KR20120065955A - Supersound auto sensing system - Google Patents

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KR20120065955A
KR20120065955A KR1020110133872A KR20110133872A KR20120065955A KR 20120065955 A KR20120065955 A KR 20120065955A KR 1020110133872 A KR1020110133872 A KR 1020110133872A KR 20110133872 A KR20110133872 A KR 20110133872A KR 20120065955 A KR20120065955 A KR 20120065955A
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임재생
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세이프텍(주)
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Abstract

PURPOSE: An automatic ultrasonic wave inspection system is provided to directly contribute to a balanced regional development and regional economy activation because job openings are offered by installing an aerogenerator. CONSTITUTION: An automatic ultrasonic wave inspection system comprises a detecting unit(100), a controller(200), and a display unit(300). The detecting unit is selectively adhered on a surface of an object composed of more than two kinds of composite materials, thereby scanning the object. The controller controls the scan operation of the detecting unit and ultrasonic scan result resolution by driving a program saved in advance. The display unit drives according to an input of display control signals supplied from the controller and displays images of a sound joining part and incomplete joining part.

Description

초음파 자동화 검사 시스템{SUPERSOUND AUTO SENSING SYSTEM}Ultrasonic Automated Inspection System {SUPERSOUND AUTO SENSING SYSTEM}

본 발명은 복합소재로 형성되는 풍력 블레이드의 내부구조를 비파괴검사기법으로 확인하여 풍력 블레이드의 품질확보를 할 수 있는 초음파 자동화 검사 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ultrasonic automated inspection system that can ensure the quality of the wind blade by confirming the internal structure of the wind blade formed of a composite material by a non-destructive inspection technique.

최근 인류의 환경과 에너지에 대한 관심이 그 어느 때보다도 높아지고 있다. 대표적으로 대두되고 있는 문제가 온실가스 배출과 화석연료의 고갈이다. 이와 관련하여 풍력에너지는 신재생에너지원 중 하나로서 각광받고 있다. 풍력에너지의 이점으로는 기후 변화와 환경오염 물질의 감소, 고용촉진 및 지역산업 성장, 에너지 공급 체계의 다변화 및 에너지 수입 대체효과, 에너지 안보 확보와 천연자원 획득을 위한 국가와 지역간의 분쟁 감소 등이다.Recently, humanity's interest in the environment and energy is increasing. Representative issues are greenhouse gas emissions and fossil fuel depletion. In this regard, wind energy is in the spotlight as one of renewable energy sources. The advantages of wind energy include climate change and reduction of environmental pollutants, employment promotion and local industry growth, diversification of energy supply systems and substitution of energy imports, and reduction of disputes between countries and regions to secure energy security and acquire natural resources. .

따라서 이런 이유로 해서 풍력은 에너지 산업 중에서 세계적으로 가장 빠르게 성장하는 분야가 되었다. 그 단적인 증거로 최근 10년간 전세계 설치 용량이 12배 이상(2007년 말 누계 94,005MW) 증가하였다. 특히 최근 5년간 연평균 22.3%의 비약적인 보급 증가를 가져왔다. 참고로, 전세계 풍력 발전 보급량 중 42% 이상을 차지하는 유럽의 경우 덴마크가 자국 내 전력공급량의 20%를 풍력이 담당하고 있다. 스페인은 9%, 독일은 7.6%를 풍력이 담당하는 등 유럽 전체를 본다면 3.7%의 전기를 풍력이 담당하고 있다. 한편 아시아는 새로운 시장으로 급부상하고 있으며, 2007년 한 해 동안 설치된 용량 중 25.3%를 풍력이 차지하고 있다.For this reason, wind power has become the world's fastest growing sector in the energy industry. The evidence is that over the past 10 years, global installation capacity has increased by more than 12 times (total 2007, 94,005 MW). In particular, in the last five years, the annual average has increased by 22.3%. For reference, in Europe, which accounts for more than 42% of the world's wind power distribution, Denmark is responsible for 20% of the country's electricity supply. In Europe, wind is responsible for 3.7% of electricity, with 9% for Spain and 7.6% for Germany. Asia, on the other hand, is emerging as a new market and wind power accounts for 25.3% of the installed capacity in 2007.

대한민국의 경우, 1970년대부터 시제품이 제작되어 시운전되었다. 그러나 주변 여건의 미성숙으로 인해 지속적인 기술개발 없이 외국사의 시스템을 모방 제작하였다. 또한, 시스템의 운전 실험을 통한 특성 연구에 머물러 있다가 1987년에 제정된 "대체에너지 개발촉진법"을 근거로 하여 연구개발이 시작되었다고 할 수 있다. 최근 정부는 위에서 언급한 국제 사회의 흐름에 발맞추고자 신재생에너지 기술발전의 로드맵을 담은 제1차 국가에너지기본계획(2008-2030)을 수립하였다. 이에 따르면 미래 비젼의 새로운 패러다임으로서 에너지 안보를 확충하고 기후변화에 대응하는 지속가능한 에너지원으로서 뿐만 아니라 "녹색성장"을 선도하는 차세대 성장 동력으로서 신재생에너지의 중요성이 부각되고 있다. 또한, 중점분야 대량보급체계 구축을 통해 2030년 보급률 11%달성 목표로 설정하였다. 그 중 풍력분야의 보급 목표는 7,301MW로 제시되었다. 따라서 2011년에는 국내 기술력을 선진국의 80% 수준으로 끌어올리는 동시에 전체 발전량의 1.4%를 풍력으로 대체하며, 2020년에는 전체 발전량의 9.4% 보급을 목표로 하고 있다.In Korea, prototypes have been produced and commissioned since the 1970s. However, due to the immaturity of the surrounding conditions, the foreign company's system was copied without continuous technical development. In addition, the research and development started based on the "Alternative Energy Development Promotion Act" established in 1987 after staying in the characteristic study through the operation experiment of the system. Recently, the government has established the first National Energy Framework (2008-2030), which contains the roadmap for the development of new and renewable energy technologies, in order to keep up with the above-mentioned international trends. According to this, the importance of renewable energy is emerging as a next-generation growth engine that leads "green growth" as well as expanding energy security as a new paradigm of future vision and responding to climate change. In addition, the company set a goal of achieving 11% penetration rate in 2030 by establishing a mass distribution system in key areas. Among them, the distribution target for wind power was 7,301MW. Therefore, it aims to raise domestic technology to 80% of developed countries in 2011 and replace 1.4% of total generation with wind power, and 9.4% of total generation by 2020.

또한, 신재생에너지 산업은 다른 산업과의 연관성이 매우 높은 산업이다. 따라서 시장이 확대되면 고용창출 효과가 매우 높은 산업이다. 특히 풍력발전 산업의 경우 타워제작, 풍력 블레이드(Blade), 증속기, 전력변환장치, 발전기, 자동차 산업과 같은 정교한 부품조립, 원격제어장치, 각종 자동 모니터링과 IT산업이 주종을 이루며 이들 업종은 우리나라가 높은 경쟁력을 지니면서도 많은 인력이 종사하고 있는 분야이다. 또한, 풍력발전기를 설치해 풍력발전사업을 하는 현장은 대부분 산간벽지나 해변, 도서지방이므로 일자리를 창출하기가 어려운 지방에 직접 일자리를 만들게 되므로 지방 균형발전과 지역경제 활성화에도 직접적으로 기여하는 효과가 있다. In addition, the renewable energy industry is an industry that is highly related to other industries. Therefore, if the market expands, the job creation effect is very high. Especially in the wind power generation industry, tower manufacturing, wind blades, gearboxes, power converters, generators, sophisticated parts assembly such as automobile industry, remote control devices, various automatic monitoring, and IT industries are mainly dominant. Is a sector that has a high competitiveness but is engaged in many human resources. In addition, since most of the sites where wind power generators are installed with wind power generators are used in mountainous areas, beaches and islands, jobs are created directly in areas where it is difficult to create jobs, which contributes directly to balanced regional development and revitalization of the local economy. .

