KR20150040279A - 난각 중 균열을 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 란들의 난각들을 특성화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 상기 란은 지지되며,
- 상기 난각을 변형시키는 단계,
- 스캐닝 신호를 갖는 자가 혼합 레이저 진동계 (SMLV)의 레이저 빔으로 상기 난각을 스캐닝함으로써, 반사광의 반사광 신호를 얻는 단계,
- 상기 SMLV로 상기 스캐닝 신호 및 상기 반사 신호를 가공함으로써, 균열 정보를 갖는 혼합된 신호를 획득하는 단계,
- 상기 스캐닝 동안 상기 란을 상기 SMLV에 대해서 이동시키는 단계,
- 상기 신호들을 상기 란들에 대해서 미리 정해진 기준 및 특성들과 비교함으로써, 비교 데이터를 획득하는 단계, 및
- 상기 비교 데이터에 기초하여 상기 난각들을 특성화하는 단계를 포함하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
- 상기 난각을 변형시키는 단계,
- 스캐닝 신호를 갖는 자가 혼합 레이저 진동계 (SMLV)의 레이저 빔으로 상기 난각을 스캐닝함으로써, 반사광의 반사광 신호를 얻는 단계,
- 상기 SMLV로 상기 스캐닝 신호 및 상기 반사 신호를 가공함으로써, 균열 정보를 갖는 혼합된 신호를 획득하는 단계,
- 상기 스캐닝 동안 상기 란을 상기 SMLV에 대해서 이동시키는 단계,
- 상기 신호들을 상기 란들에 대해서 미리 정해진 기준 및 특성들과 비교함으로써, 비교 데이터를 획득하는 단계, 및
- 상기 비교 데이터에 기초하여 상기 난각들을 특성화하는 단계를 포함하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 란의 난각을 특성화하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
전술한 방법 및 장치는 Pawan Lumar Shrestha에 의한, "Self-Mixing Diode Laser Interferometry", Waikato University, Hamilton, New Zealand, 2010년 2월자 문헌으로부터 공지된 바 있으며, 이하 상기 문헌은 Shrestha라 한다. 더욱 구체적으로는, 란의 난각 중 균열을 검출하고 측정하기 위한 방법이 서술되어 있으며, 상기 방법은,
- 롤러 상에 위치된 란을, 균열이 레이저 진동계에 직접 대향되도록 포지셔닝하는 동시에, 매회 마다, 상기 롤러를 사용하여, 란의 다음 고정된 관찰 위치가 선택될 수 있도록 하는 단계,
- 상기 란을 400 Hz 내지 17 kHz의 톤을 사용하여 초점 스피커 음향과 공진하도록 하는 단계,
- 상기 공진 신호 (resonance signal)를 레이저 진동계로 측정함으로써, 진폭 경로에 대한 신호 및 주파수 경로에 대한 신호 모두를 푸리에 분석 (Fourier analysis)을 통해서 획득하는 단계를 포함한다.
전술한 레이저 진동계 이외에도, 특히, 자가 혼합 레이저 진동계 (Self Mixing Laser Vibrometer, SMLV)에 의해서 구현되는 '자가 혼합 (self mixing)'의 원칙이 상세하게 서술되어 있다.
상기 문헌에 상세하게 서술된 바와 같이, 상기 공진 주파수 신호는, 당업계에 공지된 파장 역학에 기초하여, 그러한 목적을 위해서 개발된 재구축 모델 (reconstruction models) 중 하나의 도움으로 얻어진다.
그러나, 상기 문헌에는, 대량의 란들에 대해서 균열을 검사하는 경우에 대한 어떠한 적용 또는 해법도 제시되어 있지 않으며, 예를 들어 이러한 경우의 란 분류기에 대해서는 그 예가 EP738888호에 제시되어 있다.
Shrestha에 의해서 서술된 바와 같은 신호 및 관련 공정의 유형은 산업적 적용을 위해서는 적합하지 않은 것으로 판명된 바, 단시간에 대량의 란들에 대해서 균열을 검사하는데에도 적합하지 않고, 또한 예를 들어, 난각 상에서 균열의 위치를 결정하는데에도 적합하지 않다. 또한, 균열 발생 유/무의 선택을 위한 어떠한 명확한 기준도 제시 또는 적용하고 있지 못하며, 그러한 균열을 더욱 특성화하기 위한 기준도 제시 또는 적용하고 있지 못하다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점들을 해결하고자 한다.
