KR101620863B1 - 산업용 고온환경 내시경 - Google Patents

산업용 고온환경 내시경 Download PDF

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Abstract

산업용 고온환경 내시경이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 좁은 공간에 대한 촬영이 가능하도록 마련되며, 촬영정보를 좁은 공간의 외부로 전달하는 신호케이블이 연결되는 촬영유닛; 및 촬영유닛이 내부에 배치되며, 촬영유닛을 열로부터 보호하도록 마련되는 렌즈본체유닛을 포함한다.

Description

산업용 고온환경 내시경{INDUSTIRIAL ENDOSCOPE FOR HIGH TEMPERATURE ATMOSPHERE}
본 발명은 산업용 고온환경 내시경에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산업현장의 고온환경에서 사용이 가능하도록 마련된 산업용 고온환경 내시경에 관한 것이다.
산업용 내시경은, 배관, 또는 벽과 벽사의 좁은 틈새와 같이 협소한 구역을 촬영하여 외부로 전송할 수 있도록 구성된 영상촬영 검사장치이다.
일 예로, 산업용 보일러의 용접에 의해 결합되는 배관들은, 용접부위가 상호 대응하게 배치된 상태에서 용접봉을 녹일 수 있는 가스 토치에 의해 용접된다. 이러한 배관 용접은, 특수가스를 사용하는 특수용접으로서 배관을 상호 결합시키는 초층 용접 후에 본 용접을 거쳐 완성된다.
이때의 배관 용접은, 최초의 초층 용접이 상당히 중요한데, 배관을 결합시키는 최초 초층 용접의 결함이 본 용접 후에 발견된 경우에는, 초층 용접부에 대한 수정이 간단하지 않았다.
즉 초층 용접부에 대한 결합이 있는 경우에는, 이미 본 용접에서 생성된 용접 비드를 제거한 후 다시 초층 용접을 진행해야 했으므로, 초층 용접과 본 용접을 반복해는 하는 번거로움이 있었다.
이러한 배관 용접의 검사를 위한 종래의 산업용 내시경은, 촬영을 수행하도록 마련된 렌즈유닛과, 렌즈유닛에 케이블로 연결되어 영상정보를 수집하며 모니터링이 가능한 모니터제어기를 포함한다.
그런데, 종래의 산업용 내시경은, 렌즈유닛의 렌즈, 촬영센서, 그리고 케이스가 고온에 의해 균열, 고장, 또는 쉽게 파손되므로 초층 용접 후에 용접영역을 검사하기가 부담스러웠다.
즉 완전히 배관을 냉각시키지 않은 상태에서 용접 영역을 검사하는 경우에는, 렌즈유닛이 파손되어 렌즈유닛의 교체 및 수리에 대한 비용이 상당히 소요되는 문제점이 있었다.
이에 따라 종래에는, 배관의 본 용접 후에 배관을 완전히 냉각시켜야 용접영역에 대한 내시경 촬영이 가능했으며, 배관을 완전히 냉각시키고 내시경 촬영 검사 후에 수정 용접을 진행한 후, 후열 및 예열을 진행하는 데에 상당한 시간이 소요되어 전반적인 용접 공정이 지연되는 문제점이 있었다.
미국특허 제4, 770, 443 호
본 발명의 일 실시 예는, 고온환경에서 사용이 가능하도록 내구성 및 수명이 확보되어, 렌즈유닛의 교체 및 수리에 대한 비용을 절감시킬 수 있으며, 초층 용접 후에 고온인 용접영역의 검사가 가능하여 전반적인 용접공정을 줄일 수 있는 산업용 고온환경 내시경을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 좁은 공간에 대한 촬영이 가능하도록 마련되며, 촬영정보를 상기 좁은 공간의 외부로 전달하도록 신호케이블이 연결되는 촬영유닛; 및 상기 촬영유닛이 내부에 배치되며, 상기 촬영유닛을 열로부터 보호하도록 마련되는 렌즈본체유닛을 포함하는 산업용 고온환경 내시경이 제공될 수 있다.
상기 렌즈본체유닛은, 상기 촬영유닛이 배치되며, 내열소재로 마련되는 렌즈내열본체; 및 상기 렌즈내열본체의 전면부에 배치되며, 상기 촬영이 가능하도록 투명하고 그리고 내열소재로 마련되는 내열렌즈커버를 포함할 수 있다.
상기 렌즈내열본체는, 피크(peek) 수지로 마련되는 배치될 수 있다.
상기 내열렌즈커버는, 파이렉스(brosilicate)로 마련될 수 있다.
상기 렌즈내열본체는, 상기 신호케이블이 연결되며, 상기 촬영유닛이 내부에 설치되는 렌즈케이스; 및 상기 렌즈케이스의 전단부를 둘러싸면서 상기 렌즈케이스에 결합되며, 상기 내열렌즈커버가 전면부에 배치되는 커버케이스를 포함할 수 있다.
상기 촬영유닛은, 촬영을 위한 조명을 제공하는 조명소자를 포함하며, 상기 렌즈내열본체의 내부에는, 상기 조명소자를 열로부터 보호하도록 상기 조명소자를 둘러싸는 히트쉴드 링이 배치될 수 있다.
상기 신호케이블을 열로부터 보호하도록 상기 신호케이블을 감싸며, 내열소재로 마련되는 내열실리콘호스를 더 포함할 수 있다.
상기 신호케이블이 연결되며, 상기 신호케이블로부터 영상을 출력하는 모니터와 상기 촬영유닛을 작동시킬 수 있는 제어기가 구비하는 모니터제어박스를 더 포함하며, 상기 모니터제어박스는, 상기 제어기가 배치되는 제어박스본체; 및
상기 모니터가 배치되며, 상기 제어박스본체를 개폐하도록 상기 제어박스본체에 회전 가능하게 결합되는 개폐부를 포함하며, 상기 제어박스본체와 상기 개폐부는, 상기 개폐부의 개폐 각도를 제한하는 개폐링크에 의해 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고온환경에서 사용이 가능하도록 내구성 및 수명이 확보되어, 렌즈유닛의 교체 및 수리에 대한 비용을 절감시킬 수 있으며, 초층 용접 후에 고온인 용접영역의 검사가 가능하여 전반적인 용접공정을 줄일 수 있는 산업용 고온환경 내시경을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경의 개략적인 단면도이다.
