KR102628026B1 - 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 피검체와 매질을 매게로 접하는 하면부와, 상기 하면부 일측에서 상향의 경사구배가 형성되는 경사부와, 상기 경사부 상단에서 하향으로 연하는 배면부와, 상기 배면부에 접하면서 초음파를 흡수하는 흡음부를 포함하는 웨지; 상기 경사부의 하단부에 구성되어 상기 웨지 내부로 초음파를 조사하는 탐촉자; 상기 배면부에 구성되어 상기 웨지 내부로 조사되는 초음파 중 종파를 경사부 방향으로 반사시키는 제 1반사경; 및 상기 경사부의 상단부에 구성되어 상기 제 1반사경으로부터 반사되는 종파를 상기 하면부에 직교하도록 반사시키는 제 2반사경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치에 관한 것이다.

Description

멀티검사가 가능한 초음파 검사장치{Ultrasonic inspection device capable of multi-inspection}

본 발명은 초음파를 이용한 피검체 비파괴 검사에 있어 멀티검사가 가능한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 압력용기, 용접물, 주조물, 압연재 등과 같은 공업제품의 품질관리 및 보수검사를 통한 제품의 균일화와 수요자로부터의 신뢰성 확보를 위해 비파괴 검사가 행해진다.

이중 초음파 탐상검사는 시험체에 초음파를 전달하여 내부에 존재하는 불연속으로부터 반사한 초음파의 에너지량, 초음파의 진행시간 등을 CRT 스크린에 표시, 분석하여 불연속의 크기 및 위치를 알아내는 검사방법으로서 진행방향과 진동 방식에 따라 수직 탐상, 경사각 탐상, 표면파 탐상, 판파 탐상으로 분류된다. 이 중 경사각 탐상 방법은 경사각 경로에 있는 하자를 검사하기 위해 이용되는데, 주요 예로써 압력용기, 용접물, 주조물, 압연재 등의 균열이나 하자 등의 검사에 이용된다."

도 1에서는 종래 경사각 탐상 방법을 도시하고 있는데, 배면에 흡음부가 구성되는 웨지와 웨지의 경사면에 구성되는 탐촉자로 구성되는데, 이러한 종래기술에서는 도면에서 보는 바와 같이 조사된 초음파 중 횡파(②, ③)에 의해 하나의 예로 보여준 용접부와 같이 경사각 탐상 경로에 있는 하자가 검사가 되도록 하고, 종파(④)의 경우 흡음부에 흡수되도록 하여 횡파와 간섭이 제어되도록 한다.

그러나 상기 기술에서는 경사각 탐상의 경로에 있는 하자만 검사되고, 탐촉자와 웨지 그리고 웨지와 피검체의 접촉면에서 매질의 상태, 피검체 자체의 하자 등에 대해서는 별도의 검사가 요구된다.

