KR101892847B1 - 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템 - Google Patents

선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템 Download PDF

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KR101892847B1 KR1020170025331A KR20170025331A KR101892847B1 KR 101892847 B1 KR101892847 B1 KR 101892847B1 KR 1020170025331 A KR1020170025331 A KR 1020170025331A KR 20170025331 A KR20170025331 A KR 20170025331A KR 101892847 B1 KR101892847 B1 KR 101892847B1
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홍영진
지성철
이계홍
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한국로봇융합연구원
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Abstract

본 발명은 선박의 외벽에 외부의 충격이나 총격, 어뢰 혹은 기뢰 등에 의해 손상이 발생한 경우, 손상된 위치를 실시간으로 신속하게 검출할 수 있는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예는 상기 선박 외벽에서 제 1 지점에 설치된 제 1 초음파 프로브, 상기 선박 외벽에서 상기 제 1 지점과 소정 거리 떨어진 제 2 지점에 설치된 제 2 초음파 프로브 및 상기 제 1 초음파 프로브에서 측정되는 제 1 반사파 정보 및 상기 제 2 초음파 프로브에서 측정되는 제 2 반사파 정보를 이용해 손상부의 위치를 검출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템을 개시한다.

Description

선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템 {Locating system of damaged position over a ship hull}
본 발명은 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 선박의 외벽에 외부의 충격이나 총격, 어뢰 혹은 기뢰 등에 의해 손상이 발생한 경우, 손상된 위치를 실시간으로 신속하게 검출할 수 있는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템에 관한 것이다.
항해중인 선박의 경우 기상악화, 운항 부주의 등으로 인해 해상에서 충돌하거나, 연안의 암초에 좌초되는 등의 사고가 빈번하게 발생하고 있다.
이들 선박사고의 경우 인적 물적 피해를 동반하며, 특히 유조선 사고의 경우 주변 환경을 오염시키게 된다.
또한, 군함의 경우에는 국지적인 교전이나, 해안선 경호를 위해 설치된 기뢰 등으로 인해서도 함정의 외벽 손상이 발생하는 경우, 함정 내부에 격리구조가 있다고 하더라도, 외부에서 다른 함정에 타고 있는 사람이 그 위치를 알려주지 않는 경우, 정확한 위치 파악이 어려워, 해당 위치의 침수를 격리하는데 많은 시간이 소요되어, 제때 대응하지 못하여 침몰하는 경우가 다수 발생하고 있다.
한편, 도 1을 참조하면, 이송용 파이프나 기타 구조물의 손상부위를 검출하는 비파괴 검사 기술 (NDT: non-destructive testing) 중 초음파 시험 방법(UT: ultrasonic testing)은 초음파를 전달하는 매질역할을 하는 구조물의 손상위치에서 반사되는 음파의 변형되는 패턴과 반사파의 속도를 측정하여 위치를 검출할 수 있다.
그러나 이러한 비파괴 검사 기술은 파손부의 1차원적 위치, 즉, 검침용 센서 (probe)의 위치 선상에 있는 파손부의 검출만 가능하며, 주로 종파(longitudinal wave)의 특성을 활용한 기술에 해당하여, 검침용 센서를 손상부 근처로 접근시키는 것이 불가능한 경우 위치검출이 불가능한 문제점이 있었다.
본 발명은 선박의 외벽에 외부의 충격이나 총격, 어뢰 혹은 기뢰 등에 의해 손상이 발생한 경우, 손상된 위치를 실시간으로 신속하게 검출할 수 있는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템을 제공하는 것이다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템은 상기 선박 외벽에서 제 1 지점에 설치된 제 1 초음파 프로브, 상기 선박 외벽에서 상기 제 1 지점과 소정 거리 떨어진 제 2 지점에 설치된 제 2 초음파 프로브 및 상기 제 1 초음파 프로브에서 측정되는 제 1 반사파 정보 및 상기 제 2 초음파 프로브에서 측정되는 제 2 반사파 정보를 이용해 손상부의 위치를 검출하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제 1 초음파 프로브 및 상기 제 2 초음파 프로브는 상기 선박 외벽으로 표면파를 송신시키고, 상기 손상부에서 반사되는 반사파를 수신할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 제 1 지점의 좌표를 원점(0, 0)으로 지정한 후, 상기 손상부의 위치를 좌표(x, y)로 검출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 다음의 수학식을 통해 상시 손상부의 좌표(x, y)를 검출할 수 있다.
