KR101531294B1 - 배관 계측 장치 - Google Patents

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KR101531294B1
KR101531294B1 KR1020130078893A KR20130078893A KR101531294B1 KR 101531294 B1 KR101531294 B1 KR 101531294B1 KR 1020130078893 A KR1020130078893 A KR 1020130078893A KR 20130078893 A KR20130078893 A KR 20130078893A KR 101531294 B1 KR101531294 B1 KR 101531294B1
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김재형
박진형
배성준
이정환
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삼성중공업(주)
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    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces

Abstract

본 발명은 배관 계측 장치에 관한 것으로, 배관 계측 장치는, 바디; 바디에 설치되고, 회전축을 중심으로 배관의 둘레 방향으로 회전하며, 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되고, 배관의 표면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고 제1 센서 및 제2 센서 간의 거리와 제1 센서의 측정값 및 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함한다.

Description

배관 계측 장치{PIPE INSTRUMENTATION APPARATUS}
본 발명은 배관을 계측하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관의 진원도와 직진도를 계측하는 장치에 관한 것이다.
기존에는 배관의 계측시, 배관의 외부 형상을 계측하거나, 배관의 끝 부분에 장비를 고정시켜, 진원도나 직진도를 측정하고 있다. 배관의 외부 형상을 계측하여 배관을 계측하는 시스템의 경우, 배관의 외부 형상을 측정하기 어려운 환경에서는 배관의 진원도와 직진도를 측정할 수 없다는 문제점을 갖는다. 배관의 끝 부분에 장비를 고정하여 배관을 계측하는 시스템의 경우, 장비의 진동에 의하여 데이터가 변동되며, 장비의 틀어짐으로 인해 계측 오차가 발생할 수 있다. 뿐만 아니라, 배관의 직진도를 관리하기 위해 장비를 이동하면서 배관을 계측할 경우, 장비에서 사용하는 좌표가 로컬 좌표이기 때문에 전체 배관의 직진도를 관리하기 곤란하다.
본 발명은 배관의 진원도를 정확하게 측정할 수 있는 배관 계측 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 배관의 진원도와 직진도를 동시에 측정할 수 있는 배관 계측 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배관 계측 장치는, 바디; 상기 바디에 설치되고, 회전축을 중심으로 배관의 둘레 방향으로 회전하며, 상기 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되고, 상기 배관의 표면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 배관 계측 장치는, 상기 바디에 회전하도록 설치되는 회전축; 상기 회전축을 회전 구동시키는 구동부; 그리고 상기 회전축에 수직으로 설치되고, 상기 회전축이 회전함에 따라서 회동하는 회동부재를 더 포함하고, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는, 상기 회동부재의 단부에 설치되며, 상기 회전축에 수직한 방향으로 상기 배관의 내면에 이르는 거리를 측정한다.
일 실시 예에서, 상기 회동부재는, 상기 배관의 반경에 대응하여 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 회전 반경을 가변시키도록, 상기 회전축과, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리를 조절 가능하게 설치된다.
일 실시 예에서, 상기 배관 계측 장치는, 상기 바디가 상기 배관 내에서 지지되도록, 상기 바디의 외면에 설치되는 가이드부를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 가이드부는, 상기 바디의 외면에 둘레를 따라 설치되는 복수 개의 지지대; 각각의 지지대의 단부에 상기 배관의 내면과 접촉하여 회전하도록 설치되는 구름휠; 그리고 상기 배관의 반경에 대응하여 상기 복수 개의 지지대의 길이를 조절하도록 각각의 지지대에 설치되는 길이 조절부를 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 배관 계측 장치는 상기 제1 센서의 회전 각도를 측정하는 회전각 측정부를 더 포함하며, 상기 데이터 측정부는, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 제1 센서로부터 상기 배관의 내면에 이르는 수직 거리를 산출하고, 상기 제1 센서의 회전 각도에 따라 산출된 수직 거리들에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 측정부는 하기의 수식 1에 따라 상기 수직 거리를 산출한다.