대한민국 특허등록 제10-0531515호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 경사각 경로에 있는 하자는 물론 매질의 상태, 피검체 자체의 하자 등에 대해서도 검사가 가능한 장치를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치(이하, "본 발명의 장치"라 함)는, 피검체와 매질을 매게로 접하는 하면부와, 상기 하면부 일측에서 상향의 경사구배가 형성되고 탐촉자에 의해 초음파가 조사되도록 하는 경사부와, 상기 경사부 상단에서 하향으로 연하는 배면부와, 상기 배면부에 접하면서 초음파를 흡수하는 흡음부를 포함하는 웨지; 상기 배면부에 구성되어 상기 웨지 내부로 조사되는 초음파 중 종파를 경사부 방향으로 반사시키는 제 1반사경; 및 상기 경사부에 구성되어 상기 제 1반사경으로부터 반사되는 종파를 상기 하면부에 직교하도록 반사시키는 제 2반사경;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 경사부에는, 상기 탐촉자가 구성되는 제 1경사부와, 상기 제 1경사부의 상단에 연하며 상기 제 1경사부와 경사구배를 달리하는 제 2경사부와, 상기 제 2경사부의 상단에 연하며 상기 제 2반사경이 구성되는 제 3경사부가 포함되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 하면부에서 제 2반사경 간 높이 또는 탐촉자에서 제 1반사경 간 거리를 조절하여 제 2반사경에 의해 하면부로 반사된 종파의 에코가 피검체 내부로 조사된 횡파의 검사구간 이후에 나타나도록 하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 제 3경사부가 높이차가 형성되도록 복수로 구성되어 선택된 제 3경사부에 제 2반사경이 구성되도록 하여 하면부에서 제 2반사경 간 높이가 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 제 1경사부에서 탐촉자의 위치와 배면부에서 제 1반사경의 위치를 조절하여 탐촉자에서 제 1반사경 간 거리가 조절되도록 하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 흡음부는 상기 배면부, 상기 배면부에 연하는 상면부, 제 3경사부 및 제 2경사부를 덮는 형태로 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 장치는 횡파에 의한 피검체 내부로 진행하는 횡파 경사각 탐상 경로상의 이상유무 검사는 물론 종파에 의해 접촉매질 상태, 피검체의 두께측정이 가능하도록 하여 1장치에 의해 멀티검사가 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래 기술을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 기본 예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 작동상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 작동상태에 따른 초음파 신호의 예를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 작동 상태도.
도 6은 본 발명에 있어 흡음부의 일 실시 예를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 장치(1)는 도 2에서 보는 바와 같이, 피검체(100)와 매질을 매개로 접하는 하면부(21)와, 상기 하면부(21) 일측에서 상향의 경사구배가 형성되고 탐촉자(3)에 의해 초음파가 조사되도록 하는 경사부(22)와, 상기 경사부(22) 상단에서 하향으로 연하는 배면부(23)와, 상기 배면부(23)에 접하면서 초음파를 흡수하는 흡음부(24)를 포함하는 웨지(2); 상기 배면부(23)에 구성되어 상기 웨지(2) 내부로 조사되는 초음파 중 종파를 경사부(22) 방향으로 반사시키는 제 1반사경(4); 상기 경사부(22)의 상단부에 구성되어 상기 제 1반사경(4)으로부터 반사되는 종파를 상기 하면부(21)에 직교하도록 반사시키는 제 2반사경(5);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉 본 발명은 도 2 등에서 보는 바와 같이 횡파에 의해 피검체(100)의 용접부(110) 등의 하자(균열, 부식 등)가 분석되도록 하면서, 종파에 의해 접촉매질 상태, 피검체(100)의 두께측정 등에 대한 분석이 되도록 함으로써 멀티검사가 가능하도록 하는 것이다.

피검체(100)의 용접부(110) 등에 균열, 부식 등의 하자가 발생된 경우에는 조사된 초음파가 균열, 부식 등 하자가 발생된 부분에서 반사파로서 돌아오게 되어 반사파의 진폭, 파장, 시간 등에 의해 균열, 부식 등의 위치 등이 분석이 되도록 하는 것으로 이러한 반사파에 의해 균열, 부식 등 하자가 발생된 위치 등을 분석하는 기술은 다양한 공지기술이 존재하므로 그 설명을 생략한다.

여기서는 설명의 편의를 위해 용접부 하자 검사의 경우에 대하여 설명하지만, 용접부가 없는 압력용기나 주조물, 압연재 등의 경우도 경사각 탐상경로상의 하자 검사가 해당된다.

여기서 상기 탐촉자(3)는 압전소자가 이용될 수 있는데 압전소자에 의해 전기신호와 초음파의 상호 변환이 이루어지도록 하는 것으로 도면에 도시된 바는 없으나 신호송수신부에서 전기신호를 상기 탐촉자(3)에 인가하는 경우 탐촉자(3)는 전기신호를 초음파로 변환하여 조사토록 하는 것이고, 상기 탐촉자(3)가 반사파로 초음파를 수신하면 이렇게 수신된 초음파를 전기신호로 변환하여 상기 신호송수신부에 의해 변환된 전기신호가 수신되는 것이며, 이렇게 변환된 전기신호를 이용하여 하자여부가 분석되도록 하는 것이다.

