KR20220028238A - 비파괴검사 로봇시스템 및 이의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

비파괴검사 로봇시스템 및 이의 제어방법이 개시된다. 이에 의하면, 상기 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 제어하는 조작 로봇; 및 상면의 중앙 영역에는 검사대상에서 누설되는 자속을 감지하는 복수개의 홀센서가 배치되고, 상기 상면의 측면 영역에는 상기 비파괴검사 로봇시스템과 상기 검사대상과의 Lift-off를 측정하는 복수개의 와전류 변위센서가 부착되며, 상기 조작 로봇의 수직 방향으로의 중심축의 위쪽 및 아래쪽 각각에 장착되는 한 쌍의 비파괴검사 모듈; 을 포함하되, 상기 한 쌍의 비파괴검사 모듈은, 상기 중심축의 위쪽에 장착되는 제1 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 위로 향하도록 배치되고, 상기 중심축의 아래쪽에 장착되는 제2 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 아래로 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

비파괴검사 로봇시스템 및 이의 제어방법{THE NONDESTRUCTIVE INSPECTION ROBOT SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 비파괴검사 로봇시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 검사장치와 검사대상과의 Lift-off값을 측정하고 측정된 Lift-off값에 기초하여 결함분석 알고리즘을 수행하는 비파괴검사 로봇시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
비파괴검사는 검사대상 내부의 기공이나 균열 등의 결함, 용접부의 내부 결함 등을 제품을 파괴하지 않고 외부에서 검사하는 방법이다. 비파괴검사는 방사선이나 초음파 또는 누설자속 등을 사용하여 수행된다.
도 1은 일반적인 누설자속 방식 비파괴검사 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
누설자속(Magnetic Flux Leakage: MFL) 방식 비파괴검사 모듈(100)은 누설자속에 기초하여 내외부의 결함을 검사한다. 여기서, 누설자속은 표현 결함 등으로부터 누설되는 자속으로, 자기회로에서 철심에 틈(gap)이나 층(단면적 변화)이 존재할 경우 그 부분에 자극이 생겨서 외부에 누설되는 자속이다. 누설자속은 공간에 자계를 만들게 되는데, 이에 기초하여 내외부의 결함을 검사할 수 있다.
도 1에는 MFL 방식 비파괴검사 모듈(100)의 외관사시도와, MFL 방식 비파괴검사 모듈(100)의 X축 방향으로의 단면도(100a) 및 Y축 방향으로의 단면도(100b)가 각각 도시된다. MFL 방식 비파괴검사 모듈(100)은 하우징(110), 홀센서(120), 스프링(130), front shoe(140), 마그네틱(150) 및 Back Yoke(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(110)은 MFL 방식 비파괴검사 모듈(100)의 외관을 구성한다. 하우징(110)의 표면은 합성수지 재질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 하우징(110)의 표면은 폴리테트라플루오로에틸렌(PolyTetraFluoroEthylene: PTFE) 재질로 코팅될 수 있다. 하우징(110)의 표면이 PTFE 재질로 코팅되는 경우, 표면은 매끄럽고, 마찰계수는 극히 낮고, 절연성이 뛰어나며 열에 안정적이고 불연성인 특징을 갖게 된다.
홀센서(Hall Sensor)(120)는 검사대상에서 누설되는 자속을 감지할 수 있다. 여기서, 홀센서(120)는 전류가 흐르는 도체에 자기장을 걸어주면 전류와 자기장에 수직 방향으로 전압이 발생하는 홀 효과를 이용한 센서이다. 홀센서(120)는 InAs(Indium-Arsenide), InSb(Indium-Antimonide) 등의 반도체로 구성될 수 있다. 홀센서(120)에 관한 구체적인 구성은 공지되었는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
스프링(130)은 홀센서(120)에 대응하며 수직 방향으로 배치될 수 있다. 스프링(130)은 홀센서(120)를 지지하거나, 탄성력에 기초하여 홀센서(120)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있다.
front shoe(140)는 마그네틱(150)의 상단에 배치된다. front shoe(140)의 중앙 부분에는 소정 깊이의 공간이 형성되고, 상기 공간에는 복수개의 홀센서(120) 및 이에 대응하는 스프링(130)이 삽입될 수 있다.
