KR102383004B1 - 가변형 프로브를 갖춘 초음파 탐상 장치 - Google Patents

Abstract

이 발명은 원통형 파이프의 초음파 탐상 장치에 관한 것으로서, 파이프가 배치되어 지지되고 파이프가 길이방향 축선을 중심으로 회전 구동되는 파이프 지지 유닛; 파이프에 대해 초음파를 인가하고 파이프의 결함 또는 계면에서 반사되는 초음파를 수신하는 프로브; 프로브가 장착되고 파이프의 표면과 접촉하여 프로브와 파이프 사이에 초음파를 전달하는 프로브 홀더; 프로브 홀더가 장착되는 지지 프레임; 및 지지 프레임을 파이프에 대해 가압하고 접근 및 후퇴시키며고 파이프의 길이 방향으로 이동시키는 가동 수단을 포함하고, 프로브 홀더는 파이프의 길이방향 축선과 평행한 축선 또는 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 프로브가 배치될 수 있게 구성되어 프로브는 파이프에 대한 배향이 가변될 수 있는 것이다.

Description

가변형 프로브를 갖춘 초음파 탐상 장치{Ultrasonic Waves Detector having Variable Probe}

이 발명은 원통형 파이프의 초음파 탐상 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 원통형을 갖는 파이프의 결함이나 길이, 두께 등을 탐색 또는 측정할 수 있는 초음파 탐상 장치에 관한 것이다.

각종 구조물이나 장치 등에는 원통형 파이프가 여러가지 용도로 널리 사용된다. 이러한 파이프에는 각종 공극이나 크랙 등의 결함이 존재할 수 있고, 이러한 결함은 파이프의 구조적 강도를 저하시키는 것은 물론이고 응력 집중을 초래하여 피로 파괴의 원인이 되기도 한다.

장기간의 내구성이 요구되거나 높은 신뢰성이 요구되는 설비 등에 파이프를 사용되기 위해서는 파이프의 표면에 존재하는 결함의 검사 외에도 내부에 결함의 존재 여부를 검사하여야 하고, 요구되는 길이나 두께를 갖는지 여부를 검사하여야 한다. 이러한 검사는 파이프를 파괴하지 않는 비파괴 검사가 요구되며, 비파괴 검사에는 초음파 검사가 널리 이용된다.

파이프에 대한 초음파 탐상 장치는 여러가지 유형의 것이 있으며, 그 중에는 원통형 파이프를 검사 장치의 베드에 적재하여 회전시키고 초음파 탐사용 프로브(Probe)를 파이프의 표면에 밀착시켜 검사를 진행하는 구성의 것이 이용된다.

크랙 등과 같이 파이프에 존재할 수 있는 결함은 여러 방향으로 배치된 것일 수 있으며, 이러한 결함들을 초음파 탐사에 의해 검출하기 위해서는 결함들의 배치 방향에 대체로 수직한 방향으로 초음파가 인가되어야 한다.

따라서, 파이프에 대한 초음파 검사에서는 여러 방향에서 초음파를 인가할 수 있어야 하므로, 프로브를 여러 방향으로 배치할 수 있는 다수 개의 홀더를 시용하거나 검사 장치가 파이프에 대한 홀더의 배치를 여러 방향으로 가변할 수 있는 구조를 가져야 한다. 이에 따라 검사 장치의 구조가 매우 복잡하게 되거나 프로브나 홀더의 교체에 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 대한민국 특허공보 제10-1618158호(문헌 1)에서 개시하는 "다채널 초음파 탐촉 장치"라는 명칭의 발명이 있다.

문헌 1의 발명은 프로브 홀더에 해당하며 파이프 표면에 접촉하여 놓이는 블록을 마련하고, 이 블록에 서로 다른 방향을 지향하는 5개의 탐촉자(프로브)를 배치한 구성을 갖추고 있다.

이러한 문헌 1의 발명에 따르면, 하나의 블록에 서로 다른 방향을 지향하는 다수 개의 탐촉자가 배치되므로, 한번의 검사에서 여러 방향으로의 초음파 검사가 가능하다는 장점이 있다.

