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KR101097814B1 - 표면 검사 방법 및 표면 검사 디바이스 - Google Patents

표면 검사 방법 및 표면 검사 디바이스 Download PDF

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KR101097814B1
KR101097814B1 KR1020070119218A KR20070119218A KR101097814B1 KR 101097814 B1 KR101097814 B1 KR 101097814B1 KR 1020070119218 A KR1020070119218 A KR 1020070119218A KR 20070119218 A KR20070119218 A KR 20070119218A KR 101097814 B1 KR101097814 B1 KR 101097814B1
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마사키 요다
히데히코 구로다
이타루 치다
후카시 오사카타
사토시 야마모토
겐타로 츠치하시
료이치 사에키
마사히로 요시다
데츠로 아이카와
사토시 오카다
토루 오노데라
아키라 츠유키
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Abstract

레이저 보수 장치는 레이저 광원과 광학 시스템을 포함하고, 레이저 광을 발광하는 레이저 시스템과, 상기 레이저 시스템으로부터 발광된 상기 레이저 광을 전송하는 광전송 디바이스와, 상기 광전송 디바이스에 의해 전송된 레이저 광을 대상 부분에 조사하는 레이저 조사 디바이스를 포함한다. 상기 레이저 시스템은 상기 레이저 광의 조사 상태를 변경시키기 위한 소자를 포함한다.
레이저, 광원, 디바이스, 메커니즘, 조사

Description

표면 검사 방법 및 표면 검사 디바이스{SURFACE INSPECTING METHOD AND SURFACE INSPECTING DEVICE}
본 발명은 결함 검출의 기술 분야에 관한 것으로, 초음파, 바람직하게는 레이저를 이용한 보수, 보수 장치에 관한 것이며, 레이저 비파괴 테스트 및 레이저 예방 보수가 실행될 수 있고, 구체적으로 초음파, 즉, 레이저 기반(또는 단순히, 레이저)에 관한 것이며, 보수 기기는 디바이스를 교체하지 않고 결함 테스트와 예방 보수를 실행할 수 있다. 또한, 본 발명은 표면 테스트 또는 검사에 관한 것이며, 또한 레이저 등과 같은 초음파를 이용하는 처리 기술에 관한 것으로, 상술한 레이저 보수 기술에 관한 것이다.
원자로에서 관 형상 구조의 연속적인 비결함을 확보하는 한 방법으로는 구조에 크랙이 발생하지 않았는지 또는 그것의 재료 열화가 없는지의 여부를 비파괴적으로 검사(테스트) 및 측정하는 것과, 구조의 크랙 또는 열화를 미리 방지하는 개선/처리를 채용하는 것이 있다.
다음으로, 원자로에서의 대표적인 관 형상 구조인 하향식(bottom-mounted) 계기관(instrumentation tube)에 관하여 설명을 한다.
하향식 계기관은 반응로의 외측으로부터 반응로의 내측으로 중성자 선속(flux) 등을 가압수형 원자로의 원자로 중심부 근방으로 안내하기 위한 안내관이며, 용접되어 있는 반응로 용기의 기부를 관통하게 된다. 중심부에서의 중성자 선속은 원자로의 동작 상태를 직접적으로 나타내는 파라미터이며, 이 측정을 다루는 하향식 계기관의 비결함을 확보하는 것은 발전소의 안전한 작동의 관점에서 중요하다.
하향식 계기관용 비파괴 테스트 디바이스는 도 74와 도 75에 나타낸 바와 같이 일본 실용신안 등록 제2590283에 제안되어 있다. 이 디바이스는 원자로 용기(1) 내에 기부 상에 위치한 테스트 하향식 계기관(2)에 대해 상승 및 하강이 가능한 비파괴 테스트 디바이스(3)이며, 가느다란 관 형상 본체(4)를 갖는다. 하향식 계기관(2)용 비파괴 테스트 디바이스(3)의 이 본체 내측에는 하향식 계기관을 그 선단에서 테스트하기 위한 테스트 센서(5)를 갖는 안내 디바이스(6)와, 테스트 센서(5)를 하향식 계기관에 삽입 및 추출하기 위한 센서 삽입/추출 디바이스(7)와, 하향식 계기관에서 테스트 센서를 위치 전환 시키기 위한 위치 전환 디바이스(8)가 설치되어 있으며, 또한 본체(4)의 저면 단부에 하향식 계기관(2)용 클램프 디바이스(9)를 갖는다.
반면에, 높은 에너지 밀도, 피크 전력, 간섭성(coherence), 간섭성의 직진 전파 등과 같은 특성들을 이용함으로써, 구조에서의 크랙 검출, 크랙의 측정, 응력 측정, 재료 혼합물 측정, 거리 측정, 진동 측정, 형상 측정, 온도 측정 등과 같이 원자로 내에서 재료를 테스트/측정하거나, 재료 표면의 응력 개선, 용액 취급, 클 래딩(cladding), 접착 물질의 제거, 연마, 크랙 제거, 크랙 밀봉, 용접, 절삭 등과 같이 원자로 내에서 재료를 교정/처리하는데 레이저 기술을 이용할 수 있다(예를 들어, Sano et al. "Underwater Maintenance Technology Using Laser for Nuclear Reactors", Welding Technology May 2005, P78-82(2005)).
원칙적으로는, 높은 온도, 높은 위치, 과량의 방사장, 복잡한 형상을 갖는 부분 등이나, 비접촉 기술이 요구되어 접근이 열악하고 멀리 떨어져 있는 부분 등과 같이 문제가 되는 부분에 접근하는 것이 곤란한 경우에서는 이러한 레이저 기술이 효과적으로 이용된다. 광섬유 기술을 이용하여 좁은 부분, 차폐물의 내측, 배관의 내면 등과 같은 문제가 되는 부분에 레이저 빔을 공간적으로 송신하는 것이 곤란하다(Yoda et al.: "Transfer of 20MW Laser Pulses by Optical Fiber and Applications Thereof" Laser Research Vol. 28, No.5, P.309~313(2000)).
특히, 레이저 기술을 이용하는 비파괴 테스트 기법으로는 레이저 초음파학이 있다. 이 레이저 기술은 조성 재료상에 펄스 레이저 빔이 조사될 때 발생된 왜곡을 이용하는 초음파를 전송하는 단계와, 다른 조성 재료상에 조사된 수신 레이저 빔의 간섭 효과를 이용하여 초음파를 진동 신호로서 측정하는 단계를 포함하며, 예를 들어 "Yamawaki: "Laser Ultrasonics and Non-Contact Material Evaluation". Welding Society Journal Vol. 64, No.2, P.140-108(1995)"으로 알려져 있다. 일반 접촉식 디바이스로 전송되고 수신된 초음파와 같은 동일한 방법으로, 이 방법으로 전송되고 수신된 초음파는 구조의 크랙 검출과 재료 측정의 다양한 형태에 사용될 수 있다.
또한, 레이저 초음파를 이용하여 결함을 검출하기 위한 방법에 관하여는, 일본국 공개특허 제2000-180418호 공보에 개시된 표면 테스트 디바이스가 이미 공지되어 있다. 이 공보에 개시된 표면 테스트 디바이스는 측정의 문제가 되는 부분인 조성 재료에서의 크랙을 조성 재료에서 크랙의 반사된 여기 초음파의 반사 에코(echo)로부터 찾아내는 방법을 가능하게 하고, 또는 레이저의 전송과 수신 위치 사이에서의 조성 재료에서 발견된 크랙을 고정시키기 위해 레이저를 조사하여, 여기 초음파 전파 특성으로부터 크랙의 깊이를 측정하는 기술에 관련된다.
레이저 초음파를 이용하여 반응로 내에서 관 형상 구조의 비파괴 테스트 기술에 관하여, 일본국 공개특허 제2005-40809호 공보에 레이저 조사 디바이스가 공지되어 있다. 도 76에 나타낸 바와 같이, 초음파 전송 레이저 빔(이하, 전송 레이저 빔 L1)과 초음파 수신 레이저 빔(이하, 수신 레이저 빔 L2)의 두 개의 레이저 빔이 테스트의 문제가 되는 부분인 관 형상 구조상에 조사되고, 문제가 되는 부분에서의 크랙이 여기된 초음파 신호를 이용하여 검출된다.
일본국 실용신안 등록 제2590283에 기술된 바와 같이, 하향식 계기관용 비파괴 테스트 디바이스는 기지의 구조에 테스트 센서를 이용하여 하향식 계기관의 비파괴 테스트를 용이하게 구현할 수 있다.
그러나, 만약 하향식 계기관의 비파괴 테스트에서 조성 재료에 아무런 크랙도 발견되지 않는 경우에도, 앞으로 조성 재료에서 발생하는 크랙을 예방하는 예방 보수가 필요한 경우가 있다. 예를 들어, 레이저 기술을 적용하여 조성 재료의 재 료 표면에서의 응력을 개선시키는 등과 같이 예방 보수가 매우 일반화되고 있지만(레이저 피닝(peening) 기술), 기지의 구조에 테스트 센서를 이용하는 하향식 계기관용 비파괴 테스트 디바이스의 경우에는, 레이저 보수 기기가 비파괴 테스트 디바이스와 개별적으로 준비되어야 하고, 디바이스들은 테스트 작업이나 보수 작업이 실행될 때마다 교체되어야만 한다. 예방 보수를 위한 테스트로 인해 매 태스크마다 비파괴 테스트 디바이스와 레이저 보수 기기를 교체하는 것은 전체 태스크의 예상 작업 시간을 연장시키서, 비용이 증가하는 문제를 야기하게 된다.
반면에, 레이저 초음파 결함 검출 디바이스에 있어서는, 하향식 계기관의 내부 실린더 면의 결함 검출 테스트에 대해 기본 디바이스 구성과 결함 검출 방법을 이용하는 기초 기술에 관하여 제안이 이루어졌지만, 레이저를 이용하여 예방 보수와 결합된 하향식 계기관용 비파괴 테스트 디바이스의 전체 시스템에 관하여는 제안되지 않았다.
또한, 본 발명은 상술한 레이저 보수 기기에 설치된 레이저 조사 디바이스에 관한 것이다.
즉, 최근, 원자력 발전에서의 반응로 건설물에서와 같은 설비나 건설 재료가 제공 기간 동안에서의 조기에 변질되는 것을 방지하는 예방 보수 기술이나, 변질이 발생할 경우에는, 수리, 보수, 및 변질이 더 악화되는 것의 방지 등과 같은 보수 기술에 대한 필요성이 증대되고 있다.
광섬유 기술은 또한, 좁은 부분, 차폐물의 내측, 배관의 내면 등과 같은 문제가 되는 부분에 레이저 빔을 공간적으로 송신하는 것이 곤란한 곳이라도 효과적 으로 이용될 수 있다.
펄스 레이저 광이 재료상에 조사될 때 발생하는 탄성 영역에서의 왜곡을 이용하여 초음파를 송신하며, 또한 재료상에 조사되는 수신 레이저 광의 간섭성 효과를 이용하여 초음파를 발진 신호로서 측정하는, 예를 들어 상술한 공보에 개시되는 초음파 레이저 기술이 표면 테스트 기술로 이용한다.
이 기술에 따르면, 일반 접촉식 소자로 송신 또는 수신된 초음파와 마찬가지로, 초음파의 송신 및 수신하는 것은 다양한 크랙 테스트나 재료 측정에 이용될 수 있다.
도 76에 나타낸 바와 같이, 이 기술에 의하면, 광학 시스템 컨테이너, 광섬유 등과 함께 형성된 조사 헤드는 테스트 대상인 좁은 관의 실린더 부분 내로 삽입되고, 전송 레이저 광(초음파 여기용 레이저 광)과 수신 레이저 광(크랙 테스트 측정용 레이저 광) 모두는 실린더의 내면에 대해 실린더와 동일한 방향이며, 또한 실린더의 축 방향을 향하여 변위된 위치로 조사된다.
도 77에 나타낸 바와 같이, 전송 레이저 광 L1은 송신 지점 E에서 여기된다. 짧은 전송 시간에 수신 지점 R(수신 레이저 광 L2의 조사 위치)에 도달한 직접 표면파(104a)는 실린더 CY의 축 방향에 대해 둘레 방향으로 발생하는 크랙을 검출한다.
실린더 CY를 긴 전송 시간을 갖고 선회하며 수신 지점 R에 도달하는 선회 표면파(104b)는 실린더 CY의 축 방향으로 발생하는 크랙을 검출한다.
크랙을 갖는 테스트 대상이 상술한 바와 같이 실린더의 내면인 경우에, 노이즈와 크랙 깊이 측정 등과 같은 몇몇 문제가 있다.
즉, 크랙의 테스트 대상이 실린더의 내면인 경우에, 공간이 상대적으로 고립되어 있으므로, 전송 레이저 광 L1으로부터 충격파 등과 같은 다른 모드의 초음파 신호가 노이즈로서 혼합된다. 또한, 크랙 깊이를 측정하는 경우에, 전송 레이저 광 L1과 수신 레이저 광 L2인 두 개의 레이저 광은 크랙을 사이에 끼우도록 조사되어야한다. 그러나, 종래의 경우와 마찬가지로 송신 및 수신하는 위치가 단지 일정 거리로부터 동일한 방향으로 조사하는 경우, 테스트 대상의 축 방향으로 발생된 크랙은 사이에 끼워질 수 없고, 크랙의 깊이 측정은 곤란해진다.
또한, 광소자를 내부에 포함하는 조사 헤드의 형태에 의하면, 그 조사 헤드의 형태에 따라, 테스트 대상인 실린더의 내면이 미세한 곡선 부분을 갖는 경우에는, 조사 헤드의 테스트 대상인 실린더에 삽입하고 제거하는 작업이 비능률적으로 된다.
또한, 상술한 본 발명은 레이저를 접촉하지 않고 테스트 대상에 조사하고, 초음파를 여기시키기 위한 레이저 초음파 검사 디바이스와 이것을 포함하는 시스템에 관한 것이다.
지금까지는, 초음파를 이용하여 테스트 대상의 결함 검사 방법에 있어서는, 도 78에 나타낸 초음파 결함 검출 방법이 알려져 있다. 이 종래의 방법에 의하면, 먼저, 압전기 디바이스를 포함하는 전송측 표면파 프로브(203a)는 전송측 접촉 매 질(202a)을 경유하여 테스트 대상(201)과 접촉되어 있다. 이 상태에서, 전기 신호가 전송기(204)로부터 전송측 표면파 프로브(203a)에 인가되고, 초음파가 표면파 프로브(203a)로부터 테스트 대상(201)의 내측으로 전송되며, 표면파(205)가 전송된다.
그 다음, 표면파(205)는 테스트 대상(201)의 표면을 가로질러서 전파되고, 송신측 접촉 매질(202b)을 경유하여 압전기 디바이스를 포함하는 수신측 표면파 프로브(203b)에 도달한다. 이 도달한 신호는 수신측 표면파 프로브(203b)에서 수신되고, 압전기 디바이스에 의해 전기적 신호로 변환되어 결함 검출 유닛(206)에 입력된다. 전송기(204)로부터의 전송 신호는 또한 이 결함 검출 유닛(206)에 입력되고, 전송 신호의 전송 시간과 수신 신호의 시간 사이의 차이 Δt, 즉, 표면파(205)가 테스트 대상(201)의 표면을 가로질러서 전파될 때의 시간이 측정된다.
전송측과 수신측 표면파 프로브(203a, 203b) 사이의 간격 L과 표면파(205)의 음속 vs를 알고 있다고 가정할 경우, 이들은 L=vs·Δt의 관계를 갖는다. 여기서, 테스트 대상(201)의 표면이 무시될 수 있는 깊이 D의 개구를 갖는 결함(207)을 포함할 경우, 표면파(205)의 일부(205a)는 결함 부분 주위로 나아가고, 결과적으로 전파 시간 ΔtD는 결함이 없는 경우의 전파 시간 Δt보다 더 길어지게 된다.
따라서, 이 전파 시간 ΔtD를 측정할 때, 본질적으로 측정되는 전파 시간 L/vs와 ΔtD 사이의 비교를 통하여 결함(207)이 존재하는 것을 검출할 수 있고, 또한 D=(vs·ΔtD-L)/2의 관계로부터 결함의 깊이 D를 산출할 수 있다.
도 79는 초음파를 이용하는 종래의 표면 검사 방법을 나타낸다. 이 방법은 표면파 프로브(203)에 의한 전송과 수신 모두에 대해 표면파 프로브(203)로부터 접촉 매질(202)를 경유하여 테스트 대상(201)의 내측에 전송된 표면파(205)에 의거하여 개구 단부와 결함(207)의 저부에서 결함 파(208a, 208b)를 재수신하기 위한 것이다. 이 방법에 의하면, 결함 파(208a)의 표면파 프로브(203)에 도달 시간 Δta와 결함 파(208b)의 표면파 프로브(203)에 도달 시간 Δtb는 2D=vs·(Δta-Δtb)의 관계를 갖고, 결함의 깊이 D는 결함 검출 유닛(206)에서 Δta과 Δtb를 측정함으로써 획득될 수 있다.
반면, 근년에, 표면파 프로브(203)와 접촉 매질(202)을 사용하지 않고 레이저 광을 이용하여 표면파(205)의 전송/수신을 대체하는 방법이 제안되었다. 레이저 광을 이용하는 이 비접촉 표면파 전송 방법은 높은 에너지의 짧은 펄스를 갖는 레이저 광이 어떤 테스트 대상에 조사될 때의 현상을 이용하는 것으로, 열적 응력이나 레이저 에너지의 흡수로 인한 증발(침식) 압축력이 레이저 광 조사 지점 부근에 발생되고, 이 영향으로 인한 왜곡이 대상 내에서 표면파가 전파되도록 한다.
또한, 레이저 광을 이용하는 다른 비접촉 표면파 수신 방법으로는, 레이저 광을 테스트 대상(201)에 조사하여 반사광을 수신함으로써, 레이저 광의 이동 방향의 진동, 반사광의 위상차, 주파수 변이량 등에 의거하여 테스트 대상 표면에 표면파가 여기되는 미세 진동을 측정하기 위한 방법이 있다. 상기 이전 기술은 예를 들어 J. D. Aussel("Generation Acoustic Waves by Laser: Theoretical and Experimental Study of the Emission Study of the Emission Source," Ultrasonics, vol.24(1988), 246-255) 또는 C. Chenu("Defect Detection by Surface Acoustic Waves Generated by a Multiple Beam Laser," Proc. of IEEE Ultrasonics Symposium(1995), 821-824)에 개시되어 있다.
그러나, 상기 종래의 초음파 결함 검사 방법에 의하면, 테스트 대상에 표면파 프로브(203, 203a, 203b)를 설치할 때 접촉 매질을 공급하는 것이 필요하다. 또한, 테스트 대상이 소형인 경우나, 테스트 대상이 좁은 부분에 위치하는 경우에는, 표면파 프로브를 설치하는 것이 곤란해진다.
더욱이, 레이저 광을 이용하는 종래 비접촉 결함 검사 방법은 좀 더 상세한 데이터를 획득하고 향상된 해상도로 결함을 검사하기 위해 데이터 획득 시간을 크게 한다는 문제가 있다. 따라서, 획득된 데이터를 기록하기 위한 기록 매체의 용량과 결함 부분 검출 분석 시간이 증가한다는 문제를 갖고, 상당히 많은 양의 데이터로부터 필요한 부분만을 추출하기 위해 복잡한 작업이 야기된다.
본 발명은 또한 상술한 레이저 보수 장치와 관련된 레이저 초음파 수신 디바이스를 포함하고, 더욱 상세하게는, 안정된 상태에서 장기간에 걸쳐 높은 정밀도로 결함 검출 동작을 수행하기 위하여, 디바이스 상태의 감시 기능과 디바이스 상태의 최적화 기능을 갖는 레이저 초음파 수신 디바이스를 포함한다.
초음파 기술은 크랙이나 재료 표면에 발생하는 균열이나 내부 결함을 검출하기 위해 대단히 효과적인 수단이고, 또한 재료 특성 분석을 실행하기 위해 대단히 효과적인 수단이다. 일반적인 검출 동작에 의하면, 압전기 소자 등과 같은 수신 소자를 초음파의 전송 매체와 접촉한 상태로 배치하여 초음파를 수신하지만, 이는 레이저 광과 "Optical detection of ultrasonic"(Monchalin, J. -P., et al., Ultrasonic IEEE Transaction on Ultarafanic), "Ferroelectrics, and Frequency Control 33, 1986, pp.485-499)에 개시된 바와 같이 수신 광학 시스템을 이용하여 대체될 수 있다.
레이저 광에 의한 초음파 수신 방법은 비접촉 원리에 있다. 측정의 문제가 되는 부분이 높은 온도 상태에 있거나, 매우 소형이고 복잡한 형상이어서 테스트 설비와 접촉이 곤란하거나, 매우 근접한 상태에서 접근할 수 있는 능력이 열악하고 원격 비접촉 측정 방법이 요구되는 경우에 있어서 이 애플리케이션이 기대되어 진다.
레이저를 이용한 초음파 수신 기술은 충분히 긴 펄스를 갖는 발진 레이저 광을 수신 지점에 조사하고 초음파의 전송 시간이나 연속적인 발진과 비교하고, "Laser-ultrasonic inspection of the composite structure of an aircraft in a maintenance hanger"(by Choquet, M.. et al., Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation, vol. 14, 1995, pp.545-552)에 개시된 바와 같이 직접 전진이나 간섭성, 또는 그 발진 속도를 이용하여 초음파에 의해 유도된 수신 지점의 표면 변위를 검출하는 기술이다.
레이저 초음파 수신 방법용으로 사용하기 위한 광학 시스템으로서는, 마하-젠더(Mach-Zehnder) 간섭계, 패브리-페로 간섭계, 위상 공액(phase conjugation) 성분을 갖는 이광파 혼합(two-wave mixing)법, 및 나이프 에지(knife-edge)법이 "Laser Ultrasonics and Non-Contact Material Evaluation"(by Yamawaki, Welding Society Journal Vol.64, No.2, P104-P108(1995))에 개시된 바와 같이 제안되어 왔 다.
여기서, 펄스 레이저 광과 패브리-페로 방법이 결합된 전형적인 종래 레이저 초음파 수신 방법과 디바이스를 설명한다. 도 80은 대표적인 종래 레이저 초음파 수신 디바이스의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 80에서, 임의의 발생 프로세스 또는 전송 프로세스에 의거하여 초음파 신호 US가 측정 대상 TP의 표면에 임의의 지점 P에 도달하고, 발진이 이 지점에서 발생한다. 이제, 수신한 펄스 레이저 광원 PDL은 초음파 신호 US와 대략 동기되고 펄스 레이저 광 IL을 발진시킨다.
수신 펄스 레이저 광원 PDL내에 설치된 시드 레이저(401)로부터 발진된 시드 레이저 광은 광 분리기(isolator)(405a)와 전반사 거울(M1, M2)을 경유하여 광 증폭기(402)(MOPA: Master Oscillator Pulsed Amplifier)내로 향하게 되고, 출력은 펄스 형태로 증폭된다. 여기서, 시드 레이저(401)로서, 연속적으로 발진하는 Nd-YAG 레이저 광원이 사용되며, 약 10㎽-1W의 출력을 갖는 주파수 안정화 함수를 갖는다. MOPA는 전원(403)이나 반도체 레이저에 의해 구동되는 플래시(flash) 램프를 갖는 광 증폭 매체를 여기시키고 냉각수 입구 Win으로부터 냉각수 출구 Wout까지 순환시키는 냉각수 W로 냉각된다.
증폭 이후의 수신 펄스 레이저 광 IL은 콜리에이터 렌즈 L1을 갖는 제 1 광섬유(404) 내로 향하고, 조사 헤드 H 내에 설치되는 제 1 한쌍의 렌즈 L2에 의해 측정 대상 TP상의 측정 지점 P에 조사된다. 여기서, 각 광학 소자들의 단면에 의 해 반사되는 반사광이 시드 레이저(401) 또는 광학 증폭기(402)로 향하고, 광학 노이즈가 발생되므로, 광학 분리기(405a, 405b)는 반사광이 시드 레이저(401) 또는 광 증폭기(402)에 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 광 감쇠기(406)는 측정 대상 TP에 조사되는 광 출력을 조정하기 위해 설치할 수 있다.
도 81에 나타낸 바와 같이, 조사 레이저 광 L1은 그것의 광 주파수에 초음파 신호 US(도플러 변이)에 발생하는 표면 발진에 의해 ±□Vd만큼 변조가 되고, 그것의 산란된 성분 SL의 일부는 조사 헤드 H 내에 설치되는 제 2 한쌍의 렌즈 L3로 집광되고, 제 2 광섬유(407)와 콜리메이터 렌즈 L4를 경유하여 패브리-페로 간섭계 FP 내로 향하게 된다. 여기서, 패브리-페로 간섭계 FP 내로 향하게 되는 레이저 광 SL의 일부는 부분 전송 거울 PM1에 반사되고, 그 광량은 기준 광검출기(408)로 측정된다.
패브리-페로 간섭계 FP는 쌍을 이룬 초점을 종종 갖는 두 개의 부분 반사 거울(CPM1, CPM2)을 포함하는 공진기(resonator)이며, 입사광의 광 주파수와 투과광 강도 사이에 도 81에 나타낸 관계가 확립된다. 도 81에서 수평 축은 광 주파수 v를 나타내고, 수직 축은 투과광의 광도 I를 나타낸다. 도 81에 나타낸 바와 같이, 패브리-페로 간섭계 FP는 그것의 투과 광도 I의 특정 광 주파수를 갖는 피크를 갖고, 피크를 전후로 급격히 쇠퇴되는 협대역의 광 주파수 필터로서 동작한다. 피크로 야기되는 광 주파수는 패브리-페로 간섭계 FP의 공진기(즉, 거울 CPM1과 CPM2 사이의 공간)를 조정함으로써 변경될 수 있다. 그러므로, 패브리-페로 간섭계 FP 의 입사광량과 투과광량의 측정값으로부터, 거울(CPM1, CPM2)이 압전 소자(409)에 의해 구동 제어되어 도 81에 나타낸 곡선의 기울기가 최대인 주파수를 만들고, 펄스 레이저 광 IL의 주파수에 일치되고, 초음파 신호 US으로부터 광 주파수 변화 ±vd는 비교적 큰 투과광 강도 변화 ±Id로 변환될 수 있다.
렌즈(405)를 경유하여 광검출기(410)를 갖는 패브리-페로 간섭계 FP를 투과한 광신호를 검출하고, 초음파 주파수 US에 따라 주파수 필터(고역 필터가 주로 사용됨)로 처리함으로써, 초음파 신호 US에 따른 전기 신호가 획득될 수 있다. 검출된 전기 신호는 대략적으로 변환된 신호, 처리된 신호이고, 신호 처리 디바이스(412)에 표시되고, 기록된다. 광검출기(408 또는 410)로는, 핀(PIN)형 광다이오드(PIN-PD), 또는 애벌런치 광 다이오드(APD)가 주로 사용된다.
광검출기(410)의 출력 신호는 투과 광량을 관찰하고 압전기 소자 구동 제어 디바이스(414) 내로 입력시키기 위해 주파수 필터(413)(주로 저역 필터)분리되고 처리되며, 상술한 바와 같이 공진기의 제어를 위해 공급된다.
또한, 상기 설명은 간략화하기 위해 패브리-페로 간섭계 FP의 투과광에 대해 초점을 맞췄지만, 예를 들어 "Modeling of confocal Fabry-Perot interferometer for the measurement of ultrasound"(by Dewhurst, R. J., et al., Meaas. Sci Technol. 5(1994) pp.655--662)에 개시된 바와 같이 동일한 동작을 이용하여 패브리-페로 간섭계 FP로부터 초음파 신호 US도 반사광으로 검출될 수 있다.
도 82에 나타낸 바와 같이, 조사 헤드 H와 하나의 광섬유(415)에 설치된 한 쌍의 렌즈 L6를 사용하는 수신 레이저 광 IL에 의해 측정 대상을 조사하는 것이 공 지되어 있고, 측정된 대상 TP에 산란된 성분 SL을 집광시키는 구성이 또한 공지되어 있다. 이 경우, 광섬유(415)에 의해 측정 대상 TP 측으로부터 패브리-페로 간섭계 FP로 산란되는 산란광 SL은 수신 레이저 광 IL의 광로로부터 빔 분광기(416)에 의해 분리되고, 다음에 결합 렌즈 L7과 광섬유(417)를 경유하여 패브리-페로 간섭계 FP로 안내된다. 산란광 SL과 초음파 수신 레이저 광 IL의 분리를 효과적으로 실행하기 위해서는, 파장판(wavelength plate)과 반사 빔 분광기 등과 같은 반사를 제어하기 위한 광학 소자를 이용하는 반사에 의해 분리 제어가 채택될 수도 있다.
종래의 레이저 초음파 수신 디바이스는 원칙적으로는 비접촉 구조를 갖는 테스트 설비를 가지므로, 다양한 기술 분야에서의 애플리케이션을 기대할 수 있으며, 측정 대상이 고온의 상태에 있거나, 높은 위치 또는 놓은 방사 영역인 경우와, 또는 측정 대상이 매우 작고 복잡한 형상을 가지므로 테스트 설비로 접촉하는 것이 곤란하거나, 근접 접근이 열악하고 원격 비접촉 측정 방법이 필요하는 경우에 기대할 수 있다.
또한, 공지된 기술의 레이저 초음파 수신 방법과 디바이스는 기본적인 원칙으로서 확립되어 있고 실험실 환경 등과 같은 통제된 환경에 충분하게 적용될 수 있다.
그러나, 발전소 또는 제조 라인 등과 같은 환경의 현장에서는, 상술한 바와 같은 종래의 레이저 초음파 수신 방법과 디바이스는 결함이 있는 결함 검출 또는 초음파를 사용한 측정 작업에 많은 시간이 필요하고, 온도 변화 또는 디바이스 설치 환경의 변동, 그리고 온도 변화 또는 디바이스와 함께 사용되는 냉각수의 수 위(water level), 또는 레이저 초음파 수신 방법과 디바이스에 사용된 수신 레이저 여기 플래시 램프의 경시 열화로 인해 최적의 소자의 위치 변위에 의해 다음의 단점들이 야기된다.
(1) 시드 레이저 광의 감소 또는 비정상 발진 출력,
(2) 펄스 레이저 광의 감소 또는 파형 왜곡의 발생 출력,
(3) 광섬유 결합 손실의 증가, 및
(4) 불안정한 제어 또는 패브리-페로 간섭계의 공진기 길이의 불가능한 제어.
즉, 불안정하게 되는 결함 검출 동작과 악화된 디바이스 상태로 인한 결함 검출 정밀도의 감소 등과 같은 치명적인 문제점들이 있었다. 또한, 장기간에 걸쳐 고정된 디바이스 상태를 확보하기 위해서, 빈번히 조정되어야 할 필요가 있는 구동 상태와 구동 동작은 복잡해졌고, 결함 검출 비용은 상당하게 증가했다. 보다 더 안정한 상태에서 장기간에 걸쳐 높은 레벨의 정밀도로 결함 검출 동작이 가능하게 하기 위해서, 디바이스 상태를 적당하게 감시하는 것이 필요하고 필요에 따라 최상의 상태로 리셋하는 것이 필요하다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 상술한 레이저 보수 기술과 관련하여, 초음파, 바람직하게는 레이저를 사용하여 결함 검출을 실행하는 초음파 검사 디바이스와 초음파 검사 방법을 포함한다.
원자력 발전소에서 초음파를 사용하여 비파괴 테스트를 할 경우, 저장 데이터와 테스트 데이터 시간, 테스트 장소 및 테스트 결과를 정확하게 기록하는 것은 중요하다. 또한, 최근에는, 테스트 평가의 주관성과 테스트 결과의 추적가능성이 중요성이 증가하고 있다.
발전 설비의 전체적인 안정성을 평가하기 위해서, 시각적 테스트(VT)이나 초음파 테스트(UT)이 각 주기적인 보수의 대상인 테스트 설비에 대하여 실행된다. 이러한 보수의 경우에, 각 방법에 대해 면허를 가진 사람이 확립된 테스트 절차에 따라 테스트를 실행한다. 특히, UT에 대해서는, 국제 표준화 기구(ISO)의 국제 표준 ISO 9712 또는 일본 비파괴 검사 학회 표준 NIDS 0601에 의거하여 실행된 테스트에 대한 자격을 갖추어야 하고, 이들 면허를 가진 시험자는 미리 정해진 시험 절차에 따라 각 설비에 대해 적절한 테스트를 실행한다.
UT의 경우, 수동 테스트 이외에, 테스트 데이터가 자동 디바이스에 저장되는 방법과, 시험자가 평가를 실행하는 것이 일반화되어 있다. 시험자가 사무실로 돌아간 후에, 리포트는 예를 들어, "JIS Z 3060"에 지정되어 보고하도록 요구된 항목에 따라 시험자에 의해 실행된 테스트로부터의 테스트 결과가 생성된다.
"테스트 날짜"나 "시험 회수 또는 코드", "결함 검출 범위", "결함 검출 데이터", "합격/불합격 및 그 표준" 등과 같은 각 테스트 위치에 필요한 항목에 더하여, "건설자 또는 제작자"나 "프로세스 또는 제품명" 등과 같은 일반적인 성질의 사양 내용이 시험자에 의해 각 테스트 위치에 포함되고, 테스트 리포트는 보고되고 테스트 클라이언트에 제출된다.
