(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2015년09월16일
(11) 등록번호 10-1553761
(24) 등록일자 2015년09월10일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
G01N 29/26 (2006.01) G01N 29/04 (2006.01)
G01N 29/24 (2006.01) H01F 38/18 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2013-7030275
(22) 출원일자(국제) 2012년04월13일
심사청구일자 2013년11월14일
(85) 번역문제출일자 2013년11월14일
(65) 공개번호 10-2013-0143136
(43) 공개일자 2013년12월30일
(86) 국제출원번호 PCT/JP2012/060097
(87) 국제공개번호 WO 2012/141279
국제공개일자 2012년10월18일
(30) 우선권주장
JP-P-2011-091299 2011년04월15일 일본(JP)
(56) 선행기술조사문헌
KR2019900001389 U
JP2014518166 A
JP05282604 A
JP2007121201 A
(73) 특허권자
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
일본 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메 6방 1고
(72) 발명자
시바타 쇼지
일본 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메 6방 1고
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 내
후지카케 요이치
일본 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메 6방 1고
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 내
(뒷면에 계속)
(74) 대리인
한양특허법인
전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 박재우
(54) 발명의 명칭 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스 및 이를 이용한 회전형 초음파 탐상 장치
(57) 요 약
본 발명에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스(5)는, 한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판형상의 고정
체(51)와, 한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판형상의 회전체(52)를 구비하고, 고정체 및 회전체 각각의 코일 설치
면측이 대향하도록 배치되고, 대향하는 코일간에서 1∼10MHz의 주파수대의 신호 전송을 행한다. 고정체는, 복수
의 1턴 코일(511)이 동심원상으로 형성된 기판(512)과, 그 기판을 유지하는 유지 부재(513)를 구비하고, 회전체
는, 고정체에 형성된 1턴 코일과 동 수의 1턴 코일(521)이 동심원상으로 형성된 기판(522)과, 그 기판을 유지하
는 유지 부재(523)를 구비한다. 고정체가 구비하는 기판과 유지 부재의 사이, 및, 회전체가 구비하는 기판과 유
지 부재의 사이에는, 공기, 또는 절연체이고 또한 비투자율이 거의 1과 동등한 재료(M)가 개재된다.
등록특허 10-1553761
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대 표 도 - 도7
(72) 발명자
하타바라 구니히코
일본 도꾜도 지요다꾸 마루노우찌 2쪼메 6방 1고
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 내
이시하라 미치아키
일본 효고켄 아마가사키시 히가시무코지마 니시노
쵸 1반지 닛테츠 스미킨 테크놀로지 가부시키가이
샤 내
미츠이 소켄
일본 효고켄 아마가사키시 히가시무코지마 니시노
쵸 1반지 닛테츠 스미킨 테크놀로지 가부시키가이
샤 내
등록특허 10-1553761
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명 세 서
청구범위
청구항 1
한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판형상의 고정체와, 한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판형상의 회전체를 구비하
고, 상기 고정체 및 상기 회전체 각각의 코일 설치면측이 대향하도록 배치되어, 대향하는 코일간에서 1∼10MHz
의 주파수대의 신호 전송을 행하는 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스로서,
상기 고정체는, 복수의 1턴 코일이 동심원상으로 형성된 기판과, 그 기판을 유지하는 유지 부재를 구비하고,
상기 회전체는, 상기 고정체에 형성된 1턴 코일과 동 수의 1턴 코일이 동심원상으로 형성된 기판과, 그 기판을
유지하는 유지 부재를 구비하고,
상기 고정체가 구비하는 상기 기판과 상기 유지 부재의 사이, 및, 상기 회전체가 구비하는 상기 기판과 상기 유
지 부재의 사이에는, 공기, 또는 절연체이고 또한 비투자율이 1과 동등한 재료가 개재되는 것을 특징으로 하는
회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스.
청구항 2
청구항 1에 있어서,
상기 고정체 및 상기 회전체의 각각이 구비하는 상기 기판에 형성된 복수의 1턴 코일은, 코일폭과 동등한 간격
을 두고 동심원상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스.
청구항 3
청구항 1에 있어서,
상기 고정체 및 상기 회전체의 각각이 구비하는 상기 기판과 상기 유지 부재의 이격 거리는, 상기 고정체에 형
성된 1턴 코일과, 상기 회전체에 형성된 1턴 코일 사이의 갭의 5∼10배인 것을 특징으로 하는 회전형 초음파 탐
상 장치용 회전 트랜스.
청구항 4
청구항 1에 기재된 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스와,
상기 회전체에 형성된 복수의 1턴 코일과 전기적으로 접속되어, 상기 회전체와 일체적으로 회전하는 복수의 초
음파 탐촉자와,
상기 고정체에 형성된 복수의 1턴 코일과 전기적으로 접속된 초음파 탐상기를 구비하는 것을 특징으로 하는 회
전형 초음파 탐상 장치.
발명의 설명
기 술 분 야
본 발명은, 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스 및 이를 이용한 회전형 초음파 탐상 장치에 관한 것이다.[0001]
특히, 본 발명은, 초음파 탐상에 사용되는 신호를 전송할 때도 그 전송 효율이 뛰어난 회전형 초음파 탐상 장치
용 회전 트랜스 및 이를 이용한 회전형 초음파 탐상 장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
종래부터, 초음파 탐촉자를 관형상 또는 봉형상의 피검사재의 둘레 방향을 따라 회전시키면서 탐상을 행하는 회[0002]
전형 초음파 탐상 장치가 알려져 있다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 일반적인 회전형 초음파 탐상 장치는, 피검사재(S)에 대하여 초음파를 송수신하는[0003]
초음파 탐촉자(1)와, 초음파 탐촉자(1)가 부착되어 피검사재(S)의 둘레 방향으로 회전하는 탐촉자 홀더(2)와,
등록특허 10-1553761
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초음파 탐촉자(1)로부터의 초음파의 송수신을 제어함과 더불어, 초음파 탐촉자(1)에서 수신한 에코에 의거하여
피검사재(S)의 탐상을 행하는 초음파 탐상기(3)와, 초음파 탐촉자(1)와 초음파 탐상기(3)의 사이의 신호 전송을
행하는 신호 전송부(4)를 구비하고 있다.
