KR20230059659A - Ultrasonic defect inspection system for rail bolt and rail bolt inspection method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 철도 레일에 체결된 볼트의 초음파탐상(超音波探傷)에 관한 것으로, 볼트의 말단과 탐촉자(25) 사이에는 경사각 형성 웨지블록(10)이 삽입되고, 탐촉자(25)가 연결되는 수발진기(20)에는 검사프로그램이 탑재된 컴퓨터(40)가 연결되어, 체결 상태의 볼트에 대한 검사가 가능하도록 한 것이다.The present invention relates to ultrasonic flaw detection of bolts fastened to a railway rail, wherein an inclined angle forming
비파괴 검사의 일종인 초음파탐상은 피검체에 입사된 초음파의 반향파 내지 전달파를 수진하여 분석함으로써, 피검체내 불연속 지점의 위치 및 크기 등을 파악하는 것으로, 관련 종래기술로는 특허 제1216754호 등을 들 수 있다.Ultrasonic flaw detection, which is a type of non-destructive inspection, identifies the location and size of discontinuous points in a subject by examining and analyzing the echo or propagation waves of ultrasonic waves incident on the subject. Related prior art includes Patent No. 1216754 can be heard
초음파탐상을 통한 균열 등 결함 검사에 있어서 피검체의 형태는 제한되지 않으나, 검사를 위한 접근성 보장이 전제되어야 하며, 특히 피검체내 검사 영역에 따른 초음파 입사 조건의 적절한 조성이 필요하다.In inspecting defects such as cracks through ultrasonic flaw detection, the shape of the inspected object is not limited, but accessibility for inspection must be guaranteed, and in particular, appropriate composition of ultrasonic incident conditions according to the inspected area within the inspected object is required.
즉, 초음파탐상은 초음파를 발진 및 수진하는 탐촉자(25)의 피검체에 대한 직, 간접적 접촉을 전제로 수행되는 것인 바, 탐촉자(25)의 접근이 불가능한 원거리 내지 이격 검사는 불가능할 뿐 아니라, 초음파의 전파 특성, 신호 수발(受發) 감도 및 분해능 등의 한계로 인하여 대규모 피검체 전체 영역에 대한 일시 검사는 불가능한 것이다.That is, ultrasonic flaw detection is performed on the premise of direct or indirect contact of the
따라서, 피검체 표면을 따라 탐촉자(25)를 이동 시키는 주사(走査)를 실시하게 되며, 특히 비교적 단면이 일정하고 상당한 연장을 가지는 봉상(棒狀) 내지 관상(管狀)의 피검체에서는 피검체의 외주면을 따라 탐촉자(25)를 피검체의 축방향으로 이동시키는 주사를 실시하게 된다.Therefore, a scan is performed to move the
전술한 초음파탐상 관련 종래기술인 특허 제1216754호 역시 봉상 내지 관상의 피검체를 탐상하는 것으로, 피검체의 축방향 주사를 실시하고 있는데, 이러한 축방향 주사는 다양한 봉상 내지 관상 피검체에 적용되고 있으며, 대표적인 봉상 피검체라 할 수 있는 볼트에서도 볼트 외주면을 따라 탐촉자(25)를 이동시키는 축방향 주사가 실시되고 있다.Patent No. 1216754, which is a prior art related to ultrasonic flaw detection, also inspects rod-shaped or tubular objects, and performs axial scanning of the object. Such axial scanning is applied to various rod-shaped or tubular objects, Even in bolts, which can be referred to as a typical rod-shaped object to be inspected, axial scanning is performed to move the
이러한 축방향 주사를 통하여 볼트내 균열 또는 공동(空洞) 등의 결함을 효과적으로 검출할 수 있으나, 기 체결된 상태의 볼트는 외주면에 대한 접근이 제한될 수 밖에 없으므로 유의(有意)한 검사 결과를 기대할 수 없는 문제점이 있다.Through this axial scan, defects such as cracks or cavities in bolts can be effectively detected, but with bolts in a pre-fastened state, access to the outer circumferential surface is inevitably restricted, so significant inspection results can be expected. There are problems that can't be solved.
즉, 철도 레일에 체결된 볼트와 같이, 두부(頭部)와 말단부 일부만이 외부로 노출된 볼트의 경우 전술한 축방향 주사가 근본적으로 불가능한 바, 볼트 전반에 대한 실질적인 초음파 결함 검사가 불가능한 것이다.That is, in the case of a bolt having only a head and a part of the distal end exposed to the outside, such as a bolt fastened to a railroad rail, the above-described axial scanning is fundamentally impossible, so that a practical ultrasonic defect inspection of the entire bolt is impossible.
특히, 육중한 열차가 고속으로 주행하는 철도 레일에 체결된 볼트의 경우, 체결 구조상 말단부 일부에 대한 제한적인 접근만이 가능할 뿐 아니라, 검사를 위하여 볼트를 레일에서 해체, 분리하는 조치는 당해 철도 레일의 사용 중단 조치가 선행되어야 하는 바 현실적으로 불가능한 문제점이 있었다.In particular, in the case of bolts fastened to railroad rails on which heavy trains run at high speed, not only limited access to a part of the end is possible due to the fastening structure, but also measures to dismantle and separate the bolts from the rail for inspection There was a problem that was practically impossible as the use of the suspension should be preceded.
