KR102328542B1 - storage tank defect measuring apparatus and measuring method thereof - Google Patents

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KR102328542B1
KR102328542B1 KR1020200096080A KR20200096080A KR102328542B1 KR 102328542 B1 KR102328542 B1 KR 102328542B1 KR 1020200096080 A KR1020200096080 A KR 1020200096080A KR 20200096080 A KR20200096080 A KR 20200096080A KR 102328542 B1 KR102328542 B1 KR 102328542B1
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정휘권
엄종현
김정호
박안진
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한국광기술원
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for inspecting a defect in a storage tank based on non-contact laser ultrasonic testing, and a defect inspection method thereof. The apparatus for inspecting a defect in a storage tank comprises: a laser beam irradiation unit that irradiates an impact laser beam to impact points of a scan position on a surface of the storage tank; a laser beam-based measurement unit that receives a detection laser beam reflected from the storage tank for a reference laser beam to measure ultrasonic information; and a detection unit that detects whether the storage tank is defective by using the ultrasonic information measured by the laser beam-based measurement unit. The detection unit arranges received ultrasonic signals as three-dimensional data in accordance with an excitation point corresponding to each of the impact points of the scan position, acquires an ultrasonic propagation image arranged in reverse order in the time direction for the three-dimensional data, derives a representative response to the ultrasonic propagation image, performs a process of extracting a local representative wave number in each local area per dividing unit set for the derived representative response over the entire representative response, and extracts defect information including wall thinning and cracks from information on the local representative wave number. In accordance with the present invention, the laser can be used to quickly detect defects such as wall thinning or cracks in the storage tank.

Description

비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법{storage tank defect measuring apparatus and measuring method thereof}Storage tank defect measuring apparatus and measuring method thereof based on non-contact laser ultrasonic flaw detection

본 발명은 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 저장탱크의 표면에 레이저빔을 조사하고 표면으로부터 발생되는 음파를 검출하여 결함정보를 추출하는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus and a defect inspection method thereof, and more particularly, to a non-contact laser that irradiates a laser beam on the surface of a storage tank and detects sound waves generated from the surface to extract defect information. It relates to an ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus and a defect inspection method therefor.

비파괴 검사(NDT: nondestructive testing)는 기계 구조물이나 산업 설비의 효율적인 유지보수를 가능하게 한다. 비파괴 검사를 위해 초음파 탐상, 엑스레이(X-ray), 적외선, 열화상 등 다양한 기술들이 활용된다. 이 중 초음파는 구조물에 빠른 속도로 전파되며 손상과 같은 매질의 변화에도 민감하게 반응하기 때문에 비파괴 검사 분야에서 널리 활용된다. 초음파 탐상을 통한 기술은 대상 표면결함뿐 아니라 내부 결함이나 부품 간 접합상태 확인도 가능하게 하기 때문에 현재까지 산업 전반적인 부분에서 활발히 사용되고 있고, 국내 등록특허 제10-1615628호 등 다양하게 제안되어 있다.Nondestructive testing (NDT) enables efficient maintenance of mechanical structures or industrial installations. Various technologies such as ultrasonic flaw detection, X-ray, infrared and thermal imaging are used for non-destructive testing. Among them, ultrasound is widely used in non-destructive testing because it propagates rapidly to structures and responds sensitively to changes in the medium such as damage. Ultrasonic flaw detection technology has been actively used in the overall industry to date because it enables not only the target surface defects, but also internal defects and the bonding state between parts, and has been proposed in various ways, such as Korean Patent Registration No. 10-1615628.

한편, 규모가 큰 대형 저장탱크에 대해 결함 여부에 대한 측정이 용이한 구조가 꾸준히 요구되고 있다.On the other hand, there is a steady demand for a structure that is easy to measure whether a defect exists in a large-scale large-scale storage tank.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 레이저를 이용하여 저장탱크의 결함여부를 신속하게 측정할 수 있는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and to provide a non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus and a defect inspection method capable of quickly measuring whether a storage tank is defective by using a laser. There is a purpose.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치는 측정대상 저장탱크의 표면에 음파를 발생시킬 수 있게 충격 레이저빔을 스캔 위치의 충격포인트들로 조사하는 레이저빔 조사부와; 상기 충격 레이저빔의 조사위치와는 다른 측정위치의 상기 저장탱크에 기준레이저빔을 조사하고, 상기 저장탱크으로부터 상기 기준 레이저빔에 대해 반사되는 검출레이저빔을 수신하여 상기 저장탱크으로부터 상기 충격 레이저빔의 조사에 반응하여 발생되는 초음파 정보를 측정하는 레이저빔 기반 측정부와; 상기 레이저 빔조사부로부터 상기 충격 레이저빔이 상기 저장탱크에 조사되게 상기 레이저빔 조사부의 구동을 제어하고, 상기 레이저빔 기반 측정부로부터 측정된 초음파 정보를 이용하여 상기 저장탱크의 결함여부를 검출하는 검출부;를 구비하고, 상기 검출부는 수신된 초음파 신호를 스캔위치의 각 충격포인트에 해당하는 가진점에 맞게 3차원데이터로 배치하고, 배치된 3차원데이터에 대해 시간 방향에서 역순으로 배치한 초음파 전파영상을 획득하고, 획득된 상기 초음파 전파영상에 대해 대표 주파수신호와 각 가진점의 시간영역 신호 간 위상차에 해당하는 대표응답을 도출하고, 도출된 상기 대표응답에 대해 설정된 분할 단위 국부영역별로 국부 대표파수를 추출하는 과정을 상기 대표 응답 전체에 대해 수행하고, 획득된 상기 국부 대표파수 정보들로부터 결함정보를 추출한다.In order to achieve the above object, the non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus according to the present invention is a laser beam that irradiates an impact laser beam to the impact points of the scan location so as to generate a sound wave on the surface of the storage tank to be measured. investigation department; A reference laser beam is irradiated to the storage tank at a measurement position different from the irradiation position of the impact laser beam, and a detection laser beam reflected with respect to the reference laser beam is received from the storage tank, and the impact laser beam is received from the storage tank. a laser beam-based measuring unit for measuring ultrasonic information generated in response to the irradiation of the laser beam; A detection unit that controls the driving of the laser beam irradiation unit so that the impact laser beam is irradiated to the storage tank from the laser beam irradiation unit, and detects whether the storage tank is defective by using the ultrasonic information measured from the laser beam-based measuring unit , wherein the detector arranges the received ultrasound signal as 3D data according to the excitation point corresponding to each impact point of the scan position, and arranges the arranged 3D data in the reverse order in the time direction. to obtain a representative response corresponding to the phase difference between the representative frequency signal and the time domain signal of each excitation point for the obtained ultrasonic wave image, and the number of local representative waves for each division unit local region set for the derived representative response The process of extracting is performed on the entire representative response, and defect information is extracted from the obtained local representative wavenumber information.

