KR20150033802A - 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛, 그 시험편 유닛을 이용한 교정방법, 그 시험편 유닛을 이용한 열화상 비파괴 검사 시스템 및 검출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛, 그 시험편 유닛을 이용한 교정방법, 그 시험편 유닛을 이용한 열화상 비파괴 검사 시스템 및 검출방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 시험체의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사 장치에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 시험편 유닛에 있어서, 특정폭을 갖는 결함부가 형성된 캘리브레이션 시험편을 포함하고, 상기 시험편은 특정 크기의 진동초음파 가진에 따른 최대발열량이 미리 측정되어 있어, 비파괴 열화상 검사 중 상기 시험편의 발열량을 확인하여 시험체에 가진되는 초음파의 변위를 확인, 교정가능한 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛에 관한 것이다.

Description

초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛, 그 시험편 유닛을 이용한 교정방법, 그 시험편 유닛을 이용한 열화상 비파괴 검사 시스템 및 검출방법{Calibration test piece unit and nondestructive infrared thermography system and method using thereof}

본 발명은 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛, 그 시험편 유닛을 이용한 교정방법, 그 시험편 유닛을 이용한 열화상 비파괴 검사 시스템 및 검출방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 초음파 적외선 열화상 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛을 채용하여 시험편의 최대발열량을 미리 측정하여 현장에 설치한 후, 설치한 지점에서 최대 발열이 나타나는 경우 진동가진이 제대로 가해지고 있는지를 확인, 교정할 수 있는 방법 및 장비에 관한 것이다.

최근 일본 대지진이 촉발시킨 원자력 발전소의 안전문제는 세계적으로 큰 관심과 우려를 낳고 있다. 현재 원전시설의 대부분은 배관으로 인체의 혈관과 같이 복잡하게 연결되어 있고, 배관의 안전성을 점검하기 위하여 비파괴 검사기술이 다양한 방법으로 꾸준히 활용되어 왔다.

이와 같은 비파괴 검사 기술중 가장 널리 활용되고 있는 기술은 초음파 탐상검사와 방사선 검사기술이 널리 활용되고 있는 추세이다. 이중 초음파 탐상검사는 원자력 발전소 Class1,2 기기의 건전성 평가를 위한 가동전검사와 가동중검사 수행을 위한 비파괴검사기술의 한가지로서 널리 사용되어 왔다.

그러나 초음파탐상검사는 다른 비파괴 검사방법에 비하여 검사결과가 검사자의 기량, 장비, 절차서 및 경험에 따라 크게 달라진다. 최근의 세계적인 원자력 관련 기술기준은 검사자의 신뢰도 및 검사결과에 대한 신뢰도를 부여하기 위하여 ASME Secion ⅩⅠ 1989년 Winter assenda에서는 초음파탐상검사에 대한 신뢰성 향상을 위하여 원자력 발전소 가동중검사를 수행하는 초음파탐상검사 시스템에 대한 기량검증을 요구하게 되었다.

기량검증(performance Demonstration)이란 원자력발전소의 감서 부위에서 발생하는 실제 결함과 유사한 결함을 내포한 시험편을 검사부위, 재질, 두께 및 향상별로 제작하여 초음파탐상검사자로 하여금 정해진 절차서 및 장비를 사용하여 결함을 검출하도록 하고, 그 결과가 일정수준 이상의 능력이 됨을 검증하여 자격을 부여하는 것이다. 미국에서는 2000년부터 EPRI에 의하여, 기량검증이 시행되고 있으며, 국내 원자력발전소에 대하여는 2004년 7월1일부터 기량검증이 적용되고 있다.

이렇듯 검사기술을 검증하기 위하여 최근 산업계에서 요구되고 있는 기량검증 시험편을 이용한 검사자의 능력을 점검하고 있다. 이와 같은 기량검증에 활용되는 대표적인 비파괴검사방법은 초음파탐상을 이용한 방법이 사용되고 있다.

또한, 적외선 열화상 검사 기술을 응용한 여러가지 비파괴검사로는 크게 검사체 스스로가 방출하는 에너지를 활용하는 수동형 열화상과 검사체에 별도의 에너지를 가감할 때 발생하는 방출에너지를 이용한 능동형 열화상의 두 가지 형태가 활용되고 있다.

