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KR100574136B1 - 초음파 탐상 방법 및 장치 - Google Patents

초음파 탐상 방법 및 장치 Download PDF

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KR100574136B1
KR100574136B1 KR1020007012100A KR20007012100A KR100574136B1 KR 100574136 B1 KR100574136 B1 KR 100574136B1 KR 1020007012100 A KR1020007012100 A KR 1020007012100A KR 20007012100 A KR20007012100 A KR 20007012100A KR 100574136 B1 KR100574136 B1 KR 100574136B1
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에서는 피 검사판 내부의 비금속 개재물 등의 내부 결함의 검출을 실행하기에 바람직한 라인 포커스형 초음파 탐상 방법과 장치를 제공한다. 그 구체적 발명의 구성은 피 검사판을 사이에 두고 대향 배치한 라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자의 대향하는 거리(L)를 반사 에코 높이가 극대값으로 되는 Lp의 근방값으로 한다. 또한 Lp는 다음식으로 나타낼 수 있다.
Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t
단,
FT : 상기 라인 포커스형 초음파 송신자의 매질중에서의 초점 거리(㎜)
FR : 상기 라인 포커스형 초음파 수신자의 매질중에서의 초점 거리(㎜)
CS : 피 검사판중에서의 초음파의 속도(m/sec)
CW : 매질중에서의 초음파의 속도(m/sec)
t : 피 검사판의 판두께(㎜)

Description

초음파 탐상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ULTRASONIC FLAW DETECTION}
본 발명은 초음파 탐상(探傷) 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 강판을 비롯한 압연 금속판의 내부의 비금속 개재물 등의 내부 결함의 검출에 이용하기에 바람직하다. 또한, 본 발명에서는 한번에 일정 폭의 선형상 영역의 탐상이 가능하다.
압연 금속판 내의 직경 50㎛ 정도의 미세 개재물 등의 내부 결함은 프레스 성형 또는 드로잉 가공 등에 있어서 균열의 원인이 된다. 따라서, 압연 금속판의 내부 결함 검사에는 미세한 내부 결함을 검출하는 것이 요구되고 있다.
보통, 압연 금속판의 내부 결함의 검출에는 초음파 탐상법이 가장 널리 적용되고 있다. 이 방법은 압연 금속판 내부에 초음파를 전파시켜, 내부 결함에 의한 초음파 전파의 교란을 검출하는 것이다. 이 방법의 응용예로서, 압연 금속판 전체를 압연 금속판의 반송 라인상에서 탐상하는 방법이 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 공보 제 1995-253414 호에는 다음의 초음파 탐상 방법 및 장치가 제안되어 있다. 즉, 매질중에서 피 검사판(압연 금속판)을 사이에 두고 라인 포커스형(line-focused) 초음파 송신 프로브와 1차원 어레이형 초음파 프로브를 대향 배치한다. 띠형상 초음파 빔은 송신 프로브로부터 피 검사판을 향해서 대략 수직으로 송신되고, 피 검사판에 입사된 초음파에 의해서 발생된 내부 결함으로부터의 반사파는 1차원 어레이형 초음파 프로브에 의해 수신된다. 수신되어 전기 신호로 변환된 초음파 신호를 증폭하고, 반사파만을 추출한 후에 소정의 진폭에 도달한 반사파의 유무를 검출한다.
그러나, 상기한 초음파 탐상 방법 및 장치에서 유효한 탐상을 실행하기 위해서는, 라인 포커스형 초음파 송신 프로브와 1차원 어레이형 초음파 프로브 사이의 거리[Ls(㎜)]는 다음식을 만족시켜야 했다. 여기서는 라인 포커스형 초음파 송신 프로브의 매질에서의 초점 거리를 F(㎜), 피 검사판의 판 두께를 t(㎜)로 하였다.