바람직하게는 상기 검출부에는 국부 대표 파수에 대응한 두께 정보가 기록된 룩업테이블이 마련되어 있고, 산출된 국부 대표파수정보로부터 스캔영역에 대한 두께 변화정보를 상기 룩업테이블을 이용하여 산출하여 제공하고, 상기 국부영역별 국부 대표파수 차이정보를 스캔영역에 대해 맵핑하여 시각적으로 제공한다.Preferably, the detection unit is provided with a lookup table in which thickness information corresponding to the local representative wavenumber is recorded, and thickness change information for a scan area is calculated and provided from the calculated local representative wavenumber information by using the lookup table, and The local representative wavenumber difference information for each local area is visually provided by mapping it to the scan area.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저빔 조사부는 상기 충격 레이저빔을 출사하는 제1레이저광원과; 상기 제1레이저광원에서 출사되는 충격 레이저빔이 설정된 스캔 위치의 충격포인트로 조사되게 경로를 조정하는 스캔부;를 구비하고, 상기 레이저빔 기반 측정부는 상기 기준 레이저빔을 출사하는 제2레이저광원과; 상기 기준레이저빔을 제1경로와 상기 제1경로와 직교하는 방향의 제2경로로 분할하여 출력하는 제1빔스플릿터와; 상기 제1경로를 통해 진행되는 광은 통과시키고, 상기 저장탱크으로부터 반사되는 광은 상기 제2경로와 나라한 제3경로로 반사시키는 제2빔스플릿터와; 상기 제2경로를 통해 진행되는 광을 상기 제1경로와 나란한 제4경로로 반사시키는 제1미러와; 상기 제1미러에서 반사되어 상기 제4경로를 통해 진행되는 광과 상기 제3경로를 통해 진행되는 광을 모두 입사 받을 수 있는 위치에 배치되어 상기 제4경로를 통해 진행되는 광은 제5경로로 투과시키고, 상기 제3경로를 통해 진행되는 광은 상기 제5경로로 진행되게 반사시키는 제3빔스플릿터와; 상기 제3빔스플릿터에서 상기 제5경로로 진행되는 간섭광을 검출하여 검출부에 제공하는 광검출기;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, the laser beam irradiation unit and a first laser light source for emitting the impact laser beam; A scanning unit for adjusting a path so that the impact laser beam emitted from the first laser light source is irradiated to an impact point of a set scan position; ; a first beam splitter for dividing the reference laser beam into a first path and a second path in a direction perpendicular to the first path; a second beam splitter for passing the light traveling through the first path and reflecting the light reflected from the storage tank to a third path that is different from the second path; a first mirror for reflecting the light traveling through the second path to a fourth path parallel to the first path; The light that is reflected from the first mirror and travels through the fourth path and the light that travels through the third path is disposed at a position where it can be incident, and the light that travels through the fourth path passes through the fifth path a third beam splitter that transmits the light and reflects the light traveling through the third path to travel through the fifth path; and a photodetector that detects the interference light traveling through the fifth path from the third beam splitter and provides it to a detector.

또한, 레이저빔 조사부와 상기 레이저빔 기반 측정부가 수용된 측정함체를 수직상으로 승하강 및 수평방향으로 회전시킬 수 있도록 된 승강회전 스테이지를 더 구비하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the laser beam irradiation unit and the laser beam-based measuring unit be accommodated in the measurement box to be further provided with a lifting and lowering rotation stage capable of rotating vertically and horizontally.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치의 결함검사방법은 저장탱크의 표면에 음파를 발생시킬 수 있게 충격 레이저빔을 스캔 위치의 충격포인트들로 조사하는 레이저빔 조사부와, 상기 충격 레이저빔의 조사위치와는 다른 측정위치의 상기 저장탱크에 기준레이저빔을 조사하고, 상기 저장탱크으로부터 상기 기준 레이저빔에 대해 반사되는 검출레이저빔을 수신하여 상기 저장탱크으로부터 상기 충격 레이저빔의 조사에 반응하여 발생되는 초음파 정보를 측정하는 레이저빔 기반 측정부와, 상기 레이저 빔조사부로부터 상기 충격 레이저빔이 상기 저장탱크에 조사되게 상기 레이저빔 조사부의 구동을 제어하고, 상기 레이저빔 기반 측정부로부터 측정된 초음파 정보를 이용하여 상기 저장탱크의 결함여부를 검출하는 검출부를 구비하는 결함 검사장치의 결함검사 방법에 있어서, 가. 수신된 초음파 신호를 스캔위치의 각 충격포인트에 해당하는 가진점에 맞게 3차원데이터로 배치하는 단계와; 나. 배치된 상기 3차원데이터에 대해 시간 방향에서 역순으로 배치한 초음파 전파영상을 획득하는 단계와; 다. 획득된 상기 초음파 전파영상에 대해 대표 주파수신호와 각 가진점의 시간영역 신호 간 위상차에 해당하는 대표응답을 도출하는 단계와; 라. 도출된 상기 대표응답에 대해 설정된 분할 단위 국부영역별로 국부 대표파수를 추출하는 과정을 상기 대표 응답 전체에 대해 수행하는 단계와; 마. 추출된 상기 국부 대표파수에 대응되는 두께값이 기록된 룩업테이블로부터 두께정보를 추출하여 스캔영역에 매핑하여 제공하는 단계;를 포함한다. 또한, 상기 라단계에서 산출된 국부영역별 상기 국부 대표파수 차이정보를 스캔영역에 대해 맵핑하여 시각적으로 제공하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, in order to achieve the above object, the defect inspection method of the non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus according to the present invention sends an impact laser beam to the impact points of the scan position so as to generate a sound wave on the surface of the storage tank. A laser beam irradiating unit irradiating, irradiating a reference laser beam to the storage tank at a measurement position different from the irradiation position of the impact laser beam, and receiving a detection laser beam reflected from the storage tank with respect to the reference laser beam, A laser beam-based measuring unit for measuring ultrasonic information generated in response to the irradiation of the impact laser beam from the storage tank, and controlling the driving of the laser beam irradiation unit so that the impact laser beam from the laser beam irradiation unit is irradiated to the storage tank And, in the defect inspection method of the defect inspection apparatus having a detection unit for detecting whether the storage tank is defective by using the ultrasonic information measured from the laser beam-based measuring unit, a. arranging the received ultrasound signal as three-dimensional data according to the excitation point corresponding to each impact point of the scan position; me. acquiring ultrasonic wave images arranged in a reverse order in a time direction with respect to the arranged 3D data; all. deriving a representative response corresponding to a phase difference between a representative frequency signal and a time-domain signal of each excitation point with respect to the obtained ultrasonic wave image; La. performing a process of extracting the number of local representative waves for each division unit local region set for the derived representative response with respect to the entire representative response; mind. and extracting thickness information from a look-up table in which a thickness value corresponding to the extracted local representative wave number is recorded, mapping the extracted thickness information to a scan area, and providing the data. Preferably, the method further includes the step of visually providing the local representative wavenumber difference information for each local area calculated in step D by mapping the scan area.