도 1은 비파괴 열화상 검사시스템의 구성도를 도시한 것이다. 이러한 분류에서 초음파 적외선 열화상 기술(ultrasound infrared thermography, UIRT)은 검사 물체(시험체)에 20 ~ 30kHz 대역의 초음파를 입사시키면 결함부에서 발열이 일어나게 되고, 그 열원을 적외선카메라를 이용하여 측정함으로써 결함을 검출하는 능동형 열화상 기술에 해당한다. 초음파 적외선 열화상 검사기법은 넓은 면적을 동시에 검사할 수 있고, 크랙, 박리와 같은 결함을 실시간으로 검출할 수 있어 자동차, 우주항공 분야의 산업에서 결함 검출기술로 활용되고 있으며 최근에는 배관의 결함검출에도 활용되고 있다.

초음파 가진과 열화상을 이용하여 결함을 검출하는 방법에는, 초음파의 가진에 따른 변위의 발생이 중요한 역할을 하게 된다. 하지만, 현장에서는 변위측정을 위한 장치를 적용하는데 어려움이 따르게 된다. 따라서 일정 진동 가진시 적외선 열화상 장비를 이용하여 시험편의 최대발열량을 미리 측정하여 현장에 설치한 후, 설치한 지점에서 최대발열이 나타나는 경우 진동가진이 제대로 가해지고 있음을 확인할 수 있는 캘리브레이션 시험편 유닛이 요구되었다.

대한민국 등록특허 제1263739호 대한민국 등록특허 제1256605호 대한민국 등록특허 제93137호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일실시예에 따르면, 초음파 적외선 열화상 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛을 채용하여 시험편의 최대발열량을 미리 측정하여 현장에 설치한 후, 설치한 지점에서 최대 발열이 나타나는 경우 진동가진이 제대로 가해지고 있는지를 확인, 교정할 수 있는 방법 및 장비를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.

본 발명의 제1목적은 시험체의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사 장치에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 시험편 유닛에 있어서, 특정폭을 갖는 결함부가 형성된 캘리브레이션 시험편을 포함하고, 상기 시험편은 특정 크기의 진동초음파 가진에 따른 최대발열량이 미리 측정되어 있어, 비파괴 열화상 검사 중 상기 시험편의 발열량을 확인하여 시험체에 가진되는 초음파의 변위를 확인, 교정가능한 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 시험체가 배관인 경우, 상기 시험편의 접촉면은 상기 배관의 곡률과 동일한 곡률을 갖는 곡률면으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 결함부는 오픈 균열 형태로 형성되며, 상기 특정폭은 0 초과 ~ 150um미만인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 시험편의 표면은 무광검정페인트 도포 또는 아노다이징된 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 시험편과 상기 시험체 사이에 자성체로 구성된 체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 체결부에는 네오디움자석 또는 전자석이 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고, 상기 시험체가 배관인 경우, 상기 체결부와 상기 시험체가 접촉되는 상기 체결부의 접촉면은 상기 배관의 곡률과 동일한 곡률을 갖는 곡률면으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제2목적은, 시험체의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 장치에 있어서, 시험체의 표면에 부착되는 앞서 언급한 제 1목적에 따른 시험편 유닛;상기 시험체에 진동초음파를 전달시키기 위한 진동초음파 공구혼; 상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합되어 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 진동초음파 가진부; 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 증폭기; 상기 시험체 및 상기 시험편 유닛에 나타난 온도분포를 촬상하여 결함을 검출해 내는 적외선 열화상 카메라;를 포함하여, 비파괴 열화상 검사 중 상기 시험편의 발열량을 확인하여 시험체에 가진되는 초음파의 변위를 확인, 교정가능한 것을 특징으로 하는 초음파 가진 변위 교정 장치로서 달성될 수 있다.

