KR20210129330A - 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치 및 방법 - Google Patents

압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 이는 레이저 빔을 발생 및 출력하는 레이저 발생기; 상기 레이저 발생기를 동작 제어하는 레이저 제어부; 소정 면적을 가지는 면상 형태로 구현되며, 검사 시편에 조사된 레이저 빔에 의해 발생된 초음파를 센싱 및 출력하는 압전 라인 센서; 상기 검사 시편 상에서의 레이저 빔 조사 위치를 순차 가변하는 검류계 스캐너; 및 상기 압전 라인 센서의 센싱 신호들을 수집 및 분석하여 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 초음파 전파 영상을 생성하고, 상기 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 상기 초음파 전파 영상에 기반한 결함 검출 동작을 수행하는 메인 제어부를 포함할 수 있다.

Description

압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치 및 방법{Apparatus and method for defect inspection based on laser ultrasound using piezoelectric line sensor}
본 발명은 면적 단위로 초음파 신호를 센싱할 수 있는 압전 라인 센서를 이용하여 보다 간단하고 신뢰성있는 결함 검사가 수행될 수 있도록 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 수십 년 동안 복합재료가 항공우주, 자동차 및 그 밖의 많은 엔지니어링 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 복합재료는 높은 강성, 높은 비강도, 내 부식성 및 피로 저항성과 같은 많은 장점을 가지고 있다.
그러나 낮은 에너지 충격으로 인한 손상은 외부에서는 잘 보이지 않지만 내부에서 박리 및 기타 결함이 발생할 수 있기 때문에 구조물의 안전과 신뢰성에 위험을 초래한다. 따라서 결함을 탐지하기 위해 비파괴 검사(NDT)가 수행되어야 한다.
비파괴 검사는 산업계 전반에서 활발하게 이용되는 기술 분야로 매우 중요하고 필수적인 것으로서 다양한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 비파괴 검사 기법은 다양한 종류의 웨이브를 이용하여 대상을 투과하여 얻어지는 신호를 획득하여 분석 또는 가시화를 하는 것으로서, X선, 초음파, Electro-magnetic파, 적외선 등을 이용한 검사 기법이 대표 기술이 될 수 있다.
예를 들어, 초음파를 이용한 비파괴 검사의 경우 초음파를 대상물에 조사하여 투과되어 나온 초음파는 투과되는 대상과 결함의 종류에 따라 흡수 반사되는 에너지가 달라져서 이를 이용하여 3차원 대상물에 대한 2차원 투영 또는 반사 영상을 얻을 수 있다.
X선을 이용한 비파괴 검사는 X선을 검사 시편에 조사하여 얻어진 투시 영상은 3차원 물체에 대한 X, Y 평면에 대한 2차원(투시) 영상만 획득할 수 있다.
3차원 물체에 대한 깊이 정보 영상을 얻기 위해 X선의 투영 영상 각도를 다양하게 하여 데이터를 취득하고 이 영상들을 재구성하여 내부 단층 정보를 보여주는 CT(Computed Tomography, 컴퓨터 단층 영상)와 광학적인 일치도 차이를 이용한 OCT(Optical Cohernece Tomography, 광간섭 단층 영상) 등의 기술이 상용화되어 사용되고 있다.
초음파를 이용한 단층 촬영 방법은 구조물 표면에서 초음파를 발생하여 깊이 방향으로 진행하는 신호의 반사 신호를 얻고, 이를 재구성하여 단층 영상을 얻는 방법을 통해 복합재료의 내부 결함을 검사하기 위한 기술이 개발되어 있다.
레이저 초음파를 이용한 비파괴 검사는 레이저 발생장치에서 발생된 레이저가 검사 시편의 표면에 조사되어 조사된 부위에서 열팽창이 발생하고 열탄성 효과에 의해 초음파가 발생한다. 이때 발생된 초음파를 접촉 또는 비접촉 센서를 이용하여 초음파를 검출하여 진폭, 주파수, 파수 등의 요소를 통하여 결함의 유무를 판별한다.
