KR20100019641A

KR20100019641A - 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치

Info

Publication number: KR20100019641A
Application number: KR1020080078317A
Authority: KR
Inventors: 윤병식; 김용식; 양승한; 권기일; 이희종
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2008-08-11
Filing date: 2008-08-11
Publication date: 2010-02-19
Also published as: KR100983674B1

Abstract

본 발명은 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치에 관한 것으로서, 측정값을 용이하게 측정 가능하고, 측정 결과를 수차례에 걸쳐 수행할 경우에도 재현성이 우수하므로 초음파 검사시 검사대상의 결함 평가를 더욱 정밀하게 수행할 수 있는 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치에 관한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 전방에 일정한 길이의 반경을 갖는 1/4원형부 및 이와 일체 형성된 박스 형상의 몸체부로 이루어진 내부에 빈 공간을 갖는 하우징과; 상기 하우징의 삽입되는, 교체 가능한 검사대상과; 상기 하우징의 상단면 및 1/4원형부의 외주연을 따라 이동하면서 각각 입사점 및 굴절각을 측정 가능한 별도의 측정부재와; 상기 측정부재에서 감지한 입사점 및 굴절각의 값이 제어부를 통해 디지털 신호로 전송되어 인터페이스를 통해 자동 기록되는 펄스진폭 기록장치를 포함하는 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치를 제공하고자 한다.

제1 및 제2수신모듈, 제1 및 제2초음파 탐촉자, 제1 및 제2엔코더, 회전지지대, 펄스진폭 기록장치

Description

초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치{Apparatus for the automatic ultrasonic probe index point and refracted angle}

본 발명은 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입사점 및 굴절각을 정확하고 재현성 있게 측정하여 산업설비의 초음파 검사 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 결함의 발견 및 평가를 오차 없이 수행할 수 있는 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 산업설비의 이상 유무 또는 건전성을 검사하는 초음파 검사는 초음파를 발생하는 초음파 탐촉자를 검사대상에 접촉하고, 검사대상과 초음파 탐촉자 센서 사이의 계면에 초음파의 전달이 원활하게 이루어지도록 접촉 매질을 적절하게 도포하고 검사를 수행하게 된다.

그런데, 이러한 검사를 수행하기에 앞서 검사 시스템에 대한 교정을 수행하여야 하는 바, 상기 교정 작업은 검사 전에 초음파를 발생시키는 초음파 장비에 대 한 장비의 시간축 선형성, 진폭 조절능에 대하여 점검을 수행하고, 초음파 탐촉자에서 초음파가 검사대상에 입사되는 정확한 탐촉자의 위치를 결정하는 입사점을 측정하며, 초음파가 검사대상에서 얼마나 굴절되어 진행하는지 이에 대한 굴절각을 측정하게 된다.

이러한 교정 작업은 검사시스템의 일관성을 확인하기 위한 것으로서, 검사 기간동안 검사시스템의 성능이 일관성 있게 유지되었는지 일관성 지속 여부를 확인하게 된다.

만일, 검사 중 결함이 발견되었다면 결함의 정확한 위치와 크기 평가가 필요한데 결함의 위치와 크기를 정확하게 평가하기 위해서는 탐촉자 교정 기간에 수행된 입사점과 굴절각의 측정이 무엇보다 중요한 영향을 미치게 된다.

즉, 검사중 발견된 결함부(140)의 깊이 및 위치는 교정 작업에 의하여 측정된 입사점과 굴절각에 의하여 결정되므로 이의 정확한 측정은 검사결과의 정밀도와 직접적인 영향을 미치게 된다.

기존의 통상적인 입사점과 굴절각을 측정하는 방식은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 국제용접학회(International Institute Welding, IIW)의 규격에 따른 IIW 블록(120)을 이용하는 바, 반경 100mm로 이루어진 원의 1/4로 만든 블록에 초음파 탐촉자(100)을 올려두고 초음파 탐상기의 화면을 검사자가 주시하면서 탐촉자(100)를 좌우로 이동시켜 상기 초음파 탐상기 화면에 나타난 펄스가 최대인 위치에서 상기 탐촉자(100)의 작동을 중지시키고, IIW 블록(120)에 표시된 입사점의 기준점(160)에 해당하는 위치를 탐촉자(100)의 초음파 입사점으로 측정하게 된다.

그리고, 상기와 같이 입사점이 결정되면 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 IIW 블록(120)의 굴절각 측정 위치에 초음파 탐촉자(100)를 이동시키고, 그 탐촉자(100)를 전후로 이동하면서 초음파 탐상기의 화면을 주시하는 동시에, 최대 펄스가 나타나는 위치에 탐촉자(100)를 정지시키고, 바로 앞서 측정한 탐촉자(100)의 입사점에 해당하는 눈금을 IIW 블록(120)의 눈금을 보고 굴절각을 측정하게 된다.

그러나 종래 이와 같은 측정방법은 다음과 같은 여러 문제점을 내포하고 있다.

1. 검사자가 탐상기의 화면을 계속 주시하면서 최대 펄스값이 나타난 위치에서 탐촉자(100)를 정지하여야 하는데 정확한 최대값을 찾기가 어렵고 시간이 많이 소요된다.

