KR101638814B1 - 몸통 회전형 초음파 파이프 진단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 파이프 진단장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 파이프 내면에 수직으로 초음파를 발진할 수 있으므로 진단의 정확도를 높일 수 있고, 파이프 내에서 회전 또는 이동시 부하가 적어 적은 량의 전력소비만으로도 초음파 진단을 수행할 수 있는 초음파 파이프 진단장치에 관한 것이다.

Description

몸통 회전형 초음파 파이프 진단장치{Body rotary type ultrasonic inspection device}

본 발명은 초음파 파이프 진단장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 파이프 내면에 수직으로 초음파를 발진할 수 있으므로 진단의 정확도를 높일 수 있고, 파이프 내에서 회전 또는 이동시 부하가 적어 적은 량의 전력소비만으로도 초음파 진단을 수행할 수 있는 초음파 파이프 진단장치에 관한 것이다.

산업 현장에서 사용되는 파이프나 배관의 경우 주기적인 진단이 필요한데 그 중, 주로 이용되는 방법이 초음파의 pulse/echo 방식을 이용한 초음파 진단 방법이다.

초음파 진단 방법은 초음파 센서의 배열에 따라 하나의 초음파 센서와 회전하는 거울을 조합하여 파이프 내주 전체를 검사하는 IRIS(Internal Rotary Inspection System)방식, 몸체에 수십 내지 수백 개의 초음파 센서를 원주방향으로 장착하여 파이프 내주를 검사하는 지능형 피그(intelligent pig) 방식, 두 개 이상의 초음파 센서를 헤드에 원주방향으로 배치하고 헤드를 회전시키며 파이프 내부를 스캐닝하여 검사하는 방식 등이 있다.

IRIS 방식의 파이프 진단장치는 파이프 직경이 약 64mm 이내인 소형 파이프 검사에 적합하나 검사속도가 느리고, 파이프 직경이 커질 경우 진단의 정확도가 급격히 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 지능형 피그를 이용하는 방식은 많은 중대형 파이프 진단에 적합하고 많은 수의 초음파 센서가 장착되어야 하므로 제작비용이 증가하는 문제점이 있다.

헤드 회전형 초음파 진단장치는 이 두 가지 방법의 장단점을 절충하여 수 개의 초음파 센서들 헤드에 장착하고 헤드를 회전시켜 파이프를 검사방법으로 적은 비용으로도 진단의 정확성을 높일 수 있다.

도 1은 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치를 보여주는 것으로 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치(10)는 파이프(20) 내에서 이동하는 몸체부(10), 몸체부(10)의 전방 및 후방에 부착되어 몸체부(10)를 파이프 내의 공간에 지지하는 지지 디스크(13), 몸체부(10)의 전방에 부착되고 외주에는 복수 개의 초음파 센서가 회전축을 중심으로 방사상으로 구비되며 회전하면서 파이프(20)로 초음파가 발진하게 하여 파이프를 검사하는 회전헤드(12), 외부와의 통신을 위한 통신 케이블(14)을 포함한다.

또한, 초음파 센서는 파이프에서 반사되어 돌아오는 초음파를 수신하여 그 결과를 외부로 전송하고, 검사자는 초음파 수신신호의 크기나 파형을 분석하여 파이프의 두께, 균열 상태 등을 판단하게 된다.

이러한 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치는 적은 수의 초음파 센서만으로도 파이프의 내주면 전체를 검사할 수 있는 장점이 있다.

그러나, 도 2에서 도시한 바와 같이 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치(10)는 몸체부(10)의 전방에 회전헤드(12)가 부착되므로 굴곡진 파이프 이동시 초음파센서(12a)에서 발진하는 초음파(a)가 파이프에 수직으로 도달하기 어렵기 때문에 초음파 센서(12a)가 되돌아오는 초음파를 수신하지 못하거나 수신하더라도 신호의 왜곡이 심하여 검사자가 파이프를 진단할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치는 회전헤드(12)가 정지해 있는 몸체부(10)에 회전연결되기 때문에 회전헤드(12)에 회전력을 제공하기 위한 구동모터, 회전부와 정지부 사이의 방수를 위한 메커니컬 씰(mechanical seal) 등과 같은 구성요소가 구비되어야 하므로 직경이 작은 파이프를 진단하는데 어려움이 있다.

