KR20190051672A - 스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법 - Google Patents

스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190051672A
KR20190051672A KR1020170147558A KR20170147558A KR20190051672A KR 20190051672 A KR20190051672 A KR 20190051672A KR 1020170147558 A KR1020170147558 A KR 1020170147558A KR 20170147558 A KR20170147558 A KR 20170147558A KR 20190051672 A KR20190051672 A KR 20190051672A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
welding
area
array
ultrasonic
determining
Prior art date
Application number
KR1020170147558A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102009572B1 (ko
Inventor
권성근
Original Assignee
경일대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경일대학교산학협력단 filed Critical 경일대학교산학협력단
Priority to KR1020170147558A priority Critical patent/KR102009572B1/ko
Publication of KR20190051672A publication Critical patent/KR20190051672A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102009572B1 publication Critical patent/KR102009572B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G01N29/069—Defect imaging, localisation and sizing using, e.g. time of flight diffraction [TOFD], synthetic aperture focusing technique [SAFT], Amplituden-Laufzeit-Ortskurven [ALOK] technique
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/048—Marking the faulty objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

다양한 실시예들에 따른 스팟 용접 품질 판정 장치가, 초음파를 발생하는 초음파 발생기와, 송신 어레이 및 수신 어레이로 구성되는 초음파 센서 어레이를 포함하고, 수신 어레이는 피용접재의 스팟 용접된 면적의 크기를 가지는 어레이로 배열되는 초음파 수신센서들을 포함할 수 있으며, 송신 어레이가 용접 접합 부위에 초음파를 방사하고, 용접 면적에서 반사되는 초음파 에코신호들을 수신하여 병렬 출력하는 탐촉 프로브와, 탐촉 프로브에서 병렬 출력되는 초음파 에코 신호들을 2차원 이미지로 생성하며, 2차원 이미지를 분석하여 용접 면적을 설정하고, 설정된 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정하는 프로세서와, 용접 이미지 및 판정 결과를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.

Description

스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING A QUALITY OF SPOT WELDING}
본 발명은 초음파 신호를 이용하여 스팟 용접의 2차원 이미지를 획득하고, 획득된 이미지에 기반하여 용접 품질을 판정할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
용접의 비파괴 검사 방법은 초음파 신호를 용접 면에 방사(emission)하고, 용접면에서 반사되는 신호 및 투과되는 신호에 기반하여 접합 부위에 대한 특성을 파악하는 검사 방법이 될 수 있다. 종래의 초음파 비파괴 검사 방법은 에코 및 투과 신호의 크기 성분을 시간축 상에 표시하는 A-스캔 모드 검사 방법을 사용하고, A-모드 검사 방법에 의해 구해진 용접부의 너겟(nugget) 크기를 확인하여 용접 품질을 판정하였다. A-스캔 모드는 점 탐사 방법으로 A-스캔 모드를 통해 얻어진 신호는 용접 부위의 특징을 명확하게 나타내지 못하므로 용접 품질 판정은 비파괴 검사의 전문 지식을 가진 사람이 판정하였으며, 전문 지식이 없는 현장 엔지니어들이 용접부의 너겟 크기 등을 구별하는 것은 어렵다.