이때, 특히 테스트 데이터를 자동 디바이스에 저장하는 경우에는, 저장된 테스트 데이터는 테스트가 실행되었던 현장에서 분석되지 않고, 수동 테스트에서의 절차와 유사하게, 시험자는 사무실로 돌아갈 수 있다.
리포트에 포함되는 내용은 테스트 기술 또는 테스트 대상에 근거하는 "JIS Z 3060"에 더하여, ASME 사양 또는 다른 구체적인 인증 기능 시험에 따라 다를 수 있다.
테스트 현장에서 테스트 데이터를 분석하지 않고 사무실로 돌아간 후에 분석을 실행하는 테스트 방법의 경우에는, 예를 들어 시험자가 기록될 필요가 있는 각 테스트 위치에 대한 "결함 검출 범위"를 기록하는 등의 더 많은 노고가 필요하고, 테스트 리포트를 생성하는 경우에는, 시험자는 "결함 검출 데이터", "결함 검출 범위", 및 상당히 많은 다른 항목들을 리포트에 포함해야 한다.
그러므로, "결함 검출 위치"와 더불어 테스트 대상 결함의 크기를 저장하도록 제안되어 왔다(예를 들어, 일본국 공개특허 평6-265372호 공보 참조).
"결함 검출 위치"와 더불어 테스트 대상 결함의 크기를 저장하는 방법의 경우, 테스트 결과와 그것의 "결함 검출 위치" 등과 같은 정보를 자동으로 저장하고, "결함 검출 위치" 정보와, 시험 위치에 기록되고 후에 리포트에 포함되는 그 결과에 반하여, 리포트를 생성하기 위한 시험자의 작업 부하를 상당히 경감시킨다.
또한, 예를 들어, 일본국 공개특허 제2002-296256호 공보에 개시된 바와 같이, 통신 시스템을 사용하여 테스트 데이터를 테스트 현장으로부터 분석 컴퓨터에 전달하는 방법이 제안되었다.
통신 시스템을 이용하는 방법에 따르면, 시험자는 테스트 현장에 가지 않고도 테스트 결정을 내릴 수 있다.
그러나, 상기 공보는 테스트 데이터의 기록 방법에 관한 설명이 기재되어 있지 않고, 많은 양의 테스트 데이터를 기록하는 경우에는, 테스트 데이터 추적가능성의 전망으로부터, 테스트 후에 테스트 데이터를 분석하기 위해서 또는 몇 년 후에 테스트 데이터를 재검토하기 위해서, 테스트 날짜 및 시간, 테스트한 유닛, 및 결함 검출 범위 등의 테스트 데이터의 정확한 기록이 필요하다. 또한, 테스트 데이터나 테스트 리포트의 변조 방지 또한 필요하다.
본 발명은 또한 노이즈에 의한 영향을 받지 않고 높은 정밀도로 미세한 결함 깊이조차도 측정할 수 있는, 특히 본 발명에 따른 레이저 보수 기술에 관련되는 표면 테스트의 향상된 기술을 포함한다.
결함 테스트와 재료 표면층의 재료 특성을 측정하는 많은 기술은 종종 재료의 표면을 따라 전파하는 탄성파로 기능하는 표면파의 측정을 채용한다.
이러한 결함 테스트는 표면파 프로브를 표면파를 전송하기 위해 초음파 전파 매체를 경유하여 테스트 대상의 표면에 접촉시켜서 실행되고, 이 프로브로 신호를 수신하여 결함 개구 부분으로부터 에코에 의해 결함의 존재를 결정한다.
또한, 결함 개구 부분을 통과하는 신호 성분의 지연 시간을 검출함으로써 결함 깊이와, 결함의 단부 부분에서 반사 또는 회절되는 초음파 성분을 측정하는 기술이 개시되어 있다(예를 들어, "New edition non-destructive-testing engineering," by Yugoro Ishi, Sanpo Shuppan, 1993, P242).
한편, 표면파가 분포하는 특성을 이용하고, 결함을 사이에 끼운 위치에서 발생 및 수신용 프로브 각각을 설치하고, 결함을 발생하는 표면파의 요동에 의거한 결함 깊이를 추정하는 기술이 또한, 예를 들어, 일본국 공개특허 평10-213573호 공보에 개시되어 있다.
개시된 기술에 따르면, 도 83에 나타낸 바와 같이, 소정의 주파수 f를 갖는 신호를 발생하기 위한 발진기(501)가 신호를 발생하고, 발생 초음파 프로브(502)에 의해 표면파로 변환되어 테스트될 대상 TP에 발생된다.
표면파 SR은 테스트될 대상 TP의 표면에 전파되고, 결함 C가 대상 TP에 존재할 경우, 표면파 SR은 결함 C와 작용하여 발생파 ST가 되고, 수신 초음파 프로브(503)가 수신하게 된다. 이 수신 신호는 수신기(504)에 의해 수신되고, 데이터 분석 디바이스(505)에 의해 처리되고, 다음에 결함 C의 존재와 깊이가 산출된다.
발생과 수신을 위해 채용되는 압전 효과를 이용하는 프로브는 접촉형 프로브임에 유의한다. 이 경우, 초음파 전파 매체(506)가 테스트될 대상 TP와 발생 및 수신 프로브(502, 503) 사이에 공급된다.
이 기술은 표면파의 침투(결함) 깊이는 주파수 f에 따라 변하고, 재료 표면층의 결함을 통하여 발생된 표면파의 각각의 주파수에 대한 감쇠비에 의해 결함 깊이를 추정한다. 구체적으로는, 몇몇 다른 주파수 f1, f2 등 fn까지 포함하는 파형이 발생파로서 채용되고, 재료 표면층의 결함을 통하여 발생된 수신파의 각각의 주파수에 대한 감쇠비 α(f)가 비결함 부분을 전파된 수신파에 근거하여 획득되고, 결함 C의 깊이가 감쇠비 백분율에 따라 산출된다.
그러므로, 설명한 종래 기술에 따르면, 결함의 존재뿐만 아니라 그것의 깊이도 각각의 주파수에 대한 표면파의 감쇠비를 산출함으로써 획득될 수 있다.
또한, 발생파의 주파수 성분으로부터 결함의 깊이를 획득하는 기술에 있어서, 표면파의 전파 특성을 식별하는 기술이 제안되어 왔다(예를 들어, 일본국 공개특허 P3735650호 참조).
이 기술은 두 개의 수신 초음파 프로브를 제공하고, 발생 프로브 근방의 수신 프로브에서 결함에 들어가는 표면파 SR을 검출하고, 발생 프로브로부터 먼 수신 프로브에서 결함 C를 통해 발생된 표면파 ST를 검출하고, 이들 두 개의 신호에 의거하여 표면파의 결함 부분에서 전파 특성을 획득한다.
예를 들어, 결함에 들어가는 표면파 신호의 전력 스펙트럼 R(f)와 결함을 통하여 생성된 표면파 신호의 전력 스펙트럼 R(f)에 의해, 결함에 의한 주파수 성분에서의 변화, 즉, 전달 함수 H(f)는 H(f) = T(f)/R(f)로 획득된다.
이는 전파 함수 H(f)의 응답 시간과 컷오프 주파수로부터 논리적으로 결함의 깊이를 식별하거나, 사전에 획득된 교정 테스트 결과를 참조하여 식별한다.
또한, 다중 수신 초음파 프로브를 채용함으로써, 결함의 검출, 그 위치의 식별, 및 결함 깊이의 측정이 동시에 실행되는 것이 제안되었다.
이 기술은 또한 다중 수신 초음파 프로브 대신에 다중 발생 초음파 프로브를 채용함으로써 동일한 작업을 실현할 수 있는 것이 개시되었고, 또한 표면파의 발생 및 수신 방법에 관하여 레이저 초음파 방법과 전자파 방법이 채용되는 것이 개시되었다.
또한, 발생파의 주파수 성분으로부터 결함의 깊이를 획득하는 다른 기술이 상술한 종래 공보에 제공되어 있다.
즉, 상기 종래 기술에서, 결함 C의 길이가 결함 부분을 발생하는 표면파 빔의 폭보다 더 작아질 경우, 표면파의 감쇠량은 결함의 깊이와 길이 모두에 의해 영향을 받게 되어(표면파 빔에서, 그 일부가 결함을 발생함으로써 감쇠되고, 결함을 전송하지 않는 잔여 성분의 혼합 성분으로서 검출), 결함의 깊이의 정확한 검출이 되도록 이들을 구별하여 검출하는 것이 곤란하다.
그러나, 상술한 바와 같이, 표면파 빔의 폭과 비교하여 충분한 길이를 갖고깊이 h를 갖는 결함을 통하여 발생된, 비결함 부분을 발생하는 발생파의 전력 스펙트럼 R(f)와 다양한 발생파의 전력 스펙트럼 Tc(f, h)는 교정 테스트에서 사전에 획득된다. 또한, 미지의 길이와 깊이를 갖는 결함을 통하여 발생된 발생 전력 스펙트럼 T(f, h)이 측정되어, 계수 K를 이용하여 T(f, h) = K×Tc(f, h)+(1-k)×R(f)로 표현된다.
그런 다음, 결함 길이와 결함 깊이 h를 고려하여 파라미터 K를 회귀 산출로 추정한다.
또한, 발생파의 주파수 성분으로부터 결함의 깊이를 획득하는 다른 기술이 일본국 공개특허 제2001-4599호 공보에 개시되어 있다.
이 기술은 다중 주파수 성분을 포함하는 초음파를 채용하고, 테스트 대상을 발생하는 초음파의 발생량을 표준화하고, 표준화된 발생량의 주파수 분포 패턴으로부터 표면 결함의 형태 및 깊이를 검출한다.
상기 특허 공보에 개시된 기술들은 결함을 통하여 발생된 표면파의 주파수 성분의 감쇠에 대해 초점을 맞춰 결함의 깊이를 측정하는 것으로, 결함의 길이를 효과적으로 정확하게 설계될 수 있다.
그러나, 이들 기술은 다음과 같은 몇몇 문제점들을 포함한다. 노이즈 발생이 첫 번째 문제점이다. 이 노이즈 문제에 있어서, 도 84에 나타낸 바와 같이, 수평축을 주파수 f로 취하고, 수직축을 전력 P로 취할 경우, 노이즈가 도 84에서 점선으로 나타낸 유효 전력 스펙트럼에 인가될 경우, 이는 실선으로 나타낸 바와 같이 울퉁불퉁한 포물선이 되고, 비교적 상당한 측정 오차가 유효 전력 스펙트럼에 대하여 발생한다.
특히, 상술한 종래 기술은 불연속 및 유효 개수의 주파수에 주목하여 초점을 맞추고, 각각의 주파수에서 감쇠비 α(f) 또는 전력 T(f, h)에 의거하여 결함 깊이를 추정하는 기술을 채용하므로 노이즈의 영향이 크고, 측정 오차가 발생하여, 측정 값에 관해 어느 정도 불확실성을 포함하였다.
측정 정밀도가 두 번째 문제점이다. 즉, 프로브 또는 전송기/수신기의 밴드폭, 또는 재료의 각각의 주파수에 대한 감쇠 특성에 따라 결함 깊이가 측정될 수 있으므로, 비교적 얕은 결함 또는 비교적 깊은 결함에 대하여 측정 정밀도는 악화된다.
이러한 문제점을 더욱 상세히 설명한다.
일반적으로, 표면파는 한 파장의 표면층 부분에 걸쳐서 국부에 집중되는 특성이 있다. 표면파의 음속이 2900m/s의 재료인 예를 들어, 스테인리스 스틸에 있어서, 각각의 주파수의 표면파의 침투(결함) 깊이는 도 85에 나타낸 바와 같이 0.1MHz 내지 100MHz의 주파수에서 현저하게 변화하는 깊이 도면을 형성한다.
예를 들어, 상술한 종래 기술은 10MHz까지 밴드폭을 갖고 6MHz에서 피크를 갖는 초음파를 채용한다. 도 85에서 이 피크 주파수 6MHz를 도시할 때, 이것의 침투 깊이는 0.5㎜를 나타낸다. 따라서, 만약 0.5㎜ 이하의 미세한 결함 깊이를 측정할 경우에는, 주파수 밴드는 6MHz보다 더 높은 주파수 영역이 된다. 결과적으로, 0.5㎜ 이상의 결함 깊이를 평가할 때보다 더 약한 신호 전력으로 평가가 실행된다. 이는 예를 들어, 주로 10HHz의 표면파 성분을 갖는 평가될 0.3㎜ 이하의 결함 깊이와 주로 6MHz의 표면파 성분을 평가될 0.5㎜의 결함 깊이 사이에서 평가될 신호의 신호대 노이즈 비(SNR)의 열화를 의미하고, 결과적으로 그 측정 정밀도에서의 차이를 야기한다. 즉, 결함이 더 미세해질수록, 결함 깊이의 평가는 더 열악해진다.
낮은 주파수로부터 높은 주파수 밴드까지 넓고 평탄한 전력 스펙트럼 분포를 갖는 초음파 신호를 발생되고/수신될 초음파 신호 강도로 채용함으로써 이러한 문제점을 회피할 수 있다.
그러나, 일반 압전 디바이스를 채용하는 초음파 프로브를 이용하여 광역 특성을 실현하기 위해서는 많은 비용이 필요하다. 고주파수 밴드에 있어서, 넓고 평탄한 전력 스펙트럼 분포를 갖는 초음파 신호가 발진될 수 있고 재료 내에서의 전파 감쇠가 각각의 주파수에 대해 다르더라도, 고주파수 영역의 신호 강도는 신호를 수신할 때 감소되고, 미세 결함 깊이의 측정 정밀도는 악화된다.
또한, 발생파의 주파수 성분으로부터 결함의 깊이를 획득하는 다른 방법으로는 다중 주파수 성분을 포함하는 초음파를 채용하는 기술을 특징으로 하는 표면 결 함을 검출하는 방법이며, 검사될 본체를 발생하는 초음파의 발생량은 각각의 주파수에 대해 획득되고, 그런 다음 각각의 주파수에 대해 획득된 검사될 본체의 비결함 부분을 발생하는 초음파의 발생량을 표준화하고, 예를 들어 일본국 공개특허 제2001-4600호 공보에 개시된 바와 같이 표준화된 발생량의 주파수 분포 패턴으로부터 표면 결함의 형태와 깊이를 검출한다.
다른 초음파 검출 디바이스에 있어서는, 예를 들어 일본국 공개특허 제2000-241397호 공보에 개시된 바와 같이, 결함이 없는 비결함 부분과 결함 부분의 발생 초음파의 감쇠비 또는 진폭의 발생 시간 비에서의 변화에 의거하여 결함의 존재를 결정하는 기술이 제시되어 있다.
그러나, 이들 종래 기술은 표면 상태에 따라 측정된 각각의 표면파에서 발생하는 편차 문제점을 갖게 된다.
즉, 테스트될 대상에 초음파를 발생할 때, 압전 디바이스의 경우에는, 테스트될 대상에 가압되는 강도에 대한 편차가 각 검사되는 부분에 대해 변하는 경우가 종종 있어서, 초음파 신호 레벨이 변하게 된다.
또한, 전자기 초음파 방법에 있어서, 초음파 신호 레벨은 테스트될 대상에 대하여 발사 순간에서의 변화로 인해 각 검사 부분에 대해 변하게 된다. 이는 테스트될 대상이 굴곡을 포함하는 경우나 프로브의 구동 메커니즘의 구동 정밀도에 의한 경우 등과 같이, 특히 현재의 컴포넌트를 실행할 때에 문제를 발생시킨다.
또한, 레이저 초음파 방법에서, 표면 상태에서의 편차는 수신 감도와 여기되는 초음파 신호 레벨의 편차를 야기한다.
일반적으로, 이들 편차는 각각의 검사된 부분에 대한 표면 상태의 편차에 의해 야기되며, 측정 디바이스의 설치 위치 오차는 결함 깊이 측정 오차를 야기한다.
또한, 종래 기술에 있어서는 결함의 존재의 결정과 크기 측정을 실행하기 위해 비결함 부분과 결함 부분 사이에 초음파의 발생량을 비교할 때 발생하는, 비결함 부분에서의 평가 인덱스 값의 편차와 결함 부분에서의 평가 인덱스 값의 편차에 의해 결함 깊이의 추정에서의 오차로 인한 그 밖의 문제가 생기게 된다.
또한, 상기 종래 공보에 나타낸 대부분의 종래 기술은 결함의 존재와 깊이를 추정할 때의 비결함 부분과, 진폭과 주파수에서의 변화량에 의거하여 결함의 존재와 깊이를 추정할 때에 비결함 부분과의 비교를 실행한다. 그러나, 실제의 측정에 있어서는, 비결함 부분에서 측정된 다중 데이터에서조차도 편차가 발생하고, 그 편차는 때로 결함 부분의 변화량으로서 잘못 취해진다.
이들 기술들은 상술한 바와 같이 압전 디바이스의 경우에 비결함 부분과 결함 부분이 동일한 감도로 측정될 수 있다는 가정을 하였지만, 가압 강도와 가압된 상태에 대한 편차는 측정 오차를 야기하고, 전자기 초음파 방법에서의 발사 순간과 레이저 초음파 방법에서의 표면 상태는 측정 오차를 야기한다. 결과적으로, 비결함 부분과 결함 부분과의 정확한 비교가 곤란해 진다.
종래 기술의 다른 문제점은 결함의 깊이에서의 변화를 정확하게 측정하는 경우 또는 재료 자체에 의해 초음파를 강하게 분산시키는 경우에 있다. 변화가 발생 된 표면파의 변화량에 의해서만 검출되지 않는 경우가 야기될 수도 있다. 결과적으로, 결함의 깊이를 측정하는 것이 종종 곤란해진다.
본 발명은 상술한 기술에서 직면한 상기 사정을 감안하여 안출된 것으로 본 발명의 주요 목적은 레이저-초음파와, 디바이스의 상당 부분이 레이저 초음파 결함 검출 등과 같은 비파괴 테스트와 레이저를 이용하여 재료 표면의 응력 개선 등과 같은 예방 보수 사이에 분리될 수 있는 보수 장치 등과 같은 레이저 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 레이저 보수 기기와 관련하여 레이저 조사 디바이스를 제공하는 것으로, 조사 헤드는 노이즈 간섭을 방지하고 테스트 대상의 축방향과 주위 방향으로 발생하는 크랙과 그 깊이의 용이하고 정확한 검출을 제공하면서 용이하게 삽입 또는 제거될 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 레이저 보수 기기와 관련하여, 임의의 현장에 사용하기에 적합한 디바이스 상태의 감시 기능을 가지며, 안정한 상태에서 장기간 동안 높은 정밀도로 결함 검출을 실행할 수 있는 레이저 초음파 검출(또는 수신) 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 레이저 보수 기기와 관련하여 레이저 초음파 검사 디바이스를 제공하는 것으로, 테스트 대상의 결함을 검출하기 위한 결함 검출 수단 내로 입력되는 데이터가 선택적으로 감소되고, 또한 데이터 기록과 데이터 분석용 저장 용량이 줄어든다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 레이저 보수 기기와 관련하여 테스트 데이 터와 테스트 결과의 추적가능성을 갖는 초음파 검사 디바이스와 초음파 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상술한 레이저 보수 기기와 관련하여, 표면 테스트 또는 검사 디바이스와 표면 테스트 또는 검사 방법을 제공하여, 표면파 이외의 초음파 테스트 또는 검사될 각각의 대상의 편차에 의해 야기된 초음파의 불규칙성을 교정하여 높은 정밀도로 깊이 측정을 실행하는 것이다.
상기 및 그 밖의 목적은,
레이저 보수 장치로서,
레이저 광원과 광학 시스템을 포함하고, 레이저 광을 발광하는 레이저 시스템과,
상기 레이저 시스템으로부터 발광된 상기 레이저 광을 전송하는 광전송 디바이스와,
상기 광전송 디바이스에 의해 전송된 레이저 광을 대상 부분에 조사하는 레이저 조사 디바이스를 포함하고,
상기 레이저 시스템은 상기 레이저 광의 조사 상태를 변경시키기 위한 소자를 포함하고, 상기 레이저 시스템의 상기 레이저 광의 상기 조사 상태는 결함 검출과 예방 보수로 설정되는 레이저 보수 장치의 일 형태로 제공함으로써, 달성될 수 있다.
이 형태에서, 다음의 바람직한 실시예가 달성될 수 있다.
상기 레이저 시스템의 상기 레이저 광의 상기 조사 상태는 30mJ 내지 60mJ의 발진 에너지이다.
레이저 보수 기기는,
상기 광 전송 디바이스와 상기 레이저 조사 디바이스를 상기 대상 부분으로 운송하고, 상기 대상 부분에서 임의의 범위에 걸쳐서 스캐닝하는 전달/스캐닝 메커니즘과,
상기 전달/스캐닝 메커니즘의 스캐닝 동작을 제어/감시하는 제어 보드와,
상기 전달/스캐닝 메커니즘을 위치시키기 위하여, 상기 전달/스캐닝 메커니즘을 반응로 용기의 상부로부터 1차원적으로 또는 2차원적으로 매달고 이동시키는 작업 운반대(work carriage)를 더 포함한다.
이러한 실시예에서,
상기 전달/스캐닝 메커니즘은,
적어도 일 측이 개구된 다각형 본체 틀과,
상기 전달/스캐닝 메커니즘을 상기 대상 부분에 안착시키는 시트(seat)와,
상기 광전송 디바이스를 안내하는 안내 메커니즘과 스캐닝 동작을 위한 전원/제어 신호 전송용 케이블을 더 포함하고,
그 선단에 배치된 상기 레이저 조사 디바이스를 상기 대상 부분에 삽입하기 위한 삽입관(insertion tube)과, 상기 삽입관을 통하여 상기 레이저 조사 디바이스를 수직 및 회전 모멘트를 일으키는 수직 구동 메커니즘과 회전 구동 메커니즘과, 상기 대상 부분에 상기 전달/스캐닝 메커니즘의 상기 안착을 검출하는 안착 검출 디바이스와, 상기 안착 후에 상기 전달/스캐닝 메커니즘을 상기 대상 부분에 고정시키는 고정 메커니즘이 상기 본체 틀에 설치되어 있다.
상기 구동 메커니즘으로부터의 상기 회전 구동 속도(VR)와 상기 수직 구동 메커니즘으로부터의 상기 수직 구동 속도(VA)는
Figure 112007083786519-pat00001
Figure 112007083786519-pat00002
의 식(여기서, ID는 대상 부분의 내경(內徑)을 나타내고 f는 데이터 획득 간격을 나타냄)으로 결정된 범위 내에 존재한다.
상기 광전송 디바이스에 조사된 레이저 광은 분광되어 퍼지고, 상기 작업 운반대는 상기 분광된 광에 대해 상기 전달/스캐닝 메커니즘을 조종하기 위한 운반대(carriage)를 갖고, 다중 레이저 광과 그것의 조합에 의해 테스트, 측정, 교정, 및 상기 대상 부분의 처리의 병렬 실행을 수행하기 위해, 복수의 결함 검출 신호 처리 시스템과, 하나 이상의 광전송 디바이스와, 레이저 조사 디바이스와, 전달/스캐닝 메커니즘과, 제어 보드를 더 포함한다.
상기 전달/스캐닝 메커니즘에 설치된 삽입관은 중공 구조이고 수지로 형성된다.
상기 전달/스캐닝 메커니즘은 상기 대상 부분에 삽입되는 상기 삽입관의 과부하 삽입을 방지하기 위한 과부하 삽입 방지 부재를 갖는다.
상기 과부하 삽입 방지 부재는 상기 수직 구동 메커니즘 상에 배치되어 상기 회전 구동 메커니즘을 임의의 범위에 걸쳐서 이동시키고, 상기 수직 구동 메커니즘의 상기 수직 위치를 측정하기 위한 제 1 수직 위치 측정 디바이스와, 상기 회전 구동 메커니즘의 상기 수직 위치를 측정하기 위한 제 2 수직 위치 측정 디바이스와, 상기 두 개의 수직 위치 측정 디바이스로부터의 출력 값의 차이를 검출하기 위한 위치 편차 검출 디바이스와, 상기 위치 편차 검출 디바이스의 상기 출력 신호가 소정의 범위를 초과시에 상기 삽입 동작의 이상을 검출하여 과부하 삽입을 방지하기 위한 연동 디바이스를 포함한다. 상기 과부하 삽입 방지 디바이스는 상기 수직 구동 메커니즘 상에 배치되어 상기 회전 구동 메커니즘을 임의의 범위에 걸쳐서 이동시키고, 상기 수직 구동 메커니즘은 토크를 감시하기 위한 토크 측정 디바이스와, 상기 토크 측정 디바이스의 토크 감시를 통해 과부하 삽입을 방지하기 위한 연동 디바이스를 갖고 배치되어 있다.
상기 광전송 디바이스는 레이저 광을 전송하기 위한 하나 이상의 광섬유와 상기 광섬유를 기계적으로 보호하기 위한 광섬유 보호관으로 구성되고, 상기 레이저 보수 장치는 상기 광섬유와 상기 광섬유 보호관의 최소 곡률 반경을 유지하면서 상기 광섬유의 연출(延出) 길이를 조정하기 위한 광섬유 릴(reel)과, 상기 광섬유 릴을 통하여 상기 레이저 시스템으로부터 상기 전달/스캐닝 메커니즘의 상부까지 초음파 결함 검출 전송/수신 레이저 광인 레이저 초음파를 전송하기 위한 제 1 광섬유와, 상기 안내 메커니즘을 통하여 상기 전달/스캐닝 메커니즘의 상기 상부로부터 상기 레이저 조사 디바이스까지 레이저 광을 전송하는 제 2 광섬유와, 상기 제 1 및 제 2 광섬유의 접속 부분에 설치되고, 최적으로 상기 광섬유를 서로 접속하기 위해 방수 기능을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 광섬유의 상기 접속 부분에 설치되는 레이저 광 반사 방지 디바이스를 갖는 광섬유 커넥터를 더 포함한다.
상기 레이저 광 반사 방지 디바이스는 상기 제 1 및 제 2 광섬유의 상기 접속 부분에 배치되고, 1.0 이상의 굴절률을 갖는 액체를 갖고, 상기 접속 부분에서 밀봉된다. 상기 제 1 및 제 2 광섬유의 상기 접속 부분에서 1.0 이상의 굴절률을 갖는 상기 액체를 밀봉하기 위해 광섬유 수중 접속 디바이스가 배치되고, 상기 광섬유 수중 접속 디바이스는 제 1 광섬유 보호관과 제 2 광섬유 보호관을 각각 고정시키기 위해 제 1 및 제 2 고정 베이스와, 상기 제 1 및 제 2 고정 베이스를 그 중심 축을 유지하면서 접속 방향으로 슬라이딩시키는 슬라이드 가이드(slide guide)와, 상기 제 1 및 제 2 광섬유의 상기 접속 부분을 수중에서 유지시키기 위한 물 탱크를 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 광섬유 중 적어도 하나의 광섬유 코어 직경은 1.5㎜ 이상이다.
상기 제 1 광섬유의 상기 광섬유 코어 직경은 1.5㎜ 이상이고, 상기 제 2 광섬유는 상기 제 2 광섬유의 상기 광섬유 코어 직경이 상기 접속 측에서 상기 제 1 광섬유의 상기 광섬유 코어 직경보다 더 크고, 상기 레이저 조사 디바이스 측에서 상기 제 1 광섬유의 상기 광섬유 코어 직경보다 더 작도록 테이퍼된 구조를 갖는다. 상기 정화수 공급 디바이스는 반응로 냉각수를 끌어올리기 위한 제 1 수관(水管)과, 상기 제 1 수관에 의해 상기 반응로 냉각수를 끌어올리고 외부로 배출시키기 위한 펌프 디바이스와, 상기 펌프 디바이스에 의해 끌어 올려진 상기 반응로 냉각수를 필터링하기 위한 필터 디바이스를 포함한다.
상기 보수 장치의 동작 또는 원자로(nuclear reactor)에서의 상태를 확인하기 위한 TV 카메라 등과 같은 하나 이상의 감시 디바이스를 더 포함한다.
상기 레이저 조사 디바이스는,
테스트 대상에 수신 레이저 광을 조사하여 상기 테스트 대상을 검사하고 측정하기 위한 제 1 광학 소자와,
테스트 대상에 전송 레이저 광을 조사하여 초음파를 여기시키기 위한 제 2 광학 소자와,
상기 제 1 광학 소자와 상기 제 2 광학 소자를 수용하기 위한 광학 시스템 컨테이너를 포함하고,
상기 제 1 광학 소자의 상기 반사 위치와 상기 제 2 광학 소자의 상기 반사 위치는 상기 테스트 대상의 상기 주위 방향을 따라 비스듬히 배치된다.
상기 전송 레이저 광을 반사하는 상기 제 2 광학 소자의 상기 반사 위치와 상기 수신 레이저 광을 반사하는 상기 제 1 광학 소자의 상기 반사 위치는 상기 광학 시스템 컨테이너의 상기 주위 방향을 따라 30 내지 60도의 범위로 비스듬히 배치된다.
상기 광학 시스템 컨테이너는 적어도 하나 이상의 광로 변경 소자를 수용한다. 상기 광로 변경 소자는 집광 렌즈와 웨지 플레이트(wedge plate)으로 구성된다.
상기 광학 시스템 컨테이너는 외부를 향하여 곡면으로 확장된 매개 부분을 갖는다.
상기 광학 시스템 컨테이너는 유로(流路)를 갖는다. 상기 광학 시스템 컨테이너는 흡음재로 형성된다. 상기 광학 시스템 컨테이너는 흡음재로 도포된다.
상기 제 1 광학 소자와 제 2 광학 소자는 상기 전송 레이저 광과 상기 수신 레이저 광이 상기 광학 시스템 컨테이너의 상기 축 방향에 대하여 대칭 위치에 조사되도록 배치된다.
상기 광학 시스템 컨테이너의 상기 축 방향에 대하여, 상기 제 1 광학 소자는 상기 광학 시스템 컨테이너의 상부에 배치되고 상기 제 2 광학 소자는 상기 광학 시스템 컨테이너의 하부에 배치되어 상기 전송 레이저 광과 상기 수신 레이저 광의 교차를 방지한다.
상기 레이저 조사 디바이스는 그것의 조이는 방향과 동일한 소정의 일정 방향으로 회전한다.
상기 레이저 조사 디바이스는,
테스트 대상에 초음파를 여기시키는 전송 레이저 광과 상기 테스트 대상의 결함을 검출하는 수신 레이저 광을 전달하기 위한 광섬유와,
상기 전송 레이저 광과, 상기 전송 레이저 광을 전송하면서 상기 테스트 대 상에 조사되고 상기 테스트 대상으로부터 반사된 상기 수신 레이저 광 중에서 반사 성분이 상기 광섬유에 조사되는 상기 수신 레이저 광을 각각 조사하기 위한 제 1 광학 소자와,
상기 제 1 광학 소자가 상기 테스트 대상에 전송하는 상기 전송 레이저 광을 조사하기 위한 제 2 광학 소자를 포함하고,
상기 전송 레이저 광을 반사하는 상기 제 2 광학 소자의 상기 반사 위치와 상기 수신 레이저 광을 반사하는 상기 제 1 광학 소자의 상기 반사 위치는 상기 광학 시스템 컨테이너의 주위 방향을 따라 비스듬히 배치된다.
상술한 특징의 이러한 레이저 보수 기기에 따르면, 각각의 테스트 작업이나 보수 작업마다 디바이스를 교체할 필요가 없어서, 이들 작업이 비용 절감하면서, 효과적이고 효율적으로 실행될 수 있다.
본 발명의 레이저 조사 디바이스에 따르면, 크랙이 용이하고 정확하게 검출될 수 있고, 크랙의 깊이 또한 용이하게 검사될 수 있다.
본 발명의 다른 형태에서는,
초음파 신호가 검출되는 측정 대상의 표면에 조사된 시드(seed) 레이저 광을 발진시키기 위한 시드 레이저 발진 소자와 상기 시드 레이저 발진 소자를 펄스 형태로 증폭시키기 위한 광증폭기를 포함하는 레이저 발진 디바이스와,
측정 대상 표면으로부터 반사되고 산란된 상기 레이저 광의 신호 광으로부터 초음파 신호를 추출하기 위한 광 간섭 디바이스와,
상기 광 간섭 디바이스의 출력 신호를 처리하기 위한 신호 처리 디바이스와,
상기 레이저 발진 디바이스의 상태를 검출하기 위한 상태 검출 디바이스를 포함하는 레이저 초음파 검출 디바이스를 또한 제공한다.
이 형태에서는, 다음의 바람직한 실시예 또는 예가 제공될 수 있다.
상기 상태 검출 디바이스는 상기 시드 레이저 발진 디바이스의 발진 상태를 검출한다.
상기 상태 검출 디바이스는 상기 광증폭기로부터 펄스 형태로 발진된 상기 레이저 광의 상태를 검출한다.
상기 광증폭기는 상기 광증폭기에 수용된 광학 증폭 매체를 여기가는 여기 광원에 냉각수를 공급하여 냉각시키기 위한 냉각수 공급 디바이스를 포함하고, 상기 상태 검출 디바이스는 상기 냉각수 공급 디바이스로부터 공급된 상기 냉각수의 상태를 검출하기 위한 동작 또는 상기 냉각수의 상태를 제어하기 위한 동작 중 적어도 하나를 실행한다.
