일 수 있다.First, ultrasonic waves may be radiated to the first surface 11 of the object 10 by the excitation of the irradiation unit 110. At this time, the first ultrasound and the second ultrasound may be synthesized.

피검사체(10)의 내부를 통과한 초음파는 제2 면(12)에서 반사되어(제1 반사 신호) 제1 면(11)에 배치된 복수의 수신부(130)에 수신될 수 있다. 제1 반사 신호가 수신되는 탐촉자에는 초음파를 생성한 탐촉자도 포함될 수 있다.Ultrasound passing through the inside of the subject 10 may be reflected by the second surface 12 (first reflection signal) and received by the plurality of receivers 130 disposed on the first surface 11. The probe receiving the first reflected signal may also include a probe generating ultrasonic waves.

각 수신부(130)에서 수신한 제1 반사 신호를 시간 역전시킨 후 재송신하면 제2 면(12)의 반사 위치 P에 빔(시간 역전 신호)이 집속될 수 있다.When the first reflected signal received by each receiver 130 is time-reversed and retransmitted, a beam (time-reverse signal) may be focused on the reflection position P of the second surface 12.

시간 역전 신호가 위치 P에서 반사된 제2 반사 신호를 각 수신부(130)에서 수신하고, 신호 처리한 후 기본 주파수 성분과 제2 고조파 성분을 구할 수 있다.After receiving the second reflection signal at which the time inversion signal is reflected at the position P at each receiving unit 130, and processing the signal, a fundamental frequency component and a second harmonic component may be obtained.

각 수신부(130)의 전달함수를 곱하여 절대 변위로 변환하고, 수신부(130)에 시간 지연을 적용해서 수신파를 합성할 수 있다.The receiving function may be synthesized by multiplying the transfer function of each receiving unit 130 to convert to an absolute displacement, and applying a time delay to the receiving unit 130.

회절/감쇠 보정전의 비선형 파라미터 값을 구하고, 회절 및 감쇠를 보정하여 최종적인 비선형 파라미터값을 구할 수 있다.Nonlinear parameter values before diffraction / attenuation correction can be obtained, and final nonlinear parameter values can be obtained by correcting diffraction and attenuation.

본 발명의 초음파 진단 장치는 제1 초음파 및 제2 초음파를 이용하고, 비접촉식 가진과 반사법의 적용을 통해 피검사체(10)의 일면만 이용하므로 현장 적용성이 매우 높다. 빔 집속을 위해 피검사체(10)의 내부를 전파하여 되돌아온 신호를 이용하기 때문에 배열 수신부(130)의 제원이나 피검사체(10)의 기하학적 형상, 물성을 사전에 알 필요가 없다. 수신부(130)의 교정을 통해 피검사체(10)의 절대 비선형 파라미터값을 측정하며, 회절 및 감쇠 보정을 적용해서 보다 정확한 비선형 파라미터값을 제공할 수 있다. 최소 3채널의 배열 수신부(130)를 이용해서 비선형 초음파 진단 장치가 구성되므로, 생산성이 높은 장점이 있다.The ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention uses first ultrasonic waves and second ultrasonic waves, and uses only one surface of the object 10 through the application of a non-contact excitation and reflection method, and thus has high field applicability. Since the signal returned by propagating the inside of the subject 10 is used for beam focusing, it is not necessary to know in advance the specifications of the array receiving unit 130 or the geometric shape and physical properties of the subject 10. Through the calibration of the receiver 130, absolute nonlinear parameter values of the subject 10 are measured, and diffraction and attenuation correction can be applied to provide more accurate nonlinear parameter values. Since a nonlinear ultrasound diagnosis apparatus is configured using at least three channels of the array receiving unit 130, there is an advantage of high productivity.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the embodiments according to the present invention have been described above, they are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent ranges of the embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

10...피검사체 11...제1 면
12...제2 면 20...결함
110...조사부 130...수신부
150...처리부 151...오실로스코프
153...처리 모듈 155...멀티 채널 펑션 제너레이터
157...멀티 채널 증폭기 159...임피던스 매칭기
10 ... Subject 11 ... Page 1
12 ... second side 20 ... defect
110 ... Investigation department 130 ... Receiver
150 ... Processing unit 151 ... Oscilloscope
153 ... Processing module 155 ... Multi-channel function generator
157 ... multi-channel amplifier 159 ... impedance matcher

Claims (5)