다만, 종래의 비파괴 검사는 단일 압전 센서 또는 다중 채널 압전 센서를 이용하여 수행되는데, 단일 압전 센서의 경우 센싱 영역의 범위가 제한되며, 다중 채널 압전 센서는 설치를 위해 많은 센서, 대규모 배선 및 많은 채널링 장비가 필요하는 단점이 있다. 또한 결함으로 인해 신호가 왜곡되거나, 여러 센서를 설치할 때 센서의 위치에 따라 신호를 취득할 수 없는 영역이 발생하거나, 또는 센서들의 영역이 겹치는 경우도 발생하여 센서의 효율이 떨어어지는 단점도 추가적으로 가진다.
이에 본 발명에서는 면적 단위로 초음파 신호를 센싱할 수 있는 압전 라인 센서를 이용하여 보다 간단하고 신뢰성있는 결함 검사가 수행될 수 있도록 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저 빔을 발생 및 출력하는 레이저 발생기; 상기 레이저 발생기를 동작 제어하는 레이저 제어부; 소정 면적을 가지는 면상 형태로 구현되며, 검사 시편에 조사된 레이저 빔에 의해 발생된 초음파를 센싱 및 출력하는 압전 라인 센서; 상기 검사 시편 상에서의 레이저 빔 조사 위치를 순차 가변하는 검류계 스캐너; 및 상기 압전 라인 센서의 센싱 신호들을 수집 및 분석하여 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 초음파 전파 영상을 생성하고, 상기 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 상기 초음파 전파 영상에 기반한 결함 검출 동작을 수행하는 메인 제어부를 포함하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치를 제공한다.
상기 압전 라인 센서는 'ㅣ', 'ㄱ', 'ㄷ', 'ㅇ' 중 어느 하나에 대응되는 면상 형태를 가지며, 단일 신호 출력 라인을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인 제어부는 푸리에 변환 및 파시발 정리(Parseval's theorem)을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역의 파워 스펙트럼 밀도값으로 변환한 후, 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 메인 제어부는 푸리에 변환을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역 데이터로 변환한 후 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원 영상을 생성하고, 상기 2차원 영상에 가우시안 필터를 적용한 후 미분하여 초음파 전파 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 레이저 제어부는 레이저 빔 발생 패턴, 파장, 및 세기 중 적어도 하나를 조정할 수 있으며, 레이저 빔 발생 패턴은 펄스형 또는 지속형이고, 레이저 빔 파장은 532nm 또는 1064nm이고, 레이저 빔 세기는 상기 검사 시편의 열팽창에 따른 초음파가 생성 가능한 정도인 것을 특징으로 한다.
상기 검류계 스캐너는 검류계로 작동하며 반사각 조정이 가능한 반사 거울을 구비하고, 상기 반사 거울을 통해 상기 레이저 발생기에서 상기 검사 시편으로의 레이저 빔 전송 경로를 가변하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 레이저 발생기를 통해 레이저 빔을 발생하고, 검류계 스캐너를 통해 검사 시편상에서의 레이저 빔 입사 위치를 조정하는 과정을 반복 수행하는 단계; 소정 면적을 가지는 면상 형태로 구현된 압전 라인 센서를 통해 상기 검사 시편에 조사된 레이저 빔에 의해 발생된 초음파를 반복 센싱 및 출력하는 단계; 및 메인 제어부를 통해 상기 압전 라인 센서의 센싱 신호들을 수집 및 분석하여 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 초음파 전파 영상을 생성하고, 상기 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 상기 초음파 전파 영상에 기반한 결함 검출 동작을 수행하는 단계를 포함하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 방법을 제공한다.