[수학식]
Figure 112017019706511-pat00001
Figure 112017019706511-pat00002
(여기서, C는 음파의 속도, tA는 손상부로부터 발생된 반사파를 제 1 지점에서 측정하는 시간, tB는 손상부로부터 발생된 반사파를 제 2 지점에서 측정하는 시간 및 d는 제 1 지점과 제 2 지점 사이의 거리(Δx=0)를 나타낸다.)
또한, 상기 선박의 외형 이미지를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하고, 상기 디스플레이부에는 상기 제어부에서 검출된 상기 손상부의 위치를 상기 외형 이미지에 함께 표시할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 방법은 상기 제 1 초음파 프로브 및 상기 제 2 초음파 프로브 신호를 검출하는 제 1 단계, 상기 제 1 단계에서, 이상 신호 검출 여부를 판단하는 제 2 단계, 상기 제 2 단계에서, 상기 이상 신호를 검출한 경우 상기 이상 신호와 정상 신호를 비교하는 제 3 단계, 상기 제 3 단계에서 비교한 상기 이상 신호와 상기 정상 신호가 설정된 오차 범위 내인지 판단하는 제 4 단계, 상기 제 4 단계에서 상기 이상 신호가 상기 정상 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 손상부가 발생한 것으로 판단하고 상기 제 1 지점과 상기 제 2 지점에서 상기 손상부까지 거리를 각각 측정하는 제 5 단계 및 상기 제 1 지점과 상기 제 2 지점에서 상기 손상부까지 거리 정보를 통해 상기 손상부의 위치를 검출하는 제 6 단계를 포함한다.
또한, 상기 제 6 단계에서 검출된 손상부의 위치를 상기 디스플레이부의 선박의 외형 이미지에 함께 표시하는 제 7 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템은 선박의 외벽에 외부의 충격이나 총격, 어뢰 혹은 기뢰 등에 의해 손상이 발생한 경우, 손상된 위치를 실시간으로 신속하게 검출할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 비파괴 검사를 이용한 손상부의 위치를 검출하는 일 예를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템이 적용된 선박의 외형을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템에서 손상부의 위치를 검출하는 과정을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템에서 디스플레이부에 선박의 외형 이미지가 구현되는 일 예를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 구성은 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는" 는 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
<선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템 및 손상부의 위치 검출 방법>
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템을 나타내는 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템이 적용된 선박의 외형을 나타내며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템에서 손상부의 위치를 검출하는 과정을 개략적으로 나타내며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템에서 디스플레이부에 선박의 외형 이미지가 구현되는 일 예를 나타낸다.
도 1 내지 도 6을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템은 선박(10), 제 1 초음파 프로브(110), 제 2 초음파 프로브(120), 제어부(200) 및 디스플레이부(300)를 포함한다.
상기 제 1 초음파 프로브(110)는 선박(10)의 선단의 제 1 지점(A)에 설치되며, 특정 주파수 대역의 제 1 초음파를 360도 전방향(omni-direction)으로 송신(방사)하며, 반사되어 되돌아온 반사파를 수신하며, 반사파의 패턴과 속도를 측정할 수 있다. 이때, 외부 충격에 의해 손상부(11)가 발생하면 손상부(11)의 경계 부분에서 밀도가 달라지므로 제 1 초음파 프로브(110)에서 수신되는 반사파의 패턴이 달라지게 된다.
여기서, 제 1 초음파 프로브(110)는 선박(10)의 외벽으로 표면파를 방사할 수 있으며, 수신한 반사파를 이미지화하기 위한 색조 이미지 장치 및 도플러 이미지 장치와 같은 이미지 형성 장치를 구비할 수 있다.
상기 제 2 초음파 프로브(120)는 선박(10)의 후단의 제 2 지점(B)에 설치되며, 특정 주파수 대역의 제 2 초음파를 360도 전방향(omni-direction)으로 송신(방사)하며, 반사되어 되돌아온 반사파를 수신하며, 반사파의 패턴과 속도를 측정할 수 있다. 이때, 외부 충격에 의해 손상부(11)가 발생하면 손상부(11)의 경계 부분에서 밀도가 달라지므로 제 2 초음파 프로브(120)에서 수신되는 반사파의 패턴이 달라지게 된다. 여기서, 제 2 지점(B)은 제 1 지점(A)에 비해 길이 좌표(X) 값이 소정 거리(d)만큼 증가하며, 높이 좌표(Y)는 동일한 것이 바람직하다.
