KR20230092521A - 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 검사 대상 내화물 제품 표면에 밀착된 탐촉자를 통해 초음파 신호를 출력 및 수신하는 초음파 계측 장치, 상기 내화물 제품을 제품 거치부에 자동으로 운반하고, 상기 탐촉자를 상기 내화물 제품에 밀착되도록 이동시키는 검사용 하드웨어 장치 및 상기 초음파 계측 장치 및 검사용 하드웨어 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 전달하고, 소정의 신호 처리 및 분석 알고리즘을 기반으로 상기 수신한 초음파 신호를 분석하여 검사 결과를 제공하는 제어 장치를 포함한다.

Description

내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR AUTOMATIC INSPECTION OF REFRACTORY PRODUCTS}

본 발명은 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다.

초음파 탐상 검사는 제품이 되는 구조재 등의 표면 및 내부의 건전성을 비파괴로 확인할 수 있는 기술이며, 다양한 분야에서 이용되고 있다.

초음파 탐상 검사는 접촉식 측정 방식과 비접촉식 측정 방식이 있다. 접촉식 측정 방식의 경우 제품 표면에 소정의 물질을 도포해야 하는데, 도포 후 이물질로 인한 번거로움이 존재한다. 이러한 문제를 해소하기 위해 비접촉식 측정 방식을 이용하는 경우도 있으나, 빈 공간으로 인한 측정에 어려움이 존재한다.

공개특허공보 제10-2011-0079788호 (2011.08.10)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 접촉식 측정 방식을 적용하되 측정 방식을 자동화 공정에 활용할 수 있도록 하는, 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 또다른 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일면에 따른 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템은 검사 대상 내화물 제품 표면에 밀착된 탐촉자를 통해 초음파 신호를 출력 및 수신하는 초음파 계측 장치, 상기 내화물 제품을 제품 거치부에 자동으로 운반하고, 상기 탐촉자를 상기 내화물 제품에 밀착되도록 이동시키는 검사용 하드웨어 장치 및 상기 초음파 계측 장치 및 검사용 하드웨어 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 전달하고, 소정의 신호 처리 및 분석 알고리즘을 기반으로 상기 수신한 초음파 신호를 분석하여 검사 결과를 제공하는 제어 장치를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 초음파 계측 장치의 상기 탐촉자는 표면에 소정의 소재로 이루어진 패킹이 부착되어 상기 내화물 제품과 밀착될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 검사용 하드웨어 장치는, 이전 공정 단계에서 이송된 내화물 제품을 상기 제품 거치부 상으로 운반하고, 검사가 완료된 내화물 제품을 다음 공정 단계로 전달하는 제품 운반부, 상기 제품 운반부에 의해 이동된 상기 내화물 제품을 거치하는 제품 거치부 및 상기 초음파 계측 장치의 탐촉자를 장착하며, 측정 위치로 탐촉자를 이동시킨 후 내화물 제품 표면에 상기 탐촉자를 밀착시키는 탐촉자 운반부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 탐촉자 운반부는, 송신 탐촉자 및 수신 탐촉자를 각각 고정시키는 복수의 탐촉자 고정장치와, 상기 내화물 제품과 상기 송신 탐촉자, 수신 탐촉자를 각각 밀착 및 탈착시키는 복수의 탐촉자 이동장치를 포함하는 탐촉자 측정용 암(Arm) 및 상기 탐촉자 측정용 암을 이동시키는 레일 및 모터로 구성된 이동 기구물을 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 초음파 계측 장치는 복수 개가 구비되고, 상기 탐촉자 측정용 암은 제1 초음파 계측 장치의 송신 탐촉자 및 수신 탐촉자에 상응하는 복수의 제1 탐촉자 고정장치와 복수의 제1 탐촉자 이동장치를 포함하고, 제2 초음파 계측 장치의 송신 탐촉자 및 수신 탐촉자에 상응하는 복수의 제2 탐촉자 고정장치와 복수의 제2 탐촉자 이동장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 검사용 하드웨어 장치는, 상기 초음파 신호의 출력 전, 상기 탐촉자를 밀착하여 상기 초음파 계측 장치의 측정값을 보정하는 캘리브레이션 블록 및 상기 검사용 하드웨어 장치의 운용 상태를 모니터링하고, 상기 초음파 신호의 출력 위치를 파악하기 위한 영상을 촬영하는 카메라 모듈을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 제어 장치는, 상기 제품 운반부 및 탐촉자 운반부를 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 전달하고, 상기 자동 검사 시스템의 상태 정보를 판단하는 측정 제어부, 사용자로부터 운용에 필요한 신호를 입력받고, 상기 자동 검사 시스템의 동작 상태 및 검사 결과를 표시하는 입출력 제어부 및 상기 제어 신호를 기반으로 초음파 계측 장치에 제어 명령을 전달하고, 측정된 초음파 신호를 분석하여 검사 결과를 제공하는 데이터 처리부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 측정 제어부는 상기 탐촉자의 내화물 제품에 대한 측정 위치를 소정의 샘플 좌표로 설정하거나, 상기 내화물 제품 전체를 그리드로 구분하여 각 교차점마다 설정하거나, 상기 내화물 제품의 특정 지점을 기준으로 소정 영역에 위치하는 좌표들로 설정하여 탐촉자 운반부를 제어할 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에서, 상기 입출력 제어부는 상기 내화물 제품의 자동 검사 또는 수동 검사를 위한 각 입력 버튼을 구비하고, 상기 사용자로부터 자동 검사의 입력 버튼을 수신시, 미리 설정된 일련의 검사 과정을 통해 상기 내화물 제품에 대한 검사를 자동으로 수행하고, 상기 수동 검사의 입력 버튼을 수신시, 조이스틱 입력을 통해 탐촉자의 측정 위치를 입력받고, 시작 버튼이 입력됨에 따라 상기 내화물 제품에 대한 검사를 수행할 수 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 내화물 제품을 위한 자동 검사 방법을 실행하며, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

