KR100685178B1

KR100685178B1 - 비파괴 검사 장치

Info

Publication number: KR100685178B1
Application number: KR1020050031415A
Authority: KR
Inventors: 김승
Original assignee: 미승씨엔에스검사주식회사
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2005-04-15
Publication date: 2007-02-22
Also published as: KR20060109117A; US20060230832A1; US7357028B2

Abstract

본 발명은 50khz 이상의 초음파를 송신 및 수신할 수 있는 하나의 송수신 프로브와, 다수의 수신 프로브를 이용하여 대구경 말뚝에 대한 내부 검사를 수행하되, 수신된 주파수를 디지털 처리하여 검사 결과를 출력하기 위한, 비파괴 검사 장치에 관한 것이다.

송수신 프로브, 수신 프로브, 비파괴

Description

비파괴 검사 장치{Apparatus For Non Destructive Testing}

도 1a 및 도 1b 는 종래 기술에 의한 비파괴 검사장치의 일실시예 구성도.

도 1c 는 일반적으로 초음파를 이용하여 결함을 검출하는 방법을 나타내는 일예시도.

도 1d 는 종래의 비파괴 검사 장치를 이용한 경우에 발생되는 수신체계의 문제점을 설명하기 위한 일예시도.

도 2 는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 일실시예 내부 구성도.

도 3a 는 본 발명에 적용되는 마이크로 프로세서부(300)의 일실시예 내부 구성도.

도 3b 는 본 발명에 적용되는 마이크로 프로세서부(300)의 일실시예 외부 구성도.

도 4 는 본 발명에 적용되는 송수신 프로브 및 수신 프로브의 일실시예 내부 구성도.

도 5 는 본 발명에 따른 비파괴 검사 장치 중 송수신 프로브 및 수신 프로브에서의 수신 파형의 일예시도.

도 6 은 본 발명에 따른 비파괴 검사 장치의 디스플레이 화면의 일예시도.

도 7 은 본 발명에 따른 비파괴 검사 장치를 이용한 검사 방법의 일실시예 흐름도.

본 발명은 비파괴 검사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 심도가 깊은 해저면 또는 지중부에 매설되는 콘크리트 대구경 현타 말뚝 및 케이선 등의 구조용 대형 콘크리트 격벽의 품질 검사를 수행할 수 있는 비파괴 검사 장치에 관한 것이다.

고도화되어 가는 산업사회에서 거대 구조물인 교량, 항만 등 기초요소들이 증가하고 있으며, 상기와 같은 교량과 항만 등의 구조물은 그 구조물에 있는 콘크리트 파일이 양생과정에서 흠집이 발생된 경우에 붕괴의 우려가 있기 때문에 그 이상 여부를 평가할 필요성이 요구되고 있다.

종래의 평가 방법으로서는, 콘크리트 파일 주위를 굴착하고, 눈으로 그 손상의 유무 및 위치를 조사하는 제1 방법과, 콘크리트 파일에 해머 등으로 충격을 주어, 센서로 탄성파를 검출하여, 그 파형의 형상에 의해 이상 유무 및 위치를 조사하는 제2 방법(탄성 충격 파법)과, 콘크리트 파일을 코어 보링하여, 경사계에 의해 콘크리트 파일 및 그 주위의 변위를 계측하여서 이상 유무 및 위치를 조사하는 제3 방법 등이 있다.

그러나, 상기 제1 방법과 같이 굴착하여 눈으로 확인하는 방법은 대규모 굴착이 필요하여 대형장비가 동원되고, 막대한 시간과 비용이 소요되는 문제점이 발 생된다. 또한, 상기 제2 방법에 의한 탄성 충격 파법은 정밀도가 나쁘기 때문에 상기 제1의 방법과 병용할 필요가 있게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 제３ 방법에 따른 경사계에 의한 방법은 보링을 할 필요가 있기 때문에 많은 비용과 시간을 필요로 하는 문제점이 있다.

한편, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 비파괴 검사장치가 제시되었다.

도 1a 및 도 1b 는 종래 기술에 의한 비파괴 검사장치의 일실시예 구성도이다. 또한, 도 1c 는 일반적으로 초음파를 이용하여 결함을 검출하는 방법을 나타내는 일예시도이며, 도 1d 는 종래의 비파괴 검사 장치를 이용한 경우에 발생되는 수신체계의 문제점을 설명하기 위한 일예시도이다.

먼저, 도 1a 에 도시된 바와 같은 종래 기술에 의한 비파괴 검사장치는, 초음파를 단방향으로 발생시키기 위한 송신부(10), 상기 송신부에서 발생되는 초음파를 수신하기 위한 수신부(20), 상기 송신부에서 초음파가 발생되도록 제어신호를 출력하고 상기 수신부에서 수신되는 초음파의 정보를 입력받아 분석을 수행하여 콘크리트 파일의 내부 품질 이상을 판단하기 위한 마이크로 프로세서부(30) 및 상기 마이크로 프로세서부에서 판단된 결과를 종이 또는 화면 상에 출력하기 위한 출력부(40)를 포함하여 구성된다.

