KR102814087B1 - Low power laser scanning system and thereof method - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 보강간섭을 이용한 가진 최적점 산출과 저전력 레이저 스캐닝을 구현하여 검사 측정 대상물에 가해지는 에너지를 감소시켜 검사 측정 대상물의 손상을 최소화할 수 있는 저전력 레이저 스캐닝 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템은 초음파를 이용하여 측정 대상물을 비접촉으로 가진시키는 가진부, 측정 대상물과 가진부 사이에 구비되어 가진부로부터 측정 대상물에 입사되는 광을 미리 설정된 방향으로 분산 회절하는 회절광학부, 측정 대상물의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정하는 측정부, 측정 대상물로부터 전달되는 음압을 검출하는 진동계, 그리고 가진부로부터 측정 대상물로 전파되는 초음파의 파장(λ)을 이용하여 가진점 거리를 설정하여 미리 설정된 계산식에 따라 측정 대상물과 회절광학부 사이의 거리(x)를 계산하며, 측정부로 측정된 가진점 거리 범위에서 진동계로 검출된 음압이 최대가 되는 보강간섭 지점을 가진 최적점으로 설정하는 제어부를 포함한다.One embodiment of the present invention provides a low-power laser scanning system and method capable of reducing energy applied to an inspection and measurement target object by implementing low-power laser scanning and calculating an optimal excitation point using constructive interference, thereby minimizing damage to the inspection and measurement target object. The low-power laser scanning system according to one embodiment of the present invention includes an excitation unit that non-contactly excites a measurement target object using ultrasonic waves, a diffraction optical unit that is provided between the measurement target object and the excitation unit and disperses and diffracts light incident on the measurement target object from the excitation unit in a preset direction, a measuring unit that measures an excitation point distance (a) between excitation points generated by the excitation of the measurement target object, a vibrator that detects sound pressure transmitted from the measurement target object, and a control unit that sets an excitation point distance using a wavelength (λ) of ultrasonic waves transmitted from the excitation unit to the measurement target object, calculates a distance (x) between the measurement target object and the diffraction optical unit according to a preset calculation formula, and sets a constructive interference point at which sound pressure detected by the vibrator is maximized in a range of excitation point distances measured by the measuring unit as an optimal point.
Description
본 발명은 저전력 레이저 스캐닝 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a low power laser scanning system and method.
펄스 레이저를 이용한 레이저 스캐닝 시스템은 구조물의 결함 검출을 위한 비파괴검사장치로 다양한 방법으로 개발되었다. 펄스 레이저 스캐닝 시스템은 가진하고자 하는 구조물에 레이저를 조사하여 열응력을 발생시켜 이로 인한 초음파를 발생시키고, 검사하고자 하는 영역을 스캐닝하여 결함을 검출하는 시스템으로 알려져 있다.Laser scanning systems using pulsed lasers have been developed in various ways as non-destructive testing devices for detecting structural defects. Pulsed laser scanning systems are known as systems that irradiate a laser on a structure to be tested to generate thermal stress, thereby generating ultrasonic waves, and then scan the area to be tested to detect defects.
펄스 레이저를 사용하여 비파괴검사 수행시 단위 면적당 높은 에너지의 레이저를 사용하게 될 경우 검사체가 열에 의한 손상이 발생할 우려가 있다. 이러한 손상을 발생시키지 않으려면, 열탄성(Thermal elastic) 범위의 레이저를 사용해야 하며 사용하는 에너지가 낮을 경우에는 시험체에 초음파가 발생하지 않을 수 있다.When performing non-destructive testing using a pulsed laser, there is a risk that the test piece may be damaged by heat if a high energy laser is used per unit area. To avoid such damage, a laser in the thermal elastic range must be used, and if the energy used is low, ultrasound may not be generated in the test piece.
석유화학 플랜트 등의 구조물은 내부에 가연성 물질을 포함하고 있어 펄스 레이저를 이용한 가진시 화재의 위험성이 있으며, 작은 실수로 인해 대형 화재가 발생할 위험이 있다. 따라서, 펄스 레이저를 사용할 때 화재에 의한 안전사고가 발생하지 않도록 유의해야 하며, 저전력 레이저 스캐닝으로 구조물의 결함을 검출할 수 있는 시스템의 개발이 요구되고 있다.Structures such as petrochemical plants contain flammable materials inside, so there is a risk of fire when they are excited by pulse lasers, and there is a risk that a large fire can occur due to a small mistake. Therefore, care must be taken to prevent safety accidents caused by fire when using pulse lasers, and the development of a system that can detect structural defects using low-power laser scanning is required.
