KR20110075825A

KR20110075825A - 중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치

Info

Publication number: KR20110075825A
Application number: KR1020090132385A
Authority: KR
Inventors: 허덕재; 송치문
Original assignee: 고등기술연구원연구조합; 주식회사 한국센트랄
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2011-07-06

Abstract

본 발명은 중공파이프(2)와 슬리이브(4)가 용접되는 작업편(10)의 초음파 검사장치(100)로서, 작업편(10)을 고정하는 고정지그(20)와, 검사매질이 담기고, 상기 담겨진 검사매질에 상기 작업편(10)이 고정된 고정지그(20)가 침지 또는 침수되는 검사챔버(30)와, 끝단에 반사경(42)이 장착되어 상기 슬리이브(6)의 내부 중앙에 수평으로 위치하여 용접부위(6)에 초음파를 전달하는 초음파 탐촉자(44)를 구비하는 센서 모듈(50)과, 상기 센서 모듈(50)을 좌우로 회전시키는 원주방향 구동장치(60)와, 상기 센서 모듈(50)을 상하로 이동시키는 깊이방향 구동장치(70)로 이루어진 스캐너(40)를 포함한다.

본 발명에 의하면, 중공파이프와 슬리이브가 축용접된 작업편에 대한 초음파 탐침을 슬리이브의 내측에서 용접부위의 전면을 스캔하여 초음파 스캔 데이터의 분석을 상대적 깊이방향으로 분석함으로써 용접비드의 두께는 물론 용접부위의 전체 면적에 대하여 분석할 수 있으므로, 유사한 아이템에 대한 비파괴 검사를 행하는데 적용이 가능한 효과를 가진다.

초음파 검사, 비파괴 검사, 초음파 탐침자, 중공파이프, 용접비드,

Description

중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치{ULTRASONIC DETECTING APPARATUS FOR WORKPIECES WELDED A SLEEVE WITH A HOLLOW PIPE}

본 발명은 초음파 검사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 용접부위에 대한 초음파 탐침을 슬리이브의 내측에서 용접부위의 전면을 스캔하여 초음파 스캔 데이터의 분석을 상대적 깊이방향으로 분석함으로써 용접비드의 두께는 물론 용접부위의 전체 면적에 대하여 분석할 수 있는 초음파 검사장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 여러 형태의 철구조물은 용접을 통해 서로 접속되어 이루어지므로, 용접비드가 발생하게 되며, 용접비드에는 혼입된 가스에 의해 일어나는 핀 호울이나 블로우 호울(blow hole), 응고시의 수축에 의해 일어나는 수축공과 같은 용접결함이 존재할 수 있다. 이때, 핀 호울이란 2-3mm 이하의 기공으로서 보통 다수개가 모여있는 상태로 존재하게 되며, 블로우 호울은 용착금속 내에 생기는 기공으로서, 지름 0.01-3mm 정도까지 여러 가지가 있고, 구형이나 토란형의 구 멍으로 되어 있다.

이러한 용접결함들을 검사하기 위해서 파괴 시험법(Destructive Testing)과 비파괴 시험법(Non Destructive Testing)이 사용되고 있는 데, 파괴 시험법은 피검사부를 절단하거나 굽혀봄으로서 시험하는 방법이고, 비파괴 시험법은 피용접물을 파괴하지 않고 검사하는 방법이며, 맞댐 용접부(butt welds)에서는 방사선 투과 검사가 효과적으로 이용될 수 있으나, 모서리 용접부에서는 방사선 투과 검사 대신에 초음파를 이용하여 비파괴 검사를 수행해야 한다.

그런데 초음파 검사를 수동식 초음파 검사기를 이용하여 수행하는 경우에는 검사자의 주의력과 기량에 따라 주요한 용접결합들이 발견되지 않을 수 있고, 영구적인 기록을 확보하기도 힘들지만, 수동식 초음파 검사의 단점을 극복하고 용접비드에 나타나는 결함을 정확히 파악하기 위해서는 컴퓨터를 이용한 초음파 검사, 즉 자동 초음파 검사(Auto Ultrasonic Test)를 위한 장치가 필요하게 된다.

한국등록특허 제10-0303395호(등록일 2001.7.11)에는 철재 구조물의 용접비드에 존재하는 각종 결합의 검사를 위한 자동 초음파 검사장치를 개시하고 있다. 그렇지만 개시된 등록특허의 철재 구조물은 수평재와 수직재가 용접을 통해 서로 접속되는 박스형 철재 구조물이다.