Ls≤F-{(CS/CW)-1}t+5.5
[단, CS : 피 검사판중에서의 초음파의 속도(m/sec), CW : 매질에서의 초음파의 속도(m/sec)]
따라서, 판 두께 4.5㎜의 강판을 탐상하는 경우에 있어서, 라인 포커스형 초음파 송신 프로브의 매질에서의 초점 거리를 F=38㎜로 했을 때, 프로브간 거리(Ls)를 31㎜ 이하로 하여야 한다.
그러나, 온 라인으로 통판(通板)되는 피 검사판은 그 이부(耳部)나 복부가 웨이브 형상(wavy shape)으로 되어 있는 경우가 있다. 그와 같은 웨이브 형상 피 검사판이 프로브간 거리 31㎜ 이하의 프로브 사이로 통판되면, 웨이브 형상 피 검사판이 자주 프로브 케이스에 접촉하여 피 검사판에 손상을 입힌다. 또한, 프로브도 그 접촉에 의한 충격에 의해 수명이 짧아지게 되고, 최악의 경우에는 프로브가 파손된다.
본 발명은 웨이브 형상 피 검사판이 접촉하지 않고서 통판될 수 있는 프로브간 거리를 갖고, 또한 미세 개재물 등의 내부 결함을 확실히 탐상할 수 있는 초음파 탐상 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 요약
본 발명자들은 종래의 초음파 탐상 방법에 대하여 예의 연구한 결과, 라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자의 거리가 반사 에코 높이, 또한 반사 에코 높이가 라인 포커스형 초음파 송신자 및 라인 포커스형 초음파 수신자의 라인 포커스 송신 빔 및 라인 포커스 수신 빔의 매질중의 초점 거리 등에 근거하여 결정된다는 새로운 지견에 의해서 본 발명을 이루는 것에 도달한 것이다. 즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.
(1) 라인 포커스형 초음파 송신자로부터 초음파 빔을 매질을 개재시켜 피 검사판을 향해서 대략 수직으로 송신하고, 입사 초음파에 의해서 발생된 내부 결함으로부터의 반사파를 매질을 개재시켜 라인 포커스형 초음파 수신자에 의해 수신하며, 수신되어 전기 신호로 변환된 초음파 신호를 증폭하여, 반사파 성분에 의한 신호만을 추출한 후에, 소정의 진폭에 도달한 신호의 유무에 의해 내부 결함의 유무를 검출하는 초음파 탐상 방법에 있어서, 상기 송신자와 상기 수신자 사이에 피 검사판을 끼워서 대향 배치시키고, 상기 송신자와 상기 수신자간의 거리(L)가 반사 에코 높이[f(L)]가 극대로 되는 최소값(Lp)의 근방값인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
(2) 상기 (1)에 있어서, Lp가 라인 포커스형 초음파 송신자의 매질중에서의 초점 거리(FT), 라인 포커스형 초음파 수신자의 매질중에서의 초점 거리(FR), 피 검사판중에서의 초음파의 속도(CS), 매질중에서의 초음파의 속도(CW) 및 피 검사판의 판두께(t)로 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
(3) 상기 (2)에 있어서, Lp1, Lp2(Lp1〈 Lp2)는 f(L)이 f(Lp)-3dB를 부여하는 L의 값으로 하여 L이 Lp1 이상, Lp2 이하인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
(4) 상기 (2)에 있어서, 매질이 액체이고, Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
(5) 상기 (3)에 있어서, 매질이 액체이고, Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
(6) 상기 (5)에 있어서, Lp1=0.68(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t, Lp2=0.81(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 방법.
