KR100195436B1 - 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 레일라이파를 이용한 비파괴 검사 방법에 관한 것으로서, 초음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간에 해당하는 주파수보다 2배 이상되는 주파수를 가지는 초음파를 일정한 입사각으로 볼트 너트에 방사하는 단계; 볼트 너트의 나삿니에 의하여 반사되는 나삿니 신호와 나삿니에 존재하는 결함에 의하여 회절되어 반사되는 레일라이파 신호를 수집하는 단계; 및 상기 단계에 의하여 수집된 호에서 나삿니 신호 다음에 오는 레일라이파 신호에 의하여 나삿니에 전해하는 결함을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 레일라이파를 이용한 볼트 너트의 미세 결함 검출 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 검출 방법에 의하면 스터드 볼트 너트 나삿니의 1㎜ 내지 2㎜ 크기를 미세한 결함을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 특히 결함의 크기를 측정할 수 있다.

Description

초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법

제1도는 결함이 없는 나삿니에서 반사되는 일정한 시간 간격의 나삿니 신호를 보인도면.

제2도는 결함이 있는 나삿니에서 반사되는 초음파 신호를 보인 도면.

제3도는 본 발명을 시험하기 위하여 제작된 나삿니 모양의 시험편을 보인 도면.

제4도는 종파 0도 기술을 이용하여 0.5㎜, 1.0㎜ 노치에서 검출된 레일라이파 신호를 보인 도면.

제5도는 횡파 60도 기술을 이용하여 2.0㎜, 3.0㎜ 노치에서 검출된 레일라이파 신호를 보인 도면.

본 발명은 초음파를 이용한 볼트 너트의 비파괴 검사 방법에 관한 것으로써 특히 반사되는 초음파의 레일라이파를 이용하여 스터드 볼트 너트의 나삿니(thread)에서 존재하는 작은 결함을 검출하는 방법에 관한 것이다.

현재 원자력 발전소에서 가장 중요한 원자로, 가압기, 증기발생기 등에는 많은 종류의 크고 작은 볼트 너트가 상용되고 있으며, 항공기, 교량, 기타 중요한 산업 시설에도 많은 종류의 볼트 너트가 사용되고 있다. 특히 원자력 발전소의 안전은 인류의 안전과 직결되어 있는 중요한 문제이다. 최근에 보고에 의하면 볼트 너트와 그 주변에서 발생하는 1㎜ 내지 2㎜ 이하의 크기의 결함이 성장하여 전체적인 파손으로 이어지는 사고가 많이 발생하고, 또한 미세한 결함이 존재할 때 지진이 발생한다면 중대한 사고로 이어질 수 있기 때문에 미국 기계 공학회(American Society of Mechanical Eng ineers-ASME)에서는 이러한 중요성을 인식하여 최신판 ASTM(American Society for Testings and Materials)에서 처음으로 볼트 너트 결함 검출을 위한 검사자의 자격인증에 대하여 별도로 언급하고 있는 실정이다.

원자력 발전소에서는 많은 종류의 스터드 볼트(stud bolt)들이 중요 구조물에 사용되고 있다. 일반적으로 스터드 볼트의 검사에는 초음파, 자분(자성을 가진 철분 가루) 그리고 와전류 검사가 가동중 검사로서 사용되고 있다. 여기서 자분 검사란 스터드 볼트의 표면을 검사할 수 있는 방법으로 스터드 볼트의 나삿니의 표면에 자기장을 인가하고 형광 자분을 분사시켜 결함을 검출하는 방법이다. 이들 방법등 중에서 초음파 검사만이 스터드 볼트를 제거하지 않은 상태에서 나삿니 부위의 결함을 검출할 수 있는 유일링한 방법이다.

종래에 알려진 일반적인 초음파 비파괴 검사 방법은 신호의 진폭으로 금속내의 결함을 찾는 방법으로서, 인공적인 결함을 만들어서 파의 진행 거리에 따른 진폭의 변화를 측정하여 거리 진폭 보정(Distancd-Amplitude Correction-DAC) 곡선을 작성한 다음 이 곡선을 기준으로 결함의 크기와 위치를 상대적으로 측정하는 방법이다.

