KR101677604B1

KR101677604B1 - 깊이를 포함하는 용접 품질을 초음파로 검사하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101677604B1
Application number: KR1020150044367A
Authority: KR
Inventors: 박봉수
Original assignee: (주)피앤에스
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2016-11-21
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: KR20160117695A

Abstract

본 발명에 따른 초음파 검사장치는, 부품 등의 용접된 접합면으로 초음파를 발신하고 그 발신된 초음파에 따른 반사신호의 세기를 검출하는 탐상 동작을, 그 접합면의 상단부터 시작하여, 상기 접합면의 상단으로부터 제 1한계치에 해당되는 제 1깊이와 상기 상단간의 구간에 대해서는, 상기 탐촉부로 하여금, 지정된 간격마다 수행하고, 또한 상기 상단으로부터 제 2한계치에 해당되는 제 2깊이보다 더 깊은 제 3깊이에서도 상기 탐상 동작이 수행되도록 한다. 그리고, 이러한 탐상 동작동안에 검출되는 상기 접합면으로부터 반사되는 신호의 세기에 근거하여, 상기 접합면에 대해 용접된 깊이가 상기 제 1한계치 이상이면서 상기 제 2한계치 이하인 지에 근거하여 용접 상태의 불량 여부를 판별한다. 특히, 상기 초음파 검사장치는, 상기 접합면의 상기 제 1깊이와 상기 제 3깊이 사이의 구간에서는 상기 탐상 동작을 스킵(skip)한다.

Description

깊이를 포함하는 용접 품질을 초음파로 검사하는 방법 및 장치 {Method and apparatus for inspecting weld quality including welded depth using ultrasonic waves}

본 발명은, 기계 장치 또는 자동차 등에 부품 등으로 사용되는 물품의 용접된 부분를 초음파로 측정하여 용접된 품질을 확인할 수 있게 하는 방법 및장치에 관한 것이다.

자동차나 기계 장치 등에는 수 많은 기계 부품 들이 사용되는데, 이러한 기계 부품들 중에는, 주조 또는 가공된 복수개의 모재가 상호 용접되어 만들어지는 것도 있다. 그리고 이렇게 모재들이 상호 용접되어 하나의 완전한 부품으로 만들어지는 것도 생산비 절감을 위해 자동화에 의해 이루어지는 것이 보편적이다.

그런데, 이렇게 생산되는 기계 부품 등의 안정성 및/또는 신뢰성은 용접된 부분의 품질에의해서도 영향을 받게 되므로, 자동 설비에 의해 용접된 부분의 품질을 확인해야 할 필요가 있다. 특히, 자동차 등에 사용되는 부품의 경우에는 그 필요성이 매우 높아서, 용접된 부위를 갖는 부품에 대해서 대체적으로 용접부의 품질을 검사한다.

용접 품질에 이상이 있는 지, 즉 기포나 크랙(crack) 등과 같은 결함이 용접된 부위에 있는 지를 검사하는 일반적인 방법의 하나로서, 정기적으로, 예를 들어 아침, 점심, 저녁 시점에 샘플링한 부품을 파괴하여 그 파괴된 부품의 용접 품질을 확인함으로써, 제조라인에서 자동적으로 생산되는 부품의 용접상태를 검사하는 파괴검사가 있다.

하지만, 이러한 파괴 검사는, 제조된 부품을 폐기해야 하므로 생산 비용이 증가하게 되고, 또한 주기적인 샘플링에 의한 품질 검사여서 부품 전량에 대해 용접 상태를 확인하지 못하는 문제점이 있다. 더욱이, 제조/생산 라인의 특성 변화( 예를 들어, 온도, 습도 등 ) 또는 제조/생산 라인 상의 경미한 진동 등에 의해, 샘플링 조사 시점 간에 생산되는 부품이 용접 부위에 이상이 있더라도, 그 부품을 발견해 낼 방법이 없다.

생산된 부품 등의 용접된 부분의 품질을 초음파를 사용하여 확인하는 비파괴 검사를 이용하면, 파괴 검사에 의한 상기의 문제점을 해소할 수 있다. 이러한 초음파 탐상 방식에 의한 비파괴 검사는,부품 등의 용접에 이상이 있는 지를 간단하면서도 용이하게 검사할 수 있다.

초음파를 사용한 용접 품질 검사 방법에 대해 좀더 상세히 설명하면, 초음파 검사 장치를 부품 등의 제조 라인상에 설치한 뒤, 용접된 부분을 갖는 검사 대상물, 예를 들어 생산된 부품에 초음파를 입사시키게 된다. 그러면 검사 대상물 내부로 일부의 초음파가 전파되고, 용접된 부위에 기포나 크랙 등에 의한 용접 이상이 있으면, 그 부분에서 전파 신호가 일부 반사되어 되돌아 오게 된다. 이렇게 반사되는 신호( 이하, '에코(echo) 신호'라 한다. )의 세기를 초음파 검사 장치가 분석함으로써 용접된 부분에 이상이 있는 지를 실시간으로 확인하게 된다.

하지만, 이러한 초음파 탐상에 통해 용접된 부분에, 기포나 크랙 등과 같은 이상이 있는 지를 확인하는 것은 매우 용이하지만, 현재까지 공지된 기술에 따르면 용접부의 깊이를 정확하게 측정하는 방법은 없다. 예를 들어, 도 1에 예시된 바와 같이, 양 모재(1a, 1b)의 접합면이 용접되었을 때, 그 용접된 부분(10)의 깊이(11)를 초음파를 이용해 정확하게 측정하는 방법이 공지되어 있지 않다.

기계 장치나 자동차 등에 사용되는 부품 등의 경우에, 지금까지는 해당 부품의 용접부에 대해서 양 모재간의 결합력을 위해 일정 이상의 깊이를 가져야 하는 요건 만을 채택하고 있었다. 그런데, 근래에 들어, 그 깊이가 어느 정도를 넘어서게 되면, 용접부의 강성(剛性)이 용접된 소재 자체의 강성보다 지나치게 높아져, 해당 부품이 특별한 상황에서는 도리어 문제를 일으킨다는 점이 발견되었다. 따라서, 초음파를 사용하여 지금까지와 같이 해당 부품의 용접부에 기포 또는 크랙과 같은 이상이 있는 지 외에, 해당 부품이 얼마의 깊이까지 용접되었는 지를 정확히 측정해 내는 것이 부품 등의 생산에서 매우 중요한 점으로 부각되었다.

본 발명은, 검사 대상물의 용접된 부분에 대하여 용접 깊이를 정확히 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것에 일 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 검사 대상물에 대하여 그 용접된 부분의 깊이에 이상이 있는 지의 여부를 신속히 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은, 상기 명시적으로 서술된 목적에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 대한 구체적이고 예시적인 하기의 설명에서 도출될 수 있는 효과를 달성하는 것을 그 목적에 당연히 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따른, 양 소재의 접합면이 용접되어 구성된 물체의 용접 상태를 초음파를 사용하여 검사하는 장치, 상기 물체와 이격된 거리에서 상기 물체의 접합면으로 초음파를 발신하고 그 발신된 초음파에 따른 반사신호의 세기를 검출하는 탐상 동작을 수행하기 위한 탐촉부와, 인가되는 신호에 따라 상기 탐촉부를 공간상에서 이동시키기 위한 이동부와, 상기 이동부를 통해 상기 탐촉자를 상기 물체에 대한 초기 위치로 이동시킨 후, 그 초기 위치에서 상기 탐촉자를 수직 방향으로 이동시키면서, 상기 탐상 동작에 의해 검출되는 상기 반사신호의 세기에 근거하여, 상기 접합면에 대해 용접된 깊이가 지정된 제 1한계치 이상이면서 지정된 제 2한계치 이하인 지를 판별하도록 구성된 제어부를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 제어부는, 상기 접합면의 상단으로부터 상기 제 1한계치에 해당되는 제 1깊이와 상기 상단간의 탐상 구간에 대해서는, 지정된 간격마다 상기 탐상 동작이 수행되도록 하고, 또한 상기 상단으로부터 상기 제 2한계치에 해당되는 제 2깊이보다 더 깊은 제 3깊이에서도 상기 탐상 동작이 수행되도록 상기 탐촉부를 제어하며, 상기 제 1깊이와 상기 제 3깊이 사이의 스킵 구간에서는 상기 탐촉자가 상기 지정된 간격씩 이동하지 않고 상기 스킵 구간의 양 단간에 바로 이동하도록 상기 이동부를 제어하게 된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 초기 위치는, 상기 접합면의 상기 상단과 동일한 높이가 되는 지점이거나, 또는 상기 제 3깊이와 동일한 높이가 되는 지점이다. 본 실시예에서는, 상기 초기 위치는, 상기 제어부에 설정된 수평적 및 수직적 이동 거리값에 해당하는 만큼의 상기 탐촉자 이동 후에 위치하는 지점이고, 상기 수직적 이동 거리값은, 상기 물체와 동 형상의 타 물체의 용접된 접합면에 대해 수직 방향으로 상기 탐상 동작을 수행한 후, 그 탐상 동작에 의해 검출된 신호 세기에 의해 판별된 용접 깊이와, 상기 타 물체의 접합면을 절삭하여 측정한 실제의 용접 깊이를 비교한 후, 그 비교된 결과에 따라 보정된 값일 수 있다. 또한, 상기 수직적 이동 거리값은, 상기 탐촉부로부터 입사된 초음파의 반사 세기가 인접된 영역과는 달라지게 하는 홈(hole)이 임의 깊이의 측면에 형성된 시험품에 대한, 상기 탐촉부의 수직 방향으로의 상기 탐상 동작을 통해 검출된 신호의 패턴에 근거하여 최초 결정된 것일 수도 있다. 이 때, 상기 최초 결정은, 임의 위치에 있는 상기 탐촉자를 기준으로, 상기 홈까지의 수직적 거리가 상기 물체에 대한 상기 탐상 동작을 행할 때의 상기 접합면의 상단까지의 수직적 거리와 동일하도록 상기 시험품이 장착된 상태에서 상기 시험품에 대한 상기 탐상 동작에 의한 결과의 신호 패턴에 근거하여 이루어진 것이다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 제어부는, 상기 접합면에 대해 상기 상단으로부터 동일 깊이에 있는 곡선 또는 직선을 따른 상기 탐촉부에 의한 상기 탐상 동작이 끝나면, 상기 탐촉자를 상기 지정된 간격만큼 수직적으로 하강 또는 상승시키게 된다.

