KR200291821Y1 - 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 대상물의 결함 및 변형 정보를 하나의 장비로 계측할 수 있도록 하여 보다 효율적이고 정확하게 계측하는 한편 대상물의 손상을 유발하지 않는 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기에 관한 것으로,

본 고안은 레이저로부터 광을 유도하기 위한 수단과, 유도된 광을 물체광과 참조광으로 분배하는 광분배기와, 분배된 광을 확산시키기 위한 광확산기와, 확산된 광을 대상물에 직접 조사하기 위한 오목거울이 설치된 아암과, 물체광과 참조광을 결함 측정할 때와 변형 측정할 때에 맞게 Tilting 거울과 PZT 거울을 제어해주는 컨트롤러와, 물체광과 참조광의 변위정보를 받아들이는 렌즈가 부착된 카메라와, 카메라의 촬영을 조절하는 제어부가 포함되어 구성됨을 특징으로 한다.

이에 따르면, 본 고안은 결함 계측장비와 변형 계측장비를 하나의 장비로 통합하고, 구성품들을 프로그램화된 컨트롤장치로 조절함으로서 상황에 맞게 결함이나 변형을 계측할 수 있다. 또한 전체적으로 봤을 때 기존의 두 장비에 대비하여 광학 부품의 수가 줄어들고 그에 따른 컨트롤장치도 간단해져 경제적으로 이익일 뿐만 아니라 계측 및 계측장비를 설치하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.

Description

결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기{THE POTABLE NONDESTRUCTIVE AND NONCONTACT LASER MEASUREMENT SYSTEM FOR SIMULTANEOUS MEASUREMENT OF THE DEFECT AND DEFORMATION}

본 고안은 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대상물의 결함 및 변형 정보를 하나의 장비로 계측할 수 있도록 하여 보다 효율적이고 정확하게 계측하는 한편 대상물의 손상을 유발하지 않는 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기에 관한 것이다.

현재의 과학기술의 발달 추세는 소형화, 고정밀화 등으로 대별되며, 사용상의 편리성을 갖춘 장비가 요구되어지고 있다.

이에 따라, 방사선투과검사, 자분탐상검사, 침투탐상검사 등의 장비들이 지속적으로 개발되어지고 있다.

그러나 이들 장비들은 계측시 세심한 주의를 하지 않으면 인체 또는 대상물에 치명적인 손상을 일으킬 수 있어 이를 개선하기 위한 기술이 필요하다.

또한, 압력용기나 복합재에 발생한 결함 및 변형의 정도를 검출하는 방법은 기존의 검사 방법으로도 가능하나, 원자로 압력용기내의 미세한 기공이나 균열, 항공기의 동체나 날개에 사용된 복합재의 박리(복합재가 얇은 조각으로 갈라지는 현상), 새와 같은 부드러운 물체와의 충격에 의한 손상 정도 등을 검출하는데는 어려움이 있고, 측정의 정밀도 또한 밀리미터 단위로 제한 받는 등 이를 개선하기 위한 기술이 필요하다.

이에 따라, 레이저광을 이용한 계측방법이 개발되었다.

관련 공지기술로는 미국특허 5,920,017(Thermal input control and enhancement for laser based residual stress measurements using liquid temperature indicating coatings)이 있으며, 유동 온도 지시 코팅을 이용한 잔류응력을 측정하는 방법이 공지되어 있다.

그러나 위 공지기술은 대상물의 잔류응력을 쉽게 가시화 할 수 있다는 장점은 있으나 대상물에 코팅을 하여야 하므로 검사대상의 형상, 주변조건 등에 제한을 받는다는 문제점이 있었다.

따라서 검사대상의 형상, 주변조건 등에 제한을 받지 않으며 마이크로미터 단위의 고정밀도로 대상물의 변형 정도를 측정할 수 있는 기술이 요구되고 있다.