상기의 구성을 가지는 회전형 초음파 탐상 장치에 있어서, 피검사재(S)를 축방향으로 직진시킴과 더불어, 탐촉[0004]
자 홀더(2), 나아가서는 초음파 탐촉자(1)를 회전시킴으로써(50rpm∼2000rpm 정도), 초음파 탐촉자(1)의 궤적은
피검사재(S)의 외표면 상에서 스파이럴형상으로 되어, 피검사재(S)의 전단면을 고속으로 탐상하는 것이 가능하
다.
여기에서, 신호 전송부(4)에 있어서, 초음파 탐상에서 일반적으로 사용되는 주파수대(1∼10MHz)의 신호를 전송[0005]
하는 방법으로는, (1) 슬립 링을 이용하는 방법, (2) 콘덴서 커플링을 이용하는 방법, (3) 회전 트랜스를 이용
하는 방법이 알려져 있다. 이하, 순차적으로 이들 방법에 대하여 설명한다.
(1) 슬립 링을 이용하는 방법(예를 들면, 특허문헌 1 참조)[0006]
이 방법에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 신호 전송부(4)(도 1 참조)에, 고정측 전극(41A)과 회전측 전극[0007]
(42A)을 설치한다. 고정측 전극(41A)과 회전측 전극(42A)의 사이에, 브러쉬(43)를 개재시킨다. 고정측 전극
(41A)은, 초음파 탐상기(3)(도 1 참조)와 전기적으로 접속된다. 한편, 회전측 전극(42A)은, 초음파 탐촉자(1)
(도 1 참조)와 전기적으로 접속되어, 초음파 탐촉자(1)(탐촉자 홀더(2))(도 1 참조)와 일체적으로 회전한다.
그리고, 고정측 전극(41A)과 회전측 전극(42A)이 브러쉬(43)를 통하여 접촉함으로써, 초음파 탐촉자(1)와 초음[0008]
파 탐상기(3)의 사이의 신호 전송이 행해진다.
이 방법은, 접촉식이므로, 고속 회전에 적합하지 않고, 보수성도 매우 나쁘다는 문제가 있다. [0009]
(2) 콘덴서 커플링을 이용하는 방법(예를 들면, 특허문헌 2 참조)[0010]
이 방법에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 신호 전송부(4)(도 1 참조)에, 고정측 전극(41B)과 회전측 전극[0011]
(42B)을 설치한다. 고정측 전극(41B)과 회전측 전극(42B)의 사이에, 공기나 물 등의 유전체(44)를 유지시킨다.
고정측 전극(41B)은, 초음파 탐상기(3)(도 1 참조)와 전기적으로 접속된다. 한편, 회전측 전극(42B)은, 초음파
탐촉자(1)와 전기적으로 접속되어, 초음파 탐촉자(1)(탐촉자 홀더(2))(도 1 참조)와 일체적으로 회전한다.
상기와 같이, 고정측 전극(41B)과 회전측 전극(42B)의 사이에 유전체(44)를 유지시켜 콘덴서를 형성함으로써,[0012]
초음파 탐촉자(1)와 초음파 탐상기(3)의 사이의 신호 전송이 행해진다.
이 방법에 있어서, 유전체(44)로서 공기를 이용하는 경우에는, 공기의 유전율이 작기 때문에, 전극간 거리를 미[0013]
소(0.1∼0.5㎜ 정도)로 할 필요가 있어, 보수성이 나쁘다는 문제가 있다.
한편, 콘덴서 커플링을 이용하는 방법에 있어서, 유전체(44)로서 물을 이용하는 경우에는, 전극간 거리를 크게[0014]
할 수 있지만(2㎜ 정도), 물을 균일하게 유지할 필요가 있다.
다채널의 신호 전송을 행하는 경우(초음파 탐촉자(1)를 복수 구비하는 경우), 도 4에 도시하는 바와 같이, 물[0015]
(W)을 균일하게 유지하기 위해서는, 복수의 고정측 전극(41C) 및 회전측 전극(42C)을 피검사재(S)의 길이 방향
으로 배열할 필요가 있다. 이 때문에, 신호 전송부(4)가 피검사재(S)의 길이 방향으로 길어져, 초음파 탐상 장
치의 대형화로 이어진다는 문제가 있다. 또한, 피검사재(S)의 직경이 커지면, 신호 전송부(4)의 직경도 커져,
한층 더 물(W)의 유지가 곤란해진다.
(3) 회전 트랜스를 이용하는 방법(예를 들면, 특허문헌 3 참조)[0016]
이 방법에서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 신호 전송부(4)(도 1참조)에, 고정측 코일(45)과 회전측 코일(46)[0017]
을 설치한다. 고정측 코일(45)은, 초음파 탐상기(3)(도 1 참조)와 전기적으로 접속된다. 한편, 회전측 코일
(46)은, 초음파 탐촉자(1)와 전기적으로 접속되어, 초음파 탐촉자(1)(탐촉자 홀더(2))(도 1 참조)와 일체적으로
회전한다.
그리고, 고정측 코일(45)과 회전측 코일(46)의 사이에 발생하는 전자 유도에 의해, 초음파 탐촉자(1)와 초음파[0018]
탐상기(3)의 사이의 신호 전송이 행해진다.