스터드 볼트에서 발생될 수 있는 결함으로서는 부식 결함(corrosino wastage-loss of bolt diameter)이나 응력에 의한 결함(stress-corrosion cracking)등이 있다. 이러한 결함을 검출하기 위한 종래 기술로는 스터드 중심의 열 홀(heat hole)에 있는 스터드는 60도로 사각 초음파검사를 수행하고, 열 홀이 없는 스터드는 0도로 수직 초음파 검사를 수행하고 있는데, 0도 수직 검사는 스터드의 길이가 길기 때문에 초음파 진행 거리에 다른 반사 신호를 화면에 나타내는데 어려움이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위한 방법으로 파의 원통 방향 진행파 기술(Cylindrically Guided Wave Technique-CGWT)이 있다. 이 방법은 볼트의 위에서 초음파가 입사될 때 초음파는 볼트의 내벽을 따라 진행하는데 이때 결함이 존재함에 따라 신호가 나타난 것이다. 그러나, 이러한 방법은 거리 진폭 보정 곡선을 기준으로 결함 신호를 수집하는 기존의 결함 검출 방법으로서, 볼트의 길이가 긴 것은 초음파의 진행 시간이 길기 때문에 미세한 결함은 초음파 장비의 화면에서는 구분하기 매우 어렵다.

상기한 문제점을 해결하기 위한 종래 기술로는 초음파전달시간(Time-of-Flight)을 이용한 방법이 있다. 초음파전달시간에 의한 방법은 결함의 크기 측정시 결함 선단에서 회절 현상으로 발생되는 선단 반사 신호(Tip Echo)의 도달 시간을 측정하여 결함의 크기를 삼각 함수법에 의한 기하학적 계산으로 결함의 높이를 측정하는 방법이다. 그러나 이 방법은 선단 신호를 찾는데 있어서, 선단 반사 신호의 크기가 작아서 금속의 결정 입자에서 발생되는 임상 에코 등의 잡음 레벨과 같아지거나 검사체의 기하학적 영향으로 선단 신호를 구분하지 못할 때에는 적용이 어려운 단점이 있다.

상기에서 설명한 종래에 알려진 초음파를 이용한 결함 검출 방법은 1㎜ 내지 2㎜ 크기의 미세한 결함을 검출하기가 거의 불가능하고, 특히 결함의 크기에 관하여는 알려진 바가 없다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 스터드 볼트 너트 나삿니의 1㎜ 내지 2㎜ 크기의 미세한 결함을 검출하고 특히 결함의 크기를 측정할 수 있는 초음파 레일라이파를 이용한 미세 결함 검출방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함을 검출하기 위하여, 결함이 없는 나삿니로부터 기준 신호를 검출함에 있어서 나삿니들 자체의 비균일성으로 인한 미세한 차이를 보상할 수 있는 기준 신호 검출 방식을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법에 있어서, 미세한 결함으로 인하여 나삿니 신호와 결함에 의한 레일라이파 신호를 육안으로 구별하기 어려운 경우, 일정한 간격으로 발생되는 나삿니 신호들을 예측적인 디콘볼루션에 의하여 제거하여 결함에 의한 레일라이파 신호만을 용이하게 검출할 수 있는 방식을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 초음파를 이용한 볼트 너트 나삿니의 미세 결함 검출 방법은, 초음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간에 해당하는 주파수보다 2배 이상되는 주파수를 가지는 초음파를 일정한 입사각으로 볼트 너트에 방사하는 제1단계; 볼트 너트의 나삿니에 의하여 반사되는 나삿니 신호와 나삿니에 존재하는 결함에 의하여 회절되어 반사되는 레일라이파 신호를 수집하는 제2단계; 및 상기 단계에 의하여 수집된 신호에서 나삿니 신호 다음에 오는 레일라이파 신호를 검출함에 의하여 나삿니에 존재하는 결함을 검출하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기한 미세 결함 검출 방법에서, 나삿니 신호와 다음에 오는 레일라이파 신호간의 시간 간격에 의하여 결함의 크기를 측정하는 제4단계를 더 포함하는 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기한 미세 결함 검출 방법에서 결함을 검출하는 제3단계는 결함이 없는 나삿니로부터 나삿니 기준신호와 상기 수집된 신호를 컨볼루션함에 의하여 달성되는 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기한 제3단계에서 결함이 없는 나삿니 기준신호는 두 개 이상의 결함이 없는 나삿니로부터 얻은 나삿니 기준 신호를 이용한 것임을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 미세 결함 검출 방법에서 결함을 검출하는 제3단계는 예측적인 디컨볼루션에 의하여 일정한 간격으로 발생하는 나삿니 신호를 제거하여 결함에 의한 레일라이파 신호만을 남기는 방식을 이용하는 것임을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에서 사용되는 초음파의 주파수 선정에 관하여 설명한다.