그러나, 탐촉자들은 블록에 대해 고정된 위치에 배치되므로, 파이프에 따라서는 탐촉자가 배치되어 지향하는 방향에서는 검출이 되지 않는 유형의 결함이 존재할 수도 있다. 따라서, 결국 문헌 1의 발명에 따르더라고 배치된 탐촉자의 지향 방향이 서로 다른 여러가지 블록을 마련하여야 한다는 문제점이 있다.

한편, 원통형의 파이프는 일정한 곡률을 가지고 요철이 없는 표면을 가지고 있어서 프로브의 홀더가 밀착되기 용이한 것이지만, 파이프의 진원도가 높지 않고 길이 방향의 직선도가 높지 않은 경우에는 홀더가 밀착되지 않고 간극이 생기는 문제가 있다.

문헌 1에서는 종래 기술의 이러한 문제를 언급하면서 문헌 1의 발명에서는 이러한 문제를 해결하여 홀더를 검사 대상물의 표면에 밀착시키기 위한 구성을 제시하지 않고 있다.

문헌 1에서도 언급하는 바와 같이, 종래 기술에서는 단지 프로브의 홀더를 시험 대상물의 표면에 가압하기만 함으로써 홀더의 표면의 마모가 문제로 되고 밀착성도 좋지 않다는 문제가 있다.

문헌 1: 대한민국 특허공보 제10-1618158호

이 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 고려하여 원통형 파이프에 대한 초음파 탐상 장치로서, 다양한 각도로 파이프에 대한 초음파 검사를 수행할 수 있는 검사 장치를 제공하려는 것이다.

특히, 이 발명은 파이프에 대한 프로브의 배향 각도를 손쉽게 조절할 수 있고 그러한 조절을 위한 구성이 단순하게 되는 초음파 탐상 장치를 제공하려는 것이다.

또한, 이 발명은 검사하려는 파이프의 표면의 진원도나 직진도에 의해 프로브 및 프로브 홀더가 표면으로부터 이격되고 않고 밀착되는 구성의 검사 장치를 제공하려는 것이다.

전술한 이 발명이 해결하고자 하는 과제는 이 발명의 하나의 관점에 따른 초음파 탐상 장치에 의해 달성된다.

이 발명의 하나의 관점에 따른 초음파 탐상 장치는,

파이프가 배치되어 지지되고 파이프가 길이방향 축선을 중심으로 회전 구동되는 파이프 지지 유닛;

파이프에 대해 초음파를 인가하고 파이프의 결함 또는 계면에서 반사되는 초음파를 수신하는 프로브;

프로브가 장착되고 파이프의 표면과 접촉하여 프로브와 파이프 사이에 초음파를 전달하는 프로브 홀더;

프로브 홀더가 장착되는 지지 프레임; 및

지지 프레임을 파이프에 대해 가압하고 접근 및 후퇴시키며고 파이프의 길이 방향으로 이동시키는 가동 수단

을 포함하고,

프로브 홀더는 파이프의 길이방향 축선과 평행한 축선 또는 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 프로브가 배치될 수 있게 구성되어 프로브는 파이프에 대한 배향이 가변될 수 있는 것이다.

이러한 이 발명의 하나의 관점에 따른 초음파 탐상 장치에서 프로브 홀더에는 프로브가 파이프의 길이방향 축선과 평행한 축선 또는 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형의 위치에서 선택되는 위치에 배치될 수 있다.

따라서, 프로브는 파이프에 대하여 다양한 배향을 갖고 배치될 수 있고 그러한 배향은 사용자에 의해 쉽게 선택되고 간단하게 조절될 수 있다.

이 발명의 부가적 특징으로서, 이 발명의 하나의 관점에 따른 초음파 탐상 장치에서,

프로브 홀더는 프로브가 삽입되어 고정되고 파이프의 길이방향 축선과 평행한 축선 또는 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 연장되는 제1 슬롯이 형성되는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 프로브는 프로브 홀더의 제1 슬롯의 적절한 위치에 삽입하는 것만으로 파이프에 대한 선택된 배향을 가지고 배치될 수 있다.

이러한 부가적 특징에 대한 실시 양태의 하나로서, 프로브 홀더에는 상기 제1 슬롯을 따라 연장되고 프로브 홀더의 표면으로부터 제1 슬롯까지 연장되는 고정용 슬롯이 형성되고, 이 고정용 슬롯에는 프로브를 프로브 홀더에 고정하는 고정 수단이 배치되는 것으로 구성할 수 있다.