상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 따르면, 란의 난각을 특성화하기 위한 방법으로서, 상기 란은 지지되며, 상기 방법은,
- 상기 란의 상기 난각의 적어도 제1 부분 S1을 변형시키는 단계,
- 스캐닝 신호를 갖는 자가 혼합 레이저 진동계 (SMLV)의 레이저 빔으로 상기 난각의 상기 제1 부분 S1, 또는 적어도 제2 부분 S2를 스캐닝하되, 레이저 광원으로부터의 레이저 광은 100 < λ < 1500 nm인 파장 λ를 가지고, 상기 스캐닝에 의해서 반사광의 적어도 하나의 반사광 신호를 얻는 단계,
- 상기 SMLV로 상기 스캐닝 신호 및 상기 반사 신호를 가공함으로써, 진폭 A(t) 또는 이로부터 유도된 양 (quantity) A'(t)을 갖는 혼합된 신호가 얻어지고, 이를 통해서 균열 정보를 획득하는 단계,
- 상기 스캐닝 동안 상기 란을 상기 SMLV에 대해서 이동시키는 단계,
- 상기 가공 과정에서, 상기 신호들을 상기 란들에 대해서 미리 정해진 기준 및 특성들과 비교함으로써, 비교 데이터를 획득하는 단계, 및
- 상기 비교 데이터에 기초하여 상기 난각들을 특성화함으로써, 실질적으로 상기 난각 전체의 난각 상태들에 대한 특성들을 획득하는 단계
를 포함한다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 운동하는 난각 부분들의 행동성이 매우 간단한 방식으로 모니터링될 수 있다.
더욱 구체적으로, 전술한 본 발명의 방법에 따르면, 란들이 잠시 변형된다. 이러한 변형은 란을 통해서, 특히 난각 상에서 전파됨으로써, 전체적으로 란의 진동을 야기한다. 상기 종래 공지된 방법들, 예를 들면 EP738888에 따른 검출기에서의 공진 및 Couke 및 이로부터 유래된 방법들에 따른 란 몸체의 공진에 따르면, 이러한 진동들은 여진 이후에 상대적으로 긴 시간 동안 모니터링되는 반면, 본 발명에 따르면, 변형 도중에 얻어진 신호들이 분석된다. 이에 따른 난각의 각 부분의 공명 발생 및 관찰가능한 행동 양상은 전술한 공명 행동과 현저하게 다르다.
본 발명에 따른 구현예들은 하기 특징들을 갖는 바;
혼합된 신호가 란들의 이동에 따라서 도플러 시프트의 도움으로 획득되고;
상기 혼합된 신호 A(t)의 가공은 상기 변형 이후 즉시 시간 t(i) 중 지점들에서의 강도 변동 A(t(i))의 개수를 측정하는 단계를 포함하고;
상기 혼합된 신호 A(t)의 가공은 상기 변형 이후 즉시 시간 t(i) 중 지점들에서의 도약 강도 변동 (saltatory intensity fluctuations) A(t(i))의 개수를 측정하는 단계를 포함하고;
상기 강도 변동 중에서, 제1 신호 도함수 dA/dt, 또는 이로부터 유도된 양 [dA/dt]'가 결정되고;
상기 혼합된 신호 A(t)의 가공은 A(t) 또는 도함수 A'(t)의 상기 변형 이후 즉시 시간 t(i) 중 지점들에서의 0축 교차 (이때, A(t(i)) = 0, 또는 A'(t(i)) = 0)를 측정하는 단계를 포함하고;
상기 혼합된 신호는 t(0)에서 시작되는 상기 변형 이후 0 < t < 1 ms의 시간 동안 가공되고;
가공은 바람직하게는 50 < t < 800 μs의 시간 동안, 더욱 구체적으로는 100 < t < 700 μs 시간 동안 발생되고;
상기 제1 부분 S1은 상기 란의 적도 상 지점을 포함하고;
상기 제1 부분 S1은 상기 란의 말단들 중 적어도 하나의 위치를 포함하고;
상기 제2 부분에 대해서는 S2 = S1가 가능하고;
상기 제2 부분 S2는 상기 란 표면 상에, 실질적으로 적도와 평행한 고리의 패턴을 포함하고; 및/또는
상기 란은 적어도 스캐닝 동안 회전한다.
