KR20150094779A - 금속 프로파일들의 비파괴 제어를 위한 디바이스 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 프로파일들의 비파괴 제어를 위한 디바이스 및 방법에 대한 것이다. 서로 독립적으로 작동될 수 있고 2차원 패턴에 따라 분포되는 복수의 기초 트랜스듀서들(29)을 포함하는 초음파 센서를 포함하는 야금 제품들을 시험하기 위한 디바이스가 설명된다. 제1 전자 컴포넌트(27)는 시선에서의 초음파 버스트에 대응하는 적어도 하나의 시간 규칙에 따라 기초 트랜스듀서들 각각을 여기시킬 수 있다. 제2 전자 컴포넌트(31)는 기초 트랜스듀서들 각각에 의해 캡처된 신호들의 적어도 일부를 프로세싱할 수 있다. 대응 버스트가 초음파 센서로부터 멀리 이동하면서 시선에 대해 일반적으로 발산하는 초음파 빔을 생산하도록 각각의 시간 규칙이 배열된다. 대응하는 시험 방법이 또한 설명된다.

Description

금속 프로파일들의 비파괴 제어를 위한 디바이스 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR THE NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF METAL PROFILES}

본 발명은 야금 제품들의 비파괴 검사 분야에 관한 것으로서, 특히 통상적으로 수 미터 내지 수십 미터의 범위의 긴 프로파일들에 관한 것이다.

본 발명을 더 잘 이해하기 위해, 야금 제품들의 일례로서 일반적으로 관형 제품들, 특히 튜브들의 맥락에서 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 더 넓은 적용 분야를 의도한다.

매우 긴 튜브들이 널리 사용된다. 인용될 수 있는 적용 분야들의 예시는 보일러 튜브들이 사용되는 전기 제품, 튜브들이 시추탐광(drilling), 추출, 및 전송(라인 파이프들)을 위해 사용되는 석유 및 가스 제품, 또는 토목 공학 또는 자동차 및 항공 섹터들에서 있을 수 있는 기계 구조일 수 있다.

야금 제품들의 대다수가 그러하듯, 튜브들은 예를 들어, 강철 내의 물질 포함 또는 물질 배제와 같은 이들의 제조와 연관된 결함들을 프로세싱할 수 있다. 일반적으로, 강철 매트릭스에서의 임의의 이질성은 서비스 중인 튜브의 기계적 강도를 손상시킬 수 있는 결함으로서 취급된다.

이러한 이유로, 임의의 결함들을 검출할 뿐 아니라, 적절한 경우 이들 결함의 위험 프로파일을 평가할 때 사용하기 위한 정보, 특히 사이즈, 깊이, 위치, 특성, 또는 배향을 결정하기 위해, 금속 튜브들은 이들의 제조 직후에 검사된다.

튜브 묶음을 제조하는 경우, 신뢰 가능한 한 가능한 많이 검사하는 것이 바람직하다. 본 출원인과 같은 본 분야의 일정한 주역(protagonist)들은 개별 생산된 각각의 튜브를 검사한다.

튜브의 시험은 종래의 성형 단계들과 동일한 상태를 갖는 제조 단계를 표현한다.

실시되는 시험 방법들은 생산율에 영향을 미치기 때문에, 여전히 신뢰 가능하면서 경제적이고 신속해야 한다. 실제로, 자동 시험 방법들 또한 검토되고 있다.

특히, 초음파들을 이용한 시험 기법들이 사용된다. 초음파들이 방출되고 그로 인한 에코들이 조사 분석되어, 튜브의 기하 구조에 기인할 수 없는 에코들을 찾는다. 물질의 포함 또는 배제는 파장 전파 매체에서의 변형들을 구성하고, 이를 이유로 초음파들에 의해 충돌되는 경우 에코들을 발생시킨다.

결함에 의해 생산된 에코의 강도는 파장이 충돌하는 각도에 의존한다. 튜브 내의 초음파의 임의의 전파 방향의 경우, 대응 배향된, 즉 전파 방향에 수직인 결함들이 원칙적으로 검출되지만, 대략 1 내지 2도의 일정한 허용오차를 갖는다.

실제로, 결함들은 순전히 세로이거나 가로가 아니지만, 이들 방향 중 하나 또는 다른 하나로 더 크거나 더 적은 정도의 에코를 반사한다. 일례로서, 대응하는 배향을 갖는 버스트에 응답하여 소정 임계치보다 높은 강도를 갖는 에코를 발생시키는 경우 결함은 세로로서 자격화된다. 이들 임계치는 정규화된 위치(깊이 및 배향) 및 치수들을 갖는 노치(notch)들을 이용한 캘리브레이션에 의해 고정된다. 결함의 배향은 가장 큰 방사 표면와 같을 수 있다.

원칙적으로, 시험의 지속 시간은 초음파들이 튜브를 왕복하는데 걸리는 시간 및 캡처된 복귀 신호들을 프로세싱하는데 걸리는 어느 정도의 시간에 의존한다.

생산율 및 안정성과 연관된 수요들에 따르기 위해, 초음파 버스트들의 개수를 제한하고 일정 기울기로 배향된 결함들만을 찾는 것이 표준 관행이 되었다.

종래에, 목적은 기울기가 가장 넓은 결함들, 일반적으로 튜브 모체(tube generatrix)에 병렬로 배향된 결함들을 검출하는 것이다.

본 기술 분야에서의 최근 개발들은 시험 레이트를 수용 가능하게 유지하기 위해 버스트의 개수를 한정하면서 상이한 배향을 갖는 결함들을 검출할 수 있는 시험 방법들을 지향하고 있다.

제US5473943호는 시험 대상 튜브 주변에 분포된 9개의 초음파 센서 또는 트랜스듀서를 포함하는 초음파 시험 디바이스를 개시한다. 이러한 타입의 디바이스는 서로에 관해 9개의 상이한 방향으로 배향된 결함들을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 시험될 수 있는 방향들의 개수는 센서들의 개수에 의해 계속 한정된다. 또한, 디바이스는 튜브의 좁은 구역을 검사하기 위해 사용될 수 있는데, 이는 튜브가 센서들을 기준으로 매우 느리게 진행되어야 하거나 센서들의 개수가 증대되어야 한다는 것을 의미한다. 느린 진행 레이트는 생산 수요들과 호환될 수 없지만, 센서들의 개수를 증가시키는 것은 비용 및 조정에 관한 문제점들을 야기한다.

일부 최근의 개발들은 “위상 배열(phased array)” 센서들, 또한 “다중 요소 선형 트랜스듀서들”이라고 알려진 초음파 센서들을 이용한다. 이들 센서는 주 방향으로 센서의 활성 페이스(active face) 전역에 분포된 압전 소자의 형태의 복수의 전기 음향 트랜스듀서들을 포함한다. 일례로서, 이들 트랜스듀서는 서로 정렬되어 종종 “트랜스듀서 바(transducer bar)”라고 알려진 것을 형성하는 방식으로 배치될 수 있다. 이러한 타입의 분포를 갖는 센서들은 “기본원”이라고 한다. 포커싱될 수 있는(센서 앞에 초점) 파장들의 편향 빔을 형성하기 위해 생산된 초음파들을 결합하기 위해 트랜스듀서들은 일 방식으로 순차적으로 차례차례 여기되는데, 이는 대응 방향으로 배향된 결함들의 존재에 대해 튜브가 검사될 수 있다는 것을 의미한다.

기본원 위상 어레이 타입 센서를 포함하는 초음파 시험 디바이스가 또한 알려져 있는데, 여기서 기초 트랜스듀서들은 시험 대상 튜브 주변에 분포된다. 이러한 타입의 디바이스는 거의 모든 기울기를 갖는 결함들을 검출하는데 사용될 수 있지만, 단지 튜브의 축소된 섹션에서만 사용될 수 있다. 매우 작은 세로 크기를 갖는 구역만이 한번에 검사될 수 있기 때문에, 낮은 튜브 진행 속도로 작동되어야 한다. 결과적으로, 검사의 지속 시간이 너무 길어서 산업적 적용을 예상할 수 없다. 더구나, 논의 중인 디바이스는 검사 대상 튜브의 직경마다 상이한 센서를 필요로 한다.

제WO2003/050527호는 기본원 위상 어레이 타입 센서가 사용되는 야금 제품들을 위한 비파괴 시험 장비를 개시한다. 일단 각 트랜스듀서 소자가 여기되면, 프로세싱 회로는 당업계에 버스트라고 알려진 이러한 단일 방출에 대한 튜브의 전반적인 응답을 분석한다. 튜브의 가로 방향으로의 버스트로부터 시작하여, 이 방향에 수직으로 배치된 결함들의 존재뿐 아니라 이러한 수직 방향을 기준으로 +10°에서 -10°내의 일정한 기울기를 갖는 결함들의 존재를 결정할 수 있다.

실제, 3개의 센서들이 사용되었는데, 2개의 센서는 세로로 배향되거나 +20°내지 -20° 범위에서 수직 방향에 대한 기울기를 갖는 결함들의 검출에 전용되고, 하나의 추가 센서는 튜브에 대해 가로로 배향된 결함들을 검출하고/거나 그 튜브의 두께를 측정하기 위한 것이다.

논의 중인 장비는 대략적으로 만족스럽다.

한정된 개수의 배향으로 배향된 결함들의 존재에 대해 튜브를 시험하는데 사용될 수 있다. 임의의 배향을 갖는 결함들의 존재에 관해 튜브를 시험하기 위해, 센서들의 개수를 증대시키거나, 매번 상이한 방향을 목표 설정 하기 위해 여러 번 튜브에 대한 센서들의 배향을 수정하는 것이 필수적이다.

본 출원인은 기존의 입장을 개선하려 하였다.

야금 제품들을 시험하기 위한 제안된 디바이스는 서로 독립적으로 작동될 수 있고, 2차원 패턴으로 분포되는 복수의 기초 트랜스듀서를 포함하는 초음파 센서, 시선에서 초음파의 버스트에 대응하는 적어도 하나의 시간 규칙에 따라 기초 트랜스듀서 각각을 여기시킬 수 있는 제1 전자 컴포넌트, 및 기초 트랜스듀서 각각에 의해 캡처된 신호들의 적어도 일부를 프로세싱할 수 있는 제2 전자 컴포넌트를 포함하는 타입이다. 초음파 센서로부터의 거리가 증가하면서 대응 버스트가 시선에 대해 일반적으로 발산하는 초음파 빔을 생산하도록 각각의 시간 규칙이 배열된다.

야금 제품들을 시험하기 위해 제안된 방법은 서로 독립적으로 작동될 수 있고, 2차원 패턴으로 분포되는 복수의 기초 트랜스듀서를 포함하는 초음파 센서를 제공하는 단계, 초음파 센서로부터의 거리가 증가하면서 시선에 대해 일반적으로 발산하는 빔에 대응하는 초음파 버스트를 생산하기 위해 기초 트랜스듀서 각각을 여기시키는 단계, 및 초음파 버스트에 응답하여 기초 트랜스듀서 각각에 의해 캡처된 신호들의 적어도 일부를 프로세싱하는 단계를 포함한다.