[수식 1]
Figure 112013060655460-pat00001
상기 수식 1에서, Y는 상기 제1 센서로부터 상기 배관의 내면에 이르는 수직 거리이고, S1은 상기 제1 센서의 측정값이고, S2는 상기 제2 센서의 측정값이고, S12는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 거리이다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 측정부는, 상기 제1 센서의 회전 각도에 따라 산출되는 상기 수직 거리들을 이용하여 상기 배관의 내면 둘레 정보를 산출하고 최소 자승법에 따라 상기 배관의 중심점을 검출하며, 상기 중심점으로부터 상기 내면 둘레 정보 간의 거리에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정한다.
일 실시 예에서, 상기 배관 계측 장치는 상기 바디를 상기 배관의 내부에서 길이 방향을 따라 이동시키는 이동부를 더 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 배관 계측 장치는 상기 바디의 이동 거리를 측정하는 거리 측정부를 더 포함하며, 상기 데이터 측정부는 상기 바디가 상기 배관의 내부에서 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 상기 배관의 진원도를 측정한다.
일 실시 예에서, 상기 배관 계측 장치는, 상기 배관 계측 장치의 적어도 일 측에 설치되는 계측 타겟; 그리고 상기 바디가 상기 배관의 내부에서 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 상기 계측 타겟의 좌표 정보를 측정하는 계측기를 더 포함하며, 상기 데이터 측정부는, 상기 바디의 이동 거리에 따라 측정된 상기 계측 타겟의 좌표 정보를 이용하여 상기 배관의 직진도를 측정한다.
일 실시 예에서, 상기 데이터 측정부는, 상기 바디의 이동 거리에 따라 측정된 상기 계측 타겟의 좌표 정보와, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서의 회전 각도에 따라 산출된 상기 제1 센서 또는 상기 제2 센서로부터 상기 배관의 내면에 이르는 수직 거리에 기초하여, 상기 배관의 내면 형상 정보를 생성하고, 상기 내면 형상 정보를 이용하여 상기 배관의 길이 방향에 따른 직진도 및 진원도를 통합하여 분석한다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 배관의 진원도를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 배관의 진원도와 직진도를 동시에 측정할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치를 사용 상태를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치를 구성하는 제1 센서와 제2 센서의 측정값으로부터 배관의 내면에 이르는 수직 거리를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치에서 배관의 진원도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치에서 배관의 진원도와 직진도를 동시에 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 통상의 기술자로 하여금 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 본 발명의 도면에서 일부 구성은 과장되게 도시될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 배관 계측 장치는 배관 내에 삽입되는 바디; 바디에 배관의 축을 중심으로 회전 가능하도록 설치되고, 배관의 축과 나란한 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되며, 배관의 내면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고 제1 센서 및 제2 센서 간의 거리와, 제1 센서의 측정값 및 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 배관의 진원도를 정확하게 측정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 배관 계측 장치는 바디에 계측 타겟을 부착하여 바디가 배관의 내부에서 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 계측 타겟의 좌표 정보를 측정하며, 바디의 이동 거리에 따라 측정된 계측 타겟의 좌표 정보를 이용하여 배관의 직진도를 측정한다. 본 발명의 실시 예에 의하면, 배관의 길이 방향에 따른 직진도 및 진원도를 동시에 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치를 사용 상태를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치의 사시도이다. 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치(100)는 바디(110), 복수 개의 센서들(121,122), 데이터 측정부(130), 가이드부(140), 이동부(160), 그리고 계측부(170)를 포함한다.
바디(110)는 배관(10)의 내부로 삽입되며, 이동부(160)에 의하여 배관(10)의 길이 방향을 따라 이동한다. 제1 센서(121)와 제2 센서(122)는 바디(110)에 회전 가능하도록 설치된다. 이하에서, 제1 방향(X)은 제1 센서(121)와 제2 센서(122)가 회전하는 중심축으로부터 제1 센서(121)와 제2 센서(122)를 향하는 방향을 의미하며, 제3 방향(Z)은 배관(10)의 길이 방향을 의미하며, 제2 방향(Y)은 제1 방향(X)과 제3 방향(Z)에 수직한 방향을 의미한다. 제1 방향(X)과 제3 방향(Z)은 반드시 수직을 이루지 않을 수도 있다.