본 발명에 따른 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법에 의하면, 레이저를 이용하여 저장탱크의 두께 감육이나 크랙과 같은 결함을 신속하게 검출할 수 있는 장점을 제공한다.According to the non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus and the defect inspection method according to the present invention, it provides the advantage of rapidly detecting defects such as thinning or cracks of the storage tank using a laser.

도 1은 본 발명에 따른 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 레이저빔 조사부의 구성 예를 나타내 보인 사시도이고,
도 3은 도 1의 레이저빔 기반 측정부의 구성 예를 나타내 보인 도면이고,
도 4는 도 1의 레이저빔 조사부에서 충격레이저빔의 스캔 포인트의 일 예를 나타내 보인 도면이고,
도 5는 도 1의 결함 검사장치의 결함정보 추출 과정을 나타내 보인 플로우도이고,
도 6은 측정된 초음파 전파신호를 3차원으로 재배열하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 도 6의 과정을 거쳐 재배열된 3차원 데이터로부터 초음파 전파 영상을 생성하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 도 7의 초음파 전파 영상으로부터 대표응답을 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 도 8의 대표응답으로부터 국부 대표파수를 도출하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 10은 도 1의 검출부에서 두께를 측정하는데 이용되는 국부 대표파수와 두께와의 관계를 나타내 보인 도면이고,
도 11은 국부 대표파수 차이정보로부터 시각적인 결함정보를 생성하는 과정을 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing a non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus according to the present invention,
Figure 2 is a perspective view showing an example of the configuration of the laser beam irradiation unit of Figure 1,
3 is a view showing an example of the configuration of the laser beam-based measuring unit of FIG. 1,
Figure 4 is a view showing an example of the scan point of the impact laser beam in the laser beam irradiation unit of Figure 1,
5 is a flowchart showing a defect information extraction process of the defect inspection apparatus of FIG. 1;
6 is a view for explaining a process of rearranging the measured ultrasonic wave signal in three dimensions;
7 is a view for explaining a process of generating an ultrasonic wave image from 3D data rearranged through the process of FIG. 6;
8 is a view for explaining a process of deriving a representative response from the ultrasonic wave image of FIG. 7;
9 is a diagram for explaining a process of deriving a local representative wave number from the representative response of FIG. 8;
10 is a view showing the relationship between the local representative wave number used to measure the thickness in the detector of FIG. 1 and the thickness;
11 is a diagram illustrating a process of generating visual defect information from local representative wavenumber difference information.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법을 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, a non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus and a defect inspection method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치를 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing a non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치(100)는 레이저빔 조사부(110), 레이저빔 기반 측정부(150), 검출부(170) 및 표시부(180), 승강회전 스테이지(190)를 구비한다.1, the non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus 100 according to the present invention includes a laser beam irradiation unit 110, a laser beam-based measurement unit 150, a detection unit 170 and a display unit 180, A lifting and rotating stage 190 is provided.

레이저빔 조사부(110)는 저장탱크(10)의 표면에 음파를 발생시킬 수 있게 충격 레이저빔을 조사한다.The laser beam irradiation unit 110 irradiates an impact laser beam to generate a sound wave on the surface of the storage tank 10 .

레이저빔 조사부(110)의 상세 구조를 도 2를 함께 참조하여 설명한다. 레이저빔 조사부(110)는 검출부(170)에 제어되어 충격 레이저빔(112a)을 출사하는 제1레이저광원(112)과, 제1레이저광원(112)에서 출사되는 충격 레이저빔(112a)이 설정된 스캔 위치의 충격포인트들로 조사되게 경로를 조정하는 스캔부(120)로 되어 있다.A detailed structure of the laser beam irradiation unit 110 will be described with reference to FIG. 2 . The laser beam irradiation unit 110 is controlled by the detection unit 170, the first laser light source 112 for emitting the impact laser beam 112a, and the impact laser beam 112a emitted from the first laser light source 112 is set It consists of a scan unit 120 that adjusts the path to be irradiated to the impact points of the scan position.

제1레이저광원(112)은 저장탱크(10)에 충격을 인가하여 저장탱크(10)으로부터 초음파가 발생할 수 있는 정도의 충격 레이저빔(112a)을 출사하는 파워를 갖는 것을 적용한다. 제1레이저광원(112)은 충격 레이저빔(112a)의 출사시기에만 충격레이저빔(112a)이 출사되게 검출부(170)에 제어된다.The first laser light source 112 applies an impact to the storage tank 10 to have a power for emitting the impact laser beam 112a to a degree that ultrasonic waves can be generated from the storage tank 10 . The first laser light source 112 is controlled by the detection unit 170 so that the impact laser beam 112a is emitted only when the impact laser beam 112a is emitted.

스캔부(120)는 통상적인 구조로 구축되면 되고, 제1레이저광원(112)에서 출사되는 광에 대해 조사면을 기준으로 제1방향에 대한 조사방향을 제1반사경(121)의 각도를 조정하여 조정하는 제1방향조정기(123)와, 제1반사경(121)을 거쳐 진행되는 광에 대해 제1방향과 직교하는 제2방향에 대해 제2반사경(122)의 각도를 조정하여 조정하는 제2방향조정기(122)로 구축될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2방향조정기(123)(124)는 검출부(170)에 의해 제어되며 제1 및 제2반사경(121)(122)의 회전중심으로부터 연장된 회전축을 회전구동하는 모터가 적용되어 있고, 도시된예와 다른 방식으로 제1 및 제2반사경(121)(122)을 회전시키는 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.The scan unit 120 may be constructed in a conventional structure, and the angle of the first reflector 121 is adjusted in the irradiation direction with respect to the first direction with respect to the light emitted from the first laser light source 112 based on the irradiation surface. The first direction adjuster 123 to adjust, and the second reflector 122 to adjust the angle of the second reflector 122 with respect to the second direction orthogonal to the first direction with respect to the light propagating through the first reflector 121 It may be constructed as a two-way adjuster 122 . Here, the first and second direction regulators 123 and 124 are controlled by the detection unit 170, and a motor for rotationally driving the rotation shaft extending from the rotation center of the first and second reflectors 121 and 122 is applied. Of course, a structure for rotating the first and second reflectors 121 and 122 in a manner different from the illustrated example may be applied.

이러한 레이저빔 조사부(110)는 검출부(170)에 제어되어 설정된 충격 레이저빔(112a)의 발생간격마다 충격 레이저빔(112a)이 출사되게 하고, 스캔부(120)는 검출부(170)에 제어되어 스캔 영역에 대해 설정된 스캔위치의 충격포인트로 충격 레이저빔(112a)이 조사되게 경로를 조정한다. 일 예로서, 스캔부(120)에 의해 조사되는 충격 레이저빔(112a)은 도 4에 도시된 바와 같이 참조부호 116으로 표기된 스캔 위치의 충격포인트에 순차적으로 화살표 방향을 따라 조사되게 구축될 수 있다. 이 경우 다수의 충격포인트들에 대한 결함정보를 추출할 수 있다. The laser beam irradiation unit 110 is controlled by the detection unit 170 so that the impact laser beam 112a is emitted at the set interval of generation of the impact laser beam 112a, and the scan unit 120 is controlled by the detection unit 170 The path is adjusted so that the impact laser beam 112a is irradiated to the impact point of the scan position set for the scan area. As an example, the impact laser beam 112a irradiated by the scan unit 120 may be constructed to be sequentially irradiated along the arrow direction to the impact point of the scan position indicated by reference numeral 116 as shown in FIG. 4 . . In this case, defect information for a plurality of impact points can be extracted.