상기 레이저 발진 디바이스로부터 측정 대상에 조사된 상기 레이저 광을 전달하기 위한 광섬유와,
상기 광섬유의 입력 단면(端面)을 검출하기 위한 이미지 센서와,
상기 이미지 센서로부터의 검출 결과로부터 상기 광섬유로의 상기 레이저 광의 입사 상태를 검출하기 위한 이미지 처리 디바이스와,
상기 이미지 처리 디바이스에 의해 검출되는 상기 레이저 광의 입사 상태 결과로부터 상기 광섬유로의 상기 레이저 광의 상기 입사 상태를 제어하기 위한 제어 구동 디바이스를 더 포함하고,
상기 상태 검출 디바이스는 상기 이미지 처리 디바이스에 의해 검출되는 상기 레이저 광의 상기 입사 상태를 표시하고 기록한다.
상기 레이저 발진 디바이스로부터 측정 대상에 조사된 상기 레이저 광을 전달하기 위한 광섬유와,
상기 광섬유로부터 후방 산란광 및 후방 반사광을 검출하기 위한 단면 반사 검출기와,
상기 단면 반사 검출기에 의해 검출되는 상기 레이저 광의 입사 상태 결과로부터 상기 광섬유로의 상기 레이저 광의 상기 입사 상태를 제어하기 위한 제어 구동 디바이스를 더 포함하고,
상기 단면 반사 검출기는 상기 검출 디바이스에 의해 검출되는 상기 레이저 광의 상기 입사 상태를 표시 및 기록한다.
상기 광증폭기에 수용된 상기 광학 증폭 매체를 여기하는 여기 광원을 구동하기 위한 펄스 전원을 더 포함하고, 상기 상태 검출 디바이스는 상기 펄스 전원의 발진 상태를 검출하기 위한 동작과 상기 발진 상태를 제어하기 위한 동작 중 적어도 하나를 실행한다.
상기 상태 검출 디바이스의 출력 신호 또는 그 특징량의 일부 또는 전부를 저장하기 위한 데이터 저장 디바이스와, 상기 데이터 저장 디바이스에 축적된 신호의 일부 또는 전부를 판독하여 전달을 수행하거나, 제어 신호를 전달하기 위한 통신 디바이스를 더 포함한다.
다른 형태에서는,
초음파 신호가 검출되는 측정 대상의 표면에 조사된 시드 레이저 광을 발진시키기 위한 시드 레이저 발진 디바이스와 상기 시드 레이저 발진 소자를 펄스 형태로 증폭시키기 위한 광증폭기를 포함하는 레이저 발진 디바이스와,
입사광량을 검출하는 입사광량 검출기 및 출력광량을 검출하는 출력광량 검출기를 갖고, 측정 대상 표면으로부터 반사되어 산란된 상기 레이저 광의 신호 광으로부터 초음파 신호를 추출하는 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계와,
상기 패브리-페로 간섭계의 출력 신호를 처리하기 위한 신호 처리 디바이스와,
상기 신호 처리 디바이스의 초음파 신호와 동기하는, 상기 입사광량 검출기의 출력 신호와 상기 출력광량 검출기의 출력 신호 중 적어도 하나를 표시하고 기록하기 위한 상태 검출 디바이스를 포함하는 레이저 초음파 검출 디바이스를 제공한다.
다른 형태에서는,
테스트 대상에 레이저 광을 조사하여 표면파를 여기시키기 위한 표면파 전송 디바이스와,
상기 표면파 전송 디바이스의 레이저 조사 위치에 대하여 기지의 거리만큼 떨어진 위치에서 레이저 광을 상기 테스트 대상에 조사하는 한편, 상기 레이저 광의 반사광을 수신함으로써, 상기 테스트 대상의 결함 부분에서 발생된 결함 파형을 포함하는 표면파를 검출하기 위한 표면파 수신 디바이스와,
상기 표면파 수신 디바이스로부터의 표면파 검출 신호를 상기 표면파 전송 디바이스의 출력 신호와 동기한 시간으로부터 소정 기간 동안 기록하고, 상기 표면파 검출 신호에 의거하여 상기 결함 부분을 검출하는 결함 검출 디바이스를 포함하는 레이저 초음파 검사 디바이스를 또한 제공한다.
이 형태에서, 상기 결함 검출 디바이스는 상기 결함 부분의 존재 유무, 상기 결함 부분의 위치 및 그 깊이 중 적어도 하나를 검출하기 위한 소자를 포함한다.
상기 표면파 전송 디바이스와 상기 표면파 수신 디바이스의 양 레이저 광 조사 위치가 소정의 간격으로 유지되는 상태에서 상기 테스트 대상의 표면 위를 스캐닝하고, 상기 결함 검출 디바이스에 스캐닝 위치 신호를 부여하여 결함 위치를 식별하는 스캐너를 더 포함할 수 있다.
그에 따른 레이저 초음파 검사 디바이스는, 상기 표면파 전송 디바이스로부터 상기 테스트 대상에 조사될 조사 광로를 개방/폐쇄하기 위한 셔터(shutter) 디바이스와; 상기 스캐너, 상기 표면파 전송 디바이스, 상기 표면파 수신 디바이스, 및 상기 신호 기록 디바이스에 이들의 동작을 동기시키는 동기 신호를 공급하기 위한 클록과; 상기 레이저 광로를 개방시키기 위한 개방 동작과, 상기 신호 기록 동작을 상기 표면파 전송 디바이스의 상기 레이저 광 발진에 대하여 소정 기간 동안 지연시키기 위한 지연 디바이스를 더 포함할 수 있다.
상기 결함 검출 디바이스는 그 입력 신호와 검출 신호를 표시하기 위한 표시 유닛을 포함한다.
레이저 초음파 검사 디바이스는 상기 결함 검출 디바이스의 입력 신호와 검출 신호를 원격 감시하기 위한 원격 감시 디바이스를 더 포함할 수 있다.
레이저 초음파 검사 디바이스는 상기 테스트 대상의 표면 검사 작업을 이미지화하기 위한 감시 카메라를 더 포함할 수 있다.
초음파 검사 디바이스는 테스트 대상에 레이저 광을 조사하여 표면파를 여기시키기 위한 표면파 전송 디바이스; 상기 표면파 전송 디바이스의 레이저 조사 위치에 대하여 기지의 거리만큼 떨어진 위치에서 레이저 광을 상기 테스트 대상에 조사하는 한편, 상기 레이저 광의 반사광을 수신함으로써, 상기 테스트 대상의 결함 부분에서 발생된 결함 파형을 포함하는 표면파를 검출하기 위한 표면파 수신 디바이스; 상기 표면파 수신 디바이스로부터의 표면파 검출 신호를 상기 표면파 전송 디바이스의 출력 신호와 동기한 시간으로부터 소정 기간 동안 기록하고, 상기 표면파 검출 신호에 의거하여 상기 결함 부분을 검출하는 결함 검출 디바이스; 및 상기 표면파 전송 디바이스와 상기 표면파 수신 디바이스의 양 레이저 광 조사 위치가 소정의 간격으로 유지되는 상태에서 상기 테스트 대상의 표면 위를 스캐닝하고, 상기 결함 검출 디바이스에 스캐닝 위치 신호를 부여하여 결함 위치를 식별하는 스캐너를 포함하는 레이저 초음파 검사 디바이스와,
상기 레이저 초음파 검사 디바이스를 수용하기 위한 컨테이너와,
상기 컨테이너 내의 온도를 제어하기 위한 온도 제어기를 포함한다.
이 형태에서, 상기 컨테이너는 그 외측에 배치된 상기 스캐너와 상기 테스트 대상을 상기 컨테이너의 내측으로부터 관찰하기 위한 투시 창을 포함할 수 있다.
레이저 초음파 검사 시스템은 상기 컨테이너의 외면을 피복하기 위한 시트(sheet)를 더 포함할 수 있다.
상기 컨테이너는 상기 레이저 초음파 검사 디바이스의 상기 광학 유닛을 포함하는 광학 유닛을 상기 컨테이너에 수용하기 위한 광학 시스템 컨테이너와, 상기 광학 유닛 이외에 전기 유닛을 수용하기 위한 전기 유닛 컨테이너를 포함할 수 있고, 상기 컨테이너는 상기 전기 유닛 컨테이너가 상기 광학 시스템 컨테이너 상에 적재되는 상태에서 접속 부재에 의해 결합된다.
레이저 초음파 검사 시스템은 상기 컨테이너를 포지티브 압력으로 조정하기 위한 기압 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 형태에서는,
초음파 결함 검출을 실행하기 위한 초음파 결함 검출 메커니즘과,
상기 초음파 결함 검출 메커니즘을 이동시키고 그것의 상기 이동을 제어하기 위한 구동 제어 메커니즘과,
상기 초음파 결함 검출의 상태를 나타내는 데이터가 저장되는 상태 파일을 생성하고, 상기 초음파 결함 검출 메커니즘으로부터 획득된 초음파 데이터와 상기 구동 제어 메커니즘으로부터 획득된 위치 데이터의 테스트 데이터를 데이터 파일에 저장하기 위한 데이터 저장 메커니즘과,
상기 데이터 저장 메커니즘에 저장된 상기 테스트 데이터를 분석하고, 상기 데이터 분석으로부터 획득된 테스트 결과에 의거하여 테스트 리포트를 생성하고 출력하기 위한 데이터 분석 메커니즘과,
상기 데이터 저장 메커니즘과 상기 데이터 분석 메커니즘 사이에서 상기 테스트 데이터를 전달하기 위한 데이터 전송 메커니즘을 포함하는 초음파 검사 디바이스를 또한 제공한다.
이 형태에서, 초음파 결함 검출 메커니즘은, 펄스 레이저 광이 테스트 대상 상으로 조사시에 발생된 탄성 영역의 왜곡을 이용하여 초음파를 전송하는 레이저 초음파 결함 검출 방법을 이용한다.
상기 데이터 저장 메커니즘은 상기 초음파 데이터와 위치 데이터에 더하여, 테스트 대상 표면에 조사된 상기 레이저의 강도와 상기 테스트 대상 표면으로부터 되돌아가는 상기 레이저의 강도의 정보를 저장한다.
상기 초음파 검사 디바이스는 상기 초음파 결함 검출 메커니즘과 상기 데이터 저장 메커니즘의 동작을 원격으로 제어하기 위한 원격 제어 메커니즘을 더 포함할 수 있다.
상기 데이터 저장 메커니즘은 상기 데이터 저장 메커니즘의 동작 또는 발생 이벤트를 기록하는 로그(log) 파일을 생성하도록 구성된다.
상기 데이터 저장 메커니즘에 의해 저장된 상기 테스트 데이터 또는 상기 데이터 분석 메커니즘에 의해 생성된 상기 테스트 리포트 데이터에는 시험자를 나타내는 전자 서명이 기록된다.
상기 디지털 워터마크는 상기 테스트 데이터와 상기 테스트 리포트에서의 각 초음파에 대해 기록된다.
상기 데이터 저장 메커니즘에 의해 저장된 상기 테스트 데이터 또는 상기 데이터 분석 메커니즘에 의해 생성된 상기 테스트 리포트 데이터에는 변조 방지(tamper-proof) 메커니즘이 구비된다.
다른 형태에서는, 초음파 결함 검출의 상태를 나타내는 데이터가 저장되어 있는 상태 파일을 준비하는 단계와,
초음파 결함을 검출하기 위한 초음파 결함 검출 메커니즘의 이동을 제어하는 단계와,
상기 초음파 결함 검출 메커니즘으로부터 획득된 초음파 데이터의 테스트 데이터를 저장하는 단계와,
상기 테스트 데이터를 분석하고 상기 데이터 분석으로부터 획득된 테스트 결과에 의거하여 테스트 리포트를 준비하는 단계를 포함하는 초음파 검사 방법이 제공된다.
이 형태에서, 로그 파일은 상기 테스트 데이터를 저장할 때의 동작 및 발생 이벤트를 기록하기 위해 준비된다.
시험자를 나타내는 전자 서명이 상기 테스트 데이터 또는 상기 테스트 리포트 데이터에 기록된다.
상기 테스트 데이터와 상기 테스트 리포트에는 각 초음파 테스트에 대한 특정 디지털 워터마크가 기록된다.
변조 방지 메커니즘이 상기 테스트 데이터 또는 상기 테스트 리포트 데이터에 구비된다.
표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 방법에 있어서,
상기 테스트 대상의 상기 결함을 발생하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
상기 테스트 대상의 상기 결함을 통과하는 상기 발생파의 상기 전력 스펙트럼을 적분하여 그 적분값을 산출하는 단계와,
상기 적분값을 미리 생성된 교정용 결함 깊이로 변환하여 상기 산출된 적분값과 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하는 단계와,
상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하는 단계를 포함하는 표면 검사 방법이 또한 제공된다.
표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 방법에 있어서,
상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정할 때 상기 테스트 대상을 비결함 부분과 결함 부분으로 분류하는 단계와,
상기 분류된 비결함 부분을 통과하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
평가되는 각각의 주파수 성분에 대해 가중치를 산출하는 단계와,
상기 분류된 결함 부분을 통과하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
상기 결함 부분에서 평가되는 각각의 주파수 성분에 대해 가중치를 산출하는 단계와,
상기 분류된 비결함 부분에서 각각의 주파수 성분에 대한 상기 가중치에 의거하여 평가되는 각각의 주파수 성분에 대한 감쇠량을 산출하는 단계와,
상기 감쇠량을 미리 생성된 교정용 결함 깊이로 변환하기 위해 상기 산출된 감쇠량을 데이터베이스와 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하는 단계와,
상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하는 단계를 포함하는 표면 검사 방법이 또한 제공될 수 있다.
표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 방법에 있어서,
상기 테스트 대상의 상기 결함을 통과하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
상기 발생파의 상기 전력 스펙트럼에 대한 가중치 함수의 적(積)을 산출하는 단계와,
평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 적분값을 미리 생성된 교정용 결함 깊이로 변환하기 위하여 상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 산출된 적분값을 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하는 단계와,
상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하는 단계를 포함하는 표면 검사 방법이 더 제공된다.
표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠 비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 방법에 있어서,
상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정할 때, 상기 결함을 교정 결함 깊이 산출부, 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부, 및 실제 기계 결함 깊이 산출부로 분류하는 단계와,
상기 분류된 교정 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
상기 전력 스펙트럼과 가중치 함수의 적을 산출하는 단계와,
평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
상기 결함의 깊이로부터 변환 함수를 유도하는 단계와,
상기 실제 기계 비결함 데이터 정보 수집부에서, 평가되는 시간 영역에서의 상기 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하는 단계와,
평가되는 상기 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
상기 교정 결함 깊이 산출부에서의 비결함 견본 데이터에 의거하여, 보정된 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하는 함수를 유도하는 단계와,
상기 분류된 실제 기계 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 상 기 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하는 단계와,
평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 산출된 적분값을, 상기 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부에서 유도되는, 상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하는 함수와 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하는 단계와,
상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하는 단계를 포함하는 표면 검사 방법이 더 제공된다.
이들 형태에서, 상기 가중치 함수는 다음의 식
Figure 112007083786519-pat00003
으로 표현되고, 여기서 f는 주파수를 나타내며, n은 영(zero)을 제외한 임의의 수이다.
상기 접속에서, 표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 디바이스에 있어서,
상기 테스트 대상의 상기 결함을 발생하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 테스트 대상의 상기 결함을 발생하는 상기 발생파의 상기 전력 스펙트럼을 적분하여 그 적분값을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 적분값을 사전에 생성된 교정용 결함 깊이로 변환하고 상기 산출된 적분값과 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하도록 구성된 유닛을 포함하는 표면 검사 디바이스를 또한 제공할 수 있다.
표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 디바이스에 있어서,
상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정할 때, 상기 결함을 교정 결함 깊이 산출부, 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부, 및 실제 기계 결함 깊이 산출부로 분류하도록 구성된 유닛과,
상기 분류된 교정 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 전력 스펙트럼을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 전력 스펙트럼과 가중치 함수의 적을 산출하도록 구성된 유닛과,
평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 결함의 깊이로부터 변환 함수를 유도하도록 구성된 유닛과,
상기 실제 기계 비결함 데이터 정보 수집부에서, 평가되는 시간 영역에서의 상기 전력 스펙트럼을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하도록 구성된 유닛과,
평가되는 상기 주파수 영역에서 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 교정 결함 깊이 산출부에서 상기 비결함 견본 데이터에 의거하여 보정된 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하기 위한 함수를 유도하도록 구성된 유닛과,
상기 분류된 실제 기계 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 전력 스펙트럼을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하도록 구성된 유닛과,
평가되는 주파수 영역에서 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 산출된 적분값을, 상기 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부에서 유도되는, 상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하는 함수와 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하도록 구성된 유닛과,
상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하도록 구성된 유닛을 포함하는 표면 검사 디바이스가 또한 제공될 수 있다.
초음파를 발생시키도록, 검사되는 테스트 대상에 레이저 광을 조사(照射)하 는 단계와,
상기 레이저 광이 조사되는 위치로부터 기지의 거리만큼 떨어진 위치에 상기 레이저 광을 조사하고 그 반사광을 수신하는 단계와,
상기 수신된 초음파의 발생 표면파를 상기 표면파 이외의 초음파로 보정하여 상기 테스트 대상의 결함을 검출하는 단계를 포함하는 표면 검사 방법이 더 제공될 수 있다.
상기 형태에서, 상기 발생 표면파의 소정 성분이 출력 신호에 포함된 상기 표면파 이외의 초음파의 동일 성분에 의해 나누어지거나 적분되어서 평가 인덱스값을 획득하고 상기 평가 인덱스값을 상기 평가 인덱스값과 상기 결함의 깊이 사이의 대응 관계가 미리 획득되어 있는 교정 곡선에 적용하여 상기 결함의 상기 깊이를 획득한다.
상기 표면파 이외의 상기 초음파는 검사되는 상기 테스트 대상의 표면층을 전파하는 종파(longitudinal)와 벌크파(bulk wave) 중 적어도 하나이다.
상기 표면파와 상기 표면파 이외의 상기 초음파의 상기 성분 모두는 진폭의 평균제곱 값이다.
상기 표면파와 상기 표면파 이외의 상기 초음파의 상기 성분 모두는 전력 스펙스럼의 적분값이다. 상기 전력 스펙트럼의 상기 적분 범위는 임의로 선택된다.
초음파를 발생시키도록, 검사되는 테스트 대상에 레이저 광을 조사하는 초음파 발생 유닛과,
상기 초음파 발생 디바이스로부터 상기 레이저 광이 조사되는 위치로부터 기지의 거리만큼 떨어진 위치에 상기 레이저 광을 조사하고 그 반사광을 수신하여 초음파를 수신하는 초음파 수신 유닛과,
상기 초음파 수신 디바이스로부터의 출력 신호를 입력해서 기록하여 상기 테스트 대상의 결함을 검출하는 보정 유닛를 포함하고,
상기 보정 유닛은 상기 출력 신호의 발생 표면파를 표면파 이외의 초음파로 보정하는 표면 검사 디바이스가 또한 제공될 수 있다.
상술한 특성의 레이저 초음파 수신 장치에 따르면, 디바이스의 상태량(state quantity)은 적당하게 감시되고 검출되며, 요동이 외부 방해로부터 발생할 경우라도, 결함 검출 동작은 보다 안정한 상태에서 장기간에 걸쳐서 높은 정밀도로 이루어질 수 있어서, 상태량이 일정하게 적당한 값이 되도록 제어될 수 있다.
또한, 결함 검출 디바이스는 테스트 대상에 발생용 레이저 광의 조사 개시 시간 이후로 소정의 기간 동안만 표면파 신호를 기록하고 결함을 검출한다. 그러므로, 이 표면파 신호의 기록 시간이 감소될 수 있으므로, 표면파 신호의 기록을 위한 저장 용량의 감소와 결함 분석의 감소가 실현될 수 있고, 결합 깊이 측정 정밀도가 향상될 수 있으므로, 유리해 진다.
결함 깊이 측정은 높은 정밀도로 실행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저-초음파와, 디바이스의 상당 부분이 레이저 초음파 결함 검출 등과 같은 비파괴 테스트와 레이저를 이용하여 재료 표면의 응력 개선 등과 같은 예방 보수 사이에 분리될 수 있는 보수 장치 등과 같은 레이저 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상술한 레이저 보수 기기와 관련하여 레이저 조사 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 임의의 현장에 사용하기에 적합한 디바이스 상태의 감시 기능을 가지며, 안정한 상태에서 장기간 동안 높은 정밀도로 결함 검출을 실행할 수 있는 레이저 초음파 검출(또는 수신) 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 레이저 초음파 검사 디바이스를 제공하는 것으로, 테스트 대상의 결함을 검출하기 위한 결함 검출 수단 내로 입력되는 데이터가 선택적으로 감소되고, 또한 데이터 기록과 데이터 분석용 저장 용량이 줄어든다.
또한, 본 발명에 따르면, 테스트 데이터와 테스트 결과의 추적가능성을 갖는 초음파 검사 디바이스와 초음파 검사 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 표면 테스트 또는 검사 디바이스와 표면 테스트 또는 검사 방법을 제공하여, 표면파 이외의 초음파 테스트 또는 검사될 각각의 대상의 편차에 의해 야기된 초음파의 불규칙성을 교정하여 높은 정밀도로 깊이 측정을 실행할 수 있다.
본 발명의 본질 및 또 다른 특징적 특성은 첨부 도면을 참조하여 이루어진 다음의 설명으로부터 보다 명확해질 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 레이저 보수 기기에 관한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명에 따른 레이저-초음파 보수 기기 등과 같은 레이저 장치의 제 1 실시예를 나타내는 전체 구성도이다(이하 "레이저 보수 기기").
이 레이저 보수 기기(10)는 하향식 계기관 등과 같이 비등수 원자로 또는 가압수형 원자로에 관 형상 원자로용 결함 검출 테스트 및 재료 표면의 응력 개선 등과 같은 예방 보수용으로 적용 가능한 장치이다.
도 1은 가압수형 원자로용 반응로 용기의 하향식 계기관뿐만 아니라, 비등수 원자로의 반응로 압력 용기(11)의 노내(爐內, in-core) 계기관(12)에 원자로 관 형상 구조용 레이저 보수 기기(10)를 공급하는 일례를 나타낸다.
반응로 압력 용기(11)는 반응로 가압 용기(11) 위쪽에 형성된 반응로 벽(15)을 갖는 반응로 건조물(14) 내에 배치된다. 반응로 냉각수(16)는 반응로 벽(15)과 반응로 압력 용기(11) 내에 충전된다. 동작 노면부(18)는 반응로 벽(15) 위쪽에 형성되고, 작업 운반대(19)는 일차원적으로 또는 이차원적으로 이동가능하도록 동작 노면부(18) 상에 설치된다.
레이저 초음파 센싱 시스템을 구성하는, 보수 또는 테스트/보수를 위한 레이저 시스템(20)은 반응로 건조물(14) 내에 동작 노면부(18) 상에 설치된다. 레이저 시스템(20)은 원자로 관 형상 구조의 문제가 되는 부분을 테스트, 측정, 교정, 및 처리하기 위해 레이저 광원과 광학 시스템을 구성한다. 동작 노면부(18) 상에는, 레이저 시스템(20)에 의해 수신된 결함 검출 신호 등의 처리, 표시, 이들 결함 검출 신호의 분석 및 기록을 실행하는 결함 검출 신호 처리 시스템(21)과, 전달/스캐 닝 메커니즘(23)의 스캐닝 동작을 제어 및 감시하는 제어 보드(22)가 배치되어 있다. 보수 레이저 시스템(20)은 초음파 발생 레이저 광원(이하, 발생 레이저 광원), 초음파 수신 레이저 광원(이하, 검출 또는 수신 레이저 광원), 초음파 검출(수신) 간섭계 등과 같은, 레이저 초음파에 따라 초음파 신호의 발생 및 검출에 필요한 구성 요소들을 갖는다.
또한, 반응로 벽(15)과 반응로 압력 용기(11)는 반응로 냉각수(16)로 충전되고, 하향식 계기관(12)은 반응로 압력 용기(11)의 하부(하부 거울)에 형성된다. 하향식 계기관(12)은 중성자 계기관(도시 생략)을 안내하기 위한 것으로, 예를 들어 약 9.5㎜, 15.2㎜ 등과 같이 좁은 내경 d를 갖는다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 다용도 접속 W가 반응로 압력 용기(11)의 하부 거울(11a)에 고정용 및 배관(관)의 접속용으로 이용된다.
보수 레이저 시스템(20)은 광 발생 수단으로서 역할하는 하나 또는 복수의 광섬유에 의해 전달/스캐닝 메커니즘(23)에 접속되는 한편, 전달/스캐닝 메커니즘(23)은 전력/신호 전기 케이블 그룹(26)에 의해 제어 보드(22)에 접속된다.
전달/스캐닝 메커니즘(23)은 광섬유(25)에 의해 보수 레이저 시스템(20)에 접속되어 작업 운반대(19)의 엘리베이터 메커니즘(27)으로부터 고정된 배선 또는 케이블(28)을 이동가능한 일차원적 또는 이차원적 이동이 되도록 고정시켜서 올려지고 내려진다. 작업 운반대(19)는 하향식 계기관(12)의 내부 결함 검출 또는 재료 표면 응력 개선 등과 같은 예방 보수 전용인 운반대일 수도 있거나, 연료를 교체하기 위해 반응로 가압 용기(RPV) 위쪽에 설치된 연료 교환 시설로 대용할 수도 있다.
보수 레이저 시스템(20)으로부터 발광된 발생 레이저 빔 L1은 광섬유(25)로 안내되고, 그것의 종단 출구로부터 전달/스캐닝 메커니즘(23)에 발생되어, 원자로 관 형상 구조의 내면 결함 검출과 예방 보수를 위해 사용된다. 보수 레이저 시스템(20)에 포함된 발생 레이저 광원에 있어서는, 예를 들어 Q-스위치(Q-switched) Nd-YAG 레이저의 이차 고조파(파장 532㎜)를 사용할 수 있다. 이 레이저 광원은 그 자체를 레이저 피닝 광원으로서 사용할 수 있으며 또한 발진 에너지를 조절하고 상태등을 스캐닝함으로써 예방 보수를 행할 수 있다. 레이저 광원은 결함 검출 광원과, 발진 에너지 조절 및 상태 스캐닝 등에 의한 예방 보수 광원 양쪽 다로서 사용될 수 있다. 구체적으로는, 발진 에너지는 결함 검출을 위해서는 30mJ로, 예방 보수를 위해서는 60mJ로 설정된다.
보수 레이저 시스템(20)에서 발광된 전송(발생) 레이저 빔 L1은 광섬유(25)로 안내되고, 그것의 광섬유 종단 출구로부터 전달/스캐닝 메커니즘(23)에 발생된다. 전달/스캐닝 메커니즘(23)의 상세한 구조를 도 3에 나타낸다.
전달/스캐닝 메커니즘(23)은 그 주요한 구조로서, 적어도 일 측면이 개구된 긴 직사각형(다각형) 또는 박스같은 형상을 갖는 메인 유닛 틀(30)과, 메인 유닛 틀(30)의 하부에 설치된 시트(seat)(31)를 갖는다. 삽입관(32)은 메인 유닛 틀(30)에 설치되고 수직으로 이동가능하며 또한 수직 이동 구동 메커니즘(33)과 회전 구동 메커니즘에 의해 회전가능하게 되도록 설치된다.
삽입관(32)의 선단에는 일본국 공개특허 제2005-40809호 공보에 개시된 바와 같은 구조를 갖는 레이저 조사 헤드(35)가 레이저 조사 수단으로서 부착되어 있다. 내부적으로 배치된 수직 이동 구동 메커니즘(33), 회전 구동 메커니즘(34), 승강되고 회전되는 삽입관(32), 및 레이저 조사 디바이스로서의 레이저 조사 헤드(35)의 보수를 고려하여, 메인 유닛 틀(30)의 일측은 직사각형 형태로 개구되어 있다.
TV 카메라와 같은 반응로 관찰 수단이 전달/스캐닝 메커니즘(23)에 설치된다. 반응로 TV 카메라 등을 설치함으로써 반응로 압력 용기(11)의 반응로 내에 대상(내부 대상)의 동작을 실제 동작 동안에 관찰하는 것이 가능하게 된다.
도 3에 나타낸 전달/스캐닝 메커니즘(23)은 수직 이동 구동 메커니즘(33)의 하강 작동으로 인해, 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)가 하향식 계기관(12) 내로 충분하게 삽입되어 있는 상태를 나타낸다. 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)가 최상 부분까지 상승할, 즉, 초기 상태로 될 경우에는, 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)는 하향식 계기관(12)의 최상 지점으로부터 상방으로 완전히 나온 상태로 유지된다.
레이저 조사 헤드(35)이 하향식 계기관(12) 내로 또는 이로부터 삽입되거나 나오도록 지지된 상태로, 삽입관(32)은 수직 이동 구동 메커니즘(33)에 의해 수직으로 이동가능하게 지지되는 회전 구동 메커니즘(34)에 의해 회전가능하게 지지되어, 레이저 조사 헤드(35)는 하향식 계기관(12)에서 수직으로 회전하고 이동하여 위치된다. 하향식 계기관 이외에도 다양한 반응로 관 형상 구조가 생각될 수 있다.
발생 레이저 빔 L1을 발생하는 광섬유(25)와 레이저 초음파 결함 검출용으로 사용된 검출 레이저 빔 L2는 도 3에 나타낸 바와 같이 전달/스캐닝 메커니즘(23)의 상측으로부터 케이블 트레이(36) 내로 안내된다. 삽입관(32)은 광섬유(25)의 외경보다 더 큰 내경을 갖는다. 광섬유(25)는 삽입관(32)을 통과하고, 광섬유(25)의 선단은 적합한 위치 관계로 고정되어 삽입관(32)의 선단에 설치된 레이저 조사 헤드(35)에 광학적으로 접속된다.
이하에, 본 실시예의 레이저 보수 기기의 동작을 설명한다.
현수 와이어(suspending wire)(28)에 의해 작업 운반대(19)로부터 매달린 전달/스캐닝 메커니즘(23)은, 작업 운반대(19)에 설치된 엘리베이터 메커니즘(27)의 동작과 현수 와이어(28)의 동작을 통하여, 도 1에 점선 화살표로 나타낸 상승/하강 경로에 이어서 반응로 압력 용기(11)의 반응로 바닥에 설치된 하향식 계기관(12) 상에 안착된다.
전달/스캐닝 메커니즘(23)이 확실한 방식으로 하향식 계기관(12) 상에 안착되었다는 사실은 안착 검출 수단으로 역할을 하는 안착 센서(37)에 의해 검출되고, 안착 완료 신호는 제어 보드(22)에 케이블(26)을 통하여 발생된다. 제어 보드(22)에서 안착 완료 신호를 확인하였을 때, 지지 메커니즘(동작 로드(rod))(39)은 구동 고정 메커니즘으로서 역할을 하는 수압 실린더(38)의 동작에 의해 하향식 계기관(12)에 대하여 가압되고, 전달/스캐닝 메커니즘(23)은 하향식 계기관(12)에 고정된다.
전달/스캐닝 메커니즘(23)이 하향식 계기관(12)에 고정된 상태에서, 구동력과 구동 신호는 제어 보드(22)에 의해 전력/신호 전기 케이블 그룹(26)을 경유하여 수직 이동 구동 메커니즘(33)에 발생되고, 그것의 선단에서의 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)는 하향식 계기관(12) 내로 삽입된다. 레이저 조사 헤드(35)가 수직 이동 구동 메커니즘(33)에 설치된 수직 위치 센서에 의해 소정의 수직 위치에 배치될 경우, 발생 레이저 빔 L1과 수신 레이저 빔 L2는 레이저 보수 기기(10)로부터 발광되고, 광섬유(25)와 레이저 조사 헤드(35)를 통하여 적절한 조사 상태하에서 하향식 계기관(12)의 내벽 상에 문제가 되는 부분에 조사되고, 결함 테스트가 개시된다.
결함 테스트를 개시할 때, 구동력과 구동 신호는 제어 보드(22)에 의해 도 3에 나타낸 수직 이동 구동 메커니즘(33)과 회전 구동 메커니즘(34)에 다시 발생되어, 레이저 조사 헤드(35)는 소정의 위치에서 나선형 스캐닝, 축 방향 스캐닝, 또는 회전 스캐닝을 실행함으로써, 하향식 계기관(12)의 문제가 되는 부분을 테스트한다.
하향식 계기관(12)의 내면 상에서 소정의 스캐닝 범위의 결함 검출 스캐닝을 한 후에, 레이저 조사 헤드(35)는 소정의 추출 위치에 수직 이동 구동 메커니즘(33)에 의해 상승되고, 다음 하향식 계기관(12)으로 이동되거나, 전달/스캐닝 메커니즘(23)의 저장 작업이 개시 작업으로부터 역동작 절차에 따라 실행된다.
제어 보드(22)의 제어하에서 전달/스캐닝 메커니즘(23)을 동작시킴으로써, 하향식 계기관(12)의 내면에 원하는 비파괴 테스트가 용이하게 실현될 수 있다. 또한, 예를 들어, 비파괴 테스트에 의해 결함 검출이 완료될 때, 결함 검출의 결과가 하향식 계기관(12) 등의 내면에 크랙이 검출되지 않았을 경우, 발생 레이저 빔 L1의 조사 상태를 단지 변경하거나 상술한 구성 요소 중 일부를 단지 변경 또는 추가함으로써, 동작은 측정, 교정, 작업 응력 개선 등과 같이 레이저를 이용하여 예방 보수 작업으로 전환될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 레이저 보수 기기의 제 1 실시예의 제 1 변형예를 나타낸다.
