KR102305732B1 - 주파수 가변형 초음파 탐상 장치 - Google Patents

주파수 가변형 초음파 탐상 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 두께에 따라 주파수를 자동으로 가변함으로써 다양한 두께의 대상물에 대해 내부 결함을 검출할 수 있는 주파수 가변형 초음파 탐상 장치에 관한 것으로, 이는 대상물을 향해 매질을 분사하여 매질 기둥을 형성하는 노즐; 및 상기 노즐에 배치되어 초음파를 발진하는 복수의 탐촉자를 포함한다.

Description

주파수 가변형 초음파 탐상 장치 {ULTRASONIC TESTING APPARATUS WITH VARIABLE FREQUENCY}
본 발명은, 두께에 따라 주파수를 자동으로 가변함으로써 다양한 두께의 대상물에 대해 내부 결함을 검출할 수 있는 주파수 가변형 초음파 탐상 장치에 관한 것이다.
예를 들어, 제철소의 후판 공장에서는 생산 완료된 제품의 품질 보증을 위해 제품의 출하 전 정정 라인에서 초음파 탐상을 실시하고 있다. 초음파 탐상은 제품에 초음파를 송신하여 제품으로부터 반사된 초음파를 수신 및 분석함으로써 제품에 크랙, 개재물, 편석 등의 결함이 존재하는지 여부를 진단한다.
이러한 초음파 탐상 시 제품의 표면과 탐촉자(probe) 간 갭을 물로 채운 후 초음파를 전달한다. 탐촉자에서 발진된 초음파 에너지를 제품에 전달하기 위해서는 접촉 매질이 필요하며, 물은 초음파 전송 효율이 우수한 대표적인 매질이다.
한편, 제철소의 후판 공장에서는 다양한 두께의 후판이 제품으로 생산되고 있다. 초음파는 금속 내부를 전파하면서 산란 또는 흡수되어 그 에너지가 감소하며, 이러한 에너지의 감소 정도는 초음파의 주파수와 금속의 종류 및 조직에 따라 달라진다.
이와 같은 초음파 감쇠를 고려하여 초음파 탐상의 규격이 정해져 있는데, 예를 들면 판 두께가 80mm 이하의 제품에 대해서는 약 5MHz의 주파수를 가진 초음파를 적용하며, 판 두께가 80mm를 초과하는 제품은 약 2MHz의 주파수를 가진 초음파를 이용한다.
이에 따라, 다양한 두께의 전 제품을 탐상하기 위해서는 5MHz의 초음파 탐상기와 2MHz의 초음파 탐상기를 별도로 구비하고서 두께에 따라 선택적으로 사용되어야 하는 문제점이 있다. 통상, 제품의 전체 폭 탐상을 위한 초음파 탐상기는 수 백 개의 초음파 센서 및 신호처리 어레이와 결함 판정의 소프트웨어로 구성되어 매우 고가(高價)이기 때문에, 2대의 탐상기를 설치하는 것은 큰 비용과 많은 인력이 소요되며, 장치 대수의 증가에 따른 유지 관리의 비용도 증대되게 된다.
(특허문헌 1) JP S63-200121 U
이에 본 발명은, 두께에 따라 주파수를 자동으로 가변함으로써 다양한 두께의 대상물에 대해 내부 결함을 검출할 수 있는 주파수 가변형 초음파 탐상 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 대상물을 향해 매질을 분사하여 매질 기둥을 형성하는 노즐; 상기 노즐에 배치되어 초음파를 발진하는 복수의 탐촉자; 및 상기 복수의 탐촉자 중 선정된 탐촉자의 초음파가 대상물로 전달되도록, 상기 노즐에 회전 가능하게 설치된 초음파 반사판을 포함할 수 있다.
삭제
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 대상물을 향해 매질을 분사하여 매질 기둥을 형성하는 노즐; 및 상기 노즐에 배치되어 초음파를 발진하는 복수의 탐촉자를 포함하고, 상기 노즐은 하나의 출측 도파관(waveguide)으로 형성되고, 상기 출측 도파관으로부터 분기되고 복수의 탐촉자가 각각에 분배된 복수의 입측 도파관을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 하나의 초음파 탐상 장치를 통해 다양한 두께를 갖는 전 제품에 대한 내부 결함의 검출이 가능하게 되어, 초음파 탐상 장치의 설치 및 운영 비용과 인력이 크게 절감되는 효과를 얻을 수 있게 된다.