레이저빔 기반 측정부(150)는 충격 레이저빔(112a)의 조사위치(116)와는 다른 측정위치(m)의 저장탱크(10)에 기준레이저빔(152)을 조사하고, 저장탱크(10)으로부터 기준 레이저빔(152)에 대해 반사되는 검출레이저빔을 수신하여 저장탱크(10)으로부터 충격 레이저빔(112a)의 조사에 반응하여 발생되는 음파 정보를 측정하고 도 3을 함께 참조하여 설명한다.The laser beam-based measurement unit 150 irradiates a reference laser beam 152 to the storage tank 10 at a measurement position m different from the irradiation position 116 of the impact laser beam 112a, and the storage tank 10 Receives the detection laser beam reflected with respect to the reference laser beam 152 from the storage tank 10, measures the sound wave information generated in response to the irradiation of the impact laser beam (112a), and will be described with reference to FIG.

레이저빔 기반 측정부(150)는 제2레이저광원(151), 제1빔스플릿터(161), 제2빔스플릿터(162), 제1미러(155), 제3빔스플릿터(163), 광검출기(165)를 구비한다.The laser beam-based measuring unit 150 includes a second laser light source 151 , a first beam splitter 161 , a second beam splitter 162 , a first mirror 155 , and a third beam splitter 163 . , a photodetector 165 is provided.

제2레이저광원(151)은 기준 레이저빔을 출사한다. 제2레이저광원(151)은 측정모드에서는 연속적으로 기준 레이저빔을 출사하도록 제어된다.The second laser light source 151 emits a reference laser beam. The second laser light source 151 is controlled to continuously emit a reference laser beam in the measurement mode.

제1빔스플릿터(161)는 제2레이저광원(151)에서 출사되는 기준레이저빔을 제1경로(157)와 제1경로(157)와 직교하는 방향의 제2경로(158)로 분할하여 출력한다.The first beam splitter 161 divides the reference laser beam emitted from the second laser light source 151 into a first path 157 and a second path 158 in a direction orthogonal to the first path 157. print out

참조부호 153은 광빔을 변조하기 위해 제1경로(157) 상에 설치되는 광변조기이고, 기계적, 물리적 방식의 변조기 및 그 밖의 변조기를 적용하면 된다.Reference numeral 153 denotes an optical modulator installed on the first path 157 to modulate a light beam, and mechanical and physical modulators and other modulators may be applied.

제2빔스플릿터(162)는 제1경로(157)를 통해 진행되는 광은 통과시키고, 저장탱크(10)으로부터 반사되는 광은 제2경로(158)와 나란한 제3경로(159)로 반사시킨다.The second beam splitter 162 passes the light traveling through the first path 157 and reflects the light reflected from the storage tank 10 to the third path 159 parallel to the second path 158 . make it

제1미러(155)는 제2경로(158)를 통해 진행되는 광을 제1경로(157)와 나란한 제4경로(160)로 반사시킨다.The first mirror 155 reflects the light traveling through the second path 158 to the fourth path 160 parallel to the first path 157 .

제3빔스플릿터(163)는 제1미러(155)에서 반사되어 제4경로(160)를 통해 진행되는 광과 제3경로(159)를 통해 진행되는 광을 모두 입사 받을 수 있는 위치에 배치되어 제4경로(160)를 통해 진행되는 광은 제5경로(164)로 투과시키고, 제3경로(159)를 통해 진행되는 광은 제5경로(164)로 진행되게 반사시켜 간섭광을 생성한다. The third beam splitter 163 is disposed at a position where both the light that is reflected from the first mirror 155 and travels through the fourth path 160 and the light that travels through the third path 159 can be incident. The light traveling through the fourth path 160 is transmitted through the fifth path 164 , and the light traveling through the third path 159 is reflected to proceed to the fifth path 164 to generate interference light. do.

광검출기(165)는 제3빔스플릿터(163)에서 제5경로(164)로 진행되는 간섭광을 검출하여 검출부(170)에 제공한다.The photodetector 165 detects the interference light traveling from the third beam splitter 163 to the fifth path 164 and provides it to the detector 170 .

승강회전 스테이지(190)는 레이저빔 조사부(110)와 레이저빔 기반 측정부(150)가 수용된 측정함체(100a)를 수직상으로 승하강 및 수평방향으로 회전시킬 수 있도록 되어 있다. 승강회전 스테이지(190)는 베이스 프레임(191)에 장착되어 수평방향을 회전되는 회전스테이지(192)와, 회전스테이지(192)에서 수직상으로 연장되는 높이를 조정할 수 있도록 된 승강 스테이지(194)로 되어 있고, 승강 스테이지(194)에 측정함체(100a)가 결합되어 있다.The lifting and rotating stage 190 is configured to vertically elevate and horizontally rotate the measuring enclosure 100a in which the laser beam irradiation unit 110 and the laser beam-based measuring unit 150 are accommodated. The lifting and rotating stage 190 is mounted on the base frame 191 and rotated in the horizontal direction with a rotating stage 192 and a lifting stage 194 capable of adjusting the height extending vertically from the rotating stage 192. And, the measurement box (100a) is coupled to the lifting stage (194).

승강회전 스테이지(190)는 검출부(170)에 의해 높이 및 회전방향이 조정된다. The height and rotation direction of the lifting and rotating stage 190 are adjusted by the detection unit 170 .

검출부(170)는 레이저 빔조사부(110)로부터 충격 레이저빔이 저장탱크(10)에 조사되게 레이저빔 조사부(110)의 구동을 제어하고, 레이저빔 기반 측정부(150)의 광검출기(165)에서 수신된 정보로부터 음파 정보를 획득하고, 이 음파 정보를 이용하여 저장탱크(10)의 두께감율, 크랙에 대한 결함정보를 추출하고, 추출된 결함정보를 표시부(180)를 통해 표시한다.The detection unit 170 controls the driving of the laser beam irradiation unit 110 so that the impact laser beam from the laser beam irradiation unit 110 is irradiated to the storage tank 10, and the photodetector 165 of the laser beam based measurement unit 150. Acquires sound wave information from the received information, and uses the sound wave information to extract the thickness reduction rate of the storage tank 10 and defect information about cracks, and displays the extracted defect information through the display unit 180 .