본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 상기 제어부는, 상기 접합면의 상기 상단부터 상기 제 3깊이까지의 구간에 대해 수직 방향의 선을 따른 상기 탐촉부에 의한 상기 탐상 동작이 끝나면, 그 탐상된 선이 지정된 간격만큼 상기 탐촉자에 대해 상대적으로 수평 이동된 후에 상기 상단부터 상기 제 3깊이까지의 구간에 대해 수직 방향의 선을 따라 상기 탐촉부에 의한 상기 탐상 동작이 또 시작되게 한다. 여기서, 지정된 간격만큼의 상기 수평 이동은, 상기 물체의 회전 또는 직선적 이동에 따른 것이다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 제어부는, 상기 접합면에 대해, 그 용접된 깊이가 상기 제 1한계치 미만이거나 상기 제 2한계치를 초과하는 것으로 판별되면, 상기 물체에 대해 용접 상태 불량으로 판별하고 용접 불량임을 알리는 시각적 또는 청각적 신호를 출력한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 제어부는, 상기 제 3깊이에서의 상기 탐상 동작에 의해 검출된 신호의 세기에 따라서는, 상기 제 3깊이보다 더 깊은 제 4깊이에서 상기 탐촉자가 상기 탐상 동작을 추가적으로 수행한다. 그리고, 그 추가적 탐상 동작에 의해 검출되는 신호 세기에 근거하여 상기 물체에 대한 용접 상태 불량 여부를 판단하게 된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 제 3깊이는 상기 제 2깊이보다는 상기 지정된 간격만큼 더 깊다.

본 발명에 따른 실시예들에서는, 상기 접합면은 원주면, 사각형 또는 임의의 곡면 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 일 측면에 따른, 양 소재의 접합면이 용접되어 구성된 물체의 용접 상태를 초음파를 사용하여 검사하는 일 방법, 상기 물체의 접합면으로 초음파를 발신하고 그 발신된 초음파에 따른 반사신호의 세기를 검출하는 탐상 동작을 수행하기 위한 탐촉부를 상기 물체에 대해 지정된 초기 위치로 이동시키는 1단계와, 상기 초기 위치에서 시작하여, 상기 접합면의 상단으로부터 제 1한계치에 해당되는 제 1깊이와 상기 상단간의 구간에 대해서는, 상기 탐촉부로 하여금, 지정된 간격마다 상기 탐상 동작이 수행되도록 하고, 또한 상기 상단으로부터 제 2한계치에 해당되는 제 2깊이보다 더 깊은 제 3깊이에서도 상기 탐상 동작이 수행되도록 하는 2단계와, 상기 2단계 동안에 검출되는 상기 접합면으로부터 반사되는 신호의 세기에 근거하여, 상기 접합면에 대해 용접된 깊이가 상기 제 1한계치 이상이면서 상기 제 2한계치 이하인 지에 근거하여 용접 상태의 불량 여부를 판별하는 3단계를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 2단계는, 상기 제 1깊이와 상기 제 3깊이 사이의 구간에서는 상기 탐촉부가 상기 지정된 간격씩 이동하지 않고 그 구간의 양 단간에 바로 이동시키며, 상기 3단계는, 상기 반사되는 신호의 세기에 일정 기준치 이상의 변화가 있는 지점이 될 때까지 상기 초기 위치로부터 상기 탐촉부를 수직적으로 이동시킨 거리를 상기 접합면에 대한 용접된 깊이로 간주하여 상기 판별을 행한다.

전술한 본 발명 또는, 하기에서 첨부된 도면과 함께 상세히 설명되는 본 발명의 적어도 일 실시예는, 종래의 용접면에 대한 초음파 품질 검사에서는 그 불량 여부를 파악하지 못했던 용접 깊이에 대한 불량 여부를 확인할 수 있게 한다. 즉, 용접된 깊이가 요구된 것보다 짧거나 더 깊은 경우를 초음파를 사용해 검출함으로써, 기계 장치 또는 자동차 등에 사용되는 부품과 같은 물품에 대한 용접 불량 여부를 판별할 수 있도록 한다. 따라서, 종래에 비해서, 제조 또는 생산되는 부품 등에 대한 품질을 보다 더 향상시키게 된다.

또한, 용접 품질을 검사코자 하는 대상물에 대한 용접 깊이의 불량 여부를 검사함에 있어서 초음파 탐상 과정이 최적으로 수행됨으로써, 검사 대상물에 대한 용접 품질 검사에 소요되는 시간이 최소화된다. 이에 따라, 산업 현장에서 제조 또는 생산되는 검사 대상물의 품질 검사에 소요되는 전체 시간이 보다 짧아질 수 있으므로, 부품 등의 검사 대상물의 품질을 향상시킴과 동시에 그 생산성도 또한 향상시키는 효과가 있다.

도 1은, 금속 등의 재질을 갖는 양 모재의 접합면에 대해 용접한 부분의 단면을 개략적으로 예시한 것이고,
도 2는, 모재의 용접부를 초음파로 탐상하여 그 이상 여부를 검사하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사장치에 대한 구성을 예시한 것이고,
도 3은, 2개의 소재가 서로 맞 닿는 원주면이 용접되어 완성된 하나의 부품이 되는 것을 예시적으로 보여주는 사시도와 단면도이고,
도 4a 및 4b는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 원주면을 이루는 접합부가 용접된 검사 대상물에 대해 그 용접 깊이를 초음파를 사용해 측정하는 방법의 흐름도를 도시한 것이고,
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 검사 대상물의 용접 깊이를 정확히 측정하기 위해지정되어야 하는 검사 대상물에 대한 탐촉자의 상대적 초기 위치와, 그 초기 위치로의 탐촉자 이동을 위해 설정되는 공간적 이동 거리를 도식적으로 보여주는 것이고,
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 검사 대상물에 대한 탐촉자의 상대적 초기 위치를 설정하기 위해, 검사 대상물에 상응하여 제작된 측정용 샘플을 시험적 초음파 측정 환경에서 검사 대상물에 대한 실제의 측정 위치 조건과 동일한 조건에 따라 설치하는 것을 도식적으로 보여주는 도면이고,
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 검사 대상물에 상응하여 제작한 측정용 샘플에 대해 시험적 초음파 측정 환경에서 초음파 탐상하여 얻은 에코 신호 패턴으로부터, 검사 대상물에 대한 초기 위치까지의 탐촉자 이동을 위한 수직적/수평적 이동 거리 값을 파악하는 것을 설명하기 위한 도면이고,
도 8a 및 8b는, 본 발명의 일 실시예에 따라, 실제의 생산 환경에서 검사 대상물에 대한 시험적 초음파 측정을 통해, 검사 대상물에 대한 초기 위치까지의 탐촉자 이동을 위해 설정된 수직적/수평적 이동 거리 값이 보정되는 예를 각각 보여주는 것이고,
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따라 구성된 초음파 검사장치가 현장에 설치되고, 용접 품질의 검사를 위해 검사 대상물이 자동적으로 측정 위치에 장착되었을 때 구성되는 전체 시스템을 개략적으로 도시한 것이고,
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 검사를 위해 장착된 검사 대상물에 대해 수직 하강하면서 용접부의 품질을 검사할 때 용접 깊이의 요구 값에 근거해 일부 구간의 초음파 탐상을 건너뜀에 따라, 그 용접부로부터 얻어진 에코 신호의 패턴의 예를 도시한 것이고,
도 11a 및 11b는, 본 발명의 실시예들에 따라, 원주면 형태를 갖는 용접부에 대해 원둘레의 궤적을 따른 초음파 탐상을 반복하여 용접 품질을 검사하는 서로 다른 방식을 각각 예시한 것이고,
도 12a 내지 12c는, 본 발명의 실시예들에 따라, 원주면 형태를 갖는 용접부에 대해 수직선의 궤적에 따른 초음파 탐상을 반복하여 용접 품질을 검사하는 서로 다른 방식을 각각 예시한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는, 기계 장치 또는 자동차 등의 부품과 같은 검사 대상물의 용접부를 초음파로 탐상하여 용접 부위에 이상이 있는 지의 여부를 검사하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사장치에 대한 구성을 예시한 것이다.

도 2에 예시된 구성을 살펴 보면, 상기 초음파 검사장치(200)는,용접된 부위를 갖는 검사 대상물에 초음파를 입사시키고 그로부터의 에코 신호를 검출하기 위한 탐촉자(21)와, 상기 탐촉자(21)를 검사 대상물에 대하여 수평 또는 수직으로 이동시키기 위한 서보모터(22)와, 입력된 구동량 정보에 따른 구동펄스를 상기 서보모터(22)에 인가하기 위한 모터 구동부(23)와, 이미지 그래픽, 문자 등의 표시를 위한 디스플레이부(26)와, 임의 데이터에 대해, 그에 대응하는 시각적 문자, 모양 및/또는 패턴 등이 상기 디스플레이부(26) 상에 표시되도록 상기 디스플레이부(26)를 구동하는 디스플레이 구동부(25)와, 터치 센서 및/또는 키패드 등이 구비되어 사용자의 입력 및/또는 선택을 감지하여 그에 상응하는 입력 정보를 출력하는 인터페이스부(27)와, 상기 인터페이스부(27)로부터의 입력 정보에 따른 초음파 검사 동작이 수행되도록, 상기 구성요소들 중 그에 맞는 구성요소들에 적절히 데이터를 전송 또는 그로 부터 수신하거나 제어하며, 그에 따른 결과 또는 획득된 원시 데이터를 사용자가 필요로 하는 정보로 가공하여 상기 디스플레이부(26)에 표시되도록 상기 디스플레이 구동부(25)를 제어하는 제어부(20)와, 상기 제어부(20)의 검사 동작에 따라 얻어지는 원시 데이터와 그로부터 가공된 데이터 또는 정보가 저장되는 저장부(24)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 제어부(20)는, 중앙처리장치(CPU)를 그 내부에 포함하고 있어, 자신에게 구비된 펌웨어(firmware) 또는 프로그램 등의 기 저장된 명령코드들을 실행함으로써, 사용자의 입력에 따른, 이하에서 상세히 설명하는 용접부에 대한 품질 검사 동작과 그 검사를 위해 필요한 예비 동작들이 적절히 수행되도록 한다. 또한, 상기 제어부(20)는, 상기 탐촉자(21)를 이동시켜야 할 시점인 지를 판단하기 위해 검사 대상물의 회전량에 해당하는 신호(is01)를 인가받는 입력단을 구비하고 있다.

