KR20090069069A - 복합재 구조물의 손상 탐지장치 및 방법 - Google Patents

복합재 구조물의 손상 탐지장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합재 구조물에 대한 비파괴 손상 탐지장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 고유 진동수를 측정하고 측정된 고유 진동수와 손상되지 않은 원형의 복합재 구조물의 고유 진동수를 비교하여 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 손상 여부 또는 손상 정도를 판단하는 복합재 구조물의 손상 탐비장치 및 방법에 관한 것이다.
복합재 구조물, 고유 진동수, 진동신호 분석기, 가속도계, 타격력 감지센서

Description

복합재 구조물의 손상 탐지장치 및 방법{Damage Detection Equipment and Damage Detection Method for Composite Structure}
본 발명은 복합재 구조물에 대한 비파괴 손상 탐지장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 고유 진동수를 측정하고 측정된 고유 진동수와 손상되지 않은 원형의 복합재 구조물의 고유 진동수를 비교하여 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 손상 여부 또는 손상 정도를 판단하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치 및 방법에 관한 것이다.
복합재 구조물은 제작시 이물질 등에 의한 결함이나, 운용시 외부 충격에 의해 내부에 보이지 않는 손상이 발생하는 경우가 많다.
그런데, 복합재 구조물 내부에 발생한 손상은 육안으로 식별할 수 없으므로 일반적으로 초음파나 x-ray 등을 이용하여 복합재 구조물의 내부 손상 여부를 평가하였다.
그러나, 이러한 장비는 일반적으로 고가이고, 그 취급에 주의를 기울여야 하는 단점이 있었다.
본 발명은 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 고유 진동수를 측정하여 측정된 고유 진동수와 손상되지 않은 원형의 복합재 구조물의 고유 진동수를 비교함으로써 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 내부의 손상 여부 또는 손상 정도를 파악하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 복합재 구조물의 손상 탐지 오차를 줄이기 위하여, 복합재 구조물에 동일한 타격력을 가하여 동일한 실험을 반복 수행할 수 있도록 타격기의 타격점까지의 회전각을 일정하게 설정할 수 있는 수단으로 각도기를 구비하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 복합재 구조물을 고정시키기 위한 고정대; 상기 고정대에 고정되는 복합재 구조물에 충격을 가하도록 상기 고정대에 회동 가능하게 장착되는 타격기; 상기 타격기에 의해 타격되는 힘을 측정하기 위한 타격력 감지센서; 상기 복합재 구조물에 설치되는 가속도계; 상기 타격력 감지센서 및 가속계에 의한 입력신호를 수신받아 상기 복합재 구조물의 고유진동수를 계산하는 진동신호 분석기; 상기 진동신호 분석기에 의해 계산된 고유 진동수를 미리 저장된 고유 진동수와 비교함으로써 상기 복합재 구조물의 손상 여부를 판단하는 손상 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치에 관한 것이다.
본 발명은 상기 타격기가 상기 복합재 구조물의 타격점까지 회전하는 각도를 측정할 수 있도록, 상기 타격기의 회전축 측부에는 각도기가 설치되기도 하며, 상기 타격기는 상기 회전축에 끼워지는 끼움부, 상기 복합재 구조물을 타격하는 타격돌기가 돌출 형성되는 타격돌기 설치부, 상기 각도기의 지시침 역할을 수행하도록 상기 끼움부와 타격돌기 설치부 사이에 일자형을 형성되는 지시침부를 포함하기도 한다.
본 발명에 있어서, 상기 손상 탐지부는 상기 복합재 구조물의 손상 정도를 판단하기 위하여, 특정 대역의 고유 진동수에 해당하는 특정 손상 정보가 입력되어 있기도 하다.
