KR102118648B1 - 미세관 내부 형상 검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세관의 내부에 진입되어 미세관 내부의 형상을 검출할 수 있도록 된 미세관 형상 검출장치에 관한 것으로서, 주파수 신호를 출력하는 주파수 발생기와, 주파수 발생기에서 출력되는 주파수 신호에 대응되게 광의 강도를 가변하면서 출력하는 레이저 광원과, 레이저 광원으로부터 입력되는 광을 제1출력단과 제2출력단을 통해 출력하고, 제1출력단과 제2출력단에서 역으로 입사되는 광을 검출단으로 출력하는 광커플러와, 제1출력단과 일단이 접속된 기준 광섬유의 타단에서 출력되는 반사시키는 제1반사체와, 제2출력단과 일단이 접속된 센싱 광섬유와, 센싱광섬유에서 출력되는 광의 경로를 미세관의 진입방향에 수직한 수평방향으로 광로를 변환시키고 미세관의 내벽으로부터 반사된 광을 센싱 광섬유로 역전송할 수 있도록 된 광로변환유니트와, 검출단에서 출력되는 광을 검출하는 광검출기와, 주파수 발생기에서 출력되는 주파수신호와 광검출기에서 출력되는 신호를 믹싱하여 출력하는 믹서와, 믹서에서 출력되는 신호를 필터링 하여 출력하는 로우패스필터와, 로우패스필터에서 출력되는 신호로부터 미세관 내부의 형상정보를 산출하는 처리부를 구비한다. 이러한 미세관 내부 형상 검출장치에 의하면, 광간섭계를 적용하여 소형화 할 수 있어 내경이 10mm이하인 미세관 내부의 형상을 용이하게 검출할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

미세관 내부 형상 검출장치{apparatus of detecting the inside shape of minute pipe}
본 발명은 미세관 내부 형상 검출장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광간섭계를 적용하여 미세관 내부 형상을 검출하는 장치에 관한 것이다.
유체를 이송하는 관 예를 들면, 도시가스관, 상하수관, 석유화학 플랜트관, 열병합 발전소에 사용되는 증기관 등은 시간의 경과 또는 외부로부터 인가된 진동 또는 충격 등에 의해 균열 또는 부식이 발생할 수 있다.
이러한 관의 균열 또는 부식에 의한 파손이 발생하여 가연성 가스와 같은 유체가 외부로 누출되는 경우 심각한 재해를 야기시킬 수 있다.
따라서, 적절한 주기로 관의 상태를 검사 및 진단하여 설비의 안전성을 확보하는 것이 요구된다.
이러한 관 내부를 검사하기 위한 장치가 국내 등록특허 제10-1386252호 및 등록특허 제10-1384722호에 게시되어 있다. 그런데, 상기 장치들은 초음파를 이용하여 검사함으로써 낮은 분해능에 의해 결함 및 마모 위치를 정밀하게 탐색하기 어려운 단점이 있다.
한편, 관의 내경이 작은 경우 관의 내부를 검사하기 위해 장비로서 거울이나 프리즘을 이용한 보스코프(borescope)가 이용되고 있으나, 육안 검사용으로 활용될 뿐 내벽에 대한 정밀한 형상 데이터를 얻기 어려운 단점이 있다.
또한, 이미지 센서를 적용하는 장비의 경우 이미지 센서의 크기에 의해 내경이 10mm이하인 미세관에는 적용하기 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 내경이 10mm이하로 작은 미세관에 진입하여 내부 형상을 검출할 수 있는 미세관 내부 형상 검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 미세관 내부 형상 검출장치는 미세관의 내부에 진입되어 상기 미세관 내부의 형상을 검출할 수 있도록 된 미세관 형상 검출장치에 있어서, 설정된 주파수 신호를 출력하는 주파수 발생기와; 상기 주파수 발생기에서 출력되는 주파수 신호에 대응되게 광의 강도를 가변하면서 출력하는 레이저 광원과; 상기 레이저 광원으로부터 입력단을 통해 입력되는 광을 제1출력단과 제2출력단을 통해 출력하고, 상기 제1출력단과 상기 제2출력단에서 역으로 입사되는 광을 검출단으로 출력하는 광커플러와; 상기 제1출력단과 일단이 접속된 기준 광섬유와; 상기 기준광섬유의 타단에서 출력되는 광을 상기 기준광섬유로 다시 입사되게 반사시키는 제1반사체와; 상기 제2출력단과 일단이 접속된 센싱 광섬유와; 검사대상 미세관의 내부 유로를 진입할 수 있게 형성되되 상기 센싱광섬유와 접속되어 상기 센싱광섬유에서 출력되는 광의 경로를 미세관의 진입방향에 수직한 수평방향으로 광로를 변환시켜 출력할 수 있도록 되어 있으며, 미세관의 내벽으로부터 반사된 광을 상기 센싱 광섬유로 역전송할 수 있도록 된 광로변환유니트와; 상기 검출단에서 출력되는 광을 검출하는 광검출기와; 상기 주파수 발생기에서 출력되는 주파수신호와 상기 광검출기에서 출력되는 신호를 믹싱하여 출력하는 믹서와; 상기 믹서에서 출력되는 신호에 대해 설정된 저주파대역의 신호가 통과되게 필터링 하여 출력하는 로우패스필터와; 상기 로우패스필터에서 출력되는 신호로부터 미세관 내부의 형상정보를 산출하는 처리부;를 구비한다.