마그네틱(150)은 자성을 가지며, 자력을 발생하거나 유도 시킬 수 있다.
Back Yoke(160)는 마그네틱(150)의 하단에 배치된다. Back Yoke(160)는 마그네틱(150)과 front shoe(140)를 지지할 수 있다.
일반적으로 누설자속 방식을 활용한 결함분석 방법은 검사장치와 검사대상(ex: 배관 등) 사이에 틈(gap)이 없으면 가장 이상적이다. 그러나, 검사대상의 내 외부 상태에 따른 장애물, 배관을 용접하여 생기는 비드부 등의 이유로 설계상에서 허용 가능한 Lift-off를 주어 검사장치를 제작하게 된다. 도 1을 참조하면, 배관 내부의 장애물과 비드부를 고려하여, 일반적으로 front shoe(140)를 기준으로 배관과 2mm 정도의 Lift-off를 고려하여 설계가 되며, 누설자속 방식 비파괴검사 모듈(100)의 가장 위쪽에 있는 홀센서(120)에 의해 신호를 수신하게 된다.
그러나, Lift-off가 커지면 커질수록, 홀센서(120)에서 측정되는 신호의 크기는 작아지며, Lift-off에 따른 신호의 편차가 발생하게 된다.
한국등록특허공보 제10-1746072호(2017.06.05.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비파괴 검사장치에 와전류 변위센서를 장착하여 Lift-off를 측정할 수 있는 비파괴검사 로봇시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 측정된 Lift-off에 기초한 결함분석 알고리즘을 구현하여 결함분석을 수행할 수 있는 비파괴검사 로봇시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 비파괴검사 로봇시스템은, 상기 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 제어하는 조작 로봇; 및 상면의 중앙 영역에는 검사대상에서 누설되는 자속을 감지하는 복수개의 홀센서가 배치되고, 상기 상면의 측면 영역에는 상기 비파괴검사 로봇시스템과 상기 검사대상과의 Lift-off를 측정하는 복수개의 와전류 변위센서가 부착되며, 상기 조작 로봇의 수직 방향으로의 중심축의 위쪽 및 아래쪽 각각에 장착되는 한 쌍의 비파괴검사 모듈; 을 포함하되, 상기 한 쌍의 비파괴검사 모듈은, 상기 중심축의 위쪽에 장착되는 제1 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 위로 향하도록 배치되고, 상기 중심축의 아래쪽에 장착되는 제2 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 아래로 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 비파괴검사 로봇시스템에 있어서, 결함분석을 수행하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 결함분석을 수행할 선택 영역을 입력 받는 경우, 상기 선택 영역에서 측정된 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석 알고리즘을 선택할 수 있다.
상기 비파괴검사 로봇시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석을 위한 파라미터를 선택할 수 있다.
상기 비파괴검사 로봇시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 Lift-off 별로 결함의 길이 및 폭에 대한 추정값을 학습하고, 이에 기초하여 상기 Lift-off 별로 각각에 대응하는 상기 결함분석을 위한 파라미터를 저장할 수 있다.
상기 비파괴검사 로봇시스템에 있어서, 상기 조작 로봇은, 상기 비파괴검사 로봇시스템을 좌우 또는 전후로 주행시키고, 상기 제1 비파괴검사 모듈 및 상기 제2 비파괴검사 모듈 중 적어도 하나를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법에서, 상기 비파괴검사 로봇시스템은, 상기 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 제어하는 조작 로봇; 및 상면의 중앙 영역에는 검사대상에서 누설되는 자속을 감지하는 복수개의 홀센서가 배치되고, 상기 상면의 측면 영역에는 상기 비파괴검사 로봇시스템과 상기 검사대상과의 Lift-off를 측정하는 복수개의 와전류 변위센서가 부착되며, 상기 조작 로봇의 수직 방향으로의 중심축의 위쪽 및 아래쪽 각각에 장착되는 한 쌍의 비파괴검사 모듈; 을 포함하되, 상기 한 쌍의 비파괴검사 모듈은, 상기 중심축의 위쪽에 장착되는 제1 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 위로 향하도록 배치되고, 상기 중심축의 아래쪽에 장착되는 제2 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 아래로 향하도록 배치되고, 상기 비파괴검사 로봇시스템은, 결함분석을 수행할 선택 영역을 입력 받는 경우, 상기 선택 영역에서 측정된 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석 알고리즘을 선택하고, 상기 결함분석 알고리즘에 기초하여 상기 결함분석을 수행할 수 있다.