더구나, 본 발명에 의하면, 하나의 초음파 탐상 장치에 의해 전 제품을 탐상할 수 있게 됨으로써, 복수의 초음파 탐상기가 운영되는 경우에 비해 제품의 내부 결함을 보다 효율적으로 통합 관리할 수 있어, 제품의 품질과 생산성이 향상되는 효과도 수반된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 주요부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 제어 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 주요부를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 제어 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 주요부를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 제어 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 대상물(1)을 향해 매질(2)을 분사하여 매질 기둥을 형성하는 노즐(10); 및 이 노즐에 배치되어 초음파를 발진하는 복수의 탐촉자(20; 21, 22)를 포함하고 있다.
노즐(10)은 이송 수단, 예를 들어 가이드 롤(3)에 의해 이송되는 두꺼운 강판 등과 같은 대상물(1)의 하측에 설치되며, 이 대상물을 향해 매질(2; 예컨대, 물)을 분사하여 매질 기둥(4; 예컨대 물 기둥)을 형성할 수 있다.
이러한 노즐(10)은 대상물(1)의 하면에 밀착된 안정적인 매질 기둥(4)을 형성할 수 있어야 하며, 이를 위해 노즐의 내경이 제한된다.
노즐(10)의 내경이 증가하면 매질 기둥(4)의 부피와 질량이 증가하여 매질 기둥의 높이가 급격히 감소한다. 또, 매질 기둥의 내부에 맥동이 형성되므로 안정적인 초음파 전달이 어려워진다.
반면에, 노즐(10)의 내경이 지나치게 작을 경우에는 탐상 면적이 작아지고 유속이 증가하게 됨과 더불어 매질(2)의 흐름이 불안정하게 되기 때문에, 이 역시 안정적인 초음파 전달이 불가능하다.
이에 따라, 노즐(10)의 내경(d)과 탐촉면의 폭(w) 또는 직경 사이에는 아래의 수학식 1과 같은 관계를 만족해야 하며, 이때에 가장 안정적인 초음파 탐상이 가능하게 된다. 여기서, 탐촉면은 탐촉자(20)에서 실질적으로 초음파가 발진되는 표면을 의미한다.
[수학식 1]
d/2 < w < d
본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치에서는, 탐촉면의 폭(w) 또는 직경에 대해 수학식 1과 같은 상관 관계의 내경(d)을 가진 하나의 노즐(10)을 이용하여 주파수 절환이 가능하게 된 것을 특징으로 한다.
매질 기둥(4)은 노즐(10)의 출구로부터 수십 밀리미터(mm)의 높이를 갖도록 형성될 수 있으며, 이러한 매질 기둥을 통하여 초음파의 송수신이 가능하게 된다. 초음파 전송 효율이 우수한 매질로 물이 채용되므로, 매질 기둥은 물 기둥으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 노즐(10)에서 매질(2)을 분사하여 매질 기둥(4)을 형성함과 더불어, 매질 기둥으로부터 낙하한 매질을 회수하고 이를 다시 노즐로 순환시키기 위한 매질 순환 유닛(30)을 더 포함할 수 있다.
이러한 매질 순환 유닛(30)은 매질 받이(31), 회수 배관(32) 및 공급 배관(33)을 포함할 수 있다.
매질 받이(31)는 노즐(10)의 외곽에 설치되며, 매질 기둥(4)으로부터 낙하한 매질(2)을 받도록 구성된다. 이 매질 받이는 노즐을 둘러싼 통 형상 또는 박스 형상으로 형성될 수 있다.
회수 배관(32)은 매질 받이(31)에 연결되며, 매질 받이 내의 매질(2)을 회수하도록 구성된다. 매질 기둥(4)에서 낙하하여 매질 받이에 모인 매질은 회수 배관으로 공급된다.
회수 배관(32)에는 매질 받이(31)에서 배출된 매질(2)을 여과하기 위한 필터(34)가 설치될 수 있으며, 이를 통해 불순물이 제거된 매질을 노즐(10)로 재공급할 수 있게 된다.