제1 센서(121)와 제2 센서(122)는 제3 방향(Z)을 따라 이격되도록 배치되며, 배관(10)의 내면에 이르는 거리를 측정한다. 제1 센서(121)는 제1 방향(X)을 향하여 광(L1), 예를 들어, 레이저 광을 송신하고, 배관(10)의 내면에서 반사되어 수신되는 광의 위상 등을 측정하여 제1 센서(121)로부터 배관(10)에 이르는 거리를 측정한다. 제1 센서(121)와 마찬가지로, 제2 센서(122)는 제1 센서(121)와 나란한 방향으로 광(L2)을 송신하고, 배관(10)의 내면에서 반사된 광을 분석하여 제2 센서(122)로부터 배관(10)에 이르는 거리를 측정한다.
제1 센서(121)와 제2 센서(122)의 측정값을 이용하면, 배관(10)의 반지름을 개략적으로 산출할 수 있다. 그런데, 바디(110)가 배관(10) 내에서 약간이라도 틀어질 경우, 제1 방향(X)은 배관(10)의 길이 방향(Z)과 정확하게 수직을 이루지 않게 된다. 이러한 경우, 제1 센서(121)와 제2 센서(122)에서 발생되는 광은 배관(10)의 내면에 수직으로 입사되지 않고, 기울어지도록 입사되므로, 이에 따라 제1 센서(121)와 제2 센서(122)는 배관(10)의 실제 반경보다 다소 큰 거리의 측정값을 출력하게 된다.
이에, 본 발명의 실시 예에서, 데이터 측정부(130)는 유선 또는 무선 통신 방식으로 제1 센서(121)와 제2 센서(122)로부터 측정값을 전송받고, 제1 센서(121) 및 제2 센서(122) 간의 거리와, 제1 센서(121)의 측정값 및 제2 센서(122)의 측정값 간의 차이값을 이용하여, 배관(10)의 반경과 진원도를 정확하게 측정한다. 데이터 측정부(130)는 바디(110)에 설치될 수도 있고 배관(10)의 외부에 설치될 수도 있다. 데이터 측정부(130)에서 배관(10)의 반경과 진원도를 측정하는 과정에 대하여는 이후 도 3 내지 도 4를 참조하여 후술한다.
가이드부(140)는 바디(110)가 배관(10) 내에서 지지되도록 바디(110)의 외면에 설치된다. 가이드부(140)는 복수 개의 지지대(141)와, 구름휠(142) 및 길이 조절부(143)를 포함한다. 일 실시 예로, 원통 형상의 바디(110)의 외면에 링 형상의 고정틀(140a)이 제3 방향(Z)을 따라 바디(110)의 양측에 설치되고, 양측의 고정틀(140a)에 고정되어 복수 개의 지지대(141)가 바디(110)의 둘레를 따라 동일 간격을 갖도록 형성된다.
구름휠(142)은 각각의 지지대(141)의 양측 단부에 배관(10)의 내면과 접촉하여 회전하도록 설치된다. 이에 따라, 바디(110)는 가이드부(140)에 의해 배관(10)의 중심축에서 제3 방향(Z)을 따라 이동할 수 있다. 길이 조절부(143)는 각각의 지지대(141)에 설치되며, 로드(143b)를 인출입하여 지지대(141)의 길이를 조절하는 실린더(143a)와, 실린더(143a)의 로드(143b)를 구동하는 실린더 구동부(143c)를 포함한다.
일 실시 예로, 실린더(143a)는 각 지지대(141)마다 양측의 고정틀(140a)과 접하는 부분에 설치되고, 실린더 구동부(143c)는 바디(110)에 내장될 수 있다. 실린더 구동부(143c)는 다수의 실린더(143a)로 구동 신호를 출력하여 각 실린더(143a)의 로드(143b)를 동일 길이만큼 인출입시켜 지지대(141)의 길이를 가변할 수 있다. 이에 따라, 배관(10)의 직경에 대응하여 길이 조절부(143)를 제어하여 지지대(141)의 길이를 조절함으로써, 바디(110)를 배관(10)의 중심축 상으로 가이드할 수 있다.