이는 주기적인 나삿니 신호를 검출하고자 하는 본원발명에서 특징적으로 요구되는 것으로서, 주기적인 나삿니에 의한 초음파 반사파 역시 주기적일 것이고 제1나삿니로부터의 반사파와 제2나삿니로부터의 반사파의 시간차는 나삿니의 간격(즉 주기) 에 달려있을 것이다. 나삿니의 간격이 곧 반사파들의 주기를 결정할 것이므로 사용하는 초음파의 주기가 반사파들인 나삿니신호의 주기보다 더 길면 초음파의 한 주기에 여러개의 나삿니신호가 실리게 되어 나삿니신호들이 식별되지 않을 것이다. 따라서 나삿니 신호를 검출하기 위하여는 초음파의 주기가 초음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간보다 작아야 하고, 이를 다시 말하면, 초음파의 주파수는 초음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간에 해당하는 주파수보다 커야한다. 초음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간은 사용되는 초음파의 속도에 달려있다. 일반적으로 금속에서 초음파의 속도는 종파의 경우 580㎧이고, 횡파의 경우 320㎧이기 때문에 종파를 사용한다면, v=f·λ에 의하여 3㎜의 나삿니 간격에 해당하는 주파수를 고려하면 된다.

한편, 본 발명에서는 나삿니신호 뿐만 아니라, 나삿니 사이에 존재하는 결함 신호 또한 검출하여야 하고, 나삿니의 결함 신호는 두 나삿니를 기준으로 정 중앙에 있는 경우 주기적인 나삿니신호와의 간격이 가장 클 것이므로 이러한 나삿니 결함 신호를 나삿니와 구분하기 위하여는 사용되는 초음파의 파장은 나삿니신호만을 구분하기 위한 주기의 1/2에 해당되는 주기보다 작아야 한다. 이를 다시 말하면 초음파의 주파수는 입사하는 초음파의 주파수가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간에 해당하는 주파수의 2배 이상이 되어야 한다.

일반적으로 스터드 볼트는 2㎜ 내지 3㎜ 이하 간격의 많은 나삿니로 구성되어 있다. 이러한 볼트의 나삿니에 초음파가 입사된다면 나삿니 골에서 반사현상과 산란형상이 일어난다. 나삿니에 결함이 없을 때 초음파가 약간의 각도(θ)를 가지고 입사된다면 나삿니 간격으로 일정한 시간차를 가지는 신호를 얻을 수 있다. 제1도는 결함이 없는 나삿니에서 반사되는 일정한 시간 간격의 초음파 신호를 보인 도면이다. 제1도에서 R₁, R₂, R₃, R₄, R₅등을 나삿니 신호라고 하기로 한다.

만약 나삿니에 높이 h인 결함이 존재한다면 결함의 꼭대기와 시험체와 결함의 모서리로부터 회절 현상과 반사 현상이 일어난다. 제2도는 결함이 있는 나삿니에 서 반사되는 초음파 신호를 보인 도면이다.