관련 선행문헌으로 한국등록특허 788,823는 "표면 결함 정보 추출을 위한 레이저-초음파 검사 장치 및 방법"을 개시한다.As a related prior art document, Korean Patent No. 788,823 discloses “Laser-ultrasonic inspection device and method for extracting surface defect information.”
본 발명의 일 실시예는 보강간섭을 이용한 가진 최적점 산출과 저전력 레이저 스캐닝을 구현하여 검사 측정 대상물에 가해지는 에너지를 감소시켜 검사 측정 대상물의 손상을 최소화할 수 있는 저전력 레이저 스캐닝 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention provides a low-power laser scanning system and method capable of minimizing damage to an inspection and measurement target by reducing energy applied to the target by calculating an optimal point using constructive interference and implementing low-power laser scanning.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.In addition to the above tasks, embodiments according to the present invention can be used to achieve other tasks not specifically mentioned.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템은 초음파를 이용하여 측정 대상물을 비접촉으로 가진시키는 가진부, 측정 대상물과 가진부 사이에 구비되어 가진부로부터 측정 대상물에 입사되는 광을 미리 설정된 방향으로 분산 회절하는 회절광학부, 측정 대상물의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정하는 측정부, 측정 대상물로부터 전달되는 음압을 검출하는 진동계, 그리고 가진부로부터 측정 대상물로 전파되는 초음파의 파장(λ)을 이용하여 가진점 거리를 설정하여 미리 설정된 계산식에 따라 측정 대상물과 회절광학부 사이의 거리(x)를 계산하며, 측정부로 측정된 가진점 거리 범위에서 진동계로 검출된 음압이 최대가 되는 보강간섭 지점을 가진 최적점으로 설정하는 제어부를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a low-power laser scanning system includes: an excitation unit that non-contactly excites a measurement target using ultrasonic waves; a diffraction optical unit that is provided between the measurement target and the excitation unit and disperses and diffracts light incident on the measurement target from the excitation unit in a preset direction; a measurement unit that measures an excitation point distance (a) between excitation points generated by the excitation of the measurement target; a vibrator that detects sound pressure transmitted from the measurement target; and a control unit that sets the excitation point distance using the wavelength (λ) of ultrasonic waves transmitted from the excitation unit to the measurement target, calculates the distance (x) between the measurement target and the diffraction optical unit according to a preset calculation formula, and sets an optimal point having a constructive interference point at which sound pressure detected by the vibrator is maximized in a range of excitation point distances measured by the measurement unit.
본 발명의 일 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 방법은 측정 대상물의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)의 초기값을 설정하는 가진점 거리(a) 초기값 설정단계, 가진부를 이용하여 측정 대상물과 회절광학부 사이의 거리(x)를 유지하며 측정 대상물을 가진하는 가진단계, 측정부를 이용하여 측정 대상물의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정하는 가진점 거리(a) 측정단계, 그리고 설정된 거리(x)를 조절하면서 측정부로 측정된 가진점 거리 범위에서 진동계로 검출된 음압이 최대가 되는 보강간섭 지점을 가진 최적점으로 설정하는 가진 최적점 설정단계를 포함한다.A low-power laser scanning method according to one embodiment of the present invention includes an excitation point distance (a) initial value setting step of setting an initial value of an excitation point distance (a) between excitation points and points generated by excitation of a measurement object, an excitation step of maintaining a distance (x) between the measurement object and a diffraction optical unit using an excitation unit and exciting the measurement object, an excitation point distance (a) measuring step of measuring the excitation point distance (a) between the excitation points and points generated by excitation of the measurement object using a measurement unit, and an excitation optimum point setting step of setting an optimum point having a constructive interference point at which sound pressure detected by a vibrometer is maximized in a range of excitation point distances measured by the measurement unit while adjusting the set distance (x).
본 발명의 일 실시예는 펄스 레이저를 사용하여 비파괴검사 수행시 보강간섭을 이용하여 단위 면적당 낮은 에너지의 레이저를 사용하여 검사체가 열에 의한 손상 발생을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.One embodiment of the present invention has the effect of reducing damage to a test object due to heat by using a low-energy laser per unit area through constructive interference when performing a non-destructive test using a pulsed laser.