전술한 본 발명의 일 실시예는, 프레스로 압착 성형하여 제조하는 내화물 제품의 내부 결함 및 상태를 검사하기 위한 시스템을 기술한다. 제품 결함 탐지를 위해서 일부 사업장에서는 여러가지 불편함에도 불구하고 상용 초음파 계측기를 이용하여 수작업으로 검사를 시행하고 있다. 공정 자동화와 제품 생산성을 높이기 위해서 측정 목적과 제품 형상에 따른 장치의 구성과 기능이 최적화되어야 함에도 불구하고 생산 환경에 특화된 초음파 자동 검사 장비의 보급은 미흡한 실정이다.

제안된 본 발명의 일 실시예는 성능과 기능이 검증된 상용 초음파 계측 장치를 활용하여 자동화 공정에 활용할 수 있는 자동 검사 시스템에 관한 것으로, 공정 내의 검사 단계에 활용하면 우선적으로 검사 과정의 시간, 비용, 정확도를 향상시킬 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 일 실시예를 활용할 경우, 검사 데이터를 지속적으로 누적하여 머신러닝/인공지능 기술을 적용한 데이터 분석이 가능해지도록 하여, 제품 품질 향상과 생산 공정 개선에 크게 기여하게 될 것으로 예상된다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 검사 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 검사용 하드웨어 장치의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서의 초음파 계측 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 복수의 초음파 계측 장치를 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서의 입출력 제어부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 탐촉자의 위치 정의 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 검사 방법의 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하에서는, 당업자의 이해를 돕기 위하여 본 발명이 제안된 배경에 대하여 먼저 서술하고, 본 발명의 실시예에 대하여 서술하기로 한다.

산업체에서 소재를 가공 및 성형하여 제품의 형상을 만들어 내는 것은 일반적인 제품 생산 과정에 속한다. 이때, 생산 공정 관리에서 가공 및 성형된 제품의 내부 구성이 균일하고 결함이 없도록 제조하는 것은 중요한 관심사항이다. 하지만, 제조 공정 상의 오류로 인해 제품의 결함은 불가피하게 발생되며, 이는 생산성 저하를 일으키는 주된 요인으로 작용한다. 따라서, 생산 과정에서 각종 검사를 통해 불량품을 발견하는 데 많은 노력을 기울이고 있다.

산업 제품에 속하는 철강을 사용한 강관, 철강 제품 간의 용접, 시멘트를 사용한 건축 구조물, 세라믹을 이용한 내화물 제품들은 특정한 형상으로 제조된 이후에 모양, 크기, 강도 등으로 인해서 내부 결함 상태를 육안으로 파악하기에 용이하지 않으며, 이에 다양한 검사 방법을 활용하고 있다.