한편, 초음파탐상은 여타의 비파괴 검사에 비하여 고도의 전문성 및 숙련도가 요구되는데, 이는 피검체의 형태 및 재질, 탐촉자(25)의 조작 방식 등에 따라 동일한 결함이라도 상이한 결과가 도출되기 때문이다.On the other hand, ultrasonic inspection requires a high level of expertise and skill compared to other non-destructive inspections. This is because different results are derived even for the same defect depending on the shape and material of the inspected object, the manipulation method of the
따라서, 숙련된 검사원에 의한 검사 및 검사 결과의 후처리 작업이 수행되어야 하는 바, 철도 등 대규모 시설물에 대한 초음파탐상에는 막대한 비용 및 시간이 소요될 수 밖에 없으며, 특히 동일한 피검체 및 결함에 대하여도 검사원에 따라 상이한 결과가 도출되는 심각한 문제점이 있었다.Therefore, since inspection and post-processing of inspection results must be performed by skilled inspectors, ultrasonic inspection of large-scale facilities such as railways inevitably requires enormous costs and time. There was a serious problem that different results were derived depending on.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템에 있어서, 초음파를 발진하고 반향파를 수진하는 수발진기(20)에는 발진자(22) 및 수진자(23)가 내장된 탐촉자(25)가 연결되고, 철도 레일 볼트의 말단과 탐촉자(25)의 선단 사이에는 웨지블록(10)이 삽입되되, 웨지블록(10)의 철도 레일 볼트 말단과의 접촉면과 웨지블록(10)의 탐촉자(25) 선단과의 접촉면은 2도 내지 4도의 경사를 이루며, 수발진기(20)에서 송출된 신호를 처리하는 검사프로그램이 탑재된 컴퓨터(40)가 수발진기(20)와 연결되고, 철도 레일 볼트의 규격정보 및 규격정보별 설정정보가 수록된 검사데이터베이스(45)가 컴퓨터(40)와 연결됨을 특징으로 하는 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템이다.The present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and in a railroad rail bolt ultrasonic inspection system, a transducer in which an
또한, 상기 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템을 이용한 철도 레일 볼트 검사 방법에 있어서, 컴퓨터(40)에 탑재된 검사프로그램이 실행되고 볼트의 규격정보가 입력되면 검사프로그램이 검사데이터베이스(45)를 조회하여 개시점(Ts), 종료점(Te) 및 결함기준(Cd)이 포함되는 설정정보를 인출하는 설정단계(S10)와, 수발진기(20)가 가동되고 수발진기(20)의 탐촉자(25)에서 초음파가 발진된 후, 수발진기(20)가 수진된 반향파로 반향정보를 생성하여 컴퓨터(40)로 송출하는 구동단계(S20)와, 컴퓨터(40)가 반향정보를 수신하고 검사프로그램이 수신된 반향정보를 처리하되, 반향정보에 있어서 상기 개시점(Ts) 내지 종료점(Te)내 결함기준(Cd)을 초과하는 구간의 존재 여부를 검사결과로서 컴퓨터(40)의 기억장치에 저장하는 분석단계(S30)로 이루어짐을 특징으로 하는 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템을 이용한 철도 레일 볼트 검사 방법이다.In addition, in the railway rail bolt inspection method using the railway rail bolt ultrasonic inspection system, when the inspection program loaded in the
또한, 상기 설정단계(S10)에서는 컴퓨터(40)에 탑재된 검사프로그램이 실행되고 볼트의 규격정보가 입력되면 검사프로그램이 검사데이터베이스(45)를 조회하여 개시점(Ts), 종료점(Te), 결함기준(Cd) 및 경계기준(Cb)이 포함되는 설정정보를 인출하고, 분석단계(S30)가 수행된 후, 검사프로그램이 수신된 반향정보를 처리하되, 반향정보에 있어서 종료점(Te) 이후 경계기준(Cb)을 초과하는 구간이 존재하지 않을 경우, 이상신호를 출력하는 경고단계(S40)가 수행됨을 특징으로 하는 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템을 이용한 철도 레일 볼트 검사 방법이다.In addition, in the setting step (S10), when the inspection program loaded in the
본 발명을 통하여, 철도 레일 볼트에 대한 간편하고 신속한 초음파 검사가 가능하며, 철도 레일 볼트의 결함 검사 결과의 신뢰도 역시 확보할 수 있다.Through the present invention, it is possible to perform simple and rapid ultrasonic inspection of railroad rail bolts, and reliability of the defect inspection results of railroad rail bolts can also be secured.
특히, 철도 레일 볼트를 해체 및 분리하지 않고도, 체결된 상태의 볼트를 검사할 수 있으며, 탐촉자(25)의 접촉 필요 지점도 볼트 말단부에 국한될 수 있어, 검사 편의성 및 안전성을 제고할 수 있다.In particular, bolts in a fastened state can be inspected without disassembling and separating railroad rail bolts, and the contact point of the
또한, 검사 결과의 전산 처리 및 기록이 가능하여, 검사 이력 및 철도 시설물 자산에 대한 체계적인 관리가 가능하다.In addition, computer processing and recording of inspection results are possible, enabling systematic management of inspection history and railroad facility assets.
도 1은 본 발명 시스템의 하드웨어 구성도
도 2는 본 발명의 수행 상황 설명도
도 3은 본 발명 시스템의 구조도
도 4는 본 발명의 웨지블록 일 실시예 부분절단 사시도
도 5는 본 발명 수행시 철도 레일의 대표 단면도
도 6은 본 발명의 상황별 초음파 발진 및 수진 상태 설명도
도 7은 본 발명의 상황별 반향신호
도 8은 본 발명의 반향신호 처리 방식 설명도
도 9는 본 발명의 컴퓨터 화면 예시도
도 10은 본 발명의 흐름도
도 11은 경고단계가 적용된 본 발명의 일 실시예 흐름도
도 12는 스마트폰이 컴퓨터로 적용된 본 발명의 일 실시예 하드웨어 구성도
도 13은 도 12 실시예의 컴퓨터 화면 예시도1 is a hardware configuration diagram of the system of the present invention
Figure 2 is an explanatory diagram of the implementation situation of the present invention
3 is a structural diagram of the system of the present invention
Figure 4 is a partially cut perspective view of one embodiment of the wedge block of the present invention
Figure 5 is a representative cross-sectional view of a railroad rail when the present invention is carried out
6 is an explanatory diagram of ultrasonic oscillation and reception state for each situation of the present invention
7 is an echo signal for each situation of the present invention
8 is an explanatory diagram of the echo signal processing method of the present invention
9 is an exemplary view of a computer screen of the present invention
10 is a flow chart of the present invention
11 is a flowchart of one embodiment of the present invention to which a warning step is applied
12 is a hardware configuration diagram of an embodiment of the present invention in which a smartphone is applied as a computer
13 is an exemplary view of a computer screen of the embodiment of FIG. 12
본 발명의 상세한 구성 및 수행 과정을 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.The detailed configuration and execution process of the present invention will be described through the accompanying drawings.
