KR102218069B1 - 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법 - Google Patents

전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법에 관한 것으로, 차단 캐비티 프로브를 통하여 도체판의 균열을 공진없이 검출하는 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치에 있어서, 측정대상인 도체판에 접촉하기 위한 개구부를 포함하고 도체판의 균열 여부를 측정하기 위한 차단 캐비티 프로브, 상기 차단 캐비티 프로브에 결합되고 전자파를 생성하는 전자파 신호 발생기, 상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 조절하기 위한 전류 조정기, 상기 차단 캐비티 프로브의 저항값을 변환시켜 상기 차단 캐비티 프로브의 감도를 조절하기 위한 가변 저항기, 상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 측정하기 위한 미터기, 그리고 상기 도체판의 균열 여부를 판단하는 균열 판단부를 포함한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전자파와 슬롯이 있는 차단 캐비티 프로브를 사용하여 균열 검출시스템을 구축할 수 있으며, 전자파의 주파수 대역도 마이크로파 대역을 사용할 수 있으므로 차단 캐비티는 종래에 비하여 작은 부피로 소형화하여 제작할 수 있다.

Description

전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법{APPARATUS FOR CONDUCTOR CRACK DETECTION USING ELECTROMAGNETIC WAVE AND CUTOFF CAVITY PROBE AND CRACK DETECTION METHOD}
본 발명은 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법에 관한 것으로, 차단 캐비티 프로브를 통하여 도체판의 균열을 공진없이 검출하는 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법에 관한 것이다.
비파괴검사(非破壞檢査, NDI: Non Destructive Inspection, NDT: Non Destructive Testing)는 기계부품이나 구조물 등의 표면 또는 내부 흠집 또는 결함을 파괴하지 않고 대상을 검출하는 기술이다. 배관내부의 부식 정도를 검사하는 것도 비파괴검사에 포함된다. 결함의 종류는 여러 가지 형태가 있으며 크게 7가지로 분류하면 다음과 같다. 즉, Dent (움푹 들어간 곳, 때린 자국 Dint), Nick (V자형의 홈), Notch (새김눈), Scratch (긁힌 곳, 자국, 생채기), Crack (갈라진 금), Void(기포 등)로 분류할 수 있다.
비파괴검사의 주요한 목적은 (1) 신뢰성을 확보하고, (2) 코스트를 저감하며, (3) 제조기술의 개량을 촉진하는 것이다. 신뢰성은 신뢰도라는 수치로 표현하며, 신뢰도는 일정기간내에 소기의 성능을 만족 가능한(할 수 있는)확률로 나타낸다. 100 %를 상한치로 했을 때, 신뢰도는 "실제로 가동한 시간/기대된 가동시간"으로 나타낸다. 여기에서 말하는 코스트 저감이란 예기하지 않은 불의의 고장으로 장치 또는 설비가 사용할 수 없게 됨에 따른 경제적 손실과 이를 원인으로 하는 사고에 의해 잃어버리는 다양한 손실을 회피하는 목적의 차원에서의 코스트 저감이다.
금속체의 미시균열을 측정하기 위해 사용하는 비파괴검사 시험법은 VT(Visual Testing), RT(Radiographic Testing, 방사선투과시험), UT(Ultrasonic Testing, 초음파탐상시험), ET(Eddy Current Testing, 와전류탐상시험), MT(Magnetic Particle Testing, 자기분말탐상시험), AT(Acoustic Emission), SM(Stress Measurement, 비틀림 측정), PT(Penetrant Testing, 침투탐상시험), IRT(Infrared Ray Testing, 서모그래피 시험) 및 근적외분광법(Near Infrared Spectroscopy)이 있다.
하지만, 이러한 방법은 결함대상 내부에 방사선 및 초음파를 입사하거나 금속 표면에 전류를 흘리거나 자성을 인가하여 도체의 표면결함을 검출하는 방법으로 환경에 따라 측정하지 못할 수 있다.