상기 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법에 있어서, 상기 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석을 위한 파라미터를 선택할 수 있다.
상기 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법에 있어서, 상기 Lift-off 별로 결함의 길이 및 폭에 대한 추정값을 학습하고, 이에 기초하여 상기 Lift-off 별로 각각에 대응하는 상기 결함분석을 위한 파라미터를 저장할 수 있다.
상기 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법에 있어서, 상기 조작 로봇은, 상기 비파괴검사 로봇시스템을 좌우 또는 전후로 주행시키고, 상기 제1 비파괴검사 모듈 및 상기 제2 비파괴검사 모듈 중 적어도 하나를 회전시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비파괴검사 로봇의 주행 또는 회전으로 발생하는 자세의 흔들림이나 배관과의 틈(gap)을 측정함으로써 분석 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 측정된 Lift-off에 따른 결함분석 알고리즘을 구현하여 결함분석에 대한 신뢰도를 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따르면, 배관 내 외부에 장애물이 존재하거나 배관 용접으로 발생한 비드가 존재하는 경우에도 신호를 정확히 센싱함으로써 Lift-off값의 변화에 적절하게 대응할 수 있다.
도 1은 일반적인 누설자속 방식 비파괴검사 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템에 포함되는 MFL 방식 비파괴검사 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템에 포함되는 와전류 변위센서의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템의 제어과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템이 Lift-off값을 출력하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템이 3차원 결함을 추정하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템이 Lift-off에 대한 선택영역의 결함추정결과를 출력한 일 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템(220)은, 배관(210) 내부 및 외부의 부식 상태를 확인하기 위하여 자기누설 방식을 이용하여 결함분석 결과를 도출할 수 있다.
비파괴검사 로봇시스템(220)은 수직 방향으로의 중심축의 위쪽 및 아래쪽 각각에 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)을 장착할 수 있다. 이 경우, MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 홀센서(120)가 위치한 상면이 배관벽과 마주보도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 위쪽에 장착되는 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 상면이 위로 향하도록 배치되고, 아래쪽에 장착되는 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 상면이 아래를 향하도록 배치될 수 있다.
MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 배관(210) 내외부에 존재하는 결함이나 손상을 감지할 수 있다. 예를 들어, 피검체의 용접부나 모서리부 등에서 발생되는 크랙 등을 통과하는 자속(F)을 측정하여 피검체의 축방향 손상을 감지할 수 있다.
비파괴검사 로봇시스템(220)은 배관(210) 내외부의 결함이나 손상을 감지하기 위하여, 배관(210) 내부를 주행할 수 있다. 비파괴검사 로봇시스템(220)이 주행하는 경우, MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 배관(210) 벽을 주행하거나 배관(210) 벽을 따라 회전할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 비파괴검사 로봇시스템(220)은 조작 로봇과 한 쌍의 비파괴검사 모듈을 포함할 수 있다.
조작 로봇은 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 제어할 수 있다.
이 경우, 조작 로봇은 비파괴검사 로봇시스템을 좌우 또는 전후로 주행시킬 수 있다. 또한, 조작 로봇은 한 쌍의 비파괴검사 모듈 중 적어도 하나를 회전시킬 수 있다.
한 쌍의 비파괴검사 모듈은, 조작 로봇의 수직 방향으로의 중심축의 위쪽 및 아래쪽 각각에 장착될 수 있다. 구체적으로, 중심축의 위쪽에 장착되는 제1 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 위로 향하도록 배치되고, 중심축의 아래쪽에 장착되는 제2 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 아래로 향하도록 배치될 수 있다.