이때, 도 1a 에 도시된 바와 같은 비파괴 검사장치는, 송신부(10)와 수신부(20)가 일대일로 대응하기 때문에 전체적인 품질검사를 수행하기 위하여는 다수의 송신 및 수신과정이 필요하고, 전적으로 검사를 하는 사용자의 수작업에 의존하기 때문에 사용자가 미숙하거나 실수를 저지르는 경우에는 품질검사의 결과에 대한 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생되며, 사용자가 송신부(10) 및 수신부(20)를 손으로 들고 있거나 부착하여야 하기 때문에 수중 또는 지중과 같이 사용자가 접근이 불가능한 부분에 대하여는 검사를 수행하는데 많은 어려움이 발생된다는 문제점이 있다.

한편, 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 도 1b 에 도시된 바와 같은 비파괴 검사 장치가 개발되었는 바, 도 1b 에 도시된 비파괴 검사 장치는, 어느 하나의 종방향 구멍에 삽입되어 초음파를 360도 방사방향으로 발생시키기 위한 송신부(11), 상기 송신부와 서로 다른 종방향 구멍에 동일한 깊이로 삽입되어 콘크리트 격벽을 통과한 초음파를 수신하기 위한 다수의 수신부(21,22,23), 상기 송신부 및 수신부가 동일한 깊이를 유지하도록 하기 위한 측정깊이 조절부(50), 상기 다수의 수신부(21,22,23)에서 수신된 초음파의 속도를 내부에 저장된 프로그램에 따라 분석하여 콘크리트의 밀도 및 품질상태를 판단하여 그 결과를 표시해 주기 위한 마이크로 프로세서부(31)를 포함하여 구성되어 있다.

이때, 도 1b 에 도시된 바와 같은 비파괴 검사 장치는 한번의 송신 및 수신 과정을 통해 구조물의 전체적인 품질검사를 수행할 수 있다는 효과를 가지고는 있으나, 50khz대의 저주파를 송신 주파수를 사용함으로 인해 구조물의 결함을 정확하게 파악할 수 없다는 문제점을 가지고 있는 바, 도 1a 및 도 1b 에 도시된 바와 같은 종래의 비파괴 검사 장치들의 문제점으로는 다음과 같은 것들이 있을 수 있다.

첫째, 종래의 비파괴 검사 장치는, 도 1c 에 도시된 바와 같이, 일정 크기 이상의 작은 결함들을 찾을 수 없다는 문제점이 있다. 즉, 기존의 ITS-2002 규약을 따르는 종래의 비파괴 검사장치들의 송신 프로브(송신부)(이하, 간단히 '송신 프로브'라 함)에서의 공진 주파수 50khz는 콘크리트를 통과하는 초음파의 속도가 4,000 m/sec일 때 파형의 파장이 8cm가 되는데, 종래의 콘크리트 내부의 결함은 일반적으로 8cm보다 큰 것이 주류를 이루고 있어서 이보다 적은 결함은 찾을 필요가 없었기 때문에 상기와 같은 주파수 대역을 갖는 비파괴 검사장치들이 널리 사용되어 왔다. 그러나, 현재는 구조물이 대형화되어 감에 따라 구조물의 고강도를 유지하기 위하여 이에 사용되는 골재(자갈, 파쇄골재 등)가 5cm이하의 쇄 골재를 사용하는 것이 상용화 되고 있다. 따라서 종래의 콘크리트 비파괴 검사 장치에 사용하는 송/수신 프로브로는 콜드 조인트 등 5cm 이하의 콘크리트 내부의 결함은 찾을 수가 없다는 문제점이 있다. 즉, 현재 건설현장에서 중요시하게 생각되는 콜드 조인트 등 콘크리트 내부의 작은 결함을 찾기 우하여 송/수신 프로브는 최소 50khz에서 부터 400khz 이상으로 그 주파수의 영역 범위가 넓혀져야 함에도 불구하고 현재의 송/수신 프로브는 아직 그 기술적 한계를 넘지 못하고 있는 실정이다.

둘째, 종래의 비파괴 검사 장치는 결함의 3차원 적인 파악이 어렵다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 비파괴 검사 장치에 있어서, 송신 프로브는 초음파를 송신하고 수신 프로브에서는 콘크리트 내부의 매질을 통과한 초음파를 수신하는 역할을 각각 수행하고 있으며, 이에 따라 정상적인 콘크리트 매질에서의 초음파 최초 도달시간과 결함 매질에서의 초음파 최초 도달 시간을 비교하여 결함의 크기 등을 판단하고 실무자와 협의하여 결함의 종류 및 유형을 유추하게 된다. 그러나 이러한 방 법은 송/수신 프로브의 Logging을 통하여 콘크리트 내부의 상, 하 균질성과 서로 다른 수직거리 송신 위치에서 수신점의 데이터를 분석할 수밖에 없으므로, 대구경 말뚝의 수직점에 있는 콘크리트 결함의 위치 및 크기를 파악하기 어려우며, 이를 파악하기 위해서는 다수의 검측 공을 대구경 말뚝의 시공 시 사전에 매설하여야 할 뿐만 아니라 이로 인해 많은 시간과 비용이 수반되어야 한다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 비파괴 검사 장치는 상기와 같은 과정에 의해 습득된 데이터를 분석하여 콘크리트 내부의 결함의 크기만을 유추함으로써 2차원적 이상의 결과는 검측 할 수가 없다는 문제점이 있다.

