KR20090036285A

KR20090036285A - 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 장치및 그 검사 방법

Info

Publication number: KR20090036285A
Application number: KR1020070101371A
Authority: KR
Inventors: 장재웅
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-10-09
Filing date: 2007-10-09
Publication date: 2009-04-14
Also published as: KR100907052B1

Abstract

본 발명은 펄스 레이저에 의한 비접촉식 유도 초음파 발생 원리를 적용하여 전자빔 용접된 검사 대상물의 용접 부위에 있어 이종 재질의 금속 모재에 대응하는 내측 부위 및 외측 부위의 내부 품질을 동시에 검사할 수 있도록, 상기 검사 대상물을 회전시키기 위한 인덱스 테이블과, 상기 용접 부위의 내측 및 외측 부위에 대응하여 180°간격으로 각각 배치되어 상기 용접 부위로 펄스 레이저를 조사하는 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부와, 상기 용접 부위의 내측 및 외측 부위에서 반사되어 대기 중으로 누설되는 유도 초음파를 수신하는 제1 및 제2 유도 초음파 수신부와, 상기 각 제1 및 제2 유도 초음파 수신부에 수신된 상기 유도 초음파를 소정의 신호값으로 변환하고 그 신호값을 출력하는 신호 변환기와, 상기 신호 변환기로부터 상기 각각의 신호값을 제공받아 그 신호값을 상기 검사 대상물의 회전 각도에 대한 용접 거리값으로 변환하여 상기 용접 부위의 내측 및 외측의 측정값을 산출하고, 상기 측정값을 기준으로 상기 용접 부위의 내측과 외측의 용접 거리를 그래프화 하여 상기 용접 부위의 내부 형상 및 결함을 검출하는 데이터 처리기를 포함하는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 장치를 제공한다.

전자빔 용접, 검사 대상물, 펄스 레이저, 유도 초음파, 비접촉

Description

레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 장치 및 그 검사 방법 {NONDESTRUCTIVE INSPECTION SYSTEM OF ELECTRON BEAM WELDING USING LASER ULTRASONIC TYPE AND INSPECTION METHOD THEREWITH}

본 발명은 전자빔 용접 비파괴 검사 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저 유도 초음파를 이용하여 전자빔 용접된 검사 대상물의 용접 부위를 비접촉 및 비파괴로서 검사할 수 있는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 장치에 관한 것이다.

일반적으로 용접은 2가지 고체 재료 사이에 직접 원자간 결합이 이루어지게 하여 접합시키는 것으로서, 금속 재료를 접합하는데 많이 이용되고 있다.

특히, 대략 2만 내지 3만 개가 넘는 부품으로 이루어진 자동차의 경우 용접에 의한 결합이 대부분인데, 이러한 용접에 결함이 있는 경우 운전자의 안전에 큰 위협이 될 수 있다.

따라서 용접 상태의 결함 유무를 검사하는 것은 매우 중요한데, 현재 실시하고 있는 용접 검사는 정기적인 샘플 검사와 선택된 샘플을 파괴하여 해당 라인에서 생산되는 제품의 용접 상태를 점검하는 파괴 검사로 이루어진다.

그러나 이러한 종래 실시되던 파괴 검사는 접합된 두 재료에 물리적 힘을 가하여 분리시키면서 그 분리에 소요된 힘으로 용접 상태를 짐작하는 분리 실험을 하게 되므로, 실험 과정에 위험성이 높으며, 검사 시간 또한 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한 이러한 파괴 검사의 경우 선택된 샘플이 검사 과정에서 파괴되므로, 검사 대상으로 선택된 제품이 검사 후 폐기되어 검사를 실시할수록 경제적 손실이 발생되는 문제점이 있었다. 아울러 이러한 파괴 검사는 상술한 바와 같이 검사 대상이 파괴되어 폐기되기 때문에, 몇 개의 샘플 만을 선택하여 진행하는 샘플 검사에 적합하므로 모든 제품을 검사하는 전수 검사에는 적용될 수 없는 문제점이 있었다.