여기서, 각각의 비파괴검사 모듈은, 상면의 중앙 영역에는 검사대상에서 누설되는 자속을 감지하는 복수개의 홀센서가 배치되고, 상면의 측면 영역에는 상기 비파괴검사 로봇시스템과 상기 검사대상과의 Lift-off를 측정하는 복수개의 와전류 변위센서가 부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 비파괴검사 로봇시스템(220)은 제어부를 더 포함할 수 있다.
제어부는 결함분석을 수행할 수 있다.
구체적으로, 제어부는 결함분석을 수행할 선택 영역을 입력 받는 경우, 선택 영역에서 측정된 Lift-off값에 대응하여 결함분석 알고리즘을 선택할 수 있다.
또한, 제어부는 Lift-off값에 대응하여 결함분석을 위한 파라미터를 선택할 수 있다. 이를 위해, 제어부는 Lift-off 별로 결함의 길이 및 폭에 대한 추정값을 학습하고, 이에 기초하여 상기 Lift-off 별로 각각에 대응하는 상기 결함분석을 위한 파라미터를 저장할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템에 포함되는 MFL 방식 비파괴검사 모듈의 구성을 도시한 도면이다.
MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 비파괴검사 로봇시스템(220)의 위쪽 및 아래쪽에 각각 장착될 수 있다. 이 경우, 비파괴검사 로봇시스템(220)의 위쪽에 장착되는 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 상면이 위로 향하도록 장착되고, 비파괴검사 로봇시스템(220)의 아래쪽에 장착되는 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)은 상면이 아래로 향하도록 장착될 수 있다.
MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)의 상면에는 와전류 변위센서(300)가 부착될 수 있다. 일 실시 예에 의하면, MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)의 상면에는 4개의 와전류 변위센서(300)가 부착될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 배관의 내 외부 환경이나 설계상의 Lift-off 값에 따라 부착되는 와전류 변위센서(300)의 수는 달라질 수 있다.
와전류 변위센서(300)는 Lift-off를 측정할 수 있다. 구체적으로, 와전류 변위센서(300)는 배관 주행 시 발생하는 배관과 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200) 사이의 틈(gap)을 측정할 수 있다.
일반적으로 비파괴 검사장치와 검사대상물(예를 들어, 배관 등) 사이에 설계상의 Lift-off를 고려하여 제작을 하고 결함분석을 수행한다. 이 경우, 기존에는 로봇이 주행을 하며 비파괴 검사장치가 회전할 때 얼마만큼의 Lift-off가 발생하는지 측정할 수 있는 장치나 방법이 없었으므로, 일반적으로 데이터 전처리 기술에의 의존도가 컸다. 예를 들어, 로봇이 이동하며 내 외부의 장애물, 배관 용접으로 생긴 비드로 인해, 비파괴 검사장치로 검사를 하는 경우 배관과 검사장치 사이에 틈(gap)이 0~6mm 정도 발생하게 되는데 이를 측정하거나 보정할 수 있는 방법이 없었다. 따라서 획득한 데이터를 전처리 기술에 의존하여 분석을 수행하였다. 이 경우 실험에서 오는 오차로 인해 정확한 결과값을 얻기가 힘들고, 정확한 데이터를 취득하기 위해 여러 번 반복하여 실험을 수행해야만 했다.
본 발명에 따르면, MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)에 Lift-off를 측정할 수 있는 와전류 변위센서(300)를 장착한다. 이 경우, 와전류 변위센서(300)를 통해 측정된 Lift-off에 기초하여 결함분석 알고리즘을 수행하게 된다.
이에 의해, 비파괴검사 로봇시스템(220)이 진행하며 Roll, Pitch, Yaw 방향으로 자세가 변화하거나, MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)이 회전을 하여 배관 벽과 틈(gap)이 발생되는 경우에도, 정확한 신호를 측정하여 결함분석을 수행할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템에 포함되는 와전류 변위센서의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
와전류 변위센서(Eddy Current Sensor)는 와전류(eddy current)를 응용하는 센서이다. 와전류 변위센서의 원리는 센서코일(410)에 고주파 자장을 발생시키고, 측정 도체(420)에 근접시키면, 센서코일(410)의 임피던스가 변하게 되며, 따라서 회전하는 회전축의 도체(420)의 표면이 진동이 있으면 거리에 따른 임피던스 변화를 감지하여 진동으로 변환한다. 측정대상 도체(420) 안에 발생하는 와전류는 도체(420)의 표면에 집중하여 흐르게 되는데, 이것을 표피효과(skin effect)라고 한다. 표피효과의 정도를 나타내는 기준을 침투 깊이로 정의할 수 있다.
