KR20050022585A - System for defect-detection in plate using a laser excitation typed lamb wave - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저에 의해 발생하는 초음파를 한곳으로 집중시킴으로써 레이저에서 초음파로 변환되는 과정에서의 에너지 변환효율을 높이고, 결함 검출시 공간 분해능 및 결함 검출능력을 향상시킬 수 있는 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a sheet defect detection system using a laser-excited focused lamb wave, and more particularly, by concentrating the ultrasonic waves generated by the laser in one place, improving the energy conversion efficiency in the process of converting the laser to the ultrasonic waves, and detecting the defects. The present invention relates to a plate defect detection system using a laser excitation focused lamb wave that can improve space-time resolution and defect detection capability.
종래 비파괴 평가방법은 그 평가속도가 매우 느리거나, 평가과정이 노동 집약적이며 때로는 위험하기까지 하다. 이러한 요인들로 인해 비파괴 검사의 실제 사용은 극히 제한되어져 왔으며, 이는 제조물의 안전을 위협하는 요인으로 작용하였다. Conventional non-destructive evaluation methods are very slow, or the evaluation process is labor intensive and sometimes dangerous. These factors have limited the practical use of non-destructive testing, which poses a threat to the safety of the product.
상술한 문제를 극복하기 위해 레이저를 이용하여 비접촉식으로 초음파를 발생시키고 이를 비파괴 평가에 응용하고자 하는 연구들이 이루어져 왔다. 그러나 이러한 기술들은 레이저를 이용하여 초음파를 발생시키는 과정에서 에너지의 집중이 이루어지지 않아 기존의 접촉식 트랜스듀서를 이용하여 초음파를 발생시키는 것에 비하여 초음파 발생과정이 비효율적이라는 문제점이 있었고, 이러한 초음파 발생과정의 비효율성을 극복하기 위하여 레이저의 에너지를 높이는 것은 시편 자체의 파손을 가져올 수 있기 문제점이 있었다. 또한, 발생한 초음파가 넓은 영역에 걸쳐 전파함으로써 결함검출시 높은 공간분해능을 제공할 수 없는 문제점도 있었다. In order to overcome the above problems, studies have been made to generate ultrasonic waves in a non-contact manner using a laser and apply them to non-destructive evaluation. However, these technologies have a problem that the ultrasonic generation process is inefficient compared with the generation of ultrasonic waves using a conventional contact transducer because energy is not concentrated in the process of generating ultrasonic waves using a laser. Increasing the energy of the laser to overcome the inefficiency of the problem could cause damage to the specimen itself. In addition, since the generated ultrasonic waves propagate over a large area, there is a problem in that high spatial resolution cannot be provided during defect detection.
본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초음파를 한 점에 집중시킴으로써 상대적으로 낮은 레이저 에너지 밀도 하에서도 충분한 강도의 초음파를 발생시킴과 동시에 높은 공간 분해능을 제공하는, 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템을 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, by concentrating the ultrasonic waves at one point, which generates an ultrasonic wave of sufficient intensity even under relatively low laser energy density, and at the same time, provides high spatial resolution. It is to provide a plate defect detection system using.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템에 관한 것으로서, 레이저 빔을 발생하는 펄스 레이저 발생장치; 상기 펄스 레이저 발생장치에 의해 발생된 레이저 빔의 폭을 확대시켜 시편 표면의 단위면적당 조사되는 에너지가 지나치게 높아 시편 표면을 손상시키지 않도록 하는 빔 익스팬더; 상기 폭이 확대된 레이저 빔의 단면 형상을 원호형으로 변환하는 원호형 슬릿; 조사하고자 하는 위치에 원호형 레이저 빔이 조사되도록 시편을 전후좌우로 이송시키는 이송장치; 제어신호에 따라 상기 이송장치에 구동력을 제공하는 구동장치; 상기 원호형 슬릿에 의해 생성된 원호형 레이저 빔이 시편 내의 원호 중심에 존재하는 결함유무 및 결함의 크기에 따라 직진하거나 또는 반사하면서 생성되는 공중초음파 신호를 검출하는 공기용량형 초음파 트랜스듀서; 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서에 의해서 검출된 공중초음파 신호를 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서로부터 수신하여 상기 공기용량형 초음파 신호에 포함되어 있는 잡음을 제거하고, 증폭시킨 후 디지털 신호로 변환시키는 A/D변환 및 증폭장치; 상기 A/D변환 및 증폭장치로부터 디지털 신호로 변환된 공중초음파 신호를 수신하여 디스플레이 시키는 디지털 오실로스코프; 및 상기 A/D변환 및 증폭장치로부터 디지털 신호로 변환된 공중초음파 신호를 수신하여 저장하고, 상기 구동장치의 이동 완료시점에서 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서가 공중초음파를 수신할 수 있도록 상기 구동장치로부터 이동 종료신호를 수신하거나 자체적으로 이동 종료시간을 계산하여 공중초음파의 수신시점을 결정하고 또는 상기 구동장치에 제어신호를 전송하는 제어 및 저장장치; 를 포함한다. The present invention for achieving the above object, relates to a sheet defect detection system using a laser-excited focused lamb wave, comprising: a pulse laser generator for generating a laser beam; A beam expander which enlarges the width of the laser beam generated