제3 방향(Z)으로 바디(110)의 상면 또는 하면의 중심 측에는 바디(110)의 이동 방향으로 회전축(151)이 설치되고, 회전축(151)에 수직으로 회동부재(153)가 제1 방향(X)으로 설치된다. 회전축(151)은 바디(110)에 내장된 모터와 같은 구동부(152)에 의하여 회전하며, 회전축(151)이 회전함에 따라 회동부재(153) 또한 회동한다. 제1 센서(121)와 제2 센서(122)는 회동부재(153)의 단부 측에 구비된 고정판(153a)에 설치되면, 회전축(151)에 수직한 제1 방향(X)으로 배관(10)의 내면에 이르는 거리를 측정한다. 제1 센서(121)와 제2 센서(122)의 무게를 보상하도록, 회동부재(153)의 반대측 단부에 무게보상부재(153b)가 형성될 수 있다.
제1 센서(121) 및 제2 센서(122)와, 배관(10)의 내면 간의 거리가 적을수록, 배관(10)의 진원도와 직진도를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 배관(10)의 다양한 직경에 대응하여 제1 센서(121) 및 제2 센서(122)와 배관(10)의 내면 간의 거리를 조절하기 위해, 회동부재(153)는 회전축(151) 간의 거리가 조절 가능하도록 설치된다. 즉, 회전축(151)의 단부에는 회동부재(153)의 단면과 대응하는 형상을 갖는 삽입홀(155a)이 제1 방향(X)으로 관통하여 형성된 조절부재(155)가 설치되고, 조절부재(155)에는 제2 방향(Y)으로 관통하여 삽입홀(155a) 측과 연결되도록 체결홀(155b)이 형성되며, 체결홀(155b)에는 조임볼트(156)가 나사 체결된다. 따라서, 조절부재(155)로부터 조임볼트(156)를 푼 상태로 회동부재(153)의 위치를 조절한 후, 다시 조임볼트(156)를 조임으로써 제1 센서(121) 및 제2 센서(122)와, 배관(10)의 내면 간의 거리를 조절할 수 있다.
바디(110)의 내부에는 회전각 측정부(154)가 설치되며, 회전각 측정부(154)는 구동부(152)의 구동에 따른 제1 센서(121) 및 제2 센서(122)의 회전 각도를 측정한다. 이에 따라, 제1 센서(121)와 제2 센서(122)의 회전 각도별로 배관(10)의 내경을 산출할 수 있다. 회전각 측정부(154)는 예를 들어 구동부(152)의 회전량을 검출하는 엔코더를 포함할 수 있다.
이동부(160)는 바디(110)를 배관(10)의 길이 방향을 따라 이동시킨다. 일 실시 예로, 이동부(160)는 배관(10)의 상단면에 배치되는 케이싱(160a), 케이싱(160a) 내에 구비되는 와이어 윈치(160b)와, 윈치 구동부(160c)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 달리, 케이싱(160a)은 별도의 구조물(미도시)에 의해 지지될 수도 있다. 와이어 윈치(160b)는 와이어(160d)를 권취하며, 와이어(160d)는 케이싱(160a)의 저면에 형성된 홀(미도시)을 통해 배출되며, 와이어(160d)의 일단은 조절부재(155)의 상면에 형성된 고리부재(155c)에 연결된다. 윈치 구동부(160c)는 와이어 윈치(160b)를 회전 구동시켜 와이어(160d)를 와이어 윈치(160b)에 감거나 풀어줌으로써, 바디(110)를 제3 방향(Z)으로 이동시킨다.
거리 측정부(161)는 바디(110)의 이동 거리를 측정한다. 거리 측정부(161)는 예를 들어, 와이어 윈치(160b)의 회전량을 검출하여 와이어(160b)가 풀리거나 감긴 거리를 측정함으로써, 바디(110)의 이동 거리를 산출하고, 배관(10) 내에 삽입된 바디(110)의 위치를 측정한다. 일 실시 예로, 거리 측정부(161)는 와이어 윈치(160b)의 회전량을 검출하는 엔코더를 포함할 수 있다. 대안적으로, 거리 측정부(161)는 구름휠(142)의 회전량을 검출하여 바디(110)의 이동 거리를 측정할 수 있다. 이러한 실시 예에서, 거리 측정부(161)는 구름휠(142)과 인접한 위치에 설치될 수 있다.