검사 시선에서 초음파 빔을 편향시키고 포커싱하려 하는 종래의 방법들 및 디바이스들과 반대로, 제안된 디바이스는 시선에 대해 발산하는 초음파 빔을 방출한다.

특정 라인을 겨냥한 버스트의 경우, 튜브의 더 광범위한 구역이 이 버스트로 인한 초음파들에 의해 커버된다.

이러한 더 광범위한 “인소니피케이션(insonification)” 구역은 종래의 디바이스들에서보다 시선에 대해 더 큰 기울기를 갖는 결함들을 검출하는데 사용될 수 있다.

제안된 디바이스는 우수한 시험 레이트를 유지하면서, 한정된 횟수만큼 여기되는 단일 센서의 도움으로 임의의 기울기에서의 결함들을 검출하는데 사용될 수 있다.

특히, 단일 센서 및 한정된 개수의 버스트들의 도움으로, “둘레(circumferential)”라고도 지칭되는 가로 결함들, 즉 튜브의 모체(generatrix)에 수직으로 연장되는 결함들, 이러한 모체를 따라 연장되는 세로 결함들, 및 시험 대상 튜브의 모체에 대해 임의의 각도를 형성하는 결함들을 검출할 수 있다.

생산성 및 신뢰성에서의 이득은 상당하다.

본 발명의 그 밖의 특징 및 이점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부 도면들의 조사로부터 명백해질 것이다.
도 1은 전면에서 튜브를 위한 비파괴 시험 디바이스를 도표로 도시한다.
도 2은 측면에서 도 1의 디바이스를 나타낸다.
도 3은 전면에서 도 1의 디바이스에서 사용하기 위한 전기 음향 센서를 나타낸다.
도 4는 라인 IV-IV에 따른 단면도에서 도 3의 센서를 나타낸다.
도 5는 도 3의 전기 음향 센서를 위한 제어 및 프로세싱 전자 컴포넌트들의 블록도를 나타낸다.
도 6a는 공간에서 초음파 빔을 위한 버스트 방향을 예시한 도면을 나타낸다.
도 6b는 기초 트랜스듀서들의 어레이를 예시한 도면을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 다중 요소 매트릭스 전기 음향 센서를 위한 제1 지연 표 및 제2 지연 표를 각각 나타낸다.
도 8은 시험 대상 튜브에 대해 작업 위치에 있는 기초 트랜스듀서들의 어레이의 사시도이고, 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형에 따란 수직 버스트를 위해 이들 트랜스듀서에 적용된 지연 값들을 도시한 바 다이어그램(bar diagram)을 나타낸다.
도 9a는 사시도에 도시된 도 8의 표 및 도면을 각각 나타낸다.
도 10a는 측면에서 도 9a의 바 다이어그램을 나타낸다.
도 11a는 전면에서 도 9a의 바 다이어그램을 나타낸다.
도 12는 가로 버스트를 위한 것으로서 도 8과 유사하다.
도 13a는 사선 버스트(oblique burst)를 위한 것으로서 도 8과 유사하다.
도 14는 상이한 시야 각에서, 사시도에서 도 13a의 표 및 도면을 도시한다.
도 9b, 도 10b, 도 11b, 및 도 13b는 제1 실시예의 제2 변형을 위한 도 9a, 도 10a, 도 11a, 및 도 13a와 각각 유사하다.
도 15 및 도 16은 상이한 여기 조건들에 관한 것으로서 도 7a 및 도 7b와 유사하다.
도 17, 도 18a, 및 도 18b는 기준 디바이스, 본 발명의 제1 실시예에 따른 디바이스, 본 발명의 제2 실시예에 따른 디바이스를 위한 “인소니피케이션” 레이아웃을 각각 도시한다.
부록 A.1은 본 발명의 제1 실시예의 제1 변형에 대응하는 지연 값들을 표 형태로 나타낸다.
부록 A.2은 본 발명의 제1 실시예의 제2 변형에 대응하는 지연 값들을 표 형태로 나타낸다.
부록 A.3은 상이한 버스트 방향들에 대한 지연 값들을 전위(transposition) 규칙들을 표 형태로 나타낸다.
부록 A.4는 본 발명의 제2 실시예에 대응하는 지연 값들을 표 형태로 나타낸다.
부록 A.5는 전기 음향 센서의 기초 트랜스듀서를 위한 어드레싱 매트릭스이다.

도면 및 부록들은 일정 성질의 구성요소들을 포함한다. 이로 인해, 이들 도면 및 부록은 본 발명의 설명 역할을 할 뿐 아니라, 필요에 따라 이를 규정하는 역할을 할 수 있다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조한다.

초음파 시험 장비는 시험 대상 금속 튜브(3)를 지지하는 벤치(bench; 1) 및 튜브(3)의 주변 표면에 대해 적용되고 제어 및 프로세싱 전자 장치들(6)에 연결된 초음파 센서(5)를 포함한다. 초음파 센서(5)는 종종 당업계에 트랜스듀서라고 공지되어 있다.

시험의 경우, 센서(5) 및 튜브(3)는 서로에 대해 나선형으로 변위 된다. 여기에서, 튜브(3)는 수직 축에 대응하는 축을 중심으로 나선 이동에 따라 벤치(1)에 대해 변위 되지만, 센서(5)는 벤치(1)에 대해 위치 고정되어 있다. 벤치(1)에는 튜브(3)의 수직 축에 대해 기울어진 회전 롤러들이 제공될 수 있다.

변형예에서, 튜브(3)는 벤치(1)에 대해 단독으로 회전 이동될 수 있지만, 센서(5)는 벤치(1)의 수직 방향으로 미끄러진다. 센서는 벤치(1)에 대해 이동 가능한 캐리지(carriage)에 탑재될 수 있다. 또 다른 변형예에 따르면, 센서(5)는 튜브(3)를 중심으로 돌아갈 수 있지만, 튜브(3)가 벤치(1)에 대해 변환된다.

센서(5)와 튜브(3) 사이의 상대적 나선 모션은 튜브(3)의 둘레에 비해 축소된 치수들을 갖는 하나의 센서(5)를 이용하여 튜브(3)의 전체가 시험될 수 있다는 것을 의미한다. 또는, 다수의 센서들이 제공되고 튜브(3) 주변 고리에 배치될 수 있고, 튜브(3)가 센서(5)에 대해 미끄러지는 경우 수렴을 보장하는 버스트 시퀀스가 실시될 수 있다.

예를 들어, 젤 형태의 커플링 매체 또는 커플러가 센서(5)와 튜브(3)의 주위 표면 사이에 배치될 수 있다. 변형예에서, 장치는 튜브(3)와 센서(5)가 담겨진 물 또는 임의의 다른 액체 커플링 매체로 가득 찬 박스를 포함할 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조한다.

이들 도면은 “모자이크(mosaic)” 타입의 센서(7)를 도시하는데, 도 1 및 도 2의 장치에 센서(5)로서 사용될 수 있다. 모자이크 센서들은 당업계에서 종종 “다중 요소 트랜스듀서들”이라고 알려져 있다.

센서(7)는 압전 물질로부터 형성된 복수의 바(bar; 9)를 포함하는데, 이 경우 어레이로서 규칙적으로 분포된다. 도시된 바와 같이, 센서(7)는 당업계에 “다중 요소 어레이 트랜스듀서”라고 일반적으로 알려진 것에 대응한다.

바들(9)은 전기 불활성 중합체 물질로부터 형성된 매트릭스(11)에 내장된다. 바들(9)은 전기적이고 음향적으로 서로 독립적이다. 각각의 바(9)는 초음파 펄스들을 발생시키기 위해 개별적으로 여기될 수 있으며, 이들 펄스는 인접 바들(9)에 도달하지 않는다. 이로써 각각의 바(9)는 다른 바들(9)과 독립적으로 기능할 수 있는 기초 트랜스듀서를 형성한다.

센서(7)는 균일한 벌크 압전 물질에 의해 구성되지 않은 방출 표면을 가지며, 이로써 종래의 센서들과 상이하다. 이와 반대로, 센서(7)의 방출 표면은 중합체 매트릭스, 및 압전 물질로부터 형성된 복수의 소자들을 포함하는 복합 물질로부터 생산된다.

여기서, 센서(7)는 하나의 변에 8개의 바(9)를 갖는 정사각형 패턴에 따라 규칙적으로 분포된 64개의 바(9)를 포함한다. 여기서, 각각의 바(9)는 정사각형 단면을 갖는데, 그 변은 1밀리미터보다 작고 0.1밀리미터보다 크다. 이격 거리는 인접 바들(9)의 마주하는 변들에 대해 1밀리미터의 대략 1/10이다.

정사각형 패턴은 2차원 패턴의 단지 일례이다. 다중 요소 센서가 초음파들을 방출하고 수신하기 위해 작용하는 센서의 활성 표면 전역에서 서로 구분되는 2개의 방향들에 따라 자신의 기초 트랜스듀서들이 분포되는 경우 2차원 패턴을 갖는다고 한다.

더 일반적으로, 본 발명은 임의의 2차원 패턴을 이용하여 실시될 수 있다.

각각의 바(9)는 자신의 전기 케이블(13)에 부착되는데 이 케이블(13)은 각각의 바(9)를 제어 및 프로세싱 전자장치에 연결한다. 전기 케이블들(13)은 도 4에서 참조 부호 15를 갖는 블록에 의해 표현되는 피복에 함께 모여 있다.

센서(7)는 피복(15)이 부착되고 바들(9)을 하우징하는 케이싱(17)을 포함한다. 케이싱(17)은 바들(9) 각각의 활성 표면과 접촉하여 적응 층(adaptaiton layer; 19)에 의해 닫힌다. 바들(9)은 접지시키기 위해 적응 층(9)과 접촉하는 이들의 페이스의 맞은 편의 페이스를 통해 금속판(21)과 접촉 상태에 있다. 케이싱(18) 내에 여전히 자유로운 공간은 패킹(23)으로 채워진다.

도 5는 전술된 센서(7)의 타입일 수 있는 초음파 센서를 위해 작동 중인 전자장치들(25)의 일례를 도시한다.

작동 중인 전자 장치들(25)은 논의 중인 센서의 기초 트랜스듀서들(29)의 각각에 개별 연결되는 여기 회로(27)를 포함한다. 이 경우, 기초 트랜스듀서들(29)은 변마다 8개의 트랜스듀서들이 있는 정사각형 형상을 갖는 어레이에 대응하는 패턴에 따라 분포된다. 도 5에서, 기초 트랜스듀서(Ci,j)는 표에서의 자신의 위치(라인 i, 컬럼 j)에 의해 마킹된다.

도면의 간략화를 위해, 도 5의 여기 회로(27)는 각각의 경우에 각 컬럼의 단일 기초 트랜스듀서(Ci,j)에만 연결된다. 실제로, 여기 회로(27)는 각각의 기초 트랜스듀서(Ci,j)에 개별 연결된다.

