KR100667035B1

KR100667035B1 - Defect monitoring apparatus and method of metallic material

Info

Publication number: KR100667035B1
Application number: KR1020040052101A
Authority: KR
Inventors: 김영한; 김병철; 정옥진
Original assignee: 동아대학교 산학협력단
Priority date: 2004-07-05
Filing date: 2004-07-05
Publication date: 2007-01-10
Also published as: KR20060003280A

Abstract

본 발명은 열그래프를 이용하여 금속소재 및 구조물 등의 작업물의 결함을 검출하기 위한 금속재의 결함검출장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 결함검출장치는 센서모듈, 액추에이터유니트 및 컴퓨터를 구비하여 이루어진다. 이와 같은 금속재의 결함검출장치로 금속소재 및 구조물 등의 작업물의 결함을 검출하기 위한 금속재의 결함검출방법은 필요한 경우 작업물에 온도조절유니트를 접속시켜서 작업물이 정해진 온도분포를 갖도록 온도조절유니트를 작동시키고, 작업물이 정해진 온도분포를 가졌을 때 액추에이터유니트를 작동시켜서 센서모듈을 작업물에 대해 수평적으로 이동시켜서 액추에이터유니트 및 센서모듈과 전기적으로 접속된 컴퓨터를 통해 액추에이터유니트에 의한 거리의 변위와 센서모듈의 복수개의 적외선 온도센서에 의해 검출된 작업물의 온도 편차에 대한 열그래프가 디스플레이되도록 한다. The present invention provides a metal defect detection apparatus and method for detecting defects of a workpiece such as metal materials and structures using heat graphs. The defect detection apparatus according to the present invention comprises a sensor module, an actuator unit and a computer. The metal defect detection method for detecting a defect of a workpiece such as a metal material or a structure by using a defect detection apparatus of the metal material is to connect a temperature control unit to the workpiece, if necessary, so that the workpiece has a temperature distribution unit. When the workpiece has a defined temperature distribution, the actuator unit is operated to move the sensor module horizontally with respect to the workpiece so that the displacement of the distance by the actuator unit through the actuator unit and the computer electrically connected to the sensor module The thermal graph of the temperature deviation of the workpiece detected by the plurality of infrared temperature sensors of the sensor module is displayed.

Description

금속재의 결함검출장치 및 방법{DEFECT MONITORING APPARATUS AND METHOD OF METALLIC MATERIAL}DEFECT MONITORING APPARATUS AND METHOD OF METALLIC MATERIAL}

도 1은 본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치를 설명하기 위한 블록다이어그램;1 is a block diagram for explaining a defect detection apparatus for a metal material according to the present invention;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치를 설명하기 위한 도면;2 is a view for explaining a defect detection apparatus of a metal material according to a preferred embodiment of the present invention;

도 3은 도 2의 결함검출장치에서 센서모듈과 작업물의 수평적 위치관계를 설명하기 위한 도면;3 is a view for explaining the horizontal positional relationship of the sensor module and the workpiece in the defect detection device of FIG.

도 4는 도 2의 결함검출장치에서 센서모듈을 구체적으로 설명하기 위한 도면;4 is a view for explaining the sensor module in the defect detection device of FIG.

도 5는 도 4에서 적외선 온도센서를 구체적으로 설명하기 위한 도면;5 is a view for explaining an infrared temperature sensor in FIG. 4 in detail;

도 6은 도 4에서 증폭기의 회로도;6 is a circuit diagram of the amplifier in FIG. 4;

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치를 실험하기 위한 알루미늄 재질의 시험 작업물;7 is a test workpiece of aluminum material for testing a defect detection apparatus of a metal material according to a preferred embodiment of the present invention;

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치를 사용하여 도 7의 작업물을 낮은 온도 영역에서 측정한 결과를 보여주는 그래프; 8 is a graph showing a result of measuring the workpiece of FIG. 7 in a low temperature region by using a defect detection apparatus of a metal material according to a preferred embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치를 사용하 여 도 7의 작업물을 높은 온도 영역에서 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 9 is a graph showing the results of measuring the workpiece of FIG. 7 in a high temperature region by using a defect detection apparatus of a metal material according to a preferred embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : (금속재의) 결함검출장치10: defect detection device (of metal)

20 : 센서모듈 22 : 회로기판20: sensor module 22: circuit board

24 : 전원단자 26 : 시그널단자24: power supply terminal 26: signal terminal

28 : 가변저항 30 : 증폭기28: variable resistor 30: amplifier

40 : 적외선 온도센서 42 : 수광소자40: infrared temperature sensor 42: light receiving element

44 : 센서커버 46 : 센서창44: sensor cover 46: sensor window

50 : 홀더 60 : 액추에이터유니트50: holder 60: actuator unit

62 : 모터 62 : 스크류62: motor 62: screw

66 : 전위계 80 : A/D 컨버터66: electrometer 80: A / D converter

90 : 컴퓨터 100 : 온도조절유니트90: computer 100: temperature control unit

110 : 슬라이닥스 120 : 히터110: SLIDAX 120: heater

130 : 쿨러 200 : 작업물130: cooler 200: the workpiece

210 : 슬롯 300 : 베이스210: slot 300: base

본 발명은 금속재의 결함검출장치 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 금속기기나 구조물을 사용하고 있는 공정산업 등에서 비파괴의 방법으로 작업물 의 결함을 검출할 수 있는 금속재의 결함검출장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a metal defect detection device and method, and more particularly to a metal defect detection device and method that can detect the defect of the workpiece in a non-destructive method, such as in the process industry using metal equipment or structures. It is about.