공급 배관(33)은 회수 배관(32)의 매질(2)을 노즐(10)에 공급하기 위한 것으로서, 노즐(10)과 회수 배관(32)에 각각 연통될 수 있다.
회수 배관(32)과 공급 배관(33)의 사이에는 노즐(10)에 분사압을 제공하는 순환 펌프(35)가 설치될 수 있다. 이 순환 펌프에 의해 제공되는 압력에 따라 노즐이 일정 압력으로 매질(2)을 분사함으로써 매질 기둥(4)이 형성되게 된다. 순환 펌프를 제어함으로써, 노즐의 분사압이 제어될 수 있다.
복수의 탐촉자(20)는 노즐(10)의 측벽에서 서로 이격되어 각각 고정되게 설치되며, 매질 기둥(4)을 통해 대상물(1)의 내부 결함을 검출하기 위한 초음파를 송수신한다. 도 1 내지 도 3에는 2개의 탐촉자(21, 22)가 노즐에 대해 서로 대칭되게 장착된 예가 나타나 있다.
이들 탐촉자(20)는 서로 상이한 주파수를 가진 초음파를 발진한다. 예를 들어 일측 탐촉자(21)는 약 5MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진할 수 있으며, 타측 탐촉자(22)는 약 2MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진할 수 있다.
이러한 각각의 탐촉자(20)는, 대상물(1)로부터 수신된 초음파 신호를 처리 및 연산하여 대상물의 내부 결함의 유무를 분석하는 결함 검출부(미도시)에 유선 또는 무선 통신을 통해 연결될 수 있다.
추가로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 복수의 탐촉자(20) 중 선정된 탐촉자의 초음파가 대상물(1)로 전달되도록, 노즐에서 복수의 탐촉자 사이에 회전가능하게 설치된 초음파 반사판(11)을 포함할 수 있다.
이러한 초음파 반사판(11)은 예컨대 스테인리스강, 황동 등과 같은 금속 재질로 만들어질 수 있으며, 이로써 초음파를 원활히 반사시킴과 더불어, 물과 같은 매질(2)에 의해 부식되지 않는다.
초음파 반사판(11)은 노즐(10)의 내부를 가로질러 설치된 회전축(12)에 고정되며, 이 회전축은 노즐(10)의 측벽을 관통하여 외부로 노출될 수 있다. 회전축의 일단에는, 노즐의 외부에 설치된 모터(13)가 연결됨으로써, 초음파 반사판의 회전각도가 제어될 수 있다.
이와 같이, 모터(13)에 의해 회전각도가 제어되게 됨으로써, 초음파 반사판(11)은 양측 탐촉자(20)에서 발진된 초음파를 선택적으로 대상물(1)을 향해 전달하는 것이 가능하게 되는 것이다.
도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치에서 초음파의 주파수를 자동으로 절환하는 제어 프로세스를 설명한다.
예를 들어, 제철소의 후판 공장의 정정 라인에서 초음파 탐상의 대상물(1)인 제품이 가이드 롤(3)에 의해 초음파 탐상 장치로 이송된다. 대상물이 초음파 탐상 장치로 진입하기 전에, 공장 조업 시스템을 구성하는 메인 제어기(40)는 대상물의 두께 정보를 수신한다.
메인 제어기(40)는 수신된 두께 정보를 탐촉자용 온-오프 제어기(41)로 전송한다.
탐촉자용 온-오프 제어기(41)는 그 내부 프로그램에 따라 초음파 탐상이 실시될 대상물(1)의 두께 정보를 기초로 하여 복수의 탐촉자(20) 중 하나를 선택한다.
대상물(1)의 두께가 예컨대 80mm 이하일 경우에는 약 5MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진시키는 일측 탐촉자(21)에 해당되는 제1 펄서 리시버(43)에 명령을 전달하여 작동시키고 타측 탐촉자(22)의 제2 펄서 리시버(44)는 그 작동을 중지시킨다.
반대로, 대상물(1)의 두께가 예컨대 80mm를 초과하는 경우에는 약 2MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진시키는 타측 탐촉자(22)에 해당되는 제2 펄서 리시버(44)에 명령을 전달하여 작동시키고 제1 펄서 리시버(43)의 작동을 중지시킨다.
또한, 메인 제어기(40)는 수신된 두께 정보를 초음파 반사판용 방향 제어기(42)로 전송한다.