초음파 신호에 의한 스팟 용접의 비파괴 결함 검사(non-destructive flaw inspection)는 A-스캔모드의 신호에 기반하여 용접 접합 부위의 상태를 분석하는 방법이 주를 이루고 있다. A-스캔 모드를 통해 얻어진 신호는 고도의 정밀 검사자를 통해 검사가 이루어지며, 검사자의 주관에 따라 상이한 검사 결과가 도출될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 스팟 용접의 접합 품질을 자동으로 판정할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 복수 채널들의 어레이 배열들을 가지는 탐촉 프로브를 통해 용접 부위를 면 탐사하고, 면 탐사 결과를 2차원 이미지로 생성하여 자동으로 용접 품질을 판정할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 스팟 용접 품질 판정 장치가, 초음파를 발생하는 초음파 발생기와, 송신 어레이 및 수신 어레이로 구성되는 초음파 센서 어레이를 포함하고, 수신 어레이는 피용접재의 스팟 용접된 면적의 크기를 가지는 어레이로 배열되는 초음파 수신센서들을 포함할 수 있으며, 송신 어레이가 용접 접합 부위에 초음파를 방사하고, 용접 면적에서 반사되는 초음파 에코신호들을 수신하여 병렬 출력하는 탐촉 프로브와, 탐촉 프로브에서 병렬 출력되는 초음파 에코 신호들을 2차원 이미지로 생성하며, 2차원 이미지를 분석하여 용접 면적을 설정하고, 설정된 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정하는 프로세서와, 용접 이미지 및 판정 결과를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 스팟 용접 품질 판정 방법이, 초음파를 송신 어레이를 통해 스팟 용접된 접합 부위에 방사하는 단계와, 용접 부위에서 반사되는 초음파 에코신호를 용접 접합면의 크기를 가지는 수신 어레이를 통해 병렬 수신하는 단계와, 병렬 수신되는 초음파 에코 신호들에 기반하여 2차원 이미지를 생성하며, 생성된 2차원 이미지를 분석하여 용접 면적을 설정하는 단계와, 설정된 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정하는 단계와, 용접 이미지 및 판정 결과를 표시하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 스팟 용접 부위를 면탐사하여 2차원 이미지를 획득하고, 획득된 2차원 이미지를 분석하여 용접 품질을 자동으로 판정할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예 들에 따른 스팟 용접의 품질을 판정하는 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 다양한 실시예들에 따른 초음파 센서 어레이의 송신 어레이 및 수신 어레이 구성 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 용접 판정 장치의 구성을 도시하는 도면이다
도 4는 다양한 실시예들에 따른 용접 품질 판정장치가 초음판 센서 어레이의 출력을 분석하여 용접 품질을 판정하는 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 용접 판정 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 6은 다양한 실시예들에서 초음파 에코신호들에 기반하여 2차원 이미지를 생성하고, 생성된 이미지를 분석하는 절차를 도시하는 흐름도이다
도 7은 다양한 실시예들에 따른 용접 판정 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 1은 다양한 실시예 들에 따른 스팟 용접의 품질을 판정하는 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 피용접재(120)는 스팟 용접된 용접 부위(125)을 포함할 수 있다. 스폿 용접은 줄(Joule) 발열을 잘 이용한 방법으로, 용접된 금속판인 피용접재(120)를 겹쳐서 전극으로 가압하여 전압을 인가해서 전류를 흘리고 용접부를 줄 열에 의해 가열해서 용융시켜 피용접재를 야금적으로 접합하는 용접 방식일 될 수 있다. 스팟 용접은 일련의 용접공정이 자동적으로 행해지며, 단시간에 용접함으로써 가열영역이 용접부 근방에 한하기 때문에 피용접재의 열 비틀림이 적은 용접 방법이 될 수 있다. 예를들면, 스팟 용접은 자동차 제조 공장등에서 알루미늄 등과 같은 비철금속을 용접하는데 이용될 수 있다.
초음파 센서 어레이(110)는 송신 어레이(180) 및 수신 어레이(190)을 포함할 수 있다. 초음파 센서 어레이(110)는 탐촉 프로브(transducer or probe)가 될 수 있다. 송신 어레이(180)는 초음파 발생기(130)에서 발생되는 초음파를 피용접재(120)의 용접 부위(125)에 방사할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 송신 어레이(180)는 초음파 발생기를 포함할 수 있다. 초음파 발생기는 피용접재(spot 용접 제품)(120)의 용접 부위(125)에 방사될 초음파(Ultrasonic, ultrasound)를 생성할 수 있다. 초음파는 음파보다 높은 주파수로서, 다양한 실시예들에서는 1-20MHz의 주파수를 사용할 수 있다. 예를들면, 용접 부위를 탐사하기 위한 초음파는 5MHz를 사용할 수 있다.
수신 어레이(190)는 M*N 개의 수신 센서 어레이로 구성될 수 있으며, 수신 센서 어레이의 크기는 용접 부위(125)의 크기(용접 면적) 또는 그 이상의 크기를 갖도록 수신 센서들이 배열될 수 있다. 수신 어레이(190)는 송신 어레이(180)에서 방사된 초음파들이 용접부위(125)에서 반사되는 에코신호들을 수신할 수 있으며, 수신되는 에코신호들을 각각 전기신호 변환하여 출력할 수 있다. 수신 어레이(190)에서 검출되는 에코신호들은 2차원의 면 사신호가 될 수 있으며, 검출되는 신호들을 병렬 형태로 용접 판정장치(100)에 전달될 수 있다.
용접 판단장치(100)은 수신 어레이(190)에서 출력되는 면 탐사신호를 각각 처리하며, 처리된 신호들을 2차원 이미지로 생성하고, 생성된 2차원 이미지들을 분석하여 용접 품질을 자동으로 판정할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 다양한 실시예들에 따른 초음파 센서 어레이의 송신 어레이 및 수신 어레이 구성 예를 도시하는 도면이다.