1.한국등록특허 제10-1372828호, 비파괴 검사를 수행하는 초음파 검사장치 2.한국등록특허 제10-1346309호, 비파괴 검사를 수행하는 초음파 검사장치

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 초음파 센서를 몸체에 구비하고, 몸체가 회전하며 초음파 검사기능을 수행하며, 방수가 필요한 구동장치를 몸체에서 분리한 구조를 통해 소형화가 가능한 초음파 파이프 진단장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 모터가 구비되지 않으므로 회전축을 방수하기 위한 방수 장치가 필요없어 제작비용을 줄이고 방수 장치에 의해 발생하는 마찰토크를 최소화할 수 있는 초음파 파이프 진단장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 파이프의 굴곡진 부분에도 초음파를 거의 수직으로 발진할 수 있어 파이프 진단의 정확도를 높일 수 있는 초음파 파이프 진단장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 파이프 내에서 회전하거나 이동시에 마찰을 최소화하여 적은 전력으로도 오랜 시간 검사를 수행할 수 있는 초음파 파이프 진단장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 파이프 내부를 이동하며 초음파를 이용하여 파이프의 결함을 검사하는 초음파 파이프 진단장치로서, 몸체부; 상기 몸체부의 전방에 결합하고 직경이 상기 몸체부의 직경보다 큰 전방 지지 디스크; 및 상기 몸체부의 후방에 각각 결합하고, 직경이 상기 몸체부의 직경보다 크며, 상기 전방 지지 디스크와 함께 외주가 상기 파이프의 내면에 닿아 상기 몸체부를 상기 파이프 내부 공간에서 지지하는 후방 지지 디스크;를 포함하고, 상기 몸체부의 중앙부 외주에는 복수 개의 초음파 센서가 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 파이프 진단장치를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 몸체부:는, 원통형의 몸체; 상기 몸체의 전면 중앙부에 구비되는 전방 회전축; 및 상기 몸체의 후면 중앙부에 구비되는 후방 회전축;을 포함하고, 상기 지지 디스크들은 각각, 도넛 형상의 지지 디스크 본체; 및 링 형상으로 외측은 상기 지지 디스크 본체의 내측에 결합하며, 내측은 상기 몸체부의 회전축에 회전가능하도록 결합하는 몸체 연결 휠;을 포함하며, 상기 몸체부는 상기 지지 디스크들에서 회전가능하다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 몸체 연결 휠의 내측과 상기 몸체부의 회전축 사이에는 앵귤러 콘택트 볼 베어링(angular contact ball bearing)이 구비되어 상기 몸체부가 회전할 때 회전 마찰을 최소화할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 몸체 연결 휠과 상기 몸체의 전면 또는 후면 사이에는 스러스트 볼 베어링(thtust ball bearing)이 구비되어, 상기 지지 디스크들이 상기 몸체부를 향해 비틀어질때 상기 몸체 연결 휠과 상기 몸체부의 마찰을 최소화할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 지지 디스크 본체는 탄성을 갖는 탄성 디스크이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 몸체부의 내부에는, 상기 초음파 센서의 동작을 제어하거나 상기 초음파 센서의 신호를 외부로 전송하는 제어보드; 및 상기 제어보드 및 상기 초음파 센서로 전원을 공급하는 전원공급기;가 구비된다.

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.

먼저, 본 발명의 초음파 파이프 진단 장치에 의하면 몸체 내부에 구동장치 없이 구동모듈로부터 회전력을 인가받아 몸체가 회전하는 방식으로 구동모터와 방수장치를 구동모듈에 설치함으로써 초음파 모듈의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 초음파 파이프 진단 장치에 의하면, 초음파 센서가 몸체의 중앙부에 위치하므로 파이프의 곡면 부분에서도 수직방향으로 초음파 발진이 가능하여 검사의 정확도를 매우 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 초음파 파이프 진단 장치에 의하면, 지지 디스크와 몸체부 사이에 앵귤러 콘택트 볼 베어링 및 스러스트 볼 베어링이 구비되어 굴곡진 부분을 이동할 경우에도 마찰토크를 최소화하며 회전할 수 있어 전력 소비를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치를 보여주는 도면,
도 2는 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치의 문제점을 설명하기 위한 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 파이프 진단장치를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 파이프 진단장치가 파이프의 굴곡진 부분을 검사하는 것을 보여주는 도면이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 파이프 진단장치(100)는 몸체부(110), 전방 지지 디스크(120) 및 후방 지지 디스크(130)를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 몸체부(110)의 중앙부 외주에는 복수 개의 초음파 센서들(111)이 서로 이격되어 부착된다.