또한, 전자파를 이용한 일반적인 균열 검출법은 검출 가능한 균열의 폭이 사용하는 주파수에 의존하므로 헤어라인 크랙을 검출하기 위해서는 매우 높은 주파수를 사용해야 하고 도파관 프로브의 크기도 매우 작으므로 취급이 까다로운 단점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 등록특허 제 10-1771102호(2017.08.24. 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 차단 캐비티 프로브를 통하여 도체판의 균열을 공진없이 검출하는 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법에 관한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시 예에 따르면, 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치에 있어서, 측정대상인 도체판에 접촉하기 위한 개구부를 포함하고 도체판의 균열 여부를 측정하기 위한 차단 캐비티 프로브, 상기 차단 캐비티 프로브에 결합되고 전자파를 생성하는 전자파 신호 발생기, 상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 조절하기 위한 전류 조정기, 상기 차단 캐비티 프로브의 저항값을 변환시켜 상기 차단 캐비티 프로브의 감도를 조절하기 위한 가변 저항기, 상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 측정하기 위한 미터기, 그리고 상기 도체판의 균열 여부를 판단하는 균열 판단부를 포함한다.
상기 차단 캐비티 프로브는, 직사각형, 정사각형, 원형 및 타원형 중에서 어느 하나를 이용할 수 있다.
상기 전류 조정기는, 설치된 중공형 동축선로의 길이를 가변하여 전류를 조정하고, 균열이 없는 도체판에서 측정되는 기준 전류가 0이 되도록 설정할 수 있다.
상기 균열 판단부는, 상기 측정된 전류가 상기 기준 전류와 같으면 상기 도체판에 균열이 없는 것으로 판단하고, 상기 측정된 전류가 상기 기준 전류보다 크면 상기 도체판에 균열이 있는 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도체 균열 검출장치를 이용한 도체 균열 검출방법에 있어서, 측정대상인 도체판에 접촉하기 위한 개구부를 포함하고 도체판의 균열 여부를 측정하는 차단 캐비티 프로브, 상기 차단 캐비티 프로브에 결합되고 전자파를 생성하는 단계, 상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 조절하는 단계, 상기 차단 캐비티 프로브의 저항값을 변환시켜 상기 차단 캐비티 프로브의 감도를 조절하는 단계, 상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 측정하는 단계, 그리고 상기 도체판의 균열 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전자파와 슬롯이 있는 차단 캐비티 프로브를 사용하여 균열 검출시스템을 구축할 수 있으며, 전자파의 주파수 대역도 마이크로파 대역을 사용할 수 있으므로 차단 캐비티는 종래에 비하여 작은 부피로 소형화하여 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 건축물이나 항공기 동체표면, 인공위성, 로켓, 선박 등의 눈으로 확인하기 어려운 표면균열을 효과적으로 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 상면을 나타낸 상면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 후면을 나타낸 후면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 측면을 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도체 균열 검출장치를 이용한 도체 균열 검출방법을 나타낸 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브가 균열이 없는 도체판을 측정하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브가 균열이 존재하는 도체판을 측정하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 8a는 기존 방법을 이용하였을 경우의 균열신호 특성 결과를 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 균열신호의 특성 결과를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 1에서 나타낸 것처럼, 차단 캐비티 프로브(100)는 전자파 신호 발생기(110), 전류 조정기(120), 가변 저항기(130), 미터기(140) 및 균열 판단부(150)를 포함한다.
먼저, 차단 캐비티 프로브(100)는 측정대상인 도체판에 접촉하기 위한 개구부를 포함하고 도체판의 균열 여부를 측정한다. 또한, 차단 캐비티 프로브(100)는 직사각형, 정사각형, 원형 및 타원형 중에서 어느 하나를 이용하여 제작될 수 있다.
다음으로, 전자파 신호 발생기(110)는 차단 캐비티 프로브(100)에 결합되고 전자파를 생성한다.
그리고, 전류 조정기(120)는 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 조절한다.
즉, 전류 조정기(120)는 중공형 동축선로의 길이를 가변하여 전류를 조정한다. 또한, 전류 조정기(120)는 균열이 없는 도체판에서 측정되는 기준 전류가 0이 되도록 설정한다.
다음으로, 가변 저항기(130)는 차단 캐비티 프로브(100)의 저항값을 변환시켜 차단 캐비티 프로브의 감도를 조절한다.
미터기(140)는 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 측정한다.
다음으로, 균열 판단부(150)는 측정된 전류가 기준 전류와 같으면 도체판에 균열이 없는 것으로 판단하고, 측정된 전류가 기준 전류보다 크면 도체판에 균열이 있는 것으로 판단한다.
예를 들어, 기준 전류가 0 mA이고, 측정된 전류가 4 mA라고 하면 균열 판단부(150)는 균열이 존재하는 것으로 판단한다.