우선 도 1은 본 발명 시스템의 하드웨어 구성 및 연결관계 등을 도시한 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명 시스템은 탐촉자(25), 수발진기(20) 및 컴퓨터(40) 등으로 구성되며, 특히 탐촉자(25)에는 탐촉자(25)에서 발진되는 초음파의 피검체 입사 각도를 조정하는 웨지블록(wedge block)(10)이 설치된다.First, FIG. 1 shows the hardware configuration and connection relationship of the system of the present invention. As shown, the system of the present invention is composed of a
이러한, 본 발명의 시스템은 도 2에서와 같이, 철도 레일 볼트가 레일에 결합된 상태에서, 레일 외측으로 노출된 볼트의 말단부에 웨지블록(10)을 밀착하고, 수발진기(20)를 가동하는 방식으로 운용되며, 따라서 초음파탐상을 위하여 볼트를 레일로부터 분리하지 않고도 볼트에 대한 결함 검사를 실시할 수 있다.As shown in FIG. 2, in the system of the present invention, in a state where the railroad rail bolts are coupled to the rail, the
특히, 철도 레일 볼트의 말단과 탐촉자(25)의 선단 사이에는 웨지블록(10)이 삽입되되, 웨지블록(10)의 철도 레일 볼트 말단과의 접촉면과 웨지블록(10)의 탐촉자(25) 선단과의 접촉면은 2도 내지 4도의 경사를 이루게 되는 바, 웨지블록(10)을 통하여 탐촉자(25)의 중심축과 피검체인 볼트의 중심축간 2도 내지 4도의 경사가 형성된다.In particular, the
이로써, 탐촉자(25)에 의한 볼트 외주면에 대한 주사(走査) 없이, 볼트 말단에 웨지블록(10)을 밀착한 상태만으로 검사가 가능하므로, 검사를 위하여 볼트를 분리할 필요가 없음은 물론, 볼트 말단의 최소한의 노출부만 확보되면 검사가 가능하다.As a result, it is possible to inspect only the state in which the
도 3은 본 발명의 각 구성요소의 기능 및 연결관계 등을 도시한 블록다이어그램으로서, 도시된 바와 같이, 초음파를 발진하고 반향파를 수진하는 수발진기(20)에는 발진자(22) 및 수진자(23)가 내장된 탐촉자(25)가 연결되고, 수발진기(20)에서 송출된 신호를 처리하는 컴퓨터(40)가 수발진기(20)와 연결되며, 컴퓨터(40)에는 후술할 규격정보 및 설정정보 등이 수록되는 검사데이터베이스(45)가 연결된다.3 is a block diagram showing the function and connection relationship of each component of the present invention. As shown, the
본 발명의 수발진기(20)는 초음파를 발진하는 발진회로인 발진부(21)와 반향파 내지 전달파를 수진하는 수진회로인 수진부(24) 등이 내장되는 장치로서, 초음파 펄서/리시버(ultrasonic pulser/receiver) 등이 적용될 수 있다.The
수발진기(20)와 연결되는 탐촉자(25)는 일종의 스피커라 할 수 있는 발진자(22)와 일종의 마이크로폰이라 할 수 있는 수진자(23)가 동반 장착된 피검체 접촉 장치로서, 도 3에서와 같이, 탐촉자(25)의 발진자(22)는 수발진기(20)의 발진부(21)와 연결되고, 탐촉자(25)의 수진자(23)는 수발진기(20)의 수진부(24)와 연결된다.The
또한, 수발진기(20)와 컴퓨터(40)는 유선 또는 무선으로 연결되어 데이터통신을 수행하게 되는데, 수발진기(20)의 수진부(24)에서 생성된 반향파 내지 전달파의 아날로그 파형신호는 AD변환부(30)를 경유하여 디지털신호로 변환된 후, 컴퓨터(40)로 송출된다.In addition, the
이러한 AD변환부(30)는 수발진기(20)에 내장된 형태로 구성될 수도 있고, 수발진기(20) 외부에 별도로 장착되거나, 수발진기(20)와 컴퓨터(40)간 신호선 중간에 설치되는 등 다양한 변형이 가능하며, 도 3에 도시되지는 않았으나 수발진기(20)에는 발진부(21) 및 수진부(24) 또는 AD변환부(30)를 구동 및 제어하고, 수발되는 신호 및 정보를 처리하는 프로세서 및 기억장치가 내장될 수 있다.The
컴퓨터(40)에 연결되는 검사데이터베이스(45) 역시 컴퓨터(40)의 기억장치내 구축되거나, 별도의 서버 또는 스토리지에 구축되고 컴퓨터(40)와 통신망을 통하여 연결되는 등 다양한 구성이 가능하다.The test database 45 connected to the
한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 탐촉자(25) 선단과 피검체인 볼트 말단 사이에는 탐촉자(25)의 접촉각을 조정하는 웨지블록(10)이 구성되는데, 그 구체적인 실시예가 도 4에 예시되어 있다.On the other hand, as described above, the
본 발명의 웨지블록(10)은 그 사전적 의미에서와 같이, 양측 구성 사이에 삽입되는 쐐기형 부품으로서, 탐촉자(25)에서 발진된 초음파의 원활한 전파가 가능함과 동시에, 왜곡이 최소화될 수 있는 소재가 적용되는 것이 바람직하다.The
도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에 예시된 실시예에 있어서 웨지블록(10)은 도면상 웨지블록(10)의 배면이 볼트의 말단에 밀착되고, 도면상 전면(前面)이 상기 배면과 경사를 이루면서, 웨지블록(10)의 전면부에 경사면(11)이 형성되는 구조로서, 경사면(11)의 중앙부에는 탐촉자(25) 선단부와 일치하는 형상의 결합구(15)가 형성되어, 결합구(15)에 탐촉자(25) 선단부가 견고하게 결합된 상태로 사용된다.In the embodiment illustrated in FIGS. 1, 2, 4 and 5, the
즉, 도 5에서와 같이, 탐촉자(25)가 웨지블록(10)에 결합된 상태에서 웨지블록(10)을 볼트 말단에 밀착하면, 웨지블록(10)의 볼트 말단 밀착면과 탐촉자(25) 결합면간에 소기의 경사각(θ)이 형성되고, 따라서 볼트의 중심축과 탐촉자(25)의 중심축간에도 동일한 경사각(θ)이 형성되는 것이다.That is, as shown in FIG. 5, when the
따라서, 탐촉자(25)와 볼트 말단 사이에 웨지블록(10)이 삽입된 상태로 초음파탐상이 진행될 수 있으며, 그에 따라 도 6에서와 같이 상황에 따른 다양한 초음파 발진 및 반향파 수진이 가능하게 된다.Therefore, ultrasonic flaw detection can be performed with the
도 6에 있어서, 점선은 발진 초음파 또는 경계면에 의한 반향파를 표현한 것이고, 실선은 결함 부위에 의한 반향파를 표현한 것으로, 동 도면을 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 미세 경사가 형성된 웨지블록(10)을 탐촉자(25)와 볼트 말단간에 삽입함으로써, 볼트의 외주면을 따라 탐촉자(25)를 이동시키지 않고도 효과적인 결함 검사가 가능하게 된다.In FIG. 6, the dotted line represents the oscillation ultrasonic wave or the echo wave by the boundary, and the solid line represents the echo wave by the defective part. By inserting between the
철도 레일에 적용되는 볼트는 그 규격이 비교적 일정하다 할 수 있으며, 일반적으로 100mm 내지 160mm의 길이를 가지고, 볼트 본체 봉상부(棒狀部)는 15mm 내지 30mm의 직경을 가진다.Bolts applied to railway rails can be said to have relatively constant specifications, and generally have a length of 100 mm to 160 mm, and a bolt body bar top has a diameter of 15 mm to 30 mm.
