KR200353038Y1 - 튜브 검사용 초음파 탐상장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각종 튜브 구조에 대한 결함검사를 위한 초음파 탐상장치에 관한 것으로서, 피검사재인 소정 튜브의 중공 내에 슬라이딩 가능하게 투입되는 한편, 관절에 의해 상기 튜브의 내벽 방향으로 선택적으로 벌어지는 지지암 어셈블리; 상기 지지암 어셈블리에 있어 튜브의 내벽에 인접한 부분이 상기 내벽에 밀착되는 방향으로 바이어스 되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재; 상기 지지암 어셈블리의 적어도 일측에 고정되는 초음파 탐촉자; 및 상기 지지암 어셈블리를 튜브의 중공을 따라 수평이송시키는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 의하면 튜브의 중공에 대한 초음파 탐촉자의 투입 깊이변화나 튜브의 내경 불균형에 관계없이 정밀한 초음파 탐상이 가능한 장점이 있다.

Description

튜브 검사용 초음파 탐상장치{APPARATUS FOR INSPECTING A TUBE USING SUPERSONIC WAVE}

본 고안은 초음파 탐상장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파를 이용해 각종 튜브(Tube) 구조를 탐상함에 있어 초음파 탐촉자와 튜브 내벽 간의 거리를 일정하게 유지하면서 튜브의 중공 내로 초음파 탐촉자를 투입함으로써 탐상 정확도를 향상시킬 수 있는 튜브 검사용 초음파 탐상장치에 관한 것이다.

초음파를 이용하는 탐상법은 수 내지 수십 MHz의 초음파를 피검사재 내에 조사하여 크랙(Crack) 등의 형태로 존재하는 불연속부로부터 반사되는 초음파의 에너지량이나 그 진행시간 등을 분석함으로써 결함의 위치와 규모를 알아내는 탐상방법으로서, 피검사재에 대한 파괴없이 내부 상태를 편리하게 파악할 수 있는 그 특성으로 인해 각종 용접부나 환봉, 중공차축, 파이프 등 다양한 산업재의 검사에 매우 유용하게 활용되고 있다.

초음파 탐상을 위해서는 피검사재의 종류나 형태, 재질 등에 걸맞게 탐상장치가 구성되어야 하는 바, 특히 고속철도차량용 중공차축과 같은 튜브구조에 대한 탐상의 경우 정밀한 탐상을 위해서는 튜브의 중공으로 초음파 탐촉자를 투입하면서 튜브 내벽으로부터 두께방향으로 초음파 조사와 그 반사파 검출동작을 수행할 수 있는 탐상장치가 요구된다.

도 1에는 종래기술에 따른 튜브 검사용 초음파 탐상장치의 구성이 개략적으로 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이 종래의 초음파 탐상장치는 피검사재인 튜브(1)의 중공 내부로 투입되는 초음파 탐촉자(10)와, 커넥팅로드(11)를 매개로 하여 상기 초음파 탐촉자(10)에 수평이송력을 제공하는 구동부(12)를 구비한다.

상기 초음파 탐촉자(10)는 튜브(1)의 내벽으로부터 두께방향으로 초음파를 조사함과 아울러 그 반사파를 검출하는 모듈로서, 구동부(12)에 연결된 커넥팅로드(11)의 선단에 고정되어 중공을 따라 전진 혹은 후퇴하면서 튜브의 각 부위에 대한 탐상동작을 수행하게 된다.

그러나, 상기와 같은 구성에 의하면 튜브 내부로의 초음파 탐촉자(10) 투입 깊이가 점차 증가함에 따라, 즉 튜브 내부에 인입되는 커넥팅로드(11)의 길이가 길어짐에 따라 초음파 탐촉자(10) 및 커넥팅로드(11)의 자중에 의해 상기 커넥팅로드(11)가 점차 그 하방으로 쳐지게 되므로(도 2 참조), 결과적으로 상기 초음파 탐촉자(10)와 튜브 내벽 간의 거리 d가 점차 작아지는 문제가 발생하게 된다. 이와 같이 튜브의 길이방향에 대하여 d값이 변동하는 현상은 그밖에 튜브의 내경이 불균일 하거나 내부에 각종 이물질이 존재할 경우에도 발생할 수 있다.

일반적으로 초음파 탐상특성은 초음파 탐촉자(10)와 피검사 지점 간의 거리에 민감하게 의존하는데, 이러한 점을 감안할 때 상기와 같은 d값의 변동현상은 튜브의 길이방향에 대한 감도기울기를 초래하여 결과적으로 탐상 정밀도를 저하시키는 요인으로 작용하게 된다.