이러한 이유로, 석유화학 플랜트의 비파괴검사 수행시 발생할 수 있는 화재 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.For this reason, it is effective in preventing fire accidents that may occur during non-destructive testing of petrochemical plants.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가진점과 점 사이의 거리 최적화를 위한 음압 측정으로 가진 최적점을 설정하는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 알루미늄 재료 표면에 조사되는 레이저 에너지에 따른 신호크기 및 가진 영역 변화를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템의 응용예를 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a low-power laser scanning system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which an optimal point is set by measuring sound pressure to optimize the distance between points according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram illustrating changes in signal size and excited area according to laser energy irradiated on the surface of an aluminum material.
FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a low-power laser scanning method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram schematically illustrating an application example of a low-power laser scanning system according to an embodiment of the present invention.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily practice the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly describe the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and the same or similar components are designated by the same reference numerals throughout the specification. In addition, in the case of widely known known technologies, their detailed descriptions are omitted.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, whenever a part is said to "include" a component, this does not mean that it excludes other components, but rather that it may include other components, unless otherwise stated.
이하에서는 도면들을 참조하여 저전력 레이저 스캐닝 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다. Hereinafter, a low-power laser scanning system and method are described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가진점과 점 사이의 거리 최적화를 위한 음압 측정으로 가진 최적점을 설정하는 상태를 도시한 도면이다. 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템은 가진부(110), 회절광학부(120), 측정부(130), 진동계(140), 그리고 제어부(150)를 포함하며, 보강간섭을 이용한 가진 최적점 산출과 저전력 레이저 스캐닝을 구현하여 검사체인 측정 대상물(10)에 단위 면적당 낮은 에너지의 레이저를 사용함으로써 측정 대상물(10)이 열에 의한 손상 발생을 감소시킬 수 있다. 여기서, 낮은 에너지의 레이저는 열탄성(Thermoelastic) 범위의 레이저를 의미한다. 레이저 초음파를 이용한 비파괴검사에서 가진 조건은 열탄성 영역(Thermoelastic regime)과 어블레이션 영역(Ablation regime), 그리고 중간 영역(Intermediate regime)으로 구분되며 재료 표면에 조사되는 레이저 세기에 따라 분류될 수 있다. 열탄성 영역에서는 상대적으로 낮은 출력의 빔 에너지가 조사되어 열팽창 현상에 의해 초음파가 발생될 수 있다. 이와는 달리, 어블레이션 영역에서는 고출력의 빔 에너지에 의해 재료가 일부 소실되며 열탄성 영역에 비해서 상대적으로 강한 초음파가 발생할 수 있다.FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a low-power laser scanning system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which an optimum excitation point is set by measuring sound pressure for optimizing the distance between excitation points according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 and 2, the low-power laser scanning system according to an embodiment of the present invention includes an excitation unit (110), a diffraction optical unit (120), a measurement unit (130), a vibrometer (140), and a control unit (150), and calculates an optimum excitation point using constructive interference and implements low-power laser scanning, thereby using a low-energy laser per unit area on a measurement target (10), which is an inspection chain, so as to reduce damage to the measurement target (10) due to heat. Here, the low-energy laser means a laser in the thermoelastic range. In non-destructive testing using laser ultrasound, the conditions are divided into the thermoelastic regime, the ablation regime, and the intermediate regime, and can be classified according to the laser intensity irradiated on the material surface. In the thermoelastic regime, relatively low-power beam energy is irradiated, and ultrasound can be generated by thermal expansion. In contrast, in the ablation regime, some of the material is lost due to high-power beam energy, and relatively strong ultrasound can be generated compared to the thermoelastic regime.