셋째, 종래의 비파괴 검사 장치는 도 1d 에 도시된 바와 같이, 아나로그 신호 수신 체계로 구성되어 있기 때문에 검사 기능이 제한된다는 문제점이 있다. 즉, 종래의 비파괴 검사 장치는, 상기한 바와 같이 송신 프로브가 50khz의 공진 주파수를 발생하며 그로 인해 큰 파장을 사용하고 있기 때문에 초음파 측정거리는 크지만 콘크리트 내의 작은 결함을 유추하지 못한다는 한계를 가지고 있을 뿐만 아니라, 콘크리트 비파괴 검사 장치의 Gain 조정에 한계를 가지고 있다는 문제점이 있다. 예를 들어, 콘크리트를 통과하는 초음파의 속도를 4,000m/sec라고 할때 초음파의 초기 도달시간은 아래의 [표 1]과 같으며, 이때, 아나로그 타입을 이용하는 종래의 콘크리트 비파괴 검사 장치의 신호 표시 장치는 초음파 주파수가 50khz에 근접하도록 되어 있고, 모든 Time division이 200㎲로 한정되어 있을 뿐만 아니라, 아나로그 신호의 수신 가로축 Time division이 5단계로 나누어져 있기 때문에, 200㎲ x 5 = 1,000㎲가 유일한 최대 폭으로 될 수 있는 바, 도 1d 에 도시된 바와 같이 출력되는 초음파의 초기 도달 시간이 거의 끝 부분에서 나타나게 됨으로 수신된 데이터를 이용한 분석이 용이하지 않다는 문제점이 있다.

1M를 통과하데 걸리는 초음파의 시간 = 250㎲ 2M를 통과하데 걸리는 초음파의 시간 = 500㎲ 3M를 통과하데 걸리는 초음파의 시간 = 750㎲

즉, 대구경 말뚝을 검사할 때 사용되고 있는 종래의 아나로그 타입의 콘크리트 비파괴 검사 장치는 Time division이 1,000㎲로 고정되어 있기 때문에, 결함 등이 존재하는 콘크리트 검사 시, 그 초기 파형이 디스플레이의 끝 부분에서 약간만 나타나게 되며, 이로인해 결함의 수평방향의 길이 및 에너지의 변화를 알 수가 없다는 문제점이 있다. 또한, 콘크리트 구조물의 폭이 넓어지는 경우 Time division이 1,000㎲를 초과하게 됨으로, 검사를 수행할 수 없다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 50khz 이상의 초음파를 송신 및 수신할 수 있는 하나의 송수신 프로브와, 다수의 수신 프로브를 이용하여 대구경 말뚝에 대한 내부 검사를 수행하되, 수신된 주파수를 디지털 처리하여 검사 결과를 출력하기 위한, 비파괴 검사 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 비파괴 검사 장치에 있어서, 콘크리트 구조물의 격벽에 형성되어 있는 구멍에 삽입되어 50khz 이상의 초음파를 360도 방사방향으로 발생시키는 한편, 반사되어 돌아온 초음파를 수신하기 위한 송수신 프로브(100); 상기 송수신 프로부와 서로 다른 구멍에 동일한 깊이로 삽입되어 상기 콘크리트 격벽을 통과한 상기 초음파를 수신하기 위한 다수의 수신 프로브(200); 상기 송수신 프로브와 수신 프로브가 동일한 깊이를 유지하도록 하기 위한 측정깊이 조절부(500); 상기 측정깊이 조절부를 제어하는 한편 상기 송수신 프로브와 다수의 수신 프로브에서 수신된 초음파 정보를 디지털 변환하고 이를 분석하여 콘크리트의 상태를 판단하기 위한 마이크로 프로세서부(300); 및 상기 마이크로 프로세서부에서 분석된 각종 정보들을 사용자가 확인할 수 있도록 디스플레이 하거나 결과물을 출력하기 위한 출력부(400)를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.

도 2 는 본 발명에 따른 비파괴 검사장치의 일실시예 내부 구성도이다. 또한, 도 3a 는 본 발명에 적용되는 마이크로 프로세서부(300)의 일실시예 내부 구성도이며, 도 3b 는 본 발명에 적용되는 마이크로 프로세서부(300)의 일실시예 외부 구성도이다. 또한, 도 4 는 본 발명에 적용되는 송수신 프로브 및 수신 프로브의 일실시예 내부 구성도이다.

우선, 도 2 에 도시된 바와 같은 본 발명이 적용되기 위해서는, 콘크리트 대구경 현타말뚝 및 케이선의 구조용 대형 콘크리트 격벽과 같은 콘크리트 구조물에는 다수의 종방향 구멍이 형성되어 있어야 한다.