이 방법에서는, 코일간은 공기(A)를 개재시키면 되는데다, 전술한 콘덴서 커플링을 이용하는 방법과 달리, 코일[0019]
간 거리도 크게할 수 있다는 이점이 있다.
그러나, 종래, 회전형 초음파 탐상 장치의 신호 전송부(4)용으로서 제안되어 있는 회전 트랜스는, 다채널의 신[0020]
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호 전송을 행할 경우(초음파 탐촉자(1)를 복수 구비할 경우), 전술한 고정측 전극(41C) 및 회전측 전극(42C)과
마찬가지로, 복수의 고정측 코일(45) 및 회전측 코일(46)을 피검사재(S)의 길이 방향으로 배열하는 형태이므로,
신호 전송부(4)가 피검사재(S)의 길이 방향으로 길어져, 초음파 탐상 장치의 대형화로 이어진다는 문제가 있다.
여기에서, 회전 트랜스로는, 한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판형상의 고정체와, 한쪽의 면측에 코일이 설치된[0021]
평판형상의 회전체를 구비하고, 상기 고정체 및 상기 회전체 각각의 코일 설치면측이 대향하도록 배치되고, 대
향하는 코일간에서 신호 전송을 행하는 평판형 회전 트랜스가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 4, 5 참조).
회전형 초음파 탐상 장치의 신호 전송부용으로서, 상기의 평판형 회전 트랜스를 적용하면, 다채널의 신호 전송[0022]
을 행하는 경우라도, 초음파 탐상 장치의 대형화를 억제할 수 있다고 생각된다. 즉, 평판형 회전 트랜스를 구
성하는 고정체 및 회전체의 각각에 복수의 코일을 설치하고, 평판형 회전 트랜스의 중심 구멍에 피검사재를 삽
입 통과시키는 구성으로 하면, 신호 전송부가 피검사재의 길이 방향으로 짧아져, 초음파 탐상 장치의 대형화를
억제할 수 있다고 생각된다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 일본국 특허공개 평 6-94685호 공보 [0023]
(특허문헌 0002) 일본국 특허공개 평 7-12783호 공보
(특허문헌 0003) 일본국 특허공개 평 6-242081호 공보
(특허문헌 0004) 일본국 특허공개 평 7-201612호 공보
(특허문헌 0005) 일본국 특허공개 평 7-37736호 공보
발명의 내용
해결하려는 과제
종래의 평판형 회전 트랜스를 구성하는 고정체 및 회전체는, 일반적으로, 신호의 전송 효율을 높이기 위해서 소[0024]
프트 페라이트와 같은 강자성체로 이루어지는 평판형상의 기재에 홈이 형성되고, 이 홈 내에 코일이 설치된 구
성으로 되어 있다. 혹은, 강자성체로 이루어지는 기재대신에, 알루미늄 등의 도전체로 이루어지는 기재가 이용
되는 경우도 있다. 어느쪽이나, 코일과 기재가 직접 접촉하는 구성이다.
그러나, 이러한 평판형 회전 트랜스를 이용하여, 초음파 탐상에서 일반적으로 사용되는, 1∼10MHz 정도의 주파[0025]
수대에서 또한 100∼500V 정도의 전압을 가지는 신호를 전송할 때는, 기재를 구성하는 강자성체 내에서의 히스
테리시스 손상이나, 기재를 구성하는 도전체 내에서의 과전류 손상의 영향을 받아, 전송 효율이 저하된다는 문
제가 있다.
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 초음파 탐상에서 사용되는 신[0026]
호를 전송할 때에도 그 전송 효율이 뛰어난 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스 및 이를 이용한 회전형 초
음파 탐상 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
과제의 해결 수단
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판형상의 고정체와, 한쪽의 면측에[0027]
코일이 설치된 평판형상의 회전체를 구비하고, 상기 고정체 및 상기 회전체 각각의 코일 설치면측이 대향하도록
배치되고, 대향하는 코일간에서 1∼10MHz의 주파수대의 신호 전송을 행하는 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트
랜스이며, 상기 고정체는, 복수에 1턴 코일이 동심원상으로 형성된 기판과, 그 기판을 유지하는 유지 부재를 구
비하고, 상기 회전체는, 상기 고정체에 형성된 1턴 코일과 동 수의 1턴 코일이 동심원상으로 형성된 기판과, 그
기판을 유지하는 유지 부재를 구비하고, 상기 고정체가 구비하는 상기 기판과 상기 유지 부재의 사이, 및, 상기
회전체가 구비하는 상기 기판과 상기 유지 부재의 사이에는, 공기, 또는 절연체이고 또한 비투자율이 거의 1과
동등한 재료가 개재되는 것을 특징으로 하는 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스를 제공한다.
등록특허 10-1553761
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본 발명에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스가 구비하는 고정체 및 회전체는, 코일이 형성된 기판[0028]
과, 그 기판을 유지하는 유지 부재를 구비하고, 상기 기판과 상기 유지 부재의 사이에는, 공기, 또는 절연체이
고 또한 비투자율이 거의 1과 동등한 재료(예를 들면, 베이크라이트 등의 플라스틱)가 개재된다. 환언하면, 코
일과 유지 부재가 직접 접촉하지 않고, 코일과 유지 부재의 사이에, 전자장을 유기하기 어려운 물질이 개재하게
된다. 이 때문에, 예를 들면, 유지 부재가 소프트 페라이트와 같은 강자성체나 알루미늄 등의 도전체로 형성된
다고 해도, 코일에서 유기되는 전자장이 유지 부재에서 쇠퇴하기 어려워, 전송 효율의 저하를 일으키기 어렵다.