그리고, 전자파 신호 발생기(110), 전류 조정기(120), 가변 저항기(130), 미터기(140) 및 균열 판단부(150)는 차단 캐비티 프로브의 내부에 부착되어 일체화될 수도 있고, 각각 분리된 상태에서 연결되어 구현될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 상면을 나타낸 상면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 후면을 나타낸 후면도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브의 측면을 나타낸 측면도이다.
도 2 및 도 3에서 나타낸 것처럼, 차단 캐비티 프로브(100)의 상면과 후면에 전자파 신호 발생기(110), 전류 조정기(120), 가변 저항기(130) 및 균열 판단부(150)를 부착할 수 있는 커넥터를 포함한다.
그리고, 도 2 및 도 3에서 나타낸 것과 같이, 미터기(140)를 포함한 직사각형 형태로 제작될 수 있으며, 정사각형, 원형 및 타원형 등과 같이 사용자의 편의에 의해 다양한 형태로 제작될 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3에서 나타낸 것처럼, 차단 캐비티 프로브(100)의 전면부에는 개구부를 생성하여 전자파 신호 발생기(110)로부터 발생된 전자파를 제공하고, 측정 대상인 도체판으로부터 반사된 전자파 신호를 감지한다.
즉, 도 4에서 나타낸 것처럼, 각각의 커넥터에는 전자파 신호 발생기(110), 전류 조정기(120), 가변 저항기(130) 및 균열 판단부(150)를 부착할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 7을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 도체 균열 검출장치를 이용한 도체 균열 검출방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 도체 균열 검출장치를 이용한 도체 균열 검출방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 전자파 신호 발생기(110)는 차단 캐비티 프로브(100)에 결합되고 전자파를 생성한다(S510).
다음으로, 전류 조정기(120)를 이용하여 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 조절한다(S520).
즉, 측정자는 전류 조정기(120)를 이용하여 차단 캐비티 프로브(100) 내에 흐르는 전류를 기준전류로 조절한다.
여기서, 기준전류는 균열이 없는 것으로 판단된 도체판으로부터 측정되는 전류의 크기이며, 본 발명의 실시예에서는 기준전류를 0으로 나타낸다.
그리고, 측정자는 차단 캐비티 프로브의 저항값을 변환시켜 차단 캐비티 프로브의 감도를 조절한다(S530).
이때, 차단 캐비티 프로브(100) 내부의 감도를 조절하기 위해 가변 저항기(130)를 이용한다.
다음으로, 미터기(140)는 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 측정한다(S540).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브가 균열이 없는 도체판을 측정하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브가 균열이 존재하는 도체판을 측정하는 모습을 나타낸 도면이다.
즉, 도 6에서 나타낸 것처럼, 측정자는 균열이 존재하지 않는 도체판에 차단 캐비티 프로브(100)를 접촉시켜 차단 캐비티 프로브(100)내에 흐르는 전류를 0으로 조절한다.
그리고, 측정자는 도 7에서 나타낸 것처럼, 차단 캐비티 프로브(100)를 균열 측정 대상이 되는 도체판에 접촉시켜 차단 캐비티 프로브(100) 내에 흐르는 전류를 측정한다.
여기서, 측정되는 전류는 측정대상인 도체판으로부터 반사된 전자파의 세기에 따라서 변환된다.
즉, 미터기(140)는 측정대상인 도체판으로부터 반사된 전자파의 세기에 따라 변하는 전류를 측정한다.
그러면, 균열 판단부(150)는 균열 측정 대상이 되는 도체판의 균열 여부를 판단한다(S550).
즉, 차단 캐비티 프로브(100)가 측정한 전류의 크기가 0인 경우, 균열 판단부(150)는 해당 도체판에 균열이 없는 영역으로 판단한다.
이하에서는 도 8a 및 도 8b를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 균열신호의 측정 효율 과 감도를 설명한다.
도 8a는 기존 방법을 이용하였을 경우의 균열신호 특성 결과를 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 균열신호의 특성 결과를 나타낸 도면이다.
도 8a 에서 나타낸 것처럼, 기존의 균열 검출장치는 최대 전류의 변화를 이용하여 균열을 측정하기 때문에 균열이 존재하지 않는 부분과 균열이 존재하는 부분의 차이가 적게 생성된다.
예를 들어, 균열이 없는 정상상태의 도체판에서 측정되는 전류의 크기가 1 mA라고 하면, 기존의 균열 측정 방법에 따르면, 균열이 존재하는 영역에서 측정되는 전류의 크기는 1.01 mA가 되며, 0.01 mA의 차이를 이용하여 균열이 존재하는 것으로 판단한다.