도 2는, 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 단면도이다.
도 3은, 도 1의 렌즈내열본체의 렌즈케이스의 단면도이다.
도 4는, 도 1의 렌즈내열본체의 커버케이스의 단면도이다.
도 5는, 도 3의 Ⅱ-Ⅱ 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경의 모니터제어박스가 개방된 상태도이다.
도 7은, 도 6의 측면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경의 전원공급 회로도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경을 이용한 용접공정의 진행순서이다.
이하, 첨부된 도면에 도시된 특정 실시 예들에 의해 본 발명의 다양한 실시 예들을 설명한다. 후술되는 본 발명의 실시 예들에 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시 예에 관련하여 다른 실시 예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
도 1과 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 좁은 공간에 대한 촬영이 가능하도록 마련되며 촬영정보를 좁은 공간의 외부로 전달하도록 신호케이블(111)이 연결되는 촬영유닛(100)과, 촬영유닛(100)이 내부에 배치되며 촬영유닛(100)을 열로부터 보호하도록 마련되는 렌즈본체유닛(110)을 포함한다.
이러한 본 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 고온환경에서 사용이 가능하도록 촬영유닛(100)과 렌즈본체유닛(110)의 내구성 및 수명이 확보된다. 즉 렌즈본체유닛(110)이 내열 및 단열성을 갖도록 마련되어 촬영유닛(100)이 열로부터 보호된다.
이에 따라 본 실시 예에 따르면, 촬영유닛(100)의 투시를 위한 렌즈유닛의 교체 및 수리에 대한 비용을 절감시킬 수 있으며, 초층 용접 후에 고온인 용접영역의 검사가 가능하여 전반적인 용접공정을 줄일 수 있다.
본 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 배관의 초층 용접 후에 초층 용접부를 촬영할 수 있도록 초층 용접부로 진입할 수 있다. 즉 본 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 초층 용접 후에 남아 있는 잔열이 내부로 전달되어 내부 부품 및 외부의 투명한 렌즈가 파손되는 현상이 방지된다.
이에 따라 본 실시 예에 따르면, 초층 용접부에 대한 내시경 검사를 진행하여 결함을 발견할 수 있으며, 결함이 발견될 때는, 바로 결함을 수정하는 용접을 진행할 수 있으며, 결함 수정 후에는 초층 용접에 더하는 본 용접을 진행할 수 있으며, 후열 처리한 후 다시 내시경 검사를 진행하여 용접이 완성된 후의 촬영을 진행할 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경의 주요 구성요소들을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 렌즈본체유닛(110)은, 촬영유닛(100)이 배치되며 내열소재로 마련되는 렌즈내열본체(112)와, 렌즈내열본체(112)의 전면부에 배치되며 촬영유닛(100)에 의한 촬영이 가능하도록 투명하고 그리고 내열소재로 마련되는 내열렌즈커버(120)를 포함할 수 있다.
렌즈내열본체(112)는, 촬영유닛(100)을 감싸서 외부의 접촉, 충격, 그리고 열로부터 촬영유닛(100)을 보호할 수 있다. 이러한 렌즈내열본체(112)는, 내열소재를 공구에 의해 선반 가공하여 제작할 수 있다.
렌즈내열본체(112)는, 신호케이블(111)이 내부로 인입 가능하도록 한쪽에 개구(113)가 마련되며, 개구(113)에 연결된 내부공간에는 촬영유닛(100)이 배치된다. 촬영유닛(100)은, 개구(113)가 있는 개구(113)영역의 벽면부에 지지되어 설치될 수 있다.
이러한 렌즈내열본체(112)는, 피크(peek) 수지로 제작될 수 있다. 피크수지는, 적어도 섭씨 200도 이상의 온도를 견딜 수 있으며, 내부로 전달되는 열을 차단할 수 있는 소재로서, 연속 사용 온도는 대략 250도 정도이다.
전술한, 초층 용접 후에, 용접 영역의 내부 분위기 온도가 대략 205 정도 이므로, 렌즈내열본체(112)로 감싸진 촬영유닛(100)은 초층 용접 후의 열로부터 보호가 가능하다.
또한 본 실시 예에 따른 내열렌즈커버(120)는, 파이렉스(brosilicate)로 제작되어 마련될 수 있다. 파이렉스는, 강화유리보다 내열성이 높은 소재로서, 대략적인 사용가능온도가 섭씨450도이며, 최대 사용온도가 섭씨 500도 정도이다.
강화유리도, 사용온도가 대략 섭씨 200도 정도이며, 최대사용온도가 섭씨 250도 정도이므로, 본 실시 예에 적용이 가능하나, 파이렉스에 비해 두께가 두꺼워져 촬영유닛(100)의 촬영 시에 선명도가 떨어지는 단점이 있다.
그리고, 석영은 사용온도가 대략 섭씨 1000도까지 가능하며, 최대사용온도가 섭씨 1300도까지 가능하여 두께를 파이렉스에 비해 줄일 수 있는 장점이 있어 본 실시 예에 충분히 적용이 가능하나, 파이렉스에 비해 가격이 상승되는 단점이 있다.