by the pulse laser generator so that the energy irradiated per unit area of the specimen surface is too high so as not to damage the specimen surface; An arc-shaped slit for converting the cross-sectional shape of the enlarged laser beam into an arc shape; A conveying apparatus for conveying the specimen in front, rear, left and right so as to irradiate an arc laser beam at a position to be irradiated; A driving device for providing a driving force to the transfer device according to a control signal; An air capacitive ultrasonic transducer for detecting an airborne ultrasonic signal generated while the arc-shaped laser beam generated by the arc-shaped slit is straight or reflected according to the presence or absence of a defect present in the arc center of the specimen and the size of the defect; A / S that receives the air ultrasonic signal detected by the air capacitive ultrasonic transducer from the air capacitive ultrasonic transducer, removes the noise contained in the air capacitive ultrasonic signal, amplifies and converts the digital signal into a digital signal. D conversion and amplification apparatus; A digital oscilloscope for receiving and displaying an air ultrasonic signal converted into a digital signal from the A / D conversion and amplifying apparatus; And receiving and storing an air ultrasonic signal converted into a digital signal from the A / D conversion and amplifying device, and allowing the air capacitive ultrasonic transducer to receive the air ultrasonic wave when the movement of the driving device is completed. A control and storage device for receiving a movement end signal from the mobile station or calculating a movement termination time by itself to determine a reception time of an ultrasonic wave, or to transmit a control signal to the driving device; It includes.
바람직하게는 상기 펄스 레이저 발생장치가 Nd:YAG 펄스 레이저를 발생하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the pulse laser generator generates Nd: YAG pulse laser.
또한 바람직하게는 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서가 공중초음파를 정확히 수신하도록 수신각도를 조절하는 각도 조절장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. Also preferably, the air-capacitive ultrasonic transducer further comprises an angle adjusting device for adjusting the receiving angle so as to accurately receive the air ultrasonic waves.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템의 구성을 도 1 내지 도 6(b) 를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. Referring to Figures 1 to 6 (b) the configuration of a plate defect detection system using a laser excitation focused lamb wave according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템에 대한 블럭도이고, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 조사형상에 따른 초음파의 전파양상을 도시한 도면이고, 도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 위상속도의 분산선도이고, 도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 판재결함 검출 시스템을 이용하여 실제 결함으로부터 반사되어 나온 초음파를 수신한 파형과 그에 대한 주파수 분석의 일예시도이고, 도 5 는 판재 내의 결함을 찾기 위한 검출 방법에 대한 설명도이고, 도 6(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 원호형 슬릿에 의한 집속형 초음파를 이용한 결함 검출 결과의 그래프이며, 도 6(b) 는 기존의 선형 슬릿을 이용한 결함 검출한 결과의 그래프이다. 1 is a block diagram of a plate defect detection system using a laser-excited focused ram wave according to an embodiment of the present invention, Figure 2 shows the propagation pattern of the ultrasonic wave according to the laser irradiation shape according to an embodiment of the present invention 3 is a diagram illustrating a dispersion of phase velocity according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating receiving ultrasonic waves reflected from actual defects using a plate defect detection system according to an embodiment of the present invention. 5 is an explanatory diagram of a waveform and a frequency analysis thereof, and FIG. 5 is an explanatory diagram of a detection method for finding defects in a plate, and FIG. It is a graph of defect detection results using ultrasonic waves, and Fig. 6B is a graph of defect detection results using existing linear slits.