또한, 철도 레일 볼트의 형태와, 사용중 하중 및 충격 조건 등을 고려할 때, 철도 레일 볼트에서 결함 또는 균열이 빈발하는 부위는 도 6에서와 같이 볼트의 두부와 본체 봉상부간 접합부 또는 볼트 본체 봉상부에서 나사선이 시작되는 부분에 집중되는 바, 동 도면에서와 같이, 탐촉자(25)에서 발진되는 초음파가 경사 입사함으로써 일층 효과적인 결함 또는 균열 부위 검출이 가능하다.In addition, considering the shape of the railway rail bolt, the load and impact conditions during use, the joint between the head of the bolt and the rod top of the main body or the top of the bolt main body, as shown in FIG. As shown in the figure, the ultrasonic wave oscillated by the
전술한 바와 같은 철도 레일 볼트의 규격 즉, 100mm 내지 160mm의 길이 및 15mm 내지 30mm의 직경을 감안할 때, 웨지블록(10)에 의하여 형성되는 볼트의 중심축과 탐촉자(25)의 중심축간 경사각(θ)은 2도 내지 4도가 적용되는 것이 바람직하다.Considering the specifications of the railway rail bolts as described above, that is, the length of 100 mm to 160 mm and the diameter of 15 mm to 30 mm, the inclination angle between the central axis of the bolt formed by the
상기 경사각(θ)이 2도 미만일 경우 피검체인 볼트로 입사하는 초음파가 볼트 중심축과 평행에 근사한 방향으로 입사하게 되는 바, 볼트 표층부 즉, 외주면에 근접한 부위에 형성된 균열 등을 검출함에 있어서 불리하며, 상기 경사각(θ)이 4도를 초과할 경우 볼트 외주면 또는 나사산에 의하여 반향되는 잡음이 증가하여 신호 검출에 있어서 불리하다.When the inclination angle (θ) is less than 2 degrees, the ultrasonic waves incident on the bolt, which is the test subject, are incident in a direction close to parallel to the central axis of the bolt, which is disadvantageous in detecting cracks formed on the surface layer of the bolt, that is, a portion close to the outer circumferential surface. , When the inclination angle θ exceeds 4 degrees, noise reflected by the outer circumferential surface of the bolt or the screw thread increases, which is disadvantageous in signal detection.
특히, 도 6에 예시된 바와 같이, 철도 레일 볼트에 형성되는 균열은 주로 표층부에 형성되며, 체결 상태의 철도 레일 볼트 외주면에는 레일을 비롯한 다양한 물성의 구성이 볼트 종단상 대부분의 구간에 설치되어 다량의 잡음이 형성될 수 있는 바, 전술한 경사각의 범위를 상회 또는 하회하는 각도로 초음파가 입사하게 되면 검사 정밀도 및 신뢰도가 심각하게 훼손될 수 있다.In particular, as illustrated in FIG. 6, the cracks formed in the railroad rail bolts are mainly formed in the surface layer, and on the outer circumferential surface of the railroad rail bolts in a fastened state, various physical properties including rails are installed in most sections on the bolt end, resulting in a large amount Noise of may be formed, and when ultrasonic waves are incident at an angle above or below the above-mentioned range of inclination angles, inspection precision and reliability may be seriously damaged.
한편, 도 7은 도 6에서와 같은 상황별 초음파 발진 및 수진 상태에 따라 수진되는 반향파 신호를 도시한 것으로, 탐촉자(25)의 발진자(22)에서 단발적 펄스가 발진된 후 탐촉자(25)의 수진자(23)를 통하여 수진된 반향파 신호를 도시하고 있다.On the other hand, FIG. 7 shows the echo signal collected according to the ultrasonic oscillation and reception conditions for each situation as in FIG. 6, after a single pulse is oscillated by the
도 7에 있어서 도시된 총 4개의 반향파 곡선은 도 6에 도시된 총 4개의 상황에서 수진된 반향파를 각각 도시하고 있으며, 각 반향파 곡선 중 좌단부에서 진폭이 확대된 부분은 탐촉자(25)의 발진자(22)에서 발진된 초음파를 탐촉자(25)의 수진자(23)가 즉각 수진한 신호와 웨지블록(10)과 볼트 말단간 접촉부에서 반향된 신호가 합성된 신호이고, 각 반향파 곡선 중 우단부에서 진폭이 확대된 부분은 볼트의 두부(頭部)에서 반향된 경계면 반향파이다.A total of 4 echo wave curves shown in FIG. 7 show the echo waves collected in a total of 4 situations shown in FIG. ) The ultrasonic waves oscillated by the
단일 소재인 볼트 내부에서의 초음파 전파 속도는 일정한 것으로 간주할 수 있으므로, 도 7의 반향파 곡선에서 진폭 확대부의 시점(時點)은 당해 진폭 확대부를 야기한 불연속 지점의 위치로 정비례 환산될 수 있으며, 이로써 볼트내 결함 또는 균열 지점의 위치를 파악할 수 있다.Since the speed of propagation of ultrasonic waves inside the bolt, which is a single material, can be regarded as constant, the starting point of the amplitude expansion part in the echo curve of FIG. 7 can be converted in direct proportion to the position of the discontinuous point that caused the amplitude expansion part. Defects or cracks in bolts can be located.
