KR100248647B1

KR100248647B1 - 터널 벽면의 박리 검출 장치

Info

Publication number: KR100248647B1
Application number: KR1019970046518A
Authority: KR
Inventors: 세라요시히로
Original assignee: 마스다 노부유키; 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 1996-05-24
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 2000-04-01
Also published as: JPH09311029A; KR19990025065A; US6271878B1; CN1105303C; CN1210976A

Abstract

본 발명에 따르면, 적외선을 효과적으로 이용하여 신속하게 터널 벽면을 검사할 수 있는 터널 벽면의 박리 검출 장치를 제공할 수 있다.

발광 히터(4)로 터널 벽면(1)을 주행하면서 가열하고, 적외선 카메라(6)로 가열후의 벽면으로부터 방사되는 적외선을 검지하여, 이 적외선 에너지량으로부터, 가열에 의해 유기(誘起)된 박리 부분과 정상 부분의 표면 온도차를 파악하여, 터널 벽면(1)의 박리의 유무를 판정한다.

Description

터널 벽면의 박리 검출 장치{FLAKING DETECTING APPARATUS OF TUNNEL SURFACE}

본 발명은 터널 벽면의 박리를 이동하면서 검출하는 터널 벽면의 박리 검출 장치에 관한 것이다.

종래의 터널 벽면의 박리의 검사는, 사람의 손에 의해, 해머(hammer) 등을 이용하여 벽면을 소리나게 쳐서, 소리의 차이에 따라 박리(剝離) 개소를 판정하였다.

또한, 적외선을 이용하는 콘크리트 구조물의 박리 검사 방법으로서, 외부 기온 변동에 기인하여 발생하는 박리 부분과 정상 부분의 표면 온도차를 파악하는 방법이 있고, 주로 교각이나 빌딩 벽면 검사 등에 적용되었다.

그런데, 상술한 타음(打音) 검사 방법(hammering test)으로 터널 벽면을 검사하는 경우, 터널 벽면은 광대하기 때문에, 전면적으로 타음(打音)하기 위해서는, 막대한 시간을 요한다고 하는 문제가 있었다.

또한, 단지, 적외선을 이용하는 검사 방법은, 터널 내가 폐쇄된 공간이고, 교각이나 빌딩 벽면과 같이, 하루를 통틀어 외부 기온 변동, 태양광의 조사 등이 없기 때문에, 자연 상태에서는 박리 부분과 정상 부분의 사이에는 표면 온도차가 발생하지 않아 터널 벽면의 검사에는 적용할 수 없었다.

그래서, 본 발명의 목적은, 적외선을 효과적으로 이용하여 신속하게 터널 벽면을 검사할 수 있는 터널 벽면의 박리 검출 장치를 제공하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예를 도시하는 터널 벽면의 박리 검출 장치의 개략 구성도,

도 2는 도 1의 장치에 의해 터널 벽면을 검사하는 순서의 예를 도시하는 플로우 챠트,

도 3은 도 1의 장치를 이용하여 터널을 검사한 터널 벽면의 검사 결과 출력예를 도시하는 전개도,

도 4는 가열 방법의 비교 설명도,

도 5는 발광 히터의 가열에 의해 정상부와 박리부 사이에 발생하는 온도차의 산출에 이용한 시뮬레이션 모델,

도 6은 도 5의 시뮬레이션 모델을 이용하여 정상부와 박리부에 발생하는 온도차를 산출한 예의 그래프,

도 7은 도 5의 시뮬레이션 모델을 이용하여 도 1의 장치의 장치 제원(諸元)을 파라미터로 하여 장치의 검출 한계를 산출한 예의 그래프,

도 8은 박리 면적, 박리 두께, 공동(空洞) 두께의 각 항목에 관하여 일반적인 터널 벽면(1)의 박리의 특징과 도 5, 6, 7에서 추산되는 본 장치의 검출 한계를 비교하여, 장치의 박리 검출 능력의 유효성을 평가한 결과의 설명도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 터널 벽면 2 : 차량

3 : 암 장치 4 : 발광 히터

5 : 트럭 6 : 적외선 카메라

7 : 거리 센서 8 : 기록 장치

9 : 표시 장치 10 : 테이프

11 : 재생 장치 12 : 화상 처리 장치

13 : 모니터 14 : 프린터

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 대한 터널 벽면의 박리 검출 장치는, 터널 벽면을 표면으로부터 적외선 램프 등의 발광 히터를 이용하여 균일하게 가열하는 가열 수단과, 터널 벽면에서 방사되는 적외선을 적외선 카메라로 검지하여, 터널 벽면의 박리 유무에 관계되는 소정의 출력을 실행하는 적외선 검출 수단을 갖고, 상기 가열 수단 및 적외선 카메라를 차량에 탑재함으로써, 이동하면서 터널 벽면을 가열·검사하는 것을 특징으로 한다.