더 나아가, 본 발명은 잘 한정된 특성들에 기초해서 란들을 분류하는 방법을 제공하며, 여기에서 상기 특성들 중 어느 하나에 따른 난각 특성들이 포함된다.
본 발명에 따른 방법에 근접한 종래기술의 방법들에 대한 부가적인 세부사항들에 관해서는, 전술한 Shrestha에 더해서, 하기 사항들이 존재한다.
EP 738888로부터의 방법 및 장치에 따르면, 무한 롤러 컨베이어의 회전 롤러들 상에 위치한 란들은 적어도 두 개의 고리들을 따라서 고리 방향으로 태핑되는데, 이는 이러한 목적을 위해서 구체적으로 개발된 태퍼-검출기 조합에 의해서 이루어진다. 영역적으로 란 상에서 볼에 의한 각각의 태핑은 또한 검출기 또는 진동 센서의 하우징 중에서 음향 신호를 발생시킨다. 이러한 신호는 대응되는 영역 난각 상태들에 대한 정보를 제공하며, 더욱 구체적으로는, 예를 들어, 태핑 영역의 주변에서 난각 중의 균열의 존재 또는 부존재에 대한 정보를 제공한다. 이러한 정보는 이러한 란들에 대한 분류 결정으로 이어지는 기준 중 하나이다.
더욱 구체적으로, 이와 같이 얻어진 정보는 간접적, 즉 진동기 센서의 하우징 중의 볼의 진동을 통한 것이다. 그러나, 이러한 진동 센서 자체도 지속적으로 그 자체의 진동 행동에 대해서 지속적으로 모니터링 및 테스트될 필요성이 있다. 이는, 예를 들어, 이러한 센서를 구성하는 부분들의 마모 또는 오염과 관련하여 특히 필요하다.
기본적으로, 위치를 결정하기 위해서는, 실질적으로 난각 전체 표면을 이러한 태핑 공정으로 스캐닝하여야 한다는 점은 명백하다.
균열을 검출하기 위해서는, 전반적으로 란의 진동 또는 여진을 완전히 다른 방식으로 활용한다. 이와 같이 얻어진 란들의 공진 양상에 대한 세부사항들에 대해서는, "Assessment of some physical quality parameters of eggs based on vibration analysis", P. Coucke, Catholic University of Louvain, March 1998 (이하, Coucke라 한다)을 참조할 수 있으며, 상기 문헌에는 공진된 란, 더욱 구체적으로는 그 난각이 어떻게 행동하는지가 상세하게 서술되어 있다. 이러한 행동은 소위 공진 모드에 의해서 특성화된다.
이러한 공진 행동을 모니터링하고 측정하는 사항은, 예를 들어, US5696325 및 EP1238582에서 활용된다.
US5696325에서는, 난각 중에서 균열을 테스트하는 공정이 서술되어 있다. 여기에서는, 난 상에 볼을 떨어뜨림으로써 난 전체적으로 기계적 진동을 야기한다. 이러한 진동은 Coucke에 서술된 진동이다. 변환기를 사용해서, 물리적으로는 음향 진동으로 서술되는 이러한 기계적 진동들을 추가 분석에 적합한 전기적 신호들로 변환시킨다.
상기 EP738888과는 다르게, EP1238582에서는, 필수적으로 단일 태핑에 의해서 란 전체적으로 Coucke에 서술된 바와 같은 진동이 발생되는 태핑 공정이 서술되어 있다. 결과적인 음향 효과는 란 주변의 마이크로폰에 의해서 검출된다. 공진 효과, 더욱 구체적으로는 공진 모드에서의 편차가 검출되며 난각 중에서의 가능한 균열들에 대한 정보를 제공할 수 있다. 명백하게, 이러한 정보는 기본적으로 란 전체적인 상태에 관한 것이다. 그러나, 균열들의 특정 위치들에 대한 신뢰성 있는 데이터 또는 이러한 균열의 심각성에 대한 정보는 제공하는 것이 불가능한 것으로 밝혀졌다.