도시되지 않은 다른 실시 예에서, 이동부(160)는 구동휠(미도시)을 구동시켜 바디(110)를 이동시키는 구동모터(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 실시 예는 예를 들어, 수직 방향이 아닌 수평 방향으로 설치되거나 배치된 배관(10)을 계측하는데 활용될 수 있다. 이때, 거리 측정부(161)는 구동모터 또는 구동휠의 회전량을 검출하여 바디(110)의 이동 거리를 측정할 수 있다.
바디(110)의 외면에는 계측 타겟(171)들, 예를 들어 프리즘 타겟들이 부착 설치된다. 계측기(170)는 바디(110)가 배관(10) 내에서 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 계측 타겟(171)들을 계측하여, 계측 타겟(171)들의 3차원 좌표 정보를 측정한다. 데이터 측정부(130)는 계측기(170)로부터 유선 또는 무선 통신 방식으로 계측 타겟(171)들의 3차원 좌표 정보를 전송받아, 이로부터 배관(10)의 직진도를 측정한다. 일 실시 예에 있어서, 데이터 측정부(130)는 바디(110)가 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 배관(10)의 진원도와 직진도를 산출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치를 구성하는 제1 센서와 제2 센서의 측정값으로부터 배관의 내면에 이르는 수직 거리를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 일 실시 예로, 데이터 측정부(130)는 아래의 수식 1에 따라 제1 센서(121)로부터 배관(10)의 내면에 이르는 수직 거리를 산출하고, 수직 거리에 기초하여 배관(10)의 진원도를 측정한다.
[수식 1]
Figure 112013060655460-pat00002
도 3에 참조하여 확인할 수 있는 바와 같이, 수식 1에서, Y는 제1 센서(121)로부터 배관(10)의 내면(10a)에 이르는 수직 거리를 나타내고, S1은 제1 센서(121)의 측정값, S2는 제2 센서(122)의 측정값, S12는 제1 센서(121)와 제2 센서(122) 간의 거리이다.
회전축(151)이 배관(10)의 길이 방향(Z)과 일치할 경우, 제1 센서(121)와 제2 센서(122)로부터 발생된 광은 90°의 각도로 배관(10)의 내면(10a)으로 입사된다. 그러나, 회전축(151)이 제3 방향(Z)으로부터 틀어질 경우, 제1 센서(121)와 제2 센서(122)로부터 발생된 광은 90°보다 작은 예각(β)으로 입사된다. 이러한 경우, 제1 센서(121)와 제2 센서의 측정값은 제1 센서(121)와 제2 센서(122)로부터 배관(10)의 내면(10a)에 이르는 수직 거리보다 큰 값으로 나타나며, 배관(10)의 반경이 실제 반경보다 다소 크게 측정되어, 배관(10)의 진원도에 오차가 유발될 수 있다.
따라서, 데이터 측정부(130)는 아래의 수식 2에 따라, 제3 방향(Z)에 대한 회전축(151)의 틀어짐 각도(α)를 산출하며, 아래의 수식 3에 따라, 틀어짐 각도(α)와 제1 센서(121)의 측정값을 이용하여 제1 센서(121)와 배관(10) 간의 수직 거리 Y를 산출한다.
[수식 2]
Figure 112013060655460-pat00003
[수식 3]
Figure 112013060655460-pat00004
데이터 측정부(130)는 제1 센서(121) 및 제2 센서(122)의 회전 각도별로 산출되는 수직 거리들을 이용하여 배관(10)의 진원도를 측정한다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치에서 배관의 진원도를 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4에서 도면부호 41은 제1 센서(121)의 측정값에 따라 제1 센서(121)의 회전 각도별로 배관(10)의 내면 둘레 정보를 나타낸 것이고, 도면부호 42는 상기한 수식 1 내지 3에 따라, 제1 센서(121)와 배관(10)의 내면(10a) 간의 수직 거리(Y)를 산출하여 제1 센서(121)의 회전 각도별로 배관(10)의 내면 둘레 정보를 나타낸 것이다.