일반적으로 금속재의 결함은 방사성 물질, X-선 등을 이용하는 비파괴 결함검출장치를 이용하여 측정된다. 그러나 이 결함검출장치들은 고가이며, 위험 물질을 취급하기 때문에 많은 문제점을 가지고 있다. 그리고 이 결함검출장치들을 이용한 금속재의 결함검출을 위해서는 작업공정의 전면적 또는 부분적인 정지가 수반되어야 하므로 소요되는 시간적, 경제적 비용 등으로 인해 실제 작업공정에서 측정을 제한하고 있는 것이 현실이다. Generally, metal defects are measured using a non-destructive defect detection apparatus using radioactive materials, X-rays, and the like. However, these defect detection devices are expensive and have many problems because they deal with dangerous substances. In order to detect defects of metal materials using these defect detection devices, it is necessary to completely or partially stop the work process. Therefore, the measurement is limited in the actual work process due to time and economic cost.

한편 최근 열그래프 결함검출기술의 발전은 이와 같은 비파괴 결함검출장치의 문제점을 해결하는데 많은 도움이 되었다. 열그래프를 이용한 결함검출장치는 복합재료, 판재, 열차단 코팅 등에서 재료들의 결함을 검출하는데 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 열그래프 결함검출에 사용되어지는 적외선 카메라는 고가이며, 제한된 영상 해상도는 작은 크기의 금속재의 결함을 검출하는데는 적절하지 못하다. On the other hand, the recent development of the thermal graph defect detection technology has been very helpful in solving the problems of the non-destructive defect detection device. The defect detection apparatus using a thermal graph is used to detect defects of materials in composite materials, plates, and thermal barrier coatings. However, infrared cameras used for such thermal graph defect detection are expensive, and limited image resolution is not suitable for detecting defects of a small metal material.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 종래 금속재의 결함을 검출하기 위해 방사성 물질, X-선 등을 이용하는 비파괴 결함검출장치보다 저가이면서 안정적인 방법으로 금속재의 결함을 검출할 수 있는 새로운 형태의 금속재의 결함검출장치 및 방법을 제공하는데 있다. The present invention is to solve such a problem, the object of the present invention is to detect the defects of the metal material in a lower cost and more stable way than the non-destructive defect detection device using a radioactive material, X-ray, etc. to detect the defects of the conventional metal material The present invention provides a novel apparatus and method for detecting defects of metal.

또한 본 발명의 목적은 열그래프를 이용하면서도 종래 열그래프를 이용한 금속재의 결함검출장치보다 저가로 제작할 수 있는 새로운 형태의 금속재의 결함검출 장치 및 방법을 제공하는데 있다. It is also an object of the present invention to provide a new type of metal defect detection apparatus and method that can be manufactured at a lower cost than the conventional metal defect detection apparatus using a heat graph.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 열그래프를 이용하여 금속소재 및 구조물 등의 작업물의 결함을 검출하기 위한 금속재의 결함검출장치에 있어서, 복수개의 적외선 온도센서가 설치되어 상기 작업물로부터 방사되는 온도를 검출하여 전기적인 신호로 발생하기 위한 센서모듈과; 상기 센서모듈에 결합되어 상기 센서모듈의 위치를 상기 작업물에 대해 가변시키고 그 변위를 전기적인 신호로 발생하기 위한 액추에이터유니트 및; 상기 센서모듈 및 액추에이터유니트와 접속되어 상기 센서모듈 및 액추에이터유니트에서 발생되는 전기적인 신호를 전송받아 열그래프로 변환하여 보여주기 위한 프로그램이 내장되는 컴퓨터를 포함한다. According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a metal defect detection device for detecting a defect of a workpiece such as metal materials and structures using a thermal graph, a plurality of infrared temperature sensors are installed A sensor module for detecting a temperature radiated from the workpiece and generating the electrical signal; An actuator unit coupled to the sensor module for varying the position of the sensor module relative to the workpiece and generating the displacement as an electrical signal; It includes a computer that is connected to the sensor module and the actuator unit is a program for receiving the electrical signal generated from the sensor module and the actuator unit is converted into a thermal graph to show.

이와 같은 본 발명에서 상기 센서모듈은 회로기판과; 상기 회로기판상에 전기적으로 접속되어 상기 회로기판의 일측에 평행하게 연이어 위치되도록 설치되는 적외선 온도센서와; 상기 회로기판상에 전기적으로 접속되어 상기 적외선 온도센서의 출력을 제어하도록 설치되는 가변저항 및; 상기 회로기판상에 전기적으로 접속되어 상기 전기적인 신호를 증폭시키기 위한 증폭기를 구비할 수 있다. In the present invention as described above, the sensor module includes a circuit board; An infrared temperature sensor electrically connected to the circuit board, the infrared temperature sensor being installed so as to be positioned in parallel with one side of the circuit board; A variable resistor electrically connected to the circuit board and installed to control the output of the infrared temperature sensor; And an amplifier electrically connected to the circuit board to amplify the electrical signal.

이와 같은 본 발명에서 상기 복수개의 적외선 온도센서 각각은 수광소자 주위를 감싸도록 설치되고, 상부에 정해진 크기로 관통되는 센서창이 형성되는 커버를 더 구비할 수 있다. In the present invention as described above, each of the plurality of infrared temperature sensors may be provided to surround the light receiving element, and may further include a cover having a sensor window formed therethrough with a predetermined size thereon.