본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 대상물의 결함 및 변형 정보를 하나의 장비로 계측할 수 있도록 하여 보다 효율적이고 정확하게 계측하는 한편 대상물의 손상을 유발하지 않는 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 대상물의 변형이나 결함의 정도를 비접촉식으로 측정하고 사용 및 휴대가 용이한 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기의 구성을 보인 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비피괴 레이저계측기의 주요부인 결함 계측시와 변형 측정시의 압전소자거울 및 경사거울의 작동상태를 보인 입체도,

도 3은 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기의 평면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 광유도 케이블 2 : 상향, 직선 방향 광분배기

3 : 하향, 직선 방향 광분배기 4 : 좌향, 직선 방향 광분배기

5 : 우향, 직선 방향 광분배기 6 : 거울

7 : 압전소자거울 8 : 거울

9 : 거울 10: 거울

11: 압전소자거울 12:거울

13: 압전소자거울 14:광차단셔터

17: 압전소자거울 18:시시디카메라

19: 광확산용렌즈 20:광확산용오목거울

21: 광수광자 22:아암

23: 광유도케이블고정장치

본 고안은 전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 레이저로부터 유도된 레이저광을 분배하기 위한 광분배기와, 광분배기에서 분배된 레이저광을 확산시켜 대상물에 조사하기 위한 아암과, 대상물로부터 반사되어진 레이저광과 광분배기로부터 분배되어진 나머지 레이저광을 수광하여서 결합하기 위한 광결합기와, 광결합기에서 결합된 레이저광에 대한 이미지를 결상하기 위한 시시디카메라가 구비된다.

또, 광분배기는 동일 높이, 동일 축상에 4개가 구비되되, 각각의 광분배기는 레이저로부터 유도된 레이저광을 종단의 광분배기를 중심으로 상, 하, 좌, 우로 분배하며, 아암은 광분배기에서 분배된 레이저광을 확산시킬 수 있도록 그 전단에 마련된 광확산용렌즈와, 광확산용렌즈에서 확산된 레이저광을 2차 확산하며 대상물에 조사할 수 있도록 그 후단에 마련되되 조사각의 조절이 가능한 오목거울이 구비된다.

또한, 광분배기로부터 분배된 레이저광을 반사시켜 광결합기로 입사되도록 하며 그 입사각을 조절할 수 있도록 광분배기 전단에 경사거울이 더 구비된다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기의 구성을 보인 사시도이다.

도 2는 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기의 주요부인 결함 계측시와 변형 측정시의 압전소자거울 및 경사거울의 작동상태를 보인 입체도이다.

도 3은 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기의 평면도이다.

본 고안은 광자를 이용하는 것으로서, 보다 상세히는 레이저의 여러가지 특성 중 가간섭성, 직진성 등을 이용하며, 대상물로부터 반사되어진 광과 원광원으로부터 분배되어진 광을 광결합기를 통하여 결합하고, 이를 시시디카메라를 통하여 이미지 결상시킴으로서 대상물의 변형 정보나 결함 정보를 실시간으로 얻기 위한 기술이다.

이를 위하여, 도 1내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기는 본체(100)내로 레이저광을 유도하기 위한 광유도 케이블(1)과, 광유도 케이블(1)을 본체에 고정시키기 위한 광유도 케이블 고정장치(23)와, 광유도 케이블(1)을 통하여 유도된 레이저광을 물체광과 참조광으로 분배하기 위한 광분배기(2,3,4,5)와, 광분배기(2,3,4,5)에서 분배된 레이저광을 반사시키기 위한 거울(6,8,9,10,12)과, 거울(8,9,10,12)에서 반사된 레이저광을 확산시키기 위한 광확산용 렌즈(19)와, 광확산용 렌즈(19)에서 확산된 광을 2차 확산시키기 위한 광확산용 오목거울(20)과, 광확산용 오목거울(20)에서 확산되어진 레이저광의 조사방향을 조절하기 위한 광 조사방향 조절나사(24)와, 광 조사방향 조절나사(24)에 의해 조사 각(角)이 조절되는 확산용 오목거울(20)을 본체에 고정하기 위한 아암(22)과, 광분배기(2,3,4,5)에서 분배된 레이저광의 위상의 변화를 조절하기 위한 압전소자 거울(7,11,13,17)이 구비된다.