터널 벽면 표면부를 발광 히터에 의해 이동하면서 가열하면 벽면 표면부의 온도가 상승하여, 벽면 표면으로부터 배면(背面) 방향으로 열의 흐름이 발생한다. 벽면 내부에 박리 등의 공동(空洞)이 있는 경우, 공동 부분에 의해 상기의 열의 흐름은 방해를 받는다. 이 때문에, 내부에 박리가 있는 개소의 열의 흐름은 박리가 없는 개소의 열의 흐름과 비교해서 악화되고, 가열후의 표면 온도의 저하 속도가 느려서 결과적으로 박리가 있는 개소는 박리가 없는 개소에 비해서 표면 온도가 높아진다.

이렇게 해서 가열에 의해 발생한 표면 온도차는, 적외선 카메라에 의해, 온도 분포 화상으로서 검지된다. 검지된 온도 분포 화상은, 컴퓨터에 의해 화상 처리된 후, 터널 벽면 내의 박리 유/무 지도(map) 등의 형식으로 출력된다. 또한, 화상 처리를 하지 않고서 검사원이 온도 분포 화상을 텔레비젼 모니터 등의 표시 장치에 의해 직접 관찰함으로써 벽면 내의 박리 유/무를 판단하는 것도 가능하다.

발명의 실시예

이하, 본 발명에 대한 터널 벽면의 박리 검출 장치를 실시예에 의해 상세히 설명한다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 일실시예를 도시하는 터널 벽면의 박리 검출 장치의 개략 구성도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 터널 벽면(1)의 검사를 실행해야 하는 주행 가능한 차량(2) 상에는 신축이 가능한 암(arm) 장치(3)를 거쳐서 발광 히터(예컨대, 적외선 램프)(4)가 탑재됨과 동시에, 이 차량(2)에 견인되는 트럭(5) 상에는, 터널 벽면(1)이 방사하는 적외선을 계측하기 위한 적외선 카메라(6)와, 차량(2) 및 트럭(5)이 주행한 거리를 계측하기 위한 거리 센서(7)와, 상기 적외선 카메라(6)에 의해 얻어지는 온도 분포 화상과 거리 센서(7)로 얻어지는 주행 거리 데이터를 함께 기록하기 위한 기록 장치(8)와, 상기 적외선 카메라(6)에 의해 얻어지는 온도 분포 화상을 실시간(real time)으로 표시하기 위한 표시 장치(9)가 탑재된다.

그리고, 기록 장치(8)에 있어서, 테이프(10)에 기록된 온도 분포 화상과 주행 거리 데이터는, 외부의 재생 장치(11)에서 재생되어 화상 처리 장치(컴퓨터)(12)에서 처리되게 되어 있다. 도면 중 (13) 및 (14)는, 화상 처리 장치(12)의 모니터와 프린터이다.

도 2는, 도 1의 장치에 의해 터널 벽면을 검사하는 순서의 예를 도시하는 플로우 챠트이다.

이것에 의하면, 우선, 터널 벽면(1)의 가열을 효율적으로 실시하기 위해서, 암 장치(3)에 의해 발광 히터(4)를 터널 벽면(1)에 접근시켜 히터를 점등한다(단계 P1).

다음에, 차량(2)으로 트럭(5)을 견인하여 일정 속도로 주행을 개시한다(단계 P2). 후술하겠지만, 발광 히터(4)와 적외선 카메라(6) 사이의 거리는 긴 편이 바람직하기 때문에, 본 실시예에서는, 차량(2)에 발광 히터(4)를, 트럭(5)에 적외선 카메라(6)를 탑재하여, 양 부재 사이의 거리를 길게 하기 쉽게 하고 있다.

차량(2)의 진행에 따라 발광 히터(4)에 의해 터널 벽면(1)은 순차적으로 균일하게 가열되어 간다(단계 P3). 또한, 가열 후의 벽면은, 발광 히터(4)의 후방으로부터 진행되어 온 적외선 카메라(6)에 의해 가열후 일정 시간이 경과된 다음, 촬영된다(단계 P4). 여기서, 가열후 촬영까지의 일정 시간은, 차량(2)의 진행 속도 및 발광 히터(4)와 적외선 카메라(6) 사이의 거리에 의존한다.