다양한 실시예들에 따르면, 초음파 센서 어레이는 52 채널 이상의 배열을 갖는 표준형 수직 탐촉 프로브로 구현할 수 있다. 예를들면, 초음파 센서 어레이는 표면에 평행하게 생성된 결함 검출이 가능한 탐촉 프로브로서, 무선으로 용접 부위의 면적을 측정하기 위한 탐촉 프로브, 신호 검출 및 무선 통신을 위한 탐촉자를 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 64 채널(m=8, n=8) 센서 어레이의 구성 예를 도시하고 있다. 초음파 센서 어레이의 송신 어레이 및 수신 어레이는 동일한 수의 셀들로 구성할 수 있으며, 또는 서로 다른 수의 셀들로 구성할 수 있다. 송신 어레이의 셀은 초음파 발생기가 될 수 있으며, 수신 어레이의 셀은 초음파 수신 센서가 될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 도 2a에 도시된 바와 같이 송신어레이(220)는 적어도 하나의 초음파 발생기를 센서 어레이의 중앙 위치에서 X 방향으로 일정 피치 간격으로 배열하고, 각 초음파 발생기들은 측정 대상인 용접 부위를 향해 초음파 신호를 방사할 수 있다. 수신 어레이(210)는 8*8개의 수신 센서들을 일정 피치 간격으로 배열하며, 각각의 위치에서 측정 대상의 용접 부위로부터 반사되는 초음파(에코신호)를 수신할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 도 2b에 도시된 바와 송신 어레이의 초음파 발생기(221-225)들을 센서 어레이의 적절한 위치에 분산 배치하고, 각 초음파 발생기들은 측정 대상인 용접 부위를 향해 초음파를 방사할 수 있다. 이때 초음파 발생기들의 배열 위치가 센서 어레이에 적절하게 분산 배치되어 용접 부위의 전체 영역에 균등하게 방사할 수 있다. 그리고 수신 어레이(210)는 8*8개의 수신 센서들을 일정 피치 간격으로 배열하며, 각각의 위치에서 측정 대상의 용접 부위로부터 반사되는 초음파(에코신호)를 수신할 수 있다.
초음파 센서 어레이는 수신센서의 수에 대응되는 수(예를들면 64개)로 수신회로를 구비할 수 있으며, 각 수신회로는 수신되는 각각 수신되는 정현파 신호를 증폭한 후 피크 위치의 정현파 신호를 샘플앤홀드하는 회로들을 포함할 수 있다. 또한 초음파 센서 어레이는 노이즈 필터 및 서지 보호부를 포함할 수 있다. . 정밀계측을 위해서 64채널의 센싱 시 의도치 않은 전도 노이즈 발생을 최소화하기 위한 필터를 포함할 수 있다. 외부 인터페이스나 전원의 순간 높은 전압으로부터의 회로 보호와 오동작을 방지하기 위한 서지 보호부를 포함할 수 있다.
도 3은 다양한 실시예들에 따른 용접 판정 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 초음파 센서 어레이(310)는 송신 어레이 및 수신 어레이를 포함할 수 있다. 송신 어레이는 적어도 하나의 초음파 발생기를 구비하며, 피용접재의 용접 부위에 초음파를 방사할 수 있다. 수신 어레이는 복수의 수신 센서들을 포함할 수 있으며, 수신 센서들은 용접 부위에서 반사되는 초음파신호들을 각각 수신할 수 있다. 수신 어레이의 수신 센서들은 용접 부위의 사이즈(용접 면적) 또는 그 이상의 크기를 가지는 사이즈로 배열되어 배치될 수 있다. 초음파 센서 어레이(310)은 탐촉 프로브로서, 피용접재의 용접 부위(예를들면 도 1의 용접 부위(125)와 수직으로 설정거리 이격된 곳에 위치될 수 있으며, 송신 어레이(예를들면 도 1의 송신어레이(180))는 용접부위(125)의 전체 영역에 초음파들을 방사할 수 있도록 배치될 수 있으며, 수신 어레이(예를들면 도 1의 수신 어레이(190))의 각 수신센서들은 용접부위(125)의 전체 영역에서 반사되는 에코신호들을 수신할 수도 있도록 배열되어 배치될 수 있다.
메모리(320)는 다양한 실시예들에 따른 용접 품질을 비파괴 검사 방식으로 판정하기 위한 프로그램들을 저장할 수 있다. 또한 메모리(320)는 비휘발성 메모리 및/또는 휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 운영체제 또는 응용 프로그램을 구동하여 프로세서에 연결된 다수의 하드웨어 또는 소프트웨어 구성요소들을 제어할 수 있다.