최근 풍력발전 시스템 분야의 세계적 기술현황을 보면, 풍력 블레이드의 경우 길이 40m 내외까지 개발이 이뤄졌으며 향후 60m까지 대형화될 전망이다. 풍력 블레이드는 30년 이상의 피로수명을 확보하도록 설계 제작되고 있다. 이와 관련하여 우리나라의 기술 현황을 보면 선진국 대비 풍력 블레이드 기술은 60%에 불과하며, 인프라 구축 역시 70%에 불과하다. 나아가 시스템 감시와 진단 그리고 인증 분야에서의 기술 수준은 50~70% 수준으로 대단히 취약한 수준에 있다.According to the current state of the art in the field of wind power generation systems, wind blades have been developed up to about 40m in length and are expected to be large up to 60m in the future. Wind blades are designed and manufactured to ensure fatigue life over 30 years. In this regard, Korea's technology status is only 60% of the wind blade technology compared to developed countries, and only 70% of infrastructure construction. Furthermore, the technology level in the field of system monitoring, diagnosis and certification is very weak at 50 ~ 70%.

결론적으로, 국내 장비와 부품이 경쟁력을 갖고 수출 산업으로서 육성되기 위해서는 글로벌 기준에서 요구되는 까다로운 품질기준을 만족시켜야 한다. 이와 관련하여 특히 풍력 블레이드 복합재 품질의 신뢰성을 확보하기 위해서는 비파괴 검사 자동화시스템의 개발이 시급한 실정이다. 풍력발전용 풍력 블레이드는 복합재의 적층 구조이므로 복합재 자체에서 초음파 감쇄가 대단히 심하며, 재질자체가 불균일(nonhomogeneous)하여 일반적인 초음파 탐상이 어렵다. 뿐만 아니라 여러 재료가 적층된 복합재는 제조 또는 사용 중 각층에서 층간분리의 위험성을 안고 있다. 이러한 결함들이 사전에 탐지되어 완벽한 품질이 확보되지 않으면 큰 대형사고로 이어질 수 있다.In conclusion, in order for domestic equipment and components to be competitive and foster as an export industry, it must meet the demanding quality standards required by global standards. In this regard, development of a non-destructive inspection automation system is urgently needed to secure the reliability of wind blade composite quality. Wind blades for wind power generation is a laminated structure of the composite material, so the ultrasonic attenuation is very severe in the composite material itself, and the material itself is nonhomogeneous, which makes general ultrasonic flaw detection difficult. In addition, composite materials with multiple materials are at risk of delamination in each layer during manufacture or use. If these defects are detected beforehand and perfect quality is obtained, they can lead to major catastrophic events.

대형화되는 풍력 블레이드의 품질을 확보하기 위해 비파괴검사기법 중 초음파탐상검사법을 이용하여 풍력 블레이드의 건전성을 확보하며, 자동검사 시스템의 도입으로 객관적인 데이터를 영구히 보존할 수 있는 초음파 자동화 검사 시스템을 제공한다.In order to secure the quality of the wind turbine blades, the ultrasonic blade inspection method is used to secure the soundness of the wind blades, and the automatic inspection system provides an ultrasonic automated inspection system that can preserve the objective data permanently.

2종 이상의 복합재료로 형성된 검사체의 표면에 선택적으로 흡착되어 검사체를 스캔하는 검출부, 검출부의 스캔동작을 제어하며, 미리 저장된 프로그램의 구동으로 제어하여 검출부를 통해 입력되는 스캔 데이터 처리를 통해 적어도 3단계(A, B, C Scan)의 스캔 데이터를 연산하며, 검사체의 경계면에서 검출되는 2차, 3차 에코의 진폭 차를 활용하여 건전 접합부와 불완전 접합부의 영상을 표시하는 표시제어신호를 발생하며, 초음파 스캔 결과 분해능을 제어하는 제어부, 및 제어부로부터 공급되는 표시제어신호의 입력에 따라 구동되어 건전 접합부와 불완전 접합부의 영상을 표시하는 표시부를 포함한다.A detector which is selectively adsorbed on the surface of the test object formed of two or more composite materials to scan the test object, and controls the scanning operation of the detection part, and at least through scan data processing input through the detection part by controlling the driving of a pre-stored program. Calculates scan data in three steps (A, B, and C Scan), and utilizes the difference in amplitudes of the secondary and tertiary echoes detected at the interface of the test object, and displays a display control signal for displaying images of the healthy junction and the incomplete junction. And a control unit for controlling resolution of the ultrasonic scan result, and a display unit which is driven according to an input of a display control signal supplied from the control unit and displays an image of the healthy junction and the incomplete junction.

검출부는 길이방향으로 신장되는 프레임과 프레임의 일측에 결합된 구동부를 포함하는 메인부, 메인부의 길이방향 양단에서 프레임에 결합되어 하향으로 배치되는 지지대와 각각의 지지대에 결합되어 외부로부터 공급되는 공압에 의해 흡착력을 발생시키는 흡착부를 포함하는 지지부, 및 외부 동력에 따라 구동되어 메인부의 프레임을 따라 이동되며, 일단부가 검사체의 표면에 접촉되어 검사체를 스캔하는 스캔부를 포함할 수 있다.The detection unit includes a main unit including a frame extending in the longitudinal direction and a driving unit coupled to one side of the frame, a support coupled to the frame at both ends in the longitudinal direction of the main unit and disposed downward and a pneumatic pressure supplied from the outside. And a support part including an adsorption part for generating adsorption force, and a scan part driven according to external power and moved along the frame of the main part, and having one end contacting the surface of the test object to scan the test object.

스캔부는 구동부에 일측이 결합되는 가이드부, 가이드부에 일단이 결합되며, 타단은 검사체에 접촉되는 접촉부, 및 가이드부와 접촉부 사이에 개재되어 탄성을 제공하는 탄성부를 포함하며, 접촉부는 하단 내부에 삽입되어 탄성부로부터 일정한 탄성력을 제공받는 센서와 검사체의 표면에 접촉하며 일정 간격을 유지하는 볼프렌자를 포함할 수 있다.The scan part includes a guide part having one side coupled to the driving part, one end of which is coupled to the guide part, and the other end includes a contact part contacting the test object, and an elastic part interposed between the guide part and the contact part to provide elasticity. Is inserted into the sensor may be provided with a constant elastic force from the elastic portion and the contact with the surface of the test body may include a ball-pren to maintain a predetermined interval.

풍력발전 산업의 경우 타워제작, 풍력 블레이드, 증속기, 전력변환장치, 발전기, 자동차 산업과 같은 정교한 부품조립, 원격제어장치, 각종 자동 모니터링과 IT산업이 주종을 이루며 이들 업종은 우리나라가 높은 경쟁력을 지니면서도 많은 인력이 종사하고 있는 분야이다.In the wind power generation industry, tower manufacturing, wind blades, gearboxes, power converters, generators, and sophisticated parts assembly such as automotive industry, remote control, various automatic monitoring, and IT industries are mainly dominated by these industries. It has a lot of workforce.

비파괴검사에 기인한 품질확보를 통해 풍력 블레이드의 신뢰성이 검증되고, 국내산업 및 해외시장에 안전한 설비들이 확보될 경우, 신재생에너지 산업의 특성상 다른 산업과의 연관성이 매우 높으므로 시장이 확대되고 고용창출효과가 기대치 이상으로 나타날 수 있다.If the reliability of wind blades is verified through quality assurance due to non-destructive testing, and safe facilities are secured in domestic and overseas markets, the market is expanded and employed because of the high relevance of other renewable energy industries. Creation effects may exceed expectations.