또한, EP738888 또는 Coucke에 따른 진동 양상과는 다르게, 본 발명에 따른 장치에 의하면, 측정이 여진 이후 더 짧은 시간 또는 더 긴 시간 경과 후 측정되는 경우에도, 난각의 상기 부분이 '휴지기 (in rest)'와 '운동기 (setting into motion)' 사이에서 변환되는 것이 상세하게 모니터링된다. 이러한 변환 양상은 란에 의해서 반사되는 레이저광으로 정확하게 모니터링될 수 있다. 본 발명에서는, 파괴된 란들과 온전한 란들의 변환 양상이 현저하게 다르다는 점을 밝혔다. 통상의 기술자라면 상기 차이점들은 선택 기준으로서 매우 적합하다는 것을 이해할 것이다.
청구항 제15항의 전제부에 표시된 본 발명에 따른 장치에 근접한 종래기술에 따른 장치와 관련해서는, 전술한 바와 같이 부가적인 세부사항들이 서술되어 있으며, 특히 Shrestha, EP738888, US 5696325, EP1238582 및 Coucke를 참조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단하고, 직접적이면서, 명확한 방식에 의해서 난각 표면 전체에 대한 상태들 및 특성들에 대한 상세한 정보를 제공하며, 특히 매우 단시간에 대량의 란들에 대한 균열들 및 부가적인 특성들을 테스트할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.
전술한 단점에 대한 해법을 제공하기 위해서, 본 발명은 난각 중에서 균열을 검출하기 위한 장치로서, 상기 란은 운반체에 의해서 지지되며, 상기 장치는:
- 상기 란의 상기 난각의 제1 부분 S1을 변형시키기 위한 여진기,
- 스캐닝 신호로 상기 난각의 상기 제1 부분 S1, 또는 적어도 제2 부분 S2를 스캐닝하고, 레이저 광원은 100 < λ < 1500 nm인 파장 λ를 가짐으로써 반사광을 얻는 자가 혼합 레이저 진동계 (SMLV)로서, 상기 SMLV는 상기 스캐닝 신호 및 상기 반사 신호를, 진폭 A(t) 또는 이로부터 유도된 양 A'(t)을 갖는 혼합된 신호로 가공하는 SMLV,
- 상기 혼합된 신호를 가공함으로써, 난각 정보를 획득하기 위한 가공 유닛, 및
- 상기 운반체를 상기 SMLV에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 구동 장치를 포함하며, 상기 가공 유닛은:
-- 상기 혼합된 신호를 상기 란들에 대해서 미리 정해진 기준 및 특성들과 비교함으로써, 비교 데이터를 획득하고, 또한
-- 상기 비교 데이터에 기초하여 상기 난각들을 특성화함으로써, 난각 상태들에 대한 난각 특성들을 획득한다.
무엇보다도, 적당한 방식에 의해서 달성되는 사항은 전체 란 표면에 걸친 변형들이 무접촉 방식에 의해서 스캐닝될 수 있다는 점이다. 하나의 동일한 스캐너에 의한 란들 사이의 먼지 및 병원균의 전파가 뚜렷하게 방지 및 회피됨으로써 더욱 엄격한 위생 요건이 충족될 수 있다.
또 다른 장점은 이러한 장치의 콤팩트성이라 할 수 있으며, 분류 기계의 분류 트랙을 따라서 많은 표본들이 제공될 수 있다는 점이다. 언급될 수 있는 또 다른 장점으로는, 상기 레이저 검출로 인해서, 전술한 기계적 또는 음향 검출과는 매우 다르게, 마모가 거의 완전히 제거된다는 점이다.
이러한 반사광을 획득하고 가공하기 위한 장치는, 예를 들어, Giuliani 등에 의한, Laser diode self-mixing technique for sensing applications, Journal of Optics A: Pure and Applied Optics, 4 (2002) 283-294에 개시된 바 있으며, 상기 문헌에는 물체들의 진동 측정이 어떻게 수행되는지가 서술되어 있다. 이때 필수적인 사항은, 노출된 물체의 회전에 따라서 반사된 신호의 도플러 시프트를 활용하는 사항이다. 이러한 신호들의 추가적인 특성화 및 가공을 위해서는, 인용된 문헌들을 참조할 수 있다. 상기 이미 서술한 바와 같이, 이러한 측정 기술은 SMLV로 표시된다. 또한, '레이저 진동계 (Laser Vibrometer)'에 대한 약어로는 'LV'를 사용할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자에게, LV의 작동 및 사용에 관한 사항은 일반적으로 알려져 있다.