상기 압전 라인 센서는 'ㅣ', 'ㄱ', 'ㄷ', 'ㅇ' 중 어느 하나에 대응되는 면상 형태를 가지며, 단일 신호 출력 라인을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 결함 검출 동작을 수행하는 단계는 푸리에 변환 및 파시발 정리(Parseval's theorem)을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역의 파워 스펙트럼 밀도값으로 변환한 후, 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 결함 검출 동작을 수행하는 단계는 푸리에 변환을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역 데이터로 변환한 후 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원 영상을 생성하고, 상기 2차원 영상에 가우시안 필터를 적용한 후 미분하여 초음파 전파 영상을 생성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 면적 단위로 구동되며, 단일 신호 출력 라인을 구비하는 압전 라인 센서를 이용함으로써, 단일 및 다중 채널 압전 센서의 한계를 극복할 수 있도록 한다.
또한 압전 라인 센서의 센싱 신호를 시간 영역 데이터에서 주파수 영역 데이터로 변환한 후 영상 처리 및 분석 동작을 수행함으로써, 결함 식별력이 극대화될 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 라인 센서에 기반한 레이저 초음파 결함 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 라인 센서의 구현 예들을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 전파 영상과 파워 스펙트럼 밀도 영상을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터링 주파수 대역별 파워 스펙트럼 밀도 영상들을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스펙트럼 밀도 영상 기반 결함 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 전파 영상 기반 결함 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 의료진의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 하, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 라인 센서에 기반한 레이저 초음파 결함 검사 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 장치(100)는 검사 시편(200)에 부착 설치되는 압전 라인 센서(110), 레이저 제어부(120), 레이저 발생기(130), 검류계 스캐너(140), 신호 전처리부(150) 및 메인 제어부(160) 등을 포함한다.
본 발명은 압전 라인 센서(110)를 도 2에서와 같이 'ㅣ', 'ㄱ', 'ㄷ', 'ㅇ' 등과 같이 소정 면적을 가지는 면상 형태로 구현함으로써, 보다 넓은 센싱 영역을 확보할 수 있도록 한다.
만약, 단일 압전 센서와 같이 센싱 영역이 매우 협소한 경우, 결함 위치가 센싱 영역에 조금이라도 벗어나면 해당 결함이 전혀 센싱되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는 압전 라인 센서(110)를 통해 센싱 영역을 확대함으로써, 보다 넓은 범위에서 존재하는 결함을 센싱할 수 있도록 한다. 또한 레이저 조사 위치가 변화될 때마다 결함 검출 동작을 반복 수행함으로써, 검사 시편의 일 지점이 아닌 소정 영역(면적)에 대한 결함 검출 동작을 수행하도록 한다.
더하여, 본 발명의 압전 라인 센서(110)는 한번의 센싱 동작을 통해 하나의 센싱 신호만을 획득 및 출력함으로써, 단 하나의 출력 라인만을 구비한다. 그 결과, 다중 채널 압전 센서와 같이 다수의 출력 라인에 따른 대규모 배선 및 많은 채널링 장비를 별도로 구비할 필요가 없다.
레이저 제어부(120)는 메인 제어부(160)의 제어하에 레이저 빔 발생 조건을 수시 조정하고, 이에 기반하여 레이저 발생기(130)를 동작 제어한다.
레이저 빔 발생 조건은 레이저 빔 발생 패턴, 파장, 및 세기 등일 수 있다. 레이저 빔 발생 패턴은 펄스형 또는 지속형일 수 있고, 파장은 532nm, 1064nm 등일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 또한 레이저 빔 세기는 검사 시편의 물성에 따라 가변 가능하되, 검사 시편의 열팽창에 따른 초음파를 생성시킬 수 있을 만큼의 에너지를 가지면 된다.
레이저 발생기(130)는 레이저 제어부(120)에 의해 결정된 레이저 빔 발생 조건에 상응하는 레이저 빔을 발생하고, 이를 검류계 스캐너(140) 쪽으로 출력한다.
