KR20110020492A - 선박의 화물창 결함 검출 장치 및 방법 - Google Patents

선박의 화물창 결함 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 방법에 있어서, 상기 단열 구조의 아이비에스 및 아이에스의 압력 또는 공기 성분을 조절하는 조건 조절 단계와, 결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 국부적으로 가열하는 국부 가열 단계와, 적외선 카메라를 사용하여 상기 가열된 멤브레인 영역의 온도를 감지하여 도시하는 온도 도시 단계와, 상기 도시된 온도의 차이를 근거로 결함의 존재 유무 및 위치를 판단하는 결함 판단 단계를 포함하는 화물창 단열구조 결함 검출 방법을 제공한다.
LNG, 단열 구조, 2차 방벽, 결함, 누출

Description

선박의 화물창 결함 검출 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR LEAK DETECTION OF CARGO TANK}
본 발명은 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액화천연가스(LNG)는 메탄(methane)을 주성분으로 하는 천연가스를 영하 163℃로 냉각해 그 부피를 6백분의 1로 줄인 무색 투명한 초저온 액체를 말한다.
이러한 액화천연가스가 에너지 자원으로 등장함에 따라 이 가스를 에너지로 이용하기 위해서 생산기지로부터 수요지의 인수지까지 대량으로 수송할 수 있는 효율적인 운송방안이 검토되어 왔으며, 이러한 노력의 일환으로 대량의 액화천연가스를 해상으로 수송할 수 있는 액화천연가스 운반선이 나타나게 되었다.
그런데 이러한 액화천연가스 운반선에는 초저온상태로 액화시킨 액화천연가 스를 보관 및 저장할 수 있는 화물창이 구비되어 있어야 하는데, 이러한 화물창에 요구되는 조건이 매우 까다로워 많은 어려움이 있었다. 즉, 액화천연가스는 대기압 보다 높은 증기압을 가지며, 대략 영하 163℃ 정도의 비등온도를 갖기 때문에, 이러한 액화천연가스를 안전하게 보관하고 저장하기 위해서는 이를 저장하는 화물창은 초저온에 견딜 수 있는 재료, 예를 들면 알루미늄강, 스테인리스강, 35% 니켈강 등으로 제작되어야 하며, 기타 열응력 및 열수축에 강하고, 열침입을 막을 수 있는 독특한 단열 구조로 설계된다.
도 1은 일반적인 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
별도의 탱크를 만드는 것이 아닌 멤브레인 형식의 화물창(60)에서는, 일반적으로 선체(50) 내측에 부착 고정되는 인슐레이션 패널을 사용한 2차 방벽(100)과, 2차 방벽(100)의 상부에서 용접으로 고정되는 코러게이션 멤브레인(Corrugation Membrane)의 1차 방벽(170)으로 구성되어 보온 및 밀폐를 하게 된다. 화물창 내부(70)에 액화천연가스가 저장된다.
여기서 선체(50)와 2차 방벽(100)의 사이 공간은 아이에스(IS: Insulation Space)(115)라고 지칭하며, 2차 방벽(100)과 1차 방벽(170)의 사이의 공간은 아이비에스(IBS: Inter Barrier Space)(125)라고 지칭한다.
화물창의 단열과 밀폐는 액화천연가스의 운반에 있어서 매우 중요한 사항이 며, 따라서 화물창의 제작 또는 운용 시에 단열구조의 밀폐가 완전하게 되었는지 확인하는 결함 검출이 필요하게 된다.
종래 기술에 따르는 서모그래피를 이용한 화물창 결함 검출 방법에 의하면, 화물창 내부(70)는 40도까지 온도를 올리고 일정한 온도를 유지시키는데 이 때 온도를 올리는데 12시간이 소요되고, 화물창의 아이비에스(125)에 특정 가스와 공기를 압력 허용치까지 주입시키고 아이에스(115)는 진공으로 만든 후에, 적외선 카메라로 멤브레인을 촬영하면 누출 부위로 공기와 냉매가스가 배출되어 일으키는 온도 변화로 결함의 존재 유무를 판단한다.
