KR101473448B1 - 페라이트 함량 측정기가 구비되는 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치 - Google Patents

페라이트 함량 측정기가 구비되는 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일정길이를 가지는 중심프레임(1)과; 복수 개의 제1분지축(22)과, 제1분지축(22) 각각의 타단부위에 마련되는 제1휠(26)로 이루어지는 제1이동프레임(2)과; 복수 개의 제2분지축(32)과, 제2분지축(32) 각각의 타단부위에 마련되는 제2휠(36)로 이루어지는 제2이동프레임(3)과; 복수 개의 제3분지축(42)과, 제1구동수단(43)에 의해 구동되되 제3분지축(42) 중의 어느 하나의 타단부위에 마련되는 가동휠(44)과, 가동휠(44)이 마련되지 않은 제3분지축 각각의 타단부위에 마련되는 제3휠(46)로 이루어지는 제3이동프레임(4)과; 제1이동프레임(2) 상부 일측에 고정결합되는 가이드프레임(5)과; 가이드프레임(5) 전방 일측에 구비되는 자기장발생기(62)와, 자기장발생기(62)와 배선연결되어 제2이동프레임(3)의 일측에 설치되는 페라이트함량검출기(66)로 이루어지는 페라이트함량 측정기와; 가이드프레임(5) 후방 일측에 고정되어 자기장발생기(62) 방향을 향하도록 배치되는 제1카메라(72)와, 제1분지축(22) 중의 어느 하나에 고정되어 페라이트성분검출기(66)와 대향하도록 배치되는 제2카메라(76)로 이루어지는 카메라와; 자기장발생기(62) 하부 일측에 마련되는 제1조명장치(82)와, 제2카메라(76)와 인접한 중심프레임(1) 일측에 마련되는 제2조명장치(86)로 이루어지는 조명장치를; 포함하여 이루어지는 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치를 제공한다.

Description

페라이트 함량 측정기가 구비되는 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치{A detection device for welding flaw region inside of pipe having sensing quantity of ferrite}
본 발명은 배관내부의 용접부위 결함을 탐지하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정곡률을 가지는 배관내부를 용이하게 이동하면서 배관의 용접부위에 대한 정밀한 페라이트 함량을 측정하여 용접부위의 결함 여부를 판단할 수 있는 탐지장치에 관한 것이다.
상하수도배관은 물론 도시가스배관을 비롯하여 특수한 공장 또는 발전소 등에서는 플랜트 배관 및 증기 배관 등이 연장설치되는데, 이들은 일정길이를 가지는 단위 배관을 용접으로 연결하여 시공하게 된다. 배관을 장시간 사용하게 되면 작동유체 또는 이물질 등에 의해 배관의 내부가 부식되며, 이러한 부식은 용접부위에서 더욱 심하다.
부식으로 인해 배관의 용접부위가 파손되면 인명 피해와 재산 손실을 야기함은 물론 자연 환경까지도 파괴될 수 있다는 점에서 배관의 용접부위에 대한 정기적인 점검이 필요하다. 배관의 용접부위에 대한 이상 여부를 검사하는 방식으로 널리 사용되고 있는 것 중에 하나가 도 3에 개시된 것과 같이, 배관 내부에 이동대차를 투입하여 외부에서 용접부위를 시각적으로 확인하며 그 이상 유무를 검사하는 것이다.