도 3은 알루미늄 재료 표면에 조사되는 레이저 에너지에 따른 신호크기 및 가진 영역 변화를 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 알루미늄 재료에 대하여 레이저 에너지에 따른 열탄성 영역, 중간 영역, 어블레이션 영역을 나타낸다. 어블레이션 영역일 경우, 약 75MW/cm2 가 되면 표면에 손상이 발생함을 알 수 있다. 보수적으로 약 50MW/cm2 이하일 때, 시편손상이 발생하지 않는다. 다만, 이는 재료마다 다소 차이가 있을 수 있다. 즉, 열탄성 영역에서는 어블레이션 영역과 달리 재료 표면에 미소 손상이 유발되지 않기 때문에 재료 소실에 대한 고려 없이 열팽창 현상만을 고려하여 해석이 가능하다.Fig. 3 is a diagram illustrating changes in signal size and excited area according to laser energy irradiated on the surface of an aluminum material. Referring to Fig. 3, the thermoelastic region, intermediate region, and ablation region according to laser energy are shown for an aluminum material. In the ablation region, it can be seen that damage occurs on the surface when it becomes about 75 MW/cm 2 . Conservatively, no damage occurs to the specimen when it is about 50 MW/cm 2 or less. However, this may vary somewhat depending on the material. That is, since in the thermoelastic region, unlike the ablation region, micro-damage is not induced on the material surface, an analysis is possible by considering only the thermal expansion phenomenon without considering material loss.
가진부(110)는 초음파를 이용하여 측정 대상물(10)을 비접촉으로 가진시키는 기능을 한다. 가진부(110)는 미리 설정된 저전력의 에너지 범위로 구동되어 측정 대상물(10)의 표면에 가진 최적점 산출용 가진을 전달할 수 있다. 가진부(110)는 여기 레이저(Excitation laser) 또는 엑시머 레이저(excimer laser)를 포함하여 저출력 레이저를 조사할 수 있다. 저출력 레이저의 경우 광 에너지가 크지 않기 때문에 레이저 특유의 직진성을 이용하며, 출력이 적은 레이저를 조사해 광 에너지를 측정 대상물(10)에 전달하는 과정에서 레이저의 열 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 일반적인 펄스 레이저 사용시 높은 에너지의 레이저를 사용하므로 발생되는 문제점(화재)을 해소할 수 있다. The excitation unit (110) has a function of non-contactingly exciting the measurement target (10) using ultrasonic waves. The excitation unit (110) can be driven in a preset low-power energy range to transmit excitation for calculating the optimal excitation point on the surface of the measurement target (10). The excitation unit (110) can irradiate a low-power laser, including an excitation laser or an excimer laser. In the case of a low-power laser, since the optical energy is not large, the straightness unique to the laser is utilized, and the heat generation of the laser can be minimized in the process of irradiating a laser with low output to transmit optical energy to the measurement target (10). Therefore, the problem (fire) that occurs when using a high-energy laser when using a general pulse laser can be resolved.
본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템은 가진부(110)를 지지하는 베이스부(12), 그리고 베이스부(12)에 구비되어 가진부(110)의 미리 설정된 길이방향 이동을 지지하는 이동부(14)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 이동부(14)는 레일을 포함할 수 있다.A low-power laser scanning system according to an embodiment of the present invention may further include a base (12) supporting a driving unit (110), and a moving unit (14) provided on the base (12) to support a preset longitudinal movement of the driving unit (110). Here, the moving unit (14) may include a rail.
회절광학부(120)(DOE ; Diffractive Optical Element)는 측정 대상물(10)과 가진부(110) 사이에 구비되어 가진부(110)로부터 측정 대상물(10)에 입사되는 광을 미리 설정된 방향으로 분산 회절하는 기능을 한다. 회절광학부(120)는 가진부(110)의 선단부에 일체로 구비될 수 있다. 회절광학부(120)는 가진부(110)로부터 입사되는 광을 회절하여 복수의 분할광들로 분할하는 광분배기능을 한다. 따라서, 회절광학부(120)를 이용하여 저전력 레이저 에너지를 유발할 수 있다.The diffractive optical unit (120) (DOE; Diffractive Optical Element) is provided between the measurement target (10) and the excitation unit (110) and has the function of dispersing and diffracting light incident on the measurement target (10) from the excitation unit (110) in a preset direction. The diffractive optical unit (120) can be integrally provided at the tip of the excitation unit (110). The diffractive optical unit (120) has a light distribution function of diffracting light incident on the excitation unit (110) and dividing it into a plurality of split beams. Therefore, low-power laser energy can be induced by using the diffractive optical unit (120).
측정부(130)는 측정 대상물(10)의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정한다. 측정부(130)는 촬영부(camera)를 포함할 수 있다.The measuring unit (130) measures the distance (a) between the excitation points generated by the excitation of the measurement object (10). The measuring unit (130) may include a camera.