이와 같은 종래 기술은 내부 전체를 가열함으로써 작업 시간이 많이 소요되고, 전체 가열에 따른 비효율로 인해 높은 온도를 유지하는데 한계가 있어 정확도가 담보되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 기존의 방법과는 달리 단열 구조를 전부 가열시킬 필요 없이 일부만 가열하여 검사를 수행할 수 있어 간편하며, 또한 기존의 방법에 비해 높은 온도로 가열할 수 있게 되어 검사의 정확도를 높일 수 있는, 화물창의 단열구조 결함 검출 장치 및 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 방법에 있어서, 상기 단열 구조의 아이비에스 및 아이에스의 압력 또는 공기 성분을 조절하는 조건 조절 단계와, 결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 국부적으로 가열하는 국부 가열 단계와, 적외선 카메라를 사용하여 상기 가열된 멤브레인 영역의 온도를 감지하여 도시하는 온도 도시 단계와, 상기 도시된 온도의 차이를 근거로 결함의 존재 유무 및 위치를 판단하는 결함 판단 단계를 포함하는 화물창 단열구조 결함 검출 방법을 제공한다.
여기서 상기 화물창은 화물창 내부에 단열을 위해 간격을 두고 설치되는 복수의 상부 및 하부 인슐레이션 패널과 상기 상부 및 하부 인슐레이션 패널의 사이에 부착되어 설치되는 제1 금속 포일을 포함하며, 상기 결함 판단 단계는 상기 제1 금속 포일이 부착된 부분의 결함의 유무 및 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 나아가 상기 2차 방벽은 상기 탑 브리지 패널의 하면과 상기 제1 금속 포일의 상면에 부착되는 제2 금속 포일을 더 포함하며, 상기 결함 판단 단계는 상기 제2 금속 포일이 부착된 부분의 결함의 유무 및 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 1차 방벽은 상기 2차 방벽의 상부에 부착된 주름 형상의 코러게이션 멤브레인을 포함하며, 상기 결함 판단 단계는 상기 멤브레인 상에 존재하는 결함의 유무 및 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 국부 가열 단계는 멀티빔 이산화탄소 레이저를 사용하여 수행될 수 있다. 또한 상기 조건 조절 단계는 상기 화물창 내의 공기 성분 중 하나와 발열 또는 흡열 반응을 하는 냉매 가스를 아이비에스에 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 또는 상기 조건 조절 단계는 상기 단열 구조의 아이비에스 및 아이에스의 압력이 상이하도록 조절하는 단계를 포함할 수도 있다.
나아가 본 발명은, 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 장치에 있어서, 상기 2차 방벽의 아이비에스 및 아이에스의 압력 또는 공기 성분을 조절하는 조건 조절부와, 결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 국부적으로 가열하는 국부 가열부와, 상기 가열된 멤브레인 영역의 온도를 감지하여 결함이 존재하는 부분의 온도 차이를 도시하는 적외선 또는 열화상 카메라를 포함하는 화물창 단열구조 결함 검출 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 화물창 단열구조 결함 검출 장치 또는 검출 방법은, 기존의 방법과는 달리 단열 구조를 전부 가열시킬 필요 없이 일부만 가열하여 검사를 수행할 수 있어 간편하며, 또한 기존의 방법에 비해 높은 온도로 가열할 수 있게 되어 검사의 정확도를 높일 수 있게 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창 단열구조 결함 검출 장치 및 방법의 구조와 작동 원리에 대하여 상세하게 설명한다. 이하의 구체적인 실시예는 본 발명에 따른 양현 하역 선박을 예시적으로 설명하는 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 아니한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명인 단열구조의 결함 검출 장치를 설명하기 전에, 우선 1차 방벽과 2차 방벽을 포함하여 구성되는 단열구조의 형태를 먼저 살펴본다. 도 2는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2에 도시된 액화천연가스 운반선 화물창 구조는, 액화천연가스 운반선의 선체(50) 내측면에 에폭시 매스틱(102:Epoxy Mastic)과 스터드 볼트(104:Stud Bolt)에 의해 하부 인슐레이션 패널(110: Panel)이 부착 고정되고, 하부 인슐레이션 패널(110)의 상측으로 상부 인슐레이션 패널(120)이 설치되어 2차 방벽(100)의 일부를 구성한다. 여기서 2차 방벽(100)은 간격을 두고 설치되는 복수의 하부 및 상부 인슐레이션 패널(110, 120)을 포함하여 형성된다. 하부 인슐레이션 패널(110)과 상부 인슐레이션 패널(120)의 사이에는 제1 금속 포일(140)이 부착 설치된다. 제1 금속 포일(140)은 평편하고 얇은 알루미늄 또는 스테인레스의 재질로 이루어질 수 있으며, 하부 인슐레이션 패널(110)의 면적과 동일 면적으로 에폭시 글루 등과 같은 접착제를 이용하여 부착 설치될 수 있다.