특히, 본 발명은 규격화된 형태를 가지는 철도 레일 볼트에 대하여 적용되는 것인 바, 동일한 규격의 볼트의 경우 전술한 반향파 곡선 중 좌단부 진폭 확대부와 우단부 진폭 확대부간 시간차 즉, 거리가 일정하게 검출되는 양상을 보인다.In particular, the present invention is applied to railroad rail bolts having a standardized form. In the case of bolts of the same standard, the time difference between the amplitude expansion part of the left end and the amplitude expansion part of the right end of the above-mentioned echo wave curve is constant, that is, the distance is constant. appear to be detectable.
본 발명에서는 이러함 점에서 착안하여, 철도 레일 볼트에 대한 초음파탐상에 있어서의 초기 게이트(default gate)를 설정하였으며, 이로써 정확하고 효율적인 검사 개시 및 종료 시점 파악이 가능할 뿐 아니라, 검사의 정상 수행 여부의 확증 역시 가능하다.With this in mind, the present invention set the initial gate (default gate) in the ultrasonic inspection of rail bolts, thereby enabling accurate and efficient inspection start and end timing, as well as determining whether the inspection is normally performed or not. Confirmation is also possible.
초음파탐상에 있어서의 게이트(gate)란 반향파 신호 중 유의(有意)한 구간을 지칭하는 것으로, 피검체의 결함 유무를 파악함에 있어서는 결함 또는 균열의 존재 가능성이 있는 구간을 검사 대상 구간으로 설정하고, 해당 구간에 대응되는 반향파 곡선상 수평축 구간 즉, 시간을 초기 게이트로 설정할 필요가 있다.A gate in ultrasonic testing refers to a significant section of the echo wave signal. , it is necessary to set the horizontal axis section on the echo curve corresponding to the section, that is, time, as an initial gate.
물론, 초기 게이트에 대한 반향파 분석 결과 결함이 발견되어 해당 부위를 정밀 검사하는 경우에는 결함 부위 직전 내지 직후 구간으로 축소된 게이트가 인위적으로 재설정될 수 있다.Of course, when a defect is found as a result of the echo wave analysis of the initial gate and the corresponding portion is thoroughly inspected, the gate reduced to a section just before or after the defect may be artificially reset.
본 발명을 실제 수행함에 있어서 피검체인 철도 레일 볼트는 볼트에 표기된 규격정보 또는 검사원의 육안으로도 해당 볼트의 규격을 파악할 수 있는 바, 볼트의 규격에 따라 전술한 초기 게이트가 설정될 수 있다.In the actual implementation of the present invention, the railway rail bolt, which is a test subject, can grasp the standard of the bolt even with the standard information marked on the bolt or the inspector's naked eye, and the above-described initial gate can be set according to the bolt standard.
즉, 도 8에서와 같이, 탐촉자(25)의 발진자(22)에서 초음파 펄스가 발진되는 순간의 시각을 발진점(To)이라 하고, 이후 초음파가 웨지블록(10)을 통과하여 볼트 말단부로 진입한 시점을 개시점(Ts)이라 하며, 볼트 내부로 전파되던 초음파의 볼트 두부 이탈 시점을 종료점(Te)이라 하면, 피검체인 철도 레일 볼트의 규격 및 웨지블록(10)의 제원에 따라 이들 발진점(To), 개시점(Ts) 및 종료점(Te)은 모두 사전 설정될 수 있으며, 전술한 초기 게이트는 개시점(Ts) 내지 종료점(Te)의 구간으로 설정되는 것이다.That is, as shown in FIG. 8, the time at which the ultrasonic pulse is oscillated in the
따라서, 본 발명을 통한 실제 검사에 있어서는 상기 발진점(To), 개시점(Ts) 또는 종료점(Te) 부근의 진폭 확대부를 제외한 볼트 내부 전파 구간에서의 진폭 확대부를 검출함으로써 결함 또는 균열 부위를 효과적으로 검출할 수 있으며, 발진점(To) 이후 종료점(Te)에 도달하면, 즉 발진점(To) 이후 종료점(Te)에 이르는 시간이 경과하면 검사를 자동으로 종료하는 방식도 적용 가능하다.Therefore, in the actual inspection through the present invention, by detecting the amplitude expansion part in the propagation section inside the bolt except for the amplitude expansion part near the oscillation point (To), starting point (Ts) or end point (Te), defects or cracks are effectively detected. It can be detected, and when the end point (Te) is reached after the oscillation point (To), that is, when the time from the oscillation point (To) to the end point (Te) has elapsed, a method of automatically ending the test is also applicable.
특히, 수진되는 반향파를 분석함에 있어서, 도 8에서와 같이 결함기준(Cd)과 경계기준(Cb)을 설정함으로써, 결함 부위를 파악하고, 개시점(Ts) 및 종료점(Te)에서의 적정 신호 검출 여부를 파악할 수 있는데, 동 도면에서 상, 하한이 점선으로 표시된 결함기준(Cd)을 초과하는 진폭 발생 구간은 결함 부위로 파악될 수 있고, 동 도면에서 상, 하한이 가상선으로 표시된 경계기준(Cb)을 초과하는 진폭 발생 지점은 발진점(To), 개시점(Ts) 및 종료점(Te)을 형성하는 정상적인 불연속부로 파악될 수 있다.In particular, in analyzing the received echo wave, by setting the defect criterion (Cd) and the boundary criterion (Cb) as shown in FIG. It is possible to determine whether or not a signal has been detected. In the figure, the amplitude generation section exceeding the defect criterion (Cd) whose upper and lower limits are indicated by dotted lines can be identified as a defect part, and in the same figure, the upper and lower limits are indicated by virtual lines. The point at which the amplitude exceeds the reference Cb can be recognized as a normal discontinuity forming the oscillation point To, the start point Ts, and the end point Te.