도 8b 에서 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 차단 캐비티 프로브(100)는 기존의 균열 검출 장치보다 측정되는 균열신호의 변화량이 큰 것을 알 수 있다.
예를 들어, 균열이 없는 정상상태의 도체판에서 측정되는 전류의 크기가 0 mA라고 할 경우, 본 발명의 실시예에 따른 균열 측정 방법에 따르면, 균열이 존재하는 영역에서 측정되는 전류의 크기는 0.04 mA가 되며, 도 8a에 나타낸 종래 기술에 비하여 훨씬 큰 크기의 전류 차이를 이용하여 해당 도체에 균열이 존재하는지 여부를 검출할 수 있다.
즉, 기존의 도체 균열 측정방법보다 본 발명의 실시예에 따른 균열 측정기가 효율적이고, 정확한 감도로 도체판의 균열을 탐지하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 전자파와 슬롯이 있는 차단 캐비티 프로브를 사용하여 균열 검출시스템을 구축할 수 있으며, 전자파의 주파수 대역도 마이크로파 대역을 사용할 수 있으므로 차단 캐비티는 종래에 비하여 작은 부피로 소형화하여 제작할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 건축물이나 항공기 동체표면, 인공위성, 로켓, 선박 등의 눈으로 확인하기 어려운 표면균열을 효과적으로 검출할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명 되었으나 이는 예시적인 것이 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 차단 캐비티 프로브, 110: 전자파 신호 발생기,
120: 전류 조정기, 130: 가변 저항기,
140: 미터기, 150: 균열 판단부

Claims (8)

  1. 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치에 있어서,
    측정대상인 도체판에 접촉하기 위한 개구부를 포함하고 도체판의 균열 여부를 측정하기 위한 차단 캐비티 프로브,
    상기 차단 캐비티 프로브에 결합되고 전자파를 생성하는 전자파 신호 발생기,
    상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 조절하기 위한 전류 조정기,
    상기 차단 캐비티 프로브의 저항값을 변환시켜 상기 차단 캐비티 프로브의 감도를 조절하기 위한 가변 저항기,
    상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 측정하기 위한 미터기, 그리고
    상기 도체판의 균열 여부를 판단하는 균열 판단부를 포함하고,
    상기 전류 조정기는,
    설치된 중공형 동축선로의 길이를 가변하여 전류를 조정하고, 균열이 없는 도체판에서 측정되는 기준 전류가 0이 되도록 설정하며,
    상기 균열 판단부는,
    상기 측정된 전류가 상기 기준 전류와 같으면 상기 도체판에 균열이 없는 것으로 판단하고, 상기 측정된 전류가 상기 기준 전류보다 크면 상기 도체판에 균열이 있는 것으로 판단하는 도체 균열 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단 캐비티 프로브는,
    직사각형, 정사각형, 원형 및 타원형 중에서 어느 하나를 이용하는 도체 균열 검출장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 도체 균열 검출장치를 이용한 도체 균열 검출방법에 있어서,
    측정대상인 도체판에 접촉하기 위한 개구부를 포함하고 도체판의 균열 여부를 측정하는 차단 캐비티 프로브, 그리고
    상기 차단 캐비티 프로브에 결합된 전자파 신호 발생기를 이용하여 전자파를 생성하는 단계,
    상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 조절하는 단계,
    상기 차단 캐비티 프로브의 저항값을 변환시켜 상기 차단 캐비티 프로브의 감도를 조절하는 단계,
    상기 차단 캐비티 프로브 내에 흐르는 전류를 측정하는 단계, 그리고
    상기 도체판의 균열 여부를 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 전류를 조절하는 단계는,
    설치된 중공형 동축선로의 길이를 가변하여 전류를 조정하고, 균열이 없는 도체판에서 측정되는 기준 전류가 0이 되도록 설정하며,
    상기 균열 여부를 판단하는 단계는,
    상기 측정된 전류가 상기 기준 전류와 같으면 상기 도체판에 균열이 없는 것으로 판단하고, 상기 측정된 전류가 상기 기준 전류보다 크면 상기 도체판에 균열이 있는 것으로 판단하는 도체 균열 검출방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 차단 캐비티 프로브는,
    직사각형, 정사각형, 원형 및 타원형 중에서 어느 하나를 이용하는 도체 균열 검출방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020190049712A 2019-04-29 2019-04-29 전자파와 차단 캐비티 프로브를 이용한 도체 균열 검출장치 및 도체 균열 검출 방법 KR102218069B1 (ko)

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