또한, 풍력발전기를 설치해 풍력발전사업을 하는 현장은 대부분 산간벽지나 해변, 도서지방이므로 일자리를 창출하기가 어려운 지방에 직접 일자리를 만들게 되므로 지방 균형발전과 지역경제 활성화에도 직접적으로 기여하는 효과가 있다. In addition, since most of the sites where wind power generators are installed with wind power generators are used in mountainous areas, beaches and islands, jobs are created directly in areas where it is difficult to create jobs, which contributes directly to balanced regional development and revitalization of the local economy. .

또한, 복합재료의 특성 및 검사방법의 노하우를 통해 풍력 블레이드 뿐만 아니라 다양한 산업에 사용되는 복합소재의 검사에서도 같은 방법의 초음파 자동화 검사방법 적용을 모색해 볼 수 있다.In addition, through the know-how of the characteristics and inspection method of the composite material, it is possible to explore the application of the same ultrasonic automated inspection method in the inspection of composite materials used in various industries as well as wind blades.

또한, 복합소재 검사기술은 다양한 적용들을 통해 국내의 다른 산업에도 영향을 미칠 수 있는 효과가 있다.In addition, composite inspection technology has an effect that can affect other industries in the country through various applications.

도 1은 풍력 블레이드 복합소재의 단면 구조 및 초음파 탐상을 도시한 도면이다.
도 2는 접합 상태에 따른 진폭 변화를 도시한 도면이다.
도 3은 풍력 블레이드 초음파검사에서 얻고자하는 정보를 도시한 도면이다.
도 4는 A-Scan신호로 검사자가 결함유무를 판단하는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 B-Scan신호로 센서의 스캔 면과 수직면으로 초음파 음압 또는 시간을 단면 형식으로 표현한 신호를 도시한 도면이다.
도 6은 C-Scan신호로 센서의 스캔 면과 평행면으로 표면에서 떨어진 관심영역을 평면이미지로 표현한 신호를 도시한 도면이다.
도 7은 초음파 C스캐너 이미지 원리(Principle of Ultrasonic C-Scanner Image)를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 자동화 검사 시스템의 블록도를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 검출부가 풍력 블레이드에 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 검출부를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 스캔부를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 초음파 자동화 검사 시스템을 이용하여 풍력 블레이드를 검사하는 상태를 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 자동화 검사 시스템을 통해 검출된 초음파 C-Scan 이미지를 도시한 도면이다.
1 is a view showing a cross-sectional structure and ultrasonic flaw detection of a wind blade composite.
2 is a diagram illustrating an amplitude change according to a bonding state.
3 is a diagram illustrating information to be obtained in the wind blade ultrasonic inspection.
4 is a diagram illustrating a state in which an inspector determines a defect by an A-Scan signal.
FIG. 5 is a diagram illustrating a signal representing an ultrasonic sound pressure or a time in a cross-sectional format on a plane perpendicular to the scan plane of the sensor as a B-Scan signal.
FIG. 6 is a diagram illustrating a signal representing a region of interest separated from a surface in a plane parallel to a scan plane of a sensor using a C-Scan signal.
FIG. 7 is a diagram illustrating a Principle of Ultrasonic C-Scanner Image.
8 is a block diagram of the ultrasonic automated inspection system according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a state in which the detection unit is installed in the wind blade according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing a detection unit according to an embodiment of the present invention.
11 is a view showing a scan unit according to an embodiment of the present invention.
12 is a view showing a state of inspecting the wind blade using the ultrasonic automated inspection system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an ultrasound C-Scan image detected by an ultrasonic automated inspection system according to an exemplary embodiment of the present invention.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the term "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element, and / or component, and other specific characteristics, region, integer, step, operation, element, component, and / or group. It does not exclude the presence or addition of.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

풍력발전기 부품 중 바람에 부딪히며 동적 거동을 하는 풍력 블레이드는 수많은 레이어층을 입혀 성형하는 복합소재로 제작되어진다. 복합소재는 가볍고 강한강도를 가지며, 대형 제품 제작이 용이하다. 풍력발전기의 풍력 블레이드는 발전용량을 높이기위해 대형화 되어가고 있다. 이러한 대형화 추세에 필요한 안전 및 품질확보를 위해서는 비파괴검사기술의 접목이 필요하다.Wind turbine blades, which behave in a dynamic manner while hitting the wind, are made of composite materials that are formed by coating numerous layers. Composite materials have light and strong strength and are easy to manufacture large products. Wind turbine blades in wind turbines are becoming larger in order to increase power generation capacity. In order to secure safety and quality necessary for the trend of enlargement, it is necessary to combine non-destructive inspection technology.

비파괴검사(Non Destructive Testing; NDT)기술은 재료가 표면 및 내부에 균일하지 못한 불연속부를 가지고 있을 때 재료를 파괴하지 않고 불연속부를 검출 재료의 합부를 판정하여 제품의 품질을 확보하는 검사방법이다. 비파괴검사법에는 X선, 감마선 등의 방사선을 이용하여 제품 내부의 불연속부를 검출하는 방사선투과검사법(Radiographic Testing; RT), 고주파 진동으로 물질고유의 초음파 전달계수 및 반사계수를 고려하여 제품에서 반사되는 신호를 평가한 후 건전성 유무를 판단하는 초음파탐상검사법(Ultrasonic Testing; UT), 비자성체 제품 중 너무 두껍지 않은 제품에 적용하며, 발생된 와전류의 변화를 토대로 건전유무를 평가할 수 있는 와전류탐상검사법(Eddy Current Testing; ECT), 강자성체 제품에 적용하며, 표면 및 표면 직하의 불연속부 검출에 유리한 자분탐상검사법(Magnetic Particle Testing; MT), 눈으로 관찰되기 어려우며, 표면이 열려있는 불연속부 검출이 가능한 침투탐상검사법(Penetrant Testing; PT)등 다양한 검사기법이 이용되고 있다.Non Destructive Testing (NDT) technology is an inspection method that ensures the quality of a product by determining the discontinuity of the detection material without destroying the material when the material has non-uniform discontinuities on the surface and inside. Non-destructive testing includes radiographic testing (RT), which detects discontinuities inside the product using X-rays, gamma rays, and other radiations, and signals reflected from the product in consideration of the ultrasonic propagation coefficient and reflection coefficient inherent to high-frequency vibration. Ultrasonic Testing (UT), a non-thick product, which is not too thick among the non-magnetic products, is used for evaluating soundness based on the generated eddy current changes. Testing (ECT), which is applied to ferromagnetic products, is a magnetic particle test (MT) that is advantageous for the detection of discontinuities on the surface and directly below the surface, and is a penetration inspection method that can detect discontinuities with open surfaces that are difficult to observe with eyes. Various testing techniques, such as Penetrant Testing (PT), are used.