글라스 울(Glass Wool)재질의 플랫 조인트(132:Flat Joint)가 빈 갭(130) 사이에 삽입될 수 있도록 간극을 두고 부착시킨다. 갭(130)의 상측으로 노출되는 하부 인슐레이션 패널(110) 상의 제1 금속 포일(140)에 밀폐력의 연속성을 위하여 제2 금속 포일(150)이 부착 설치된다. 제2 금속 포일(150)은 판상의 알루미늄 또는 스테인레스의 금속재로 이루어질 수 있다. 제2 금속 포일(150)과 제1 금속 포일(140)은 필러 입자 등을 함유한 접착부재(144, 154)를 사용하여 접착될 수 있다.
상부 인슐레이션 패널(120)과 탑 브리지 패널(160)의 상부는 동일 평면을 갖게 되고, 이러한 동일 평면상에 1차 방벽(170)으로 주름형상의 코러게이션 멤브레인(Corrugated Membrane)이 부착되어 화물창 벽면이 완성된다.
이와 같이 예를 들어 묘사한 화물창 단열 구조의 밀폐는 액화천연가스의 운반에 있어서 매우 중요한 사항이며, 따라서 화물창의 제작 또는 운용 시에 단열구조의 밀폐가 완전하게 되었는지 확인하는 결함 검출이 필요하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창 단열구조와 결함 검출 장치의 개략도이다. 도 3에 도시된 일 실시예에 따른 결함 검출 장치(200)는, 선체(50) 내측에 부착 고정되는 인슐레이션 패널로 구성된 2차 방벽(100)과, 2차 방벽(100)의 상부에서 용접으로 고정되는 코러게이션 멤브레인(Corrugation Membrane)의 1차 방벽(170)으로 구성되는 화물창에서 가스 누출을 확인하기 위한 것이다. 도시된 바와 같이 결함 검출 장치(200)는 화물창 내부(70)에서 설치, 사용된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창 단열구조 결함 검출 장치의 구성도이다. 결함 검출 장치(200)는 아이비에스(125) 및 아이에스(115)의 압력 또는 공기 성분 등 내부 조건을 조절하는 조건 조절부(230)와, 결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 국부적으로 가열하는 국부 가열부(210)와, 가열된 멤브레인 영역의 온도를 감지하여 결함이 존재하는 부분의 온도 차이를 도시하는 적외선 카메라(220)를 포함한다. 아이비에스(125)의 압력은 프레온 계열의 냉매가스를 주입함으로 조절할 수 있으며, 국부 가열부(210)는 일 예로 멀티빔 이산화탄소 레이저가 사용될 수 있다.
적외선 카메라(220)가 촬영한 사진을 분석하여 다른 부분과 온도 차이가 있는 곳이 결함이 있는 곳이라고 판단할 수 있다. 즉, 2차 방벽의 결함, 예를 들어 패널(110, 120, 160)과 금속 포일(140, 150) 사이의 접착이 완전하지 못하여 공백이 생기는 경우, 그 공백 부분으로 열이 빠져나가게 되어 해당하는 표면이 온도가 낮아지게 되고, 이 것이 적외선 카메라(220)에 의해 검지되는 것이다.
