KR102055062B1 - 지중 관로의 도통 시험 장치 및 방법 - Google Patents

지중 관로의 도통 시험 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 견인줄을 통해 견인 수단과 연결되어 상기 견인 수단에 의해 관로 내에서 이동 가능하도록 형성되는 도통 시험 장치에 있어서, 상기 견인줄과 연결되며, 카메라가 설치되는 제1 이동체, 상기 제1 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 상기 관로의 각도를 계측하는 각도 측정기가 설치되는 제2 이동체, 그리고, 상기 제2 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 일단에 신호 송신부가 연결되는 제3 이동체를 포함하고, 상기 제1 이동체, 제2 이동체 및 제3 이동체는 각각, 고정축과 이동축을 포함하는 몸체, 상기 몸체의 고정축에 연결되는 제1 링크와 상기 몸체의 이동축에 연결되는 제2 링크와 상기 제1 링크 및 제2 링크와 연결되어 상기 몸체의 외측 방향에서 상기 몸체를 감싸는 형태로 형성되는 날개를 포함하는 복수개의 가이드윙, 상기 복수개의 가이드윙과 연결되고 상기 몸체의 고정축 및 이동축 사이에 마련되어 상기 이동축의 이동에 따라 수축 또는 팽창하여 상기 복수개의 가이드윙을 외측으로 밀어내는 스프링과, 상기 복수개의 가이드윙 및 이동축의 이동에 따른 변위를 측정하는 변위 센서를 포함하며, 상기 각도 측정기는 수직 방향의 각도를 계산하는 제1 각도 측정 센서와 수평 방향의 각도를 계산하는 제2 각도 측정 센서를 포함하는 관로의 도통 시험 장치를 제공한다.

Description

지중 관로의 도통 시험 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING INNER DIAMETER AND CURVATURE OF UNDERGROUND CONDUIT}
본 발명은 지중 관로의 도통 시험 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 관로의 곡률 측정의 정밀도를 높이도록 형성되는 지중 관로의 도통 시험 장치에 관한 것이다.
송전 및 배전을 위한 관로는 일반적으로 지중에 매설되는데 토목공사 과정에서 발생하는 외력이나 지반 침하 등으로 인해 지중 관로의 변형이 생길 수 있다. 따라서, 지중 관로를 매설한 후 관리자는 지중 관로의 도통을 측정하는 기기를 이용하여 지중 관로의 내부의 상태를 확인하면서 지중 관로의 내부의 직경과 곡률 반경을 측정함으로써 지중 관로의 변형 정도를 확인한다. 이러한 지중 관로의 도통 측정기는 한국등록특허공보 제10-0568550호에 개시되어 있다.
상술한 특허등록공보에 개시된 장치는 길이방향으로 길게 형성되고 또한 그 형상이 평평하게 형성되므로 곡률이 존재하는 관로 구간을 지날 때 곡선 구간에서 몸체가 걸리는 문제가 발생하고 미세한 각도로 형성되는 곡선 구간에서의 곡률을 측정하기 힘든 문제가 있었다.
또한, 종래의 도통 시험 장치는 일반적으로 장치가 길고 폭이 좁게 형성되되, 여러 개의 축을 통해 복수개의 이동체가 연결된 형태로 형성된다. 이에 따라, 복수개의 이동체가 결합되어 함께 관로의 곡률이 존재하는 구간을 통과할 때, 견인줄과 직접적으로 연결된 최전방의 이동체를 제외한 후방에 연결된 이동체들은 장력에 의해 관로의 중앙에 위치하지 않고 관로의 중앙에서 곡률 중심 방향으로 이동한 채로 해당 구간을 통과하게 된다.
