KR101678581B1

KR101678581B1 - 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치

Info

Publication number: KR101678581B1
Application number: KR1020160094783A
Authority: KR
Inventors: 백승복
Original assignee: 주식회사 건설방재기술연구원
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2016-12-06
Anticipated expiration: 2036-07-26

Abstract

콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치는, 콘크리트 교량의 상판에 설치되어 자동 또는 원격조종에 의해 상판의 저면에 형성된 틈새를 확인할 수 있도록 함으로써 시간이나 일기에 제한을 받지 않고 콘크리트 교량의 안전진단을 행할 수 있고, 보수작업이 필요한 틈새가 발견된 경우 실링제를 도포하고 보수액을 주입하기 위한 좌대의 설치까지 행할 수 있도록 함으로써 보수작업에 소요되는 시간 및 노력이 절감되는 동시에 작업자의 안전성 또한 향상되도록 할 수 있다.

Description

콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치{APPARATUS FOR DETECTING CRACK AND REPARING TO PREVENT CONCRETE BRIDGE FROM COLLAPSE}

본 발명은 토목 안전진단 기술 분야 중 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 콘크리트로 이루어진 교량의 상판에 설치되어 자동으로 틈새를 확인하고 기초 보수작업을 행할 수 있는 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치에 관한 것이다.

콘크리트 구조물은 일반적으로 축조된 후 시간이 경과됨에 따라 다양한 원인에 의해 균열이 발생된다. 이러한 균열의 발생이 점차 진행됨에 따라 콘크리트 구조물의 안전성이 점차 저하될 수 있으며, 균열의 깊이나 방향에 따라 콘크리트 구조물의 붕괴를 초래할 수도 있다.

이러한 사고를 예방하기 위하여 콘크리트 구조물에 균열이 발생될 경우, 균열에 의한 틈새의 깊이와 폭 등이 기준치 이상인 것으로 파악될 경우에는 이 틈새에 보수액을 주입하는 방법이 널리 사용되고 있다.

보수액으로는 에폭시 수지, 시멘트에 팽창제를 혼합한 물질, 수화발포용 폴리우레탄 폴리머 등을 주원료로 하는 액상의 약제가 사용되고 있으며, 건축용 주사기를 이용하여 저압으로 보수액을 주입하는 인젝터 방식과 고압의 패커를 이용하는 방식이 주로 사용되고 있다.

한편, 두 지점의 연결거리가 멀지 않은 경우에는 콘크리트로 이루어진 상판을 교각이나 지반에 안착시킨 구조를 갖는 콘크리트 교량이 널리 사용되고 있다.

콘크리트 상판의 교각이나 지반에 의해 지지되는 부분을 제외한 중간 부분에는 자중이나 교량을 통행하는 차량 등의 하중에 의해 중력방향의 힘이 지속적으로 작용된다.

따라서 콘크리트 상판의 저면에는 항시 인장응력이 발생되고 있으므로, 축조된 후 소정의 시간이 경과된 후에는 인장응력에 의해 균열의 발생이 촉진되는 경향이 있다.

특히 콘크리트 상판 양단의 지지점을 잇는 가상의 선에 수직한 방향으로 형성되는 균열은 콘크리트 상판의 구조적 안전성을 심각하게 저하시킬 수 있으므로, 콘크리트 상판의 저면에 발생된 균열에 의해 형성된 틈새의 방향, 깊이 및 폭을 주기적으로 점검하고 보수할 필요가 있다.

대한민국특허청 등록특허공보 제10-0536844호 및 대한민국특허청 등록특허공보 제10-0674370호에는 상술한 바와 같이 콘크리트 구조물에 형성된 틈새에 보수액을 용이하게 주입하기 위한 장치 및 방법이 제안되어 있다.

그러나, 콘크리트 교량의 상판에는 작업자가 균열의 발생여부를 파악하거나 균열에 의해 형성된 틈새의 깊이와 폭 등을 점검하기 위하여 접근하는 데에 상당한 시간과 노력이 소요되는 단점이 있다.

아울러, 야간이나 눈 또는 비가 내리는 날씨 등의 기상조건에 따라서 콘크리트 교량의 상판에 대한 점검 및 보수를 행하는 것이 매우 어려울 경우도 많다.

대한민국특허청 등록특허공보 제10-0536844호(발명의 명칭: 콘크리트 구조물의 균열 보수 장치, 등록일: 2005년 12월 8일) 대한민국특허청 등록특허공보 제10-0674370호(발명의 명칭: 콘크리트구조물의 균열보수용 에폭시수지 자동주입장치 및 이를 이용한 시공방법, 등록일: 2007년 1월 19일)

본 발명의 실시예는 시간이나 기상조건에 제한을 받지 않고 콘크리트 교량 상판의 안전진단을 행할 수 있도록 하고자 한다.

또한 본 발명의 실시예는 콘크리트 교량 상판의 보수작업에 소요되는 시간 및 노력이 절감될 수 있도록 하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 콘크리트 교량 상판의 양측면을 따라 주행 가능하게 설치되고 나란하게 배치된 한 쌍의 와이어에 의해 서로 연결된 주행부와, 한 쌍의 와이어에 이송 가능하게 설치된 이송부와, 이송부의 상측에 설치된 작업헤드와, 이송부와 작업헤드 사이에 설치되어 이송부에 대하여 작업헤드를 가동시키는 헤드가동수단을 포함하는 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치가 제공될 수 있다.