이러한 검사 방법의 한 종류로, 제품의 원형과 기능에 변화를 주지 않고 제품의 상태를 검사하기 위한 비파괴 검사 방법이 적극적으로 활용되고 있다. 비파괴 검사도 측정을 위한 신호 발생원에 따라서 방사선, 초음파, 자분, 액체침투 등을 이용한 검사 방법으로 나눌 수 있다. 이 가운데, 초음파 탐상 검사는 수정 같은 진동자에 고주파 전압을 가하여 압전효과에 의해서 발생하는 초음파 신호를 사용하는 특징을 가진다.

초음파는 20kHz~1GHz 대역의 진동 주파수를 지칭하는데, 측정하고자 하는 재질에 따라서 1kHz~수십 MHz 정도의 주파수가 널리 활용되고 있으며, 초음파 측정에 사용되는 파의 종류는 종파, 횡파, 표면파 등으로 구분된다.

초음파는 높은 지향성으로 인해서 투과 능력이 탁월하며, 미세 결함에 대해서 비교적 높은 측정 감도를 가진다. 또한, 동일 재질에서는 속도가 일정하므로 재질 내부 간의 결함 혹은 재질 간의 차이를 파악하는데 좋은 특성을 지닌다. 또한, 온도 변화에 대해서 초음파 속도가 거의 일정하므로 실내뿐만 아니라 실외에서도 측정이 안정적이며, 액체와 고체 경계면, 비균일한 결함 부위 등에서 반사가 잘 일어나므로 내부 상태를 파악하는데 유용하게 쓰인다.

한편, 초음파 신호는 진행하는 음파가 서로 다른 두 매질 경계면에 부딪히면 반사 및 투과 특성을 나타내며, 이는 신호의 손실로 작용한다. 이러한 특성으로 인해서 접촉식 측정 방식은 초음파 측정에 사용되는 탐촉자와 측정 물체 사이에 틈이 없이 밀착시키기 위한 글리세린, 오일 등의 커플런트를 탐촉자와 측정 물체 사이에 도포하는 방법을 적용한다.

하지만, 접촉식 측정 방식은 측정 후에 기름진 물질이 제품 표면에 남겨지면 이로 인해서 다른 이물질들이 쉽게 들러붙게 되어서 제품 표면을 깨끗하게 청소해야 하는 번거로움이 발생할 수 있다.

이러한 접촉식 측정 방식의 번거로움을 극복하고자 탐촉자를 측정체에 직접 접촉하지 않고 공기 사이에 일정한 거리를 두고 측정하는 비접촉 측정 방식도 개발되어 활용되고 있다. 하지만, 실제 제조 현장은 소음, 진동, 분진 등의 열악한 외부 환경에 노출되어 있기 때문에, 탐촉자와 제품 사이에 빈 공간을 남겨두거나 물로 채우는 경우를 고려하면 비접촉 측정 방식은 안정적인 측정 환경을 유지하는 데에 어려움이 있을 수 있다.

이러한 문제를 해소하고자, 본 발명에 따른 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템 및 방법은 비접촉식 방식에 소요되는 측정 구축의 부담을 줄이고, 생산 현장에서 쉽게 적용할 수 있도록 접촉식 측정 방식을 채택하고 있다.

한편, 초음파 탐상 검사는 강관, 건축구조물, 내화물 검사를 위해 널리 사용되는 기술로써, 여러 종류의 상용 계측 장치들을 사용하여 초음파 검사에 활용하고 있다. 연속적인 제조 공정 상에서 제품의 내부 결함을 파악하기 위한 검사 과정에서 측정 작업의 수행 방법이 수작업인지 아니면 자동화된 작업인지에 따라서 생산성에 큰 영향을 미칠 수 있다.

일부 사업장에서 현재에도 사용되고 있는 수작업 측정 방식은 실험실에서 수행되거나 또는 표본 제품을 추출하여 일회성으로 측정하는 용도로 실시되며 계측기 이외의 별도 장치는 불필요하다. 이때, 커플런트를 도포하고 탐촉자를 밀착시키는 형태의 수작업 측정 방식을 다량의 제품들을 연속적으로 생산하는 공정에 적용하면 생산 효율성이 크게 저하된다. 각 제품마다 커플런트를 도포하고 측정 후에 깨끗하게 정리하는 부가적인 작업이 요구되며, 탐촉자를 밀착시킬 때 일정한 힘을 지속하는 작업을 반복하므로 작업자의 피로감이 가중되며, 이러한 일련의 작업을 처리하는데 시간이 소요되므로, 단위 시간에 반복적으로 처리할 수 있는 측정 횟수가 제한된다.