대형 풍력 블레이드의 경우 비파괴검사법 적용은 꼭 필요하다. 제품 제작에 직접적으로 참여하지 않고 풍력 블레이드를 구매하여 사용하는 구입처 입장에서 제품의 품질을 확인할 수 있는 방법은 비파괴검사를 통해 발행된 성적서 뿐이다. 3자에 의한 공정한 비파괴검사는 품질확보 뿐 아니라 제작공정을 합리적으로 계획할 수 있으며, 확보된 데이터를 통해 선진국과의 기술격차도 좁힐 수 있다. 이는 제품의 신뢰성 향상으로 기술력의 우위를 차지할 수 있다. 하지만, 국내 실정은 제작하여 납품하는 일에 전전긍긍하여 품질확보 및 신뢰성 향상에 대한 노력은 미진한 실정이다.For large wind blades, application of non-destructive testing is essential. The only way to check the quality of the product from the point of purchase of the wind blades without directly participating in the production of the product is through a non-destructive test report. The fair nondestructive inspection by third parties can not only secure quality but also reasonably plan the manufacturing process, and narrow the technical gap with developed countries through the obtained data. This can take the advantage of technology by improving the reliability of the product. However, the domestic situation is completely unsatisfied with the manufacture and delivery, so the efforts for securing quality and improving reliability have been insufficient.

풍력 블레이드는 복합재료로 이뤄져 있기 때문에 접합층의 계면에서 박리되는 결함이 종종 검출된다. 이처럼 내부에 판형태 불연속부 검출에는 초음파탐상검사법이 가장 유리하다. 다만, 복합재료 특성상 다층의 레이어는 초음파의 감쇠 및 산란에 많은 영향을 미치므로 저주파수 고에너지를 사용하여 검사하여야 한다. 또한 전통적인 초음파탐상기법은 검사자의 주관적인 판단과 데이터의 보관이 어려운 단점을 가지고 있으므로 자동검사를 통해 객관적인 검사결과를 획득하는 것도 중요하다. 풍력 블레이드 복합재료는 2종 이상의 재료를 조합, 성형하여 제조되므로 단일 소재와는 달리 강화재와 기지재 간의 경계면들이 존재한다. 이들 경계면에서 재료의 기계적, 화학적, 열적 성질 등이 달라지므로 상대적으로 외부의 충격에 취약하고, 계면의 접합 상태는 복합 소재의 건전성을 크게 좌우하게 된다. 따라서 이종 소재 간 접합 상태의 정확한 진단은 풍력 블레이드의 내구성 등 품질 확보를 위해 매우 중요하다. Since the wind blades are made of composite material, defects that peel off at the interface of the bonding layer are often detected. As such, ultrasonic detection is most advantageous for detecting plate-shaped discontinuities therein. However, due to the nature of the composite material, the multilayered layer has a great influence on the attenuation and scattering of the ultrasonic wave, so it should be inspected using low frequency and high energy. In addition, the conventional ultrasonic flaw detection method has a disadvantage in that the subjective judgment of the inspector and the storage of data are difficult. Therefore, it is important to obtain an objective test result through automatic inspection. Since wind blade composites are manufactured by combining and molding two or more materials, there is an interface between the reinforcement and the base material, unlike a single material. Since the mechanical, chemical and thermal properties of the materials are changed at these interfaces, they are relatively vulnerable to external impact, and the bonding state of the interface greatly influences the integrity of the composite material. Therefore, accurate diagnosis of the bonding state between dissimilar materials is very important for ensuring quality such as wind blade durability.

일반적으로 여러 개의 이종 소재로 구성된 복합 소재는 소재 간의 접합 경계면에서 초음파의 에너지 손실이 매우 크므로 일반적인 초음파 탐상법으로는 경계면의 접합 상태를 확인하기가 매우 어렵다. 결과적으로 현재 개발된 외산 장비의 경우에도 초음파 탐상 결과 2차원 이미지의 경우는 검사의 신뢰성 측면에서 대단히 미흡한 결과를 보여주고 있다. 이러한 결과는 결과적으로 풍력 블레이드와 같은 복합재의 다층 구조물을 대상으로 하는 초음파 탐상 기술의 한계를 보여주는 것으로 얘기되고 있어 국내에서도 기술 개발에 소극적인 경향을 갖게 하는 원인이 되고 있다.In general, composite materials composed of several heterogeneous materials have a very large energy loss of ultrasonic waves at the interface between the materials. Therefore, it is very difficult to check the interface state of the composite surfaces by general ultrasonic flaw detection. As a result, even in the case of the currently developed foreign equipment, the ultrasonic flaw detection results show that the two-dimensional image is very poor in terms of the reliability of the inspection. This result is said to show the limitations of ultrasonic flaw detection technology targeting multi-layered structures of composite materials such as wind blades, which causes the development of technology in Korea.

복합소재의 초음파 탐상 기술과 관련하여 다음과 같이 이론적인 고찰 끝에 탐상의 가능성을 확인하였다. 이를 간략하게 정리하면 다음과 같다.With regard to the ultrasonic flaw detection technology of composites, the following theoretical considerations confirmed the possibility of flaw detection. To summarize this briefly:

하나의 매질에서 진행하고 있는 음파가 다른 매질과의 경계면을 만나게 되면 반사파와 투과파가 생겨나게 된다. 경계면이 평면이고 입시파도 평면파라고 가정하면 입사파에 대한 반사파와 투과파의 음압 진폭 비 혹은 음압 세기 비는 두 매질에서의 음향 속도, 임피던스, 입사파의 입사각에 의존하게 된다. 매질의 특성 음향 임피던스(

Figure pat00001
)는 매질에서의 음향속도(
Figure pat00002
)와 평균 밀도(ρ)와의 곱이 되며 임피던스가
Figure pat00003
,
Figure pat00004
인 두 개의 매질에 수직으로 입사하였을 대의 음의 세기 투과계수(power transmission coefficient),
Figure pat00005
와 음의 세기 반사계수(power reflection coefficient),
Figure pat00006
는 다음과 같다.When sound waves traveling in one medium meet the interface with another medium, reflected and transmitted waves are generated. Assuming that the interface is planar and the incoming wave is also a plane wave, the ratio of the sound pressure amplitude or sound pressure intensity of the reflected wave and the transmitted wave to the incident wave depends on the acoustic velocity, impedance, and incident angle of the incident wave in both media. Characteristic acoustic impedance of the medium (
Figure pat00001
) Is the speed of sound in the medium (
Figure pat00002
) Times the average density (ρ)
Figure pat00003
,
Figure pat00004
Negative power transmission coefficient when it is incident perpendicularly to two media,
Figure pat00005
And negative power reflection coefficient,
Figure pat00006
Is as follows.

Figure pat00007
Figure pat00007

한편, 매질에서 감쇠의 결과로 줄어드는 음파의 음압(acoustic pressure)은 지수 함수적으로 감소한다. 측정되는 에코의 진폭은 음압에 비례하므로 다음과 같이 나타낼 수 있다. On the other hand, the acoustic pressure of sound waves which decrease as a result of attenuation in the medium decreases exponentially. Since the amplitude of the measured echo is proportional to the sound pressure, it can be expressed as follows.

Figure pat00008
Figure pat00008

여기서 α는 재료의 음압 감쇠계수로 재료의 음압 감쇠계수를 측정하기 위해서는 평판 사이를 왕복하는 저면 반사파의 크기를 비교하여 측정한다. Here, α is measured by comparing the magnitude of the bottom reflection wave reciprocating between the plates in order to measure the sound pressure damping coefficient of the material by the sound pressure damping coefficient of the material.

도 2(a)는 이종재료의 접합부를 도시한 것이다. 시험체 표면에서 입사한 음파는 이종 재료의 접합부에서 일부는 반사하고 일부는 투과하게 된다. 완전 접합 상태일 경우 경계면에서 반사되는 에코의 진폭은 두 이종 재료 간 경계면의 음의 세기 반사계수에 좌우되며, 완전한 박리가 일어난 경우는 박리된 경계면에서 반사되는 음압의 진폭은 표면 재료와 공기와의 음의 세기 반사계수에 의해 좌우된다.Figure 2 (a) shows the joint of the dissimilar material. Acoustic waves incident on the surface of the test object are partially reflected and partially transmitted at the joints of dissimilar materials. In fully bonded condition, the amplitude of echo reflected at the interface depends on the negative intensity reflection coefficient of the interface between the two dissimilar materials, and in the case of complete delamination, the amplitude of sound pressure reflected at the separated interface is determined by the surface material and air. It depends on the negative intensity reflection coefficient.