여기에서, 일반적으로는, 코일의 턴수에 비례하여 전송 효율이 향상된다. 그러나, 초음파 탐상에서 일반적으로[0029]
사용되는 주파수대(1∼10MHz)에 있어서는, 코일의 턴수가 늘어나 코일선 길이가 커지면, 코일선간 부유 용량이
커져, 임피던스가 증대한다. 코일을 구동하는 신호원은 순간적으로는 정전압 전원으로 생각되므로, 상기와 같
이 임피던스가 증대하면, 코일에 흐르는 전류는 쇠퇴하고, 고정체에 형성된 코일과 회전체에 형성된 코일의 사
이에서의 전송 효율은 극단적으로 저하된다.
따라서, 본 발명에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스가 구비하는 고정체 및 회전체에는, 복수의 1[0030]
턴 코일이 형성되어 있다. 이와 같이, 1턴 코일을 이용함으로써, 코일선간 부유 용량이 0이 되므로, 전송 효율
의 저하가 발생하지 않는다. 　
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 초음파 탐상에서 사용되는 신호를 전송할 때에도, 그 전송 효율이 뛰어난 회전[0031]
형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스를 얻는 것이 가능하다.
여기에서, 복수의 코일을 설치하여 복수의 상이한 신호를 전송할 경우, 각 신호간의 간섭(크로스토크)이 문제가[0032]
되는 경우가 있다. 이를 피하기 위해서, 종래는, 전자장 차폐를 위한 실드용 전극을 설치하고 있다(예를 들면,
특허문헌 5 참조). 그러나, 초음파 탐상에서 일반적으로 사용되는 주파수대(1∼10MHz)에 있어서는, 코일에 근
접하여 실드용 전극을 설치하면, 코일과 전극간의 선간 부유 용량에 의해, 전송 효율이 저하된다는 문제가
있다.
따라서, 상기 고정체 및 상기 회전체의 각각이 구비하는 상기 기판에 형성된 복수의 1턴 코일은, 코일폭과 동등[0033]
한 간격을 사이에 두고 동심원상으로 형성되는 것이 바람직하다.
이러한 바람직한 구성에 의하면, 각 1턴 코일로 전송되는 신호간의 크로스 토크를 저감하는 것이 가능하다. [0034]
바람직하게는, 상기 고정체 및 상기 회전체의 각각이 구비하는 상기 기판과 상기 유지 부재의 이격 거리는, 상[0035]
기 고정체에 형성된 1턴 코일과 상기 회전체에 형성된 1턴 코일의 갭의 5∼10배로 된다.
기판과 유지 부재의 이격 거리가 양 코일의 갭의 5배 미만이면, 코일에서 유기되는 전자장이 유지 부재에서 쇠[0036]
퇴하여 전송 효율의 저하를 일으킬 우려가 있는 한편, 기판과 유지 부재의 이격 거리가 양 코일의 갭의 10배를
넘으면, 유지 부재에서의 전자장의 쇠퇴의 영향은 적어지므로, 이격 거리를 쓸데없이 크게 해도 회전 트랜스의
두께가 커져버릴 뿐이기 때문이다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은, 상기 회전 트랜스와, 상기 회전체에 형성된 복수의 1턴 코일과[0037]
전기적으로 접속되어, 상기 회전체와 일체적으로 회전하는 복수의 초음파 탐촉자와, 상기 고정체에 형성된 복수
의 1턴 코일과 전기적으로 접속된 초음파 탐상기를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전형 초음파 탐상 장치로서
도 제공된다.
본 발명에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치에 의하면, 장치의 대형화를 억제하면서 다채널의 신호 전송을 효율[0038]
적으로 행하는 것이 가능하다.
발명의 효과
본 발명에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스에 의하면, 초음파 탐상에서 사용되는 신호를 전송할[0039]
때에도 그 전송 효율이 뛰어나다는 효과를 발휘한다. 또한, 본 발명에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치에 의하
면, 장치의 대형화를 억제하면서 다채널의 신호 전송을 효율적으로 행하는 것이 가능하다.
도면의 간단한 설명
도 1은 일반적인 회전형 초음파 탐상 장치의 개략적 구성을 나타내는 모식도이다. [0040]
도 2는 초음파 탐상에서 사용되는 신호를 슬립 링을 이용하여 전송하는 방법을 설명하는 설명도이다.
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도 3은 초음파 탐상에서 사용되는 신호를 콘덴서 커플링을 이용하여 전송하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 4는 초음파 탐상에서 사용되는 신호를 콘덴서 커플링을 이용하여 다채널로 전송하는 방법을 설명하는 설명도
이다.
도 5는 초음파 탐상에서 사용되는 신호를 회전 트랜스를 이용하여 전송하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스가 구비하는 고정체의 개략 구
성을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스가 구비하는 회전체의 개략 구
성을 나타내는 모식도이다.
도 9는 도 6에 도시하는 회전형 초음파 탐상 장치의 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 6에 도시하는 회전형 초음파 탐상 장치의 다른 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 6에 도시하는 회전형 초음파 탐상 장치의 또 다른 평가 시험에 있어서 관찰된 수신 파형의 예를 나
타낸다.