반면, 수작업으로 진행되는 검사 방식을 초음파 계측기를 활용한 자동 측정 방식으로 전환할 경우, 자동화된 공정 상에서 제품 검사의 효율성이 높아져 제품 생산성의 향상시키는데 크게 도움이 된다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 수작업 측정 방식을 대체하여 자동화된 초음파 측정이 가능한 자동 검사 시스템을 제공함으로써, 생산 현장에서 연속적인 공정 처리 기능을 향상하는데 기여할 수 있다.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 검사 시스템(1)의 블록도이다.

본 발명은 초음파 계측 장치를 활용하여 고체 제품 내부의 상태를 측정할 수 있는 자동 검사 시스템(1)에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 생산 공정에서 가공 및 성형된 제품이 검사 단계로 접어드는 과정에서 다음과 같은 기능을 수행한다.

운용 순서상으로 살펴보면, 기계 장치를 이용하여 제품 거치부 상으로 내화물 제품을 운반하는 기능, 거치된 내화물 제품의 내부 상태를 측정하기 위해 탐촉자를 내화물 제품의 표면으로 이동하고 밀착시키는 기능, 그리고 원격으로 초음파 계측 장치를 제어하여 측정 명령을 전달하고 측정 데이터를 획득하는 기능으로 구분할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 검사 시스템(1)은 초음파 계측 장치(100), 검사용 하드웨어 장치(110) 및 제어 장치(120)를 포함한다.

일 실시예로, 초음파 계측 장치(100)는 검사 대상 내화물 제품 표면에 밀착된 탐촉자를 통해 초음파 신호를 출력 및 수신한다.

초음파 계측 장치(100)는 내화물 제품에 대한 데이터의 측정, 저장 그리고 원격 제어가 가능한 통신용 인터페이스를 제공하는 상용 제품을 사용할 수 있다. 비파괴 초음파 측정을 위한 상용 초음파 계측 장치(100)는 생산 현장에서 꾸준히 활용되고 있으며, 측정 및 결과의 활용에 있어서 좋은 성능을 가지고 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에서는 신규 초음파 계측 장치의 개발 비용을 줄이면서 시스템 개발의 효율성을 높이고자 상용 제품을 연동하여 자동 검사 시스템(1)에 활용할 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에서 초음파 계측 장치(100)는 반드시 상용 제품으로 한정되는 것은 아니며, 자체 개발된 제품 적용도 가능함은 물론이다.

일 실시예로, 검사용 하드웨어 장치(110)는 내화물 제품을 제품 거치부에 자동으로 운반하고, 탐촉자를 내화물 제품에 밀착되도록 이동시킨다.

이러한 검사용 하드웨어 장치(110)는 제품 운반부(111), 제품 거치부(112) 및 탐촉자 운반부(113)를 포함할 수 있다.

제품 운반부(111)는 이전 공정 단계에서 이송된 내화물 제품을 제품 거치부(112) 상으로 운반하고, 검사가 완료된 내화물 제품을 다음 공정 단계로 전달한다. 일 실시예로, 제품 운반부(111)는 자동화된 생산 라인에서 널리 활용되는 로봇 팔이 우선적인 고려 대상이 될 수 있으며, 생산 라인의 구성에 따라서 다른 방법도 고려 가능하다.

제품 거치부(112)는 제품 운반부(111)에 의해 이동된 내화물 제품을 거치한다. 제품 거치부(112)는 측정이 용이하도록 내화물 제품을 올려두기 위해 만들어진 기구적인 장치다.

운반된 내화물 제품이 제품 거치부(112)에 거치되면, 초음파 계측 장치(100)의 탐촉자를 장착한 탐촉자 운반부(113)가 동작한다. 탐촉자 운반부(113)는 측정하고자 하는 측정 위치(x, y)로 탐촉자를 이동시킨 후, 내화물 제품 표면에 탐촉자를 밀착시킨다.

일 실시예로, 제어 장치(120)는 초음파 계측 장치(100) 및 검사용 하드웨어 장치(110)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 전달하고, 소정의 신호 처리 및 분석 알고리즘을 기반으로 수신한 초음파 신호를 분석하여 검사 결과를 제공한다.