이와 같은 본 발명에서 상기 작업물에 결합되어 상기 작업물의 온도를 조절 하기 위한 온도조절유니트를 더 구비할 수 있다. In the present invention as described above may be further provided with a temperature control unit for controlling the temperature of the workpiece is coupled to the workpiece.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명은 제 4 항에 따른 금속재의 결함검출장치로 금속소재 및 구조물 등의 작업물의 결함을 검출하기 위한 금속재의 결함검출방법에 있어서, 상기 작업물에 온도조절유니트를 접속시켜서 상기 작업물이 정해진 온도분포를 갖도록 상기 온도조절유니트를 작동시키는 단계 및; 상기 작업물이 정해진 온도분포를 가졌을 때 액추에이터유니트를 작동시켜서 센서모듈을 상기 작업물에 대해 수평적으로 이동시키는 단계를 포함하여, 상기 액추에이터유니트 및 센서모듈과 전기적으로 접속된 컴퓨터를 통해 상기 액추에이터유니트에 의한 거리의 변위와 상기 센서모듈의 복수개의 적외선 온도센서에 의해 검출된 상기 작업물의 온도 편차에 대한 열그래프가 디스플레이되도록 한다. According to another feature of the present invention for achieving the above object, the present invention is a defect detection method of a metal material for detecting a defect of a workpiece, such as a metal material and a structure as a metal defect detection device according to claim 4, Connecting the temperature control unit to the workpiece to operate the temperature control unit such that the workpiece has a defined temperature distribution; Operating the actuator unit when the workpiece has a predetermined temperature distribution to move the sensor module horizontally with respect to the workpiece, the actuator unit via a computer electrically connected to the actuator unit and the sensor module. The thermal graph for the displacement of the distance and the temperature deviation of the workpiece detected by the plurality of infrared temperature sensors of the sensor module.

본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치 및 방법은 적외선 온도센서를 구비하는 센서모듈을 이용한다. 이와 같은 적외선 온도센서는 적외선 카메라에 비해 저가여서 적외선 카메라의 대체품으로 금속재의 결함검출 센서로서 적절하다. 이와 같은 금속재의 결함검출장치는 금속재의 결함을 검출함에 있어 염가로 제작하여 사용할 수 있는 장점이 있고, 다른 비파괴 결함검출 장치가 가지는 비용과 시간적인 문제를 해소하여 많은 공정산업에서 금속재의 결함 검출에 사용이 가능하다. 특히 본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치는 종래 금속재의 결함검출장치가 시간적, 경제적 비용이 많이 들며, 방사성 물질 등 위험물질을 취급하기 때문에 실제 산업용으로의 활용에 많은 제약을 가진 문제점을 해결한 것으로, 열그래프 결함검출기 술을 이용하기 때문에 실제 공정중의 온라인 측정이 가능하며, 공정의 조업정지 등이 수반되지 않으므로 많은 부분에 적용될 수 있다.Defect detection apparatus and method of a metal material according to the present invention uses a sensor module having an infrared temperature sensor. Such an infrared temperature sensor is inexpensive compared to an infrared camera and thus is suitable as a defect detection sensor of metal material as an alternative to an infrared camera. Such a metal defect detection device has an advantage that it can be manufactured at low cost in detecting metal defects, and it solves the cost and time problems of other non-destructive defect detection devices, and thus, it is possible to detect metal defects in many process industries. Can be used. In particular, the defect detection device of a metal material according to the present invention solves a problem that the defect detection device of a conventional metal material has a lot of time and economic cost, and because it handles dangerous substances such as radioactive materials, there are many restrictions on the practical use in industrial applications. Because of the use of thermal graph defect detection techniques, on-line measurements can be made during the actual process, and can be applied to many parts because there is no downtime.

도 1은 본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치를 설명하기 위한 블록다이어그램이다. 1 is a block diagram for explaining a defect detection apparatus for a metal material according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 금속재의 결합검출장치(10)는 센서모듈(20), 액추에이터유니트(60) 및 컴퓨터(90)를 구비하여 열그래프를 이용하여 금속소재 및 구조물 등의 작업물의 결함을 검출하도록 구성된다. 이때 필요에 따라 온도조절유니트(100)를 부가하므로써 효과적인 검출이 이루어지도록 할 수 있다. 즉 실제 응용에 있어서 금속재들의 온도는 충분히 높기 때문에 이와 같이 외부의 가열이 필요하지 않지만, 실험실이나 금속재의 온도가 충분하지 않은 경우에는 금속재의 한쪽 면에 온도조절유니트(100)를 부가하여 인공적으로 온도분포가 형성되게 할 수 있을 것이다. Referring to FIG. 1, the combined detection device 10 of a metal material according to the present invention includes a sensor module 20, an actuator unit 60, and a computer 90 to perform work on a metal material and a structure using a thermal graph. And to detect defects of water. In this case, by adding the temperature control unit 100 as necessary, an effective detection can be made. That is, since the temperature of the metal materials is high enough in practical applications, external heating is not necessary. However, when the temperature of the laboratory or the metal materials is not sufficient, the temperature control unit 100 is added to one side of the metal material to artificially adjust the temperature. It may be possible to form a distribution.

센서모듈(20)은 복수개의 적외선 온도센서(40)가 설치되어 작업물(200)로부터 방사되는 온도를 검출하여 전기적인 신호로 발생하고, 액추에이터유니트(60)는 센서모듈(20)에 결합되어 센서모듈(20)의 위치를 작업물(200)에 대해 가변시키고 그 변위를 전기적인 신호로 발생한다. 컴퓨터(90)는 센서모듈(20) 및 액추에이터유니트(60)와 접속되어 센서모듈(20) 및 액추에이터유니트(60)에서 발생되는 전기적인 신호를 전송받아 열그래프로 변환하여 보여주기 위한 프로그램이 내장되어 그 결과를 디스플레이하게 된다. 그리고 온도조절유니트(100)는 작업물(200)에 결합되어 작업물(200)의 온도를 조절하여 작업물(200)이 일정한 온도분포를 갖도록 한 다. Sensor module 20 is a plurality of infrared temperature sensor 40 is installed to detect the temperature radiated from the workpiece 200 is generated as an electrical signal, the actuator unit 60 is coupled to the sensor module 20 The position of the sensor module 20 is varied with respect to the workpiece 200 and the displacement is generated as an electrical signal. The computer 90 is connected to the sensor module 20 and the actuator unit 60 to receive an electric signal generated from the sensor module 20 and the actuator unit 60 to convert the thermal graph into a thermal graph. And display the result. And the temperature control unit 100 is coupled to the workpiece 200 to adjust the temperature of the workpiece 200 so that the workpiece 200 has a constant temperature distribution.