구체적으로, 침투 깊이는 반무한 평면도체에 균일한 자계가 주어졌을 때, 자계 또는 와전류 밀도가 표피 효과로 인하여 도체 표면 값의 1/e이 되는 표면으로부터의 깊이. 즉, 37%로 저하하는 곳까지의 깊이를 의미한다.
침투 깊이는 다음 [수학식 1]과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
[수학식 1]
여기서, δ는 침투 깊이(단위 m), f는 주파수(단위 Hz), σ는 도전율(단위 S), μ는 투자율(단위 H/m)이다.
이와 같이, 침투 깊이는 투자율, 도전율, 주파수와 관계된다. 따라서 측정 도체의 도전율과 상대 투자율이 센서의 측정특성에 큰 영향을 미치게 된다. 기존의 유도변위센서와는 달리 강철 및 비강자성 물질 등을 높은 정확도, 대역폭 및 온도 안정성으로 경로 및 거리를 측정할 수 있으며, 오일, 먼지, 압력 및 온도에 민감하지 않기 때문에 유도형 와전류 변위센서는 다양한 산업 환경에서 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템의 제어과정을 도시한 도면이다.
Lift-off 값을 측정한다(S501).
MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)에 장착된 와전류 변위센서(300)는 Lift-off값을 측정할 수 있다. 구체적으로, 와전류 변위센서(300)는 검사대상과 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200) 간의 Lift-off값을 측정할 수 있다. 예를 들어, 와전류 변위센서(300)는 배관 주행 시 발생하는, 배관과 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200) 사이의 Lift-off 값을 측정할 수 있다.
Raw data를 입력 받는다(S502).
여기서, Raw Data는 센서 측정을 통해 얻어지는 데이터로서, 전처리가 되지 않은 원 신호 데이터를 의미한다. 본 발명의 일 실시예에서는 비파괴검사 로봇시스템(220)의 위쪽과 아래쪽에 각각 부착된 2개의 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)에서 나오는 42개의 홀센서의 신호, MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)이 배관 원주방향으로 회전한 거리값 Encoder 정보, 비파괴검사 로봇시스템(220)이 배관길이 방향으로 이동한 거리값 Odometer 정보, 데이터를 받는 주기 ms 정보 등을 포함하여 총 20개 이상의 데이터를 입력 받을 수 있다.
필터링 처리를 수행한다(S503).
Raw Data의 신호는 신호 자체에 노이즈가 포함되어 있으며, 측정 기준점이 동일하지 않기 때문에 이를 보정해줘야 한다. 본 발명의 일 실시예에서는 이산 코사인 변환(Discrete Cosine Transform: DCT) 필터를 사용하여 전처리를 수행할 수 있다. 여기서, 길이가 N인 신호 x에 대해 크로네커 델타를 사용하는 경우, 변환은 다음 [수학식 2]와 같이 정의된다.
Figure pat00002
[수학식 2]
한편, 크로네커 델타(Kronecker delta)는 두 변수에 대한 함수로, 두 변수가 같다는 조건을 반영해주는 함수이다. 크로네커 델타는 다음 [수학식 3]과 같이 정의된다.
Figure pat00003
[수학식 3]
단위 변환을 수행한다(S504).
Raw Data에 대해 필터링 처리를 수행한 후, 분석이 가능한 단위로 변환을 수행한다. 일반적으로 누설자속 방식을 이용한 결함분석의 신호값은 가우스(Gauss)를 사용하므로, 센서에서 받은 전압값을 가우스(Gauss)로 단위 변환을 해준다. 배관 원주방향으로 회전한 거리값 Encoder정보, 로봇이 배관길이 방향으로 이동한 거리값 Odometer정보는 카운트(Count)값으로 누적되기 때문에, 센서 스펙(spec)에 맞게 거리값(deg, mm)으로 변환을 수행한다
결함 유무를 판단한다(S505).