도 2에 도시한 바와 같이 국부적인 박리가 발생한 경우는 반사되는 음압의 진폭은 박리 상태와 박리된 부위의 면적에 따라 달라진다. 경계면에서 발생한 박리를 두 이종 재료의 완전한 분리로 가정할 경우, 트랜스듀서(Transducer)의 압전소자 크기가

Figure pat00009
, 트랜스듀서로부터 입사된 음압의 세기가
Figure pat00010
, 트랜스듀서와 소재 1 사이의 음의 세기 투과계수가
Figure pat00011
, 소재 1의 두께가
Figure pat00012
이고, 소재 1에서 음압 감쇠계수가 α, 소재 1과 소재 2의 접합 경계면에서 음의 세기 반사계수가
Figure pat00013
이고, 접합 경계면에서 박리된 영역의 면적이
Figure pat00014
일 때 표시부(CRT) 상에 나타나는 음압의 진폭은 다음과 같다.As shown in FIG. 2, when local peeling occurs, the amplitude of the reflected sound pressure varies depending on the peeling state and the area of the peeled part. Assuming that the separation at the interface is a complete separation of the two dissimilar materials, the size of the piezoelectric element in the transducer
Figure pat00009
, The intensity of sound pressure incident from the transducer
Figure pat00010
, The negative transmission coefficient between transducer and material 1
Figure pat00011
, The thickness of material 1
Figure pat00012
The negative pressure attenuation coefficient is α at material 1, and the negative intensity reflection coefficient at the junction of material 1 and material 2 is
Figure pat00013
And the area of the exfoliated area at the junction interface
Figure pat00014
When the amplitude of the sound pressure appearing on the display unit (CRT) is as follows.

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서

Figure pat00016
는 박리된 부위에서 음의 세기 반사계수로, 소재 1과 소재 2의 박리에 의해 중간에 공기층을 가정하면
Figure pat00017
를 1로 간주할 수 있다.here
Figure pat00016
Is the negative intensity reflection coefficient at the exfoliated area, assuming that the air layer in between
Figure pat00017
Can be regarded as 1.

따라서 박리가 전혀 일어나지 않은 완전 접합 조건(

Figure pat00018
)에서 표시부에 나타나는 1차 및 2차 에코의 진폭은 다음과 같다.Therefore, complete bonding conditions (without peeling)
Figure pat00018
), The amplitudes of the primary and secondary echoes appearing on the display are as follows.

Figure pat00019
Figure pat00019

Figure pat00020
Figure pat00020

그리고 박리된 부위의 면적이 압전 소자의 크기 만큼이라고 가정할 경우, 즉 완전한 박리조건(

Figure pat00021
)일 경우 표시부에 나타나는 1차 및 2차 에코의 진폭은 다음과 같다.And assuming that the area of the peeled portion is as large as the size of the piezoelectric element, that is, the complete peeling conditions (
Figure pat00021
), The amplitudes of the primary and secondary echoes appearing on the display are as follows.

Figure pat00022
Figure pat00022

Figure pat00023
Figure pat00023

따라서

Figure pat00024
이므로 도 2(b)에 도시한 바와 같이 박리된 부위에서 반사되는 음압의 진폭이 완전 접합부에 비교하여 크게 나타나게 된다. 이때 1차 에코와 2차 에코의 진폭을 비교하면 다음과 같다.therefore
Figure pat00024
Therefore, as shown in FIG. 2 (b), the amplitude of the sound pressure reflected from the peeled portion is larger than that of the complete junction. At this time, comparing the amplitudes of the primary echo and the secondary echo is as follows.

Figure pat00025
Figure pat00025

결과적으로 상기 식을 고찰하면 도 2(b)에 도시한 바와 같이 2차 에코의 진폭 비가 더 큰 차이를 나타내므로, 2차 에코의 진폭 비를 사용하면 박리 상태를 평가하는데 더 나은 분해능을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에서는 일반적인 탐상법과는 달리 2차, 3차 에코의 진폭 차를 활용하여 건전 접합부와 불완전 접합부의 영상을 표시하고, 초음파 스캔 결과 분해능을 향상시켜 탐상 결과의 신뢰성을 확보한다. 풍력 블레이드는 복합재의 적층 구조이므로 복합재 자체에서 초음파 감쇄가 대단히 심하며, 재질자체가 불균일(nonhomogeneous)하여 일반적인 초음파 탐상이 어렵다. 뿐만 아니라 여러 재료가 적층된 복합 재료는 제조 또는 사용 중 각층에서 층간분리의 위험성을 안고 있으며, 이러한 결함들이 사전에 탐지되어 완벽한 품질이 확보되지 않으면 큰 대형사고로 이어질 수 있다.As a result, considering the above equation, as shown in FIG. It can be seen that. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, unlike the general flaw detection method, the image of the healthy junction part and the incomplete junction part is displayed by utilizing the amplitude difference of the second and third order echoes, and the resolution of the ultrasound scan result is improved to secure the reliability of the flaw detection result. Since the wind blade is a laminated structure of the composite material, ultrasonic attenuation is very severe in the composite material itself, and the material itself is nonhomogeneous, which makes it difficult to perform general ultrasonic inspection. In addition, composite materials with multiple materials are at risk of delamination in each layer during manufacture or use, and these defects can lead to major catastrophic failures if they are not detected in advance and perfect quality is obtained.

본 발명의 실시예에 따른 풍력 블레이드 복합재의 접합부 품질검사 자동화시스템은 풍력 블레이드의 품질 확보에 큰 기여를 할 것으로 기대하며, 이에 의한 수입대체 효과는 물론 풍력 플랜트의 해외 수출에 큰 기여를 할 수 있다. 상기 내용에 기인하여 복합재료로 제작된 풍력 블레이드에서도 적용이 가능하다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 검사하고자 하는 풍력 블레이드의 결함들을 보여주고 있다. 도 3을 참조하면, 실제 사용처들의 요청에 의해 결함뿐 아니라 두께 측정도 함께 적용할 수 있다.The joint quality inspection automation system of the wind blade composite according to the embodiment of the present invention is expected to make a significant contribution to securing the quality of the wind blade, thereby making a significant contribution to the overseas export of the wind power plant as well as import substitution effect. . Based on the above, it can be applied to wind blades made of composite materials. Figure 3 shows the defects of the wind blade to be examined in accordance with an embodiment of the invention. Referring to FIG. 3, thickness measurement as well as defects may be applied at the request of actual users.

A-Scan은 도 4에 도시한 바와 같이 오실로스코프의 무선(RF)신호와 같이 초음파 반사신호를 시간(거리)축과 음압으로 표시하여 나타내는 신호를 의미한다. 수동검사에서는 거의 대부분 A-Scan신호로 검사자가 결함유무를 판단한다. B-Scan은 센서의 스캔 면과 수직면으로 초음파 음압 또는 시간을 단면 형식으로 표현한 신호를 말하며, 도 5에 나타내고 있다. C-Scan은 도 6에 도시한 바와 같이 센서의 스캔 면과 평행면으로 표면에서 떨어진 관심영역을 평면이미지로 표현한 신호를 의미한다. 자동 초음파 검사 시스템의 경우 3가지 스캔을 전부 표현한다. 그 중 시편의 전반적인 결함 유무의 확인이 가능한 C-Scan 이미지는 출력하여 성적서와 함께 첨부자료로 사용되는 경우가 많다.As shown in FIG. 4, A-Scan refers to a signal represented by displaying an ultrasonic reflection signal on a time (distance) axis and sound pressure, such as an RF signal of an oscilloscope. In the manual inspection, the inspector judges the defect by almost A-Scan signal. B-Scan refers to a signal in which ultrasonic sound pressure or time is expressed in a cross-sectional format on a plane perpendicular to the scan plane of the sensor, and is shown in FIG. 5. As illustrated in FIG. 6, C-Scan refers to a signal representing a region of interest separated from the surface in a plane parallel to the scan surface of the sensor. In the case of an automated ultrasound system, all three scans are represented. Among them, the C-Scan image that can confirm the overall defect of the specimen is often printed and used together with the report.