따라서, 프로브를 제1 슬롯에 삽입하고 고정용 슬롯을 통하여 볼트 등의 고정 수단을 체결하여 볼트의 선단이 프로브에 맞닿아서 프로브를 고정하도록 할 수 있어서, 프로브의 배치와 고정이 매우 용이하고 간단하다.

전술한 부가적 특징에 대한 실시 양태의 하나로서,

프로브 홀더의 저면은 원통형 파이프의 표면에 마주하는 오목한 곡면으로 형성되며, 파이프의 표면에 맞닿아 회전하는 지지 로울러가 프로브 홀더의 저면에 자유 회전 가능하게 배치되는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에 따르면, 다양한 직경의 파이프에 대한 검사가 가능하고, 프로브 홀더가 직접 파이프에 맞닿아 마모되는 일이 발생하지 않는다.

전술한 부가적 특징에 대한 실시 양태의 하나로서,

가동 수단은 파이프의 길이 방향 축선 방향으로 가동되는 제1 블록, 파이프에 대해 근접 또는 이격되는 제2 방향으로 가동되며 제1 블록에 제2 방향으로 가동 가능하게 결합되는 제2 블록, 및 제2 블록에 대해 파이프에 근접하는 방향으로 가압되는 제3 블록을 포함하고,

지지 프레임은, 파이프에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 가동되며 스프링에 의해 파이프에 근접하는 방향으로 탄성적으로 압박되도록 가동 수단의 제3 블록에 결합되는 제1 프레임, 및 제1 프레임에 대하여 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 제1 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 자유 회전 가능한 제2 프레임을 포함하고,

프로브 홀더는 파이프의 길이 방향 축선과 평행하고 제1 축선에 수직한 제2 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 자유 회전 가능하게 제2 프레임에 결합되는 것으로 구성할 수 있다.

이러한 구성에서 프로브 홀더는 가동 수단에 의해 파이프에 근접 이격되는 동작 및 파이프의 길이 방향으로 검사 위치를 변경하는 동작이 가능하게 된다.

특히, 프로브 홀더는 파이프에 대해 가압되어 밀착되는 상태에서 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 제1 축선 및 파이프의 길이 방향 축선과 평행하고 제1 축선에 수직한 제2 축선을 중심으로 자유 회전 가능하게 된다.

따라서, 프로브 홀더가 파이프의 표면으로부터 이격되는 일이 없이 밀착된 상태를 유지하므로 검사의 신뢰도가 매우 높고 오류 발생 가능성이 없게 된다.

도 1 내지 도 3은 이 발명의 하나의 실시예의 초음파 탐상 장치의 전체적인 구성을 보여주는 평면도, 정면도 및 측면도이다.
도 4는 파이프 지지 유닛의 평면도이고, 도 5는 도 4의 화살표 A 방향에서 본 도면이다.
도 6 내지 도 8은 프로브 홀더의 사시도, 평면도 및 종단면도이다.
도 9 및 도 10은 프로브 홀더와 이것을 지지하는 지지 프레임 및 가동 유닛의 구성과 작동을 보여주는 정면도 및 측단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 이 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서, 이 발명의 하나의 관점에 따른 초음파 탐상 장치의 실시예의 구성과 작동을 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 함께 참조하여, 이 실시예에 따른 초음파 탐상 장치의 전체적인 구성을 설명한다.

이 실시예의 초음파 탐상 장치는 각종 요소들이 탑재되는 상하부 프레임(1, 2) 및 각종 요소들과 상하부 프레임을 덮는 케이스(3)가 마련되고, 케이스의 외부에는 초음파 탐상 장치를 제어하고 검사 결과를 보여주는 모니터를 갖춘 컴퓨터(4)가 배치되어 있다. 이들 요소는 이 발명의 특징을 보여주는 것은 아니고 통상적인 구성을 갖는 것이므로, 구체적인 설명을 생략한다.

하부 프레임(3)의 상면에는 검사 대상물인 원통형의 파이프(5)가 놓여 지지되면서 파이프를 그 길이 방향으로 회전시키는 파이프 지지 수단으로서 파이프 지지 유닛(10)이 마련되어 있다.

