열에너지 이용한 비파괴검사 시스템

MDS의 Active Thermography
전통적인 열화상 카메라의 사용 목적은 물체 표면에서 방사하는 열에너지를 측정하는 것이다. 이를 Passive Thermography라 부르며, 물체 표면의 비접촉식 온도 정보를 얻을 수 있는 것이다. Passive Thermography 방식과는 달리 열에너지를 입사하여 분석하는 Active Thermography 방식은 내부의 결함까지 측정할 수 있다. 이러한 Active Thermography 방식은 측정체의 열흐름과 결함에 의해 방해되는 열흐름을 분석하여 결함 부위에 대한 정보를 찾아낸다.
자료제공 | MDS 테크놀로지(www.mds-flir.com)

전통적인 열화상 카메라의 활용 분야는 Passive Thermography에 한정되어 있었다. 이는 우리가 흔히 열화상 카메라에 대해 활용하고 있는 분야로 첨부된 내용과 같은 분야가 대표적이라 할 수 있다.

이러한 Passive Thermography 검사기법은 검사하고자 하는 대상에 가해지는 외부 에너지원이 없이 대상의 순수 온도만을 측정할 수 있는 것이다.

만약 온수관 누수를 검사할 때 온수가 흐르지 않거나 배관 결함을 검사할 때 뜨거운 스팀이 흐르지 않는다면 어떻게 될 것인가? 실온과 동일한 온도를 가지는 바닥과 배관이 동일한 온도분포를 보이며 내부에 결함을 찾는 것은 불가능에 가깝다. 이 때 사용되는 검사기법이 Active Ther
mography 검사기법이다.

Active Thermography 검사기법은 Passive Thermography 검사기법과는 달리 대상의 고유 적외선에 의존하지 않고 제어 가능한 에너지를 입사하고 그 반응으로 대상체가 방사하는 적외선 에너지를 측정/분석하여 내부의 결함을 찾아내는 것이다. 이 검사기법은 물체 표면의 방사율, 주변온도, 측정각도, 형상에 따른 영향을 제어하여 검사자가 얻고자 하는 결과를 정밀하게 얻을 수 있는 장점이 있다.

장비구성은 크게 열화상 카메라, 가진 소스, 분석 소프트웨어로 구성된다. 대상을 자극하는 가진 소스를 조화함수로 변조하여 입사하고 이 조화함수를 적외선 열화상 카메라와 동기화시켜 조화 함수의 위상변화를 복조하는 것이다. Lock-in 서모그래피라고 불리는 이 기법은 위상잠금을 사용하여 위상변화를 추출함으로써 낮은 샘플링에서도 표면의 변화를 감지할 수 있다. 또한 불균일한 표면 방사율 영향을 적게 받게 된다. 본 검사기법의 대표적인 소스로는 광적외선, 진동, 마이크로 웨이브, 초음파, 와전류 등 에너지의 입사 종류에 따른 분류와 Pulse, Lock-in 등의 제어 방법에 따른 분류로 나뉠 수 있는데 이러한 검사기법을 통하여 대상으로부터 얻을 수 있는 결과값이 더욱 정밀해 지는 효과가 있다.

물론 X-ray, 초음파, 와전류 등 전통적인 비파괴검사 장비들도 존재한다. 그러나 열화상 카메라를 이용한 Active Thermography 검사기법만의 장점들이 있다.

● 기존에 많이 활용되는 방사선투과검사 등과 다르게 인체에 무해
● 대면적 측정이 가능(1m×1m 이상 가능)
● 측정 시간이 매우 짧음(수 초 이내 측정 및 결과값 이미지화하여 출력)
● 대상의 종류에 따라 다양한 소스를 제공(램프, 초음파, 와전류 등)
● 비접촉식 측정이 가능

위와 같은 장점으로 인해 현재는 항공기 분야, 자동차 분야 등에 다양하게 활용되고 있다.활용 분야 및 가진 소스별 특징은 아래와 같다.

 항공분야
 CFFP/GFRP 등 복합소재 결함검출
 리벳, 용접 등 접합 구조물 특성분석
 부식 검출

 자동차 분야
 CFFP/GFRP 등 복합소재 결함검출
 차체 용접부 특성분석
 코팅 결함검출
 에너지 분야
 풍력발전기 블레이드 결함검출
 배터리, 연료전지 결함검출
 태양전지 검사

 산업 분야
 각종 용접 이음부 결함검출
 세라믹 코팅 특성분석(박리현상, 두께, 접착 등)
 금속 내 녹 검출

OTvis(Optically excited Lockin Thermography)
광학장치를 이용한 Lock-in 서모그래피의 기본개념은 열 에너지 전파를 시각화하는데 있다. 열 에너지는 표면에 조사되는 할로겐 램프에 의해 생성되며 적외선 열화상 카메라를 이용하여 열 신호를 캡처한다. Edevis의 R/L 알고리즘은 두께 및 열 반사 계수 측정을 가능하게 한다.

● 복합소재 결함
● 가죽 손상
● 금속 내 녹
● 접착/용접 접합부 특성
● 풍력발전기 블레이드 결함검출

PTvis(Pulse Thermography)

펄스 서모그래피는 박막 및 코팅의 특성이나 결함검출에 적합한 비접촉 시험방법이다. PTvis는 매우 짧은 테스트 기간과 높은 검출감도를 가지고 있다. 재료의 두께, 투과성, 열확산성 등을 정량화 할 수 있다.

● 필름과 코팅 두께측정
● 접합, 용접, 남땜 이음부에서의 결함검출
● 복합소재 결함
● 코팅 측정(박리, 두께, 접착 등)

FORAtherm(Photothermal Radiometry)
광열 측정방법은 레이저 빛을 이용한 표면의 펄스 히팅을 기반으로 한다. 측정동안 표면온도는 적외선 감지기에 의해 모니터링된다. 생선된 열이 시료로 확산되며 적외선 열화상 카메라는 표면 온도를 측정한다. Lock-in 앰프는 적외선 신호의 위상정보를 추출한다. 교정 측정을 사용하여 위상은 경도 또는 코팅두께와 같은 측정값을 얻을 수 있다.

● Case Hardness Depths(CHD) 측정
● 코팅의 Hardness Depth 프로파일링
● 코팅 두께측정
● 코팅 박리검출
● 내부 녹 검출
● Grinding Burns 검출
● Porosity 정량화

ITvis(Inductively excited Thermography)
ITvis는 Inductor를 이용하여 시편 내부에 Eddy current를 발생시킨다. 이때 발생하는 결함부와 정상부의 온도 차이를 분석하여 검사하는 방식이다. 테스트 기간이 매우 짧고 색상 침투나 자속 테스트에 비해 우수한 검출능력을 가지고 있다.

● 금속 부품 크랙검출
● 접착부, 용접부, 리벳 결합부 결함검출
● 금속-폴리머 복합재료 특성
● 항공 구조물 크랙검출

UTvis(Ultrasound excited Thermography)
UTvis는 초음파를 이용하여 측정하는 방식으로 초음파에 의한 내부 탄성파와 열 에너지 파동을 사용한다. 이때 발생하는 결함부와 정상부의 온도 차이를 분석하여 검사하는 방식이다.

● 크랙검출
● 접착부, 리벳, 용접부 테스트
● Multi-Material 복합물 특성
● 복합 소재결함

SHEAROvis(Shearography Testing System)
SHEAROvis는 레이저 기반의 간섭 기술을 이용한 비접촉 비파괴검사 시스템이다. 이는 압력, 열, 기계적인 부하를 필요로 한다. 하지만 센서는 매우 민감하여 매우 작은 부하에도 민감하게 반응하며, 서로 다른 현상을 나타내는 결함부와 비결함부의 비동질 변형을 측정할 수 있다.

● CFRP/GFRP(박리현상, 충격 등)
● 샌드위치 구조, 플라스틱 코팅
● 비부착 부(Honeycomb Core, 풍력발전기, 날개, 요트 하부 등)
● 접착부 특성
● 고무 내 에어 버블(타이어 등)
● 피로 시험 모니터링

Diplayimg(Software Designed For NDT Testing)
NDT 애플리케이션을 위해 설계된 소프트웨어
비파괴검사는 종종 어려운 조건에서 발생된다. 복잡한 검사작업을 짧은 시간에 수행하여야 하며 신뢰할 수 있는 결과가 필요하다. 또한 사용하기 쉽고 지정된 워크플로 내에서 최대 지원을 제공하여야 한다. 이러한 제약조건에 의해 DisplayIMG가 개발됐다.

● 최상의 성능을 위한 네이티브 64비트 코드
● 다양한 센서 및 하드웨어 구성요소 지원
● 자동화된 워크플로우
● 정확한 데이터 수집
● 완전 자동화 소프트웨어 제공
● 광범위한 결과분석 및 평가