이와 같은 금속재의 결함검출장치(10)로 금속소재 및 구조물 등의 작업물의 결함을 검출하기 위한 금속재의 결함검출방법은 먼저, 작업물(20)에 온도조절유니트(100)를 접속시켜서 작업물(200)이 정해진 온도분포를 갖도록 온도조절유니트(100)를 작동시킨다. 물론 이와 같은 온도조절유니트(100)의 사용은 검출하고자 하는 작업물(200)의 온도를 높일 필요가 있을 경우에 한한다. 그리고 작업물(200)이 정해진 온도분포를 가졌을 때 액추에이터유니트(100)를 작동시켜서 센서모듈(20)을 작업물(200)에 대해 수평적으로 이동시켜서 컴퓨터(90)에서 열그래프를 디스플레이하기 위한 데이터를 취득하게 된다. 즉 컴퓨터(90)는 액추에이터유니트(60) 및 센서모듈(20)과 전기적으로 접속되어 액추에이터유니트(60)에 의한 거리의 변위와 센서모듈(20)의 복수개의 적외선 온도센서(40)에 의해 검출된 작업물(200)의 온도 편차에 대한 열그래프가 디스플레이되도록 한다. The metal defect detection method for detecting a defect of a workpiece such as a metal material and a structure by the metal defect detection device 10 is, first, by connecting the temperature control unit 100 to the workpiece 20 to the workpiece ( The temperature control unit 100 is operated so that 200 has a predetermined temperature distribution. Of course, the use of such a temperature control unit 100 is limited only when it is necessary to increase the temperature of the workpiece 200 to be detected. When the workpiece 200 has a predetermined temperature distribution, the actuator unit 100 is operated to move the sensor module 20 horizontally with respect to the workpiece 200 to display a thermal graph in the computer 90. You will get the data. That is, the computer 90 is electrically connected to the actuator unit 60 and the sensor module 20 to detect the displacement of the distance by the actuator unit 60 and the plurality of infrared temperature sensors 40 of the sensor module 20. The thermal graph for the temperature deviation of the finished workpiece 200 is displayed.

이와 같은 본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치의 성능을 검증하기 위해 후술하는 본 발명의 바람직한 실시예와 같이 인공적인 결함을 가지는 알루미늄 평판에 대해 온라인 측정을 통해 시험해 보았다. In order to verify the performance of the apparatus for detecting defects of metals according to the present invention, an aluminum plate having artificial defects was tested through online measurement as in the preferred embodiment of the present invention described below.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 9에 의거하여 상세히 설명하며, 도 1 내지 도 9에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다. 한편, 각 도면에서 일반적인 금속재의 결함검출장치 및 방법으로부터 용이하게 알 수 있는 구성에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다. 특히, 요소들 사이의 크기 비가 다소 상이 하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 사이의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면의 표현 차이는 이 분야의 종사자들이 용이하게 이해할 수 있는 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 9, and like reference numerals denote like elements for performing the same functions in FIGS. 1 to 9. On the other hand, the drawings and detailed description of the configuration that can be easily seen from the defect detection apparatus and method of a common metal material in each of the drawings are shown briefly or omitted and the parts related to the present invention. In particular, there are parts in which the size ratio between the elements is somewhat different or the sizes between the components coupled to each other are different. However, the differences in representation of the drawings are easily understood by those skilled in the art. A separate description is omitted.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 온도센서를 이용한 금속재의 결함검출장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 도 2의 결함검출장치에서 센서모듈과 작업물의 수평적 위치관계를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2의 결함검출장치에서 센서모듈을 구체적으로 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에서 적외선 온도센서를 구체적으로 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 4에서 증폭기의 회로도이다. 2 is a view for explaining a metal defect detection device using an infrared temperature sensor in accordance with a preferred embodiment of the present invention, Figure 3 is to explain the horizontal positional relationship of the sensor module and the workpiece in the defect detection device of FIG. 4 is a view for explaining the sensor module in the defect detection device of Figure 2 in detail, Figure 5 is a view for explaining the infrared temperature sensor in Figure 4, Figure 6 is an amplifier in Figure 4 Is a circuit diagram.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치(10)는 온도조절유니트(100), 센서모듈(20), 액추에이터유니트(60) 및 컴퓨터(90)를 구비하여 이루어진다. 이와 같은 결함검출장치(10)는 구체적으로 도시하지는 않았지만, 도 3에서 보는 바와 같이 장치의 골격을 이루는 베이스(300)에 의해 지지되도록 구성될 것이다. 1 to 3, a defect detecting apparatus 10 of a metal material according to an exemplary embodiment of the present invention may include a temperature control unit 100, a sensor module 20, an actuator unit 60, and a computer 90. It is made. Although not shown in detail, such a defect detection apparatus 10 will be configured to be supported by the base 300 forming the skeleton of the device as shown in FIG.