이와 달리 도 1에 도시된 바와 같이, 중공파이프(2)가 슬리이브(sleeve)(4)의 외주면에 용접되는 경우, 종래에는 중공파이프(2)의 슬리이브(4)와의 축 용접부위(6)에 대한 초음파 탐침을 위해서 초음파 탐촉자(도시하지 않음)를 중공파이프(2)에 비스듬히 장착하여 접선방향으로 초음파를 전파함으로서 슬리이브(4)의 경 계면에서 반사되는 신호를 분석하여 용접 상태를 검사하였다.

하지만, 기존의 측정방법에서는 중공파이프(2)와 슬리이브(4)의 용접 상태를 정확히 판별하는데 어려움이 있으며, 양불 판정을 하는데 있어, 중요 인자인 용접비드는 물론 용입 상태에 대한 정보를 정확하게 분석하기 어려운 문제가 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해소하고자 안출된 것으로, 그 목적은 중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 용접부위에 대한 초음파 탐침을 슬리이브의 내측에서 용접부위의 전면을 스캔하여 초음파 스캔 데이터의 분석을 상대적 깊이방향으로 분석함으로써 용접비드의 두께는 물론 용접부위의 전체 면적에 대하여 분석할 수 있는 초음파 검사장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 중공파이프와 슬리이브가 용접되는 작업편의 초음파 검사장치는 상기 작업편을 고정하는 고정지그와, 검사매질이 담기고, 상기 담겨진 검사매질에 상기 작업편이 고정된 고정지그가 침지되는 검사챔버와, 끝단에 반사경이 장착되어 상기 슬리이브의 내부 중앙에 수평으로 위치하여 용접부위에 초음파를 전달하는 초음파 탐촉자를 구비하는 센서 모듈과, 상기 센서 모듈을 좌우로 회전시키는 원주방향 구동장치와, 상기 센서 모듈을 상하로 이동시키는 깊이방향 구동장치로 이루어진 스캐너를 포함한다.

원주방향 구동장치는 모터와 감속장치로 구성되어, 초음파 탐촉자를 좌우로 이동하며, 깊이방향 구동장치는 모터와 감속장치로 구성되어, 원주방향 구동장치와 연동되어 리니어 가이드 방식으로 승하강한다.

본 발명에 있어서, 고정지그에는 작업편을 자동으로 고정하는 고정장치를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 종래와 동일한 구성에는 동일한 참조번호를 병기하였고 설명의 편의상 상세한 설명은 생략하였다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치를 나타내고, 도 3은 도 1 초음파 검사장치의 작동을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 중공파이프(2)와 슬리이브(4)가 용접되는 작업편(10)의 용접부위(6)에 대한 초음파 검사장치(100)는 작업편(10)을 고정하는 고정지그(20)와, 고정지그(20)가 침지되는 검사챔버(30)와, 슬리이브(4) 내측의 용접부위(6)의 전면을 스캔하는 스캐너(40)를 포함한다. 도면 중 미설명부호 (12)는 검사매질에 침수된 작업편(10)을 건조하는 건조기이다.

이러한 본 발명의 초음판 검사장치(100)는 중공파이프(2)의 축에 슬리이브(4)가 용접된 작업편(10)을 검사매질(물 또는 기름)에 침수한 후 검사를 행하는 침수 탐상(immersion type)법을 작업편(10)의 로딩과 언로딩을 사용자가 직접 검사챔버(30)에 넣었다 꺼내는 방식으로 수행되며, 도 3에 도시된 바와 같이 1회의 작동으로 작업편(10)의 슬리이브(4)의 용접부위(6) 하나에 대한 검사를 수행하는 것으로, 스캐너(40)에 의해 용접부위(6)의 좌우를 스캔하면서 하부로 이동할 수 있다.

검사챔버(30)는 일종의 수조로서, 침수 탐상을 위한 검사매질이 담겨지며, 작업편의 종류가 변경되면, 이를 반영할 수 있는 구조를 이루는 것이 바람직하며, 수량을 조절할 수 있는 매질공급장치와 매질을 순환시키며 필터를 통과하게 하여 불순물을 걸러낼 수 있도록 설계될 수 있다. 매질은 낙차에 의해 자연적으로 드레인(drain)되어 필터를 거쳐 매질저장탱크로 이동할 수 있다. 드레인되는 양은 밸브를 장착하여 조절가능하며, 매질저장탱크내의 매질은 순환펌프에 의해 다시 검사챔버(30)로 제공될 수 있다. 매질공급장치에는 조절밸브가 장착되어 수량에 따라 자동으로 수위 조절이 가능하며, 공급되는 매질은 필터에 의해 1차적으로 걸러지며, 불순물이 많을 경우, 교환되어야 하는데, 이를 위해 배출밸브를 장착하는 것이 바람직하다.

