KR20240113059A - 초음파검사장치용 스쿼터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물분사장치로 하여금 기포가 생기지 않거나 생긴 기포를 제거하여 측정오류가 생기지 않도록 하는 초음파검사장치용 스쿼터에 관한 것이다. 초음파를 이용한 비파괴검사법에서 사용되는 물분사 장치의 노즐로 하여금 물을 층류 형태로 분사하도록 유도할 수 있는 물분사 방식의 초음파검사장치용 스쿼터에 관한 것이다. 그 구성은, 로봇의 아암 선단에 고정되는 것으로서 초음파센서를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간을 제공하는 노즐케이싱; 상기 노즐케이싱의 선단에 결합되는 것으로서 축압공간 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공을 제공하는 노즐헤드; 및 상기 노즐케이싱의 축압공간에 설치되는 것으로서 상기 초음파센서가 끼워질 수 있도록 원통 형상으로 되어 있으며 원주방향을 따라 복수 개의 분배유도홀이 타공되어 있는 와류방지링을 포함하는 초음파검사장치용 스쿼터에 있어서; 상기 축압공간과 연통될 수 있도록 상기 노즐케이싱의 측벽에 배기홀이 관통 형성되고; 상기 노즐케이싱은 상기 배기홀이 상부를 향하도록 설치됨으로써 상기 축압공간에서 발생하는 기포가 상기 배기홀을 통해 외부로 빠져나가도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파검사장치용 스쿼터{Squirter For Ultrasonic Testing System}

본 발명은 초음파검사장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 초음파를 이용한 비파괴검사법에서 사용되는 물분사 장치로 하여금 기포가 생기지 않거나 생긴 기포를 제거하여 측정오류가 생기지 않도록 하는 초음파검사장치용 스쿼터에 관한 것이다.

재료를 검사하는 방법 중 비파괴 검사법이 있다. 비파괴 검사법은 재료를 손상시키지 않고 검사하는 방법이며, 초음파검사법은 그 방법 중 하나이다. 초음파검사법은 초음파가 전달되도록 하는 전달매체를 필요로 한다. 그리고 이 전달매체로는 물이 널리 사용된다.

초음파검사법은 검사하고자 하는 제품(이하, '검사체'라 한다)을 수조에 담가 검사를 하는 수침법(Immersion Method)이 일반적이지만, 검사체를 수조에 침지시킬 수 없는 상황에서는 검사체에 물을 분사하는 물분사(Water-Jet) 방식이 사용된다.

물분사 방식은 검사체의 양쪽에서 각각 동일한 지점에 물을 분사하고, 한쪽에는 초음파 발신센서를 설치하고 반대쪽에는 초음파 수신센서를 설치하여 초음파의 전달 상태에 관한 데이터를 이용하는 방식이다. 재료의 내부에 동일재료가 아니거나 공기층이 존재하는 경우에는 초음파의 전달에 문제가 발생하고 이러한 원리를 이용하여 초음파검사이미지를 획득하여 재료 내부의 불연속 부분의 유무를 검출하는 것이다.

물분사 방식의 초음파검사법은 침지법에 비하여 초음파를 전달시키기에 열악한 부분이 있지만, 대형 복합재료의 효율적 검사를 수행하기 위해서는 필수적이다.

물분사 방식의 초음파검사법에서 있어서, 분사되는 물에 포함된 이물질, 기포, 물펌프의 펄스, 물의 플로우(Flow) 상태 등이 검사 신뢰도를 높이는데 있어서 매우 중요하다.

이 요소 가운데 콘트롤 가능한 가장 중요한 부분이 분사되는 물의 흐름 상태(flow state)일 것이다. 이와 관련하여 물을 완전한 층류(Laminar Flow) 형태로 분사할 수 있다면 검사의 신뢰도를 크게 높일 수 있을 것으로 이해된다.

물줄기를 균일하게 분사하기 위해서 가장 중요시되는 구성요소는 당연히 노즐(Squirter, 또는 분사장치)일 것이다. 기존에 균일한 분사 플로우를 형성하기 위한 노력이 있었지만 만족스럽지는 못하였다.