레이저 보수 기기(10)의 전체 구성은 삽입관을 제외하고 제 1 실시예의 레이저 보수 기기와 다르지 않고, 따라서, 동일한 구성에는 동일한 참조 번호를 첨부하고, 도면에서의 도시 및 그것의 설명을 생략한다.
제 1 변형예의 레이저 보수 기기(10)는 폴리카보네이트 등과 같은 수지로 형성된 삽입관(32a)을 이용한다. 이 레이저 보수 기기(10)의 특징은 삽입관(32a)이 수지로 형성되는 것에 있다.
반응로 관 형상 구조의 하향식 계기관(12)은 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 반응로 압력 용기(11)의 하부 거울(11a)(도 2 참조)에 용접에 의해 고정된다. 긴 하향식 계기관(12)의 내경은 용접시에 인가된 열로 인해, 도 4의 (b)와 (c)에 나타낸 바와 같이 "ㄱ"자 형상 또는 "S"자 형상으로 구부러질 수도 있다. 하향식 계기관(12)의 굽은 영역 BA는 하향식 계기관(12)의 기능과 강도와 관련하여 문제가 되지 않는 반면, 하향식 계기관(12)의 내면을 따라 삽입관(32a)의 삽입과 고려하여 다음의 문제점이 발생한다. 즉, 하향식 계기관(12)이 표준 직관 형상(도 4의 (a))인 경우에, 삽입관(32)은 금속으로 형성되더라도 삽입 및/또는 추출될 수 있다.
그러나, 구부러진 하향식 계기관(12)의 상태에 금속으로 형성된 삽입관(32)을 사용하는데 있어서, 레이저 조사 헤드(35)가 하향식 계기관(배관)(12)의 굽은 부분 근처에 도달할 때, 도 4의 (b)에 간략하게 나타낸 바와 같이, 삽입관(32a)과 하향식 계기관(12)는 서로 접촉하여, 관을 삽입하거나 이것을 추출하는 것을 곤란하게 한다. 삽입관(32a)이 폴리카보네이트 등과 같은 수지로 형성되는 경우에 있어서는, 굽은 부분은 지지 강도를 유지하면서 융통성 있게 처리될 수 있으므로, 관이 구부러져 있더라도 하향식 계기관(12)에 또는 이로부터 용이하게 삽입/추출될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 레이저 보수 기기의 제 1 실시예의 제 2 변형예를 나타내는 설명도이다.
이 제 2 변형예의 도시된 레이저 보수 기기(10)는 과부하 방지 연동 기능을 가지며, 보수 기기의 전체 구성은 도 1 내지 도 3에 나타낸 레이저 보수 기기(10)와 다르지 않으므로, 동일한 구성에는 동일한 참조 번호를 첨부하고, 도면에서의 도시 및 그것의 설명을 생략한다.
도 5 및 도 6에 나타낸 레이저 보수 기기(10)는 삽입관(32)이 과도한 부하 하에서 하향식 계기관(12) 내로 삽입되는 것을 방지하기 위해 연동 기능을 갖는다. 즉, 레이저 보수 기기(10)의 전달/스캐닝 메커니즘(23)은 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)의 과부하 삽입 방지 수단(49)를 갖는다.
한편, 반응로 관 형상 구조인 하향식 계기관(12)은 도 4의 (b)와 (c)에 나타낸 바와 같이 곡선 부분 또는 굽은 부분을 가질 수 있다.
하향식 계기관(12)에 곡선 부분 또는 굽은 부분이 존재하는 경우라도, 삽입관(32)용 수지관의 채용은 굽은 부분 BA에 삽입 능력을 충분히 확보한다.
그러나, 하향식 계기관(12)이 심하게 굽어 있는 경우, 삽입관(32)의 삽입은 곤란해질 수 있고, 수지 삽입관(32)을 채용하는 경우라도, 삽입은 또한 곤란해진다.
삽입관(32)을 하향식 계기관(12) 내로 삽입하는 것이 곤란할 경우, 통상 삽입관(32)의 취급 동작으로는 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)를 일정한 지점을 지나서 삽입하는 것이 또한 곤란해진다. 일정한 지점을 지나서 삽입이 곤란함에도 불구하고, 수직 이동 구동 메커니즘(33)의 디바이스 측은 삽입 부하를 인가하여 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)는 소정의 위치에 삽입된다. 결과적으로, 이 동작은 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)가 하향식 계기관(12) 내로 심하게 부딪치게 될 수 있고, 수직 이동 구동 메커니즘(33) 등과 같은 전달/스캐닝 메커니즘(23)을 손상시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 3의 C부분의 확대도를 나타내고, 전달/스캐닝 메커니즘(23)에 설치된 수직 이동 구동 메커니즘(33)과 회전 구동 메커니즘(34)의 일부를 나타낸다.
회전 구동 메커니즘(34)은 그것의 주요 구성 성분으로서 회전 구동 모터(40), 삽입관 안내 메커니즘(41), 및 회전 구동 베이스(42)를 갖는다. 회전 구동 메커니즘(34)은 그 자체의 무게에 의해 수직 이동 구동 메커니즘(33)으로부터 걸려있는 구성이다. 수직 이동 구동 메커니즘(33)은 그것의 주요 구성 요소로서 수직 이동 구동 모터(45)와, 나사식 샤프트와 너트(47)로서 역할을 하는 안내 나사(lead screw)(46)를 갖는다.
회전 구동 메커니즘(34)이 수직 이동 구동 메커니즘(33)에 걸려있는 걸림 구조(hanging structure)의 채용은 회전 구동 메커니즘(34)이 일정 범위에서 초기 위치로부터 상방으로 이동하는 것을 가능하게 한다.
회전 구동 메커니즘(34)에 의하면, 안내 나사(46)가 수직 이동 구동 모터(45)에 의해 회전될 때, 너트(47)는 수직으로 이동하여 전체 회전 구동 메커니즘(34)은 너트(46)의 수직 이동에 뒤이어 따르고 또한 수직으로 이동된다. 통상의 경우, 수직 이동 작동을 회전 구동 메커니즘(34)의 회전 작동과 일치시킴으로써, 레이저 조사 헤드(35)는 하향식 계기관(12)에서 임의의 수직 위치와 임의의 각도로 설정될 수 있고, 임의의 범위에 걸쳐서 나사식 작동을 포함하는 연속적인 수직/회전 구동을 실현할 수 있다.
삽입관(32)을 하향식 계기관(12) 내로 하방 삽입하는 동작 동안에 삽입관(32)의 선단에 부착된 레이저 조사 헤드(35)가 어떠한 이유로 인해 더 이상 삽입이 곤란해질 경우, 너트(47)는 도 5에 파선으로 표시된 바와 같은 설정 값을 향하여 하방으로 이동을 계속하지만, 도 6에 나타낸 바와 같이, 걸림 구조(49)와 회전 구동 메커니즘(34)이 그 위치에서 정지하기 때문에, 회전 구동 메커니즘(34)은 과부하 상태 하에서 내부를 가압하지 않는다.
수직 이동 구동 메커니즘(33)의 수직 이동 구동 모터(45)에는, 수직 이동 구동 메커니즘(33)의 수직 위치를 측정하기 위한 제 1 수직 위치 측정 수단으로서 역할을 하는 제 1 위치 검출 센서(도시 생략)가 설치되어 있고, 회전 구동 메커니즘(34)의 회전 구동 베이스(42)에는, 회전 구동 메커니즘(34)의 수직 위치를 측정하기 위한 제 2 수직 위치 측정 수단으로서 역할을 하는 제 2 위치 검출 센서(48)가 설치되어 있어서, 제 2 위치 검출 센서(48)는 실제 상승, 즉, 수직 이동과, 회전 구동 메커니즘(34)의 위치를 측정하고 검출한다.
이 배치는 연동 기능을 제공하여, 제 1 및 제 2 위치 검출 센서(48)의 출력 값이 제어 보드(22)에서 일정하게 감시되고(도 1), 제 1 위치 검출 센서의 출력 값과 제 2 위치 검출 센서(48)의 출력 값 사이의 차이가 설정 값 H를 초과할 경우, 제어 보드(22)는 삽입관(32)을 더 이상 삽입하는 것이 불가능하다고 지시하고, 수직 구동을 정지시킨다. 위치 검출 센서(48)를 수직 이동 구동 메커니즘(33)과 회전 구동 메커니즘(34)에 위치시키고, 수직 위치와 수직 이동 구동 메커니즘(33)과 회전 구동 메커니즘(34)의 상대 위치를 항상 감시함으로써, 하향식 계기관(12)의 굽은 부분 BA 내로 삽입관(32)과 레이저 조사 헤드(35)가 심하게 부딪치는 것과, 전달/스캐닝 메커니즘(23)의 파손을 또한 사전에 예방할 수 있다.
또한, 과부하 삽입 방지 수단은 수직 이동 구동 모터(45)에 주어진 토크 측정 기능을 가져서 토크를 감시하여 과부하에 의한 삽입을 방지할 수도 있다.
[제 2 실시예]
도 7은 본 발명에 따른 레이저 보수 기기의 제 2 실시예를 나타내는 전체 구 성도이다.
본 실시예에 나타낸 레이저 보수 기기(10A)는 구체적으로 발생 레이저 빔 L1 및 검출 레이저 빔 L2을 전달하는 하나 또는 복수의 광섬유(25)에 관한 취급성을 향상시키는 것을 특징으로 하고 있으므로, 그러므로 제 1 실시예의 레이저 보수 기기(10)에서와 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.
도 7에 나타낸 레이저 보수 기기(10A)에 의하면, 단지 광학적 관점에서, 광섬유(25)는 레이저 시스템(20)에 접속된 입력 단부로부터 삽입관(32) 및 레이저 조사 헤드(35) 근방의 출력 단부까지 이음새가 없는 하나의 광섬유를 사용하는 것이 바람직하다(도 3 참조). 광섬유(25)에 이음새가 있는 경우에는, 레이저 빔 에너지의 일부가 접속 부분에서 반사되고 산란되어, 실제로 전달될 수 있는 레이저 빔 에너지는 감소되며, 또한 접속 부분에서 반사되고 분산된 레이저 빔 에너지는 광섬유 또는 다른 광학 소자에 손상을 끼칠 수 있다.
그러나, 하향식 계기관(12)은 동작 노면부(18)의 레벨로부터 약 20m 아래에 위치하고 있기 때문에, 광섬유(25)의 전체 길이는 적어도 20m 이상이며, 그것을 취급하는데 문제가 발생하게 된다.
도 7에 나타낸 반응로 관 형상 구조용 레이저 보수 기기(10A)에 의하면, 방수 광섬유 커넥터(50)가 레이저 시스템(20)와 전달/스캐닝 메너니즘(23)을 접속하는 광섬유(25)에 도입되어, 시스템(20) 측에서 길이 la의 광섬유(25a)와 레이저 조사 헤드(35) 측에서 길이 lb의 광섬유(25b)가 분리가능한 구조(도 3 참조)를 제공 한다. 발생 레이저 빔 L1과 검출 레이저 빔 L2를 전달하는 광섬유(25)가 분리되는 것이 가능하므로 광섬유(25)의 취급이 향상된다.
광섬유(25)를 이루는 광섬유(25a, 25b)의 길이 비율은 임의의 선택되지만, 전달/스캐닝 메커니즘(23)의 취급성을 고려하여, 광섬유(25a)의 광섬유 길이 la와 광섬유(25b)의 광섬유 길이 lb가 la>lb와 la+lb≥20m이고, 광섬유(25a)는 광섬유 릴(reel)(51)로 광섬유의 연출 길이를 조정가능하게 된다.
광섬유(25)를 방수 광섬유 커넥터(50)와 접속시킴으로 커넥터 부분에서 레이저 빔의 반사/산란이 야기된다. 반사/산란 문제를 해결하기 위해서, 광섬유(25a)와 광섬유(25b)의 접속면은 비반사(anti-reflection) 수단을 설치하여 비반사 기능을 갖게 된다. 비반사 수단에 있어서, 발생 레이저 빔 L1과 검출 레이저 빔 L2 각각의 레이저 파장에 맞춘 광학적 비반사 필름을 설치하는 방법이 바람직하고 가장 적절하다.
광섬유(25)에 대한 더 간단한 비반사 측정으로서는, 반사 방지 수단으로서, 광섬유(25b) 측의 커넥터 요소를 광섬유 보호관에 대해 밀봉 형태(외부 물 환경에 대해 방수)로 하고, 광섬유(25b) 측의 커넥터 요소를 광섬유 보호관에 대해 비밀봉 형태(외부 물 환경에 대해 방수)로 하여, 이음새에 물을 충전할 수도 있다.
또한, 광섬유(25b) 측의 밀봉 커넥터 요소와 광섬유(25a) 측의 비밀봉 커넥터 요소를 수중에서 간단히 접속하는 것으로 충분할 수 있다. 이음새 내로 물을 주입하여 커넥터 부분에 레이저 광의 반사/분산을 방지하는 기능을 도 8을 참조하여 이하에 설명한다.
레이저 빔의 광 반사(발생 레이저 빔 L1 및/또는 검출 레이저 빔 L2)는 레이저 빔이 전파되는 두 개의 매체에서의 굴절률에서 차이가 있는 경우에 발생하고, 이 굴절률의 차이가 클수록 반사가 더 커진다는 것이 알려져 있다. 광섬유(25a, 25b)의 섬유 코어의 재료를 석영 유리(quartz glass)로 함으로써, 굴절률은 약 1.46으로 되고, 주위 대기가 굴절률 1.00을 갖는 공기인 경우에, 수식 입사광의 반사율 R은 다음과 같다.
[식 1]
Figure 112007083786519-pat00004
한편, 광섬유(25a, 25b) 사이의 이음새 둘레 부분을 물 분위기로 치환하면, 반사율은 1.33의 물의 굴절률 때문에 동일한 산출로부터 약 0.2%이 되고, 섬유 단면에서의 광 반사 성분은 1/10 이하로 감소될 수 있다. 또한, 도 9와 도 10에 나타낸 바와 같은 수중 접속 지그(55)가 수중에서 광섬유(25a, 25b)를 접속하는데 사용된다.
도 9는 수중 접속 지그(55)의 측면도이고, 도 10은 수중 접속 지그(55)의 평면도(상면도)이다. 수중 접속 지그(55)는 이를 통하여 광섬유(25a, 25b)가 각각 삽입되는 광섬유 보호관(56a, 56b)을 고정하기 위해 고정 베이스(57a, 57b)와, 중심축을 유지하면서 고정 베이스(57a, 57b)를 화살표 C 방향으로 슬라이딩하기 위한 슬라이드 가이드(58)와, 물 분위기로 이들을 유지하기 위한 물 탱크(59)로 구성되므로, 두 개의 광섬유(25a, 25b)가 수중에서 효과적으로 접속되는 것을 가능하게 한다.
광섬유(25a, 25b)를 통하여 발생된 발생 레이저 빔 L1과 검출 레이저 빔 L2를 비교하면, 발생 레이저 빔 L1은 더 큰 레이저 에너지를 갖는다. 레이저 초음파 결함 검출만을 고려한다면, 비교적 낮은 발생 레이저 빔 L1이 충분히 이용된다.
본 실시예에 따른 레이저 보수 기기(10A)는 결함 검출에 더하여 예방 보수 레이저 기술에 이용될 수 있다고 가정하여, 높은 레이저 에너지의 이용이 가능한 디바이스 사양이 필요하다. 종래 기술에 따르면, 코어 직경이 1.5㎜ 이상을 갖는 광섬유의 사용이 예를 들어 레이저 피닝용 레이저 빔을 전달하는데 바람직한 것을 발견할 수 있다.
또한 제 2 실시예에 의하면, 비파괴 테스트와 예방 보수에서 디바이스의 분리의 관점에서, 광섬유(25)의 코어 직경 d1은 1.5㎜ 이상이다. 광섬유(25a)에 접속된 광섬유(25b)의 커넥터측 코어 직경 d2는, 발생 효율을 위하여, 코어 직경 d2 ≥ 코어 직경 d1인 것이 바람직하며, 여기서 d1은 광섬유(25)의 커넥터측 코어 직경이다. 또한, 코어 직경이 입력측으로부터 출력측까지 매끈하게 감소되는 테이퍼된 광섬유(25b)는 광섬유(25a, 25b) 중 하나에 이용될 수 있다.
또한, 광섬유(25a, 25b)는 전기 케이블 등의 경우에 비해 굽혀져서 비교적 더 잘 깨질 수 있으므로, 섬유는 광섬유 보호관(56a, 56b) 내로 각각 삽입되어 사용된다. 광섬유 보호관(56a, 56b)은 최소의 굽힘 반경을 보장하고, 또한 케이블 트레이(13)는 최소의 굽힘 반경에서 기계적으로 굽혀질 수 있는 구조를 가지므로, 보다 더 광섬유(25)를 처리하는데 수월해진다.
도 12 및 도 13은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 2 실시예의 변형을 나타내는 설명도이다.
이 변형에서 도시된 레이저 보수 장치(10A)는 하향식 계기관(12)의 내면의 레이저 초음파 비파괴 시험을 행하는 경우에 수직 이동 구동 기구(33) 및 회전 이동 구동 기구(34)(도 2 및 도 5를 참조)의 동작 범위를 적절히 설정함으로써 신뢰성이 높은 테스트 결과를 얻기 위한 레이저 보수 장치이며, 계기관은 반응로 압력 용기(11) 내에 형성된 반응로 관형 구조이다.
레이저 초음파 비파괴 시험에서의 결함의 검출은 음원으로서 발생 레이저 광(L1)의 조사 위치와 동심으로 전파하는 표면파를 이용하여, 검출 레이저 광(L2)으로 표면 개구 결함에 의해 반사된 표면파의 반사 신호를 검출한다.
예컨대 반응로 압력 용기, 즉 반응로 용기(11)의 수중에 배치된 내경이 9.5mm인 하향식 계기관(12)을 시뮬레이션하는 테스트에 대하여 도 12에 도시된 실험 데이터에 따라, 검출 레이저 광의 조사 위치로부터 반경 약 5mm의 범위가 바람직한 SN비로서 반사 신호를 검출할 수 있는 영역임이 밝혀졌다.
한편, 하향식 계기관(12)에 대한 내부 결함의 확실한 검출의 관점으로부터, 동일한 위치가 중첩하여 여러 번(적어도 2회) 시험되는 것이 바람직하다. 검출 레이저 광(L2)의 조사 위치가 하향식 계기관(12)의 내면에 대하여 방사 방향 및 축 방향의 2차원으로 스캐닝되는 경우가 고려된다.
도 13은 하향식 계기관(12)의 내면 개방도(예컨대, 시험 표면)로서, 원 표시 로 나타낸 부호 1 내지 12는 일정 영역에서 검출 레이저 광(L2)의 조사 위치이고, 점선은 양호한 SN비(예컨대, 조사 위치에 5mm의 반경이 들어간 회로)로서 반사 신호를 검출할 수 있는 영역을 나타낸다. 5mm이하로 주변 방향 및 축 방향으로의 검출 레이저 광(L2)의 스캐닝 피치에 있어서, 시험 표면상의 임의의 지점에 대하여 적어도 2회 이상 테스트 데이터를 얻을 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
이제부터, 하향식 계기관(12)의 내경이 ID인 경우, 그 원주 길이는 πpID이고, 따라서 테스트 데이터는 f(Hz)로서 간격을 취하고, 원주 방향으로의 스캐닝 속도(VR)는 [식 2]와 같다.
Figure 112007083786519-pat00005
또한, 일회전 이후의 축 방향으로의 운동량이 5mm이하가 충분하기 때문에, 축 방향으로의 스캐닝 속도(VA)는 [식 3]과 같다.
Figure 112007083786519-pat00006
스캐닝 속도(VR, VA)의 범위 내에서 스캐닝 속도를 설정하여, 얻어지는 데이터의 중첩률, 시험에 필요한 시간량, 스캐닝 메커니즘의 동작 제한 등을 고려하면, 동일한 위치로부터 복수 배만큼 데이터가 얻어지는 신뢰성 높은 테스트 결과를 얻을 수 있다.
[제 3 실시예]
도 14는 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 3 실시예를 나타내는 전체 구성도이다.
본 실시예에 도시된 반응로 관형 구조용 레이저 보수 장치(10B)는 하향식 계기관(12)의 내면에 대한 레이저 초음파 비파괴 시험을 행하는 경우에 얻어지는 데이터의 신뢰성을 향상시키는 것을 목적으로 하는 레이저 보수 장치이고, 따라서, 제 1 실시예에 따른 레이저 보수 장치(10)와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙이고, 여기서 그 설명은 생략한다.
도 14에 도시된 레이저 보수 장치(10B)에 있어서, 레이저 초음파 결함 검출에 필요한 발생 레이저 빔(L1)과 검출 레이저 빔(L2)은 광섬유(25)를 통해서 발생되고, 최종적으로 삽입관(32)의 레이저 초음파 조사 헤드(35)로부터 수중 분위기를 통해서 전파됨으로써 하향식 계기관(12)의 내면에 조사된다. 반응로 냉각수(16)가 정화수이지만, 몇 종류의 함유물이 광 경로에 부유하는 경우, 최악의 시나리오에서, 발생 레이저 빔(L1)과 검출 레이저 빔(L2) 중 하나가 하향식 계기관(12)의 내면에 조사되기 전에 부유 물질에 의해 반사 및/또는 산란될 수 있어, 테스트 데이터를 얻을 수 없다.
제 3 실시예에 따른 보수 장치(10B)는 반응로 냉각수를 강제로 회전시키는 정화수 공급 수단의 역할을 하는 회전 정화 장치(65)를 갖는다. 이 회전 정화 장치(65)는 반응로 냉각수(16)를 펌핑하는 제 1 수관(水管)과, 함유물을 제거하여 펌 프 출력측으로 배출하는 필터를 갖는 펌프 시스템(67)과, 필터를 갖는 펌프 시스템(67)의 출력에 연결되고 또한 케이블 트레이를 통해서 전달/스캐닝 메커니즘(23)의 삽입관(32)에 연결된 제 2 수관(68)을 갖는다.
제 2 수관(68)으로부터 배출된 정화수는 삽입관(32)과 광섬유(25) 사이를 통과하여, 최종적으로 레이저 초음파 조사 헤드(35)의 레이저 조사 개구로부터 배출된다.
반응로 냉각수용 회전 정화 장치(65)를 제공함으로써, 발생 레이저 빔(L1)과 검출 레이저 빔(L2)용 수중 분위기 광 경로 내의 물은 정화수로 교체되어 레이저 빔의 광 경로의 무결성을 보장한다.
레이저 보수 장치(10B)에 있어서, 하향식 계기관(12)의 내면에 수중 분위기 속의 몇 종류의 부유 입자 또는 물질이 존재하는 경우 통상적으로 테스트 데이터를 얻을 수 있다. 이제부터, 정화수로서 반응로 냉각수(16)를 사용하면, 사실상 개별적으로 배치된 정화수 탱크 등으로부터 정화수를 공급할 수 있다. 이 경우, 반응로 냉각수 레벨의 증가를 유념해야 한다.
도 15는 제 3 실시예에 따른 레이저 보수 장치의 제 3 실시예의 변형을 나타낸다.
본 변형에서 도시된 레이저 보수 장치(10B)는 반응로 삽입 부품 등의 손실이 발생하지 않는 구조적 신뢰성이 높은 레이저 보수 장치이다.
도 15에 도시된 삽입관(32) 및 레이저 초음파 조사 헤드(35)는 하향식 계기 관(12)의 내면에 삽입된다.
레이저 보수 장치(10B)는 하향식 계기관(12)용 레이저 비파괴 테스트 장치로 이용되고, 또한 장치의 대부분은 레이저를 이용한 예방용 보수 장치 및 결함 검출 장치로 이용된다. 레이저 보수 장치(10B)가 다른 레이저 예방용 보수 기술과 결합될 수 있는 설비로서, 삽입관(32)의 공유를 생각하기 쉽지만, 레이저 초음파와 레이저 예방용 보수간의 조사 조건 등의 차이의 관점에서 레이저 초음파 조사 헤드(35)가 교환될 수 있는 것이 바람직하다.
삽입관(32)에 탈착 가능하게 장착하도록 레이저 초음파 조사 헤드(35)를 배치하는 간단하고 용이한 방법은 레이저 초음파 조사 헤드(35)를 삽입관(32)에 나사 고정하는 것이다. 이 경우, 하향식 계기관(12)의 내면에서 회전 운동으로 인해 나사 고정 부분이 헐거워져, 레이저 초음파 조사 헤드(35)가 하향식 계기관(12) 내에 남겨질 우려가 있다.
도 15에 도시된 레이저 보수 장치(10B)의 변형으로서, 하향식 계기관(12) 내의 레이저 초음파 조사 헤드(35)의 회전 방향(D)이 일방용으로 고정되고, 삽입관(32)에 대한 레이저 초음파 조사 헤드(35)의 나사 고정 방향은 회전 운동에 의해 조임 방향(E)과 정합된다. 따라서, 레이저 초음파 조사 헤드(35)는 이 사용에 따라 교환될 수 있고, 또한 레이저 초음파 조사 헤드(35)가 헐거워지는 위험성이 없는 레이저 보수 장치(10B)의 전달/스캐닝 메커니즘(23)를 실현할 수 있다.
[제 4 실시예]
도 16은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 4 실시예를 나타내는 전체 구성도이다.
본 실시예에서 나타낸 반응로 관형 구조용 레이저 보수 장치(10C)는 하향식 계기관(12)의 내면의 레이저 초음파 비파괴 시험 및 레이저 예방 보수를 효율적으로 실현하는 레이저 보수 장치이다. 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 레이저 보수 장치(10(10A, 10B))와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 여기서 그 설명을 생략한다.
도 16에 도시된 레이저 보수 장치(10C)의 동작은 제 1 내지 제 3 실시예에 따른 레이저 보수 장치(10(10A, 10B))와 동일하다.
반응로 관형 구조용 레이저 보수 장치(10C)는 복수의 시스템을 포함하는 결함 검출 신호 처리 시스템(21A)과, 각각의 전달/스캐닝 메커니즘(23A, 23B)를 동작시키고 감시하는 복수의 시스템을 포함하는 제어 보드(22A)와, 방사된 발생 레이저 빔(L1)과 검출 레이저 빔(L2)을 광학적으로 분광하여 다중 시스템으로부터의 출력 광을 출력할 수 있는 보수 레이저 시스템(20A)과, 레이저 시스템(20A)으로부터 각각의 전달/스캐닝 메커니즘(23A, 23B)로 출력 광을 발생시키는 하나 이상의 광섬유(25A, 25B)와, 작업 운반대(19)로부터 전달/스캐닝 메커니즘(23A, 23B)를 현수하는 와이어(케이블)(28A, 28B)를 갖는다.
도 16에 도시된 레이저 보수 장치(10C)의 구성에 따라, 반응로 내의 복수의 장치는 단일 보수 레이저 시스템(20A) 및 단일 작업 운반대(19)를 사용하여 나란히 작업을 진행한다. 레이저 보수 장치(10C)에 있어서, 모든 전달/스캐닝 메커니즘(23A, 23B)가 레이저 초음파 비파괴 시험에 사용될 수 있지만, 반응로 관형 구조 용 레이저 보수 장치(10C)의 특징은 레이저 결함 검출 기술 및 레이저 보수 기술을 달성할 수 있으므로, 일부 또는 모든 레이저 보수 장치(10C)가 레이저 초음파 비파괴 시험 및 레이저 예방 보수에 사용될 수 있다.
[제 5 실시예]
도 17은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 5 실시예를 나타내는 전체 구성도이다.
본 실시예에 도시된 레이저 보수 장치(10D)는 하향식 계기관(12)의 내면의 레이저 초음파 비파괴 시험 및 레이저 예방 보수를 효율적으로 실현하기 위한 레이저 보수 장치이다. 제 4 실시예에 따른 레이저 보수 장치(10C)와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 여기서 그 설명을 생략한다.
도 17에 도시된 레이저 보수 장치(10D)는 반응로 압력 용기(11) 내에 제공된 레이저 보수 장치(10D)의 동작 상태를 관찰하는 관찰 수단으로 이용되는 반응로 TV 카메라(70A, 70B)를 갖는데, 이 반응로 TV 카메라(70A, 70B)는 하향식 계기관(12) 주위의 반응로 내의 상태와, 하향식 계기관(12) 상의 전달/스캐닝 메커니즘(23A, 23B)의 안착과, 전달/스캐닝 메커니즘(23A, 23B) 내에 배치된 수직 이동 구동 기구(33), 회전 구동 기구(34), 삽입관(32) 및 레이저 조사 헤드(35)(도 5 참조)의 동작 상태를 확인한다.
제 5 실시예에 따른 레이저 보수 장치(10D)에 있어서, 반응로 TV 카메라(70A, 70B)는 관찰 수단으로서 제공되고, 반응로 TV 카메라(70A, 70B)의 출력 이미지는 이미지 케이블(71A, 71B)을 통해서 제어 보드(22A)로 투과되고, 제어 보 드(22A) 부근의 디스플레이 수단(도시되지 않음)에서 관찰이 가능하여, 레이저 보수 장치(10D)의 전달/스캐닝 메커니즘(23A, 23B) 또는 레이저 보수 장치(10D) 주변에 문제가 발생하는 경우에도, 이 문제를 신속하게 검출할 수 있으므로, 하향식 계기관(12)의 내면의 레이저 초음파 비파괴 시험 및 레이저 예방 보수를 보다 효율적으로 실현할 수 있다.
상술한 본 발명의 구조에 따른 레이저 보수 장치용 레이저 조사 장치로서의 레이저 조사 헤드(35)에 대한 실시예를 이후 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 18은 예컨대 본 발명에 관한 레이저 조사 장치의 제 1 실시예에서 사용되는 도 3에서의 레이저 조사 헤드(35)에 대응하는 조사 헤드를 나타내는 개략도이다.
본 발명에 관한 레이저 조사 장치는 크랙 등을 시험하는데 사용될 수 있고, 핵 반응로에 포함되는 협소한 튜브 등의 실린더 부분(CY)의 내면에 대한 일례가 주어진다.
실린더 부분에 삽입되는 조사 헤드(110)는 광섬유(111)와 광학계 컨테이너(112)를 제공한다.
또한, 광학계 컨테이너(112)에 있어서, 실린더 부분(CY)의 축방향을 따라, 서로 이격한 거리에서, 이색성 미러를 구성하는 제 1 광학 소자(113) 및 미러를 구성하는 제 2 광학 소자(114)가 레이저 광이 진행하는 방향을 향해 순차적으로 제공된다.
제 1 광학 소자(113) 및 제 2 광학 소자(114)는 레이저 광의 조사 위치가 광학계 컨테이너(112)의 원주 방향을 따라 서로 이격 변위되도록 하는 위치에 배치된다. 이격 변위될 이들 소자들에 대한 위치의 각도(θ)가 30°≤θ≤60°의 범위 내에 설정되도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 구성을 갖는 조사 헤드(110)에 있어서, 광섬유(111)로부터 발생되는 발생 레이저 광(L1)과 검출 레이저 광(L2)에서, 검출 레이저 광(L2)은 제 1 광학 소자(113)에 의해 반사되어, 제 1 출구창(115)을 통해 실린더 부분(CY)에 조사한다.
또한, 발생 레이저 광(L1)은 제 1 광학 소자(113)를 통과하고, 제 2 광학 소자(114)에 의해 반사되어, 제 2 출구창(116)을 통해 실린더 부분(CY)에 조사한다.
이색성 미러를 구성하는 제 1 광학 소자(113)에 있어서, 검출 레이저 광(L2)은 반사되고, 발생 레이저 광(L1)은 통과가 허용된다. 또한 제 1 광학 소자(113)는, 반사된 검출 레이저 광(L2)이 테스트 대상의 실린더 부분(CY)으로부터 귀환될 때, 귀환된 검출 레이저 광(L2)이 외부 경로, 즉 귀환 경로와 동일한 경로에서 광섬유(111)에 조사될 수 있는 곡면을 갖는다.
또한, 미러를 구성하는 제 2 광학 소자(114)는 실린더 부분(CY) 상에 발생 레이저 광(L1)의 초점을 맞추고 나서 조사하는 곡면을 갖는다.
한편, 실린더 부분(CY)에 조사하는 발생 레이저 광(L1)은 도 19에 도시된 바와 같이 전송(발생) 지점(E)에 초점이 맞춰지고, 여기서 초음파를 발생시켜, 직접 표면파(116)가 수신 지점(R)에 발생된다.
이 수신 지점(R)은 실린더 부분(CY)의 축 방향을 향해 변위된 검출 레이저 광(L2)의 조사 위치이고, 도 18에 도시된 발생 레이저 광(L1)으로부터 각도(θ)만큼 원주 방향과 대향한다.
도 20 내지 도 23은 크랙을 검출하여 실린더 부분(CY) 내의 크랙의 깊이를 측정하는 경우에 실린더 부분(CY)에 여기된 발생 레이저 광(L1)에 의해 발생되는 초음파의 동작을 나타내는 도면이다.
이들 도면에서, 도 20 및 도 22는 실린더 부분(CY)의 축 방향을 따라 크랙(118)이 발생되는 테스트 대상인 실린더 부분(CY)의 확대 평면도이다.