이러한 제어 장치(120)는 자동화 측정에 필요한 소프트웨어를 구동하는 기능부로, 측정 제어부(121), 입출력 제어부(122) 및 데이터 처리부(123)를 포함한다.

측정 제어부(121)는 제품 운반부(111) 및 탐촉자 운반부(113)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 전달하고, 자동 검사 시스템(1)의 상태 정보를 판단한다. 이러한 신호를 주고받기 위해 측정 제어부는 제품 운반부(111) 및 탐촉자 운반부(113)와 신호 라인으로 연결된다.

입출력 제어부(122)는 사용자로부터 운용에 필요한 신호를 입력받고, 자동 검사 시스템(1)의 동작 상태 및 검사 결과를 표시한다. 이러한 입출력 제어부(122)는 측정 제어부(121)와 연동되어 측정에 필요한 설정 정보를 세팅하거나 자동 검사 시스템(1)의 상태를 파악할 수 있다.

입출력 제어부(122)와 연결되어 있는 데이터 처리부(123)는, 제어 신호를 기반으로 초음파 계측 장치(100)에 제어 명령을 전달하고, 측정된 초음파 신호를 저장 및 분석하여 검사 결과를 제공한다. 저장된 초음파 신호는 소정의 신호 처리 및 분석 알고리즘을 통해 분석되어 최종적인 검사 결과로 도출되고, 사용자가 이를 확인할 수 있도록 입출력 제어부(122)에 전달 및 출력되도록 한다.

한편, 제어 장치(120)에 포함된 세 가지 기능 요소들은 단일 컴퓨터와 표준 입출력 장치를 연결하여 소프트웨어적으로 구현된 기능을 수행할 수 있다. 경우에 따라서, 측정 제어부(121)와 데이터 처리부(123)는 상용 임베디드 장치에 탑재하고, 입출력 제어부(122)의 입출력 기능을 별도의 전용 패드에 구현하여 활용할 수 있다. 이때, 전용 패드는 사용자가 터치 스크린을 이동하면서 사용할 수 있어 편의성이 매우 높다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 검사용 하드웨어 장치(110)의 세부 구성을 도시한 도면이다.

전술한 바처럼, 검사용 하드웨어 장치(110)는 제품 운반부(111), 제품 거치부(112) 및 탐촉자 운반부(113)로 구성될 수 있다.

우선, 제품 운반부(111)는 제품 이송 기능을 담당하는 이송 장치(203)로 구현될 수 있다. 이송 장치(203)는 검사 대상 내화물 제품(202)을 검사 직전에 제품 거치부(112)에 올려두거나, 측정 후에 검사 대상 내화물 제품(202)을 내리는 기능을 수행한다. 경우에 따라서 이송 장치(203)는 공정 전후 단계로 제품을 이동시키기 위한 보조적인 역할을 담당할 수도 있다.

다음으로, 제품 거치부(112)는 검사 대상 내화물 제품(202)을 측정할 수 있는 상태로 거치하거나, 측정에 필요한 보조 장치를 거치하는 기구부이다. 이때, 본 발명의 일 실시예에서는 검사 대상 내화물 제품(202)의 측정을 보조하기 위해 캘리브레이션 블록(200)과 카메라 모듈(201)이 제품 거치부(112)에 장착될 수 있다.

캘리브레이션 블록(200)은 초음파 신호의 출력 전, 탐촉자를 밀착하여 초음파 계측 장치(100)의 측정값을 보정하는 기능을 수행한다. 즉, 캘리브레이션 블록(200)은 초음파 측정 신호의 감도를 일정하게 유지하도록 기준을 정하는데 사용하는 플라스틱 재질의 블록이다. 이러한 캘리브레이션 과정은 검사 대상 내화물 제품마다 매번 수행할 필요는 없으며 측정 오차가 유의미하게 커지는 시점마다 수행함이 바람직하다.

카메라 모듈(201)은 검사용 하드웨어 장치(110)의 운용 상태를 모니터링하고, 초음파 신호의 출력 위치를 파악하기 위한 영상을 촬영한다.

한편, 검사 대상 내화물 제품(202)을 거치하기 위한 구조물은 제품 거치부(210, 211, 212, 213)를 사용하는데 있어 내화물 제품의 크기, 하중, 결함 측정 위치 등을 고려하여 지지대의 구조를 선정할 수 있다.