이 경우 검출부(170)는 스캔대상 영역에 대해 제1방향(X)과 제1방향(X)과 직교하는 제2방향(Y)을 따라 설정된 복수 개의 충격 포인트(116)들에 대해 충격 레이저빔(112a)이 설정된 가진 간격으로 조사되게 레이저빔 조사부(110)를 제어한다. 여기서, 가진 주파수는 50KHz 이상, 충격레이저빔이 조사되는 시간인 가진시간은 1/1000 초 이내 및 충격 포인트(116) 사이의 간격인 가진 간격은 1mm이내로 적용할 수 있고, 측정 환경에 따라 적절하게 조정 및 변경하면 된다. In this case, the detection unit 170 strikes the laser beam with respect to the plurality of impact points 116 set along the first direction (X) and the second direction (Y) orthogonal to the first direction (X) with respect to the scan target area. Controls the laser beam irradiator 110 so that the 112a is irradiated at a set excitation interval. Here, the excitation frequency is 50 KHz or more, the excitation time, which is the time the impact laser beam is irradiated, is within 1/1000 second, and the excitation interval, which is the interval between the impact points 116, can be applied within 1 mm, and it can be applied appropriately according to the measurement environment. Adjust and change.

다음으로 검출부(170)는 각 충격포인트(116)들에 대해 충격레이저빔(112a)이 조사된 후 레이저빔 기반 측정부(150)로부터 수신된 초음파 신호를 이용하여 결함정보를 추출하고 그 과정을 도 5를 참조하여 설명한다.Next, the detection unit 170 extracts defect information using the ultrasonic signal received from the laser beam-based measurement unit 150 after the impact laser beam 112a is irradiated for each impact point 116 and performs the process. It will be described with reference to FIG. 5 .

먼저, 검출부(170)는 수신된 초음파 신호를 스캔위치의 각 충격포인트(116)에 해당하는 가진점에 맞게 3차원데이터로 배치한다(단계 210). 여기서, 3차원 데이터는 가진점에 대응되는 2차원 초음파 신호를 시간축으로 3차원이 되게 배열한 데이터를 말한다. 또한, 양질의 초음파 신호를 획득하기 위해 초음파 신호에 대한 샘플링 주파수는 2MHz이상을 적용한다. 또한, 도 6을 통해 이해할 수 있는 바와 같이, 레이저빔 기반 측정부(150)로부터 수신된 초음파 신호는 1차원으로 배열된 데이터이며, 1차원으로 배열된 데이터 신호에 대해 개별 가진점 가진시 소요되는 시간에 맞게 분리한 후, 스캔 경로 상의 각 가진점의 위치에 맞게 재배열한다. 참고로 도 4에서는 가진점이 가로열로 9개 세로열로 9개가 적용되어 있으나, 도 6에서는 도면의 복잡성을 피하기 위해 가로열로 5개 세로열로 5개로 표시하여 예시하였다.First, the detection unit 170 arranges the received ultrasound signal as three-dimensional data according to the excitation point corresponding to each impact point 116 of the scan position (step 210). Here, the three-dimensional data refers to data in which two-dimensional ultrasound signals corresponding to excitation points are arranged in three dimensions along the time axis. In addition, in order to obtain a high-quality ultrasound signal, a sampling frequency of 2 MHz or more for the ultrasound signal is applied. In addition, as can be understood from FIG. 6 , the ultrasound signal received from the laser beam-based measuring unit 150 is data arranged in one dimension, and the amount of time required for excitation of individual excitation points for the data signal arranged in one dimension is After separating them in time, they are rearranged according to the position of each excitation point on the scan path. For reference, in FIG. 4, 9 excitation points are applied in 9 vertical columns, but in FIG. 6, in order to avoid the complexity of the drawing, 5 in 5 horizontal columns and 5 vertical columns are exemplified.

다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이 앞서 과정에서 생성한 3차원데이터에 대해 시간 방향에서 역순으로 배치한 초음파 전파영상을 획득한다(단계 220). Next, as shown in FIG. 7 , ultrasonic wave images arranged in the reverse order in the time direction with respect to the 3D data generated in the previous process are acquired (step 220).

이러한 과정을 통해 초음파 전파 영상이 생성되는 원리는 다음과 같다. 원론적으로 왜곡 없는 초음파 전파 영상을 획득하기 위해서는 일반적인 카메라 촬영과 같이 검사 영역을 동시에 측정하는 것이 필요하다. 그러나 초음파 신호 측정의 경우 카메라 장비로 수행할 수 없기 때문에 레이저 장비를 통해 검사 영역 내의 다수 측정점에 대한 신호를 획득하여 영상을 생성한다. 초음파 탐상에서 동일한 에너지와 입력 신호로 같은 위치에서 가진을 수행하면 전반 영역에서 발생하는 초음파 전파 양상은 매번 가진을 수행할 때 마다 동일하다고 가정할 수 있다. 따라서 측정 위치를 변경해도 가진과 측정 시점이 일치하면 각 측정점에서 획득된 초음파 신호는 카메라 촬영과 같이 동시에 모든 영역의 초음파 신호를 획득한 것으로 볼 수 있다. 고정된 위치에서 가진을 수행하고 측정점을 이동시키면 스캔 후 초음파 전파 영상을 생성할 수 있는 원리는 위와 같다. 반대로 본 발명에서 수행하는 초음파 탐상은 측정점은 고정되어 있고 가진점이 이동된다. 따라서, 시간역순방식(Time reversal method) 이론을 기반으로 측정점에서 획득한 신호를 시간의 역순으로 재생시키면 측정점과 가진점이 서로 바뀌었을 때와 동일한 신호를 얻을 수 있기 때문에 같은 원리에 의해 초음파 전파 영상을 얻을 수 있다. The principle of generating an ultrasonic wave image through this process is as follows. In principle, in order to acquire an ultrasonic wave image without distortion, it is necessary to measure the inspection area at the same time as in general camera photography. However, since the ultrasonic signal measurement cannot be performed with a camera device, an image is generated by acquiring signals for multiple measurement points in the inspection area through a laser device. In ultrasonic flaw detection, if excitation is performed at the same location with the same energy and input signal, it can be assumed that the ultrasonic propagation pattern generated in the first half area is the same every time excitation is performed. Therefore, even if the measurement position is changed, if the excitation and the measurement time coincide, the ultrasound signal acquired at each measurement point can be regarded as acquiring the ultrasound signal of all areas at the same time as in the case of a camera photographing. The principle of generating an ultrasonic wave image after scanning by excitation at a fixed position and moving the measurement point is as above. Conversely, in the ultrasonic flaw detection performed in the present invention, the measuring point is fixed and the excitation point is moved. Therefore, based on the time reversal method theory, if the signal acquired at the measuring point is reproduced in the reverse order of time, the same signal as when the measuring point and the excitation point are exchanged can be obtained. can be obtained