주행부는, 상판의 양측면에 그 길이방향과 나란하게 각각 설치되고 상판에 고정되는 고정리브와, 상방향 및 하방향으로 각각 돌출된 사다리꼴 단면 형상의 지지돌기를 갖는 지지리브와, 고정리브 및 지지리브를 연결하는 넥이 형성된 한 쌍의 레일, 상방향으로 돌출된 지지돌기와 하방향으로 돌출된 지지돌기에 각각 두 개씩 설치된 네 개의 주행휠과, 네 개의 주행휠 중 하나 이상에 연결되어 회전력을 전달하는 주행구동수단, 주행휠이 회전 가능하게 지지되고 주행구동수단이 내부에 수용된 주행모듈하우징을 각각 갖는 한 쌍의 주행모듈 및 한 쌍의 주행모듈의 하측에 각각 설치되고 한 쌍의 와이어의 양측에 연결되어 장력을 조절하는 한 쌍의 윈치를 포함한다.

이때. 주행휠의 외주면에는 지지돌기의 일부가 삽입되는 지지홈이 각각 형성된다.

이송부는, 한 쌍의 와이어가 내부를 관통하는 형상으로 설치된 이송모듈하우징, 이송모듈하우징 내에 설치되고 한 쌍의 와이어의 상측에 접하도록 설치된 이송바퀴, 이송모듈하우징 내에 고정 설치되고 이송바퀴에 회전력을 전달하는 이송구동수단, 이송모듈하우징 내에 회전 가능하게 설치되고 한 쌍의 와이어의 이송바퀴가 접하는 부분의 하측을 지지하는 가압바퀴 및 이송모듈하우징 내에 설치되고 한 쌍의 와이어를 하방향으로 각각 가압하면서 지지하며 이송바퀴의 양측에 배치된 한 쌍의 지지롤러를 포함한다.

작업헤드는, 평판 형상의 헤드베이스, 헤드베이스의 상측에 설치되고 상방향으로 액상의 실링제를 분사하는 노즐, 헤드베이스의 상측에 설치되고 상방향으로 좌대를 하나씩 배출하는 좌대디스펜서, 헤드베이스의 상면에 분산 설치된 3개의 거리센서, 헤드베이스의 상면에 간격을 형성하며 각각 설치된 한 쌍의 광원 및 헤드베이스의 상면에 설치되고 한 쌍의 광원과 간격을 형성하며 배치되며 한 쌍의 광원(420, 430)을 잇는 가상의 선분 상의 위치를 제외한 위치에 배치되어 상판 저면의 영상을 촬영하는 촬영수단을 포함한다.

여기서, 좌대의 일측에는 평판 형상의 부착면이 형성되고, 타측에는 체결돌기가 돌출 형성되며, 부착면의 중간부분으로부터 체결돌기의 중간부분을 관통하는 형상의 주입공이 형성된다.

좌대디스펜서는, 헤드베이스의 상면에 설치된 디스크구동수단, 외주연에 복수의 좌대가 거치되는 복수의 거치홈이 형성되고 디스크구동수단의 상측에 배치되며 디스크구동수단에 의해 회전되는 공급디스크, 헤드베이스의 상면에 설치되고 공급디스크가 정지된 상태일 때 복수의 거치홈 중 어느 하나의 중간부분에 상응하는 위치에 배치되며 상하방향으로 길이가 신축되는 피스톤승강수단, 피스톤승강수단의 상측에 설치되고 상면에는 체결돌기가 삽입되어 좌대가 안착되는 안착홈이 형성된 배출피스톤 및 헤드베이스의 상면에 설치되고 디스크구동수단, 공급디스크, 피스톤승강수단 및 배출피스톤을 커버하며 피스톤승강수단이 신장되었을 경우 배출피스톤에 안착된 좌대가 상방향으로 노출되는 좌대배출구가 상측에 형성된 디스펜서하우징을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 콘크리트 교량의 상판에 설치되어 자동 또는 원격조종에 의해 상판의 저면에 형성된 틈새를 확인할 수 있도록 함으로써, 시간이나 일기에 제한을 받지 않고 콘크리트 교량의 안전진단을 행할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 보수작업이 필요한 틈새가 발견된 경우 실링제를 도포하고 보수액을 주입하기 위한 좌대의 설치까지 행할 수 있도록 함으로써, 보수작업에 소요되는 시간 및 노력이 절감되는 동시에 작업자의 안전성 또한 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치가 적용된 콘크리트 교량을 예시한 도면
도 2는 도 1에 표시된 Ⅱ-Ⅱ 선분에 따른 단면도ⅣⅤ
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치의 사시도
도 4는 도 3에 Ⅳ로 표시된 부분을 확대하여 나타낸 도면
도 5는 도 4에 Ⅴ-Ⅴ로 표시된 선분에 따른 단면도
도 6은 도 3의 이송부를 확대하여 나타낸 도면
도 7은 도 6의 이송모듈의 구성을 설명하기 위한 도면
도 8은 도 6의 헤드가동수단의 구성을 설명하기 위한 도면
도 9는 도 6의 좌대디스펜서의 구성을 설명하기 위한 도면
그리고
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치의 작동을 예시한 도면

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치(1)가 적용된 콘크리트 교량(10)이 예시되어 있고, 도 2에는 도 1에 표시된 Ⅱ-Ⅱ 선분에 따른 단면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 콘크리트 교량(10)에는 복수의 교각(11, 11a) 및 복수의 상판(15, 15a, 15b)가 포함된다.

교각(11, 11a)의 상측에는 코핑(copping)이 형성될 수 있으며, 교각(11, 11a)의 상단에는 복수의 지지대(13, 13a, 13b, 14)가 설치된다.

복수의 지지대(13, 13a, 13b, 14)에는 상판(15, 15a, 15b)의 일단부 및 타단부 하측이 안착된다.

여기서, 복수의 지지대(13, 13a, 13b, 14)는 상판(15, 15a, 15b)을 고정 지지하거나 슬라이딩 이동 가능하게 지지한다.

예를 들어, 상판(15)의 일단부를 지지하는 지지대(14)는 상판(15)을 고정 지지하고, 타단부를 지지하는 지지대(13a)는 슬라이딩 이동 가능하게 지지하면, 계절에 따른 기온변화에 의해 상판(15)의 길이가 신장되거나 수축되더라도 교각(11, 11a)에는 횡방향의 힘이 작용되지 않고 상판(15)에 가해지는 하중만 전달되도록 할 수 있다.