본 발명의 일실시예에 따른 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템은 펄스 레이저 발생장치(10), 빔 익스팬더(20), 원호형 슬릿(30), 이송장치(40), 구동장치(50), 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60), 각도 조절장치(70), A/D변환 및 증폭장치(80), 디지털 오실로스코프(90) 및 제어 및 저장장치(100)를 포함한다. Plate defect detection system using a laser excitation focused lamb wave according to an embodiment of the present invention is a pulse laser generator 10, beam expander 20, arc-shaped slit 30, the transfer device 40, the driving device ( 50), an air capacitive ultrasonic transducer 60, an angle adjusting device 70, an A / D conversion and amplifying device 80, a digital oscilloscope 90 and a control and storage device 100.
상기 펄스 레이저 발생장치(10)는 레이저 빔을 발생하는 기능을 수행하는 바, 본 실시예에서 상기 펄스 레이저 발생장치는 파장이 1062nm인 Nd:YAG 펄스 레이저를 발생시키는 것으로 설정하였으나 본 발명이 상기 파장 및 레이저의 종류에 한정되는 것은 아니다. The pulse laser generator 10 performs a function of generating a laser beam. In the present embodiment, the pulse laser generator is set to generate an Nd: YAG pulse laser having a wavelength of 1062 nm. And the type of laser.
또한, 상기 빔 익스팬더(20)는 상기 펄스 레이저 발생장치(10)에 의해 발생된 레이저 빔이 시편 표면의 단위면적당 조사되는 에너지가 지나치게 높아 시편 표면을 손상시키지 않도록 상기 레이저 빔의 조사면적(레이저 빔의 폭)을 확대하는 기능을 수행한다. In addition, the beam expander 20 is irradiated area (laser beam) of the laser beam so that the laser beam generated by the pulse laser generator 10 is irradiated per unit area of the specimen surface is too high to damage the specimen surface. Function to enlarge the width).
본 실시예에서 상기 빔 익스팬더(20)는 4mm의 레이저 빔의 폭을 20mm이상으로 확대하는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 상기 확대 범위로 한정되는 것은 아니다. In this embodiment, the beam expander 20 is set to enlarge the width of the laser beam of 4mm to 20mm or more, but the present invention is not limited to the expansion range.
또한, 상기 원호형 슬릿(30)은 시편의 표면에 조사되는 레이저 빔의 조사형상이 검사 대상체에서의 초음파원의 형상과 동일하게 되도록 레이저 빔의 단면 형상을 원호형으로 변환하는 기능을 수행한다. In addition, the arc-shaped slit 30 performs a function of converting the cross-sectional shape of the laser beam into an arc so that the irradiation shape of the laser beam irradiated onto the surface of the specimen is the same as the shape of the ultrasonic source in the test object.
본 실시예에서는 레이저 빔의 단면 형상을 변환하는 것으로서 상기 원호형 슬릿(30)을 사용하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 렌즈 또는 컴퓨터에 의해 실시간으로 제어 가능한 공간광변환기(Spatial light modulator)를 이용하는 것도 가능하다. In the present embodiment, the arc-shaped slit 30 is used as the cross-sectional shape of the laser beam. However, the present invention is not limited thereto. The spatial light modulator can be controlled in real time by a lens or a computer. It is also possible to use).
본 실시예에서 상기 레이저 빔에 의한 초음파원의 형상을 원호형으로 설정하였는 바, 이러한 원호형 형상의 초음파는 상기 도 2 에 도시된 바와 같이 전파하면서 원호의 중심에 집중되어 좁은 영역에서 높은 에너지밀도를 갖는 집속형 초음파를 발생시킨다. In this embodiment, the shape of the ultrasonic source by the laser beam is set to an arc shape. The arc-shaped ultrasonic wave is concentrated in the center of the arc while propagating as shown in FIG. Generates a focused ultrasound having a.