위와 같은 문제에 대하여 본 발명자는 대한민국 등록특허 제10-2319851호와 같은 초음파검사장치용 스쿼터를 제안한 바 있다.

그러나 이 개선된 장치에서도 다음과 같은 문제점이 발견되었다. 즉 초음파전달을 위한 매질로 물을 사용하고 있는데, 노즐 내부에서 간헐적으로 기포가 발생한다는 것이다. 당연히도 기포는 초음파전달을 위하여 도움이 되지 않는 노이즈로 작용하므로 기포가 배출되는 순간에 정확한 검사가 이루어질 수 없다.

대한민국 등록특허 제10-2011778호 대한민국 등록특허 제10-2319851호

위와 같은 문제에 대하여 본 발명의 목적은 물분사 방식의 초음파검사장치용노즐, 즉 스쿼터를 제공하는 것으로서, 특히 스쿼터 내부에서 발생하는 기포에 의해 초음파 검사에 지장이 생기지 않도록 하는 방안을 제공하는 것을 목적으로 한다.

좀 더 구체적으로는 기포가 스쿼터의 내부에 생기게 되는 경우에도 이에 의한 문제가 발생하지 않도록 기포를 제거하는 방안을 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적은, 로봇의 아암 선단에 고정되는 것으로서 초음파센서를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간을 제공하는 노즐케이싱;

상기 노즐케이싱의 선단에 결합되는 것으로서 축압공간 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공을 제공하는 노즐헤드; 및

상기 노즐케이싱의 축압공간에 설치되는 것으로서 상기 초음파센서가 끼워질 수 있도록 원통 형상으로 되어 있으며 원주방향을 따라 복수 개의 분배유도홀이 타공되어 있는 와류방지링을 포함하는 초음파검사장치용 스쿼터에 있어서;

상기 축압공간과 연통될 수 있도록 상기 노즐케이싱의 측벽에 배기홀이 관통 형성되고; 상기 노즐케이싱은 상기 배기홀이 상부를 향하도록 설치됨으로써 상기 축압공간에서 발생하는 기포가 상기 배기홀을 통해 외부로 빠져나가도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파검사장치용 스쿼터에 의해 달성된다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 배기홀에 고정 설치되는 커플러; 상기 커플러에 연결되는 배기호스; 및 상기 배기호스에 연결되는 흡입펌프를 더 포함함으로써 진공압으로써 상기 기포를 강제로 빼낼 수 있도록 구성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 배기홀에 고정 설치되는 커플러; 상기 커플러에 연결되는 것으로서 밸브스위치로써 개폐 정도를 조절할 수 있는 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 공급되는 물이 와류방지링의 분배유도홀을 통과하는 과정에서 난류적 요소가 사라져 층류화되고, 이렇게 층류화된 물이 노즐의 분사공을 통해 분출되므로 검사체에 분사되는 물의 흐름이 일정하게 유지되게 하는 물분사 방식의 초음파검사장치용 스쿼터가 제공된다. 이에 의하면 와류 내지 그에 의해 생성되는 기포에 의해 영향을 적게 받음으로써 초음파의 전달효율을 높일 수 있는 물분사 방식의 초음파검사장치가 제공된다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치의 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 스쿼터의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 스쿼터의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 스쿼터의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 물분사 방식의 초음파검사장치용 스쿼터의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 내용을 상세하게 설명한다. 도 1 내지 도 6을 동시에 참조하되 필요한 곳에서 특정 도면을 인용하기로 한다.

먼저 본 발명의 이해를 위하여 기본적 구성을 먼저 설명한다.

물분사 방식의 초음파검사장치용 스쿼터(1,1'. 이하에서는 단지 '노즐'이라 한다)은 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 로봇(100,100')의 아암 선단에 고정 설치된다. 노즐(1,1')은 검사를 진행하는 동안 로봇(100,100')에 의해 동일하게 움직이게 된다. 한쪽 노즐(1)에는 초음파(U)의 발신을 위한 센서(101)가 설치되고 반대쪽 노즐(1')에는 검사체(P)를 관통한 초음파(U')의 수신을 위한 센서(102)가 설치된다. 외부에서 공급되는 물(W)은 노즐(1,1')을 통하여 그 전방에 설치되는 검사체(P)의 표면에 분사된다.