이 방식은 배관 자체에 손상을 주지 않으면서, 배관 깊숙한 곳까지 이동대차를 투입하여 그 내부 상황을 실시간으로 모니터링이 가능한 장점이 있다. 하지만, 이를 위해서는 배관내부를 용이하게 이동할 수 있는 이동대차가 필수적인데, 현재 제안되고 있는 이동대차의 대부분은 도 3과 같이 매우 복잡한 구조로 이루어져 있으며, 이동대차에 카메라를 장착하여 배관 내부의 상태를 단순히 시각적으로 확인하는 수준에 불과하여 배관의 용접부위에 대한 이상 여부를 면밀하게 검사하지 못하고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제0289812호, 대한민국 등록특허 제0392816호, 대한민국 등록특허 제0877451호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 배관내부를 용이하게 이동할 수 있는 구조의 이동대차를 이용하여 배관의 용접부위에 대한 결함의 정도를 면밀하게 파악할 수 있는 장치를 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 일정길이를 가지는 중심프레임(1)과; 상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 상부에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개의 제1분지축(22)과, 제1분지축(22) 각각의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 제1휠(26)로 이루어지는 제1이동프레임(2)과; 상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 하부에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개의 제2분지축(32)과, 제2분지축(32) 각각의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 제2휠(36)로 이루어지는 제2이동프레임(3)과; 상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 중앙부위에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개의 제3분지축(42)과, 제1구동수단(43)에 의해 구동되되 제3분지축(42) 중의 어느 하나의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 가동휠(44)과, 가동휠(44)이 마련되지 않은 제3분지축 각각의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 제3휠(46)로 이루어지는 제3이동프레임(4)과; 제1이동프레임(2) 상부 일측에 위치하되, 일단부위가 중심프레임(1)에 수직하게 고정결합되는 가이드프레임(5)과; 가이드프레임(5) 전방 일측에 구비되는 자기장발생기(62)와, 자기장발생기(62)와 배선연결되어 중심프레임(1) 하부 일측 또는 제2이동프레임(3)의 일측에 탈착가능하게 설치되는 페라이트함량검출기(66)로 이루어지는 페라이트함량 측정기와; 가이드프레임(5) 후방 일측에 고정되어 자기장발생기(62) 방향을 향하도록 배치되는 제1카메라(72)와, 제1분지축(22) 중의 어느 하나에 고정되어 페라이트성분검출기(66)와 대향하도록 배치되는 제2카메라(76)로 이루어지는 카메라와; 자기장발생기(62) 하부 일측에 마련되는 제1조명장치(82)와, 제2카메라(76)와 인접한 중심프레임(1) 일측에 마련되는 제2조명장치(86)로 이루어지는 조명장치로; 이루어지되, 상기 자기장발생기(62)는 가이드프레임(5) 전방 일측에 마련되는 이동판(52)의 상면에 고정결합되며, 가이드프레임(5)의 후방 측면에는 제2구동수단(54)에 의해 구동되는 가동롤러(53)가 구비되고, 가이드프레임(5)의 전방 측면에는 피동롤러(55)가 구비되며, 상기 이동판(52)은 가동롤러(53)와 피동롤러(55) 사이를 무한궤도운동하는 와이어(56)에 결합되어 전후방향으로 이동하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
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본 발명은 이동프레임 각각의 타단부위에 방사상으로 일정간격 신축가능함은 물론 일정각도 회전가능한 구조의 휠을 마련하고, 특정 휠은 구동수단에 의해 작동되도록 구성함으로써, 보다 간단한 구조로 직선 또는 곡선이 혼재된 배관 내부를 용이하게 이동이 가능한 탐지장치를 제공해 줄 수 있다.
또한, 본 발명은 배관 내부의 용접부위에 긴밀하게 접한 상태로 페라이트 함량을 검출한 다음 이를 실시간으로 확인할 수 있는 장치를 제안함으로써 배관의 용접부위에 대한 결함 여부를 매우 높은 정밀도로서 파악할 수 있다는 이점이 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치에 있어 가이드판 부위 상세 구성도.
도 3은 종래 배관내부의 결함을 탐지하는 장치의 일 구성도.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치의 개략적인 구성도로서, 본 발명은 도면에 개시된 것과 같이, 중심프레임(1) 및 제1, 2, 3이동프레임(2, 3, 4), 가이드프레임(5), 페라이트함량 측정기, 카메라, 조명장치를 포함하여 이루어지는 특징이 있다. 이들 각 구성을 상세하게 살펴본다.
중심프레임(1)은 본 발명에 따른 탐지장치를 지지하는 부분이다. 중심프레임은 단일 막대구조로 이루어질 수 있음은 물론, 중간부위에 관절이 매개되어 상호연결되거나 또는 스프링과 같은 탄성수단으로 이루어질 수도 있다. 배관이 직선형으로만 이루어지는 것이 아니라, 직선과 곡선이 혼재되어 있는 경우라면 중심프레임이 후자와 같은 구조로 이루어지는 것이 탐지장치의 용이한 이동을 담보해 줄 수 있을 것이다.
