KR100386737B1

KR100386737B1 - 관내벽면관측장치

Info

Publication number: KR100386737B1
Application number: KR1019970706735A
Authority: KR
Inventors: 신끼지 오오까; 사까에 사노; 요시따까 마쓰모또; 오사무 무라까미
Original assignee: 도아 그라우트 고교 가부시끼가이샤
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 2003-08-14
Also published as: KR19980703330A; AU5016096A; TW306968B; EP0831299A1; WO1996030719A1; CA2216800A1; EP0831299A4; AU707609B2; JPH08262332A

Abstract

지중을 종횡으로 뻗고 또 경사하거나 사행하는 수도관이나 하수도관 등 관에 있어서, 어둡고 관측이 곤란한 내벽면을 정확한 위치 계측하에서 전면적, 연속적으로 관측할 수 있게 하는 장치이다.

스캐너를 관내에 삽입하고, 제어 장치로부터의 지시로 이동 장치의 주행부를 구동하여 스캐너를 관내의 중심축선을 따라 이동시킨다.

거리 센서는 케이블의 반복량으로 스캐너의 이동 거리를 계측하고, 자세 센서는 3 축의 자이로스코프에 의해 스캐너의 자세를 롤각, 피치각, 요각으로 계측한다. 스캐너의 이동에 수반하여 변위하는 이들의 거리 데이터와 자세 데이터는 축차 케이블을 통하여 지상의 제어 장치로 보내져 스캐너가 출력하는 화상 데이터와 맞추어 관 내벽면의 연속 전개 화상을 작성한다.

Description

관내벽면 관측 장치

지중(地中)에 매설되는 수도관이나 하수관 등의 관은 일반적으로 빔관, 도기관, 주철관 등이 사용되고 있다. 이들 관은 장기간의 사용에 의해 내벽면이 황화수소 등의 부식 가스나 부착물, 관내의 유수 등에 의해 침식되어, 관두께가 얇아져서 강도가 저하한다. 또 지압이나 지반 침하 등에 의해 관의 이음매가 어긋나서 극간이 생기거나 상재하중(上載荷重) 등에 의해 관의 일부에 변형이나 균열이 발생한다. 그 때문에 이 부분으로부터 지하수 등이 관내로 침입하거나 관내의 유수가 지중으로 새는 일이 있다.

이 때문에, 관내의 상황을 자세히 관찰할 필요가 있는데, 작업자가 속에 들어 갈 수 없는 관 등의 경우는 임의의 도구를 사용해서 관내를 관측할 필요가 있다. 이 경우 부분적인 관측이 아니라 관내의 벽면을 전면적, 연속적으로 전개하여 관측할 필요가 있다.

관내의 벽면을 전면적, 연속적으로 관측하는 도구로는 TV 카메라가 있다.

즉, TV 카메라를 관내에 삽입하여, 영상 모니터로 감시하면서 원격조작에의해 이동시키거나, 혹은 케이블로 견인 이동시켜서 관내의 내주벽을 촬영한다.

TV 카메라로 촬영한 관내벽면의 영상은 비디오 레코더에 기록하고 후에 재생하여 압괴 (壓壞), 균열, 함몰 등의 손상 상태를 조사한다.

관내의 벽면을 전면적, 연속적으로 관측하는 그 외의 도구로는, 지질 조사에 사용하는 보어 홀 스캐너가 있다. 보어 홀 스캐너는 시추공에 케이블로 매달아 360 °주위의 구멍 벽면을 화상으로 비추어 지반의 상황을 관측한다 (특허공개공보 소60-54647 호). 이 보어 홀 스캐너는 케이블에 매달려 있기 때문에, 그 수광(受光) 방향은 항상 정해져 있지 않으나, 이동 방향은 지중의 종방향으로 한정된다. 따라서 구멍 벽면의 연속전개 주사화상(漣續展開走査畵像) 은 스캐너의 수광 방향이 예를 들면 N 극과 같은 특정의 기준 위치로 된 시점으로부터 항상 각 일주(一周) 의 주사화상을 기록하도록 하고, 그것을 순차 종방향으로 연속적으로 조합시켜서 작성한다.

TV 카메라에 의한 관내 관측에서는, 관내가 어둡거나 하여 손상 개소를 간과하게 되는 일이 발생한다. 이 때문에, 양호한 관측 결과를 얻기 위해서는 고도의 숙련을 필요로 한다.

또 TV 카메라에서는 관이 사행 (蛇行) 하거나 휘거나 굽어 있는 상태를 상세히 관측하는 것은 상당히 어렵다. 예를 들면 휨에 관해서는 관내에 지하수가 고여있는 상태로부터 관의 휨을 측정하곤 한다.