도 2에 예시된 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 검사장치(200)의 동작에 대한 설명의 편의를 위해, 제조 라인 상에서 생산되는 자동차 부품과 같은 물체, 즉 검사 대상물은, 도 3에 예시된 바와 같이, 양 소재(31a,31b)가 원주면이 상호 맞닿는 방식으로 접합되고 그 접합면(32)의 상부에서 원 둘레를 따라 용접된 것으로 가정한다.

검사 대상물에 대해 그 용접부가 원주면 형태를 갖는 것으로 가정한 것은, 단지 본 발명의 개념, 기술적 사상 및 원리에 대한 설명을 보다 구체적이고 예시적으로 함에 있어서, 그 편리를 위한 것이지, 본 발명의 원리와 개념 등이 그러한 용접부 형태에 국한되어 적용된다는 것을 의미하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 원리와 개념 등은, 양 모재의 용접된 접합면이 사각 평면이나 임의의 곡면을 이루는 경우에도 당연히 적용될 수 있다. 물론, 이러한 경우에는, 검사 대상물의 회전량 대신 그 대상물의 직선적 이동량 또는 곡선을 따른 이동량이 상기 제어부(20)에 인가될 것이고, 상기 제어부(20)는 이하에서 설명하는 초음파 탐상 동작을 행함에 있어서 검사 대상물의 회전량 대신 수평적 이동량에 근거할 것이다.

이하에서는, 도 2에 예시된 바와 같은 구성을 갖는 초음파 검사장치(200)가, 용접된 부품 등에서 용접된 부분의 깊이를 정확히 측정하여 그 깊이의 불량 여부를 판별하는 방법에 대해서, 검사 대상물의 접합면에 대한 용접 깊이를 측정하는 일 방법을 예시하는 도 4a 및 4b의 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 상기 초음파 검사장치(200)의 운용자는, 검사 대상물이 있는 장소, 예를 들어 부품 등이 제조되는 생산 라인 상의 원하는 위치에 상기 초음파 검사장치(200)를 설치한다. 상기 초음파 검사장치(200)가 원하는 장소에 설치되면, 운용자는 부품 등과 같은 검사 대상물에 대해 요구되는 용접부의 최소한의 깊이( 이하, '최소 한계치'라 한다. )와 허용되는 최대 깊이( 이하, '최대 한계치'라 한다 )에 대한 값과, 상기 탐촉자(21)가, 용접 깊이의 정확한 측정을 위해 검사 대상물에 대해 최초에 위치해야 할 초기위치( 이 위치를 본 명세서에서는 '시측점'(始測點)이라 칭한다. )로 이동시키게 위한 수평적 및 수직적 이동거리를 상기 인터페이스부(27)를 통해 상기 제어부(20)에 설정한다(S400).

이러한 입력 과정에서, 상기 탐촉자(21)를 점증적으로 아래로 이송시키기 위한 단위 거리( 이 '단위 거리'에 대해서는 이하에서 설명된다. )에 대한 값도 운용자에 의해 상기 제어부(20)에 설정될 수도 있다.

본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 상기 단위 거리에 대한 값이 상기 제어부(20)에 기 설정되어 있을 수도 있다.

한편, 상기 탐촉자(21)를, 용접 품질을 검사코자 하는 대상물에 대한 시측점에 위치하도록 하기 위해 상기 제어부(20)에 설정되는 수평으로 및/또는 수직으로 이동시킬 거리는, 상기 탐촉자(21)의 초음파 발신점이 검사 대상물의 접합면에 대해 상대적으로 이격되어 위치해야 할 수평적 위치와 용접부( 또는 접합면 )의 상단면과 동 평면에 해당하는 높이가 되는 수직적 위치에 의해 결정된다. 도 5는 이에 대한 이헤를 돕기 위한 도면으로서, 상기 탐촉자(21)의 초음파 발신점이 검사 대상물의 접합면(51)으로부터 이격되어 있어야 할 수평적 거리(req_dis)를, 상기 탐촉자(21)가 휴면(idle) 위치에 있을 때의 상기 접합면(51)까지의 수평적 거리(x_ip)에서 차감한 거리가 상기 탐촉자(21)를 수평적으로 이동시킬 거리가 된다. 그리고, 용접된 부분( 또는 상기 접합면(51) )의 상단(52)과 휴면 위치에 있는 탐촉자의 초음파 발신점과의 높이 차(y_ip)는 상기 탐촉자(21)를 수직적으로 이동시킬 거리가 된다.

위와 같이 정해지는 상기 탐촉자(21)를 이동시킬 공간적 거리에 대한 정보가 운용자의 설정에 따라 상기 제어부(20)에 인가됨으로써, 상기 제어부(20)는, 그 입력된 공간적 이동거리 정보에 따라 상기 탐촉자(21)를 수평적 및/또는 수직적으로 이동시킬 구동량 정보를 상기 모터 구동부(23)에 인가하게 되고, 이에 따라 상기 모터 구동부(23)는 그 구동량 정보에 상응하는 구동 펄스를 상기 서보모터(22)에 인가하여 상기 탐촉자(21)를 공간적으로 이동시켜 운용자가 원하는 초기 지점, 즉 시측점에 정확히 위치하도록 한다(S401).

전술한 바의 상기 수평적 이격거리(req_dis)는, 상기 탐촉자(21)의 광학적 특성과 그에 따른 초음파 신호의 특성에 의해 결정된다. 상기 탐촉자(21)에 의해 발신되는 초음파 신호는 어느 정도 거리까지는 점진적으로 집속되다가 최대 집속지점 이상에서는 점진적으로 확산되는 특성을 갖는다. 따라서, 검사 대상물의 상기 접합면(51)상에, 발신된 초음파 신호가 가장 집속된 상태가 되게 하는 거리를 상기 수평 이격거리로 하게 된다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는, 상기 탐촉자(21)가, 최대 집속된 상태의 초음파의 직경이 0.8 mm가 되게 하는 광학적 특성을 구비한다.

자동차 부품 등과 같은 검사 대상물이 제조되는 생산 현장에서, 상기 탐촉자(21)를, 검사 대상물의 용접부의 깊이를 정확히 측정할 수 있는 시측점으로 이동시키게 되는 공간적 거리( 도 5의 50a, 50b )를 용이하게 파악하기는 곤란한 경우가 흔히 발생한다. 실제의 제조 라인에서의 부품 등의 검사 대상물과, 설치된 상기 초음파 검사장치(200)의 상기 탐촉자(21)의 휴면 위치와의 상대적 거리를 실측하고, 그 측정된 수직 및 수평적 거리에 근거해 상기 탐촉자(21)를 이동시킨 후 검사 대상물의 용접부로부터의 에코 신호를 분석하고, 그 분석에 따라 시측점에 위치시키게 되는 공간적 이동거리를 조금씩 조정하는 반복적 과정을 통해 정확한 시측점으로의 공간적 이동량을 파악해야 하는 경우도 발생하는데, 이런 경우에는 상당한 작업 시간이 소요될 수도 있다.

초음파를 이용하여 종래의 기술에서와 같이 용접부에 기포나 크랙 등과 같은 이상 여부 만을 확인하는 경우에는, 상기 탐촉자(21)가 검사 대상물에 대해 상대적으로 놓여야 할 시측점이 중요하지 않다. 왜냐하면, 검사 대상물의 용접면을 공간적으로 포함하는 영역에 대해서 초음파 탐상을 하면 되므로 용접부 상단보다 더 높은 임의의 위치에서 초음파 탐상을 시작해도 무방하기 때문이다. 하지만, 본 발명의 기술적 사상에서와 같이, 검사 대상물의 용접부의 깊이를 정확히 측정하기 위해서는 시측점이 대단히 중요하다. 시측점의 수직적 지점이 깊이를 측정하기 위한 기준점이 되기 때문이다. 즉, 깊이가 0인 지점일 수 있다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 탐촉자(21)의 검사 대상물에 대한 시측점으로의 공간적 이동량을 보다 용이하게 파악하기 위해, 용접 품질을 검사하게 되는 실제의 측정 대상물에 대한 측정용 샘플을 제작하고, 그 측정용 샘플을 대상으로 한 초음파 탐상을 통해 상기 탐촉자(21)를 실제의 생산 라인에서의 검사 대상물에 대한 시측점에 위치시키기 위해 휴면 위치에서 이동해야 할 거리 정보를 얻게 된다.

상기 측정용 샘플은, 용접부를 초음파 탐상하여 검사할 검사 대상물과 동일한 형상으로 제작될 필요는 없다. 하지만, 도 6에 예시된 바와 같이, 측정용 샘플(61)에 대해서 입사되는 초음파의 진행 방향으로 위치 확인홈(611)이 형성되어야 한다. 그리고, 상기 측정용 샘플(61)을 대상으로, 상기 탐촉자(21)가 시측점에 위치하기 위해 이동해야 할 거리 정보를 얻기 위한 시험을 할 때, 그 측정용 샘플(61)에 형성시킨 상기 위치 확인홈(611)의 중심축이, 상기 탐촉자(21)의 휴면 위치일 때의 초음파 발신점에 대해, 실제의 용접 품질 검사 현장에서 측정되는 검사 대상물(62)에 용접이 이루어진 부분(621)의 상단면과 수직적으로 동일한 이격 거리가 되도록 하는(v_dis_S = v_dis_A) 위치가 되도록, 상기 측정용 샘플(61)이 측정용 시험 공간에 장착된다. 그리고, 그 장착되는 위치는 또한, 수평적으로, 상기 탐촉자(21)의 초음파 발신점을 기준으로, 상기 위치 확인홈(611)의 저단부(612)까지의 거리가 실제의 생산 현장에서의 검사 대상물(62)의 접합면(622)까지의 거리가 동일해 지게 하는 위치가 된다.