본 고안은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 피검사재인 튜브 내로의 투입깊이나 튜브 내경의 변화에 관계없이 일정한 탐상감도를 유지할 수 있는 튜브 검사용 초음파 탐상장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 고안의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 고안의 상세한 설명과 함께 본 고안의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 고안은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.

도 1은 종래기술에 따른 튜브 검사용 초음파 탐상장치의 구성을 도시하는 부분단면도.

도 2는 도 1에서 초음파 탐촉자를 보다 깊이 투입시킨 경우를 도시하는 구성을 도시하는 부분단면도.

도 3은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 튜브 검사용 초음파 탐상장치의 구성을 도시하는 부분단면도.

도 4는 본 고안에 따른 초음파 탐상장치를 철도차량용 중공차축의 탐상에 사용하는 예를 도시하는 구성도.

도 5는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파 탐상장치에 구비되는 이동대차 구조의 동력제공부의 구성도.

도 6은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 초음파 탐상장치에 구비되는 연마및 배기장치의 구성도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

1...튜브 100...지지암 어셈블리

100a...지지암 100b,100c,100d,100e...관절

101...슬라이딩 브라켓 102...초음파 탐촉자

103...탄성부재 104...커넥팅로드

105...구동부 106...동력제공부

107...브러쉬부재 108...덕트

109...더스트 컬렉터

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 튜브 검사용 초음파 탐상장치에는, 피검사재인 소정 튜브의 중공 내에 슬라이딩 가능하게 투입되는 한편, 관절에 의해 상기 튜브의 내벽 방향으로 선택적으로 벌어지는 지지암 어셈블리; 상기 지지암 어셈블리에 있어 튜브의 내벽에 인접한 부분이 상기 내벽에 밀착되는 방향으로 바이어스 되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재; 상기 지지암 어셈블리의 적어도 일측에 고정되는 초음파 탐촉자; 및 상기 지지암 어셈블리를 튜브의 중공을 따라 수평이송시키는 구동부;가 구비된다.

바람직하게 상기 지지암 어셈블리는, 실질적으로 마름모 형상을 이루도록 네 개의 관절에 의해 지지암들이 상호 연결되고, 상기 마름모 형상의 지지암 어셈블리에 있어, 대칭되는 두 개의 관절은 상기 튜브의 내벽에 인접하는 한편, 나머지 두 개의 관절 중 일측에는 상기 구동부의 커넥팅로드가 연결될 수 있다.

상기 커넥팅로드는 튜브의 축을 중심으로 -185˚~ +185˚의 범위에서 시계방향과 반시계방향으로 번갈아 회전하도록 설치되는 것이 바람직하다.

상기 탄성부재는, 튜브의 내벽에 인접한 두 개의 관절이 상호 이격되는 방향으로 탄성력을 제공하도록 상기 두 개의 관절 사이에 개재되는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안에는 튜브의 내벽에 인접한 두 개의 관절에 각각 고정되어 직접적으로 튜브의 내벽에 접촉하는 슬라이딩 브라켓;이 더 포함되고, 상기 초음파 탐촉자는 튜브의 내벽으로부터 이격된 상태로 상기 슬라이딩 브라켓에 내설되는 것이 바람직하다.

부가적으로 본 고안에는 상기 튜브가 그 축을 중심으로 일정속도로 회전하도록 회전력을 제공하는 동력제공부;가 더 포함될 수 있다.

상기 동력제공부는, 이동용 바퀴를 구비한 이동대차 본체; 상기 이동대차 본체 상에 설치되어 피검사재인 튜브를 하부에서 지지하는 한 쌍의 롤러; 및 상기 롤러에 회전력을 제공하여 실질적으로 튜브를 그 축을 중심으로 일정 속도로 회전시키는 모터부;를 포함하여 구성될 수 있다.

부가적으로, 본 고안에는 상기 튜브의 일단에서 타단 방향으로 투입되면서 튜브를 연마하는 브러쉬부재; 상기 튜브의 타단에 그 유입구가 정렬되는 덕트; 및 상기 덕트를 매개로 하여 튜브 내의 연마 분진을 흡입, 포집하는 더스트 컬렉터;가 더 포함될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 튜브 검사용 초음파 탐상장치의 구성이 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 고안은 초음파 탐촉자(102)를 장착하되 피검사재가 되는 튜브(1)의 내벽에 접한 상태로 중공에 투입되는 지지암 어셈블리(100)와, 상기 지지암 어셈블리(100)를 튜브(1)의 중공을 따라 수평이송시키는 구동부(105)를 포함한다.

