레이저 초음파의 표면파를 이용한 표면결함 측정

Detection of a Surface-Breaking Crack Using the Surface Wave of a Laser Ultrasound

  • 발행 : 2006.04.30

초록

레이저 초음파 검사 장치는 레이저빔을 이용하여 초음파 신호를 발생시키고 측정하는 비접촉식 결함 검사 장치이다. 이 장치는 펄스 레이저빔을 이용하여 광대역 주파수 범위를 갖는 초음파 신호를 발생시키고 작은 점으로 집속된 측정용 레이저빔을 이용하여 초음파 신호를 측정하므로 우수한 측정 분해능을 제공한다. 본 논문에서는 레이저 초음파의 표면파를 이용하여 표면 결함의 깊이를 측정하는 기법에 대한 연구를 수행하였다. 표면 결함은 깊이가 깊어질수록 차단 주파수 값이 작아지는 저주파 통과 필터 역할을 한다. 그리고 결함을 통과한 초음파 신호의 중심 주파수 값은 결함의 깊이에 따라 반비례적으로 작아진다. 본 논문에서는 표면 결함의 정규화 된 전달함수를 구한 다음 주파수 감쇠 성분을 이용하여 표면 결함의 깊이 정보를 추출하였고 표면 결함을 통과한 레이저 초음파 신호의 중심 주파수 값을 이용하여 결함의 릴이 정보를 추출하였다. 제안된 표면 결함 깊이 측정 방법은 초음파의 진폭 변화에 의한 결함 깊이 측정법보다 더욱 정밀한 정보를 제공하였다.

A laser ultrasonic inspection system is a non-contact inspection device which generates and measures ultrasounds by using laser beams. A laser ultrasonic inspection system provides a high measurement resolution because the ultrasonic signal generated by a pulse laser beam has a wide-band spectrum and the ultrasonic signal is measured from a small focused spot of a measuring laser beam. In this paper, we have investigated the detection techniques of a surface-breaking crack by using the laser ultrasonic surface waves. A crack acts as a low pass filter whose cut-off frequency is lowered in proportion to the depth of a crack. And, the center frequency value of a spectrum is decreased in proportion to the depth of a crack. In this paper, we extracted the crack information by using the frequency attenuation from the normalized transfer function spectrum of a surface-breaking crack. Also, we effectively measured the crack depth by using the decreasing value of the center frequency from a crack passed ultrasonic signal. The proposed measuring techniques of crack depths provided more precise information than the amplitude measuring technique.

키워드

참고문헌

  1. C. B. Scruby and L. E. Drain, 'Laser ultrasonics: techniques and applications', Adam-Hilger, New York, (1990)
  2. 이승석, 장태성, '레이저 유도 초음파에 대한 이해', 비파괴검사학회지, Vol. 22, No. 1, pp. 74-87, (2002)
  3. Thoshiba Review, 'Laser based maintenance technology for PWR power plants,' p. 20, (2005)
  4. 임충수, 박형국, 전형하, 김달우, '레이저 응용 초음파를 이용한 금속 시편의 결정 입경 측정 연구', 비파괴검사학회 춘계학술대회, pp. 59-63, (2002)
  5. 최상우, 이준현, 조윤호, '배관부 부식 및 결함평가를 위한 레이저 유도 초음파 적용 기술', 비파괴검사학회 춘계학술대회, pp. 46-54, (2004)
  6. 장경영, 김홍준, D. Ceringglia, B. Djordjevic, '레이저 여기 램파를 이용한 항공기 판재 접합부의 비접촉식 초음파 검사', 비파괴검사학회지, Vol. 21, No. 2, pp. 163-168, (2001)
  7. T. Miura, H. Kuroda, M. Ochiai and K. Naruse 'Applications of laser-ultrasonic technique for nuclear power plan,' J. of JSNDI, Vol. 51, No. 4, pp. 194-199, (2002)
  8. S. B. Palmer and S. Dixon, 'Industrially viable non-contact ultrasound,' Insight, Vol. 45. No. 3, pp. 211-217, (2003) https://doi.org/10.1784/insi.45.3.211.53154
  9. S. Kenderian, T. P. Bemdt and R. E. Green, 'Ultrasonic monitoring of dislocations during fatigue of pearlitic rail steel, ' Materials Science and Engineering, A348, pp. 90-99, (2003)
  10. M. G. Silk, 'Research Techniques in non-destructive testing,' Vol. 3, Academic Press, New York, (1977)
  11. I. S. Viktorov, 'Rayleigh and lamb waves,' Plenum Press, New York (1967)
  12. 박승규, 백성훈, 박문철, 임창환, 나성웅, '적응적 에러 보정과 다이나믹 안정기를 이용한 레이저 유도 초음파 검사 시스템 개발', 비파괴검사학회지, Vol. 25, No. 5, pp. 391-399, (2005)