본 발명의 다른 구현예는:
- 적어도 두 개의 원주 위치들 (circumferential positions)에서 란을 지지하기 위한 롤러들, 및
- 상기 롤러들을 회전시킴으로써 그 순서에 따라서 지지된 란을 회전시키기 위한 드라이브를 포함할 수 있다.
앞서 상세하게 설명된 바와 같이, 예를 들어 EP738888 및 EP1238582로부터, 태퍼를 사용하여 난각을 여진시키는 사항이 공지되어 있다. 이러한 태퍼들에 대해서 정해진 요구조건들이 매우 높고 구체적일 뿐만 아니라, 이를 설치함으로써 이후 가공을 위한 적당한 신호들을 얻는 것이 매우 전문적인 세팅 경험을 요한다.
이러한 수고를 덜기 위해서, 본 발명은 또한 적어도 균열들의 존재에 따라서 란들을 분류하기 위한 장치로서, 상기 균열들이 상기 장치 및 전술한 특징들 중 어느 하나에 따른 방법에 의해서 검출 및 특성화되는 장치를 제공한다.
한편, 란각들 중에서 균열들을 검출하기 위해서 광이 이용되는 기술의 사용에 대해서는 그 자체로 공지된 바 있다. 일반적으로 알려진 기술은, 캔들링 (candling)이라 불리우는 통상적 기술로서, 예를 들어 US2007030669로부터 공지되어 있다. 이러한 기술은 진동하는 란들과는 전혀 관련이 없으며; 더욱이 란들이 조사되는 (irradiated) 조건에 관한 것이다. 란을 레이저 빔으로 스캐닝하기 위해서, US5615777을 참조할 수 있으며, 각을 이루며 존재하는 레이저 광으로 난각들 중의 균열들을 가시화하기 위해서 특정 광 패턴을 갖는 레이저 빔이 사용된다. 그러나, 이러한 방법의 신뢰도가 분류에 있어서 적당한 결과를 도출하기에는 불충분한 것으로 밝혀졌다.
더 나아가, 본 발명은 적어도 균열들의 존재에 따라서 란들을 분류하기 위한 장치로서, 상기 균열들이 상기 장치 및 전술한 특징들 중 어느 하나에 따른 방법에 의해서 검출 및 특성화되는 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 부가적인 세부사항들은 도면을 참조하여 설명되며,
도 1은 장치의 예시적인 구현예에 대한 개략적인 측면도를 도시한 것이고,
도 2a 및 2b는 얻어지고 또한 사용되는 신호 형태들의 예를 도시한 것으로서, 도 2a는 여진된 온전한 란의 신호 형태를 도시한 것이고, 도 2b는 여진된 파괴된 란의 신호 형태를 도시한 것이다.
도 1은 장치의 예시적인 구현예에 대한 개략적인 측면도를 도시한 것이고,
도 2a 및 2b는 얻어지고 또한 사용되는 신호 형태들의 예를 도시한 것으로서, 도 2a는 여진된 온전한 란의 신호 형태를 도시한 것이고, 도 2b는 여진된 파괴된 란의 신호 형태를 도시한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 란 (E)가 롤러 (1) 상에 위치한다. 이러한 롤러 (1)은 화살표로 표시된 방향 (r)로 회전한다. 상기 롤러들 중의 적어도 하나는, 예를 들어 모터에 의해서, 외부로부터 구동됨으로써, 양 롤러들 상의 상기 란 (E)과 함께, 도면 상에서 또한 화살표로 표시된 방향 (R)로 회전하는 란 (E)와 함께, 제2 롤러 (1)이 회전한다.
SMLV 검출기 (2)는 상기 란 (E) 주변에 배치되며, 광점에서의 노출광 및 반사광의 상기 표시된 광학적 혼합 신호에 의해서, 발생 및 진행되는 변형 및 이동을 모니터링할 수 있게 된다. 상기 란 (E)의 회전에 따라서, 예를 들어 고리 주변의 위치들이 후행한다. 통상의 기술자라면, 방향 및 속도에 따라서, 원하는 개수의 위치들이 관측될 수 있다는 점을 파악할 수 있을 것이다. 도 1에 도시된 예시적인 구현예에 따르면, 개략적으로, 빔 (3)이 상기 란 (E)를 통과하여 랜덤 평면 중에 표시되어 있다. 원하는 경우에는, 이러한 평면의 방향은 사선 또는 수직일 수 있으며, 상기 레이저 빔에 대한 충격 지점들의 위치 패턴들이 세팅될 수 있다. 예를 들어, 란 표면에 대해서, 일 말단 상의 충격 지점 또는 그 주변의 고리에 대해서 자오선 방향 또는 평행하게 조합이 세팅될 수 있다.