상부 프레임(2)에는 파이프(1)에 대해 초음파를 인가하고 파이프의 결함 또는 계면에서 반사되는 초음파를 수신하는 프로브(6), 프로브가 장착되고 파이프의 표면과 접촉하여 프로브와 파이프 사이에 초음파를 전달하는 프로브 지지 수단으로서의 프로브 홀더(20), 프로브 홀더가 장착되는 지지 프레임(30) 및 지지 프레임을 파이프에 대해 접근 및 후퇴시키고 파이프의 길이 방향으로 이동시키는 가동 유닛이 배치되어 있다.

도 4와 도 5를 참조하여 파이프 지지 유닛(10)의 구성을 설명한다.

하부 프레임(3)의 상면에는 설치 브라켓(14, 15)이 파이프의 길이 방향으로 서로 이격되어 설치되어 있고, 여기에 서로 평행한 2개의 회전축(11, 12)이 자유 회전 가능하게 결합되어 있으며, 각각의 회전축(11, 12)에는 파이프(5)를 지지하는 지지 로울러(13)가 3개씩 서로 이격되어 배치되어 있다.

회전축(11, 12)의 단부에는 각각 피동 풀리(17)가 결합되어 있으며, 하부 프레임(3)의 상면 아래에 배치된 구동 모터(16)의 회전축에 결합되어 있는 구동 풀리(161)와 피동 풀리(17) 사이에 동력 전달 벨트(19)가 권취되어 구동 모터(16)의 회전력을 피동 풀리(17)에 전달하여 회전축(11, 12)이 회전하도록 한다.

피동 풀리들(17) 사이와 하측에는 동력 전달 벨트(19)를 지지하는 아이들 풀리들(18, 181)이 배치되어 있다.

이와 같은 구성에서 파이프(5)는 두 회전축(11, 12)의 지지 로울러(13) 위에 놓여서 회전축(11, 12)이 회전함에 따라 함께 회전하게 된다.

다음으로, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 프로브 홀더(30)의 구성 및 프로브 홀더(30)가 지지 프레임(40)에 장착되는 구성에 대해 설명한다.

프로브 홀더(20)는 대략 직육면체 형태의 지지 블록으로서 형성되어 있고, 상면으로부터 하면을 향하여 프로브(6)가 삽입되어 끼워져 배치되는 제1 슬롯(22)이 형성되어 있고, 제1 슬롯(22)의 아래로는 제1 슬롯보다 폭이 좁은 제2 슬롯(25)이 형성되어 있다.

제2 슬롯(25)으로는 유체 공급 포트(8)로부터 물이 공급되어 프로브(6)와 파이프(5) 사이에 충진되어 프로브(6)와 파이프(5) 사이에서 초음파를 전달하게 된다.

프로브 홀더(20)의 상면은 파이프(5)의 길이 방향 축선에 평행한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 형성되어 있다. 제1 슬롯(21)의 하면, 즉 제2 슬롯(25)과의 경계면은 프로브의 지지면으로 형성되는데, 이것 역시 프로브 홀더(20)의 상면과 마찬가지로, 파이프(5)의 길이 방향 축선에 평행한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 형성되어 있다.

이러한 구성에 따라, 제1 슬롯(21)에 삽입되는 프로브(6)는 제1 슬롯(21)에서의 배치 위치에 따라 파이프(5)에 대한 설치 각도가 가변된다.

프로브 홀더(20)의 측면으로는 제1 슬롯(21)까지 관통하는 고정용 슬롯(23)이 형성되어 있고, 여기에 고정용 볼트(24)가 체결되며, 고정용 볼트(24)의 선단은 프로브(6)에 맞닿아 프로브를 압박하여 프로브를 제1 슬롯(21)에 배치된 위치에 고정한다.

도면에는 도시하지 않았지만, 유체 공급 포트(8)는 프로브 홀더(20)의 상면으로부터 삽입되고, 프로브 홀더(20) 내에는 유체 공급 포트(8)로부터 공급되는 물을 제2 슬롯(25)에 공급하도록 유체 공급홀(미도시)이 형성되어 있다.