2차원으로 출력된 신호에 기초하여, 비파괴검사 로봇시스템(220)은 결함신호 유무를 판단할 수 있다. 만일, 결함신호를 잘못 선택한 경우에는, 재선택을 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 비파괴검사 로봇시스템(220)은 시스템 관리자로부터 결함신호 유무에 대한 판단을 입력 받을 수 있다.
결함 분석이 필요한 영역을 선택한다(S506).
비파괴검사 로봇시스템(220)은 결함분석이 필요하다고 판단되는 영역을 선택할 수 있다. 실시예에 따라, 비파괴검사 로봇시스템(220)은 시스템 관리자로부터 결함분석이 필요하다고 판단되는 영역에 대한 선택을 수신할 수 있다.
선택된 영역의 Lift-off 값을 입력한다(S507).
비파괴검사 로봇시스템(220)은 주행과 회전을 하며 검사한 영역에 대한 Lift-off 값을 MFL 방식 비파괴검사 모듈(200)로부터 입력 받고, S506 단계에 의해 선택된 영역의 Lift-off 값을 호출하여 입력한다.
입력된 Lift-off 값에 대응하는 알고리즘을 선택한다(S508).
비파괴검사 로봇시스템(220)은 입력된 Lift-off 값에 기초하여 결함 분석 알고리즘을 선택할 수 있다.
입력된 Lift-off 값에 대응하는 파라미터를 선택한다(S509).
비파괴검사 로봇시스템(220)은 사전에 모의시편을 통해 생성한 룩업 테이블(Look-up-table)을 참조하여, Lift-off 값에 해당하는 파라미터를 불러올 수 있다. 최종 데이터를 출력하기 전, 실험으로 학습시킨 Lift-off별 결함의 길이, 폭에 대한 추정값을 기준으로, 측정된 Lift-off값에 대응하는 적합한 파라미터가 자동으로 입력될 수 있다.
결함 추정 알고리즘을 수행하여 결함을 분석한다(S510).
단계 S506에서 선택된 영역이 결함을 나타내는 신호를 포함하고 있으면, 비파괴검사 로봇시스템(220)은 결함추정 알고리즘을 수행하여 분석결과를 도출할 수 있다. 만일, 결함신호가 아니라고 판단되면, 다른 신호를 재선택하고 이에 대해 결함 분석을 진행할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 결함 분석은 사용자로부터의 입력에 기초하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 비파괴 분석 프로그램은 분석자의 판단으로 진행될 수 있다. 따라서, 분석자나 관리자로부터 결함 신호에 해당하여 분석을 진행하라는 제어신호가 입력되면, 이에 기초하여 결함분석을 진행할 수 있다. 이 경우, 분석자는 화면 상의 버튼을 클릭하여 분석결과를 디스플레이 할 수 있다. 만일, 분석자가 결함 신호가 아니라고 판단하면, 다른 신호를 드래그 하여 결함분석을 진행할 영역이나 신호를 다시 선택할 수 있다.
결함 분석결과를 결함의 크기에 대한 L, W, D 값으로 출력한다(S511).
여기서, L은 길이(Length)이고, W는 폭(Width)이며, D는 깊이(Depth)로서, 모두 단위는 mm이다.
도 6은 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템이 Lift-off값을 출력하는 일 예를 도시한 도면이다.
비파괴검사 로봇시스템(220)은 검사영역에 대한 검사결과를 그래프(600)로 표시할 수 있다. 구체적으로, 검사영역의 각 거리에서의 홀센서의 측정값을 그래프(600)로 표시할 수 있다. 그래프(600)에서 가로축은 검사영역의 각 거리로서 단위는 mm이고, 세로축은 홀센서가 측정한 누설자속으로 단위는 Guass(G)이다.