초음파 반사판용 방향 제어기(42)는 전송된 두께 정보에 따라 모터(13)를 작동시킴으로써 초음파 반사판의 회전각도를 제어하고 그 경사방향을 절환한다.
다시 말해, 대상물(1)의 두께가 예컨대 80mm 이하일 경우에는 일측 탐촉자(21)에서 발진된 약 5MHz의 주파수를 가진 초음파가 노즐(10)의 출구 및 대상물의 하면을 향해 반사되도록 초음파 반사판(11)의 경사방향을 변환시킨다.
반대로, 대상물(1)의 두께가 예컨대 80mm를 초과하는 경우에는 타측 탐촉자(22)에서 발진된 약 2MHz의 주파수를 가진 초음파가 노즐(10)의 출구 및 대상물의 하면을 향해 반사되도록 초음파 반사판(11)의 경사방향을 변환시킨다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 노즐(10)에 서로 상이한 주파수를 가진 초음파를 발진하는 복수의 탐촉자(20)를 대칭되게 장착하고, 대상물(1)의 두께에 따라 선정된 주파수의 초음파가 대상물로 전달되도록, 탐촉자들 사이에 위치한 초음파 반사판(11)의 회전각도를 제어함으로써, 대상물의 두께에 따라 초음파의 주파수를 자동으로 절환할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 초음파 탐상 장치에서는 초음파의 주파수를 용이하게 절환함과 동시에 초음파를 안정적으로 송수신할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 주요부를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 제어 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 5에 도시된 본 발명의 제2 실시예는, 초음파 반사판 및 모터가 없는 노즐의 형태와 탐촉자의 배치관계만 상이하고, 나머지 구성요소들은 전술한 도 1 내지 3에 도시된 제1 실시예의 구성요소들과 동일하다. 이에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치를 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예에 의한 초음파 탐상 장치와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 노즐(10)이 하나의 출측 도파관(15)으로 형성되고, 이 출측 도파관으로부터 분기되고 복수의 탐촉자(20)가 각각에 분배된 복수의 입측 도파관(14)을 더 포함할 수 있다.
복수의 탐촉자(20)는 각각 해당 입측 도파관(14)의 내부에 설치되며, 매질 기둥(4)을 통해 대상물(1)의 내부 결함을 검출하기 위한 초음파를 송수신한다.
전술한 제1 실시예와 마찬가지로 이들 탐촉자(20)는 서로 상이한 주파수를 가진 초음파를 발진한다. 예를 들어 일측 탐촉자(21)는 약 5MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진할 수 있으며, 타측 탐촉자(22)는 약 2MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진할 수 있다.
이러한 각각의 탐촉자(20)는, 대상물(1)로부터 수신된 초음파 신호를 처리 및 연산하여 대상물의 내부 결함의 유무를 분석하는 결함 검출부(미도시)에 유선 또는 무선 통신을 통해 연결될 수 있다.
각 입측 도파관(14) 내 탐촉자(20)로부터 발진된 초음파는 출측 도파관(15)을 거쳐 노즐(10) 밖으로 전파하게 된다.
매질(2)도 분기된 공급 배관(미도시)을 매개로 입측 도파관(14)에 공급된 후 출측 도파관(15)을 거쳐 공통의 경로를 통해 노즐(10) 밖으로 분사된다.
바람직하기로, 입측 도파관(14)으로 유입된 초음파가 출측 도파관(15)에서 손실 없이 전파되도록, 초음파와 도파관 내벽(internal interface) 사이에는 전반사 조건이 만족되어야 한다. 즉, 도파관 내에서 초음파 에너지의 손실이 최소화되어야 한다.
이를 위해, 아래의 수학식 2와 같이, 도파관 내 매질에서의 초음파 속도(V1)는 도파관 내벽에서의 초음파 속도(V2)보다 작아야 한다.
[수학식 2]
V1 < V2
수학식 2는 도파관의 내부에 물과 같은 매질(2)이 채워져 있고, 입측 도파관(14) 및 출측 도파관(15)이 금속 재질로 만들어진 경우에 만족될 수 있다.
또한, 복수의 입측 도파관(14)이 하나의 출측 도파관(15)과 결합되는 부분에서 곡면 또는 절곡면이 형성되므로, 초음파와 도파관 내벽 사이의 각도에 변화가 생긴다.