이를 해결하기 위한 방안으로서 최근에는 이종 재질의 금속 모재가 용접된 검사 대상물의 용접 품질을 확인하기 위해 수침식 초음파 비파괴 검사 장치가 개시된 바 있다.

이러한 수침식 초음파 비파괴 검사 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 증류수와 같은 매질이 채워진 수조(110) 내부에 회전 테이블(130)이 설치되며, 상기 회전 테이블(130) 위에 놓여진 검사 대상물(150)의 용접 부위에 대하여 초음파를 발진하고 그 용접 부위에서 반사되는 초음파를 수신하는 초음파 송수신부(170)가 장착되어 구성된다.

이러한 종래 기술에 따른 수침식 초음파 비파괴 검사 장치에 의하면, 수조(110)에 증류수를 일정량 채우고, 회전 테이블(130) 위에 검사 대상물(150)을 정위치시킨다.

그리고 초음파 송수신부(170)가 검사 대상물(150)의 용접 부위 상부에 놓이도록 한 상태에서, 초음파 송수신부(170)를 통해 검사 대상물(150)의 용접 부위로 초음파를 발진시키게 되면 그 초음파는 증류수(매질)을 통해서 검사 대상물(150)의 용접 부위 내부로 전달된다.

이에 따라 상기 검사 대상물(150)의 용접 부위 내부로 전달된 초음파는 용접 부위의 결함부에서 반사되어 초음파 송수신부(170)로 되돌아오게 되고, 초음파 송수신부(170)는 상기 수신된 초음파를 신호 변환기(180)로 전달한다.

따라서 신호 변환기(180)는 상기 수신된 초음파를 신호값으로 변환하고 이 신호값을 데이터 처리기(190)로 전송한다. 그러면 데이터 처리기(190)는 상기 신호값을 분석하여 용접 부위의 결함 여부를 판단하게 된다.

그런데 종래 기술에 따른 수침식 초음파 비파괴 검사 장치는 이종 재질의 금속 모재가 용접된 검사 대상물의 용접 부위를 검사하는 경우, 초음파 신호가 용접 부위의 한 쪽 부위로 전달되어 그 부위의 내부 형상 및 결함 만을 검출하게 되므로, 이종 재질의 금속 모재가 용접된 검사 대상물의 용접 부위에 대한 내측 부위 및 외측 부위의 검사가 어렵운 문제점을 내포하고 있다.

또한 종래에는 용접 부위에 대한 내측 부위 및 외측 부위의 검사를 별도로 실시할 수 있으나, 전체 검사 대상물의 검사 소요 시간이 증가하게 되는 문제점이 있다.

아울러 종래에는 초음파가 매질(증류수)을 통해 검사 대상물의 용접 부위로 전달되는 구조로서 이루어지므로, 매질을 통해 초음파를 전달하는 방식으로는 두가 지 이상의 초음파 신호를 사용하기 힘들어 상기에서와 같이 이종 재질의 금속 모재가 용접된 검사 대상물의 용접 부위에 대한 검사가 어려운 문제점이 있다.

또한 종래 기술에 따른 수침식 초음파 비파괴 검사 장치는 검사 대상물에 잔류하는 그을음, 검사 대상물 소재 자체의 이물질 예컨대, 방청유, 녹에 의해 매질이 오염될 수 있으므로, 초음파가 오염된 매질을 통과하면서 그 초음파의 신호가 산란하게 된다.