액추에이터유니트(60)는 센서모듈(20)에 결합되어 센서모듈(20)의 위치를 작업물(200)에 대해 가변시키고 그 변위를 전기적인 신호로 발생하는 구성으로, 베이스(300)에 슬라이딩가능하도록 설치되어 센서모듈(20)를 받치면서 고정하기 위한 홀더(50), 센서모듈(20)을 이송시키기 위한 구동력을 발생하는 모터(62), 홀더(50)에 결합되어 모터(62)의 구동력에 의해 회전되어 홀더(50)가 이송되도록 하므로써 센서모듈(50)이 이송되도록 하는 스크류(62), 센서모듈(20)의 거리변위를 측정하기 위한 것으로 모터(62)에 의해 이동되는 홀더(50) 또는 센서모듈(20)의 변위를 측정하는 전위계(66) 등을 구비하여 이루어질 수 있을 것이다. 물론 이와 같은 액추에이터유니트(60)는 일반적으로 측정장치에 적용되고 있는 X, Y, Z 축의 거리를 변위시키기 위한 다양한 방법들이 적용될 수 있을 것이다. The actuator unit 60 is coupled to the sensor module 20 to vary the position of the sensor module 20 with respect to the workpiece 200 and to generate the displacement as an electrical signal, which can be slid to the base 300. It is installed so that the holder 50 for holding and fixing the sensor module 20, the motor 62 for generating a driving force for transporting the sensor module 20, coupled to the holder 50, the driving force of the motor 62 Rotating by the holder (50) is carried by the motor 62 to measure the distance displacement of the screw 62, the sensor module 20, so that the sensor module 50 is transported by the holder 50 is transferred. Or an electrometer 66 for measuring the displacement of the sensor module 20. Of course, such an actuator unit 60 may be applied to various methods for displacing the distances of the X, Y, and Z axes that are generally applied to the measuring device.

온도조절유니트(100)는 슬라이닥스(110, 전압조절기), 히터(120), 쿨러(130)를 구비하여 이루어진다. 이와 같은 온도조절유니트(100)는 작업물(200)을 일정한 온도분포를 갖도록 하기 위해 작업물(200)을 가열 또는 냉각시켜 온도를 조절하기 위한 구성으로, 전술한 바와 같이, 통상의 작업물에는 적용되지 않는다. 본 실시예에서 온도조절유니트(100)는, 도 2의 방향과 같이, 작업물(200)의 상부에 히터(120)가 부착되도록 하였으며, 하부에 냉각수가 흐르는 냉각관으로 이루어지는 쿨러(130)가 작업물(200)의 하부에 부착되도록 하였다. 이때 사용된 히터(120)는 직경 10mm, 길이 10.7mm의 전기적인 가열체를 적용하였으며, 슬라이닥스(110)로 공급전압을 조절함으로서 열 발생을 조절하였고, 하부에 설치된 쿨러(130)는 냉각관이 3/8인치인 동관을 사용하여 그 속에 5℃의 냉각수가 5.4 L/min으로 온도조절기능이 부착된 외부 순환 수조에 의해 순환되도록 하였다. 이때, 후술하는 바와 같이, 인위적인 결함을 가진 작업물(200, 알루미늄 평판)의 상부와 하부 끝에서의 기준온도는 열전대에 의해 측정하고, 온도 지시계를 통해 나타내도록 하였다. Temperature control unit 100 is provided with a slide (110, voltage regulator), heater 120, cooler 130. Such a temperature control unit 100 is a configuration for controlling the temperature by heating or cooling the work 200 in order to have a constant temperature distribution of the work 200, as described above, does not apply. In this embodiment, the temperature control unit 100, the heater 120 is attached to the upper portion of the workpiece 200, as shown in Figure 2, the cooler 130 made of a cooling tube flowing coolant in the lower portion To be attached to the bottom of the workpiece 200. At this time, the heater 120 used was an electric heating element of 10mm in diameter, 10.7mm in length, and controlled the heat generation by controlling the supply voltage to the slide dax 110, the cooler 130 is installed in the lower cooling tube This 3 / 8-inch copper tube was used to allow a 5 ° C coolant to be circulated by an external circulation bath with temperature control at 5.4 L / min. At this time, as will be described later, the reference temperature at the upper and lower ends of the workpiece 200 (an aluminum flat plate) having artificial defects was measured by a thermocouple and displayed through a temperature indicator.

컴퓨터(90)는 센서모듈(20) 및 액추에이터유니트(60)와 접속되어 센서모듈(20) 및 액추에이터유니트(60)에서 발생되는 전기적인 신호를 전송받아 열그래프로 변환하여 보여주기 위한 프로그램이 내장된 것으로, 센서모듈(20)의 각각의 적외선 온도센서(40)에서 나오는 증폭된 전압신호와 10회전 바퀴형태의 전위계(66)에서 나오는 위치신호를 A/D 컨버터(80)에 의해 디지털 신호로 변환하고 저장할 수 있도록 하고, 프로그램에 의해 열그래프로 전환하여 디스플레이하도록 구성하였다. The computer 90 is connected to the sensor module 20 and the actuator unit 60 to receive an electric signal generated from the sensor module 20 and the actuator unit 60 to convert the thermal graph into a thermal graph. The amplified voltage signal from each infrared temperature sensor 40 of the sensor module 20 and the position signal from the electrometer 66 in the form of a 10-wheel wheel are converted into digital signals by the A / D converter 80. It can be converted and saved, and converted to a thermal graph by the program for display.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치(10)의 센서모듈(20)은 적외선 온도센서(40)가 모두 5개 설치되고, 이들은 회로기판(22)의 좌측 끝에 일렬로 연이어 설치된다. 센서모듈(20)은 온도를 측정하는 수광소자(42)의 주위에는 센서커버(44)가 씌워지도록 설치되고, 이 센서커버(44)의 상부에는 직경 2.5mm의 센서창(46)이 형성되는데, 이 센서창(46)의 직경은 수광소자(42)의 직경과 동일한 크기를 갖도록 하여 작업물로부터 나오는 적외선을 수광{센서창(46)에 의해 수광소자(42)와 대응되는 위치의 적외선만을 수광}하여 금속재의 온도를 알 수 있도록 하였다. 또한 본 실시예에 사용된 결함검출장치(10)의 센서모듈(20)에 사용된 적외선 온도센서(40)는 수광소자(42)의 크기가 8.2mm인데 반하여 온도를 측정하는 센서창(46)의 직경이 2.5mm이기 때문에 실제 측정위치 사이에 너무 많은 공간이 생기므로, 측정공간을 줄이기 위해 도 2에 나타낸 바와 같이 작업물(200)에 대해 45도 각도로 기울여 위치되도록 홀더(50)에 설치하였다. 이와 같은 센서모듈(20)의 기울임에 의한 적외선 온도센서(40) 사이의 수평위치의 차이는 자료 분석시 수평길이로 환산하여 계산하였다.4 to 6, the sensor module 20 of the metal defect detection device 10 according to a preferred embodiment of the present invention is provided with five infrared temperature sensors 40, these are all the circuit board 22 Are arranged in a row on the left end of the The sensor module 20 is installed to cover the sensor cover 44 around the light receiving element 42 for measuring temperature, and a sensor window 46 having a diameter of 2.5 mm is formed on the sensor cover 44. The diameter of the sensor window 46 is equal to the diameter of the light receiving element 42 so that infrared light from the workpiece is received (only the infrared light at the position corresponding to the light receiving element 42 by the sensor window 46). Light-receiving} to determine the temperature of the metal material. In addition, the infrared temperature sensor 40 used in the sensor module 20 of the defect detection apparatus 10 used in the present embodiment has a sensor window 46 measuring the temperature while the size of the light receiving element 42 is 8.2 mm. Since the diameter of 2.5mm is too much space between the actual measurement position, installed in the holder 50 to be positioned at an angle of 45 degrees to the workpiece 200 as shown in Figure 2 to reduce the measurement space It was. The difference in the horizontal position between the infrared temperature sensor 40 due to the tilting of the sensor module 20 was calculated in terms of the horizontal length during data analysis.