다만, 기온변화에 따라 복수의 상판(15, 15a, 15b) 사이에 형성된 간격에 변화가 일어날 수 있으므로, 상판(15, 15a, 15b)의 양단에는 신축조인트(16, 16a, 16b, 16c)가 설치되어 보행자의 발이나 차량의 바퀴가 상술한 간격으로 빠지는 것이 방지되도록 할 수 있다.

앞에서 언급했던 바와 같이, 상판(15)에는 자중 및 상판(15) 상을 이동하는 보행자 또는 차량 등의 하중이 작용되므로, 상판(15)의 저면에는 인장응력이 작용된다. 따라서, 콘크리트로 이루어진 상판(15)의 저면에는 크랙의 발생이 촉진될 수 있다.

이때, 크랙에 의해 형성된 틈새 중 그 폭 및 깊이가 미리 정해진 기준 이상이 될 경우에는 상판(15)의 구조적 안전도가 저하될 수 있다. 따라서, 아래에서 설명할 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 장지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치(도 3의 1)를 이용하여 상판(15)의 저면에 형성된 틈새를 확인하고, 필요할 경우 보수작업이 행해지도록 할 수 있다.

상판(15)의 측면에 설치된 레일(120)은 본 발명의 일 실시예(1)에 포함되는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 상판(15)의 길이방향을 따라 상판(15)의 양측면에 설치된다.

도 2를 참조하면, 상판(15)의 양측면에는 레일(110, 120)이 각각 설치된다.

레일(110)에는 고정리브(111), 넥(112) 및 지지리브(113)가 형성된다.

고정리브(111)는 상방향 및 하방향을 향하여 돌출된 형상을 가지며, 지지리브(113)에는 상방향으로 돌출된 지지돌기(114) 및 하방향으로 돌출된 지지돌기(115)가 각각 형성된다. 도 5를 우선 참조하면, 지지돌기(114, 115)는 사다리꼴 단면을 갖도록 형성된다.

넥(112)은 고정리브(111) 및 지지리브(113)를 연결하며, 고정리브(111) 및 넥(112)의 일부분은 상판(15)의 일측면 내에 삽입되어 고정 설치된다.

상판(15)의 타측면에 설치된 레일(120)은 앞에서 설명한 레일(110)과 대칭되도록 배치될 뿐 그 구조는 동일하므로, 레일(120)에 대한 설명은 생략한다.

도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치(1)의 사시도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 본 실시예(1)에는 주행부(100), 이송부(200), 헤드가동수단(300) 및 작업헤드(400)가 포함된다.

주행부(100)에는 한 쌍의 주행모듈(130, 130a) 및 한 쌍의 윈치(140, 140a)가 포함되는데, 일측에 배치된 주행모듈(130)은 앞에서 설명한 상판(도 1의 15)의 일측면에 설치된 레일(110)에 주행 가능하게 결합되고, 타측에 배치된 주행모듈(130a)은 상판(15)의 타측면에 설치된 레일(120)에 주행 가능하게 결합된다.

윈치(140, 140a)는 주행모듈(130, 130a)의 하측에 각각 설치되고, 윈치(140, 140a)는 나란하게 배치된 한 쌍의 와이어(150, 160)에 의해 서로 연결된다.

이송부(200)는 한 쌍의 와이어(150, 160)를 따라 이송 가능하게 설치된다.

이송부(200)의 상측에는 틈새를 확인하고 보수작업을 행하는 작업헤드(400)가 배치되고, 헤드가동수단(300)은 이송부(200) 및 작업헤드(400)의 사이에 설치되어 이송부(200)에 대하여 작업헤드(400)가 상대적으로 가동되도록 한다.

이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 실시예(1)를 더 상세히 설명한다.

도 4에는 도 3에 Ⅳ로 표시된 부분이 확대 도시되어 있고, 도 5는 도 4에 Ⅴ-Ⅴ로 표시된 선분에 따른 단면이 도시되어 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 주행모듈(130)에는 주행모듈하우징(131), 주행구동수단(132) 및 주행휠(133, 134, 135, 136)이 포함되고, 윈치(140)에는 윈치프레임(141, 142), 드럼(143), 드럼축(144), 드럼구동수단(145), 보강로드(146) 및 와이어(150, 160)가 포함된다.

주행모듈하우징(131)에는 네 개의 주행휠(133, 134, 135, 136)이 회전 가능하게 설치된다. 이때, 이들 중 두 개(133, 134)는 레일(110)의 상방향으로 돌출된 지지돌기(114)에 설치되고, 나머지 두 개(135, 136)는 하방향으로 돌출된 지지돌기(115)에 설치된다.

주행구동수단(132)은 주행모듈하우징(131) 내에 설치되며, 주행휠(133, 134, 135, 136) 중 하나 이상에 연결되어 회전력을 전달하도록 설치된다. 주행구동수단(132)으로는 전동기와 같이 회전력을 발생시킬 수 있는 수단이 사용될 수 있다.

따라서 주행구동수단(132)의 작동에 따라 주행모듈(130)을 레일(110)의 일측 또는 타측으로 주행하거나 레일(110)의 특정 위치에 정지해 있을 수 있다.

이러한 주행구동수단(132)의 작동은 도시되지 않은 제어부에 의해 행해질 수 있는데, 제어부는 미리 입력되어 있는 프로그램에 따라 작동되거나 원격조종에 의해 작업자에 의해 조종될 수 있다.

한편, 주행휠(134)의 외주면에는 도 5에 도시된 바와 같이 지지홈(137)이 형성되어 지지홈(137)에는 지지돌기(114)의 일부가 삽입된다. 이러한 지지홈(137)은 도시된 바와 같이 나머지 주행휠(134, 135, 136)에도 모두 형성되어 하방향으로 돌출된 지지돌기(115)의 일부 또한 주행휠(135, 136)의 외주면에 일부 삽입된다.