또한, 반사되는 신호를 이미지로 표현할 때 음압과 시간 2가지 방법으로 표현할 수 있다. 도 7은 초음파 C스캐너 이미지 원리(Principle of Ultrasonic C-Scanner Image)를 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 2종 접합부의 접합 유무를 알고 싶은 경우 음압이미지를 통해 구현이 가능하며, 접합층 두께변화를 정량적으로 알고 싶은 경우 시간이미지를 통해 접합된 제품의 두께변화를 알 수 있다.In addition, when the reflected signal is represented as an image, sound pressure and time may be expressed in two ways. FIG. 7 is a diagram illustrating a Principle of Ultrasonic C-Scanner Image. Referring to FIG. 7, it is possible to implement a negative pressure image when the presence or absence of bonding of two kinds of joints is realized, and the change in the thickness of the bonded product may be known through a time image when the thickness of the bonding layer is quantitatively known.

먼저, 음압에 의한 영상을 보면 앞에서 설명한 바와 같이 반사된 신호의 음압은 시험편의 고유한 탄성값과 관계되는 값이므로 물질이 다른 경우 다른 반사값을 가진다. 이렇듯 다르게 반사되는 초음파음압을 이용하여 그 강도에 따라 이미지를 얻게 되면 재료 내부에 존재하는 불연속부의 검출이 가능하게 된다.First, as shown in the image of the sound pressure, the sound pressure of the reflected signal is a value related to the inherent elastic value of the test piece, as described above, and thus has different reflection values when the materials are different. When the image is acquired according to the intensity by using the differently reflected ultrasonic sound pressure, it is possible to detect the discontinuity in the material.

시간에 의한 영상을 보면, 재료는 고유한 음압 반사값을 가지므로 반사된 음압을 검출하여 초음파의 진행 시간으로 이미지를 만들 수 있다. 재료에서의 초음파음속을 알고 있을 경우, 재료의 두께측정이 가능하며 이를 이미지로 나타내 두께이미지 표현이 가능하다.Looking at the image over time, the material has a unique sound pressure reflection value, so that the reflected sound pressure can be detected to produce an image with the propagation time of the ultrasonic wave. If the ultrasonic sound velocity in the material is known, the thickness of the material can be measured and the thickness can be represented by the image.

Figure pat00026
Figure pat00026

Figure pat00027
Figure pat00027

여기서, D는 탐촉자에서 시험편까지의 거리이고 V는 매질에서의 초음파 속도이다.Where D is the distance from the transducer to the specimen and V is the ultrasonic velocity in the medium.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 초음파 자동화 검사 시스템의 모식도를 도시한 도면이다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 초음파 자동화 검사 시스템은 검출부(100), 제어부(200) 및 표시부(300)를 포함한다. 검출부(100)는 2종 이상의 복합재료로 형성된 검사체의 표면에 선택적으로 흡착되어 검사체의 내부 결함 및 경계면을 스캔한다. 제어부(200)는 검출부(100)의 스캔동작을 제어하며, 미리 저장된 프로그램의 구동으로 제어하여 검출부(100)를 통해 입력되는 스캔 데이터 처리를 통해 적어도 3단계(A, B, C Scan)의 스캔 데이터를 연산한다. 제어부(200)는 검사체의 경계면에서 검출되는 2차, 3차 에코의 진폭 차를 활용하여 건전 접합부와 불완전 접합부의 영상을 표시하는 표시제어신호를 발생한다. 제어부(200)는 초음파 스캔 결과 분해능을 제어한다. 초음파 자동화 검사 시스템은 제어부(200)인 컴퓨터(PC)에서 프로그램으로 제어하며, 데이터 처리를 통해 A, B, C 스캔(Scan) 데이터를 표현한다. 모든 데이터는 엔코더에 의한 피드백에 의해 정확한 위치정보를 제공해 준다. 제어부(200)는 본 시스템의 최상위 컨트롤러인 컴퓨터(PC), 프린터, 키보드, 마우스, 펄서/리시버(Pulser/Receiver), 모터 드라이버 구성 계장 판넬(Motor Driver Integrated Electric Panel) 등을 포함하며, 검출부(100)의 각 축의 구동을 담당하는 구동부(114)(모터)를 제어한다. 제어부(200)의 외부는 판금 용접으로 설계 및 제작되고, 현장에서 사용이 편리할 수 있도록 바닥에 캐스터를 설치할 수 있다. 제어부(200)의 이동시 손잡이를 설치하여 컨테이너를 이동시킬 수 있게 제작할 수 있다. 표시부(300)는 제어부(200)로부터 공급되는 표시제어신호의 입력에 따라 구동되어 건전 접합부와 불완전 접합부의 영상을 표시하는 모니터를 포함한다.8 is a view showing a schematic diagram of the ultrasonic automated inspection system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the ultrasonic automated inspection system according to an exemplary embodiment of the present invention includes a detector 100, a controller 200, and a display 300. The detection unit 100 is selectively adsorbed on the surface of the specimen formed of two or more composite materials to scan the internal defects and the interface of the specimen. The control unit 200 controls the scanning operation of the detection unit 100, and controls at least three steps (A, B, C Scan) through the scan data processing input through the detection unit 100 by controlling the driving of a pre-stored program. Compute the data. The control unit 200 generates a display control signal for displaying images of the healthy junction and the incomplete junction by using amplitude differences of the second and third echoes detected at the interface of the test object. The controller 200 controls the resolution of the ultrasound scan result. The ultrasonic automated inspection system is controlled by a program from a computer (PC), which is a control unit 200, and expresses A, B, and C scan data through data processing. All data provides accurate position information by feedback from the encoder. The control unit 200 includes a computer (PC), a printer, a keyboard, a mouse, a pulser / receiver, a motor driver integrated electric panel, which are the top controllers of the system, and the detection unit ( The drive unit 114 (motor) responsible for driving the respective axes of 100 is controlled. The outside of the control unit 200 is designed and manufactured by sheet metal welding, it may be installed on the floor to be convenient in the field. When the control unit 200 moves, a handle may be installed to move the container. The display unit 300 includes a monitor that is driven according to an input of a display control signal supplied from the controller 200 to display an image of the healthy junction and the incomplete junction.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 검출부(100)가 검사체인 풍력 블레이드에 설치된 상태를 도시한 도면이다. 검출부(100)는 도 9에 개략적으로 도시하였고, 전체 조립 도면은 도 10에 도시하였다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 검출부(100)를 도시한 도면이며, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 스캔부(130)를 도시한 도면이다. 도 9 내지 도 11을 참조하면, 검출부(100)는 메인부(110), 지지부(120) 및 스캔부(130)를 포함한다.9 is a view showing a state in which the detection unit 100 according to an embodiment of the present invention is installed in the wind blade that is the test body. The detector 100 is schematically illustrated in FIG. 9, and the entire assembly drawing is illustrated in FIG. 10. FIG. 10 is a diagram illustrating a detector 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a diagram illustrating a scan unit 130 according to an embodiment of the present invention. 9 to 11, the detection unit 100 includes a main unit 110, a support unit 120, and a scan unit 130.