상기 몸체부(110)는 원통형으로 상기 초음파 센서들(111)이 부착되며, 내부에 제어보드(140)와 전원공급기(150)가 구비된다.

또한, 상기 몸체부(100)는 원통형으로 도시하였으나 형상에 특별한 한정은 없으며 상기 초음파 센서들(111)을 동일 선상에서 서로 이격하여 부착할 수 있으면 충분하다.

또한, 상기 몸체부(110)는 원통형의 몸체(110a), 상기 몸체(110a)의 전면 중앙부에 구비되는 전방 회전축(112), 상기 몸체(110a)의 후면 중앙부에 구비되는 후방 회전축(113)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 회전축(112,113)의 직경은 상기 몸체(110a)의 직경보다 작다.

또한, 상기 초음파 센서들(111)은 상기 몸체(110a)의 중양부에 외주면을 따라 구비된다.

더욱 상세하게는 상기 초음파 센서들(111)은 상기 몸체(110a)가 회전하였을 때 동일한 선상에서 움직이도록 회전축을 중심으로 방사상으로 이격되어 부착된다.

또한, 본 발명에서는 상기 초음파 센서들(111)이 네 개의 초음파 센서들로 구성되는 것을 도시하였으나 개수의 제한은 없다.

또한, 상기 몸체부(110)는 회전하며 파이프로 초음파가 발진하게 한다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 파이프 진단장치(100)는 종래의 초음파 진단장치(10)와 비교하여 헤드가 아닌 몸체부(110) 자체가 회전한다는 점에서 차이가 있다.

또한, 상기 제어보드(140)는 무선 또는 유선으로 외부와 연결되고, 상기 초음파 센서(111)의 동작을 제어하거나 상기 초음파 센서(111)의 출력신호를 외부로 전송한다.

또한, 상기 몸체부(110)는 구동모듈(도시하지 않음)로부터의 회전력을 고강도 케이블이나 링크장치로부터 인가받아 회전한다.

즉, 내부에 구동장치와 방수장치가 구비되지 않아도 되므로 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치(10)와 비교하여 소형화가 가능한 장점이 있다.

또한, 종래의 헤드 회전형 초음파 진단장치(10)와 비교하여 회전 헤드(120)를 구동시키기 위한 구동축이 없으므로 메커니컬 씰(mechanical seal)과 같은 방수 장치가 필요없어 제작 비용을 절감할 수 있고 방수 장치에 의한 마찰 토크도 발생하지 않는 장점이 있다.

또한, 상기 전원공급기(150)는 상기 제어보드(140) 및 상기 초음파 센서로 동작전원을 공급한다.

상기 전방 지지 디스크(120)는 상기 몸체(110a)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 몸체부(100)의 전방에 결합한다.

또한, 상기 전방 지지 디스크(120)는 원판 형으로 중앙부가 개방된 도넛 형상을 갖는 지지 디스크 본체(121)와 링 형상으로 외측은 상기 지지 디스크 본체(121)의 내측에 결합하며, 내측은 상기 전방 회전축(112)에 삽입되어 회전가능하도록 결합하는 몸체 연결 휠(122)을 포함하여 이루어진다.

다시 말해서, 상기 몸체 연결 휠(122)은 상기 지지 디스크 본체(121)와 상기 전방 회전축(112)을 회전결합하게 하는 동시에 상기 몸체부(110)를 하중을 지지하는 역할을 한다.
또한, 상기 지지 디스크 본체(121)는 탄성을 갖는 탄성 디스크이며 예를 들면, 폴리 우레탄 디스크일 수 있다.
즉, 상기 지지 디스크 본체(121)의 외주 부분은 상기 몸체부(110)가 이동할 때 파이프의 내면과 마찰하여 상기 몸체부(110)의 회전축 방향으로 휘어질 수 있는 구조이다.

삭제

또한, 상기 몸체 연결 휠(122)과 상기 전방 회전축(112) 사이에는 상기 전방 회전축(112)의 회전 마찰을 줄이기 위한 앵귤러 콘택트 볼 베어링(123,angular contact ball bearing)이 구비된다.

또한, 상기 몸체 연결 휠(122)과 상기 몸체(110a)의 전면 사이에는 상기 몸체 연결 휠(122)이 상기 몸체(110a)를 향해 비틀렸을 때, 상기 몸체 연결 휠(122)과 상기 몸체(110a)가 서로 마찰하지 않도록 스러스트 볼 베어링(124,thtust ball bearing)이 더 구비된다.