또한 센서모듈(20)의 회로기판(22)상에는 외부로부터 센서모듈(20)로 전원이 입력되도록 하기위한 전원단자(24), 센서모듈(20)과 컴퓨터(90, 도 2 참조)를 접속시켜서 센서모듈(20)의 출력신호가 컴퓨터(90)로 전송되도록 하기 위한 시그널단자(26), 센서모듈(20)의 기준 출력신호의 조절을 위한 가변저항(28), 센서모듈(20)의 출력신호를 증폭시키기 위해 도 6에서 보는 바와 같은 구성을 갖는 증폭기(30) 등이 설치된다. In addition, on the circuit board 22 of the sensor module 20 by connecting the power supply terminal 24, the sensor module 20 and the computer 90 (see Fig. 2) for power input from the outside to the sensor module 20 Signal terminal 26 for transmitting the output signal of the sensor module 20 to the computer 90, the variable resistor 28 for adjusting the reference output signal of the sensor module 20, the output of the sensor module 20 In order to amplify the signal, an amplifier 30 having a configuration as shown in FIG. 6 is provided.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 온도센서를 이용한 금속재의 결함검출장치를 실험하기 위한 알루미늄 재질의 시험 작업물이고, 도 8은 도 7의 알루미늄 재질의 시험 작업물의 상부와 하부 끝의 온도가 각각 92도와 60도일 때 본 발명의 및 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 적외선 온도센서를 이용한 금속재의 결함검출장치를 사용하여 도 7의 작업물을 측정한 결과를 보여주는 그래프들이다. 7 is a test workpiece made of aluminum for testing a defect detection apparatus of a metal material using an infrared temperature sensor according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a top and bottom end portions of the test workpiece made of aluminum of FIG. When the temperature is 92 degrees and 60 degrees, respectively, and FIG. 9 are graphs showing a result of measuring the workpiece of FIG. 7 using a defect detection apparatus of a metal material using an infrared temperature sensor according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2 및 도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치(10)의 검출능력을 시험하기 위해 본 발명자는 도 7에서 보는 바와 같은 시험용 작업물(200)을 제작하였다. 본 실시예의 금속재의 결함검출장치(10)의 성능실험에 사용된 표본 알루미늄 재질의 작업물(20)은 두께가 10mm이며, 중간에 폭 15mm, 높이 2.5mm의 인공적인 결함을 위한 슬롯(210)을 형성하였으며, 이 슬롯(210)을 감추기 위해 슬롯(210)의 양면에 얇은 알루미늄 박판을 덮었다.2 and 7 to 9, the present inventors test object 200 as shown in Figure 7 to test the detection capability of the defect detection apparatus 10 of the metal material according to a preferred embodiment of the present invention Was produced. The workpiece 20 of the sample aluminum material used in the performance test of the defect detection device 10 of the metal material of the present embodiment has a thickness of 10 mm, a slot 210 for artificial defects having a width of 15 mm and a height of 2.5 mm in the middle. And a thin aluminum sheet was covered on both sides of the slot 210 to hide the slot 210.

본 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치(10)의 작동은 먼저 인공적인 결함{슬롯(210)}을 가진 알루미늄 평판의 작업물(200)의 상부와 하부에 부착되는 히터(120)와 쿨러(130)의 가동으로부터 시작된다. 그리고 본 실험에서는 작업물(200)의 온도가 일정한 온도분포를 가지는 정상상태를 얻기 위하여 약 2 시간 정도로 히 터(120)와 쿨러(130)를 작동시켰다. 이 과정에서 알루미늄 평판의 작업물(200)에서의 온도분포는 이동식 적외선 온도계로 측정하였다. The operation of the metal defect detecting apparatus 10 according to the present embodiment is first performed by the heater 120 and the cooler attached to the upper and lower portions of the workpiece 200 of the aluminum flat plate having the artificial defect {slot 210}. Starting from operation 130). In this experiment, the heater 120 and the cooler 130 were operated for about 2 hours to obtain a steady state in which the temperature of the workpiece 200 had a constant temperature distribution. In this process, the temperature distribution in the workpiece 200 of the aluminum plate was measured by a mobile infrared thermometer.