제2도에 도시된 바에 의하면, 나삿니 신호인 R₁은 결함과 시험체의 모서리에서 반사되고, R_T는 결함의 꼭대기에서 산란되는 신호를 나타내고, R_R은 입이 벌이전 결함의 면을 따라 진행하다가 결함의 뿌리의 틈 구멍의 입구에서 반사되는 레일라이파 신호를 나타낸다. 즉, 결함의 면에 의하여 나삿니 신호 R₁와 레일라이파 신호 R_R의 경로차가 발생하게 되고 이를 속도로 나누면 양 신호가 도달하는 시간차를 계산할 수 있다. 한편, 주로 R_T신호는 R₁신호보다 앞서서 나타나고 레일라이파인 R_R신호는 R₁신호 다음에 발생된다. 따라서 나삿니 신호인 R₁신호 다음에 발생하는 이러한 레일라이파를 검출하여 미세한 결함이 존재하는 것을 검출할 수 있다. 또한 결함 의 크기는 나삿니 신호인 R₁과 레일라이파(R_R)과의 시간 차이에 의하여 측정할 수 있다.

나삿니 신호 R₁과 레일라이파 신호 R_R가 도달하는 시간차를Δt_R이라고 하면, Δt_R은 나삿니 신호 R₁과 레일라이파 신호 R_R의 경로 차와 사용된 초음파의 속도 및 레일라이파의 속도에 의하여 계산할 수 있다. 제2도에서 보이는 바와 같이, 레일라이파는 h 경로를 더 진행하고, 나삿니 신호는 h·sinθ의 경로를 더 진행하므로, 종파의 초음파를 상용할 때에는 다음의 수학식 1에 의하여 Δt_R를 구할 수 있다.

여기서, V_R은 금속에서의 레일라이파의 속도로 2.8㎜/㎲이고, V_L은 금속에서 의 종파(LOGITUDINAL WAVE)의 속도로 5.8㎜/㎲이고, θ는 입사각이고, h는 결함의 크기를 나타낸다.

상기 수학식 1로부터 결함의 크기 h를 계산할 수 있는데 그 결과는 다음의 수학식 2와 같다.

또한 모서리에서 발생되는 나사니 신호인 R₁신호와 선단 반사 신호인 R_T신호사이의 시간 차이에 의하여 결함의 크기를 또한 검출할 수 있다. 제2도에 도시된 바와 같이, 나삿니 신호 R₁은 선단 반사 신호 R_T의 경로차는 2·h·sinθ이므로 이를 초음파의 진행 속도로 나누면, 나삿니 신호인 R₁신호와 선단 반산 신호인 R_T신호 사이의 시간 차이를 구할 수 있다 이 시간 차이를 Δt_T이라고 하면 이는 다음의 수학식 3과 같고, 이로부터 검출되는 결함의 크기 h는 다음의 수학 4와 같다.

상기한 수학식 1내지 수학 4에서는 종파의 초음파를 사용하는 경우이고, 횡파의 초음파를 사용하는 경우에는 상기한 수학식 1 내지 수학식 4에서 금속내에서의 종파 속도인 V_L대신에 금속내에서의 횡파 속도인 V_T(3㎜/㎲)를 대입하면 된다.

한편, 본 발명에서는 나삿니로부터 반사되는 신호와 결함이 없는 나삿니로부터 반사되는 초음파 신호(이하에서 나삿니 기준신호라고 함)와 컨볼루션함에 의하여 결함에 의한 레일라이파를 더욱 정화하게 검출할 수 있다. 이를 위하여, 결함이 없는 나삿니로부터 나삿니 기준 신호를 얻는다.

나삿니로부터 반사되는 신호와 컨볼루션되는 나삿니 기준 신호는 임펠스 형태에 가까울수록 좋다. 이를 위하여, 기준이 되는 신호(나삿니 기준 신호)를 요구되는 신호(여기서는 임펄스 신호)에 근사시키고자 할 때, 요구신호와 근사화된 신호사이의 오차를 최하화하는 최저자승법을 사용하단.