검류계 스캐너(140)는 검류계로 작동하며 반사각 조정이 가능한 반사 거울(141)을 구비하고, 이를 통해 레이저 발생기(130)에서 검사 시편(200)으로의 레이저 빔 전송 경로를 다양하게 조정한다. 즉, 검사 시편(200)상에서의 레이저 빔 입사 위치(x,y)를 다양하게 조정한다.
이때, 검사 시편(200)상에서의 레이저 빔 입사 위치는 스캐닝 영역으로 정의될 수 있으며, 본 발명에서는 스캐닝 영역을 일정 패턴(예를 들어, 지그재그 패턴 등)으로 순차 가변함으로써, 일 지점이 아닌 소정 영역(면적)에 대한 결함 검출 동작이 수행될 수 있도록 한다.
스캐닝 영역간 간격은 레이저 빔의 직경에 기반하여 결정될 수 있는 데, 예를 들어, 레이저 빔의 직경이 0.5mm이라면, 스캐닝 영역간 간격 또한 0.5mm으로 설정되는 것이 바람직할 것이다.
신호 전처리부(150)는 임피던스 매칭부(151), 증폭부(152), 및 필터부(153) 등을 포함하여, 압전 라인 센서(110)의 센싱 신호를 메인 제어부(160)가 인식 및 프로세싱할 수 있도록 신호 전처리한다.
임피던스 매칭부(151)는 압전 라인 센서(110)의 출력단과 신호 전처리부(150)의 입력단간의 임피던스 매칭을 수행하여, 압전 라인 센서(110)의 출력 신호가 반사없이 신호 전처리부(150)에 모두 수신될 수 있도록 한다.
증폭부(152)는 임피던스 매칭부(151)의 출력 신호를 기 설정 크기로 증폭하고, 필터부(153)는 증폭부(152)의 출력 신호를 기 설정된 주파수 대역으로 필터링하여 신호내 각종 잡음을 모두 제거한다. 즉, 신호 대 잡음비를 향상시킨다.
메인 제어부(160)는 신호 전처리부(150)를 통해 신호 전처리된 센싱 신호를 시간 영역 데이터에서 주파수 영역 데이터로 변환한다. 그리고 주파수 영역 데이터로 변환된 센싱 신호들을 수집 및 분석하여 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 초음파 전파 영상을 획득한 후, 이에 기반한 결함 검출 동작을 수행하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 전파 영상과 파워 스펙트럼 밀도 영상을 도시한 도면이다.
참고로, 검사 시편(200)의 표면으로 레이저 빔을 조사하면, 레이저 빔 조사 부위의 표면에서는 에너지 흡수 및 반사가 발생된다.
흡수된 에너지는 전자기파로 구성되어 있기 때문에, 고체 표현의 자유 전자는 흡수된 레이저에 의해서 진동하여 고체 표면의 온도가 급격히 상승하고, 이로 인한 열 탄성 작용으로 인한 재료의 순간 팽창을 유발된다.
그러면, 열 팽창으로 인한 탄성 에너지가 발생하여 고체 시편으로 내부로 전달되고, 이는 탄성 에너지 전파 방향과 평행한 초음파 형태로 압전 라인 센서에 의해 센싱되게 된다.
다만, 검사 시편(200)에 결함이 형성되어 있다면, 결함에 의해 탄성 에너지가 변동되게 되고, 이에 따라 압전 라인 센서에 의해 센싱되는 초음파 값 또한 달라지게 된다.
이에 본 발명에서는 레이저 빔을 스캐닝 영역 각각에 순차적으로 조사한 후, 레이저 빔 조사 위치 각각에 대응되는 초음파를 수집 및 조합하여 도 3의 (a) 및 (b)와 같은 초음파 전파 영상과 파워 스펙트럼 밀도 영상을 생성하고, 이로부터 결함 위치, 크기, 깊이 등을 역추적하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 필터링 주파수 대역별 파워 스펙트럼 밀도 영상들을 도시한 도면이다.
