KR20080110705A - 특히 피스톤 엔진의 피스톤인 부품을 위한 시스템과 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가령, 내연 엔진용 피스톤인 특히, 주조 부품을 접합하는 기능적인 평가인 부품의 비파괴 측정에 관한 것이다. 상기 측정 또는 기능적인 평가를 이용하여, 기저부 재료와 주조 재료 또는 그 외 다르게 결합된 재료 사이에 접합의 완전성과 기능을 평가하는 문제이다. 부품의 질 또는 특정 목적을 위한 부품의 적합성은 이와 같이 평가되고 및/또는 가령 주조 과정 중 또는 생산 중인 제품의 프로세스의 질적인 모니터링이 발생될 수 있다. 본 발명에 따라, 상기 목적은 다단계 보정 프로시저에 의해 제공되며, 가령 초음파를 이용하는 방법과 적합하게 고안된 측정 장치에 의해 확정된 측정값은 다중 단계 판정 프로세스에 영향을 받으며, 상기 다중 단계 판정 프로세스는 상기 시스템 내의 본질적인 성질인, 측정으로 초래되고 바람직한 최종 결과로부터 확정되는 교란 요인을 보편적이고 각각의 개별적인 측정을 위해 감소시킨다. 따라서, 고안된 시스템은 양 에러 효과를 최소하하고, 상기 에러는 측정의 수행에 있어 측정 에러 및 부정확한 평가뿐만 아니라 상기 측정의 수행(특히 설정/조절)으로 발생되며, 상기 에러는 그 외 다른 교란의 영향뿐만 아니라 재료 또는 구조물의 합성에 있어 차이점 또는 측정되어질 부품들의 개수 사이의 차이 또는 기하 도형적 배열의 공차 편차(tolerance deviations)로 인하여 발생된다.

Description

특히 피스톤 엔진의 피스톤인 부품을 위한 시스템과 측정 방법{MEASURING METHOD AND SYSTEM FOR COMPONENTS, IN PARTICULAR FOR PISTONS OF PISTON ENGINES}

본 발명은 특히 내연 엔진과 그 외 다른 피스톤 엔진에 있어, 회전 부분의 측정에 관한 것이며 측정 기술 분야에 관한 것이다. 상기 측정으로, 가능한 한 시간 소요를 줄이고 간혹 신속하게 복잡한 측정을 정확하게 확정하는 것이 중요하다. 예를 들어, 피스톤의 적합성 또는 특정한 응용물을 위한 또 다른 회전 부분은 이와 같이 평가될 수 있거나 또는 품질의 모니터링이 상기 부품의 제조 중에 형성될 수 있다.

상기 경우의 부품(components)에 있어 유사한 장치 또는 주조품(cast-in parts) 결합의 기능적인 평가와 비파괴 측정에 관한 것이며, 특히 내부 연소 엔진 내 주조품의 금속 결합을 결정하는 것에 관한 것이다. 상기 측정으로, 베이스 재료 내지 주조 재료 또는 그 밖의 달리 접합된 주조 재료 사이에서 형성된 영역을 따라 접합의 완전성(bonding completeness)과, 가령 상기 부품의 질 또는 특정한 적용에 대한 적합성을 평가하거나 또는 제조 공정(주조법, 제조 과정)의 질적인 모니터링을 수행하는 기능의 평가가 의문이다.

전술된 종류의 측정은 초음파 측정 방법에 의해 수행될 수 있다. 담금(immersion) 방식의 소위 초음파 측정은 대량 생산된 부분을 자동화된 측정으로 종종 사용된다. 대안적으로, 소위 접촉 기술의 방법이 사용된다.

상기 측정 시스템은 보통 다음과 같은 부품을 포함하며, 상기 시스템은

-선택적인 복수의 테스트 채널을 가진 하나 이상의 초음파 장치를 포함하며, 상기 테스트 채널은 임의로 분리된 측정 컴퓨터를 이용하여 초음파(ultrasound waves)의 발생과 초음파의 수신을 적합하게 제어하고, 음향 전파 시간을 적합하게 평가할 수 있으며,

-초음파 장치에 커플 결합된 각각의 경우에 있어, 음향파 특성의 발생, 투과/방출 및 수신하기에 적합한 하나 이상의 프로브(probes)(“테스트 헤드(test heads))를 포함하고,

-축을 경유하여 임의로 이동 가능 및/또는 제어될 수 있는 테스트 헤드를 위한 하나 이상의 적합하고 기계적인 위치 고정 장치(positioning devices)를 포함하며,

-담금 방법(immersion method)을 사용하는 경우에 있어서, 테스트되는 상기 부품을 고정하는 장치를 가지고, 액매(liquid medium)로 충진될 수 있으며 상기 테스트 헤드를 포함하는 대야(basin)를 포함하고,

-테스트 되도록 상기 부품에 대해 적합하고, 임의적으로 이동 가능한 장착을 포함한다.

측정에 있어서, 적합한 파장 길이의 적합한 초음파, 사운드-번들(sound bundle) 직경과 전파 특성은 테스트 문제와 관련하여 적용된 프로브(probes) 또는 복수의 프로브에 의해 발생되며, 액체 커플링 결합 매체(liquid coupling medium)에 의해 상기 부품으로 운반되고, 액체 커플링 결합 매체 내에서 테스트되는 상기 부품은 가라앉는다(immersed). 부품을 통하여 전해지는 음향파는 주조품(cast-in part)의 인터페이스 지점에서 부분적으로 반사되며, 전방을 향해 부분적으로 투과된다. 상기 방법으로 반사되거나 또는 투과된 파(waves)는 부품 내부에 대한 정보, 특히 결합 상태에 대한 정보를 포함하며, 적합한 수신기에 의해 진폭(amplitude)을 평가할 수 있으며, 송신기(transmitter)로 또한 임의로 일체로 형성될 수 있다. 특정한 전파 시간에 할당되는 진폭 구성요소 또는 전파 시간 동안 상기 부품 내로 주어진 상대적인 위치 또는 깊이 위치를 상호 연관시켜 대응하여 평가되며, 상기 위치는 선택될 수 있다. 결합 영역을 따라 조사되기 위한 부품에 대해 프로브의 적당한 상대 운동에 의해, 특히 서로에 대한 상기 부품 및/또는 프로브(probe)의 회전에 의해, 반사 및/또는 투과된 초음파의 독특한 진폭 신호 커브가 이와 같이 발생된다.