초음파 탐촉자(102)는 튜브(1)의 내벽으로부터 두께방향으로 수 내지 수십 MHz의 초음파를 조사함과 아울러 그 반사파를 검출하는 모듈로서, 횡파 혹은 종파의 초음파를 송수신하도록 구성된 통상의 탐촉자가 사용될 수 있다. 상기 초음파 탐촉자(102)는 지지암 어셈블리(100)의 적어도 일측에 장착된 상태로 튜브(1)의 중공 내로 투입된다.

지지암 어셈블리(100)는 상기 튜브(1)의 내벽에 밀착된 상태를 유지하면서 중공 내에서 슬라이딩하게 되는 소정 지지암(100a)들의 연결체로서, 바람직하게 바(Bar)형태를 갖는 지지암(100a)들이 튜브(1)의 내벽 방향을 향해 대칭으로 벌어지도록 적어도 하나 이상의 관절을 구비하는 한편, 튜브(1)의 내벽 방향으로 지지암(100a)들을 탄성바이어스 하는 탄성부재(103)를 구비한다.

바람직하게 상기 지지암 어셈블리(100)는 실질적으로 마름모 형상을 이루도록 지지암(100a)들이 상호 연결된 구조로 형성됨으로써 여타의 구조에 비해 상기초음파 탐촉자(102)를 보다 안정적으로 지지할 수 있다. 이 경우 마름모의 각 꼭지점에 해당하는 네 부분에는 바람직하게 힌지구조에 해당하는 관절(100b,100c,100d,100e)이 구비되며, 대칭되는 어느 두 꼭지점 부분이 튜브(1)의 내벽 방향으로 서로 벌어질 수 있도록 두 꼭지점에 상응하는 관절(100b,100c) 사이에는 바람직하게 용수철에 해당하는 탄성부재(103)가 점선화살표 방향으로 탄성바이어스 하도록 개재된다.

상기 지지암 어셈블리(100)는 실질적인 마름모 형상에 한정되지 않고 튜브(1)의 내벽에 선택적으로 밀착되는, 대칭되는 지지암(100a)들을 구비하는 한 다양한 구조로 변형 가능하다. 아울러, 상기 지지암 어셈블리(100)에 구비되는 관절의 구조 또한 반드시 힌지구조에 한정되지 않고 지지암(100a)들을 상호 회동 가능하게 연결하는 한 다양한 구조가 채용 가능하다.

상기 지지암 어셈블리(100)에 있어 튜브(1)의 내벽에 인접한, 대칭되는 두 관절(100b,100c) 부분에는 바람직하게 슬라이딩 브라켓(101)이 고정되어 직접적으로 튜브(1)의 내벽과 직접적으로 접촉하게 되며, 양측 슬라이딩 브라켓(101) 중 적어도 일편에는 전술한 초음파 탐촉자(102)가 내설된다. 이때 상기 초음파 탐촉자(102)는 튜브(1)의 내벽으로부터 소정 거리 이격되도록 설치되어 내벽과의 접촉에 의한 손상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 지지암 어셈블리(100)에 있어 나머지 두 개의 관절(100d,100e) 중 일측 관절(100d)에는 구동부(105)의 커넥팅로드(104)가 연결된다. 상기 구동부(105)는 그에 연결된 커넥팅로드(104)를 전진 혹은 후진시킴으로써 실질적으로 상기 지지암 어셈블리(100)를 튜브(1)의 중공을 따라 직선이송시킨다. 이러한 구동부(105)는 통상의 에어실린더나 파워실린더로 구성될 수 있으며, 그밖에 상호 치합되는 피니언(Pinion)/랙(Rack) 등의 기어 어셈블리와 모터를 구비하여 구성되는 등 다양한 변형이 가능하다.

상기 커넥팅로드(104)는, 튜브(1)의 각 부위에 대하여 초음파 탐상이 골고루 수행될 수 있도록 튜브(1)의 축을 중심으로 회전 가능하게 설치될 수 있다. 여기서, 상기 커넥팅로드(104)를 그 축방향을 중심으로 회전 가능하게 구성하기 위한 구체적인 기술적 수단은 공지된 다양한 기술이 채용가능하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 커넥팅로드(104)는 바람직하게 시계방향과 반시계방향으로 번갈아 회전하도록 설치됨으로써 상기 초음파 탐촉자(102)로 연장된 전선 등이 꼬이는 것을 방지할 수 있다. 상기 커넥팅로드(104)의 회전범위는 탐상 신뢰도를 높일 수 있는 중첩영역을 감안할 때 -185˚~ +185˚의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.