이러한 점들을 감안하여 본 실시 예에서는, 섭씨 205 도 정도에서 충분한 수명과 내구성을 제공하는 파이렉스를 최적 소재로 선택하였다.
전술한 본 실시 예에 따른 렌즈내열본체(112)는, 신호케이블(111)이 연결되며, 촬영유닛(100)이 내부에 설치되는 렌즈케이스(115)와, 렌즈케이스(115)의 전단부를 둘러싸면서 렌즈케이스(115)에 결합되며 내열렌즈커버(120)가 전면부에 배치되는 커버케이스(117)를 포함할 수 있다.
렌즈케이스(115)는, 개구(113)가 마련되는 파트이며, 커버케이스(117)는 투명한 소재의 내열렌즈커버(120)가 배치되는 파트로서, 둘은 전술한 피크소재로 마련된 원형봉을 동일한 가공방식에 해당되는 선삭 가공함으로써 마련할 수 있다.
렌즈케이스(115)의 전단부는, 커버케이스(117)의 후단부에 삽입되어 결합될 수 있다. 이때 전단부는, 내열렌즈커버(120)에 근접한 부분으로 정하며, 후단부는 그 반대의 부분으로 정한다.
이러한 렌즈케이스(115)의 개구(113)가 있는 후단부는, 촬영유닛(100)에 해당되는 CMOS의 방식의 촬영센서와 같은 촬영소자를 열로부터 보호할 수 있도록 다른 부분에 비해 두껍게 제공된다. 아울러 렌즈케이스(115)의 전단부와 커버케이스(117)의 후단부는 이보다는 작은 두께로 제공된다.
이때 렌즈케이스(115)와 커버케이스(117)에는, 촬영유닛(100)을 지지하도록 120도 간격으로 지지부재(118)가 마련된다. 이러한 지지부재(118)는 내부공간에 촬영유닛(100)을 지지하여 위치 고정시킬 수 있다.
이처럼 결합된 구조를 갖는 렌즈케이스(115)와 커버케이스(117)의 내부에는, 촬영유닛(100)이 배치된다. 이러한 촬영유닛(100)은, 촬영을 위한 조명을 제공하는 조명소자(121)를 포함한다.
렌즈내열본체(112)의 내부에는, 조명소자(121)를 열로부터 보호하도록 조명소자(121)를 둘러싸는 히트쉴드 링(122, heat shield ring)이 배치될 수 있다. 이러한 히트쉴드 링(122)은, 열에 약한 엘이디와 같은 조명소자(121)를 외부로부터 전달되는 열로부터 보호할 수 있으며, 내충격 또는 완충성을 갖는 소재로 마련될 수 있다.
이어서 본 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 신호케이블(111)을 열로부터 보호하도록 신호케이블(111)을 감싸며, 내열소재로 마련되는 내열실리콘호스(125)를 더 포함할 수 있다.
이러한 내열실리콘호스(125)는, 사용온도가 대략 섭씨 60도 ~ 250도 정도로서, 상당한 인장강도와 신축율을 가지며, 내마모성을 제공하여 좁은 영역의 이동 시 마찰에 의한 손상을 견딜 수 있다.
이처럼 내열실리콘호스(125)로 감싸져 보호되는 신호케이블(111)은, 모니터(131)제어박스(130)에 연결된다.
도 6과 도 7을 참조하면, 본 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 촬영유닛(100)의 촬영제어와 촬영영상을 모니터링할 수 있는 모니터(131)제어박스(130)를 더 포함할 수 있다.
이러한 모니터(131)제어박스(130)에는, 신호케이블(111)이 연결되며 신호케이블(111)로부터 영상을 출력하는 모니터(131)와 촬영유닛(100)을 작동시킬 수 있는 제어기(132)를 구비된다.
이를 위한 본 실시 예에 따른 모니터(131)제어박스(130)는, 제어기(132)가 배치되는 제어박스본체(135)와, 모니터(131)가 배치되며, 제어박스본체(135)를 개폐하도록 제어박스본체(135)에 회전 가능하게 결합되는 개폐부(140)를 포함할 수 있다.
또한 본 실시 예에 따르면, 제어박스본체(135)와 개폐부(140)는 개폐부(140)의 개폐 각도를 제한하는 개폐링크(141)에 의해 연결될 수 있다. 개폐부(140)가 회전되어 제어박스본체(135)가 열릴 때, 개폐부(140)는 모니터(131)에 대한 모니터(131)링이 가능하도록 개폐링크(141)에 의해 회전각이 제한된다.
도 8을 참조하면, 본 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 내시경의 촬영유닛이 DC 12V을 공급하는 전원에 의해 작동된다. 이러한 전원은, 작동 스위치에 의해 촬영유닛에 전원을 공급하며, 작동 스위치와 촬영유닛 사이에는 전원을 차단할 수 있는 퓨즈가 연결된다. 촬영영상은, 영상보드와 같은 영상변환 PCB모듈을 거쳐 모니터 측으로 전송되어 출력된다. 이때 모니터와 PCB모듈도, 동일한 전원에 의해 작동된다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경이 제공될 수 있다. 이러한 다른 실시 예에 따른 산업용 고온환경 내시경은, 렌즈케이스(215)와 커버케이스(217)의 결합구조가 전술한 실시 예와 다를 뿐, 다른 구성요소들은 거의 동일하므로, 동일한 요소들에 대한 중복적인 설명은 생략한다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 이를 기초로 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다 할 것이다.
100: 촬영유닛` 111: 신호케이블
110: 렌즈본체유닛 112: 렌즈내열본체
113: 개구 115: 렌즈케이스
117: 커버케이스 118: 지지부재
120: 내열렌즈커버 121: 조명소자
122: 히트쉴드 링 125: 내열실리콘호스
130: 모니터제어박스 131: 모니터
132: 제어기 135: 제어박스본체
140: 개폐부 141: 개폐링크

