KR200318840Y1

KR200318840Y1 - 초음파 탐상장치

Info

Publication number: KR200318840Y1
Application number: KR20-2003-0010206U
Authority: KR
Inventors: 김진구
Original assignee: 중앙검사 주식회사
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2003-07-04

Abstract

본 고안에 따른 초음파를 피검사체에 전달하고 이에 대한 반사파를 탐촉자를 통하여 수신하여 처리된 탐상신호를 디스플레이하는 초음파 탐상기를 이용한 초음파 탐상장치는, 복수 개의 마우스볼을 구비하며, 상기 탐촉자를 장착하여 상기 피검사체상에 스캔이동시 각 마우스볼의 회전에 따른 복수의 위치 정보를 출력하는 자동위치검출기; 상기 초음파 탐상기로부터의 탐상신호와 동기신호 및 상기 자동위치검출기에서 출력되는 각 마우스볼의 위치정보를 유입하여 PC와 인터페이스하는 스캔정보획득부; 및 상기 스캔정보획드부로부터 수신된 상기 각 마우스볼의 위치정보를 보정하여 피검사체 결함부위에 대한 X, Y좌표의 위치정보를 산출하고, 상기 탐상신호를 연산하여 상기 피검사체 내부의 결함에 대한 상세 데이터를 화면에 수치화하여 디스플레이하고 데이터로서 저장하는 PC를 포함함을 특징으로 한다.

본 고안에 의하면, 자동위치검출기로 피검사체를 스캔함과 동시에 복수의 마우스볼을 이용하여 탐촉자의 위치정보를 자동으로 보정하여 산출하고, 초음파 탐상기에서 출력되는 탐상신호를 화면에 수치화하여 디스플레이함으로써 검사자가 신속히 결함부위에 대한 세부적인 데이터를 신속히 얻을 수 있으며, 이들 세부 검사 데이터의 저장 및 인쇄출력이 가능하여 초음파 탐상 결과에 대한 신뢰성을 제고할 수 있다.

Description

초음파 탐상장치{Ultrasonic flaw detecting tester}

본 고안은 초음파 탐상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 피검사체에서 내부 결함에 대한 위치 및 세부정보를 자동으로 신속하게 측정하여 검사결과를 신뢰성 있게 데이터화할 수 있는 초음파 탐상장치에 관한 것이다.

비파괴 검사는 발전소 건설 현장이나 배관공사 및 압력용기 등을 제작하는 다양한 산업현장에서 용접상태 등의 내부 결함유무를 측정하는 데 매우 유용하게 적용되고 있으며 또한, 피검사체에 손상을 가하지 않고 검사할 수 있어 제품의 안정성 및 신뢰성 향상에 크게 기여하고 있다. 비파괴 검사 방식의 하나인 방사선 투과검사는 검사시에 사용한 필름 등의 검사 자료로서 제 3자의 신뢰를 용이하게 얻을 수 있어 산업현장에서 주로 적용되고 있다. 그러나, 방사선투과 검사장비를 부주위하게 취급할 경우 검사자의 건강에 심각한 위해를 줄 수 있는 방사선 피폭의 위험성이 있을 뿐만 아니라, 투과검사에 소요되는 방사성 물질 및 필름과 같은 고가의 소모품이 사용되기 때문에 검사 비용이 많이 소용되는 문제점이 있다.

이에 대응한 초음파탐상검사 방식은 검사장비 취급시에 검사자가 방사능에 피폭될 위험성이 없을 뿐만 아니라 검사감도가 우수하고 검사속도가 빠르기 때문에 검사효율이 높은 장점이 있어 점차 사용이 증가 추세에 있다.

이러한, 초음파에 의한 비파괴검사 방법은 검사자가 초음파 탐상기를 이용하여 피검사체 위에 초음파를 발생시키는 탐촉자에 의해 피검사체에 전달한 후, 초음파에 대한 반사파가 디스플레이되면 검사자가 화면을 통하여 피검사체 내부의 결함 여부를 확인하였다.