다음으로, 획득된 초음파 전파영상에 대해 대표 주파수신호와 각 가진점의 시간영역 신호 간 위상차에 해당하는 대표응답을 도출한다(단계 230). 가진에 의한 신호는 사각형 펄스 파형이기 때문에 다양한 주파수를 포함한다. 따라서 효과적인 신호처리를 위해 먼저 시간영역으로 주파수 필터링을 수행하며, 주파수 범위는 대상의 특성을 고려하여 적절하게 결정하면 된다. 다음으로 도 8과 같이 초음파 전파 영상을 대표하는 응답을 획득한다. 대표응답은 대표 주파수 신호와 각 가진점의 시간영역 신호 간 위상차이를 의미한다. 해당 대표응답을 얻는 과정에서 효과적인 신호중첩을 통해 이동 중이거나 표면이 고르지 못한 대상에서 획득된 신호라 하더라도 신호대 잡음비(SNR)을 향상시킬 수 있다. 이 과정으로 영상을 대표하는 2차원 대표응답 영상을 아래의 수학식 1을 통해 얻는다.Next, a representative response corresponding to the phase difference between the representative frequency signal and the time domain signal of each excitation point is derived with respect to the obtained ultrasonic wave image (step 230). The signal caused by the excitation contains various frequencies because it is a square pulse waveform. Therefore, for effective signal processing, frequency filtering is first performed in the time domain, and the frequency range may be appropriately determined in consideration of the characteristics of the target. Next, a response representative of the ultrasonic wave image is obtained as shown in FIG. 8 . The representative response means the phase difference between the representative frequency signal and the time domain signal at each excitation point. Signal-to-noise ratio (SNR) can be improved even if the signal is acquired from a moving object or an uneven surface through effective signal superposition in the process of obtaining the representative response. Through this process, a two-dimensional representative response image representing the image is obtained through Equation 1 below.

Figure 112020080732376-pat00001
Figure 112020080732376-pat00001

여기서, T는 초음파 전파영상의 전체시간이고,where T is the total time of the ultrasound propagation image,

r(x,y)는 대표응답이고, v(x,y,t)는 초음파 전파 영상 내 각 위치(x,y)의 응답이고, f는 초음파 가진 주파수이고, exp(-j2πft)는 정현파 생성식이다.r(x,y) is the representative response, v(x,y,t) is the response of each position (x,y) in the ultrasonic wave image, f is the ultrasonic excitation frequency, and exp(-j2πft) is the sine wave generation it is expression

이후, 생성된 대표 응답 영상에 대해 설정된 분할 단위 국부영역별로 국부 대표파수를 추출하는 과정을 대표 응답 전체에 대해 수행한다(단계 240). 여기서, 분할 단위 국부영역의 크기는 적절하게 적용하면 되고, 국부 대표파수를 추출하는 과정을 도 9를 함께 참조하여 설명한다. 먼저, 두께 감육에 의한 손상영역 가시화를 위해 대표 응답영상에서 국부영역을 추출한 뒤 2차원 한잉윈도우(hanning window)를 적용하여 경계부 신호로부터 발생하는 노이즈를 최소화한다. 다음으로 2차원 푸리의 변환 기법을 적용하여 해당 국부영역을 파수영역(파수 도메인) 신호로 변환한다. 스캔 표면이 평평하거나 굴곡이 심하지 않을 경우, 통상적으로 파수 성분은 도넛형태 (torus shape)를 띄기 때문에 지름크기로 표현할 수 있다. 이후, 파수영역 내에서 국부 대표파수를 추출한다. Thereafter, a process of extracting the local representative wave number for each division unit local region set for the generated representative response image is performed for the entire representative response (step 240). Here, the size of the local region in the division unit may be appropriately applied, and the process of extracting the local representative wave number will be described with reference to FIG. 9 . First, in order to visualize the damaged area due to thickness reduction, a local area is extracted from the representative response image, and then a two-dimensional hanning window is applied to minimize noise generated from the boundary signal. Next, the local domain is transformed into a wavenumber domain (wavenumber domain) signal by applying the 2D Fourier transform technique. When the scan surface is flat or not very curved, the wavenumber component usually has a torus shape, so it can be expressed in terms of diameter. Thereafter, a local representative wavenumber is extracted within the wavenumber region.

해당 국부영역의 국부 대표파수(Kr)는 파수 영역에서 최대 값을 갖는 지점과 원점 간 반지름을 도출함으로써 선정된다. 즉, 국부 대표파수는 아래의 수학식 2를 통해 산출된다. The local representative wavenumber (Kr) of the corresponding local area is selected by deriving the radius between the point having the maximum value in the wavenumber area and the origin. That is, the local representative wave number is calculated through Equation 2 below.

Figure 112020080732376-pat00002
Figure 112020080732376-pat00002

여기서, Kx와 Ky는 파수영역에서 최대값의 위치이다.Here, Kx and Ky are positions of maximum values in the wavenumber region.

이러한 국부 대표파수 추출과정을 전영역에 걸쳐 수행한다. 이후 전영역에 걸쳐 산출된 국부 대표 파수들로부터 결함정보를 추출한다(단계 250).This local representative wavenumber extraction process is performed over the entire area. Thereafter, defect information is extracted from the local representative wavenumbers calculated over the entire region (step 250).

한편, 초음파는 매질의 변화에 따라 동일한 주파수에도 이동속도, 크기 및 파장이 변화한다. 저장탱크(10)에 두께 감육 또는 크랙 발생 시 대상의 물리적 특성(밀도 및 강성 등)이 바뀌기 때문에 매질이 변하게 되고 이에 따른 초음파의 전파속도와 국부 대표 파수도 바뀐다. Meanwhile, the movement speed, size, and wavelength of ultrasonic waves change even at the same frequency according to the change of the medium. When the storage tank 10 is thinned or cracked, the physical properties (density and stiffness, etc.) of the object are changed, so the medium is changed, and accordingly the propagation speed of the ultrasonic wave and the local representative wave number are also changed.

따라서, 추출된 국부 대표파수에 대응되는 두께 값을 국부 대표파수에 대응되는 두께값이 기록된 룩업테이블(미도시)로부터 추출하여 두께정보를 스캔대상 영역에 대해 산출한다. 여기서, 룩업테이블은 도 10에 도시된 바와 같이 검출부(170)내에 마련된 것으로 국부 대표파수와 두께와의 관계를 실험에 의해 구한 값이 기록되어 있고, 이로부터 두께 정보를 산출할 수 있다.Accordingly, the thickness value corresponding to the extracted local representative wave number is extracted from a lookup table (not shown) in which the thickness value corresponding to the local representative wave number is recorded, and thickness information is calculated for the scan target area. Here, as shown in FIG. 10 , the lookup table is provided in the detection unit 170, and values obtained through experiments on the relationship between the local representative wave number and the thickness are recorded, and thickness information can be calculated therefrom.

또한, 국부영역별 국부 대표파수 차이정보를 스캔영역의 국부영역 각각에 대해 맵핑하여 시각적으로 제공한다. 여기서, 국부 영역별 파수간 차이를 도 10에서와 같이 스캔영역에 대해 맵핑하면 크랙여부와 같은 결함여부를 시각적으로 제공할 수 있다.In addition, local representative wavenumber difference information for each local area is visually provided by mapping each local area of the scan area. Here, if the difference between wavenumbers for each local area is mapped to the scan area as shown in FIG. 10 , it is possible to visually provide a defect such as a crack.