도 12는 도 6에 도시하는 회전형 초음파 탐상 장치의 또 다른 평가 시험에 있어서 관찰된 간섭 에코(표면 에
코)의 높이를 나타내는 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명한다. [0041]
도 6은, 본 발명의 일실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 도 6[0042]
(a)는 장치의 전체 구성을 나타내는 도면이며, 도 6(b)는 1개의 초음파 탐촉자에 대한 전기적인 접속 관계를 설
명하는 도면이다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치(100)는, 피검사재(S)에 대하여 초[0043]
음파를 송수신하는 복수의 초음파 탐촉자(1)와, 초음파 탐촉자(1)가 부착되어 피검사재(S)의 둘레 방향으로 회
전하는 탐촉자 홀더(2)와, 초음파 탐촉자(1)로부터의 초음파의 송수신을 제어함과 더불어, 초음파 탐촉자(1)에
서 수신한 에코에 의거하여 피검사재(S)의 탐상을 행하는 초음파 탐상기(3)와, 초음파 탐촉자(1)와 초음파 탐상
기(3)의 사이의 신호 전송을 행하는 회전형 초음파 탐상 장치용 회전 트랜스(이하, 간단히 회전 트랜스라고 하
는 경우가 있다)(5)를 구비하고 있다. 피검사재(S)는, 탐촉자 홀더(2) 및 회전 트랜스(5)의 중심 구멍에 삽입
통과된다.
회전 트랜스(5)는, 한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판형상의 고정체(51)와, 한쪽의 면측에 코일이 설치된 평판[0044]
형상의 회전체(52)를 구비하고, 고정체(51) 및 회전체(52) 각각의 코일 설치면측이 대향하도록 배치되고, 대향
하는 코일간에서 1∼10MHz의 주파수대의 신호 전송을 행하는 구성이다. 본 실시 형태에 관련된 회전형 초음파
탐상 장치(100)는, 한쌍의 회전 트랜스(5)(송신용 회전 트랜스(5A) 및 수신용 회전 트랜스(5B))를 구비하고 있
다.
도 7은, 회전 트랜스(5)가 구비하는 고정체(51)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 7(a)는 평면도이며,[0045]
도 7(b)는 도 7(a)에 나타내는 AA 단면도이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 고정체(51)는, 복수(도 7에 도시하는 예에서는 4개)의 1턴 코일(511)이 동심원상으[0046]
로 형성된 기판(512)과, 기판(512)을 유지하는 유지 부재(513)를 구비한다. 유지 부재(513)는, 기판(512)의 코
일 형성면과 반대측의 면을 유지하는 것이다. 본 실시 형태의 유지 부재(513)는, 알루미늄으로 형성되어 있다.
고정체(51)가 구비하는 기판(512)과 유지 부재(513)의 사이에는, 공기, 또는 절연체이고 또한 비투자율이 거의[0047]
1과 동등한 재료(예를 들면, 베이크 라이트 등의 플라스틱)(M)가 개재하고 있다. 도 7에 나타내는 예에서는,
기판(512)의 코일(511)이 형성되어 있는 부위와 유지 부재(513)가 기판(512)의 두께 방향으로 이격하도록, 유지
부재(513)가 단면 コ자형으로 형성되어 있고, 기판(512)과 유지 부재(513)의 사이에는 공기가 개재하고 있다.
본 실시 형태에서는, 바람직한 구성으로서, 고정체(51)가 구비하는 기판(512)에 형성된 복수의 1턴[0048]
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코일(511)이, 코일폭(C)과 동등한 간격(D)을 두고 동심원상으로 형성되어 있다.
도 8은, 회전 트랜스(5)가 구비하는 회전체(52)의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 도 8(a)는 평면도이며,[0049]
도 8(b)는 도 8(a)에 나타내는 BB 단면도이다.
도 8에 도시하는 바와 같이, 회전체(52)도, 복수(도 8에 도시하는 예에서는 4개)의 1턴 코일(521)이 동심원상으[0050]
로 형성된 기판(522)과, 기판(522)을 유지하는 유지 부재(523)를 구비한다. 유지 부재(523)는, 기판(522)의 코
일 형성면과 반대측의 면을 유지하는 것이다. 유지 부재(523)는, 알루미늄으로 형성되어 있다.
회전체(52)가 구비하는 기판(522)과 유지 부재(523)의 사이에는, 공기, 또는 절연체이고 또한 비투자율이 거의[0051]
1과 동등한 재료(예를 들면, 베이크 라이트 등의 플라스틱)(M)가 개재되어 있다. 도 8에 도시하는 예에서는,
기판(522)의 코일(521)이 형성되어 있는 부위와 유지 부재(523)가 기판(522)의 두께 방향으로 이격하도록, 유지
부재(523)가 단면 コ자형으로 형성되어 있고, 기판(522)과 유지 부재(523)의 사이에는 공기가 개재하고 있다.