즉, 피검사체상을 탐촉자로서 스캔하여 이동시켜갈 때 피검사체의 내부 결함부위가 존재하는 경우 해당 지점에서 반사된 초음파 신호에 의해 탐상기의 화면에 디스플레이 되면, 검사자는 탐촉자로부터 결함위치까지의 Z축상의 거리를 화면상에서 반사된 신호 파형의 시간축 상의 눈금을 환산하여 산출하였다. 또한, 피검사체의 평면상에서의 탐촉자의 위치는 검사자가 자를 이용하여 직접 거리치수를 측정하여 X, Y축상의 결함위치를 검사결과서를 작성하였다. 그러나 이 경우, 단순히 검사자가 직접 측정에 의한 결과치를 산출하여 기입함으로써, 제3자에게 신뢰성을 가질 수 있는 명확한 검사 결과 자료를 제공하기가 힘들었다.

이에 따라 피검사체의 용접부 등에서 발생하는 결함유무 및 결함을 자동적으로 신속히 측정하고 이 측정 데이터를 수치화함으로써 객관적인 검사결과를 얻을 수 있는 초음파탐상 검사장치의 필요성이 요구되어 왔다.

본 고안은 상기의 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 비파괴 검사체의 결함부위에 대한 관련 데이터와 위치정보를 자동으로 신속히 측정하고, 위치정보와 탐상신호를 신뢰성 있는 수치화한 데이터값으로 산출하는 초음파 탐상 검사장치를 제공하는 데 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 적용되는 일반적인 초음파 탐상기의 기본 기능을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2는 도 1에 도시된 초음파 탐상기를 이용한 본 고안의 초음파 탐상장치를 설명하기 위한 블록도이다.

도 3은 도 2에 도시된 스캔정보획득부의 세부 블록도이다.

도 4는 도 2에 도시된 자동위치검출기를 보다 상세히 설명하기 위한 밑면도이다.

도 5a는 도 2에 도시된 PC의 모니터 화면에서 용접부의 탐상 초기조건을 나타내는 주 Menu화면이다.

도 5b는 도 2에 도시된 PC의 모니터 화면에서 탐상 결과로서 결함부위의 세부 데이터를 나타내는 스캔 메뉴화면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

24 ... 초음파 탐상기 25 ... 스캔정보획득부

26 ... 자동위치검출기 27 ... 탐촉자

28 ... PC 42 ... 제1마우스볼

44 ... 제2마우스볼 46 ... 제3마우스볼

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 펄스파를 탐촉자에 인가하여 초음파를 피검사체에 전달하고 이에 대한 반사파를 상기 탐촉자를 통하여 수신하여 처리된 탐상신호를 디스플레이하는 초음파 탐상기를 이용한 초음파 탐상장치에 있어서, 복수 개의 마우스볼을 구비하며, 상기 탐촉자를 장착하여 상기 피검사체상에 스캔이동시 각 마우스볼의 회전에 따른 복수의 위치 정보를 출력하는 자동위치검출기; 상기 초음파 탐상기로부터의 탐상신호와 동기신호 및 상기 자동위치검출기에서 출력되는 각 마우스볼의 위치정보를 유입하여 PC와 인터페이스하는 스캔정보획득부; 및 상기 스캔정보획드부로부터 수신된 상기 각 마우스볼의 위치정보를 보정하여 피검사체 결함부위에 대한 X, Y좌표의 위치정보를 산출하고, 상기 탐상신호를 연산하여 상기 피검사체 내부의 결함에 대한 상세 데이터를 화면에 수치화하여 디스플레이하고 데이터로서 저장하는 PC를 포함함을 특징으로 한다.

또한, 상기 자동위치검출기에서 3개 마우스볼의 회전에 따른 각각의 논리적 좌표변동값을 산출하며, 상기 PC는 소정의 시간마다 좌표의 변동값을 체크하여 좌표의 변동값이 0이 아닌 소정 범위의 변동값을 갖는 해당 마우스볼의 좌표 변동값만을 산술평균하여 위치정보를 보상함을 특징으로 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 고안의 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안에 적용되는 일반적인 초음파 탐상기의 기본 기능만을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1에 도시된 초음파 탐상기는 제어부(10)에서 미도시된 제어판넬을 통하여 검사자가 설정한 레인지에 따라 신호처리부(20)를 제어하며, 타이머(12)에서 출력된 신호는 펄스발생부(14)를 제어하여 약 500V 이상의 고전압의 펄스를 발생시켜탐촉자(16)내의 진동자에 전송되어 초음파를 발생시킨다. 이때, 탐촉자(16)는 미도시된 접촉매질을 통하여 접하고 있는 피검사체(18)의 내부로 초음파를 전달하며, 피검사체(18) 내부에 결함이 있을 경우에 해당 결함위치에서 반사된 초음파는 탐촉자(16)의 수신부에서 수신되어 미도시된 증폭부에서 증폭된 후, 신호처리부(20)에서 신호처리된 다음 화면에 시간축 상으로 반사파를 표시부(22)에 디스플레이 된다.