측정 단면에 걸쳐 상기 상대적인 진폭 신호 커브와 또한 상기 절대 진폭 크기는 수많은 요인에 의해 영향받는다. 그 외 다른 요소 중에서, 이러한 요소는 초음파(초음파의 강도(intensity), 전파 특징(propagation characteristic), 그 외 다른 분야의 다양한 음향 등등), 서로에 대하여 상기 부품의 기하 도형적 배열과 같은 파라미터(parameters)뿐만 아니라 주조품(cast-in part)과의 인터페이스 또는 상기 부품 표면의 거칠함(roughness), 주조품 또는 부품 재료 또는 상기 구조물의 영향, 주조품 및 부품의 기하 도형적 형상이다. 이러한 영향은 몇 분간의 짧은 시간에 걸쳐 수많은 부분을 테스트하는 데 있어서, 불균형하게 종종 다양화될 수 있으며, 교란 변수(disturbance variables) 또는 소위 교란 영향에 대해 언급될 수 있다. 서로 중첩되는 많은 교란 작용에 덧붙여, 상기 진폭의 곡선은 접합 즉, 측정 방법으로 결정되는 실재 특성의 기능과 고유성에 의존한다.

지금까지 시장에서 입수 가능한 시스템은 보다 복잡한 부품에 대해 매우 부적합할 때만 상기 교란 작용에 대해 보상되며(compensate) 식별이 될 수 있었다. 예를 들어, 이는 즉, 하나 이상의 표준 부품과 다수의 이용가능한 일련의 부품에 의해, 진폭의 베이스 레벨(증폭 조절을 통하여)이 결정되어 조절되어야 하고, 상기 동역학적 변형(dynamics variation)은 부분적으로 또는 전체적으로 이용 불가능한 접합으로 확정되어야 하는 사실에 의해 발생된다. 소위 제한 값(limiting values) 또는 임계 값(threshold values)은 상기 수치로부터 형성될 수 있으며, 수치가 실현될 경우 상기 값들은 뒤따르는 일련의 테스트에서 결함있는 부품을 식별하도록 의도된다. 선택된 대부분의 부분에 대하여 상기 임계 값은 전체 측정 섹션 및/또는 다수의 부품을 테스트하는 시간의 길이에 걸쳐 고정되고 간단한 동태(dynamics)를 만족시키며, 이는 전술된 문제와 시간 소요를 만족스럽게 회피되지 않을 수 있다.

이러한 모든 방법에 있어 단점은 짧은 단계적 시간(narrow time-slot) 뿐만 아니라 잘못된 측정 결과 및 최적 조건에서의 조정에서조차 교란의 영 향(disturbing influences)으로 인해 또한 부품들 서로에 대해 부품의 고유한 특성의 중요하지 않은 차이로 인한 부정확한 평가에서 수행되어야 하는 상기 시스템의 점검 및 보정(recalibration), 측정 시스템의 재설정하는 데 다소 상당한 시간이 소모되는 것이며, 제품의 불량 또는 불량품을 인식하는 데 실패하는 것이다.

전술된 종래 기술로부터, 본 발명은 설정하는 시간의 소모를 감소시키는 한편, 각각의 개별적인 측정에 대한 교란의 영향을 최소화시키는 보편적인 방법을 설정해야 하며, 상기 진폭에 영향을 주는 파라미터의 변화에 대해 견고하다. 양질의 측정과 상기 측정 결과의 안정성은 시장에서 입수 가능한 종래 기술에 따르는 시스템에 의해 지금까지 구현되어 온 정도로 증가되도록 한다.

본 발명의 목적은 특히 피스톤과 같이 회전하는 부분 내에서, 부품 내 주조품의 금속 결합의 기능적인 평가인, 부품의 내부 상태를 자동화 형성된 측정으로 신속하고 안정적인 시스템과 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따라, 상기 과제는 적합하게 고안된 초음파 측정 방법에 의해 확정된 진폭 값이 일반적으로 최소화하는 다단계 결정 공정(multi-stage determination process)과 각각의 개별적인 측정에 대해 상기 시스템 내 본래의 특성인 초음파 테스트에서 발생되는 교란 요인에 영향을 받는다.

본 발명에 따라, 초음파 방법은 상기 목적을 위해 사용되며, 이에 의도된 결과가 특별한 결정 공정에 의해 확정된다. 본 발명에 따라 고안된 상기 시스템은 상기 테스트의 수행에서 측정 오차뿐만 아니라, (특히 설정/조절함 있어) 상기 측정 방법이 사용되는 경우 상기 시스템의 본질적인 특성으로 발생하는 오차의 영향을 감소시키며, 이는 측정되는 다수의 부품 사이의 차이와 기하 도형적 공차의 편차로 인해 또는 그 외 다른 교란 영향뿐만 아니라 구조적인 합성과 재료의 차이로 인하여 발생된다. 특별한 판정 공정에 의해, 상기 방법의 보정 및 조절의 주요 부분은 특히 각각의 개별적인 부품을 개별적으로, 완전 자동 및 자가 조절 방식으로 발생된다. 감소된 작동기(operator)와 에러 영향에 덧붙여, 이와 같이 상기 방법은 종래 기술에 따르는 측정 장치와 비교하여 설정하는 데 드는 시간 소모의 상당한 감소를 보장한다.