그리고, 상기 진동초음파 공구혼은 종단 진동면과 횡단 진동면이 구비된 전단부가 몸체의 후단부에 탈부착 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제3목적은, 시험체의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 방법에 있어서, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 시험편 유닛의 시험편에 특정크기의 진동초음파를 인가하여 상기 시험편의 최대발열량을 측정하는 단계; 단열챔버 내에 시험체와 특정간격 이격되도록 적외선 열화상 카메라를 설치하고, 상기 시험편 유닛을 시험체 표면에 부착하고, 상기 시험체를 진동초음파 공구혼의 진동면에 접촉시키는 단계; 증폭기가 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 단계; 상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합된 상기 진동초음파 가진부가 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 단계; 상기 시험체에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 상기 시험편의 결함부가 발열되는 단계; 및 상기 시험편의 결함부의 발열량과 기 측정된 최대발열량을 비교하여, 상기 진동초음파의 변위를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 가진 변위 교정 방법으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 조정하는 단계는, 가진점을 변경하거나, 가진 시간 또는 가진 주파수를 변경하여 최적 발열조건을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제4목적은, 시험체의 결함을 검출하기 위한 시험편 유닛와 진동초음파 공구혼을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템에 있어서, 시험체의 표면에 부착되는 앞서 언급한 제 1목적에 따른 시험편 유닛; 상기 시험체에 진동초음파를 전달시키기 위한 진동초음파 공구혼; 상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합되어 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 진동초음파 가진부; 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 증폭기; 상기 시험체 및 상기 시험편 유닛에 나타난 온도분포를 촬상하여 결함을 검출해 내는 적외선 열화상 카메라; 상기 증폭기 및 적외선 카메라를 제어하기 위한 제어부; 및 상기 제어부에 연결되어 비파괴 검사 프로그램을 실행시켜 상기 시험체의 결함을 검출 및 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시험편 유닛과 진동초음파 공구혼을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템으로서 달성될 수 있다.

또한, 상기 진동초음파 공구혼은 상기 종단 진동면과 상기 횡단 진동면이 구비된 전단부가 몸체의 후단부에 탈부착 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제5목적은, 열화상 비파괴 검사 시스템을 이용한 시험체의 결함부 검출방법에 있어서, 앞서 언급한 제 1목적에 따른 시험편 유닛의 시험편에 특정크기의 진동초음파를 인가하여 시험편의 최대발열량을 측정하는 단계; 단열챔버 내에 시험체와 특정간격 이격되도록 적외선 열화상 카메라를 설치하고, 상기 시험편 유닛을 시험체 표면에 부착하고, 상기 시험체를 진동초음파 공구혼의 진동면에 접촉시키는 단계; 증폭기가 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 단계; 상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합된 상기 진동초음파 가진부가 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 단계; 상기 시험체에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 상기 시험편의 결함부가 발열되는 단계; 상기 시험편 결함부의 발열량과 기 측정된 최대발열량을 비교하여, 상기 진동초음파의 변위를 조정하는 단계; 상기 시험체에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 시험체의 결함부가 발열되는 단계; 상기 분석수단이 비파괴 검사 프로그램을 실행시키면, 상기 제어부가 상기 적외선 열화상 카메라를 작동시켜 상기 적외선 열화상 카메라가 상기 시험체의 전체 온도 분포 측정값을 측정하는 단계; 및 상기 제어부를 통해 상기 측정값이 상기 분석수단으로 입력되고, 상기 분석수단이 상기 측정값을 기반으로 상기 시험체 결함부의 크기, 위치 및 깊이를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 비파괴 검사 시스템을 이용한 시험체의 결함부 검출방법으로서 달성될 수 있다.

그리고, 상기 조정하는 단계는, 가진점을 변경하거나, 가진 시간, 접촉력 또는 가진주파수를 변경하여 최적 발열조건을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 제6목적은, 컴퓨터에 의해 판독 가능하여, 앞서 언급한 제5목적에 따른 시험체의 결함부 검출방법을 실행시키기 위한 프로그램 코드가 기록된 기록매체로서 달성될 수 있다.

따라서, 설명한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의하면, 초음파 적외선 열화상 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛을 채용하여 시험편의 최대발열량을 미리 측정하여 현정에 설치한 후, 설치한 지점에서 최대 발열이 나타나는 경우 진동가진이 제대로 가해지고 있는지를 확인, 교정할 수 있는 효과를 갖는다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.

도 1은 비파괴 열화상 검사시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛의 사시도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉면이 곡률면으로 형성된 시험편 유닛의 사시도,
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 자성체로 구성된 체결부를 갖는 시험편 유닛의 사시도,
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 자성체로 구성되고, 접촉면이 곡률면으로 형성된 체결부를 갖는 시험편 유닛의 사시도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛과 진동초음파 공구혼이 접촉된 시험체의 부분 사시도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 곡률을 고려한 파형변환 진동초음파 공구혼의 사시도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 곡률을 고려한 파형변환 진동초음파 공구혼의 측면도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 후단부가 탈부착 가능한 진동초음파 공구혼의 단면도,
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전단부가 탈부착 가능한 진동초음파 공구혼의 부분 단면도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템의 구성도,
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛을 이용한 비파괴 열화상 검사 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛(2)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다. 이러한 시험편 유닛(2)은 후에 설명되는 바와 같이, 시험체(10)의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사 장치에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 캘리브레이션 시험편 유닛(2)으로 사용되게 된다.

먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛(2)의 사시도를 도시한 것이다. 초음파 가진과 열화상을 이용하여 시험체(10)의 결함을 검출하는 방법에서 초음파 가진에 따른 변위의 발생이 중요한 역할을 하게 된다. 그러나, 현장에서는 이러한 변위측정을 위한 장치를 적용하는데 어려움이 있게 되어, 본 발명의 일실시예에 따른 캘리브레이션 시험편 유닛(2)이 사용되게 된다.

즉, 일정 진동 가진시 적외선 열화상 장비를 이용하여 시험편 유닛(2)의 최대발열량을 미리 측정하여, 현장에 설치한 설치한 지점에서 시험편 유닛(2)이 최대발열량을 나타내는 경우, 진동초음파 가진이 제대로 가해지고 있음을 확인할 수 있게 된다.

이러한 시험편 유닛(2)의 결함부(21)의 폭은 0 초과 ~ 150um으로 제작되며, 피로시험을 통한 균열 결함을 제작하게 된다. 피로시험을 이용한 결함부(21) 제작이 어려울 경우, 표면 거칠기의 마찰계수를 일정하게 하여 경사지게 0 초과 ~ 150um의 폭을 갖도록 하여 일측부분이 열려있는 오픈 균열 형태로 제작하게 된다.

또한, 시험편(20)의 표면은 무관검정페인트로 도포하거나, 아노다이징, 도금 등을 통하여 방사율을 0.95 이상으로 유지함이 바람직하다. 그리고, 시험편(20)의 재질은 금속, 비금속, 플라스틱, 복합재료 등으로 열탄성계수와 열전도계수를 고려하여 다양한 시험편(20)을 활용할 수 있다.

이러한 시험편 유닛(2)을 시험체(10)에 부착하는 방법은 용접이나 나사체결, 접착제를 이용한 본딩 등을 사용하게 된다. 또한, 시험체(10)가 배관인 경우, 배관의 곡률에 부합되도록 시험편 유닛(2)의 접촉면(22)을 곡률면으로 제작하게 된다. 도 3은 본 발명의의 일실시예에 따른 접촉면이 곡률면으로 형성된 시험편 유닛(2)의 사시도를 도시한 것이다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛(2)은 시험체(10)와의 부착을 위해 별도의 체결부(30)를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 체결부(30)는 자성체(31)로 구성되어, 별도의 접착제 용접 없이 시험체(10)에 시험편 유닛(2)이 탈부착되도록 구성될 수 있다. 도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 자성체(31)로 구성된 체결부(30)를 갖는 시험편 유닛(2)의 사시도를 도시한 것이다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 자성체(31)로 구성된 체결부(30)의 내부에 네오디움자석이나, 전자석 등을 내부에 삽입할 수 있으며, 네오디움의 체결은 머리묻힘나사로 가능하며, 시험편(20)과 이러한 체결부(30)는 나사체결 용접, 접착제로 부착하거나 일체형으로 제작될 수 있다.

또한, 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 자성체(31)로 구성되고, 접촉면(32)이 곡률면으로 형성된 체결부(30)를 갖는 시험편 유닛(2)의 사시도를 도시한 것이다. 시험체(10)가 배관인 경우, 체결부(30)와 시험체(10)가 접촉되는 접촉면(32)을 시험체(10)의 곡률에 형상맞춤될 수 있는 곡률면으로 제작할 수 있다. 또한, 다양한 곡률면을 갖는 체결부(30)와 시험편(20)이 탈부착될 수 있도록 제작하여, 다양한 곡률을 갖는 배관에 사용가능하도록 제작될 수 있다.

이러한 시험편 유닛(2)에 대해 미리 특정 크기의 진동초음파를 가진하여 열화상 카메라를 통해 시험편(20)의 최대발열량을 미리 측정하여 기록한 후, 시험편 유닛(2)을 시험체(10)에 부착하게 된다. 그리고, 시험체(10)에 진동초음파를 가진시키기 위해 진동초음파 공구혼(100)을 부착하게 된다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛(2)과 진동초음파 공구혼(100)이 접촉된 시험체(10)의 부분 사시도를 도시한 것이다.