본 실시 형태에서는, 바람직한 구성으로서, 회전체(52)가 구비하는 기판(522)에 형성된 복수의 1턴[0052]
코일(521)이, 코일폭(C)과 동등한 간격(D)을 두고 동심원상으로 형성되어 있다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 초음파 탐촉자(1)는, 송신용 진동자(11) 및 수신용 진동자(12)를[0053]
구비한 송수신 분리형의 초음파 탐촉자로 되어 있다. 초음파 탐촉자(1)는, 회전체(52)에 형성된 1턴 코일(52
1)과 전기적으로 접속되어, 회전체(52)와 일체적으로 회전하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 초음파 탐촉자
(1)의 송신용 진동자(11)가 송신용 회전 트랜스(5A)의 회전체(52)에 형성된 1턴 코일(521)과 전기적으로 접속되
고, 수신용 진동자(12)가 수신용 회전 트랜스(5B)의 회전체(52)에 형성된 1턴 코일(521)과 전기적으로 접속되어
있다. 그리고, 송신용 회전 트랜스(5A)의 회전체(52) 및 수신용 회전 트랜스(5B)의 회전체(52)는, 탐촉자 홀더
(2)와 일체적으로 회전하도록 구성되어 있고, 탐촉자 홀더(2)가 소정의 구동원에 의해 피검사재(S)의 둘레 방향
으로 회전함으로써, 초음파 탐촉자(1), 송신용 회전 트랜스(5A)의 회전체(52) 및 수신용 회전 트랜스(5B)의 회
전체(52)는, 피검사재(S)의 둘레 방향으로 일체적으로 회전한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 초음파 탐상기(3)는, 고정체(51)에 형성된 1턴 코일(511)과 전기적으로 접속되어[0054]
있다. 본 실시 형태에서는, 초음파 탐상기(3)는, 송신용 회전 트랜스(5A)의 고정체(51)에 형성된 1턴 코일
(511)과, 수신용 회전 트랜스(5B)의 고정체(51)에 형성된 1턴 코일(511)에 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 도 6(b)에서는, 1개의 초음파 탐촉자(1)가 한쌍의 1턴 코일(521)(송신용 회전 트랜스(5A)의 회전체(52)에[0055]
형성된 1개의 1턴 코일(521)과, 수신용 회전 트랜스(5B)의 회전체(52)에 형성된 1개의 1턴 코일(521))에 전기적
으로 접속되어 있는 예를 나타내는데, 다른 초음파 탐촉자(1)에 대해서는, 다른 쌍의 1턴 코일(521)과 전기적으
로 접속되게 된다. 또한, 도 6(b)에서는, 초음파 탐상기(3)가 한쌍의 1턴 코일(511)(송신용 회전 트랜스(5A)의
고정체(51)에 형성된 1개의 1턴 코일(511)과, 수신용 회전 트랜스(5B)의 고정체(51)에 형성된 1개의 1턴 코일
(511))에 전기적으로 접속되어 있는 예를 나타내는데, 초음파 탐촉자(1)의 수에 따라, 다른 쌍의 1턴 코일(51
1)과도 전기적으로 접속되게 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 송신용 진동자(11) 및 수신용 진동자(12)를 구비한 송수신 분리형의 초음파 탐촉자[0056]
(1)를 이용하는 예에 대하여 설명했는데, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 1개의 진동자가 송신용과 수신
용을 겸하는 송수신 일체형의 초음파 탐촉자를 이용하는 것도 가능하다. 이 경우, 회전 트랜스(5)로는, 한쌍의
회전 트랜스(5)(송신용 회전 트랜스(5A) 및 수신용 회전 트랜스(5B))를 이용할 필요가 없고, 단일의 회전 트랜
스(5)를 이용하면 된다.
이상에 설명한 구성을 가지는 회전형 초음파 탐상 장치(100)를 이용하여 피검사재(S)의 초음파 탐상을 행할 때[0057]
는, 피검사재(S)를 축방향으로 직진시킴과 더불어, 탐촉자 홀더(2), 나아가서는 초음파 탐촉자(1)를
회전시킨다. 이 때, 송신용 진동자(11)로부터 초음파를 송신시키기 위한 신호가 초음파 탐상기(3)로부터 출력
되어, 송신용 회전 트랜스(5A)의 1턴 코일(511, 521)을 통하여, 송신용 진동자(11)에 전해진다. 이에 따라 송
신용 진동자(11)로부터 송신된 초음파(U)는, 접촉 매체로서의 물(W)을 통하여 피검사재(S)에 입사하고, 그 에코
가 수신용 진동자(12)로 검출된다. 수신용 진동자(12)로 검출된 에코는, 전기 신호로 변환되어, 수신용 회전
트랜스(5B)의 1턴 코일(521, 511)을 통하여, 초음파 탐상기(3)에 입력된다. 초음파 탐상기(3)는, 이 입력된 신
호에 의거하여 피검사재(S)의 탐상을 행한다. 초음파 탐촉자(1)의 궤적은 피검사재(S)의 외표면상에서 스파이
럴 형상으로 되므로, 피검사재(S)의 전단면을 탐상하는 것이 가능하다.
이하, 본 실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치(100)에 대하여 행한 평가 시험에 대하여 설명한다. [0058]
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<기판과 유지 부재의 이격 거리에 관한 평가 시험>[0059]
본 실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치(100)에 있어서, 송신용 회전 트랜스(5A) 및 수신용 회전 트랜[0060]
스(5B)의 쌍방에 대하여, 고정체(51)가 구비하는 기판(512)과 유지 부재(513)의 이격 거리, 및, 회전체(52)가
구비하는 기판(522)과 유지 부재(523)의 이격 거리를 적절히 변경하여, 초음파 탐상기(3)에서 관찰되는 손상으
로부터의 에코 높이를 평가하는 시험을 행했다.
구체적으로는, 송신용 회전 트랜스(5A) 및 수신용 회전 트랜스(5B)의 쌍방에 대하여, 고정체(51)에 설치된 코일[0061]
(511)과 회전체(52)에 설치된 코일(521)의 갭을 2㎜로 설정하고, 초음파 탐촉자(1)와 피검사재(S)의 사이에 개
재하는 물(W)의 두께를 0.5㎜로 하고, 탐상 주파수 5MHz에서 직경 5.6㎜의 평평한 바닥 구멍을 손상으로서 탐상
했다. 코일(511, 521)은, 코일폭 5㎜의 1턴 코일에서, 인접하는 코일의 간격은 5㎜로 했다. 또한, 손상 에코
를 관찰할 때는, 복수의 1턴 코일(511) 중 가장 외측에 설치된 1턴 코일(511)(직경: 약 1200㎜)과 초음파 탐상
기(3)를 전기적으로 접속했다. 또한, 복수의 1턴 코일(521) 중 가장 외측에 설치된 1턴 코일(521)(직경 : 약
1200㎜)과 초음파 탐촉자(1)를 전기적으로 접속했다.