메인부(110)는 길이방향으로 신장되는 프레임(112)과 프레임(112)의 일측에 결합된 구동부(114)를 포함한다. 메인부(110)는 검사체의 검사부위를 움직이며 스캔하는 스캔부(130)와 설정된 만큼 움직이도록 안내하는 기능을 한다. 스캔부(130)의 구동은 타이밍벨트가 연결되는 부위에 풀리와 캠팔로워의 조합으로 이동할 수 있다. 이는 현장의 복합재료 분진들에 있어서 안정적으로 구동이 가능하며, 혹 구동 정지시 신속하게 대응이 가능하다. The main unit 110 includes a frame 112 extending in the longitudinal direction and a driving unit 114 coupled to one side of the frame 112. The main unit 110 functions to guide the movement of the inspection unit of the test object to move as much as the scan unit 130 to scan and set. The driving of the scan unit 130 may move by a combination of a pulley and a cam follower to a portion where the timing belt is connected. It can be driven reliably in the field of composite dust, and can respond quickly when the drive stops.

지지부(120)는 메인부(110)의 길이방향 양단에서 프레임(112)에 결합되어 하향으로 배치되는 지지대(122)와 각각의 지지대(122)에 결합되어 외부로부터 공급되는 공압에 의해 흡착력을 발생시키는 흡착부(124)를 포함한다.The support unit 120 is coupled to the frame 112 at both ends in the longitudinal direction of the main unit 110 and coupled to the support base 122 and the respective support bases 122 to generate adsorptive force by air pressure supplied from the outside. Adsorption unit 124 to include.

스캔부(130)는 외부 동력에 따라 구동되어 메인부(110)의 프레임(112)을 따라 이동되며, 일단부가 검사체의 표면에 접촉되어 검사체를 스캔한다. 스캔부(130)는 구동부(114)에 일측이 결합되는 가이드부(132), 가이드부(132)에 일단이 결합되며, 타단은 검사체에 접촉되는 접촉부(136), 및 가이드부(132)와 접촉부(136) 사이에 개재되어 탄성을 제공하는 탄성부(134)를 포함한다. 접촉부(136)는 하단 내부에 삽입되어 탄성부(134)로부터 일정한 탄성력을 제공받는 센서와 검사체의 표면에 접촉하며 일정 간격을 유지하는 볼프렌자를 포함한다. 센서는 스캔부(130) 하단 내부에 삽입되며, 하단의 볼프렌자를 이용하여 일정한 간격을 유지한다. 센서는 초음파 송신부 및 초음파 수신부를 포함하며, 센서에서 사용되는 초음파는 가능한 최저주파수로 1MHz를 사용한다. 센서의 최저주파수가 0.5MHz가 되도록 센서를 제작하는 경우 본 발명의 실시예에서는 사용이 어려웠다. 650mm의 반경에서도 검사가 가능하게 곡률방향(R방향)으로 움직이며, 상단은 탄성부(134)에 의해 상하로 텐션(tension)기능을 가지고 있다. 탄성부(134)는 검사체인 풍력 블레이드와 센서를 일정한 힘으로 접촉시켜 초음파가 잘 전달되게 하는 기능을 한다. 스캔부(130)의 각 축이 움직이는 부분은 엘엠(LM)가이드를 사용하여 원활한 구동이 가능하게 제작한다. 풍력 블레이드와 같이 대형의 검사체는 하나의 검사체를 검사할 때도 처음과 끝의 두께차가 상당히 심하다. 혹시 발생할 수 있는 에러에 대비하기 위해 풍력 블레이드와 재질이 같고 다양한 스텝들의 두께변화를 가지는 스텝웨지를 제작하여야 한다. 이 스텝웨지는 결함의 위치를 정량적으로 판단하게 해주며, 본딩부의 위치가 정확한지 혹은 두께 등의 측정을 가능하게 한다.The scan unit 130 is driven according to external power to move along the frame 112 of the main unit 110, and one end thereof contacts the surface of the test object to scan the test object. The scan unit 130 has a guide portion 132 coupled to one side of the driving unit 114, one end of which is coupled to the guide portion 132, and the other end of the contact portion 136 that contacts the test object, and the guide portion 132. And an elastic portion 134 interposed between the contact portion 136 and providing elasticity. The contact part 136 includes a sensor inserted into the lower end and receiving a constant elastic force from the elastic part 134 and a ball-prenza in contact with the surface of the test object and maintaining a predetermined distance. The sensor is inserted into the bottom of the scan unit 130, and maintains a constant interval using the ball-pren at the bottom. The sensor includes an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver, and the ultrasonic wave used in the sensor uses 1 MHz as the lowest frequency possible. When the sensor is manufactured so that the lowest frequency of the sensor is 0.5MHz, it is difficult to use in the embodiment of the present invention. The inspection is movable in the curvature direction (R direction) to enable inspection even at a radius of 650 mm, and the upper end has a tension function up and down by the elastic portion 134. The elastic unit 134 functions to make the ultrasonic wave well transmitted by contacting the wind turbine blades and the sensor with a constant force. The moving part of each axis of the scanning unit 130 is manufactured to enable smooth driving using the LM (LM) guide. Large specimens, such as wind blades, have a significant difference in thickness between the beginning and the end even when inspecting one specimen. To prepare for possible errors, step wedges with the same material as wind blades and varying thickness of various steps should be manufactured. This step wedge allows quantitative determination of the position of the defect and enables the measurement of the position or the thickness of the bonding portion to be correct.

본 발명의 실시예에 따른 제어부(200)에 사용되는 소프트웨어(S/W)는 컴퓨터(PC) 유저 인터페이스(UI) 프로그램으로 랩뷰(LabView 8.6)를 사용하여 작업한다. 랩뷰(LabView) 프로그램은 C언어나 베이직에 비해 직관적으로 빠르게 알고리즘을 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다. 랩뷰 프로그램은 A, B, C Scan을 표현할 수 있고, 음압과 시간으로 나누어 C-Scan을 표현한다. 또한, 스캔부(130)에 사용하는 센서의 주파수를 확인하기 위해 고속 푸리에 변환(FFT ; fast Fourier transform)을 구현하고, 복합재료 감쇠를 방지하기위해 트러스티드 컴퓨팅 그룹(TCG) 기능을 사용한다. 구동부(114)의 모션구동은 간단하게 전후좌우로 버튼을 만들어 움직일 수 있게 구현할 수 있다. 또한, 검사체의 스캔 영역을 설정할 때는 시작위치와 끝 위치에서 티칭하게 되면 위치를 기억하여 스캔을 시작한다. 본 발명의 실시예에 따른 초음파 자동화 검사 시스템은 표시부(300)를 통해 실시간으로 사용자가 확인할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 초음파검사시스템은 군산의 KM에서 현장테스트를 하여 길이 약 50M정도의 풍력 블레이드에 적용하였다. 초음파 검사는 풍력 블레이드의 도장 전 깨끗한 상태에서 실시하였고, 풍력 블레이드의 검사 후 초음파의 전달매체로 사용된 글리세린은 깨끗이 청소하였다. 풍력 블레이드에 대한 검사결과는 도 13과 같이 초음파 C-Scan으로 얻을 수 있었다. 도 13을 참조하면, 상부는 음압을 이용해 얻은 이미지이고, 하부는 시간축을 이용해 얻은 이미지이다. 시간축의 경우 미세한 레이어층이 줄어드는 이미지도 확인할 수 있었다. 또한 첫번째 레이어층이 줄어드는 위치에서 높은 음압의 반사를 확인하였는데, 이는 접합면이 균일하지 못해 발생된 결함으로 사료된다.Software (S / W) used in the control unit 200 according to an embodiment of the present invention works by using a LabVIEW (LabView 8.6) as a computer (PC) user interface (UI) program. The LabView program has the advantage of implementing algorithms faster and more intuitively than C or BASIC. The LabVIEW program can express A, B, and C Scan, and express C-Scan by dividing sound pressure and time. In addition, a fast Fourier transform (FFT) is implemented to check the frequency of the sensor used in the scan unit 130, and a Trusted Computing Group (TCG) function is used to prevent attenuation of the composite material. The motion driving of the driving unit 114 can be implemented to simply move the front and rear left and right by making a button. In addition, when setting the scan area of the test object, when teaching at the start position and the end position, the position is memorized and scanning starts. Ultrasonic automated inspection system according to an embodiment of the present invention can be confirmed by the user in real time through the display unit 300. Ultrasonic inspection system according to an embodiment of the present invention was applied to the wind blade of about 50M length by field test in KM of Gunsan. Ultrasonic examination was carried out in a clean state before the coating of the wind blade, and after the inspection of the wind blade, the glycerin used as the delivery medium of the ultrasonic wave was cleaned. Inspection results for the wind blades were obtained by ultrasonic C-Scan as shown in FIG. Referring to FIG. 13, the upper part is an image obtained by using a sound pressure, and the lower part is an image obtained by using a time axis. In the case of the time axis, it was also possible to see an image in which the fine layer layer was reduced. Also, the reflection of high sound pressure was confirmed at the position where the first layer layer was reduced, which is considered to be a defect caused by uneven bonding surface.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 다양하게 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이것도 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the present invention.