실제의 관내측정에 필요한 것은, 관내벽면의 손상 정도나, 손상구간의 길이, 형상 등으로, 이 점이 TV 카메라로는 알 수 없는 경우가 많다.

한편, 보어 홀 스캐너에 의한 관내 측정에서는 시추공과는 달라 수도관이나 하수관 등의 관은 종방향 뿐만 아니라 대부분이 지중의 횡방향으로 매설되고, 또한 경사하거나 사행하고 있다. 따라서, 수도관이나 하수관 등의 관내벽면의 연속전개 주사화상을 작성하기 위해서는, 스캐너를 항상 관의 중심축선을 따르도록 지지하고 종방향 뿐만 아니라 종, 횡, 경사의 3 차원 공간을 이동하는 스캐너의 위치와 자세를 항상 계측하면서 360° 주위의 관내벽면을 화상으로 비출 필요가 있다.

본 발명은 지중을 종횡으로 뻗고, 또한 경사하거나 사행하는 수도관이나 하수관 등의 관에 있어서, 어둡고 관측이 곤란한 내벽면을 정확한 위치 계측하에서 전면적, 연속적으로 관측할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것이다.

본 발명은 수도관이나 하수관 등의 관의 내벽면을 관측하는 장치에 관한 것이다.

제 1 도는 본 발명의 실시예의 단면도이다.

제 2 도는 본 발명의 실시예의 스캐너의 단면도이다.

제 3 도는 본 발명의 실시예의 관내벽면의 전개도이다.

제 4 도는 본 발명의 실시예의 관내벽면의 원주형상 투영도이다.

제 5 도는 본 발명의 실시예의 관의 사행상태를 나타내는 도이다.

제 6 도는 본 발명의 실시예의 관의 구배상태를 나타내는 도이다.

제 7 도는 본 발명의 실시예의 종단면도이다.

제 8 도는 본 발명 실시예의 관의 매설상황을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 관내벽면 관측장치의 구성은 다음과 같다.

관내벽면 전 둘레를 조사해서 얻어지는 반사광을 수광하여 광전변환(光電變換) 하고 관내벽면의 화상 데이터를 출력하는 스캐너와, 상기 스캐너를 관의 중심축선을 따르도록 지지하여 관내를 이동하는 이동 수단과, 상기 스캐너의 이동 거리를 계측하여 거리데이터를 출력하는 거리 계측수단과, 상기 스캐너의 3 축의 기울기를 계측하여 자세데이터를 출력하는 자세 계측수단과, 상기 화상데이터와 상기 거리데이터와 상기 자세데이터를 동기시켜서 기록하는 기록수단과, 상기 자세데이터가 나타내는 화상개시의 기점을 맞추어 상기 화상데이터를 연속적으로 배열하고 관내벽면의 연속전개 화상을 작성하여 표시하는 연속전개 화상작성 표시수단과, 상기 거리데이터와 상기 자세데이터에 의해 상기 스캐너의 3 차원 이동궤적화상을 작성하여 표시하는 3 차원 이동궤적 화상작성 표시수단을 구비하여 이루어지는 관내벽면 관측 장치이다.

스캐너는 관내벽면 전 둘레를 조사하여 얻어지는 반사광을 수광하고 광전변환하여 관내벽면의 화상데이터를 출력한다.

이동 수단은, 상기 스캐너를 관의 중심축선을 따르도록 지지하여 관내를 이동한다.

거리 계측수단은, 상기 스캐너의 이동거리를 계측하여 거리데이터를 출력한다.

자세센서는, 상기 스캐너의 3 축의 기울기를 계측하여 자세데이터를 출력한다.

기록수단은, 상기 화상데이터와 상기 거리데이터와 상기 자세데이터를 동기시켜서 기록한다.

연속전개 화상작성 표시수단은 상기 자세데이터가 나타내는 화상개시의 기점을 맞추어 상기 화상데이터를 연속적으로 배열하고 관내벽면의 연속전개 화상을 작성하여 표시한다.

3 차원 이동궤적화상 작성표시수단은, 상기 거리데이터와 상기 자세데이터에 의해 상기 스캐너의 3 차원 이동궤적화상을 작성하여 표시한다.

도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 이하 설명한다.

제 1 도는 본 발명의 실시예의 요부단면 설명도이다. 도면 중 도면부호 1 은, 지중에 매설된 하수도관 등의 관이고, 이것에 맨홀 (2) 이 연이어 통하고 있다. 관 (1) 의 내벽면 (1a) 을 관측하는 관내벽면 관측장치 (3) 는 스캐너 (4) 와, 스캐너 (4) 를 지지하여 관내를 이동하는 이동장치 (5) 와, 이동장치 (5) 에 부착하여 스캐너 (4) 의 이동거리를 계측하는 거리 센서 (6) 와, 동일하게 이동장치 (5) 에 부착하여 스캐너 (4) 의 3 축의 기울기를 계측하는 자세센서 (7) 와, 스캐너 (4) 를 작동 제어하며, 관측 데이터를 처리하는 제어장치 (8) 와, 상기 관측 데이터를 기록하는 기록장치 (9) 와, 상기 관측 데이터를 모니터에 표시하는 표시 장치 (10) 로 구성되고, 스캐너 (4) 및 이동장치 (5) 는 케이블 (11) 에 의해 제어장치 (8) 에 접속된다.

이동장치 (5) 는 케이블 (11) 을 통하여 제어장치 (8) 에 의해 구동 제어되는 주행부 (5a) 를 갖고, 스캐너 (4) 의 중심축선 (a) 이 관 (1) 의 내경의 중심축선 (b) 과 일치하도록 스캐너 (4) 의 위치를 조정 가능하게 지지한다.

제 2 도에 스캐너 (4) 의 단면 설명도를 모형적으로 나타낸다. 스캐너 (4) 는 외형이 대략 원통형상으로서, 선단측으로부터 차레로 광원 (4a), 반사경 (4b), 광전변환기 (4c), 데이터 전송기 (4d) 를 내장한다. 또 반사경 (4b) 에 대향하는 위치에는 창 (4e) 을 형성한다.

관내벽면 관측 장치 (3) 는 이상과 같은 구성이고, 관 (1) 의 내벽면 (1a)을 관측할 때는, 먼저 이동장치 (5) 에 지지되는 스캐너 (4) 를 관 (1) 내에 삽입한다. 그리고, 제어장치 (8) 로부터의 지시로 스캐너 (4) 의 반사경 (4b) 을 회전시키면서 이동장치 (5) 의 주행부 (5a) 를 구동하여 관 (1) 내를 중심축선 (b) 을 따라 이동시킨다.

스캐너 (4) 의 광원 (4a) 으로부터 발광된 빛은 회전하는 반사경 (4b) 에 의해 반사되어 창 (4e) 을 통하여 관 (1) 의 내벽면 (1a) 을 전 둘레에 걸쳐 조사한다. 내벽면 (1a) 에 조사된 빛은 내벽면 (1a) 의 상태, 예를 들면 압괴, 균열, 함몰 등의 손상상태를 비추고, 반사광으로서 반사경 (4b) 에 입사한다. 이 반사광은 광전변환기 (4c) 에 의해 일단 전기신호로 변환된다. 이 전기신호는 다시 데이터 전송기 (4c) 에 의해 디지털 신호로 변환되고 케이블 (11) 을 통하여 지상의 제어장치 (9) 로 보내진다.

거리 센서 (6) 는 케이블 (11) 의 반출량으로 스캐너 (4) 의 이동거리를 계측한다.

자세센서 (7) 는 3 축의 자이로스코프에 의해 스캐너 (4) 의 자세를 롤각, 피치각, 편요각으로 계측한다. 스캐너 (4) 의 이동에 수반하여 변위하는 이들의 거리데이터와 자세데이터는 차례로 케이블 (11) 을 통하여 지상의 제어장치 (8) 로 보내진다. 제어장치 (8) 로 보내지는 이들의 거리데이터 및 자세데이터는 스캐너 (4) 가 출력하는 화상데이터와 동기되어서 기록장치 (9) 에 기록된다.

제어장치 (8) 는 케이블에 의해 전송되는 이들의 거리데이터, 자세데이터 및 화상데이터에 의해 관 (1) 의 내벽면 (1a) 의 연속전개 화상을 작성한다.

자세데이터의 롤각 (스캐너 (4) 축의 회전각) 은 스캐너 (4) 에 의해 얻어지는 화상데이터가 어느 위치의 데이터 인가를 알기 위해 이용한다. 즉, 스캐너 (4) 는 관측 중에 그 자체가 회전하는 일이 있으므로 화상개시의 기점을 이동할 우려가 있다.

화상데이터의 기점이 어느 위치에 있는지는 롤각이 알려주기 때문에, 이 롤각이 나타내는 화상데이터의 기점을 맞추어 화상데이터를 순차 연속적으로 정열시켜서 관 (1) 의 내벽면 (1a) 의 연속전개 화상을 작성한다.

제어장치 (8) 가 작성한 연속전개 화상은 표시장치 (10) 에 의해, 예를 들면 제 3 도 혹은 제 4 도에 나타내는 바와 같이 표시된다. 제 3 도는 관 (1) 의 내벽면 (1a) 을 평면적으로 전개하여 표시한 것으로, 복잡한 압괴 (a1), 좁은 환상 균열 (a2), 큰 균열 (a3), 함몰 (a4) 등의 손상상태를 알 수 있게 되어 있다. 또, 제 4 도는 제 3 도를 원주형상으로 투영하여 표시한 것이다.

이 외에 스캐너 (4) 의 거리데이터와 자세데이터로부터 스캐너 (4) 의 이동 궤적을 구할 수 있다. 즉, 이동거리의 단위 거리로 롤각, 피치각, 편요각의 각각도변화를 적분하여 스캐너 (4) 의 단위 거리마다의 위치를 알고, 그들을 서로 연결시켜서 스캐너 (4) 의 이동궤적을 구한다. 이 이동궤적으로부터 제 5 도에 나타내는 관 (1) 의 사행상태나 제 6 도에 나타내는 구배상태 등을 표시할 수 있다. 또한 제 8 도에 나타내는 관 (1) 의 매설상황을 지도와 같은 형태로 표시할 수도 있다. 도 중 도면부호 1 은 하수관 등의 관, 도면부호 2 는 맨홀, 도면부호 13 은 후술하는 부착관을 나타낸다.

이상의 실시예는 완만한 구배의 관이나 비교적 큰 내경의 관을 대상으로 하는 자주식 (自走式) 이동장치 (5) 에 대해 서술하였는데, 슬립할 가능성이 있는 급한 구배의 관이나 작은 내경의 관을 대상으로 하는 견인식 이동장치 (5) 에 대해서 이하에 설명한다. 제 7 도에 견인식 이동장치 (5) 를 사용한 실시예의 요부 단면 설명도를 나타낸다. 도 중 도면부호 13 은 지중에 매설된 하수관 등의 관 (1) 에 일단을 개구하고, 타단을 지상의 부착 되(

:14) 에 개구하는 부착관이다.

이동장치 (5) 에는 방사형상으로 복수의 스프링 레그 (12) 라고 불리는 각부 (脚部) 를 설치한다. 스프링 레그 (12) 는 스프링 (12a) 과 스프링 (12a) 의 선단에 부착되는 롤러 (12b) 로 구성된다. 이 스프링 레그 (12) 가 스캐너 (4) 의 중심축선 (a) 과 관 (1) 내경의 중심축선 (b) 이 일치하도록 스캐너 (4) 를 지지한다. 견인식 이동장치 (5) 는 이상과 같은 구성이어서, 부착관 (13) 과 같이 급한 구배의 관내에서도 슬립하지 않고 이동할 수 있다.

스캐너를 항상 관의 중심축선을 따르도록 지지하고, 종방향 뿐만 아니라 종, 횡, 경사의 3 차원 공간을 이동하는 스캐너의 위치와 자세를 항상 계측하면서 360° 주위의 관내벽면을 화상으로 비춘다.

따라서 본 발명에 따르면, 지중을 종횡으로 뻗고, 또한 경사하거나 사행하거나 하는 수도관이나 하수관 등의 관에서, 어둡고 관측이 곤란한 내벽면을 정확한 위치 계측하에서 전면적, 연속적으로 관측할 수 있다. 또 관내를 전면적, 연속적으로 관측할 수 있으므로 관내에 침입하고 있는 지하수의 상황에 대해서도 조사할 수 있다.

Claims

관내벽면 전 둘레를 조사 (照射) 하여 얻어지는 반사광을 수광하여 광전변환하고 관내벽면의 화상데이터를 출력하는 스캐너와,

상기 스캐너를 관의 중심축선을 따르도록 지지하여 관내를 이동하는 이동 수단과,

상기 스캐너의 이동거리를 계측하여 거리데이터를 출력하는 거리 계측수단과,

상기 스캐너의 3 축의 기울기를 계측하여 자세데이터를 출력하는 자세 계측 수단과,

상기 화상데이터와 상기 거리데이터와 상기 자세데이터를 동기시켜서 기록하는 기록수단과,

상기 자세데이터가 나타내는 화상개시의 기점을 맞추어 상기 화상데이터를 연속적으로 배열하고 관내벽면의 연속전개 화상을 작성하여 표시하는 연속전개 화상작성 표시수단과,

상기 거리데이터와 상기 자세데이터에 의해 상기 스캐너의 3 차원 이동궤적 화상을 작성하여 표시하는 3 차원 이동궤적화상 작성표시수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관내벽면 관측 장치.