도 9는, 상기 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. [0062]
도 9에 도시하는 바와 같이, 기판(512)(또는 522)과 유지 부재(513)(또는 523)를 이격시키면(기판과 유지 부재[0063]
의 사이에 공기를 개재시키면), 이격 거리가 0인 경우(기판과 유지 부재의 사이에 아무 것도 개재하지 않은 경
우)에 비하여, 손상 에코 높이가 커지는 것을 알았다. 이는, 기판(코일)과 유지 부재의 사이에 전자장을 유기
하기 어려운 공기가 개재하게 되므로, 가령, 본 실시 형태와 같이 유지 부재가 도전체인 알루미늄으로 형성되어
있다고 해도, 코일에서 유기되는 전자장이 유지 부재에서 쇠퇴하기 어려워, 전송 효율의 저하를 일으키기 어렵
기 때문이라고 생각된다. 보다 구체적으로는, 코일(511)과 유지 부재(알루미늄) 및 코일(521)과 유지 부재(알
루미늄)의 사이의 전자 유도에 의한 영향이 작아져, 코일(511)과 코일(521)의 전자 유도에 의한 전송의 효율 저
하를 일으키기 어렵기 때문이라고 생각된다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 기판과 유지 부재의 이격 거리가 약 10∼20㎜ 정도(고정체(51)에 설치된 코[0064]
일(511)과 회전체(52)에 설치된 코일(521)의 갭 2㎜의 5∼10배 정도)일 때, 관찰되는 손상 에코 높이는 피크가
되고, 이 이상 이격 거리를 크게 해도 손상 에코 높이에 변화가 없는 것을 알았다. 즉, 이 이상 이격 거리를
크게 해도, 코일에서 유기되는 전자장의 유지 부재에서의 쇠퇴를 억제하는 효과는 부족한 것을 알았다. 이 때
문에, 기판(512)(또는 522)과 유지 부재(513)(또는 523)의 이격 거리는, 고정체(51)에 설치된 코일(511)과 회전
체(52)에 설치된 코일(521)의 갭의 5∼10배 정도로 하는 것이 바람직하다.
<코일의 턴수에 관한 평가 시험>[0065]
본 실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치(100)에 있어서, 수신용 회전 트랜스(5B)를 제거하고, 초음파[0066]
탐촉자(1)의 수신용 진동자(12)와 초음파 탐상기(3)를 직접 전기적으로 접속한 상태에서, 송신용 회전 트랜스
(5A)의 고정체(51) 및 회전체(52)에 형성하는 코일의 턴수를 적절히 변경하여, 초음파 탐상기(3)에서 관찰되는
손상으로부터의 에코 높이를 평가하는 시험을 행했다.
구체적으로는, 송신용 회전 트랜스(5A)의 고정체(51)에 설치된 코일과 회전체(52)에 설치된 코일의 갭을 2㎜로[0067]
설정하고, 기판(512)(또는 522)과 유지 부재(513)(또는 523)의 이격 거리를 20㎜로 하고, 초음파 탐촉자(1)와
피검사재(S)의 사이에 개재하는 물(W)의 두께를 0.5㎜로 하여, 탐상 주파수 5MHz에서 직경 5.6㎜의 평평한 바닥
구멍을 손상으로서 탐상했다. 송신용 회전 트랜스(5A)에 설치하는 코일로는, 1턴 코일, 3턴 코일 및 5턴 코일
의 3종류의 코일을 이용했다. 1턴 코일을 이용할 경우, 코일폭을 5㎜로 하고, 인접하는 코일의 간격은 5㎜로
했다. 3턴 코일을 이용할 경우, 코일폭을 1㎜로 하여 간극 2㎜로 3턴 권회하고, 인접하는 코일의 간격은 5㎜으
로 했다. 5턴 코일을 이용할 경우, 코일폭을 0.5㎜로 하여 간극 0.5㎜로 5턴 권회하고, 인접하는 코일의 간격
은 5㎜로 했다. 또한, 손상 에코를 관찰할 때는, 1턴 코일, 3턴 코일 및 5턴 코일의 어느 것에 대해서나, 고정
체(51)의 가장 외측에 설치된 코일(직경: 약 1200㎜)과 초음파 탐상기(3)를 전기적으로 접속했다. 또한, 회전
체(52)의 가장 외측에 설치된 코일(직경 : 약 1200㎜)과 초음파 탐촉자(1)를 전기적으로 접속했다.
도 10은, 상기 평가 시험의 결과를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10에 있어서, 턴수 0의 위치에 플롯한 데이[0068]
터는, 송신용 회전 트랜스(5A) 및 수신용 회전 트랜스(5B)의 쌍방을 제거하고, 초음파 탐촉자(1)의 송신용 진동
자(11) 및 수신용 진동자(12)와 초음파 탐상기(3)를 직접 전기적으로 접속한 상태에서, 초음파 탐상기(3)에서
관찰되는 손상으로부터의 에코 높이를 평가한 결과를 나타낸다.
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도 10에 도시하는 바와 같이, 코일의 턴수를 증가시키면, 손상 에코 높이가 작아지는 것을 알았다. 이는, 코일[0069]
의 턴수가 증가하여 코일선 길이가 커지면, 코일선간 부유 용량이 커지고, 임피던스가 증대하기 때문에, 코일에
흐르는 전류가 쇠퇴하여, 고정체(51)에 형성된 코일과 회전체(52)에 형성된 코일의 사이에서의 전송 효율이 저
하되기 때문이라고 생각된다.
이상의 결과에 의거하여, 전술과 같이, 본 실시 형태에 관련된 회전 트랜스(5)가 구비하는 고정체(51) 및 회전[0070]
체(52)에는, 복수에 1턴 코일(511, 521)이 설치되어 있다.