도 4를 참고하면, 필터부(153)의 필터링 주파수 대역에 따라 결함 검출 정도가 달라짐을 알 수 있다.
이에 본 발명에서는 필터부(153)가 검사 시편(200)의 두께 및 재료 특성 등을 고려하여 필터링 주파수 대역을 임의 조정함으로써, 최적 상태의 영상을 획득할 수 있도록 한다.
또 다르게는 영상을 다수의 필터링 주파수 대역 모두로 필터링한 후, 다수의 필터링 결과로부터 최적 결과 하나를 선별 및 이용하여 결함 검출 동작을 수행하도록 한다. 최적 결과는 예를 들어, 영상 균일도 기반으로 결정될 수 있을 것이다. 즉, 결함 발생에 따라 영상 균일도가 나빠지는 특징이 있음을 고려하여, 영상 균일도가 가장 나쁜 영상을 최적 결과 영상으로 선별 및 이용하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파워 스펙트럼 밀도 영상 기반 결함 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 레이저 제어부(120) 및 레이저 발생기(130)는 메인 제어부(160)의 제어하에 레이저 빔 발생 조건을 최적화한 후, 이에 상응하는 레이저 빔을 발생 및 출력하기 시작한다(S11).
검류계 스캐너(140)는 반사 거울(141)을 통해 스캐닝 영역을 조정하고(S12), 압전 라인 센서(110)를 스캐닝 영역가 조정될 때마다 초음파 센싱 동작을 반복적으로 수행함으로써, 스캐닝 영역 각각에 대응되는 다수의 센싱 신호를 순차적으로 획득 및 출력한다(S13).
만약, 모든 스캐닝 영역에 대한 초음파 센싱 동작이 완료되면(S14), 푸리에 변환을 통해 다수의 센싱 신호 각각을 시간 영역 데이터에서 주파수 영역 데이터로 변환한다(S15).
그리고 파시발 정리(Parseval's theorem)를 통해 주파수 영역 데이터로 변환된 센싱 신호 각각을 파워 스펙트럼 밀도값으로 변환한 후, 레이저 빔 입사 위치, 즉 스캐닝 위치(x,y)에 따라 재배열함으로써, 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상을 생성한다(S16).
그러면, 메인 제어부(160)는 픽셀별 파워 스펙트럼 밀도를 서로 비교하여, 결함 발생 위치를 검출 및 통보하도록 한다(S17).
예를 들어, 파워 스펙트럼 밀도 모두를 더한 후 평균하여 밀도 평균값을 생성한 후, 밀도 평균값과의 편차가 기 설정값 이상인 영상 영역을 결함 발생 위치로 검출 및 통보하도록 한다. 또는 결함 검출 기준을 사전 설정한 후, 이를 만족시키는 영상 영역을 결함 발생 위치로 검출 및 통보할 수도 있도록 한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 전파 영상 기반 결함 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
초음파 전파 영상 기반 결함 검출 방법은 앞서 설명한 바와 같이, 다수의 센싱 신호를 획득한 후, 시간 영역 데이터에서 주파수 영역 데이터로 변환한다(S11~S15).
그리고 나서 주파수 영역 데이터로 변환된 센싱 신호를 스캐닝 위치(x,y)에 따라 재배열하여 영상을 생성한다. 그리고 영상을 흐리게 하거나 잡음을 줄이는 데 사용하는 선형 필터인 가우시안 필터를 적용한 후 미분하여, 검사 시편내 결함을 초음파 전파 이미지로 가시화한 후(S21), 초음파 전파 이미지를 기반으로 결함 검출 동작을 수행하도록 한다(S22).