이와 같이 접합 특징에 관한 부품의 기능적인 평가에 있어 높은 수준의 안정성은 다수 설정과 일련의 부품 사용 없이 가능하며, 특정한 조절 프로시저(미가공 조절이라 말함(a rough adjustment suffices))의 수행 및 상대적으로 짧은 간격으로 규칙적으로 반복되기 위해 필요한 보정 없이 가능하다. 이는 결함이 있는 접합 또는 이용 불가능한 접합에서 원인되는 상기 부품들을 식별, 양적인 결정 및 제거함을 의미한다.

부품들의 기하 도형적 배열과 그 외 다른 영향과 같은 공차(Tolerances)는 본 발명에 따르는 방법에 의해 보상되며, 상기 공차들은 개별적으로 부품에서 부품으로 피할 수 없이 서로 다르며 측정 결과를 왜곡시킨다. 지금까지 종래 기술에 따르는 방법으로 상기는 불가능하며 보다 개선된 측정 공정의 안정성은 이와 같이 구현되고, 부정확한 평가의 비율이 눈에 띄게 감소된다.

본 발명에 따르는 방법의 장점은 여러 수치 값(numerical values)의 도움으로 가장 간단하게 도시될 수 있다. 이와 같이, 종래 기술에 따르는 작업 방법으로, 대략 10분의 재보정 시간의 소모는 불량(rejects)을 재평가하는 관점에서 1000 부품의 측정과 관련되어 요구된다. 본 발명에 따르는 방법이 사용될 때, 상기 시간 소모는 상기 부품 형태가 변하지 않기만 한다면 더 이상 존재하지 않는다. 공정의 안정성 측정과 부정확한 평가(소위 “유사 불량(pseudo rejection)”)의 비율과 관계하여, 본 발명에 따르는 방법을 사용함으로써 제조된 일련의 부분의 전체 수와 관련되어, 절대수(absolute term)의 대략 0.5%와 관련된 불량률(rejection quota)의 감소가 실현된다. 가령, 부품의 기하 도형적 배열에 있어 변형물과 같은 바람직하지 못한 조건에 기초를 된 경우에 있어, 보다 높은 감소가 또한 구현될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명은 청구항에서 기술되며, 본 발명의 실례의 실시예는 하기에 자세하게 설명된다.

대칭적인 부품을 가진 실례의 실시예는 도면과 연결되어 보다 상세하게 설명될 수 있다. 도면은 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 사용될 수 있는 상업적으로 이용 가능한 측정 시스템을 도식적으로 도시한 도면.

도 2a는 본 발명에 따르는 방법의 적용하는 전형적인 부품으로써 내부 연소 엔진 시스템의 횡 단면을 도시한 도면.

도 2b는 도 2a에서 도시된 상기 피스톤의 평면도를 도시한 도면.

도 3a는 확정된 진폭 수치 범위의 “이상적으로 측정된 수치의 곡선”을 도시한 도면.

도 3b는 장파의 중첩에 의해 위조되고, 확정된 진폭 수치의 범위의 실제 곡선을 도시한 도면.

도 4a는 결함으로써 불량되고 종래 기술에 따라 측정되지만, 실제로 결함이 없는 부분에 대한 곡선을 도시한 도면.

도 4b는 종래 기술에 따라 측정되어 결함이 없는 것처럼 라벨 분류되지만, 실제로 결함이 있는 부분을 위한 곡선을 도시한 도면.

도 5a는 결함이 없는 바와 같이 정확하게 인식되며 본 발명에 따르는 방법을 사용하여 측정되지만, 도 4a에서 도시되는 바에 따르는 동일한 부분(결함이 없는 부분)에 대한 곡선을 도시한 도면.

도 5b는 결함이 있는 바와 같이 정확하게 인식되고 본 발명에 따라 상기 방법을 사용하여 측정되지만, 도 4b에서 도시되는 바에 따르는 동일한 부분(결함이 있는 부분)에 대한 곡선을 도시하는 도면.

도 6은 플로우 차트에 따라 본 발명에 따르는 방법을 도시한 도면.

도 1은 상업적으로 이용 가능한 측정 시스템의 도식적인 대표도를 도시한다. 상기 본질적인 부분은

- 초음파 장치이며, 상기 초음파 장치는 초음파 발생과 초음파의 수신(reception)을 제어할 수 있고 음향 투과 시간(sound propagation times)을 평가할 수 있으며,

- 전자적 프로세싱과 평가 컴퓨터(가령, 상업적으로 이용 가능한 PC)이고, 상기 컴퓨터는 테스트되는 상기 부품의 접합 영역에 걸쳐 형성된 초음파 투과 섹션으로 할당되는 진폭 신호를 평가하고 표시할 수 있으며,

- 초음파 장치에 연결된 초음파 프로브(probe)(“테스트 헤드(test head)")이고, 상기 프로브는 독특한 초음파를 투과하고 수신할 수 있으며,

- 초음파 프로브에 대한 횡단 가능한 홀더(holder)이고,

- 액매(liquid medium)를 가지는 담금 대야(immersion basin)이며, 및

- 실례에 있어서, 회전 테이블(rotary table)이며 테스트되는 상기 부품을 장착하기 위한 담금 대야에 설치된 모터 구동된 회전 가능한 장치이다.

상기 설명은 규모에 대한 정확한 위치도 아니고 완전하지도 않지만 상기 기술의 당업자들에게 본 발명의 설명을 하는데 도움이 되도록 의도된다.

