제 4장 기본탐상법

 
4-3-2     빔의 진행시간 이용법
초음파탐상장비의 분해능이 개선됨에 따라 초음파빔의 진행시간을 이용한 결함의 길이측정방법이 이용되고 있는데, 측정오차가 비교적 적기 때문에 점차 많이 적용되고 있는 실정이다.
(1) 사각탐상에서의 이용법
그림1에 나타난 바와같이 결함의 끝부분에서 반사하는 최대높이의 에코우가 얻어졌을 때 빔의 진행거리(진행시간)를 이용하여 결함의 길이를 측정한다.

그림1 사각탐상시 빔의 진행시간을 이용한 결함길이 측정법 
그림1에서 (a)는 ½ Skip 이내에서 결함을 검출한 경우이고 (b)는 ½~1Skip에서 결함을 검출한 경우이다.
우선 ½ Skip이내에서 결함길이를 측정할때에는(그림 a참조) 굴절각θ인 탐촉자를 결함에 근접시켰을 때, CRT화면의 시간축상에서 가장 짧은 거리에서 나타나는 결함반사파가 최대에코우 높이를 나타낼 때 시간축의 눈금을 읽어 결함의 상단부까지의 진행거리인 W1으로 한다. 같은 방법으로 탐촉자를 결함으로부터 가장멀리하였을 때 나타나는 결함의 하단부 반사파의 진행거리를 W2이라 한다.
이는  D1 = W1 cosθ 
D2 = W2 cosθ가 된다.  따라서 결함길이 L은
L = D2 - D1 = W2 cosθ - W1 cosθ = (W2-W1)cosθ    ...... 
또한 ½~1 Skip에서 탐상하였을 때(그림 b참조)는 같은 방법으로
D1 = 2T - W2'cosθ
D2 = 2T - W1'cosθ가 된다.
따라서 결함길이 L은 
L = D2 - D1 = 2T - W1'cosθ - (2T - W2'cosθ) = (W2' - W1')cosθ ... 
(2) 수직탐상에서의 이용법
수직탐상에서는 사각탐상에서와는 달리 초음파의 산란을 이용하여 측정한다.
시험체내에 존재하는 결함에 대해 그림2와 같이 초음파를 평행하게 입사시키면 결함의 위쪽끝과 아래쪽끝에서 산란반사파를 CRT 화면상에 나타나도록 하여 시간축상에서 직접 읽어지는 거리차이가 결함길이가 된다.


그림2 수직탐상시 빔의 진행시간을 이용한 결함길이 측정법

수직탐상에서는 광대역 주파수특성을 갖는 탐촉자를 사용하는 것이 보다 정확한 탐상결과를 얻을수 있다.
(3) TOFD법(Time of Flight Diffraction)
그림3과 같이 송수신탐촉자를 분리하여 결함의 양쪽끝단과 저면에서 반사하는 에코우를 동시에 CRT 화면상에 나타나도록하여 시간축상에 나타나는 음파의 진행시간의 차이를 이용하여 결함의 크기를 측정하는 방법이다. 


그림3 TOFD법의 예                    그림 4 TOFD법을 이용한 결함길이 측정

즉 산란파를 이용하는 방법으로서 산란파의 절대적인 진행 시간차이 뿐만아니라 저면반사파의 상대적인 시간차이를 이용하여 결함크기를 측정하므로 측정오차가 매우 적게되어 최신 검사장비 및 검사방법에는 많이 적용되고 있다.
그림 4는 결함이 존재하는 시험체에 그림3 과 같이 탐촉자를 배치하였을때 CRT 화면상에 나타나는 반사파를 나타내고 있다.
그림 4에서 반사파 A는 탐촉자 사이의 측면파가 나타난 것이고 반사파 B는 그림 3에서의 결함 상단부에서 산란된 반사파이고 반사파 C는 결함 하단부에서 산란된 반사파를 나타내고 있으며 반사파 D는 저면에서 반사된 반사파를 나타내고 있다.
이와같이 측정된 초음파 빔의 진행시간을 그림5에 나타난 바와같이 기하학적으로 계산하여 결함의 길이를 구할수 있다.
그림5에서 다음을 알 수 있다.
                    

         
따라서 이때의 빔 진행거리(L+M)은 속도와 시간의 곱으로 나타나므로