유체 공급 포트(8)에 의해 공급되는 물이 제2 슬롯(25)에 충진됨으로써 프로브(10)로부터 인가되는 초음파는 물을 매질로 하여 파이프로 전달되고 파이프의 계면이나 결함에서 반사되는 초음파는 제2 슬롯(25)에 충진된 물을 통하여 프로브(6)로 전달된다.

이 실시예에서는 물을 초음파를 전달하는 매질로서 사용하고 있지만, 물 외에도 프로브(6)와 파이프(5) 사이에 초음파를 전달하기에 적절한 어떠한 유체라도 매질로서 이용될 수 있다.

한편, 이 실시예에서 프로브(6)의 선단이 맞닿는 제1 슬롯(21)과 제2 슬롯(25)의 경계면은 파이프의 길이방향 축선과 평행한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 형성되어 있지만, 이와 달리 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 형성되어 파이프의 길이 방향에 대한 프로브의 배치 각도가 가변되도록 구성될 수도 있다.

이러한 2가지 구성의 프로브 홀더가 각각 마련되어 필요에 따라 프로브 홀더를 교체하여 이용할 수도 있고, 하나의 프로브 홀더에 2개의 제1 슬롯이 서로 교차하여 형성될 수도 있다.

한편, 프로브 홀더(20)의 저면에는 지지 로울러(26)가 네 곳의 모서리에 자유회전 가능하게 부착되어 있다. 지지 로울러(26)는 파이프(5)의 표면에 맞닿아 파이프의 회전에 따라 회전하고, 프로브 홀더(20)의 저면은 오목한 곡면으로 형성되어 있어서, 프로브 홀더(20)의 저면은 파이프(5)와 접촉하지 않은 상태로 된다.

프로브 홀더(20)는 지지 프레임(30)에 결합되어 있다.

지지 프레임(30)은 가동 유닛의 제3 블록(47)에 탄성적으로 결합되어 파이프에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 이동 가능한 제1 프레임(34) 및 제1 프레임에 소정 각도 범위에서 회전 가능하게 결합되는 제2 프레임(31)을 포함하여 구성되어 있고, 프로브 홀더(20)는 제2 프레임(31)에 결합되어 있다.

제2 프레임(31)은 "ㄷ"자 형으로 형성되어서 양측의 분지부 사이에 프로브 홀더(20)가 배치되며, 프로브 홀더(20)의 양측으로 제2 회전축(311)이 삽입되어 프로브 홀더(20)가 제2 회전축(311)을 중심으로 제2 프레임(31)에 대하여 자유 회전 가능한 상태로 되어 있다.

이러한 제2 회전축(311)은 파이프(5)의 길이 방향 축선에 평행한 방향으로 배치되어 있어서, 프로브 홀더(20)는 제2 회전축(311)을 중심으로 파이프(5)의 길이 방향 축선에 수직한 방향으로 회전 가능하게 된다.

또한, 프로브 홀더(20)내에는 제1 회전축(311)을 곡률 중심으로 하는 원호형 슬롯(미도시)이 형성되어 있고 제2 회전축(311)과 평행하게 배치되는 핀(312)이 원호형 슬롯에 삽입되어 있어서 프로브 홀더(20)의 제2 회전축(311)을 중심으로 하는 회전은 일정 각도 범위로 한정된다.

이러한 구성에 따라 파이프(5)의 표면이 진원을 이루지 않는 경우에도 프로브 홀더(20)는 파이프(5)의 회전 중에 파이프의 표면에 밀착될 수 있다.

제2 프레임(31)의 이면, 즉 프로브 홀더(20)의 반대측으로는 제1 회전축(33)이 결합되어 있고, 베어링(35)을 사이에 두고 제1 회전축(33)이 제1 프레임(34)에 삽입되어 있다. 이에 따라 제2 프레임(31)은 제1 프레임(34)에 대해 제1 회전축(33)을 중심으로 회전 가능하게 되어 있다.

제1 회전축(33)은 제2 회전축(311)에 대해 수직한 방향으로 배치되어 있어서, 제2 프레임(31)은 파이프(5)의 길이 방향 축선과 평행한 축선을 중심으로 자유 회전 가능하다.