본 발명의 초음파 검사장치(100)에는 모션(motion) 제어를 위한 위치 제어 시스템과, 제어 및 데이터 수집용 컴퓨터, 전원공급장치 및 인터페이스, 비상정지시스템, 작업자 단말장치, 수동 조작반, 운영소프트웨어를 포함할 수 있다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 초음파 검사장치는 중공파이프(2)와 슬리이브(4)가 용접된 작업편(10)을 고정지그(20)에 고정하여, 고정챔버(30)내에 침지한다. 고정지그(20)에는 중공파이프(2)가 안착되는 복수개의 파지홈(22)들이 소정간격으로 제공되며, 또한 하부 일측에는 검사하고자 하는 슬리이브(4)가 위치되는 검사블록(24)과 슬리이브(4)를 가압하는 이동블록(26)이 제공된다. 고정지그(20)의 하면에는 작업편(10)의 슬리이브(4)를 고정하는 고정장치(80)가 제공된다.

도 5에 도시된 바와 같이 고정장치(80)는 액츄에이터(82)와, 이동블록(26)과 연결된 샤프트(84)와, 이동블록(26)을 일방향으로 가압하도록 샤프트(84)에 감합된 스프링(86)과, 액츄에이터(82)의 로드에 샤프트(84)를 연결하는 힌지부재(88)로 이루어진다. 도면 중 미설명부호 (81)은 스톱퍼로서, 샤프트(84)의 과도한 이동을 방지한다.

작업편(10)을 고정지그(20)에 고정하고자 하는 경우, 액츄에이터(82)가 작동하여 로드가 수축되면, 샤프트(84)가 당겨짐에 따라 이동블록(26)이 이동하여 검사블록(24)사이가 벌어지므로, 검사하고자 하는 슬리이브(4)를 검사블록(24)에 밀착 시키고, 이후, 액츄에이터(82)의 작동을 해제하면, 스프링(86)에 의해 이동블록(88)이 다시 검사블록(24)에 밀착된 슬리이브(4)를 가압하도록 이동함으로써 작업편(10)이 고정지그(20)에 자동으로 고정된다.

본 발명의 초음파 검사장치는 고정지그(20)에 의해 정확한 초음파 검사를 수행하기 위해 슬리이브(4)의 센터위치와 초음파 센서의 센서 위치가 맞추어진 상태에서 작업편(10)이 놓여지면 자동 고정장치(80)에 의해 작업편(10)이 고정된다. 슬리이브(4)의 크기에 따라 작업편(10)을 고정하는 고정지그(20)를 미리 제작할 수 있으므로, 모든 종류의 작업편(10)에 대해 고정이 가능하다.

스캐너(40)는 끝단에 반사경(42)이 장착되어 슬리이브(4)의 내부 중앙에 수평으로 위치하여 용접부위(6)에 초음파를 전달하는 초음파 탐촉자(44)를 구비하는 센서 모듈(50)과, 센서 모듈(50)을 좌우로 회전시키는 원주방향 구동장치(60)와, 센서 모듈(50)을 상하로 이동시키는 깊이방향 구동장치(70)로 이루어져서, 도 6에 도시된 바와 같이, 커버(42)내에서 고정지그(20) 상부에 부착된다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(50)은 침수 탐상을 위한 침지(immersion) 센서로서, 슬리이브(4)의 내부 검사를 위해 20MHz를 사용하였다. 센서 모듈(50)은 센서 캐리지(52)에 의해 스캔 모터(62)와 감속장치(64)로 구성된 원주방향 구동장치(60)에 장착되어 고정되며, 센서 모듈(50)과 연결되는 케이블(도시하지 않음)을 고정하여 케이블에 의한 진동을 최소화하고, 탈부착될 수 있다. 반사경(42)은 초음파를 반사시켜 슬리이브(4)에 잘 전달시키기 위한 것으로, 매질 내부로 진입 시 초음파 센서 표면에 생성된 기포가 배출될 수 있는 구조가 바람직하다. 센서 모듈(50)의 초음파 탐촉자(44)는 원주방향 구동장치(60)에 의해 안정된 자세를 유지하며 좌우로 이동하여 슬리이브(4)의 내부 중앙에 수평을 유지하며 스캔을 행하는 동시에, 모터(72)와 감속장치(74)로 구성된 깊이방향 구동장치(70)에 의해 리니어 가이드 방식으로 하강하면서 스캔을 행한다. 이러한 센서 모듈(50)은 3종류가 제작되며 작업편의 종류가 변경되면, 한쌍의 홀더를 이용하여 그에 맞는 센서 모듈로 교체할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 초음파 검사장치는 원주방향의 구동과 깊이방향, 즉 직선구동과의 조합을 통해 래스터(raster) 스캔과 리니어(linear) 스캔이 가능하므로, 스캔의 해상도 조절 및 데이터 획득 속도에 따라 검사에 요구되는 속도를 조절할 수 있고, 용접 비드의 두께는 물론 용입상태에 대한 정보를 분석할 수 있다. 또한 깊이방향 구동장치가 리니어 가이드 방식으로 구동됨에 따라 내구성 및 정밀도가 뛰어나다.