(7) 초음파 빔을 매질을 개재시켜 피 검사판을 향해서 대략 수직으로 송신하는 라인 포커스형 초음파 송신자와, 입사 초음파에 의해서 발생된 내부 결함으로부터의 반사파를 매질을 개재시켜 수신하는 라인 포커스형 초음파 수신자와, 상기 라인 포커스형 초음파 수신자에 의해 수신되어 전기 신호로 변환된 초음파 신호를 증폭하는 수신 증폭기와, 상기 수신 증폭기에 의해 증폭된 반사파 성분에 의한 신호만을 추출하는 게이트 수단과, 소정의 진폭에 도달한 상기 반사파 성분 신호의 유무를 검출하는 비교기로 구성되는 초음파 탐상 장치에 있어서, 상기 송신자와 상기 수신자 사이에 피 검사판을 끼워서 대향 배치시키고, 상기 송신자와 상기 수신자간의 거리(L)가 반사 에코 높이[f(L)]가 극대로 되는 최소값(Lp)의 근방값인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
(8) 상기 (7)에 있어서, Lp가 라인 포커스형 초음파 송신자의 매질중에서의 초점 거리(FT), 라인 포커스형 초음파 수신자의 매질중에서의 초점 거리(FR), 피 검사판중에서의 초음파의 속도(CS), 매질중에서의 초음파의 속도(CW) 및 피 검사판의 판두께(t)로 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
(9) 상기 (8)에 있어서, Lp1, Lp2(Lp1〈 Lp2)는 f(L)이 f(Lp)-3dB를 부여하는 L의 값으로 하여 Lp1 이상, Lp2 이하인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
(10) 상기 (8)에 있어서, 매질이 액체이고, Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
(11) 상기 (9)에 있어서, 매질이 액체이고, Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
(12) 상기 (11)에 있어서, Lp1=0.68(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t, Lp2=0.81(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
(13) 상기 (7) 내지 (12) 중 어느 하나에 있어서, 라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자가 각각 선형 어레이 프로브인 것을 특징으로 하는 초음파 탐상 장치.
도 1은 본 발명에 있어서의 피 검사판의 압연 방향과 빔의 라인 방향의 관계를 나타내는 기본적인 개념도,
도 2는 라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자 사이에 피 검사판을 끼워서 대향 배치시킨 모양을 나타내는 모식도,
도 3은 대향하는 프로브간의 거리와 내부 결함의 반사 에코 높이의 관계를 나타내는 실험 결과의 그래프,
도 4는 대향하는 프로브의 매질중에서의 초점 거리의 합과 결함 에코 높이의 극대값의 관계를 나타내는 실험 결과의 그래프,
도 5는 본 발명의 초음파 탐상 장치의 구성을 나타내는 개념도,
도 6은 프로브쌍 사이의 거리 설정 수단의 예를 나타내는 모식도,
도 7은 라인 포커스형 초음파 송신자의 구성을 나타내는 모식도,
도 8은 라인 포커스형 초음파 수신자의 구성을 나타내는 모식도.
이하에 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1에 본 발명의 기본 구성을 도시하였다. 압연 금속판인 피 검사판(10)을 사이에 두고 라인 포커스형 초음파 송신자(20)와 라인 포커스형 초음파 수신자(30)가 대향 배치된다. 이들의 라인 포커스형 초음파 송신자(20) 및 라인 포커스형 초음파 수신자(30)와 피 검사판(10) 사이에는, 초음파 전파 매질, 예컨대 물이 개재된다. 라인 포커스형 초음파 송신자(20) 및 라인 포커스형 초음파 수신자(30)로서는, 라인 포커스형의 단소자 프로브 또는 라인 포커스형의 선형(1차원) 어레이 프로브를 이용할 수 있다. 도 2에 라인 포커스형 초음파 송신자(20) 및 라인 포커스형 초음파 수신자(30)와 피 검사판(10) 사이의 위치 관계를 나타낸다. 라인 포커스 초음파 송신자(20)로부터 송신되는 라인 포커스 초음파 빔(21)의 매질에서의 초점 거리를 FT(㎜)로 한다. 라인 포커스형 초음파 수신자(30)에 의해서 형성되는 라인 포커스 수신 빔(31)의 수중에서의 초점 거리를 FR(㎜)로 한다. 이 때, 라인 포커스형 초음파 송신자(20)와 라인 포커스형 초음파 수신자(30) 사이의 거리[L(㎜)]가 수학식 1을 만족하도록 설정한다. 이것이 본 발명의 특징이다.