또한, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 곡률을 고려한 파형변환 진동초음파 공구혼(100)의 사시도를 도시한 것이다. 그리고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 곡률을 고려한 파형변환 진동초음파 공구혼(100)의 측면도를 도시한 것이다. 또한, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼(100)의 단면도를 도시한 것이다.

도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼(100)은 단면이 사각형인 형상을 갖는다. 그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼(100)의 후방면(110)에는 진동초음파 가진부(200)가 연결되어 진동초음파 공구혼(100)으로 진동초음파가 가진되게 된다.

그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼(100)의 전단부(140)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 끝단면에는 종단 진동면(120)을 구비하고, 전단부(140) 측면에는 다수의 횡단 진동면(130)이 구비될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼(100)의 몸체는 단면이 사각형 형상을 일예로 하고 있으나 용도와 기능에 따라 오각형, 육각형 등 다각형의 형태로 구성될 수 있다.

이러한 다각형 단면의 진동초음파 공구혼(100)의 전단부(140)에 형성된 복수의 측면 각각에는 서로 곡률이 상이한 횡단 진동면(130)이 구비된다. 본 발명의 일실시예에서는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 몸체의 단면은 사각형으로 구비되므로 전단부(140) 측면은 4개로 형성되고 각각의 측면에 서로 다른 곡률의 횡단 진동면(130)이 구비되게 된다.

따라서 종단 진동면(120)과 다수의 횡단 진동면(130)은 각기 서로 다른 곡률을 갖게 되므로 시험체(10)의 곡률에 맞게 횡단 진동면(130) 또는 종단 진동면(120)에 시험체(10)를 접촉시킬 수 있게 된다.

또한, 진동초음파 가진부(200)는 압전소자로 구성될 수 있고, 진동초음파 가진부(200)에서 종파를 진동초음파 공구혼(100)으로 가진 시킨 경우, 종단 진동면(120)은 종파가 인가되어 종단진동면(120)에 접촉된 시험체(10)에 종파를 전달하게 된다. 그러나 횡단 진동면(130)에서는 인가된 종파가 횡파로 변환되어 횡단 진동면(130)에 접촉된 시험체(10)에 횡파가 전달되게 된다. 반면 진동초음파 가진부(200)에서 횡파를 진동초음파 공구혼(100)으로 가진 시킨 경우, 종단 진동면(120)은 횡파가 인가되어 종단 진동면(120)에 접촉된 시험체(10)에 종파를 전달되게 되고, 횡단 진동면(130)에서는 인가된 횡파가 종파로 변환되어 횡단 진동면(130)에 접촉된 시험체(10)에 종파가 전달되게 된다

따라서 하나의 진동초음파 공구혼(100)을 통해 다양한 곡률을 갖는 시험체(10)를 사용할 수 있고, 필요에 따라 종파 또는 횡파로 변환이 가능한 곡률을 고려한 파형변환 진동초음파 공구혼(100)을 제공하게 된다.

또한, 진동초음파 공구혼(100)의 길이는 nλ/2로 결정된다. 여기에서 n=1,3,5,7....이며, λ는 진동초음파 가진부(200)에서 가진되는 파장이다. 예를 들어, 진동초음파 가진부(200)의 주파수가 30khz 일 때(본 발명의 실시예에서 사용되는 주파수는 공구혼에 의해 결함부(21)에 발열을 발생시킬 수 있다면 제한되지 않는다. 통상 15~100khz의 범위를 갖는다), 파장(λ)은 49.1mm이고, 진동초음파 공구혼(100)의 길이는 용도에 따라 24.5mm, 73.7mmm, 122.8mm 등이 선택될 수 있다.