이러한, 본 발명의 철도 레일 볼트 검사 방법은 컴퓨터(40)에 탑재되는 응용프로그램으로서 수발진기(20)에서 송출된 신호를 처리하는 검사프로그램에 의하여 수행될 수 있으며, 그 구체적인 과정이 도 9 내지 도 11에 도시되어 있다.The railway rail bolt inspection method of the present invention is an application program installed in the
우선, 도 9는 본 발명이 수행되는 컴퓨터(40)의 화면을 예시한 것으로, 도시된 바와 같이, 반향파의 신호 곡선이 화면으로 출력되고 있으며, 볼트의 규격정보 및 웨지블록(10)의 제원정보 등이 입력되고, 제반 조건을 설정하는 사용자 인터페이스가 제공되고 있다.First, FIG. 9 illustrates the screen of the
전술한 바와 같이, 본 발명을 수행하는 컴퓨터(40)에는 수발진기(20)에서 송출된 신호를 처리하는 검사프로그램이 탑재되어, 수발진기(20)에서 송출되어 컴퓨터(40)로 입력된 반향파 신호 등을 분석하게 되는데, 도 9는 검사프로그램의 실행화면을 예시한 것으로서, 이러한 검사프로그램 탑재 컴퓨터(40)로는 도 1 및 도 2에서와 같이, 휴대형 컴퓨터(40)가 적용되어 현장에서의 본 발명 수행이 가능하도록 한다.As described above, the
본 발명 컴퓨터(40)에는 검사프로그램이 탑재됨과 동시에, 검사데이터베이스(45)가 구축 내지 연결되는데, 검사데이터베이스(45)에는 피검체인 철도 레일 볼트의 규격정보 및 규격정보별 설정정보가 수록된다.At the same time as the inspection program is loaded in the
검사데이터베이스(45)에 수록되는 철도 레일 볼트의 규격정보는 피검체인 볼트의 길이 또는 직경 등의 규격을 표시하는 정보로서, 규격정보는 규격을 특정하는 수치의 형태를 가질 수 있음은 물론, 특정 규격을 지칭하는 기호 또는 문자열 등이 규격정보로 적용될 수도 있다.The standard information of railroad rail bolts recorded in the inspection database 45 is information indicating the standard such as the length or diameter of the bolt under test. A symbol or character string indicating a may be applied as standard information.
즉, 본 발명에 있어서 볼트의 규격정보는 볼트의 실제 제작을 위한 상세한 제원을 나열한 정보를 의미하는 것이 아니라, 규격의 동일성을 가지는 일군의 볼트와 규격이 상이한 타군의 볼트를 식별할 수 있는 정보라 할 수 있다.That is, in the present invention, bolt standard information does not mean information listing detailed specifications for actual manufacturing of bolts, but information that can identify a group of bolts having the same standard and another group of bolts having different standards. can do.
또한, 검사데이터베이스(45)에 규격정보와 동반 수록되는 설정정보는 규격정보에 대응되는 정보로서, 도 8을 통하여 설명한 바 있는 개시점(Ts), 종료점(Te), 결함기준(Cd) 및 경계기준(Cb) 등이 설정정보에 포함된다.In addition, the setting information included with the standard information in the inspection database 45 is information corresponding to the standard information, and the starting point (Ts), the ending point (Te), the defect criterion (Cd) and the boundary described with reference to FIG. The criterion Cb and the like are included in the setting information.
다만, 상기 설정정보 특히, 개시점(Ts)은 웨지블록(10)의 제원에 따라 변동될 수 있는 바, 볼트의 규격에 관계 없이 단일 웨지블록(10)을 적용하는 경우 설정정보가 볼트의 규격정보에 단순 대응되는 정보로서 설정되지만, 다양한 제원을 가지는 웨지블록(10) 중 특정 웨지블록(10)을 선택하여 적용하는 방식의 검사의 경우 웨지블록(10)의 제원정보 역시 검사데이터베이스(45)에 동반 수록되어, 볼트의 규격정보와 웨지블록(10)의 제원정보에 따라 설정정보가 변동된다.However, the setting information, in particular, the starting point (Ts) may vary according to the specifications of the
즉, 다양한 제원의 웨지블록(10)이 적용됨에 따라, 웨지블록(10)에 의하여 형성되는 경사각(θ) 또는 웨지블록(10)에 의하여 형성되는 볼트 말단과 탐촉자(25) 선단간 이격거리가 변동되는 경우, 전술한 개시점(Ts), 종료점(Te), 결함기준(Cd) 및 경계기준(Cb) 등이 변동될 수 있으므로, 볼트의 규격정보와 웨지블록(10)의 제원정보의 조합에 따라 상이하게 설정되는 설정정보가 검사데이터베이스(45)에 수록될 필요가 있는 것이다.That is, as the
이러한, 본 발명의 초음파 검사 시스템을 이용한 철도 레일 볼트 검사 방법은 도 10에서와 같이, 컴퓨터(40)에 탑재된 검사프로그램이 실행되고 볼트의 규격정보가 입력되면 검사프로그램이 검사데이터베이스(45)를 조회하여 개시점(Ts), 종료점(Te) 및 결함기준(Cd)이 포함되는 설정정보를 인출하는 설정단계(S10)로 개시된다.As shown in FIG. 10, in the railway rail bolt inspection method using the ultrasonic inspection system of the present invention, when the inspection program loaded on the
전술한 바와 같이, 상이한 제원의 다수의 웨지블록(10)이 적용되는 경우, 설정단계(S10)에 있어서 웨지블록(10)의 제원정보가 동반 입력되며, 볼트의 규격정보와 웨지블록(10)의 제원정보에 부합되는 설정정보가 인출된다.As described above, when a plurality of wedge blocks 10 of different specifications are applied, in the setting step (S10), the specification information of the
한편, 설정단계(S10) 수행과 더불어 수발진기(20)가 가동되고 수발진기(20)의 탐촉자(25)에서 초음파가 발진된 후, 수발진기(20)가 수진된 반향파 신호를 활용하여 반향정보를 생성하고 컴퓨터(40)로 송출하는 구동단계(S20)가 수행된다.On the other hand, after the setting step (S10) is performed, the
구동단계(S20)의 실질적인 과정은 수발진기(20)에 의하여 수행되는 것으로 설정단계(S10)와 독립적으로 수행될 수도 있으나, 수발진기(20)에서 송출되는 신호의 신속하고 안정적인 후속 처리를 위하여, 설정단계(S10) 이후 구동단계(S20)가 수행되거나, 수발진기(20)의 가동 상태는 유지된 상태에서 설정단계(S10)가 우선 수행된 후, 구동단계(S20)의 반향정보 송출이 진행되는 것이 바람직하다.The actual process of the driving step (S20) is performed by the