이상에서 설명한 방법에 따라 상기 측정용 샘플(61)이 상기 초음파 검사장치(200)의 상기 탐촉자(21)에 대해 상대적으로 이격된 위치에 장착되고 나면, 운용자는 상기 인터페이스부(27)를 통해 필요한 정보를 입력하여 상기 제어부(20)로 하여금 상기 탐촉자(21)가 상기 측정용 샘플(61)의 저단부(612)에 상기 탐촉자(21)로부터 발신되는 초음파가 최대로 집속되게 하는 거리에 해당하는 위치로 수평 이동시키도록 한다. 이 수평적 이동 후에는, 상기 제어부(20)는 그 높이에서부터 시작하여 상기 탐촉자(21)를 조금씩( 예를 들어, 0.1mm 씩 ) 하강시키면서(63), 초음파를 발신하도록 하고 그에 따라 검출되는 에코 신호를 수신하는 동작을 수행한다. 물론, 상기 수평적 이동 후에 소정의 거리만큼( 상기 측정용 샘플(61)이 존재하지 않는 임의의 높이까지 ) 상기 탐촉자(21)를 하강시킨 후 그 지점부터 초음파 발신/검출 동작을 시작할 수도 있다.

도 6에 예시된 바와 같이 제작된 상기 측정용 샘플(61)에 대해서 수직으로 조금씩 하강하면서 초음파를 발신하고 그에 따라 에코 신호를 검출하게 되면, 예를 들어, 도 7에 예시된 바와 같은 측정 깊이에 따른 에코 신호의 패턴(72)이 얻어지게 된다. 도 7에 예시된 신호 패턴(72)은, 상기 제어부(20)가 상기 탐촉자(21)에 의해 검출된 신호를 수신하고 그 중 상기 저단부(713)에서 반사된 신호 성분을 추출하여 이를 디지털 데이터로 변환하여 상기 저장부(24)에 저장한 후, 그 추출된 에코 신호의 세기( 추출되는 에코 신호가 없으면 그 세기를 0으로 한다. )를 반영하는 데이터 값에 비례하여 흑백의 농도를 부여하여 상기 디스플레이부(26)에 표시한 하나의 예이다. 물론, 흑백으로 표시하지 않고 그 세기를 구분할 수 있는 다양한 색상으로 표시할 수도 있다.

임의의 물체 내부로 입사된 초음파 신호는 그 경로상에서 매질의 변화가 있을 때마다 반사가 일어나게 되는데, 상기 제어부(20)는, 상기 탐촉자(21)의 발신 초음파의 특성, 즉 최대 집속점이 되는 도달 거리를 알고 있으므로, 단일의 초음파 입사에 대해 신호가 여러 곳에서 반사되어도 그 반사 신호의 검출 시점으로부터 상기 저단부(713)에서 반사된 신호인 지를 파악하여 추출할 수가 있다.

다르게는, 일정 정도 이상의 세기를 갖는 에코 신호가 검출되면 그 신호를 상기 저단부(713)에서 반사된 신호로 간주할 수도 있다.

상기 제어부(20)는, 상기 모터 구봉부(23)를 통해 상기 탐촉자(21)를 수직으로 하강시킨 거리를 알고 있으므로, 에코 신호의 세기를 표시할 때, 상기 탐촉자(21)가 측정을 시작한 높이를 0으로 하여 해당 신호 세기가 검출된 깊이를 나타내는 눈금자(73)도 함께 상기 디스플레이부(26)에 표시한다. 물론, 상기 초음파 검사장치(200)가 프린트 기능을 구비하고 있는 경우에는, 상기 제어부(20)는 도 7에 예시된 바와 같이 표시되는 내용이 용지에 그대로 또는 적절히 포맷을 변경하여 출력되게 할 수도 있다.

도 7에 예시된 바의 에코 신호의 패턴은 그 세기가 작으면 검정색 농도가 높아지고 그 세기가 크면 흰색 농도가 높아지는 방식으로 표시된 것으로서, 측정용 샘플(71)에 대해 형성된 위치 확인홈(711)의 중심축(712)의 깊이에서 초음파 측정된 에코 신호가 가장 높아지기 때문에 그 지점에 해당하여 흰색의 농도가 가장 높게 표시되어 있다. 그 지점의 경계 부분을 제외한 나머지 부분들에서는, 반사되는 초음파 신호가 없거나( 상기 저단부(713)의 연장면(713a)에서의 반사되는 신호 성분을 추출하는 경우 ), 상기 측정용 샘플(71)의 우측단(714)에서 반사되는 신호는 상기 위치 확인홈(711)의 저단부(713)에서 반사되는 신호에 비해 그 세기가 매우 약하기 때문에( 입사된 초음파에 대한 반사 신호를 그 검출 시점에 무관하게 모두 표시하는 경우 ) 위 표시 방식에 따라 흑색의 농도가 짙게 표시된다. 상기 위치 확인홈(711)이 형성된 표면이 우측단(714)에서도 매질 변화에 의해 입사된 초음파가 반사되기는 하지만, 입사된 초음파는, 앞서 설명한 바와 같은 상기 탐촉자(21)의 수평적 위치 선정에 따라 상기 저단부(713)을 지나면서부터 그 직경이 확산되므로 상기 우측단(714)에서 반사되는 양은 매우 미미하게 된다.

도 7에 예시된 바와 같이, 상기 측정용 샘플(71)에 대해 측정된 에코 신호의 세기에 대한 분포를 얻게 되면, 운용자는 그 표시된 패턴으로부터, 상기 탐촉자(21)가 휴면 위치( 또는 초음파를 발신하면서 에코 신호의 검출, 즉 초음파 탐상을 시작한 지점 )에서 상기 위치 확인홈(711)의 중심축(712)까지 수직적으로 얼마나 이동시켜야 하는 지를 파악할 수 있다. 예를 들어, 도 7에 예시된 바와 같은 에코 신호의 분포를 얻었다면, 그 분포로부터, 초음파 탐상의 시작 높이(74)에서 20 mm 깊이(741)에 위치 확인홈(711)의 중심축이 있다는 것을 알 수 있다.

전술한 바와 같은, 상기 측정용 샘플(71)을 통한 시험적 초음파 측정을 통해서, 상기 초음파 검사장치(200)의 운용자는, 용접부의 깊이를 정확히 측정코자 하는 자동차 부품 등과 같은 실제의 검사 대상물에 대한 시측점에 상기 탐촉자(21)를 위치시키기 위해서는 그 휴면 위치에서 얼마나 수직으로 이동시켜야 되는지를 알 수 있다. 도 7의 측정 결과를 예로 하면, 상기 탐촉자(21)를 실제의 검사 대상물에 대한 시측점으로 이동시키기 위해 필요한 수직적 이동 거리는 20 mm가 되므로 이 값을 상기 제어부(20)에 수직적 이동 거리로 설정하게 된다.

만약, 전술한 시험적 초음파 측정에서, 상기 측정용 샘플(71)에 대한 초음파 탐상의 시작을, 상기 탐촉자(21)의 휴면 위치의 높이에서 일정 거리를 하강시킨 후 그 하강된 위치에서 하였다면, 그 일정 거리를 앞서 시험적 초음파 탐상을 통해 확인한 하강 거리(741)에 합산하여, 시측점에 탐촉자를 위치시키기 위한수직적 이동 거리로 설정하게 된다.

물론, 실제의 검사 대상물에 대한 시측점으로 이동시키기 위해 필요한 수직적 이동 거리에 대한 값은, 상기 인터페이스부(27)를 통해 상기 제어부(20)에 설정되며, 앞서 설명한 바와 같이 정해진 수평적 이동 거리에 대한 값도 함께 상기 제어부(20)에 설정된다.

이와 같이 설정된 수평적 및 수직적 이동 거리는, 앞서 설명한 바와 같이, 실제의 제조 라인 등에 상기 초음파 검사장치(200)가 설치된 후 상기 탐촉자(21)를 부품 등의 검사 대상물에 대한 시측점으로 이동시키기 위한 정보로서 이용된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 제어부(20)에 설정된 수평적 및 수직적 이동 거리에 대한 값은, 실제의 제조 라인 등에서의 시험적 측정을 통해 보정될 수도 있다. 이하에서는, 본 실시예에 대해 상세히 설명한다.

기계 장치 또는 자동차의 부품 등과 같은 검사 대상물이 생산되는 라인 상에 상기 초음파 검사장치(200)를 설치한 후, 그 생산 라인 상에서의 의도된 특정 위치, 예를 들어 물이 채워진 수조 등의 지그(jig)에 검사 대상물이 장착되면, 상기 제어부(20)는 사용자의 검사 시작 명령에 따라, 이동부( 상기 모터 구동부(23)와 상기 서보모터(22) )를 통해 상기 탐촉자(21)를, 자신에게 설정되어 있는 수평적 및 수직적 이동 거리만큼 이동시켜 그 검사 대상물에 대해 의도된 시측점에 위치시키게 된다. 이 때의 수평적 및 수직적 이동 거리는, 도 6과 7을 참조로 한 설명한 바의 측정용 샘플을 통해 파악하여 설정된 값이거나, 또는 그러한 시험 과정없이, 실제의 생산 라인상에서의 상기 초음파 검사장치(200)와 검사 의도된 대상물이 장착되는 위치와의 공간적 거리에 대한 정밀한 측정을 통해 얻어진 값일 수 있다.