따라서 종래에는 증류수와 같은 매질을 사용하기 때문에, 장치의 관리가 어렵고, 상기한 오염으로 인해 측정값의 오류가 심해 자동차와 같은 양산 라인에 작용하기 곤란한 문제점도 내포하고 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 펄스 레이저에 의한 비접촉식 유도 초음파 발생 원리를 적용하여 전자빔 용접된 검사 대상물의 용접 부위에 있어 이종 재질의 금속 모재에 대응하는 내측 부위 및 외측 부위의 내부 품질을 동시에 검사할 수 있는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 장치 및 그 검사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치는, 이질 소재의 금속 모재가 전자빔 용접으로서 접합된 검사 대상물에 펄스 레이저를 조사하여 상기 펄스 레이저에 의해 상기 검사 대상물의 내부에서 발생되는 유도 초음파를 이용하여 상기 검사 대상물의 원주형 용접 부위를 비파괴 검사하기 위한 것으로서, 상기 검사 대상물이 안착되는 회전판을 가지면서 상기 회전판을 일정한 속도로 360°회전시키고 상기 회전판의 회전 속도를 검출할 수 있는 인덱스 테이블과, 상기 회전판의 회전 각도를 기준할 때 상기 용접 부위의 내측 및 외측에 대응하여 180°간격으로 각각 배치되어 상기 용접 부위로 펄스 레이저를 조사하는 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부와, 상기 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부 측에 각각 설치되어 상기 용접 부위의 내측 및 외측에서 반사되어 대기 중으로 누설되는 상기 유도 초음파를 수신하는 제1 및 제2 유도 초음파 수신부와, 상기 각 제1 및 제2 유도 초음파 수신부에 수신된 상기 유도 초음파를 소정의 신호값으로 변환하고 그 신호값을 출력하는 신호 변환기, 및 상기 신호 변환기로부터 상기 각각의 신호값을 제공받아 그 신호값을 상기 검사 대상물의 회전 각도에 대한 용접 거리값으로 변환하여 상기 용접 부위의 내측 및 외측의 측정값을 산출하고, 상기 측정값을 기준으로 상기 용접 부위의 내측과 외측의 용접 거리를 그래프화 하여 상기 용접 부위의 내부 형상 및 결함을 검출하는 데이터 처리기를 포함한다.

상기 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치는, 상기 제1 펄스 레이저 조사부가 상기 용접 부위의 내측에 대응하여 설치되고, 상기 제2 펄스 레이저 조사부가 상기 용접 부위의 외측에 대응하여 설치될 수 있다.

상기 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 유도 초음파 수신부는 상기 유도 초음파를 감지하고 그 감지 신호를 상기 신호 변환기로 출력하는 에어 커플 센서인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 방법은 상기 검사장치를 이용하여 이질 소재의 금속 모재가 전자빔 용접된 검사 대상물의 원주형 용접 부위를 비파괴 검사하는 것으로서, 상기 인덱스 테이블의 회전판에 상기 검사 대상물을 정위치시키는 제1 단계와, 상기 회전판을 회전시키는 제2 단계와, 상기 회전판의 회전 각도를 검출하는 제3 단계와, 상기 각각의 제1 펄스 레이저 조사부 및 제2 펄스 레이저 조사부를 통해 펄스 레이저를 상기 용접 부위로 조사하는 제4 단계와, 상기 펄스 레이저에 의해 상기 검사 대상물의 내부에서 발생되고 상기 용접 부위의 내측과 외측에 반사되어 대기 중으로 누설되는 유도 초음파를 상기 각각의 제1 유도 초음파 수신부 및 제2 유도 초음파 수신부를 통해 수신하는 제5 단계와, 상기 제1 및 제2 유도 초음파 수신부에 각각 수신된 상기 유도 초음파를 상기 신호 변환기에서 소정의 신호값으로 변환하는 제6 단계와, 상기 데이터 처리기를 통해 상기 검사 대상물의 회전 각도와 상기 각 신호값을 처리하여 상기 용접 부위의 내부 형상 및 결함을 검출하는 제7 단계를 포함한다.