또는 공기와 냉매가스가 채워진 아이비에스(125)에서는, 1차 방벽에 결함(또는 누출 부위)이 존재하면 그 누출 부위로 공기와 냉매가스가 배출되며, 이때 배출된 냉매가스는 화물창 내부(70)의 공기 성분 중 하나 이상과 발열 또는 흡열 반응을 일으키면서 그 지역이 국부적으로 온도가 변화하게 되고, 이것이 본 발명에 의해 검지된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창 단열구조 결함 검출 방법의 순서도이다. 상기에서 설명한 구조로 이루어진 2차 방벽의 결함 검사 장치로 하여 실시 되는 검사방법은 다음과 같이 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조(60)의 결함을 검출하는 방법은, 조건 조절부(230)를 사용하여 단열 구조의 아이비에스(125) 및 아이에스(115)의 압력 또는 공기 성분을 조절하는 단계(S10)와, 국부 가열부(210)을 사용하여 결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 국부적으로 가열하는 단계(S20)와, 적외선 카메라(220)를 사용하여 상기 가열된 멤브레인 영역의 온도를 감지하여 도시하는 단계(S30)와, 상기 도시된 온도의 차이를 근거로 결함의 존재 유무 및 위치를 판단하는 단계(S40)를 포함하여 수행된다.
본 방법을 수행하기 전에 화물창 내부(70)의 건조하고 깨끗한 공기가 채워질 수 있으며, 이 공기의 조성은 지정된 최소한의 순도(예컨대, 먼지 등)와 수용 가능한 온도와 습도 범위내의 조건을 유지시킬 수 있다.
단계(S10)에서는 아이비에스(125)와 아이에스(115)의 공기 성분을 조절하거나 압력을 상이하게 만들 수 있다. 아이비에스(125)에 냉매 가스와 같은 특정 가스가 주입될 수 있다. 냉매 가스는 프레온 계열이 사용될 수 있으며, 화물창 내부(70)의 공기 성분 중 하나 이상과 발열 또는 흡열 반응을 일으킬 수 있는 가스일 수도 있다. 아이비에스(125)에 특정 가스만으로 채울 수도 있고, 특정 가스를 채우고 따로 공기로 하여 아이비에스(125)의 시스템 설계 시 허용한 압력으로 주입할 수 있다.
단계(S20)에서는 결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 예를 들어 70도로 가열할 수 있다. 결함 의심 영역은 기존의 AE(Acoustic Emission) 기법 등 종래의 방법에 의해 결정될 수 있으며, 국부적인 가열을 순차적으로 수행함으로써 방벽 전체에 대한 검사를 수행할 수도 있다.
단계(S30)에 따르면 2차 방벽(100)의 패널(110, 120, 160)과 금속 포일(140, 150) 사이의 접착이 완전하지 못하여 공백이 생기는 경우, 그 공백 부분으로 열이 빠져나가게 되어 해당하는 표면이 주위보다 온도가 낮아지게 되는 것을 감지할 수 있다. 또는 공기와 냉매가스가 채워진 아이비에스(125)에서는 압력 차에 따라 1차 방벽(170)의 멤브레인 상에 누출 부위가 존재하면 그 누출 부위로 공기와 냉매가스가 배출되며, 이때 배출된 냉매가스는 화물창 내부(70)의 공기 성분 중 하나 이상과 발열 또는 흡열 반응을 일으키면서 그 지역이 국부적으로 온도가 변화하게 된다.
단계(S40)에서는 이상과 같은 결과를 근거로 육안으로 또는 컴퓨터 등 전자적 처리 방법을 사용하여 방벽의 결함 유무를 판단하여, 가스의 누출을 미연에 차단하도록 조치를 취할 수 있게 한다.
본 발명에 의한 화물창 단열구조 결함 검출 방법에 따르면, 기존의 방법과는 달리 화물창 내부(70)를 정해진 온도까지 가열시키고 일정한 온도를 유지할 필요가 없고, 단열 구조(60)를 전부 가열시킬 필요 없이 일부만 가열하여 검사를 수행할 수 있어, 신속하고 간편한 검사가 가능하며, 또한 기존의 방법에 비해 높은 온도로 가열할 수 있게 되어 검사의 정확도를 높일 수 있게 된다.
이상 본 발명의 일 실시예에 따른 구체적인 실시 형태를 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경할 수 있으며, 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이 외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것은 명백하다.