2. 검사자가 최대 펄스값을 찾는 것이 동일한 검사자일 경우라도 측정 시점에 따라 다르게 측정되고, 측정조건에 따라 결과가 다르게 나타나는 오차가 발생하는 경우가 많아 재현성이 저하된다.

3. IIW 블록은 실제 검사하고자 하는 검사대상(110)의 재질과 동일하며, 재질에 따라 여러 번의 시험을 수행하여야 하므로 시간 및 비용측면에서 불리하다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 측정값을 용이하게 측정 가능하고, 측정 결과를 수차례에 걸쳐 수행할 경우에도 재현성이 우수하므로 초음파 검사시 검사대상의 결함 평가를 더욱 정밀하게 수행할 수 있는 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전방에 일정한 길이의 반경을 갖는 1/4원형부(11) 및 상기 1/4원형부(11)와 일체 형성된 박스 형상의 몸체부(12)로 이루어진 내부에 빈 공간을 갖는 하우징(10)과; 상기 하우징(10)의 빈 공간에 삽입되는, 교체 가능한 검사대상(1)과; 상기 하우징(10)의 상단면 및 1/4원형부(11)의 외주연을 따라 이동하면서 각각 입사점 및 굴절각을 측정 가능한 별도의 측정부재와; 상기 측정부재에서 감지한 입사점 및 굴절각의 값이 제어부를 통해 디지털 신호로 전송되어 인터페이스를 통해 자동 기록되는 펄스진폭 기록장치(50)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 측정부재는 상기 하우징(10)의 상단면에 위치하여 입사점을 측정 가능한 제1초음파 탐촉자(21) 및 수평방향의 위치 인식을 위한 제1엔코더(22)가 구비된 제1측정모듈(20)과; 회전지지대(40)에 연결되어 상기 1/4원형부(11)의 중심점을 중심으로 회전하면서 굴절각을 측정 가능한 제2초음파 탐촉 자(31) 및 각도 측정용 제2엔코더(32)가 구비된 제2측정모듈(30)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 검사대상(1)은 상기 하우징(10)의 1/4원형부(11) 및 몸체부(12)보다 상대적으로 축소된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치에 의하면, 입사점과 굴절각을 정확하고 재현성있게 측정함으로써 초음파 검사 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 결함의 발견 및 평가를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치를 나타내는 도면이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 전방에 일정한 길이의 반경을 갖는 1/4원형부(11) 및 상기 1/4원형부(11)와 일체 형성된 박스 형상의 몸체부(12)로 이루어진 내부에 빈 공간을 갖는 하우징(10)으로 되어 있다.

상기 하우징(10)은 플라스틱, 스테인레스 스틸(SUS) 등의 재질로 이루어져 그 내부의 빈 공간에 측정하고자 하는 검사대상(1)을 삽입하여 입사점 및 굴절각을 측정하게 된다.

즉, 상기 검사대상(1)은 상기 하우징(10)의 1/4원형부(11) 및 몸체부(12)보다 상대적으로 축소된 형상으로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 하우징(10)에는 입사점 및 굴절각을 측정할 수 있는 별도의 측정부재가 구비되어 있는 바, 상기 측정부재는 상기 하우징(10)의 상단면에 위치하여 입사점을 측정 가능한 제1초음파 탐촉자(21)와, 수평방향의 위치 인식을 위한 제1엔코더(22)가 홀더(23)를 통해 장착된 제1측정모듈(20)을 포함하게 된다.

또한, 상기 1/4원형부(11)의 외주연을 따라 회전하면서 굴절각을 측정 가능한 제2초음파 탐촉자(31)가 구비되어 있는 바, 상기 제2초음파 탐촉자(31)는 각도 측정용 제2엔코더(32)와 함께 제2측정모듈(30)을 이루게 되며, 상기 측정부재에 포함된다.

상기 제2측정모듈(30)은 1/4원형부(11)의 중심점을 중심으로 회전하는 회전지지대(40)에 연결되어 원주방향으로 회전 가능하도록 되어 있다.

이와 같이 구성된 제1 및 제2측정모듈(20,30)의 제1 및 제2초음파 탐촉자(21,31)는 모니터링 장치인 펄스진폭 기록장치(50)에 연결되어 있는 바, 상기 제1 및 제2초음파 탐촉자(21,31)에서 입사점 및 굴절각을 감지한 값을 제어부(미도시)에서 직접 계산하여 디지털 신호로 전송하게 되며, 인터페이스를 통해 상기 펄스진폭 기록장치(50)로 전송되어 자동으로 기록된다.

이하, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치의 작동원리에 대하여 설명하면 다음과 같다.

검사대상(1)이 내부에 삽입되어 있는 하우징(10)에 입사점과 굴절각을 측정하기 위한 제1 및 제2초음파 탐촉자(21,31)가 제1 및 제2엔코더(22,32)와 함께 일체형으로 구성된 제1 및 제2측정모듈(20,30)에 있어서, 굴절각은 스넬의 법칙에 의하여 검사대상(1)의 재질에 따라 굴절각이 변화하므로 검사하고자 하는 대상(1)의 재질과 동일한 재질을 하우징(10)의 내부에 삽입 가능하도록 가공하여 하우징(10) 내에 삽입한다.