다음으로, 탐촉자 운반부(113)는 초음파 계측 장치(110)에 연결된 탐촉자를 장착하고 측정 위치로 이동하는 기능을 수행한다. 탐촉자 운반부(113)는 탐촉자 측정용 암(220, Arm)과 탐촉자 측정용 암(220)을 이동시키기 위한 이동 기구물(221, 222, 223, 224)을 포함할 수 있다.

탐촉자 측정용 암(220)은 송신 탐촉자(232) 및 수신 탐촉자(233)를 각각 고정시키는 복수의 탐촉자 고정장치(231, 235)와, 내화물 제품(202)과 송신 탐촉자(232), 그리고 수신 탐촉자(233)를 각각 밀착 및 탈착시키는 복수의 탐촉자 이동장치(230, 234)를 포함할 수 있다.

탐촉자 측정용 암(220)을 움직이는 방법은 도 2에 도시된 바처럼, 가로 및 세로로 레일(221, 223)을 설치하고, 각 레일(221, 223) 상에 설치된 1차원 모터(222, 224)를 구동하여 정해진 (x, y) 위치로 정렬하는 것이다. 이때, 구현 방식에 따라 원형 좌표계를 사용하여 탐촉자 측정용 암(220)을 회전한 후 원형 좌표의 반지름 방향으로 이동시키는 방법도 고려할 수 있다.

초음파 계측 장치(110)의 탐촉자는 송신 탐촉자(232)와 수신 탐촉자(233)로 구분되어 제품에 수직으로 신호를 방사하는데, 탐촉자 측정용 암(220)은 검사 대상 내화물 제품(202)을 중간에 두고 송신 탐촉자(232) 및 수신 탐촉자(233)를 양쪽에서 밀착시키는 구조를 가진다. 이때, 송신 탐촉자(232)와 수신 탐촉자(233)의 위치가 반대로 변경되어도 제품 측정에는 영향을 미치지 않는다.

송신 탐촉자(232)는 탐촉자 고정장치(231)에 의해 고정되며, 탐촉자 이동 장치(230)가 아래위로 움직임에 따라 송신 탐촉자(232)는 내화물 제품(202)에 밀착 및 탈착된다. 마찬가지로, 수신 탐촉자(233)는 탐촉자 고정장치(235)에 의해 고정되며, 탐촉자 이동 장치(234)가 아래위로 움직임에 따라 수신 탐촉자(233)는 내화물 제품(202)에 밀착 및 탈착된다. 한편, 도 2의 탐촉자 고정장치(231, 235) 및 탐촉자 이동장치(230, 234)는 구현 방식에 따라 일체형으로 구현되거나 또는 별도의 부품으로 구성될 수 있으며, 탐촉자 이동장치(230, 234)를 구동하는 방식은 모터나 공압 방식을 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에서의 초음파 계측 장치(301)를 설명하기 위한 도면이다.

일 실시예로, 초음파 계측 장치(301)는 검사 대상 내화물 제품(302)의 내부 결함을 측정하기 위하여 송신 탐촉자(307)와 수신 탐촉자(304) 간에 케이블(303, 306)로 연결되어 있다.

초음파 계측 장치(301)를 이용할 경우, 초음파의 특성으로 인해 내화물 제품(302) 표면에 오일, 글리세린과 같은 커플런트를 도포하여 사용하는 것이 일반적이다. 하지만, 커플런트를 도포하는 경우 기름진 표면에 다른 먼지나 이물질이 묻게 되어 제품 표면이 지저분해지는 문제가 발생한다. 이때, 자동 검사 시스템(1) 상에서 커플런트를 도포하거나 닦는 기능을 구현하는 것은 구조적으로 복잡하며 제품의 비용 상승을 초래하게 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예는 초음파 계측 장치(301)의 탐촉자(304, 307)의 표면에는 소정의 소재로 이루어진 패킹(305)이 부착되어 내화물 제품(302)과 밀착될 수 있다. 즉, 초음파 신호의 부분적인 손실과 왜곡이 발생하더라도, 탐촉자 표면에 실리콘 혹은 고무 소재의 패킹(302)을 부착하고, 탐촉자(304, 307)를 내화물 제품(302)에 밀착시키는 방식을 채택하여 자동 검사 시스템(1)을 구성할 수 있다.