입력부(340)는 용접 품질 판정 장치의 동작을 제어하기 위한 명령 및 데이터들을 입력할 수 있으며, 표시부(330)은 용접 부위의 이미지와 판정 정보들을 표시할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 프로세서(300)는 초음파 센서 어레이(310)에서 병렬 출력되는 에코신호들을 각각 획득할 수 있으며, 획득된 신호들을 처리하여 2차원 이미지로 합성하고, 합성된 2차원 이미지들을 분석하여 용접 품질들을 판정할 수 있다. 프로세서(300)는 초음파 센서 어레이(310)의 수신 어레이를 라인 단위 또는 설정된 수의 라인 단위로 스캔하여 초음파 에코신호들을 병렬 수신할 수 있으며, 또는 수신 어레이의 전체 초음파 에코신호를 한번에 수신할 수 있다. 프로세서(300)은 내부의 신호 획득부의 수에 기반하여 스캔 단위(수신 센서들의 수)를 설정할 수 있다. 프로세서(300)은 수신되는 에코신호들을 획득하고, 획득된 신호들을 2차원 이미지로 생성하고, 생성된 2차원 이미지에 포함된 잡음을 제거한 후, 2차원 이미지를 분석하여 용접 부위 영역(용접 영역)을 설정하고, 설정된 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정할 수 있다.
도 4는 다양한 실시예들에 따른 용접 품질 판정장치가 초음판 센서 어레이의 출력을 분석하여 용접 품질을 판정하는 구성을 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 신호획득부(410)는 초음파 센서 어레이(310)에서 출력되는 초음파 에코 신호를 획득할 수 있다. 신호획득부(410)는 병렬 입력되는 각 에코신호들을 인식하고, 인식된 에코신호들을 분류할 수 있다. 예를들면, 신호 획득부(410)은 인식된 에코신호의 세기(에너지 세기)에 기반하는 파형의 특성에 따라 에코신호들을 분류할 수 있다. 예를들면 신호획득부(410)는 에코신호들은 bottom echo, surface echo, defect echo 등으로 분류할 수 있다.
이미지 생성부(420)는 신호획득부(410)에서 출력되는 신호들을 기반으로 2D 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 생성부(420)에서 생성되는 2차원 이미지의 해상도는 수신 어레이들의 센서 간격 및 센서들의 수에 비례하여 생성될 수 있다. 이미지 생성부(420)는 거리에 따른 1차원 신호의 크기에 따른 공간상 2D 신호를 매핑할 수 있으며, 용접봉 흔적, 용접 너겟, 재질 내부 결함, 및 절삭 표면 (milled surface)의 2차원 신호 형성할 수 있다. 또한 이미지 생성부(420)는 신호의 지연 및 수신 센서들의 어레이 좌표에 따른 인접 영역 값 매칭하여 2차원 이미지를 생성할 수 있다
프로세서는 잡음제거부(430)을 더 포함할 수 있다. 잡음 제거부(430)는 초음파 에코 신호들에 의해 생성된 2차원 이미지의 노이즈 성분을 모델링할 수 있다. 초음파 2차원 이미지는 초음파 센서 어레이(예를들면, 프로브 내의 트랜스듀서)에서 발생하는 노이즈, 검사 대상 물체(예를들면 피용접재의 용접 부위)로부터 반사되어 발생하는 노이즈가 존재할 수 있으며, 이런 노이즈로 인해 초음파 이미지를 분석하는에 영향을 미칠 수 있다. 다양한 실시예들에서 초음파 에코 신호에 존재하는 노이즈들을 모델링하고, 이들을 제거할 수 있는 잡음 제거부의 노이즈 제거 필터를 설계할 수 있다. 먼저 초음파 에코 이미지를 노이즈를 모델링한 후, 상가성 노이즈(multiplicative noise)를 제거하기 위한 Wiener 필터를 설계하고, 상승성 노이즈(additive noise)를 제거하기 위하여 는 웨이블릿 변환 영역에서 다해상도 영상의 밴드별 2D GARCH-GG 모델에 따른 MAP 예측기를 설계할 수 있다. 잡음 제거부(430)는 Wiener 필터 및 MAP 예측기를 구비하여 2차원 이미지 내에 포함된 노이즈 성분들을 제거할 수 있다.