한편, 상기 제 2 초음파 프로브(120)에서 방사되는 제 2 초음파는 제 1 초음파 프로브(110)에서 방사되는 제 1 초음파와 간섭을 최소화하기 위해, 다른 대역대의 주파수를 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 제 2 초음파 프로브(120)는 선박(10)의 외벽으로 표면파를 방사할 수 있으며, 수신한 반사파를 이미지화하기 위한 색조 이미지 장치 및 도플러 이미지 장치와 같은 이미지 형성 장치를 구비할 수 있다.
여기서, 본 발명은 선박(10)의 다른 외벽에 제 1 초음파 프로브(110') 및 제 2 초음파 프로브(120')를 한 쌍 더 구비하여, 선박(10)의 양측 외벽의 손상부(11)를 검출하는 것이 바람직하다.
상기 제어부(200)는 제 1 초음파 프로브(110) 및 제 2 초음파 프로브(120)에 전기적/통신적으로 연결되어 있어, 제 1 초음파 프로브(110)와 제 2 초음파 프로브(120)에서 측정된 손상부(11) 정보를 수신 받는다.
또한, 상기 제어부(200)는 매질(선박)에서의 초음파의 속도(C)와 제 1 초음파 프로브(110) 및 제 2 초음파 프로브(120) 각각에서 반사파가 측정되는 시간(tA, tB)을 통해 다음의 [수학식 1]과 같이 제 1 지점(A)과 제 2 지점(B)으로부터 손상부(11)까지의 거리(lA, lB)를 연산할 수 있다. 여기서, 초음파의 속도(C)는 일반적으로 스틸(steel) 재질에서의 음파의 속도는 종파(longitudinal wave)의 경우 약 6100m/s 이며, 본 발명에서 측정 대상의 되는 표면파(surface wave)는 약 2745m/s으로 설정될 수 있다. 다만, 실제 적용 시에는 상수 값인 음파의 속도(C)는 실측(實測)에 의해 설정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112017019706511-pat00003
,
Figure 112017019706511-pat00004
이후, 제어부(200)는 다음의 [수학식 2]와 같이, 손상부(11)의 위치(좌표(x, y))를 검출할 수 있다. 여기서, 제 1 지점(A)의 좌표는 (0,0)으로 설정되며, 제 2 지점(B)의 좌표는 (d, 0)으로 설정될 수 있다.
또한, [수학식 2]에 [수학식 1]의 값을 대입하여, 최종 [수학식 3]을 도출하며, 손상부(11)의 좌표(x, y)를 검출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112017019706511-pat00005
,
Figure 112017019706511-pat00006
[수학식 3]
Figure 112017019706511-pat00007
,
Figure 112017019706511-pat00008
상기 디스플레이부(300)에서는 화면상에 선박(10)의 외형 이미지를 출력하며, 제어부(200)에서 검출된 손상부(11)의 위치를 함께 표시하여, 육안으로 식별 가능토록 한다. 여기서, 디스플레이부(300)는 별도의 표시창(310)을 구비하여 선박(10)의 정보, 손상부(11)의 정보 등의 데이터를 함께 표시하여 사용자가 용이하게 기타 정보를 함께 식별할 수 있도록 한다.
다음은 도 2를 참조하여, 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템을 이용한 선박 외벽 손상부의 위치를 검출하는 방법에 대해 설명한다.
우선, 제 1 초음파 프로브(110) 및 제 2 초음파 프로브(120) 각각에서 송수신 되는 음파 신호를 검출한다(S10).
이후, 검출되는 음파 신호에서 이상 신호가 검출되면(S20), 이를 정상 신호와 비교한다(S30).
여기서, 정지 중 무손상 선박(10)에서의 제 1 초음파 프로브(110) 및 제 2 초음파 프로브(120) 각각에서 측정된 반사파의 패턴과, 운항 중 무손상 선박(10)에서의 제 1 초음파 프로브(110) 및 제 2 초음파 프로브(120) 각각에서 측정된 반사파의 패턴을 별도의 데이터 베이스(미도시)에 저장한 후, 이를 정상 신호로 정의한다.
이후, 검출된 이상 신호가 정상 신호의 오차 범위 내의 패턴이라면 이는 무시할 수 있으며, 오차 범위를 벗어나는 패턴이 검출된다면 손상부(11)가 발생한 것으로 판단한다(S40).
이후, 제어부(200)에서는 제 1 지점(A)(0,0) 및 제 2 지점(B)(d, 0)에서 손상부(11)까지의 거리(lA, lB)를 측정한다(S50). 이는 상술한 [수학식 1]을 이용한다.
이후, 제어부(200)에서는 손상부(11)의 위치(좌표)(x, y)를 검출한다(S60). 이는 상술한 [수학식 2] 및 [수학식 3]을 이용한다.
또한, 제어부(200)는 연동된 디스플레이부(300)에 선박(10)의 외형 이미지와 함께 손상부(11)의 위치를 용이하게 식별 가능하도록 출력한다(S70).
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10: 선박 11: 손상부
110: 제 1 초음파 프로브 120: 제 2 초음파 프로브
200: 제어부 300: 디스플레이부