상기 튜브(1)의 각 부위에 대하여 초음파 탐상을 골고루 수행하기 위한 대안으로, 피검사재인 상기 튜브(1)는 도 4에 도시된 바와 같이 그 축을 중심으로 일정한 속도로 회전하도록 설치될 수 있다. 이를 위해 본 고안에는 회전력을 발생시키는 소정의 구동모터(106a)와, 상기 구동모터(106a)의 회전력을 직접적으로 튜브(1)에 전달하는 예컨대, 벨트나 롤러로 구성되는 동력전달수단(106b)을 구비한 동력제공부(106)가 더 포함될 수 있다.

상기와 같은 구성의 동력제공부(106)는, 상기 튜브(1)가 휠(1a)을 구비한 철도차량용 중공차축에 해당할 경우 매우 유용하게 적용되어 상기 동력전달수단(106b)이 철도차량용 중공차축의 휠(1a)에 접한 상태로 회전력을 전달함으로써 각 부위에 대한 초음파 탐상을 골고루 수행할 수 있다.

한편, 피검사재인 튜브(1)가 휠(1a)이 구비되지 않은 철도차량용 중공차축에 해당할 경우, 상기 동력제공부(106)는 도 5에 도시된 바와 같은 이동대차 구조로 구성될 수 있다. 이 경우 이동대차 본체(106-1)의 하부에는 이동용 바퀴(106-2)가 구비되어 막대한 하중의 튜브(1), 즉 철도차량용 중공차축을 자유롭게 탐상 위치로 이동시킬 수 있고, 상기 철도차량용 중공차축을 하부에서 지지하면서 접하는 한 쌍의 롤러(106-3)와, 이 롤러(106-3)에 회전력을 제공하는 모터부(106-4)가 구비되어 초음파 탐상시 상기 철도차량용 중공차축을 일정 속도로 회전시키는 것이 가능하다.

피검사재인 튜브(1)에 대한 초음파 입사효율을 높이기 위해서는 튜브(1)의 외부는 물론 내주면에 존재하는 각종 이물질을 제거하여 청결상태를 유지해야 하는 바, 본 고안에는 도 6에 도시된 바와 같이 튜브(1)의 일단으로부터 타단으로 선택적으로 투입되면서 튜브의 내주면을 연마하는 브러쉬부재(107)와, 상기 브러쉬부재(107)의 작동에 따른 연마 분진을 배기하기 위해 상기 튜브(1)의 타단에 그 유입구가 축정렬되는 덕트(108)와, 상기 덕트(108)를 매개로 하여 연마 분진을 흡입하여 포집하는 더스트 컬렉터(109)가 구비될 수 있다. 여기서, 특히 상기 피검사재인 튜브(1)가 휠(1a)을 구비한 철도차량용 중공차축에 해당할 경우, 배기효율을 높이기 위해서는 상기 튜브(1)와 상기 덕트(108) 간의 정확한 축정렬이 중요한데, 이를 위해 본 고안에는 상기 휠(1a)에 대한 터치에 의해 튜브(1)의 위치를 센싱하는 센서부(110)와, 상기 센서부(110)의 출력신호에 연동하여 액추에이터(111)를 구동함으로써 상기 덕트(108)의 위치를 조정하는 제어모터부(112)가 바람직하게 더 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 고안의 초음파 탐상장치는 단일은 물론, 도 4에 도시된 바와 같이 튜브(1)의 양단에 대응하여 각각 구비되어 양방향에서 동시에 튜브(1) 내부로 지지암 어셈블리(100)를 투입하도록 변형될 수도 있다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 튜브(1) 검사용 초음파 탐상장치의 작동을 설명하기로 한다.

본 고안에는 상기 튜브(1)의 내벽 방향으로 탄성바이어스 되는 지지암 어셈블리(100)가 구비되는 바, 이를 상기 튜브(1)의 중공에 투입하여 그 슬라이딩 브라켓(101) 부분을 튜브(1)의 내벽에 접촉시킨 상태에서 구동부(105)를 이용해 일정 속도로 직선이송시키고, 아울러 상기 슬라이딩 브라켓(101)에 내설된 초음파 탐촉자(102)를 동작시키면 탐상 대상지점과 초음파 탐촉자(102) 간의 거리를 일정하게 유지하면서 튜브(1)의 각 부위에 대한 정밀한 초음파 탐상이 수행된다.