도 1은 일반적인 액화천연가스 운반선의 화물창의 단열구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 액화천연가스 운반선 화물창의 단열구조의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창 단열구조와 결함 검출 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창 단열구조 결함 검출 장치의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화물창 단열구조 결함 검출 방법의 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
50 : 선체 60 : 단열 구조
70 : 화물창 내부
100 : 2차 방벽 102 : 매스틱
104 : 스터드 볼트 110 : 하부 인슐레이션 패널
115 : 아이비에스 120 : 상부 인슐레이션 패널
125 : 아이에스 130 : 갭
132 : 플랫 조인트 140, 150 : 제1, 2 금속 포일
144, 154 : 접착부재
160 : 탑 브리지 패널 170 : 1차 방벽
200 : 결함 검출 장치 210 : 국부 가열부
220 : 적외선 카메라 230 : 조건 조절부

Claims (9)

  1. 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 단열 구조의 아이비에스 및 아이에스의 압력 또는 공기 성분을 조절하는 조건 조절 단계와,
    결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 국부적으로 가열하는 국부 가열 단계와,
    적외선 카메라를 사용하여 상기 가열된 멤브레인 영역의 온도를 감지하여 도시하는 온도 도시 단계와,
    상기 도시된 온도의 차이를 근거로 결함의 존재 유무 및 위치를 판단하는 결함 판단 단계를
    포함하는 화물창 단열구조 결함 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 방벽은 화물창 내부에 단열을 위해 간격을 두고 설치되는 복수의
    상부 및 하부 인슐레이션 패널과 상기 상부 및 하부 인슐레이션 패널의 사이에 부착되어 설치되는 제1 금속 포일을 포함하며,
    상기 결함 판단 단계는 상기 제1 금속 포일이 부착된 부분의 결함의 유무 및 위치를 판단하는 단계를 포함하는
    화물창 단열구조 결함 검출 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2차 방벽은 상기 탑 브리지 패널의 하면과 상기 제1 금속 포일의 상면에 부착되는 제2 금속 포일을 더 포함하며,
    상기 결함 판단 단계는 상기 제2 금속 포일이 부착된 부분의 결함의 유무 및 위치를 판단하는 단계를 포함하는
    화물창 단열구조 결함 검출 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 조건 조절 단계는 상기 단열 구조의 아이비에스 및 아이에스의 압력이 상이하도록 조절하는 단계를 포함하는
    화물창 단열구조 결함 검출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1차 방벽은 상기 2차 방벽의 상부에 부착된 주름 형상의 코러게이션 멤 브레인을 포함하며,
    상기 결함 판단 단계는 상기 멤브레인 상에 존재하는 결함의 유무 및 위치를 판단하는
    화물창 단열구조 결함 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조건 조절 단계는 상기 화물창 내의 공기 성분 중 하나와 발열 또는 흡열 반응을 하는 냉매 가스를 아이비에스에 주입하는 단계를 포함하는 화물창 단열구조 결함 검출 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 국부 가열 단계는 멀티빔 이산화탄소 레이저를 사용하여 수행되는 화물창 단열구조 결함 검출 방법.
  8. 멤브레인을 가지는 1차 방벽 및 인슐레이션 패널을 가지는 2차 방벽을 포함하여 구성되는 화물창 단열구조의 결함을 검출하는 장치에 있어서,
    상기 단열 구조의 아이비에스 및 아이에스의 압력 또는 공기 성분을 조절하 는 조건 조절부와,
    결함의 존재가 의심되는 영역에 해당하는 멤브레인 영역을 국부적으로 가열하는 국부 가열부와,
    상기 가열된 멤브레인 영역의 온도를 감지하여 결함이 존재하는 부분의 온도 차이를 도시하는 적외선 카메라를
    포함하는 화물창 단열구조 결함 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 국부 가열부는 멀티빔 이산화탄소 레이저를 포함하는 화물창 단열구조 결함 검출 장치.
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KR20150134732A (ko) * 2014-05-22 2015-12-02 삼성중공업 주식회사 액화 천연 가스 저장 탱크 및 액화 천연 가스 저장 탱크의 결함 검출 방법

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