따라서, 파이프(5)의 표면이 길이 방향으로 직선을 이루지 않고 굴곡지거나 경사진 경우에도 제2 프레임(31)이 제1 프레임(34)에 대해 회전함으로써 제2 프레임(31)에 장착되어 있는 프로브 홀더(20)는 파이프(20)의 표면에 밀착될 수 있다.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여 가동 유닛(40~48)과 지지 프레임(30)의 구성을 설명한다.

지지 프레임(30)은 가동 유닛에 의해 파이프(5)에 탄성적으로 압박되면서 파이프(5)에 대해 근접 및 이격하는 방향과 파이프(5)의 길이 방향으로 가동된다.

상부 프레임(3)에는 장착용 채널(44)가 고정 배치되어 있고, 이 장착 플레이트에는 파이프(5)의 길이 방향으로 연장되는 2개의 서로 평행한 레일(43)이 배치되어 있고, 레일(43) 사이에는 리드 스크류(45)가 연장되어 있다.

리드 스크류(45)는 구동 모터(미도시)에 의해 회전 구동되며 제1 블록(41)이 나사 결합되어 있어서, 패널 형태의 제1 블록(41)은 리드 스크류(45)의 회전에 따라 리드 스크류(45)의 연장 방향, 즉 파이프(5)의 길이 방향으로 구동된다.

또한, 제1 블록(41)에는 레일(43)과 결합되는 리니어 가이드(42)가 마련되어 있어서, 리드 스크류(45)의 회전에 따른 제1 블록(41)의 선형 이동을 안내한다.

제1 블록(41)에서 리드 스크류의 반대쪽에는 제2 블록(45)이 결합되어 있다.

제2 블록(45)은 제1 블록(41)과 같이 플레이트로 구성되고 제1 블록과 평행하게 수직으로 배치되어 있다.

제2 블록(45)과 제1 블록(41) 사이에는 리니어 가이드(미도시)와 리드 스크류(46)가 배치되어, 제1 블록(41)과 제2 블록(45)을 서로 결합하면서 구동 모터(40)에 의해 리드 스크류(46)가 회전하면 제2 블록(45)은 제1 블록(41)에 대해 선형 이동하여 파이프(5)에 대해 접근하거나 이격되는 방향으로 이동한다.

제2 블록(45)은 리드 스크류(46)에 의해 수직으로, 즉 파이프(5)에 대해 근접하거나 이격되는 방향으로 구동되며, 제2 블록(45)에서 제1 블록(41)의 반대쪽 표면에는 제3 블록(47)이 고정 결합되어 있다.

지지 프레임의 제1 프레임(34)에는 상면으로 제3 블록(47)을 향하여 2개의 포스트(48)가 나란히 결합되어 있다. 포스트(48)는 제3 블록(47)으로 삽입되어 있고 제1 프레임(34)이 제3 블록(47)에 대하여 상하로 운동하도록 가이드한다.

포스트(48)의 둘레에는 코일 스프링(481)이 배치되어 있는데, 코일 스프링(481)은 제3 블록(47)의 하면과 제1 프레임(34)의 상면 사이에 놓여 있다.

제2 블록(45)이 하강함에 따라 제3 블록(47)이 하강하고 이에 따라 지지 프레임(30)도 하강하여 지지 프레임(30)에 장착된 프로브 홀더(20)가 파이프(5)에 놓인다. 이 상태에서 제2 블록(45)이 더 하강하여 제3 블록(47)이 더 하강하면, 제3 블록(47)과 제1 프레임(34) 사이에 놓인 코일 스프링(471)이 압축되면서 지지 프레임(30)이 파이프(5)를 향하여 압박되어 프로브 홀더(20)가 파이프(5)에 대해 압박력을 받는 상태로 놓이게 된다. 이로써 프로브 홀더(20)는 파이프(5)가 회전하는 상태에서 파이프(5) 상의 돌기나 비원형 형상에 의해 튀어올라 파이프의 표면으로부터 이격되는 일이 발생하지 않는다.

이상과 같은 구성을 갖는 초음파 탐상 장치의 작동을 도 9 및 도 10을 주로 참조하여 설명한다.