작동 중인 전자장치들(25)은 또한 기초 트랜스듀서들(29)에 의해 캡처된 파장들로부터 획득된 신호들을 기록 및 프로세싱할 수 있는 획득 회로(31)를 포함한다. 각각의 기초 트랜스듀서(Ci,j)는 논의 중인 트랜스듀서(Ci,j)의 출력 신호(Si,j(t))를 샘플링하고 적어도 소정의 기간 동안 획득된 디지털 표현(digital representation)(Si,j,k)을 메모리(35)에 공급하는 각자의 아날로그-디지털 컨버터(33)에 개별 연결된다. 메모리(35)의 내용은 프로세싱 유닛(37), 예를 들어, 마이크로프로세서를 이용하여 프로세싱될 수 있다.

도면의 간략화를 위해, 도 5의 아날로그-디지털 컨버터(33)는 각 경우마다 각 컬럼의 단일 압전 소자(Ci,j)에만 연결된다. 실제로, 각 아날로그-디지털 컨버터(33)는 자신의 라인의 기초 트랜스듀서들(Ci,j) 모두에게 개별 연결된다.

기초 트랜스듀서들(29)은 개별적이고 순차적으로 여기된다. “버스트”는 각각의 기초 트랜스듀서(Ci,j)로 하여금 일련의 펄스들을 방출하게 하는 것으로 구성된 프로세스를 위해 사용되는 용어이다. 버스트는 기초 트랜스듀서 집합(Ci,j)에 공통적인 시간적 기준에 대한 개별 지연(ti,j)을 기초 트랜스듀서(Ci,j)마다 결정하는 시간적 여기 규칙을 구현하는 것에 대응한다. 일단 여기되면, 기초 트랜스듀서들은 초음파 빔을 공동 생산한다.

특정 라인을 겨냥하기 위해 여기 규칙이 계산되는데, 이는 기초 트랜스듀서들(29)이 이러한 특정 방향 또는 버스트 방향으로 전파되는 초음파 빔을 함께 생산한다는 것을 의미한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 버스트의 방향은 센서의 활성 표면이 편평한 경우 활성 표면의 주 평면(principal plan)에 대한 법선에 대해 기울어져 있으며, 휘어진 경우 이 표면의 중심 구역으로 기울어져 있다. 초음파 빔은 편향 빔으로서 간주될 수 있다. 이러한 빔은 시선에 대해 발산한다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 버스트의 방향은 편평한 경우 센서의 활성 표면의 주 평면에 대한 법선에 실질적으로 대응하며, 휘어진 경우 이 표면의 중심 구역에 실질적으로 대응한다. 초음파 빔은 발산한다. 특히 이 빔은 디포커싱된다.

이하 도 6a를 참조한다.

이 도면은 일반적으로 편평하고, 정사각형 형상이고, 참조 부호 S를 갖는 기하학적 중심을 갖는 다중 요소 센서(C)를 도시한다.

여기서 기본 방향이라고도 지칭되는 초음파 빔의 전파 방향(D)은 다음의 파라미터들에 의해 정의될 수 있다:

· 이 전파 방향이 센서(C)의 주 평면에 대한 법선(N)과 함께 형성하는 제1 각도(α) 또는 편향 각(deflection angle)(다중 요소 센서가 편평하지 않은 경우, 이 센서의 중심 구역에 대한 법선이 고려 대상임).

· 전파 방향(D)이 기준 방향(R)과 함께 형성하는 “경사각(angle of obliquity)”이라고 지칭되거나 “경사(obliquity)”라고 약칭되는 제2 각도(θ). 제2 각도는 센서(C)에 대한 법선(N)에 수직인 평면(P)에서 센서(C) 및 그 기하학 구조와 연관된다.

바람직하게, 센서(C)는 센서(C)의 주 평면이 튜브에 접하는 방향으로 향하거나, 다시 말하면, 기하학적 중심(S)에서의 이 센서(C)의 주 평면에 대한 법선(N)이 논의 중인 튜브의 반경과 일치하는 방식으로 검사 대상 튜브에 대해 위치한다.

전파 방향(D)으로의 버스트가 대응 방식으로 배향되는, 즉 전파 방향(D)의 경사에 대응하는 방향에 수직하거나 이러한 수직 방향과 일정한 각도를 형성하는 결함들을 검출하는데 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 검사에 사용되는 초음파 빔은 자신의 전파 방향(D)에 대해 발산한다.

이하 도 6b를 참조한다.

정사각형 패턴에 따라 분포된 기초 트랜스듀서들의 어레이(41)를 강조한다. 본 발명을 한정하는 것은 아니지만, 여기에서의 어레이(41)는 8×8개의 기초 트랜스듀서들을 포함한다. 패턴은 패턴의 변들의 수직 이등분선(midpoint perpendicular)들에 각각 대응하는 제1 대칭 축(x) 및 제2 대칭 축(y)을 갖는다.

바람직하게, 패턴의 제1 대칭 축(x) 또는 제2 대칭 축(y)이 튜브의 수직 방향에 대응하도록 시험 대상 튜브에 대해 초음파 센서가 위치한다. 관례적으로, 도 6b에서, 센서는 제1 대칭 축(x)이 시험 대상 튜브의 가로 방향에 대응하도록 배치된다고 가정한다. 제1 대칭 축(x)은 경사각(θ)의 측정을 위한 기준 방향 역할을 한다. 초음파 센서 및 튜브의 상대적 위치에서, 어레이(41)의 제2 대칭 축(y)은 튜브의 수직 방향에 대응한다.

본 발명의 제1 실시예에 따르면, 특정 경사 방향으로 적어도 하나의 버스트가 실시되는데, 이 방향은 검토된 결함들의 배향에 대응한다.

본 발명의 제1 실시예의 유리한 전개에서, 센서(41)의 제1 대칭 축(x)의 방향에 대해 측정된 이들 각자의 경사의 값(θi (i=1, 2, … n))만큼 서로 상이한 여러 버스트 방향들 각각에서 초음파 버스트가 예상된다. 경사들(θi)은 2π 라디안(360°)의 각도 섹터가 규칙적으로 커버되는 방식으로 결정된다. 이로 인해, 튜브 내의 이들 결함들의 배향과 무관하게 결함들의 존재에 관해 튜브가 시험될 수 있다. 더 유리한 전개에서, 이들 개별 경사의 값(i (i=1, 2,… 8))에서 서로 상이한 8개의 연속 초음파 버스트들이 실시된다.

다음의 표는 다양한 버스트들의 특징을 요약하고 있다.

이 표에서, 버스트의 순위는 단지 암시적이다; 중요한 것은 8개의 버스트의 마지막에서 2π 라디안의 각도 섹터 전체가 커버되었다는 것이다. 버스트들이 실시되는 순서는 거의 중요하지 않다. 이는 주로 본 발명에 따라 튜브에 대해 초음파 센서의 배향을 수정하지 않고 초음파 빔의 전파 방향을 수정할 수 있다는 사실로 인한 것이다.

개별 시간적 여기 규칙은 최종 초음파 빔으로 하여금 특정 시선(Di, i: = 1,… 8) 또는 버스트 방향으로 전파하게 하는 각 버스트에 대응한다.

본 발명의 제1 실시예의 제1 변형예에 따르면, 각각의 시간적 여기 규칙은 대응하는 기초 트랜스듀서 서브집합이 개별 전파 방향으로 기본 초음파 빔을 공동 생산하도록 어레이(41)의 개별 서브집합의 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들을 각각 정의하는 적어도 2개의 서브규칙을 포함하는데, 기본 빔들의 개별 전파 방향들은 초음파 센서로부터 멀어짐에 따라 서로에 대해 발산하고, 최종 빔의 버스트 방향(Di)에 대해 발산한다.

제1 변형예의 제1 형태에서, 기본 빔들은 포커싱되지 않는데, 즉 직접적인 포커싱도 갖지 않고 반전 포커싱도 갖지 않는다(인버스 포커싱(inverse focusing) 또한 "디포커싱”이라고 종종 알려짐). 일례로서, 기본 빔들은 시험 대상 튜브로부터 센서를 이격하는 거리에 비해, 멀리 떨어진 포커스를 가질 수 있다. 일례로서, 각각의 기본 빔은 센서로부터 1미터보다 먼 초점을 갖지만, 센서는 30 내지 40 밀리미터들 내에 있는 튜브로부터의 거리에 있다.

제1 변형예의 제2 형태에서, 기본 빔들은 각각 디포커싱 되는데, 즉 인버스 포커싱을 갖는다. 초점은 초음파들의 경로에 대해 초음파 센서 뒤에 있다.

기본 빔들의 방출의 각자의 방향들은 전파 방향의 각 측에서 각자의 각도를 형성한다.

대응하는 기본 빔들이 서로 인접하는 이 표면의 2개의 개별 침투 구역들에서의 시선에 대응하는 시험 대상 튜브의 목표 표면과 부딪히도록 서브규칙들이 배열된다.

제1 실시예의 제1 변형예는 편향되어 발산하는 초음파 빔을 방출하는 것에 대응하는데, 이 빔은 다중 방향 빔들의 방출, 특히 양방향 방출로부터 기인한다. 서브 빔들은 포커싱되지 않거나, 먼 초점을 갖는다.

대응하는 기초 트랜스듀서 서브집합이 기본 빔이라고 지칭되는 빔을 생산하는데, 이 빔의 전파 방향은 시선(Di, i:= 1, … 8)의 일측 또는 타측 상에서 시선에 대한 기운 각(β)을 형성하도록 각각의 서브규칙이 결정된다.

각 기본 빔의 전파 방향은 기운 각(β) 값의 추가 또는 개별 차감에 의해 최종 빔의 전파 방향(Di, i:= 1, … 8)의 경사(θi, i:= 1, … 8)로부터 추론되는 경사를 갖는 그러한 방향이다. 각각의 기본 빔은 시선(Di)에 대해 편향되고 발산한다.

비-포커싱 빔에서, 다양한 기초 트랜스듀서들에 의해 생산된 초음파들은 주로 서로 평행하게 전파된다. 비-포커싱 기본 빔을 얻기 위해, 선형 규칙을 따르는 지연 값들이 대응하는 기초 트랜스듀서 서브집합에 적용된다. 기본 빔들로부터 초래된 초음파 빔은 초음파 센서로부터 멀어짐에 따라 버스트 방향(Di, i:= 1… 8)에 대해 발산한다.

본 발명의 제1 실시예의 제2 변형예에 따르면, 각각의 시간적 여기 규칙은 버스트 방향(Di)에 대응하는 방출 방향 또는 기본 방향으로 연장되고 초음파 센서로부터 멀어짐에 따라 이러한 버스트 방향에 대해 발산하는 기본 초음파 빔을 공동 생산하는 방식으로 어레이(41)의 트랜스듀서들의 적어도 일부에 대해 적용될 지연 값들을 정의한다.

제1 실시예의 제2 변형예는 센서의 주 평면에 대한 법선(N)에 대해 편향된 발산 초음파 빔의 방출에 대응한다.

발산 빔은 발산 각을 갖는다. 옵션으로서 최종 빔을 시각화하는데 사용될 수 있는 시뮬레이션의 도움으로, 이 각도의 값은 실험적으로 결정될 수 있다. 실제로, 우수한 검출 품질을 보존하면서 가장 큰 가능한 각도 섹터를 커버하는데 사용될 수 있는 발산 각 값들이 추구된다. 이는 임의의 기울기의 결함의 존재에 관해 튜브를 검사할 필요가 있는 버스트들의 개수를 한정한다. 일례로서, 40°의 각도 섹터의 커버리지가 바람직하다. 일례로서, 22.5°의 발산 각을 위한 값이 사용될 수 있다.