이와 같이 각도가 변화하는 부분, 즉 복수의 입측 도파관(14)이 하나의 출측 도파관(15)과 결합되는 부분에서, 입측 도파관으로부터 출측 도파관으로 진행하는 초음파의 전파 방향과, 출측 도파관 내벽에 수직한 방향 사이의 각도(입사각; θ)가 임계각(θc)보다 크게 되도록 입측 도파관 및 출측 도파관이 설계되면 초음파가 손실 없이 출측 도파관을 통해 전달될 수 있다.
다시 말해, 아래의 수학식 3과 같이, 임계각(θc)보다 큰 각도(θ)로 초음파가 도파관의 내벽에 입사하면 전반사가 일어나게 된다.
[수학식 3]
θc < θ
여기서, 임계각은 아래의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019130739614-pat00001
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 노즐(10)을 구성하는 하나의 출측 도파관(15)과 복수의 입측 도파관(14)을, 전술한 수학식 2 및 3을 만족하는 조건으로 설계하고, 복수의 탐촉자(20)가 서로 상이한 주파수를 가진 초음파를 선택적으로 발진하게 하면 다양한 두께의 대상물(1)에 대한 초음파 탐상이 가능하게 되는 것이다.
도 5를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치에서 초음파의 주파수를 자동으로 절환하는 제어 프로세스를 설명한다.
예를 들어, 제철소의 후판 공장의 정정 라인에서 초음파 탐상의 대상물(1)인 제품이 가이드 롤(3)에 의해 초음파 탐상 장치로 이송된다. 대상물이 초음파 탐상 장치로 진입하기 전에, 공장 조업 시스템을 구성하는 메인 제어기(40)는 대상물의 두께 정보를 수신한다.
메인 제어기(40)는 수신된 두께 정보를 탐촉자용 온-오프 제어기(41)로 전송한다.
탐촉자용 온-오프 제어기(41)는 그 내부 프로그램에 따라 초음파 탐상이 실시될 대상물(1)의 두께 정보를 기초로 하여 복수의 탐촉자(20) 중 하나를 선택한다.
대상물(1)의 두께가 예컨대 80mm 이하일 경우에는 약 5MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진시키는 일측 탐촉자(21)에 해당되는 제1 펄서 리시버(43)에 명령을 전달하여 작동시키고 타측 탐촉자(22)의 제2 펄서 리시버(44)는 그 작동을 중지시킨다.
반대로, 대상물(1)의 두께가 예컨대 80mm를 초과하는 경우에는 약 2MHz의 주파수를 가진 초음파를 발진시키는 타측 탐촉자(22)에 해당되는 제2 펄서 리시버(44)에 명령을 전달하여 작동시키고 제1 펄서 리시버(43)의 작동을 중지시킨다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치는, 노즐(10)의 복수의 입측 도파관(14)에 서로 상이한 주파수를 가진 초음파를 발진하는 탐촉자(20)를 각각 장착하고, 대상물(1)의 두께에 따라 선정된 주파수의 초음파가 출측 도파관(15)을 거쳐 대상물로 전달되도록, 탐촉자(20)의 작동을 선택적으로 제어함으로써, 대상물의 두께에 따라 초음파의 주파수를 자동으로 절환할 수 있게 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 탐상 장치에서는 초음파의 주파수를 용이하게 절환함과 동시에 초음파를 안정적으로 송수신할 수 있게 된다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 대상물의 두께에 따라 초음파의 주파수를 자동으로 선정한 후 해당 초음파가 노즐을 통해 대상물의 하면에 전달되도록 함으로써, 하나의 초음파 탐상 장치를 통해 다양한 두께를 갖는 대상물의 내부 결함을 검출할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 대상물 2: 매질
3: 가이드 롤 4: 매질 기둥
10: 노즐 11: 초음파 반사판
12: 회전축 13: 모터
14: 입측 도파관 15: 출측 도파관
20, 21, 22: 탐촉자 30: 매질 순환 유닛
31: 매질 받이 32: 회수 배관
33: 공급 배관 34: 필터
35: 순환 펌프 40: 메인 제어기
41: 탐촉자용 온-오프 제어기
42: 초음파 반사판용 방향 제어기
43: 제1 펄서 리시버 44: 제2 펄서 리시버

Claims (14)

  1. 대상물을 향해 매질을 분사하여 매질 기둥을 형성하는 노즐;
    상기 노즐에 배치되어 초음파를 발진하는 복수의 탐촉자; 및
    상기 복수의 탐촉자 중 선정된 탐촉자의 초음파가 상기 대상물로 전달되도록, 상기 노즐에서 상기 복수의 탐촉자 사이에 회전 가능하게 설치된 초음파 반사판
    을 포함하는 초음파 탐상 장치.
