KR20110075582A - 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치 및 방법에 관한 것으로; 인공적인 결함이 형성된 표준시험편과, 상기 표준시험편에 열을 공급하는 열원과, 상기 열원으로부터 표준시험편에 공급된 열흐름에 따른 결함을 열화상 이미지로 촬영하는 적외선 카메라로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치와; 그와 같은 결함 검사 장치를 이용한 표준시험편의 검사 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 결함검사가 필요한 부품이나 시스템 등의 실물과 동일한 소재로 구성되며 다양한 형태의 인공 결함을 형성한 표준시험편을 적외선 열화상 실험을 통한 결함 검출 시험에 따라 적외선 열화상 검사의 결함 검출능을 확인할 수 있고, 실물의 재질에 따라 검출가능한 결함의 형태, 깊이 정보를 사전에 확인하고 이를 실물의 결함 검출에 활용할 수 있는 효과가 있다.
적외선, 열화상, 결함, 검사
Description
본 발명은 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 위상잠금 적외선열화상(Lock-in Infrared Thermography) 기술을 이용하여 사전에 제작된 다양한 종류의 결함을 담고 있는 표준시험편의 결함을 검사하기 위한 장치 및 그와 같은 검사 방법에 관한 것이다.
일반적으로 적외선 열화상 기술(Infrared Thermography)은 대상체의 표면 복사에너지를 검출하고 이를 온도로 환산하여 실시간으로 영상을 제공하는 기술이다.
이와 같은 적외선 열화상 기술은 물체의 표면 온도 변화를 비접촉, 비파괴, 실시간 측정이 가능하여 재료의 열적특성평가, 열화진단, 결함검사, 체열측정을 통한 의료진단 등의 다양한 분야에 활용되고 있다.
한편, 금속재질의 물체의 결함을 검출시에 적외선 열화상 기술을 적용하는 경우, 열확산 계수가 큰 금속 재료일수록 검출소자의 샘플링 한계로 인하여 결함을 찾는데 어려움이 있으나, 이러한 문제는 위상잠금(Lock-in) 기법을 적용함으로써 개선되었다.
상기 위상잠금 적외선 열화상(lock-in infrared thermography; lock-in IRT)의 원리는 대상체를 자극하는 열원을 조화함수로 변조하여 입사하고 이 조화함수에 검출소자를 동기화시켜 조화함수의 위상변화를 복조하는 것으로, 위상잠금을 사용하여 위상변화를 추출함으로써 물체 표면의 미세한 변화를 감지할 수 있으며, 불균일한 표면 방사율의 영향을 적게 받게 된다.
그런데, 실제 시험편이나 실물을 이용한 결함의 발견이나 검사는 위상잠금 (Lock-in) 적외선 열화상 기술의 검출능 범위내에서 결함검출 검사가 가능하지만, 미지(未知)의 결함에 대한 정보는 사전에 제공받을 수 없는 실정이므로 실제의 검사결과는 실험 방법에 따라 영향을 받을 수밖에 없다.
또한, 적외선 열화상 기술을 이용해 시험편이나 실물의 결함 검사시 검출 한계에 대한 정보 역시 얻기가 어려운 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 실물 결함검사에 활용할 수 있도록 다양한 형태와 두께의 결함을 지니고 있는 표준시험편을 이용해 적외선 열화상 기술이 감지할 수 있는 결함의 정보를 추출할 수 있는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치 및 그와 같은 검사 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 표준시험편의 결함 정보 추출시 결함의 형태와 위치를 측정하여 2차원 적외선 열화상 영상으로 표시하여 추후 실물 결함 검사에 활용할 수 있는 결함의 정보를 사전에 유추할 수 있음은 물론, 적외선 열화상 카메라의 결함 검출을 위한 교정 정보로 활용할 수 있는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치 및 그와 같은 검사 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
인공적인 결함이 형성된 표준시험편과, 상기 표준시험편에 열을 공급하는 열원과, 상기 열원으로부터 표준시험편에 공급된 열흐름에 따른 결함을 열화상 이미지로 촬영하는 적외선 카메라로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치를 제공한다.
이때, 상기 표준시험편은 판재형상으로 이루어지며, 다양한 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성되는 다수의 원형홈 형상을 가지는 결함이 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 표준시험편은 판재형상으로 이루어지며, 다양한 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성되는 다수의 장홈 형상을 가지는 결함이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 표준시험편은 판재형상으로 이루어지며, 다양한 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성되는 다수의 관통공 형상을 가지는 결함이 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 열원은 할로겐 램프인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적외선 카메라는 상기 열원에 의해 공급되는 열이 주기적으로 표준시험편에 전달되어 발생되는 열흐름에 따른 위상 및 진폭차를 감지하여 표준시험편의 결함 정보를 2차원 열화상 이미지로 촬영하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 적외선 카메라에 의해 촬영되는 열화상 이미지는 데이터 수집수단으로 수집되어 저장 관리되고, 디스플레이 수단으로 표시되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 열화상 이미지의 온도 변화를 확인할 수 있도록 하기 위해 상기 표준시험편의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 더 구비되고, 상기 온도센서를 통해 계측되는 온도정보는 상기 데이터 수집수단으로 입력되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은;
다수의 인위적인 결함이 형성되는 표준시험편을 결함 부분이 후방으로 노출되도록 설치하고, 그 결함과 일정거리 이격되게 열원인 할로겐램프와 적외선 카메라를 설치하는 단계; 상기 열원을 구동하여 표준시험편을 가열하면서 상기 적외선 카메라로 열화상 이미지를 촬영하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 방법도 제공한다.