지지홈(137)은 주행휠(133, 134, 135, 136)이 레일(110)로부터 이탈되거나 주행 중 흔들리는 것을 방지하기 위한 것이다.

이때, 지지홈(137)의 각도(θ1)는 지지돌기(114)의 각도(θ2)보다 크게 형성된다. 이는 상판(15)이 도시된 바와 달리 곡선형으로 형성되어 레일(110) 또한 곡선형일 경우에도 주행휠(133, 134, 135, 136)이 원활하게 레일(110)을 따라 주행할 수 있는 동시에 레일(110)로부터 이탈되지 않도록 하기 위한 것이다.

윈치(140)는 앞에서 언급했던 바와 같이 주행모듈(130)의 하측에 설치된다.

즉, 주행모듈하우징(131)의 하측에는 한 쌍의 윈치프레임(141, 142)이 간격을 형성하며 설치되고, 드럼축(144)은 윈치프레임(141, 142)에 의해 양단이 회전 가능하게 지지된다.

회전력을 발생시키는 수단인 드럼구동수단(145)은 윈치프레임(141)에 설치되고, 드럼축(144)의 일측은 드럼구동수단(145)에 연결된다. 드럼축(144)에는 와이어(150, 160)의 일측이 감겨 있는 드럼(143)이 설치된다.

보강로드(146)는 윈치프레임(141, 142)을 서로 연결하여 윈치(140)의 구조적 강도를 향상시킨다.

도 3에 도시된 주행모듈(130a) 및 드럼(140a)은 이상 설명한 주행모듈(130) 및 드럼(140)과 그 구성이 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.

다만, 주행모듈(130a)의 하측에 설치된 윈치(140a)에는 와이어(150, 160)의 타측이 연결된다. 따라서 윈치(140, 140a)의 작동에 의해 와이어(150, 160)의 장력이 조절된다.

도 6에는 도 3에 도시된 이송부(200)가 확대 도시되어 있고, 도 7에는 도 6에 도시된 이송모듈(201)의 구성을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 이송부(200)에는 이송모듈(201)이 포함되며, 이송모듈(201)에는 이송모듈하우징(210), 이송구동수단(230), 구동축(231), 제1 기어(232), 제2 기어(233), 이송바퀴축(234), 이송바퀴(235), 가압바퀴(236), 가압지지수단(250, 270), 지지롤러축(251, 271) 및 지지롤러(252, 272)가 포함된다.

이송모듈하우징(210)에는 통공(212, 213)이 형성되며, 이 통공(212, 213)을 통하여 한 쌍의 와이어(150, 160)가 내부를 관통하는 형상으로 설치된다. 그리고, 이송구동수단(230), 구동축(231), 제1 기어(232), 제2 기어(233), 이송바퀴축(234), 이송바퀴(235), 가압바퀴(236), 가압지지수단(250, 270), 지지롤러축(251, 271) 및 지지롤러(252, 272)는 이송모듈하우징(210) 내에 설치된다.

이송구동수단(230)은 이송모듈하우징(210) 내에 고정 설치되며, 이송구동수단(230)으로는 전동기와 같이 회전력을 발생시키는 수단이 사용된다.

이송구동수단(230)에는 구동축(231)이 연결되며, 구동축(231)의 단부에는 제1 기어(232)가 설치된다. 한 쌍의 이송바퀴(235)는 한 쌍의 와이어(150, 160)의 상측에 접하도록 각각 설치된다.

이송바퀴축(234)은 한 쌍의 이송바퀴(235)를 연결하며, 이송바퀴축(234)의 중간부분에는 제1 기어(232)와 치합된 제2 기어(233)가 설치된다.

따라서, 이송구동수단(230)의 회전력은 이송바퀴(235)에 전달되므로, 이송구동수단(230)의 작동에 따라 이송모듈(201)은 와이어(150, 160) 상에서 일방향 또는 타방향으로 이동되거나 일정한 위치에 정지된 상태를 유지할 수 있다.

가압바퀴(236)는 이송모듈하우징(210)의 내부 하측에 회전 가능하게 설치된다. 가압바퀴(236)는 와이어(150, 160)의 이송바퀴(235)가 접하는 부분의 하측을 지지하여, 이송바퀴(235)가 회전될 때 이송바퀴(235)와 와이어(150, 160) 사이의 미끄러짐의 발생을 최소화한다.

지지롤러(252, 272)는 이송바퀴(235)의 양측에 배치된다. 즉, 도시된 바와 같이 지지롤러(252, 272)는 이송바퀴(235)가 와이어(150, 160)에 접한 부분을 기준으로 와이어(150, 160)의 일측방향 및 타측방향을 향하여 이격된 위치에 각각 배치된다.

지지롤러(252, 272)는 각각 지지롤러축(251, 271)에 연결되며, 지지롤러축(251, 271)은 이송모듈하우징(210) 내에 고정 설치된 가압지지수단(250, 270)에 의해 하방향으로 가압되며 지지된다. 가압지지수단(250, 270) 내에는 압축된 스프링과 같은 탄성부재가 내장되어 지지롤러축(251, 271)을 하방향으로 탄성지지한다.

이와 같이 이송모듈(201)은 와이어(150, 160)에 대하여 이송바퀴(235), 가압바퀴(236) 및 복수의 지지롤러(252, 272)에 의해 지지되므로, 와이어(150, 160)에 충분한 장력이 가해지는 상태일 때에는 이송모듈(201)이 와이어(150, 160)에 대하여 상대적으로 흔들리지 않으면서 와이어(150, 160)를 따라 이송되거나 정지된 상태가 유지될 수 있다.