한편, 본 발명은 타격수단에 의하여 복합재 구조물을 타격하는 단계; 상기 복합재 구조물 또는 타격수단에 연결된 타격력 감지센서 및 상기 복합재 구조물에 연결된 가속도계로부터 상기 복합재 구조물 타격시 발생한 전기신호를 입력받는 단계; 진동신호 분석기에 의하여 상기 입력된 전기신호를 이용하여 상기 복합재 구조물의 고유진동수를 계산하는 단계; 손상 탐지부에 의하여 상기 계산된 고유진동수를 미리 저장된 고유 진동수와 비교함으로써 상기 복합재 구조물의 손상 여부를 판단하는 손상 탐지단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 손상 탐지단계는 상기 계산된 고유진동수가 특정 대역의 고유진동수에 해당하는 경우 복합재 구조물의 손상 정도를 특정 등급으로 판단하기도 한다.
본 발명은 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 고유 진동수를 측정하여 측정된 고유 진동수와 손상되지 않은 원형의 복합재 구조물의 고유 진동수를 비교함으로써 탐지 대상이 된 복합재 구조물의 내부의 손상 여부 또는 손상 정도를 손쉽게 파악할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 각도기 및 지시침부가 구비되어 있으므로, 동일한 복합재 구조물에 대하여 타격점까지 동일한 회전각을 유지한 상태에서 동일한 실험을 반복함으로써 실험 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 타격기의 일부 형상을 지시침 역할을 수행하도록 형성함으로써 별도의 지시침을 구비하지 않아도 되는 장점이 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예1
실시예1은 본 발명에 따른 복합재 구조물의 손상 탐지장치의 일실시예이다. 도1은 실시예1의 개략적 블록 구성도를, 도2는 실시예2의 주요부의 사시도를 나타낸다.
도1을 참조하면 실시예1은 고정대(100), 타격기(130), 타격력 감지센서(200), 가속도계(300), 진동신호 분석기(400) 및 손상 탐지부(500)를 갖는다.
도2를 참조하면 고정대(100)는 제1 고정대(110)와 제2 고정대(120)로 구성된다. 제2 고정대(120)는 복합재 구조물(T)을 직접 고정시키기 위한 구조물이며, 제2 고정대(120)는 제1 고정대(110)에 탑재 고정된다.
도2를 참조하면 제1 고정대(110)에 고정된 복합재 구조물(T)에는 가속도계(300)가 부착된다. 가속도계(300)는 자석을 이용하여 가속도계(300)에 부착되는 것이 바람직하다. 도1을 함께 참조하면 가속도계(300)는 진동신호 분석기(400)에 연결된다.
도2를 참조하면 제1 고정대(110)의 상부에는 회전축 지지대(140)가 돌출 형성된다. 회전축 지지대(140)에는 회전축(142)이 설치된다.
도2를 참조하면 타격기(130)는 회전축(142)을 중심으로 회전 가능하도록, 그 상측단이 회전축(142)에 끼워져 회전축 지지대(140)에 설치된다.
도2를 참조하면 회전축 지지대(140)의 측면에는 각도기(150)가 설치된다. 각도기(150)의 중심은 회전축(142)의 중심과 일치하도록 설치된다.
도2를 참조하면 타격기(130)는 회전축(142)에 끼워지는 끼움부(도면부호 미부여), 복합재 구조물(T)을 타격하는 타격돌기(134)가 돌출 형성되는 타격돌기 설치부(도면부호 미부여), 각도기(150)의 지시침 역할을 수행하도록 상기 끼움부(도면부호 미부여)와 타격돌기 설치부(도면부호 미부여) 사이에 일자형을 형성되는 지시침부(132)로 구성된다.
도2에는 도시되지 않았으나, 타격기(130) 내부에는 타격기(130)에 의해 복합재 구조물(T)에 가해지는 타격력을 감지하는 타격 감지센서(200, 도1참조)가 구비될 수 있다.
도1을 참조하면 타격 감지센서(200)는 진동신호 분석기(400)에 연결된다. 진 동신호 분석기(400)는 타격 감지센서(200) 및 가속도계(300)로부터 전기신호 형태의 입력신호를 수신받아 복합재 구조물(T)의 고유진동수를 계산하는 역할을 수행한다.