모터 구동된 회전 테이블이 있는 장치 장착에서 내연 엔진을 위해 도식적으로 설명된 피스톤이 있는 테스트되는 부품은 담금 대야 내에 위치되고, 상기 담금 대야는 물이 있는 적합한 매개체가 충진된다. 또한 초음파 프로브를 위한 조절 가능한 홀더가 담금 대야 내에 장착되고, 상기 초음파 프로브는 테스트되도록 상기 피스톤 접합 영역을 향하여 배향된다. 물론 상기 홀더는 담금 대야 외측부에 장착될 수 있으며 및/또는 복수의 프로브로 제조될 수 있다. 상기 피스톤이 회전될 때, 상기 접합 영역은 프로브의 음향 범위에 걸쳐서 이동한다. 상기 프로브는 초음파 장치로 연결되고, 상기 초음파 장치는 상기 프로브의 제어와 자극 작용(excitation) 모두를 허용하며 또한 출력 신호를 처리한다. 초음파 장치의 출력은 차례대로 평가 컴퓨터에 연결되고, 상기 평가 컴퓨터는 확정된 수치의 프로세싱(processing)을 수행한다. 평가 컴퓨터는 적당한 프로그램으로 로드되는 상업적으로 이용 가능한 PC가 될 수 있다.

상기 피스톤 내측부에서 테스트되도록 접합의 배열(alignment)과 스캐닝(scanning)이 회전 테이블에서 발생되고, 상기 피스톤은 전형적인 부품으로써 도 2에서 보다 정밀하게 도시되며 상기 도면과 관련하여 설명된다. 원리적으로, 상기 회전식으로 대칭한 부품은 회전 테이블 상에 충분히 안정적으로 고정되고 배치된다. 상기 프로브는 또는 프로브들은 피스톤이 회전하는 동안에 고정적으로 위치되고 일반적으로 부품 표면으로부터 몇몇 센티미터로 이격되어 담금 대야 내로 위치된다. 음향이 방출되도록 위치가 선택되고, 상기 음향은 부품을 관통하고, 테스트되어야 하는 주조 재료로 인터페이스를 강타한다.(도 1 및 도 2 참조).

도 2a는 상부 피스톤 링에 대한 주조 부분을 가진 내연 엔진에 대한 실례로써 선택된 횡단면 상태의 피스톤을 도시한다. 상기 피스톤은 디젤 엔진이 사용되고 페트롤(petrol) 엔진을 높게 로드한다. 피스톤(보통 알루미늄 합금)을 가진 주조 부분(cast-in part)(보통 철 합금)의 인터페이스에서의 접합은 초음파 프로브에 의해 테스트된다. 담금 대야(immersion bath)는 도 2a 및 도 2b에서 도시되지 않는다.

도 2b는 도 2a와 동일한 피스톤을 도시하며, 평면도이다. 테스트되는 주조 부분을 가진 인터페이스는 단절되어(shaded) 도시된다. 고정된 방식으로 조절되는 초음파 프로브는 피스톤이 피스톤 중앙 축에 대해 회전될 때 상기 인터페이스를 스캔한다.

부품 표면과 인터페이스 지점에서 부분적으로 반사된 음향은 초음파 프로브에 의해 수신되며, 상기 초음파 프로브는 즉 본 명세서에서 적용되는 반사법이라고 말할 수 있는 동일한 “테스트 헤드(test head)"이다. 투과 또는 관통 투과 방법이 대안적으로 사용되는 경우, 인테페이스를 관통하는 상기 초음파는 추가적인 테스트 헤드 또는 초음파 수신기에 의해 추출될 수 있다. 추출 값의 추가적인 프로세싱은 추출된 신호로 적용된 양 방법과 원리적으로 동일하다.

전파 시간의 측정을 통하여, 상기 진폭은 부품 표면으로부터 연관된 거리에서 기록되어 결정된다. 물체를 가진 회전 테이블의 일정한 회전 속도로, 인터페이스를 강타하는 상기 음향 번들은 외면(periphery)을 따라 이동한다. 인터페이스의 위치에서 후방으로 흐르는 파의 진폭은 외면, 즉 측정 섹션에 걸쳐 나타난다. 상기 표현은 선형 스캐닝과 유사하게 발생된다.

광학적인 설명을 위하여, 진폭의 높이는 반사된 부분의 기록을 위해 예를 들어 온전한 접합을 위한 스크린의 대략 10% 내지 30% 사이를 차지하고, 투과된 부분의 측정의 경우 대략 스크린 높이의 90% 내지 70%가 되도록 규모가 된다.

본 발명에 따라, 이와 같이 상기 다이어그램은 다단계 결정 공정으로 종속된다.

시작 지점은 진폭 함수 AF(측정 지점)가 측정된다. 측정값은 최대 진폭과 일치하며, 최대 진폭은 인터페이스의 근접부에 할당되도록 웨이브 패킷(wave packets)으로부터 기원된다. 회전식으로 대칭적인 부품의 경우에 있어 측정 지점은 부품에 관련하여 프로브의 외면 지점을 표시하며, 상기 유리한 지점은 부품과 관련하여 프로브의 환형 위치로써 설명된다. 그러나, 등거리 환형 부분과 부품에 대하여 상기 프로브의 상대적으로 일정한 회전으로, 상기 측정 지점은 또한 간소화의 목적을 위하여 연속적으로 숫자화 형성된 인딕스(numbered indices)에 의해 교체될 수 있다. 연속적으로 숫자화 형성된 상기 인딕스는 또한 선형 스캐닝으로 유사한 방식으로 사용될 수 있다.

AF(측정 지점) AF(정수 = 1…n)

대략 200 mm까지의 직경을 가진 회전 부분의 경우에 있어 상기 부분 외면에 걸쳐 적어도 1000으로 측정된 값(n=1000)을 추출하는 것이 이용되도록 설명된다.

큰 부품 및/또는 의도된 큰 해결의 경우에 있어, 부품의 길이 또는 외면에 걸쳐 보다 많이 측정된 값을 추출할 필요가 있다.