이때, 상기 적외선 카메라를 통해 촬영되는 열화상 이미지를 데이터 수집수단에 전송하여 저장 및 관리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 결함검사가 필요한 부품이나 시스템 등의 실물과 동일한 소재로 구성되며 다양한 형태의 인공 결함을 함유한 표준시험편을 적외선 열화상 실험을 통한 결함 검출 시험에 따라 적외선 열화상 검사의 결함 검출능을 확인할 수 있고, 실물의 재질에 따라 검출가능한 결함의 형태, 깊이 정보를 사전에 확인하고 이를 실물의 결함 검출에 활용할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 따른 결함 검사를 통해 발생되는 표준시험편에 대한 결함 검출 정보를 이용해 적외선 카메라를 이용한 열화상 기술의 교정에도 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치 및 방법을 첨 부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이때, 도 1은 본 발명에 따른 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 결함 검사에 사용되는 표준시험편의 다양한 예를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 흐름도이고, 도 4는 본 발명에 따른 결함 검사에 사용되는 적외선 카메라로 촬영한 표준시험편의 열화상 이미지이다.
도 1 및 도 2에 의하면, 본 발명에 따른 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치는 다양한 형태와 두께의 결함을 지니고 있는 표준시험편(100)을 제작하여 적외선 열화상 기술을 통해 결함의 형태와 위치를 측정하여 2차원 적외선 열화상 영상을 표시하여 적외선 열화상 기술이 감지할 수 있는 결함의 정보를 사전에 유추할 수 있으며, 본 결과를 토대로 실물 결함 검사에 활용할 수 있고, 적외선 열화상 카메라의 결함검출을 위한 교정 정보로 활용할 수 있다.
이때, 본 발명의 표준시험편에 대한 결함 검사는 위상잠금 적외선 열화상 기술(Lock-in Infrared Thermography)을 이용하는 것으로, 이의 원리는 다양한 자극원(열, 초음파 등)을 조화함수로 시편이나 물체에 전달한 뒤, 물체의 위상, 진폭, 온도 등의 응답신호를 분석하여 시편의 이상여부를 검출하는 방법이다.
이와 같은 본 발명은 인공적인 결함(110)을 함유하고 있는 표준시험편(100)과, 상기 표준시험편(100)에 주기적인 열(Periodic Heating)을 공급하기 위한 열 원(200)과, 상기 열원(200)으로부터 표준시험편(100)에 공급된 열흐름을 검지하여 결함을 감지하는 적외선 카메라(300)로 구성된다.
이하, 본 발명의 각부 구성을 상세히 설명한다.
먼저, 상기 표준시험편(100)은 도 2의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같은 다양한 형상의 결함(110)이 형성되어 있다. 좀 더 상세하게는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 하나의 판재형상의 표준시험편(100)에 다수의 원형홈 형상을 가지는 결함(110)을 인위적으로 형성하되, 그 결함(110)의 그 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성한다.
그리고, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 하나의 판재형상의 표준시험편(100)에 다수의 장홈 형상의 결함(110)을 인위적으로 형성하되, 그 결함(110)의 그 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성한다.
또한, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 하나의 판재형상의 표준시험편(100)에 다수의 관통공 형상의 결함(110)을 인위적으로 형성하되, 그 결함(110)의 그 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성한다.
이와 같은 표준시험편(100)은 결함검사를 하고자하는 금속 재료의 재질별로 구성되었으며, 또한 결함의 형태, 깊이 등을 달리하여 다양한 치수의 결함을 형성할 수 있다.
그리고, 상기 열원(200)은 충분한 열을 표준시험편(100)에 공급하기 위해 할로겐 램프를 사용함이 바람직하다.
한편, 상기 적외선 카메라(300)는 열원(200)에 의해 공급되는 열이 주기적으로 표준시험편(100)에 전달되어 발생되는 열흐름에 따라 위상 및 진폭차를 감지하여 표준시험편(100)의 결함 정보를 2차원 열화상 이미지(101)로 도시할 수 있으며 이러한 표준시험편(100)의 결함 결과를 바탕으로 실제 검사하고자 하는 부품이나 시스템 등의 실물의 결함 검출한계를 알 수 있다.
이때, 도 2의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같은 표준시험편(100)을 적외선 카메라(300)에 의해 촬영한 2차원 열화상 이미지(101)는 도 4의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 진폭 차이에 따른 다양한 형태의 이미지 형태로 나타날 수 있다.
한편, 상기 적외선 카메라(300)에 의해 촬영되는 2차원 열화상 이미지(101)는 추후 실제 검사하고자 하는 부품이나 시스템 등의 실물의 결함 검사시에 비교 자료로 활용하기 위해 저장 및 관리할 필요가 있다.