상기 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 방법에 있어서, 상기 제7 단계는, 상기 각 신호값을 상기 검사 대상물의 회전 각도에 대한 용접 거리값으로 변환하여 상기 용접 부위의 내측 및 외측의 용접 거리값을 산출하고, 상기 용접 부위의 내측 및 외측의 용접 거리값을 +180°위상 복원하며, 상기 용접 부위의 용접경을 기준값으로 설정하여 상기 기준값에 대한 상기 내측의 용접 거리값을 음(-)의 값으로 변환하며 상기 외측의 용접 거리값을 양(+)의 값으로 변환하고, 상기 용접 부위의 내외측 변환 데이터를 0~360°에 대해 용접 거리값으로 중첩하여 상기 검사 대상물의 회전 각도 및 용접 거리에 대한 데이터를 그래프화 하며, 상기 검사 대상물의 회전 각도에 대한 허용 용접거리의 최대값과 최소값을 설정하여 상기 용접 부위의 내부 품질를 검출하는 단계를 거치는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 의하면, 펄스 레이저에 의한 비접촉식 유도 초음파 발생 원리를 적용하여 전자빔 용접 부위의 내부 품질을 확인할 수 있으므로, 종래의 수침식 초음파 검사 장치와 달리 증류수와 같은 매질을 필 요로 하지 않으며, 이로 인해 관리가 용이하고 실제 양산 라인에 적용 가능하다. 아울러 종래와 달리, 주변 오염의 영향이 적어 초음파 신호의 산란을 줄일 수 있고, 이로 인해서 용접 부위에 대한 내부 품질의 정확한 측정이 가능하며, 용접품의 불량 검사에 대한 신뢰성 확보에 기여할 수 있다.

또한 본 실시예에 의하면, 이질 소재의 금속 모재가 접합된 검사 대상물의 용접 부위에 있어 내측 부위와 외측 부위에 대한 내부의 형상 및 결함을 동일 공정에서 동시에 검사할 수 있으므로, 검사 시간(cycle time)을 단축시킬 수 있다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 비파괴 검사장치(100)는 이질 소재의 각 금속 모재(1, 2)가 전자빔 용접으로서 접합된 검사 대상물(10)에 펄스 레이저를 조사하여 그 펄스 레이저에 의해 검사 대상물(10)의 내부에서 발생되는 비접촉식 유도 초음파를 이용함으로써 검사 대상물(10)의 원주형 용접 부위(5)를 비파괴 검사할 수 있는 구조로서 이루어진다.

여기서, 레이저를 이용한 초음파(laser ultrasonics) 발생의 기본적인 원리는 Nd:YAG 펄스 레이저(pulse laser)를 금속 표면에 조사시키면, 매우 얇은 흡수층에서 에너지의 흡수 및 반사가 발생하는데, 이렇게 흡수된 에너지에 의해 금속 표 면의 온도가 매우 짧은 시간 동안 상승 및 하강하는 구배가 나타난다. 따라서 극히 짧은 시간 동안에 이루어지는 온도 구배로 인한 열탄성 효과로서 금속 재료 내부에서 순간적인 팽창이 발생하여, 고주파의 열탄성 응력, 변형률이 금속 내부로 전달되는 것이다.

즉, 본 장치(100)는 Nd:YAG 펄스 레이저를 검사 대상물(10)의 표면에 조사하면 상기한 초음파 발생 원리에 의해 검사 대상물(10)의 금속 내부에서 유도 초음파가 발진되고, 상기 유도 초음파가 용접 부위(5)에 반사되면서 대기 중으로 누설되는데, 그 유도 초음파를 수신하여 데이터화 함으로서 상기 용접 부위(5)의 내부 형상 및 결함을 검출할 수 있는 것이다.

상기에서 검사 대상물(10)은 엔진의 출력을 고속으로 변속하고 최종 출력축에 동력을 전달하는 자동 변속기의 구성 부품으로서, 이질 소재의 제1 및 제2 금속 모재(1, 2)가 전자빔 용접된 것을 말한다.

이 경우 상기 검사 대상물(10)은 원형으로 된 제1 금속 모재(1)의 가장자리 부분에 링 형태의 제2 금속 모재(2)가 전자빔 용접된 것으로, 이하에서는 제1 및 제2 금속 모재(1, 2)의 접합 부분에 상응하는 용접 부위(5)에 있어, 제1 금속 모재(1)의 접합 부분을 내측 부위(3), 제2 금속 모재(2)의 접합 부분을 외측 부위(4)로 구분하여 설명하기로 한다.