[수학식 1]
0.68(FT+FR)≤L+{(CS/CW)-1}t≤0.81(FT+FR)
단, CS : 압연 금속판중에서의 초음파의 속도(m/sec),
CW : 매질에서의 초음파의 속도(m/sec),
t : 압연 금속판의 판두께(㎜)
일본 특허 공개 공보 제 1995-253414 호에서는, 실험 결과에 근거하여, 초음파 송신자와 초음파 수신자 사이의 거리[Ls(㎜)]를, 초음파 송신자로부터 송신되는 라인 포커스 빔의 매질에서의 초점 거리를 F(㎜)로 했을 때, 수학식 2로 되도록 설정하였다. 이것은 F=38㎜의 라인 포커스 빔을 송신할 수 있는 초음파 송신자를 이용하여, 매질을 물로 하여 Ls를 약 10㎜에서 35㎜까지 변화시키고, 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이를 측정한 실험 결과에 근거한다.
[수학식 2]
Ls≤F-{(CS/CW)-1}t+5.5
수학식 2의 조건으로 초음파 송신자 및 초음파 수신자와 피 검사판과의 접촉 사고는 전술한 바와 같이 피하기 어려웠다.
그래서, 본 발명자들은 피 검사판의 접촉 사고 방지를 위해, 초음파 송신자와 초음파 수신자 사이의 거리를 더욱 확대하는 방법 및 장치를 예의 검토하였다. 그 결과, 본 발명에 따르면 초음파 송신자와 초음파 수신자 사이의 거리를 확대할 수 있고, 또한 내부 결함으로부터의 반사 에코를 양호하게 수신할 수 있는 것이 명백해 졌다.
발명에 도달한 실험을 나타낸다.
수중 초점 거리(FT)가 38㎜인 라인 포커스형 초음파 송신자와 수중 초점 거리(FR)가 38㎜인 라인 포커스형 초음파 수신자로 이루어지는 장치에서, 매질을 물로 하여 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이와, 라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자 사이의 거리(L)의 관계를 조사하였다. 또한, 폭 50㎛, 길이 100㎛의 내부 결함이 있는 판두께 4.5㎜의 강판을 피 검사판으로 하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.
내부 결함으로부터의 반사 에코 높이[f(L)]는, L≤35㎜까지는 L의 증대에 따라 저하되었다. 그러나, L>35㎜에서 f(L)은 갑자기 증대되어, L이 약 43㎜에서 극대로 되고, 그 후 다시 저하되었다. 극대값 근방에서는 충분한 f(L)가 확보된다.
또한, 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이가 극대로 되는 라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자와의 거리(Lp)는 수학식 3으로 나타난다.
[수학식 3]
Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t
여기서,
FT : 라인 포커스형 초음파 송신자가 송신하는 라인 포커스 빔의 매질에서의 초점 거리(㎜),
FR : 라인 포커스형 초음파 수신자가 형성하는 수신 라인 포커스 빔의 매질에서의 초점 거리(㎜),
CS : 피 검사판중에서의 초음파의 속도(m/sec),
CW : 매질에서의 초음파의 속도(m/sec),
t : 피 검사판의 판두께(㎜)
이 관계는 다음 실험으로부터 판명되었다. 매질에서의 초점 거리(FT 및 FR)가 각각 38㎜, 57㎜, 76㎜인 3종류의 라인 포커스형 초음파 송신자 및 라인 포커스형 초음파 수신자를 준비했다. 매질을 물로 하여 표 1에 나타내는 조건으로 상기한 실험과 마찬가지의 실험을 하여, 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이가 극대로 되는 거리(Lp)를 구했다. 이 결과를 도 4에 나타낸다. 가로축은 라인 포커스형 초음파 송신자의 초점 거리(FT)와 라인 포커스형 초음파 수신자의 초점 거리(FR)의 합(FT+FR)이다. (FT+FR)과, 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이가 극대로 되는 거리의 최소값(Lp)에는 직선적인 상관 관계가 있고, 그 기울기는 0.75로 되어 있다. 따라서, 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이가 극대로 되는 거리의 최소값(Lp)은 수학식 4로 나타난다.