도 3a, 도 3b 내지 도 5a, 도 5b 내에 나타난 곡선은 피스톤 내, 부품의 외면에 걸쳐 반사법으로 측정된 진폭 함수 수치 AF(측정 지점)이다. 설명의 목적을 위하여, 본 발명에 따르는 원리가 자명하도록 간소화된다. 특히, 형태의 특징에 있어 다양하게 변하는 임계값(threshold values)은 명확함을 위해 설명된다. 동일한 효과가 진폭 신호가 아날로그 방식으로 진폭의 형태에 있어 변화될 때와 선형 임계값(linear thresholds)이 보다 정밀하게 종래 기술에 따라 작동하는 방법으로써 작 동될 때 얻을 수 있다.

도 3a는 외면에 걸쳐 확정된 진폭 값의 이상적인 곡선의 실례로 도시되며, 이는 예를 들어 접합 결함이 존재하지 않을 때 피스톤의 설명된 테스팅(testing)이 확정되며, 상기 피스톤은 정확하게 정열되고 그 외 다른 교란 요소가 존재하지 않는다.

비교하여, 도 3b는 도 3a와 동일한 피스톤의 확정된 진폭 값의 곡선을 도시하며, 다만 일반적으로 여기에서는 낮은 주파수 중첩이고, 이는 예를 들어 클램프 고정 장치의 상기 부품의 축 방향 오프셋으로 인하여 발생될 수 있다.

도 4a는 도 3b에서 설명된 곡선에 대하여 종래 기술에 따르는 일정한 임계 값 또는 제한 값의 사용을 도시한다. 상기 부품이 결점이 있어 부정확하게 불량으로 라벨 분류되는 결과로써 50%의 한계설정 값을 초과한다.

한편, 도 4b는 접합 결함을 가진 피스톤을 도시하며, 접합 결함은 상기 경우에 있어 또한 저주파 교란과 복합되어 발생되며, 역으로 상기 교란의 웨이브 트로프(wave trough) 내에서 발생된다. 도시된 바에 따라, 접합 결함은 한계 설정 수치의 50%가 초과되지 않으므로, 종래 기술에 따르는 일정한 임계값 또는 제한값(threshold value or limiting value)의 사용이 감지되지 않는다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따르는 방법의 효과를 설명한다. 다양한 형태의 임계값을 통하여, 테스트된 부품의 정확한 분류가 결함이 없고(도 5a) 및 결합이 있는(도 5b) 바에 따라 연속된다.

상기 부품의 입구 표면에서 구조가 음향 반사에 영향을 주지 않는 평면의 기 하 도형적 배열로부터 분기되는 경우, 상기 구조는 바람직할 수 있으며 또는 진폭 곡선에 있어서 상기 구조를 간과할 필요가 있다. 상기 목적을 위하여, 개별적인 마스킹 세그먼트(masking segment) 또는 복수의 마스킹 세그먼트가 형성될 수 있다. 이러한 마스킹의 고정과 인식은 수동으로 발생되며, 하기에 설명된 바에 따르는 적합한 알고리즘에 의한“반자동”마스킹(masking)이 선호될 수 있다.

특히, 이는 하나 이상의 마스킹 영역 AF(1…n)로부터 형성됨을 의미하며, 상기 마스킹 영역은 마스킹 영역의 시작 값과 끝 값에 의해 각각의 경우로 분류될 수 있다. 상기 경우에 있어서 상기 마스킹 영역은 외부적이고 상대적이며 용이하게 부품 상에 감지 및 식별 가능한 영역을 수반하므로, 상기 영역의 수동식 판정은 용이하게 가능된다. 이는 부품의 표면에서 상기 기하 도형적 배열의 변칙(anomalies)이 AF 함수에서 표시된 변화를 통하여 종종 명백하게 형성되므로 상기 진폭 함수를 채택함으로써 발생될 수 있다.

그 뒤 AF(1…n)는 하기 제 1 보정 공정에 종속되며, 마스킹되는 시작 값과 각각의 끝 값 사이에 놓이는 상기 영역은 선형적으로 보간 값(interporated value)에 의해 교체된다.

u1 지점에서 시작되고 u2 지점에서 끝이 나는 마스킹 영역을 고려해보자. 상기 보정된 진폭 함수는 다음과 같이 계산된다.

이는 복수의 마스킹 영역의 경우에 따라 적용된다. 이와 같이 얻어지고 용이 하게 보정된 진폭 함수 AFk1(1…n)은 상기 결과이다.

상기 부품이 방해물 또는 그 외 다른 불균질물(inhomogeneities)을 가지지 않을 경우 측정된 평면 내에서 적어도 설명된 제 1 보정 단계는 명백하게 생략될 수 있다. 그러나, 내연 엔진과 유사한 응용물(압축기, 펌프)을 위한 피스톤의 경우에는 예외이다. 가장 간단한 접근은 제 1 보정 단계를 건너뛰고 제 2 보정 단계가 시작된다.

최초 전술되었던 추가적인 교란 영향은 보다 긴 파의 부품을 가진 진폭 함수의 중첩으로 결과될 수 있다. 상기 교란 영향을 제거하는 것은 제 2 보정 프로세스의 과업이다.

이상적인 경우에 있어서, 상기 제거는 가우시안 필터(Gaussian filter)의 사용으로 발생된다. 그러나, 간소화를 위하고 추정(approximation)에 의해, 보정 프로세스는 또한 이중 평균값 필터(double mean-value filter)에 의해 형성될 수 있고, 상기 이중 평균값 필터는 매우 간단한 분석적인 응용 가능성과 도구(implementability)에 의해 특징된다.

변화 과정에 대해, 다음의 보조 함수

는 진폭 함수로부터 계산되며,

일반적으로 L=9100/n의 상기 필터의 최적화된 제한 파장 길이를 가진 제 2 단계는

이며, 이때 n은 측정값의 개수이다.

상기 진폭 함수는

에 의해 보조 함수 H2(i)로부터 계산된다.