도 4는 복수의 초음파 계측 장치(400, 401)를 적용한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

전술한 도 2의 실시예에서는 1개의 초음파 계측 장치에 연결된 송신 및 수신 탐촉자를 이용한 기본 측정 방안을 설명하였으며, 측정의 효율성 및 편의성을 위해 두 대 이상의 초음파 계측 장치(400, 401)를 적용할 수도 있다. 이때, 탐촉자 측정용 암(410)은 송신 탐촉자 장치(420, 422) 또는 수신 탐촉자 장치(422, 423)에 각각 두 개의 탐촉자를 거치할 수 있는 구조물로 확장될 수 있다.

복수의 초음파 계측 장치(400, 401)를 이용하는 기본 구성은, 송신 탐촉자 지지대(411)에 2개의 송신 탐촉자를 거치하고, 수신 탐촉자 지지대(412)에 2개의 수신 탐촉자를 지지하는 것이다.

또한, 도 2에서 언급한 1개의 초음파 계측 장치의 탐촉자 이동장치를 확장하여, 개별 초음파 계측 장치(400, 401)에 대해 송신 탐촉자 장치(420, 422)와 수신 탐촉자 장치(421, 423)를 장착하여 여러 대의 초음파 계측 장치를 동시에 측정 가능한 환경을 구성할 수 있다.

즉, 탐촉자 측정용 암(410)은 제1 초음파 계측 장치(400)의 송신 탐촉자에 상응하고, 수신 탐촉자에 상응하는 복수의 제1 탐촉자 고정장치와 복수의 제1 탐촉자 이동장치를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 탐촉자 측정용 암(410)은 제2 초음파 계측 장치의 송신 탐촉자 및 수신 탐촉자에 각각 상응하는 복수의 제2 탐촉자 고정장치와 제2 탐촉자 이동장치를 포함할 수 있다.

한편, 탐촉자 고정장치 및 이동장치의 상세 구조는 탐촉자를 거치하고 탐촉자를 내화물 제품 표면에 밀착하는 기본 기능을 가지도록 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서의 입출력 제어부(122)를 설명하기 위한 도면이다.

일 실시예로, 입출력 제어부(122)는 소정의 디스플레이 화면을 구비하며, 디스플레이 화면 구성은 크게 설정 제어부(501), 측정 모드(510), 측정 위치 제어부(520), 측정 결과 표시부(530)로 구성된다.

설정 제어부(501)는 측정 시작을 지시하는 시작 버튼(502), 측정 중 긴급 상황 발생시 측정을 중지시키기 위한 긴급중지버튼(503), 측정 시작 전 초음파 계측 장치를 자동으로 캘리브레이션하는 캘리브레이션 버튼(503), 탐촉자를 원점으로 이동시키기 위한 원점 버튼(505), 각종 파라미터 혹은 기능을 설정하기 위한 설정 버튼(506)을 포함할 수 있다. 특히, 설정 버튼(506)을 누를 경우 설정을 위한 별도의 입력창이 출력되며, 설정을 위한 파라미터인 파일 제목, 좌표값들, 측정 데이터 저장 위치, 코멘트 설정 및 응답 표시 등의 값들을 입력하거나 표시하게 된다. 이외에도 시스템 설정 및 각종 제어 기능을 위한 추가적인 버튼이 요구되는 경우 설정 제어부(501) 상에 배치될 수 있다.

측정 모드(502)는 자동 모드(511), 수동 모드(512)로 구성된다. 자동 모드(511)로 설정하고 시작 버튼(502)을 누르면 탐촉자 이동, 측정, 결과 저장 등을 일련의 연속작업으로 처리한 후 측정이 종료된다. 수동 모드(512)를 선택할 경우에는 사용자가 원하는 탐촉자의 측정 위치를 조이스틱으로 이동시켜야 하며, 이후에 사용자가 시작 버튼(502)을 누르면 해당 위치에서 Z축 방향으로 탐촉자를 내화물 제품에 밀착시키고 측정하여 저장하는 기능을 수행한다.