Claims (8)

  1. 좁은 공간에 대한 촬영이 가능하도록 마련되며, 촬영정보를 상기 좁은 공간의 외부로 전달하도록 신호케이블이 연결되며 촬영을 위한 조명을 제공하는 조명소자를 포함하는 촬영유닛;
    상기 촬영유닛이 내부에 배치되며, 상기 조명소자를 열로부터 보호하도록 상기 조명소자를 둘러싸는 히트쉴드 링이 마련되고, 상기 신호케이블이 연결되며 상기 촬영유닛이 내부에 설치되는 렌즈케이스 및 상기 렌즈케이스의 전단부를 둘러싸면서 상기 렌즈케이스에 결합되고 내열렌즈커버가 전면부에 배치되는 커버케이스를 포함하며, 피크(peek) 수지로 마련되는 렌즈내열본체; 및
    상기 렌즈내열본체의 전면부에 배치되며, 상기 촬영이 가능하도록 투명하며 파이렉스(brosilicate)로 마련되는 내열렌즈커버;
    를 포함하는 렌즈본체유닛;
    상기 신호케이블이 연결되며, 상기 신호케이블로부터 영상을 출력하는 모니터와 상기 촬영유닛을 작동시킬 수 있는 제어기가 구비하는 모니터제어박스; 및
    상기 신호케이블을 열로부터 보호하도록 상기 신호케이블을 감싸며, 내열소재로 마련되는 내열실리콘호스;를 포함하되,
    상기 모니터제어박스는, 상기 제어기가 배치되는 제어박스본체와 상기 모니터가 배치되며, 상기 제어박스본체를 개폐하도록 상기 제어박스본체에 회전 가능하게 결합되는 개폐부를 포함하며, 상기 제어박스본체와 상기 개폐부는, 상기 개폐부의 개폐 각도를 제한하는 개폐링크에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 산업용 고온환경 내시경.
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