적외선 카메라(6)로 얻어진 온도 분포 화상 및 거리 센서(7)로 얻어진 주행 거리 데이터는 기록 장치(8)에 기록된다(단계 P5).

계측 종료시에는, 주행(단계 P6)을 정지하고, 테이프(10)를 판독하여, 재생 장치(11) 및 화상 처리 장치(12)에서 해석을 실행한다(단계 P7). 여기서, 재생된 온도 분포 화상에 있어서 주위보다 온도가 높은 부분은 박리, 그 이외의 부분은 정상으로 판정한다(단계 P8, P9, P10).

박리 판정 결과는, 동시에 재생되는 거리 센서(7)의 데이터와 함께 도 3에 도시하는 바와 같은 전개도로서 출력할 수 있다. 박리 판정 결과, 박리의 크기나 박리의 집적도에 따른 일정한 판정 기준에 근거하여 터널 벽면(1)의 건전성(健全性)을 판단하여 터널 벽면(1)의 보수 필요 여부의 판단이 가능하다(단계 P 11).

본 실시예에서는, 터널 벽면(1)을 가열하는데 발광 히터(4)를 이용하고 있지만, 참고적으로 다른 가열 방법과의 비교를 도 4에 도시한다. 도 4에서 이동하면서 검사하기 위해서는 발광 히터(4)가 가장 적합하다는 것을 알 수 있다.

다음에, 상기 구성의 본 장치의 유효성을 설명한다.

우선, 도 5에, 발광 히터(4)의 가열에 의해 정상부와 박리부 사이에 발생하는 온도차 산출에 이용한 시뮬레이션 모델(simulation model)을 도시한다. 동일 모델에서는 터널 벽면(1)을 무한 평면, 벽면내 일정 두께로 박리가 무한정 넓어진다고 가정하고, 벽면상을 일정 에너지 밀도로 가열한 경우의 벽면 두께 방향으로의 열의 흐름만을 고려하여, 일차원의 열전도 방정식을 계산기상에서 산출하고 있다. 박리의 배후에는 공기층이 1㎜ 두께로 존재한다고 하였다.

벽면에는 콘크리트, 공기층에는 공기의 물성값을 채용하고, 이하의 값을 이용하여 계산하였다.

벽면 : 밀도 2100㎏/㎥, 비열 0.879kJ/㎏℃, 열전도율 1.00W/m℃

공기 : 밀도 1.16㎏/㎥, 비열 1.01kJ/㎏℃, 열전도율 O.0257W/m℃

도 6에, 상기의 계산 방법을 이용하여 정상부와 박리부에 발생하는 온도차를 산출한 예를 도시한다. 본 장치로 가열한 것으로 하고, 장치의 제원(諸元)은 이하의 값으로 설정하였다.

주행 속도 : 1km/h(0.25㎧), 적외선 카메라 위치 : 히터 후방 8.75m,

히터 사이즈 : 0.5m(진행 방향)×2.0m (진행 수직 방향),

히터 출력 : 60kW, 히터로부터 벽면으로의 열전달 효율 : 50%,

적외선 카메라 온도 분해능 : 0.025℃

여기서, 터널내에는 외부 기온 변동이나 태양광 등의 영향이 없으므로, 터널 벽면(1)은 발광 히터(4)에 의한 가열전에는 균일한 온도 분포를 갖고 있기 때문에, 발광 히터(4)에 의한 균일 가열후, 주위 부분보다 온도가 높게 되는 것은 박리 부분뿐이다. 따라서, 박리 부분의 표면 온도차가 적외선 카메라(6)의 온도 분해능에 비해서, 충분히 높으면 박리 부분의 식별이 가능하다.

적외선 카메라(6)의 온도 분해능은, 0.025℃이기 때문에, 도 6에 있어서 적외선 카메라(6)에 의해 박리로서 검지 가능한 온도차는, 0.3℃(온도 분해의 12배)로 설정하였다. 또한, 적외선 카메라(6)의 위치 및 주행 속도로부터, 적외선 카메라(6)의 촬영 타이밍은, 가열 개시로부터 35sec(=8.75/0.25) 이후가 된다.

이상의 결과, 도 6으로부터 상기 계산 조건으로 검출 가능한 박리 두께는 약 8㎜라는 것을 알 수 있다.

도 6의 계산 과정에서, 본 장치의 검출 가능 박리 두께는, 주행 속도 등의 장치 제원에 의존하는 것을 알 수 있다. 도 7에, 이하에 도시하는 장치 제원으로 검출 가능한 박리 두께를 산출한 결과를 도시한다.

주행 속도 : 1km/h(0.25m/s),

적외선 카메라 위치 : 히터 후방 2.5m, 7.5m, 12.5m,

히터 사이즈 : 0.5m(진행 방향)×2.0m(진행 수직 방향),

히터 출력 : 60kW, 80kW, 100kW, 120kW,

히터로부터 벽면으로의 열전달 효율 : 50%,

적외선 카메라 온도 분해능 : 0.025℃(박리로서 검지 가능한 온도차 0.3℃)

도 7로부터, 적외선 카메라(6)의 위치를 히터 후방 12.5m에 두면, 히터 출력에도 의존하기는 하지만, 두께 1cm 정도의 박리는 검출 가능한 것을 알 수 있다. 또한, 적외선 카메라(6)를 보다 발광 히터(4)로부터 후방으로 이동하거나, 혹은 히터 출력을 상승시키면, 검출 가능한 박리 두께는 두껍게 되는 경향도 알 수 있다.

도 8에, 박리 면적, 박리 두께, 공동 두께의 각 항목에 관하여 일반적인 터널 벽면(1)의 박리의 특징과, 도 5, 6, 7에서 추산되는 본 장치의 검출 한계를 비교하여, 장치의 박리 검출 능력의 유효성을 평가한 결과를 도시한다. 도 8로부터 본 장치가 터널 벽면(1)의 박리 검출에 유효한 것을 알 수 있다.

또한, 도 6, 7의 계산 조건에 있어서, 발광 히터(4)의 진행 수직 방향의 폭이, 2m로 짧기 때문에, 이러한 경우, 발광 히터(4)에 의한 가열 범위가 좁게 되어, 일회 주행으로서는 터널 벽면(1) 전면을 검사하는 것이 불가능한 것도 있지만, 동일한 개소를 몇 번 히터 위치를 바꿔 주행함으로써, 터널 벽면(1) 전면을 검사할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 이동하면서 적외선 카메라를 이용하여 검사함으로써, 종래의 타음 검사 방법(hammering test)에 비해서 검사 속도를 한층 더 향상시킬 수 있다.

또한, 발광 히터를 이용하여 터널 벽면을 가열하면서 이동함으로써, 외부 기온 변동이 작아서, 자연 상태에서는 박리 부분과 정상 부분에 표면 온도차가 발생하지 않는 터널 벽면에 표면 온도차를 생기게 할 수 있어, 적외선에 의한 검사 방법을 터널 벽면 검사에 적용할 수 있다.

Claims

터널 벽면을 표면에서 발광 히터를 이용하여 균일하게 가열하는 가열 수단과, 터널 벽면에서 방사되는 적외선을 적외선 카메라로 검지하여, 터널 벽면의 박리의 유무에 관계되는 소정의 출력을 실행하는 적외선 검출 수단을 가지며, 상기 가열 수단 및 적외선 카메라를 차량에 탑재함으로써, 이동하면서 터널 벽면을 가열·검사하는 것을 특징으로 하고, 또한 상기 차량에, 거리 센서를 탑재하여 거리를 동시에 기록하는 것을 특징으로 하는 터널 벽면의 박리 검출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발광 히터는 신축이 가능한 암(arm) 장치를 거쳐서 차량에 탑재되는 터널 벽면의 박리 검출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 차량에는, 해당 차량이 주행한 거리를 계측하기 위한 거리 센서가 탑재되는 터널 벽면의 박리 검출 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 차량에는, 해당 차량이 주행한 거리를 계측하기 위한 거리 센서가 탑재되는 터널 벽면의 박리 검출 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 발광 히터는 주행이 가능한 차량에 탑재됨과 동시에, 이 차량에 의해 견인되는 트럭상에 상기 적외선 카메라가 탑재되는 터널 벽면의 박리 검출 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 발광 히터는 주행이 가능한 차량에 탑재됨과 동시에, 이 차량에 의해 견인되는 트럭상에 상기 적외선 카메라가 탑재되는 터널 벽면의 박리 검출 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 발광 히터는 주행이 가능한 차량에 탑재됨과 동시에, 이 차량에 의해 견인되는 트럭상에 상기 적외선 카메라가 탑재되는 터널 벽면의 박리 검출 장치.
제 4 항에 있어서,

상기 발광 히터는 주행이 가능한 차량에 탑재됨과 동시에, 이 차량에 의해 견인되는 트럭상에 상기 적외선 카메라가 탑재되는 터널 벽면의 박리 검출 장치.