이 실시예의 초음파 탐상 장치에서 프로브 홀더(20)의 제1 슬롯(22)에는 프로브(6)가 삽입되는데, 검사하려는 파이프(5)의 결함이나 계면 등에 맞추어 파이프(5)에 대한 배치 각도가 결정되고, 결정된 배치 각도에 맞추어 제1 슬롯(22)에서의 배치 위치가 결정된다.

또한, 유체 공급 포트(8)가 프로브 홀더(20)에 결합되고, 물을 공급하는 튜브(9)가 결합되어 장치의 작동 중에 초음파 전달 매질로서 물이 공급된다.

비작동 상태에서 프로브(6) 및 프로브 홀더(20)는 파이프(5)가 배치되는 위치로부터 이격되어 있고, 이 상태에서 파이프 지지 유닛(10)의 지지 로울러(13) 상에 파이프가 배치된다.

파이프(5)는 직경이 소정 범위에 드는 것이면 어느 것이라도 사용될 수 있다. 주로 검사 대상이 되는 파이프의 직경 범위에 따라 지지 로울러(13)의 직경 및 이들 사이의 거리, 그리고 프로브 홀더(20)의 저면의 곡률을 결정하면, 일정 범위에서 다양한 직경의 파이프를 배치하고 검사할 수 있다.

파이프(5)를 파이프 지지 유닛(10) 상에 배치하고 검사 장치를 가동하면, 파이프 지지 유닛의 회전축(11, 12)이 회전 구동되어 지지 로울러(13)에 의해 파이프(5)가 일방향으로 회전한다.

가동 유닛의 제1 블록(41)은 파이프(5)의 일단의 위치로 이동하고, 제2 블록(45)이 하강한다.

이에 따라, 프로브 홀더(20)가 하강하여 프로브 홀더의 저면에 파이프(5)의 표면에 근접되고 지지 로울러(26)에 파이프의 표면에 맞닿아 놓인다. 제2 블록(45)은 더 하강하고, 이에 따라 제3 블록(47)이 코일 스프링(481)을 압축하여 코일 스프링에 의해 프로브 홀더(20)는 파이프(5)의 표면에 대해 가압된 상태로 놓인다.

프로브(6)로부터 초음파가 인가되고, 인가된 초음파는 제2 슬롯(25)을 충진한 매질인 물을 통하여 파이프(5)에 인가되고, 파이프 내의 결함이나 계면에서 반사된 초음파는 다시 프로브(6)에 입사되어 입사된 초음파 신호는 컴퓨터(4)에 전송된다.

파이프(5)의 회전에 따라 파이프의 전체 둘레를 따른 초음파 검사가 수행되고, 제2 블록(45)이 상향 가동되어 프로브 홀더(20)는 파이프의 표면으로부터 이격된다.

제1 블록(41)이 파이프(5)의 길이 방향 일단부로부터 내측으로 이동하고, 앞서 설명한 단계가 반복된다. 이러한 과정을 통하여 파이프의 전체 길이에 대한 초음파 검사가 완료된다.

검사 대상인 파이프는 여러가지 유형의 내부 결함을 가질 수 있으며, 특히 크랙이나 이물질 등의 결함은 여러가지 배향을 가지고 있을 수 있다.

초음파는 대체로 물체의 경계면이나 크랙 또는 이물질의 계면에서 수직으로 반사되는 특성을 갖는다. 따라서, 결함이나 계면을 초음파로 검사할 때에 초음파는 계면에 대체로 수직으로 입사되어야 반사파가 프로브에 입사되어 계면을 검출할 수 있게 된다.

이 발명의 하나의 관점에 따른 실시예의 초음파 탐상 장치에서는 여러 개의 프로브를 이용하지 않고 하나의 프로브를 검사 대상물인 파이프에 대해 다양한 각도로 간단히 배치할 수 있어서 장치가 간소화되고 검사가 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 검사 대상물인 원형 단면의 파이프는 실제로는 진원이 아닌 타원이나 요철을 가지며 길이 방향의 표면 역시 직선이 아닌 굴곡이 지거나 경사진 경우가 일반적이다.

이러한 파이프에 대하여 초음파 검사를 하는 경우에 파이프의 진원도나 직진도 및 표면 요철로 인하여 파이프의 회전 시에 프로브 홀더가 파이프의 표면으로부터 이격되어 버리는 일이 발생할 수 있다.