도 21 및 도 23은 실린더 부분(CY)의 축 방향에 대한 가로 방향을 따라 크랙(118)이 발생되는 테스트 대상인 실린더 부분(CY)의 확대 평면도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 실린더 부분(CY)의 축 방향을 따라 크랙(118)이 발생되는 경우, 발생 레이저 광(L1)은 전송 지점(E)에서 조사되어, 수신(검출) 지점(R)에서 직접 표면파(117) 및 반사파(119)로서 검출되는 초음파를 발생시킨다.
또한, 도 21에 도시된 바와 같이, 실린더 부분(CY)의 축 방향에 대한 가로 방향을 따라 크랙(118)이 발생되는 경우, 발생 레이저 광(L1)은 전송 지점(E)에 조사되어, 수신 지점(R)에서 상술한 직접 표면파(117) 및 반사파(119)로서 검출되는 초음파를 발생시킨다.
도 22 및 도 23에서, 전송 지점(E) 및 수신 지점(R)은 도 22에 및 도 23에 도시된 바와 같이 배치되고, 양 지점(E, R)이 크랙(118)을 사이에 끼우는 위치에 있기 때문에, 크랙(118)의 깊이를 측정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 상기 실시예에 따라, 제 1 광학 소자(113)의 검출 레이저 광의 반사 위치와 제 2 광학 소자(114)의 발생 레이저 광의 반사 위치는 광학계 컨테이너(112)의 원주 방향을 따라 각도(θ)만큼 변위되는 위치에 배치된다. 따라서, 실린더 부분(CY)의 내면의 원주 방향과 축 방향으로 발생되는 크랙(118)의 위치 및 깊이를 용이하고 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 각도(θ) 방향으로 발생되는 표면파로 크랙을 시험하기 때문에, 발생 거리는 더 짧아져 노이즈 간섭을 방지할 수 있다.
도 24는 본 발명에 관한 레이저 조사 장치에 사용되는 조사 헤드의 제 2 실시예를 나타내는 개략도이다.
제 1 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 여기서 그 설명을 생략한다.
본 발명에 관한 레이저 조사 장치는 조사 헤드(110)의 광학계 컨테이너(112)에서 광 경로 변경 소자로서 초점 렌즈(120) 및 웨지 플레이트(121)와 함께 부가된다.
광섬유(111)에서 발생되는 발생 레이저(L1) 및 검출 레이저(L2)는 특정 발산(NA: 수치적인 개구수)을 갖는 광섬유(111)로부터 배출된다.
따라서, 광섬유(111)로부터 직접 레이저 광을 광학 소자에 주입하는 경우에, 제 1 광학 소자(113) 및 제 2 광학 소자(114)의 반사면은 더 커져야만 한다.
발생 레이저 광(L1)이 제 1 광학 소자(113)를 통과하여 제 2 광학 소자(114)에 주입되는 경우, 광 경로는 제 1 광학 소자(113)를 통과할 때 변위될 수 있다.
본 발명은 이러한 점에 초점을 두었으며, 광섬유(111)와 제 1 광학 소자(113) 사이에 초점 렌즈(120)를 제공하고, 제 1 광학 소자(113) 및 제 2 광학 소자(114)의 반사면을 작게 하고, 제 1 광학 소자(113)와 제 2 광학 소자(114) 사이에 웨지 플레이트(121)를 제공하여, 변위된 광 경로를 보정함으로써, 전체 조사 헤드(110)는 밀집될 수 있고, 실린더 내의 크랙은 정확한 광 경로와 함께 정밀하게 검출될 수 있다.
도 25 및 도 26은 본 발명에 관한 레이저 조사 장치에 사용되는 조사 헤드의 제 3 실시예를 나타내는 개략도로서, 여기서 제 1 및 제 2 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
본 발명에 관한 레이저 조사 장치는 중간 위치를 바깥쪽으로 향하도록 볼록형 곡면(122)을 제공하는 스핀들 모양으로 형성된 조사 헤드(110)의 광학계 컨테이너(112)를 갖는다.
원통형 모양인 광학계 컨테이너(112)의 경우에, 테스트 대상의 위치가 미세한 커브 또는 수축이 있을 때, 조사 헤드(110)는 양호하게 이동할 수 없다.
본 실시예는 이러한 점을 고려하여 상정되었으며, 따라서 조사 헤드(120)의 광학계 컨테이너(112)는 조사 헤드(110)를 용이하게 이동시키도록 스핀들 모양으로 형성된다.
따라서, 본 발명에 있어서, 실린더 부분(CY)으로부터 조사 헤드(110)를 삽입 또는 제거하는 것은 쉽게 이행될 수 있고, 작업 효율은 더 향상될 수 있다.
도 27 및 도 28은 본 발명에 관한 레이저 조사 장치에 사용되는 조사 헤드의 제 4실시예를 나타내는 개략도로서, 여기서 제 1, 제 2 및 제 3 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
본 발명에 관한 레이저 조사 장치는 조사 헤드(110)의 광학계 컨테이너(112)에 유로(123)를 형성하고, 물은 화살표(AR) 방향으로 이 유로(123)를 따라 흐른다.
발생 레이저 광(L1)은 비교적 높은 에너지를 갖기 때문에, 실린더 부분(CY)에 조사하는 경우, 먼지와 찌꺼기가 표면으로부터 생성되어, 레이저 광의 광로에 방해를 야기하는 역효과를 줄 수도 있다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 상정되었으며, 따라서, 광섬유(111)와 동심을 이루는 광학계 컨테이너(112)에 유로(123)가 제공되고, 물은 화살표(AR) 방향으로 이 유로(123)를 따라 흐름으로써 광학계 컨테이너(112)로부터 먼지와 같은 외래 입자들을 제거하고 이것들을 제 1 출구창(115)과 제 2 출구창(116)으로 흘려보낸다.
따라서, 본 발명은 광학계 컨테이너(112)에 유로(123)를 제공하여, 물은 이 유로(123)에서 흐르고, 먼지와 같은 외래 입자들이 제거된다. 따라서, 레이저 광의 광로에 방해를 주지 않고서 안정한 상태로 광로를 유지할 수 있다.
도 29는 본 발명에 관한 레이저 조사 장치에 사용되는 조사 헤드의 제 5 실시예를 나타내는 개략도로서, 여기서 제 1 내지 제 4 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
본 실시예에 관한 레이저 조사 장치에서, 조사 헤드(110)의 광학계 컨테이너(112)는 음향 흡수재(124)로 형성된다.
물과 같은 초음파 전도 환경에서 조사 헤드(110)를 사용하는 경우에, 물속의 음파 진동은 발생 레이저 광(L1) 및 검출 레이저 광(L2)의 테스트 대상 위치로의 조사에 의해 발생될 수 있다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 상정하였으며, 광학계 컨테이너(112)는 음향 흡수재(124)로 제조된다. 실린더 부분(CY)에 레이저 광을 조사하는 경우에 발생되는 음파 진동은 흡수된다.
따라서, 본 발명의 구성에 따라, 광학계 컨테이너(112)는 음향 흡수재(124)로 제조되고, 음파 진동이 흡수됨으로써, 레이저 광이 실린더 부분(CY)에 안정한 상태로 조사될 수 있고, 실린더 부분(CY) 상의 크랙을 정밀하게 검출할 수 있다.
본 발명에 있어서, 광학계 컨테이너(112)가 음향 흡수재(124)로 제조되었지만, 이 실례에 국한되지 않고, 음향 흡수재(124)가 광학계 컨테이너(112) 상에 코팅될 수 있다는 것을 주목해야 한다.
도 30은 본 발명에 관한 레이저 조사 장치에 사용되는 조사 헤드의 제 6 실시예를 나타내는 개략도로서, 여기서 제 1 내지 제 4 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
본 발명에 관한 레이저 조사 장치는 제 1 광학 소자(113)의 반사 위치와 제 2 광학 소자(114)의 반사 위치를 변경시킴으로써, 제 1 광학 소자(113)를 통해서 실린더 부분(CY)에 조사되는 검출 레이저 광(L2)의 조사 위치와, 제 2 광학 소자(114)를 통해서 실린더 부분(CY)에 조사되는 발생 레이저 광(L1)의 조사 위치는 광학계 컨테이너(112)의 축 방향에 대하여 가로로 대칭되도록 서로 대향한다.
발생 레이저 광(L1)의 조사 위치와 검출 레이저 광(L2)의 조사 위치를 연결하는 경로와 평행한 위치에 크랙을 야기하는 경우에, 크랙을 검출하는 것은 가능하지만, 크랙의 깊이를 측정하는 것은 곤란하다.
본 발명은 이러한 점을 고려하여 상정되었으며, 제 1 광학 소자(113)의 반사 위치와 제 2 광학 소자(114)의 반사 위치는 광학계 컨테이너(112)의 축 방향에 대하여 가로 대칭 위치에 있도록 배치된다.
따라서, 본 발명의 구성에 있어서, 제 1 광학 소자(113)의 반사 위치와 제 2 광학 소자(114)의 반사 위치는 광학계 컨테이너(112)의 축 방향에 대하여 가로 대칭 위치에 있도록 배치되고, 따라서, 실린더 부분(CY)에서 발생되는 크랙의 깊이를 정밀하게 측정할 수 있다.
도 31 및 도 32는 본 발명에 관한 레이저 조사 장치에 사용되는 조사 헤드의 제 7 실시예를 나타내는 개략도로서, 여기서 제 1 및 제 4 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다.
본 발명에 관한 레이저 조사 장치에서, 제 1 광학 소자(113)는 광학계 컨테이너(112)의 상부에 배치되고 제 2 광학 소자(114)는 광학계 컨테이너(112)의 하부에 배치됨으로써, 발생 레이저 광(L1)과 검출 레이저 광(L2)은 그 상부 및 하부 각각의 위치에 조사되도록 광학계 컨테이너(112)의 축 방향으로 교차되지 않는다.
이 경우, 제 1 광학 소자(113)는 발생 레이저 광(L1)을 반사시키고 검출 레이저 광(L2)을 투과하도록 코팅된다. 제 2 광학 소자(114)도 검출 레이저 광(L2)을 반사시키도록 코팅된다.
또한, 제 2 광학 소자(114)는 곡면을 갖는 미러 형상을 갖도록 구성되어 있고, 검출 레이저 광(L2)이 반사될 때, 테스트 대상인 실린더 부분(CY)으로부터 반사된 검출 레이저 광(L2)의 반사 구성요소가 동일 경로 상에서 광섬유(111)에 주입된다.
발생 레이저 광(L1)과 검출 레이저 광(L2)은 서로 다른 파장을 사용하지만, 검출 레이저 광(L2)의 파장이 발생 레이저 광(L1)의 파장보다 더 긴 경우에 제조가 더 용이하고, 제 1 광학 소자(113)의 반사면의 코팅층은 단파장을 반사하고 장파장은 통과된다.
따라서, 본 발명의 구성에 있어서, 제 1 광학 소자(113)는 광학계 컨테이너(112)의 상부에 위치 결정되고, 제 2 광학 소자(114)는 광학계 컨테이너(112)의 하부에 위치 결정된다. 따라서, 발생 레이저 광(L1)과 검출 레이저 광(L2)은 서로 교차하지 않고 레이저 광(L1, L2)은 안정한 상태로 발생될 수 있다.
또한, 본 발명의 구성에 있어서, 제 1 광학 소자(113)는 발생 레이저 광(L1)을 반사시키고 검출 레이저 광(L2)을 투과하도록 코팅되고, 따라서, 단파장을 반사시키고 장파장을 발생시키는 경우에, 제 1 광학 소자(113)를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 레이저 보수 장치에 대해서, 첨부된 도면을 참조하여 레이저 초음파 검출 장치의 바람직한 실시예를 아래에서 설명한다. 본 발명에서의 레이저 초음파 검출 장치는 도 1에서의 보수 시스템(20), 보다 구체적으로는 이후 언급될 표면파 검출 장치(213)와 연관지어 설명되는 레이저 검출에 관한 것이 다.
[제 1 실시예]
도 54는 본 발명에 관한 레이저 초음파 검출 장치의 제 1 실시예를 나타내는 블록도이다. 도 80의 종래의 레이저 초음파 검출 장치에서의 구성요소와 동일한 요소인 구성요소는 동일한 참조 부호로 표기된다. 도 54에서, 심볼(TP)은 측정될 대상을 가리키고, 심볼(US)은 초음파 신호를 가리키며, 심볼(H)은 검출 레이저 광의 조사 헤드를 가리킨다.
검출 펄스 레이저 광원(PDL)에서의 시드 레이저(401)로부터 진동되는 레이저 광은 광 증폭기로 펄스 증폭되어 결합 렌즈(L1)를 통해서 광섬유(404) 내로 주입된다. 광섬유(404)의 출력 광(IL)은 조사 헤드(H) 내의 렌즈 또는 임의의 적절한 광학 시스템(L2)으로 측정 대상(TP)의 조사 지점(P)에 조사된다. 측정될 대상(TP)의 표면에 조사되는 광섬유(404)의 출력 광(IL)은 초음파 신호(US)에서 시작되는 표면 진동으로부터 주파수 변조되고, 표면에서 반사 및 산란되어 임의의 적절한 광학 시스템(L3)의 렌즈로 집광된다. 집광된 산란 광(SL)은 광섬유(407)를 통해서 검출 간섭계(DOP)로 안내된다.
산란 광(SL)의 일부는 부분 반사 미러(PM1)로 반사되어 광 검출기(408)로 검출된다. 부분 반사 미러(PM1)를 통과하는 광 성분은 압전 소자(409)에 의해 제어되는 Fabry-Perot 공진기(FP) 내로 주입되고, 투과 광은 렌즈(L5)에 의해 광 검출기(410) 내로 입력되어 초음파 신호(US)를 포함하는 전기 신호로 변환된다. 주파수 필터(413)와 구동 제어 장치(414)를 통해서 Fabry-Perot 간섭계(FP)의 공진기의 분리를 제어하는 압전 소자(409)의 구동 신호로서 전기 신호가 사용된다. 한편, 주파수 필터(411)를 통해서 전기 신호로부터 초음파 신호가 추출되어 신호 처리 장치(412)로 적절하게 신호 변환, 신호 처리, 디스플레이 및 기록된다.
본 실시예의 제 1 특징은 시드 레이저 광원(401)의 출력 광의 일부(종종 10% 이하)를 반사시키는 부분 반사 미러(PM2), 및 이를 측정하는 광 검출기(415)가 존재하는 것에 있고, 광 검출기(415)의 출력 신호는 적절히 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이되어, 상태 감시 장치(419a)로 기록되고, 또한 신호가 특정값을 초과하는 경우에, 그 결과에 대한 경고 또는 장치에 대한 중단 신호가 출력된다. 광 검출기(415)의 출력 신호는 광 전력(광 에너지), 광 주파수(파장) 등이다.
상술한 구성에 있어서, 시드 레이저 광원(401)의 일시적인 변화나 이상, 또는 광학 소자의 위치 변위로부터의 임의의 에지면 반사를 시드 레이저 광원(401)에 혼합하는 것에 의한 시드 레이저 광의 진동 이상이나 출력 감소를 감시할 수 있고, 또한 장치에 대한 이상이 있는 경우에 장치 동작에 적절하고 신속하게 피드백을 제공할 수 있다.
본 실시예의 제 2 특징은 광학 증폭기(402)를 사용하여 펄스 형태로 증폭되어 광학 감쇄기(406)로 적절한 전력으로 조절되는 검출 레이저 광(IL)의 일부(종종 10% 이하)를 반사시키는 부분 반사 미러(PM3), 및 이를 측정하는 광 검출기(416)가 존재하는 것에 있고, 광 검출기(416)의 출력 신호는 적절히 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이되어, 상태 감시 장치(419a)로 기 록되고, 또한 출력 신호가 특정값을 초과하는 경우에, 그 결과에 대한 경고 또는 장치에 대한 중단 신호가 출력된다.
광 검출기(416)의 출력 신호는 펄스 광, 광 출력(광 에너지), 광 주파수(파장), 펄스 폭, 반복 속도 등의 시간 파형이다.
상술한 구성에 있어서, 광학 증폭기(402)의 일시적인 변화나 이상, 플래시 램프의 일시적인 저하, 또는 광학 요소의 위치 변위로부터의 에지면 반사를 광학 증폭기에 혼합하는 것에 의한 검출 펄스 레이저 광의 파형 왜곡이나 출력 감소를 감지할 수 있다. 또한, 장치에 대한 이상이 있는 경우에 장치 동작에 적절하고 신속하게 피드백을 제공할 수 있다.
본 실시예의 제 3 특징은 광학 증폭기를 냉각시키는 냉각수 시스템(W)의 상태를 측정하는 냉각수 측정 장치(417)를 갖는, 검출 레이저 광을 펄스형으로 증폭하는 광학 증폭기(402)가 존재하는 것에 있다. 냉각수 측정 장치(417)의 출력 신호는 적절히 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이되어, 상태 감시 장치(419a)로 기록된다. 신호가 특정값을 초과하는 경우에, 그 결과에 대한 경고 또는 장치에 대한 중단 신호가 출력된다. 냉각수 측정 장치(417)의 출력 신호는 냉각수의 유량 및 온도에 대응한다.
상술한 구성에 있어서, 냉각수 유량이나 온도와 같은 이상으로부터 검출 펄스 레이저 광의 출력 감소, 또는 장치의 저하나 고장을 초래할 수 있는 비정상적으로 높은 온도 상태 하의 동작을 감시할 수 있다. 또한, 냉각수 시스템에 이상이 있는 경우에, 냉각수 측정 장치(417) 및 밸브 제어 구동 장치(418)로부터의 출력 신호로 냉각수를 조절하는 밸브(V)의 개방 동작이나 레벨을 조절함으로써, 장치 동작에 적절하고 신속하게 피드백을 제공할 수 있다.
본 실시예의 제 4 특징은 광 검출기(408) 및 주파수 필터(413)의 2개의 출력 신호가 적절히 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이되어, 상태 감시 장치(419a)로 기록되고, 신호가 특정값을 초과하는 경우에, 그 결과에 대한 경고 또는 장치에 대한 중단 신호가 출력된다.
광 검출기(408) 및 주파수 필터(413)의 2개의 출력 신호비는 장치가 정상 동작에 있는 경우 고정값이지만, 공진기 분리 제어가 어떠한 이유로 불안정해지는 경우, 주파수 필터(413)의 출력값은 변동하고, 2개의 출력 신호비는 변화된다. 따라서, 2개의 신호비를 항상 감시함으로써, 환경 온도 변화 또는 환경 분위기에 따른 Fabry-Perot 간섭계의 공진기 제어의 안정성을 감시할 수 있다. 또한, 제어 안정성의 경우에, 장치 동작 제어에 적절하고 신속하게 피드백을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 나타낸 적어도 하나의 출력 신호 및 상태 감시 장치(419a)와 동일한 타이밍을 갖는 신호 처리 장치(412)로 변환 또는 처리된 초음파 신호를 디스플레이 및 기록함으로써, 연속적으로 얻어지는 초음파 신호의 개별 파형을 측정하는 장치의 상태를 이해할 수 있다.
[제 2 실시예]
다음으로, 본 발명에 관한 레이저 초음파 검출 장치의 제 2 실시예는 도 55를 참조하여 설명되고, 제 1 실시예의 구성요소와 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호로 나타내고, 중복되는 설명은 여기서 생략된다.
본 실시예는 검출 레이저 광(IL)이 주사되고 광섬유(404)의 입력단면을 관찰하기 위한 이미지 광학 시스템(L8), CCD 카메라(420), CCD카메라(420)에 의해 획득된 이미지 정보로부터 광섬유(404)까지 레이저 광(IL)의 입사하는 위치를 검출하고 그 결과로부터 광섬유(404)의 코어에 입사하는 위치의 정확한 위치를 제어하는 제어 신호를 발생시키는 이미지 처리 장치(421), 및 광섬유(404)의 단면 위치를 상기 정확한 위치로 이동시키는 이동 메커니즘(422)을 포함한다.
광섬유(404)의 입력 단면은, 도 56에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 2차원 이미지로 관찰되는 경우, 광섬유(404)의 입력단면(중앙:C2) 및 검출 레이저 광(IL)의 입사 위치(중앙:C1)는 동시에 관찰될 수 있다. 여기서, 중앙(C1-C2)의 변이량은 도 56에서 좌측상에 나타낸 이미지 처리 장치(421)에 의하고, 분량적으로 측정되고, 도 56에서 우측상에 나타낸 이동 메커니즘(422)을 갖는 중앙(C1, C2) 양자를 중첩하기 위해 이 변이량을 교정함으로써, 일정한 광섬유 결합 효과가 획득될 수 있다.
이동 메커니즘(422)를 위해, 2개의 수평축 및 수직축에서 자유로운 이동 메커니즘, 또는 회전 방향으로 자유로운 이동 메커니즘이 사용될 수 있다. 상기한 바와 같이, 광섬유(404)의 단면 위치 대신에 고정된 광섬유(404) 단면에 관한 검출 레이저 광(IL)의 입사 위치는, 나타내지 않은 광학 시스템을 사용함으로써 제어될 수 있음에 유의해야 한다.
상기한 구성에 따르면, 온도 변화 또는 장치가 설치되는 환경의 진동으로부터의 광학 소자의 변위에 기인한 증가된 광섬유 결합 손실이 관찰될 수 있고, 소정 의 허용 범위를 초과하는 변위의 경우, 그 위치는 적절하고 신속하게 리셋(reset)될 수 있다.
위치 교정 신호는 적절하게 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이되고, 상태 감시 장치(419b)로 기록될 수 있으며, 또한 신호가 특정값을 초과하는 경우, 그 효과에 대한 경고 또는 그 장치에 대한 셧다운 신호(shutdown signal)가 출력된다.
[제 3 실시예]
다음으로, 본 발명에 관한 레이저 초음파 검출 장치의 제 3 실시예는 도 57을 참조하여 설명되고, 제 1 및 제 2 실시예의 구성요소와 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호로 표시되고, 중복되는 설명은 여기서 생략된다.
이 실시예는 광섬유(404)로부터 검출 레이저 광(IL)이 주사되는 광학 증폭기(402)의 방향에 대한 후방 반사(back-reflection) 및 후방 산란(back- scattering)의 광량(이하 "단면 반사 광량"이라 칭함)을 측정하는 광 검출기(423), 고정값으로서 출력 신호를 유지하기 위해 광섬유(404) 단면의 코어 내의 적절한 위치에 검출 레이저 광(IL)의 입사 위치를 제어하는 제어 신호를 발생시키는 제어 장치(424), 및 상기의 적절한 위치로 광섬유(404)의 단면 위치를 이동시키는 이동 메커니즘(422)을 포함한다. 이동 메커니즘(422)을 위해, 2개의 수평축 및 수직축에 자유로운 이동 메커니즘, 또는 회전 방향으로 자유로운 이동 메커니즘이 사용될 수 있다.
광섬유(404)로부터 조사 헤드(H)까지 검출 레이저 광(IL)의 발생 동안, 레이 저 광의 부분(예를 들면, 광섬유의 재료는 수정 유리이고, 설치 환경은 공기중이라면, 광량은 3 내지 5%)은 광섬유(404)의 입력 단면 및 출력 단면과, 렌즈 또는 임의의 적절한 광학 시스템(L2)의 단면으로부터 후방 산란 및 후방 반사된다. 장치의 상태가 안정하다면, 산란 및 반사량은 일정하게 고정된 값이다. 여기서, 단면 반사 광량이 제어 장치(424)에 의해 고정된 값으로서 유지되도록 광섬유(404)의 결합을 이동 메커니즘으로 교정함으로써, 일정하게 고정된 광섬유 결합 효율이 획득될 수 있다. 또한, 고정된 광섬유(404)의 단면에 대한 검출 레이저 광(IL)의 입사 위치는 또한 광섬유(404)의 단면 위치보다는 나타내지 않은 광학 시스템을 사용하여 제어 및 구동될 수 있다.
상기한 구성에 의하면, 온도 변화 또는 장치 설치 환경의 진동으로부터의 광학 소자의 변위에 기인한 증가되는 광섬유 결합 손실이 감시될 수 있고, 또한 소정의 허용 범위를 초과하는 변위의 경우, 그 위치는 적절하고 신속하게 리셋될 수 있다. 또한, 광 검출기(423)의 출력 신호가 이동 메커니즘(422)의 동작과 함께 일반 값으로 돌아오지 않는 경우, 검출 레이저 광(IL)의 발생 경로(도 57에서의 광섬유(404) 및 대상 렌즈(L2))는 어떤 형태의 비정상을 갖는다고 추정될 수 있다.
광 검출기(423)의 신호는 적절하게 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이될 수 있고, 상태 감시 장치(419c)로 기록될 수 있고, 또한 신호가 특정값을 초과하는 경우, 효과에 대한 경고 또는 장치에 대한 셧다운 신호가 출력된다. 이 신호 및 수신 간섭계로 주사되는 산란광(SL)의 출력을 지시하는 광 검출기(408)의 출력 신호를 감시하고 기록함으로써, 광섬유(404 또는 407)의 무결성 또는 조사 헤드(H)가 추정될 수 있다.
[제 4 실시예]
다음으로, 본 발명에 관한 레이저 초음파 검출 장치의 제 4 실시예는 도 58을 참조하여 설명되고, 제 1 내지 제 3 실시예와 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호로 표시되고, 중복되는 설명은 여기서 생략된다.
이 실시예는 시드 레이저 광원(401)으로부터 발진하는 레이저 광(펄스)을 증폭하는 광학 증폭기(402)의 전원(403)의 발진 상태를 측정하고 제어하는 전원 감시 제어 장치(425)를 포함한다. 전원 감시 제어 장치(425)의 출력 신호는 적절하게 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이될 수 있고, 상태 감시 장치(419d)로 기록되고, 또한 그 신호가 특정값을 초과하는 경우 그 효과에 대한 경고 또는 그 장치에 대한 셧다운 신호가 출력된다. 전원 감시 제어 장치(425)의 출력 신호는 펄스 전원, 피크 전압, 적분된 발진 펄스 수 등의 수용 비율이다.
상기 구성에 의하면, 여기하는 플래시 램프의 경시 열화(temporal deterioration)가 감시되고, 검출 레이저 광(IL)의 출력을 감소시킴으로써 발진 출력을 제한하는 경우, 전원(403)은 감소될 수 있으므로, 도 54에 나타낸 바와 같이, 광학 감쇠기(406)에 대한 응답 없이 발진 출력을 제한할 수 있고, 전원(403) 및 플래쉬 램프의 수명은 연장될 수 있다.
[제 5 실시예]
다음으로, 본 발명에 관한 레이저 초음파 검출 장치의 제 5 실시예는 도 59 를 참조하여 설명되고, 제 1 내지 제 4 실시예의 구성요소와 동일한 구성요소는 동일한 참조 번호로 표시되고, 중복되는 설명은 여기서 생략된다.
이 실시예는 검출 펄스 레이저 광원(PDL) 또는 검출 간섭계(DOP) 중 적어도 하나에서 상기한 제 1 내지 제 4 실시예에 설명된 감시 및 제어 기능성을 나타내는 출력 신호의 전부나 일부 또는 특징량을 기록하는 데이터 기록 장치(426a, 426b)를 포함한다. 데이터는 상태 감시 장치(419e)로 인터페이스(427a, 427b)를 사용하여, 적절하게 판독, 변환, 처리, 실시간 값으로 디스플레이되거나 트렌드에 따라 디스플레이, 및 기록될 수 있다. 또한, 신호가 특정값을 초과하는 경우, 그 효과에 대한 경고 또는 그 장치에 대한 셧다운 신호가 출력된다. 인터페이스(427a, 427b)는 임의의 조합인 유선 또는 무선의 아날로그 또는 디지털 포맷이 될 수 있다. 제어 신호는 제어 감시 장치(419e)로부터 검출 펄스 레이저 광원(PDL) 및 검출 간섭계(DOP)까지 전송될 수 있고, 구동 메커니즘(422)의 동작, 밸브(V)의 개방 정도, 및 전원 감시 제어 장치(425)로부터의 발진 상태가 원격으로 제어될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 레이저 보수 기기에 관한 레이저 초음파 검사 장치의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 이하에 설명된다. 이하의 실시예는 도 1의 레이저 시스템(20), 결함 검출 신호 처리 시스템(21) 및 제어 기판(22)의 상세에 관한 것이다. 또한, 이 도면에서, 동일한 부분은 동일한 참조 번호로 표시한다.
[제 1 실시예]
도 33은 본 발명의 레이저 보수 기기에 관한 레이저 초음파 검사 장치(210)의 제 1 실시예를 설명하는 블록도이다.
이 레이저 초음파 검사 장치(210)는 테스트 대상(211)에 레이저 광을 조사함으로써 초음파의 표면파를 여기하는 표면파 발생 수단의 일 예로서 기능하는 변조 광원(212), 표면파 검출 수단의 일 예로서 기능하는 표면파 검출 장치(213), 결함 검출 수단의 일 예로서 기능하는 결함 검출 장치(214), 및 스캐너(215)를 포함한다.
변조 광원(212)은 트리거 펄스(Trg)를 갖는 펄스 형상으로 변조된 소정의 주파수를 갖는 펄스 레이저 광(216)을 발진하기 위한 것이고, 테스트 대상(211)의 표면상의 소정의 위치(E)에 이 펄스 레이저 광(216)을 조사하는 광을 안내하는 조사(irradiation)를 위한 광학 시스템 및 집광하기 위한 렌즈 시스템(218)을 포함한다.
즉, 변조 광원(212)는 레이저 광(216)을 테스트 대상(211)의 표면에 조사하여 초음파 표면파(219)을 여기시키기 위한 표면파 발생 수단으로서 구성된다.
표면파 검출 디바이스(213)는 광학 시스템(221)을 경유하여 레이저 광(216)의 조사 위치 E로부터 소정 거리만큼 떨어진 테스트 대상의 표면상에 검출 지점 M에 레이저 광(220)을 조사하고, 한편, 레이저 광의 이동 방향, 반사광의 위상차, 주파수 천이량 등의 불균일(편차)에 의거하여 이 검출 지점 M에서 반사된 반사광을 수신하고 표면파(219)를 검출한다.
또한, 표면파 검출 디바이스(213)는 표면파(219)뿐만 아니라 손상된(결함) 파(222a, 222b)를 검출 한다. 표면파(219)가 표면 개구의 결함 위치(223)에 도달할 때, 손상된 파(222a, 222b)는 개구 부분의 에지 부분과 이 결함 부분(223)의 저 면 부분에 각각 발생하고, 검출 지점 M에서 표면파 검출 디바이스(213)에 의해 검출될 경우, 이들 파는 표면파 검출 신호 sig에 포함되어 출력 신호로서 출력된다.
스캐너(215)는 레이저 광(216)이 변조 광원(212)을 통하여 조사되는 조사 지점 E가 검출 지점 M에 대하여 기지의 소정 거리 L로 배치되는 상태에서 X-Y 방향으로 테스트 대상(211)의 표면을 스캐닝한다.
결함 검출 디바이스(214)는 신호 기록 디바이스(214a)와, 결함 검출 디바이스(214b)와, 결함 식별 디바이스(214c)를 포함하고, 변조 광원(212)로부터 트리거 펄스 Trg와 동기하여 동작하도록 구성된다. 이는 표면파 검출 디바이스(213)에 의해 검출된 표면 검출 신호와 결함 검출 신호 중 적어도 하나를 출력 신호 sig로서 수신하고 기록하기 위한 것이다.
결함 검출 디바이스(214b)는 신호 기록 디바이스(214a)를 경유하여 표면파 검출 디바이스(213)로부터 출력 신호 sig를 수신하고, 손상된 파(222a, 222b)가 이 출력 신호 sig에 포함될 경우, 결함 검출 디바이스(214b)는 결함 부분(223) 존재하는지를 검출한다.
결함 식별 디바이스(214c)는 신호 기록 디바이스(214a)를 경유하여 표면파 검출 디바이스(213)로부터 출력 신호 sig를 수신하고, 손상된 파(222a, 222b)가 이 출력 신호 sig에 포함될 경우, 결함 식별 디바이스(214c)는 결함 부분(223)의 위치와 깊이를 식별한다.
즉, 발생 지점 E로부터 검출 부분 M까지의 거리를 알고 있기 때문에, 트리거 신호 Trg에 나타낸 표면파(219)의 발진 시점 To를 갖는 표면파를 수신할 때까지, 시점 T1을 기준으로 이용하는 Vs=L/T1에 의거하여 결함 검출 디바이스(214)는 표면파(219)의 미지의 음속 Vs를 산출한다.
또한, 손상된 파(222a, 222b)가 검출 지점 M에 도달할 때의 시간 차이 Td는 표면파(219)가 결함 부분(223)의 깊이 방향으로 전파될 때의 시간이기 때문에, 결함 검출 장치(214)는 식 D = L·Td / T1로부터 결함 부분(223)의 깊이(D)를 획득한다. 즉, 결함 검출 장치(214)는 사전에 표면파(219)의 비결함 속도(Vs)를 모르더라도 깊이(D)를 획득한다.
또한, 알려지지 않은 결함 부분은 결함파(222a, 222b)의 전파 시간(T3)를 채용하고, 발생 지점(E)으로부터 결함 부분(223)이 Ld = L·T3 / T1인 관계로부터 존재하는 위치까지의 거리(Ld)를 획득함으로써 획득될 수 있다.
다음으로, 이 실시예의 레이저 초음파 검사 장치(210)의 동작이 설명된다.