구동단계(S20)에서 컴퓨터(40)로 송출되는 반향정보는 반향파의 파형 즉, 시각별 진폭이 기록된 디지털정보로서, 도 3에서와 같이 수발진기(20)의 수진부(24)에 연결된 AD변환부(30)에 의하여 생성 내지 변환된다.The echo information transmitted to the
이후, 컴퓨터(40)가 상기 반향정보를 수신하고 검사프로그램이 수신된 반향정보를 처리하되, 반향정보에 있어서 상기 개시점(Ts) 내지 종료점(Te)내 결함기준(Cd)을 초과하는 구간의 존재 여부를 검사결과로서 컴퓨터(40)의 기억장치에 저장하는 분석단계(S30)가 수행됨으로써 단일 피검체에 대한 1회 검사가 완료되며, 전술한 과정을 단일 피검체에 대하여 반복함으로써 정밀검사를 수행하거나, 타 피검체에 반복 수행함으로서 다 지점 검사를 수행하게 된다.Thereafter, the
이러한 분석단계(S30)에서는 도 8에서와 같이, 개시점(Ts) 내지 종료점(Te)의 구간으로 설정되는 초기 게이트(default gate) 구간내 결함기준(Cd)을 초과하는 진폭의 발생 구간을 검출함으로써, 결함 부위의 존재 여부를 파악하고, 해당 결함 부위로 인하여 형성된 진폭 확대 시점(時點)을 파악하며, 이 시점을 근거로 해당 결함 부위의 위치를 산출하게 된다.In this analysis step (S30), as shown in FIG. 8, the occurrence section of the amplitude exceeding the defect criterion (Cd) within the initial gate (default gate) section set to the section from the start point (Ts) to the end point (Te) is detected. By doing so, it is possible to determine whether a defective part exists, determine a time point of amplitude expansion formed due to the corresponding defective part, and calculate the location of the corresponding defective part based on this time point.
한편, 본 발명에서는 전술한 경계기준(Cb)을 활용하여 검사의 정상 종료 여부를 확증할 수 있는데, 그 구체적인 과정이 도 11에 도시되어 있다.On the other hand, in the present invention, it is possible to confirm whether or not the test is normally terminated by utilizing the aforementioned boundary criterion (Cb), and the specific process is shown in FIG. 11 .
즉, 볼트의 두부로 인하여 형성되는 진폭 확대부가 도 8에서와 같이, 볼트의 규격정보에 의하여 기 설정된 종료점(Te) 직후 발생되는지 여부를 검출함으로써, 볼트 전반에 걸친 초음파의 정상적인 전파 여부를 확인하는 것으로, 이때 설정단계(S10)에서는 경계기준(Cb)이 동반 설정되고, 분석단계(S30)의 수행과 더불어, 종료점(Te) 이후 경계기준(Cb)을 초과하는 진폭 확대부가 존재하는지 여부를 확인하는 것이다.That is, by detecting whether the amplitude enlargement formed by the head of the bolt occurs immediately after the end point (Te) preset by the standard information of the bolt, as shown in FIG. At this time, in the setting step (S10), the boundary criterion (Cb) is set together, and in addition to the execution of the analysis step (S30), it is checked whether there is an amplitude expansion portion exceeding the boundary criterion (Cb) after the end point (Te). is to do
따라서, 도 11 실시예에 있어서, 설정단계(S10)에서는 컴퓨터(40)에 탑재된 검사프로그램이 실행되고 볼트의 규격정보가 입력되면 검사프로그램이 검사데이터베이스(45)를 조회하여 개시점(Ts), 종료점(Te), 결함기준(Cd) 및 경계기준(Cb)이 포함되는 설정정보를 인출하게 되고, 분석단계(S30)가 수행된 후, 검사프로그램이 수신된 반향정보를 처리하되, 반향정보에 있어서 종료점(Te) 이후 경계기준(Cb)을 초과하는 구간이 존재하지 않을 경우, 이상신호를 출력하는 경고단계(S40)가 수행된다.Therefore, in the embodiment of FIG. 11, in the setting step (S10), the inspection program loaded in the
경고단계(S40)에 있어서 이상신호가 출력된다는 의미는 종료점(Te) 이후 경계기준(Cb)을 초과하는 진폭 확대부가 형성되지 않았다는 의미로서, 초음파의 정상적인 전파가 이루어지지 않았다고 간주될 수 있으며, 따라서 해당 검사 결과는 폐기되는 것이 바람직하다.The meaning that the abnormal signal is output in the warning step (S40) means that the amplitude expansion part exceeding the boundary standard (Cb) is not formed after the end point (Te), and it can be considered that the normal propagation of the ultrasonic waves has not been made. Preferably, the test results are discarded.
한편, 도 12 및 도 13은 본 발명에 있어서 반향정보 등을 처리하는 컴퓨터(40)로서 스마트폰 등의 모바일 정보기기를 적용한 실시예로서, 현재 시판되는 대부분의 스마트폰에는 탁상형 컴퓨터(40)에 필적하는 성능이 부여되는 바, 검사프로그램이 스마트폰 운영체계의 응용프로그램으로서 탑재되고, 수발진기(20)에는 도 12에서와 같이 블루투스동글(Bluetooth dongle) 등의 무선어댑터(49)를 장착함으로써, 수발진기(20)와 모바일 정보기기인 컴퓨터(40)간 무선통신을 통한 본 발명의 수행이 가능하게 된다.Meanwhile, FIGS. 12 and 13 are examples in which a mobile information device such as a smart phone is applied as a
이렇듯, 컴퓨터(40)로서 모바일 정보기기가 적용되는 본 발명의 실시예에서는 도 13에서와 같이, 사용자의 터치스크린 조작 또는 제스처 입력 등을 통하여 검사프로그램의 실행이 가능하며, 일층 강화된 휴대성을 통하여 검사 편의성 역시 획기적으로 제고할 수 있다.As such, in the embodiment of the present invention to which a mobile information device is applied as the
이상에서와 같은 본 발명을 통하여, 철도 레일 볼트의 분리 없이도 간편하고 신속한 초음파 검사가 가능할 뿐 아니라, 검사 과정을 전산 처리함으로써 체계적이고 정밀한 검사 관리가 가능하다.Through the present invention as described above, simple and rapid ultrasonic inspection is possible without separation of the railroad rail bolts, and systematic and precise inspection management is possible by computerizing the inspection process.