한편, 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 비파괴 검사장치는, 상기 어느 하나의 종방향 구멍에 삽입되어 50khz 이상의 초음파를 360도 방사방향으로 발생시키는 한편 반사되어 돌아온 초음파를 수신하기 위한 송수신 프로브(100), 상기 송수신 프로부와 서로 다른 종방향 구멍에 동일한 깊이로 삽입되어 콘크리트 격벽을 통과한 초음파를 수신하기 위한 다수의 수신 프로브(200), 상기 송수신 프로브와 수신 프로브가 동일한 깊이를 유지하도록 하기 위한 측정깊이 조절부(500), 상기 측정깊이 조절부를 제어하는 한편 상기 송수신 프로브와 다수의 수신 프로브에서 수신된 초음파 정보를 디지털 변환하고 이를 분석하여 콘크리트의 밀도 및 품질 상태를 판단하기 위한 마이크로 프로세서부(300) 및 상기 마이크로 프로세서부에서 분석된 각종 정보들을 사용자가 확인할 수 있도록 디스플레이 하거나 결과물을 출력하기 위한 출력부(400)를 포함하여 구성되어 있다. 이때, 상기 출력부(400)는 디스플레이장치 또는 프린터 등이 될 수 있으며, 상기 마이크로 프로세서부(300)와 일체형으로 구비되거나 분리형으로 구성될 수 있다.

먼저, 상기 마이크로 프로세서부(300)의 내부 구성은 도 3a 에 도시된 바와 같다. 즉, 첨부도면 도 3a 를 참조하면, 동기화부(303)는, 도르레의 동작에 따라 발생되어 검사할 시점을 결정하도록 하는 도르레 트리거 신호(301)와 장비 내부적으로 발생되는 장비 트리거 신호(302)를 선택적으로 입력받아 선택된 트리거 신호를 내부의 기준클럭에 동기시키기 위한 것이다. 이때, 상기 도르레 트리거 신호(301)는 후술하는 상태 제어부(311)에서의 설정에 따라 1.25㎝, 2.5㎝ 또는 5㎝ 등으로 스캐닝하는 깊이가 결정되게 된다. 또한, 상기 장비 트리거 신호(302)는 약 10㎒의 출력을 가지는 것이 최적의 결과를 유추해 낼 수 있다.

또한, 송수신 프로부(100)는 상태 제어부(311)의 제어신호에 따라 실질적으로 초음파를 발생하기 위한 것이고, 게이트 제어부(305)는 상기 동기화부(303)에서 동기화된 트리거 신호를 이용하여 후술되는 전치분주기(prescaler)(307)의 출력을 제어하는 것이고, 기준클럭 발생부(306)는 장비의 동작에 기준이 되는 8㎒의 클럭신호를 발생하는 것이고, 전치분주기(307)는 상기 기준클럭 발생부(306)에서 출력되는 기준클럭을 분주하여 후술하는 수신 프로브(200)의 ADC에 공급할 변환시작 신호를 발생하는 것이다. 이때, 전치분주기(307)의 동작은 프로그램적으로 설정이 가능하다.

또한, 게이트(308)는 상기 게이트 제어부(305)의 제어신호에 의하여 전치분주기(307)의 출력을 전달 또는 차단시키는 것이고, 카운터부(309)는 1회의 초음파 출력에 대하여 수신 프로브(200)에서 수집할 데이터의 개수를 결정하는 것이고, 지연부(310)는 상기 송수신 프로브(100)의 초음파 출력과 각 수신 프로브(200)의 가동시간 사이의 불일치를 조정하는 것이다. 이때, 상기 카운터부(309)에서 결정하는 수집할 데이터의 개수는 내부적으로 384개로 설정하는 것이 바람직하고, 상기 지연부(310)는 디지털 신호가 각 회로부를 통과하면서 발생되는 시간적인 오차를 제거하게 된다.

또한, 상태 제어부(311)는 장비의 현재 동작상태를 검사하고 송수신 프로브(100) 및 수신 프로브(200)의 동작을 설정하며 도르레의 스캐닝 간격을 설정하는 것이고, 수신모듈 설정부(312)는 수신 프로브(200)의 동작을 위한 상태를 설정하는 것이고, 수신프로브(200)는 상기 송수신 프로브(100)에서 발생한 초음파를 상기 전치분주기(307)에서 설정된 시간간격으로 수신하여 데이터를 수집하는 것이다.

또한, 프린터 제어부(314)는 검사 현장에서 출력용으로 사용되는 열전사 프린터(출력부(400))의 출력에 대한 각종 제어를 담당하는 것이고, 열전사 프린터 포트(315)는 열전사 프린터(출력부(400))와 연결되는 것이며, 메인보드(318)는 연산을 수행하고 시스템의 각 구성을 제어하는데 사용되는 것이다.

또한, A/D변환 데이터수집부(317)는 상태 제어부(311)와 카운터부(309)에서 제어하는 신호를 받아서 상기 송수신 프로브(100) 및 수신 프로브(200)에서 감지되는 초음파 신호를 디지털로 변환하는 것이고, 데이터 버퍼(316)는 데이터 버스의 연결을 설정하고 A/D 변환 데이터 수집부(317)에서 받은 디지털 신호를 상태제어부의 제어에 따라 메인보드(318)로 넘겨주기 위한 버퍼 역할을 수행하는 것이다.

또한, 디스플레이부(319)는 10.4인치 LCD 패널을 사용하는 디스플레이(출력부(400)의 하나임)를 나타내고, 키입력부(320)는 사용자에 의한 제어신호 입력을 수행하기 위한 것이고, 주 저장부(321)는 가동프로그램이 저장되는 동시에 수집된 데이터를 저장하기 위한 것으로서 HDD를 나타내고, 보조 저장부(322)는 임시적인 프로그램을 설치하기 위한 것이다.