통상의 기술자라면, 상기 란들이 이동함에 따라서, 반사 신호의 도플러 시프트 (Doppler shift)가 얻어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 상기 언급된 SMLV 원리에 따른 단순 공정의 조건들이 적합하게 충족된다. 이러한 운동은,
- 예를 들어 컨베이어 상에서, 란 또는 란들이 장열 (long row)로 이동 또는 통과
- 운반체, 즉 롤러 상에서 상기 란이 회전, 또는
- 통과 및 회전의 조합.
더 나아가, 도 1을 참조하면, 상기 란 (E)가 진동하도록 세팅됨으로써 공진에 따른 표면이 파동 운동을 따르는 사항이 점선 E'으로 매우 개략적으로 표시되어 있다.
통상의 기술자라면, 란 (E)가 회전하도록 하는 상기 방식이, 테스트 셋업 중에서 적용되는 경우 및 유사한 롤러들, 예를 들어 EP1238582에 언급된 바와 같은 롤러 분류기가 사용되는 롤러 분류기 중에서 적용되는 경우 모두에 있어서 적합하다는 것을 이해할 것이다. 통상의 기술자라면, 분류기 중의 롤러들은 다양한 방식에 의해서 구동될 수 있다는 점을 이해할 것이며, 예를 들어 지지 벨트 상에서 이를 회전시킴으로써 구동될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 두 개의 연속적인 롤러들 상에 위치하는 단일 란을 검사하는 경우에는, 이러한 롤러들 중의 하나를 구동하는 것으로 충분할 수 있다.
이러한 예시적 구현예에서는, 어떻게 란 (E)가 진동하도록 세팅되는지에 대해서는 도시되어 있지 않다. 동 기술 분야에서는, 이러한 사항이 어떠한 방식으로 이루어지는지에 대해서 통상의 기술자에 공지되어 있다. 예를 들어, EP1238582에 따른 여진기 (exciter) 또는 태퍼 (tapper)를 참조할 수 있다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 온전한 란 및 파괴된 란의 껍질 부분의 변형에 따라서 얻어지는 신호 형태들이 각각 도시되어 있다.
더욱 구체적으로는, 상기 신호 형태들은 적도 (equator)에서의 태핑, 이에 따른 변형, 및 또한 적도에서의 레이저 빔을 사용한 스캐닝의 결과이다. 도 2b의 파괴된 란의 경우에는, 적도에서 유사하게 균열이 제공되었다. 사용된 레이저는 655 nm의 파장 λ를 갖는 지속성 레이저 (continuous laser)이다.
검사된 란들은 회전 롤러 상에 위치시켰으며, 회전 속도는 0.67 회전/초이다.
란의 태핑 및 그에 따른 변형, 그리고 이를 진동시키는 작업은 실질적으로 EP1238582에 서술된 바와 같은 태퍼를 사용하여 수행되었다.
도 2a는 상기 언급되고 SMLV 원리로 얻어진 두 개의 신호들이 표시된 신호 다이어그램으로서:
- 회전하는 란으로부터 얻어진 혼합 신호는 전압 V로 변환되고, 고주파수 전압 변동에 의해서 인식될 수 있고;
- 제2 라인은 수평으로 시작되어 0-라인을 3회 통과한다.
상기 다이어그램은 0.8 ms, 또는 800 μs의 시간에 걸친 상기 전압 구배를 기록한 것이다.
제2 라인 또는 곡선은 태퍼의 이동을 나타내는 신호를 표현한 것이다. 상기 신호는 태퍼 상에 장착된 PCB-Piezotronics의 타입 MODEL352B70인 가속도계를 사용하여 얻어진다. 상기 신호는 상기 태퍼의 태핑 말단에 가해지는 가속도를 표현한 것이다. 더욱 구체적으로, 태핑의 개시는 개시 이후 150 μs에서 표시된다.