따라서, 파이프 내부를 이동하면서 발생할 수 있는 마찰 부하를 최소화할 수 있는 장점이 있다.

상기 후방 지지 디스크(130)는 상기 몸체(110a)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 상기 몸체부(100)의 후방 회전축(113)에 결합한다.

즉, 상기 후방 지지 디스크(130)는 상기 전방 지지 디스크(120)와 함께 상기 몸체부(110)를 파이프의 내부 공간에 지지하는 역할을 한다.

또한, 상기 후방 지지 디스크(130)는 지지 디스크 본체(131) 및 몸체 연결 휠(132)을 포함하고, 몸체 연결 휠(132)과 상기 후방 회전축(113) 사이에는 앵큘러 콘택트 볼 베어링(133)이 구비되고, 몸체 연결 휠(132)과 상기 몸체(110a)의 후면 사이에는 스러스트 볼 베어링(134)이 구비된다.

즉, 상기 후방 지지 디스크(130)는 상기 전방 지지 디스크(120)와 부착되는 위치만 다를 뿐 그 구성과 기능은 실질적으로 동일하다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 파이프 진단 장치(100)는 상기 초음파 센서들(111)이 상기 몸체부(110)의 전방이 아닌 중앙부에 위치하므로 파이프의 굴곡진 부분을 이동할 경우에도 파이프 내면에 초음파(a)를 거의 수직으로 발진할 수 있다.

따라서, 왜곡이 없는 초음파 신호를 출력할 수 있어 진단의 정확성을 높일 수 있는 장점이 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

100:초음파 파이프 진단장치 110:몸체부
110a:몸체 111:초음파 센서
112:전방 회전축 113:후방 회전축
120:전방 지지 디스크 121,131:지지 디스크 본체
122,132:몸체 연결 휠 123,133:앵귤러 콘택트 볼 베어링
124,134:스러스트 볼 베어링 130:후방 지지 디스크
140:제어보드 150:전원공급기

Claims (6)

1. 파이프 내부를 이동하며 초음파를 이용하여 파이프의 결함을 검사하는 초음파 파이프 진단장치로서,
   몸체부;
   상기 몸체부의 전방에 결합하고 직경이 상기 몸체부의 직경보다 큰 전방 지지 디스크; 및
   상기 몸체부의 후방에 각각 결합하고, 직경이 상기 몸체부의 직경보다 크며, 상기 전방 지지 디스크와 함께 외주가 상기 파이프의 내면에 닿아 상기 몸체부를 상기 파이프 내부 공간에서 지지하는 후방 지지 디스크;를 포함하고,
   상기 몸체부의 중앙부 외주에는 복수 개의 초음파 센서가 회전축을 중심으로 방사상으로 이격되어 구비되고,
   상기 몸체부:는,
   원통형의 몸체;
   상기 몸체의 전면 중앙부에 구비되는 전방 회전축; 및
   상기 몸체의 후면 중앙부에 구비되는 후방 회전축;을 포함하고,
   상기 지지 디스크들은 각각,
   원판 형으로 중앙부가 개방된 도넛을 가지며 외주 부분이 상기 몸체부의 회전축 방향을 향해 휘어져 비틀어질 수 있도록 탄성을 갖는 지지 디스크 본체; 및
   링 형상으로 외측은 상기 지지 디스크 본체의 내측에 결합하며, 내측은 상기 몸체부의 회전축에 회전가능하도록 결합하는 몸체 연결 휠;을 포함하며,
   상기 몸체부는 상기 지지 디스크들에서 회전가능하고,
   상기 몸체 연결 휠의 내측과 상기 몸체부의 회전축 사이에는 앵귤러 콘택트 볼 베어링(angular contact ball bearing)이 구비되어 상기 몸체부가 회전할 때 회전 마찰을 최소화하고,
   상기 몸체 연결 휠과 상기 몸체의 전면 또는 후면 사이에는 스러스트 볼 베어링(thtust ball bearing)이 구비되어 상기 지지 디스크들이 상기 몸체부를 향해 비틀어질 때 상기 몸체 연결 횔과 상기 몸체부의 마찰을 최소화할 수 있는 초음파 파이프 진단장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 몸체부의 내부에는,
   상기 초음파 센서의 동작을 제어하거나 상기 초음파 센서의 신호를 외부로 전송하는 제어보드; 및
   상기 제어보드 및 상기 초음파 센서로 전원을 공급하는 전원공급기;가 구비되는 것을 특징으로 하는 초음파 파이프 진단장치.

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