따라서, 관리자는 종래의 도통 시험 장치를 이용하여 곡률이 존재하는 관로의 실제 곡률을 계산하기 어렵고, 곡률이 존재하는 관로 구간의 곡률을 측정하더라도 실제 해당 구간의 곡률값과 측정값 사이의 오차가 발생하는 문제점을 지니고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 관로의 곡률 측정의 정밀도를 높이도록 형성되는 지중 관로의 도통 시험 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 견인줄을 통해 견인 수단과 연결되어 상기 견인 수단에 의해 관로 내에서 이동 가능하도록 형성되는 도통 시험 장치에 있어서, 상기 견인줄과 연결되며, 카메라가 설치되는 제1 이동체, 상기 제1 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 상기 관로의 각도를 계측하는 각도 측정기가 설치되는 제2 이동체, 그리고, 상기 제2 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 일단에 신호 송신부가 연결되는 제3 이동체를 포함하고, 상기 제1 이동체, 제2 이동체 및 제3 이동체는 각각, 고정축과 이동축을 포함하는 몸체, 상기 몸체의 고정축에 연결되는 제1 링크와 상기 몸체의 이동축에 연결되는 제2 링크와 상기 제1 링크 및 제2 링크와 연결되어 상기 몸체의 외측 방향에서 상기 몸체를 감싸는 형태로 형성되는 날개를 포함하는 복수개의 가이드윙, 상기 복수개의 가이드윙과 연결되고 상기 몸체의 고정축 및 이동축 사이에 마련되어 상기 이동축의 이동에 따라 수축 또는 팽창하여 상기 복수개의 가이드윙을 외측으로 밀어내는 스프링과, 상기 복수개의 가이드윙 및 이동축의 이동에 따른 변위를 측정하는 변위 센서를 포함하며, 상기 각도 측정기는 수직 방향의 각도를 계산하는 제1 각도 측정 센서와 수평 방향의 각도를 계산하는 제2 각도 측정 센서를 포함하는 관로의 도통 시험 장치를 제공한다.
본 실시예에 있어서, 상기 신호 송신부를 통해, 상기 제1 이동체가 촬영한 영상과 상기 각도 측정기가 측정한 각도 및 상기 제1 내지 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위를 전송 받고, 상기 신호 송신부의 신호 전송 거리를 이용하여 상기 도통 시험 장치의 위치를 파악하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 각도 측정기는, 아래 수식을 통해 상기 관로의 각도를 산출하며, 상기 제어부는, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값을 이용하여, 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출할 수 있다.
Figure 112018058169888-pat00001
여기서, θcur는 상기 관로의 각도, θA 는 상기 제1 각도 측정 센서가 측정하는 각도, θB 는 상기 제2 각도 측정 센서가 측정하는 각도를 나타낸다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제1 내지 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위를 이용하여 상기 관로의 관경을 산출하되, 상기 제1 이동체가 측정한 변위가 상기 제2 이동체가 측정한 변위 및 제3 이동체가 측정한 변위보다 큰 경우 상기 제1 이동체가 측정한 변위를 토대로 상기 관로의 관경을 산출할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값,, 그리고, 아래 수식을 이용하여 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출할 수 있다.
Figure 112018058169888-pat00002
여기서, θmeas은 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도이고,
Figure 112018058169888-pat00003
은 상기 제어부가 산출한 상기 관로의 곡률각이며, m은 임의의 좌표값 (x,y)로부터 상기 관로의 각도를 토대로 형성되는 곡률 반경의 2차원 x축 좌표값이고, n은 임의의 좌표값 (x,y)로부터 상기 관로의 각도를 토대로 형성되는 곡률 반경의 2차원 y축 좌표값이며, l은 (x,y)로부터의 θmeas를 이루는 지점까지의 곡률 반경의 길이이다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 다른 실시예는, 제1 이동체, 상기 제1 이동체와 회동 가능하도록 결합되고 관로의 각도를 계측하되 수직 방향의 각도를 계산하는 제1 각도 측정 센서와 수평 방향의 각도를 계산하는 제2 각도 측정 센서를 포함하는 각도 측정기가 설치되는 제2 이동체, 및 상기 제2 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 일단에 신호 송신부가 연결되는 제3 이동체를 포함하는 관로의 도통 시험 장치를 이용하여 상기 관로의 도통을 시험하는 방법에 있어서, (1) 상기 각도 측정기가, 아래 수식을 통해 상기 관로의 각도를 산출하는 단계 및 (2) 상기 도통 시험 장치가, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값을 이용하여, 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 단계를 포함하는 관로의 도통 시험 방법을 제공한다.
Figure 112018058169888-pat00004
여기서, θcur는 상기 관로의 각도, θA 는 상기 제1 각도 측정 센서가 측정하는 각도, θB 는 상기 제2 각도 측정 센서가 측정하는 각도를 나타낸다.
본 실시예에 있어서, 상기 (2) 단계는, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값, 그리고, 아래 수식을 이용하여 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 단계일 수 있다.
Figure 112018058169888-pat00005
여기서, θmeas은 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도이고,
Figure 112018058169888-pat00006
은 상기 제어부가 산출한 상기 관로의 곡률각이며, m과 n은 각각 제2 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이고, i와 j는 각각 제3 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이며, l은 (x,y)로부터의 θmeas를 이루는 지점까지의 곡률 반경의 길이이다.