이때 발생되는 초음파의 최대 주파수는 입사하는 레이저의 펄스 폭에 반비례한다. The maximum frequency of the generated ultrasonic waves is inversely proportional to the pulse width of the incident laser.
또한 상기 원호형 슬릿(30)의 슬릿간의 간격은 레이저 빔에 의한 초음파의 파장과 일치할 뿐만 아니라, 레이저 빔에 의한 초음파의 파장은 레이저 빔에 의한 초음파의 주파수와도 관련이 있는바, 레이저 빔에 의한 초음파의 주파수는 전달속도/파장이므로 초음파의 파장이 결정되면 전달속도가 일정한 대부분의 경우 주파수도 결정된다. In addition, the interval between the slits of the arc-shaped slits 30 not only matches the wavelength of the ultrasonic waves by the laser beam, but the wavelength of the ultrasonic waves by the laser beam is also related to the frequency of the ultrasonic waves by the laser beam. Since the frequency of the ultrasonic wave is the transmission speed / wavelength, when the wavelength of the ultrasonic wave is determined, in most cases, the frequency is also determined.
그러나, 수많은 모드가 동시에 발생하며, 시편에 있어서는 주파수에 따라 전달속도가 파장에 따라 레이저 빔에 의한 초음파의 주파수가 고정되지는 않는 바, 이러한 경우에는 정확한 파장과 주파수의 관계를 상기 도 3 에 도시된 위상속도의 분산선도로부터 구할 수 있다. 즉 상기 도 3 은 시편인 알루미늄 판재에서 발생하는 유도 초음파가 주파수별로 어떤 속도를 갖는지를 나타내는 분산선도로서, 종축은 주파수 및 판재두께를 나타내며, 횡축은 전파속도를 나타낸다. 하나의 선도가 하나의 모드를 나타내고 있으며, 붉은 일점쇄선은 대칭모드를, 푸른색 실선은 비대칭모드를 나타낸다. 이는 발생 주파수와 알루미늄판의 두께가 동일한 경우라도 다양한 모드가 발생할 수 있다는 것을 보여주고 있고, 또한 동일한 모드에서도 주파수의 변화에 따라 전파속도가 달라진다는 것을 보여준다. However, many modes occur at the same time, and in the specimen, the frequency of the ultrasonic wave by the laser beam is not fixed according to the wavelength of the transmission rate according to the frequency. In this case, the relationship between the correct wavelength and the frequency is shown in FIG. It can be obtained from the dispersion diagram of the phase velocity. That is, FIG. 3 is a dispersion line diagram showing what speed the induced ultrasonic waves generated in the aluminum plate, which is a specimen, has for each frequency. The vertical axis represents frequency and plate thickness, and the horizontal axis represents propagation speed. One line represents one mode, the red dashed line represents the symmetrical mode, and the blue solid line represents the asymmetrical mode. This shows that various modes can occur even if the frequency of occurrence and the thickness of the aluminum plate are the same, and also show that the propagation speed varies according to the frequency change in the same mode.
또한, 상기 이송장치(40)는 레이저를 조사하고자 하는 위치에 조사되도록 시편을 전후좌우로 이송하는 기능을 수행한다. In addition, the transfer device 40 performs a function of transferring the specimen in front, rear, left and right so as to irradiate the position to be irradiated with the laser.
본 실시예에서는 종래와 같이 시편의 소정 위치에 레이저를 조사하기 위하여 광학계 및 기타 여러 주변 장치들을 이송시키는 방식을 채택하지 않고, 상기 이송장치(40)를 이용하여 시편을 간단히 이송시키는 것으로 설정하였는 바, 측정 효율을 제고할 수 있게 되었다. In this embodiment, it is set to simply transfer the specimen using the transfer device 40 without adopting a method of transferring the optical system and various other peripheral devices to irradiate a laser to a predetermined position of the specimen as in the prior art. As a result, the measurement efficiency can be improved.