상기 신호송수신부가 송신한 전기신호 및 수신한 전기신호에 의해 균열, 부식 등의 발생 여부, 발생 위치 등을 분석하는 것으로 송, 수신된 전기신호에 의해 균열, 부식 등의 발생여부, 발생위치 등을 분석하는 알고리즘은 공지기술로 다양하게 존재하므로 그 설명을 생략한다.

상기 웨지(2)는 피검체(100)와 매질을 매개로 접하는 하면부(21)와, 상기 하면부(21) 일측에서 상향의 경사구배가 형성되는 경사부(22)와, 상기 경사부(22) 상단에서 하향으로 연하는 배면부(23)와, 상기 배면부(23)에 접하면서 초음파를 흡수하는 흡음부(24)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이를 더욱 상세히 설명하면 상기 경사부(22)에는, 상기 탐촉자(3)가 구성되는 제 1경사부(221)와, 상기 제 1경사부(221)의 상단에 연하며 상기 제 1경사부(221)와 경사구배를 달리하는 제 2경사부(222)와, 상기 제 2경사부(222)의 상단에 연하며 상기 제 2반사경(5)이 구성되는 제 3경사부(223)가 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1경사부(221)에는 탐촉자(3)가 구성되어 상기 제 1경사부(221)의 경사구배에 의해 초음파가 상기 제 1경사부(221)에서 피검체(100)로 경사구배를 형성하면서 조사되도록 하는 것이다.

이렇게 조사되는 초음파(①)는 도 3에서 보는 바와 같이 횡파(②, ③)의 경우 피검체(100) 내부로 조사되어 용접부(110)의 하자유무가 측정되도록 하는 것이고, 종파(④, ⑤, ⑥, ⑦)의 경우 이하에서 설명하는 작동기작에 의해 접촉매질 상태, 피검체(100)의 두께측정이 가능하도록 하는 것이다.

상기 제 2경사부(222)는 상기 제 1경사부(221)의 상단에 연하며 상기 제 1경사부(221)와 경사구배를 달리하는 구성으로 이러한 제 2경사부(222)에 의해 제 2반사경(5)이 상기 제 3경사부(223)에 구성되는 높이(h)가 결정되어 이하에서 설명하는 바와 같이 하면부(21)로 반사된 종파의 에코가 피검체(100) 내부로 조사된 횡파의 검사구간 이후에 나타나도록 하는 것이다. 즉 횡파와 종파의 간섭을 제어하여 측정의 정확도를 기할 수 있게 하는 것이다.

상기 제 3경사부(223)는 상기 제 2경사부(222)의 상단에 연하며 상기 제 2반사경(5)이 구성되는데, 상기 제 3경사부(223)의 경사구배는 제 1반사경(4)에서 반사되는 종파가 상기 제 2반사경(5)에 의해 하면부(21)로 반사시 반사되는 종파가 하면부(21)와 수직하게 반사되도록 구성되어야 한다.

즉 종파가 피검체(100) 내부로 조사될 수 있게 하면부(21)에 입사각 및 반사각이 90°가 되도록 제 3경사부(223)의 경사구배가 조정되어야 하는 것이다. 이에 더하여 하면부(21)에 입사각 및 반사각이 90°가 되도록 제 1반사경(4)의 각도도 조절될 수 있다.

상기 흡음부(24)는 상기 배면부(23)에 접하면서 초음파를 흡수하는 구성으로 그 재질은 다양한 공지의 재질 또는 구조가 적용될 수 있다.

상기 제 1반사경(4)은 상기 배면부(23)에 구성되어 상기 웨지(2) 내부로 조사되는 초음파 중 종파(④)를 경사부(22) 방향 즉 제 2반사경(5) 방향으로 반사(⑤)시키는 구성에 해당한다.