본 발명에 따르면, 굴곡진 지중 관로를 통과할 때 후방에 연결된 이동체가 곡률 중심 방향으로 쏠리는 현상에 따른 관로의 곡률 측정값의 오차를 보정할 수 있고, 이에 따라, 관로의 곡률 측정의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 도통 시험 장치가 복수개의 이동체가 회동 가능하도록 결합된 형태로 형성되고 각도 측정센서가 중간 이동체의 중심에 형성되므로 지중 관로 내에서 이동성이 용이하고, 곡선 구간에서도 걸리는 문제 없이 원활하게 통과할 수 있으며, 미세한 각도로 형성된 곡선 구간(곡률이 작은 지중 관로 구간)에서의 곡률도 정밀하게 측정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 스프링의 탄성에 따라 움츠러들거나 펴져 관로 내면과 맞닿도록 상태를 유지하는 가이드윙을 이용하여 다양한 직경의 관로를 통과하면서 해당 관로의 직경을 측정할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 관로의 도통 시험 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 각도 측정기를 더욱 상세하기 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 지중 관로의 도통 시험 장치가 곡률이 있는 관로를 지나갈 때의 이상적인 형태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 지중 관로의 도통 시험 장치가 곡률이 있는 관로를 지나갈 때의 실제 형태를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 지중 관로의 도통 시험 장치의 형태를 고려하여 관로의 곡률을 계산하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 관로의 도통 시험 방법의 절차를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에 나타난 각 구성요소의 크기, 형태, 형상은 다양하게 변형될 수 있고, 명세서 전체에 대하여 동일/유사한 부분에 대해서는 동일/유사한 도면 부호를 붙였다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결(접속, 접촉 또는 결합)"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(구비 또는 마련)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 “포함(구비 또는 마련)”할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 분산되어 실시되는 구성요소들은 특별한 제한이 있지 않는 한 결합된 형태로 실시될 수도 있다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소도 제1구성 요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 관로의 도통 시험 장치(이하, “관로의 도통 시험 장치(100)”라 함)의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 지중 관로의 도통 시험 장치(100)는 관로의 관경, 곡률 등을 측정하는 장치로서, 견인줄(101)을 통해 견인 수단과 연결되어 상기 견인 수단에 의해 관로(102) 내에서 움직임이 가능하도록 형성된다. 이 때, 견인 수단은 엔코더 및 엔코더와 연결된 로터를 포함하는 형태로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이러한, 관로의 도통 시험 장치(100)는 복수개의 이동체를 포함하도록 형성되며, 복수개의 이동체는 각각 힌지 또는 피봇 등에 의해 회동 가능하도록 결합되는 3개 이상의 이동체로 구성될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에서는 도 1 에 도시된 바와 같이 관로의 도통 시험 장치(100)를 제1 이동체(110), 제2 이동체(120) 및 제3 이동체(130)를 포함하는 도통 시험 장치로 제한하여 설명하도록 한다.
제1 이동체(110)는 견인줄(101)과 연결되며, 제1 이동체(110)에는 관로의 내부를 촬영하기 위한 촬영 수단인 카메라(116)가 설치된다.
또한, 제1 이동체(110)는 고정축(111a)과 이동축(111b)을 포함하는 몸체(111), 몸체(111)의 고정축(111a)에 연결되는 제1 링크(112a)와 몸체(111)의 이동축(111b)에 연결되는 제2 링크(112b)와 제1 링크(112a) 및 제2 링크(112b)와 연결되어 몸체(111)의 외측 방향에서 몸체(111)를 감싸는 형태로 형성되는 날개(112c)를 포함하는 복수개의 가이드윙(112), 복수개의 가이드윙(112)과 연결되고 몸체(111)의 고정축(111a) 및 이동축(111b) 사이에 마련되어 이동축(111b)의 이동에 따라 수축 또는 팽창하여 복수개의 가이드윙(112c)을 외측으로 밀어내는 스프링(113)과, 복수개의 가이드윙(112c) 및 이동축(111b)의 이동에 따른 변위를 측정하는 변위 센서(114)를 포함한다.
