산업설비 구조물의 건전성 확보를 위해 주기적인 비파괴검사가 수행되고 있다. 구조물 내부의 결함을 탐지하는 비파괴검사 방법은 초음파검사와 방사선 투과검사가 있으며, 초음파검사는 방사선투과검사와 비교하여 방사선 장해가 없고 신속한 결과 확인이 가능하므로 대부분 산업현장에서 적용되고 있다. 비파괴검사 결과는 구조물의 건전성 평가를 위한 중요한 정보로 활용되므로 정확한 검사가 요구되고 있다. 최근 산업설비 구조물의 신뢰성 있는 초음파검사를 위해 자동화된 초음파 검사시스템의 적용이 증가 추세에 있으며, 최첨단 전자 검사장비 및 다양한 이미지 처리 기법 등을 적용하여 초음파 검사시스템의 성능 개선 노력이 지속되고 있다.
초음파검사는 구조물 내부의 결함을 탐지하고 크기를 측정하는 문서화된 절차서로 작성 및 운영하고 있으나 다양한 결함의 이미지 분석을 위해 검사자의 숙련된 기량과 많은 경험이 요구되고 있다. 또한, 초음파검사는 검사자의 기량과 검사환경에 따라 검사결과에 영향을 주게 되므로, 결과의 신뢰성 확보가 중요한 문제로 제기되고 있다. 원자력발전소는 초음파검사자의 기량검증(performance demonstration) 제도를 운영하여, 현장 구조물과 동일한 결함시험편으로 검사자의 기량을 확인하여 자격이 부여된 검사자만이 검사를 수행함으로써 초음파검사의 신뢰성 확보를 위해 노력하고 있다.
초음파 검사시스템을 구성하는 초음파 펄서/리시버(pulser/receiver)는 초음파탐촉자에서 취득된 초음파신호를 ...
산업설비 구조물의 건전성 확보를 위해 주기적인 비파괴검사가 수행되고 있다. 구조물 내부의 결함을 탐지하는 비파괴검사 방법은 초음파검사와 방사선 투과검사가 있으며, 초음파검사는 방사선투과검사와 비교하여 방사선 장해가 없고 신속한 결과 확인이 가능하므로 대부분 산업현장에서 적용되고 있다. 비파괴검사 결과는 구조물의 건전성 평가를 위한 중요한 정보로 활용되므로 정확한 검사가 요구되고 있다. 최근 산업설비 구조물의 신뢰성 있는 초음파검사를 위해 자동화된 초음파 검사시스템의 적용이 증가 추세에 있으며, 최첨단 전자 검사장비 및 다양한 이미지 처리 기법 등을 적용하여 초음파 검사시스템의 성능 개선 노력이 지속되고 있다.
초음파검사는 구조물 내부의 결함을 탐지하고 크기를 측정하는 문서화된 절차서로 작성 및 운영하고 있으나 다양한 결함의 이미지 분석을 위해 검사자의 숙련된 기량과 많은 경험이 요구되고 있다. 또한, 초음파검사는 검사자의 기량과 검사환경에 따라 검사결과에 영향을 주게 되므로, 결과의 신뢰성 확보가 중요한 문제로 제기되고 있다. 원자력발전소는 초음파검사자의 기량검증(performance demonstration) 제도를 운영하여, 현장 구조물과 동일한 결함시험편으로 검사자의 기량을 확인하여 자격이 부여된 검사자만이 검사를 수행함으로써 초음파검사의 신뢰성 확보를 위해 노력하고 있다.
초음파 검사시스템을 구성하는 초음파 펄서/리시버(pulser/receiver)는 초음파탐촉자에서 취득된 초음파신호를 AD 변환하여 이산화된 데이터로 저장한다. 하지만, 큰 결함이 발견되면 AD 변환기의 동적범위를 초과하여 초음파신호가 포화되므로 이를 방지하기 위해 펄서/리시버의 게인을 낮추어 재검사를 수행함으로써 검사시간과 비용이 증가하게 된다.
초음파 펄서/리시버의 실시간 게인 제어를 위해 취득된 초음파신호로부터 초음파신호의 예측이 필요하다. 초음파신호의 이미지는 초음파탐촉자의 빔퍼짐(beam spread) 특성으로 인하여 실제 결함 크기보다 크게 나타난다. 이러한 초음파신호의 빔퍼짐 영향을 최소화하기 위해 개구합성집속기법 (synthetic aperture focusing technique)의 이미지 처리가 사용되고 있다. 하지만, 개구합성집속기법을 적용한 이미지는 초음파탐촉자의 크기, 주파수 및 스캔 간격에 따라 이미지의 분해능 차이가 발생된다.
본 논문은 초음파검사 중 취득되는 초음파신호 데이터를 다항식 모델과 AR 모델을 이용하여 초음파신호의 진폭을 예측하였으며, 초음파 펄서/리서버의 실시간 게인 제어에는 AR 모델이 적합한 것으로 분석되었다. AR 모델로 초음파신호를 예측하고, AD 변환기의 동적범위를 초과하지 않도록 실시간으로 게인을 제어하는 최적적응 게인 제어 알고리즘을 제시하였다. 초음파 검사시스템의 AR 모델 예측과 최적적응 게인 제어의 유효성을 확인하기 위해 결함시험편에 대한 초음파검사를 수행하였다. 원자력발전소 배관 용접부의 초음파검사에 사용되는 초음파탐촉자의 사양에 따라 최적의 이미지 분해능을 갖는 개구합성집속기법의 개구 폭을 제시하였으며, 결함시험편의 초음파신호 데이터에 개구합성집속기법을 적용하여 이미지를 구현하였다.