우선, 제1 변형예의 경우, 제1 방향(D1)으로의 버스트를 생산하는데 이용될 수 있는 시간적 여기 규칙을 구성하는 것이 중요하다.

제1 대칭 축(x)의 일측(도 6b의 좌측)에 위치한 어레이(41)의 기초 트랜스듀서들은 제1 서브집합을 형성하고, 방향(D1)의 경사에 대해 각도(-β)로 기울어진 비-포커싱 초음파 빔을 공동 발생시킬 것이다. 제1 대칭 축(x)의 타측(도 6b의 우측)에 위치한 기초 트랜스듀서들은 제2 서브집합을 형성하고, 이 경사에 대해 각도(+β)로 기울어진 비-포커싱 초음파 빔을 공동 발생시킬 것이다. 2개의 기본 빔들은 방향(D1)에서 최종 빔으로 합쳐지는데, 즉 2개의 기본 빔들은 방향(D1)으로 겹쳐지거나 통합되어 방향(D1)으로의 에너지의 전송을 보장하며, 이로써 최종 빔은 튜브 표면에서의 방향들((D1-β) 및 (D1+β)) 사이에서 에너지적으로 균일하다. 그 결과는 튜브 표면에서의 넓은 초점 또는 인소니피케이션 구역인데, 이는 버스트 방향의 경사에 대응하는 방향에 대해 상당히 가파른 기울기를 갖는 결함들을 찾아내는데 사용될 수 있다.

이하 도 7a를 참조한다.

표 70는 일반적으로 어레이(41)의 각각의 기초 트랜스듀서에 적용될 지연 값들을 보여준다. 어레이(41)의 기초 트랜스듀서(Ci,j)에 적용될 지연 값(Bi,j)은 표의 행(i) 및 열(j)에서 발견된다.

이하 도 7b를 참조한다.

표 71은 표 70와 유사하다. 표 71은 일반적으로 제1 방향(D1)으로 버스트를 생산하는데 적용될 지연 값들을 보여준다.

서브집합들 중 하나 서브집합의 트랜스듀서들에 적용되는 지연들은 나머지 서브집합들의 트랜스듀서들에 적용될 지연들로부터 대칭성에 의해 추론되는데, 이러한 대칭의 축은 어레이(41)의 제1 대칭 축(x)에 대응한다. 트랜스듀서(Ci,j)에 적용될 지연의 값(Bi,j)은 트랜스듀서(Ci,n-j+1)에 적용될 지연의 값(Bi,n-j+1)과 같은데, 정수(n)는 어레이(41)의 라인에서 기분 트랜스듀서들의 개수에 대응한다(이 경우, n=8). 일례로서, 기초 트랜스듀서(C2,3)에 적용될 지연의 값(B2,3)은 기초 트랜스듀서(C2,6)에 적용될 값(B2,6)과 같다.

다시 말하면, 동일한 시간적 여기 서브규칙이 어레이(41)의 2개의 기초 트랜스듀서 서브집합 각각에 적용된다.

기초 트랜스듀서 서브집합의 경우, i:= 1 내지 8 및 j:= 1 내지 4가 되는 지연 값 집합(Bi,j)은 당업자에게 알려진 초음파들의 전파 및 간섭을 계산하기 위한 규칙들을 적용함으로써 계산될 수 있다. 특히, 이 계산은 스프레드시트(spreadsheet)를 이용하거나, EXTENDE 사에 의해 유통되는 "CIVA”라고 알려진 타입의 특정 소프트웨어를 이용하여 수동으로 실시될 수 있다.

부록 A.3의 표는 제1 방향(D1)으로의 버스트를 위해 획득된 지연 값들로부터 시작하여, 센서의 대칭성으로 인해 제5 방향(D5)으로의 버스트를 위한 지연 값들을 추론하는데 사용될 수 있는 전위(transposition) 규칙들을 보여준다. 제5 방향(D5)으로의 버스트를 위한 기초 트랜스듀서들(Ci,j)에 적용될 지연 값들은 부록 A.3에서 지시되는 변환에 의해 D1으로의 버스트를 위해 계산된 값들로부터 추론된다.

제3 방향(D3)으로의 버스트를 위한 기초 트랜스듀서들(Ci,j)에 적용될 지연 값들은 제1 방향(D1)을 위해 실시되었던 것과 유사한 방식으로 계산된다.

제2 대칭 축(y)의 일측(도 6b의 상단)에 위치한 어레이(41)의 기초 트랜스듀서들은 제1 서브집합을 형성하고, 방향(D3)의 경사에 대해 각도(-β)로 기울어진 비-포커싱 초음파 빔을 공동 발생시킬 것이다. 제2 대칭 축(y)의 타측(도 6b의 하단)에 위치한 기초 트랜스듀서들은 제2 서브집합을 형성하고, 이 경사에 대해 각도(+β)로 기울어진 비-포커싱 초음파 빔을 발생시킬 것이다. 방향(D3)으로의 에너지의 전송을 보장하기 위해 2개의 기본 빔들은 방향(D3)에서 최종 빔으로 합쳐지며, 이로써 최종 빔은 튜브 표면에서의 방향들((D3-β) 및 (D3+β)) 사이에서 에너지적으로 균일하다. 이는 결과적으로 튜브 표면에서의 폭넓은 초점 또는 인소니피케이션 구역을 초래하는데, 이는 버스트 방향의 경사에 대응하는 방향에 대해 상당히 가파르게 기울어진 결함들을 검토하는데 사용될 수 있다.

부록 A.3은 (제1 대칭 축(x)에서의) 제7 방향(D7)을 위한 지연 값들이 대칭성에 의해 방향(D3)으로의 지연 값들로부터 추론될 수 있다는 점을 보여준다.

방향(D2)으로의 버스트를 고려한다.

(도 6b의 상단에서의) 방향(D2)에 대응하는 패턴의 대각선의 일측에 위치한 어레이(41)의 기초 트랜스듀서들은 제1 서브집합을 형성하고, 방향(D2)의 경사에 대해 각도(-β)로 기울어진 비-포커싱 초음파 빔을 공동 발생시킬 것이다. (도 6b의 하단에서의) 이 대각선의 타측에 위치한 기초 트랜스듀서들은 제2 서브집합을 형성하고, 이 경사에 대해 각도(+β)로 기울어진 비-포커싱 초음파 빔을 발생시킬 것이다. 2개의 기본 빔들은 최종 빔이 튜브의 표면에서 방향들((D2-β) 및 (D2+β)) 사이에서 에너지적으로 균일한 방식으로 방향(D2)에서 합쳐진다. 이는 결과적으로 튜브 표면에서의 폭넓은 초점 또는 인소니피케이션 구역을 초래하는데, 이는 버스트 방향의 경사에 대응하는 방향에 대해 상당히 가파르게 기울어진 결함들을 검토하는데 사용될 수 있다.

부록 A.3는 대칭성에 의해 방향(D2)으로의 버스트를 위한 지연 값들로부터 (부록 A.1.4에 도시된 바와 같은, 제2 대칭 축(y)에서) 제4 방향(D4)을 위한 지연 값들을 추론할 수 있다는 점을 보여주는데; 그 다음 제6 방향(D6)의 경우, 제1 축(x)에 대한 대칭성에 의해, 방향(D4)에 대응하는 지연 값들로부터 시작한다. 제8 방향(D8)으로의 버스트를 위한 지연 값들은 제1 축(x)에 대한 대칭성에 의해 방향(D2)에 대응하는 지연 값들 또는 제2 축(y)에 대한 대칭성에 의해 방향(D6)에 대응하는 지연 값들로부터 추론된다.

부록 A.5는 정사각형 패턴에 따라 분포된 요소들을 위한 어드레싱 매트릭스를 보여주는데, 예를 들어, 이러한 어드레싱 매트릭스는 어레이(41)의 기초 트랜스듀서들에 사용될 수 있다.

어드레스로서, 숫자 1 또는 최소 어드레스 값은 정사각형 패턴의 코너에 배치된 기초 트랜스듀서에 기인한다. 1번 요소는 부록 A.5에서의 표의 라인(L1)의 컬럼(C1)에 있다. 숫자 64 또는 최대 어드레스 값에는 1번 트랜스듀서에 정반대인 기초 트랜스듀서를 위한 어드레스가 할당된다. 이 요소는 부록 A.5에서의 표의 라인(C8)의 컬럼(L8)에서 발견된다. 최소 어드레스를 갖는 요소로부터 최대 어드레스를 갖는 요소까지, 요소들은 어드레스 값들을 증가시킴으로써 상호 정렬되고, 이 순서로 라인들에 배치된 다음, 동일 라인의 컬럼들에 배치된다. 다시 말하면, 패턴의 동일한 라인에 있는 트랜스듀서들은 서로 뒤따르는 어드레스 값들을 갖는다. 부록 A.5의 표에서, 어드레스 값들은 1 내지 64의 범위의 연속적인 전체 숫자들이다.

도 8은 시험 대상 튜브의 부분(82)에 대한 작업 위치에서의 다중 요소 센서의 부분(80)을 도시한다. 부분(80)은 정사각형 패턴을 형성하는 기초 트랜스듀서들의 어레이에 대응하는데, 예를 들어 도 6b의 어레이(41)와 유사하다. 튜브의 세로 방향은 참조 부호 Y를 갖는다. 부분(80)의 주 평면에 직각인 방향은 튜브의 방사상 방향(radial direction)에 대응하며, Z로 표시된다. 방향들(Y 및 Z)에 의해 정의된 평면에 직각인 방향은 X로 표시된다. 부분(80)은 패턴의 변들의 수직 이등분선들에 대응하는 패턴의 대칭 축들(y 및 x)이 방향(Y 및 X)으로 각각 정렬되는 방식으로 튜브 부분(82)에 대해 배치된다.

일례로서, 부분(80)의 기초 트랜스듀서들은 부록 A.5에 대해 전술된 어드레싱 매트릭스에 따라 조직된다. 부분(80)은 튜브의 방향(X)이 4번 요소와 5번 요소를 분리시키는 제1 대칭 축(x)에 대응하고 방향(Y)이 25번 요소와 33번 요소를 분리시키는 제2 대칭 축에 대응하도록 튜브 부분(82)에 대해 배치된다. 1번 요소 내지 8번 요소는 도 8의 화살표에 의해 지시되는 방향의 의미에서 방향(Y)으로 배치된다. 다시 말하면, 부분(80)의 제1 대칭 축(x)은 튜브 부분(82)의 가로 축(X)으로 배치되고, 제2 대칭 축(y)은 튜브의 수직 방향(Y)으로 배치된다.

부록 A.1.1은 튜브 부분(82)의 가로 방향(X), 즉 도 6B의 방향(D1)으로 버스트를 생산하기 위해 부분(80)의 기초 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들의 일례를 표 형태로 보여준다. 부록 A.1.1의 표에서, 기초 트랜스듀서들은 부록 A.5에 의해 정의되는 어드레싱 매트릭스에 따라 배열되어 있다. i번 요소에 적용될 지연 값은 부록 A.5의 표에서의 어드레스(i)와 동일한 위치(라인, 컬럼)에서 부록 A.1.1의 표에 발견된다. 일례로서, 부록 A.5의 표의 컬럼(C4) 및 라인(L4)의 교차점에 있는 28번 요소에 적용될 지연은 369 나노초이며, 이 값은 부록 A.1.1의 표의 컬럼(C4) 및 라인(L4)의 교차점에서 발견될 수 있다.