참고로, 윈치(140, 140a)에 의해 와이어(150, 160)에 작용되는 장력이 증가되도록 하면 와이어(150, 160)는 점차 직선에 가까운 형상을 갖게 되면서 일종의 레일(rail)을 형성하게 된다.

그러나 와이어(150, 160)에 지나치게 강한 장력이 작용되면 파단 될 수 있으므로, 윈치(140, 140a)에는 와이어(150, 160)에 작용되는 장력을 측정할 수 있는 장력측정수단(도시되지 않음)이 구비될 수 있다. 이 장력측정수단(도시되지 않음)을 이용하여 와이어(150, 160)의 처짐은 최소화하면서 와이어(150, 160)가 장력에 의해 파단 되는 것을 방지할 수 있다.

도 8에는 도 6의 헤드가동수단의 구성을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 8을 참조하면, 헤드가동수단(300)은 상플레이트(310), 하플레이트(330), 가동로드(350) 및 방진커버(370)를 포함할 수 있다.

여기서, 하플레이트(330)는 이송모듈(201)의 상부, 즉 이송모듈하우징(210)의 상면에 일체로 결합되거나, 하플레이트(330) 자체가 이송모듈하우징(210) 상면의 일부분을 형성할 수도 있다.

그리고, 상플레이트(310)는 아래에서 설명할 헤드베이스(410)의 하부에 일체로 결합되거나, 상플레이트(310) 자체가 헤드베이스(410) 하부의 일부분을 형성할 수도 있다.

상플레이트(310) 및 하플레이트(330) 사이에 결합된 6개의 가동로드(350)는 중간부분에 신축조인트(351)가 형성되어 길이가 연장 또는 단축될 수 있는데, 유압장치(도시되지 않음)를 이용하여 가동로드(350)의 길이가 연장 또는 단축되도록 할 수 있다.

가동로드(350)의 하단부는 하플레이트(330)에 스페리컬 조인트(spherical joint, 355)에 의해 결합되고, 가동로드(350)의 상단부는 상플레이트(310)에 스페리컬 조인트(353)에 의해 결합될 수 있다.

가동로드(350) 하단부의 스페리컬 조인트(355) 및 가동로드(350) 상단부의 스페리컬 조인트(353)는 도시된 바와 같이 한 쌍씩 근접하게 배치될 수 있다. 이때, 가동로드(350) 하단부의 스페리컬 조인트(355) 및 상단부의 스페리컬 조인트(353)는 하플레이트(330)에 수직한 방향(Z축)을 기준으로 보았을 때 서로 엇갈린 위치에 배치될 수 있다.

따라서, 헤드가동수단(300)은, 상플레이트(310)의 중심점에 표시한 좌표축을 기준으로 하였을 때, 하플레이트(330)에 대하여 상대적으로 상플레이트(310)를 X축, Y축 및 Z축과 나란한 방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 하플레이트(330)에 대하여 상대적으로 상플레이트(310)를 X축, Y축 및 Z축을 회전중심축으로 회전시킬 수 있다.

즉, 헤드가동수단(300)은 하플레이트(330)에 대하여 상플레이트(310)를 6자유도 가동시킬 수 있는 것으로, 스튜어트 플랫폼(Stewart Platform)을 활용한 것이다. 스튜어트 플랫폼은 잘 알려진 사항이므로 더 상세한 설명은 생략한다.

도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예(1)의 헤드가동수단(300)으로는 상술한 바와 같이 스튜어트 플랫폼을 활용한 것 외에도, 하플레이트(330)에 대하여 상대적으로 상플레이트(310)를 6자유도로 가동시킬 수 있는 다양한 장치가 활용될 수 있다.

방진커버(370)는 주름관(bellows)과 같이 신축 가능하도록 이루어진 부재가 사용될 수 있으며, 방진커버(370)는 수분이나 이물질 등이 신축조인트(351) 및 스페리컬 조인트(353, 355)에 유입되는 것을 방지한다.

다시 도 6을 참조하면, 작업헤드(400)에는 평판 형상의 헤드베이스(410), 한 쌍의 광원(420, 430), 3개의 거리센서(441, 442, 443), 촬영수단(450), 지지프레임(460), 노즐(461) 및 좌대디스펜서(480)가 포함된다.

헤드베이스(410)는 상술한 헤드가동수단(300) 상에 설치된다.

한 쌍의 광원(420, 430)은 헤드베이스(410)의 상면에 서로 간격을 형성하며 각각 설치된다. 이때 한 쌍의 광원(420, 430)은 헤드베이스(410)의 서로 다른 가장자리와 같이 최대한 큰 간격을 형성하도록 설치될 수 있다.

3개의 거리센서(441, 442, 443)는 도시된 바와 같이 헤드베이스(410)의 상면에 분산 설치된다. 3개의 거리센서(441, 442, 443)는 헤드베이스(410)의 상방향에 배치된 물체와의 거리를 각각 감지하는데, 필요에 따라서는 그 수가 더 증가될 수도 있다.

촬영수단(450)은 헤드베이스(410)의 상방향의 영상을 촬영할 수 있도록 헤드베이스(410)의 상면에 설치된다. 아래에서 설명하겠으나, 헤드베이스(410)는 상판(15)의 저면에 배치되므로 촬영수단(450)에는 상판(15)의 저면이 촬영된다.

촬영수단(450)으로는 영상을 디지털신호로 저장할 수 있는 것이 사용되며, 한 쌍의 광원(420, 430)과 간격을 형성하는 동시에 한 쌍의 광원(420, 430)을 잇는 가상의 선분 상의 위치를 제외한 위치에 배치된다.

노즐(461)은 헤드베이스(410)의 상측에 구비된 지지프레임(460)에 고정 설치된다. 노즐(461)에는 도시되지 않은 실링제저장탱크 및 에어펌프 등이 구비되어 도시된 바와 같이 액상의 실링제(470)가 상방향으로 분사되도록 구성된다.