이와 같은 본 실시예에 의한 전자빔 용접 비파괴 검사 장치(100)는 인덱스 테이블(30)과, 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부(40a, 40b)와, 제1 및 제2 유도 초음파 수신부(60, 70)와, 신호 변환기(80)와, 데이터 처리기(90)를 포함하여 구성된 다.

상기 인덱스 테이블(30)은 검사 대상물(10)을 일정한 속도로 360°회전시키기 위한 것이다. 인덱스 테이블(30)은 상기 검사 대상물(10)이 안착될 수 있는 회전판(31)을 구비하고 있는 바, 상기 회전판(31)은 스핀들 축(33)에 결합된다.

이와 같은 인덱스 테이블(30)은 회전판(31)의 회전 각도 바람직하게는, 검사 대상물(10)의 회전 각도를 검출하며, 그 검출 신호를 데이터 처리기(90)로 출력할 수 있는 구조로 이루어진다.

상기 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부(40a, 40b)는 검사 대상물(10)의 용접 부위(5)로 펄스 레이저를 조사하기 위한 것으로서, 레이저 발진 장치(미도시)에서 발진된 레이저 빔을 복수의 렌즈(미도시)로 통과시키고, 그 레이저 빔을 원호형 슬릿(미도시)을 통하여 검사 대상물(10)의 용접 부위(5)로 조사할 수 있는 통상적인 펄스 레이저 조사 장치로서 이루어진다.

여기서 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부(40a, 40b)는 회전판(31)의 회전 각도를 기준할 때 용접 부위(5)의 내측 부위(3) 및 외측 부위(4)에 대응하여 180°간격으로 각각 배치되는데, 제1 펄스 레이저 조사부(40a)는 상기 내측 부위(3)에 대응하여 설치되고, 제2 펄스 레이저 조사부(40b)는 상기 외측 부위(4)에 대응하여 설치된다.

이러한 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부(40a, 40b)는 일반적으로 당 업계에 널리 알려진 레이저 조사 장치로서 이루어지므로 본 명세서에서 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제1 및 제2 유도 초음파 수신부(60, 70)는 검사 대상물(10)의 내부에서 용접 부위(5)의 내측 부위(3) 및 외측 부위(4)에 반사되어 대기 중으로 누설되는 유도 초음파를 수신하기 위한 것이다.

이러한 제1 및 제2 유도 초음파 수신부(60, 70)는 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부(40a, 40b) 측에 각각 배치되며, 바람직하게는 상기 유도 초음파를 감지하고 그 감지 신호를 신호 변환기(80)로 출력할 수 있는 에어 커플 센서(air couple sensor)로서 이루어진다.

여기서 제1 유도 초음파 수신부(60)는 제1 펄스 레이저 조사부(40a)에서 검사 대상물(10)로 조사된 펄스 레이저에 의해 검사 대상물(10)의 내부에서 발생되어 용접 부위(5)의 내측 부위(3)를 통해 대기 중으로 반사되는 유도 초음파를 수신한다(도 3a 참조).

그리고 제2 유도 초음파 수신부(70)는 제2 펄스 레이저 조사부(40b)에서 검사 대상물(10)로 조사된 펄스 레이저에 의해 검사 대상물(10)의 내부에서 발생되어 용접 부위(5)의 외측 부위(4)를 통해 대기 중으로 반사되는 유도 초음파를 수신한다(도 3b 참조).

상기 신호 변환기(80)는 제1,2 유도 초음파 수신부(60, 70), 및 데이터 처리기(90)와 신호 체계로서 연결되어 제1,2 유도 초음파 수신부(60, 70)에 수신된 유도 초음파를 소정의 신호값으로 변환하고 그 신호값을 데이터 처리기(90)로 출력한다.