이상에서 설명된 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치 및 그 결함 검사 방법에 의하면, 대형 저장탱크 내부와 같이 넓은 면적에 곡률이 존재하는 표면을 대상으로 효과적인 비파괴 검사가 가능하다. 또한 신호획득부터 결함탐지까지 전 과정이 빠르게 완료되기 때문에 전체 면적에 대한 검사결과를 비교적 단시간 내에 획득할 수 있다. According to the non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus and the defect inspection method described above, effective non-destructive inspection is possible for a surface having a curvature in a large area, such as inside a large storage tank. In addition, since the entire process from signal acquisition to defect detection is completed quickly, inspection results for the entire area can be obtained in a relatively short time.

이러한 결함검사장치는 저장탱크 내부 뿐 아니라 대형 컨테이너, 선박 등 다양한 대형 기계 구조물의 비파괴 검사에도 확장되어 사용될 수 있다.This defect inspection device can be extended and used for non-destructive inspection of various large mechanical structures such as large containers and ships as well as inside storage tanks.

110: 레이저빔 조사부 112:제1레이저광원
120: 스캔부 150: 레이저빔 기반 측정부
151: 제2레이저광원 155: 제1미러
161: 제1빔스플릿터 162: 제2빔스플릿터
163: 제3빔스플릿터 165: 광검출기
170: 검출부 180: 표시부110: laser beam irradiation unit 112: first laser light source
120: scan unit 150: laser beam-based measurement unit
151: second laser light source 155: first mirror
161: first beam splitter 162: second beam splitter
163: third beam splitter 165: photodetector
170: detection unit 180: display unit

Claims (6)