후속 네거티브 전압 수치는 상기 태퍼의 감속, 즉 난각의 태핑 위치에서의 '덴팅 (denting)' 또는 변형을 나타내며, 이러한 감속은 지속적으로 증가한다. 연이은 수평 섹션은 일반적으로 알려진 신호 제한에 의해서 신호 가공에서 제외되었다. 후속 가시 상승 라인에서, 감속은 다시 감소하여 0으로 복귀하였다. 이러한 순간, 대략 400 μs가, 변형이 멈추고, 태퍼가 란으로부터 멀어져서 되돌아 오는 순간이다.
전술한 제1 신호는 스캐닝광 및 반사광에 의해서 야기되는 강도를 표시한 것이다.
더욱 상세하게는, 이는 매우 급속하게 변화하는 강도인데, 이러한 결과는 주로 광 신호 중의 상 점프 (phase jumps) 및 도플러 시프트에 따른 거리 변화로부터 기인하는 것으로서, 이는 난각 표면 부분이 전후로 튀어서 야기되는 것이며, 그 상호작용은 전체 난각 상에서 전파된다. 도 2a를 참조하면, 온전한 란에 대해서는, 이러한 사항이 규칙적으로 변화하고, 강도가 점차적으로 증가 및 감소한다.
도 2b를 참조하면, 파괴된 란에 대해서 유사한 기록이 얻어진다. 도 2b 중의 제2 곡선이 도 2a의 그것과 대략 동일한 반면, 제2 신호는 완전히 다른 특성들을 갖는다. 더욱 구체적으로, 더욱 큰 강도 변화가 발생되는 바, 증가 및 감소가 현저하게 큰데, 이는 반사하는 껍질 부분이 더욱 자유롭게 이동할 수 있고, 변형시 더욱 굴절되고 따라서 더욱 '튀게 (bounce)' 된다.
각각 온전한 란 및 파괴된 란의 변형시 얻어지는 반사 신호들의 강도에 있어서 차이는 상당하다. 이러한 차이들은 매우 적합한 방식으로 온전한 란과 파괴된 란을 구별하는 것을 가능케 하며, 더욱 구체적으로는 균열들의 정도, 성질 및 위치를 구별하는 것을 가능케 한다.
이러한 차이들을 특성화하는 한 방식은 강도 변화를 비교하는 것이다. 유사한 방식은 제1 신호의 0-축 교차 회수를 측정하고, 이를 온전한 란에 대한 표준과 비교하는 것이다.
앞선 내용들에서는, 란, 더욱 구체적으로는 난각이 변형된 위치가 어떻게 선택되는지, 및 변형 및 이동하는 위치가 어떻게 기록 및 모니터링 되는지에 대해서 서술하였다. 변형을 위한 위치 및, 더 나아가, 모니터링을 위한 위치들은 각각 S1 및 S2로 표시되어 있다. 통상의 기술자라면 많은 패턴들 및 조합들이 가능하며, 이에 의해서 실질적으로 전체 란 표면에 대한 변형들 및 이동들이 모니터링 및 검사될 수 있고, S1=S2, 고리들, 라인들, 경도 및 위도의 각도들, 뾰족한 말단 및 넓은 말단, 및 가장 명확한 위치로서, 적도의 경우도 가능하다는 점을 이해할 것이다.
통상의 기술자라면 본 발명에 대해서 가해진 작은 변형 역시 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속한다는 점을 이해할 것이다.
예를 들어, 란과 유사한 특성들을 갖는 제품들도 본 발명에 따른 방법 및 장치에 의해서 모니터링 및 검사될 수 있다.