먼저, 상기 제2수신모듈(30)을 미리 세팅된 제2초음파 탐촉자(31)의 공칭 굴절각에 해당하는 부위로 위치를 이동한다.

이는 측정하고자 하는 굴절각이 40 ~ 50°범위 내에 있게 되므로 상기의 범위 내에 제2수신모듈(30)을 미리 위치시켜 반복적인 측정 횟수를 줄이고자 하기 위함이다.

이와 같은 작동 단계는 위에서 언급한 바와 같이, 초기 작동 단계에서 수행 가능하거나 추후 굴절각을 측정 시 세팅하여 수행할 수 있도록 함이 바람직하므로 그 순서를 변경하여도 무방하다.

따라서, 상기 하우징(10) 상부면의 제1수신모듈(20)에 구비된 제1초음파 탐촉자(21)와 검사대상(1)이 접촉하는 부위에 접촉 매질을 도포하고, 그 접촉 매질이 도포된 검사대상(1) 위로 제1수신모듈(20)을 수평으로 이동한다.

이때, 펄스진폭 기록장치(50)에는 이동거리에 따른 펄스의 진폭값이 기록되므로 최대값이 나타난 위치를 확인하고, 수평부의 제1초음파 탐촉자(21)를 해당 위 치로 이동하여 제1초음파 탐촉자(21)의 몸체에 입사점을 표시한다.

다음으로는, 굴절각을 측정하기 위한 방법으로서, 1/4원형부(11)의 중심점에, 측정한 입사점을 일치하도록 제1수신모듈(20)을 고정한다.

그리고, 상기 제1수신모듈(20)의 입사점을 일치시킨 상태에서, 제2수신모듈(30)을 0°에서부터 90°, 바람직하게는 공칭 굴절각인 40°에서부터 50°까지 회전한다.

상기 제2수신모듈(30)을 회전시킨 후 펄스진폭 기록장치(50)에서 최대 진폭이 나타난 각도를 눈금으로 읽어 입사점 및 굴절각에 대한 측정을 완료한다.

이와 같은 작동원리로 이루어진 본 발명은 궁극적으로, 종래의 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 측정장치에서 검사자의 시각에 의존하여 측정한 펄스 진폭과 각도를 디지털 기록장치인 펄스진폭 기록장치(50)에 기록하고, 종래의 IIW 블록 내의 여러 위치를 이동해 가면서 측정한 입사점과 굴절각을 동시에 하나의 장비를 이용하여 정밀하게 측정 가능함으로써, 일반 산업계에서 초음파를 이용한 비파괴검사시 정확한 초음파 검사를 수행할 수 있으며, 초음파의 결함 평가를 더욱 정밀하게 실시할 수 있는 새로운 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에서 청구된 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치를 나타내는 도면,

도 2는 초음파 탐상시의 굴절각을 이용한 결함의 위치측정 원리를 나타내는 도면,

도 3은 일반적인 초음파 탐촉자의 입사접 측정 방법을 나타내는 도면,

도 3은 일반적인 초음파 탐촉자의 굴절각 측정 방법을 나타내는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 하우징 11 : 1/4원형부

12 : 몸체부 20 : 제1수신모듈

21 : 제1초음파 탐촉자 22 : 제1엔코더

23 : 홀더 30 : 제2수신모듈

31 : 제2초음파 탐촉자 32 : 제2엔코더

40 : 회전지지대 50 : 펄스진폭 기록장치

Claims

전방에 일정한 길이의 반경을 갖는 1/4원형부(11) 및 상기 1/4원형부(11)와 일체 형성된 박스 형상의 몸체부(12)로 이루어진 내부에 빈 공간을 갖는 하우징(10)과;

상기 하우징(10)의 빈 공간에 삽입되는, 교체 가능한 검사대상(1)과;

상기 하우징(10)의 상단면 및 1/4원형부(11)의 외주연을 따라 이동하면서 각각 입사점 및 굴절각을 측정 가능한 별도의 측정부재와;

상기 측정부재에서 감지한 입사점 및 굴절각의 값이 제어부를 통해 디지털 신호로 전송되어 인터페이스를 통해 자동 기록되는 펄스진폭 기록장치(50)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 측정부재는 상기 하우징(10)의 상단면에 위치하여 입사점을 측정 가능한 제1초음파 탐촉자(21) 및 수평방향의 위치 인식을 위한 제1엔코더(22)가 구비된 제1측정모듈(20)과;

회전지지대(40)에 연결되어 상기 1/4원형부(11)의 중심점을 중심으로 회전하면서 굴절각을 측정 가능한 제2초음파 탐촉자(31) 및 각도 측정용 제2엔코더(32)가 구비된 제2측정모듈(30)로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치.
제1항에 있어서,

상기 검사대상(1)은 상기 하우징(10)의 1/4원형부(11) 및 몸체부(12)보다 상대적으로 축소된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 초음파 탐촉자의 입사점 및 굴절각 자동 측정장치.