이때, 회전 각도에 따른 배관(10)의 반경(Rθ)은 회전축(151)과 제1 센서(121) 간의 거리와, 제1 센서(121)와 배관(10)의 내면 간의 수직 거리(Y)의 합으로 나타날 수 있다. 데이터 측정부(130)는 제1 센서(121)의 회전 각도별로 산출되는 수직 거리에 따라 산출된 배관(10)의 내면 둘레 정보를 이용하여 최소 자승법에 따라 회전축(151)의 위치에 해당하는 중심점(C)을 검출하고, 중심점(C)과 배관(10)의 내면 둘레 정보 간의 거리를 산출하여, 제1 센서(121)의 회전 각도별 반경(Rθ)을 산출할 수 있다. 데이터 측정부(130)는 회전 각도별 반경(Rθ)의 편차 등을 산출하여 배관(10)의 진원도를 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배관 계측 장치에서 배관의 진원도와 직진도를 동시에 측정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 데이터 측정부(130)는 바디(110)가 미리 설정된 이동 거리(L) 만큼 이동할 때마다 배관(10)의 진원도와 직진도를 측정할 수 있다. 도 5에 도시된 도면부호 51 내지 55는 도 4에 도시된 도면부호 42에 대응한다.
배관(10)의 길이 방향(Z)에 따른 배관(10)의 중심점(C1~C5)은 계측기(170)에서 측정한 계측 타겟(171)의 3차원 좌표 정보에 따라 산출할 수 있다. 예를 들어, 바디(110)의 둘레를 따라 동일 간격으로 3개의 계측 타겟(171)을 부착한 경우, 계측 타겟(171)들의 3차원 좌표 정보의 평균 값으로부터 중심점(C1~C5)을 산출할 수 있다. 데이터 측정부(130)는 배관(10)의 길이 방향에 따른 중심점(C1~C5)의 직진도를 계산하여, 배관(10)의 직진도를 측정할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 의하면, 바디(110)의 위치별로 배관(10)의 진원도와 직진도가 산출되므로, 배관(10)의 길이 방향에 따른 진원도 및 직진도를 통합적으로 분석할 수 있다. 작업자는 배관(10)의 길이 방향에 따라 계측된 정보들을 디스플레이부(미도시)를 통하여 확인할 수 있다. 작업자는 배관(10)의 진원도 또는 직진도의 계측값에 이상이 발생한 배관(10)의 위치를 즉각적으로 파악하여 후속 가공 등의 대응조치를 취할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 실시 예에 따른 배관 계측 장치(100)의 동작 및 작용에 대하여 설명한다. 배관 계측 작업시, 이동부(160)를 제어하여 배관(10) 내에 바디(110)를 삽입하고, 길이 조절부(143)를 제어하여 가이드부(140)를 확장시켜 구름휠(142)을 배관(10)의 내면에 접촉시킴으로써, 바디(110)가 배관(10) 내에 지지되도록 한다. 이후, 배관(10)을 따라 일정 거리만큼 이동시키면서 배관(10)의 진원도와 직진도를 배관(10)의 길이 방향에 따라 측정하게 된다. 바디(110)가 측정 위치에 도달하면, 제1 센서(121)와 제2 센서(122)는 회전축(151)을 중심으로 회전하면서 배관(10)의 내면에 이르는 거리를 측정하며, 계측기(170)는 계측 타겟(171)의 좌표 정보를 측정한다.
데이터 측정부(130)는 예를 들어 상기한 수식 1 내지 수식 3에 따라, 제1 센서(121)와 제2 센서(122)의 측정값을 이용하여, 제1 센서(121)의 회전 각도에 따른 제1 센서(121)와 배관(10)의 내면 간의 수직 거리를 측정하고, 이로부터 배관(10)의 진원도를 측정하며, 계측 타겟(171)의 좌표 정보를 이용하여 배관의 직진도를 측정한다. 데이터 측정부(130)는 바디(110)가 미리 설정된 이동 거리 만큼 이동할 때마다 배관(10)의 진원도와 직진도를 통합적으로 분석할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 바디(110)의 틀어짐 각도에 따라, 복수 개의 센서들 중 하나 이상의 센서의 측정값을 보상하여, 센서로부터 배관(10)의 내면에 이르는 수직 거리를 산출함으로써, 이로부터 배관(10)의 진원도를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예에 의하면, 배관(10) 내에서 바디(110)를 이동시키면서 배관(10)의 길이 방향으로 진원도를 측정하는 것과 동시에, 바디(110)에 부착되는 계측 타겟의 좌표 정보를 측정하여 배관(10)의 직진도를 측정함으로써, 배관(10)의 길이 방향에 따른 진원도와 직진도를 통합적으로 분석할 수 있다.