제2 이동체(120)는 제1 이동체(110)와 회동 가능하도록 결합되고, 제2 이동체(120)에는 관로(102)의 곡률 측정을 위한 각도를 측정하는 각도 측정기(126)가 설치된다. 제2 이동체(120)도 역시 고정축(121a)과 이동축(121b)을 포함하는 몸체(121), 몸체(121)의 고정축(121a)에 연결되는 제1 링크(122a)와 몸체(121)의 이동축(121b)에 연결되는 제2 링크(122b)와 제1 링크(122a) 및 제2 링크(122b)와 연결되어 몸체(121)의 외측 방향에서 몸체(121)를 감싸는 형태로 형성되는 날개(122c)를 포함하는 복수개의 가이드윙(122), 복수개의 가이드윙(122)과 연결되고 몸체(121)의 고정축(121a) 및 이동축(121b) 사이에 마련되어 이동축(12b)의 이동에 따라 수축 또는 팽창하여 복수개의 가이드윙(122c)을 외측으로 밀어내는 스프링(123)과, 복수개의 가이드윙(122c) 및 이동축(121b)의 이동에 따른 변위를 측정하는 변위 센서(124)를 포함한다.
이와 관련하여, 각도 측정기(126)를 더욱 상세하기 설명하기 위해 도시한 도 2를 참조하면, 각도 측정기(126)는 수직 방향의 각도(θA)를 계산하는 제1 각도 측정 센서(125a)와 수평 방향의 각도(θB)를 계산하는 제2 각도 측정 센서(125b)를 포함하며, 제1 각도 측정 센서(125a)와 제2 각도 측정 센서(125b)는 360도 전 방향을 측정 가능하도록 서로 결합될 수 있다. 예컨대 제1 각도 측정 센서(125a)와 제2 각도 측정 센서(125b)는 유니버셜 조인트 형태로 결합될 수 있다.
또한, 상술한 각도 측정기(126)는, 아래 수식 (1)을 이용하여 곡률 측정을 위한 각도(θcur,)를 산출할 수 있다.
Figure 112018058169888-pat00007
수식 (1)
이 때, 제어부(140)는, 각도 측정기(126)가 측정한 상기 관로의 각도와 제1 이동체(110)의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 제2 이동체(120) 및 제3 이동체(130)의 변위 센서가 각각 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 각 차이값들을 이용하여, 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출할 수 있다. 이에 대해서는 아래 도 3 내지 도 5를 참조하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
다시, 도 1을 참조하면, 제3 이동체(130)는 제2 이동체(120)와 회동 가능하도록 결합되고, 제3 이동체(130)의 일단에는 신호 송신부(136)가 연결된다. 제3 이동체(130)도 고정축(131a)과 이동축(131b)을 포함하는 몸체(131), 몸체(131)의 고정축(131a)에 연결되는 제1 링크(132a)와 몸체(131)의 이동축(131b)에 연결되는 제2 링크(132b)와 제1 링크(132a) 및 제2 링크(132b)와 연결되어 몸체(131)의 외측 방향에서 몸체(131)를 감싸는 형태로 형성되는 날개(132c)를 포함하는 복수개의 가이드윙(132), 복수개의 가이드윙(132)과 연결되고 몸체(131)의 고정축(131a) 및 이동축(131b) 사이에 마련되어 이동축(13b)의 이동에 따라 수축 또는 팽창하여 복수개의 가이드윙(132c)을 외측으로 밀어내는 스프링(133)과, 복수개의 가이드윙(132c) 및 이동축(131b)의 이동에 따른 변위를 측정하는 변위 센서(134)를 포함한다.
상술한, 제1 이동체(110)에는 피봇(115)이 설치되어, 피봇(115)에 의해 제1 이동체(110) 및 제2 이동체(120)는 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 제2 이동체(120)에도 피봇(125)이 설치될 수 있으며, 피봇(125)에 의해 제2 이동체(120) 및 제3 이동체(130)는 회동 가능하도록 결합될 수 있다. 또한, 제3 이동체(130)에도 피봇(135)이 설치될 수 있으며, 제3 이동체(130)는 피봇(135)에 의해 신호 송신부(136)와 연결될 수 있다.
각 이동체들(110; 120; 130;)이 구비한 가이드윙(guide wing)은 각 이동체들(110; 120; 130;)이 구비한 스프링 및 이동축과 상호작용하여, 스프링의 탄성력에 의해 관로의 내벽에 밀착되도록 형성될 수 있다. 각 이동체들(110; 120; 130;)이 구비한 가이드윙의 개수는 다양하게 설정될 수 있으며, 예컨대 각 이동체들(110; 120; 130;)은 몸체의 외측 방향에서 대칭적으로 형성되어 몸체를 감싸도록 형성되는 가이드윙을 4개 구비할 수 있다.