보다 구체적으로, 상기 지지암 어셈블리(100)는 바람직하게 마름모 형상을 이루도록 관절(100b,100c,100d,100e)에 의해 지지암(100a)들이 상호 연결된 구조를 갖는 한편, 튜브(1)의 내벽에 인접하게 되는 두 관절(100b,100c)에 각각 고정된 슬라이딩 브라켓(101)에 대하여 서로 벌어지는 방향으로 탄성바이어스 하는 탄성부재(103)가 개재되므로, 초음파 탐촉자(102)가 내설된 슬라이딩 브라켓(101)이 튜브(1)의 내벽에 밀착된 상태로 중공을 따라 슬라이딩 하게 된다. 이러한 구성에 의하면, 상기 지지암 어셈블리(100)의 투입 깊이변화나 튜브(1)의 내경 불균형과 무관하게 초음파 탐촉자(102)와 튜브(1) 내벽 간의 거리가 일정하게 유지된다.

초음파 탐촉자(102)가 장착된 지지암 어셈블리(100)의 상기 수평이송동작은, 바람직하게 동력제공부(106)에 의한 튜브(1)의 회전동작과 동시에 수행됨으로써 튜브(1)의 모든 부위에 대하여 정밀한 탐상작업이 수행될 수 있다.

이상, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 고안에 따른 초음파 탐상장치는 피검사재인 소정 튜브의 중공에 대한 투입깊이나 내경 불균형에 관계없이 탐촉지점과 초음파 탐촉자 간의 거리를 튜브의 길이방향을 따라 일정하게 유지할 수 있으므로 높은 정밀도로 탐상작업이 수행될 수 있다.

상기와 같은 본 고안의 초음파 탐상장치는 지지암 어셈블리가 튜브의 내벽에 밀착되도록 탄성바이어스 되므로 검사대상이 되는 튜브의 길이나 내경에 대한 제약없이 각종 튜브 구조의 탐상에 범용성 있게 적용될 수 있는 장점이 있다.

Claims (8)

1. 피검사재인 소정 튜브의 중공 내에 슬라이딩 가능하게 투입되는 한편, 관절에 의해 상기 튜브의 내벽 방향으로 선택적으로 벌어지는 지지암 어셈블리;

   상기 지지암 어셈블리에 있어 튜브의 내벽에 인접한 부분이 상기 내벽에 밀착되는 방향으로 바이어스 되도록 탄성력을 제공하는 탄성부재;

   상기 지지암 어셈블리의 적어도 일측에 고정되는 초음파 탐촉자; 및

   상기 지지암 어셈블리를 튜브의 중공을 따라 수평이송시키는 구동부;를 포함하는 초음파 탐상장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 지지암 어셈블리가, 실질적으로 마름모 형상을 이루도록 네 개의 관절에 의해 지지암들이 상호 연결되고,

   상기 마름모 형상의 지지암 어셈블리에 있어, 대칭되는 두 개의 관절이 상기 튜브의 내벽에 인접하는 한편, 나머지 두 개의 관절 중 일측에는 상기 구동부의 커넥팅로드가 연결된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 커넥팅로드가 튜브의 축을 중심으로 -185˚~ +185˚의 범위에서 시계방향과 반시계방향으로 번갈아 회전하도록 설치된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 탄성부재가,

   튜브의 내벽에 인접한 두 개의 관절이 상호 이격되는 방향으로 탄성력을 제공하도록 상기 두 개의 관절 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상장치.
5. 제 2항에 있어서,

   튜브의 내벽에 인접한 두 개의 관절에 각각 고정되어 직접적으로 튜브의 내벽에 접촉하는 슬라이딩 브라켓;을 더 포함하고,

   상기 초음파 탐촉자가 튜브의 내벽으로부터 이격된 상태로 상기 슬라이딩 브라켓에 내설된 것을 특징으로 하는 초음파 탐상장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 튜브가 그 축을 중심으로 일정속도로 회전하도록 회전력을 제공하는 동력제공부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 동력제공부가,

   이동용 바퀴를 구비한 이동대차 본체;

   상기 이동대차 본체 상에 설치되어 피검사재인 튜브를 하부에서 지지하는 한 쌍의 롤러; 및

   상기 롤러에 회전력을 제공하여 실질적으로 튜브를 그 축을 중심으로 일정 속도로 회전시키는 모터부;를 더 포함하는 초음파 탐상장치.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 튜브의 일단에서 타단 방향으로 투입되면서 튜브를 연마하는 브러쉬부재;

   상기 튜브의 타단에 그 유입구가 정렬되는 덕트; 및

   상기 덕트를 매개로 하여 튜브 내의 연마 분진을 흡입, 포집하는 더스트 컬렉터;를 더 포함하는 초음파 탐상장치.