100 ; 검출부 110 ; 메인부
112 ; 프레임 114 ; 구동부
120 ; 지지부 122 ; 지지대
124 ; 흡착부 130 ; 스캔부
132 ; 가이드부 134 ; 탄성부
136 ; 접촉부 200 ; 제어부
300 ; 표시부
100; Detection unit 110; Main
112; Frame 114; The driving unit
120; Support 122; support fixture
124; Adsorption unit 130; Scan
132; Guide section 134; Elastic part
136; Contact 200; Control
300; Display

Claims (4)

2종 이상의 복합재료로 형성된 검사체의 표면에 선택적으로 흡착되어 상기 검사체를 스캔하는 검출부;
상기 검출부의 스캔동작을 제어하며, 미리 저장된 프로그램의 구동으로 초음파 스캔 결과 분해능을 제어하는 제어부, 및
상기 제어부로부터 공급되는 표시제어신호의 입력에 따라 구동되어 건전 접합부와 불완전 접합부의 영상을 표시하는 표시부를 포함하는 초음파 자동화 검사 시스템.
A detection unit which is selectively adsorbed on a surface of a test body formed of two or more composite materials to scan the test body;
A control unit which controls a scan operation of the detection unit and controls an ultrasound scan result resolution by driving a pre-stored program;
And a display unit driven according to an input of a display control signal supplied from the control unit to display an image of a healthy junction and an incomplete junction.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 검출부의 스캔동작을 제어하며, 미리 저장된 프로그램의 구동으로 제어하여 상기 검출부를 통해 입력되는 스캔 데이터 처리를 통해 적어도 3단계(A, B, C Scan)의 스캔 데이터를 연산하며, 상기 검사체의 경계면에서 검출되는 2차, 3차 에코의 진폭 차를 활용하여 건전 접합부와 불완전 접합부의 영상을 표시하는 표시제어신호를 발생하며, 초음파 스캔 결과 분해능을 제어하는 초음파 자동화 검사 시스템.
The method of claim 1,
The control unit controls the scan operation of the detector, calculates the scan data in at least three steps (A, B, C Scan) through the scan data processing input through the detector by controlling the driving of a pre-stored program, An ultrasonic automated inspection system for generating display control signals for displaying images of a healthy junction and an incomplete junction by using amplitude differences of secondary and tertiary echoes detected at an interface of an inspection object, and controlling resolution of an ultrasonic scan result.
제2항에 있어서,
상기 검출부는
길이방향으로 신장되는 프레임과 상기 프레임의 일측에 결합된 구동부를 포함하는 메인부;
상기 메인부의 길이방향 양단에서 상기 프레임에 결합되어 하향으로 배치되는 지지대와 상기 각각의 지지대에 결합되어 외부로부터 공급되는 공압에 의해 흡착력을 발생시키는 흡착부를 포함하는 지지부, 및
외부 동력에 따라 구동되어 상기 메인부의 프레임을 따라 이동되며, 일단부가 상기 검사체의 표면에 접촉되어 상기 검사체를 스캔하는 스캔부를 포함하는 초음파 자동화 검사 시스템.
The method of claim 2,
The detection unit
A main part including a frame extending in the longitudinal direction and a driving part coupled to one side of the frame;
A support part including a support part coupled to the frame and disposed downward from both ends of the main part in a longitudinal direction, and an adsorption part coupled to each of the support parts to generate an adsorption force by pneumatic pressure supplied from the outside;
Ultrasonic automated inspection system which is driven according to the external power is moved along the frame of the main portion, one end is in contact with the surface of the specimen to scan the specimen.
제3항에 있어서,
상기 스캔부는
상기 구동부에 일측이 결합되는 가이드부;
상기 가이드부에 일단이 결합되며, 타단은 상기 검사체에 접촉되는 접촉부, 및
상기 가이드부와 상기 접촉부 사이에 개재되어 탄성을 제공하는 탄성부를 포함하며,
상기 접촉부는
하단 내부에 삽입되어 상기 탄성부로부터 일정한 탄성력을 제공받는 센서와 상기 검사체의 표면에 접촉하며 일정 간격을 유지하는 볼프렌자를 포함하는 초음파 자동화 검사 시스템.
The method of claim 3,
The scan unit
A guide part having one side coupled to the driving part;
One end is coupled to the guide portion, the other end is in contact with the test body, and
An elastic part interposed between the guide part and the contact part to provide elasticity,
The contact portion
An ultrasonic automated inspection system including a sensor inserted into a lower end and receiving a constant elastic force from the elastic part and a ball-prenza in contact with a surface of the test object and maintaining a predetermined distance.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200093194A (en) * 2019-01-28 2020-08-05 전자부품연구원 Wind turbine blade inspection platform device and inspection device
KR20200093193A (en) * 2019-01-28 2020-08-05 전자부품연구원 Wind turbine blade inspection platform device and inspection device

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101670278B1 (en) 2014-11-20 2016-11-10 세이프텍(주) A non-distructive inspection apparatus of a flat object
KR102148972B1 (en) 2019-04-01 2020-08-28 울산과학기술원 Apparatus for monitoring the structural integrity of a heterojoint member and method for monitoring the structural integrity of a heterojoint member using the apparatus

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05333000A (en) * 1992-05-28 1993-12-17 Nippon Steel Corp Ultrasonic flaw detector
JP2968661B2 (en) * 1992-12-10 1999-10-25 日立建機株式会社 Ultrasonic inspection equipment
JP4175175B2 (en) 2003-05-16 2008-11-05 Jfeスチール株式会社 Ultrasonic flaw detection method
KR20070065933A (en) * 2005-10-31 2007-06-27 세이프텍(주) Apparatus for ultrasonic inspection for different kind materials bonding condition

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200093194A (en) * 2019-01-28 2020-08-05 전자부품연구원 Wind turbine blade inspection platform device and inspection device
KR20200093193A (en) * 2019-01-28 2020-08-05 전자부품연구원 Wind turbine blade inspection platform device and inspection device

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