교란 영향을 제거하기 위해 여기에서 기술된 보정 프로세스의 결정적인 용량은 다운스트림 유사한 체크(downstream plausibility check)로 구체화되며, 상기 체크는 하기에서 설명된다. 전술된 제 2 보정 프로세스는 실제로 진폭 곡선에서 영향을 가지는 교란 영향이 제거될 뿐만 아니라, 상기 접합 결함으로부터 원인되는 영향으로 유도할 수 있다.

접합 결함으로부터 원인되는 영향은 상기 보정 함수 AFk1(i)의 예비 단계와 비교하여 결과 진폭 함수 AFk2(i)의 무질서(disorder) 또는 “엔트로피(entropy)가 증가되는 상황으로 유도된다.

전술된 무질서 또는 엔트로피의 간단한 측정에 따라, 판정은 각각의 진폭 함수의 전체 수치 곡선이 어떻게 세로 좌표 세그먼트 상에 분배되는지에 따라 형성된다. 좌표 세그먼트는 진폭 높이의 0 % 내지 100 %의 10개의 세그먼트로 가령 그룹 형성될 수 있다. 말하자면, 측정된 수치의 일종의 분포 함수가 제공되고 상기 분포 함수는 또 다른 함수와 비교된다.

상기 비교는 다음의 반복 프로시저와 함께 발생되며, 함수 AFk1(i)의 차지된 좌표 세그먼트의 개수는 함수 AFk2(i)의 개수보다 적으며, 상기 함수 AFk2(i)는 무질서도 또는 엔트로피의 증가를 표시하며, 수행된 제 2 보정 프로세스는 이를 위하여 재차 반전된다. 측정된 모든 수치의 최소 개수가 각각의 세그먼트 내에 놓일 때와 놓이는 경우에만 상기 세그먼트는 차지되도록 판단된다. 여기에서 설명된 실례 에 있어서, 측정된 모든 수치의 0.5%는 “차지됨”으로써 분류되도록 세그먼트 내에서 발생되어야만 한다.

상기 반복적인 프로시저에 의해, 보정된 새로운 진폭 함수 AFneu(i)는 보정 함수 AFk1(i) 및 AFk2(i)를 통하여 본래 측정된 수치 AF(i)로부터 최종적으로 얻어진다.

상기 수행된 3개의 보정 프로세스에 이후, 상기 실제 판정 프로세스(determination process) 즉, 상기 부품상에 이용 불가능한 접합 부분의 식별이 발생된다.

상기 목적을 위하여, 임계값은 하기에 설명된 프로시저에 의해 계산되고, 상기 지점에서 함수 AFneu(i)의 진폭 수치에 의해 언더컷(undercutting)(투과법으로) 또는 초과 (반사법으로)는 지점/숫자 i 지점, 즉 측정 지점이 이와 같이 판정 가능한 이용 불가능한 접합을 나타낸다.

임계값에 대한 판정 프로세스의 제 1 단계는 모든 AFneu(i)의 평균값의 계산이며 다만, 전술된 마스킹 영역 u1 내지 u2(및, 상기 경우가 될 수 있음에 따르는 추가적인 마스킹 영역)을 고려하지 않는다.

간소함을 위하여, 오직 한 마스킹 영역이 존재하는 다음에 따라 가정된다. 다수의 마스킹 영역의 존재에 있어, 하기 공식은 매우 간단하게 전개될 수 있다.

다음의 특성치(characteristic quantities)는

와 같이 계산된다.

iQ는 모든 측정 지점이고, 상기 측정 지점을 위하여 AFneu(iQ)는 잔존 AFneu(iQ)의 80%보다 크고 잔존 AFneu(iQ)의 80%보다 작다.

이는 가장 큰 진폭 값과 가장 작은 진폭 값의 대응 부분(corresponding share)이 s2에 대한 총합에 고려되지 않는다. 다음 특성치(characteristic quantity)는

로부터 계산된다.

상기 값은 경험적으로 확정될 수 있지만, 허용 가능한 이용/방해 신호 비율의 이론적인 신호 참작으로부터 원인된다. 상기 값은 테스트 문제에 대해 거의 독립적이고 보편적으로 유효하며, 그러나 수정물(modification)이 개별적인 경우에 있어 적합하게 될 수 있다.

상기 특성치(characteristic quantities)에 의해, 이용 불가능한 접합을 표시하는 진폭 값을 식별하는 것이 최종적으로 가능하다. 반사법으로, 상기는 다음 식 AFneu(i) > m + 10 * S 가 적용되는 모든 주변 지점(i)이며,

따라서, 투과법으로, 모든 주변 지점(i)에 대해 다음 식 AFneu(i) < m 10 * S 가 적용된다.

이와 같이 식별된 상기 지점은 종래 기술에 따라 작동하는 방법과 유사하게, 특히 길이에 대해 적합하게 나타낼 수 있다. 상기 방법은 각각의 측정에 대해 재사용되며, 상기 경우가 될 수 있음에 따라, 각각의 테스트 헤드와 기능은 매우 보편적이다.

유리하게 하기 위해, 상기 방법의 개별적인 단계는 상업적으로 이용 가능한 PC상에서 수행되고 또는 프로그램에 의해 작동이 산출함에 따르는 또 다른 컴퓨터 상에서 수행된다. 이러한 컴퓨터는 용량의 측면에서 요구사항을 만족시켜야 한다는 것은 말할 필요가 없다. 상기 프로그램은 적당한 매체에서 본질적으로 알려진 방식으로 저장될 수 있으며 또는 네트워크를 통하여 이용가능 하게 형성될 수 있으며 적당한 형태의 PC로 공급된다. 또한 이러한 프로그램은 컴퓨터상에 적은 비용과 급속하게 형성될 수 있는 상기 설명된 반복을 포함한다.