도 9a, 도 10a, 및 도 11a는 2차원 막대 다이어그램(84)의 형태로 부록 A.1.1의 지연 값들을 도시하고, 막대 다이어그램(84)의 베이스는 부분(80)과 일치한다. 다이어그램의 각각의 바 또는 막대는 그 베이스와 일치하는 각각의 기초 트랜스듀서의 지연을 나타낸다. Z 방향으로의 연장 형태로 표현된 막대의 높이는 논의 중인 기초 트랜스듀서에 적용될 지연 값에 비례한다.

도 10a는 우측에서 본, 즉 방향들(X, Y)을 갖는 평면 및 법선 방향(Y)으로 투영된 도면(84)을 도시한다. 8번, 16번, 24번, 32번, 40번, 48번, 56번, 및 64번 기초 트랜스듀서들이 구분될 수 있다.

적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 제1 변에 가까운 8번 트랜스듀서로부터 제1 변의 맞은 편에 있는 64번 트랜스듀서까지 선형으로 증가한다. 적용된 지연에서의 이러한 선형 변화는 도 10a에서의 직선(86)에 의해 도표로 도시된다. 부록 A.1.1은 동일한 선형 증가 규칙이 X 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.1의 표의 컬럼들(C1 내지 C8) 각각의 요소들에 적용된다는 점을 보여준다.

도 11a는 전면에서 본, 즉 방향들(Y, Z)을 갖는 평면 및 방향(X)과 반대인 법선 방향으로 투영된 도면(84)을 도시한다. 부분(80)의 각각의 기초 트랜스듀서에 적용되는 지연 값들뿐 아니라 1번, 2번, 3번, 4번, 5번, 6번, 7번, 및 8번 기초 트랜스듀서들은 구분될 수 있다.

X 방향으로 연장되는 부분(80)의 수직 이등분선에 대해 대칭적인 방식으로 배치된 기초 트랜스듀서들에 동일한 지연 값들이 적용된다. 다시 말하면, 이러한 수직 이등분선은 부분(80)을 2개의 지연 서브규칙들이 적용되는 2개의 기초 트랜스듀서 서브집합으로 분할한다. 제1 지연 서브규칙은 도 11a의 수직 이등분선의 좌측에 위치하는 기초 트랜스듀서들, 특히 1번 내지 4번 트랜스듀서들에 적용되고, 제2 지연 서브규칙은 수직 이등분선의 우측에 위치하는 기초 트랜스듀서들, 특히 5번 내지 8번 트랜스듀서들에 적용된다.

적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 제2 변에 가까운 1번 트랜스듀서로부터 제1 변의 수직 이등분선에 가까운 4번 트랜스듀서까지 선형으로 감소한다. 적용된 지연에서의 이러한 선형 변화는 도 11a 상의 직선(88)에 의해 도표로 도시된다. 부록 A.1.1은 동일한 감소 선형 규칙이 수직 이등분선의 동일한 측에 위치한 방향(Y)으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.1의 표에서, 컬럼들(C1 내지 C4)의 교차점에 위치한 라인들(L1 내지 L8) 각각의 요소들에 적용된다는 점을 보여준다.

적용된 지연 값은 제1 변의 수직 이등분선에 가까운 5번 트랜스듀서로부터 제2 변의 맞은 편에 있는 8번 트랜스듀서까지 선형으로 증가한다. 적용된 지연들에서의 이러한 선형 변화는 도 11a에서의 직선(90)에 의해 도표로 도시된다. 직선들(88 및 90)은 정사각형 패턴의 제1 변의 수직 이등분선을 포함하는 평면(X, Z)에 대해 대칭적이다. 부록 A.1.1은 동일한 선형 증가 규칙이 수직 이등분선의 동일한 측에 위치한 방향(Y)으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.1의 표에서, 컬럼들(C5 내지 C8)의 교차점에 위치한 라인들(L1 내지 L8) 각각의 요소들에 적용된다는 점을 보여준다.

전술된 지연 값들에 따라 일단 순차적으로 여기되면, 2개의 서브집합 각각의 기초 트랜스듀서들은 각각의 초음파 빔을 공동 생산한다. 개별 생산된 2개의 빔은 도 11a에서의 참조 부호 92 및 94를 갖는 2개의 개별 방향으로 연장되는데, 각 방향은 도 11a에서 96으로 표시된 방향인 최종 빔의 방출 방향에 대하여 절대값으로서 각각 동일한 각도로 기울어져 있다. 기본 빔들로서 자격화될 수 있는 이들 2개의 빔 각각은 부분(80)으로부터 멀리 이동함에 따라 시선으로부터 발산한다.

도 12는 도 8과 유사하고, 튜브의 세로 방향으로의, 즉 튜브의 Y 방향으로의, 즉 도 6a의 방향(D3)으로의 버스트의 경우에 관한 것이다. 도 12는 막대 다이어그램(120)의 형태로 부분(80)의 기초 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들을 도시한다.

도 8과 유사한 방식으로, 다중 요소 센서의 부분(80)은 시험 대상 튜브의 부분(82)에 대해 가동 조건에 있다. 도 8의 위치와 비교할 때, 부분(80)은 세로 방향(Y)으로 및/또는 튜브 부분(82)의 중심 축에 대해 일정 각도로 변위 되어 있을 수 있는데, 예를 들어 그 이유는 튜브와 센서 사이의 상대적인 나선 이동으로 인한 것이다.

부록 A.1.2는 부분(80)의 기초 트랜스듀서들이 부록 A.5에 대해 전술된 어드레싱 매트릭스에 따라 조직되는 경우 이들 기초 트랜스듀서에 적용될 지연 값들을 보여준다.

Y 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.2의 표의 라인들(L1 내지 L8) 각각의 요소들에 동일한 선형 증가 규칙이 적용된다. 적용된 지연 값은 Y 방향에 수직인 정사각형 패턴의 하나의 변에 가까운 트랜스듀서들로부터 이 변의 맞은 편에 있는 트랜스듀서들까지 선형으로 증가한다. 어레이를 위한 지연은 엄격한 선형 변화로부터 벗어날 수 있는데 그 이유는 이들 값이 반올림되기 때문이다. 이 분야에서 종래에 사용되는 장치의 약 5 나노 초의 해상력을 고려하면, 실제 이들 반올림은 결함의 검출에 어떠한 영향을 미치지 않는다.

Y 방향으로 연장되는 부분(80)의 수직 이등분선에 대해 대칭적으로 배치된 기초 트랜스듀서들에 동일한 지연 값들이 적용된다.

유사한 선형 감소 규칙이 수직 이등분선의 동일한 측에 위치한 X 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.2의 표에서, 라인들(L1 내지 L4)의 교차점에 위치한 컬럼들(C1 내지 C8) 각각의 요소들에 적용된다. 그 때마다, 적용된 지연 값은 X 방향에 수직인 정사각형 패턴의 하나의 변에 가장 가까운 트랜스듀서로부터 제2 변의 수직 이등분선에 가장 가까운 트랜스듀서까지 선형으로 감소한다.

유사한 선형 증가 규칙이 수직 이등분선의 동일한 측에 위치한 X 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.2의 표에서, 라인들(L5 내지 L8)의 교차점에 위치한 컬럼들(C1 내지 C8) 각각의 요소들에 적용된다. 그 때마다, 적용된 지연 값은 제2 변의 수직 이등분선에 가장 가까운 트랜스듀서로부터 제1 변의 맞은 편에 있는 트랜스듀서까지 선형으로 증가한다.

전술된 지연 값들에 따라 일단 순차적으로 여기되면, 2개의 서브집합 각각의 기초 트랜스듀서들은 각각의 초음파 빔을 공동 생산한다. 개별 생산된 2개의 빔은 2개의 개별 방향으로 연장되는데, 각각의 방향은 튜브의 세로 방향의 버스트의 경우에서와 같이 최종 빔의 방출 방향에 대하여 절대값으로서 동일한 각도로 기울어져 있다.

이들 2개의 기본 빔 각각은 부분(80)으로부터 멀리 이동함에 따라 시선으로부터 벗어난다.

이하, 도 13a 및 도 14를 참조한다.

도 14는 도 8과 유사하고, 평면(X, Y)에서의 튜브의 축에 대해 45° 기울어진 방향으로의, 즉 도 6b에서의 방향(D2)으로의 “사선(oblique)” 버스트라고 알려진 버스트의 경우에 관한 것이다. 도 14는 막대 다이어그램(130)의 형태로 부분(80)의 기초 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들을 도시한다. 도 13a는 상이한 시야 각에서의 도면(130)을 도시한다.

도 8과 유사한 방식으로, 다중 요소 센서의 부분(80)은 시험 대상 튜브의 부분(82)에 대해 작동 위치에 있다. 도 8의 위치와 비교할 때, 부분(80)은 세로 방향(Y)으로 및/또는 튜브 부분(82)의 중심 축에 대해 일정 각도로 변위 되어 있을 수 있는데, 예를 들어 그 이유는 튜브와 센서 사이의 상대적인 나선 이동으로 인한 것이다.

부록 A.1.3는 부분(80)의 기초 트랜스듀서들이 부록 A.5에 대해 전술된 어드레싱 매트릭스에 따라 조직되는 경우 이들 기초 트랜스듀서에 적용될 지연 값들을 보여준다.

Y 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.3의 표의 라인들(L1 내지 L8) 각각의 요소들에 개별 선형 증가 규칙들이 적용된다. 그 때마다, 적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 제2 변에 가까운 트랜스듀서들로부터 이러한 제2 변의 맞은 편에 있는 트랜스듀서들까지 선형으로 증가한다.

X 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.1.2의 표의 컬럼들(C1 내지 C8) 각각의 요소들에 개별 선형 증가 규칙들이 적용된다. 그 때마다, 적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 제1 변에 가까운 트랜스듀서들로부터 이러한 제1 변의 맞은 편에 있는 트랜스듀서들까지 선형으로 증가한다.

전술된 지연 값들에 따라 일단 순차적으로 여기되면, 정사각형 패턴의 대각선에 의해 서로 분리되는 2개의 서브집합 각각의 기초 트랜스듀서들은 각각의 초음파 빔을 공동 생산한다. 이로써 개별 생산된 2개의 빔은 2개의 개별 방향으로 연장되는데, 각각의 방향은 최종 빔의 방출 방향에 대하여 절대값으로서 동일한 각도로 기울어져 있다. 이들 2개의 기본 빔 각각은 부분(80)으로부터 멀리 이동함에 따라 시선으로부터 발산한다.

더 일반적으로, 제1 변형예의 경우에서, 예를 들어 제2 방향(D2)으로의 사선 버스트를 허용하기 위해 시간적 여기 규칙의 구조에 중점을 둔다.

