KR102319851B1

KR102319851B1 - 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐

Info

Publication number: KR102319851B1
Application number: KR1020210066211A
Authority: KR
Inventors: 임재생
Original assignee: 임재생
Priority date: 2021-05-24
Filing date: 2021-05-24
Publication date: 2021-10-29

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 비파괴검사법에서 사용되는 물분사 장치의 노즐로 하여금 물을 층류 형태로 분사하도록 유도할 수 있는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐에 관한 것이다. 그 구성은, 로봇의 아암 선단에 고정되는 것으로서 초음파센서를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간을 제공하는 노즐케이싱; 상기 노즐케이싱의 선단에 결합되는 것으로서 축압공간 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공을 제공하는 노즐헤드; 및 상기 노즐케이싱의 축압공간에 설치되는 와류방지링을 포함하되; 상기 와류방지링은, 중심부에 상기 초음파센서가 끼워지는 센서설치홀이 마련되어 있는 원통 형태로 되어 있으며, 상기 와류방지링의 주벽에는 원주방향을 따라 일정한 간격으로 복수 개의 분배유도홀이 타공되어 있으며; 공급되는 물은 상기 분배유도홀을 통과하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐{Squirter For Ultrasonic Testing System}

본 발명은 물분사 방식의 초음파검사 노즐에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 초음파를 이용한 비파괴검사법에서 사용되는 물분사 장치의 노즐로 하여금 물을 층류 형태로 분사하도록 유도할 수 있는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐에 관한 것이다.

재료를 검사하는 방법 중 비파괴 검사법이 있다. 비파괴 검사법은 재료를 손상시키지 않고 검사하는 방법이며, 초음파검사법은 그 방법 중 하나이다. 초음파검사법은 초음파가 전달되도록 하는 전달매체를 필요로 한다. 그리고 이 전달매체로는 물이 널리 사용된다.

초음파검사법은 검사하고자 하는 제품(이하, '검사체'라 한다)을 수조에 담가 검사를 하는 수침법(Immersion Method)이 일반적이지만, 검사체를 수조에 침지시킬 수 없는 상황에서는 검사체에 물을 분사하는 물분사(Water-Jet) 방식이 사용된다.

물분사 방식은 검사체의 양쪽에서 각각 동일한 지점에 물을 분사하고, 한쪽에는 초음파 발신센서를 설치하고 반대쪽에는 초음파 수신센서를 설치하여 초음파의 전달 상태에 관한 데이터를 이용하는 방식이다.

물분사 방식의 초음파검사법은 침지법에 비하여 초음파를 전달시키기에 열악한 부분이 있지만, 대형 복합재료의 효율적 검사를 수행하기 위해서는 필수적이다.

물분사 방식의 초음파검사법에서 있어서, 분사되는 물에 포함된 이물질, 기포, 물펌프의 펄스, 물의 플로우(Flow) 상태 등이 검사 신뢰도를 높이는데 있어서 매우 중요하다.

이 요소 가운데 콘트롤 가능한 가장 중요한 부분이 분사되는 물의 흐름 상태(flow state)일 것이다. 이와 관련하여 물을 완전한 층류(Laminar Flow) 형태로 분사할 수 있다면 검사의 신뢰도를 크게 높일 수 있을 것으로 이해된다.

물줄기를 균일하게 분사하기 위해서 가장 중요시되는 구성요소는 당연히 노즐(Squirter, 또는 분사장치)일 것이다. 기존에 균일한 분사 플로우를 형성하기 위한 노력이 있었지만 만족스럽지는 못하였다.

대한민국 등록특허 제10-2011778호 대한민국 공개특허 제10-2020-0100650호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은 물분사 방식의 초음파검사장치용노즐을 제공하는 것으로서, 특히 노즐 내부에서 층류가 형성되게 함으로써 노즐 내부에서 송출되는 초음파를 효과적으로 반대편으로 전달하도록 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 로봇의 아암 선단에 고정되는 것으로서 초음파센서를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간을 제공하는 노즐케이싱;

상기 노즐케이싱의 선단에 결합되는 것으로서 축압공간 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공을 제공하는 노즐헤드; 상기 노즐케이싱의 축압공간에 설치되는 와류방지링;을 포함하되;

상기 와류방지링은 중심부에 상기 초음파센서가 끼워지는 센서 설치홀이 마련되어 있는 원통 형태로 되어 있으며,

상기 와류방지링의 주벽에는 원주방향을 따라 일정한 간격으로 복수 개의 분배유도홀이 타공되어 있으며;

공급되는 물은 상기 분배유도홀을 통과하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 초음파센서의 후단부는 와류방지링의 후단부로부터 상기 분사공을 향해 돌출되어 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 분배유도홀은 원형, 타원형 또는 개방형으로 되어 있는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 공급되는 물이 와류방지링의 분배유도홀을 통과하는 과정에서 난류적 요소가 사라져 층류화되고, 이렇게 층류화된 물이 노즐의 분사공을 통해 분출되므로 검사체에 분사되는 물의 흐름이 일정하게 유지되게 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐이 제공된다. 이에 의하면 와류 내지 그에 의해 생성되는 기포에 의해 영향을 적게 받음으로써 초음파의 전달효율을 높일 수 있는 물분사 방식의 초음파검사장치가 제공된다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치의 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐의 분해 절개 사시도이다.
도 7(a),(b),(c)는 본 발명의 각 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐의 와류방지링의 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 6을 주로 참조하되 나머지 도면은 필요한 곳에서 인용하기로 한다. 그리고 특히 필요한 곳에서는 특정 도면을 인용하기로 한다.