상기 데이터 처리기(90)는 신호 변환기(80)로부터 제1,2 유도 초음파 수신 부(60, 70)에 대응하는 각각의 신호값을 제공받아 그 신호값을 소정의 데이터로서 검출할 수 있는 구조로 이루어진다.

이러한 데이터 처리기(90)는 상기 각각의 신호값을 검사 대상물(10)의 회전 각도에 대한 용접 거리값으로 변환하여 용접 부위(5)의 내측 부위(3) 및 외측 부위(4)의 측정값을 산출하고, 상기 측정값을 기준으로 내측 부위(3)와 외측 부위(4)의 용접 거리를 그래프화 하여 상기 용접 부위(5)의 내부 형상 및 결함을 검출하는 기능을 하게 된다.

한편, 본 실시예에서는 제1,2 유도 초음파 수신부(60, 70)와 신호 처리기(80) 사이에 제1,2 유도 초음파 수신부(60, 70)에 수신된 유도 초음파의 신호를 증폭시킬 수 있는 증폭기(미도시)가 설치될 수 있으며, 신호 처리기(80)와 데이터 처리기(90) 사이에는 신호 변환기(80)에서 변환된 신호값을 파형으로 출력할 수 있는 오실로스코프(미도시)가 설치될 수도 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 장치를 이용한 전자빔 용접 비파괴 검사 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

도 4를 참조하면, 우선 인덱스 테이블(30)의 회전판(31)에 검사 대상물(10)을 정위치시키고(S1 단계), 모터(미도시)의 구동으로서 인덱스 테이블(30)의 회전판(31)을 일정한 속도로 회전시킨다(S2 단계).

이어서, S3 단계로서 데이터 처리기(90)는 상기 회전판(31)의 회전 각도를 검출한다.

다음, 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부(40a, 40b)는 회전판(31)의 회전 각도를 기준할 때 180°간격의 위치에서 검사 대상물(10)의 용접 부위(5)로 펄스 레이저를 조사한다(S4 단계).

이 단계에서는, 제1 펄스 레이저 조사부(40a)를 통해 검사 대상물(10)로 조사된 펄스 레이저에 의해 검사 대상물(10)의 내부에서 유도 초음파가 발생되고, 이 유도 초음파는 도 3a에 도시된 바와 같이 용접 부위(5)의 내측 부위(3)에 반사되어 대기 중으로 누설된다.

그리고 제2 펄스 레이저 조사부(40b)를 통해 검사 대상물(10)로 조사된 펄스 레이저에 의해 검사 대상물(10)의 내부에서 유도 초음파가 발생되고, 이 유도 초음파는 도 3b에 도시된 바와 같이 용접 부위(5)의 외측 부위(4)에 반사되어 대기 중으로 누설된다.

이 때 용접 부위(5)의 내측 부위(3) 및 외측 부위(4)에서 반사된 유도 초음파는 직진성으로 일정한 각도를 유지하면서 굴절된다.

이어서, 제1 유도 초음파 수신부(60)는 용접 부위(5)의 내측 부위(3)에 반사되어 대기 중으로 누설되는 유도 초음파를 수신하고, 제2 유도 초음파 수신부(70)는 용접 부위(5)의 외측 부위(4)에 반사되어 대기 중으로 누설되는 유도 초음파를 수신한다(S5 단계).

이 과정에서, 제1 유도 초음파 수신부(60) 및 제2 유도 초음파 수신부(70)에 수신된 유도 초음파는 직진성을 가지므로 대기 중의 외부 간섭에 영향을 받지 않게 된다. 즉, 제1 유도 초음파 수신부(60) 및 제2 유도 초음파 수신부(70)는 상기 유도 초음파가 직진성을 지니며 일정한 각도를 유지하므로, 상기 내측 부위(3) 및 외측 부위(4)에서 반사된 유도 초음파 신호의 검출시 외부 간섭에 의한 영향을 받지 않게 된다.