Claims (7)

  1. 선박 외벽 손상부의 위치를 검출하는 시스템에 있어서,
    상기 선박 외벽에서 제 1 지점에 설치된 제 1 초음파 프로브;
    상기 선박 외벽에서 상기 제 1 지점과 소정 거리 떨어진 제 2 지점에 설치된 제 2 초음파 프로브; 및
    상기 제 1 초음파 프로브에서 측정되는 제 1 반사파 정보 및 상기 제 2 초음파 프로브에서 측정되는 제 2 반사파 정보를 이용해 손상부의 위치를 검출하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제 1 초음파 프로브 및 상기 제 2 초음파 프로브는 상기 선박 외벽으로 표면파를 송신시키고, 상기 손상부에서 반사되는 제 1, 제 2 반사파를 수신하며,
    상기 제어부는 상기 제 1 지점의 좌표를 원점(0, 0)으로, 상기 제 2 지점의 좌표를 상기 제 1 지점에 비해 길이 좌표 x값이 소정 길이(d)만큼 증가한 좌표(d, 0)으로 지정한 후, 상기 제 1, 제 2 반사파가 측정되는 시간을 통해 상기 제 1, 제 2 지점과 상기 손상부 간의 거리를 연산하고,
    상기 제어부는 상기 제 1, 제 2 지점과 상기 손상부 간의 거리를 통해 상기 손상부의 위치를 좌표(x, y)로 검출하며,
    정지 중인 무손상 선박에서의 상기 제 1 초음파 프로브 및 상기 제 2 초음파 프로브에서 측정된 제 1, 제 2 반사파 패턴과 운항 중인 무손상 선박에서의 상기 제 1 초음파 프로브 및 상기 제 2 초음파 프로브에서 측정된 제 1, 제 2 반사파 패턴이 저장되는 데이터 베이스;를 더 포함하며,
    상기 제어부는 데이터 베이스에 저장된 제 1, 제 2 반사파 패턴과 상기 손상부에서 반사되는 제 1, 제 2 반사파를 비교하되, 상기 손상부에서 반사되는 제 1, 제 2 반사파가 상기 제 1, 제 2 반사파 패턴의 오차 범위를 분석하여 상기 손상부에 손상이 발생했는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 다음의 수학식을 통해 상기 손상부의 좌표(x, y)를 검출하는 것을 특징으로 하는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템.
    [수학식]
    Figure 112018030818788-pat00009

    Figure 112018030818788-pat00010

    (여기서, C는 음파의 속도, tA는 손상부로부터 발생된 반사파를 제 1 지점에서 측정하는 시간, tB는 손상부로부터 발생된 반사파를 제 2 지점에서 측정하는 시간 및 d는 제 1 지점과 제 2 지점 사이의 거리(Δx=0)를 나타낸다.)
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 선박의 외형 이미지를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하고,
    상기 디스플레이부에는 상기 제어부에서 검출된 상기 손상부의 위치를 상기 외형 이미지에 함께 표시하는 것을 특징으로 하는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 시스템.
  6. 제 5항에 따른 위치 검출 시스템을 이용한 선박 외벽 손상부의 위치 검출 방법에 있어서,
    상기 제 1 초음파 프로브 및 상기 제 2 초음파 프로브 신호를 검출하는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계에서, 이상 신호 검출 여부를 판단하는 제 2 단계;
    상기 제 2 단계에서, 상기 이상 신호를 검출한 경우 상기 이상 신호와 정상 신호를 비교하는 제 3 단계:
    상기 제 3 단계에서 비교한 상기 이상 신호와 상기 정상 신호가 설정된 오차 범위 내인지 판단하는 제 4 단계;
    상기 제 4 단계에서 상기 이상 신호가 상기 정상 신호의 오차 범위를 벗어나는 경우, 상기 손상부가 발생한 것으로 판단하고 상기 제 1 지점과 상기 제 2 지점에서 상기 손상부까지 거리를 각각 측정하는 제 5 단계; 및
    상기 제 1 지점과 상기 제 2 지점에서 상기 손상부까지 거리 정보를 통해 상기 손상부의 위치를 검출하는 제 6 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 6 단계에서 검출된 손상부의 위치를 상기 디스플레이부의 선박의 외형 이미지에 함께 표시하는 제 7 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 외벽 손상부의 위치 검출 방법.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0872742A1 (fr) * 1997-04-18 1998-10-21 Jacques Dory Procédé et dispositif pour le traitement de signaux représentatifs d'ondes réfléchies, transmises ou réfractées par une structure volumique en vue d'effectuer une exploration et une analyse de cette structure
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