측정대상 저장탱크의 표면에 음파를 발생시킬 수 있게 충격 레이저빔을 스캔 위치의 충격포인트들로 조사하는 레이저빔 조사부와;
상기 충격 레이저빔의 조사위치와는 다른 측정위치의 상기 저장탱크에 기준레이저빔을 조사하고, 상기 저장탱크으로부터 상기 기준 레이저빔에 대해 반사되는 검출레이저빔을 수신하여 상기 저장탱크으로부터 상기 충격 레이저빔의 조사에 반응하여 발생되는 초음파 정보를 측정하는 레이저빔 기반 측정부와;
상기 레이저 빔조사부로부터 상기 충격 레이저빔이 상기 저장탱크에 조사되게 상기 레이저빔 조사부의 구동을 제어하고, 상기 레이저빔 기반 측정부로부터 측정된 초음파 정보를 이용하여 상기 저장탱크의 결함여부를 검출하는 검출부;를 구비하고,
상기 검출부는
수신된 초음파 신호를 스캔위치의 각 충격포인트에 해당하는 가진점에 맞게 3차원데이터로 배치하고, 배치된 3차원데이터에 대해 시간 방향에서 역순으로 배치한 초음파 전파영상을 획득하고, 획득된 상기 초음파 전파영상에 대해 대표 주파수신호와 각 가진점의 시간영역 신호 간 위상차에 해당하는 대표응답을 도출하고, 도출된 상기 대표응답에 대해 설정된 분할 단위 국부영역별로 국부 대표파수를 추출하는 과정을 상기 대표 응답 전체에 대해 수행하고, 획득된 상기 국부 대표파수 정보들로부터 결함정보를 추출하는 특징으로 하는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치.a laser beam irradiator for irradiating an impact laser beam to impact points of a scan position to generate a sound wave on the surface of the storage tank to be measured;
A reference laser beam is irradiated to the storage tank at a measurement position different from the irradiation position of the impact laser beam, and a detection laser beam reflected with respect to the reference laser beam is received from the storage tank, and the impact laser beam is received from the storage tank. a laser beam-based measuring unit for measuring ultrasonic information generated in response to the irradiation of the laser beam;
A detection unit that controls the driving of the laser beam irradiation unit so that the impact laser beam is irradiated to the storage tank from the laser beam irradiation unit, and detects whether the storage tank is defective by using the ultrasonic information measured from the laser beam-based measuring unit provided with;
the detection unit
The received ultrasound signal is arranged as 3D data according to the excitation point corresponding to each impact point of the scan position, and the ultrasound propagation image arranged in the reverse order in the time direction is obtained with respect to the arranged 3D data, and the obtained ultrasound The representative response is the process of deriving a representative response corresponding to the phase difference between the representative frequency signal and the time domain signal of each excitation point for the radio image, and extracting the number of local representative waves for each division unit local region set for the derived representative response A non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus, characterized in that performing on the whole and extracting defect information from the obtained local representative wave number information. 제1항에 있어서, 상기 검출부에는 국부 대표 파수에 대응한 두께 정보가 기록된 룩업테이블이 마련되어 있고, 산출된 국부 대표파수정보로부터 스캔영역에 대한 두께 변화정보를 상기 룩업테이블을 이용하여 산출하여 제공하고, 상기 국부영역별 국부 대표파수 차이 정보를 스캔영역에 대해 맵핑하여 시각적으로 제공하는 것을 특징으로 하는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치.The method of claim 1, wherein the detection unit is provided with a lookup table in which thickness information corresponding to the local representative wavenumber is recorded, and thickness change information for the scan area is calculated and provided from the calculated local representative wavenumber information by using the lookup table. And, the non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection apparatus, characterized in that the mapping of the local representative wave number difference information for each local area to the scan area to provide visually. 제2항에 있어서, 상기 레이저빔 조사부는
상기 충격 레이저빔을 출사하는 제1레이저광원과;
상기 제1레이저광원에서 출사되는 충격 레이저빔이 설정된 스캔 위치의 충격포인트로 조사되게 경로를 조정하는 스캔부;를 구비하고,
상기 레이저빔 기반 측정부는
상기 기준 레이저빔을 출사하는 제2레이저광원과;
상기 기준레이저빔을 제1경로와 상기 제1경로와 직교하는 방향의 제2경로로 분할하여 출력하는 제1빔스플릿터와;
상기 제1경로를 통해 진행되는 광은 통과시키고, 상기 저장탱크으로부터 반사되는 광은 상기 제2경로와 나란한 제3경로로 반사시키는 제2빔스플릿터와;
상기 제2경로를 통해 진행되는 광을 상기 제1경로와 나란한 제4경로로 반사시키는 제1미러와;
상기 제1미러에서 반사되어 상기 제4경로를 통해 진행되는 광과 상기 제3경로를 통해 진행되는 광을 모두 입사 받을 수 있는 위치에 배치되어 상기 제4경로를 통해 진행되는 광은 제5경로로 투과시키고, 상기 제3경로를 통해 진행되는 광은 상기 제5경로로 진행되게 반사시키는 제3빔스플릿터와;
상기 제3빔스플릿터에서 상기 제5경로로 진행되는 간섭광을 검출하여 검출부에 제공하는 광검출기;를 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치.According to claim 2, wherein the laser beam irradiation unit
a first laser light source emitting the impact laser beam;
A scanning unit for adjusting the path so that the impact laser beam emitted from the first laser light source is irradiated to the impact point of the set scan position;
The laser beam-based measuring unit
a second laser light source emitting the reference laser beam;
a first beam splitter for dividing the reference laser beam into a first path and a second path in a direction perpendicular to the first path;
a second beam splitter for passing the light traveling through the first path and reflecting the light reflected from the storage tank to a third path parallel to the second path;
a first mirror for reflecting the light traveling through the second path to a fourth path parallel to the first path;
The light that is reflected from the first mirror and travels through the fourth path and the light that travels through the third path is disposed at a position where it can be incident, and the light that travels through the fourth path passes through the fifth path a third beam splitter that transmits the light and reflects the light traveling through the third path to travel through the fifth path;
and a photodetector that detects the interference light traveling from the third beam splitter to the fifth path and provides it to the detector. 제3항에 있어서, 레이저빔 조사부와 상기 레이저빔 기반 측정부가 수용된 측정함체를 수직상으로 승하강 및 수평방향으로 회전시킬 수 있도록 된 승강회전 스테이지를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치.According to claim 3, Non-contact laser ultrasonic flaw detection base, characterized in that the laser beam irradiation unit and the laser beam-based measuring unit is accommodated further comprising a lifting and rotating stage capable of rotating vertically and horizontally in the vertical direction. Storage tank defect inspection device. 저장탱크의 표면에 음파를 발생시킬 수 있게 충격 레이저빔을 스캔 위치의 충격포인트들로 조사하는 레이저빔 조사부와, 상기 충격 레이저빔의 조사위치와는 다른 측정위치의 상기 저장탱크에 기준레이저빔을 조사하고, 상기 저장탱크으로부터 상기 기준 레이저빔에 대해 반사되는 검출레이저빔을 수신하여 상기 저장탱크으로부터 상기 충격 레이저빔의 조사에 반응하여 발생되는 초음파 정보를 측정하는 레이저빔 기반 측정부와, 상기 레이저 빔조사부로부터 상기 충격 레이저빔이 상기 저장탱크에 조사되게 상기 레이저빔 조사부의 구동을 제어하고, 상기 레이저빔 기반 측정부로부터 측정된 초음파 정보를 이용하여 상기 저장탱크의 결함여부를 검출하는 검출부를 구비하는 결함 검사장치의 결함검사 방법에 있어서,
가. 수신된 초음파 신호를 스캔위치의 각 충격포인트에 해당하는 가진점에 맞게 3차원데이터로 배치하는 단계와;
나. 배치된 상기 3차원데이터에 대해 시간 방향에서 역순으로 배치한 초음파 전파영상을 획득하는 단계와;
다. 획득된 상기 초음파 전파영상에 대해 대표 주파수신호와 각 가진점의 시간영역 신호 간 위상차에 해당하는 대표응답을 도출하는 단계와;
라. 도출된 상기 대표응답에 대해 설정된 분할 단위 국부영역별로 국부 대표파수를 추출하는 과정을 상기 대표 응답 전체에 대해 수행하는 단계와;
마. 추출된 상기 국부 대표파수에 대응되는 두께값이 기록된 룩업테이블로부터 두께정보를 추출하여 스캔영역에 매핑하여 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치의 결함검사 방법.A laser beam irradiator for irradiating an impact laser beam to impact points of a scan position so as to generate a sound wave on the surface of the storage tank, and a reference laser beam to the storage tank at a measurement position different from the irradiation position of the impact laser beam A laser beam-based measurement unit for irradiating, receiving a detection laser beam reflected with respect to the reference laser beam from the storage tank, and measuring ultrasonic information generated in response to the irradiation of the impact laser beam from the storage tank; A detection unit for controlling the driving of the laser beam irradiation unit so that the impact laser beam from the beam irradiation unit is irradiated to the storage tank, and detecting whether the storage tank is defective by using the ultrasonic information measured from the laser beam-based measuring unit In the defect inspection method of the defect inspection apparatus,
go. arranging the received ultrasound signal as three-dimensional data according to the excitation point corresponding to each impact point of the scan position;
me. acquiring ultrasonic wave images arranged in a reverse order in a time direction with respect to the arranged 3D data;
all. deriving a representative response corresponding to a phase difference between a representative frequency signal and a time-domain signal of each excitation point with respect to the obtained ultrasonic wave image;
La. performing a process of extracting the number of local representative waves for each division unit local region set for the derived representative response with respect to the entire representative response;
mind. Defect of a storage tank defect inspection apparatus based on non-contact laser ultrasonic flaw detection comprising a; extracting thickness information from a lookup table in which a thickness value corresponding to the extracted local representative wave number is recorded and mapping it to a scan area method of inspection. 제5항에 있어서, 상기 라단계에서 산출된 국부영역별 상기 국부 대표파수 차이 정보를 스캔영역에 대해 맵핑하여 시각적으로 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비접촉 레이저 초음파 탐상 기반 저장탱크 결함 검사 장치의 결함검사 방법.[Claim 6] The non-contact laser ultrasonic flaw detection-based storage tank defect inspection according to claim 5, further comprising mapping the local representative wave number difference information for each local area calculated in step D to a scan area and providing a visual representation. How to inspect the device for defects.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114778690A (en) * 2022-04-28 2022-07-22 西安交通大学 Laser ultrasonic quantitative detection method for pore defects of additive part
CN116990391A (en) * 2023-09-27 2023-11-03 江苏迪莫工业智能科技有限公司 Bearing detection system and detection method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090070412A (en) * 2007-12-27 2009-07-01 주식회사 메디슨 Ultrasound diagnostic device and method for displaying images
JP2010082230A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Fujifilm Corp Ultrasonic signal processing apparatus and method
JP2012127897A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Hitachi Ltd Internal flaw inspection method and device therefor
KR20140136154A (en) * 2013-05-20 2014-11-28 광운대학교 산학협력단 Method and apparatus for real-time measuring deposition thickness and uniformity during deposition process

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090070412A (en) * 2007-12-27 2009-07-01 주식회사 메디슨 Ultrasound diagnostic device and method for displaying images
JP2010082230A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Fujifilm Corp Ultrasonic signal processing apparatus and method
JP2012127897A (en) * 2010-12-17 2012-07-05 Hitachi Ltd Internal flaw inspection method and device therefor
KR20140136154A (en) * 2013-05-20 2014-11-28 광운대학교 산학협력단 Method and apparatus for real-time measuring deposition thickness and uniformity during deposition process

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114778690A (en) * 2022-04-28 2022-07-22 西安交通大学 Laser ultrasonic quantitative detection method for pore defects of additive part
CN116990391A (en) * 2023-09-27 2023-11-03 江苏迪莫工业智能科技有限公司 Bearing detection system and detection method
CN116990391B (en) * 2023-09-27 2023-12-01 江苏迪莫工业智能科技有限公司 Bearing detection system and detection method

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