또한, PC 인터페이싱 포트(323)는 컴퓨터 등과 같은 외부의 기기와 연결하기 위한 커넥터로서 시리얼 포트(serial port)(PC 인터페이싱 포트)를 나타내고, 외부 프린터 포트(324)는 표준 프린터 연결용 커넥터이고, 전원공급부(325)는 상기 각 구성요소들의 기동을 위해 상기 각 구성요소들로 전원을 공급하기 위한 것이다.

이때, 상술된 상기 마이크로 프로세서부(300)는 직경 5cm 이하의 결함도 측정할 수 있도록 하기 위하여 상기 송수신 프로브(100)로 50khz 이상의 주파수를 전송할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 다수의 수신 프로브(200) 및 상기 송수신 프로브(100)를 통해 수신된 아날로그 주파수 신호를 디지털 변환하여 분석한 후 출력부를 통해 그 분석결과를 출력해 주는 기능을 수행하게 된다.

다음으로, 상기 마이크로 프로세서부(300)의 외부 구성은 도 3b 에 도시된 바와 같다. 즉, 첨부도면 도 3b 를 참조하면, 전원공급 커넥터(361)는 외부로부터 전원을 공급받기 위한 것이고, 도르레 커넥터(362)는 측정깊이 조절부(500)의 도르레와 연결되어 도르레 트리거 신호(301)를 입력받는 것이고, 송신기 커넥터(363)는 송수신 프로브(100)와 연결되어 초음파 발생 동작이 개시되도록 하는 제어신호를 전송하는 것이고, 수신기 커넥터(364)는 수신 프로브(200)와 연결되어 상기 수신 프로브(200)에서 수신된 초음파에 대한 속도 등의 정보를 입력받는 것이고, 예비수신 증설용 커넥터(365)는 다수의 수신 프로브(200)가 사용되는 경우에 수신기 커넥터(364)에 연결되는 수신 프로브(200)를 제외한 다른 수신부들을 연결하여 수신된 초음파에 대한 속도 및 에너지 등의 정보를 입력받는 것이다.

또한, 열전사 프린터(출력부(400))(366)는 검사 현장에서 출력용으로 사용되는 것이고, 키입력부(367)는 사용자에 의한 제어신호 입력을 수행하기 위한 것이고, 병렬포트(368) 및 직렬포트(369)는 컴퓨터 등의 외부기기와의 연결을 위한 것이고, 화면연결용 커넥터(370)는 액정화면과의 연결을 위한 것이고, 동작상태 표시램프(371)는 시스템의 동작상태를 표시하기 위한 것이다.

또한, 액정화면(372)은 사용자에 의해 입력되는 각종 제어신호 및 검사결과를 표시하는 것으로서, 디스플레이부(출력부(400))를 나타내고, 케이블(373)은 상기 디스플레이부(372)와 본체를 연결하는 것이고, 케이블 저장고(374)는 외부의 컴퓨터와 연결하는데 사용되는 케이블을 보관하기 위한 것이다.

이때, 상기 마이크로 프로세서부(300)는 상기된 바와 같은 내부 및 외부 구성에 제한되는 것은 아니며, 따라서 다양한 형태로 변경되어 사용될 수 있다.

다음으로, 상기 수신 프로브(200)의 내부 구성은 도 4 의 (B)에 도시된 바와 같다. 즉, 상기 수신 프로브(200)는 도 4 에 도시된 바와 같은데, 도 4 의 (B)를 참조하면 프라스틱 파이프 몸체(271)는 비전도체이고 수중에서도 초음파를 잘 전달하는 중공된 프라스틱 파이프 몸체를 나타내고, 압전소자(272)는 상기 프라스틱 파이프 몸체(271)의 내부 중공부에 위치되어 있어 외부로부터 전달되어 오는 초음파에 따라 전압의 변화신호를 출력하기 위한 것이다. 이때, 상기 압전소자(272)는 초음파를 수평방향의 360도 전방향으로부터 전달받을 수 있도록 원통형으로 형성된다.

또한, 무게 중심추(273)는 상기 프라스틱 파이프 몸체(271)의 하단부에 나사결합되어 종방향 구멍으로의 원할한 삽입이 이루어지도록 하는 것이고, 외부 연결용 커넥터(274)는 상기 프라스틱 파이프 몸체(271)의 상단부에 나사결합되어 중공부를 차단시키고 상기 압전소자(272)를 지지하는 것이고, 인쇄회로 기판부(275)는 상기 외부 연결용 커넥터(274)에 연결되어 상기 압전소자(272)에서 출력되는 전압 변화신호를 증폭하여 전송하는 것이다. 이때, 상기 인쇄회로 기판부(275)에는 전압 증폭기(275A), 증폭배율 결정용 저항소자(275B), 전압 안정화 콘덴서(275C) 및 전압/전류 변환소자(275D) 등이 장착된다.