또한, 시험체(10)의 외면에 접촉되게 되는 종단 진동면(120)과 횡단 진동면(130)은 시험체(10) 표면에 손상을 주지 않기 위해 유연한 재질이 진동막이 설치될 수 있다. 이러한 진동막은 반사율이 작고 열에 강한 재질로 구성됨이 바람직하다. 예를 들어, 내열성 필름 또는 테프론 필름 등으로 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼은 전단부가 탈부착 가능하도록 구성될 수 있다. 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전단부가 탈부착 가능한 진동초음파 공구혼의 부분 단면도를 도시한 것이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼(100)은 종단 진동면(120)과 횡단 진동면(130)이 형성된 전단부의 후방면에 나사산이 형성된 체결용 나사(160)가 구비되어 있고, 후단부(150)의 전방면에는 나사산이 형성된 홈(170)을 구비하여 전단부(140)가 후단부(150)에 탈부착 가능함을 알 수 있다. 따라서 필요에 따라 종단 진동면(120)과 횡단 진동면(130)의 곡률이 다른 또 다른 전단부(140)로 교체하여 사용할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 진동초음파 공구혼(100)은 종단 진동면(120)이 형성된 전단부 끝단(141)의 후방면에 나사산이 형성된 체결용 나사(160)가 구비되어 있고, 나머지 몸체의 전방면에는 나사산이 형성된 홈(170)을 구비하여 전단부 끝단(141)이 몸체에 탈부착 가능함을 알 수 있다. 따라서 필요에 따라 종단 진동면(120)의 곡률이 다른 또 다른 전단부 끝단으로 교체하여 사용할 수 있게 된다.

이하에서는 앞서 설명한 시험편 유닛(2)과 진동초음파 공구혼(100)을 이용한 초음파 변위 교정방법 및 비파괴 열화상 검사방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛(2)을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템(1)의 구성도를 도시한 것이다. 그리고, 도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 시험편 유닛(2)을 이용한 비파괴 열화상 검사 방법의 흐름도를 도시한 것이다.

먼저, 시험체(10)의 결함을 검출하기 위한 시험편 유닛(2)과 진동초음파 공구혼(100)을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템(1)은 시험체(10)의 표면에 부착되는 앞서 언급한 캘리브레이션 시험편 유닛(2); 상기 시험체(10)에 진동초음파를 전달시키기 위한 진동초음파 공구혼(100); 상기 진동초음파 공구혼(100)의 후방면에 결합되어 상기 진동초음파 공구혼(100)으로 진동초음파를 가진하는 진동초음파 가진부; 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 증폭기; 상기 시험체(10)에 나타난 온도분포를 촬상하여 결함을 검출해 내는 적외선 열화상 카메라; 상기 증폭기 및 적외선 카메라를 제어하기 위한 제어부; 및 상기 제어부에 연결되어 비파괴 검사 프로그램을 실행시켜 상기 시험체(10)의 결함을 검출 및 분석하는 분석수단 등을 포함하고 있다.

진동초음파 가진부(200)는 증폭기(300)를 매개로 제어부(500)에 연결되고, 제어부(500)에는 시험체(10)에 나타나는 열화상을 촬상하여 결함을 검출해내는 적외선 열화상 카메라(400)가 연결되고, 제어부(500)는 분석수단(600)에 의해 조작되게 되어 있다.

따라서 분석수단(600)의 비파괴 검사 프로그램에 의해 비파괴 검사 실행이 이루어지면 제어부(500)를 통해 증폭기(300)에서 주파수 신호가 발생 증폭되고, 증폭기(300)에서 증폭된 진동초음파 신호는 진동초음파 가진부(200)를 통하여 진동초음파 발진을 하게 된다.

이러한 열화상 비파괴 검사 시스템(1)을 이용한 시험체(10)의 결함부 검출방법은 먼저, 앞서 언급한 캘리브레이션 시험편 유닛(2)에 특정크기의 진동초음파를 인가하여 시험편(20)의 최대발열량을 측정하고 기록하게 된다(S10).

그리고, 열화상 검사 시스템(1)의 단열챔버 내에 시험체(10)와 특정간격 이격되도록 적외선 열화상 카메라를 설치하고, 시험편 유닛(2)을 시험체(10) 표면에 부착하고, 상기 시험체(10)를 진동초음파 공구혼(100)의 진동면에 접촉시키게 된다(S20). 그리고, 증폭기가 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하게 된다.

다음으로, 진동초음파 공구혼(100)의 후방면에 결합된 상기 진동초음파 가진부가 상기 진동초음파 공구혼(100)으로 진동초음파를 가진하게 된다(S30). 진동초음파의 가진에 의해 시험체(10)에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 상기 시험편(20)의 결함부(21)가 발열되게 된다. 그러면, 적외선 열화상 카메라에서 상기 시험편 결함부(21)에서 발생되는 발열량과 기 측정된 최대발열량을 비교하게 된다(S40). 이러한 시험편 결함부(21)의 발열량과 기 측정된 최대발열량을 비교하여, 상기 진동초음파의 변위를 조정하게 된다(S50).