도 1 내지 도 2에 도시된 노즐(1,1')은 서로 동일한 구성을 가지므로 이하에서는 한쪽 노즐(1)만을 대표로 설명한다. 노즐(1)은 노즐케이싱(10), 노즐헤드(20), 초음파센서(101) 및 와류방지링(30)을 포함한다.

노즐케이싱(10)은 초음파센서(101)를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간(S)을 제공한다. 노즐케이싱(10)은 원통형 본체(12)와, 로봇에 고정시키기 위하여 일측에 설치되는 플랜지(13)를 포함한다. 물(W)이 유입되는 유입구(11)가 본체(12)의 후방에 측방향으로 마련된다.

초음파센서(101)는 노즐케이싱(10)의 후방에 마련된 센서고정홀(17)을 통해 삽입된 상태로 고정된다. 노즐헤드(20)는 그의 선단부(23)가 노즐케이싱(10)의 후단부(14)에 결합됨으로써 노즐케이싱(10)에 연결된다. 원뿔 형태로 된 노즐헤드(20)는 축압공간(S) 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공(21)을 제공한다.

와류방지링(30)은 노즐케이싱(10) 내부에 설치되고, 와류방지링(30)에는 초음파센서(101)가 끼워지는 센서설치홀(31)이 마련되어 있다. 와류방지링(30)에는 복수 개의 분배유도홀(32)이 원주방향을 따라 일정한 간격으로 타공되어 있다.

유입구(11)를 통해 노즐케이싱(10)에 유입되는 물(W)은 대부분 분배유도홀(32)을 통과한다. 물(W)은 분배유도홀(32)을 통과하는 과정에서 층류화 된 후 분사공(21)을 통해 분출된다.

이하, 본 발명의 특징적 사항을 설명한다.

본 발명에 의하면, 노즐케이싱(10)의 상부에 배기홀(40)이 형성되어 있다. 배기홀(40)은 노즐케이싱(10)의 측벽을 직각으로 관통함으로써 마련된다. 배기홀(40)의 내주벽에는 암나사가 마련될 수 있다. 배기홀(40)은 특히 축압공간(S)과 연통되도록 축압공간(S)에 해당하는 부위의 측벽에 마련된다. 노즐케이싱(10)은 배기홀(40)이 위를 향하도록 설치되어야 한다.

배기홀(40)은 커플러(41)를 매개로 배기호스(42)와 연결된다. 커플러(41)는 배기홀(40)에 나사결합될 수 있다. 배기홀(40)은 노즐케이싱의 상부에 설치되는 바, 노즐케이싱(10) 내부에서 생긴 비중이 낮은 기포는 배기홀(40)을 향해 떠오르게 된다.

배기호스(42)에 약간의 진공압(또는 부압(負壓))이 작용한다면, 축압공간(S)에 생긴 기포(B)는 바로 배기호스로 빠져나갈 수 있게 된다. 배기호스(42)에 진공압이 작용하도록 배기호스에는 흡입펌프(43)가 설치될 수 있다. 흡입펌프(43)는 축압공간(S)으로 유입된 물 중 일부유량을 강제적으로 취출할 수 있다. 취출한 물(W')에는 기포가 포함되어 있을 수 있다.

기포(B)는 간헐적으로 생기는 것이 보통이며, 기포(B)가 생길 때마다 흡입펌프(43)를 작동시켜 기포를 빼내도록 할 수도 있다. 이 경우에는 기포(B)가 발생하는 주기에 맞춰 흡입펌프(43)가 작동되도록 타이머로 제어할 수 있다.

지만, 항상 일정한 유량으로 물을 빼냄으로써 노즐케이싱(10) 내부의 압력을 일정하게 유지하면서 기포가 생기는 것을 방지할 수도 있다. 취출되는 물(W')의 유량은 분사공(21)을 통해 분출되는 물(W")의 유량보다 작아야 함은 당연하다(도 3 참조). 예를 들어 그 유량은 분출되는 물(W") 보다 부피비로 하여 1/5 ~20 이 될 수 있다.