도 2는 도 1에 도시된 기존의 초음파 탐상기를 이용한 본 고안의 초음파 탐상장치를 설명하기 위한 블록도로서, 일반적으로 비파괴 검사시 이용되는 초음파 탐상기(24)에 접속되어 초음파 탐상기(24)로부터 펄스신호를 유입하여 초음파를 발생시키고 피검사체내에서의 반사파의 탐상신호를 수신하여 초음파 탐상기(24)에 전송하는 탐촉자(16)와, 이동시 회전하는 3개의 마우스볼로 구성되어 각 마우스볼의 회전에 따라 위치정보를 출력하며, 상기 탐촉자(16)를 피검사체(18)에 밀착하여 스캔하여 이동될 수 있도록 하단부에 상기 마우스볼 간과 동일거리인 중앙에 장착하는 자동위치검출기(26)를 구비하며, 자동위치검출기(26)에서 출력된 위치정보와 상기 탐상기(24)에서 처리되는 탐상신호와 수신동기신호는 인터페이스 기능을 하는 스캔정보획득부(25)와, 스캔정보획득부(25)를 통하여 수신하여 보정한 위치정보와 연산처리한 탐사신호에 대한 세부 데이터를 실시간으로 피검사체에 대한 결함위치를 수치화하여 모니터 화면에 디스플레이하고 저장하는 PC(28)를 구비한다.

도 3은 도 2에 도시된 스캔정보획득부의 세부 블록도로서, 초음파 탐상기(24)에서 출력되는 수신 동기신호를 유입하여 신호처리를 위한 타이밍 신호를 제공하는 타이밍신호 발생기(30), 초음파 탐상기(24)의 아나로그 탐상신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털변환부(32)와 변환된 디지털 신호를 일시적으로 저장하는 메모리(34), 상기 초음파신호와 위치정보를 PC에 전송하기 위한 인터페이스부(38)를 구비한다.

마우스볼을 이용하여 탐촉자의 위치정보를 산출하기 위해서는 피검사체의 표면에 슬라이딩성을 갖는 접촉매질이 도포되고, 피검사체의 표면의 거침 정도에 기인하여 마우스볼의 회전이 피검사체 표면과 매칭되어 완벽하게 회전하지 못하는 경우가 있다. 이를 고려하여 마우스볼은 복수로서 본 실시예에서는 3개로 구비되고 각각의 마우스볼에서 출력되는 위치정보인 좌표값은 PC(28)에서 소프트웨어적으로 보상한다.

도 4는 도 2에 도시된 자동위치검출기(26)를 보다 상세히 설명하기 위한 밑면도로서, 마우스볼과 탐촉자의 물리적 좌표와 논리좌표와의 관계를 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이 자동위치검출기(26)의 밑면에는 3개의 제1 내지 제3마우스볼(42, 44, 46)을 구비하며 가운데 탐촉자(27)가 장착되어 구성된다. 3개의 마우스볼과 동일 거리인 중앙에 탐촉자(27)가 장착되어 있으며, 자동위치검출기(26)의 밑면 상단부의 중앙점(P)의 물리적 좌표값을 (0,0)이라 할때, 제1마우스볼(42)의 물리적좌표값은(0,1), 제2마우스볼(44)의 물리적좌표값은 (1,3), 제3마우스볼(46)의 물리적좌표값이 (-1,3)으로 설정될 수 있으며, 논리적인 좌표는 각 마우스볼이 논리적으로 갖는 위치로써 처음 스캔이동하기 직전의 위치에서 각 마우스볼의 초기치 논리좌표값은 (0,0)으로 설정된다. 마우스의 이동한 거리와 비례하여 각 마우스볼이 오류없이 정확하게 매칭하여 이동거리에 따라 회전하게 되는 경우에는 마우스볼이 움직일 때 각 마우스가 갖는 논리적 좌표값은 동일하게 나타나게 된다. 그러나, 실질적으로 마우스볼의 출력값은 상술한 이유에 의해 오류를 갖게 되며, 본 고안의 실시예에서는 각 3개의 마우스볼에서 출력되는 값을 PC(28)에 유입하여 내장된 위치에러 보정프로그램에서 에러보정을 수행한다.