진동계(140)는 측정 대상물(10)로부터 전달되는 음압을 검출하는 기능을 한다. 진동계(140)는 레이저 진동계(LDV ; Laser Doppler Vibrometer)를 포함할 수 있다. 레이저 진동계는 미세 균열 또는 부식 등으로 인해 발생하는 측정 대상물(10)별 고유의 탄성파 신호를 감지할 수 있다.The vibrometer (140) has a function of detecting sound pressure transmitted from the measurement target (10). The vibrometer (140) may include a laser vibrometer (LDV; Laser Doppler Vibrometer). The laser vibrometer can detect elastic wave signals unique to each measurement target (10) that are generated due to micro-cracks or corrosion, etc.
제어부(150)는 보강간섭을 이용한 저전력 레이저 스캐닝과 관련된 신호를 검출하여 검출된 신호에 대응하는 제어동작을 수행할 수 있다. 제어부(150)는 가진부(110), 진동계(140)로부터 입력되는 아날로그 신호들을 디지털 값으로 변환하여 관련 데이터를 취득하는 DAQ 보드를 포함할 수 있다. 제어부(150)는 저전력 레이저 스캐닝 제어와 관련된 입력 정보를 분석하여 가진부(110)의 구동시 저전력을 유지하며 가진 최적점을 설정할 수 있다. 제어부(150)는 메모리에 저장되는 정보를 기반으로 저전력 레이저 스캐닝 제어와 관련된 전반적인 제어동작을 구현할 수 있다.The control unit (150) can detect a signal related to low-power laser scanning using constructive interference and perform a control operation corresponding to the detected signal. The control unit (150) can include a DAQ board that converts analog signals input from the excitation unit (110) and the vibrator (140) into digital values and acquires related data. The control unit (150) can analyze input information related to low-power laser scanning control and set an optimal excitation point while maintaining low power when driving the excitation unit (110). The control unit (150) can implement an overall control operation related to low-power laser scanning control based on information stored in a memory.
예를 들어, 제어부(150)는 가진부(110)로부터 측정 대상물(10)로 전파되는 초음파의 파장(λ)을 이용하여 가진점 거리를 설정하여 미리 설정된 계산식에 따라 측정 대상물(10)과 회절광학부(120) 사이의 거리(x)를 계산하며, 측정부(130)로 측정된 가진점 거리 범위에서 진동계(140)로 검출된 음압이 최대가 되는 보강간섭(constructive interference) 지점을 가진 최적점으로 설정할 수 있다. 그리고 제어부(150)는 미리 설정된 분산선도(dispersion diagram) 계산을 통해 가진부(110)로부터 발생된 초음파가 전파하는 파장을 계산하여 전파하는 파장(λ)의 배수가 되도록 가진점 거리(a) 초기값을 설정할 수 있다.For example, the control unit (150) sets the excitation point distance by using the wavelength (λ) of the ultrasonic wave transmitted from the excitation unit (110) to the measurement object (10), calculates the distance (x) between the measurement object (10) and the diffraction optical unit (120) according to a preset calculation formula, and can set the optimum point having the constructive interference point where the sound pressure detected by the vibrator (140) is maximum in the excitation point distance range measured by the measurement unit (130). In addition, the control unit (150) can calculate the wavelength transmitted by the ultrasonic wave generated from the excitation unit (110) through preset dispersion diagram calculation, and set the initial value of the excitation point distance (a) to be a multiple of the transmitted wavelength (λ).
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 보강간섭 방법을 이용한 저전력 레이저 스캐닝 시스템을 통해 펄스 레이저를 사용하여 비파괴검사 수행시, 단위 면적당 낮은 에너지의 레이저를 사용하여 측정 대상물(10)이 열에 의한 손상이 발생할 우려를 해소할 수 있다.As described above, the embodiment of the present invention can eliminate the concern that the measurement target (10) may be damaged by heat by using a low-energy laser per unit area when performing a non-destructive inspection using a pulse laser through a low-power laser scanning system using a constructive interference method.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템을 이용한 저전력 레이저 스캐닝 방법은 가진점 거리(a) 초기값 설정단계(S10), 가진단계(S20), 가진점 거리(a) 측정단계(S30), 가진 최적점 설정단계(S40)를 포함한다.FIG. 4 is a diagram schematically illustrating a low-power laser scanning method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 to 4, the low-power laser scanning method using the low-power laser scanning system according to the embodiment of the present invention described above includes an initial value setting step (S10) of the excitation point distance (a), an excitation step (S20), an excitation point distance (a) measuring step (S30), and an excitation optimum point setting step (S40).