프로세서(300)는 이미지 분할부(440)을 더 포함할 수 있다. 이미지 분할부(440)는 잡음이 제거된 2차원 이미지를 분할(segmentation)할 수 있다. 이미지 분할부(440)는 이미지의 밝기 값(intensity value) 값에 기반하여 이미지를 너겟, 용접 흔적, 결합, HAZ 등의 영역들로 분할하고, 분할된 영역들에 각각 서로 다른 컬러를 적용하여 너겟(nugget), 용접 흔적, HAZ(heat affected zone) 등을 구분할 수 있도록 할 수 있다.
이미지 인식부(450)는 2차원 이미지에서 용접 부위의 영역(용접 면적)을 인식할 수 있다. 이미지 인식부(450)는 2차원 이미지로부터 실제 용접이 이루어진 용접 면적을 인식할 수 있다. 인식되는 영역은 너겟, 용접자국(흔적) 및 HAZ 영역들을 각각 인식할 수 있다. 이미지 인식부에서 인식되는 용접 용역은 너겟 영역, 너겟 및 용접자국을 포함하는 영역 또는 너겟, 용접자국, HAX 영역을 모두 포함하는 영역으로 설정할 수 있다.
판정부(460)는 이미지 인식부(450)에서 인식된 용접 영역에 기반하여 용접 품질을 판단할 수 있다. 판정부(460)는 용접 면적의 상한을 판단하기 위한 제1기준값TH1 및 하한을 판단하기 위한 제2 기준값 TH2를 구비할 수 있다. 판정부(460)는 이미지 인식부(450)에서 인식된 용접 면적을 제1 및 2 기준값과 비교하여 용접 품질을 판정할 수 있다. 예를들면, 용접 면적이 제1 기준값보다 크거나(용접 면적이 설정 크기보다 큰 경우) 제2 기준값 보다 작으면(용접 면적이 설정 크기보다 작은 경우) 비정상 용접(용접 불량)으로 판정하고, 제1 기준값 및 제2 기준값 사이의 용접 면적을 가지면 정상적인 용접으로 판정할 수 있다.
또한 판정부(460)는 용접 면적의 장축 및 단축을 구하고, 장축 대 단축의 비율이 설정비율 이내의 값을 가지면 정상 용접으로 판정하고, 설정 비율을 벗어나는 값을 가지면 비정상 용접으로 판정할 수 있다. 예를들면, 용접 면적의 장축 대 단축의 값이 설정된 비율 이내의 값을 가지면 용접 면적은 원형 형태에 근접하여 된 경우이며, 설정된 비율을 벗어나는 값을 가지면 타원(또는 직사각형)의 형태를 가지는 경우가 될 수 있다.
다양한 실시예들은 스팟 용접된 부위를 비파괴 방식으로 검사하여 용접 품질을 자동으로 판정할 수 있다. 용접 부위(도 1의 용접부위(125))의 이미지를 획득하기 위한 탐촉 프로브를 초음파 센서 어레이(예를들면, 도 1의 초음파 센서 어레이(110), 도 3의 초음파 센서 어레이(310))로 구성하고, 초음파 센서 어레이는 M*N 센서 어레이로 구성될 수 있으며, 사이즈는 용접 부위의 영역(용접 면적)을 탐사할 수 있는 크기로 구현할 수 있다. 또한 초음파 센서 어레이는 용접 부위에서 수직 방향으로 설정거리 이격되어 위치될 수 있다. 스팟 용접 후, 용접 판정 장치(예를들면 도 1의 용접 판정 장치(100) 또는 도 3의 프로세서(300))는 초음파 센서 어레이를 통해 M*N 센서에서 출력되는 초음파 에코신호들을 병렬 수신하고, 병렬 수신된 에코신호들에 기반하여 2차원 이미지를 생성하며, 2차원 이미지를 분석하여 용접 품질을 판정할 수 있다.
도 5는 다양한 실시예들에 따른 용접 판정 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 스팟 용접 장치는 피용접재에 스팟 용접을 실행할 수 있다. 스팟 용접이 이루어지면, 초음파 센서 어레이는 511 단계에서 스팟 용접된 전체 영역에 초음파를 방사할 수 있다. 초음파 센서 어레이의 수신 센서들은 방사된 초음파의 반사 신호(에코신호)를 각각 수신할 수 있으며, 수신된 에코신호들을 전기 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 프로세서는 513단계에서 초음파 어레이 센서의 수신 센서들에서 출력되는 초음파 에코 신호들을 수신할 수 있으며, 515 단계에서 수신된 에코신호들에 기반하여 2차원 이미지를 생성하고, 생성된 2차원 이미지를 분석하여 스팟 용접된 용접 부위 영역(용접 면적)을 설정할 수 있다. 용접 면적을 설정한 후, 프로세서는 517 단계에서 용접 면적 및 비율을 분석하여 용접 품질을 판정할 수 있다.