측정 위치 제어부(520)는 탐촉자 측정 위치 표시 및 제어를 담당한다. 측정 위치 제어부는 탐촉자의 (x, y) 좌표를 내화물 제품 화면(521) 위에 오버랩하여 표시하고, 측정 좌표값(523)을 출력한다. 그리고 탐촉자를 수동으로 움직이기 위한 조이스틱 기능(522)이 있어서 탐촉자의 (x, y) 좌표를 움직일 수 있다. 이때, 조이스틱 기능은 화면 상에서 화살표 형태로 표시할 수 있으며, 하드웨어 조이스틱을 연결하여 사용할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서 탐촉자의 위치 정의 방법을 설명하기 위한 도면이다.

기본적으로 탐촉자의 (x, y) 위치는 물리적으로 이동 가능한 레일의 크기 이내로 제한된다. 특히, 자동모드(511)에서는 임의로 여러 개의 좌표를 지정하고 순서를 정의하면, 제시한 순서대로 연속적인 초음파 측정을 수행한다.

내화물 제품의 두께, 탐촉자에서 생성되는 초음파의 방사 영역을 고려할 때, 측정 위치 선정 방식은 다음과 같은 방식으로 구분할 수 있다. 우선, 측정 제어부(121)는 간단하게 탐촉자의 내화물 제품에 대한 측정 위치를 몇 개의 지점만 샘플로 정의(600, 601, 602)하여 측정하는 것을 고려할 수 있다. 또는, 내화물 제품 전체를 그리드(603)로 구분하여 각 교차점마다 측정하는 방식도 적용 가능하다. 마지막으로, 내화물 제품의 특정 지점을 기준으로 소정 영역(604)에 위치하는 좌표들로 설정하여 탐촉자 운반부를 제어할 수도 있다.

이하에서는 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 내화물 제품을 위한 자동 검사 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 검사 방법의 순서도이다. 한편, 도 7에 도시된 각 단계들은 전술한 자동 검사 시스템(1)에 의해 수행되는 것으로 이해될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

자동 검사 시스템(1)이 시작되면(S700), 주요 시스템 파라미터를 설정한다(S701). 파라미터 설정이 완료되면 측정 모드(501)를 지정한다.

일 실시예로 측정 모드(510)가 자동 모드(511)이면, 시스템 파라미터 설정에 따라서 내장된 N개(N은 자연수)의 내화물 제품의 좌표에 대해 측정을 시작한다(S702). 1개의 지정된 (x, y) 좌표로 탐촉자를 이동하고(S703), 탐촉자를 내화물 제품 표면에 밀착한 후, 초음파를 송수신하여 측정하고(S704), 측정값을 표시한다(S706). N개의 측정 좌표에 대해 순차적으로 측정을 완료하면(S706) 탐촉자를 원점 위치에 거치하고(S712) 측정을 종료한다(S713).

일 실시예로 측정 모드(510)가 수동 모드(511)이면, 사용자의 조이스틱을 통한 측정 위치에 대한 입력을 수신한다(S707). 입력에 상응하도록 이동된 좌표값을 확인하고(S708) 측정이 시작되면(S709), 탐촉자의 Z축을 내화물 제품에 밀착시키고 초음파 측정을 시작하고(S710), 측정값을 표시한다(S711). 수동 측정을 종료한 후에는 탐촉자를 다시 원점으로 거치시키고(S712) 전체 측정을 종료한다(S713).

한편, 상술한 설명에서, 단계 S701 내지 S713은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 한편, 도 1 내지 도 6의 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템(1)의 내용은 도 7의 내용에도 적용될 수 있다.

이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 내화물 제품을 위한 자동 검사 방법 은 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.

상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, Ruby, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.

상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 자동 검사 시스템
100: 초음파 계측 장치
110: 검사용 하드웨어 장치
120: 제어 장치

Claims (1)

1. 내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템에 있어서,
   검사 대상 내화물 제품 표면에 밀착된 탐촉자를 통해 초음파 신호를 출력 및 수신하는 초음파 계측 장치,
   상기 내화물 제품을 제품 거치부에 자동으로 운반하고, 상기 탐촉자를 상기 내화물 제품에 밀착되도록 이동시키는 검사용 하드웨어 장치 및
   상기 초음파 계측 장치 및 검사용 하드웨어 장치를 제어하기 위한 제어 신호를 생성 및 전달하고, 소정의 신호 처리 및 분석 알고리즘을 기반으로 상기 수신한 초음파 신호를 분석하여 검사 결과를 제공하는 제어 장치를 포함하는,
   내화물 제품을 위한 자동 검사 시스템.

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