도시되지 않은 본 발명의 변형된 실시 예에 따른 배관 계측 장치는, 내경이 배관의 외경보다 크게 이루어지는 원통 형상의 바디가 배관의 외면을 따라 이동하고, 가이드부는 원통 형상의 바디의 내경 측에 설치되며, 제1 센서와 제2 센서는 배관의 외부에서 바디에 대하여 회전축을 중심으로 회전하면서 배관의 외부 표면에 이르는 거리를 측정하도록 구성될 수 있다. 이러한 본 발명의 변형된 실시 예에서, 데이터 측정부는 제1 센서와 제2 센서 간의 거리와, 제1 센서의 측정값과 제2 센서의 측정값 간의 차이값에 기초하여 제1 센서와 배관의 외부 표면에 이르는 수직 거리를 측정하여, 배관의 외경에 대한 진원도 및 직진도를 측정할 수 있다.
도시되지 않은 본 발명의 또 다른 변형된 실시 예에 따른 배관 계측 장치는, 제1 센서와 제2 센서가 바디에 고정 설치되고, 바디가 배관의 내면 또는 외면에서 둘레를 따라 회전하도록 구성될 수 있다. 제1 센서와 제2 센서는 바디가 회전함에 따라 배관의 둘레 방향으로 회전하면서 배관의 내부 표면 또는 외부 표면에 이르는 거리를 측정하도록 구성될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 배관 100: 배관 계측 장치
110: 바디 121: 제1 센서
122: 제2 센서 130: 데이터 측정부
140: 가이드부 140a: 고정틀
141: 지지대 142: 구름휠
143: 길이 조절부 143a: 실린더
143b: 로드 143c: 실린더 구동부
151: 회전축 152: 구동부
153: 회동부재 153b: 무게보상부재
154: 회전각 측정부 155: 조절부재
155a: 삽입홀 155b: 체결홀
155c: 고리부재 156: 조임볼트
160: 이동부 160a: 케이싱
160b: 와이어 윈치 160c: 윈치 구동부
161: 거리 측정부 170: 계측기
171: 계측 타겟

Claims (12)

  1. 바디;
    상기 바디에 설치되고, 회전축을 중심으로 배관의 둘레 방향으로 회전하며, 상기 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되고, 상기 배관의 표면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함하고,
    상기 배관 계측 장치의 적어도 일 측에 설치되는 계측 타겟; 그리고
    상기 바디가 상기 배관의 내부에서 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 상기 계측 타겟의 좌표 정보를 측정하는 계측기를 더 포함하며,
    상기 데이터 측정부는, 상기 바디의 이동 거리에 따라 측정된 상기 계측 타겟의 좌표 정보를 이용하여 상기 배관의 직진도를 측정하는 배관 계측 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 바디에 회전하도록 설치되는 회전축;
    상기 회전축을 회전 구동시키는 구동부; 그리고
    상기 회전축에 수직으로 설치되고, 상기 회전축이 회전함에 따라서 회동하는 회동부재를 더 포함하고,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는, 상기 회동부재의 단부에 설치되며, 상기 회전축에 수직한 방향으로 상기 배관의 내면에 이르는 거리를 측정하는 배관 계측 장치.
  3. 바디;
    상기 바디에 설치되고, 회전축을 중심으로 배관의 둘레 방향으로 회전하며, 상기 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되고, 상기 배관의 표면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함하며,
    상기 바디에 회전하도록 설치되는 회전축;
    상기 회전축을 회전 구동시키는 구동부; 그리고
    상기 회전축에 수직으로 설치되고, 상기 회전축이 회전함에 따라서 회동하는 회동부재를 더 포함하고,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는, 상기 회동부재의 단부에 설치되며, 상기 회전축에 수직한 방향으로 상기 배관의 내면에 이르는 거리를 측정하고,
    상기 회동부재는, 상기 배관의 반경에 대응하여 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서의 회전 반경을 가변시키도록, 상기 회전축과, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리를 조절 가능하게 설치되는 배관 계측 장치.