상기 탐촉자(21)가 시측점에 위치하게 되면, 상기 제어부(20)는, 그 시측점부터 시작하여 수직적으로 상기 탐촉자(21)를 단위 거리씩 하강시키면서 그 단위 거리마다 초음파를 검사 대상물의 용접된 접합면에 집속되게 발신시키고 그에 따른 에코 신호를 상기 탐촉자(21)를 통해 검출하는 초음파 탐상 동작을 수행하게 된다. 이러한 검출을 통해 접합면으로부터의 에코 신호에 대한 패턴, 즉 신호 세기의 분포를 얻게 되면, 그 분포를 나타내는 데이터를 상기 저장부(24)에 저장하여 그 패턴/분포를 분석한 후, 상기 디스플레이 구동부(25)를 구동하여, 도 7에 예시된 바와 같은 방식으로 무채색( 또는 유채색 )으로 그 분포 패턴을 상기 디스플레이부(26)에 표시하거나 또는 용지 등에 인쇄하게 된다.

에코 신호의 세기에 대한 패턴/분포를 얻고 나면, 그 측정에 사용된 검사 대상물의 초음파 탐상된 수직면, 즉 용접된 접합면을 따라 절삭하여 용접된 부분의 깊이를 실제로 측정하게 된다.

운용자는 그 표시된 신호 패턴 상에서 확인되는 용접 깊이와 절삭면에서 실제로 측정한 용접 깊이를 비교함으로써, 검사 대상물에 대한 시측점까지의 공간적 이동을 위해 상기 제어부(20)에 설정된 수직적 이동 거리에 대한 값을 보정하게 된다. 도 8a 및 8b는, 검출된 에코 신호의 패턴에 따라 수직적 이동 거리를 보정하는 예를 각각 도시한 것이다.

도 8a는, 탐촉자가 검사 대상물에 대해 초기에 위치한 시측점이, 정확한 용접 깊이의 측정을 위해 검사 대상물(82)에 대해 위치해야 할 지점보다는 더 높은 곳에 설정된 것에 따른 초음파 탐상 결과를 보여준다. 다시 말하면, 상기 제어부(20)에 설정되어 있는 시측점으로의 이동을 위한 수직적 이동 거리가, 실제 생산 라인 등의 현장에서 적용되어야 할 거리보다는 더 짧게 설정되어 있는 것에 따른 측정 결과를 보여준다. 이 측정 결과를 보면, 검출된 에코 신호의 패턴(81)에서 색의 농도가( 또는 색상이 ) 변화되는 지점(811)까지의 거리(wave_D₁)가, 상기 검사 대상물(82)의 절삭된 면에서 실측한 용접 깊이(act_D)보다 더 길기 때문에, 용접된 부분의 상단면으로부터 그 긴만큼( dif_D₁ = wave_D₁ - act_D ) 더 높은 곳에서 초음파 탐상이 시작되었음을 알 수 있다.

따라서, 운용자는, 도 8a에 예시된 바와 같은, 초음파 측정 결과와 용접부의 절삭에 의한 실측 결과를 얻은 경우에는, 상기 인터페이스부(27)를 통해, 상기 제어부(20)에 설정된 수직적 이동 거리에 대해서 상기 차이분( dif_D₁ )만큼을 더 가산하여 보정하게 된다. 즉, 용접 깊이를 측정하기 위한 기준점( 깊이 0인 지점 )이 되는 시측점을 그 차이분( dif_D₁ )만큼 더 낮은 곳으로 보정하게 되는 것이다.

도 8a에 예시된 바와 같이 용접된 부분을 갖는 검사 대상물(82)로부터, 예시된 바와 같은 에코 신호의 패턴(81)이 얻어지는 이유를 간략히 설명하면, 탐촉자의 초기 위치, 즉 시측점에서 하강하면서 그 대상물(82)의 접합면(821)에 초음파를 집속시켜 그에 따른 에코 신호를 검출하게 되면, 시측점의 높이(83)부터 용접부가 끝나는 깊이(811)까지는 그 접합면( 또는 그 접합면과 동 거리에 있는 가상면 )에서 반사되는 신호가 없거나 미미하기 때문에( 접합면에 해당하는 용접부내에서는 매질 변화가 없기 때문에 신호가 반사되지 않는다. ) 그 구간에서의 에코 신호는 세기가 0이거나 아주 약한 정도를 나타내는 흑색이 표시되고, 용접되지 않은 깊이의 접합면에서는 매질변화로 인해 반사되는 초음파가 상대적으로 세기 때문에 해당 구간에서의 강한 에코 신호가 검출된 것을 나타내는 백색이 표시되는 것이다. 따라서, 흑색에서 백색으로의 천이( 또는 색상의 변화 )가 일어나는 중간선(811)이 용접이 되지 않은 접합면의 시작점이 되는 것이다.

도 8a에 예시된 바와 같이, 초음파 탐상에 의해 얻게 되는 에코 신호의 패턴(81)으로부터는, 실제로 용접이 시작되는 수평면(84)을 확인하는 것은 불가능하다. 용접이 시작되는 상단면(84) 아래쪽과 그 상부에 대한 초음파 탐상이, 그 수평면(94)을 알 수 있게 하는 신호 패턴을 보여주지 않기 때문이다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예들에서 언급한 바의, 용접부의 깊이 측정을 위한 기준이 되는 시측점( 깊이 0인 위치 )을 정확히 설정하는 것이 매우 중요하다.

도 8b는, 탐촉자의 시측점(85)이 검사 대상물(82)에 대해 위치해야 할 초기 위치보다 더 낮은 곳에 설정된 것에 따른 측정 결과를 보여준다. 다시 말하면, 상기 제어부(20)에 설정된 시측점으로의 이동을 위한 수직적 이동 거리가, 실제 생산 라인 등의 현장에서 검사 대상물에 대해 필요로 하는 이동 거리보다는 더 길게 설정되어 있는 것에 따른 측정 결과를 보여준다. 이 측정 결과를 보면, 검출된 에코 신호의 패턴(86)에서 색의 농도가( 또는 색상이 ) 변화되는 지점(861)까지의 거리(wave_D₂)가, 상기 검사 대상물(82)의 절삭된 면에서 실측한 용접 깊이(act_D)보다 더 짧기 때문에, 용접된 부분의 상단면(87)으로부터 그 짧은만큼( dif_D₂ = act_D -wave_D₂ ) 더 낮은 곳에서 초음파 탐상이 시작되었음을 알 수 있다.

따라서, 도 8b에 예시된 바와 같은 초음파 측정 결과와 용접부의 절삭에 의한 실측 결과를 얻은 경우에는, 운용자는, 상기 제어부(20)에 설정된 수직적 이동 거리에 대해서 상기 차이분( dif_D₂ )만큼을 더 감산하여 보정하게 된다. 즉, 시측점의 위치를 조금 더 높은 곳으로 보정하게 되는 것이다.

한편, 검사 대상물이 제조 또는 생산되는 현장에 상기 초음파 검사장치(200)가 설치된 후, 검사 대상물의 용접 품질에 대한 초음파 검사가 상기 인터페이스부(27)를 통해 운용자로부터 지시되면, 상기 제어부(20)는, 전술하였던 바와 같이, 자신에게 설정된 수평적 및 수직적 이동 거리에 근거하여, 상기 모터 구동부(23)를 구동하여 상기 탐촉자(21)를, 검사 대상물에 대한 시측점으로 이동시킨 후, 도 4a에 예시된 바와 같은 과정에 따라 그 검사 대상물에 대한 용접부의 탐상을 시작하게 된다. 물론, 상기 설정된 수직적 이동 거리는, 앞서의 실시예에서 설명된 바와 같이, 제조 또는 생산 라인 상에서 동일한 조건에 따라 실제의 검사 대상물에 대해 초음파 측정하여 얻은 결과에 의해 보정된 값일 수 있다.

도 9는, 상기 초음파 검사장치(200)가 설치된 생산 라인과 같은 현장에서, 초음파를 이용한 용접 품질 검사를 위해 검사 대상물이 자동적으로 측정 위치에 장착되었을 때 구성되는 전체 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 앞서 언급하였던 바와 같이, 용접된 부분의 품질을 검사하는 대상물은, 지정된 반경의 원주면을 따라 용접된 부분을 갖는, 기계 장치 또는 자동차 등에 사용되는 부품일 수 있다. 따라서, 도 9에 예시된 시스템에서는 헤당 검사 대상물이 360도 회전하면서 그 용접부의 품질이 검사된다.

검사 대상물에 대해 이러한 입체적인 용접 품질 검사가 이루어지는 도 9에 예시된 시스템의 구성을 개략적으로 설명하면, 검사 대상물(901)이 안착되어 고정되는 지그(jig)가 구비된 물이 채워져 있는 수조(90)와, 검사 대상물(901)이 고정되는 상기 지그를 인가되는 구동 펄스(911)에 해당하는 만큼 회전시키는 서보모터(91)와, 그 서보모터(91)의 회전량에 상응하는 신호(is01)를 출력하는 인코더(92)가, 전술한 바의 초음파 검사장치(200) 외에 더 구비되어 있다.

도 9에 예시된 바와 같은 시스템에서, 상기 탐촉자(21)가 전술한 바와 같은 동작에 따라 시측점에 위치한 상태에서, 검사 대상물(901)이 측정 위치에, 즉 상기 지그에 안착되면(S402), 상기 제어부(20)는, 상기 탐촉자(21)가 위치한 시측점과 동일 높이의 상기 검사 대상물(901)내의 용접부, 즉 360도 원 둘레에 따른 접합면에 대한 초음파 탐상을 시작하는데, 이 초음파 탐상의 시작점의 높이를 용접부의 깊이 측정을 위한 기준점, 즉 깊이 0으로 정하게 된다.

검사 대상물이 상기 수조(90)내의 지그에 안착되었는 지의 여부는 그 안착 여부의 감지를 위해 상기 지그에 부착된 또는 상기 수조(90)에 구비된 별도의 센서로부터 신호를 입력받음으로써 알 수 있다.

상기 탐촉자(21)의 현재 높이( 깊이 )에서의 상기 검사 대상물(901)의 접합면에 대한 360도 초음파 탐상은 도 4b에 예시된 흐름도에 따라 진행된다. 물론, 도 4b에 예시된 흐름도는, 상기 탐촉자(21)가 임의 깊이에 해당하는 위치에서 그 동평면상의 접합면에 대한 360도 초음파 탐상할 때도 동일하게 적용된다.