표 1은 자동위치검출기의 각 마우스볼이 슬라이딩 없이 균일한 속도로 움직일 때 위치정보로서 PC의 메모리 테이블에 저장되는 일예를 나타낸다.

	시작	0.1초	0.2초	0.3초	0.4초	0.5초
제1마우스볼	0,0/0/0	1,0/1/0	2,0/1/0	3,0/1/0	4,0/1/0	5,0/1/0
제2마우스볼	0,0/0/0	1,0/1/0	2,0/1/0	3,0/1/0	4,0/1/0	5,0/1/0
제3마우스볼	0,0/0/0	1,0/1/0	2,0/1/0	3,0/1/0	4,0/1/0	5,0/1/0

표 1에서는 논리적 좌표값을 나타내며, 예컨대 0,0/0/0은 각각 X좌표값, Y좌표값/ X좌표 ±변동값/ Y좌표 ±변동값을 나타낸다.

PC(28)에서는 매 0.1초마다 에러 보정 프로그램을 이용하여, 자동위치검출기(26)로부터 스캔정보획득부(25)를 통하여 유입되어 저장되는 각 마우스볼의 위치정보를 비교한다. 따라서, 3개의 마우스볼 중에서 2개의 마우스볼에서 슬라이딩에러가 발생한 경우에도 에러보정이 가능하다. 즉, 슬라이딩 에러가 발생한 해당 마우스볼의 0에 가까운 출력값은 무시하고, 나머지 마우스볼의 출력값으로 탐침자(27)의 위치를 산출한다.

또한, PC(28)에서는 피검사체의 거친표면을 자동위치검출기가 이동할 때 발생할 수 있는 일부 마우스볼의 슬라이딩에 의해 각 마우스볼에서 출력되는 좌표의 변동값이 0보다 크며 서로 다를 경우에는 각각의 마우스볼에 의해 출력되는 음과 양의 좌표변동값을 산술평균한 값으로 보정된 위치정보를 취득한다. 이 경우에도 하나가 좌표변동값이 0인 경우에는 해당 마우스볼에 대한 출력은 무시하고 나머지 마우스볼의 출력부에서 출력되는 좌표변동값으로 위치보정을 한다.

또한, 특정범위 이상인 좌표변동값인 경우에는 이를 해당 마우스볼의 좌표변동값은 삭제하여 에러보정에 따른 오류를 발생하는 것을 방지한다.

위치정보의 전송은 검사자가 자동위치검출기(26)의 상단에 미도시된 리셋버튼을 누르면 각 마우스볼의 현재 위치의 논리좌표값이 (0,0)으로 되며, 자동위치검출기(26)를 피검사체상에서 스캔하여 이동시키면 각각의 마우스볼의 회전에 따른 탐침자(27)의 위치정보가 스캔정보 획득부(25)에 전송된다. 스캔정보 획득부(25)에서는 디지털신호처리부(36)에서 후술되는 초음파 탐상기(24)에서 출력되는 탐상신호를 결합하여 인터페이스부(38)를 통하여 PC(28)에 전송한다.

PC(28)에서는 각 마우스볼의 위치정보를 보정 연산처리하여 피검사체내에 결함부위가 발견되었을 경우에 피검사체 상에서의 각각의 마우스볼의 위치정보를 보정하여 결함부위의 위치로 보정되어 정확히 산출한다.

검사자가 PC(28)에서 초음파 탐상 프로그램을 작동시키고, 탐촉자(27)가 장착된 자동위치검출기(26)를 피검사체(18)위를 스캔하여 이동시키면, 피검사체(18) 내부결함부위에서 반사된 반사파신호는 탐촉자(27)를 통하여 초음파 탐상기(24)로 전송되며, 초음파 탐상기(24)에서는 수신된 반사파를 신호처리하여 디스플레이 한다.