도1을 참조하면 진동신호 분석기(400)에는 손상 탐지부(500)가 연결된다. 손상 탐지부(500)에는 타격기(130)에 의한 타격 대상이 되는 복합재 구조물(T)과 동일한 복합재 구조물로서 손상되지 않은 원형의 복합재 구조물에 대한 고유 진동수가 입력되어 있다. 진동신호 분석기(400)는 상기 원형의 복합재 구조물에 대한 고유진동수와 진동신호 분석기(400)로부터 계산된 고유 진동수를 비교하여 그 차이가 일정 범위 이상인 경우 타격기(130)에 의한 타격 대상이 되는 복합재 구조물(T)이 손상된 것으로 판정한다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 손상 탐지부(500)에는 특정 대역의 고유 진동수에 해당하는 특정 손상 정보가 입력되어 있을 수 있는데, 이 경우 진동신호 분석기(400)로부터 계산된 고유 진동수가 상기 특정 대역의 고유 진동수에 해당되는 경우 그에 해당하는 손상 정보를 알려주게 된다.
즉, 진동신호 분석기(400)로부터 계산된 고유 진동수가 제1 대역에 해당하는 경우에는 손상되지 않았다는 정보를 표시하고, 제2 대역에 해당하는 경우에는 손상 등급이 A 등급이라는 정보를 표시하고, 제3 대역에 해당하는 경우에는 손상 등급이 B 등급이라는 정보를 표시할 수 있다. 손상 등급에 대한 정보는 실험을 통하여 입력되거나, 수치해석을 통하여 입력될 수 있다.
이하, 상기한 실시예1의 작동에 대하여 설명한다.
도2를 참조하면 복합재 구조물(T)을 제2 고정대(120)에 고정시켜, 제2 고정대(120)를 제1 고정대(110)에 장착시킨다. 이어서, 타격기(130)를 회전축(142)을 중심으로 상부로 회전시켜 타격점까지의 회전각이 특정 각도가 되도록 한다.
타격기(130)의 회전각이 정해지면 타격기(130)를 풀어 놓아 타격돌기(134)가 복합재 구조물(T)을 타격하도록 한다.
도1을 참조하면 타격돌기(134)가 복합재 구조물(T)을 타격하게 되면 타격력 감지센서(200) 및 가속도계(300)로부터 전기신호가 입력되고, 진동신호 분석기(400)가 이 입력신호를 수신받아 복합재 구조물(T)의 고유 진동수를 측정하게 된다.
도1을 참조하면 손상 탐지부(500)는 진동신호 분석기(400)로부터 계산된 복합재 구조물(T)의 고유 진동수와 원형의 복합재 구조물과의 고유 진동수를 비교하여 타격 대상이 된 복합재 구조물(T)의 손상 여부 또는 손상 정도를 판별하게 된다.
한편, 상기한 실시예1은 지시침부(132)가 구비되어 있으므로, 동일한 복합재 구조물(T)에 대하여 타격점까지 동일한 회전각을 유지한 상태에서 동일한 실험을 반복함으로써 실험 오차를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기한 실시예1은 별도의 지시침을 구비할 필요가 없는 장점이 있다.
실시예2
실시예2는 본 발명에 따른 복합재 구조물의 손상 탐지방법에 관한 것이다. 도3은 실시예2의 흐름도를 나타낸다.
도3을 참조하면 실시예2는 타격단계(S100), 입력단계(S200), 고유진동수 계산단계(S300) 및 손상 탐지단계(S400)를 갖는다.
도3을 참조하면 타격단계(S100)에서는 타격기(130) 또는 기타의 타격수단을 이용하여 복합재 구조물에 충격을 가하게 된다.
도3을 참조하면 입력단계(S200)에서는 타격력 감지센서(도면 미도시) 및 가속도계(300)로부터 상기 복합재 구조물 타격시 발생한 전기신호를 입력받게 된다. 상기 전기신호를 입력하기 위하여 타격력 감지센서(도면 미도시) 및 가속도계(300)가 상기 복합재 구조물에 연결된다. 그러나, 타격력 감지센서(도면 미도시)는 타격기(130) 또는 기타의 타격수단에 연결될 수 있다.