상기 배면부(23)에서 상기 제 1반사경(4)이 설치되는 위치 및 각도는 초음파 중 종파(④)를 반사시켜 제 2반사경(5)으로 조사될 수 있도록 하는 위치 및 각도로 조정되어야 한다.

상기 제 2반사경(5)은 상기 제 3경사부(223)에 구성되어 제 1반사경(4)에 의해 반사되는 종파(⑤)를 반사시켜 하면부(21)에 직교되는 종파(⑥)가 조사되도록 하는 구성에 해당한다.

이렇게 제 2반사경(5)에 의해 하면부(21)에 직교되는 종파(⑥)가 조사되도록 함으로써 탐촉자(3)와 경사부(221) 사이의 접촉매질이나 본딩의 상태는 물론 도 3에서 보는 바와 같이 A부분에서 접촉매질의 이상유무가 먼저 측정되도록 하는 것이다.

탐촉자(3)와 경사부(221)사이의 접촉매질이나 본딩에 하자가 발생되는 경우에는 도 4에서 보는 바와 같이 D영역에서 에코가 작아지거나 사라지게 되는 것이다. 이는 탐촉자(3)와 경사부(221)사이에 접촉매질이나 본딩이 불량하면 초음파는 웨지내부로 전파되기 어렵기 때문이다.

또한 A부분에서 접촉매질에 하자가 발생되는 경우에는 도 4에서 보는 바와 같이 D영역에서 진폭이 변화하는 것이다.

그 다음으로 제 2반사경(5)에 의해 하면부(21)에 직교되는 종파(⑥)가 피검체(100) 내부로 조사(⑦)되면 이러한 종파에 의해 피검체(100) 두께, 피검체(100) 자체의 하자유무가 측정되도록 하는 것이다. 도 4에서 보는 바와 같이 E영역에서 발생되는 에코에 의해 피검체(100) 두께, 피검체(100) 자체의 하자유무가 측정될 수 있는 것이다.

한편 본 발명에서는 하면부(21)에서 제 2반사경(5) 간 높이(h) 또는 탐촉자(3)에서 제 1반사경(4) 간 거리(d)를 조절하여 제 2반사경(5)에 의해 하면부(21)로 반사된 종파(⑥, ⑦)의 에코가 피검체(100) 내부로 조사된 횡파(②, ③)의 검사구간 이후에 나타나도록 하는 것을 특징으로 한다.

여기서 "횡파의 검사구간"이라함은 도 4에서 C영역으로서 횡파(②, ③)에 의해 B부분에 이르는 경로상에서 반사되어 에코가 발생될 수 있는 구간을 정의하는 것으로, 본 발명에서는 하면부(21)에서 제 2반사경(5) 간 높이(h) 또는 탐촉자(3)에서 제 1반사경(4) 간 거리(d)를 조절하여 "횡판의 검사구간"인 C영역 이후의 D영역 및 E영역에서 종파(⑥, ⑦)에 의한 에코가 발생되어 횡파와 종파에 의한 에코의 간섭을 제어하는 것이다.

이를 위한 하나의 실시 예가 도 5에 도시되고 있는 바, 도 5에서 보는 바와 같이 제 3경사부(223)가 높이차가 형성되도록 복수로 구성되어 선택된 제 3경사부(223)에 제 2반사경(5)이 구성되도록 하여 하면부(21)에서 제 2반사경(5) 간 높이가 조절되도록 하는 예가 제시된다.

본 실시 예에서는 복수의 제 3경사부(223)가 구성되어 선택된 제 3경사부(223)에 제 2반사경(5)이 구성되도록 함으로써 h값이 조절되도록 하는 것이다.

이에 더하여 본 실시 예에서는 도 5에서 보는 바와 같이 제 1경사부(321)에서 탐촉자(3)의 위치와 배면부(23)에서 제 1반사경(4)의 위치를 조절하여 탐촉자(3)에서 제 1반사경(4) 간 거리(d)가 조절되도록 하는 예가 제시되고 있다.