또한, 상기 구동장치(50)는 상기 제어 및 저장장치(100)의 제어신호에 의해 상기 이송장치(40)에 구동력을 제공하는 기능을 수행한다. In addition, the driving device 50 performs a function of providing a driving force to the transfer device 40 by a control signal of the control and storage device 100.
또한, 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60)는 상기 원호형 슬릿(30)에 의해 생성된 원호형 초음파가 시편 내의 원호 중심에 존재하는 결함유무 및 결함의 크기에 따라 직진하거나 또는 반사되는 공중초음파를 검출하는 기능을 수행한다. In addition, the air capacitive ultrasonic transducer 60 is an air ultrasonic wave that is straight or reflected depending on the size of the defect and the presence or absence of the arc-shaped ultrasonic wave generated by the arc-shaped slit 30 at the center of the arc in the specimen. Perform the function of detecting it.
본 실시예에서는 검출장치로서 공기용량형 초음파 트랜스듀서를 사용하는 것으로 설정하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바 다양한 형태의 광학식 간섭계를 검출장치로서 사용하는 것도 가능하다. In this embodiment, the air capacitive ultrasonic transducer is set as the detection device. However, the present invention is not limited thereto, and various types of optical interferometers may be used as the detection device.
또한, 상기 각도 조절장치(70)는 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60)가 공중초음파를 정확히 수신하도록 수신각도를 조절하는 기능을 수행한다.In addition, the angle adjusting device 70 performs a function of adjusting the reception angle so that the air capacitive ultrasonic transducer 60 accurately receives air ultrasonic waves.
상기 수신각도에 대한 민감성은 발생된 초음파가 다양한 모드를 갖는 경우, 특정모드(특정한 속도로 전파하는 모드)의 초음파만을 선택적으로 수신할 수 있다는 기술적 장점을 제공한다. The sensitivity to the reception angle provides a technical advantage that only ultrasonic waves of a specific mode (mode propagating at a specific speed) can be selectively received when the generated ultrasonic waves have various modes.
또한, 상기 A/D변환 및 증폭장치(80)는 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60)에 의해서 검출된 공중초음파 신호를 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60)로부터 수신하여 상기 공기용량형 초음파에 포함되어 있는 잡음을 제거하고, 증폭시킨 후 디지털 신호로 변환시키는 기능을 수행한다. In addition, the A / D conversion and amplification device 80 receives the air ultrasonic signal detected by the air capacitive ultrasonic transducer 60 from the air capacitive ultrasonic transducer 60 to receive the air capacitive ultrasonic wave. This function removes the noise included in the signal, amplifies it, and converts it into a digital signal.
또한, 상기 디지털 오실로스코프(90)는 상기 A/D변환 및 증폭장치(80)로부터 디지털 신호로 변환된 공중초음파 신호를 수신하여 디스플레이 시키는 기능을 수행한다.In addition, the digital oscilloscope 90 performs a function of receiving and displaying an air ultrasonic signal converted into a digital signal from the A / D conversion and amplifying device 80.
그리고, 상기 제어 및 저장장치(100)는 상기 A/D변환 및 증폭장치(80)로부터 디지털 신호로 변환된 공중초음파 신호를 수신하여 저장하고, 상기 구동장치(50)의 이동 완료시점에서 상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60)가 공중초음파를 수신할 수 있도록 상기 구동장치(50)로부터 이동 종료신호를 수신하거나 자체적으로 이동 종료시간을 계산하여 공중초음파의 수신시점을 결정하고 또는 상기 구동장치(50)에 동작신호 전송하는 기능을 수행한다. The control and storage device 100 receives and stores an air ultrasonic signal converted into a digital signal from the A / D conversion and amplification device 80 and the air at the completion of the movement of the driving device 50. The capacitive ultrasonic transducer 60 receives a movement end signal from the driving device 50 or calculates a movement end time by itself so that the capacitive ultrasonic transducer 60 can receive the air ultrasonic waves, or determines the reception time of the air ultrasonic waves or the driving device ( 50) to transmit the operation signal.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다. Referring to the operation of the plate defect detection system using a laser excitation focused lamb wave according to an embodiment of the present invention having the above-described configuration is as follows.