이하의 설명 중에 선단이라 함은 물의 흐름 방향에 대하여 상류측을, 후단이라 함은 물의 흐름 방향에 대하여 하류측을 지시하는 것으로 약속한다.

본 발명에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐(1,1'. 이하에서는 단지 '노즐'이라 한다)은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 로봇(100,100')의 아암 선단에 고정 설치된다. 전술한 바와 같이 물(W)을 검사체(P)의 표면에 수직으로 분사하기 위한 노즐(1,1')은 검사체(P)의 전후방에 각각 인접되게 설치된다.

이들 노즐(1,1')은 검사를 진행하는 동안 로봇(100,100')에 의해 동일하게 움직이게 된다. 한쪽 노즐(1)에는 초음파(U)의 발신을 위한 센서(101)가 설치되고 반대쪽 노즐(1')에는 검사체(P)를 관통한 초음파(U')의 수신을 위한 센서(102)가 설치된다. 외부에서 공급되는 물(W)은 노즐(1,1')을 통하여 그 전방에 설치되는 검사체(P)의 표면에 분사된다.

이하에서는 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 2에 도시된 노즐(1,1')은 서로 동일한 구성을 가지므로 이하에서는 한쪽 노즐(1)만을 대표로 설명한다.

노즐(1)은 노즐케이싱(10), 노즐헤드(20), 초음파센서(101) 및 와류방지링(30)을 포함한다. 노즐케이싱(10)과 노즐헤드(20)는 일체형으로 구성될 수도 있다.

노즐케이싱(10)은 초음파센서(101)를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간(S)을 제공한다. 노즐케이싱(10)은 원통형 본체(12)와, 로봇에 고정시키기 위하여 일측에 설치되는 플랜지(13)를 포함한다. 물(W)이 유입되는 유입구(11)가 본체(12)의 후방에 측방향으로 마련된다.

노즐케이싱(10)의 내주면은 후방향을 향해 점진적으로 공간이 넓어지도록 하는 경사부(15)와, 경사부(15)에서 이어지는 것으로서 내경이 일정하게 되어 있는 제1평행부(16)로 구성된다.

초음파센서(101)는 노즐케이싱(10)의 후방에 마련된 센서고정홀(17)을 통해 삽입된 상태로 고정된다.

노즐헤드(20)는 그의 선단부(23)가 노즐케이싱(10)의 후단부(14)에 결합됨으로써 노즐케이싱(10)에 연결된다. 이들의 결합방식은 나사식이 무난하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 노즐헤드(20)는 축압공간(S) 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공(21)을 제공한다. 노즐헤드(20)는 후단으로 갈수록 직경이 작아지는 원뿔(22) 형태로 되어 있다.

노즐헤드(20)의 내주면은 곡면부(24)와 제2평행부(25)로 구성된다. 곡면부(24)의 곡률(R)은 노즐헤드(20) 전체 길이(L1+L2)에 대하여 40 ~ 70%가 되도록 한다.

본 발명의 가장 중요한 특징은 노즐케이싱(10)의 축압공간(S)에 설치되는 와류방지링(30)에 있다. 와류방지링(30)은 노즐케이싱(10)의 제1평행부(16)의 전체 구간에 걸쳐 설치된다. 와류방지링(30)의 높이(H)와 제1평행부(16)의 길이(L3)는 동일하게 되어 있다. 이에 의해 와류방지링(30)은 유동없이 노즐케이싱(10) 내부에 고정될 수 있다. 필요에 따라 수밀유지를 위한 패킹 등이 설치될 수 있다.

와류(Turbulent Flow) 상태로 유입되는 물(W)이 층류로 변환되는 시간 및 공간적 여유가 필요한데, 와류방지링(30)의 높이(H)는 이 필요에 부합하도록 결정된다. 와류방지링(30)의 높이(H)는 상황에 따라 조금씩 다르겠지만 5 ~ 30mm가 될 수 있다.

와류방지링(30)은 중심부에 초음파센서(101)가 끼워지는 센서설치홀(31)이 마련되어 있음으로써 원통 형태로 되어 있다. 와류방지링(30)의 주벽에는 복수 개의 분배유도홀(32)이 원주방향을 따라 일정한 간격으로 타공되어 있다. 물론 분배유도홀(32)은 와류방지링(30) 전체 높이(H)에 걸쳐 마련되어 있다.