제1, 2, 3이동프레임(2, 3, 4) 각각은 탐지장치가 배관내부에서 이동할 때 탐지장치의 안정된 자세를 유지하는 부분이다. 이를 위해, 제1, 2, 3이동프레임(2, 3, 4) 각각은 복수 개의 제1, 2, 3분지축(22, 32, 42)과 제1, 2, 3휠로 이루어지는 구성을 제안한다.
이중에서, 제1분지축(22)은 상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 상부에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개로 이루어지며, 제2분지축(32)은 상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 하부에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개로 이루어지고, 제3분지축(42)은 상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 중앙부위에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개로 이루어진다.
제1, 2, 3분지축의 각 일단부위는 결합판(12, 13, 14) 각각에 매개되어 중심프레임(1)에 고정결합될 수 있다. 한편, 도면에는 제1, 2, 3분지축 각각이 3개로 구성되는 경우가 개시되어 있으나 이는 단지 일례일 뿐, 각각이 동일하게 4개 이상의 복수 개로 이루어질 수 있음은 물론, 각각이 서로 다른 갯수의 분지축으로 이루어질 수도 있을 것이다.
제1, 2, 3휠(26, 36, 46) 각각은 제1, 2, 3분지축(22, 32, 42) 각각의 타단부위에 마련되되, 각각의 타단부위에서 일정간격 신축되는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이럴 경우, 휠이 배관 내면에 밀착됨으로써 탐지장치가 안정적으로 배관 내부를 이동할 수 있게 됨은 물론, 배관의 직경이 달라지는 경우에도 용이하게 적응할 수 있기 때문이다.
도면과 같이, 휠은 분지축에 대해 방사상으로 일정간격 신축되는 구성으로 이루어질 수 있다. 즉, 탄성수단(364)이 내장되어 제3분지축(32)의 타단부위에 고정결합되는 고정단(362)과, 일단부위가 탄성수단(364)에 결합되어 고정단(362) 내부에 슬라이드 가능하게 삽입되는 가동단(366)으로 이루어져, 배관의 직경에 따라 가동단(366)이 고정단(364)에 대하여 방사상으로 일정간격 신축하며 적응하는 것이다.
한편, 휠이 분지축에 대해 방사상으로 일정간격 신축되는 구성으로 이루어지는 경우, 휠 자체도 도면과 같이 가동단(366)의 타단부위에 회전가능하게 마련되는 회동단(368)에 장착되는 구성으로 이루어질 수도 있을 것이다. 휠이 이처럼 분지축 단부에서 일정각도 회전가능하게 마련되면, 배관 내부면이 평탄하지 않더라도 휠이 용이하게 적응할 수 있게 되고, 나아가 배관이 직석과 곡선으로 혼재되어 이루어지는 경우에도 탐지장치가 안정적으로 이동할 수 있게 된다. 이러한 휠에 대한 구성은 제1휠(26)은 물론 제3휠(46) 각각에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명은 제3이동프레임(4)의 휠을 구성함에 있어 가동휠(44)과 제3휠(46)로 분리 구성하는 경우를 제안한다. 가동휠(44)은 제3이동프레임(4)을 이루는 제3분지축(42) 중의 어느 하나의 타단부위에 마련되며 제1구동수단(43)에 의해 구동된다. 제1구동수단(43)은 구동모터로 이루어질 수 있으며, 구동모터는 별도의 외부전원 또는 전지에 의해 작동될 수 있다. 구동모터의 작동은 외부 제어장치에 의해 제어된다.
가동휠(44) 역시 전술한 바와 같이 분지축의 타단부위에서 방사상으로 일정간격 신축되도록 구성될 수 있으나, 제1구동수단(43)에 의해 작동됨을 감안하면 별도의 회동단 매개없이 분지축 타단부위에 직접 장착되는 것이 바람직하다. 제2이동프레임에 있어 가동휠(44)을 제외한 제3휠(46) 각각은 제1휠(26)에 대해 설명한 내용이 그대로 적용될 수 있음은 전술한 바와 같다.