펄스 레이저 발생장치(10)는 파장이 1062nm이고 폭이 4mm인 Nd:YAG 펄스 레이저 빔을 발생시켜 빔 익스팬더(20)로 조사한다. The pulse laser generator 10 generates an Nd: YAG pulse laser beam having a wavelength of 1062 nm and a width of 4 mm and irradiates the beam expander 20.
상기 빔 익스팬더(20)는 상기 펄스 레이저 발생장치(10)로부터 조사된 레이저의 폭을 20mm이상으로 확장시킨다.The beam expander 20 extends the width of the laser irradiated from the pulse laser generator 10 to 20 mm or more.
폭이 확장된 레이저 빔은 원호형 슬릿(30)을 통과하면서 단면 형상이 원호형으로 변환된 후, 시편에 조사된다. The expanded laser beam passes through the arc-shaped slit 30, and the cross-sectional shape is converted into an arc shape, and then irradiated onto the specimen.
시편에 조사된 원호형 레이저 빔은 원호의 중심에 존재하는 결함의 유무 및 결함의 크기에 따라 직진 공중초음파 또는 반사 공중초음파를 생성하게 되고, 직진 또는 반사 공중초음파를 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60)는 검출하게 된다. The arc laser beam irradiated onto the specimen generates straight air or reflected air ultrasonic waves according to the presence or absence of a defect existing in the center of the arc, and converts the straight or reflected air ultrasound into an air capacitive ultrasonic transducer (60). ) Will be detected.
상기 공기용량형 초음파 트랜스듀서(60)에 의해 검출된 직진 또는 반사 공중초음파는 A/D변환 및 증폭장치(80)로 전송되어 잡음이 제거되고 증폭된 후 디지털 신호로 변환된다. The straight or reflected aerial ultrasonic waves detected by the air capacitive ultrasonic transducer 60 are transmitted to the A / D conversion and amplification apparatus 80 to remove noise, amplify, and convert the digital signals.
상기 디지털 신호를 디지털 오실로스코프(90)는 수신하여 이를 디스플레이 시키고, 제어 및 저장장치(100)는 이를 저장한다. 도 4는 이러한 과정을 거쳐 실제 결함으로부터 반사되어 나온 초음파를 수신한 파형과 그에 대한 주파수 분석의 한 예이다. 도 4 의 real time signal에서 앞부분의 신호는 초음파신호가 초음파소스의 후방으로 직접 전파되어 수신된 신호이며 뒷부분의 신호는 초음파소스의 전방 초점부분에 위치한 결함부위에서 반사되어 나온 신호이다. 도 5 는 판재내의 결함을 찾기 위한 탐색 방법에 대한 설명도이다. 왼쪽 그림은 측면에서 바라본 모습이며 오른쪽 그림은 이를 평면상에서 바라본 모습이다. 도 6(a) 및 도 6(b)는 상기 도 5 의 방법을 통하여 선형결함에 대한 검출실험을 한 예이다. 도 6(a) 및 도 6(b)의 횡축은 측정한 위치를 나타내며 0점은 결함의 중심부를 나타낸다. 종축은 측정된 신호의 최대값과 최소값의 차이로서, 결함으로부터 반사되어 나온 신호의 크기를 나타낸다. 결함은 길이가 1,3,5,7mm(각각 L1 ~ L7로 표기됨)인 선형결함이다. 상기 도 6(a) 는 본 발명에서 구현하고자 하는 원호형 슬릿에 의해 집속형 초음파를 발생시켜 결함을 검출한 결과이고 상기 도 6(b) 는 기존의 선형 슬릿을 이용하여 결함을 검출한 결과이다. 결함검출결과 원호형 슬릿을 이용한 결과가 선형 슬릿을 이용한 결과에 비해 실제 결함크기를 좀 더 정확하게 검출할 수 있음을 보여주고 있다. The digital oscilloscope 90 receives the digital signal and displays it, and the control and storage device 100 stores it. Figure 4 is an example of the waveform and the frequency analysis for receiving the ultrasonic wave reflected from the actual defect through this process. In the real time signal of FIG. 4, the front signal is a signal received by propagating an ultrasonic signal directly to the rear of the ultrasonic source, and the rear signal is a signal reflected from a defect located at the front focal point of the ultrasonic source. 5 is an explanatory diagram for a search method for finding a defect in a plate. The picture on the left is seen from the side, and the picture on the right is seen from the plane. 6 (a) and 6 (b) are examples of detecting a linear defect through the method of FIG. 6A and 6B, the abscissa represents the measured position and the 0 point represents the center of the defect. The vertical axis is the difference between the maximum and minimum values of the measured signal and represents the magnitude of the signal reflected from the defect. The defect is a linear defect of length 1, 3, 5, 7 mm (denoted L1 to L7, respectively). 