한편, 관로의 도통 시험 장치(100)는 신호 송신부(136)를 통해, 제1 이동체(110)가 촬영한 영상과 각도 측정기(126)가 측정한 각도 및 각 이동체들(110; 120; 130;)의 변위 센서(110c; 120c; 130;)가 측정한 변위를 전송 받는 제어부(140)를 더 포함할 수 있다.
각 이동체들(110; 120; 130;)이 구비한 가이드윙과 이동축의 상호작용에 따른 변위를 각 이동체들(110; 120; 130;)이 구비한 변위 센서가 측정할 수 있고, 이에 따라, 관로의 도통 시험 장치(100)의 제어부(140)는 관로의 관경을 측정할 수 있다.
신호 송신부(136)는 신호줄 형태로 형성될 수 있고, 제어부(140)는 데스크탑이나 노트북 또는 스마트폰과 같은 디스플레이를 포함하는 PC 형태로 형성될 수 있으나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제어부(140)는 신호 송신부(136)의 신호 전송 거리를 통해 관로의 도통 시험 장치(100)와 각 이동체들(110; 120; 130;)의 위치를 파악할 수 있다. 이에 따라, 도통 시험 장치(100)의 관리자는 각도 측정기(126)가 측정하는 관로의 각도가 해당 관로의 어느 구간인지를 명확하게 알 수 있다. 예컨대, 관로가 기설정된 1 내지 5구간으로 나눠진 경우, 제어부(140)는 관로를 통과하는 도통 시험 장치(100)가 기설정된 1 내지 5 구간 중 어느 구간에 존재하는지 파악할 수 있고, 더 나아가, 관로의 도통 시험에 소요되는 시간, 도통 시험 장치의 속력 등을 파악할 수 있다.
도 3 및 도 4는 각각 관로의 도통 시험 장치(100)가 곡률이 있는 관로를 지나갈 때의 이상적인 형태와 실제 형태를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시된 관로의 도통 시험 장치(100)의 형태를 고려하여 관로의 곡률을 계산하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 이하에서는 도 3 내지 도5 를 참조하여 관로의 도통 시험 장치(100)를 이용하여 관로의 곡률을 더욱 정밀하게 계산하는 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 상술한 바와 같이, 관로의 도통 시험 장치(100)가 관로 내에서 이동할 때, 관로 내부에 곡률이 존재하는 구간에서 이동체들(110; 120; 130;)의 위치에 따른 이동체들(110; 120; 130;)이 형성하는 각도를 각도 측정기(126)가 측정할 수 있다. 이후, 제어부(140)는 이동체들(110; 120; 130;)이 형성하는 각도를 이용하여 해당 구간의 곡률 반경을 아래 수식을 통해 계산할 수 있고, 계산된 곡률 반경값을 토대로 해당 구간의 곡률을 산출할 수 있다.
Figure 112018058169888-pat00008
수식 (2)
위 수식 (2)에서 ρ 는 곡률 반경, θcur 는 이동체들(110; 120; 130;)이 형성하는 각도를 나타낸다.
한편, 도 4를 참조하면, 실제 관로의 도통 시험 장치(100)가 관로 내에서 곡률이 존재하는 구간을 지나는 경우, 견인줄(101)의 장력에 의해 견인줄(101)과 직접적으로 연결된 제1 이동체(110) 외에 제2 이동체(120)와 제3 이동체(130)가 관로의 중심부에서 곡률 중심 방향으로 이동되는 쏠림 현상이 발생한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 관로의 도통 시험 장치(100)가 관로 내에서 곡률이 존재하는 구간을 지나는 경우, 제2 이동체(120)는 b2만큼 제3 이동체(130)는 b3만큼 곡률 중심 방향으로 이동하게 된다.
따라서, 제2 이동체(120)와 제3 이동체(130)가 곡률 중심 방향으로 이동함에 따라 각도 측정기(126)가 측정한 해당 관로 구간의 곡률 측정을 위한 각도(이하, 측정 각도)와 실제 해당 관로 구간의 곡률각(이하, 실제 각도)은 상이하며, 측정 각도를 토대로 산출한 관로 구간의 곡률 및 곡률 반경이 수치는 실제 각도를 토대로 산출한 관로 구간의 곡률 및 곡률 반경 수치와 차이가 있게 된다.
결국, 관로의 도통 시험 장치(100)가 곡률이 존재하는 관로 구간을 지날 때 각도 측정기(126)는 실제 관로의 곡률을 측정할 수 있는 실제 각도가 아닌 오차를 포함하는 관로의 측정 각도를 계측한다.