버스트 방향(D2)은 어레이(41)의 대칭 축, 즉 정사각형 패턴의 대각선들 중 하나에 대응한다. 이 대각선은 2개의 기초 트랜스듀서 서브집합, 즉 하위 서브집합 및 상위 서브집합을 정의한다.

시험 대상 튜브의 곡률로 인해, 이들 서브집합 중 제1 서브집합에 적용될 지연 값들은 이들 서브집합 중 제2 서브집합의 대칭적 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들과 상이하다.

도 7a를 다시 참조한다.

우선, 어레이(41)의 기초 트랜스듀서 집합(Ci,j)에 적용될 제1 지연 값들(Bi,j)은 이들이 함께 방향(D2-β)으로 편향된 비포커싱 초음파 빔을 방출하도록 계산된다. 이들 값은 표(70)에 일반적인 방식으로 도시된다.

이하 도 15를 참조한다.

다음으로, 어레이(41)의 기초 트랜스듀서 집합(Ci,j)에 적용될 제2 지연 값들(Ai,j)은 이들이 함께 방향(D2+β)으로 편향된 비포커싱 초음파 빔을 방출하도록 계산된다. 이들 값은 표(73)에 일반적인 방식으로 도시된다.

이하 도 16을 참조한다.

다음으로, 방출 방향(D2+β 및 D2-β) 중 하나는 어레이(41)의 패턴의 대각선을 위해 선택되어, 즉 대각선의 트랜스듀서들(Ci,i)에 최종적으로 기인하는데, 이들 값은 제1 지연 값들(Bi,i)일 수도 있고 제2 지연 값들(Ai,i)일 수도 있다. 관례상, 트랜스듀서들에 대한 지연을 최대화하는 값들은 이 대각선의 끝단의 각각에서의 값이 되도록 선택된다. 일례로서, 도 16의 표 72의 경우에, 이 기준은 표 70의 값들(B8,1 및 B1,8)이 아니라 표 73의 값들(A8,1 및 A1,8)에 의해 검증되는데, 그 이유는 요소들(A)에 대응하는 방향으로의 에너지 요구가 이 방향으로의 더 약한 응답에 관련될수록 더 높으며, 이러한 약함은 튜브의 기하학 구조로부터 도출된다.

다른 코너들에 대응하는 규칙의 지연 값들, 즉 예시에서 제2 값(A1,1) 및 제1 값(B8,8)에 저장된다.

제2 지연 값들(Ai,j)은 최종 지연 값들로서 어레이(41)의 상부의 요소들(Ci,j)에 기인한다. 어레이(41)의 하부의 요소들(Ci,j)의 최종 지연 값들은 제1 지연 값들(Bi,j)로부터 시작하는 선형 보간에 의해 추론된다. 초기에, 값들이 결정될 수 있는 어레이의 부분에 대응하는 코너를 위한 지연 값은 선형 보간에 의해 컬럼 및 대응 라인을 위한 지연 값들을 계산하기 위해 사용된다. 이로 인해, 각각의 경우에, 대각선을 위해 결정된 값과 라인 또는 컬럼의 마지막에서의 값 사이에 보간이 실시된다.

다시 말하면, 대각선에 대응하는 어레이의 절반을 위한 값들이 유지되고, 나머지 지연 값들은 초기 획득된 값들로부터 시작하는 선형 보간에 의해 약간 수정된다.

이하 본 발명의 제2 변형예에서의 기초 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들을 예시한 도 9b, 도 10b, 도 11b, 및 도 13b를 참조한다.

제2 변형예에 따르면, 기초 트랜스듀서들은 센서의 주 평면에 대한 법선에 대해 편향된 디포커싱 기본 빔을 공동 생산한다. 지연 규칙들을 계산하기 위해, 발산 빔은 반전 포커스를 갖는 빔이라고 간주될 수 있는데, 반전 포커스는 초음파들의 버스트 방향으로 다중 요소 센서 뒤에 위치한 가상 초점을 갖는다. 최종 디포커싱 빔을 획득하기 위해, 바람직하게, 포물선 규칙(parabolic law)을 따르는 지연 값들은 센서의 기초 트랜스듀서들의 적어도 일부에 적용된다. 변형예에서, 이들 지연 값들은 예를 들어, 각각 동일한 포물선의 일부에 접근하는 복수의 선형 규칙들에 대응하는 포물선 규칙에 가까운 규칙으로부터 획득된다.

자신의 기본 방향의 경사뿐 아니라, 발산 및 편형 빔은 빔의 개각(angle of opening) 또는 발산 각(δ)을 위한 값 및 편향 각(α)에 의해 정의될 수 있다.

편향 각(α)은 시험 대상 튜브의 직경 및 이러한 튜브로부터 센서를 이격하는 거리의 함수로서 판단된다. 방향들(D1, D2, 및 D3)로의 버스트마다 상이하다. 다른 방향들로의 버스트들의 경우, 편향 각(α)을 위한 값들은 센서의 패턴의 대칭성들로부터 추론된다.

발산 각(δ)을 위한 값은 시선과 무관하게 버스트 집합을 위한 값과 동일할 수 있다. 고정된 품질 및/또는 신속성의 기준과 호환 가능한 최대 발산 각이 추구된다. 일례로서, 발산 각을 위한 값은 버스트의 개수가 생산 요구로 인해 고정된다고 사실로부터 도출될 수 있다. 이는 발산 각(δ)을 위한 최소 값을 야기한다. 발산 각을 위한 값은 검출할 수 있기를 바라는 결함들의 사이즈와 관련되어 품질 기준으로부터 도출될 수 있다. 이는 발산 각(δ)에 최대 값을 부과한다. 적용 분야들의 대부분에서, 발산 각(δ)을 위한 값은 이들 기준을 가장 잘 만족시키도록 선택될 것이다.

이들 파라미터는 캘리브레이션 노치(calibration notch)들에서 연속적인 시험들 또는 시뮬레이션에 의해 결정될 수 있는데, 이들 캘리브레이션 노치의 각자의 배향 및 깊이는 튜브에서 검토될 수 있는 결함들을 대응한다.

일례로서, 발산 각을 위한 22.5°의 값이 사용될 수 있다.

도 9b, 도 10b, 및 도 11b는 도 9a, 도 10a, 및 도 11a와 유사하다. 이들 도면은 튜브 부분(82)의 가로 방향으로의 버스트를 생산하기 위해 센서의 부분(80)의 기초 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들의 일례를 막대 다이어그램(140)의 형태로 도시한다. 트랜스듀서들은 부록 A.5에 따라 어드레싱 된다. 지연 값들은 부록 A.2.1에 도시되어 있다.

도 10b는 우측에서 본, 즉 방향들(X, Y)의 평면 및 법선 방향(Y)에서 투영된 도면(140)을 도시한다. 8번, 16번, 24번, 32번, 40번, 48번, 56번, 및 64번 기초 트랜스듀서들은 구분될 수 있다.

적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 제1 변에 가까운 8번 트랜스듀서로부터 제1 변의 맞은 편에 있는 64번 트랜스듀서까지 포물선 형태로 증가한다. 적용된 지연들에서의 이러한 포물선 변화는 도 10b에서의 포물선(142)의 부분을 위해 도시된다. 부록 A.2.1은 동일한 증가 규칙이 X 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.2.1의 표의 컬럼들(C1 내지 C8) 각각의 요소들에 적용된다는 점을 보여준다.

도 11b는 전면에서 본, 즉 방향들(Y, Z)의 평면 및 방향(X)과 반대인 법선 방향으로 투영된 도면(140)을 도시한다. 부분(80)의 기초 트랜스듀서들에 적용되는 지연 값과 함께 1번, 2번, 3번, 4번, 5번, 6번, 7번, 및 8번 기초 트랜스듀서들은 구별될 수 있다.

X 방향으로 연장되는 부분(80)의 수직 이등분선에 대해 대칭적인 방식으로 배치된 기초 트랜스듀서들에 동일한 지연 값들이 적용된다. 이 수직 이등분선은 부분(80)을 2개의 지연 서브규칙들이 개별 적용되는 2개의 기초 트랜스듀서 서브집합으로 분할한다. 이 수직 이등분선의 일측에 위치한 기초 트랜스듀서들, 특히 도 1b에서의 이 수직 이등분선의 좌측에 위치한 1번 내지 4번 트랜스듀서들에 제1 지연 서브규칙이 적용된다. 이 수직 이등분선의 타측에 위치한 기초 트랜스듀서들, 특히 도 11b에서의 이 수직 이등분선의 우측에 위치한 5번 내지 8번 트랜스듀서들에 제2 지연 서브규칙이 적용된다.

적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 하나의 변에 가까운 1번 트랜스듀서로부터 이 변으로부터 떨어진 8번 트랜스듀서까지 포물선 규칙을 따른다. 적용된 지연들에서의 이러한 변화는 도 11b에서의 포물선(144)의 부분을 위해 도표로 도시된다.

지연 값은 1번 트랜스듀서로부터 4번 트랜스듀서로 감소한다. 부록 A.2.1은 동일한 포물선 감소 규칙이 수직 이등분선의 동일한 측에 위치한 방향(Y)으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.2.1의 표에서, 컬럼들(C1 내지 C4)의 교차점에 위치한 라인들(L1 내지 L8) 각각의 요소들에 적용된다는 점을 보여준다.

적용된 지연 값은 수직 이등분선에 가까운 5번 트랜스듀서로부터 8번 트랜스듀서까지 증가한다. 부록 A.2.1은 동일한 포물선 증가 규칙이 수직 이등분선의 동일한 측에 위치한 Y 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.2.1의 표에서, 컬럼들(C5 내지 C8)의 교차점에 위치한 라인들(L1 내지 L8) 각각의 요소들에 적용된다는 점을 보여준다.

전술된 지연 값들에 따라 일단 순차적으로 여기되면, 2개의 서브집합 각각의 기초 트랜스듀서들은 X 방향으로 연장되고, 센서의 부분(80)으로부터의 거리가 증가하면서 발산하는 초음파 빔을 공동 생산한다.

부록 A.2.2의 표는 Y 방향으로 연장되는 발산 초음파 빔을 공동 생산하기 위해 기초 트랜스듀서들에 적용될 수 있는 지연 값들을 보여준다.

X 방향으로 배치된 부분(80)의 수직 이등분선에 대해 대칭적으로 배치된 기초 트랜스듀서들에 동일한 지연 값들이 적용된다. 이 수직 이등분선은 부분(80)을 2개의 지연 서브규칙들이 개별 적용되는 2개의 기초 트랜스듀서 서브집합으로 분할한다.

도 13b는 도 13a와 유사하고, 평면(X, Y)에서의 튜브의 축에 대해 45° 기울어진 방향으로의, 즉 도 6b에서의 방향(D2)으로의 “사선(oblique)”이라고 지칭되는 버스트의 경우에 관한 것이다. 도 13b는 막대 다이어그램(150)의 형태로 부분(80)의 기초 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들을 도시한다.

도 8과 유사한 방식으로, 다중 요소 센서의 부분(80)은 시험 대상 튜브의 부분(82)에 대해 작동 위치에 있다. 도 8의 위치와 비교할 때, 부분(80)은 세로 방향(Y)으로 및/또는 튜브 부분(82)의 중심 축에 대해 일정 각도로 변위 되어 있을 수 있는데, 예를 들어 그 이유는 튜브와 센서 사이의 상대적인 나선 이동으로 인한 것이다.