참고로, 실링제(470)로는 에폭시 수지에 경화제가 혼합된 액상의 약제가 사용될 수 있다.

좌대디스펜서(480)는 헤드베이스(410)의 상측에 설치되며, 아래에서 설명할 좌대(80)를 상방향으로 하나씩 배출한다. 좌대디스펜서(480)에 대해서는 도 9를 함께 참조하여 설명한다.

도 9에는 도 6에 도시된 좌대디스펜서(480)의 구성을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.

도 6 및 도 9를 함께 참조하면, 좌대디스펜서(480)에는 디스펜서하우징(481), 공급디스크(483), 디스크축(484), 디스크구동수단(486), 배출피스톤(487) 및 피스톤승강수단(489)가 포함된다.

좌대(80)는 상판(15)에 형성된 틈새에 보수액을 주입하는 보수작업을 할 때에 앞에서 언급한 건축용 주사기(도시되지 않음) 또는 패커(도시되지 않음)를 결합시키기 위하여 틈새가 발생된 부분에 우선적으로 부착하는 장치이다.

좌대(80)는 일측에 평판 형상의 부착면(81)이 형성되고, 타측에 체결돌기(83)가 돌출 형성된 형상을 갖는다. 그리고, 부착면(81)의 중간부분으로부터 체결돌기(83)의 중간부분을 관통하는 형상의 주입공(82)이 형성되어, 체결돌기(83)에 건축용 주사기(도시되지 않음) 또는 패커(도시되지 않음)의 주입구가 결합된 후 이들로부터 보수액이 공급되면 주입공(82)을 통하여 틈새로 보수액이 주입되도록 구성된다.

디스크구동수단(486)은 헤드베이스(410)의 상면에 설치되며, 디스크구동수단(486)으로는 회전각을 조절할 수 있는 스테핑 모터 등이 사용될 수 있다.

디스크축(484)은 디스크구동수단(486) 및 공급디스크(483)를 연결하여, 디스크구동수단(486)의 회전에 의해 공급디스크(483)가 미리 정해진 각도씩 회전되도록 한다.

공급디스크(483)의 외주연에는 좌대(80)가 거치되는 복수의 거치홈(484)이 형성되는데, 공급디스크(483)는 디스크구동수단(486)에 의해 한 번에 복수의 거치홈(484) 중 인접한 것의 각도만큼씩 회전될 수 있다.

피스톤승강수단(489)은 헤드베이스(410)의 상측에 설치되는데, 복수의 거치홈(484) 중 어느 하나의 중간부분에 상응하는 위치에 배치된다. 그리고 자세히 도시되지는 않았으나, 피스톤승강수단(489)은 유압실린더 또는 공압실린더와 같이 상하방향으로 길이가 신축되도록 구성된다.

배출피스톤(487)은 피스톤승강수단(489)의 상측에 설치되는데, 피스톤승강수단(489)의 길이가 단축된 상태일 때에는 배출피스톤(487)의 상단이 공급디스크(483)에 거치된 좌대(80)의 체결돌기(83)의 하단부보다 하측에 배치되어, 공급디스크(483)가 원활하게 회전될 수 있는 구조를 갖는다.

배출피스톤(487)의 상면에는 도시된 바와 같이 좌대(80)에 형성된 체결돌기(83)가 삽입되어 좌대(80)가 안정적으로 안착될 수 있도록 하는 안착홈(488)이 형성된다.

디스펜서하우징(481)은 헤드베이스(410)의 상면에 설치되며, 디스크구동수단(486), 공급디스크(483), 피스톤승강수단(489) 및 배출피스톤(487)을 커버한다. 그리고, 디스펜서하우징(481)에는 피스톤승강수단(489)이 신장되었을 경우 배출피스톤(487)에 안착된 좌대(80)가 상방향으로 노출되는 좌대배출구(482)가 상측에 형성된다.

따라서, 피스톤승강수단(489)의 길이가 단축된 상태일 때 공급디스크(483)가 회전하여 거치홈(484)에 거치된 좌대(80)가 배출피스톤(487)의 상측으로 이동된 후 공급디스크(483)의 회전이 정지된 다음 피스톤승강수단(489)의 길이가 신장되면, 좌대(80)가 거치홈(484)으로부터 분리되어 배출피스톤(487) 상에 안착된다.

이후 피스톤승강수단(489)의 길이가 더 신장되면 배출피스톤(487)에 안착된 좌대(80)는 좌대배출구(482)를 통하여 디스펜서하우징(481)의 상측으로 배출된다.

다시 도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예(1)는 주행부(100)에 의해 상판(15)에 설치된 레일(110, 120)을 따라 주행할 수 있고, 주행부(100)에 포함된 와이어(150, 160)에 설치된 이송부(200)에 의해 작업헤드(400)가 레일(110, 120)에 수직한 방향으로 이송될 수 있다.

따라서, 본 실시예(1)의 작업헤드(400)는 상판(15)의 저면 중 목표로 하는 어떤 위치로도 이동될 수 있다.

또한, 헤드가동수단(300)에 의해 작업헤드(400)가 이송부(200)에 대하여 6자유도로 가동되므로, 작업헤드(400)는 상판(15)의 저면에 대해서도 상대적으로 6자유도로 가동될 수 있다.

또한, 세 개의 거리센서(441, 442, 443)를 이용하여 헤드베이스(410) 상면의 세 지점과 상판(15)의 저면 사이의 거리를 각각 감지할 수 있으므로, 와이어(150, 160)에 다소 처짐이 발생되거나 상판(15)의 저면에 요철이 형성된 경우에도 헤드가동수단(300)을 이용하여 헤드베이스(410)가 상판(15)의 저면과 나란하게 배치되도록 할 수 있다.

도 10 및 도 11에는 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치(1)의 작동을 예시한 도면이 도시되어 있다.