또한, 제1충전물(276)은 상기 프라스틱 파이프 몸체(271)에 도달한 초음파를 압전소자(272)에 전달하고 내부 각 회로의 전기적인 합선을 방지하기 위하여 상기 프라스틱 파이프 몸체(271)의 중공된 내부를 채우는 절연유 또는 시간 경과에 따라 고체화 되는 열경화 우레탄(제1충전물이라 함)이고, 오링(277)은 종방향 구멍 내의 물이 프라스틱 파이프 몸체(271)의 내부로 침투하지 못하도록 상기 프라스틱 파이프 몸체(271)와 외부 연결용 커넥터(274)의 결합부위를 밀폐시키는 것이고, 나사산(278)은 상기 외부 연결용 커넥터(274)의 외주면에 형성되어 외부의 케이블 커넥터(미도시)와 결합되는 것이다.

다음으로, 상기 송수신 프로브(100)의 내부 구성은 도 4 의 (A)에 도시된 바와 같다. 이때, 상기 송수신 프로브(100)는 상기한 바와 같이 초음파를 송신할 수 있을 뿐만 아니라 송신 후 반사된 초음파를 수신하기 위한 것으로서 기본적으로 상기에서 설명된 수신 프로브(200)의 구성을 포함하고 있다. 즉, 상기 송수신 프로브(100)는 상기에서 설명된 수신 프로브(200)의 구성요소들(271 내지 278)에 대응하는 구성요소들(171 내지 178)을 포함하고 있으며, 그 외에도 초음파 송신을 위하여 압전소자(162), 아크릴(166) 및 전선(165)을 더 포함하고 있다.

즉, 압전소자(162)는 상기 프라스틱 파이프 몸체(171)의 내부 중공부에 위치하고 외부로부터 전달되어 오는 전압의 변화에 따라 수평방향으로 초음파를 발생하는 것으로서, 상기 압전소자(162)는 초음파를 수평방향의 360도 전방향으로 발생시킬 수 있도록 원통형으로 형성된다.

또한, 전선(165)은 상기 외부 연결용 커넥터(174)에 연결되어 외부로부터 공급된 전압을 상기 압전소자(162)에 전달하는 것이며, 제2충전물(166)은 상기 압전소자(162)에서 발생한 초음파를 프라스틱 파이프 몸체(171)로 전달하기 위하여 상기 프라스틱 파이프 몸체(171)의 중공된 내부를 채우는 열경화 우레탄(제2충전물이라 함)을 나타낸다.

한편, 도 4 에 있어서는, 상기 송수신 프로브(100)의 수신용 압전소자(172) 및 송신용 압전소자(162)가 각기 다른 케이스(176, 166)에 의해 보호되는 것으로 도시되어 있으나 하나의 케이스에 의해 보호 되도록 구성될 수도 있다. 이때, 전자 및 후자의 모든 경우에 있어서, 상기 송신용 압전소자(162)를 지지하는 전선(165)은 상기 수신용 압전소자(172) 및 상기 인쇄회로 기판부(175)에 영향을 주지 않도록 이격되어 고정되어 있다.

도 5 는 본 발명에 따른 비파괴 검사 장치 중 송수신 프로브 및 수신 프로브에서의 수신 파형의 일예시도이다.

상기한 바와 같이 본 발명은, 송수신 프로브(100)에서 발생되어 다수의 수신 프로브(200)에서 수신된 초음파 신호 뿐만 아니라, 결함에 의해 반사되어 상기 송수신 프로브(100)에서 수신된 초음파 신호를 분석함으로써 결함의 위치 및 크기 등을 보다 정밀하게 분석하기 위한 것이다.

즉, 본 발명은 종래의 비파괴 검사 장치들(특허 제0439334호)의 송신 프로브가 초음파를 송신하는 기능만을 수행했던 것과는 달리, 송신용 프로브에 수신용 프 로브를 삽입한 송/수신 일체형의 송수신 프로브(100)를 이용함으로써, 결함을 3차원적으로 분석할 수 있는 자료를 제공할 수 있게 되었다.

예를 들어, 도 5 에 도시된 바와 같이, 송수신 일체형의 송수신 프로브(100)에서 수신된 신호를 수신1신호라 하고, 수신 프로브(200)에서의 수신을 수신2신호라고 할 경우, 결함에서 반사되어 송수신 프로브(100)에서 수신된 수신1신호 및 수신 프로브(200)에서 수신된 수신2신호를 상기 마이크로 프로세서부가 분석한다면, 초음파의 전송 시간 및 송신에서 수신까지의 정확한 초음파 도달 시간을 유추할 수 있음으로, 콘크리트의 균질성을 유추할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 수신1신호의 반사파 결과를 토모그래피로 구현하여 결함의 위치, 크기 및 특성을 유추할 수 있고, 수신2신호의 결과로써 균질성을 유추할 수 있으며, 이를 조합함으로써 콘크리트 내부의 결함을 3차원적으로 영상처리할 수 있게 된다.

도 6 은 본 발명에 따른 비파괴 검사 장치의 디스플레이 화면의 일예시도로서, 상기 출력부(400)를 통해 출력되는 초음파 수신 신호의 일예를 나타낸 것이다.