다음 작업물(200)의 온도분포가 안정되었을 때, 센서모듈(20)을 작업물(200)에 대해 이동시키면서 작업물(200)의 거리에 따른 온도편차를 검출한다. 본 실시예의 실험은 모터(62)를 가동하여 3.3cm/min의 속도로 센서모듈(20)이 수평적으로 움직이도록 하였다. 또한 각각의 적외선 온도센서(40)의 측정 온도와 센서모듈(20)의 위치신호를 온라인으로 측정용 컴퓨터(90)에 저장되도록 하였다. 본 실시예의 성능시험에서 적외선 온도센서(40)의 표면과 알루미늄 평판의 작업물(200) 사이의 거리는 3mm였다. Next, when the temperature distribution of the workpiece 200 is stabilized, the sensor module 20 detects a temperature deviation according to the distance of the workpiece 200 while moving the sensor module 20 with respect to the workpiece 200. In this embodiment, the motor 62 is operated to move the sensor module 20 horizontally at a speed of 3.3 cm / min. In addition, the measurement temperature of each infrared temperature sensor 40 and the position signal of the sensor module 20 are to be stored in the measuring computer 90 online. In the performance test of this embodiment, the distance between the surface of the infrared temperature sensor 40 and the workpiece 200 of the aluminum plate was 3 mm.

한편 본 실시예의 성능시험은 두 가지의 다른 온도분포에 대하여 시험해 보았다. On the other hand, the performance test of the present embodiment was tested for two different temperature distribution.

도 8은 인공적인 결함{슬롯(210)}을 가진 알루미늄 재질의 작업물(200)의 상부와 하부 끝의 온도가 각각 92℃와 60℃일 때 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치(10)로 측정한 결과를 보인 것이다. 이 그래프에서 곡선들 위의 번호는, 도 4에서 보는 바와 같이, 센서모듈(20)의 좌측에 위쪽에서부터 설치되어 있는 적외선 온도센서(40)들의 위치를 나타낸다. 이때 그래프에서 보는 바와 같이 3번의 적외선 온도센서가 감추어져 있는 작업물(200)의 슬롯(210)을 통과하기 때문에 곡선의 중간부에서 온도 감소를 나타내는 반면, 다른 번호의 곡선들은 온도 감소를 나타내지 않는 것을 알 수 있다. 그리고 작업물(200)의 좌측과 우측은 공기중에 노출되어 있기 때문에 곡선의 양 끝에서는 급격한 온도감소를 보이고 있다. 따라서 1번과 5번의 적외선 온도센서의 측정치는 작업물(200)의 상부와 하부에 설치된 히터(120)와 쿨러(130)의 영향을 받지만, 이런 변동은 3번 적외선 온도센서의 측정값과는 전혀 다른 양상을 보여 주고 있다. 즉 3번 적외선 온도센서는 중심부의 결함때문에 결함이 있는 부분에만 온도강하가 있음을 보여준다. 따라서 실제 측정에서 이러한 온도강하가 관측된다면 결함이 있음을 알 수 있다.8 is a defect detection of a metal material according to a preferred embodiment of the present invention when the temperature of the upper and lower ends of the workpiece 200 made of aluminum having an artificial defect (slot 210) is 92 ° C and 60 ° C, respectively. The measurement results with the apparatus 10 are shown. Numbers on the curves in this graph, as shown in Figure 4, indicates the position of the infrared temperature sensors 40 installed from the upper side on the left side of the sensor module 20. At this time, as shown in the graph, since the three infrared temperature sensors pass through the slot 210 of the hidden workpiece 200, the temperature decreases in the middle of the curve, while the curves of other numbers do not show the temperature decrease. It can be seen that. And since the left and right sides of the workpiece 200 are exposed to air, both ends of the curve show a sharp decrease in temperature. Therefore, the measurement of the infrared temperature sensor of 1 and 5 is affected by the heater 120 and the cooler 130 installed on the upper and lower portions of the workpiece 200, but this variation is different from the measured value of the infrared temperature sensor 3 It's a completely different aspect. In other words, the infrared temperature sensor 3 shows that the temperature drop is only in the defective part because of the defect in the center part. Therefore, if such a drop in temperature is observed in the actual measurement, it may be found to be defective.

도 9는 인공적인 결함{슬롯(210)}을 가진 알루미늄 재질의 작업물(200)의 상부와 하부 끝의 온도가 각각 125℃와 91℃일 때의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치(10)로 측정한 결과를 보인 것이다. 이 결과 또한 작업물(200)의 온도분포가 낮은 이전의 경우와 같이 3번 위치의 적외선 온도센서의 측정값만이 작업물(200)의 중심부에서 온도감소를 나타내고 있다. 이 경우에서는 이전의 낮은 온도분포를 가지는 작업물(200)에 대한 성능실험에서보다 더 큰 온도편차가 얻어진다. 이는 작업물(200)의 온도가 더 높기 때문에 주위 공기로의 열손실이 이전의 경우보다 크고, 더욱 큰 온도변화가 작업물(200) 전체를 통해 주어지기 때문이다. 그러나 결함부분에서의 온도강하는 동일하게 관측된다. 9 is a metal defect according to a preferred embodiment of the present invention when the temperatures of the upper and lower ends of the workpiece 200 made of aluminum having an artificial defect {slot 210} are 125 ° C and 91 ° C, respectively. The measurement result by the detection apparatus 10 is shown. As a result, only the measured value of the infrared temperature sensor at position 3, as in the previous case where the temperature distribution of the workpiece 200 is low, shows a decrease in temperature at the center of the workpiece 200. In this case, a larger temperature deviation is obtained than in the previous performance experiments on the workpiece 200 having a low temperature distribution. This is because the heat loss to ambient air is greater than before because the temperature of the workpiece 200 is higher, and a larger temperature change is given throughout the workpiece 200. However, the temperature drop at the defects is observed the same.