10 : 웨지블록
11 : 경사면
15 : 결합구
20 : 수발진기
21 : 발진부
22 : 발진자
23 : 수진자
24 : 수진부
25 : 탐촉자
30 : AD변환부
40 : 컴퓨터
45 : 검사데이터베이스
49 : 무선어댑터
S10 : 설정단계
S20 : 구동단계
S30 : 분석단계
S40 : 경고단계10: wedge block
11: slope
15: coupler
20: water oscillator
21: oscillation part
22: oscillator
23: examiner
24: reception department
25: probe
30: AD conversion unit
40: computer
45: inspection database
49: wireless adapter
S10: Setting stage
S20: driving step
S30: analysis step
S40: warning step
Claims (3)
초음파를 발진하고 반향파를 수진하는 수발진기(20)에는 발진자(22) 및 수진자(23)가 내장된 탐촉자(25)가 연결되고;
철도 레일 볼트의 말단과 탐촉자(25)의 선단 사이에는 웨지블록(10)이 삽입되되, 웨지블록(10)의 철도 레일 볼트 말단과의 접촉면과 웨지블록(10)의 탐촉자(25) 선단과의 접촉면은 2도 내지 4도의 경사를 이루며;
수발진기(20)에서 송출된 신호를 처리하는 검사프로그램이 탑재된 컴퓨터(40)가 수발진기(20)와 연결되고;
철도 레일 볼트의 규격정보 및 규격정보별 설정정보가 수록된 검사데이터베이스(45)가 컴퓨터(40)와 연결됨을 특징으로 하는 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템.
In the railway rail bolt ultrasonic inspection system,
A transducer 25 having an oscillator 22 and a transducer 23 is connected to the transducer 20 that oscillates ultrasonic waves and receives echo waves;
The wedge block 10 is inserted between the end of the railroad rail bolt and the tip of the transducer 25, and the contact surface of the wedge block 10 with the end of the railroad rail bolt and the tip of the transducer 25 of the wedge block 10 The contact surface is inclined at 2 to 4 degrees;
A computer 40 loaded with a test program for processing signals transmitted from the number oscillator 20 is connected to the number oscillator 20;
Railway rail bolt ultrasonic inspection system, characterized in that the inspection database (45) containing the standard information of the railway rail bolt and setting information for each standard information is connected to the computer (40).
컴퓨터(40)에 탑재된 검사프로그램이 실행되고 볼트의 규격정보가 입력되면 검사프로그램이 검사데이터베이스(45)를 조회하여 개시점(Ts), 종료점(Te) 및 결함기준(Cd)이 포함되는 설정정보를 인출하는 설정단계(S10)와;
수발진기(20)가 가동되고 수발진기(20)의 탐촉자(25)에서 초음파가 발진된 후, 수발진기(20)가 수진된 반향파로 반향정보를 생성하여 컴퓨터(40)로 송출하는 구동단계(S20)와;
컴퓨터(40)가 반향정보를 수신하고 검사프로그램이 수신된 반향정보를 처리하되, 반향정보에 있어서 상기 개시점(Ts) 내지 종료점(Te)내 결함기준(Cd)을 초과하는 구간의 존재 여부를 검사결과로서 컴퓨터(40)의 기억장치에 저장하는 분석단계(S30)로 이루어짐을 특징으로 하는 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템을 이용한 철도 레일 볼트 검사 방법.
In the railway rail bolt inspection method using the railway rail bolt ultrasonic inspection system of claim 1,
When the inspection program installed in the computer 40 is executed and bolt standard information is input, the inspection program searches the inspection database 45 to set the starting point (Ts), end point (Te), and defect criteria (Cd). A setting step of fetching information (S10);
After the hand oscillator 20 is operated and ultrasonic waves are oscillated by the transducer 25 of the hand oscillator 20, the hand oscillator 20 generates echo information with the received echo wave and transmits it to the computer 40. S20) and;
The computer 40 receives the echo information, and the inspection program processes the received echo information, and determines whether there is a section exceeding the defect criterion Cd within the starting point Ts to the ending point Te in the echo information. A railway rail bolt inspection method using a railway rail bolt ultrasonic inspection system, characterized in that it consists of an analysis step (S30) of storing the inspection result in the storage device of the computer 40.
설정단계(S10)에서는 컴퓨터(40)에 탑재된 검사프로그램이 실행되고 볼트의 규격정보가 입력되면 검사프로그램이 검사데이터베이스(45)를 조회하여 개시점(Ts), 종료점(Te), 결함기준(Cd) 및 경계기준(Cb)이 포함되는 설정정보를 인출하고;
분석단계(S30)가 수행된 후,
검사프로그램이 수신된 반향정보를 처리하되, 반향정보에 있어서 종료점(Te) 이후 경계기준(Cb)을 초과하는 구간이 존재하지 않을 경우, 이상신호를 출력하는 경고단계(S40)가 수행됨을 특징으로 하는 철도 레일 볼트 초음파 검사 시스템을 이용한 철도 레일 볼트 검사 방법.The method of claim 2,
In the setting step (S10), when the inspection program loaded in the computer 40 is executed and the standard information of the bolt is input, the inspection program searches the inspection database 45 to determine the starting point (Ts), the ending point (Te), and the defect criteria ( Retrieve setting information including Cd) and boundary criterion (Cb);
After the analysis step (S30) is performed,
The test program processes the received echo information, but if there is no section exceeding the boundary criterion (Cb) after the end point (Te) in the echo information, a warning step (S40) of outputting an abnormal signal is performed. Railway rail bolt inspection method using an ultrasonic inspection system for railway rail bolts.
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