[수학식 4]
Lp=0.75(FT+FR)+α (단, α는 정수)
다음에, 정수 α의 값에 대하여 검토하였다.
도 4로부터 α의 값을 구하면 약 -13.4(㎜)로 된다. 송신 라인 포커스 빔 및 수신 라인 포커스 빔의 중간에 피 검사판이 위치하면, 빔의 굴절에 의해서 초점 거리(FT 및 FR)가 외관상 단축될 것이라고 예상된다. 이 효과는 α의 값을 수학식 5로 함으로써 표현할 수 있다.
[수학식 5]
α=-{(CS/CW)-1}t
강판에서는 CS=5950m/sec, 상온의 수중에서는 CW=1500m/sec이고, 이번 실험에 이용한 강판의 판두께는 4.5㎜이다. 이들의 값에 의해 수학식 5의 우변을 계산하면, -13.35(㎜)로 되어, 실험의 결과와 일치했다.
따라서, 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이가 극대로 되는 거리의 최소값(Lp)은 수학식 3으로서 정리된다.
실용상, 반사 에코 높이가 -3dB 이내의 범위이면, 문제가 되는 결함의 검출이 가능하다. 이것을 바탕으로 거리(L)의 허용값을 구한다. 반사 에코 높이가 -3dB 이내로 되는 거리(L)의 범위는 도 3으로부터 38 내지 48㎜로 된다.
상기한 바와 같이, 내부 결함으로부터의 반사 에코 높이와 거리(L)의 관계는 라인 포커스형 초음파 송신자가 송신하는 라인 포커스 빔의 매질에서의 초점 거리(FT) 및 라인 포커스형 초음파 수신자가 형성하는 수신 라인 포커스 빔의 매질에서의 초점 거리(FR)와 관계한다. 따라서, 거리(L)의 허용 범위도, 라인 포커스형 초음파 송신자의 초점 거리(FT)와 라인 포커스형 초음파 수신자의 초점 거리(FR)의 합(FT+FR)에 계수를 승산하여 나타낼 수 있다.
L의 허용 범위의 하한값을 Lp1, 상한값을 Lp2로 나타낸다. Lp1=38㎜로 하면, (FT+FR)의 계수는 0.68로 산출되고, 또한, Lp2=48㎜로 함으로써, (FT+FR)의 계수는 0.81로 산출된다. 따라서, Lp1, Lp2는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
Lp1=0.68(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t
Lp2=0.81(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t
따라서, 거리(L)의 허용값은,
0.68(FT+FR)≤L+{(CS/CW)-1}t≤0.81(FT+FR)
로 나타낼 수 있다.
이하에 본 발명의 실시예에 대하여 도 5를 이용하여 상세히 설명한다. 피 검사판인 강판[피 검사판(10), 이하에서 강판(10)이라고 칭함]을 사이에 두고 라인 포커스형 초음파 송신자(20)와 라인 포커스형 초음파 수신자(30)가 대향 배치된다. 이들의 라인 포커스형 초음파 송신자(20) 및 라인 포커스형 초음파 수신자(30)와 강판(10) 사이의 초음파 전파 매질로서는 물을 이용하고 있다. 라인 포커스형 초음파 송신자(20)와 라인 포커스형 초음파 수신자(30) 사이의 거리(L)를 아래의 수학식 1을 만족하도록 설정하였다.
수학식 1
0.68(FT+FR)≤L+{(CS/CW)-1}t≤0.81(FT+FR)
라인 포커스형 초음파 송신자(20) 및 라인 포커스형 초음파 수신자(30)는 모두 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브이다. 이하, 라인 포커스형 초음파 송신자(20) 및 라인 포커스형 초음파 수신자(30)를 합쳐 프로브쌍(40)이라고 칭한다. 또한, 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 송신자(20)의 소자수를 NT(여기서는 10), 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 수신자(30)의 소자수를 NR(여기서는 10)로 한다.