최저자승법의 기준이 되는 신호로서 하나의 나삿니로부터 얻어지는 나삿니 기준 신호를 사용하는 경우, 결함이 없는 나삿니들 자체의 비균일성와 미세한 차이로 인하여 하나의 나삿니로부터 얻어진 기준 신호를 결함이 없는 다른 나삿니에 적용하였을 때, 오차가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발병에서 바람직하게는 결함이 없는 두 개 이상의 나삿니들로부터 얻어지는 기준신호를 사용하는 최저자승법을 도입하여 나삿니 기준 신호를 임펄스 신호에 가깝도록 펄스 시이핑한 후, 일반 나삿니로부터 반사된 초음파 신호와 컨볼루션함에 의하여 결함에 의한 레일라이파 신호를 검출한다.

두 개 이상의 나삿니들로부터 얻어지는 기준 신호를 사용하려면. 각 나삿니에 의한 신호를 창(WINDOW)을 통하여 분리하는 것이 바람직하고, 또한, 각 나삿니로부터 얻어지는 신호를 정규화하는 것이 필요하다.

아래에서는 결함이 없는 나삿니들로부터 얻어지는 정규화된 두 나삿니 신호 a₁, a₂를 샘플링하여 기준신호로 사용하는 경우 요구 신호와의 오차는 다음의 수학식 5과 같이 나타낼 수 있다.

상기 수학식 5의 오차를 최소화하기 위하여 이를 편미분하여 전개하면 다음의 수학식 6와 같다.

상기 수학식 6는 다음의 수학식 7과 같이 정리할 수 있다

상기 수학식 7에서 r₁₁은 a₁과 a₂의 상관관계를, r₂₁는 a₂와 a₁의 상관관계를, r₂₂는 a₂와 a₂의 상관관계를, g₁은 d₁과a₁의 상관관계를, g₂는 d₁와a₂의 상관관계를 각각 나타낸다.

상기 수학시 7에 의하여 연산자를 구할 수 있으며, 이 때의 최소 오차는 다음의 수학식 8과 같다.

본 발명의 바람직한 일실시예에서와 같이, 결함이 없는 볼트 너트의 나삿니 들로부터 얻어지는 정규화된 두 나삿니 신호 a₁,a₂를 기준신호로 사용하는 펄수 세이핑 방법에 의하여 얻어지는 임펄스 형태에 가까운 나삿니 기준 신호는 두 나삿니 뿐만 아니라, 다른 나삿니들에 대한 보다 정확한 나삿니 기준 신호가 된다.

세 개 이상의 나삿니 신호를 기준 신호를 사용할 수도 있으면, 이 경우 상기 한 본 발명의 일실시예에 상응하는 방식에 의한 최저자승법에 의하여 나삿니 기준 신호를 임펄스에 가깝게 세이핑한다.

나삿니의 미세한 결함으로부터 반사되는 레일라이파를 더욱 정확하게 검출하기 위한 또 다른 방법으로는 일정한 간격으로 규칙적으로 발생하는 나삿니 기준 신호를 디콘볼루션에 의하여 제거하여 결함에 의한 레일라이파 신호만을 남기는 방법이 있다. 이를 위하여 예측적인 디콘볼루션 개념을 본 발명에 적용한다. 이하에서는 이를 상세하게 설명한다.

일정한 간격을 가지는 나삿니들에 초음파가 평행하게 입사된다면, 연속적인 나삿니들로부터 반사되는 나삿니 신호들은 일정한 시간 간격과 일정한 감쇄 상수를 가진다. 나삿니에 임펄스 신호δ(t)가 입사된다면 나삿니들로부터 반사되는 나삿니 신호는 다음의 수학식 9과 같이 나타낼수 있다.

여기서, R_K는 금속에서의 초음파의 감쇄 상수에 따라 반사되는 신호의 크기를 나타내고, T₂는 초음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간으로 나삿니 신호의 간격이 된다.