따라서, 본 실시예에 따른 관로의 도통 시험 장치(100)의 제어부(140)는 각도 측정기(126)의 측정 각도로부터 실제 각도(곡률각)를 계산하여 해당 관로의 정확한 곡률 및 곡률 반경의 수치를 산출하도록 구성된다.
이에 더하여, 위와 같은 상황을 고려하여, 제어부(140)는 제1 이동체(110)가 측정한 변위가 제2 이동체(120)가 측정한 변위 및 제3 이동체(130)가 측정한 변위보다 큰 경우 제1 이동체(110)가 측정한 변위를 이용하여 해당 관로의 관경을 산출할 수 있다.
이와 달리, 제어부(140)는 제1 이동체(110)가 측정한 변위, 제2 이동체(120)가 측정한 변위 및 제3 이동체(130)가 측정한 변위의 평균값을 토대로 관로의 관경을 산출할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 각도 측정기(126)가 측정한 곡률이 존재하는 관로 구간의 측정 각도를 θmeas라 하고, 실제 해당 관로의 곡률을 측정할 수 있는 실제 각도를 θcur 라 할 경우, 제어부(140)는 아래 수식 (3)을 이용하여 θcur 값을 산출할 수 있다.
[수식 (3)]
Step 1 (m,n) 구하기
Figure 112018058169888-pat00009
Figure 112018058169888-pat00010
Figure 112018058169888-pat00011
Figure 112018058169888-pat00012
Figure 112018058169888-pat00013
min(x)
Figure 112018058169888-pat00014
Figure 112018058169888-pat00015
Step 2 (i,j) 구하기
Figure 112018058169888-pat00016
Figure 112018058169888-pat00017
Figure 112018058169888-pat00018
Figure 112018058169888-pat00019
max(x)
Figure 112018058169888-pat00020
Figure 112018058169888-pat00021
Figure 112018058169888-pat00022
min(y)
Figure 112018058169888-pat00023
Figure 112018058169888-pat00024
Figure 112018058169888-pat00025
위 수식 (3)에서, 여기서, θmeas은 각도 측정기(125)가 측정한 상기 관로의 각도이고,
Figure 112018058169888-pat00026
은 제어부(140)가 산출한 상기 관로의 곡률각이며, (m,n)은 수정된 제2 이동체(120)의 위치에 대한 좌표이고, (i,j)는 수정된 제3 이동체(130)의 위치에 대한 좌표이며, l은 (x,y)로부터의 θmeas를 이루는 지점까지의 곡률 반경의 길이이다.
도 4와 도 5를 함께 참조하면, 곡률이 존재하는 관로의 구간을 도통 시험 장치(100)가 통과할 때, 제2 이동체(120)와 제3 이동체(130)는 상술한 쏠림 현상에 의해 곡률 중심 방향으로 몸체가 이동하게 된다. 따라서, 이에 따라 제2 이동체(120)에 설치된 각도 측정기(125)가 측정한 θmeas와 실제 제어부(140)가 산출한 해당 관로 구간의 곡률각은 차이가 나타난다. 따라서 이를 조정하기 위해서는, 위 수식 (3)을 통해 구한 제2 이동체(120)의 수정된 위치에 대한 2차원 좌표값 (m,n)과 제3 이동체(130)의 수정된 위치에 대한 2차원 좌표값 (i,j), 그리고, 제2 이동체(120)가 측정한 변위에 따른 관경의 오차값 b2와 제3 이동체(130)가 측정하 변위에 따른 관경의 오차값 b3를 이용하여야 하며, 이에 따라, 실제 해당 관로 구간의 곡률각과 곡률 반경 등을 구할 수 있게 된다.
즉, b2는 제2 이동체(120)의 변위 센서가 측정한 변위를 토대로 산출한 관로의 관경과 제1 이동체(110)의 변위 센서가 측정한 변위를 토대로 산출한 관로의 관경의 차이값일 수 있다. 또한, b3는 제3 이동체(130)의 변위 센서가 측정한 변위를 토대로 산출한 관로의 관경과 제1 이동체(110)의 변위 센서가 측정한 변위를 토대로 산출한 관로의 관경의 차이값일 수 있다. 또한, b2는 θmeas를 토대로 형성되는 곡률 반경의 2차원 좌표값에서 (m, n)에 내린 접선의 길이일 수 있고, b3는 (i,j)좌표로부터 임의의 좌표값 (x,y)로부터 x축으로 2lsin
Figure 112018058169888-pat00027
만큼 떨어진 좌표까지의 길이에 해당할 수 있다.