초음파 탐상이 시작되면, 상기 제어부(20)는, 상기 탐촉자(21)를 제어하여 상기 검사 대상물(901)에 초음파를 입사시키고 그에 따라 상기 탐촉자(21)에서 검출되는 에코 신호에서 접합면에 의한 성분을 추출하여, 앞서 설명하였던 바와 같이 그 성분의 세기를, 현재의 탐상점 정보, 즉 탐상하고 있는 깊이와 검사 대상물이 회전된 위상에 대한 값들과 함께 상기 저장부(24)에 데이터로 저장한다(SS41). 본 발명에 따른 일 실시예에서는, 검출되는 모든 신호 성분을 상기 저장부(24)에 저장한 후 필요에 따라 그 저장된 신호 데이터를 분석하여 접합면으로부터 반사된 성분을 추출하여 사용할 수도 있다.

이와 같은 에코 신호의 검출/저장은 순간적으로 이루어지며, 그 동작이 끝나면, 상기 검사 대상물(901)이 정해진 소정 각도, 예를 들어 1/4⁰ 회전되었는 지를 확인한다(SS42). 이 소정 각도는, 접합면에 대한 360도 탐상에서의 각 분해능에 해당하는 것으로서, 용접 품질 검사에서 요구되는 정밀도와 용접된 접합면의 회전 중심축으로부터의 반경 등에 따라 적절히 정해진다.

상기 소정 각도가 회전되었는 지의 여부는, 상기 인코더(92)로부터 인가되는 신호로부터 알 수 있다. 지그에 장착된 상기 검사 대상물(901)을 회전시키는 상기 서보모터(91)의 구동은 상기 초음파 검사장치(200)가 아닌 별도의 구동장치가 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 상기 서보모터(91)의 구동을 위한 구동부가 상기 초음파 검사장치(200)에 구비될 수도 있다. 본 실시예에서는, 상기 제어부(20)가 그 구동부를 통해 상기 서보모터(91)를 직접 구동시키므로 자신이 인가하는 구동 신호, 즉 구동 펄스에 의해 상기 서보모터(91)가 회전한 각을 알 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 도 9에 예시된 시스템에서 상기 인코더(92)가 구비되지 않을 수도 있다.

상기 검사 대상물(901)이 소정 각도, 즉 각 분해능에 해당하는 만큼 회전하였다면, 상기 제어부(20)는 상기 탐촉자(21)가 현재 위치한 깊이에서 지금까지의 총 회전량이 360도가 되었는 지를 추가적으로 확인하고(SS43), 아직 360도, 즉 한바퀴를 회전하지 않았다면, 상기 검사 대상물(901)의 현재의 위상에 대해 전술한 바의 초음파 탐상을 다시 수행한다(SS41).

이러한 초음파 탐상 과정 중에, 상기 검사 대상물(901)의 접합면에 용접 이상, 기포 또는 크랙 등이 있는 것이 확인되면, 그 시점에 상기 제어부(20)는 운용자에게 용접부에 이상이 있음을 알리기 위해 상기 디스플레이부(26)에 특별한 시각적 알림 신호가 출력되도록 한다. 이 때, 구비된 스피커 등의 수단을 통해 청각적 알림 신호가 동시에 출력되게 할 수도 있다. 그리고, 현재의 탐상점에 대해 이상이 있음을 지시하는 정보도 검출된 에코 신호의 세기에 대한 데이터와 함께 상기 저장부(24)에 저장해 둔다

초음파가 집속되는 용접부에 기포나 크랙이 있으면, 그로 인한 매질 변화로 반사되는 신호의 세기가 상대적으로 높아지게 되므로, 정상적으로 용접된 부분에 의한 신호의 세기( 에코 신호가 미미하거나 없음 )와 구분된다( 도 8a 및 8b에 예시된 바와 같은 에코 신호의 패턴의 표시를 예로 하면, 흑색이 표시되어야 하는 부분에서 백색이 표시된다. ). 따라서, 상기 제어부(20)는, 에코 신호의 세기 변화로부터 용접부의 이상 여부를 알 수 있다. 물론, 이러한 에코 신호의 세기가 변화되는 지점이, 상기 탐촉자(21)가 초음파 탐상 시작점, 즉 시측점을 기준으로 앞서 언급한 바의 최소 한계치 이내에 존재할 때에 용접 이상으로 판별하게 된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 도 4b에 예시된 흐름도에 따른 초음파 탐상 과정에서 용접부의 이상이 확인되면, 상기 제어부(20)는 장착된 검사 대상물(901)에 대한 더 이상의 용접 품질 검사를 중단하고, 상기 탐촉자(21)를 시측점으로 복귀시키고 새 검사 대상물이 측정 위치에 안착될 때 다시 초음파 탐상을 시작할 수도 있다.

상기 검사 대상물(901)에 대한 360도의 초음파 탐상이 완료되면, 상기 제어부(20)는, 상기 검사 대상물(901)에 대한 현재의 측정 깊이에서 360도 탐상된 결과로부터 얻은 정보에 용접 이상을 나타내는 정보가 있는 지를 확인하고(S404), 이상이 있으면, 전술하였던 바와 같이 운용자가 인지할 수 있도록 하기 위한 시각적 및/또는 청각적 신호를 발생시킨다(S405).

그리고, 상기 제어부(20)는, 상기 모터 구동부(25)를 통해 상기 탐촉자(21)를 앞서 언급한 바의 단위 거리, 예를 들어 0.1mm 만큼 아래로 이시킨다(S406). 상기 단위 거리는 검사 대상물의 용접 품질을 검사하기 위한 간격 분해능으로서, 요구되는 품질 검사의 정밀도에 따라 다른 값이 지정될 수 있다.

한편, 상기 탐촉자(21)의 단위 거리만큼의 하강동안에는 상기 검사 대상물(901)이 회전되지 않는다. 이러한 상호 연동되는 동작을 위해, 상기 제어부(20)는 상기 서보모터(91)를 구동하는 별도의 구동장치와 동기용 신호를 주고받을 수 있다.

상기 단위 거리만큼 상기 탐촉자(21)를 하강시킨 후, 상기 제어부(20)는 상기 탐촉자(21)를 지금까지 하강시킨 총 거리( 즉, 시측점을 깊이 0으로 하였을 때의 현재의 탐촉자 깊이 )가, 자신에게 설정되어 있는 최소 한계치를 초과하는 지를 확인한다(S407). 최소 한계치를 초과한 깊이가 아니면, 상기 제어부(20)는, 단위 거리만큼 하강한 현재의 깊이에서 상기 검사 대상물(901)에 대한 360도 초음파 탐상을 전술한 바와 같은 방식으로 수행한다(S403 내지 S406). 물론, 이 초음파 탐상의 시작되면 상기 검사 대상물(901)은 상기 서보모터(91)에 의해 다시 회전하게 된다.

만약, 상기 탐촉자(21)가 하강한 총 거리가 상기 최소 한계치를 초과하면, 즉, 상기 최소 한계치보다 단위 거리만큼 더 아래쪽이면, 상기 제어부(20)는, 상기 탐촉자(21)를 단위 거리만큼 더 하강시키는 것이 아니고, 상기 시측점을 기준으로 전술한 바의 최대 한계치 이상인 깊이에 위치하도록 상기 탐촉자(21)를 아래쪽으로 이송시킨다(S410). 즉, 상기 탐촉자(21)를 상기 최대 한계치와 상기 최소 한계치 차이만큼을 더 하강시키게 된다. 이렇게 하강되는 거리, 즉 초음파 탐상없이 스킵(skip)하는 수직적 거리는 당연히 상기 단위 거리보다 충분히 길다.

상기 최소 한계치를 초과한 깊이가 되었을 때 단위 거리마다 용접부의 이상 여부를 확인하지 않고 건너 뛰는 이유는, 요구되는 최소한의 용접 깊이 조건을 검사 대상물의 용접부가 만족한 경우에, 그 이상인 깊이에서는 기포나 크랙이 있는 상태로 용접이 되어 있더라도 무방할 수 있기 때문이다.

상기 탐촉자(21)가 상기 최대 한계치 이상인 깊이에, 예를 들어 시측점으로 기준으로 상기 최대 한계치보다 단위 거리만큼 더 깊은 지점에 위치하게 되면, 상기 제어부(20)는, 상기 검사 대상물(901)에 대하여 전술한 바와 같이 360도 초음파 탐상을 수행한다(S411). 이 때도, 도 4b에 예시된 흐름도와 동일한 과정이 진행된다.

상기 최대 한계치 이상인 깊이에서 초음파 탐상이 완료되면, 상기 제어부(20)는 그 탐상에 따라 상기 저장부(24)에 저장되어 있는 결과 데이터를 조사하여 그 에코 신호에 용접되었음을 나타내는 데이터가 있는 지를 확인한다(S412).

만약, 현재 깊이에서 용접되었음을 나타내는 데이터가 있다면, 상기 제어부(20)는 상기 검사 대상물(901)에 대해 용접 깊이에 불량이 있음을 알리는 시각적 및/또는 청각적 신호를 발생시키게 된다(S413). 그리고, 용접이 되었음을 나타내는 데이터가 검출된 탐상점 정보( 해당 깊이와 위상 )에 '용접 깊이 불량'을 지시하는 정보를, 그 검출된 데이터와 연계하여 상기 저장부(24)에 저장한다. 그리고는, 상기 탐촉자(21)를 수직으로 상승시켜 시측점으로 복귀시켜서(S414), 새 검사 대상물이 측정 위치에 놓일 때까지 대기하게 된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 용접된 면에 의해 반사된신호인지, 용접되지 않은 면에 의해 반사된 신호인지를 구별하기 위한 기준이 되는 신호 세기에 근접하는 세기( 예를 들어, 기준 세기와의 차이가 그 기준 세기의 ±10%내에 속하는 세기 )가, 상기 최대 한계치보다 더 깊은 위치에서 검출되는 경우에는, 상기 제어부(20)는, 접합면의 용접 여부를 확실히 검증하기 위해, 현재 깊이에서 단위 거리만큼 상기 탐촉자(21)를 더 하강시켜, 동일 위상의 지점에 대해 초음파 탐상을 더 수행할 수도 있다. 이와 같이 초음파 탐상을 다시 수행하였음에도, 여전히 상기 기준 세기에 근접된 세기가 검출되면, 상기 제어부(20)는 용접면의 해당 위상에 대해서 '용접 깊이 불량'으로 판별하게 된다. 그렇지 않고, 용접되지 않은 상태를 나타내는 신호 세기가 얻어지는 경우에는 해당 위상에 대해 '용접 깊이 불량'으로 판별하지 않게 된다.