일 실시 예에 의하면, 비파괴검사 로봇시스템(220)은 21개의 홀센서를 포함하며, 이에 의해 그래프(600)에는 21개의 홀센서 각각에서 측정된 누설자속 값이 표시될 수 있다. 이 경우, 일반적으로 사용하는 0~500G를 기준으로 21개의 홀센서의 최대 신호 크기값을 6단계의 색상으로 구분하여 표시함으로써 직관적으로 구분될 수 있게 하였다. 색상이 점점 붉은색 쪽에 가까워질수록 최대 신호 크기는 커지는 것을 의미하며, 또한 배관 두께기준으로 결함이 있다고 추정할 수 있다.
비파괴검사 로봇시스템(220)은 선택된 영역에서 측정된 Lift-off값을 출력할 수 있다. 만일, 사용자가 그래프(600) 상의 소정영역(610)을 선택하면, 비파괴검사 로봇시스템(220)은 선택된 소정영역(610)의 Lift-off값을 출력하여 표시한다. 이 경우, 비파괴검사 로봇 시스템(220)은 Lift-off값을 표시하는 UI(620)를 표시할 수 있다. 도 6을 참조하면, 선택된 소정영역(610)에서의 Lift-off 센싱값은 3.75mm이다.
한편, 사용자가 그래프(600) 상의 소정영역(610)을 선택하면, 비파괴검사 로봇시스템(220)은 그래프(600)를 소정영역(610) 중심으로 확대한 줌인 그래프(600')를 표시한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템이 3차원 결함을 추정하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 7의 위쪽 그래프(710)는 폭-PW의 관계를 도시하고, 아래쪽 그래프(720)는 길이-PW의 관계를 도시한다.
비파괴검사 로봇시스템(220)은 3차원 결함에 대한 길이(Length) 및 폭(Width)의 추정값을 구할 수 있다. 여기서, 추정값은 신호의 PW(Pulse width: 펄스파의 폭) 값을 Lift-off별로 어느 구간을 추정할지 구하는 것으로, 도 8에 도시된 결함 신호에서 3차원의 파라미터 값에 의해 구간이 선택될 수 있다.
도 8에 도시된 PW값에 따라서 원신호에서 측정한 최대신호크기(Peak-To-Peak)에서 어느 구간까지 길이를 결함으로 할지가 결정된다.
도 9는 본 발명에 따른 비파괴검사 로봇시스템이 Lift-off에 대한 선택영역의 결함추정결과를 출력한 일 예를 도시한 도면이다.
비파괴검사 로봇시스템(220)은 그래프(600, 600')와 함께 결함 분석결과(900)를 표시할 수 있다. 결함 분석결과(900)는 결함의 크기에 대한 Length(mm), Width(mm), Depth(mm)값으로 출력될 수 있다. 도 9를 참조하면, 결함 크기의 추정값은, 길이가 7.824(mm), 폭은 12.484(mm), 깊이는 3.221(mm)이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른, 컴퓨팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 10의 컴퓨팅 장치(TN100)는 본 명세서에서 기술된 비파괴검사 로봇시스템일 수 있다.
도 10의 실시예에서, 컴퓨팅 장치(TN100)는 적어도 하나의 프로세서(TN110), 송수신 장치(TN120), 및 메모리(TN130)를 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨팅 장치(TN100)는 저장 장치(TN140), 입력 인터페이스 장치(TN150), 출력 인터페이스 장치(TN160) 등을 더 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(TN100)에 포함된 구성 요소들은 버스(bus)(TN170)에 의해 연결되어 서로 통신을 수행할 수 있다.
프로세서(TN110)는 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 중에서 적어도 하나에 저장된 프로그램 명령(program command)을 실행할 수 있다. 프로세서(TN110)는 중앙 처리 장치(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 장치(GPU: graphics processing unit), 또는 본 발명의 실시예에 따른 방법들이 수행되는 전용의 프로세서를 의미할 수 있다. 프로세서(TN110)는 본 발명의 실시예와 관련하여 기술된 절차, 기능, 및 방법 등을 구현하도록 구성될 수 있다. 프로세서(TN110)는 컴퓨팅 장치(TN100)의 각 구성 요소를 제어할 수 있다.
메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 프로세서(TN110)의 동작과 관련된 다양한 정보를 저장할 수 있다. 메모리(TN130) 및 저장 장치(TN140) 각각은 휘발성 저장 매체 및 비휘발성 저장 매체 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다. 예를 들어, 메모리(TN130)는 읽기 전용 메모리(ROM: read only memory) 및 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory) 중에서 적어도 하나로 구성될 수 있다.