  2. 대상물을 향해 매질을 분사하여 매질 기둥을 형성하는 노즐; 및
    상기 노즐에 배치되어 초음파를 발진하는 복수의 탐촉자
    를 포함하고,
    상기 노즐은 하나의 출측 도파관으로 형성되고,
    상기 출측 도파관으로부터 분기되고 상기 복수의 탐촉자가 각각에 분배된 복수의 입측 도파관을 더 포함하는 초음파 탐상 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐의 내경(d)과 탐촉자의 탐촉면의 폭(w) 또는 직경 사이에는
    [식 1]
    d/2 < w < d
    의 관계를 갖는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 탐촉자는 서로 상이한 주파수를 가진 초음파를 발진하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 탐촉자는 상기 노즐의 측벽에서 서로 이격되어 고정되게 설치된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 반사판은 초음파를 반사할 수 있고 매질에 의해 부식되지 않는 재질로 만들어진 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 반사판은 상기 노즐의 내부를 가로질러 설치된 회전축에 고정되며, 상기 회전축의 일단에는, 상기 노즐의 외부에 설치된 모터가 연결된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 대상물의 두께 정보를 수신하는 메인 제어기;
    상기 메인 제어기로부터 전달된 상기 대상물의 두께 정보를 기초로 하여 상기 복수의 탐촉자 중 하나를 선택하는 탐촉자용 온-오프 제어기;
    상기 탐촉자용 온-오프 제어기의 명령에 따라 선택적으로 해당 탐촉자의 초음파를 발진시키는 제1 펄서 리시버와 제2 펄서 리시버; 및
    상기 메인 제어기로부터 전달된 상기 대상물의 두께 정보에 따라 상기 모터를 작동시켜 상기 초음파 반사판의 회전각도를 제어하는 초음파 반사판용 방향 제어기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  9. 삭제
  10. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 탐촉자는 각각 해당 입측 도파관의 내부에 설치되며,
    상기 입측 도파관에 공급된 매질은 상기 출측 도파관을 거쳐 분사되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    도파관 내 매질에서의 초음파 속도(V1)는 도파관 내벽에서의 초음파 속도(V2)보다 작고,
    복수의 입측 도파관이 하나의 출측 도파관과 결합되는 부분에서, 상기 입측 도파관으로부터 상기 출측 도파관으로 진행하는 초음파의 전파 방향과, 상기 출측 도파관 내벽에 수직한 방향 사이의 각도(θ)가 임계각(θc)보다 크며,
    상기 임계각(θc)은
    [식 2]
    Figure 112021016457730-pat00002

    로 정의되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 대상물의 두께 정보를 수신하는 메인 제어기;
    상기 메인 제어기로부터 전달된 상기 대상물의 두께 정보를 기초로 하여 상기 복수의 탐촉자 중 하나를 선택하는 탐촉자용 온-오프 제어기; 및
    상기 탐촉자용 온-오프 제어기의 명령에 따라 선택적으로 해당 탐촉자의 초음파를 발진시키는 제1 펄서 리시버와 제2 펄서 리시버;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐에서 매질을 분사하여 매질 기둥을 형성하고, 매질 기둥으로부터 낙하한 매질을 회수하여 다시 상기 노즐로 순환시키는 매질 순환 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 매질 순환 유닛은,
    상기 노즐의 외곽에 설치되며, 매질 기둥으로부터 낙하한 매질을 받도록 된 매질 받이;
    상기 매질 받이에 연결된 회수 배관;
    상기 회수 배관의 매질을 상기 노즐에 공급하는 공급 배관; 및
    상기 회수 배관과 상기 공급 배관의 사이에 설치되어 상기 노즐에 분사압을 제공하는 순환 펌프
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
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