그러나, 이 실시예의 초음파 탐상 장치에서는 프로브 홀더는 2개 자유도를 가지고 파이프 표면에 대한 밀착 상태를 유지할 수 있다.

검사 중에 프로브 홀더(20)는 제3 블록(47)이 지지 프레임(30)을 파이프(5)에 대해 가압하는 상태에 놓인다. 프로브 홀더(20)는 제2 회전축(33)을 중심으로 자유 회전 가능하고 프로브 홀더(20)가 장착되는 제2 프레임(34)은 제1 회전축(39)을 중심으로 제1 프레임(31)에 대하여 자유 회전 가능하다.

따라서, 프로브 홀더(20)는 파이프(5)에 대해 가압력을 받아 밀착되면서 파이프의 길이 방향 축선 및 파이프의 둘레 방향에 대해 자유 회전 가능하므로, 파이프(5)의 표면에 항상 밀착된 상태를 유지할 수 있다.

이상, 이 발명의 하나의 관점에 따른 실시예의 초음파 탐상 장치의 구성과 작동을 설명하였다. 이 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 범위에서 다양한 수정과 변경 및 구성 요소의 부가가 가능하다.

5: 파이프 6: 프로브
10: 파이프 지지 유닛 20: 프로브 홀더
30: 지지 프레임

Claims (5)

1. 삭제
2. 원통형 파이프의 초음파 탐상 장치로서,
   파이프가 배치되어 지지되고 파이프가 길이방향 축선을 중심으로 회전 구동되는 파이프 지지 유닛;
   파이프에 대해 초음파를 인가하고 파이프의 결함 또는 계면에서 반사되는 초음파를 수신하는 프로브;
   프로브가 장착되고 파이프의 표면과 접촉하여 프로브와 파이프 사이에 초음파를 전달하는 프로브 홀더;
   프로브 홀더가 장착되는 지지 프레임; 및
   지지 프레임을 파이프에 대해 가압하고 접근 및 후퇴시키며고 파이프의 길이 방향으로 이동시키는 가동 수단;
   을 포함하고,
   프로브 홀더는 프로브가 삽입되어 고정되고 파이프의 길이방향 축선과 평행한 축선 또는 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 연장되는 제1 슬롯이 형성되어, 프로브가 파이프의 길이방향 축선과 평행한 축선 또는 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 축선을 곡률 중심으로 하는 원호형으로 배치되어 파이프에 대한 프로브의 배향이 가변될 수 있는 것인, 초음파 탐상 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   프로브 홀더에는 상기 제1 슬롯을 따라 연장되고 프로브 홀더의 표면으로부터 제1 슬롯까지 연장되는 고정용 슬롯이 형성되고, 이 고정용 슬롯에는 프로브를 프로브 홀더에 고정하는 고정 수단이 배치되는 것인, 초음파 탐상 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   프로브 홀더의 저면은 원통형 파이프의 표면에 마주하는 오목한 곡면으로 형성되며, 파이프의 표면에 맞닿아 회전하는 지지 로울러가 프로브 홀더의 저면에 자유 회전 가능하게 배치되는 것인, 초음파 탐상 장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   가동 수단은 파이프의 길이 방향 축선 방향으로 가동되는 제1 블록, 파이프에 대해 근접 또는 이격되는 제2 방향으로 가동되며 제1 블록에 제2 방향으로 가동 가능하게 결합되는 제2 블록, 및 제2 블록에 대해 파이프에 근접하는 방향으로 가압되는 제3 블록을 포함하고,
   지지 프레임은, 파이프에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 가동되며 스프링에 의해 파이프에 근접하는 방향으로 탄성적으로 압박되도록 가동 수단의 제3 블록에 결합되는 제1 프레임, 및 제1 프레임에 대하여 파이프의 길이 방향 축선에 수직한 제1 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 자유 회전 가능한 제2 프레임을 포함하고,
   프로브 홀더는 파이프의 길이 방향 축선과 평행하고 제1 축선에 수직한 제2 축선을 중심으로 소정 각도 범위에서 자유 회전 가능하게 제2 프레임에 결합되는 것인, 초음파 탐상 장치.

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