즉, 초음파 가진점에서 일정한 거리를 떨어졌을 때(최대가진점), 설치후 가진시 항상 일정온도 이상이 나타나게 되는지를 확인하거나, 또는 결함예측 부위에 부착한 후 가진점을 변경하거나 가진 시간 또는 가진 주파수를 변경하거나 접촉력 등을 변경하여 최적 발열 조건을 찾게 된다(S60).

최적의 발열 조건이 되도록 진동초음파의 변위를 조정한 후, 시험체(10) 결함부를 측정 분석하는 단계를 진행하게 된다. 즉, 시험체(10)에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 시험체(10)의 결함부가 발열되게 되고, 분석수단이 비파괴 검사 프로그램을 실행시키면, 상기 제어부가 상기 적외선 열화상 카메라를 작동시켜 상기 적외선 열화상 카메라가 상기 시험체(10)의 전체 온도 분포 측정값을 측정하게 된다(S70).

그리고, 제어부를 통해 상기 측정값이 상기 분석수단으로 입력되고, 상기 분석수단이 상기 측정값을 기반으로 상기 시험체(10) 결함부의 크기, 위치 및 깊이를 검출하게 된다(S80).

이상에서 본 발명은 기재된 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연한것으로, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1: 비파괴 열화상 검사 시스템
2:시험편 유닛
10:시험체
20:시험편
21:시험편 결함부
22:시험편 접촉면
30:체결부
31:자성체
32:체결부 접촉면
100:진동초음파 공구혼
110:후방면
120:종단 진동면
130:횡단 진동면
140:전단부
150:후단부
160:체결용 나사
170:홈
200:진동초음파 가진부
210:연결부
300:증폭기
400:적외선 열화상 카메라
500:제어부
600:분석수단

Claims (16)

1. 시험체의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사 장치에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 시험편 유닛에 있어서,
   특정폭을 갖는 결함부가 형성된 캘리브레이션 시험편을 포함하고,
   상기 시험편은 특정 크기의 진동초음파 가진에 따른 최대발열량이 미리 측정되어 있어, 비파괴 열화상 검사 중 상기 시험편의 발열량을 확인하여 시험체에 가진되는 초음파의 변위를 확인, 교정가능한 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 시험체가 배관인 경우, 상기 시험편의 접촉면은 상기 배관의 곡률과 동일한 곡률을 갖는 곡률면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 결함부는 오픈 균열 형태로 형성되며, 상기 특정폭은 0 초과 ~ 150um미만인 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 시험편의 표면은 무광검정페인트 도포 또는 아노다이징된 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 시험편과 상기 시험체 사이에 자성체로 구성된 체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 체결부에는 네오디움자석 또는 전자석이 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 시험체가 배관인 경우, 상기 체결부와 상기 시험체가 접촉되는 상기 체결부의 접촉면은 상기 배관의 곡률과 동일한 곡률을 갖는 곡률면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 초음파 적외선 최적 방열 검출 캘리브레이션 시험편 유닛.
   
8. 시험체의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 장치에 있어서,
   시험체의 표면에 부착되는 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 시험편 유닛;
   상기 시험체에 진동초음파를 전달시키기 위한 진동초음파 공구혼;
   상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합되어 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 진동초음파 가진부;
   상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 증폭기;
   상기 시험체 및 상기 시험편 유닛에 나타난 온도분포를 촬상하여 결함을 검출해 내는 적외선 열화상 카메라;를 포함하여,
   비파괴 열화상 검사 중 상기 시험편의 발열량을 확인하여 시험체에 가진되는 초음파의 변위를 확인, 교정가능한 것을 특징으로 하는 초음파 가진 변위 교정 장치.
9. 제 8항에 있어서,
   상기 진동초음파 공구혼은 종단 진동면과 횡단 진동면이 구비된 전단부가 몸체의 후단부에 탈부착 가능한 것을 특징으로 하는 초음파 가진 변위 교정 장치.
   