이를 위해 표준시험편(100)의 표면으로부터의 열화상 이미지(101)를 측정한 열화상 이미지(101)는 데이터 수집수단(400)으로 수집되어 저장 관리되고, 디스플레이 수단(500)인 모니터를 통해 표시해 줌으로써 확인할 수 있다.
이 경우 온도 변화에 따른 열화상 이미지(101)의 변화를 확인할 수 있도록 하기 위해 상기 표준시험편(100)의 온도를 측정하기 위한 온도센서(600)가 더 구비되고, 상기 온도센서(600)를 통해 계측되는 온도정보는 상기 데이터 수집수단(400)으로 입력된다.
이와 같은 데이터 수집수단(400)은 PC, 노트북, 산업용 컴퓨터 등과 같은 다양한 연산장치를 사용할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참고로 본 발명에 따른 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 다수의 인위적인 결함(110)이 형성되는 표준시험편(100)을 거치대 등에 설치한다. 이 경우 결함(110) 부분이 후방으로 노출되도록 설치하고, 그 결함(110)과 일정거리 이격되게 열원(200)인 할로겐램프와 적외선 카메라(300)를 설치한다.(S100)
상기 단계(S100)를 거친 후, 열원(200)인 할로겐램프를 구동하여 표준시험편(100)을 가열하면서 적외선 카메라(300)로 열화상 이미지(101)를 촬영한다.(S110)
그리고, 상기 적외선 카메라(300)를 통해 촬영되는 2차원 열화상 이미지(101)를 데이터 수집수단(400)에 전송하여 저장 및 관리한다.(S120)
이상의 과정을 거쳐 획득한 2차원 열화상 이미지(101)와 같은 표준시험편(100)의 결함 결과를 바탕으로 실제 검사하고자 하는 부품이나 시스템 등의 실물의 결함을 검출하고 이를 비교 분석함으로써 실물이 어떠한 결함을 가지고 있는지를 유추할 수 있게 된다.(S130)
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 결함 검사에 사용되는 표준시험편의 다양한 예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 결함 검사에 사용되는 적외선 카메라로 촬영한 표준시험편의 열화상 이미지이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
100 : 표준시험편 101: 열화상 이미지
110 : 결함 200: 열원
300: 적외선 카메라 400: 데이터 수집수단
500: 디스플레이 수단 600: 온도센서
Claims (10)
- 인공적인 결함이 형성된 표준시험편과;상기 표준시험편에 열을 공급하는 열원과;상기 열원으로부터 표준시험편에 공급된 열흐름에 따른 결함을 열화상 이미지로 촬영하는 적외선 카메라;로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 표준시험편은 판재형상으로 이루어지며, 다양한 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성되는 다수의 원형홈 형상을 가지는 결함이 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 표준시험편은 판재형상으로 이루어지며, 다양한 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성되는 다수의 장홈 형상을 가지는 결함이 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 표준시험편은 판재형상으로 이루어지며, 다양한 깊이와 직경을 일정 치수 간격으로 확대 또는 축소하여서 형성되는 다수의 관통공 형상을 가지는 결함이 형성된 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 열원은 할로겐 램프인 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 적외선 카메라는 상기 열원에 의해 공급되는 열이 주기적으로 표준시험편에 전달되어 발생되는 열흐름에 따른 위상 및 진폭차를 감지하여 표준시험편의 결함 정보를 2차원 열화상 이미지로 촬영하는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 적외선 카메라에 의해 촬영되는 열화상 이미지는 데이터 수집수단으로 수집되어 저장 관리되고, 디스플레이 수단으로 표시되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 열화상 이미지의 온도 변화를 확인할 수 있도록 하기 위해 상기 표준시험편의 온도를 측정하기 위한 온도센서가 더 구비되고, 상기 온도센서를 통해 계측되는 온도정보는 상기 데이터 수집수단으로 입력되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 장치.
- 다수의 인위적인 결함이 형성되는 표준시험편을 결함 부분이 후방으로 노출되도록 설치하고, 그 결함과 일정거리 이격되게 열원인 할로겐램프와 적외선 카메라를 설치하는 단계;상기 열원을 구동하여 표준시험편을 가열하면서 상기 적외선 카메라로 열화상 이미지를 촬영하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 방법
- 제 9항에 있어서,상기 적외선 카메라를 통해 촬영되는 열화상 이미지를 데이터 수집수단에 전송하여 저장 및 관리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 열화상 기술을 이용한 결함 검사 방법.
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| KR20160104499A (ko) | 2015-02-26 | 2016-09-05 | 동명대학교산학협력단 | Rfid인식을 이용한 컨테이너 위치추적 시스템 |
| KR101682309B1 (ko) | 2015-07-29 | 2016-12-02 | 경상대학교산학협력단 | 고분자 중합을 통해 성형한 복합재료의 결함 평가 장치 |
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2009
- 2009-12-28 KR KR1020090132073A patent/KR20110075582A/ko active Search and Examination
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101279339B1 (ko) * | 2011-10-10 | 2013-06-26 | 조선대학교산학협력단 | 가열 장치 |
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