본 실시예(1)를 이용하여 콘크리트 교량(10)의 상판(15) 저면에 발생된 틈새를 점검하고자 할 경우, 주행부(100), 이송부(200) 및 헤드가동수단(300)을 이용하여 작업헤드(400)가 상판(15) 저면의 전체 영역을 거치면서 촬영수단(450)을 이용하여 저면의 영상을 촬영할 수 있다.

이때 제어부에 미리 저장된 틈새의 폭이나 깊이 등에 관한 정보를 이용하여 진단이 필요한 틈새의 위치를 제어부에 구비된 저장수단에 저장되도록 하거나 작업자에게 통보가 되도록 할 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이 상판(15)의 저면에서 틈새(90)로 의심되는 부분이 발견될 경우, 이것이 단순히 상판(15)의 다른 부분과 다른 색상의 이물질이 묻은 것인지, 틈새(90)가 발생된 것이 맞는지를 우선 판별할 수 있다.

예를 들어, 한 쌍의 광원(420, 430)을 모두 점등한 후 헤드가동수단(300)을 이용하여 헤드베이스(410)의 상면이 상판(15)의 저면과 나란한 상태를 유지한 상태로 회전되도록 하며 촬영수단(450)으로 촬영을 행한다.

이때 틈새(90)라고 의심되었던 부분에서 광원(420, 430)의 빛이 반사되는 경우, 즉 미리 정한 광량 이상의 반사광이 촬영수단(450)에 의해 촬영되는 경우에는, 틈새(90)라고 의심되었던 부분이 상판(15)의 저면에 부착된 이물질이거나 미리 정해진 규격보다 작은 틈새(90)인 것으로 판단하고, 그 외의 경우에는 실제 틈새(90)가 발생된 것으로 판단할 수 있다.

만약 보수가 필요한 틈새(90)가 발견될 경우, 촬영수단(450)에 의해 촬영된 디지털 이미지에 경계검출 마스크 필터(averaging mask filter)를 이용하여 윤곽선 이미지로 필터링(filtering) 할 수 있다.

상술한 바와 같이 촬영된 이미지로부터 윤곽선 이미지를 필터링 할 수 있는 경계검출 마스크 필터로는, 소벨 마스크 필터(Sobel mask filter), 프리윗 마스크 필터(Prewitt mask filter), 로버츠 마스크 필터(Roberts mask filter), 키르슈 마스크 필터(Kirsch mask filter) 등을 들 수 있다.

이와 같이, 디지털 이미지로부터 윤곽선 이미지를 필터링 하는 것은 잘 알려진 사항이므로 윤곽선 이미지를 필터링 하는 방법에 대한 설명은 생략한다.

윤곽선 이미지의 필터링을 거치게 되면 도 11에 도시된 바와 같이 틈새(90)의 윤곽선이 도출되며, 이 윤곽선의 일단으로부터 타단까지 가상의 평균선(CL)을 산출한다.

이때 가상의 평균선(CL)은 틈새(90)의 윤곽선이 아래에서 설명할 미리 정해진 폭(W)의 범위 내에 있도록 설정하며, 도시되지는 않았으나 만약 평균선(CL)이 이 폭(W)을 벗어날 경우에는 그 벗어난 지점을 기준으로 서로 다른 방향을 갖는 복수의 평균선을 산출할 수 있다.

도 11에 예시된 바와 같이 평균선(CL)이 산출된 경우, 헤드베이스(410)를 이동시키면서 노즐(461)로부터 실링제(470)를 분사하여 평균선(CL)의 일단부로부터 타단부에 이르도록 상판(15)의 저면에 실링제막(471)이 형성되도록 한다.

이때 상술한 폭(W)은 실링제막(471)이 형성되는 폭을 의미하는데, 이는 헤드가동수단(300)을 이용하여 노즐(461)과 상판(15)의 저면 사이의 간격을 변경함으로써 조절될 수 있다.

다만, 실링제막(471)은 틈새(90) 상에 형성되어야 하므로, 상술한 바와 같이 틈새(90)가 여러 방향의 곡선으로 형성된 경우에는 이 폭(W) 내에 틈새(90)가 배치되도록 평균선(CL)을 여러 개로 분할하여 산출할 수 있다.

실링제막(471)이 형성된 후 경화가 이루어지기 전에 좌대디스펜서(480)를 이용하여 실링제막(471)에 좌대(80)의 부착면(81)이 부착되도록 한다. 즉, 좌대(80)가 좌대배출구(482)로 배출되도록 한 후 헤드가동수단(300)을 이용하여 작업헤드(400)를 상판(15)의 저면 방향으로 이동시킴으로써 좌대(80)의 부착면이 실링제막(471)에 의해 상판(15)의 저면에 부착되도록 한다.

만약 틈새(90)가 미리 정해진 길이보다 긴 경우는 좌대(80)가 소정의 간격을 형성하도록 복수 개를 부착한다. 여기서 소정의 간격은 좌대(80)에 설치될 건축용 주사기 또는 패커에 의해 틈새(90)로 주입될 보수액의 점도에 따라 결정될 수 있다. 즉, 보수액의 점도가 높을수록 좌대(80) 사이의 간격이 좁게 결정될 수 있다.