6 (a) is a result of detecting a defect by generating focused ultrasound by an arc-shaped slit to be implemented in the present invention, and FIG. 6 (b) is a result of detecting a defect using a conventional linear slit. . The defect detection results show that the results using arc-shaped slits can detect the actual defect size more accurately than the results using linear slits.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것이 아니다.The present invention described above is limited to the above-described embodiments as various substitutions, modifications, and alterations are possible within the scope of the present invention to those skilled in the art. It is not.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 원호형 슬릿에 의해 발생된 원호형 초음파는 그 집속점에서 높은 에너지 밀도를 가지게 되어, 집속점 이외의 지점과의 에너지 밀도차가 매우 커지는 바, 작은 결함도 검출할 수 있으며 높은 공간분해능을 실현할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention as described above, the arc-shaped ultrasonic wave generated by the arc-shaped slit has a high energy density at its focusing point, and the energy density difference with the points other than the focusing point becomes very large, so that even a small defect can be detected. It has the effect of realizing high spatial resolution.
또한, 본 발명에 따르면, 공기결합 용량형 초음파 트랜스듀서를 사용함으로써 초음파 발생시 다양한 모드의 초음파가 발생되더라도 특정모드만을 수신할 수 있는 바, 초음파 수신신호의 해석을 용이하게 할 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, by using the air-coupled capacitive ultrasonic transducer, even if ultrasonic waves are generated in various modes when ultrasonic waves are generated, only a specific mode can be received, and thus, the ultrasonic wave reception signal can be easily analyzed.
그리고, 본 발명에 따르면, 슬릿의 간격을 조절하여 파장과 주파수를 용이하게 조정할 수 있는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, there is also an effect that can easily adjust the wavelength and frequency by adjusting the interval of the slit.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 여기 집속형 램파를 이용한 판재 결함 검출 시스템에 대한 블럭도.1 is a block diagram of a plate defect detection system using a laser excitation focused lamb wave in accordance with an embodiment of the present invention.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 조사형상에 따른 초음파의 전파양상을 도시한 도면.2 is a view showing the propagation pattern of the ultrasonic wave according to the laser irradiation shape according to an embodiment of the present invention.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 위상속도의 분산선도.3 is a dispersion diagram of phase velocity according to an embodiment of the present invention.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 판재결함 검출 시스템을 이용하여 실제 결함으로부터 반사되어 나온 초음파를 수신한 파형과 그에 대한 주파수 분석의 일예시도.Figure 4 is an exemplary view of the waveform and the frequency analysis for receiving the ultrasonic wave reflected from the actual defect using the plate defect detection system according to an embodiment of the present invention.
도 5 는 판재 내의 결함을 찾기 위한 검출 방법에 대한 설명도.5 is an explanatory diagram of a detection method for finding a defect in a plate.
도 6(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 원호형 슬릿에 의한 집속형 초음파를 이용한 결함 검출 결과의 그래프.Figure 6 (a) is a graph of the defect detection results using the focused ultrasound by the arc-shaped slit according to an embodiment of the present invention.
도 6(b) 는 기존의 선형 슬릿을 이용한 결함 검출한 결과의 그래프.Figure 6 (b) is a graph of the result of defect detection using a conventional linear slit.
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