Claims (17)
- 란의 난각을 특성화하기 위한 방법으로서, 상기 란은 지지되며, 상기 방법은,
- 상기 란의 상기 난각의 적어도 제1 부분 S1을 변형시키는 단계,
- 스캐닝 신호를 갖는 자가 혼합 레이저 진동계 (SMLV)의 레이저 빔으로 상기 난각의 상기 제1 부분 S1, 또는 적어도 제2 부분 S2를 스캐닝하되, 레이저 광원으로부터의 레이저 광은 100 < λ < 1500 nm인 파장 λ를 가지고, 상기 스캐닝에 의해서 반사광의 반사광 신호를 얻는 단계,
- 상기 SMLV로 상기 스캐닝 신호 및 상기 반사 신호를 가공함으로써, 진폭 A(t) 또는 이로부터 유도된 양 (quantity) A'(t)을 갖는 혼합된 신호가 얻어지고, 이를 통해서 균열 정보를 획득하는 단계,
- 상기 스캐닝 동안 상기 란을 상기 SMLV에 대해서 이동시키는 단계,
- t(0)에서 개시되는 변형 이후 즉시, t(0) 이후에 0 < t < 1000 μs의 시간 동안, 상기 부분들을 스캐닝하는 단계,
- 상기 가공 과정에서, 상기 신호들을 상기 란들에 대해서 미리 정해진 기준 및 특성들과 비교함으로써, 비교 데이터를 획득하는 단계, 및
- 상기 비교 데이터에 기초하여 상기 난각들을 특성화함으로써, 실질적으로 상기 난각 전체의 난각 상태들에 대한 특성들을 획득하는 단계
를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 혼합된 신호는 상기 란들의 이동에 따른 도플러 시프트에 의해서 얻어지는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합된 신호 A(t)의 가공은 상기 변형 이후 즉시 시간 t(i) 중 지점들에서의 강도 변동 A(t(i))의 개수를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합된 신호 A(t)의 가공은 상기 변형 이후 즉시 시간 t(i) 중 지점들에서의 도약 강도 변동 (saltatory intensity fluctuations) A(t(i))의 개수를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강도 변동 중에서, 제1 신호 도함수 dA/dt, 또는 이로부터 유도된 양 [dA/dt]'가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합된 신호 A(t)의 가공은 A(t) 또는 도함수 A'(t)의 상기 변형 이후 즉시 시간 t(i) 중 지점들에서의 0축 교차 (이때, A(t(i)) = 0, 또는 A'(t(i)) = 0)를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합된 신호는 t(0)에서 시작되는 상기 변형 이후 0 < t < 1 ms의 시간 동안 가공되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제7항에 있어서, 가공은 바람직하게는 50 < t < 800 μs의 시간 동안, 더욱 구체적으로는 100 < t < 700 μs 시간 동안 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분 S1은 상기 란의 적도 상 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부분 S1은 상기 란의 말단들 중 적어도 하나의 위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 부분에 대해서 S2 = S1인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 부분 S2는 상기 란 표면 상에, 실질적으로 적도와 평행한 고리의 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 란은 적어도 스캐닝 동안 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 한정된 특성들에 기초해서 란들을 분류하는 방법으로서, 적어도 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 난각 특성들이 포함되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 난각 중에서 균열을 검출하기 위한 장치로서, 상기 란은 운반체에 의해서 지지되며, 상기 장치는:
- 상기 란의 상기 난각의 제1 부분 S1을 변형시키기 위한 여진기,
- 스캐닝 신호로 상기 난각의 상기 제1 부분 S1, 또는 적어도 제2 부분 S2를 스캐닝하고, 레이저 광원은 100 < λ < 1500 nm인 파장 λ를 가짐으로써 반사광을 얻는 자가 혼합 레이저 진동계 (SMLV)로서, 상기 SMLV는 상기 스캐닝 신호 및 상기 반사 신호를, 진폭 A(t) 또는 이로부터 유도된 양 A'(t)을 갖는 혼합된 신호로 가공하는 SMLV,
- 상기 혼합된 신호를 가공함으로써, 난각 정보를 획득하기 위한 가공 유닛, 및
- 상기 운반체를 상기 SMLV에 대해서 상대적으로 이동시키기 위한 구동 장치를 포함하며, 상기 가공 유닛은:
-- 상기 혼합된 신호를 상기 란들에 대해서 미리 정해진 기준 및 특성들과 비교함으로써, 비교 데이터를 획득하고, 또한
-- 상기 비교 데이터에 기초하여 상기 난각들을 특성화함으로써, 난각 상태들에 대한 난각 특성들을 획득하는 장치. - 제14항에 있어서:
- 적어도 두 개의 원주 위치들 (circumferential positions)에서 란을 지지하기 위한 롤러들, 및
- 상기 롤러들을 회전시킴으로써 그 순서에 따라서 지지된 란을 회전시키기 위한 드라이브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치. - 적어도 균열들의 존재에 따라서 란들을 분류하기 위한 장치로서, 상기 균열들이 상기 장치 및 제1항 내지 제14항 중 어느 하나에 따른 방법에 의해서 검출 및 특성화되는 장치.
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