제2도에 도시된 바와 같이, 나삿니의 간격을 L이라 하고, 초음파의 입사각을 θ이라고 하고, 초음파의 속도를 V_S라고 하면, 나삿니 신호들이 간격 T₂는 (2·L· cosθ)/ (V_S)가 된다.

한편, 각 나삿니에 의한 나삿니 신호를 구분하기 위하여 나삿니에 입사되는 초음파는 초음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간에 해당하는 주파수(1/T₂)보다 2배 이상되는 주파수를 사용하여야 한다.

상기한 바와 같이 결함이 없는 나삿니로부터의 나삿니 신호가 일정한 간격으로 발생하므로, 첫 번째 나삿니 신호로부터 다음으로 발생하는 나삿니 신호들을 예측할 수 있다. 본 발명에서는 길이가 m인 예측 연산 a를 도입하여 나사산 신호들의 간격인 n인 초음파 반사파를 예측하는데 있어서, 실제 신호와 예측된 신호와의 오차를 최소로 하는 예측 연산자를 추출하여 일정한 간격으로 발생하는 나삿니 신호들을 예측한다.

다음의 수학식 10는 N개의 나삿니들로부터의 실제 나삿니 신호와 예측 연산자 a에 의한 예측 신호와의 오차를 나타낸 것이다.

상기 수학식 10에서 나타난 오차를 최소화하는 예측 연산자 a를 구한다. 상기 수학식 10에서 나타난 오차를 최소화하면 다음의 수학식 11와 같은 방정식을 얻는다.

상기 수학식 11에서 a는 예측 연산자를, n은 예측 간격을, m은 예측 연산자의 길이를, r은 수집된 신호 R의 자기 상관함수를 각각 나타낸다.

상기 수학식 11를 행렬 방정식으로 풀어 정리하면 다음의 수학식 12와 같고, 이러한 행렬 방정식의 해를 구하므로써 예측 연산자 a를 얻을 수 있다.

상기한 수학식 12와 같은 선형 방정식을 풀면 예측 연산자 a의 계수들을 구할 수 있다. 이와 같이 구한 연산자 계수들을 이용하여 다음의 수학식 13와 같이 정의되는 연산자 f를 구한다.

결함이 존재하는 볼트 너트의 나삿니로부터 수집한 신호를 상기 수학식 13에서 구한 연산자 f와 콘볼루션아면 나삿니 신호들이 제거된 신호를 얻을 수 있다.

본 발명에 의한 초음파 레일라이파에 이용한 결함 검출 방법을 시험하기 위하여 다음과 같은 실시예를 수행하였다. 다음의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한것으로서, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

[제1실시예]

제3도에 도시된 바와 같은 나삿니 모양의 시험편을 제작하고 시험편에 노치를 만들었다. 나삿니의 피치 간격은 3㎜이고 노치는 방전 가공에 의하여 0.5㎜, 1㎜, 2㎜, 3㎜ 깊이와 0.2㎜의 폭 그리고 3㎜의 넓이로 가공하였다.

연속되는 나삿니 신호를 구분하기 위하여 탐촉자의 중심 주파수는 나삿니 선호의 펄스열 주파수보다 2배 이상 커야한다. 피치와 피치의 간격이 3㎜이고, 종파의 초음파를 사용하는 경우 입사각이 거이 0도이고, 횡파를 상용하는 경우 입사각이 30도를 이룬다. 종파를 사용하는 경우, 종파의 초음파가 나삿니 간격을 왕복하는데 걸리는 시간을 주파수로 환산한 나삿니 신호의 펄스열 주파수는 1㎒이고, 횡파의 초음파를 사용하는 경우는 0.5㎒이다. 나사로부터 반사되는 신호들을 잘 구분하기 위해서는 탐촉자의 초음파 주파수는 상기한 주파수의 2배이상이어야 한다.