도 6은 다양한 실시예들에서 초음파 에코신호들에 기반하여 2차원 이미지를 생성하고, 생성된 이미지를 분석하는 절차를 도시하는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 프로세서는 611 단계에서 초음파 센서 어레이의 수신 센서들에서 출력되는 초음파 에코신호를 획득(acquisition)할 수 있다. 스팟 용접이 수행되면, 용접 면적은 용접봉 흔적(spot indentiation), 용접 너겟(spot nugget), 재질내부 결합(internal flaw) 등으로 분류될 수 있으며, 이런 특징에 따라 반사되는 초음파 에코신호들의 세기(에너지 성분)도 다른 형태로 획득될 수 있다. 예를들면, 초음파 센서의 수신 센서들이 64개(8*8)로 이루어진 경우, 프로세서는 611 단계에서 84개의 1차원 초음파 에코신호를 인식하고, 인식된 신호들의 에너지 성분에 기반하여 에코 성분(예를들면, buttom echo, surface echo, defect echo 등)을 분류할 수 있다.
초음파 센서 어레이의 수신 센서들에서 출력되는 1차원 초음파 신호들을 획득한 후, 프로세서는 613단계에서 획득된 초음파 신호들을 합성하여 2차원 이미지를 생성할 수 있다. 프로세서는 초음파 센서 어레이의 수신센서들의 수평 위치 및 수직 위치에 기반하는 수평 동기(horizontal sync) 및 수직 동기(vertical sync)를 예측하여 2차원 이미지를 생성할 수 있다.
2차원 이미지를 생성한 후, 프로세서는 615 단계에서 생성된 2차원 이미지에 포함된 잡음 성분들을 제거할 수 있다. 생성된 2차원 이미지는 초음파 센서 어레이에서 발생되는 노이즈 및 피용접재로부터 반사되어 발생되는 노이즈들이 포함될 수 있다. 프로세서는 초음파 에코신호에 존재하는 노이즈들을 모델링하여 노이즈들을 제거할 수 있는 필터들을 포함할 수 있다. 예를들면, 프로세서는 모델링 결과에 기반하여, 상가성 노이즈는 Wiener 필터를 통해 제거하고, 상승성 노이즈는 웨이블릿 변환 영역에서 다해상도 영상의 밴드별 2D GARCH-GG 모델에 따른 MAP 예측기를 통해 제거할 수 있다.
노이즈를 제거한 후, 프로세서는 617 단계에서 이미지들의 밝기에 기반하여 용접 면적을 분할할 수 있다. 생성된 2차원 이미지는 초음파 에코신호의 수신 세기 값(intensity value)에 따라 다른 밝기 값을 가질 수 있다. 프로세서는 2차원 이미지에서 화소들의 밝기 값에 따라 설정된 단계로 분할하는 양자화 기능을 수행하고, 유사 밝기 값에 따른 형태학 기법(morphological processing)과 침식(dilation) 및 팽창(erosion) 알고리듬을 적용하여 용접 면적을 분할할 수 있다. 이때 분할은 너겟(nugget), 용접 흔적(spot indentitation), 결함(defect). HAZ(heat affected zone) 등의 영역으로 구분하여 분할할 수 있으며, 분할된 각 영역들에 서로 다른 컬러를 적용하여 표현할 수 있다.
이미지를 분할한 후, 프로세서는 619 단계에서 2차원 이미지에서 너겟, 용접 흔적, 결함, HAZ 등의 영역을 인식하고, 이를 기반하여 용접 영역의 사이즈를 설정할 수 있다.
용접 영역의 사이즈를 설정한 후, 프로세서는 621 단계에서 설정된 용접 영역의 면적 및 비율을 기반으로 용접 품질을 판정할 수 있다.
도 7은 다양한 실시예들에 따른 용접 판정 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 프로세서는 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정하기 위한 제1 기준값 Th1 및 제2 기준값 Th2를 구비할 수 있으며, 용접 면적의 비율에 기반하여 용접 품질을 판정하기 위한 기준 비율값을 포함할 수 있다. 프로세서는 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정할 수 있으며, 용접 면적의 비율에 기반하여 용접 품질을 판정할 수 있으며, 또는 용접 면적 및 비율에 기반하여 용접 품질을 판정할 수 있다. 다양한 실시예들에서는 용접 면적 및 비율에 기반하여 용접 품질을 판정하는 것을 예로들어 설명될 것이다.