  4. 바디;
    상기 바디에 설치되고, 회전축을 중심으로 배관의 둘레 방향으로 회전하며, 상기 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되고, 상기 배관의 표면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함하며,
    상기 바디가 상기 배관 내에서 지지되도록, 상기 바디의 외면에 설치되는 가이드부를 더 포함하는 배관 계측 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 가이드부는,
    상기 바디의 외면에 둘레를 따라 설치되는 복수 개의 지지대;
    각각의 지지대의 단부에 상기 배관의 내면과 접촉하여 회전하도록 설치되는 구름휠; 그리고
    상기 배관의 반경에 대응하여 상기 복수 개의 지지대의 길이를 조절하도록 각각의 지지대에 설치되는 길이 조절부를 포함하는 배관 계측 장치.
  6. 바디;
    상기 바디에 설치되고, 회전축을 중심으로 배관의 둘레 방향으로 회전하며, 상기 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되고, 상기 배관의 표면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함하며,
    상기 제1 센서의 회전 각도를 측정하는 회전각 측정부를 더 포함하며,
    상기 데이터 측정부는, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 제1 센서로부터 상기 배관의 내면에 이르는 수직 거리를 산출하고, 상기 제1 센서의 회전 각도에 따라 산출된 수직 거리들에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 배관 계측 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 데이터 측정부는 하기의 수식 1에 따라 상기 수직 거리를 산출하며,
    [수식 1]
    Figure 112013060655460-pat00005

    상기 수식 1에서, Y는 상기 제1 센서로부터 상기 배관의 내면에 이르는 수직 거리이고, S1은 상기 제1 센서의 측정값이고, S2는 상기 제2 센서의 측정값이고, S12는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 간의 거리인 배관 계측 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 데이터 측정부는, 상기 제1 센서의 회전 각도에 따라 산출되는 상기 수직 거리들을 이용하여 상기 배관의 내면 둘레 정보를 산출하고 최소 자승법에 따라 상기 배관의 중심점을 검출하며, 상기 중심점으로부터 상기 내면 둘레 정보 간의 거리에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 배관 계측 장치.
  9. 바디;
    상기 바디에 설치되고, 회전축을 중심으로 배관의 둘레 방향으로 회전하며, 상기 회전축의 방향을 따라 이격되도록 배치되고, 상기 배관의 표면에 이르는 거리를 측정하는 제1 센서 및 제2 센서; 그리고
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 간의 거리와, 상기 제1 센서의 측정값 및 상기 제2 센서의 측정값 간의 차이 값에 기초하여 상기 배관의 진원도를 측정하는 데이터 측정부를 포함하며,
    상기 바디를 상기 배관의 내부에서 길이 방향을 따라 이동시키는 이동부를 더 포함하는 배관 계측 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 바디의 이동 거리를 측정하는 거리 측정부를 더 포함하며,
    상기 데이터 측정부는 상기 바디가 상기 배관의 내부에서 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 상기 배관의 진원도를 측정하는 배관 계측 장치.
  11. 제3 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배관 계측 장치의 적어도 일 측에 설치되는 계측 타겟; 그리고
    상기 바디가 상기 배관의 내부에서 미리 설정된 거리 만큼 이동할 때마다 상기 계측 타겟의 좌표 정보를 측정하는 계측기를 더 포함하며,
    상기 데이터 측정부는, 상기 바디의 이동 거리에 따라 측정된 상기 계측 타겟의 좌표 정보를 이용하여 상기 배관의 직진도를 측정하는 배관 계측 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 데이터 측정부는, 상기 바디의 이동 거리에 따라 측정된 상기 계측 타겟의 좌표 정보와, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서의 회전 각도에 따라 산출된 상기 제1 센서 또는 상기 제2 센서로부터 상기 배관의 내면에 이르는 수직 거리에 기초하여, 상기 배관의 내면 형상 정보를 생성하고, 상기 내면 형상 정보를 이용하여 상기 배관의 길이 방향에 따른 직진도 및 진원도를 통합하여 분석하는 배관 계측 장치.
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