도면에서는 복수의 제 3경사부(223)에서 제 2반사경(5)의 구성위치를 선택함과 동시에 제 1경사부(321)에서 탐촉자(3)의 위치 및 배면부(23)에서 제 1반사경(4)의 위치를 조절하여 (h1, d1)에서 (h2, d2)로 각각 하면부(21)에서 제 2반사경(5) 간 높이(h) 및 탐촉자(3)에서 제 1반사경(4) 간 거리(d)가 조절되도록 하는 예를 제시하고 있다.

이러한 조절을 통해 제 2반사경(5)에 의해 하면부(21)로 반사된 종파(⑥, ⑦)의 에코가 피검체(100) 내부로 조사된 횡파(②, ③)의 검사구간 이후에 나타나도록 조정이 이루어지도록 하는 것이다.

한편 본 발명에서는 흡음부(24)의 다른 실시예가 도 6에 도시되고 있다. 본 실시예의 흡음부(24)는 상기 배면부(23)는 물론 이에 더하여 상기 배면부(23)에 연하는 상면부(25), 제 3경사부(223) 및 제 2경사부(222)를 덮는 형태로 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같이 흡음부(24)가 구성되도록 함으로써 웨지(2) 내부에서 불필요한 반사신호가 흡수되도록 하기 위한 것이다. 즉 이러한 흡음부(24)의 구조에 의해 반사되는 종파의 불필요한 간섭을 제어함으로써 상기에서 언급한 탐촉자(3)와 경사부(221)사이의 접촉매질이나 본딩에 하자, A부분에서 접촉매질에 하자, 피검체(100) 두께, 피검체(100) 자체의 하자 등에 대한 검사의 정확성이 배가되도록 하는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명의 장치 2 : 웨지
3 : 탐촉자 4 : 제 1반사경
5 : 제 2반사경

Claims (6)

1. 피검체와 매질을 매게로 접하는 하면부와, 상기 하면부 일측에서 상향의 경사구배가 형성되고 탐촉자에 의해 초음파가 조사되도록 하는 경사부와, 상기 경사부 상단에서 하향으로 연하는 배면부와, 상기 배면부에 접하면서 초음파를 흡수하는 흡음부를 포함하는 웨지;
   상기 배면부에 구성되어 상기 웨지 내부로 조사되는 초음파 중 종파를 경사부 방향으로 반사시키는 제 1반사경; 및
   상기 경사부에 구성되어 상기 제 1반사경으로부터 반사되는 종파를 상기 하면부에 직교하도록 반사시키는 제 2반사경;을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 경사부에는,
   상기 탐촉자가 구성되는 제 1경사부와, 상기 제 1경사부의 상단에 연하며 상기 제 1경사부와 경사구배를 달리하는 제 2경사부와, 상기 제 2경사부의 상단에 연하며 상기 제 2반사경이 구성되는 제 3경사부가 포함되는 것을 특징으로 하는 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   하면부에서 제 2반사경 간 높이 또는 탐촉자에서 제 1반사경 간 거리를 조절하여 제 2반사경에 의해 하면부로 반사된 종파의 에코가 피검체 내부로 조사된 횡파의 검사구간 이후에 나타나도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   제 3경사부가 높이차가 형성되도록 복수로 구성되어 선택된 제 3경사부에 제 2반사경이 구성되도록 하여 하면부에서 제 2반사경 간 높이가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치.
   
5. 제 3항에 있어서,
   제 1경사부에서 탐촉자의 위치와 배면부에서 제 1반사경의 위치를 조절하여 탐촉자에서 제 1반사경 간 거리가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치.
   
6. 제 2항에 있어서,
   상기 흡음부는,
   상기 배면부, 상기 배면부에 연하는 상면부, 제 3경사부 및 제 2경사부를 덮는 형태로 구성됨을 특징으로 하는 멀티검사가 가능한 초음파 검사장치.