또한, 광확산용 오목거울(20)을 통하여 대상물에 레이저광이 조사됨에 따라 대상물로부터의 반사광을 수광하기 위한 수광창(12)과, 수광창(12)을 통하여 수광되어진 레이저광과 본체(100)내의 광분배기(5)를 통하여 분배된 레이저광을 결합하기 위한 광결합기(16)와, 광분배기(5)를 거쳐 분배된 레이저광이 광결합기(16)에 잘 입사될 수 있도록 입사각을 조절하는 경사거울(15)과, 경사거울(15)을 통해 광결합기(16)로 입사되는 레이저광을 제어하기 위한 광차단셔터(14)와, 광결합기(16)에서 결합된 광의 이미지를 결상하기 위한 시시디(CCD)카메라(18) 및 광분배기(2,3,4,5)에서 분배되어진 물체광과 참조광을 결합 측정할 때와 변형 측정할 때에 경사거울(15)과 압전소자거울(7,11,13,17)을 제어하기 위한 콘트롤러가 구비된다.

여기서, 광확산용 오목거울(20) 및 광확산용 렌즈(19)가 구비된 아암(22)은 광분배기(5)를 중심으로 본체(100)의 상, 하, 좌, 우 측면에 각각 구비된다.

또한, 광분배기(2,3,4,5)들은 동일축상에 같은 높이로 설치되어, 광분배기(상향-직선방향 광분배기;2)는 광유도케이블(1)을 통하여 유도된 레이저광을 상향의 아암과 후단의 거울(6)로 분배하고, 광분배기(하향-직선방향 광분배기;3)는 광유도케이블(1)을 통하여 유도된 레이저광을 하향의 아암과 후단의 거울(6)로 분배하며,광분배기(좌향-직선방향 광분배기;4)는 광유도케이블(1)을 통하여 유도된 레이저광을 좌향의 아암과 후단의 거울(6)로 분배하고, 광분배기(우향-직선방향 광분배기;5)는 광유도케이블(1)을 통하여 유도된 레이저광을 우향의 아암과 후단의 거울(6)로 분배한다.

수광창(21)은 대상물로부터 반사된 반사광의 광량을 감소시키지 않는 투명한 재질로 되어있으며, 먼지와 이물질이 본체(100)내로 침투하는 것을 방지할 수 있도록 본체(100)에 장착되어 있다.

그리고 시시디카메라(18)는 대상물로부터 반사된 반사광을 수광하여서 대상물의 이미지를 결상하기 위한 것으로 물체광과 참조광의 변위정보를 받아들이는 렌즈가 부착되고 외부진동에 둔감하도록 구성되어 있다.

이하에는 전술한 기술적 구성을 참조하여 본 고안에 따른 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저계측기의 작용 효과를 상세히 설명한다.

본 고안은 4개의 아암이 설치되었으나, 설명의 편의상 하나의 아암만을 대상으로 하여 설명하고자 한다.

광유도케이블(1)을 통하여 유도된 레이저광은 광분배기(2)에서 아암(22)측과 경사거울(15)측으로 분배된다.

아암(22)측으로 분배된 레이저광은 압전소자거울(11)과 반사 거울(12)을 거쳐 아암(22)에 도달된다. 이때, 분배된 레이저광의 위상변화에 따른 정보는 압전소자거울(11)에 의해 컴퓨터로 입력되어진다.

아암(22)에 도달한 레이저광은 그 전단에 마련된 광확산용 거울(19)에 의해1차 확산되고, 광확산용 오목거울(20)에 의해 2차 확산된 다음 대상물에 조사된다. 여기서, 광확산용 오목거울(20)로부터 확산되어 대상물에 조사되는 레이저광은 광 조사방향 조절나사(24)의 조작에 의하여 그 조사각이 제어된다.

그리고 대상물로부터 반사되어진 광은 수광창(21)을 통하여 본체(100)내로 수광되어지고, 수광되어진 광은 광결합기(16)를 거쳐 시시디카메라(18)에 입사됨으로서 그 이미지가 결상된다.

한편, 광분배기(2)에서 분배된 또 하나의 레이저광은 후단의 거울(6)에서 반사되어 압전소자거울(13)에 도달한다. 이때, 분배되어진 레이저광의 위상변화에 따른 정보는 압전소자거울(13)에 의해 컴퓨터로 입력되어진다.