가진점 거리(a) 초기값 설정단계(S10)는 측정 대상물(10)의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)의 초기값을 설정하는 단계이다. 가진점 거리(a)의 초기값을 설정함으로써 높은 초음파 전파 에너지를 얻을 수 있다. 가진점 거리(a) 초기값 설정단계(S10)에서 가진점 거리(a) 초기값은 미리 설정된 분산선도 계산을 통해 가진부(110)로부터 발생된 초음파가 전파하는 파장을 계산하여 전파하는 파장(λ)의 배수가 되도록 설정할 수 있다.The initial value setting step (S10) of the excitation point distance (a) is a step of setting the initial value of the excitation point distance (a) between excitation points and points generated by the excitation of the measurement object (10). By setting the initial value of the excitation point distance (a), high ultrasonic propagation energy can be obtained. In the initial value setting step (S10) of the excitation point distance (a), the initial value of the excitation point distance (a) can be set to be a multiple of the wavelength (λ) propagated by calculating the wavelength of the ultrasonic wave generated from the excitation unit (110) through a preset dispersion diagram calculation.
가진점 거리(a) 초기값이 설정되면 계산에 의해 측정 대상물(10)과 회절광학부(120)의 거리(x)를 계산할 수 있다. 이를 측정 대상물(10)과 회절광학부(120)의 거리 초기값(x1)으로 설정할 수 있다. 설정된 거리 초기값(x1)으로 측정 대상물(10)을 가진하면서 측정부(130)를 이용하여 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정한다.When the initial value of the distance (a) between the excitation point is set, the distance (x) between the measurement object (10) and the diffraction optical unit (120) can be calculated by calculation. This can be set as the initial value (x 1 ) of the distance between the measurement object (10) and the diffraction optical unit (120). While the measurement object (10) is excited with the set distance initial value (x 1 ), the excitation point distance (a) between the excitation points is measured using the measurement unit (130).
가진단계(S20)는 가진부(110)를 이용하여 측정 대상물(10)과 회절광학부(120) 사이의 거리(x)를 유지하며 측정 대상물(10)을 가진하는 단계이다.The excitation step (S20) is a step of exciting the measurement object (10) while maintaining the distance (x) between the measurement object (10) and the diffraction optical unit (120) using the excitation unit (110).
가진점 거리(a) 측정단계(S30)는 측정부(130)를 이용하여 측정 대상물(10)의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정하는 단계이다.The step (S30) of measuring the distance (a) between the excitation points generated by the excitation of the measurement target (10) using the measuring unit (130) is a step of measuring the distance (a) between the excitation points.
가진 최적점 설정단계(S40)는 설정된 거리(x)를 조절하면서 측정부(130)로 측정된 가진점 거리 범위에서 진동계(140)로 검출된 음압이 최대가 되는 보강간섭 지점을 가진 최적점으로 설정하는 단계이다. 가진 최적점 설정단계(S40)에서 가진부(110)를 앞 뒤로 움직이면서 진동계(140)의 음압이 최대가 되는 지점을 찾는다. 예를 들어, 측정 대상물(10)과 회절광학부(120) 사이의 거리(x)가 멀어지면 가진점 거리(a)가 길어지고, 측정 대상물(10)과 회절광학부(120) 사이의 거리(x)가 가까워지면 가진점 거리(a)가 짧아지게 된다. 진동계(140)의 음압이 최대가 되는 지점이 보강간섭이 발생하는 지점이며, 해당 지점이 검사를 위한 가진 최적점(optimal point)이라고 볼 수 있다. 즉, 가진 최적점은 평균 진폭에서 최대 진폭을 나타내는 지점으로 설정할 수 있다. 상기한 바와 같이 가진 최적점을 설정하여 최소 한 점을 가진했을 때보다, 측정 대상물(10)에 1/2배 에너지를 줄여 측정 대상물(10)의 손상을 최소화할 수 있다.The optimum point setting step (S40) is a step of setting the constructive interference point at which the sound pressure detected by the vibrator (140) is maximum in the excitation point distance range measured by the measuring unit (130) while adjusting the set distance (x) as the optimum point. In the optimum point setting step (S40), the excitation unit (110) is moved back and forth to find the point at which the sound pressure of the vibrator (140) is maximum. For example, when the distance (x) between the measurement object (10) and the diffraction optical unit (120) increases, the excitation point distance (a) becomes longer, and when the distance (x) between the measurement object (10) and the diffraction optical unit (120) decreases, the excitation point distance (a) becomes shorter. The point at which the sound pressure of the vibrator (140) is maximum is the point at which constructive interference occurs, and this point can be regarded as the optimum point for inspection. In other words, the optimum point for excitation can be set as the point at which the average amplitude exhibits the maximum amplitude. As described above, by setting the optimal point, the energy to the measurement object (10) can be reduced by half compared to when at least one point is present, thereby minimizing damage to the measurement object (10).