또한, 신호처리된 아날로그 탐상신호는 초음파 탐상기(24)의 미도시된 RS-232C 포트를 통하여 스캔정보 획득부(25)내의 아날로그/디지털 변환부(32)에 전송되어 디지털신호로 변환된다. 디지털신호로 변환된 탐상신호는 메모리(34)에 일시 저장된 후 자동위치검출기(26)에서 유입된 위치정보와 탐상신호를 디지털신호처리부(36)에서 위치정보와 탐상신호를 결합한 후 인터페이스부(38)를 통하여 PC(28)로 전송한다.

도 5a 및 도 5b는 도 2에 도시된 PC의 모니터화면에서 용접부의 탐상 초기조건과 결과 데이터를 도시한 메뉴화면의 일예로서, 도 5a는 주 Menu화면으로 탐촉자의 스캔범위, 초음파 탐촉자의 피검사체와의 법선과의 각도 등의 초기 설정조건을 나타내며, 도 5b는 Scan메뉴를 설정한 화면으로서 위치정보와 탐상신호를 수치화하여 결함부위의 길이와 깊이, 위치 등을 상세히 나타내고, 또한, 화상처리된 결함부위를 나타내고 있다.

도 5a 및 도 5b의 초음파 반사 파형에서 X축은 시간축을 나타내며, Y축은 신호의 진폭정도를 나타내며, 서로 동일 반사파형으로서 단지 시간축과 진폭의 범위를 다르게 설정하였을 경우의 파형이다.

도 5b에서, 피검사체상의 결함부위 위치가 X, Y좌표값으로서 자동으로 결함부위의 위치가 시각적으로 디스플레이되고 수치화되므로 검사자가 결함부위가 발생할 때마다 위치정보를 얻기 위해 자로 해당 결함부위의 위치를 측정할 필요가 없다.

또한, 검사체의 크기가 커서 PC상에서 마우스볼의 에러 보정시의 누적 오차가 예상될 경우에는 특정지점까지의 거리를 입력하고 자동위치검출기 상에 있는 리셋버튼을 눌러 마우스볼의 논리좌표를 다시 0으로 리셋하여 보정할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 고안에 의하면, 자동위치검출기에 장착된 탐촉자로 피검사체를 스캔함과 동시에 복수의 마우스볼을 이용하여 탐촉자의 위치정보를 자동으로 보정하여 산출하고, 초음파 탐상기에서 출력되는 탐상신호를 PC의 모니터 화면에 수치화하여 디스플레이함으로써 검사자가 신속히 결함부위에 대한 세부적이 데이터를 신속히 얻을 수 있으며, 이들 세부 검사 데이터의 저장 및 인쇄출력이 가능하여 초음파 탐상 결과에 대한 신뢰성을 제고할 수 있다.

Claims

펄스파를 탐촉자에 인가하여 초음파를 피검사체에 전달하고 이에 대한 반사파를 상기 탐촉자를 통하여 수신하여 처리된 탐상신호를 디스플레이하는 초음파 탐상기를 이용한 초음파 탐상장치에 있어서,

복수 개의 마우스볼을 구비하며, 상기 탐촉자를 장착하여 상기 피검사체상에 스캔이동시 각 마우스볼의 회전에 따른 복수의 위치 정보를 출력하는 자동위치검출기;

상기 초음파 탐상기로부터의 탐상신호와 동기신호 및 상기 자동위치검출기에서 출력되는 각 마우스볼의 위치정보를 유입하여 PC와 인터페이스하는 스캔정보획득부; 및

상기 스캔정보획드부로부터 수신된 상기 각 마우스볼의 위치정보를 보정하여 피검사체 결함부위에 대한 X, Y좌표의 위치정보를 산출하고, 상기 탐상신호를 연산하여 상기 피검사체 내부의 결함에 대한 상세 데이터를 화면에 수치화하여 디스플레이하고 데이터로서 저장하는 PC를 포함함을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
제 1항에 있어서, 상기 자동위치검출기에서 3개 마우스볼의 회전에 따른 각각의 논리적 좌표변동값을 산출하며, 상기 PC는 소정의 시간마다 좌표의 변동값을 체크하여 좌표의 변동값이 0이 아닌 소정 범위의 변동값을 갖는 해당 마우스볼의 좌표 변동값만을 산술평균하여 위치정보를 보상함을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.