다음, 신호 변환기(80)는 상기 제1 유도 초음파 수신부(60) 및 제2 유도 초음파 수신부(70)에 각각 수신된 유도 초음파를 소정의 신호값으로 변환하고, 그 신호값을 데이터 처리기(90)로 출력한다(S6 단계).

이어서, 데이터 처리기(90)는 검사 대상물(10)의 회전 각도와 상기 각 신호값을 처리하고 이를 데이터화 하여 용접 부위(5)의 내부 형상 및 결함을 검출한다(S7 단계).

도 5는 도 4에 도시된 S7 단계를 더욱 구체적으로 설명하기 위한 플로우-챠트이다.

도 5를 참조하면, 상기 S7 단계에서 데이터 처리기(90)는 상기 각각의 신호값을 검사 대상물(10)의 회전 각도에 대한 용접 부위(5)의 내측 부위(3) 및 외측 부위(4)의 용접 거리값(Amplitude)으로 변환한다(S7-1 단계).

이어서, 검사 대상물(10)의 회전 각도에 대한 상기 내측 부위(3)의 용접 거리값 및 외측 부위(4)의 용접 거리값을 +180°위상 복원한다(S7-2 단계).

다음, 상기 용접 부위(5)의 도면상 용접경을 기준값으로 설정하여 상기 기준값에 대한 내측 부위(3)의 용접 거리값을 음(-)의 값으로 변환하며, 외측 부위(4) 의 용접 거리값을 양(+)의 값으로 변환한다(S7-3 단계).

이어서, 상기 내측 부위(3)의 변환값과 외측 부위(4)의 변환값에 대한 데이터를 검사 대상물(10)의 회전 각도(0~360°)에 대해 용접 거리값으로 중첩하고(S7-4 단계), 상기 검사 대상물(10)의 회전 각도 및 용접 거리값에 대한 데이터를 그래프화 한다(S7-5 단계).

마지막으로, 상기 검사 대상물(10)의 회전 각도에 대한 허용 용접거리의 최대값과 최소값을 설정하여 상기 용접 부위(5)에 대한 내측 부위(3) 및 외측 부위(4)의 내부 품질을 검출한다(S7-6 단계).

따라서 본 실시예에서는 수침식 초음파 검사법을 이용한 종래와 달리, 펄스 레이저에 의한 비접촉식 유도 초음파 발생 원리를 적용하여 이질 소재의 금속 모재가 접합된 검사 대상물(10)의 용접 부위(5)에 있어 내측 부위(3)와 외측 부위(4)를 검사 대상물(10)의 회전 각도와 용접 거리에 대한 데이터로 처리함으로써 용접 부위(5)의 내부 형상 및 결함을 검출할 수 있게 된다.

이로써 본 실시예에 따른 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치(100)는 전자빔 용접된 자동 변속기용 구성 부품의 내부 품질을 용이하게 확인할 수 있으며, 실제 양산 중인 자동차 조립 공정 라인에서의 품질 관리 시스템으로서 적용될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 종래 기술에 따른 수침식 초음파 비파괴 검사 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시한 용접 부위 및 유도 초음파의 반사 경로를 도시한 단면 구성도이다.

Claims

이질 소재의 금속 모재가 전자빔 용접으로서 접합된 검사 대상물에 펄스 레이저를 조사하여 상기 펄스 레이저에 의해 상기 검사 대상물의 내부에서 발생되는 유도 초음파를 이용하여 상기 검사 대상물의 원주형 용접 부위를 비파괴 검사하기 위한 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치에 있어서,

상기 검사 대상물이 안착되는 회전판을 가지면서 상기 회전판을 일정한 속도로 360°회전시키고, 상기 회전판의 회전 속도를 검출할 수 있는 인덱스 테이블;

상기 회전판의 회전 각도를 기준할 때 상기 용접 부위의 내측 및 외측에 대응하여 180°간격으로 각각 배치되어 상기 용접 부위로 펄스 레이저를 조사하는 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부;