송수신 장치(TN120)는 유선 신호 또는 무선 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 송수신 장치(TN120)는 네트워크에 연결되어 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: MFL 방식 비파괴검사 모듈 110: 하우징
120: 홀센서 130: 스프링
140: front shoe 150: 마그네틱
160: Back Yoke 200: MFL 방식 비파괴검사 모듈
210: 배관 220: 비파괴검사 로봇시스템
300: 와전류 변위센서

Claims (9)

  1. 비파괴검사 로봇시스템에 있어서,
    상기 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 제어하는 조작 로봇; 및
    상면의 중앙 영역에는 검사대상에서 누설되는 자속을 감지하는 복수개의 홀센서가 배치되고, 상기 상면의 측면 영역에는 상기 비파괴검사 로봇시스템과 상기 검사대상과의 Lift-off를 측정하는 복수개의 와전류 변위센서가 부착되며, 상기 조작 로봇의 수직 방향으로의 중심축의 위쪽 및 아래쪽 각각에 장착되는 한 쌍의 비파괴검사 모듈; 을 포함하되,
    상기 한 쌍의 비파괴검사 모듈은,
    상기 중심축의 위쪽에 장착되는 제1 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 위로 향하도록 배치되고, 상기 중심축의 아래쪽에 장착되는 제2 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 아래로 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 로봇시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    결함분석을 수행하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 결함분석을 수행할 선택 영역을 입력 받는 경우, 상기 선택 영역에서 측정된 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석 알고리즘을 선택하는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 로봇시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석을 위한 파라미터를 선택하는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 로봇시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 Lift-off 별로 결함의 길이 및 폭에 대한 추정값을 학습하고, 이에 기초하여 상기 Lift-off 별로 각각에 대응하는 상기 결함분석을 위한 파라미터를 저장하는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 로봇시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조작 로봇은,
    상기 비파괴검사 로봇시스템을 좌우 또는 전후로 주행시키고,
    상기 제1 비파괴검사 모듈 및 상기 제2 비파괴검사 모듈 중 적어도 하나를 회전시키는, 비파괴검사 로봇시스템.
  6. 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 비파괴검사 로봇시스템은,
    상기 비파괴검사 로봇시스템의 동작을 제어하는 조작 로봇; 및
    상면의 중앙 영역에는 검사대상에서 누설되는 자속을 감지하는 복수개의 홀센서가 배치되고, 상기 상면의 측면 영역에는 상기 비파괴검사 로봇시스템과 상기 검사대상과의 Lift-off를 측정하는 복수개의 와전류 변위센서가 부착되며, 상기 조작 로봇의 수직 방향으로의 중심축의 위쪽 및 아래쪽 각각에 장착되는 한 쌍의 비파괴검사 모듈; 을 포함하되,
    상기 한 쌍의 비파괴검사 모듈은, 상기 중심축의 위쪽에 장착되는 제1 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 위로 향하도록 배치되고, 상기 중심축의 아래쪽에 장착되는 제2 비파괴검사 모듈은 상기 상면이 아래로 향하도록 배치되고,
    상기 비파괴검사 로봇시스템은,
    결함분석을 수행할 선택 영역을 입력 받는 경우, 상기 선택 영역에서 측정된 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석 알고리즘을 선택하고, 상기 결함분석 알고리즘에 기초하여 상기 결함분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 Lift-off값에 대응하여 결함분석을 위한 파라미터를 선택하는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 Lift-off 별로 결함의 길이 및 폭에 대한 추정값을 학습하고, 이에 기초하여 상기 Lift-off 별로 각각에 대응하는 상기 결함분석을 위한 파라미터를 저장하는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 조작 로봇은,
    상기 비파괴검사 로봇시스템을 좌우 또는 전후로 주행시키고,
    상기 제1 비파괴검사 모듈 및 상기 제2 비파괴검사 모듈 중 적어도 하나를 회전시키는, 비파괴검사 로봇시스템의 제어방법.
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