취출되는 물(W')은 저장탱크(44)로 보내져 재사용되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 의하면 흡입펌프(43)는 생략될 수 있다. 즉 물이 지속적으로 배기홀(40)을 통해 조금씩 배출되도록 할 수도 있다.

이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

본 실시예에서는 배기홀에 커플러를 매개로 하여 밸브(45)가 설치되고 있다. 밸브(45)는 밸브스위치(47)를 이용하여 개폐량, 즉 배출 유량을 조절할 수 있는 형식이다. 밸브(45)를 열어놓으면 밸브꼭지(47)에서 물이 배출되며, 이 과정에서 기포가 함께 배출된다. 이 실시예는 기포의 발생주기가 상당히 길고 작업자가 쉽게 접근할 수 있는 경우에 적용할 수 있는 실시예이다. 작업자는 밸브스위치를 수동 으로 개폐하여 기포를 제거할 수 있다. 경우에 따라서 밸브(45)가 기계적으로 개폐되도록 할 수도 있다.

이와 같이 노즐케이싱 내부에 생기는 기포를 빼냄으로써, 또는 기포가 아예 생기지 않도록 함으로써 기포에 의해 초음파측정에 오류가 생기는 것을 방지할 수가 있게 된다.

위에 도시 및 설명된 구성은 본 발명의 기술적 사상에 근거한 바람직한 실시예에 지나지 아니한다. 위에 언급된 수치는 하나의 예시일 뿐이며 본 발명의 권리범위를 제한하는 용도로 사용되어서는 아니 된다.

당업자는 통상의 기술적 상식을 바탕으로 다양한 변경실시를 할 수 있을 것이지만 이는 본 발명의 보호범위에 포함될 수 있음을 주지해야 할 것이다. 위에 개시된 실시예는 다양한 조합이 가능할 것이며, 가능한 모든 조합은 본 발명의 권리범위 내에 있는 것이 된다.

1(1') : 노즐 10 : 노즐케이싱
11 : (노즐케이싱)본체 12 : 유입구
13 : 플랜지 17 : 센서고정홀
20 : 노즐헤드 21 : 분사공
30 : 와류방지링 31 : 센서설치홀
32 : 분배유도홀 40 : 배기홀
41 : 커플러 42 : 배기호스
43 : 흡입펌프 44 : 저장탱크
45 : 밸브 46 : 밸브스위치
100,100' : 로봇
B : 기포
W,W',W" : 물 U : 초음파

Claims (3)

1. 로봇의 아암 선단에 고정되는 것으로서 초음파센서를 설치하는 동시에 외부에서 공급되는 물이 저장되는 축압공간을 제공하는 노즐케이싱;
   상기 노즐케이싱의 선단에 결합되는 것으로서 축압공간 내의 물이 분출되는 게이트인 분사공을 제공하는 노즐헤드; 및
   상기 노즐케이싱의 축압공간에 설치되는 것으로서 상기 초음파센서가 끼워질 수 있도록 원통 형상으로 되어 있으며 원주방향을 따라 복수 개의 분배유도홀이 타공되어 있는 와류방지링을 포함하는 초음파검사장치용 스쿼터에 있어서;
   상기 축압공간과 연통될 수 있도록 상기 노즐케이싱의 측벽에 배기홀이 관통 형성되고; 상기 노즐케이싱은 상기 배기홀이 상부를 향하도록 설치됨으로써 상기 축압공간에서 발생하는 기포가 상기 배기홀을 통해 외부로 빠져나가도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파검사장치용 스쿼터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 배기홀에 고정 설치되는 커플러;
   상기 커플러에 연결되는 배기호스; 및
   상기 배기호스에 연결되는 흡입펌프를 더 포함함으로써 진공압으로써 상기 기포를 강제로 빼낼 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파검사장치용 스쿼터.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 배기홀에 고정 설치되는 커플러;
   상기 커플러에 연결되는 것으로서 밸브스위치로써 개폐 정도를 조절할 수 있는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파검사장치용 스쿼터.

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