틈새(90)에 좌대(80)가 부착된 후에는 작업자가 건축용 주사기 또는 패커를 좌대(80)의 체결돌기(83)에 체결되도록 함으로써 보수액이 틈새(90) 내로 유입되도록 한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치
10: 콘크리트 교량 11: 교각
15: 상판 80: 좌대
90: 틈새 100: 주행부
110, 120: 레일 130, 130a: 주행모듈
140, 140a: 윈치 150, 160: 와이어
200: 이송부 300: 헤드가동수단
400: 작업헤드 410: 헤드베이스
420, 430: 광원 450: 촬영수단
461: 노즐 470: 실링제
480: 좌대디스펜서

Claims

콘크리트 교량(10)의 상판(15)의 양측면을 따라 주행 가능하게 설치되고, 나란하게 배치된 한 쌍의 와이어(150, 160)에 의해 서로 연결된 주행부(100);
상기 한 쌍의 와이어(150, 160)에 이송 가능하게 설치된 이송부(200);
상기 이송부(200)의 상측에 설치된 작업헤드(400); 및
상기 이송부(200)와 상기 작업헤드(400) 사이에 설치되어 상기 이송부(200)에 대하여 상기 작업헤드(400)를 가동시키는 헤드가동수단(300); 을 포함하고,
상기 주행부(100)는,
상기 상판(15)의 양측면에 상기 상판(15)의 길이방향과 나란하게 각각 설치되고, 상기 상판(15)에 고정되는 고정리브(111)와, 상방향 및 하방향으로 각각 돌출된 사다리꼴 단면 형상의 지지돌기(114, 115)를 갖는 지지리브(113)와, 상기 고정리브(111) 및 상기 지지리브(113)를 연결하는 넥(112)이 형성된 한 쌍의 레일(110, 120);
상기 상방향으로 돌출된 지지돌기(114)와 상기 하방향으로 돌출된 지지돌기(115)에 각각 두 개씩 설치된 네 개의 주행휠(133, 134, 135, 136)과, 상기 네 개의 주행휠(133, 134, 135, 136) 중 하나 이상에 연결되어 회전력을 전달하는 주행구동수단(132)과, 상기 주행휠(133, 134, 135, 136)이 회전 가능하게 지지되고 상기 주행구동수단(132)이 내부에 수용된 주행모듈하우징(131)을 각각 갖는 한 쌍의 주행모듈(130, 130a); 및
상기 한 쌍의 주행모듈(130, 130a)의 하측에 각각 설치되고 상기 한 쌍의 와이어(150, 160)의 양측에 연결되어 장력을 조절하는 한 쌍의 윈치(140, 140a); 를 포함하고,
상기 주행휠(133, 134, 135, 136)의 외주면에는 상기 지지돌기(114, 115)의 일부가 삽입되는 지지홈(137)이 각각 형성되며,
상기 이송부(200)는,
상기 한 쌍의 와이어(150, 160)가 내부를 관통하는 형상으로 설치된 이송모듈하우징(210);
상기 이송모듈하우징(210) 내에 설치되고, 상기 한 쌍의 와이어(150, 160)의 상측에 접하도록 설치된 이송바퀴(235);
상기 이송모듈하우징(210) 내에 고정 설치되고, 상기 이송바퀴(235)에 회전력을 전달하는 이송구동수단(230);
상기 이송모듈하우징(210) 내에 회전 가능하게 설치되고, 상기 한 쌍의 와이어(150, 160)의 상기 이송바퀴(235)가 접하는 부분의 하측을 지지하는 가압바퀴(236); 및
상기 이송모듈하우징(210) 내에 설치되고, 상기 한 쌍의 와이어(150, 160)를 하방향으로 각각 가압하며 지지하며, 상기 이송바퀴(235)의 양측에 배치된 한 쌍의 지지롤러(252, 272); 를 포함하고,
상기 작업헤드(400)는,
평판 형상의 헤드베이스(410);
상기 헤드베이스(410)의 상측에 설치되고 상방향으로 액상의 실링제(470)를 분사하는 노즐(461);
상기 헤드베이스(410)의 상측에 설치되고 상방향으로 좌대(80)를 하나씩 배출하는 좌대디스펜서(480);
상기 헤드베이스(410)의 상면에 분산 설치된 3개의 거리센서(441, 442, 443);
상기 헤드베이스(410)의 상면에 간격을 형성하며 각각 설치된 한 쌍의 광원(420, 430); 및
상기 헤드베이스(410)의 상면에 설치되고 상기 한 쌍의 광원(420, 430)과 간격을 형성하며 배치되며 상기 한 쌍의 광원(420, 430)을 잇는 가상의 선분 상의 위치를 제외한 위치에 배치되어 상기 상판(15) 저면의 영상을 촬영하는 촬영수단(450); 을 포함하며,
상기 좌대(80)의 일측에는 평판 형상의 부착면(81)이 형성되고, 타측에는 체결돌기(83)가 돌출 형성되며, 상기 부착면(81)의 중간부분으로부터 상기 체결돌기(83)의 중간부분을 관통하는 형상의 주입공(82)이 형성되고,
상기 좌대디스펜서(480)는,
상기 헤드베이스(410)의 상면에 설치된 디스크구동수단(486);
외주연에 복수의 상기 좌대(80)가 거치되는 복수의 거치홈(484)이 형성되고, 상기 디스크구동수단(486)의 상측에 배치되며. 상기 디스크구동수단(486)에 의해 회전되는 공급디스크(483);
상기 헤드베이스(410)의 상면에 설치되고, 상기 공급디스크(483)가 정지된 상태일 때 상기 복수의 거치홈(484) 중 어느 하나의 중간부분에 상응하는 위치에 배치되며, 상하방향으로 길이가 신축되는 피스톤승강수단(489);
상기 피스톤승강수단(489)의 상측에 설치되고, 상면에는 상기 체결돌기(83)가 삽입되어 상기 좌대(80)가 안착되는 안착홈(488)이 형성된 배출피스톤(487); 및
상기 헤드베이스(410)의 상면에 설치되고, 상기 디스크구동수단(486), 상기 공급디스크(483), 상기 피스톤승강수단(489) 및 상기 배출피스톤(487)을 커버하며, 상기 피스톤승강수단(489)이 신장되었을 경우 상기 배출피스톤(487)에 안착된 상기 좌대(80)가 상방향으로 노출되는 좌대배출구(482)가 상측에 형성된 디스펜서하우징(481); 을 포함하는 콘크리트 교량의 붕괴 방지를 위한 안전진단용 틈새 확인 및 보수장치.