이와 같은 실험의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 적외선 온도센서를 적용한 본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치 및 방법은 금속재의 온도가 조금의 변동을 가진다 하더라도 감쳐진 금속재의 결함 위치에서 특이한 온도변화가 확인되고 금속재의 결함을 검출하기에 충분히 적용할 수 있으므로, 열그래프 결함검출기술을 이용한 장치로 충분히 사용할 수 있음을 알 수 있다. As can be seen from the results of the experiment, the apparatus and method for detecting a defect of a metal material according to the present invention to which an infrared temperature sensor is applied, even if the temperature of the metal material has a slight variation, there is a unique temperature change at the position of the defect of the hidden metal material. It can be seen that the present invention can be sufficiently used for detecting a defect in a metal material, and thus can be sufficiently used as an apparatus using a heat graph defect detection technique.

특히 실제 응용에 있어서 금속재들의 온도는 충분히 높기 때문에 본 실시예 와 같이 외부의 가열이 필요하지 않다. 이는 본 발명의 제안된 금속재의 결함검출장치의 현장 응용에 기존의 비파괴 결함 검출 장치들이 가지는 시간적, 경제적 비용들을 줄일 수 있음을 알 수 있다.Particularly in practical application, the temperature of the metal materials is sufficiently high that no external heating is required as in this embodiment. This can be seen that it is possible to reduce the time and economic costs of the existing non-destructive defect detection devices in the field application of the proposed metal defect detection device of the present invention.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금속재의 결함검출장치를 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. As described above, a defect detection apparatus for a metal material according to a preferred embodiment of the present invention has been shown in accordance with the above description and drawings, but this is merely described, for example, and various changes without departing from the technical spirit of the present invention. And those skilled in the art will appreciate that changes are possible.

본 발명에 의한 금속재의 결함검출장치 및 방법에 의하면, 본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치 및 방법은 적외선 온도센서를 구비하는 센서모듈을 이용하므로 적외선 카메라에 비해 저가로 구성할 수 있다. 이와 같은 금속재의 결함검출장치는 금속재의 결함을 검출함에 있어 염가로 제작하여 사용할 수 있는 장점이 있고, 다른 비파괴 결함검출 장치가 가지는 비용과 시간적인 문제를 해소하여 많은 공정산업에서 금속재의 결함 검출에 사용이 가능하다. 특히 본 발명에 따른 금속재의 결함검출장치는 종래 금속재의 결함검출장치가 시간적, 경제적 비용이 많이 들며, 방사성 물질 등 위험물질을 취급하기 때문에 실제 산업용으로의 활용에 많은 제약을 가진 문제점을 해결한 것으로, 열그래프 결함검출기술을 이용하기 때문에 실제 공정중의 온라인 측정이 가능하며, 공정의 조업정지 등이 수반되지 않으므로 많은 부분에 적용될 수 있다.According to the defect detection apparatus and method of the metal material according to the present invention, the defect detection apparatus and method of the metal material according to the present invention can be configured at a lower cost than the infrared camera because it uses a sensor module having an infrared temperature sensor. Such a metal defect detection device has an advantage that it can be manufactured at low cost in detecting metal defects, and it solves the cost and time problems of other non-destructive defect detection devices, and thus, it is possible to detect metal defects in many process industries. Can be used. In particular, the defect detection device of a metal material according to the present invention solves a problem that the defect detection device of a conventional metal material has a lot of time and economic cost, and because it handles dangerous substances such as radioactive materials, there are many restrictions on the practical use in industrial applications. Because of the use of thermal graph defect detection technology, on-line measurement can be performed during the actual process, and it can be applied to many parts because it is not accompanied by process shutdown.

Claims

열그래프를 이용하여 금속소재 및 구조물 등의 작업물의 결함을 검출하기 위한 금속재의 결함검출장치에 있어서,In the defect detection apparatus of a metal material for detecting a defect of a workpiece such as a metal material and a structure using a thermal graph,

복수개의 적외선 온도센서가 설치되어 상기 작업물로부터 방사되는 온도를 검출하여 전기적인 신호로 발생하기 위한 센서모듈과;A sensor module installed with a plurality of infrared temperature sensors for detecting a temperature radiated from the workpiece and generating the electrical signal;

상기 센서모듈에 결합되어 상기 센서모듈의 위치를 상기 작업물에 대해 가변시키고 그 변위를 전기적인 신호로 발생하기 위한 액추에이터유니트 및;An actuator unit coupled to the sensor module for varying the position of the sensor module relative to the workpiece and generating the displacement as an electrical signal;

상기 센서모듈 및 액추에이터유니트와 접속되어 상기 센서모듈 및 액추에이터유니트에서 발생되는 전기적인 신호를 전송받아 열그래프로 변환하여 보여주기 위한 프로그램이 내장되는 컴퓨터를 포함하되;A computer having a built-in program connected to the sensor module and the actuator unit to receive and convert the electric signals generated by the sensor module and the actuator unit into a thermal graph;

상기 센서모듈은 상기 복수개의 적외선 온도센서가 일측면상에서 평행하게 연이어 위치되도록 설치되어 전기적으로 접속되는 회로기판과,The sensor module is a circuit board that is electrically connected to the plurality of infrared temperature sensors are installed so as to be located in succession in parallel on one side;

상기 회로기판상에 전기적으로 접속되어 상기 복수개의 적외선 온도센서의 출력을 제어하도록 설치되는 가변저항 및,A variable resistor electrically connected to the circuit board and installed to control outputs of the plurality of infrared temperature sensors;

상기 회로기판상에 전기적으로 접속되어 상기 전기적인 신호를 증폭시키기 위한 증폭기를 구비하고, An amplifier electrically connected to the circuit board for amplifying the electrical signal,

상기 복수개의 적외선 온도센서 각각은 온도를 측정하는 수광소자 주위를 감싸도록 설치되고, 상부에 상기 수광소자의 직경과 동일한 크기를 갖는 센서창이 형성되는 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속재의 결함검출장치.Each of the plurality of infrared temperature sensors is installed to surround a light receiving element for measuring a temperature, and a defect detection device of a metal material, characterized in that it has a cover formed with a sensor window having the same size as the diameter of the light receiving element on the top .

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