<코일 간격에 관한 평가 시험>[0071]
본 실시 형태에 관련된 회전형 초음파 탐상 장치(100)에 있어서, 송신용 회전 트랜스(5A) 및 수신용 회전 트랜[0072]
스(5B)의 쌍방에 대하여, 고정체(51) 및 회전체(52)에 형성하는 복수의 1턴 코일(511, 521)의 간격을 적절히 변
경하여, 초음파 탐상기(3)에서 관찰되는, 인접하는 코일간의 간섭 에코의 높이를 평가하는 시험을 행했다.
구체적으로는, 송신용 회전 트랜스(5A) 및 수신용 회전 트랜스(5B)의 쌍방에 대하여, 고정체(51)에 설치된 코일[0073]
(511)과 회전체(52)에 설치된 코일(521)의 갭을 2㎜로 설정하고, 기판(512)(또는 522)과 유지 부재(513)(또는
523)의 이격 거리를 20㎜로 하고, 초음파 탐촉자(1)와 피검사재(S)의 사이에 개재하는 물(W)의 두께를 0.5㎜로
하고, 탐상 주파수 5MHz에서 직경 5.6㎜의 평평한 바닥 구멍을 손상으로서 탐상했다. 코일(511, 521)은, 코일
폭 5㎜의 1턴 코일에서, 인접하는 코일의 간격을 0.5∼15㎜의 범위에서 변경했다. 또한, 손상으로부터의 에코
를 관찰할 때는, 복수의 1턴 코일(511) 중 가장 외측에 설치된 1턴 코일(511)(직경 : 약 1200㎜) 및 이에 인접
하는 1턴 코일(511)과 초음파 탐상기(3)를 전기적으로 접속했다. 또한, 복수의 1턴 코일(521) 중 가장 외측에
설치된 1턴 코일(521)(직경 : 약 1200㎜) 및 이에 인접하는 1턴 코일(521)과 2개의 초음파 탐촉자(1)를 전기적
으로 접속했다. 그리고, 가장 외측에 설치된 1턴 코일(521)과 전기적으로 접속되어 있는 초음파 탐촉자(1)에서
수신한 에코를 초음파 탐상기(3)로 관찰했다.
도 11은, 상기 평가 시험에 있어서 관찰된 수신 파형의 예를 나타낸다. 도 11(a)는, 인접하는 1턴 코일의 간격[0074]
을 5㎜로 한 경우의 수신 파형의 예를, 도 11(b)는, 인접하는 1턴 코일의 간격을 0.5㎜로 한 경우의 수신 파형
의 예를 나타낸다. 또한, 도 11에 있어서 부호 T로 나타내는 에코는 송신 에코, 부호 S로 나타내는 에코는 표
면 에코, 부호 F1, F2로 나타내는 에코는 손상 에코, 부호 B1, B2로 나타내는 에코는 저면 에코이다.
본 실시 형태의 초음파 탐촉자(1)는, 송신용 진동자(11) 및 수신용 진동자(12)를 구비한 송수신 분리형의 초음[0075]
파 탐촉자이므로, 표면 에코(피검사재(S)의 표면에서 반사한 에코)(S)는 수신용 진동자(12)에서 대부분 수신되
지 않는 것이 통상적이다. 그러나, 복수의 1턴 코일을 설치하여 복수의 상이한 신호를 전송할 경우, 각 신호간
의 간섭(크로스 토크)이 발생함으로써, 표면 에코(S)의 높이가 커진다고 생각된다. 도 11(a)에 도시하는 바와
같이, 인접하는 1턴 코일의 간격을 코일폭과 동등한 5㎜로 한 경우에는, 각 신호간의 간섭이 적고, 표면 에코
(S)의 높이는 작다. 한편, 도 11(b)에 도시하는 바와 같이, 인접하는 1턴 코일의 간격을 0.5㎜로 한 경우에는,
각 신호간의 간섭에 의해, 표면 에코(S)의 높이는 커진다. 또한, 도시하지 않지만, 인접하는 1턴 코일의 간격
을 코일폭보다 크게 해도, 표면 에코(S)의 높이가 큰 수신 파형이 되었다. 이들 결과에서, 인접하는 1턴 코일
의 간격에는, 표면 에코의 높이를 저감시키는데 있어서의 최적값이 존재하는 것을 알았다.
도 12는, 상기 평가 시험에 있어서 관찰된 간섭 에코(표면 에코(S))의 높이를 나타내는 그래프이다. [0076]
도 12에 도시하는 바와 같이, 인접하는 1턴 코일의 간격을 코일폭과 동등한 5㎜로 함으로써, 간섭 에코의 높이[0077]
를 저감, 즉 각 1턴 코일로 전송되는 신호간의 크로스 토크를 저감할 수 있는 것을 알았다.
이상의 결과에 의거하여, 본 실시 형태에서는, 바람직한 구성으로서, 고정체(51)가 구비하는 기판(512)에 형성[0078]
된 복수의 1턴 코일(511), 및, 회전체(52)가 구비하는 기판(522)에 형성된 복수의 1턴 코일(521)이, 코일폭과
동등한 간격을 두고 동심원상으로 형성되어 있다.
부호의 설명
1 : 초음파 탐촉자 2 : 탐촉자 홀더[0079]
3 : 초음파 탐상기 5 : 회전 트랜스
5A : 송신용 회전 트랜스 5B : 수신용 회전 트랜스
11 : 송신용 진동자 12 : 수신용 진동자
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51 : 고정체 52 : 회전체
100 : 회전형 초음파 탐상 장치 511 : 1턴 코일
512 : 기판 513 : 유지 부재
521 : 1턴 코일 522 : 기판
523 : 유지 부재
M : 공기, 또는 절연체이고 또한 비투자율이 거의 1과 동등한 재료
S : 피검사재
도면
도면1
도면2
도면3
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도면4
도면5
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도면6
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도면7
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도면9
도면10
도면11
도면12
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