한편, 상기 제어부(20)는, 지금까지 설명한, 상기 검사 대상물(901)에 대한 초음파 탐상 방법을 수행하면서 얻은 데이터에 대해서는, 도 10에 예시된 바와 같은 형식으로 상기 디스플레이부(26)에 표시하게 된다.

도 10에 예시된 에코 신호 패턴의 예는, 상기 검사 대상물(901)에서 용접 의도된 원주 형태의 접합면에 대해 초음파 탐상된 전 영역을 평면화시켜 나타낸 것으로서, 깊이의 기준점으로 잡은 시측점에서 상기 최소 한계치까지는 단위 거리마다 초음파 탐상을 진행하여(P101) 각 단위 거리마다( 즉, 분해능의 간격마다 )에서의 에코 신호의 세기를 나타내고 있고, 그 최소 한계치를 초과한 깊이부터는 건너 뛰어(P102) 최대 한계치보다 깊은 위치에서 초음파 탐상을 행하여 얻은 에코 신호의 세기를 나타내고 있다.

그리고, 도 10에 예시된 에코 신호의 패턴은,용접된 깊이에 대해서 상기 제어부(20)에 의해 불량으로 판별되는 2개의 스폿(spot)(1001,1002)을 예로서 보여주고 있는데, 시측점으로부터의 위상이 α⁰인 용접 부위에서는, 최소한으로 요구되는 용접 깊이, 즉 최소 한계치( 예를 들어, 17mm )까지 용접되지 않은 것으로 측정되어( 즉, 최소 한계치의 깊이까지 도달하지 않은 위치에서, 용접되지 않았음을 나타내는 기준이 되는 일정한 세기 이상의 신호 세기가 검출됨 ) 용접 깊이 불량으로 판별되는 스폿(1001)을, 시측점으로부터의 위상이 β⁰인 용접 부위에서는, 최대한 허용되는 용접 깊이, 즉 최대 한계치( 예를 들어, 25mm )보다 깊은 곳에서 용접 상태에 해당하는 신호 세기( 에코 신호가 없어서 검은 색으로 표시됨 )가 검출되어 용접 깊이 불량으로 판별되는 스폿(1002)을 보여주고 있다.

전술한 방법에서와 같이, 기계 장치 또는 자동차의 부품 등과 같은 검사 대상물의 용접부에 대하여, 용접 깊이의 요구 값에 근거해, 그 최저 한계치까지는 간격 분해능으로 초음파 탐상을 진행함으로써, 용접된 부분에서의 이상, 예를 들어 기포나 크랙 등의 존재를 검출함과 동시에 최소한의 길이까지 용접되었는 지를 확인하고, 그 최저 한계치보다 깊은 구역에 대해서는 초음파 탐상을 건너뛰어 최대 한계치 이상의 깊이에서만 초음파 탐상을 행하여 최대 한계치보다 더 깊이 용접이 되었는 지를 확인함으로써, 종래에서와 같은 용접 이상은 물론, 용접 깊이에서의 불량( 요구되는 깊이보다 얕게 또는 깊게 용접됨 )을, 최대 한계치 이상까지 간격 분해능마다 초음파 탐상을 하는 검사 방법에 비해서 매우 신속하게 검사 대상물의 용접 품질을 검사할 수가 있다.

검사 대상에 대한 용접 품질을 검사하는데 소요되는 시간이 길어질수록, 그 검사 대상이 되는 부품 등의 생산성은 저하된다. 따라서, 용접 깊이의 최소 한계치와 최대 한계치까지의 구역에 대해서는 초음파 탐상을 건너뜀으로써, 즉, 그 구역의 상하단 간에는 상기 탐촉자(21)를 바로 이동시킴으로써, 용접 깊이에 대한 불량을 검사하면서 동시에 그 검사 시간을 최대한 단축시킬 수가 있다.

한편, 전술한 바와 같은 검사 대상물의 용접부에 대한 초음파 검사 동안에, 운용자로부터의 검사 중지 요청이 있으면(S420), 상기 제어부(20)는 상기 탐촉자(21)를 휴면 위치로 복귀시키고 검사 동작을 종료하게 된다.

전술한 실시예들은, 용접 품질을 검사하기 위한 초음파 탐상을, 검사 대상물의 용접된 부분의 상단면에서 시작되는 것을 전제로 한 것이었다. 즉, 도 11a에 예시된 바와 같이, 전술한 실시예들에서는, 임의의 검사 대상물에 대해 용접 부분의 상단과 동일 높이의 평면( 이 평면이, 깊이가 0인 기준면이다. )에서 시작하여(1101), 검사 대상물의 접합면의 원둘레를 따라 초음파 탐상하면서 그 탐상하는 깊이를 단위 거리(Δd)만큼씩 하강시키는 방식으로 진행하고, 용접 깊이에 대한 최소 한계치보다 깊은 위치에서는 최대 한계치까지 초음파 탐상없이 바로 하강한 후 최대 한계치보다 깊은 위치( =최대 한계치 + Δd )에서 원둘레를 따라 초음파 탐상(1102)을 하였다.

본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 도 11b에 예시된 바와 같이, 용접 깊이의 최대 한계치보다 단위 거리만큼 깊은 위치에서부터 먼저 시작(1111)할 수도 있다. 본 실시예에서는, 앞서 설명한 방법에 따라 상기 제어부(20)에 설정된 수직적 이동 거리에, 설정된 최대 한계치와 단위 거리(Δd)를 더한 값에 해당하는 만큼 탐촉자를 수직적으로 이동시키게 된. 그리고, 그 초기에 위치한 해당 깊이에서 검사 대상물에 대한 초음파 탐상이 이루어진 후에는, 초음파 탐상없이 자신에게 설정되어 있는 최소 한계치까지 상기 탐촉자(21)를 상승시킨 후, 그 깊이에서부터는 단위 거리마다 초음파 탐상을 진행하면서 점진적으로 상기 탐촉자(21)를 상승시키게 된다. 물론, 설정된 수직적 이동 거리에 따라 정해지는 높이( 즉, 깊이 0인 평면 )에 도달하여 초음파 탐상(1112)을 끝내면 해당 검사 대상물에 대한 용접부 품질 검사가 완료된다.

지금까지 설명된 실시예들에서는, 검사 대상물에 대하여 용접 품질의 검사를 행함에 있어서, 동평면의 접합면, 즉 원둘레를 따른 접합면에 대해서 먼저 초음파 탐상을 행한 후 다음 높이( 깊이 )에 해당하는 접합면에 대한 초음파 탐상을 하였으나, 반드시 이러한 방식에 국한되어야 본 발명의 기술적 사상이 달성되는 것은 아니다. 다시 말하면, 검사 대상물의 용접부를 초음파 검사할 때, 임의 위상의 접합면에 대해서 수직적으로 초음파 탐상한 후 다음 위상의 접합면에 대해 초음파 탐상하는 방식으로, 검사 대상물의 접합면 영역을 검사할 수도 있다.

도 12a 와 12b는 이러한 실시예들에 따라, 검사 대상물의 접합면에 대해 초음파 탐상하는 궤적을 각각 나타낸 것으로서, 도 12a는 수직적 탐상을 상측에서 하측으로 수행함에 따른 궤적을 보여주는 것이고, 도 12b는 하측에서 상측으로 수행함을 따른 궤적을 보여주는 것이다.

도 12a 및 12b에 따른 실시예들에서는, 상기 제어부(20)는, 검사 대상물의 임의 위상에 대해서, 초기에 위치한 높이( 깊이 )에서부터 시작하여 수직선을 따라 초음파 탐상을 행한 후에, 각 분해능(Δθ)에 해당하는 만큼 검사 대상물이 회전되면 다음 위상에서 수직선을 따른 초음파 탐상을 행하게 된다. 도 12a의 검사 방식에서는 시측점의 높이는 용접부의 상단( 깊이 기준면 )과 동평면이 된다. 도 12b의 검사 방식에서는, 용접 깊이에 대한 최대 한계치에 단위 거리(Δd)를 더한 값만큼 용접부의 상단면보다 아래쪽으로 이격된 깊이에 탐촉자가 초기에 위치하게 된다. 물론, 도 12b의 실시예에서도, 용접부의 상단면을 깊이의 기준으로 하여 측정된 결과를 보여줄 수 있다. 그리고, 양 실시예에서, 각 수직선을 따른 초음파 탐상을 행할 때, 전술하였던 바와 마찬가지로, 최소 한계치에서 최대 한계치까지의 구간은 초음파 탐상을 스킵하게 된다.

물론, 구간을 스킵하는 동안, 초음파 발신과 반사 신호의 검출을 할 수도 있지만, 이 때 검출되는 신호는 아무런 가치가 없으므로, 상기 제어부(20)는, 최소 한계치에서 최대 한계치까지의 구간을 건너 뛰는 동안에 검출되는 신호가 있더라도 이는 무시하게 된다. 본 명세서에서, 초음파 탐상을 행하지 않는다는 표현은, 이와 같이, 초음파를 발신함으로써 반사 신호가 검출될 수는 있지만, 그렇게 검출되는 신호를 무시하는 경우도 포함하는 의미로 사용된다.

본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 도 12c에 초음파 탐상 궤적이 예시된 바와 같이, 수직선을 따른 초음파 탐상의 방향을 교번적으로 행할 수도 있다. 이와 같이, 수직선을 따른 초음파 탐상의 방향을 교번적으로 선택하면, 즉, 한번은 아래로 그 다음에는 위로 초음파 탐상을 수행하게 되면, 검사 대상물의 접합된 원주면을 탐상하기 위해 상기 탐촉자(21)가 상하로 이동하는 총 거리가, 도 12a 또는 12b에 탐상 궤적이 예시된 바의 실시예에 비해서 짧아지게 되므로 하나의 검사 대상물에 대한 용접 품질 검사를 보다 짧은 시간에 완료할 수 있다.