펄스 형상으로 변조된 레이저 광(216)은 트리거 펄스(Trg)를 갖는 변조 광원(212)에서 발진되고, 조사 광학 시스템(217)에 의해 안내된 후, 테스트 대상(211)의 표면상에 발생 지점(E)에 조사되는 렌즈 시스템(218)에 의해 집광된다.
초음파의 표면파(219)는, 그 후 발생지점에서 여기되고, 테스트 대상(211)의 표면 위로 전파되고, 검출 지점(M)에 도달한다.
표면파 검출 장치(213)로부터 발진된 레이저 광(220)은 조사 광학 시스템(221)을 경유하여 이 검출 지점(M)에 조사된다. 또 한편으로는, 레이저 광(220)의 반사광은 표면파 검출 장치(213)에 의해 수광되고, 이 때, 표면파(219)가 검출된다.
계속하여, 표면파(219)는 진행하고 검출점(M)을 통해서 전파되며, 이후에 결함부(223)에 도달한다. 결함파(222a, 222b)는 개구부의 에지부(edge portion) 및 결함부(223)의 저부(bottom portion)에서 생성된다.
이들 결함파(222a, 222b)는 재차 검출점(M)에 도달하며, 표면파 검출 디바이스(213)에 의해서 검출되고 결함 검출 디바이스(214)의 신호 기록 디바이스(214a)에 출력 신호(sig)로서 공급된다.
변조 광원(212)으로부터의 트리거 신호(Trg)는 신호 기록 디바이스(214a)로 입력된다. 검출 신호(sig)는 각각 상기 변조 광원(212)의 발생 레이저광의 각각의 발진과 동기화되는 시간으로부터 소정 기간 동안만 기록되며, 다른 한편으로는, 검출 신호(sig)는 각각 결함 검출 디바이스(214b)와 결함 식별 디바이스(214b)로 공급된다.
따라서, 결함 검출 디바이스(214b)는 결함부(223)의 존재를 검출하고, 기록하기 위해서 이 결과를 신호 기록 디바이스(214a)로 공급한다. 또한, 결함 식별 디바이스(214c)는 속도 보정 기능을 포함하고 있으며, 정확한 음속 및 표면파 신호와 결함파 신호(flawed wave signal)의 시간차로부터 경로 상의 결함부(223)의 위치와 깊이(D)를 검출하며, 검출된 결과는 신호 기록 디바이스(214a)로 공급되어 그곳에서 기록된다.
그 결과, 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210)에 따르면, 변조 광원(212)의 펄스 형상으로의 발생을 위한 레이저광의 발진은 신호 기록 디바이스(214a)에 의해서 검출 신호(sig)의 포획 타이밍과 동기화되며, 따라서 표면파 검출 디바이 스(213)로부터의 검출 (출력) 신호(sig)는 레이저광(216)의 각 발진 시간에서의 소정 기간 동안만 기록되어야 하며, 이에 의해서 상기 검출 신호(sig)의 기록량이 감소된다.
상술한 이유 때문에, 검출 신호(sig)를 기록하는 신호 기록 디바이스(214a)의 기록 매체의 기록 용량에서의 감소에 추가하여, 상기 검출 신호(sig)로부터 결함부(223)의 존재, 위치, 및 깊이(depth)를 검출하기 위한 결함 검출 디바이스(214b) 및 결함 식별 디바이스(214c)에 의한 결함부(223)의 검출 및 해석 시간의 감소를 실현할 수 있게 된다.
또한, 신호 기록 디바이스(214a)에 의해서 표면파 및 결함파의 기록 데이터량의 감소를 실현할 수 있게 되므로, 결함부 검출 정밀도는 이들 데이터의 기록량의 증가에 의해서 상응하게 개선될 수 있게 된다.
[제 2 실시예]
도 34는 본 발명에 따른 레이저 유지 보수 장치와 관련된 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)의 제 2 실시예를 나타내는 블록도이며, 도 35는 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)의 주요부의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)는 셔터 디바이스(224), 마스터 클록(225), 및 지연 발생 디바이스(226)를 구비하고 있다.
셔터 디바이스(224)는 변조 광원(212)으로부터의 발생을 위한 레이저광(216)이 검사체(211) 표면의 발생점(E)에서 조사(irradiate)되는 레이저광 조사 광 경로 상에 셔터 디바이스(224)를 삽입하는 것에 의해서 상기 검사체(211)로의 레이저 광(211)의 ON/OFF 조사 제어를 수행하기 위한 것이며, 이후에 상기 레이저광 조사 광 경로는 개방 또는 폐쇄된다.
마스터 클록(225)은 변조 광원(212), 셔터 디바이스(224), 표면파 검출 디바이스(213), 및 결함 검출 디바이스(214)의 각각으로 클록 신호(동기화 신호)를 제공하고, 이들 디바이스의 동작을 동기화한다.
도 35에 나타낸 바와 같이, 지연 발생 디바이스(225)는 클록 신호에 관하여 소정 기간 동안 셔터 디바이스(224)의 셔터의 개방 동작을 지연시키고, 변조 광원(212)으로부터 출력된 발생 레이저광(216)의 출력이 안정화된 이후에 셔터를 개방시키는 것이다.
따라서, 도 35에 나타낸 바와 같이, 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)에 따르면, 변조 광원(212)의 발생을 위한 레이저광(216)의 발진이 개시되더라도, 레이저광 조사 광경로는 상기 레이저광의 발진이 개시되고 나서 소정의 지연 기간이 경과되기까지 셔터 디바이스(224)에 의해서 폐쇄되어 있으며, 따라서 발생을 위한 레이저광(216)은 검사체(211)로 조사되지 않고, 대기하게 된다.
계속하여, 지연 기간이 경과된 이후에, 변조 광원(212)의 발생을 위한 레이저광(216)의 발진은 안정화되며, 따라서 셔터 디바이스(224)는 레이저광 조사 광로를 개방하게 된다. 따라서, 발생을 위한 레이저 광(216)은 검사체(211)의 발생점(E)에 조사된다.
상기 발생점(E)으로의 발생을 위한 레이저광(216)의 발진과 동기화되어 발진되는 검출용 레이저광(220)은 검출점(M)으로 조사된다. 또한, 신호 기록 디바이 스(214a)에 의한 표면파 신호 및 결함파 신호와 같은 데이터의 포획은 상기 레이저광(220)의 검출점(M)으로의 조사와 동기화되어 개시되고, 소정 기간 동안 기록된다. 이 데이터 기록 시점에서는, 도 35에 나타낸 바와 같이, 스캐너(215)의 스캐닝 위치 신호는 신호 기록 디바이스(214a)로 공급되어 기록된다.
즉, 신호 기록 디바이스(214a)는 셔터 디바이스(224)의 셔터가 개방되는 것과 거의 동일한 시간에 데이터의 기록을 개시한다. 신호의 일부는 클록 신호 발생의 개시에 이어서 즉각적으로 안정화되지 않으며, 따라서 데이터의 포획은 매우 짧은 기간 동안의 지연에 의해서 수치값이 안정화된 이후에 수행된다. 데이터에 기록에 관해서는, 검사를 위해 채택된 센서 정보, 레이저 조사 위치 정보, 레이저 상태 신호, 초음파 신호, 다른 장치로부터 발생된 상태 신호, 및 기타 필수적인 상세 데이터가 아날로그 값으로부터 디지털 값으로 변환되거나(AD 변환), LAN과 같은 네트워크를 통해서 획득되어 저장된다. AD 변환 디바이스에 범용 PCI 보드를 적용할 수도 있고, 고속 AD 변환 디바이스에 PXI 모듈을 채택한 디바이스를 적용할 수도 있다.
그 결과, 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)에 따르면, 발생을 위한 레이저광은 그 발진이 안정화된 이후에 검사체(211)로 조사되며, 따라서 결함 검출 디바이스(214)에 의한 결함부(223)의 검출 정밀도가 향상된다. 또한, 상기 결함 검출 디바이스(214)는 스캐너(215)로부터의 스캐닝 위치 신호를 구비하고 있기 때문에, 상기 결함 검출 디바이스(214)에 의한 결함 위치 검출 정밀도의 추가적인 향상이 달성될 수 있다.
또한, 예를 들어, 신호 기록 디바이스(214a)의 표면파 및 결함파 신호 데이터는 검사체(211)로의 발생을 위한 레이저광(216)의 조사와 동기화되어 소정 기간 동안만 기록되고, 발생을 위한 레이저광(216)이 검사체(211)로 조사되지 않는 기간 중에는 기록되지 않으며, 따라서 기록량이 감소된다. 따라서, 상술한 데이터가 기록되어지는 메모리 매체의 용량 및 기록 시간이 감소될 수 있다.
또한, 기록 데이터의 감소량만큼의 기록 데이터와 기록 시간을 증가시키는 것에 의해서, 신호 기록 정밀도와 결함 검출 정밀도의 개선을 실현할 수 있게 된다.
[제 3 실시예]
도 36은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 신호 기록 디바이스(214a)의 디스플레이 스크린(227)의 중요부를 나타내는 개략적인 확대도이다. 상기 디스플레이 스크린(227)은, 예를 들어 다중 윈도(window)를 갖도록 구성되어 있다. 도 36의 좌측 절반측에는 시간 파형 디스플레이 윈도(227a), 경향 디스플레이 윈도(227b), 및 주요 파라미터 디스플레이 윈도(227c)가 배치되어 있으며, 우측 절반측에는 상태 디스플레이 윈도(227d), 다른 장치 정보 디스플레이 윈도(227e), 실행 상태 디스플레이 윈도(227f), 및 스캐너(215)의 구동을 제어하기 위한 조작 버튼 디스플레이 윈도(227g)가 표시되어 있다.
시간 파형 디스플레이 윈도(227a)는 표면파(219)의 각각의 검출 신호의 시간 파형과, 펄스 상태로 발생을 위한 레이저광(216)의 검사체(211)로의 각각의 조사에 대해 소정 기간 동안만 표면파 검출 디바이스(213)로부터 신호 검출 디바이 스(214a)로 입력되어지는 결함파(222a, 222b)를 순차적으로 표시하기 위한 소형 윈도(window)이다.
경향 디스플레이 윈도(227b)는 소정 기간 동안 표시되어져야 하는 시간 순서대로 신호 기록 디바이스(214a)로 입력되는 소정 개수의 표면파(219)와 결함파(222a, 222b)를 배열하기 위한 소형 윈도이며, 또한 이들 표면파(219) 및 결함파(222a)의 경향를 표시하기 위한 소형 윈도이다.
주요 파라미터 디스플레이 윈도(227c)는 펄스 상태로 발생을 위한 레이저광(216)과 검출을 위한 레이저광(220)의 각각의 연장(extension)을 나타내는 파형, 검출을 위한 레이저광(220)의 검사체(211)로의 조사, 및 셔터 디바이스(224)의 개방 조작의 타이밍 시프트(shift)와 같은 주요 파라미터의 경향를 표시하기 위한 윈도이다.
상태 디스플레이 윈도(227d)는, 예를 들어, 변조 광원(212), 표면파 검출 디바이스(213), 결함 검출 디바이스(214b), 결함 식별 디바이스(214c), 스캐너(215), 셔터 디바이스(224), 마스터 클록(225), 또는 지연 발생 디바이스(226)와 같은 다른 장치의 비정상적인 존재의 현재 상태를 표시하기 위한 소형 윈도이다.
다른 장치 정보 디스플레이 윈도(227e)는 스캐너(215)의 현재 X-Y 위치(스캐닝 위치), 또는 다른 장치로부터의 조작 속도(velocity)와 같은 정보를 표시하기 위한 소형 윈도이다.
실행 상태 디스플레이 윈도(227f)는 스캐너(215)가 실행 중인지 아닌지에 관련된 것과 같은 다른 장치의 실행 상태를 표시하기 위한 윈도이다.
조작 버튼 디스플레이 윈도(227g)는 스캐너(215)의 실행을 조작하기 위한 ON/OFF 버튼과 같은 조작 버튼, 및 스캐닝 속도 또는 스캐닝 범위를 설정하기 위한 디스플레이 버튼을 표시하기 위한 소형 윈도이다.
그 결과, 본 실시예에 따르면, 스캐너(215)의 실행은 신호 기록 디바이스(214a)의 디스플레이 스크린(227)을 보는 것에 의해서 시간 파형, 표면파(219) 및 결함파(222a, 222b)의 경향, 기타 주요 파라미터의 경향, 및 다른 장치의 비정상적인 존재와 같은 현재 상태와 실행 상태의 각각을 확인하면서 제어될 수 있다.
[제 4 실시예]
도 37은 본 발명의 레이저 초음파 검사 디바이스(210B)의 제 4 실시예의 전체 구조를 나타내고 있는 블록도이다. 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210B)에는, 도 34에 나타낸 제 2 실시예에 따른 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)의 결함 검출 디바이스(214)에 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)를 원격 감시하기 위한 원격 감시 디바이스(228)가 제공되어 있다.
즉, 도 37에 나타낸 바와 같이, 원격 감시 디바이스(228) 이외의 주요 디바이스(210A)가 방사선 관리 구역과 같은 아무 문제없이 접근하기 곤란한 현장에 배치되는 경우에도, 원격 감시 디바이스(228)는 상기 현장으로부터 떨어진 사무실과 같은 위치에 배치되어 있다. 단거리인 경우에, 현장과 사무실 사이의 통신 수단으로서 LAN 케이블을 고려해 볼 수 있지만, 중장거리인 경우라면 실시간 상태를 감시하기 위해서 무선 LAN이나 통상적인 공중 통신선을 채택할 수도 있다.
원격 감시 디바이스(228)는 현장에 설치된 결함 검출 디바이스(214)와 유사 하게 구성되고, 도 36에 나타낸 디스플레이 스크린(227)을 포함하고 있다.
그 결과, 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210B)에 따르면, 현장으로부터 떨어진 사무실 내에서도, 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210B)의 실행 상태를 상기 원격 감시 디바이스(228)에 의해서 감시할 수 있으며, 또한, 스캐너(215) 등의 실행도 원격으로 감시할 수 있게 된다. 따라서, 감시 기법(surveillance technique)에 대한 특별한 기술 또는 경험이 필요한 경우라고 하더라도, 검사 상태를 파악하기 위해서는 단 한 사람에 의해서 복수의 현장을 취급할 수 있게 된다.
[제 5 실시예]
도 38은 본 발명의 레이저 초음파 검사 디바이스(210C)의 제 5 실시예의 전체 구조를 나타내고 있는 블록도이다. 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210C)에는, 도 34에 나타낸 제 2 실시예에 따른 레이저 초음파 검사 디바이스(210A)에 감시 카메라(229)가 제공되어 있다.
감시 카메라(229)는 주로 검사체(211)와 검사체의 표면에 걸쳐 스캔되어질 스캔면과 표면 검사 작업을 이미지화하고, 이미지화된 신호를 신호 기록 디바이스(214a)에 기록하고, 또한 기록된 신호를 디스플레이 스크린 상에 표시하기 위한 것이다. 포획된 이미지 (이미지화된) 신호는 신호 기록 디바이스(214a)를 통해서 도 37에 나타낸 원격 감시 디바이스(228)로 생성될 수 있으며, 따라서 포획된 이미지가 디스플레이 스크린 상에 표시될 수 있다.
즉, 일반적으로 검사체(211)의 표면 검사 절차로서는, 실제 구현 이전의 시각 검사와 실제 구현 이후의 시각 검사를 고려해 볼 수 있다. 또한, 상태(state) 의 검사 중에 검사 위치와 이미지 상의 상태를 시험자(surveyor)가 확인하도록 하는 것도 고려해 볼 수 있다.
이 때문에, 표면 검사 과정은 감시 카메라(229)에 의해서 사진으로 찍히게 된다. 또한, 검사 중의 시간과 상기 검사 이전과 이후의 시간 사이의 광량에 차이가 있기 때문에, 하나의 감시 카메라(229)를 사용하여 이미지화하는 경우에, 광량 쌍의 감도(quantity-of-light pair sensitivty)가 대수(logarithm)와 관련되는 카메라(로그 카메라)를 채택할 수 있게 된다. 다르게는, 단 하나의 통상적인 감시 카메라(229)를 채택하는 경우에, 노출량을 조정할 수 있는 전자적인 구조가 제공될 수도 있으며, 또는 사진 촬영을 수행하도록 디머 필터(dimmer filter)를 기계적으로 조작하기 위한 메커니즘을 제공할 수도 있다. 복수의 감시 카메라(229)를 사용하여 사진 촬영하는 경우에도, 동일한 구조 또는 메커니즘을 제공하면 비용의 감소를 실현할 수 있게 된다.
그 결과, 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210C)에 따르면, 검사체(211)의 검사 전과 후의 검사 상태는 감시 카메라(229)의 이미지화 스크린의 시각 검사를 통해서 시험자에 의해서 시각적으로 점검될 수 있다.
[제 6 실시예]
도 39는 본 발명의 레이저 초음파 검사 시스템(230)의 제 6 실시예에 따른 구조를 나타내고 있는 개략도이다. 상기 레이저 초음파 검사 시스템(230)에는, 상기 레이저 초음파 검사 디바이스(210, 210A, 210B, 210C) 중의 하나가 컨테이너(231) 내에 배치되어 있고, 또한 일례로서 온도 조절 디바이스로서 기능하는 하 나 이상의 공조기(232)가 상기 컨테이너(231) 내에 배치되어 있다.
상기 레이저 초음파 검사 시스템(230)에 따르면, 컨테이너(231) 내의 온도와 습도는 공조기(232, 232)에 의해서 레이저 초음파 검사 디바이스(210, 210A, 210B, 210C) 중의 하나에 대해서 적합한 온도와 습도로 제어할 수 있게 되며, 따라서, 특히 여름철과 같이 고온 다습한 환경에서도 레이저 초음파 검사 디바이스(210, 210A, 210B, 210C)는 정상적으로 구동될 수 있으며, 따라서 표면 검사의 정밀도와 품질을 보장할 수 있다.
[제 7 실시예]
도 40은 본 발명에 따른 레이저 초음파 검사 시스템(230A)의 제 7 실시예의 구조를 나타내고 있는 개략도이다. 상기 레이저 초음파 검사 시스템(230A)에는, 레이저 초음파 검사 디바이스(210, 210A, 210B, 210C) 중의 하나 또는 그 이상, 예를 들어, 두 개의 디바이스가 레이저 광원으로서와 같은 광학 시스템(210L)으로 분류되어 있거나, 각각 컨테이너(231L, 231E) 내에 수용되어 있는 광학 시스템 이외의 다른 제어 시스템을 포함하는 전기 시스템(210E)으로 분류되어 있다. 전기 시스템 컨테이너(231E)는 각각의 광학 시스템 컨테이너(231L) 상에 적층되어 있고, 바닥(F) 상에 2 층(layer)으로 세워져 있다.
본 발명에서 언급된 광학 시스템은 변조 광원(212), 표면파 검출 디바이스(213), 스캐너(215), 조사 광학 시스템(217), 렌즈 시스템(218), 및 셔터 디바이스(224)를 포함할 수도 있다. 본 발명에서 언급된 전기 시스템은 결함 검출 디바이스(214), 마스터 클록(225), 및 지연 발생 디바이스(226)를 포함할 수도 있다.
또한, 레이저 초음파 검사 시스템(230A)은 제 1 층(1F)의 바닥(F)으로부터 제 2 층(2F)의 전기 컨테이너(231E)에 접근하기 위한 외부 계단(233)과, 광학 컨테이너(231L)와 전기 컨테이너(231E)를 수직으로 연결하기 위한 결합 디바이스의 일례로서 기능하는 커넥터(234)를 포함하고 있다.
또한, 레이저 초음파 검사 시스템(230A)은 와이어(wire) 등에 의해서 건물(building)이나 다른 안정된 부분에 이들 광학 시스템 컨테이너(231L)와 전기 시스템 컨테이너(231E)를 연결시켜 두고 있다. 이들 컨테이너(231E, 231L)에 각각의 층을 연결하기 위한 커넥터 박스가 제공될 수 있으며, 이에 의해서 경계선을 파괴하지 않고도 신호 케이블을 교환할 수 있다.
상기 레이저 초음파 검사 시스템(230A)에 따르면, 복수의 컨테이너(231E, 231L)는 2단으로 쌓여 있고, 따라서 검사 현장에서의 설치 공간이 절약될 수 있다. 또한, 레이저 초음파 검사 디바이스(210, 210A, 210L) 중의 임의의 하나의 진동에 의해서 즉각적으로 영향을 받는 광학 시스템(210L)은 진동이 적은 제 1 층(1F) 상에 제공되어 있으며, 따라서 광학 시스템(210L)의 신뢰도가 개선된다.
[제 8 실시예]
도 41은 본 발명의 레이저 초음파 검사 시스템(230B)의 제 8 실시예의 구조를 나타내고 있는 개략 평면도이다. 상기 레이저 초음파 검사 시스템(230B)에는, 각각의 스캐너(215)를 제외하고 하나 또는 그 이상의 레이저 초음파 검사 디바이스(210, 210A 내지 210C), 예를 들면, 두 개의 메인 유닛 디바이스가 대형 컨테이너(231F) 내에 각각 수용되어 있거나, 스캐너(215)와 검사체(211)가 설치되어 있는 컨테이너(213F) 외측의 작업 구역(235) 상의 컨테이너(231F)의 측벽(213Fa) 상에 관찰창(236, 236)이 형성되어 있을 수도 있다.
각각의 관찰창(236)은 작업 구역(235)에서의 검사 작업을 시각적으로 관찰할 수 있는 크기로 형성되어 있고, 또한 투명한 합성 수지나 유리(glass)와 같은 투명한 재료로 형성되어 있다. 이들 투명한 재료는 파괴되는 경우에 비산을 방지하는 필름으로 접합되어 있으며, 외측으로부터의 경계부는 복수의 필름을 적층하는 것에 의해서 고정될 수도 있다.
상기 레이저 초음파 검사 시스템(230B)에 따르면, 시험자(237)가 관찰창(236)을 통해서 작업 구역(235)을 볼 수 있기 때문에, 검사 작업은 컨테이너(231F)의 내측으로부터 수행될 수 있다.
[제 9 실시예]
도 42는 본 발명에 따른 레이저 초음파 검사 시스템(230C)의 제 9 실시예의 구조를 나타내고 있는 개략도이다. 상기 레이저 초음파 검사 시스템(230C)에는, 도 40에 나타낸 레이저 초음파 검사 시스템(230A)의 컨테이너(231E, 231L)의 외측면이 비닐 시트(vinyl sheet)와 같은 커버(238)에 의해서 완전하게 덮혀져 있다.
일반적으로, 레이저 초음파 검사 디바이스(210, 210A 내지 210C)와 같은 광학 시스템(210L)은 먼지(dust) 등에 의해서 고장날 확률이 높기 때문에, 레이저 초음파 검사 디바이스(210) 내에 수용되어 있는 컨테이너(231E, 231L)의 외측면이 상기 커버(238)로 덮혀 있으면 광학 컨테이너(31) 내에서의 먼지를 감소시키거나 먼지의 유동을 방지하게 된다. 따라서, 광학 시스템(210L)과 전기 시스템(210E) 모 두에 관련된 정밀도가 개선될 수 있다.
[제 10 실시예]
도 43은 본 발명에 따른 레이저 초음파 검사 시스템(230D)의 제 10 실시예의 구조를 나타내고 있는 개략도이다. 상기 레이저 초음파 검사 시스템(230D)에는, 전기 시스템 컨테이너(231E) 및 광학 시스템 컨테이너(231L) 내의 공기압을 제어하기 위한 도 40에 나타낸 레이저 초음파 검사 시스템(230A)이 제공되어 있어 주변 대기압보다 높은 양의(positive) 압력을 제공하고 있다.
상기 레이저 초음파 검사 시스템(230D)에 따르면, 전기 시스템 및 광학 시스템 컨테이너(231E, 231L)의 내부는 공기압 제어 디바이스(239)에 의해서 제어되므로 주변 대기압보다 높은 양(positive)의 압력을 제공하며, 따라서 컨테이너(231E, 231L)로 들어가거나 나올 때 도어(door)가 개폐되더라도 컨테이너(231E, 231L)의 내부로부터 공기가 주변 대기로 유동하게 된다. 따라서, 먼지의 침투가 방지될 수 있게 된다.
또한, 컨테이너(231E, 231L)가 방사선 관리 구역 내에 설치되는 경우에는, 컨테이너(231E, 231L) 내부로의 방사성 물질의 침투가 방지될 수 있으며, 방사선의 노출에서의 감소를 실현하게 된다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 레이저 유지 보수 장치에 관련된 초음파 검사 디바이스의 실시예들에 대해서 설명하기로 한다.
도 44는 본 발명의 레이저 유지 보수 장치에 관련된 초음파 검사 디바이스의 또 다른 실시예를 나타내고 있는 구성도이다.
도 44에 나타낸 바와 같이, 초음파 검사 디바이스(301)는 검사체(A)의 초음파 결함 검출을 수행하기 위한, 도시하지 않은 초음파 트랜스듀서(transducer)를 갖는 초음파 결함 검출 메커니즘(302)과, 초음파 결함 검출 메커니즘(302)을 스캐닝하고 구동을 제어하기 위한 목적의 구동 제어 메커니즘(303)과, 초음파 결함 검출 메커니즘(302)으로부터 입수된 초음파 데이터 또는 위치 데이터 등과 같은 검사 데이터를 저장하고 또한 구동 제어 메커니즘(303)으로부터 발생된 결함 검출 위치 정보 또는 스캐닝 속도 또는 결함 검출 상태 신호와 같은 다양한 데이터를 저장하기 위한 데이터 저장 메커니즘(304)과, 데이터 저장 메커니즘(304)에 의해서 저장된 검사 데이터를 전달하기 위한 데이터 전달 메커니즘(305)과, 데이터 발생 메커니즘(305)으로부터 발생된 검사 데이터를 해석하기 위한 데이터 해석 메커니즘(306), 및 구동 제어 메커니즘(303) 또는 데이터 저장 메커니즘(304)을 원격적으로 구동시키기 위한 원격 조작 메커니즘(307)을 포함하고 있다.
초음파 결함 검출 메커니즘(302)은 초음파를 사용하여 검사체(A)의 내부 및 표면에서의 결함 검출을 수행한다. 초음파 결함 검출 메커니즘(302)을 사용하는 경우, 초음파는, 예를 들어 압전 소자를 사용하여 발생될 수도 있으며, 또는 베이스(base)로서 압전 소자를 사용하는 초음파 초점(focus) 결함 검출법 또는 위상 배열법을 이용하는 것에 의해서 발생될 수도 있다.
또한, 초음파 결함 검출 메커니즘(302)으로는, 초음파를 발생시키기 위해서 전자기 초음파를 사용하는 방법 또는 레이저 초음파법을 이용할 수도 있다. 본 발명에서의 레이저 초음파법은 어떤 소재 상으로 펄스 레이저광을 조사하는 경우에 발생되는 탄성 영역의 변형을 사용하고 또한 상기 소재의 다른 지점으로 조사되는 검출용의 레이저광의 간섭 효과를 사용하는 것에 의해서 초음파를 발생시키며, 초음파가 진동 신호로서 검출될 수 있는 방법이다. 따라서, 발생된 초음파는 정상적인 접촉 소자에 의해서 발생된 초음파의 경우에서와 유사하게 다양한 크랙 검사 또는 소재 특성 평가 등의 용도로 사용될 수 있다.
구동 제어 메커니즘(303)은 초음파 결함 검출 메커니즘(302)의 이동 또는 상기 이동의 제어를 수행한다.
구동 제어 메커니즘(303)은 프로그램과 1 또는 복수의 차원을 갖는 소정의 검사 가이드라인에 따라서 검사체(A)의 검사 부분에 대해서 규정된 검사 범위를 스캐닝하기 위한 스캔 메커니즘을 가지고 있다.
구동 제어 메커니즘(303)을 사용한 초음파 검사의 경우에, 검사체(A)의 검사 부분에 대한 검사 범위 또는 검사 속도는 미리 설정되어야 하며, 따라서 구동 조건은 검사체(A)의 검사 부분을 선택하는 것에 의해서 설정되어진다.
또한, 구동 제어 메커니즘(303)은 데이터 저장 메커니즘(304)에 접속되어 있는, 도시하지 않은 통신 수단을 사용하여, 예를 들면 LAN이나 DIO, RS-232C, USB, 또는 IEEE 1394 등과 같은 통신 프로토콜에 의거하여 검사 데이터를 데이터 저장 메커니즘(304)으로 전송한다.
데이터 저장 메커니즘(304)은 초음파 결함 검출 디바이스(302)로부터 수신된 초음파 데이터 또는 구동 제어 메커니즘(303)으로부터 수신된 위치 데이터와 같은 검사 데이터를 저장하고, 또한 검사 상태를 기록하는 상태 파일(condition file) 및 검사 데이터를 기록하는 데이터 파일(data file)을 생성한다.
데이터 전달 메커니즘(305)은 데이터 저장 메커니즘(304) 및 데이터 해석 메커니즘(306)을 접속하는 통신 메커니즘이며, 예를 들어 유선 LAN 또는 무선 LAN, PHS, 또는 이동 전화를 사용하는 데이터 통신 기능, 또는 ISDN이나 DSL 등과 같은 전화 회로를 사용하는 통신 기능을 가지고 있다.
데이터 전달 메커니즘(305)은 USB 메모리나 HDD와 같은 저장 디바이스일 수도 있고, 또는 MO, CD, DVD 등과 같은 저장 매체일 수도 있다.
데이터 해석 메커니즘(306)은 데이터 저장 메커니즘(304)에 저장되어 있고, 데이터 전달 메커니즘(305)으로부터 발생된 검사 데이터에 대한 데이터 해석을 수행한다.
데이터 해석 메커니즘(306)은 해석되어야할 데이터 파일이 선택된 이후에, 각각의 검사 부분에 소정의 해석 기법이 적합하게 프로그램된 해석 프로그램을 실행하는 것에 의해서 데이터 해석을 개시하고, 이 데이터 해석이 완료되면, 해석된 결과를 표시한다.
예를 들어, 디지털 필터(즉, 신호로부터 특정한 요소를 제거하거나 삭제하는 필터)에 대한 파라미터가 조정되고 또한 해석용 파라미터가 결정되면, 해석 프로그램은 해석 결과를 자동적으로 유도한다.
원격 조작 메커니즘(307)은 도시하지 않은 통신 수단을 사용하여 구동 제어 메커니즘(303) 또는 데이터 저장 메커니즘(304)에 접속되어 있으며, 예를 들어, LAN 또는 DIO, RS-232C, USB, 또는 IEEE 1394와 같은 통신 프로토콜에 의거하여 구 동 제어 메커니즘(303) 또는 데이터 저장 메커니즘(304)을 원격적으로 조작한다.
이하, 본 발명에 따른 초음파 검사 디바이스의 본 제 1 실시예에 따른 초음파 검사 디바이스(301)를 사용하여 도 45에 나타낸 플로차트에 따라서 데이터 저장 메커니즘(304)에서의 검사 데이터를 저장하기 위한 절차에 대해서 설명한다.
데이터 저장 메커니즘(304)은 초음파 검사를 개시하기 위한 준비가 완료되었다는 것을 나타내는 프로세스 개시 준비 신호가 구동 제어 메커니즘(303)으로부터 수신될 때까지 대기하며, 프로세스 개시 준비 신호가 수신되면(단계 S101), 검사 데이터 등의 데이터 스트링(string)을 저장하기 위한 데이터 폴더(folder)를 생성한다(단계 S102).
본 발명에서 데이터 폴더의 폴더명은 검사체 및 날짜, 또는 검사 부분 및 날짜와 같이 임의적으로 설정될 수도 있다.
또한, 데이터 저장 메커니즘(304)은 데이터 폴더가 생성된 이후에 초음파 검사의 경우에서의 검사 상태를 저장하기 위한 상태 파일을 생성한다(단계 S103). 생성된 상태 파일용의 파일명은 검사 날짜 및 시간, 검사 부분 등으로 결정되어야 하며, "검사체 부분(test object portion)", "검사 날짜 및 시간(test date and time)", "사용된 결함 검출법(flaw detection method used)", "결함 검출 개수(number of flaw detections)", "검사자명(tester name)", "대응하는 수정 기록(corresponding correction record)", "결함 검출 범위(flaw detection range)", "속도(speed)", "결함 검출 피치(flaw detection pitch)", "사용된 디바이스명(name of device used)", "사용된 절차명(name of procedure used)" 등의 조합을 포함해야 한다.
예를 들면, 검사 부분이 인코어(in-core) (원자로) 계기관(BMI)의 No. 5 계기관이고, 레이저 초음파(LUT)법이 사용되었고, 프로세스 준비 신호가 2005년 2월 15일 14:30:25에 수신되었다면, 상태 파일은 "상태(condition)_BMI_O5_LUT_20050215_143025_1 [확장자]"와 같이 명명될 수 있다.
데이터 저장 메커니즘(304)은 구동 제어 메커니즘(303)을 사용하여 설정된 "검사체 부분(test object portions)"에 관련된 정보 또는 "결함 검출 범위(flaw detection range)", "사용된 결함 검출법(flaw detection method used)", "초기화 위치(initialization position)", "구동 속도(drive speed)", "구동 제어 메커니즘의 PC명(PC name of drive control mechanism)" 등과 같은 초기 프로세스 정보를, 상기 생성된 상태 파일에 CSV (Comma Separated Values), XML (extensible Markup Language), 텍스트 포맷, 등의 적절한 파일 포맷을 사용하여 기록한다(단계 S104).