이에 더하여, 제어부(140)는 각도 측정기(126)가 측정한 상기 관로의 각도, 제2 이동체(120) 및 제3 이동체(130)의 변위 센서가 측정한 변위값의 오차, 그리고, 위 수식 3()을 이용하여 상기 관로의 곡률각 뿐만 아니라, 곡률 및/또는 곡률 반경을 산출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 관로의 도통 시험 방법(이하, “관로의 도통 시험 방법”이라 함)의 절차를 도시한 도면이다.
관로의 도통 시험 방법은 앞서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 관로의 도통 시험 장치(100)를 이용하여 관로의 도통을 시험하는 방법이다. 따라서, 이하에서는 상술한 내용과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관로의 도통 시험 방법은 제1 이동체, 상기 제1 이동체와 회동 가능하도록 결합되고 관로의 각도를 계측하되 수직 방향의 각도를 계산하는 제1 각도 측정 센서와 수평 방향의 각도를 계산하는 제2 각도 측정 센서를 포함하는 각도 측정기가 설치되는 제2 이동체, 및 상기 제2 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 일단에 신호 송신부가 연결되는 제3 이동체를 포함하는 관로의 도통 시험 장치를 이용하여 상기 관로의 도통을 시험하는 방법에 있어서, 상기 각도 측정기가, 아래 수식 (4)를 통해 상기 관로의 각도를 산출하는 단계(s61)와 상기 도통 시험 장치가, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도와 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값의 오차를 이용하여, 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 단계(s62)를 포함한다.
Figure 112018058169888-pat00028
수식 (4)
위 수식 (4)에서, θcur는 상기 관로의 각도, θA 는 상기 제1 각도 측정 센서가 측정하는 각도, θB 는 상기 제2 각도 측정 센서가 측정하는 각도를 나타낸다.
또한, 본 실시예에 따른 관로의 도통 시험 방법은 s61 단계 이전에 상기 도통 시험 장치가 상기 신호 송신부의 신호 전송 거리를 이용하여 상기 도통 시험 장치의 위치를 파악하는 단계(s60)를 더 포함할 수 있다. S60 단계 이후 s61단계를 진행함으로써, 도통 시험 장치는 각도 측정기가 측정하는 관로의 각도가 해당 관로의 어느 구간인지를 명확하게 알 수 있다.
또한, s62 단계는, 상기 도통 시험 장치가, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값의 오차, 그리고, 아래 수식 (5)를 이용하여 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 단계일 수 있다.
Figure 112018058169888-pat00029
수식(5)
위 수식 (5)에서, 여기서, θmeas은 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도이고,
Figure 112018058169888-pat00030
은 상기 제어부가 산출한 상기 관로의 곡률각이며, m과 n은 각각 제2 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이고, i와 j는 각각 제3 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이며, l은 (x,y)로부터의 θmeas를 이루는 지점까지의 곡률 반경의 길이이다.
이에 더하여, s63 단계는 상기 제1 내지 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위를 이용하여 상기 관로의 관경을 산출하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이외에도, 본 실시예에 따른 관로의 도통 시험 방법은 앞서 도 1 내지 도5를 참조하여 설명한 관로의 도통 시험 장치(100)가 수행하는 기능들의 모든 절차들을 포함하도록 구현될 수 있다.
이상 지금까지 기술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

  1. 견인줄을 통해 견인 수단과 연결되어 상기 견인 수단에 의해 관로 내에서 이동 가능하도록 형성되는 도통 시험 장치에 있어서,
    상기 견인줄과 연결되며, 카메라가 설치되는 제1 이동체;
    상기 제1 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 상기 관로의 각도를 계측하는 각도 측정기가 설치되는 제2 이동체; 및
    상기 제2 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 일단에 신호 송신부가 연결되는 제3 이동체를 포함하고,
    상기 제1 이동체, 제2 이동체 및 제3 이동체는 각각, 고정축과 이동축을 포함하는 몸체, 상기 몸체의 고정축에 연결되는 제1 링크와 상기 몸체의 이동축에 연결되는 제2 링크와 상기 제1 링크 및 제2 링크와 연결되어 상기 몸체의 외측 방향에서 상기 몸체를 감싸는 형태로 형성되는 날개를 포함하는 복수개의 가이드윙, 상기 복수개의 가이드윙과 연결되고 상기 몸체의 고정축 및 이동축 사이에 마련되어 상기 이동축의 이동에 따라 수축 또는 팽창하여 상기 복수개의 가이드윙을 외측으로 밀어내는 스프링과, 상기 복수개의 가이드윙 및 이동축의 이동에 따른 변위를 측정하는 변위 센서를 포함하며,
    상기 각도 측정기는 수직 방향의 각도를 계산하는 제1 각도 측정 센서와 수평 방향의 각도를 계산하는 제2 각도 측정 센서를 포함하되,
    상기 각도 측정기는 아래 수식을 통해 관로의 각도를 측정하며,
    상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값을 이용하여, 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관로의 도통 시험 장치.