프로브쌍(40)은 강판(10)의 전면 연속 탐상을 위해, 강판(10)의 폭 방향으로 간극없이 필요수가 나란히 배치되어 있다. 라인 포커스형 초음파 송신자(20)에는 소자수(NT)와 동수의 전기 펄스 송신기(511 내지 51NT)가 소자마다 접속되어 있다. 전기 펄스 송신기(511 내지 51NT)에는 1개 내지 복수개(도 5에서는 1개)의 동기 신호 발생기(50)가 접속되어 있다. 동기 신호 발생기(50)는 전기 펄스 송신기(511 내지 51NT)가 전기 펄스를 전체 동시 또는 복수개 동시에(도 5에서는 전체 동시에) 송신하기 위한 클럭 펄스를 출력한다. 동기 신호 발생기(50)로부터의 클럭 펄스를 수신하여, 전기 펄스 송신기(511 내지 51NT)로부터 전기 펄스가 전체 동시 또는 복수개 동시에(도 5에서는 전체 동시에) 송신된다. 전기 펄스가 라인 포커스형 초음파 송신자(20)의 각 소자에 인가됨으로써, 라인 포커스형 초음파 송신자(20)의 각 소자로부터 라인 포커스 송신 빔(211 내지 21NT)이 송신된다(도 5에서는 전체 소자 동시에 송신됨). 송신된 라인 포커스 송신 빔(211 내지 21NT)은 수중을 전파하여 강판(10)의 표면에 도달하면, 강판(10)의 내부에 입사되어, 대략 판두께 방향으로 전파된다. 라인 포커스 송신 빔(211 내지 21NT)은 그 전파 노정에 내부 결함이 존재하면, 이것에 의해서 반사된다. 그 반사파는 그 밖에 강판(10)의 표면 또는 이면에서 한 번 반사되어, 강판(10)을 빠져나가 수중을 전파하고, 라인 포커스형 초음파 수신자(30)에 의해 형성되어 있는 라인 포커스 수신 빔(311 내지 31NR)에 의해 포착되며, 이에 의해 라인 포커스형 초음파 수신자(30)에 수신된다. 내부 결함의 강판(10)의 폭 방향의 존재 위치에 의해 해당 반사파가 라인 포커스형 초음파 수신자(30)의 어떤 소자에 수신될지가 결정된다. 라인 포커스형 초음파 수신자(30)에 수신된 반사파는 전기 신호로 변환되어 수신 증폭기(521 내지 52NR)에 의해서 증폭된다. 증폭 신호로부터 게이트 수단(531 내지 53NR)에 의해 내부 결함으로부터의 반사파 성분만이 추출되어, 비교기(comparator)(541 내지 54NR)에 보내어진다. 비교기(541 내지 54NR)는 진폭이 소정 레벨 이상의 신호가 입력되면, 전기 펄스를 출력한다. 이것이 내부 결함의 검출 신호로 된다.
본 발명에 적용되는 거리 설정 수단은 종래 공지의 기술을 이용하여 구성할 수 있지만, 그 일례를 도 6에 도시한다. 도 6은 라인 포커스 초음파 수신자(30)의 위치를 고정하고, 라인 포커스 초음파 송신자(20)의 위치를 변경하여, 거리(L)를 상기의 범위로 조정하는 예를 나타내고 있다. 모터(87)로부터의 동력을 기어 박스(86)내의 기어(도시하지 않음)에 의해 변속하여 볼 나사(84)를 회전시킴으로써, 라인 포커스 초음파 송신자(20)를 장착한 상부 아암(81)을 상하로 구동시킨다. 도면이 번잡화되기 때문에, 라인 포커스 초음파 송신자(20) 및 라인 포커스 초음파 수신자(30)를 각 1개만 도시하지만, 필요수만큼 강판(10)의 폭 방향으로 간극없이 나란히 배치된다. 하부 아암(82), 샤프트(83), 베이스 판(85)은 고정 장착되어 있고, 상부 아암은 샤프트(83)에 대하여 슬라이드 가능하게 되어 있다.