구동 제어 메커니즘(303)이 결함 검출을 개시하기 위한 처리 개시 신호를 전송하면, 데이터 저장 메커니즘(304)은 이 처리 개시 신호를 수신하고(단계 S105), 상태 파일 내에서 사용되는 상태를 사용하여 데이터 파일을 생성한다(단계 S106). 예를 들면, 상술한 예에서는 "BMI_05_LUT_20050215_143025_1 [확장자]"로 된다. 상기 데이터 파일에 적합한 데이터 포맷은 CSV, XML, 텍스트 등이며, 적절하게 설정된다.
데이터 파일이 생성되면, 데이터 저장 메커니즘(304)은 각각의 초음파 데이터 포획 주기(cycle)에 대해서 초음파 결함 검출 메커니즘(302)을 사용하여 획득된 검사 데이터 및 구동 제어 메커니즘(303)을 사용하여 획득된 위치 데이터를 데이터 파일 내에 저장한다(단계 S107).
또한, 초음파 결함 검출 메커니즘(302)을 사용하는 레이저 초음파 방법의 경우, 검사체(A)의 표면에 발사되는 수광된 레이저광의 에너지량, 또는 그 표면으로부터 반사되어 되돌아오는 광량은 계산되어 데이터 파일에 추가적으로 저장될 수 있다.
초음파 테스트 또는 소정의 결함 검출 범위의 검사가 완성되는 경우(S108), 구동 제어 메커니즘은 초음파 테스트가 완성됨을 지시하는 처리 종료 신호를 전송하고, 또한 데이터 저장 메커니즘(304)은 처리 종료 신호를 수신하여 "데이터 파일명"과 같은 정보를 기입하거나, "결함 검출 종료 위치"와 같은 처리 종료 정보, 상기한 상황 데이터 파일(S109)로의 저장 데이터 지점 등의 수, 및 결함 검출 부분의 처리가 종료된다.
다음으로, 초음파 검사 장치(301)를 사용하여 데이터 분석을 이행하기 위한 데이터 분석 메커니즘(306)에 대한 절차는 도 46에 나타낸 흐름도에 따라 설명된다.
데이터 분석시에, 검사자가 참조하기 위한 분석 스크린(308)을 도 47에 나타낸다. 분석 스크린(308)은 각각의 테스트 위치에 소정의 분석 방법이 프로그램되는 분석 프로그램의 실행 처리를 위한 트리거인 분석 시작 버튼(309), 테스트 리포트를 생성하기 위한 트리거인 테스트 보고 생성 버튼(310), 분석 결과 정보가 디스플레이되는 분석 결과 디스플레이 부분(311), 결함 존재 유무에 관한 정보를 디스 플레이하는 결함 유무 디스플레이 부분(312), 및 데이터 파일의 파일명이 필요에 따라 디스플레이되는 데이터 파일명 디스플레이 부분(313)을 갖는다.
먼저, 데이터 분석 메커니즘(306)은 검사자가 데이터 파일(S201)을 선택하도록 유발하고 또한 검사자가 분석 시작 버튼(309)을 누르도록 유발한다. 데이터 분석 메커니즘(306)이 분석 시작 버튼(309)이 눌려졌음을 인식하는 경우(S202), 분석 프로그램은 실행되고 분석 데이터의 분석은 이행된다(S203).
여기서, 분석 프로그램은, 예를 들면 디지털 필터의 매개변수 조정 메커니즘 등을 갖지만, 이러한 조정된 메커니즘은 분석 매개변수를 결정한 후 고정되어, 또 다른 입력 없이 전체 분석 결과가 얻어질 수 있다.
또한, 자동화 장치로 데이터 저장을 이행하는 경우, 데이터량은 종종 엄청나게 증가되고 증가된 분석 시간을 요구한다. 따라서, 필요에 따라, 데이터 분석 메커니즘(306)은 분석의 처리를 지시하는 처리 바를 디스플레이한다. 그러나, 분석 시간이 짧은 경우, 분석 처리 능력이 처리 바를 디스플레이함으로써 감소되는 경우에는 처리 바를 디스플레이하지 않아도 된다.
데이터 분석이 종료되는 경우(S205), 데이터 분석 메커니즘(306)은 분석 결과를 분석 결과 디스플레이 부분(311)상에 디스플레이한다(S206). 여기에 디스플레이되는 내용에 관하여, 시간과 진폭을 갖는 초음파 파형을 나타내는 A-스캔, 시간을 갖는 초음파 파형을 나타내는 B-스캔, 및 2차원 위치 및 강도를 갖는 초음파 파형을 나타내는 C-스캔이 디스플레이될 수 있다. 디스플레이되는 수는 필요에 따라 설정될 수 있다. "JIS Z 3060"에 지정된 테스트 리포트에 포함되는 항목중에 서, 적절한 정보가 선택되고 디스플레이될 수 있다.
또한, 데이터 분석 메커니즘(306)은 결함 유무 디스플레이 부분(312) 상에 결함 지시를 디스플레이한다.
검사자가 분석 디스플레이 스크린(308)상에서 테스트 리포트 생성 버튼(310)을 누르는 경우(S207), 도 48에 나타낸 바와 같이, 테스트 리포트 스크린(314)이 생성되고 디스플레이되는데, "JIS Z 3060"에 지정된 테스트 리포트에 포함되는 항목 및 테스트 부분과 분석 결과를 갖는 테스트 지침의 필요 항목 차트(312)가 첨부된다.
도 48은 검사자가 테스트 리포트를 생성하기 위한 테스트 리포트 스크린(314)의 예를 나타낸다. 테스트 리포트 스크린(314)은 테스트 지침을 위해 필요한 항목이 디스플레이되는 필요 항목 디스플레이 부분(315), 테스트 결과가 디스플레이되는 테스트 결과 디스플레이 부분(316), 분석 결과가 디스플레이되는 분석 결과 디스플레이 부분(317), 및 검사자가 필요하다면 코멘트를 기입하는 참조 디스플레이 부분(318)을 갖는다.
테스트 결과 디스플레이 부분(316) 또는 분석 결과 디스플레이 부분(317)과 함께, 동영상 데이터도 디스플레이될 수 있다. 예를 들면, 동영상 데이터는 복수의 C-스캔으로 구성되고 3차원적으로 테스트 데이터를 디스플레이할 수 있다. C-스캔은 획득된 초음파 파형의 진폭으로서 2차원 매핑 강도(mapping density)를 갖는 결함 검출 범위 x, y를 2차원적으로 디스플레이하고, 영상은 초음파 데이터의 시간축에 따라 x, y 2차원 매핑으로 애니메이션 처리된다.
또한, C-스캔 데이터보다는, 다양한 테스트 데이터에 관하여 이미지가 애니메이션 처리될 수 있다. 예를 들면, 2차원 매핑 + 시간의 포맷으로 획득된 정보에 대하여 적절한 2차원 축을 선택하고, 남아 있는 1차원에 대하여 애니메이션 처리할 수도 있고, 1차원 데이터 + 시간의 2차원 데이터에 대하여 적절한 1차원을 시간축으로서 애니메이션 처리할 수 있다.
초음파 테스트를 위해 종래에 사용된 분석 스크린(308)에 의하면, 테스트 날짜 및 시간 또는 테스트 위치와 같이 "JIS Z 3060"으로 지정된 테스트 리포트에 포함되는 항목을 위해 정보가 디스플레이된다. 그러나, 분석되는 테스트 데이터는 실제로 분석이 요망되는 데이터라는 보증은 없다. 예를 들면, 대량의 데이터가 분석되고 있는 경우, 혼합되어진 데이터의 가능성은 부인할 수 없지만, 본 발명에 따르면, 이 문제는 해결될 수 있다.
제 1 실시예에 의하면, 테스트 장소는 데이터 파일의 파일명으로 지정될 수 있으므로, 파일명을 끊임없이 디스플레이함으로써, 테스트 데이터가 분석되고 있는지에 관하여 결정이 용이하게 내려질 수 있다.
이 실시예에 따르면, 테스트 리포트에서의 데이터 파일의 파일명을 리스팅(listing)함으로써, 다양한 테스트 리포트가 생성되는 경우 테스트 데이터가 그후 소거될 수 있으므로, 테스트 데이터 및 테스트 결과가 추적될 수 있다.
또한, 이 실시예에 따르면, 초음파 검사 장치(301)는 데이터 저장으로부터 데이터 분석까지의 처리를 이행하고, 인간이 필요한 처리를 크게 감소시킬 수 있으므로, 사람들의 할당 업무량이 크게 감소되고, 또한 인간의 실수가 감소될 수 있 다.
또한, 이 실시예에 따르면, 테스트는 테스트 장소에 가는 검사자 없이 이행될 수 있다. 즉, 원자력 발전소의 경우, 테스트 대상 부분이 방사선 제어 영역내에 있다면, 검사자가 이 영역내에 있는 시간 제한이 존재할 수 있다. 따라서, 특히, 테스트 대상은 많지만 그 영역에 있는 진입 시간이 제한되는 경우, 검사자는 테스트를 위해 필요한 충분한 시간을 쓸 수 없다.
따라서, 이 실시예에 따르면, 검사자를 위한 진입 시간이 제한되지 않고, 검사자는 사무실이나 또 다른 적절한 위치에서 테스트를 이행할 수 있으므로, 인간의 임의적인 실수가 감소될 수 있다.
[제 1 실시예]
다음으로, 이 실시예에 따른 초음파 검사 장치(301)의 제 1 예는 도 49에서의 흐름도에 따라 설명된다.
도 49에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시예에서 초음파 데이터 저장을 위한 절차는 도 45에서 초음파 데이터 저장을 위한 절차와 상당히 유사하다. 차이는 로그 파일이 데이터 저장 프로그램의 동작 시작 시간으로부터 생성된다는 점에 있고, 만약 데이터 저장 준비가 완성되거나 처리 시작 준비 신호, 처리 시작 신호, 또는 처리 종료 신호가 구동 제어 메커니즘으로부터 수신되는 경우라면, 처리 내용 및 수신 시간이 로그 파일에 기입된다.
도 49에서 S301 내지 S305는 도 45에서S101 내지 S105와 동일한 절차를 갖는다. 이 제 1 실시예에서, 데이터 저장 메커니즘(304)이 구동 제어 메커니즘(303) 처리 시작 신호를 수신하는 경우(S305), 처리 내용 및 수신 시간이 로그 파일에 기입된다(S310).
S306 내지 S308은 또한 도 45에서 S106 내지 S108과 동일한 절차를 갖는다. 이 제 1 실시예에서, 데이터 저장 메커니즘(304)이 구동 제어 메커니즘(303)으로부터 처리 종료 신호를 수신하는 경우(S305), 처리 내용 및 수신 시간이 로그 파일에 기입된다(S309).
도 45에서의 경우와 유사하게, 결국, 데이터 저장 메커니즘(304)은 처리 종료 정보를 제어 파일에 기입하고 처리를 종료한다(309).
또한, 데이터 저장 메커니즘(304)상에 제공되는 AD 변환 유닛 또는 디지털 신호 입/출력 유닛(DIO)에서 발생하는 에러의 경우, 에러 발생의 시간 및 에러 위치가 로그 파일에 즉시 기입된다.
이 제 1 실시예에 있어서, 저장 데이터에서 발생하는 문제의 경우, 문제에 관계된 정보가 로그 파일에 기록되고, 검사자에 의해 로그 파일을 체크함으로써, 데이터 저장 동안에 결함이 발생하고 있는지 아닌지가 확인된다. 따라서, 검사자가 이후 데이터 저장을 이행하기 위해 데이터가 올바른 흐름으로 획득되는지에 관하여 체크할 수 있고, 테스트 데이터와 테스트 결과가 추적될 수 있다.
[제 2 실시예]
다음으로, 본 발명에 관한 초음파 검사 장치의 제 2 실시예는 도 50 내지 도 53을 참조하여 설명된다.
제 2 실시예에 의하면, 도 45 및 도 46에서의 흐름도에서 데이터 저장 및 데 이터 분석 절차의 종료시, 검사자의 전자 서명이 상태 파일, 데이터 파일 등과 같은 각각의 파일에 첨부된다.
또한, 데이터 변조 방지 처리(data tampering-prevention processing)는 도 45 및 도 46에서의 흐름도에서 데이터 저장 및 데이터 분석 절차의 종료시에 각각의 파일상에 이행된다.
도 50에서 S401 내지 S409는 도 45에서 S101 내지 S109과 동일한 절차를 갖는다. 이 제 2 실시예에서, 데이터 저장 메커니즘(304)이 처리 종료 정보를 상태 파일에 기입한 후(S409), 검사자의 전자 서명이 각각의 데이터 파일에 첨부된다(S410).
도 51에서 S501 내지 S508은 또한 도 46에서 S201 내지 S208과 동일한 절차를 갖는다. 이 제 2 실시예에서, 테스트 리포트 스크린(314)이 생성되고 디스플레이된 후(S508), 검사자의 전자 서명이 테스트 리포트에 첨부된다(S509).
또한, 도 52에서 S601 내지 S609은 도 45에서 S101 내지 S109과 동일한 절차를 갖는다. 제 2 실시예에서, 데이터 저장 메커니즘(304)이 처리 종료 정보를 상태 파일(S609)에 기입한 후(S609), 변조 방지(tamper-proofing)을 위한 함수가 각각의 데이터 파일에 첨부된다(S601).
도 53에서 S701 내지 S708은 또한 도 46에서 S201 내지 S208과 동일한 절차를 갖는다. 제 2 실시예에서, 테스트 리포트 스크린(314)이 생성되고 디스플레이된 후(S708), 변조 방지을 위한 정보가 테스트 리포트(S709)에 첨부된다.
제 2 실시예에 의하면, 테스트 리포트의 전자 파일을 전자적으로 서명함으로 써, 전자 데이터를 갖는 테스트 리포트가 생성될 수 있는데, 인쇄된 테스트 리포트상의 서명과 동일한 의미를 지닌다.
전자 서명을 위한 방법으로서, 각각의 검사자가 자신의 공개 키(public key)를 갖는 공개 암호화 기술(public encryption thchnology)이 사용될 수 있거나, 지문이나 홍채, 보이스 프린트, 팜(palm) 프린트, 정맥 형상(vein shape), DNA 등을 디지털로 판독하고 확인하는 생물 측정 방법, 또는 실제 서명 대신에 각각의 검사자가 소지하고 USB 포트나 RC232C 포트에 삽입하는 확인 키나 IC 카드를 사용하는 방법이 또한 사용될 수 있다.
전자 서명은 테스트 리포트를 위해서뿐만 아니라 테스트 데이터와 함께 사용될 수 있음에 유의해야 한다.
데이터 변조을 방지하기 위한 기술로서 테스트 데이터 또는 테스트 리포트를 위한 공개 암호화 기술 또는 전자 워터마크 기술(electronic watermark technology)을 사용함으로써, 데이터가 변조된 경우에 용이하게 발견할 수 있다.
또한, 테스트 데이터의 변조를 방지하기 위한 전자 워터마크가 테스트 데이터 및 테스트 리포트 모두에 사용된다면, 각각의 테스트를 위한 특별한 전자 워터마크를 사용함으로써, 데이터 변조의 존재 유무가 발견될 수 있을 뿐만 아니라, 테스트 데이터 및 테스트 리포트는 확실한 방식으로 정확하게 연관될 수 있다.
제 2 실시예에 따르면, 테스트 데이터 및 테스트 결과의 추적가능성은 높은 신뢰도로 획득될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 레이저 보수 기기, 특히 상기한 레이저 검사 장치 및 방법에 관련된 표면 테스트 장치 및 표면 테스트 방법의 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.
도 60은 본 발명에 따른 표면 테스트 장치의 제 1 실시예를 설명하는 개념도이다.
본 실시예에 따른 표면 테스트 장치는 접촉 매질(511a, 511b)을 갖는 발생 초음파 프로브(probe)(512) 및 검출 초음파 프로브(513)를 포함하는데, 상기 접촉 매질(511a, 511b)은 테스트 또는 검사하기 위한 대상(510)에 끼워지고 대상(510)과 접촉된다.
표면 테스트 장치는 또한 발생 초음파 프로브(512)에 접속되는 트랜스미터(514)를 포함하고, 수신기(515)는 검출 초음파 프로브(513)에 접속된다. 수신기(515)는 수신된 초음파 신호를 결함 평가 장치(516a)에 제공하여 소정의 주파수(f)를 갖는 신호를 전송하고 이 신호를 발생 초음파 프로브(512)에서 표면파(SR)로 변환하여 이 표면파를 테스트되는 대상(510)에 전송한다.
대상(510)에 발생된 표면파(SR)가 대상(510)의 표면에 전파되고, 그것의 표면이 결함(C)을 포함한다면, 표면파(SR)는 결함(C)에 의해 감쇠되는 발생파(ST)가 되고, 검출 초음파 프로브(513)는 이 발생파(ST)를 수신한다.
이 검출 신호는 수신기(515)에서 수신되고, 산출되고, 결함 평가 장치(516a)에서 처리됨으로써, 결함(C)의 존재 및 그 깊이를 산출한다.
본 실시예는 표면파(SR)의 침투 깊이가 주파수(f)에 따라 변화한다는 점을 활용하고, 테스트되는 대상(510)의 표면층 부분의 결함(C)을 발생시킨 발생파(ST) 의 각각의 주파수에 대한 감쇠 비율로부터 결함 깊이를 추정한다.
그러나, 표면 테스트 장치는 이 예에 한정되지 않고, 도 61에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 표면 테스트 장치는 초음파 발생 레이저 장치(517), 초음파 검출 레이저 장치(518), 및 결함 평가 장치(516b)를 포함할 수 있다.
초음파 발생 레이저 장치(517)는 대상(510)에서 펄스 형상으로 변조된 레이저 광(GL)을 조사하기 위한 것이다. 초음파 검출 레이저 장치(518)는, 레이저 광(GL)이 대상(510)에 조사되는 경우 증발하거나 열적으로 팽창하는 표면 레이저 부분에 의해 변화 정보로서 획득되는 검출 레이저 반사광(DLI)을 수신하기 위한 것인데, 그 왜곡은 초음파를 발생시키고, 이 표면파(SR)가 진동하면서 발생파(ST)로서 검출 위치에 도착할 때, 표면파(SR)는 결함(C)을 발생시키는 발생 초음파로서 기능하고, 조사 검출 레이저 광(DLD)은 이 진동에 기인한 주파수, 위상, 및 반사 방향에서 변화한다. 결함 평가 장치(516b)는 이 초음파 검출 레이저 장치(518)로부터의 정보에 근거한 대상(510)의 결함(C)의 존재 및 결함의 깊이를 산출하고 처리하기 위한 것이다.
따라서, 레이저 초음파의 채용은 광대역 초음파의 발생 및 검출에 유용하다.
그런데, 테스트되는 대상(510)에서 발생되는 결함(C)의 깊이를 추정하기 위한 처리 및 절차는 도 60 및 도 61에 나타낸 결함 평가 장치(516a, 516b)에 내재된다.
도 62는 대상(510)에서 발생되는 결함(C)의 깊이를 추정하기 위한 처리 순서인 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 1 실시예를 설명하는 블록도이다.
결함(C)이 테스트되는 대상(510)에 존재하는 경우, 이 실시예에 따른 표면 테스트 방법은 대상을 통하여 발생되고 감쇠되는 발생 신호를 수신하고(단계 1), 이 검출 신호를 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환하고(단계 2), 디지털 신호로의 변환을 수행하면서 평가 시간 영역의 잘라내기를 이행한다(단계 3).
이 잘라내기는, 예를 들면, 도 66에 나타낸 바와 같이, 소정의 시간 영역에서의 표면파 또는 진폭 파형, 예를 들면 종파와 같은 평가 대상의 피크치이다.
측량 대상으로서의 기능을 하는 특정 영역을 잘라내는 경우(단계 3), 시간 영역에서 전력 스펙트럼(T(f))이 산출된 후(단계 4), 평가 주파수 영역에서의 전력 스펙트럼의 적분값(I)이 산출된다(단계 5).
이 적분값(I)은 개개의 주파수에서 결함을 발생시키는 전력 스펙트럼(T(f))이 아니고, 주파수 대역에서 평가되는 대상으로서 지정되는 적분값이다.
지정된 주파수 대역에서의 최소 주파수가 fL이고, 그 최대 주파수가 fH라면, 그 적분값(I)은 이하의 식으로부터 얻어질 수 있다.
[식 4]
Figure 112007083786519-pat00007
디지털 값을 고려하면, 전체 주파수 대역에서의 디지털 적분값(J)은 성능 인덱스로서 이하의 식을 채용한다.
[식 5]
Figure 112007083786519-pat00008
또한, 상기한 바와 같이, 지정된 주파수 대역에서의 적분값(I) 및 디지털 적분값(J)은 비결함 부분의 표면파(SR)의 전력 스펙트럼(R(f))으로 표준화될 수 있고, 이하의 표준화된 적분값(Inorm) 및 이하의 표준화된 디지털 적분값(Jnorm)은 평가 목록으로서 채용될 수 있다. 또는, 또 다른 기술에 의해 표준화된 특정의 주파수 영역에서의 이하의 적분값(Inorm -1) 및 이하의 표준화된 디지털 적분값(Jnorm-1)이 평가 인덱스로서 채용될 수 있다.
[식 6]
Figure 112007083786519-pat00009
Figure 112007083786519-pat00010
[식 7]
Figure 112007083786519-pat00011
Figure 112007083786519-pat00012
또한, 전력 스펙트럼의 적분값(I)이 산출되는 경우(단계 5), EIV 및 결함 깊이 사이의 변환 관계도는 견본 등에 의해 사전에 생성되고(단계 6), 적분값 및 결함 깊이 사이의 변환 관계도에서의 EIV I가 도시되어 적분값 및 결함 깊이 사이의 변환값을 산출한다(단계 7).
그 후, 테스트되는 대상(510)에 발생된 결함(C)의 깊이가 디스플레이 등에 디스플레이된다(단계 8).
따라서, 이 실시예는 평가되는 주파수 영역에서 전력 스펙트럼을 적분하고, 적분값과 사전에 생성되었던 결함 깊이 사이에서 변환 관계도와 적분값(I)을 대조하고, 테스트되는 대상(510)의 결함(C)의 깊이를 추정함으로써, 결함의 깊이는 잡음의 영향을 받지 아니하고 정확하게 추정될 수 있다.
도 63은 도 60 및 도 61에 나타낸 결함 평가 장치에 내장된 대상(510)의 결함(C)의 깊이를 추정하는 처리 순서인 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 2 실시예를 설명한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 표면 테스트 방법은, 평가되는 영역의 성능 인덱스를 획득하는 경우, 평가되는 영역에서 주파수 대역을 가중(주파수 변동 분포를 보다 선명하게 확대)하는 가중치 함수(W(f))에 각각의 주파수(f)에서의 발생 신호의 전력 스펙트럼(f)을 곱하고, 표준화된 발생 전력 스펙트럼 E(f)을 다음과 같이 나타내어,
[식 8]
Figure 112007083786519-pat00013
이 식을 성능 인덱스로서 채용하고, 대상(510)의 비결함 부분을 관통하는 통과파의 전력 스펙트럼(R(f)) 및 결함 부분을 발생시키는 발생파의 전력 스펙트럼(T(f)) 양자에 이 가중치 함수(W(f))를 적용한다.
여기서, 가중치 함수(W(f))의 일 예로서, 대상(510)의 비결함 부분에서의 통과파의 전력 스펙트럼(R(f))의 역함수가 적용된다.
이 때의 표준화된 통과 전력 스펙트럼(E(f))은 다음과 같이 표현된다.
[식 9]
Figure 112007083786519-pat00014
또한, 가중치 함수(W(f))는 다음과 같이 대입을 통하여 적용될 수 있다.
[식 10]
Figure 112007083786519-pat00015
따라서, 가중치 함수(W(f))가 주파수(f)의 fn으로 대체되면, 평가되는 특정 주파수에서의 변화는 현저하고 선명하게 되고, 따라서 평가(성능) 인덱스는 더욱 명확해진다.
이 실시예에서, "n"은 (0을 포함하지 않고) 임의로 결정될 수 있지만, 미세한 결함의 검출 감도를 향상시키기 위한 고주파 영역에 주목하고자 하는 경우, N≥ 1을 만족시키는 수가 채용되어야 한다.
전파 루트에서의 주요한 왜곡 요소가 재료에서의 전이 또는 입자에 기인한 확산으로서 식별될 수 있는 경우, 전이에 기인한 왜곡은 일반적으로 주파수에 비례하고, 또한 입자 경계 확산에 기인한 왜곡은 바람직하게는 주파수(f)에 비례하는 물리적 모델의 n = 2 또는 n = 4를 채용할 수 있다.
이러한 가중치 함수(W(f))를 적용하는 경우, 본 실시예는 먼저 대상(510)의 비결함 부분(519)에서의 측량 확인 대상인 평가되는 시간 영역의 전력 스펙트럼(R(f))을 산출하고(단계 4a), 산출된 전력 스펙트럼(R(f)) 중에서, 가중치 함수에 평가 주파수(f1, f2, ---, fn)를 곱하고, 평가되는 주파수(fn)를 통하여 주파수 f1, f2, 등의 가중치 산출을 이행하고(단계 4a1, 4a2, ---, 4an), 평가되는 주파수(f1, f2, ---, fn)의 왜곡량(α(f1), α(f2), ---, α(fn))을 산출한다(단계 4b1 4b2 ---, 4bn).
평가되는 주파수(f1, f2, ---, fn)의 왜곡량(α(f1), α(f2), ---, α(fn))이 산출되는 때(단계 4b1 4b2 ---, 4bn), 본 실시예는 견본 등을 사전에 사용하여 왜곡량 및 결함 깊이 사이의 변환을 위한 데이터베이스를 생성하고(단계 6a), 평가되는 주파수(f1, f2, ---, fn)의 왜곡량(α(f1), α(f2), ---, α(fn))와 이 데이터베이스를 대조함으로써, 결함 깊이의 변환값을 산출한다(단계 7a).
그 후, 테스트되는 대상(510)에서 발생하는 결함(C)의 깊이는 디스플레이 등 에 디스플레이된다(단계 8a).
또한, 이 실시예는 상기한 바와 같이 동일한 방식으로 대상(510)의 결함 부분(520)에 관한 전력 스펙트럼(T(f))을 산출하고, 평가되는 주파수(f1, f2, ---, fn)의 가중치 산출을 이행하고(단계 4c1 4c2 ---, 4cn), 또한 평가되는 주파수(f1, f2, ---, fn)의 왜곡량(α(f1), α(f2), ---, α(fn))을 산출하고(단계 4d1 4d2 ---, 4dn), 평가되는 주파수(f1, f2, ---, fn)의 왜곡량(α(f1), α(f2), ---, α(fn))과 사전에 생성된 데이터베이스를 대조하여 결함 깊이 전환값을 산출하도록 평가되고, 이 데이터 정보를 디스플레이한다(단계 7b, 단계 8b).
다른 단계는 제 1 실시예에서의 단계와 동일하므로, 동일한 참조 번호 또는 동일한 참조 번호의 첨자 "a" 및 "b"를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
따라서, 테스트되는 대상(510)의 비결함 부분(519) 및 결함 부분(520) 양자에 관하여, 본 실시예는 평가 주파수(f1, f2, ---, fn)의 가중치 산출을 이행하고(단계 4a1, 4a2, ---, 4an), 평가되는 주파수(f1, f2, ---, fn)의 왜곡량(α(f1), α(f2), ---, α(fn))을 산출하고(단계 4b1 4b2 ---, 4bn), 산출된 왜곡량(α(f1), α(f2), ---, α(fn))과 사전에 생성된 데이터베이스를 대조하여 결함 깊이 전환값을 산출하므로(단계 7a, 7b), 대상(510)의 결함(C)이 미세한 경우에도, 대상(510)은 이 실시예에 따라 고정밀도로 검출될 수 있다.
도 64는 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 3 실시예를 설명하는 흐름도 이고, 도 60 및 도 61에 나타낸 결함 평가 장치(516a, 516b)에 내장된 대상(510)의 결함(C)의 깊이를 추정하기 위한 처리 순서이다.
평가되는 시간 영역의 전력 스펙트럼(T(f))을 산출한 후(단계 4), 이 실시예에 따른 표면 검사 방법은 산출된 전력 스펙트럼(T(f)) 및 가중치 함수(W(f)) 사이의 곱을 계산하고(단계 5a), 또한 평가되는 주파수 영역에서 가중치 전력 스펙트럼(W(f) x T(f))의 적분값을 계산하고(단계 5b), 적분값과 상기 가중치 전력 스펙트럼(W(f) x T(f))의 적분값으로 사전에 생성된 가중치 전력 스펙트럼의 결함 깊이 사이의 관계를 지시하는 변환 함수를 대조하고(단계 6c), 적분값과 결함 깊이 사이의 변환값을 획득하고(단계 7c), 적분값과 결함 깊이 사이에서 획득된 변환값으로부터의 결함 깊이를 디스플레이한다(단계 8c).
여기서, 단계 5b에서의 가중치 전력 스펙트럼(W(f) x T(f))의 적분값(I)은 다음의 식을 갖는 성능 인덱스로서 획득될 수 있다.
[식 11]
Figure 112007083786519-pat00016
또한, 디지털 값을 고려하면, 전체 주파수 대역에서의 디지털 적분값(J)은 다음의 식을 갖는 성능 인덱스로서 획득될 수 있다.
[식 12]
Figure 112007083786519-pat00017
또한, 상기한 바와 같이, 지정된 주파수 대역 및 디지털 적분값(J)에서의 적분값은 비결함 부분(519)의 표면파(SR)의 전력 스펙트럼(R(f))으로 표준화될 수 있고, 이하의 표준화된 적분값(Inorm) 및 이하의 표준화된 디지털 적분값(Jnorm)은 성능 인덱스로서 채용될 수 있다. 또는, 또 다른 기술에 의해 표준화된 특정 주파수 영역에서의 이하의 적분값(Inorm -1), 및 이하의 표준화된 디지털 적분값(Jnorm-1)이 성능 인덱스로서 채용될 수 있다.
[식 13]
Figure 112007083786519-pat00018
Figure 112007083786519-pat00019
[식 14]
Figure 112007083786519-pat00020
Figure 112007083786519-pat00021
지정된 주파수 대역에서의 적분값 및 테스트되는 대상(510)의 결함 부분(520)을 발생시키는 발생 신호의 전력 스펙트럼(T(f))을 갖는 적분값(J)을 표준화하는 경우, 결함 부분(20)을 발생시키는 발생파의 이하의 표준화된 적분값(Imomentum) 및 이하의 표준화된 디지털 적분값(Jmomentum)은 성능 인덱스로서 채용될 수 있고, 또한 이들 값은 또한 R(f) 또는 그것의 적분값으로 표준화될 수 있으며, 표준화된 값은 성능 인덱스로서 채용될 수 있다.
[식 15]
Figure 112007083786519-pat00022
Figure 112007083786519-pat00023
또한, 또 다른 단계는 제 1 실시예에서의 단계와 동일하므로, 동일한 참조 번호 또는 동일한 참조 번호의 첨자 "a", "b", 및 "c"를 부여하고, 중복되는 설명은 생략한다.
이 실시예에서, 평가되는 시간 영역의 전력 스펙트럼(T(f))이 산출되고(단계 4), 산출된 전력 스펙트럼(T(f)) 및 가중치 함수(W(f)) 사이의 곱이 또한 산출되고(단계 5a), 평가 주파수 영역에서의 가중치 전력 스펙트럼(W(f) x T(f))의 적분 값이 계산되고(단계 5b), 테스트되는 대상(510)의 결함 깊이가 변환되고 추정됨으로써(단계 6c, 단계 7c), 잡음의 영향을 받지 않고 정확하게 결함의 깊이를 추정한다.
도 65는 도 60 및 도 61에 나타낸 결함 평가 장치(516a, 516b)에 내장된 테스트되는 대상(510)의 결함(C)의 깊이를 추정하는 처리 순서인 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 4 실시예를 설명하는 블록도이다.
이 실시예에 따른 표면 테스트 방법에서, 전체 처리는 교정 견본 결함 깊이 산출부(521), 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 선택부(522), 및 실제 기계 결함 깊이 교정부(523)의 3개의 처리로 분류되고, 변환 함수(g-1(I))는 교정 견본 결함 깊이 교정부(521)에서의 성능 인덱스 및 결함 깊이 사이에서 유도된다.
또한, 적분값과 결함 깊이 사이의 변환값은 성능 인덱스 및 결함 깊이 사이의 이 유도된 변환 함수(g-1(I)), 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 선택부(522)에서 유도되고 교정되는 가중치 전력 스펙트럼의 적분값 및 결함 깊이 사이의 관계를 지시하는 변환 함수, 및 실제 기게 결함 깊이 산출부(523)의 평가 주파수 영역에서의 가중치 전력 스펙트럼(W(f) x T(f))의 적분값(I)에 근거하여 획득된 후, 실제 기계 결함의 깊이가 추정된다.
교정 견본 결함 깊이 산출부(521)에서의 처리 순서, 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 선택부(522), 및 실제 기계 결함 깊이 산출부(523)은 제 1 실시예 내지 제 3 실시예에 관하여 설명한 단계 1 내지 8c와 동일하고, 따라서 중복되는 설 명은 생략한다.
그러나, 교정 견본 결함 깊이 산출부(521)은 이하의 처리 순서에 따른 성능 인덱스 및 결함 깊이 사이의 변환 함수(g-1(I))를 유도한다.