도3을 참조하면 고유진동수 계산단계(S300)에서는 진동신호 분석기(도면 미도시)에서 상기 입력된 전기신호를 이용하여 상기 복합재 구조물의 고유진동수를 계산하게 된다. 타격력 감지센서(도면 미도시) 및 가속도계(300)로부터의 전기신호를 입력받기 위하여 타격력 감지센서(도면 미도시) 및 가속도계(300)가 진동신호 분석기(도면 미도시)에 연결된다.
도3을 참조하면 손상 탐지단계(S400)에서는 상기 진동신호 분석기에서 계산된 복합재 구조물의 고유진동수를 미리 저장된 원형의 복합재 구조물의 고유 진동수와 비교함으로써 상기 복합재 구조물의 손상 여부 및 손상 정도를 판단하게 된다. 손상 탐지부(500)에는 특정 대역의 고유 진동수에 해당하는 특정 손상 정보가 입력되어 있는데, 손상 탐지부(500)는 진동신호 분석기(400)로부터 계산된 고유 진동수가 상기 특정 대역의 고유 진동수에 해당되는 경우 그에 해당하는 손상 정보를 알려주게 된다.
도1은 실시예1의 개략적 블록 구성도.
도2는 실시예1의 주요부의 사시도.
도3은 실시예2의 흐름도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100:고정대 110:제1 고정대
120:제2 고정대 130:타격기
132:지시침부 134:타격돌기
140:회전축 지지대 142:회전축
150:각도기
300:가속도계 400:진동신호 분석기
500:손상탐지부

Claims (6)

  1. 복합재 구조물을 고정시키기 위한 고정대;
    상기 고정대에 고정되는 복합재 구조물에 충격을 가하도록 상기 고정대에 회동 가능하게 장착되는 타격기;
    상기 타격기에 의해 타격되는 힘을 측정하기 위한 타격력 감지센서;
    상기 복합재 구조물에 설치되는 가속도계;
    상기 타격력 감지센서 및 가속계에 의한 입력신호를 수신받아 상기 복합재 구조물의 고유진동수를 계산하는 진동신호 분석기;
    상기 진동신호 분석기에 의해 계산된 고유 진동수를 미리 저장된 고유 진동수와 비교함으로써 상기 복합재 구조물의 손상 여부를 판단하는 손상 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타격기가 상기 복합재 구조물의 타격점까지 회전하는 각도를 측정할 수 있도록, 상기 타격기의 회전축 측부에는 각도기가 설치되는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 타격기는 상기 회전축에 끼워지는 끼움부, 상기 복합재 구조물을 타격 하는 타격돌기가 돌출 형성되는 타격돌기 설치부, 상기 각도기의 지시침 역할을 수행하도록 상기 끼움부와 타격돌기 설치부 사이에 일자형을 형성되는 지시침부를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 손상 탐지부는 상기 복합재 구조물의 손상 정도를 판단하기 위하여, 특정 대역의 고유 진동수에 해당하는 특정 손상 정보가 입력되어 있는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지장치.
  5. 타격수단에 의하여 복합재 구조물을 타격하는 단계;
    상기 복합재 구조물 또는 타격수단에 연결된 타격력 감지센서 및 상기 복합재 구조물에 연결된 가속도계로부터 상기 복합재 구조물 타격시 발생한 전기신호를 입력받는 단계;
    진동신호 분석기에 의하여 상기 입력된 전기신호를 이용하여 상기 복합재 구조물의 고유진동수를 계산하는 단계;
    손상 탐지부에 의하여 상기 계산된 고유진동수를 미리 저장된 고유 진동수와 비교함으로써 상기 복합재 구조물의 손상 여부를 판단하는 손상 탐지단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 손상 탐지단계는 상기 계산된 고유진동수가 특정 대역의 고유진동수에 해당하는 경우 복합재 구조물의 손상 정도를 특정 등급으로 판단하는 것을 특징으로 하는 복합재 구조물의 손상 탐지방법.
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