유입구(11)를 통해 노즐케이싱(10)에 유입되는 물(W)은 전량 분배유도홀(32)을 통과하도록 구성되어 있다. 즉 유입되는 물(W)은 각각의 분배유도홀(32)로 균등 배분된다. 물(W)의 흐름은 분배유도홀(32)을 통과하는 과정에서 층류화된다.

본 발명에 의하면, 초음파(U)가 발진되는 시점은 층류가 시작되는 지점과 같거나 물의 흐름에 대하여 하류에 위치한다. 여기서 초음파(U)가 발진되는 시점은 초음파센서의 후단부(101a)이고, 층류(Laminar Flow 또는 Constant Flow)가 시작되는 지점은 와류방지링의 후단부(30a)가 된다.

좀 더 바람직한 것은 초음파센서의 후단부(101a)가 와류방지링의 후단부(30a)보다 후방으로 더 돌출되도록 하는 것이다. 이 돌출길이(L4)는 1~ 20mm가 될 수 있다. 즉 본 발명에 의하면 층류가 이미 조성된 상태에서 초음파가 발신되도록 하여 초음파의 진행에 영향을 적게 미치도록 하고 있다.

와류방지링(30)을 통과한 물(W)은 노즐헤드(30)의 곡면부(24)에 먼저 접촉하게 되고, 이 곡면부(24)를 따라 흐르면서 합쳐져 제1평행부(25)를 거쳐 분사공(21)을 통해 분출된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 분배유도홀(32)은 도 5, 도 6 및 도 7(a)에 도시된 것처럼 원형으로 되어 있는 것일 수 있다. 분배유도홀(32)의 직경, 간격은 물의 유속, 압력 등에 의해 결정하면 된다.

그러나 경우에 따라서는 분배유도홀(32)은 도 7(b)에 도시된 것처럼 타원형 분배유도홀(32')이 될 수도 있다. 그리고 도 7(c)에 도시된 와류방지링(30)은 정면에서 볼 때 "

"와 같은 형태로 되어 있음으로써 개방형 분배유도홀(32")을 제공한다.

도 7(c)에 도시된 분배유도홀(32")은 물의 통과면적을 넓게 하여 압력부하가 적게 작용하는 이점을 제공한다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 위에 언급된 수치는 하나의 예시일 뿐이며 본 발명의 권리범위를 제한하는 용도로 사용되어서는 아니 된다.

당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 위에 개시된 실시예는 다양한 조합이 가능할 것이며, 가능한 모든 조합은 본 발명의 권리범위 내에 있는 것이 된다.

1(1') : 노즐 10 : 노즐케이싱
11 : (노즐케이싱)본체 12 : 유입구
13 : 플랜지 15 : 경사부
16 : 제1평행부 17 : 센서고정홀
20 : 노즐헤드 21 : 분사공
24 : 곡면부 25 : 제2평행부
30 : 와류방지링 31 : 센서설치홀
32(32',32") : 분배유도홀
100,100' : 로봇
W : 물 U : 초음파

Claims

로봇의 아암 선단에 고정되는 것으로서 초음파센서를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간을 제공하는 노즐케이싱;
상기 노즐케이싱의 선단에 결합되는 것으로서 축압공간 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공을 제공하는 노즐헤드; 및
상기 노즐케이싱의 축압공간에 설치되는 와류방지링을 포함하되;
상기 와류방지링은, 중심부에 상기 초음파센서가 끼워지는 센서설치홀이 마련되어 있는 원통 형태로 되어 있으며,
상기 와류방지링의 주벽에는 원주방향을 따라 일정한 간격으로 복수 개의 분배유도홀이 타공되어 있으며;
공급되는 물은 상기 분배유도홀을 통과하도록 구성되어 있되;
상기 노즐케이싱의 내주면은 후방을 향해 점진적으로 공간이 넓어지도록 하는 경사부(15)와, 상기 경사부(15)에서 이어지는 것으로서 내경이 일정하게 되어 있는 제1평행부(16)로 구성되며;
상기 와류방지링은 상기 제1평행부(16)의 전체 구간에 걸쳐 설치되는 것을 특징으로 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐.
제1항에 있어서,
상기 초음파센서의 후단부(101a)는 와류방지링의 후단부(30a)로부터 상기 분사공을 향해 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐.
제1항에 있어서,
상기 와류방지링은 정면에서 볼 때 "
"의 형태로 되어 있음으로써 개방형 분배유도홀(32")을 제공하는 것을 특징으로 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐.
삭제
제1항에 있어서,
상기 노즐헤드의 내주면은 곡면부(24)와 제2평행부(25)로 구성되며;
상기 와류방지링을 빠져나온 물은 상기 곡면부(24)에 먼저 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐.
제5항에 있어서,
상기 곡면부(24)의 곡률(R)은 상기 노즐헤드 전체 길이(L1+L2)에 대하여 40 ~ 70%가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 노즐.