프로세서는 711 단계에서 용접 영역을 설정한 후, 713 단계에서 용접 면적과 제1 기준값 Th1을 비교할 수 있다. 제1 기준값 Th1은 용접 면적의 상한 기준값이 될 수 있으며, 제2 기준값 Th2는 용접 면적의 하한 기준값이 될 수 있다. 용접 면적이 제1 기준값 Th1보다 크면 용접 면적이 설정된 상한 크기보다 더 큰 상태이며, 프로세서는 713 단계에서 이를 인식하고, 721 단계에서 용접 품질을 불량으로 판정할 수 있다. 또한 용접 면적이 제2 기준값 Th2보다 크면 용접 면적이 설정된 한한 크기보다 더 작은 상태이며, 프로세서는 715 단계에서 이를 인식하고, 721 단계에서 용접 품질을 불량으로 판정할 수 있다. 그리고 용접 면적이 제1 기준값 Th1 이하이고 제2 기준값 Th2 이상의 값을 가지면, 용접 면적이 설정된 범위 내의 크기를 가지는 경우이며, 프로세서는 713 단계 및 715 단계에서 이를 인식하고 용접 면적의 크기가 정상 크기임을 인식할 수 있다. 이때 용접 면적의 비율을 판단하지 않는 경우, 프로세서는 용접 품질을 정상으로 판정할 수 있다.
용접 면적의 비율을 판단하는 경우, 프로세서는 717 단계로 진행하여 용접 면적의 장축 및 단축을 설정하고 그 값을 구할 수 있다. 일반적으로 용접 면적은 원형이 될 수 있으며, 용접 불량인 경우 타원의 형태를 가질 수 있다. 따라서 장축 및 단축의 값이 유사한 값을 가지면 정상적으로 용접이 된 상태가 될 수 있으며, 두 값의 차이가 크면 용접 불량 상태가 될 수 있다. 프로세서는 717 단계에서 장축 및 단축의 값을 구한 후, 719 단계에서 장축 대 단축의 비율이 설정된 기준 비율 값의 범위 내의 값을 가지는가 검사하며, 설정 범위 내의 비율을 가지면 723단계에서 용접 품질을 정상으로 판정하고, 설정 범위를 벗어나는 비율을 가지면 721 단계에서 용접 품질을 불량으로 판정할 수 있다.
용접 품질을 판정한 후, 프로세서는 725 단계에서 용접 이미지와 함께 판정된 용접 품질의 결과를 표시부를 통해 표시할 수 있다. 용접 품질의 결과를 표시할 때, 프로세서는 용접 면적 및/또는 용접 면적의 장축 대 단축 비율 값을 더 표시할 수도 있다.
이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (6)

  1. 스팟 용접 품질 판정 장치에 있어서,
    초음파를 발생하는 초음파 발생기;
    송신 어레이 및 수신 어레이로 구성되는 초음파 센서 어레이를 포함하고, 상기 수신 어레이는 피용접재의 스팟 용접된 면적의 크기를 가지는 어레이로 배열되는 초음파 수신센서들을 포함할 수 있으며, 상기 송신 어레이가 상기 용접 접합 부위에 초음파를 방사하고, 용접 면적에서 반사되는 초음파 에코신호들을 수신하여 병렬 출력하는 탐촉 프로브;
    탐촉 프로브에서 병렬 출력되는 초음파 에코 신호들을 2차원 이미지로 생성하며, 2차원 이미지를 분석하여 용접 면적을 설정하고, 설정된 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정하는 프로세서; 및
    상기 용접 이미지 및 판정 결과를 표시하는 표시부를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    프로세서는
    용접 영역의 면적을 구하고, 용접 면적이 설정된 기준 면적의 범위를 벗어나면 용접 불량으로 판정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용접 면적의 장축 및 단축을 계산하며, 상기 장축 및 단축의 비율이 기준 비율 값을 초과하면 용접 불량으로 판정하는 장치.