즉, 종래의 비파괴 검사 장치의 문제점들 중 결함의 수평방향의 길이 및 에너지의 변화를 알 수 없다는 문제점은, 상기 마이크로 프로세서부(300)에 아나로그 신호를 디지털 신호로 전환시키는 전환 장치를 추가로 구성하고, 디지털에서 구현 될 수 있는 토모그래피 프로그램 또한 추가로 구성함으로써 구현될 수 있다. 즉, 본 고안은 상기 마이크로 프로세서부(300)가 상기 전환 장치 및 프로그램을 이용하여 출력부(400)의 1칸당 division을 400㎲로(최대, 500㎲로) 디스플레이 하여 상기 출력부(400)로 전송해 줌으로써 400㎲ x 5 = 2,000㎲(최대, 500㎲ x 5 = 2,500㎲)까지 조정을 가능하게 하며, 이것은 소프트웨어로 추후 계속 조정할 수 있다. 이로 인하여 직경이 1.5M 이상인 대구경 현타 말뚝의 콘크리트 내부의 결함도 측정할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 응용은 현타 말뚝뿐만이 아니라 콘크리트의 격벽 등 초음파의 도달 거리가 아주 먼 다양한 콘크리트 구조물들의 균질성과 결함의 위치를 3차원 영상으로 유추하는데에 적용될 수도 있다.

도 7 은 본 발명에 따른 비파괴 검사 장치를 이용한 검사 방법의 일실시예 흐름도로서, 상기와 같은 구성 및 특징을 갖는 본 발명의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명을 적용하기 위해서는 상술된 바와 같이, 콘크리트 현타 말뚝등의 콘크리트 구조물의 구축 시에 상기 송수신 프로브(100)와 수신 프로브(200)를 삽입하기 위한 복수의 종방향 구멍이 미리 상기 콘크리트 구조물의 전장에 걸쳐 형성되어 있어야 한다.

사용자는 송수신 프로브(100)를 송신기 커넥터(363)에 연결하고 현타 말뚝의 종방향 구멍에 삽입한다. 또한, 다수의 수신 프로브(200)를 수신기 커넥터(364) 및 예비수신 증설용 커넥터(365)에 연결하고 현타 말뚝의 다른 종방향 구멍에 각각 삽입한다.

상기 과정이 이루어진 후 사용자가 키입력부(320, 367)를 통해 측정동작을 위한 설정을 수행하고, 동작개시 신호를 입력시킨다(S602). 이때, 상기 송수신 프로브(100) 및 다수의 수신 프로브(200)가 종방향 구멍 내에서 항상 동일한 깊이에 위치하도록 하는 측정깊이 조절장치(미도시)의 도르레는 상기 도르레 커넥터(362)에 연결되어 상기 도르레 트리거 신호(301)를 입력받아 상기 송수신 프로브(100) 및 다수 수신 프로브(200)를 측정 거리 만큼 상승 또는 하강 시키게 된다.

상기 이동이 완료된 후 상기 마이크로 프로세서부(300)의 제어에 따라 상기 송수신 프로브(100)에서는 50khz 이상의 초음파가 방사방향으로 발생되며, 각각의 수신 프로브(200) 및 상기 송수신 프로브(100)에서는 현타 말뚝의 내부를 통과한 또는 내부의 결함에 의해 반사된 초음파를 수신하게 된다(S604).

이때, 상기 마이크로 프로세서부(300)의 상기 메인보드(318)에서는 송수신 프로브(100) 및 수신 프로브(200)의 신호를 입력받아 초음파의 속도를 연산하게 된다(S606). 즉, 상기 초음파가 발생 후 수신되는데 소요되는 시간은 현타 말뚝의 내부상태에 따라서 달라지게 되기 때문에 그 속도를 분석하면 내부에 이상이 있는지를 확인할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 과정들(S602 내지 S606)은 측정깊이 조절장치(미도시)에 의해 송수신 프로브(100) 및 수신 프로브(200)가 일정 간격으로 상승 또는 하강 하면서 계속적으로 반복되어, 데이터의 수집이 이루어진다.

상기 메인보드(118)에서는 각 수신 프로브(200)에서 수신된 초음파 정보를 디지털화 하는 한편 상기 정보들을 조합하여 콘크리트 구조물의 각 단면에 대한 하나의 파형을 형성시킴으로써 상기 출력부(400, 319, 372)에 표시하여 사용자가 품질 이상부위를 용이하게 확인할 수 있도록 하고, 상기 프린터 제어부(314)와 열전사 프린터 포트(315)를 통해 열전사 프린터(366)로 데이터를 제공하여 문서로서 출 력하여 사용자가 품질 이상부위를 확인할 수 있도록 할 수 있다(S608).