    Figure 112019069223613-pat00043

    여기서, θcur는 상기 관로의 각도, θA 는 상기 제1 각도 측정 센서가 측정하는 각도, θB 는 상기 제2 각도 측정 센서가 측정하는 각도를 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 신호 송신부를 통해, 상기 제1 이동체가 촬영한 영상과 상기 각도 측정기가 측정한 각도 및 상기 제1 내지 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위를 전송 받고, 상기 신호 송신부의 신호 전송 거리를 이용하여 상기 도통 시험 장치의 위치를 파악하는 것을 특징으로 하는 관로의 도통 시험 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 내지 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위를 이용하여 상기 관로의 관경을 산출하되, 상기 제1 이동체가 측정한 변위가 상기 제2 이동체가 측정한 변위 및 제3 이동체가 측정한 변위보다 큰 경우 상기 제1 이동체가 측정한 변위를 토대로 상기 관로의 관경을 산출하는 것을 특징으로 하는 관로의 도통 시험 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값, 그리고, 아래 수식을 이용하여 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 것을 특징으로 하는 관로의 도통 시험 장치.
    Figure 112019069223613-pat00032

    여기서, θmeas은 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도이고,
    Figure 112019069223613-pat00033
    은 상기 제어부가 산출한 상기 관로의 곡률각이며, m과 n은 각각 상기 제2 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이고, i와 j는 각각 상기 제3 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이며, l은 (x,y)로부터의 θmeas를 이루는 지점까지의 곡률 반경의 길이이다.
  5. 제1 이동체, 상기 제1 이동체와 회동 가능하도록 결합되고 관로의 각도를 계측하되 수직 방향의 각도를 계산하는 제1 각도 측정 센서와 수평 방향의 각도를 계산하는 제2 각도 측정 센서를 포함하는 각도 측정기가 설치되는 제2 이동체, 및 상기 제2 이동체와 회동 가능하도록 결합되고, 일단에 신호 송신부가 연결되는 제3 이동체를 포함하고 견인줄을 통해 견인 수단과 연결되어 상기 견인 수단에 의해 상기 관로 내에서 이동 가능하도록 형성되는 도통 시험 장치를 이용하여 상기 관로의 도통을 시험하는 방법에 있어서,
    (1) 상기 각도 측정기가, 아래 수식을 통해 상기 관로의 각도를 측정하는 단계; 및
    (2) 상기 도통 시험 장치가, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값을 이용하여, 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 관로의 도통 시험 방법.
    Figure 112019069223613-pat00034

    여기서, θcur는 상기 관로의 각도, θA 는 상기 제1 각도 측정 센서가 측정하는 각도, θB 는 상기 제2 각도 측정 센서가 측정하는 각도를 나타낸다.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (2) 단계는,
    상기 도통 시험 장치가, 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도, 상기 제1 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경과 상기 제2 이동체 및 제3 이동체의 변위 센서가 측정한 변위값을 토대로 산출한 상기 관로의 관경의 차이값, 그리고, 아래 수식을 이용하여 상기 관로의 곡률각, 곡률 및 곡률 반경 중 적어도 어느 하나 이상을 산출하는 단계인 것을 특징으로 하는 관로의 도통 시험 방법.
    Figure 112019069223613-pat00035

    여기서, θmeas은 상기 각도 측정기가 측정한 상기 관로의 각도이고,
    Figure 112019069223613-pat00036
    은 제어부가 산출한 상기 관로의 곡률각이며, m과 n은 각각 상기 제2 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이고, i와 j는 각각 상기 제3 이동체의 수정된 위치에 대한 x축 좌표값과 y축 좌표값이며, l은 (x,y)로부터의 θmeas를 이루는 지점까지의 곡률 반경의 길이이다.
  7. 삭제
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