교란의 영향뿐만 아니라, 조작자에 의한 부주의로 인하여 발생되는 에러, 기계적인 비정확성 또는 기능(qualification)의 결여가 상기 방법에 의해 보상되거나 또는 실질적으로 배제된다. 또한 이는 이전 방법의 사용보다 측정 결과의 보다 높은 재생산의 결과가 되고, 특히 측정 프로세스가 탁월하게 오랜 지속 기간의 안정성을 가진다. 추가적으로, 변화된 측정 요구에 대한 적응 및/또는 측정되는 회전 부분의 설계는 일반적으로 상기 방법의 보편성으로 인한 소프트웨어에 의해 자동으로 고려될 수 있으며, 완전히 서로 다른 부품들이 사용되는 유일한 경우에 있어서 채택된 소프트웨어에 대한 변경이 신속하게 및 일반적으로 매우 경제적으로 수행될 수 있음이 고려된다.

본 발명에 따르는 방법은 회전 측정 객체(object)와 상대적으로 고정된 프로브를 가진 시스템에 제한되지 않으며, 접합이 초음파에 의해 결정되는 그 외 다른 시스템에 적용될 수 있으며, 상기 프로브와 측정 객체 사이의 상대적인 운동(movement)은 또 다른 방법으로 생산된다.

상대적인 간단함으로 인해, 본 발명에 따르는 원리는 실례에 설명된 피스톤 상에서 상기 측정과 유사한 가정으로 형성되는 회전 부분의 측정에 대해 적합하다. 길게 연장된 접합 영역 상에서 요구된 접합 테스트를 이용하는 것과 같은 몸체를 포함하는 그 외 다른 몸체상에 유사한 측정에 적합하고, 동일한 장점이 설명된 적용물과 함께 구현되도록 하는 방식으로 종래 기술의 당업자는 피스톤 즉, 회전 부품에 대해 설명된 실례의 실시예를 수정하는 데 있어 어려움이 없다.

Claims (17)

1. 테스트 헤드와 부품 사이에서 회전하는, 또는 병진하는 상대 운동을 이용하는, 상기 부품의 비파괴적 측정 및 기능 평가 방법에 있어서, 특히, 상기 방법은 반사법, 또는 투과법으로 초음파를 이용하여, 회전하는 부품, 가령 내연 엔진용 피스톤 및 그 밖의 다른 피스톤 엔진에서의 주조부품의 접합을 테스트하기 위한 것이며,

   실제 값 AF(1...n)을 이용한 측정에서 확정된 위치-종속형 및/또는 각도-종속형 진폭 함수 AF1(i)(이때, AF는 값 자체를 나타내고, i=1...n인 이 값이 측정된 위치를 나타내며)가 판정 프로세스에 종속되며, 상기 판정 프로세스는

   A. 제 1 보정 프로세스에서, 표면의 불균질한 부분, 특히 단절이 발생된, 부품의 하나 이상의 마스킹 구역(masking zone)의 실제 값을 마스크, 또는 보간하기 위한 단계로서, 이에 따라서, 각각의 마스킹 구역이 상기 구역의 제 1 위치 값 및 시작 번호 u1와, 제 2 위치 값 및 각각의 끝 번호 u2로 정의되며, 1회 보정된 진폭 함수 AFk1(i)가

   

   와 같이 확정되는 단계,

   B. 제 2 보정 프로세스에서, 장파 성분의 중첩에 의해 초래된 교란 효과가 가우시안 필터의 사용에 의해 제거되고, 2회 보정된 진폭 함수 AFk2(i)가 확정되는 단계

   C. 반복 프로시저를 이용하여, 2회 보정된 진폭 함수 AFk2(i)의 엔트로피의 변화가 1회 보정된 진폭 함수 AFk1(i)에 관련하여 확정되며, 제 2 보정 프로세서의 최종 엔트로피가 증가한 경우 반전되며, 그 후, 새로운 보정된 진폭 함수 AFneu(i)가 형성되며, 상기 새로운 보정된 진폭 함수는, 두 개의 함수, AFk2(i)와 AFk1(i) 중 더 작은 전체 엔트로피를 보여주는 것에 따라서, 2회 보정된 진폭 함수 , 또는 1회 보정된 진폭 함수 AFk1(i)를 포함하는 단계

   D. 진폭 값 AFneu(i)에 의하여, (반사법에서) 초과(exceeding) 지점, 또는 (투과법에서) 언더컷(undercutting) 지점인 임계값 S가 계산되며, 이들 지점들은 지점/번호 i에서의 이용 불가능한 접합을 나타내고, 이 임계값은

   (I) 전체 AFney(i)에 걸친 평균값 m이 위치 값 u1 및 u2 사이의 마스킹 구역을 제외하고 계산되며, 수식은

   

   이라는 점과

   (II)

   

   

   ,

   에 의해 특성치 s1 및 s2가 확정되며, 이때 iQ가 AFneu(iQ)가 나머지 모든 AFneu(i)의 제 1 지정 퍼센트율보다 크고 나머지 모든 AFneu(i)의 제 2 지정 퍼센트율보다 작은 모든 측정 지점을 명시한다는 점과,

   (III) 임계값 S는

   

   에 따라 확정되고, 이때 a, b, c 및 d는 측정될 부품에 종속적이며, 조사되는 접합부에 대하여 선택된 값이라는 점

   에 의해, 판정되는 단계,

   E. 상기 임계값 S와 평균값 m의 특성치를 이용하여, 이용 불가능한 접합부를 가리키는 진폭 값이 식별되며, 이에 따라서, 이들은 반사법에서 AFneu(i) > m + xS에 대한 특정 지점/번호 I이고, 반면에 투과법에서, AFneu(i)< m-yS에 대한 특정 지점/번호 i인 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 부품의 비파괴적 측정 및 기능을 평가하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 균질한 부품의 경우, 즉 표면의 불균질한 부분, 특히 단 절이 없고, 따라서 마스킹 구역이 없는 부품의 경우, 제 1 보정 프로세스는 생략되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 가우시안 필터를 이용하는 제 2 보정 프로세스 대신, 이중 평균값 필터(double mean-value filter)를 이용하는 보정 프로세스가 수행되며, 상기 이중 평균값 필터를 이용하는 보정 프로세스는