압전소자거울(13)로부터 반사된 레이저광은 광차단셔터(14)를 통하여 경사거울(15)에 도달하고, 경사거울(15)에서 반사된 레이저광은 광결합기(16)에 도달한다. 여기서, 경사거울(15)은 광결합기(16)에 레이저광이 잘 들어갈 수 있도록 그 경사각이 조절가능하도록 구성된다.

그리고 광결합기(16)에 도달된 레이저광과 광수광창(21)을 통하여 수광되어진 대상물의 반사광은 광결합기(16)를 통하여 결합되고, 그 이미지가 시시디카메라(18)를 통하여 결상되며, 결상된 이미지는 컴퓨터에 저장된다.

이에 따라, 실시간으로 대상물의 변형 정보나 결함 정보를 출력 받을 수 있게된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면 전자제품의 제조라인상에서 제품의 품질 수준의 향상, 철교 및 철탑과 같은 구조물의 결함 측정 및 수명예측, 공작기계의 변형해석 및 안전진단에 이용 가능하다.

또, 제품의 생산 공정 라인에서 신제품의 품질검사에 이용 가능하여 제품의 생산에 따른 시간적, 경제적, 인적자원의 효율적 이용이 가능하고, 측정에 대한 선행처리 및 검사후 처리가 간단하여 비전문가도 사용이 가능한 계측시스템의 구축가능하며, 대형 구조물(교량, 철탑)의 상시 안전 진단 감시 시스템의 운용이 가능하다.

또한, 레이저 가공 기술과 접목되어 레이저를 이용한 생산기술의 향상과 접합, 절단시의 신뢰성이 크게 향상될 뿐만 아니라 신소재의 성분분석이나 복합재료로 구성된 제품의 결함 검출이 용이하게 되는 등 생산분야에서 새로운 기술혁신을 유발한다.

이처럼 본 고안은 결함 계측장비와 변형 계측장비를 하나로 장비로 통합하고, 구성품들을 프로그램화된 컨트롤장치로 조절함으로서 상황에 맞게 결함이나 변형을 계측할 수 있다. 또한 전체적으로 봤을 때 기존의 두 장비에 대비하여 광학 부품의 수가 줄어들고 그에 따른 컨트롤장치도 간단해져 경제적으로 이익일 뿐만 아니라 계측 및 계측장비를 설치하는데 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 레이저광을 대상물에 조사하여 대상물의 변형정도 또는 결함정도를 계측하기 위한 레이저계측기에 있어서,

   레이저로부터 유도된 레이저광을 분배하기 위한 광분배기와,

   상기 광분배기에서 분배된 레이저광을 확산시켜 대상물에 조사하기 위한 아암과,

   상기 대상물로부터 반사되어진 레이저광과 상기 광분배기로부터 분배되어진 나머지 레이저광을 수광하여서 결합하기 위한 광결합기와,

   상기 광결합기에서 결합된 레이저광에 대한 이미지를 결상하기 위한 시시디카메라가 구비된 것을 특징으로 하는 결함 변형 동시 계측용 휴대용 비접촉 비파괴 레이저 계측기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광분배기는 동일 높이, 동일 축상에 4개가 구비되되, 각각의 광분배기는 레이저로부터 유도된 레이저광을 종단의 광분배기를 중심으로 상, 하, 좌, 우로 분배하며,

   상기 아암은;

   상기 광분배기에서 분배된 레이저광을 확산시킬 수 있도록 그 전단에 마련된 광확산용렌즈와,

   상기 광확산용렌즈에서 확산된 레이저광을 2차 확산하며 대상물에 조사할 수있도록 그 후단에 마련되되 조사각의 조절이 가능한 오목거울이 구비된 것을 특징으로 하는 결함 변형 동시 계측용 비접촉 비파괴 레이저 계측기.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 광분배기로부터 분배된 레이저광을 반사시켜 상기 광결합기로 입사되도록 하며 그 입사각을 조절할 수 있도록 상기 광분배기 전단에 경사거울이 더 구비된 것을 특징으로 하는 결함 변형 동시 계측용 비접촉 비파괴 레이저 계측기.