부록 A.2.3은 부분(80)의 기초 트랜스듀서들이 부록 A.5에 대해 전술된 어드레싱 매트릭스에 따라 조직되는 경우 이들 기초 트랜스듀서에 적용될 지연 값들을 보여준다.

Y 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.2.3의 표의 라인들(L1 내지 L8) 각각의 요소들에 각자의 포물선 증가 규칙들이 적용된다. 그 때마다, 적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 하나의 변에 가까운 트랜스듀서들로부터 X 방향에 대해 이러한 변의 맞은 편에 있는 트랜스듀서들까지 포물선 방식으로 증가한다.

X 방향으로의 각 정렬의 기초 트랜스듀서들에, 즉 부록 A.2.3의 표의 컬럼들(C1 내지 C8) 각각의 요소들에 각자의 포물선 증가 규칙들이 적용된다. 그 때마다, 적용된 지연 값은 정사각형 패턴의 하나의 변에 가까운 트랜스듀서들로부터 Y 방향에 대해 이러한 변의 맞은 편에 있는 트랜스듀서들까지 포물선 방식으로 증가한다.

전술된 지연 값들에 따라 일단 순차적으로 여기되면, 정사각형 패턴의 대각선에 의해 서로 분리되는 2개의 서브집합 각각의 기초 트랜스듀서들은 방향(D2)으로 연장되고 센서로부터 멀어지는 모션을 갖는 이러한 방향에 대해 발산하는 초음파 빔을 공동 생산한다.

제1 변형예에 대해 전술된 바와 유사한 방식으로, 센서 패턴의 다양한 대칭성들을 이용하여 다른 버스트 방향들을 위해 계산된 규칙들로부터 일정한 지연 규칙들을 추론할 수 있다.

이하, 본 발명의 제2 실시예로 돌아가는데, 여기서 기초 트랜스듀서들은 센서의 주 평면에 직각인 방향으로 연장되는 발산 비편향 최종 빔을 공동 생산한다. 이러한 제2 실시예에서, 단일 초음파 버스트가 실시된다. 발산 빔은 빔 개각 또는 발산 각(δ)에 의해 정의될 수 있다.

이 실시예에서, 어레이(441)의 패턴의 제1 대칭 축(x) 및 제2 대칭 축(y)은 동일한 지연 서브규칙이 각각 적용되는 4개의 기초 트랜스듀서 서브집합을 정의한다. 부록 A.4의 표는 센서의 활성 표면에 직각인 방향에 대해 발산하고 비-편향된 최종 빔을 발생시키기 위해 기초 트랜스듀서들에 적용될 지연 값들의 일례를 표시한다. 이 경우, 이 발산 빔은 디포커싱된 기본 빔으로부터 비롯된다.

그 때마다, 지연 값은 제1 대칭 축(x) 및 제2 대칭 축(y) 각각으로부터의 거리에 따라 증가한다.

별개의 방향들로의 순차적 버스트들을 실시하는데 사용될 수 있는 본 발명의 제1 실시예의 2개의 변형예가 설명되었다. 이들 버스트 각각에서, 검사 대상 튜브의 넓은 부분이 "인소니파잉(insonified)"되어, 최종 발산 빔을 생산한다. 버스트로부터 기인하는 초음파들에 의해 튜브의 큰 부분이 커버된다. 최종 빔의 편향은 튜브에 관해 대응 배향을 갖는 결함들의 존재를 검출하는데 사용될 수 있다. 제1 변형예에서, 발산 및 편향 빔은 기초 트랜스듀서 서브집합에 의해 개별 발생되는 적어도 2개의 비포커싱 및 편형 기본 빔들로부터 초래된다. 제2 변형예에서, 발산 및 편향 빔은 적어도 하나의 발산 및 편향 기본 빔으로부터 초래된다.

이들의 기울기와 무관하게 결함들의 존재를 검출하기 위해 단일 버스트를 생산하는데 사용될 수 있는 제2 실시예가 또한 설명되었다. 여기에서, 빔의 발산 특성은 시험 대상 튜브의 넓은 부분이 인소니파잉될 수 있다.

그 때마다, 센서의 대칭성은 기초 트랜스듀서 서브집합에 적용되는 지연 서브규칙을 계산하는데 사용된다.

버스트에 응답하여 수신된 초음파들은 결함 또는 결점의 존재로부터 초래되는 임의의 에코들을 검출하기 위해 프로세싱된다.

본 발명의 제1 전개에서, 수신된 초음파들을 프로세싱하는 것은 버스트 동안 초음파들을 방출하기 위해 제공되는 지연 규칙의 “반전”이라고 지칭되는 지연 규칙을 적용하는 것을 포함한다. 다시 말하면, 수신된 초음파들을 프로세싱하는 것은 센서의 각각의 기초 트랜스듀서(Ci,j)에서 수신된 신호에 특정 지연 값(Ri,j)을 적용하는 것을 포함한다. 수신 시의 지연 값(Ri,j)은 다음 수식을 이용하여 발산 시에 기초 트랜스듀서(Ci,j)에 적용된 지연 값(Ei,j)으로부터 계산된다.

Ri,j = max(Ei,j) - Ei,j

값(max(Ei,j))은 센서의 기초 트랜스듀서들(Ei,j)에 적용되는 지연 값들의 최대 지연 값을 나타낸다.

반전 지연 규칙의 계산은 스프레드시트를 이용하는 방출 지연 규칙의 계산을 허용했던 소프트웨어를 이용하여 실시되거나, 수동으로 실시될 수 있다. 이로 인해, 검사된 튜브 섹션에서, 버스트의 방향에 대응하는 방식으로 배향된 결함들 또는 결점들이 원칙적으로 검출된다. 또한, 일반적으로 가장 작은 신호 대 잡음비를 갖는 기본 빔의 개수에 의해 한정되는, 이 방향에 대해 약간 기울어진 결함들을 검출할 수 있다.

유리하게, 제2 전개에서, 수신된 초음파의 프로세싱은 문서 제WO03/050527호로부터 알려진 기법의 적용을 포함한다. 버스트마다, 수신 신호들은 여러 반전 지연 규칙들을 적용함으로써 처리되는데, 각각의 반전 지연 규칙은 기본 빔에 포함된 경사 값에 대응한다. 종래에, 이들 반전 지연 규칙들은 제WO03/050527호로부터 알려진 기법을 이용하여 계산된다. 일례로서, 다양한 경사 값들은 5°의 값만큼 서로 구분된다. 하나의 버스트 이후, 튜브의 검사 섹션에서 이 버스트로부터 초래되는 기본 빔에 포함된 상이한 경사로 배향된 결함들이 각 경우 실제 동일한 신호 대 잡음비를 이용하여 검출된다. 이러한 제2 전개에서, 배향이 버스트에 대응하는 초음파 빔의 개구에 포함되고 이 빔의 주 방향의 경사에 대해 기울어진 결함들은 더 우수한 신호 대 잡음비를 이용하여 검출된다. 다시 말하면, 제2 전개는 미세한 결함들의 검출을 개선한다. 다시 말하면, 이 경우, 디바이스는 더 우수한 해상력을 갖는다.

일례로서, 40°의 개각을 갖는 방출 빔을 이용하고, 5°의 개별 기울기들에 대응하는 지연 규칙들의 적용을 이용하여, 빔의 주 방향에 대한 0, ±5°, ±10°, ±15°, 및 ±20°에 기울어진 결함들이 특히 효과적으로 검출된다.

이하, 도 17, 도 18a, 및 도 18b를 참조한다.

이들 도면은 결함들의 가능한 배향들 전부를 검사하는데 사용되는 초음파 빔들 중 하나의 적어도 일부에 의해 충돌되는 “인소니피케이션” 구역들이라고 알려진 구역들을 나타낸다. 이들 도면은 시뮬레이션으로부터 초래된다.

도 17은 기준 구성에 대응한다. 이 구성에서, 72개의 버스트들이 매번 이전 버스트에 대해 5°의 경사를 갖는 방향으로 실시되었다. 도 17은 -6 데시벨의 인소니피케이션 구역(170), 또는 초점 구역을 도시하는데, 여기에 최대 에너지가 집중된다. 구역(170)은 타원형 고리 형태이고 실제 균일하다. 인소니피케이션 구역(170)은 대략 50밀리미터×30밀리미터를 측정한다.

도 18a는 사후 프로세싱 중에 “페인트브러쉬(paintbrush)” 기법이 적용되는 경우에 제1 실시예의 제1 변형예에 따른 구성에 대응한다. 파라미터(β)는 15°이다. 도 18a의 결과를 획득하기 위해 단지 8개의 버스트가 필요하다. 진폭들은 실제 모든 시선에 대해 균일하다. 도 18a는 거의 타원형 고리로서 나타나는 인소니피케이션 구역(180)을 도시한다. 인소니피케이션 구역(180)은 대략 50밀리미터×30밀리미터를 측정하는데, 도 17을 위한 기준 구역에 매우 가깝다.

도 18b는 사후 프로세싱 중에 소위 “페인트브러쉬” 기법이 적용되는 경우에 제2 실시예에 따른 구성에 대응한다. 빔은 25밀리미터에서 디포커싱된다. 도 18b는 외관상 타원형인 인소니피케이션 구역(185)을 도시한다. 데시벨 구역(185)은 대략 80밀리미터×60밀리미터를 측정하는데, 도 17을 위한 기준 구역에 가깝다. -6 데비벨에서의 구역은 제1 실시예를 위한 구역보다 넓다. 타원형의 중심부 또한 인소니파잉되지만, 이 구역은 튜브의 검사를 위해 덜 사용된다.

도 18a와 비교하면, 도 18b는 검사 방향들 전부에 대한 실질적으로 동일한 에너지 레벨에 대응하는 더 균일한 인소니피케이션 구역(185)을 도시한다.

도 18b와 비교하면, 도 18a는 인소니파잉되지 않은 타원형의 중심 구역을 도시하는데 이는 신호 대 잡음비가 더 우수하다는 것을 의미한다. 그러나, 제2 실시예는 더 빠른 검사 레이트를 제공한다.

제1 실시예의 제2 변형예에 대응하는 인소니피케이션 다이어그램이 도시되지 않았다. 이러한 도면은 도 17, 도 18a, 및 도 18b에 도시된 것보다 더 넓은 타원형 인소니피케이션 구역을 갖는다. 그 결과, 더 열악한 신호 대 잡음비 및 상대적 에너지 손실을 초래한다. 그러나, 도면은 시선들에서 더 큰 균일성을 가지며, 이는 검사를 용이하게 한다. 특히, 다양한 시선 사이의 에너지 차이를 보상하는 것이 불필요하다.

본 출원인은 당업계에 사용되는 보통의 진행 속도를 유지하면서, 단지 8개의 버스트에서 임의의 방식으로 배향된 결함들의 존재에 관해 만족스러운 방식으로 튜브를 시험하는데 성공했다.