   제 1 보조 함수

   

   가 보정된 진폭 함수 AFk1(i)로부터 확정되고,

   이로부터, 두 번째 스텝에서 제 2 보조 함수

   

   가 확정되며, 2회 보정된 진폭 함수

   

   가 상기 두 개의 보조 함수로부터 확정되는 방식으로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   엔트로피의 변화를 확정하기 위한 반복 프로시저는 세그먼트로 수행되며, 하나의 세그먼트 내에서 엔트로피의 증가가 존재하면, 이 세그먼트 내의 모든 값에 대하여 제 2 보정 프로세스가 반전되고, 그 후, 새로운 보정된 진폭 함수AFneu (i)가, 감소된 엔트로피를 갖는 세그먼트에서의 2회 보정된 진폭 함수AFk2 (i)로부터, 그리고 증가된 엔트로피를 갖는 세그먼트에서의 1회 보정된 진폭 함수AFk1 (i)로부 터 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 임계값(S)인

   

   는, a, b, c 및 d 에 대하여,

   - a 값은 1 내지 2의 값이고, 바람직하게 1.5,

   - b 값은 2 내지 4의 값이고, 바람직하게 b = 2a = 3.0,

   - c 값은 1 내지 3의 값이고, 바람직하게 2.0,

   - d 값은 5 내지 20의 값이고, 바람직하게 7.0

   이도록 확정되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, x 및 y 계수는 동일한 크기이도록, 즉 x = y 이도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, x 및/또는 y 계수는 5 내지 15의 값을 포함하고, 바람직하게 10과 동일한 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 부품 당, 500개 이상, 바람 직하게는 1000 내지 3000개의 실제 값 AF(1...n)이 판단되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 2회 보정된 진폭 함수 AFk2(i)를 확정하기 위한 가우스 필터는 제한 파장(limiting wavelength)(L)를 가지며, 상기 제한 파장은 테스트 과제에 적응되며, 측정값의 개수 n에 따라 좌우되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서, 2회 보정된 진폭 함수 AFk2(i)를 확정하기 위한 가우시안 필터는 8000/n 내지 12000/n의 제한 파장(L)을 가지며, 바람직하게는 L = 9100/n이고, 이때 n은 측정된 값의 개수인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 보정 프로세스에서, 1회 보정된 진폭 함수 AFk1(i)의 판정은, 구역의 제 1 위치 값 u1과 제 2 위치 값 u2 사이의 빈칸 구역(blank zone)의 실제 값의 선형 보간에 의해 이뤄지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 수행하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는

    - 상기 부품을 장착하기 위한 장치,

    - 하나 이상의 측정 프로브로서, 상기 측정 프로브에 대한 상기 부품의 상대 운동, 특히 회전을 이용하여, 상기 부품을 스캐닝하기 위한, 특히 초음파 프로브인 상기 하나 이상의 측정 프로브,

    - 상기 측정 프로브와 상기 부품 간의 위치 판정, 특히 각도 판정을 위한 배열로서, 이에 따라서, 측정 프로브에 대한 상기 부품의 일정한 속도의 운동, 즉 회전이 주어질 때, 타이머로서도 설계되는 상기 배열,

    - 평가 컴퓨터로서,

    + 측정된 값과 프로그램을 수용하기 위한 저장 수단을 포함하거나 이러한 저장 수단으로 연결되어 있으며,

    + 위치 관련, 또는 각도 관련 실제 값을 수집하기 위하여, 측정 프로브 및 위치, 또는 각도 판정을 위한 배열로 연결되어 있는

    상기 평가 컴퓨터,

    - 상기 방법에 따라서 확정된 결과를 디스플레이하거나 평가하기 위한 출력, 또는 디스플레이 장치

    에 의한 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 12 항에 있어서,

    견고한, 즉 교체 불가능한 베이스 판(8) 상에 회전 부분을 장착하기 위한 장치가 측정 프로브에 대하여, 회전가능하도록, 바람직하게는 고정되도록 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

    상기 측정 프로브는, 상기 부품의 스캐닝이 2개 이상의 평면에서 발생되는 방식으로, 조절 가능한 고정 장치를 사용하여 설치되는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 테스트 헤드와 부품 사이의 회전 또는 병진하는 상대 운동을 이용하여 부품의 비파괴 측정 및 기능적인 평가를 위한 컴퓨터 프로그램에 있어서, 특히 반사법, 또는 투과법으로 초음파를 이용하여, 회전하는 부품, 가령 내연 엔진용 피스톤 및 그 밖의 다른 피스톤 엔진에서의 주조 부품의 접합을 테스트하기 위한 것이며,

    상기 프로그램이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르는 방법이 수행되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
16. 테스트 헤드와 부품 사이의 회전 또는 병진하는 상대 운동을 이용하여 부품의 비파괴 측정과 기능적인 평가를 위하며, 특히 저장 매체인 컴퓨터 프로그램 제품에 있어서, 특히 초음파를 반사법 또는 투과법을 이용하여 회전 부품, 가령 내연 엔진용 피스톤 또는 그 밖의 피스톤 엔진에서 주조 부품의 접합을 테스트하기 위한 것이며,

    상기 프로그램이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르는 방법이 수행되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
17. 정보 기술 시스템에 있어서, 제 15 항에 따르는 컴퓨터 프로그램이 정보 기술 시스템상에서 실행되는 것을 특징으로 하는 정보 기술 시스템.

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