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 레이저 빔을 발생 및 출력하는 레이저 발생기;
    상기 레이저 발생기를 동작 제어하는 레이저 제어부;
    소정 면적을 가지는 면상 형태로 구현되며, 검사 시편에 조사된 레이저 빔에 의해 발생된 초음파를 센싱 및 출력하는 압전 라인 센서;
    상기 검사 시편 상에서의 레이저 빔 조사 위치를 순차 가변하는 검류계 스캐너; 및
    상기 압전 라인 센서의 센싱 신호들을 수집 및 분석하여 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 초음파 전파 영상을 생성하고, 상기 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 상기 초음파 전파 영상에 기반한 결함 검출 동작을 수행하는 메인 제어부를 포함하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전 라인 센서는
    'ㅣ', 'ㄱ', 'ㄷ', 'ㅇ' 중 어느 하나에 대응되는 면상 형태를 가지며, 단일 신호 출력 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메인 제어부는
    푸리에 변환 및 파시발 정리(Parseval's theorem)을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역의 파워 스펙트럼 밀도값으로 변환한 후, 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메인 제어부는
    푸리에 변환을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역 데이터로 변환한 후 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원 영상을 생성하고, 상기 2차원 영상에 가우시안 필터를 적용한 후 미분하여 초음파 전파 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 레이저 제어부는
    레이저 빔 발생 패턴, 파장, 및 세기 중 적어도 하나를 조정할 수 있으며,
    레이저 빔 발생 패턴은 펄스형 또는 지속형이고,
    레이저 빔 파장은 532nm 또는 1064nm이고,
    레이저 빔 세기는 상기 검사 시편의 열팽창에 따른 초음파가 생성 가능한 정도인 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 검류계 스캐너는
    검류계로 작동하며 반사각 조정이 가능한 반사 거울을 구비하고, 상기 반사 거울을 통해 상기 레이저 발생기에서 상기 검사 시편으로의 레이저 빔 전송 경로를 가변하는 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 장치.
  7. 레이저 발생기를 통해 레이저 빔을 발생하고, 검류계 스캐너를 통해 검사 시편상에서의 레이저 빔 입사 위치를 조정하는 과정을 반복 수행하는 단계;
    소정 면적을 가지는 면상 형태로 구현된 압전 라인 센서를 통해 상기 검사 시편에 조사된 레이저 빔에 의해 발생된 초음파를 반복 센싱 및 출력하는 단계; 및
    메인 제어부를 통해 상기 압전 라인 센서의 센싱 신호들을 수집 및 분석하여 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 초음파 전파 영상을 생성하고, 상기 파워 스펙트럼 밀도 영상 또는 상기 초음파 전파 영상에 기반한 결함 검출 동작을 수행하는 단계를 포함하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 압전 라인 센서는
    'ㅣ', 'ㄱ', 'ㄷ', 'ㅇ' 중 어느 하나에 대응되는 면상 형태를 가지며, 단일 신호 출력 라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 결함 검출 동작을 수행하는 단계는
    푸리에 변환 및 파시발 정리(Parseval's theorem)을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역의 파워 스펙트럼 밀도값으로 변환한 후, 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원의 파워 스펙트럼 밀도 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 결함 검출 동작을 수행하는 단계는
    푸리에 변환을 통해 상기 센싱 신호 각각을 주파수 영역 데이터로 변환한 후 레이저 빔 입사 위치에 따라 재배열함으로써 2차원 영상을 생성하고, 상기 2차원 영상에 가우시안 필터를 적용한 후 미분하여 초음파 전파 영상을 생성하는 것을 특징으로 하는 압전 라인 센서를 이용한 레이저 초음파 기반 결함 검사 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004117275A (ja) * 2002-09-27 2004-04-15 Hitachi Ltd 超音波探傷結果表示方法及び超音波探傷装置
KR101173955B1 (ko) * 2010-02-26 2012-08-14 국방과학연구소 주파수 영역 면내 또는 면외 초음파 전파 영상화 장치와 그 방법

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