가이드프레임(5)은 자기장발생기(62) 및 제1카메라(72)의 장착을 위한 부분으로서, 일단부위가 중심프레임(1)에 수직하게 고정결합되는 제1이동프레임(2) 상부 일측에 위치한다. 가이드프레임의 장착위치는 특별히 제한되지 않으나, 제1분지축(22)에 의한 간섭을 배제하기 위해서는 방사상으로 연장되는 타단부위가 제1분지축 사이 공간에 위치하는 것이 바람직하다.
페라이트함량 측정기는 배관 내부의 용접부위에 대한 페라이트함량을 측정하는 수단으로서, 상호간에 배선으로 연결되는 자기장발생기(62)와 페라이트함량검출기(66)로 이루어진다. 자기장발생기(62)는 가이드프레임(5) 전방 일측에 구비되며, 페라이트함량검출기(66)는 중심프레임(1)의 하부 일측 또는 제2이동프레임(2) 일측에 설치된다. 페라이트성분 측정기의 개략적인 작동구성은 살펴본다. 자기장발생기 및 페라이트함량검출기 각각은 외부 제어장치와 연결된다.
먼저, 자기장발생기가 배관 내부의 용접부위에 접한 상태에서 미도시된 외부 제어장치에서 전원이 인가되면 자기장발생기의 1차 코일에서 자기장이 발생한다. 발생된 자기장은 용접부위를 이루는 페라이트 성분과 상호작용을 하고, 이에 따른 자기장의 변화는 자기장발생기의 2차 코일내에 페라이트 성분에 비례하는 전압변화를 일으키며, 그 결과가 분석되어 페라이트함량검출기에 디스플레이된다.
통상적으로 오스테나이트강에는 페라이트 함량이 0.5 ~ 12% 정도이며, 듀플렉스강에는 페라이트 함량이 25 ~ 75%정도이다. 그런데, 검출된 용접부위의 페라이트 함량이 이러한 범위보다 낮게 나타나면 시간이 경과함에 따라 용접부위에 크랙이 발생할 가능성이 높아진다. 즉, 검출된 페라이트 함량을 기준으로 배관 내부의 용접부위에 대한 기계적 물성 및 부식 정도를 판가름할 수 있게 되는 것이다.
한편, 페라이트함량검출기(66)는 도면과 같이 장착고리(67)에 매개되어 중심프레임(1)의 하부 일측에 탈부착 가능하게 설치될 수도 있다. 이럴 경우, 페라이트함량검출기는 탐지장치에 장착된 상태로배관 내부를 이동할 수 있음은 물론, 외부 제어장치 일측에 별도 마련되어 조작자가 직접 그 검출정보를 확인할 수는 구성으로 이루어질 수도 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 도 2에 개시된 것과 같이, 자기장발생기(62)가 이동판(52) 상면에 고정결합되어 가이드프레임(5)에 마련되는 경우를 배제하지 않는다. 이동판(52)은 가이드프레임(5) 전방 일측에 마련되며, 이때 가이드프레임(5)의 일측면에는 제2구동수단(54)에 의해 구동되는 가동롤러(53)가 구비되고, 가이드프레임(5)의 타측면에는 피동롤러(55)가 구비된다. 제2구동수단은 구동모터로 이루어질 수 있으며, 구동모터는 외부 제어장치와 배선연결된다.
또한, 가동롤러(53)와 피동롤러(55)는 무한궤도운동하는 와이어(56)에 의해 상호 연결되며, 이동판(52)은 이 와이어(56)에 결합된다. 도면부호 57은 이동판(52)을 와이어(56)와 결합하는 결합편이다. 이에 따라, 자기장발생기(62)는 가동롤러(53)의 회전방향에 따라 방사상으로 전후방향 일정거리만큼 이동이 가능하다. 이럴 경우, 자기장발생기의 단부는 외부 제어장치의 작동에 따라 배관 내부의 용접부위에 정확하게 접촉할 수 있게 된다.
카메라는 배관 내부의 실시간 영상정보와 페라이트함량 검출정보를 외부로 송신하기 위한 수단으로서, 외부 제어장치와 연결되는 제1카메라(72)와 제2카메라(76)로 이루어진다. 제1카메라(72)는 가이드프레임(5) 후방 일측에 고정되어 자기장발생기(62) 방향을 향하도록 배치되며, 제2카메라(76)는 제1분지축(22) 중의 어느 하나에 고정되어 페라이트성분검출기(66)와 대향하도록 배치된다. 이에 따라, 용접부위를 포함하는 배관 내부의 실시간 상황은 제1카메라에 의해 확인할 수 있으며, 페라이트함량 검출정보는 제2카메라에 의해 확인이 가능하다.