먼저, 교정 견본 결함 깊이 산출부(521)은 비결함 부분(결함 깊이 d0 = 0)을 포함하는 교정 견본을 준비하고, 적어도 2 이상의 결함은 알려진 다른 깊이(d1, d2, ---, dn)를 갖는다. 여기서, 결함 길이는 채용되는 표면파 빔의 폭과 비교할 때 충분한 결함 길이를 가지며, 또한 최대 깊이(dn)는 실제 테스트 처리에서 테스트되는 최대 깊이보다 더 깊다.
또한, 가능한 한 실제와 동일하게 테스트되는 교정 견본은 바람직하게는 상기 결함뿐만 아니라 테스트되는 대상(510)과 동일한 표면 상태 및 동일한 초음파 특성(비결함 속도 및 왜곡 특성 등)을 가진다. 만약 대상(510)의 현재 상태가 확인될 수 없다면, 표면 상태 및 초음파 특성(비결함 속도 및 왜곡 특성 등)은 제조시의 데이터에 근거하여 가능한 한 유사하게 시뮬레이션될 수 있다.
이러한 교정 견본에서, 각각의 결함 깊이(d1, d2, ---, dn)에 관한 발생 표면파가 측정되고, 제 1 내지 제 3 실시예에서 산출된 값은 이 결과에 적용되고, 교정 성능 인덱스로서 기능하는 적분값(Ic(d)) 또는 디지털 적분값(Jc(d))(이하에서는, 설명의 편의를 위해 Ic(d)로 표시됨)이 산출된다.
즉, 도 67에 나타낸 바와 같이, 테스트되는 대상(510)이 스캔되는 동안, 발생 초음파 프로브(512) 및 검출 초음파 프로브(513)는 결함 부분(C1, C2, C3)을 검출하고, 검출된 결함 부분(C1, C2, C3)의 EIV 및 비결함 부분의 EIV는 도 68에 나타낸 바와 같이 표시된다.
또한, 수평축이 측정 위치를 나타내고, 수직축은 EIV를 나타내는 도 68은 비결함 부분의 결함 깊이가 0이라고 가정하는 경우, 결함 부분의 평가 인덱스 값을 설명하는 도면이다.
따라서, 여기서, 본 실시예에서, 결함 부분(C1, C2, C3)의 결함 깊이(d1, d2, ---, dn) 등은 대상(510)에서의 비결함 부분의 결함 깊이 0에 근거하여 성능 인덱스로서 산출된다.
획득된 적분값(Ic(d)) 및 알려진 결함 깊이(d) 사이의 관계는 함수 형태에 일치시켜야 하고, 성능 인덱스 및 결함 깊이 사이의 변환 함수(g-1(I))가 그것에 관한 결과(g(d))로부터 획득된다.
또한, 실제 테스트 시의 감도 등의 측정 상태가 교정 테스트 시의 감도 등에 일치될 필요가 있으나, 불가피하게 측정 상태를 변경하는 경우, 이하의 절차를 채용하는 것이 필요하다.
먼저, 실제 테스트 시, 비결함 부분의 발생 표면파는 비결함을 보증할 수 있는 부분에서 측정되고, 0의 성능 인덱스(I(0))를 산출하기 위해 제 1 내지 제 3 실 시예에서 산출된 값은 이 결과에 적용된다. 그 후, 이것은 교정 견본에서의 0 데이터(Ic(0))와 비교되고, 성능 인덱스와 결함 깊이 사이의 변환 함수(g-1(I))의 재교정이 이행된다.
재교정을 위한 방법은 교정 상태와 실제 측정 상태 사이의 차이에 따라 I = g(d) - (Ic(0) - I(0)) 또는 β = I(0) / Ic(0) [식 16]을 도입하고, I = β·g(d) [식 17]이라고 가정하는 경우, 그 역함수 g-1(I) 또는 J-1(I)가 획득된다.
따라서, 실제 기계 결함 깊이를 추정하는 경우, 본 실시예는 3개로 분류된 교정 견본 결함 깊이 산출부(521), 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 선택부(522), 및 실제 기계 결함 깊이 산출부(523)에서 유도되는 각각의 변환 함수에 근거한 결함 깊이, 및 가중치 전력 스펙트럼(W(f) x T(f))의 적분값을 산출하고, 결함 깊이를 추정함으로써 잡음의 영향을 받지 않고 결함의 깊이가 정확하게 추정될 수 있다.
또한, 본 발명의 레이저 보수 기기에 관한 표면 검사 장치의 바람직한 실시예는 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
[제 1 실시예]
도 69는 본 발명에 따른 표면 검사 장치(611)의 제 1 실시예의 구성을 설명한 개략도이다. 이 표면 검사 장치(611)는 초음파를 여기하기 위해 검사되는 본체(TP)의 소정의 발생 지점(E)에 펄스 형상으로 레이저 광(612)을 조사하는 초음파 여기 장치(613), 발생 지점(E)으로부터의 알려진 거리만큼 간격을 두고 배치된 검 출 지점(M)에 레이저 광(614)을 조사하고, 그 반사광을 수광함으로써 초음파를 수신하는 초음파 검출 장치(615), 및 이 초음파 검출 장치(615)로부터 출력 신호(sig)를 입력하고 기록하는 교정 수단의 일 예로서 기능하고, 대상(TP)의 표면 개방의 결함(C)의 존재, 위치, 및 깊이를 검출하는 데이터 기록 및 분석 장치(616) 를 포함한다.
이 레이저 초음파 방법의 표면 검사 장치(611)에서, 다양한 형태의 모드를 갖는 초음파는 표면파(SW(SR, ST)) 이외에도 대상(TP)의 표면층에 전파되는 종파(PW), 벌크파(BW) 등을 발생시킨다. 또한, 표면파(SW)는 결함(C)에 입력되는 표면파(SR) 및 결함(C)을 발생시키는 발생 표면파(ST)를 포함한다.
도 70은 데이터 기록 분석 장치(616)에 입력되는 초음파 파형의 일 예를 설명한다. 발생 지점(E)에 여기된 초음파의 속도는 사전에 알려져 있으므로, 데이터 기록 및 분석 장치(616)는 레이저 광(612)이 검출 지점(M)에 도달할 때까지 발생 지점(E)에 조사되므로 소정의 검출 지점에 정확하게 집중되는 소정의 시간 폭을 갖는 측정 시간에, 도 70에 나타낸 바와 같이 초음파 검출 장치(615)로부터 출력 신호(sig)를 측정하고 기록하고 출력 신호(sig)를 분석함으로써, 결함(C)의 존재, 위치, 및 깊이를 획득한다.
결함(C)의 깊이를 획득하는 경우, 데이터 기록 및 분석 장치(616)는 발생 표면파(ST)의 진폭 및 주파수 구성요소와 같은 변화량(감쇠량)에 근거한 이 깊이를 획득하지만, 발생 표면파(ST)의 교정파로서 발생 표면파(SW) 이외에도 종파(PW) 및 체적파(BW)를 채용한다.
즉, 검사되는 본체(body)의 검사 지역이 항상 일정한 형상을 갖는 경우, 데이터 기록 및 분석 장치(616)의 교정 수단은 발생 표면파(ST)의 교정파(fcorrect)로서의 또 다른 루트로 전파되는 체적파(BW)를 채용한다. 예를 들면, 발생 표면파(ST) 및 체적파(BW)의 진폭에 관한 피크 투 피크값(peak-to-peak value)은 각각 산출되고, 발생 표면파(ST)의 진폭의 피크 투 피크(STP-P) 및 체적파(BW)의 진폭의 피크 투 피크(BWP-P) 사이의 비율(STP-P/BWP-P)은 성능 인덱스 값으로서 획득되고, 이 결함(C)의 깊이는 이 성능 인덱스 값을 교정 곡선( 또는 변환 데이터 표)에 제시함으로써 획득되고, 이 성능 인덱스 값 및 결함(C)의 깊이 사이의 대응하는 관계는 사전에 획득된다.
또한, 데이터 기록 및 분석 장치(16)의 교정 수단은 발생 표면파(ST)와 체적파(BW)의 각각의 제곱 평균(RMS)을 획득하고, 이 발생 표면파(ST) 및 체적파(BW)의 제곱 평균 사이의 비율(STP-P/BWP-P)을 성능 인덱스 값으로서 획득하고, 이 성능 인덱스 값을 교정 곡선 등에 적용함으로써 결함(C)의 깊이를 획득할 수 있는데, 성능 인덱스 값 및 결함(C)의 깊이 사이의 대응하는 관계는 사전에 획득된다.
또한, 이하의 식(18-1)에 나타낸 바와 같이 임의의 최소 주파수(fL) 및 최대 주파수(fH) 사이의 영역에 대해 적분된 값들 사이의 비율(ST-T/BW-T)은 발생 표면파(ST) 및 체적파(BW)의 각각을 FFT에 적용함으로써 성능 인덱스 값(Icorrect)으로서 채용되어 전력 스펙트럼(T)를 획득할 수 있다.
이하의 식(18-2)에 나타낸 바와 같이, 그 값은 임의의 가중치 함수(w(f))에 전력 스펙트럼(T(fcorrect))을 곱함으로써 획득되고, 그 결과를 적분한 것은 Icorrect로서 채용될 수 있다. 물론, 상기한 것 이외의 다른 방법으로, 교정 파형(fcorrect)으로부터 성능 인덱스 값을 산출하는 방법이 유용할 수 있다. 또한, 발생 표면파(ST)에 관한 교정 방법으로서 분할 이외의 방법이 고려될 수 있다.
[식 18]
Figure 112007083786519-pat00024
(1)
Figure 112007083786519-pat00025
(2)
결과적으로, 이 데이터 기록 및 분석 장치(616)에 따라, 발생 표면파(ST)의 교정을 위해 채용되는 체적파(BW)는 발생 표면파(ST)로서 동시에 측정되므로, 이 파형은 검사되는 본체(TP)의 표면 상태 및 데이터 기록 및 분석 장치(616)에 의한 측정의 불안정성이 반영되는 파형이다. 따라서, 단지 측정 에러의 양은 이들 신호로 표준화를 이행함으로써 취소될 수 있다.
[제 2 실시예]
본체(TP)의 검사된 영역이 가변 형상을 포함하는 경우, 다른 모드의 초음파가 데이터 기록 및 분석 장치(616)의 측정 기간 내에 도착하지 않는 경우, 또는 표면파를 채용하기에 감쇠가 너무 큰 경우, 표면에 전파되는 종(수직)파(PW)가 채용될 수 있다. 본체(TP)의 검사된 영역이 불변 형상을 갖는 경우, 종파(PW)가 채용 될 수 있다. 여기서, 종파(PW) 및 표면파(SW)는 동일한 전파 루트를 사용하므로, 전파 루트 상에 균열이 발생하는 경우, 발생 파형은 표면파(SW)와 같이 변화한다. 그러나, 발생파의 변화량은 표면파(SW)의 경우와는 차이가 있다.
따라서, 결함(C)을 발생시키는 표면파(SW)에 의해 획득된 성능 인덱스 값이 표면층에 전파되는 종파(PW)에 의해 획득된 성능 값으로 이 성능 인덱스 값을 나눔으로써 교정되어, 새로운 성능 인덱스를 생성한다.
도 71은 비결함 부분(결함(C)이 없음) 및 예를 들면, 깊이 0.4㎜, 0.8㎜, 1.2㎜ 및 1.6㎜의 결함(C)에 표면파(SW)가 발생되는 때의 표면파 분석 결과의 일 예를 설명한다. 도 71에 나타낸 교정 없는 성능 인덱스(I'SAW)는 교정 없는 성능 인덱스(ISAW)를 획득하기 위해서 식(18-2)을 표면파(SW)에 적용하고 산출된 결과를 성능 인덱스(ISAW)로 나눔으로써 산출된다. 또 한편으로는, 이 산출된 결과를 비결함 부분의 성능 인덱스로 나눈 후, 도 71에 나타낸 교정을 거친 성능 인덱스(I'SAW -correct)는 획득된 성능 인덱스(ISAW)를 성능 인덱스(I'SAW -correct)로 더 나눔으로써 산출된다.
도 72는 결함(C)의 각각의 깊이에서 성능 인덱스 값들의 불규칙함을 비교한 그래프이다. 교정을 받은 성능 인덱스(I'SAW -correct)의 불규칙성은 교정 없는 성능 인덱스(I'SAW)와 비교할 때 매우 감소된다. 따라서, 산출된 성능 인덱스는 표면 상태의 불규칙성과 같은 측정 에러 요소를 상쇄시키는 성능 인덱스가 됨으로써, 고정 밀도의 결함 검출 정밀도가 제공될 수 있다. 여기서, 물론, 종파(PW) 이외에 표면파(SW)와 동일한 루트로 전파되는 또 다른 모드의 초음파가 채용될 수 있다. 또한, 표면파(SW)로부터 다른 루트로 전파되지만 동일한 방식으로 결함(C)에 의해 영향을 받는 또 다른 모드의 초음파도 채용될 수 있다.
또한, 성능 인덱스 값은 종파(PW) 및 체적파(BW) 사이의 성능 인덱스 값을 곱함으로써 증가될 수 있으므로, 체적파(BW) 및 종파(PW)의 각각의 성능 인덱스 값이 작고, 변화량이 작은 경우, 이들 종파(PW) 및 체적파(BW)의 변화량은 측정될 수 있다. 따라서, 측정 정밀도가 향상될 수 있다.
[제 3 실시예]
상기 제 2 실시예에 의하면, 표면파(SW)와 동일한 루트로 전파되는 또 다른 교정 초음파(fcorrect)에 따라 성능 인덱스(Icorrect)가 산출된 후, 표면파(SW)를 나눔으로써 교정이 이행된다. 그러나, 이 교정은 때때로 또 다른 초음파와 함께 이행되거나, 또 다른 기술이 어떤 경우에 채용될 수 있다. 또 한편으로는, 결함(C)에 발생되는 때의 발생 표면파(ST)의 변화량이 작은 경우, 또는 측정되는 결함(C)의 각각의 깊이에 대한 변화량이 이 양을 포획하기에는 너무 작은 경우가 야기될 수 있다.
따라서, 성능 인덱스(Icorrect)에 의해 획득된 결함(C)에 기인한 변화량 및 표면파(SW)의 성능 인덱스에 의해 획득된 결함(C)에 기인한 변화량은 산출된 성능 인덱스(Icorrect)에 의해 ISAW를 적분함으로써 2배로 획득된다. 따라서, 측정되기 어려 운 변화량을 취할 수 있다.
또한, 성능 인덱스(Icorrect)로서 채용되는 초음파가 표면파(SW)와 동일한 루트를 갖지 않지만, 동일한 방식으로, 결함(C)의 영향을 받는 또 다른 모드의 초음파가 채용될 수 있다. 또한, 채용되는 성능 인덱스(Icorrect)는 하나에 제한되지 않고, 초음파가 결함(C)의 영향력에 의해 영향을 받는 동안, 다수의 초음파가 채용될 수 있다.
[제 4 실시예]
도 73은 본 발명에 따른 표면 검사 장치(617)의 제 4 실시예의 주요한 구성을 설명하는 개략도이다. 이 표면 검사 장치(617)에서, 도 69에 나타낸 초음파 여기 장치(613)는 압전기 장치(piezoelectric device)로 형성된 발생 초음파 프로브(618)로 대체된다.
커플란트(619)를 경유하여 검사되는 본체(TP)의 표면상에 인접한 상태로 배치되는 초음파 프로브(618)는 소정의 주파수의 전압을 발진기(oscillator)(620)로부터 수신하고, 전압을 소정의 주파수를 갖는 초음파로 변환하고, 이 파를 검사되는 본체(TP)에 발생시키기 위한 것이다.
이 표면 검사 장치(617)에서, 초음파 프로브(618)로부터 발생된 초음파가 웨지(wedge) 및 검사되는 표면에서 모드 변환을 하고, 표면파(SW)로서 본체(TP)의 표면에 전파된다. 또 한편으로는, 도 73에 나타낸 바와 같이, 표면파(SW) 이외에 웨지에서 반사하는 초음파(WR), 및 다른 초음파가 발진된다. 웨지에서 반사하는 초 음파(WR)는 또한 초음파 프로브(618)의 본체(TP)의 표면에 대하여 가압하는 힘에 비례하는 초음파 파형을 가지므로, 초음파 파형은 상기 교정 처리에 표면파(SW)의 파형을 제시하는 성능 인덱스(Icorrect)를 갖는 교정 처리를 받을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 보수 장치의 제 1 실시예를 나타내는 전체 구성도.
도 2는 도 1에서의 A부분의 확대 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 반응로 관 구조를 위한 보수 장치에 설치된 전달/스캐닝 메커니즘의 설명도.
도 4의 (a), (b), 및 (c)는 도 2에서의 B부분을 확대하여, 제 1 실시예의 제 1 변형예를 나타내는 동작 설명도.
도 5는 보수 장치의 제 1 실시예의 제 2 변형예의 전달/스캐닝 메커니즘을 나타내는, 도 3에서의 C부분의 확대도.
도 6은 도 5와 같이, 보수 장치용 과부하 방지 연동 기능성의 설명도인, 도 3에서의 C부분의 확대도.
도 7은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 1 실시예를 나타내는 전체 구성도.
도 8의 (a), (b)는 본 발명에 따른 반응로 관 구조를 위한 보수 장치에 설치된 광섬유의 반사 특성을 나타내는 반사 방지 기능의 동작 설명도.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 보수 장치용 수중 접속 지그(jig)의 구성 예를 나타내는 측면도.
도 10은 도 9에 나타낸 수중 접속 지그를 나타내는 평면도.
도 11은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 광섬유의 설명도.
도 12는 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 2 실시예의 변형예를 나타내는 레이저 초음파 검사 범위의 설명도.
도 13은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 2 실시예의 변형예를 나타내는 레이저 초음파 검사 범위의 설명도.
도 14는 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 3 실시예를 나타내는 전체 구성도.
도 15는 레이저 조사 헤드의 부착 예를 나타내는 개념도인, 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 3 실시예의 변형예.
도 16은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 4 실시예를 나타내는 전체 구성도.
도 17은 본 발명에 따른 레이저 보수 장치의 제 5 실시예를 나타내는 전체 구성도.
도 18은 본 발명과 관련하여 레이저 조사 디바이스에 사용되는 조사 헤드의 제 1 실시예를 나타내는 개략도.
도 19는 도 18에 나타낸 바와 같이 제 1 실시예에서의 전송 레이저 광의 거동을 나타내는 도면.
도 20은 크랙이 실린더 부분의 축 방향을 따라 발생했을 경우에, 도 18에 나타낸 바와 같이 제 1 실시예에서의 전송 레이저 광의 거동을 나타내는 도면.
도 21은 크랙이 실린더 부분의 축 방향에 대해 반대 방향을 따라 발생했을 경우에, 도 18에 나타낸 바와 같이 제 1 실시예에서의 전송 레이저 광의 거동을 나 타내는 도면.
도 22는 크랙이 실린더 부분의 축 방향을 따라 발생하고, 이러한 크랙의 깊이가 될 경우에, 도 18에 나타낸 바와 같이 제 1 실시예에서의 전송 레이저 광의 거동을 나타내는 도면.
도 23은 크랙이 실린더 부분의 축 방향에 대해 반대 방향을 따라 발생하고, 이러한 크랙의 깊이가 될 경우에, 도 18에 나타낸 바와 같이 제 1 실시예에서의 전송 레이저 광의 거동을 나타내는 도면.
도 24는 본 발명과 관련하여 레이저 조사 디바이스에 사용되는 조사 헤드의 제 2 실시예를 나타내는 개략도.
도 25는 본 발명과 관련하여 레이저 조사 디바이스에 사용되는 조사 헤드의 제 3 실시예를 나타내는 개략도.
도 26은 도 25의 선 XXVI-XXVI 방향에서 본 단면도.
도 27은 본 발명과 관련하여 레이저 조사 디바이스에 사용되는 조사 헤드의 제 4 실시예를 나타내는 개략도.
도 28은 도 27의 선 XXVIII-XXVIII 방향에서 본 단면도.
도 29는 본 발명과 관련하여 레이저 조사 디바이스에 사용되는 조사 헤드의 제 5 실시예를 나타내는 개략도.
도 30은 본 발명과 관련하여 레이저 조사 디바이스에 사용되는 조사 헤드의 제 6 실시예를 나타내는 개략도.
도 31은 본 발명과 관련하여 레이저 조사 디바이스에 사용되는 조사 헤드의 제 7 실시예를 나타내는 개략도.
도 32는 도 31의 선 XXXII-XXXII 방향에서 본 단면도.
도 33은 본 발명에 따른 표면 검사 디바이스의 제 1 실시예의 기능 블록도.
도 34는 본 발명에 따른 표면 검사 디바이스의 제 2 실시예의 기능 블록도.
도 35는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 표면 검사 디바이스의 타이밍 차트.
도 36은 본 발명에 따른 표면 검사 디바이스의 제 3 실시예의 표시 스크린의 정면도.
도 37은 본 발명에 따른 표면 검사 디바이스의 제 4 실시예의 기능 블록도.
도 38은 본 발명에 따른 표면 검사 디바이스의 제 5 실시예의 기능 블록도.
도 39는 본 발명에 따른 표면 검사 디바이스의 제 6 실시예의 설명도.
도 40은 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 제 7 실시예의 개략도.
도 41은 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 제 8 실시예의 개략도.
도 42는 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 제 9 실시예의 개략도.
도 43은 본 발명에 따른 표면 검사 시스템의 제 10 실시예의 개략도.
도 44는 본 발명과 관련하여 초음파 검사 디바이스의 제 1 실시예를 나타내는 구성도.
도 45는 데이터 저장 순서를 나타내는 플로차트.
도 46은 분석 처리 순서를 나타내는 플로차트.
도 47은 분석 스크린 표시 예를 나타내는 도면.
도 48은 테스트 리포트 스크린 표시 예를 나타내는 도면.
도 49는 제 1 실시예에 따른 데이터 저장 순서를 나타내는 플로차트.
도 50은 본 발명에 따른 초음파 검사 디바이스의 제 2 실시예에 따른 데이터 저장 순서를 나타내는 플로차트.
도 51은 제 2 실시예에 따른 분석 처리 순서를 나타내는 플로차트.
도 52는 제 2 실시예에 따른 데이터 저장 순서의 다른 예를 나타내는 플로차트.
도 53은 제 2 실시예에 따른 분석 처리 순서의 다른 예를 나타내는 플로차트.
도 54는 본 발명과 관련하여 레이저 초음파 수신 디바이스의 제 1 실시예를 나타내는 블록도.
도 55는 본 발명과 관련하여 레이저 초음파 수신 디바이스의 제 2 실시예를 나타내는 블록도.
도 56은 광섬유에서의 수신 레이저 광의 여기 상태를 나타내는 단면도.
도 57은 본 발명과 관련하여 레이저 초음파 수신 디바이스의 제 3 실시예를 나타내는 블록도.
도 58은 본 발명과 관련하여 레이저 초음파 수신 디바이스의 제 4 실시예를 나타내는 블록도.
도 59는 본 발명과 관련하여 레이저 초음파 수신 디바이스의 제 5 실시예를 나타내는 블록도.
도 60은 본 발명에 따른 표면 테스트 디바이스의 제 1 실시예를 나타내는 개 념도.
도 61은 본 발명에 따른 표면 테스트 디바이스의 제 2 실시예를 나타내는 개념도.
도 62는 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 1 실시예를 나타내는 블록도.
도 63은 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 2 실시예를 나타내는 블록도.
도 64는 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 3 실시예를 나타내는 블록도.
도 65는 본 발명에 따른 표면 테스트 방법의 제 4 실시예를 나타내는 블록도.
도 66은 본 발명에 따른 표면 테스트 방법에 인가되는 표면파의 파형에서 평가되는 영역으로서의 잘라내기를 나타내는 도면.
도 67은 본 발명에 따른 표면 테스트 디바이스에 있어서, 전송 초음파 프로브와 수신 초음파 프로브를 사용하여 테스트 대상을 스캐닝하는 동안 검출되는 결함의 위치를 나타내는 도면.
도 68은 본 발명에 따른 표면 테스트 디바이스에 있어서, 표면파가 테스트 대상의 비결함 부분과 결함 부분을 전파하는 경우의 표면파의 파형에서 비결함 부분이 없다고 가정할 경우에 결함 부분의 성능지수를 나타내는 도면.
도 69는 본 발명에 따른 표면 검사 디바이스의 제 1 실시예의 구성을 나타내 는 개략도.
도 70은 도 69에 나타낸 데이터 기록 및 분석 디바이스에 의해 기록되는 초음파 파형의 다양한 형태의 모드 중에서 일례를 나타내는 파형 차트.
도 71은 표면파가 표면파 이외의 다른 초음파로 교정되는 경우의 성능지수와, 표면파가 교정되는 않는 경우의 결함 깊이의 성능지수를 비교하는 도면.
도 72는 표면파가 교정되는 경우의 각 결함 깊이에서의 성능지수의 불규칙성과, 표면파가 교정되는 경우의 각 결함 깊이에서의 성능지수의 불규칙성을 비교하는 도면.
도 73은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 구성을 나타내는 개략도.
도 74는 하향식(bottom-mounted) 계기관의 종래 비파괴 테스트 디바이스의 전체 구성도.
도 75는 도 74에 나타낸 비파괴 테스트 디바이스의 전체 구성을 나타내는 사시도.
도 76은 관 형상 구조용 레이저 검사 조사 헤드의 구성의 일례를 나타내는 도면.
도 77은 종래 레이저 조사 헤드를 갖는 전송 레이저 광의 거동을 나타내는 도면.
도 78은 종래 제 1 초음파 검사 디바이스의 기능 블록도.
도 79는 종래 제 2 초음파 검사 디바이스의 기능 블록도.
도 80은 종래 레이저 초음파 수신 디바이스의 구성을 나타내는 블록도.
도 81은 패브리-페로(Fabry-Perot) 간섭계의 동작을 설명하는 도면.
도 82는 종래 레이저 초음파 수신 디바이스의 다른 구성을 나타내는 블록도.
도 83은 종래 표면 테스트 디바이스를 나타내는 개념도.
도 84는 이상적인 표면파의 전력 스펙트럼 분포와 실측되는 전력 스펙트럼을 비교하는 전력 스펙트럼 비교도.
도 85는 테스트 대상의 주파수와 결함 깊이 사이의 관계를 나타내는 침투 깊이 도면.
도 86은 전송 표면파를 채용하는 종래 표면 검사 디바이스를 나타내는 도면.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 방법에 있어서,
    상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정할 때 상기 테스트 대상을 비결함 부분과 결함 부분으로 분류하는 단계와,
    상기 분류된 비결함 부분을 통과하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
    평가되는 각각의 주파수 성분에 대해 가중치를 산출하는 단계와,
    상기 분류된 결함 부분을 통과하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
    상기 결함 부분에서 평가되는 각각의 주파수 성분에 대해 가중치를 산출하는 단계와,
    상기 분류된 비결함 부분에서 각각의 주파수 성분에 대한 상기 가중치에 의거하여 평가되는 각각의 주파수 성분에 대한 감쇠량을 산출하는 단계와,
    상기 감쇠량을 미리 생성된 교정용 결함 깊이로 변환하기 위해 상기 산출된 감쇠량을 데이터베이스와 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하는 단계와,
    상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  3. 표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 방법에 있어서,
    상기 테스트 대상의 상기 결함을 통과하는 발생파의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
    상기 발생파의 상기 전력 스펙트럼에 대한 가중치 함수의 적(積)을 산출하는 단계와,
    평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
    상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 적분값을 미리 생성된 교정용 결함 깊이로 변환하기 위하여 상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 산출된 적분값을 대조하여 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하는 단계와,
    상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  4. 표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 방법에 있어서,
    상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정할 때, 교정 결함 깊이 산출부, 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부, 및 실제 기계 결함 깊이 산출부로 상기 결함을 분류하는 단계와,
    상기 분류된 교정 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
    상기 전력 스펙트럼과 가중치 함수의 적을 산출하는 단계와,
    평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
    상기 결함의 깊이로부터 변환 함수를 유도하는 단계와,
    상기 실제 기계 비결함 데이터 정보 수집부에서, 평가되는 시간 영역에서의 상기 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
    상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하는 단계와,
    평가되는 상기 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
    상기 교정 결함 깊이 산출부에서의 비결함 견본 데이터에 의거하여, 보정된 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하는 함수를 유도하는 단계와,
    상기 분류된 실제 기계 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 상기 전력 스펙트럼을 산출하는 단계와,
    상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하는 단계와,
    평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하는 단계와,
    상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 산출된 적분값을, 상기 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부에서 유도되는, 상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하는 함수와 대조하여, 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하는 단계와,
    상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가중치 함수는 다음의 식
    Figure 112007083786519-pat00026
    으로 표현되고, 여기서 f는 주파수를 나타내며, n은 영(zero)을 제외한 임의의 수인 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  6. 삭제
  7. 표면파를 이용하여 테스트 대상의 결함을 검사하고 발생파의 주파수의 감쇠비로부터 상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정하는 표면 검사 디바이스에 있어서,
    상기 테스트 대상의 상기 결함의 깊이를 추정할 때, 교정 결함 깊이 산출부, 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부, 및 실제 기계 결함 깊이 산출부로 상기 결함을 분류하도록 구성된 유닛과,
    상기 분류된 교정 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 전력 스펙트럼을 산출하도록 구성된 유닛과,
    상기 전력 스펙트럼과 가중치 함수의 적을 산출하도록 구성된 유닛과,
    평가되는 주파수 영역에서의 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하도록 구성된 유닛과,
    상기 결함의 깊이로부터 변환 함수를 유도하도록 구성된 유닛과,
    상기 실제 기계 비결함 데이터 정보 수집부에서, 평가되는 시간 영역에서의 상기 전력 스펙트럼을 산출하도록 구성된 유닛과,
    상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하도록 구성된 유닛과,
    평가되는 상기 주파수 영역에서 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하도록 구성된 유닛과,
    상기 교정 결함 깊이 산출부에서의 상기 비결함 견본 데이터에 의거하여 보정된 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하는 함수를 유도하도록 구성된 유닛과,
    상기 분류된 실제 기계 결함 깊이 산출부에서, 평가되는 시간 영역에서의 전력 스펙트럼을 산출하도록 구성된 유닛과,
    상기 전력 스펙트럼과 상기 가중치 함수의 적을 산출하도록 구성된 유닛과,
    평가되는 주파수 영역에서 상기 가중치 전력 스펙트럼의 적분값을 산출하도록 구성된 유닛과,
    상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 산출된 적분값을, 상기 실제 기계 비결함 부분 데이터 정보 수집부에서 유도되는, 상기 가중치 전력 스펙트럼의 상기 적분값을 상기 결함 깊이로 변환하는 함수와 대조하여, 상기 테스트 대상의 상기 결함 깊이를 산출하도록 구성된 유닛과,
    상기 테스트 대상의 상기 산출된 결함 깊이를 표시하도록 구성된 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 디바이스.
  8. 검사되는 테스트 대상에 레이저 광을 조사(照射)하여 초음파를 발생시키는 단계와,
    상기 레이저 광이 조사되는 위치로부터 기지의 거리만큼 떨어진 위치에 상기 레이저 광을 조사하고 그 반사광을 수신하는 단계와,
    상기 수신된 초음파의 발생 표면파를 상기 표면파 이외의 초음파로 보정하여 상기 테스트 대상의 결함을 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 발생 표면파의 소정 성분이 출력 신호에 포함된 상기 표면파 이외의 초음파의 동일 성분에 의해 나누어지거나 적분되어서 평가 인덱스값을 획득하고 상기 평가 인덱스값을 상기 평가 인덱스값과 상기 결함의 깊이 사이의 대응 관계가 미리 획득되어 있는 교정 곡선에 적용하여 상기 결함의 깊이를 획득하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 표면파 이외의 상기 초음파는 검사되는 상기 테스트 대상의 표면층을 전파하는 종파(longitudinal)와 벌크파(bulk wave) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 표면파와 상기 표면파 이외의 상기 초음파의 상기 성분 모두는 진폭의 평균제곱 값인 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 표면파와 상기 표면파 이외의 상기 초음파의 상기 성분 모두는 전력 스펙스럼의 적분값인 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전력 스펙트럼의 상기 적분 범위는 임의로 선택되는 것을 특징으로 하는 표면 검사 방법.
  14. 검사되는 테스트 대상에 레이저 광을 조사하여 초음파를 발생시키는 초음파 발생 유닛과,
    상기 초음파 발생 유닛으로부터 상기 레이저 광이 조사되는 위치로부터 기지의 거리만큼 떨어진 위치에 상기 레이저 광을 조사하고 그 반사광을 수신하여 초음파를 수신하는 초음파 수신 유닛과,
    상기 초음파 수신 유닛으로부터의 출력 신호를 입력해서 기록하여 상기 테스트 대상의 결함을 검출하는 보정 유닛을 포함하고,
    상기 보정 유닛은 상기 출력 신호의 발생 표면파를 표면파 이외의 초음파로 보정하고,
    상기 발생 표면파의 소정 성분이 출력 신호에 포함된 상기 표면파 이외의 초음파의 동일 성분에 의해 나누어지거나 적분되어서 평가 인덱스값을 획득하고 상기 평가 인덱스값을 상기 평가 인덱스값과 상기 결함의 깊이 사이의 대응 관계가 미리 획득되어 있는 교정 곡선에 적용하여 상기 결함의 깊이를 획득하는 것을 특징으로 하는 표면 검사 디바이스.
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