  4. 스팟 용접 품질 판정 방법에 있어서,
    초음파를 송신 어레이를 통해 스팟 용접된 접합 부위에 방사하는 단계;
    용접 부위에서 반사되는 초음파 에코신호를 용접 접합면의 크기를 가지는 수신 어레이를 통해 병렬 수신하는 단계;
    병렬 수신되는 초음파 에코 신호들에 기반하여 2차원 이미지를 생성하며, 생성된 2차원 이미지를 분석하여 용접 면적을 설정하는 단계;
    설정된 용접 면적에 기반하여 용접 품질을 판정하는 단계; 및
    상기 용접 이미지 및 판정 결과를 표시하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    용접 품질을 판단하는 단계는
    상기 용접 면적을 구하는 단계;
    용접 면적이 설정된 기준 면적의 범위를 벗어나면 용접 불량으로 판정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 용접 품질을 판단하는 단계는
    용접 면적의 장축 및 단축을 계산하는 단계;
    상기 장축 및 단축의 비율이 설정된 기준 비율 값을 초과하면 용접 불량으로 판정하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020170147558A 2017-11-07 2017-11-07 스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법 KR102009572B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170147558A KR102009572B1 (ko) 2017-11-07 2017-11-07 스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170147558A KR102009572B1 (ko) 2017-11-07 2017-11-07 스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190051672A true KR20190051672A (ko) 2019-05-15
KR102009572B1 KR102009572B1 (ko) 2019-08-09

Family

ID=66579865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170147558A KR102009572B1 (ko) 2017-11-07 2017-11-07 스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102009572B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021085254A1 (ja) * 2019-10-30 2021-05-06 株式会社 東芝 処理システム、処理方法、プログラム、及び記憶媒体

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH112627A (ja) * 1997-06-13 1999-01-06 Hitachi Constr Mach Co Ltd スポット溶接検査装置及びスポット溶接検査方法
JP2005351864A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Toshiba Corp ３次元超音波画像化装置
KR20120096621A (ko) * 2011-02-23 2012-08-31 주식회사 엘지화학 초음파 용접의 강도 검사 방법 및 장치
KR20140118574A (ko) * 2013-03-29 2014-10-08 경일대학교산학협력단 비파괴 검사를 위한 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH112627A (ja) * 1997-06-13 1999-01-06 Hitachi Constr Mach Co Ltd スポット溶接検査装置及びスポット溶接検査方法
JP2005351864A (ja) * 2004-06-14 2005-12-22 Toshiba Corp ３次元超音波画像化装置
KR20120096621A (ko) * 2011-02-23 2012-08-31 주식회사 엘지화학 초음파 용접의 강도 검사 방법 및 장치
KR20140118574A (ko) * 2013-03-29 2014-10-08 경일대학교산학협력단 비파괴 검사를 위한 장치 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021085254A1 (ja) * 2019-10-30 2021-05-06 株式会社 東芝 処理システム、処理方法、プログラム、及び記憶媒体
JP2021071377A (ja) * 2019-10-30 2021-05-06 株式会社東芝 処理システム、処理方法、プログラム、及び記憶媒体

Also Published As

Publication number Publication date
KR102009572B1 (ko) 2019-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105699492B (zh) 一种用于焊缝检测的超声成像方法
JP5535044B2 (ja) 被検体の超音波無破壊試験のための回路装置
CA2469742C (en) Method and apparatus for assessing the quality of spot welds
US6823736B1 (en) Nondestructive acoustic emission testing system using electromagnetic excitation and method for using same
US9759692B2 (en) System and method of dynamic gating in non-destructive weld inspection
Bevan et al. Experimental quantification of noise in linear ultrasonic imaging
KR101774514B1 (ko) 불규칙들을 측정할 때 saft 분석을 개선하기 위한 방법 및 디바이스
JP2011257384A (ja) 溶接部の組織形状の画像化方法及びその装置
US9194842B2 (en) Thermal acoustic imaging methods, systems, and apparatus for detecting defects in an object
KR20190081614A (ko) 초음파를 이용한 용접부의 용접품질 검사 시스템
KR20190051672A (ko) 스팟 용접 품질 판정 장치 및 방법
KR20130089353A (ko) 스폿용접부의 신뢰성 검사가 가능한 스폿용접기
US20140305219A1 (en) Conical ultrasonic probe
CN111458415A (zh) 一种超声相控阵换能器与待测工件耦合状态的检测方法
CN116380890A (zh) 一种基于视觉和超声检测的车身焊点检测方法
JP2020153750A (ja) 検査方法、検査装置、検査システム及びコンピュータプログラム
US20140260628A1 (en) Ultrasonic examination of components with unknown surface geometries
KR102157337B1 (ko) 비접촉식 초음파/화상 자동 검사 장치
CN111047547B (zh) 一种基于多视图tfm的联合缺陷定量方法
JP2018132480A (ja) 非接触音響解析システム
JP6223864B2 (ja) 超音波探傷方法
JP2015097619A (ja) 超音波診断装置及び超音波診断装置用のプログラム
JPS6229023B2 (ko)
US20210215641A1 (en) Method and device for nondestructively acoustically examining at least one region of a component of a turbomachine for segregations
KR920007199B1 (ko) 비파괴 검사방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant