KR100820114B1 - 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비파괴 콘크리트 압축강도 측정을 위한 전자식 타격장치에 관한 것이다.

본 발명은 비파괴 콘크리트 압축강도 측정시 타격에너지를 가하는 해머부를 구동코일과 가동코일로 구성하여 구동코일에 의해 일정한 타격에너지가 가해지도록 하는 동시에 검출코일에 의해 타격시의 전자 해머의 거동을 계측할 수 있도록 하는 새로운 개념의 전자식 타격응답 제어장치를 구현함으로써, 측정시 발생하는 오차를 줄여 콘크리트 압축강도 평가의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 장비의 국산화를 실현하여 국내 안전진단 업체 및 기관 현장에서의 경제적으로 편리하게 활용할 수 있는 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치를 제공한다.

콘크리트, 비파괴검사, 타격장치, 전자식, 구동코일, 검출코일

Description

콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치{Electronic hammer of the non-destructive test in concrete}

도 1은 종래의 콘크리트 비파괴시험용 타격기를 나타내는 개략도

도 2는 본 발명에 따른 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치를 나타내는 분해 사시도

도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 비파괴 시험용 전자식 타격장치를 나타내는 결합 사시도

도 4는 본 발명에 따른 콘크리트 비파괴 시험용 전자식 타격장치의 타격 전 상태를 나타내는 정면도

도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 비파괴 시험용 전자식 타격장치의 타격 후 상태를 나타내는 정면도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 케이스 11 : 구동코일

12a,12b : 스프링 13 : 해머로드

14 : 리바운드로드 15 : 검출코일

16 : 가이드링 17 : 가이드홈

18 : 보조 케이스 19 : 스프링핀

20 : 패널 21 : 전선인출홀

22 : 손잡이 23 : 스프링블럭

본 발명은 비파괴 콘크리트 압축강도 측정을 위한 전자식 타격장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구동코일에 의해 일정한 타격에너지가 가해지도록 하고 검출코일에 의해 타격시의 전자 해머의 거동을 계측할 수 있도록 하는 새로운 개념의 전자식 타격응답 제어장치를 구현함으로써, 측정시 발생하는 오차를 줄일 수 있고, 이에 따라 콘크리트 비파괴시험에 대한 신뢰성을 확보할 수 있는 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치에 관한 것이다.

일반적으로 콘크리트 구조물의 유지보수 및 보강기술에 대해서는 재료적으로나 공법적으로 많은 발전이 있었고, 신기술의 개발도 꾸준히 이루어지고 있는 추세이다.

그러나, 이러한 보수보강기술에 선행해야 하는 진단기술에 대해서는 과거 1950∼1960년대에 개발된 재래의 기술을 그대로 도입하여 적용하고 있는 실정이며, 이에 대한 기술의 개발도 데이터 측정의 정확성을 증대시키기보다는 출력방식의 편의성에 초점을 맞추고 있는 실정이다.

현재 콘크리트 압축강도의 추정을 위한 비파괴시험방법은 슈미트해머에 의한 표면반발도 측정법과 초음파에 의한 초음파시험법, 그리고 이 두 가지를 함께 사용하는 복합법이 널리 사용되고 있다.

그 중 슈미트해머를 이용한 표면 반발도의 측정은 스프링의 압축에 의해 내부에 있는 해머가 임팩트 플런저를 타격하게 되고, 그 반발량을 측정하여 압축강도를 추정하고 있다.

이와 같이 기존의 콘크리트 구조물에 대한 압축강도 측정은 비파괴적인 방법을 많이 사용하고 있다.

가장 대표적으로 범용화되어 사용하고 있는 방법은 콘크리트 표면을 타격하여 얻어진 타격에너지를 이용한 타격법(Rebound test hammer method)으로, 그 중에서 콘크리트 표면을 일정 에너지를 갖는 해머로 타격한 후 반발경도를 측정하여 콘크리트의 압축강도를 추정할 수 있는 슈미트 리바운드 테스트 해머(Schmidt rebound test hammer)를 용한 반발경도법이 각종 안전진단시 많이 사용되고 있는 실정이다.

도 1에서는 대표적인 슈미트 리바운드 테스트 해머 형식의 타격기를 보여주고 있다.

상기 타격기(100)는 크게 몸체부(110)와 임팩트 플런저(120)로 구성되며, 임팩트 플런저(120)를 측정지점에 대고 몸체부(110)를 누르면 임팩트 플런저(120)가 몸체부(110) 속으로 들어가는 동시에 어느 시점에서 내부의 해머에 의해 타격되면서 그 반발량을 측정하는 형태로 되어 있다.

그러나, 위와 같은 기존 타격기의 경우 측정자가 타격시 가하는 힘, 타격방향, 타격속도, 측정자의 숙련도 등에 따라 콘크리트 표면의 타격에너지의 차이가 발생되고 있어 콘크리트 압축강도 평가에 대한 신뢰성이 충분히 확보되지 못하고 있는 실정이다.

예를 들면, 기존 타격기의 경우 측정자가 직접 타격기를 손으로 잡은 상태에서 콘크리트 표면에 대고 누르는 조작 형태이기 때문에 타격각도에 따라 측정값이 변화하게 된다.

직각으로 타격할 때와 45˚로 타격할 때, -90˚로 타격할 때, 모두 측정값이 달라지게 되고, 각도가 조금씩 변화할 때마다 측정값도 동시에 변화된다.

현재, 타격기의 사용시 각도를 유지하기 위한 보조장치가 개발되어 있으나 사용상 번거롭고 불편한 점이 많아 현실적으로는 사용되지 않고 있으며, 대부분 사용자의 감각에 의존하여 타격을 실시하고 있는 실정이다.

따라서, 실질적인 콘크리트 반발도 측정작업에 있어서는 타격시마다 조금씩 타격각도에 오차가 발생하게 되고, 이렇게 각도의 변화가 생겼을 경우, 데이터의 신뢰성은 저하된다.

또한, 기존 타격기의 경우 전량 수입품으로서 가격이 고가인 관계로 구입과 관련하여 경제적인 부담이 매우 큰 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 비파괴 콘크 리트 압축강도 측정시 타격에너지를 가하는 해머부를 구동코일과 가동코일로 구성하여 구동코일에 의해 일정한 타격에너지가 가해지도록 하는 동시에 검출코일에 의해 타격시의 전자 해머의 거동을 계측할 수 있도록 하는 새로운 개념의 전자식 타격응답 제어장치를 구현함으로써, 측정시 발생하는 오차를 줄여 콘크리트 압축강도 평가의 신뢰성을 확보할 수 있으며, 장비의 국산화를 실현하여 국내 안전진단 업체 및 기관 현장에서의 경제적으로 편리하게 활용할 수 있는 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 조립형의 케이스와, 상기 케이스의 상부에 설치되어 타격에너지 제공을 위한 동력을 공급하는 구동코일과, 스프링의 탄력지지를 받으면서 구동코일과 연계적으로 동작하는 해머로드와, 상기 케이스의 하부에 스프링의 탄력지지를 받으면서 설치되는 동시에 해머로드와 동일축선상에 근접 위치되고 해머로드에 의해 동작하면서 콘크리트 표면을 타격하는 리바운드로드와, 상기 리바운드로드의 둘레를 감싸는 형태로 설치되어 리바운드로드의 거동을 계측하는 검출코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 케이스의 저면부에는 콘크리트 표면에 밀착되어 케이스 전체의 수직도를 잡아줄 수 있는 기준면 역할의 가이드링이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가이드링은 저면부에 형성되면서 90°간격으로 배치되는 4개의 가이드홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동코일과 해머로드는 케이스 내에서 별도의 보조 케이스 내에 수용되는 형태로 설치되어 필요시 통채로 교체가능하게 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 검출코일에 의해 계측되는 리바운드로드의 거동을 속도 및 가속도 파형으로 변환한 후 데이터 기록기에 저장하여 타격응답량을 산출할 수 있는 제어수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전자식 타격장치의 일 구현예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2와 도 3은 본 발명에 따른 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치를 나타내는 사시도이다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전자식 타격장치는 타격에너지를 가하는 해머부를 구동코일과 가동코일로 구성하고, 구동코일에 의한 해머로드의 동작을 통해 일정한 타격에너지가 가해질 수 있도록 하는 동시에 검출코일에 의한 리바운드로드를 통해 타격시의 리바운드로드의 거동을 계측할 수 있도록 하는 한편, 이렇게 계측된 리바운드로드의 거동은 속도 및 가속도의 파형으로 변환한 후 데이터 기록기에 저장하여 응답량을 산출할 수 있도록 한 시스템으로 이루어져 있다.

이를 위하여, 상기 전자식 타격장치는 크게 구동코일(11) 및 이것과 연동되는 해머로드(13), 실제 콘크리트 표면에 부딪혀 반발경도의 측정을 가능하게 하는 리바운드로드(14) 및 이것의 거동을 측정하는 검출코일(15), 이것들을 수용하는 케이스(10)로 구성되어 있다.

상기 케이스(10)는 대략 길다란 사각형태의 조립형 구조로 이루어져 있으며, 덮개를 떼어내면 내부에 설치되어 있는 부품들을 볼 수 있고, 케이스 저면에는 리바운드로드(14)의 동작을 위한 홀이 형성되어 있는 동시에 한쪽 측면에는 각종 전선의 외부로 빼내기 위한 2개 정도의 전선인출홀(21)이 형성되어 있다.

또한, 케이스(10)의 내부는 2개의 패널(20)에 의해 상부공간과 하부공간, 그리고 그 사이의 공간으로 구분되며, 상부공간과 하부공간에는 후술하는 구동코일(11) 및 해머로드(13)와 검출코일(15) 및 리바운드로드(14)가 각각 설치되는 공간으로 사용되고, 가운데 공간은 각 패널(20)을 관통하는 해머로드(13)와 리바운드로드(14)가 서로 부딪히는 공간으로 활용된다.

또한, 상기 케이스(10)의 저면부에는 홀 주변을 따라 동심원상으로 체결 설치되는 가이드링(16)이 갖추어져 있으며, 이때의 가이드링(16)은 타격장치 사용시 콘크리트 표면에 직접 밀착되어 케이스 전체의 수직도를 잡아줄 수 있는 기준면 역할을 하게 된다.

특히, 상기 가이드링(16)은 저면부에는 90°간격으로 배치되는 4개의 가이드홈(17)이 형성되어 있고, 이때의 가이드홈(17)은 콘크리트 표면 타격을 확인할 수 있도록 하는 역할을 한다.
예를 들면, 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 실제 타격시 가이드홈(17)을 통해 리바운드로드(14)가 콘크리트 표면을 타격하는 것을 확인할 수 있다.

또한, 상기 케이스(10)에는 양쪽에 바형태의 손잡이(22)가 갖추어져 있어서 사용시 측정자는 이곳을 잡고 타격장치를 콘크리트 표면에 갖다 댈 수 있게 된다.

물론, 이때의 손잡이(22)는 타격장치를 누르는데 사용하는 것이 아니라 오직 타격장치를 잡고 있는 용도로만 사용한다.

상기 구동코일(11)은 일종의 전자석 원리를 이용한 액추에이터 수단으로서, 일정한 타격에너지를 제공하는 부분이며, 그 내측으로 위치되는 해머로드(13)를 전 원공급과 함께 끌어당기는 형태로 동작시켜주는 역할을 하게 된다.

이러한 구동코일(11)은 전선을 통해 외부의 전원공급장치(미도시)와 전기적으로 연결되어 있으며, 전원공급과 동시에 작동되면서 해머로드(13)를 동작시켜줄 수 있게 된다.

상기 해머로드(13)는 구동코일(11)에 의해 동작되면서 리바운드로드(14)를 타격하는 부분으로서, 구동코일(11)의 중심축선을 관통하는 형태로 설치되며, 그 상단부는 스프링(12a)을 통해 탄력적으로 연결 지지된다.

이에 따라, 해머로드(13)는 구동코일(11)의 미작동시에는 스프링(12a)의 탄성력을 받아 윗쪽으로 당겨져 있는 상태를 유지할 수 있게 된다.

특히, 상기 구동코일(11)과 해머로드(13)는 케이스(10)상에 직접 설치되지 않고 별도의 보조 케이스(18) 내에 수용되는 형태로 설치된다.

즉, 케이스(10)의 내부 윗쪽으로 패널(20)상에 놓여져 체결되는 구조로 보조 케이스(20)가 설치되고, 이렇게 설치되어 있는 보조 케이스(20)의 내부에 서로 조합되어 있는 구동코일(11)과 해머로드(13)가 설치된다.

물론, 이때의 보조 케이스 역시 분해 및 조립가능한 형태이고, 구동코일을 위한 전선을 외부로 인출하기 위한 홀을 갖추고 있다.

상기 해머로드(13)의 상단 스프링 지지구조는 보조 케이스(20)의 상부에 설치되는 스프링블럭(23), 스프링핀(19), 그리고 스프링(12a)에 의해 완성된다.

예를 들면, 보조 케이스(20)의 상부에는 원통형 구조의 스프링블럭(23)이 설치되면서 그 케이스 내측과 통하게 되고, 상기 스프링블럭(23)의 내부에는 수평으 로 가로지르는 스프링핀(19)이 장착되며, 상기 스프링(12a)은 스프링블럭(23)의 내부에 수직으로 위치되면서 그 양단 훅부분이 각각 스프링핀(19)과 해머로드(13)의 상단 핀부분에 걸려지는 형태로 연결되므로서, 해머로드(13)는 스프링(12a)에 의해 탄력적으로 지지되는 형태를 가질 수 있게 된다.

이와 같이, 구동코일(11)과 해머로드(13)가 별도의 보조 케이스(20)를 통해 별개로 설치됨에 따라 용량이나 사양 변경에 대한 교체시 구동코일(11) 및 해머로드(13)를 포함하는 보조 케이스(20) 전체를 통채로 일괄 교체할 수 있고, 결국 취급성 측면에서 유리한 잇점을 제공할 수 있게 된다.

상기 검출코일(15)은 해머로드(13)에 의해 타격되는 리바운드로드(14)의 거동을 계측하는 수단으로서, 외부의 제어수단(미도시)측과 전기적으로 연결되어 있으며, 이때의 검출코일(15)에 의해 측정된 거동은 속도 및 가속도 파형으로 변환된 후 제어수단측의 데이터 기록기에 저장되고, 제어수단에 의해 타격응답량이 산출될 수 있게 된다.

여기서, 상기 제어수단은 구동코일의 작동을 컨트롤하는 역할, 검출코일로부터 입력되는 신호를 처리하는 역할 등을 수행할 수 있으며, 이때의 제어수단이 구동코일의 작동을 컨트롤하는 방법, 검출코일로부터 신호를 입력받아 타격응답량을 산출하는 방법 등은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.

이러한 상기 검출코일(15)은 케이스(10)의 내부의 하부 공간상에 위치되면서 아래쪽 패널(20)상에 체결되는 구조로 설치된다.

상기 리바운드로드(14)는 콘크리트 표면을 실질적으로 타격하는 부분으로서, 상기 해머로드(13)와 동일축선상으로 나란하게 위치되면서 검출코일(15)의 내측을 관통하는 형태로 설치된다.

이때의 리바운드로드(14)는 그 하단부 둘레에 장착되는 스프링(12b)에 의해 항상 상방향으로 탄성력을 받는 상태로 지지되며, 상방향으로의 이동은 검출코일 몸체의 저면에 간섭되는 플랜지 부분에 의해 구속될 수 있게 된다.

이렇게 설치되는 리바운드로드(14)는 미동작시 그 상단이 해머로드(13)와 일정 간격을 유지하게 되고, 그 하단은 케이스(10)의 저면부에 설치되어 있는 가이드링(16)의 저면보다는 윗쪽에 위치되어 있게 된다.

이에 따라, 상기 리바운드로드(14)는 해머로드(13)에 의해 순간적으로 타격되면 아래쪽으로 이동되어 콘크리트 표면에 부딪힌 후 재차 리바운드되고, 이때의 반발되는 리바운드로드의 거동을 검출코일(15)이 계측할 수 있게 된다.

이때, 검출코일에 의한 리바운드로드의 거동계측방법은 통상의 방법을 적용할 수 있다.

따라서, 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전자식 타격장치의 일 구현예에 대한 작동상태를 살펴보면 다음과 같다.

도 4와 도 5는 본 발명에 따른 콘크리트 비파괴 시험용 전자식 타격장치의 타격 전/후 상태를 나타내는 정면도이다.

도 4와 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 전자식 타격장치는 구동코일(11)의 작동과 함께 가동된다.

먼저, 전자식 타격장치의 가동에 앞서 케이스 양옆에 있는 손잡이를 잡고 케이스 저면의 가이드링을 콘크리트 구조물의 측정부위 표면에 접촉시킨다.

이때, 가이드링 표면을 콘크리트 표면에 완전히 밀착시키게 되면 타격장치의 수직도가 정확히 맞춰질 수 있게 된다.

이러한 상태에서 소정의 스위치(미도시)를 조작하여 구동코일(11)에 전원을 공급하면, 이때부터 구동코일(11)이 작동되면서 콘크리트 표면에 일정한 타격에너지를 가해 콘크리트 구조물에 대한 압축강도를 측정할 수 있다.

이때의 스위치는 케이스상에 설치할 수 있거나 또는 제어수단측에 설치할 수도 있다.

상기 구동코일(11)이 작동되면 이와 동시에 해머로드(13)는 순간적으로 아래쪽으로 당겨지면서 그 하부의 리바운드로드(14)를 타격하게 되고, 계속해서 리바운드로드(14)는 콘크리트 표면에 부딪히면서 재차 그 반력에 의해 리바운드되며, 이때의 리바운드로드의 거동을 검출코일이 계측하게 되므로서, 콘크리트 압축강도 측정을 위한 콘크리트 반발 경도를 측정할 수 있게 된다.

즉, 계측된 리바운드로드의 거동은 속도 및 가속도 파형으로 변환된 후 데이터 기록기에 저장되어 제어수단의 연산 처리과정을 통해 타격 응답량이 산출될 수 있고, 계속해서 이렇게 얻은 타격 응답량은 반발경도법에 기초한 수식을 통해 최종적으로 콘크리트 구조물의 압축강도를 구하는데 활용될 수 있다.

이와 같이 본 발명에서 제공하는 전자식 타격장치의 경우 케이스 자체를 콘크리트 표면에 대고 누르는 형태로 사용하는 것이 아니므로, 타격방향이나 타격속 도에 의한 오차의 영향을 완전히 배제할 수 있으며, 또 해머로드가 구동코일에 의해 항상 일정한 속도로 동작되는 형태이므로, 항상 일정한 타격에너지를 가할 수 있고 이에 따라 타격력 등에 의한 오차의 영향을 완전히 배제할 수 있다.

이상에서와 같이 본 발명은 구동코일과 가동코일 등을 포함하는 해머수단을 이용하여 전자식으로 타격응답을 제어하는 새로운 개념의 타격장치를 제공함으로써, 비파괴 콘크리트 압축강도 측정과 관련한 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있는 장점이 있으며, 또한 장비의 국산화 실현을 통해 국내 안전진단 업체 및 기관 현장에서의 경제적으로 편리하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 조립형의 케이스(10)와, 상기 케이스(10)의 상부에 설치되어 타격에너지 제공을 위한 동력을 공급하는 구동코일(11)과, 스프링(12a)의 탄력지지를 받으면서 구동코일(11)과 연계적으로 동작하는 해머로드(13)와, 상기 케이스(10)의 하부에 스프링(12b)의 탄력지지를 받으면서 설치되는 동시에 해머로드(13)와 동일축선상에 근접 위치되고 해머로드(13)에 의해 동작하면서 콘크리트 표면을 타격하는 리바운드로드(14)와, 상기 리바운드로드(14)의 둘레를 감싸는 형태로 설치되어 리바운드로드의 거동을 계측하는 검출코일(15)을 포함하여 구성되는 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치에 있어서,

   상기 케이스(10)의 저면부에는 콘크리트 표면에 밀착되어 케이스 전체의 수직도를 잡아줄 수 있는 기준면 역할의 가이드링(16)이 구비되는 것을 특징으로 하는 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 가이드링(16)은 저면부에 형성되면서 90°간격으로 배치되는 4개의 가이드홈(17)을 포함하는 것을 특징으로 하는 콘크리트 비파괴시험용 전자식 타격장치.
4. 삭제
5. 삭제

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