조명장치는 카메라의 조명을 위한 수단으로서, 제1조명장치(82) 및 제2조명장치(86)로 이루어진다. 제1조명장치(82)는 제1카메라(72)의 조명수단으로 자기장발생기(62) 하부 일측에 마련되며, 제2조명장치(86)는 제2카메라(76)의 조명수단으로 제2카메라와 인접한 중심프레임(1) 일측부위에 마련된다. 도면에는, 제1조명장치(82)가 이동판(52)의 전면부위에 마련되고, 제2조명장치(86)가 제3결합판(14)에 마련되는 경우가 개시되어 있다.
도면에 명확하게 개시되지는 않았지만 탐지장치 주변부를 밝히기 위한 수단으로서 제3조명장치가 더 마련될 수도 있다. 각 조명장치는 전지 또는 외부전원에 의해 점등되며, 그 작동은 외부 제어장치에 의해 제어된다. 제1, 2조명장치 각각은 엘이디로 이루어질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
1 : 중심프레임 2 : 제1이동프레임
3 : 제2이동프레임 4 : 제3이동프레임
5 : 가이드프레임 62 : 자기장발생기
66 : 페라이트함량검출기 72 : 제1카메라
76 : 제2카메라 82 : 제1조명장치
86 : 제2조명장치

Claims (2)

  1. 일정길이를 가지는 중심프레임(1)과;
    상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 상부에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개의 제1분지축(22)과, 제1분지축(22) 각각의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 제1휠(26)로 이루어지는 제1이동프레임(2)과;
    상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 하부에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개의 제2분지축(32)과, 제2분지축(32) 각각의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 제2휠(36)로 이루어지는 제2이동프레임(3)과;
    상호간에 일정간격 이격되되 각 일단부위가 중심프레임(1) 중앙부위에 수직하게 고정결합되며 타단부위는 방사상으로 연장되는 복수 개의 제3분지축(42)과, 제1구동수단(43)에 의해 구동되되 제3분지축(42) 중의 어느 하나의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 가동휠(44)과, 가동휠(44)이 마련되지 않은 제3분지축 각각의 타단부위에 마련되어 방사상으로 일정간격 신축되는 제3휠(46)로 이루어지는 제3이동프레임(4)과;
    제1이동프레임(2) 상부 일측에 위치하되, 일단부위가 중심프레임(1)에 수직하게 고정결합되는 가이드프레임(5)과;
    가이드프레임(5) 전방 일측에 구비되는 자기장발생기(62)와, 자기장발생기(62)와 배선연결되어 중심프레임(1) 하부 일측 또는 제2이동프레임(3)의 일측에 탈착가능하게 설치되는 페라이트함량검출기(66)로 이루어지는 페라이트함량 측정기와;
    가이드프레임(5) 후방 일측에 고정되어 자기장발생기(62) 방향을 향하도록 배치되는 제1카메라(72)와, 제1분지축(22) 중의 어느 하나에 고정되어 페라이트성분검출기(66)와 대향하도록 배치되는 제2카메라(76)로 이루어지는 카메라와;
    자기장발생기(62) 하부 일측에 마련되는 제1조명장치(82)와, 제2카메라(76)와 인접한 중심프레임(1) 일측에 마련되는 제2조명장치(86)로 이루어지는 조명장치로; 이루어지되,
    상기 자기장발생기(62)는 가이드프레임(5) 전방 일측에 마련되는 이동판(52)의 상면에 고정결합되며, 가이드프레임(5)의 후방 측면에는 제2구동수단(54)에 의해 구동되는 가동롤러(53)가 구비되고, 가이드프레임(5)의 전방 측면에는 피동롤러(55)가 구비되며, 상기 이동판(52)은 가동롤러(53)와 피동롤러(55) 사이를 무한궤도운동하는 와이어(56)에 결합되어 전후방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 배관내부의 용접부위 결함 탐지장치.
  2. 삭제
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