본 실시예에서는 나삿니 신호들을 잘 구분하기 위하여 탐촉자를 10㎒ 0도와 60도 0.25인치 원형을 사용하였다.

제4도는 종파 0도 기술을 이용하여 0.5㎜ 1.0㎜ 노치에서 검출된 레일라이파 신호를 보인다. 제4a도는 0.5㎜ 노치에서 검출된 신호를, 제4b도에서는 1.0㎜ 노치에서 검출된 신호를 보인다.

제4도에 도시된 바와 같이, 0.5㎜, 1.0㎜ 노치에서 발생되는 레일라이파를 나삿니 신호 R₁다음에서 검출할 수 있다.

제5도는 횡파 60도 기술을 이용하여 2.0㎜, 3.0㎜ 노치에서 검출된 레일라이파 신호를 보인다.

횡파에서 60도 탐촉자가 사용되는 경우, 0.5㎜ 1.0㎜ 노치에서 발생되는 레일라이파 신호를 거의 구분할 수 없었다, 그러나, 제5도에 도시된 바와 같아, 2.0㎜, 3.0㎜ 노치에서 발생되는 레일라이파를 나삿니 신호 R₁다음에서 검출할 수 있었다.

본 실시예의 결과들을 보아 입사각 θ가 작을수록 노치로부터 발생되는 레일리아파를 잘 검출할 수 있다는 것을 알 수 있다.

이러한 결과는 수학식 1에서 보이는 바와 같이, 입사각 θ가 클수록 나삿니 신호 R₁과 레일라이파 신호 간의 시간 간격이 작아지기 때문이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 초음파 레일라이파를 이용한 볼트 너트의 결함 검출 방범 및 크리 측정 방법에 의하면 초음파 입사각을 작게 하여 나삿니 신호 다음에 오는 레일라이파를 검출하여 1㎜ 내지 2㎜의 미세한 겨함을 검출할 수 있으면, 나삿니 신호와 레일라이파 간의 시간 간격으로부터 결함의 크기를 알아낼 수 있 다.

Claims (6)

1. 초음파를 이용한 볼트 너트 나삿니의 미세 결함 검출 방법에 있어서, 음파가 나삿니 간격을 왕복 진행하는데 걸리는 시간에 해당하는 주파수보다 2배 이상되는 주파수를 가지는 초음파를 일정한 입사각으로 볼트 너트에 방사하는 제1단계; 볼트 너트의 나삿니에 의하여 반사되는 나삿니 신호에 나삿니에 존재하는 결함에 의하여 회절되는 반사되는 레일라이파 신호를 수집하는 제2단계; 및 상기 단계에 의하여 수집된 신호에서 나삿니 신호 다음에 오는 레일라이파 신호를 검출함에 의하여 나삿니에 존재하는 결함을 검출하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 나삿니의 미세 결함 검출 방법은 나삿니 신화와 다음에 오는 레일라이파 신호간의 시간 간격에 의하여 결함의 크기를 측정하는 단계를 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는. 결함이 업는 나삿니로부터 나삿니 기준신호와 상기 수집된 신호를 컨볼루션함에 의하여 달성되는 것임을 특징으로 하는 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제3단게는, 결함이 없는 나삿니 기준신호는 두 개 이상의 결함이 없는 나삿니로부터 얻는 나삿니 기준 신호를 이용한 것임을 특징으로 하는 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는, 예측적인 디컨볼루션에 의하여 일정한 간격으로 발생하는 나삿니 신호를 제거하여 결함에 의한 레일라이파 신호만을 남기는 방식을 이용하는 것임을 특징으로 하는 초음파 레일라이파를 이용한 나삿니의 미세 결함 검출 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 미세 결함 검출 방법은 수집된 신호에서 나삿니 신호와 나삿니 신호 앞에 오는 선단 반사 신호간의 시간 간격에 의하여 결함의 크기를 측정하는 단계를 더 포함하는 것임을 특징으로 하는 초음파 레일라이파를 이용한 볼트 너트의 미세 결함 검출 방법.