이상과 같은 구성의 본 발명의 초음파 검사장치는 사용자가 검사하고자 하는 작업편(10)에 대한 단말장치의 스캔버튼을 누르면, 그에 해당하는 스캔 영역의 스캔을 행하고, 건전성 평가를 수행한다. 이후, 작업편(10)하나에 대한 스캔이 완료되면, 센서 모듈(50)은 작업편 교체위치로 이동하게 되고, 스캔 결과는 이미지로 표현되며, ROI 영역내의 데이터를 연산하여 설정된 기준에 의해 양품 또는 불량으로 분류되며, 검사가 끝난 작업편은 사용자가 꺼내어 양품 또는 불량 트레이에 적재한다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업 편의 초음파 검사장치의 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않는 것이므로, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 용접부위를 나타내는 도면이고,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치를 나타내는 사시도이고,

도 3은 도 1 초음파 검사장치의 작동을 설명하기 위한 개념도이고,

도 4는 도 1 초음파 검사장치의 챔버에 로딩되는 작업편이 장착되는 고정지그를 나타내는 사시도이고,

도 5는 도 4의 배면도이고,

도 6은 작업편이 장착되는 도 4 고정지그에 스캐너가 장착된 상태를 나타내는 사시도이고,

도 7은 도 6 스캐너에 부착되는 센서 모듈의 사시도이고,

도 8은 도 7 센서 모듈을 구동하는 구동장치가 부착된 사시도이다.

<도면의 주요부에 대한 부호의 설명>

2 : 중공파이프 4 : 슬리이브

6 : 용접부위 10 : 작업편

20 : 고정지그 22 : 파지홈

24 : 검사블록 26 : 이동블록

30 : 검사챔버 40 : 스캐너

42 : 반사경 44 : 초음파 탐촉자

50 : 센서 모듈 52 : 센서 캐리어

60 : 원주방향 구동장치 62,72 : 모터

64,74 : 감속장치 70 : 깊이방향 구동장치

80 : 고정장치 81 : 스톱퍼

82 : 액츄에이터 84 : 샤프트

86 : 스프링 88 : 힌지부재

Claims

중공파이프와 슬리이브가 용접되는 작업편의 초음파 검사장치로서,

상기 작업편을 고정하는 고정지그와,

검사매질이 담기고, 상기 담겨진 검사매질에 상기 작업편이 고정된 고정지그가 침지되는 검사챔버와,

끝단에 반사경이 장착되어 상기 슬리이브의 내부 중앙에 수평으로 위치하여 용접부위에 초음파를 전달하는 초음파 탐촉자를 구비하는 센서 모듈과, 상기 센서 모듈을 좌우로 회전시키는 원주방향 구동장치와, 상기 센서 모듈을 상하로 이동시키는 깊이방향 구동장치로 이루어진 스캐너를 포함하는

중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 원주방향 구동장치는

모터와 감속장치로 구성되어, 상기 초음파 탐촉자를 좌우로 이동하는

중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 깊이방향 구동장치는

모터와 감속장치로 구성되어, 상기 원주방향 구동장치와 연동되어 리니어 가이드 방식으로 승하강하는

중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 고정지그에는 작업편을 고정하는 고정장치를 포함하는

중공파이프와 슬리이브가 용접된 작업편의 초음파 검사장치.