도 12a 내지 12c에 예시된 바와 같은, 수직선을 따른 탐상 궤적을 형성하는 방식에서는, 도 9에 예시된 바와 같은 시스템에서 수직선을 따른 탐상이 이루어지는 동안에, 검사 대상물(901)은 회전하지 않게 되고, 상기 탐촉자(21)가 다음 위상에서의 수직선 탐상을 위한 높이에 위치할 때 각 분해능(Δθ)만큼 회전하게 된다. 이러한 상호간 동기화를 위해, 상기 서보모터(91)를 구동시키기 위한 구동부가 상기 초음파 검사장치(200)에 구비될 수 있다. 그렇지 않은 경우에는, 상기 제어부(20)가 회전 동기화를 위한 신호를, 상기 서보모터(91)를 회전시키는 별도의 구동장치에 적절한 시점에 인가하게 된다. 예를 들어, 검사 대상물의 임의 위상에서의 수직선을 따른 초음파 탐상이 완료되면, '회전 가능' 신호를, 또는 원하는 회전량(Δθ)만큼의 회전을 요청하는 신호를 별도의 구동장치에 전달하게 된다. 물론, 전자의 경우에는, '회전 가능' 신호때마다 검사 대상물에 대해 회전시킬 각에 대한 정보가 상기 별도의 구동장치에, 미리 설정되어 있게 된다.

지금까지 본 발명에 따른 다양한 실시예들로서 설명된, 용접된 접합면을 갖는 물체에 대하여 그 용접 깊이를 포함하는 용접 품질을 초음파를 이용해 검사하는 방법들은 상호 양립할 수 없는 경우가 아니라면 그 들 상호간에 적절히 선택 결합되어 함께 실시될 수 있다.

이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.

20: 제어부 21: 탐촉자
22: 서보모터 23: 모터 구동부
24: 저장부 25: 디스플레이 구동부
26: 디스플레이부 27: 인터페이스부
90: 수조( water tank ) 91: 서보모터
92: 인코더 200: 초음파 검사장치
901: 검사 대상물

Claims

양 소재의 접합면이 용접되어 구성된 물체의 용접 상태를 초음파를 사용하여 검사하는 장치에 있어서,
상기 물체와 이격된 거리에서 상기 물체의 접합면으로 초음파를 발신하고 그 발신된 초음파에 따른 반사신호의 세기를 검출하는 탐상 동작을 수행하기 위한 탐촉부와,
인가되는 신호에 따라 상기 탐촉부를 공간상에서 이동시키기 위한 이동부와,
상기 이동부를 통해 상기 탐촉부를 상기 물체에 대한 초기 위치로 이동시킨 후, 그 초기 위치에서 상기 탐촉부를 수직 방향으로 이동시키면서, 상기 탐상 동작에 의해 검출되는 상기 반사신호의 세기에 근거하여, 상기 접합면에 대해 용접된 깊이가 지정된 제 1한계치 이상이면서 지정된 제 2한계치 이하인 지를 판별하도록 구성된 제어부를 포함하여 구성되되,
상기 제어부는, 상기 접합면의 상단으로부터 상기 제 1한계치에 해당되는 제 1깊이와 상기 상단간의 탐상 구간에 대해서는, 지정된 간격마다 상기 탐상 동작이 수행되도록 하고, 또한 상기 상단으로부터 상기 제 2한계치에 해당되는 제 2깊이보다 더 깊은 제 3깊이에서도 상기 탐상 동작이 수행되도록 상기 탐촉부를 제어하며, 상기 제 1깊이와 상기 제 3깊이 사이의 스킵 구간에서는 상기 탐촉부가 상기 지정된 간격씩 이동하지 않고 상기 스킵 구간의 양 단간에 상기 탐상 동작없이 바로 이동하도록 상기 이동부를 제어하는 방식으로 상기 접합면의 상단부터 상기 제 3깊이까지의 지정된 영역을 탐상하도록 구성되고, 또한
상기 제어부는, 상기 제 2깊이보다 깊은 탐상점과 깊지 않은 탐상점에서 상기 접합면으로부터 각기 검출된 동일한 반사신호의 세기에 대해서, 용접이상에 대한 판별을 다르게 하도록 구성된 것인 장치.
제 1항에 있어서,
상기 초기 위치는, 상기 접합면의 상기 상단과 동일한 높이가 되는 지점이거나, 또는 상기 제 3깊이와 동일한 높이가 되는 지점인 것인 장치.
제 2항에 있어서,
상기 초기 위치는, 상기 제어부에 설정된 수평적 및 수직적 이동 거리값에 해당하는 만큼의 상기 탐촉부 이동 후에 위치하는 지점이고,
상기 수직적 이동 거리값은, 상기 물체와 동 형상의 타 물체의 용접된 접합면에 대해 수직 방향으로 상기 탐상 동작을 수행한 후, 그 탐상 동작에 의해 검출된 신호 세기에 의해 판별된 용접 깊이와, 상기 타 물체의 접합면을 절삭하여 측정한 실제의 용접 깊이를 비교한 후, 그 비교된 결과에 따라 보정된 값인 것인 장치.
제 3항에 있어서,
상기 수직적 이동 거리값은, 상기 탐촉부로부터 입사된 초음파의 반사 세기가 인접된 영역과는 달라지게 하는 홈(hole)이 임의 깊이의 측면에 형성된 시험품에 대한, 상기 탐촉부의 수직 방향으로의 상기 탐상 동작을 통해 검출된 신호의 패턴에 근거하여 최초 결정된 것이되,
상기 최초 결정은, 임의 위치에 있는 상기 탐촉부를 기준으로, 상기 홈까지의 수직적 거리가 상기 물체에 대한 상기 탐상 동작을 행할 때의 상기 접합면의 상단까지의 수직적 거리와 동일하도록 상기 시험품이 장착된 상태에서 상기 시험품에 대한 상기 탐상 동작에 의한 결과의 신호 패턴에 근거하여 이루어진 것인 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 접합면에 대해 상기 상단으로부터 동일 깊이에 있는 곡선 또는 직선을 따른 상기 탐촉부에 의한 상기 탐상 동작이 끝나면, 상기 탐촉부를 상기 지정된 간격만큼 수직적으로 하강 또는 상승시키도록 구성된 것인 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 접합면의 상기 상단부터 상기 제 3깊이까지의 구간에 대해 수직 방향의 선을 따른 상기 탐촉부에 의한 상기 탐상 동작이 끝나면, 그 탐상된 선이 지정된 간격만큼 상기 탐촉부에 대해 상대적으로 수평 이동된 후에 상기 상단부터 상기 제 3깊이까지의 구간에 대해 수직 방향의 선을 따라 상기 탐촉부에 의한 상기 탐상 동작이 또 시작되게 하도록 구성되되,
지정된 간격만큼의 상기 수평 이동은, 상기 물체의 회전 또는 직선적 이동에 의해 발생한 것인 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 접합면에 대해, 그 용접된 깊이가 상기 제 1한계치 미만이거나 상기 제 2한계치를 초과하는 것으로 판별되면, 상기 물체에 대해 용접 상태 불량으로 판별하고 용접 불량임을 알리는 시각적 또는 청각적 신호를 출력하도록 구성된 것인 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 제 3깊이에서의 상기 탐상 동작에 의해 검출된 신호의 세기에 따라서는, 상기 제 3깊이보다 더 깊은 제 4깊이에서 상기 탐촉부가 상기 탐상 동작을 추가적으로 수행하도록 하고, 그 추가적 탐상 동작에 의해 검출되는 신호 세기에 근거하여 상기 물체에 대한 용접 상태 불량 여부를 판단하도록 더 구성된 것인 장치.
제 1항 또는 제 8항에 있어서,
상기 제 3깊이는 상기 제 2깊이보다 상기 지정된 간격만큼 더 깊은 것인 장치.
제 1항에 있어서,
상기 접합면은 원주면, 사각형 또는 임의의 곡면 형태를 갖는 것인 장치.
양 소재의 접합면이 용접되어 구성된 물체의 용접 상태를 초음파를 사용하여 검사하는 방법에 있어서,
상기 물체의 접합면으로 초음파를 발신하고 그 발신된 초음파에 따른 반사신호의 세기를 검출하는 탐상 동작을 수행하기 위한 탐촉부를 상기 물체에 대해 지정된 초기 위치로 이동시키는 1단계와,
상기 초기 위치에서 시작하여, 상기 접합면의 상단으로부터 제 1한계치에 해당되는 제 1깊이와 상기 상단간의 구간에 대해서는, 상기 탐촉부로 하여금, 지정된 간격마다 상기 탐상 동작이 수행되도록 하고, 또한 상기 상단으로부터 제 2한계치에 해당되는 제 2깊이보다 더 깊은 제 3깊이에서도 상기 탐상 동작이 수행되도록 하는 2단계와,
상기 2단계 동안에 검출되는 상기 접합면으로부터 반사되는 신호의 세기에 근거하여, 상기 접합면에 대해 용접된 깊이가 상기 제 1한계치 이상이면서 상기 제 2한계치 이하인 지에 근거하여 용접 상태의 불량 여부를 판별하는 3단계를 포함하여 이루어지되,
상기 2단계는, 상기 제 1깊이와 상기 제 3깊이 사이의 구간에서는 상기 탐촉부가 상기 지정된 간격씩 이동하지 않고 그 구간의 양 단간에 상기 탐상 동작없이 바로 이동시키는 방식으로, 상기 접합면의 상단부터 상기 제 3깊이까지의 지정된 영역을 탐상하고,
상기 3단계는, 상기 판별에 있어서, 상기 반사되는 신호의 세기에 일정 기준치 이상의 변화가 있는 지점이 될 때까지 상기 초기 위치로부터 상기 탐촉부를 수직적으로 이동시킨 거리를 상기 접합면에 대한 용접된 깊이로 간주하며, 상기 제 2깊이보다 깊은 탐상점과 깊지 않은 탐상점에서 상기 접합면으로부터 각기 검출된 동일한 반사신호의 세기에 대해서, 용접이상에 대한 판별을 다르게 하는 것인 방법.