이밖에도, 하부 아암의 위치를 변경하는 구성, 상하 아암의 양쪽 위치를 조정하는 구성 등을 채용할 수 있지만, 모두 종래 공지의 수단을 이용하여 구성할 수 있다. 또한, 상부 아암(81) 및 하부 아암(82)의 또 다른 한쪽 측면[샤프트(83)의 반대측]에도 샤프트와 같은 안내 수단을 설치하여도 무방하다.
도 7은 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 송신자(20)의 구성을 나타내고 있다. NT개의 초음파 진동 소자(901 내지 90NT)는 폭 방향으로 밀접하게 나란히 구성되고, 또한 각각의 소자의 표면이 원통형상의 오목면으로 되어 있다. 따라서, 선형상으로 수렴하는 라인 포커스 송신 빔이 송신된다. 각각의 소자로부터 라인 포커스 송신 빔(211 내지 21NT)이 송신되지만(도시하지 않음), 전체적으로 라인 포커스 송신 빔(21)이 형성된다. 또한, 초음파 진동 소자(901 내지 90NT)의 폭(소자 배열 방향의 폭)은 일본 특허 공개 공보 제 1995-253414 호에 개시되어 있는 바와 같이 2.0 내지 15㎜로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하여, 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 송신자(20)를 구성할 수 있다.
도 8은 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 수신자(30)의 구성을 나타내고 있다. 이 구성은 상기한 라인 포커스형 초음파 송신자(20)와 마찬가지기 때문에 상세한 설명을 생략한다. 또한, 초음파 진동 소자(911 내지 91NR)의 폭(소자 배열 방향의 폭)은 일본 특허 공개 공보 제 1995-253414 호에 개시되어 있는 바와 같이 1.0㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 하여, 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 수신자(30)를 구성할 수 있다.
본 발명의 초음파 탐상 장치를 이용하여, 판두께 2.0㎜, 판폭 1000㎜인 강판의 탐상을 실행하였다.
라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 송신자(20)의 소자수를 10, 각각의 소자로부터 송신되는 라인 포커스 송신 빔의 폭을 6㎜로 하였다. 또한, 라인 포커스형 선형(1차원) 어레이 프로브인 라인 포커스형 초음파 수신자(30)의 소자수를 10, 각각의 소자에 의해 형성되는 라인 포커스 수신 빔의 폭(W)을 6㎜로 하였다. 한개 프로브쌍(40)에 의해 60㎜ 길이의 선형상 영역의 탐상을 할 수 있다. 즉, 판폭 1000㎜의 강판을 불과 17개의 프로브쌍(40) 으로 전폭을 탐상 할 수 있다.
또한, 프로브쌍 사이의 거리를 51㎜로 설정할 수 있고, 일본 특허 공개 공보 제 1995-253414 호에 의한 설정 거리 37.5㎜보다도 13.5㎜ 크게 할 수 있었다.
본 발명에 관한 방법 및 장치를 온라인에 적용하여 1개월간 연속적으로 모니터하였지만, 웨이브 형상 강판의 프로브쌍(40)에의 접촉은 전혀 발견되지 않았다. 참고를 위해, 일본 특허 공개 공보 제 1995-253414 호에 의한 설정 거리 37.5㎜로 하여 모니터한 결과, 1개월에 수회의 접촉이 확인되었다.
본 발명에 따르면, 라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자 사이의 거리를 종래에 비해 길게 할 수 있다. 따라서, 웨이브 형상 피 검사판이 온라인 통판되더라도 웨이브 형상 피 검사판은 상기 송신자 및 상기 수신자에 접촉하지 않고, 그 피 검사판에도 손상을 입히지 않고, 프로브쌍의 수명을 연장할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 유지보수 필요없이(maintenance free), 상당히 미세한 강판의 내부 결함을 확실히 연속 탐상할 수 있다.