생산 레이트들과 호환 가능한 속도로 임의의 기울기에서의 결함들의 존재에 관련하여 튜브를 시험하는데 사용된 수 있는 디바이스가 설명되었다. 이러한 속도 증가는 상이한 방향으로의 2개의 연속 버스트 사이의 튜브에 대한 센서의 재배치가 효과가 없다는 사실로부터 주로 초래된다. 논의 중인 디바이스에서, 시선마다, 초음파 빔들은 시선에 대해 발산하고 시험 대상 튜브의 외부 표면과 충돌함에 따라 합쳐지는 정사각형 다중 요소 센서의 개별 부분들에 의해 발생된다.

이 디바이스는 정사각형 패턴을 갖는 센서로 한정된다. 기초 트랜스듀서들이 직사각형 형상으로 조직된 센서를 이용한 균등한 방식으로 사용될 수 있다. 또한, 기초 트랜스듀서들이 원형으로 분포된 센서가 사용될 수 있다. 이 경우, 각각의 발산 빔에 전용하는 패턴의 부분들은 패턴의 각도 섹터에 대응한다. 일례로서, “CIVA”라고 알려진 것과 유사한 소프트웨어를 이용하여 계산될 수 있는 지연 규칙들을 이용하여 다양한 섹터에서 연속적인 버스트들이 생산될 수 있다.

본 발명은 또한 긴 야금 제품, 특히 튜브를 시험하기 위한 프로세스로서 간주될 수 있는데, 여기서 설명된 디바이스는 방향들(D1 내지 D8) 각각으로 발사하기 위해 반복적으로 사용된다.

본 발명은 또한 야금 제품을 시험하는 방법으로서 간주될 수 있는데, 여기서 초음파 버스트가 시간적 여기 규칙을 기초 트랜스듀서들에 적용함으로써 서로 독립적으로 동작 가능하고 2차원 패턴에 따라 분포되는 복수의 기초 트랜스듀서를 포함하는 초음파 센서의 도움으로 시선에서 생산되고, 이 시간적 여기 규칙은 복수의 기초 트랜스듀서의 적어도 하나의 서브집합 각각을 순차적으로 여기시키기 위한 하나 이상의 서브규칙을 포함하고, 각각의 서브규칙은 대응 서브집합의 기초 트랜스듀서들의 여기는 기본 초음파 빔을 생산하고, 서브규칙 또는 규칙들은 상기 버스트가 기초 트랜스듀서 서브집합들의 개별적인 기본 초음파 빔들로부터 초래되는 초음파 빔에 대응하도록 배열되고, 상기 최종 빔은 초음파 센서로부터 멀어짐에 따라 시선에 대해 발산한다.

20°의 각도(β) 값은 일례로서 방향(D1)으로의 버스트의 맥락에서 특히 설명되었다. 이 각도의 값은 기초 트랜스듀서의 사이즈의 함수로서 조정될 수 있다. 일례로서, 트랜스듀서들의 사이즈가 감소되면, 각도의 값은 증가될 수 있다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 패턴의 우선적인 방향에 대해 상호 대칭적으로 배치되는 기초 트랜스듀서들을 동시에 여기시키기 위해 일정한 방식으로 서브규칙들이 적용된다. 비록 정사각형 패턴의 대칭 축들이 우선 방향들로서 설명되었음에도 불구하고, 본 발명은 이러한 특정 실시예로 임의로 한정되지 않는다. 상이한 형상을 갖는 패턴들은 각각 이들 패턴을 위한 대응하는 우선 방향들을 갖는다. 일례로서, 트랜스듀서 소자들이 각도 섹터들로 구성되고, 일정 방사상 방향들에 대해 대칭적으로 배치되는데, 예를 들어 서로에 대해 120°로 기울어진 패턴은 이들 방사상 방향들을 우선 방향들로서 갖는다.

더 구체적으로, 정사각형 8요소×8요소 패턴에 따라 분포된 64개의 요소를 포함하는 매트릭스 형상을 갖는 초음파 센서가 설명되었다. 본 발명은 이 개수의 요소 또는 이 특정 패턴으로 한정되지 않는다. 그 때마다, 결함들의 존재에 대해 튜브의 수직 섹션을 검사하기 위해 초음파 버스트가 사용될 수 있다. 이 튜브의 전제 길이를 시험하기 위해, 튜브와 초음파 센서는 서로에 대해 변위 될 수 있다. 본 발명의 전개에서, 시험 대상 튜브의 수직 방향으로 서로 옆에 배치된 초음파 센서들을 사용할 수 있다. 서로에 대해 센서들을 동시에 동작시킴으로써, 센서 및 튜브의 상대적 위치마다, 이러한 튜브의 더 긴 섹션을 검사할 수 있다. 또 다른 전개에서, 다중 요소 어레이 초음파 센서를 사용할 수 있는데, 여기서 패턴은 기초 서브패턴으로 분해되었고, 각 서브패턴은 격리된 초음파 센서의 방식으로 다른 서브패턴들과 동시에 작동된다. 이는 시험 대상 튜브의 더 긴 부분이 검사되는 것을 의미한다. 일례로서, 이러한 타입의 초음파 센서는 직사각형의 8요소×32요소 패턴에 분포된 256개의 요소를 포함한다. 패턴의 긴 측이 튜브의 길이에 대응하도록 이 센서를 위치시킴으로써, 그 후 가상적으로, 각각이 8요소×8요소 정사각형인 8개의 다중 요소 정사각형 센서들이 튜브의 길이에 따라 배치된다. 그리고, 이들 8개의 센서는 버스트마다 튜브의 큰 길이를 검사하기 위해 동시에 작동될 수 있다.

본 발명은 단지 일례에 의해 전술된 실시예들로 한정되지 않지만, 당업자가 예상할 수 있는 임의의 변형예를 포괄한다.

부록 A.1: 제1 실시예, 제1 변형예에 대응하는 지연 값들(나노 초 단위)

부록 A.1.1 : 방향(D1)으로의 버스트

부록 A.1.2 : 방향(D3)으로의 버스트

부록 A.1.3 : 방향(D2)으로의 버스트

부록 A.1.4 : 방향(D4)으로의 버스트

부록 A.2: 제1 실시예, 제2 변형예에 대응하는 지연 값들(나노 초 단위)

부록 A.2.1 : 방향(D1)으로의 버스트

부록 A.2.2 : 방향(D3)으로의 버스트

부록 A.2.3 : 방향(D2)으로의 버스트

부록 A.3 : 지연 값들을 위한 전위 규칙들

부록 A.4: 제2 실시예에 대응하는 지연 값들(나노 초 단위)

부록 A.5 : 센서의 기초 트랜스듀서들을 위한 어드레싱 매트릭스

Claims (21)

1. 야금 제품들을 시험하기 위한 디바이스로서,
   서로 독립적으로 작동될 수 있고, 2차원 패턴(41)으로 분포되는 복수의 기초 트랜스듀서(9)를 포함하는 초음파 센서(5; 7; C);
   시선(a line of sight)에서 초음파 버스트에 대응하는 적어도 하나의 시간 규칙에 따라 상기 기초 트랜스듀서 각각을 여기할 수 있는 제1 전자 컴포넌트(27); 및
   상기 기초 트랜스듀서 각각에 의해 포착된 신호들의 적어도 일부를 프로세싱할 수 있는 제2 전자 컴포넌트 (31)를 포함하고,
   상기 시간 규칙 각각은 상기 초음파 센서로부터의 거리가 증가하면서 상기 대응 버스트가 상기 시선에 대해 일반적으로 발산하는 초음파 빔을 생산하도록 배열되는, 야금 제품 시험 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 시간 규칙 각각은 상기 기초 트랜스듀서들(9)의 적어도 하나의 개별 서브집합의 여기를 위한 적어도 하나의 시간적 서브규칙을 포함하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 기초 트랜스듀서 서브집합은 상기 패턴(41)의 각자의 부분에 대응하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
4. 제3항에 있어서, 상기 패턴 부분들은 전체적으로 상기 패턴의 파티션에 대응하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대응 서브집합의 기초 트랜스듀서들(9)의 여기는 개별 기본 초음파 빔을 생산하고, 상기 일반적으로 발산하는 초음파 빔은 기초 트랜스듀서들(9)의 서브집합들로부터 개별 기본 초음파 빔으로부터 초래하도록 상기 서브규칙 각각이 배열되는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 대응 기초 트랜스듀서들(9)의 여기는 하나 이상의 기본 빔을 생산하고, 상기 일반적으로 발산하는 초음파 빔은 상기 기본 초음파 빔(들)로부터 기인하도록 상기 시간 규칙 각각이 배열되는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
7. 제6항에 있어서, 상기 기본 빔 각각은 상기 초음파 센서로부터 이동함에 따라 상기 시선으로부터 발산하는 개별 방향으로 연장되는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 기본 빔 각각은 실질적으로 포커싱에서 벗어나는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 기본 빔 각각은 시선에서 디포커싱 되는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 대응하는 기초 트랜스듀서들(9)의 여기는 상기 사선에서 단일의 디포커싱 기본 초음파 빔을 생산하도록 상기 시간 규칙 각각이 배열되는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기본 빔들은 상호 인접한 이 표면의 개별 침입 구역들(penetration zones)에서 상기 시선에 대응하는 타깃 표면과 충돌하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기본 빔들은 상기 시선의 각 측에 실질적으로 동일한 각도로 기울어진 개별 방향들로 연장되는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시선 각각은 상기 패턴의 각자의 우선 방향(preferential direction)에 대응하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
14. 제13항에 있어서, 상기 우선 방향 각각은 상기 패턴의 대칭 축에 대응하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 패턴은 정사각형 또는 직사각형 형상의 어레이에 대응하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 기초 트랜스듀서는 상기 초음파 센서의 활성 표면 전역에 분포되고, 상기 시선 각각은 상기 패턴의 중심 위치에서 상기 활성 표면에 직각인 방향에 대해 기울어진 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 기초 트랜스듀서는 상기 초음파 센서의 활성 표면 전역에 분포되고, 상기 시선 각각은 상기 패턴의 적어도 중심 위치에서 상기 활성 표면에 직각인 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
18. 제4항에 있어서, 상기 패턴의 파티션은 상기 시선에 대응하는 상기 패턴의 대칭 축들에 대응하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시간 규칙들의 적어도 일부는 상기 패턴의 우선 방향에 대해 상호 대칭적으로 배치된 상기 기초 트랜스듀서들의 동시 여기를 위한 동일한 서브규칙들을 포함하는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시선들은 실질적으로 동일한 방식으로 서로에 대해 기울어져 있는 것인, 야금 제품 시험 디바이스.
21. 야금 제품들을 시험하기 위한 방법으로서,
    서로 독립적으로 작동될 수 있고, 2차원 패턴(41)에 따라 분포되는 복수의 기초 트랜스듀서들(9)을 포함하는 초음파 센서(5; 7; C)를 제공하는 단계;
    상기 초음파 센서로부터 멀어지면서 시선에 대해 일반적으로 발산하는 빔에 대응하는 초음파 버스트를 생산하기 위해 상기 기초 트랜스듀서들 각각을 여기시키는 단계; 및
    상기 초음파 버스트에 응답하여 상기 기초 트랜스듀서들 각각에 의해 캡처된 상기 신호들의 적어도 일부를 프로세싱하는 단계를 포함하는, 야금 제품 시험 방법.

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