또한, 초음파신호의 이미지 분석에 있어 기량과 경험이 부족한 검사자도 체계적으로 초음파신호의 이미지를 분석할 수 있도록 체계적인 절차를 확립하고, 이를 체크리스트로 개발하였다.
따라서, AR 모델기반 최적적응 게인 제어 알고리즘 및 개구합성집속기법의 최적 개구 폭을 제시하고 이를 구현하였으며, 초음파신호의 이미지 분석을 위한 체크리스트를 개발하여 초음파 검사시스템의 성능을 개선함으로써 원자력발전소와 같은 산업설비 현장에서 초음파검사의 시간을 최대한 단축하고 비용을 절감하며, 정확한 결함 크기 및 위치 정보를 제공함으로써 산업설비 구조물의 건전성 확보에 기여할 것으로 기대된다.
산업설비 구조물의 건전성 확보를 위해 주기적인 비파괴검사가 수행되고 있다. 구조물 내부의 결함을 탐지하는 비파괴검사 방법은 초음파검사와 방사선 투과검사가 있으며, 초음파검사는 방사선투과검사와 비교하여 방사선 장해가 없고 신속한 결과 확인이 가능하므로 대부분 산업현장에서 적용되고 있다. 비파괴검사 결과는 구조물의 건전성 평가를 위한 중요한 정보로 활용되므로 정확한 검사가 요구되고 있다. 최근 산업설비 구조물의 신뢰성 있는 초음파검사를 위해 자동화된 초음파 검사시스템의 적용이 증가 추세에 있으며, 최첨단 전자 검사장비 및 다양한 이미지 처리 기법 등을 적용하여 초음파 검사시스템의 성능 개선 노력이 지속되고 있다.
초음파검사는 구조물 내부의 결함을 탐지하고 크기를 측정하는 문서화된 절차서로 작성 및 운영하고 있으나 다양한 결함의 이미지 분석을 위해 검사자의 숙련된 기량과 많은 경험이 요구되고 있다. 또한, 초음파검사는 검사자의 기량과 검사환경에 따라 검사결과에 영향을 주게 되므로, 결과의 신뢰성 확보가 중요한 문제로 제기되고 있다. 원자력발전소는 초음파검사자의 기량검증(performance demonstration) 제도를 운영하여, 현장 구조물과 동일한 결함시험편으로 검사자의 기량을 확인하여 자격이 부여된 검사자만이 검사를 수행함으로써 초음파검사의 신뢰성 확보를 위해 노력하고 있다.
초음파 검사시스템을 구성하는 초음파 펄서/리시버(pulser/receiver)는 초음파탐촉자에서 취득된 초음파신호를 AD 변환하여 이산화된 데이터로 저장한다. 하지만, 큰 결함이 발견되면 AD 변환기의 동적범위를 초과하여 초음파신호가 포화되므로 이를 방지하기 위해 펄서/리시버의 게인을 낮추어 재검사를 수행함으로써 검사시간과 비용이 증가하게 된다.
초음파 펄서/리시버의 실시간 게인 제어를 위해 취득된 초음파신호로부터 초음파신호의 예측이 필요하다. 초음파신호의 이미지는 초음파탐촉자의 빔퍼짐(beam spread) 특성으로 인하여 실제 결함 크기보다 크게 나타난다. 이러한 초음파신호의 빔퍼짐 영향을 최소화하기 위해 개구합성집속기법 (synthetic aperture focusing technique)의 이미지 처리가 사용되고 있다. 하지만, 개구합성집속기법을 적용한 이미지는 초음파탐촉자의 크기, 주파수 및 스캔 간격에 따라 이미지의 분해능 차이가 발생된다.
본 논문은 초음파검사 중 취득되는 초음파신호 데이터를 다항식 모델과 AR 모델을 이용하여 초음파신호의 진폭을 예측하였으며, 초음파 펄서/리서버의 실시간 게인 제어에는 AR 모델이 적합한 것으로 분석되었다. AR 모델로 초음파신호를 예측하고, AD 변환기의 동적범위를 초과하지 않도록 실시간으로 게인을 제어하는 최적적응 게인 제어 알고리즘을 제시하였다. 초음파 검사시스템의 AR 모델 예측과 최적적응 게인 제어의 유효성을 확인하기 위해 결함시험편에 대한 초음파검사를 수행하였다. 원자력발전소 배관 용접부의 초음파검사에 사용되는 초음파탐촉자의 사양에 따라 최적의 이미지 분해능을 갖는 개구합성집속기법의 개구 폭을 제시하였으며, 결함시험편의 초음파신호 데이터에 개구합성집속기법을 적용하여 이미지를 구현하였다.
또한, 초음파신호의 이미지 분석에 있어 기량과 경험이 부족한 검사자도 체계적으로 초음파신호의 이미지를 분석할 수 있도록 체계적인 절차를 확립하고, 이를 체크리스트로 개발하였다.
따라서, AR 모델기반 최적적응 게인 제어 알고리즘 및 개구합성집속기법의 최적 개구 폭을 제시하고 이를 구현하였으며, 초음파신호의 이미지 분석을 위한 체크리스트를 개발하여 초음파 검사시스템의 성능을 개선함으로써 원자력발전소와 같은 산업설비 현장에서 초음파검사의 시간을 최대한 단축하고 비용을 절감하며, 정확한 결함 크기 및 위치 정보를 제공함으로써 산업설비 구조물의 건전성 확보에 기여할 것으로 기대된다.
주제어
#Gain Control
#Sythetic Aperture Focusing Technique
학위논문 정보
저자
최성남
학위수여기관
전남대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
기계공학과
지도교수
황원걸
발행연도
2013
총페이지
xi, 145 p.
키워드
Gain Control,
Sythetic Aperture Focusing Technique
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