가진 최적점 설정단계(S40)에서 설정된 가진 최적점을 이용하여 측정 대상물(10)에 가해지는 에너지를 감소시키며 측정 대상물(10)을 스캐닝하는 레이저 스캐닝 단계(S50)를 더 포함할 수 있다.The step of setting the optimal point (S40) may further include a laser scanning step (S50) of scanning the measurement target (10) while reducing the energy applied to the measurement target (10) by using the optimal point set.
본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 방법은 다양한 형태의 회절광학부(120)를 이용하여, 4점, 8점, 16점 및 2D 어레이 형상의 가진 방법도 가능하다.The low-power laser scanning method according to an embodiment of the present invention can also be used in a 4-point, 8-point, 16-point, and 2D array shape by using various types of diffractive optical parts (120).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저전력 레이저 스캐닝 시스템의 응용예를 개략적으로 도시한 도면이다. 상기한 바와 같이 보강간섭 방법을 이용한 저전력 레이저 스캐닝 시스템을 일반적인 레이저 스캐닝 시스템과 접목시키면 도 5와 같은 저전력 레이저 스캐닝 시스템 셋업이 가능하다.FIG. 5 is a drawing schematically illustrating an application example of a low-power laser scanning system according to an embodiment of the present invention. As described above, by combining a low-power laser scanning system using a constructive interference method with a general laser scanning system, a low-power laser scanning system setup such as that shown in FIG. 5 is possible.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
10 ; 측정 대상물 12 ; 베이스부
14 ; 이동부 110 ; 가진부
120 ; 회절광학부 130 ; 측정부
140 ; 진동계 150 ; 제어부10; Measurement object 12; Base
14; Moving part 110; Possessed part
120; Diffraction optics section 130; Measurement section
140 ; Vibration system 150 ; Control unit
Claims (10)
상기 측정 대상물과 상기 가진부 사이에 구비되어 상기 가진부로부터 상기 측정 대상물에 입사되는 광을 미리 설정된 방향으로 분산 회절하는 회절광학부,
상기 측정 대상물의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정하는 측정부,
상기 측정 대상물로부터 전달되는 음압을 검출하는 진동계, 그리고
상기 가진부로부터 상기 측정 대상물로 전파되는 초음파의 파장(λ)을 이용하여 상기 가진점 거리를 설정하여 미리 설정된 계산식에 따라 상기 측정 대상물과 상기 회절광학부 사이의 거리(x)를 계산하며, 상기 측정부로 측정된 가진점 거리 범위에서 상기 진동계로 검출된 음압이 최대가 되는 보강간섭 지점을 가진 최적점으로 설정하는 제어부
를 포함하는 저전력 레이저 스캐닝 시스템.A vibrating unit that uses ultrasonic waves to vibrate the measurement target without contact.
A diffraction optical section provided between the measurement object and the excitation section to disperse and diffract light incident on the measurement object from the excitation section in a preset direction.
A measuring unit that measures the distance (a) between excitation points generated by the excitation of the above measurement object,
A vibrator that detects the sound pressure transmitted from the above measurement object, and
A control unit that sets the distance between the excitation point using the wavelength (λ) of the ultrasonic wave transmitted from the excitation unit to the measurement target and calculates the distance (x) between the measurement target and the diffraction optical unit according to a preset calculation formula, and sets the optimal point having the constructive interference point where the sound pressure detected by the vibrator is maximum in the excitation point distance range measured by the measurement unit.
A low power laser scanning system comprising:
상기 가진부는 미리 설정된 저전력의 에너지 범위로 구동되어 상기 측정 대상물의 표면에 가진 최적점 산출용 가진을 전달하는 저전력 레이저 스캐닝 시스템.In paragraph 1,
The above-mentioned excitation unit is a low-power laser scanning system that is driven by a preset low-power energy range and delivers an excitation for calculating an optimal point on the surface of the measurement target.
상기 측정부는 촬영부를 포함하는 저전력 레이저 스캐닝 시스템.In paragraph 1,
The above measuring unit is a low-power laser scanning system including a photographing unit.
상기 진동계는 레이저 진동계를 포함하는 저전력 레이저 스캐닝 시스템.In paragraph 1,
The above vibrometer is a low-power laser scanning system including a laser vibrometer.
상기 회절광학부는 상기 가진부의 선단부에 일체로 구비되는 저전력 레이저 스캐닝 시스템.In paragraph 1,
A low-power laser scanning system in which the above diffractive optical section is integrally provided at the tip of the above excitation section.
상기 가진부를 지지하는 베이스부, 그리고
상기 베이스부에 구비되어 상기 가진부의 미리 설정된 길이방향 이동을 지지하는 이동부를 더 포함하는 저전력 레이저 스캐닝 시스템.In paragraph 1,
A base part supporting the above-mentioned part, and
A low-power laser scanning system further comprising a moving part provided on the base part and supporting a preset longitudinal movement of the excitation part.
상기 제어부는
미리 설정된 분산선도 계산을 통해 상기 가진부로부터 발생된 초음파가 전파하는 파장을 계산하여 전파하는 파장(λ)의 배수가 되도록 상기 가진점 거리(a) 초기값을 설정하는 저전력 레이저 스캐닝 시스템.In paragraph 1,
The above control unit
A low-power laser scanning system that calculates the wavelength of the ultrasonic wave generated from the above-described excitation unit through a preset dispersion curve calculation and sets the initial value of the distance (a) between the excitation points to be a multiple of the propagating wavelength (λ).
가진부를 이용하여 상기 측정 대상물과 회절광학부 사이의 거리(x)를 유지하며 상기 측정 대상물을 가진하는 가진단계,
측정부를 이용하여 상기 측정 대상물의 가진으로 생성되는 가진점과 점사이의 가진점 거리(a)를 측정하는 가진점 거리(a) 측정단계, 그리고
상기 설정된 거리(x)를 조절하면서 상기 측정부로 측정된 가진점 거리 범위에서 진동계로 검출된 음압이 최대가 되는 보강간섭 지점을 가진 최적점으로 설정하는 가진 최적점 설정단계
를 포함하는 저전력 레이저 스캐닝 방법.The initial value setting step of the excitation point distance (a) is to set the initial value of the excitation point distance (a) between the excitation points and the points generated by the excitation of the measurement target.
An excitation step for maintaining the distance (x) between the measurement target and the diffraction optical section using the excitation section and exciting the measurement target,
A step of measuring the distance (a) between the excitation points and the excitation points generated by the excitation of the measurement object using a measuring unit, and
The optimum excitation point setting step is to set the optimum point with the reinforcement interference point where the sound pressure detected by the vibrator is maximum in the excitation point distance range measured by the measuring unit while adjusting the above-mentioned set distance (x).
A low power laser scanning method comprising:
상기 가진 최적점 설정단계에서 설정된 가진 최적점을 이용하여 상기 측정 대상물에 가해지는 에너지를 감소시키며 상기 측정 대상물을 스캐닝하는 레이저 스캐닝 단계를 더 포함하는 저전력 레이저 스캐닝 방법.In Article 8,
A low-power laser scanning method further comprising a laser scanning step of scanning the measurement object while reducing energy applied to the measurement object by using the optimum point set in the optimum point setting step.
상기 가진점 거리(a) 초기값 설정단계에서 상기 가진점 거리(a) 초기값은 미리 설정된 분산선도 계산을 통해 상기 가진부로부터 발생된 초음파가 전파하는 파장을 계산하여 전파하는 파장(λ)의 배수가 되도록 설정하는 저전력 레이저 스캐닝 방법.In Article 8,
A low-power laser scanning method in which, in the step of setting the initial value of the above-mentioned distance from the excitation point (a), the initial value of the distance from the excitation point (a) is set to be a multiple of the wavelength (λ) propagated by calculating the wavelength of the ultrasonic wave generated from the excitation unit through a preset dispersion diagram calculation.
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