10. 시험체의 결함을 검출하기 위한 초음파 가진 적외선 비파괴 열화상 검사에서 초음파 가진 변위를 확인, 교정하기 위한 방법에 있어서,
    제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 시험편 유닛의 시험편에 특정크기의 진동초음파를 인가하여 상기 시험편의 최대발열량을 측정하는 단계;
    단열챔버 내에 시험체와 특정간격 이격되도록 적외선 열화상 카메라를 설치하고, 상기 시험편 유닛을 시험체 표면에 부착하고, 상기 시험체를 진동초음파 공구혼의 진동면에 접촉시키는 단계;
    증폭기가 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 단계;
    상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합된 상기 진동초음파 가진부가 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 단계;
    상기 시험체에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 상기 시험편의 결함부가 발열되는 단계; 및
    상기 시험편의 결함부의 발열량과 기 측정된 최대발열량을 비교하여, 상기 진동초음파의 변위를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 가진 변위 교정 방법.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는,
    가진점을 변경하거나, 가진 시간 또는 가진 주파수를 변경하여 최적 발열조건을 형성하는 것을 특징으로 하는 초음파 가진 변위 교정 방법.
    
12. 시험체의 결함을 검출하기 위한 시험편 유닛와 진동초음파 공구혼을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템에 있어서,
    시험체의 표면에 부착되는 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 시험편 유닛;
    상기 시험체에 진동초음파를 전달시키기 위한 진동초음파 공구혼;
    상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합되어 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 진동초음파 가진부;
    상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 증폭기;
    상기 시험체 및 상기 시험편 유닛에 나타난 온도분포를 촬상하여 결함을 검출해 내는 적외선 열화상 카메라;
    상기 증폭기 및 적외선 카메라를 제어하기 위한 제어부; 및
    상기 제어부에 연결되어 비파괴 검사 프로그램을 실행시켜 상기 시험체의 결함을 검출 및 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시험편 유닛과 진동초음파 공구혼을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 진동초음파 공구혼은 상기 종단 진동면과 상기 횡단 진동면이 구비된 전단부가 몸체의 후단부에 탈부착 가능한 것을 특징으로 하는 캘리브레이션 시험편 유닛과 진동초음파 공구혼을 이용한 비파괴 열화상 검사시스템.
    
14. 열화상 비파괴 검사 시스템을 이용한 시험체의 결함부 검출방법에 있어서,
    제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따른 시험편 유닛의 시험편에 특정크기의 진동초음파를 인가하여 시험편의 최대발열량을 측정하는 단계;
    단열챔버 내에 시험체와 특정간격 이격되도록 적외선 열화상 카메라를 설치하고, 상기 시험편 유닛을 시험체 표면에 부착하고, 상기 시험체를 진동초음파 공구혼의 진동면에 접촉시키는 단계;
    증폭기가 상기 진동초음파 가진부에 진동초음파 신호를 송출하는 단계;
    상기 진동초음파 공구혼의 후방면에 결합된 상기 진동초음파 가진부가 상기 진동초음파 공구혼으로 진동초음파를 가진하는 단계;
    상기 시험체에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 상기 시험편의 결함부가 발열되는 단계;
    상기 시험편 결함부의 발열량과 기 측정된 최대발열량을 비교하여, 상기 진동초음파의 변위를 조정하는 단계;
    상기 시험체에 상기 진동초음파가 전달되고 상기 진동초음파에 의해 시험체의 결함부가 발열되는 단계;
    상기 분석수단이 비파괴 검사 프로그램을 실행시키면, 상기 제어부가 상기 적외선 열화상 카메라를 작동시켜 상기 적외선 열화상 카메라가 상기 시험체의 전체 온도 분포 측정값을 측정하는 단계; 및
    상기 제어부를 통해 상기 측정값이 상기 분석수단으로 입력되고, 상기 분석수단이 상기 측정값을 기반으로 상기 시험체 결함부의 크기, 위치 및 깊이를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화상 비파괴 검사 시스템을 이용한 시험체의 결함부 검출방법.
    
15. 제 14항에 있어서,
    상기 조정하는 단계는,
    가진점을 변경하거나, 가진 시간, 접촉력 또는 가진주파수를 변경하여 최적 발열조건을 형성하는 것을 특징으로 하는 열화상 비파괴 검사 시스템을 이용한 시험체의 결함부 검출방법.
    
16. 컴퓨터에 의해 판독 가능하여, 제 14항 또는 제 15항에 따른 시험체의 결함부 검출방법을 실행시키기 위한 프로그램 코드가 기록된 기록매체.

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