상기 제1 및 제2 펄스 레이저 조사부 측에 각각 설치되어 상기 용접 부위의 내측 및 외측에서 반사되어 대기 중으로 누설되는 상기 유도 초음파를 수신하는 제1 및 제2 유도 초음파 수신부;

상기 각 제1 및 제2 유도 초음파 수신부에 수신된 상기 유도 초음파를 소정의 신호값으로 변환하고 그 신호값을 출력하는 신호 변환기; 및

상기 신호 변환기로부터 상기 각각의 신호값을 제공받아 그 신호값을 상기 검사 대상물의 회전 각도에 대한 용접 거리값으로 변환하여 상기 용접 부위의 내측 및 외측의 측정값을 산출하고, 상기 측정값을 기준으로 상기 용접 부위의 내측과 외측의 용접 거리를 그래프화 하여 상기 용접 부위의 내부 형상 및 결함을 검출하 는 데이터 처리기

를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치.
제1 항에 있어서,

상기 제1 펄스 레이저 조사부가 상기 용접 부위의 내측에 대응하여 설치되고, 상기 제2 펄스 레이저 조사부가 상기 용접 부위의 외측에 대응하여 설치되는 것을 특징으로 하는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치.
제1 항에 있어서,

상기 제1 및 제2 유도 초음파 수신부는 상기 유도 초음파를 감지하고 그 감지 신호를 상기 신호 변환기로 출력하는 에어 커플 센서인 것을 특징으로 하는 전자빔 용접 비파괴 검사장치.
청구항 1에 제공되는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사장치를 이용하여 이질 소재의 금속 모재가 전자빔 용접된 검사 대상물의 원주형 용접 부위를 비파괴 검사하는 방법에 관한 것으로서,

인덱스 테이블의 회전판에 검사 대상물을 정위치시키는 제1 단계;

상기 회전판을 회전시키는 제2 단계;

상기 회전판의 회전 각도를 검출하는 제3 단계;

각각의 제1 펄스 레이저 조사부 및 제2 펄스 레이저 조사부를 통해 펄스 레이저를 상기 용접 부위로 조사하는 제4 단계;

상기 펄스 레이저에 의해 상기 검사 대상물의 내부에서 발생되고, 상기 용접 부위의 내측과 외측에 반사되어 대기 중으로 누설되는 유도 초음파를 제1 유도 초음파 수신부 및 제2 유도 초음파 수신부를 통해 수신하는 제5 단계;

상기 제1 및 제2 유도 초음파 수신부에 각각 수신된 상기 유도 초음파를 신호 변환기에서 소정의 신호값으로 변환하는 제6 단계; 및

데이터 처리기를 통해 상기 검사 대상물의 회전 각도와 상기 각 신호값을 처리하여 상기 용접 부위의 내부 형상 및 결함을 검출하는 제7 단계

를 포함하는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 방법.
제4 항에 있어서,

상기 제7 단계는:

상기 각 신호값을 상기 검사 대상물의 회전 각도에 대한 용접 거리값으로 변환하여 상기 용접 부위의 내측 및 외측의 용접 거리값을 산출하고;

상기 용접 부위의 내측 및 외측의 용접 거리값을 +180°위상 복원하며;

상기 용접 부위의 용접경을 기준값으로 설정하여 상기 기준값에 대한 상기 내측의 용접 거리값을 음(-)의 값으로 변환하며, 상기 외측의 용접 거리값을 양(+)의 값으로 변환하고;

상기 용접 부위의 내외측 변환 데이터를 0~360°에 대해 용접 거리값으로 중 첩하여 상기 검사 대상물의 회전 각도 및 용접 거리에 대한 데이터를 그래프화 하며;

상기 검사 대상물의 회전 각도에 대한 허용 용접거리의 최대값과 최소값을 설정하여 상기 용접 부위의 내부 품질를 검출하는 레이저 유도 초음파 방식의 전자빔 용접 비파괴 검사 방법.