상기의 과정에 의해 연산된 데이터는 상기 주저장부(321)에 저장되어 사용자가 원할 때 다시 상기 출력부(400, 319, 372)에 호출하여 확인할 수 있도록 하며, 외부컴퓨터 연결용 병렬포트(368) 및 외부컴퓨터 연결용 직렬포트(369)를 통해 연결된 외부의 프린터 및 컴퓨터에 데이터를 제공하여 공유할 수 있다.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 비파괴 검사장치는 현타 말뚝 등의 콘크리트 구조물의 종방향 구멍에 송수신 프로브 및 수신 프로브를 삽입하여 내부 및 외부로부터 접근이 불가능한 부위를 용이하게 조사할 수 있고, 송수신 프로브에서 초음파가 360도 방사방향으로 발생되도록 한 후 다수의 수신 프로브 및 상기 송수신 프로브를 이용하여 동시에 초음파를 수신하도록 함으로써, 한 번의 과정으로 모든 부분에 대한 품질검사를 수행하여 작업시간을 단축할 수 있도록 하는 한편, 콘크리트 구조물 내의 결함의 위치 및 크기 등을 3차원적 영상으로 정확히 분석해 낼 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 50khz 이상의 초음파를 이용함으로써 직경이 5cm이하인 결함도 측정해 낼 수 있다는 우수한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 수신된 초음파를 디지털 처리하여 출력함으로써 출력화면의 Gain을 넓게 조정하여 직경이 1.5M 이상인 대구경의 콘크리트 구조물의 내부 결함도 용이하게 측정할 수 있다는 우수한 효과가 있다.

Claims

비파괴 검사 장치에 있어서,

콘크리트 구조물의 격벽에 형성되어 있는 구멍에 삽입되어 50khz 이상의 초음파를 360도 방사방향으로 발생시키는 한편, 반사되어 돌아온 초음파를 수신하기 위한 송수신 프로브(100);

상기 송수신 프로부와 서로 다른 구멍에 동일한 깊이로 삽입되어 상기 콘크리트 격벽을 통과한 상기 초음파를 수신하기 위한 다수의 수신 프로브(200);

상기 송수신 프로브와 수신 프로브가 동일한 깊이를 유지하도록 하기 위한 측정깊이 조절부(500);

상기 측정깊이 조절부를 제어하는 한편 상기 송수신 프로브와 다수의 수신 프로브에서 수신된 초음파 정보를 디지털 변환하고 이를 분석하여 콘크리트의 상태를 판단하기 위한 마이크로 프로세서부(300); 및

상기 마이크로 프로세서부에서 분석된 각종 정보들을 사용자가 확인할 수 있도록 디스플레이 하거나 결과물을 출력하기 위한 출력부(400)

를 포함하는 비파괴 검사장치.
제 1 항에 있어서,

상기 마이크로 프로세서부(300)는,

상기 송수신 프로브(100) 및 수신 프로브(200)에서 감지되는 초음파 신호를 디지털로 변환하는 A/D 변환 데이터수집부(317); 및

상기 A/D 변환 데이터수집부를 통해 변환된 데이터를 분석하기 위한 메인보드(318)

를 포함하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 송수신 프로브(100)는,

비전도체이고 수중에서도 초음파를 잘 전달하는 중공된 프라스틱 파이프 몸체(171);

상기 프라스틱 파이프 몸체의 내부 중공부에 위치되어 있어 외부로부터 전달되어 오는 초음파에 따라 전압의 변화신호를 출력하기 위한 압전소자(172);

상기 프라스틱 파이프 몸체의 하단부에 나사결합되어 종방향 구멍으로의 원할한 삽입이 이루어지도록 하는 금속의 무게 중심추(173);

상기 프라스틱 파이프 몸체의 상단부에 나사결합되어 중공부를 차단시키고 상기 압전소자를 지지하는 외부 연결용 커넥터(174);

상기 외부 연결용 커넥터에 연결되어 상기 압전소자에서 출력되는 전압 변화신호를 증폭하여 전송하는 인쇄회로 기판부(175);

상기 프라스틱 파이프 몸체에 도달한 초음파를 압전소자에 전달하고 내부 각 회로의 전기적인 합선을 방지하기 위하여 상기 프라스틱 파이프 몸체의 중공된 내부를 채우는 충전물(176);

상기 구멍 내의 물이 프라스틱 파이프 몸체의 내부로 침투하지 못하도록 상기 프라스틱 파이프 몸체와 외부 연결용 커넥터의 결합부위를 밀폐시키는 오링(177);

상기 외부 연결용 커넥터의 외주면에 형성되어 외부의 케이블 커넥터와 결합되는 나사산(178);

상기 프라스틱 파이프 몸체의 내부 중공부에 위치하고 외부로부터 전달되어 오는 전압의 변화에 따라 360도 방사상 방향으로 초음파를 발생하는 압전소자(162);

상기 외부 연결용 커넥터에 연결되어 외부로부터 공급된 전압을 상기 압전소자(162)에 전달하는 전선(165); 및

상기 압전소자(162)에서 발생한 초음파를 프라스틱 파이프 몸체로 전달하기 위하여 상기 프라스틱 파이프 몸체의 중공된 내부를 채우는 제2충전물(166)을 포함하되,

상기 인쇄회로 기판부(175)는,

전압 증폭기(175A), 증폭배율 결정용 저항소자(175B), 전압 안정화 콘덴서(175C), 전압/전류 변환소자(175D) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 마이크로 프로세서부(300)는,

상기 송수신 프로브와 다수의 수신 프로브에서 수집된 초음파 정보가, 전체 Time division을 2,500㎲ 이하로 하여 분석될 수 있도록 또는 상기 출력부(400)로 출력될 수 있도록, 상기 초음파 정보를 디지털 변환시키는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 장치.