No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6
FT 38 38 38 57 57 76
FR 38 57 76 57 76 76
FT+FR 76 95 114 114 133 152
(단위:㎜)

Claims (13)

  1. 라인 포커스형 초음파 송신자로부터 초음파 빔을 매질을 개재시켜 피 검사판을 향해서 송신하고, 입사 초음파에 의해서 발생된 내부 결함으로부터의 반사파를 매질을 개재시켜 라인 포커스형 초음파 수신자에 의해 수신하며, 수신되어 전기 신호로 변환된 초음파 신호를 증폭하여, 반사파 성분에 의한 신호만을 추출한 후에, 소정의 진폭에 도달한 신호의 유무에 의해 내부 결함의 유무를 검출하는 초음파 탐상 방법에 있어서,
    상기 송신자와 상기 수신자 사이에 피 검사판을 끼워서 대향 배치시키고, 상기 송신자와 상기 수신자간의 거리를 L이라고 하고, 반사 에코 높이[f(L)]가 극대로 되는 L값중 최소값을 Lp라고 하면, Lp1 및 Lp2(Lp1 < Lp2)가 f(L) = f(Lp)-3dB를 만족하는 L의 값으로 하여, L을 Lp1 이상, Lp2 이하로 하는 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Lp가 라인 포커스형 초음파 송신자의 매질중에서의 초점 거리(FT), 라인 포커스형 초음파 수신자의 매질중에서의 초점 거리(FR), 피 검사판중에서의 초음파의 속도(CS), 매질중에서의 초음파의 속도(CW) 및 피 검사판의 판두께(t)로 결정되는 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 방법.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    매질이 액체이고, Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    Lp1=0.68(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t, Lp2=0.81(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 방법.
  7. 초음파 빔을 매질을 개재시켜 피 검사판을 향해서 송신하는 라인 포커스형 초음파 송신자와, 입사 초음파에 의해서 발생된 내부 결함으로부터의 반사파를 매질을 개재시켜 수신하는 라인 포커스형 초음파 수신자와, 상기 라인 포커스형 초음파 수신자에 의해 수신되어 전기 신호로 변환된 초음파 신호를 증폭하는 수신 증폭기와, 상기 수신 증폭기에 의해 증폭된 반사파 성분에 의한 신호만을 추출하는 게이트 수단과, 소정의 진폭에 도달한 상기 반사파 성분 신호의 유무를 검출하는 비교기로 구성되는 초음파 탐상 장치에 있어서,
    상기 송신자와 상기 수신자 사이에 피 검사판을 끼워서 대향 배치시키고, 상기 송신자와 상기 수신자간의 거리를 L이라고 하고, 반사 에코 높이[f(L)]가 극대로 되는 L값중 최소값을 Lp라고 하면, Lp1 및 Lp2(Lp1 < Lp2)가 f(L) = f(Lp)-3dB를 만족하는 L의 값으로 하여, L을 Lp1 이상, Lp2 이하로 하는 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    Lp가 라인 포커스형 초음파 송신자의 매질중에서의 초점 거리(FT), 라인 포커스형 초음파 수신자의 매질중에서의 초점 거리(FR), 피 검사판중에서의 초음파의 속도(CS), 매질중에서의 초음파의 속도(CW) 및 피 검사판의 판두께(t)로 결정되는 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 장치.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    매질이 액체이고, Lp=0.75(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 장치.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    Lp1=0.68(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t, Lp2=0.81(FT+FR)-{(CS/CW)-1}t인 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 장치.
  13. 제 7 항, 제 8 항, 제 10 항 및 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    라인 포커스형 초음파 송신자와 라인 포커스형 초음파 수신자가 각각 선형 어레이 프로브인 것을 특징으로 하는
    초음파 탐상 장치.
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