피검사체에 제1 초음파 및 제2 초음파를 인가하는 조사부;
상기 피검사체를 통과한 반사 신호를 수신하는 수신부;
상기 반사 신호를 분석해서 상기 피검사체의 결함 또는 성질을 분석하는 처리부;
를 포함하고,
상기 제1 초음파는 기본 진동수를 가지며,
상기 제2 초음파는 상기 기본 진동수의 홀수배 고유 진동수를 가지고,
상기 조사부는 상기 기본 진동수와 상기 홀수배 고유 진동수를 갖는 배음 진동자를 포함하며,
상기 배음 진동자의 초기 세팅과 관련된 세팅 유니트가 마련되고,
상기 세팅 유니트는 측정부, 인가부를 포함하며,
상기 측정부는 조사부의 고유 진동수를 측정하고,
상기 인가부는 측정부에 의해 파악된 상기 조사부의 고유 진동 특성에 따라 제2 고조파의 크기 증가를 위한 제1 초음파 및 제2 초음파의 진폭의 상대적 크기 비율을 산정하며, 상기 인가부에 의해 산정된 크기를 갖는 제1 초음파 및 제2 초음파는 합성되고, 상기 조사부에 의해 피검사체에 인가되며,
상기 조사부에는 상기 기본 진동수 및 상기 홀수배 고유 진동수를 갖는 유한 진폭의 톤버스트 파형이 인가되고,
상기 톤버스트 파형이 상기 피검사체 내부에 전파될 때, 비선형 파동 합성에 의한 차주파수 성분과 제2 고조파 성분이 서로 중첩되며,
상기 수신부는 상기 중첩으로 인해 진폭이 증가된 상기 제2 고조파 성분을 수신하는 검사 장치.
An irradiation unit for applying the first ultrasound and the second ultrasound to the subject;
A receiver configured to receive a reflected signal that has passed through the subject;
A processing unit analyzing the reflection signal to analyze defects or properties of the subject;
Including,
The first ultrasound has a basic frequency,
The second ultrasound has a natural frequency that is an odd multiple of the basic frequency,
The irradiation unit includes a harmonic vibrator having the fundamental frequency and the odd multiple natural frequency,
A setting unit related to the initial setting of the harmonic oscillator is provided,
The setting unit includes a measuring unit and an applying unit,
The measurement unit measures the natural frequency of the irradiation unit,
The applying unit calculates the relative magnitude ratios of the amplitudes of the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave for increasing the size of the second harmonic according to the natural vibration characteristics of the irradiation portion determined by the measuring unit, and the magnitude calculated by the applying portion The first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave having are synthesized, and are applied to the subject by the irradiation unit,
A tone burst waveform of a finite amplitude having the fundamental frequency and the odd multiple natural frequency is applied to the irradiation unit,
When the tone burst waveform propagates inside the subject, the differential frequency component and the second harmonic component by nonlinear wave synthesis overlap each other,
The receiving unit is an inspection device for receiving the second harmonic component whose amplitude is increased due to the overlap.
제1항에 있어서,
상기 조사부는 상기 피검사체의 한 지점에 상기 제1 초음파와 상기 제2 초음파의 합성 파형을 인가하는 검사 장치.
According to claim 1,
The irradiation unit is a test device for applying a composite waveform of the first ultrasound and the second ultrasound to a point of the subject.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020180084555A 2018-07-20 2018-07-20 Ultrasonic nondestructive inspection device using overtone vibrator KR102106940B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180084555A KR102106940B1 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Ultrasonic nondestructive inspection device using overtone vibrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180084555A KR102106940B1 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Ultrasonic nondestructive inspection device using overtone vibrator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200009751A KR20200009751A (en) 2020-01-30
KR102106940B1 true KR102106940B1 (en) 2020-05-06

Family

ID=69321781

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180084555A KR102106940B1 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Ultrasonic nondestructive inspection device using overtone vibrator

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102106940B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017125838A (en) * 2015-11-13 2017-07-20 ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company Ultrasonic system for nondestructive testing

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101053422B1 (en) * 2008-12-22 2011-08-01 주식회사 포스코 Inner defect detection system and detection method of steel plate using nonlinear ultrasonic generation
KR101251204B1 (en) * 2011-04-29 2013-04-08 원광대학교산학협력단 Ultrasonic nondestructive inspection device and ultrasonic nondestructive inspection method
KR20130017396A (en) * 2011-08-10 2013-02-20 주식회사 포스코 Method and apparatus for inspecting crack using ultrasonic sensor
KR101414520B1 (en) 2013-04-30 2014-07-04 한국과학기술원 Wireless inspection apparatus of a structure using nonlinear ultrasonic wave modulation and inspecting method using the apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017125838A (en) * 2015-11-13 2017-07-20 ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company Ultrasonic system for nondestructive testing

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200009751A (en) 2020-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Felice et al. Accurate depth measurement of small surface-breaking cracks using an ultrasonic array post-processing technique
KR101281273B1 (en) Method and system for determining material properties using ultrasonic attenuation
JP6189227B2 (en) Ultrasonic flaw detector and its evaluation method
US20210293947A1 (en) Continuous wave ultrasound or acoustic non-destructive testing
Harvey et al. Finite element analysis of ultrasonic phased array inspections on anisotropic welds
Zhang et al. Experimental investigation of material nonlinearity using the Rayleigh surface waves excited and detected by angle beam wedge transducers
KR101251204B1 (en) Ultrasonic nondestructive inspection device and ultrasonic nondestructive inspection method
de Castro et al. Baseline-free damage imaging algorithm using spatial frequency domain virtual time reversal
Cao et al. A correlation-based approach to corrosion detection with lamb wave mode cutoff
JP4673686B2 (en) Surface inspection method and surface inspection apparatus
KR102116051B1 (en) Pulse-echo nonlinear nondestructive inspection device using array type ultrasonic transducers
JP4746365B2 (en) Surface inspection method
KR101963820B1 (en) Reflection mode nonlinear ultrasonic diagnosis apparatus
KR102106940B1 (en) Ultrasonic nondestructive inspection device using overtone vibrator
KR100542651B1 (en) Nondestructive Acoustic Evaluation Device and Method by using Nonlinear Acoustic Responses
US11709093B1 (en) Three-dimensional broadband nonlinear phased array imaging
KR101964758B1 (en) Non-contact nonlinear ultrasonic diagnosis apparatus
RU2246724C1 (en) Method of ultrasonic testing of material quality
KR20120031674A (en) System and apparatus for measuring non-linearity of ultrasonic wave
Marhenke et al. Three dimensional sound field computation and optimization of the delamination detection based on the re-radiation
JPH07248317A (en) Ultrasonic flaw detecting method
KR100485450B1 (en) Ultrasonic testing apparatus and control method therefor
Senni et al. Industrial applications: Ultrasonic inspection of large forgings
Havugarurema et al. Damage detection in concrete using synthetic aperture focusing technique
KR101561038B1 (en) Ultrasonic inspection of clearance of the lower tube reactor using (Time of Flight Diffraction) ultrasonic wedge curvature correction TOFD

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant