형상 위치 제어 기반 로보틱 펄스-에코 레이저 초음파 검사 기술 개발 및 3D 프린팅 곡률 형상 복합재 결함 탐지 적용 연구

Abstract

3D 프린팅 기술의 빠르고 획기적인 발전에 따라 연속섬유를 필라멘트 소재로 사용하는 3D 프린팅 기술이 개발되었다. 연속섬유를 활용한 3D 프린팅 과정에서는 압출 경로 설정 및 연속섬유 자체의 거동으로 인해 내재되는 결함이 불가피하게 발생한다. 제작 과정에서 발생하는 결함은 구조적 성능을 저하시키기 때문에 결함을 가시화하고 평가하는 방법이 요구된다. 본 연구에서는 연속섬유 3D 프린팅으로 제작된 곡률을 갖는 구조 제작과정에서 발생하는 결함을 탐지하기 위해 레이저 초음파 검사 기법을 활용하였다. 비파괴 검사의 핵심 요소인 결함의 정확한 검출과 위치 파악을 위해 육-자유도 로봇 팔을 이용하여 검사 대상의 위치를 제어하는 방법을 제안한다. 쿼터니온을 활용한 좌표 변환 및 3차원 공간 회전 변환을 통해 계산된 검사 지점을 기반으로 검사 대상의 모든 면이 검사되었다. 검사 대상과 검사 시스템 사이의 일정한 거리를 유지한 상태로 검사 표면에 센싱 빔이 수직하게 조사되었기 때문에 높은 신호 대 잡음비를 가진 초음파 신호를 획득하였다. 검사 결과를 통해 제안한 검사 기법이 복잡한 형상의 3D 프린팅 구조물의 결함 탐지에 적합함을 검증하였다.