바람직하게는 상기 광로변환유니트는 본체에 형성된 관통공에 연통되는 중공을 갖는 회전축을 상기 본체에 대해 회전시키며 상기 센싱광섬유에서 출사되는 광을 상기 중공을 통해 입사받을 수 있게 상기 센싱광섬유와 접속된 모터와; 상기 회전축에 일단이 결합되며 상기 회전축의 중공과 연통되는 연장홈이 길이방향을 따라 형성된 프로브관과; 상기 프로브관 내에 설치되어 상기 회전축의 중공을 통해 진행되는 광을 상기 회전축의 연장방향과 직교하는 수평방향으로 반사시키는 제2반사체;를 구비한다.
또한, 상기 모터의 본체에는 미세관의 내벽과 접촉 회전되되 상기 회전축이 상기 미세관의 중앙에 위치되게 원주방향을 따라 등간격으로 마련된 3개의 접촉롤러;를 더 구비한다.
또한, 상기 프로브관의 타단은 중앙이 가장자리보다 돌출된 호형곡률을 갖는 반구형상의 볼록부분을 갖게 형성된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 미세관 내부 형상 검출장치에 의하면, 광간섭계를 적용하여 소형화 할 수 있어 내경이 10mm이하인 미세관 내부의 형상을 용이하게 검출할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세관 내부 형상 검출장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 광로변환 유니트를 확대하여 도시한 단면도이고,
도 3은 도 2의 광로변환 유니트의 모터 본체에 3개의 접촉롤러가 배치된 상태를 나타내 보인 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세관 내부 형상 검출장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세관 내부 형상 검출장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 광로변환 유니트를 확대하여 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 미세관 내부 형상 검출장치(100)는 주파수 발생기(110), 레이저 광원(120), 광간섭계(130), 광로변환유니트(150), 광검출기(170), 믹서(175), 로우패스필터(LPF)(180), 처리부(190) 및 출력부(195)를 구비한다.
주파수 발생기(110)는 설정된 주파수 신호를 출력한다.
일 예로서, 주파수 발생기(100)는 주파수가 10MHz인 신호를 출력하도록 구축될 수 있다.
레이저 광원(120)은 주파수 발생기(110)에서 출력되는 주파수 신호에 대응되게 광의 강도를 가변하면서 출력한다.
즉, 레이저 광원(120)에서 출력되는 레이저광은 주파수 발생기에서 출력되는 신호의 주기 동안 광의 세기가 사인파 형태로 가변되게 출력된다.
광간섭계(130)는 레이저광원(120)에서 출사된 광을 이용하여 미세관의 내부 형상에 대응되는 간섭광을 얻을 수 있도록 되어 있다.
광간섭계(130)는 아이솔레이터(120), 광커플러(132), 기준 광섬유(135), 센싱광섬유(137)를 구비한다.
아이솔레이터(120)는 레이저광원(120)과 광커플러(132) 사이에 설치되어 레이저 광원(120)에서 출사되는 광의 진행은 허용하고 역으로의 진행은 차단한다.
광커플러(132)는 레이저광원(120)으로부터 아이솔레이터(120)를 거쳐 입력단(132a)을 통해 입력되는 광을 제1출력단(132b)과 제2출력단(132c)을 통해 분배하여 출력하고, 제1출력단(132b)과 제2출력단(132c)에서 역으로 입사되는 광을 검출단(132d)으로 출력한다.
기준광섬유(135)는 광커플러(132)의 제1출력단(132b)에 일단이 접속되어 제1출력단(132b)를 통해 출력되는 광을 전송한다.
제1반사체(136)는 기준광섬유(135)의 타단에 대향되게 배치되어 기준광섬유(135)의 타단에서 출력되는 광을 기준광섬유(135)로 다시 입사되게 반사시킨다.
센싱광섬유(137)는 광커플러(132)의 제2출력단(132c)과 일단이 접속되어 있다.
이러한 광간섭계(130)는 기준광섬유(135)에서 제1반사체(136)로부터 반사되어 역으로 진행하는 기준광과 센싱 광섬유(137)에서 역으로 진행하는 센싱광이 상호 간섭되어 생성된 간섭광을 검출단(132d)을 통해 출력한다.
광로변환유니트(150)는 센싱광섬유(137)와 접속되어 검사대상 미세관(10)의 내부 유로를 진입할 수 있게 형성되어 있다.
광로변환유니트(150)는 센싱광섬유(137)에서 출력되는 광의 경로를 미세관(10)의 진입방향에 수직한 수평방향으로 광로를 변환시켜 출력할 수 있도록 되어 있으며, 미세관(10)의 내벽(10a)으로부터 반사된 광을 센싱 광섬유(137)로 역전송할 수 있도록 되어 있다.
광로변환유니트(150)는 평행광 변환부(152), 모터(156), 프로브관(160), 제2반사체(163) 및 접촉롤러(165)를 구비한다.
평행광 변환부(152)는 센싱광섬유(137)의 타단을 수용하며 센싱광섬유(137)에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시켜 출사하도록 되어 있다.
평행광 변환부(152)는 센싱광섬유(137)에서 출사되는 광을 평행광으로 변환시키는 콜리메이팅 렌즈(154)와, 센싱광섬유(137)가 일측에 장착되며 내부 수용공간에 콜리메이팅 렌즈(154)가 장착되고 타단이 모터(156)의 본체(157)에 접속되는 접속중계부재(153)로 되어 있다.
접속중계부재(153)의 길이는 미세관(10)이 측정길이에 대응되게 적용할 수 있고, 후술되는 처리부(190)에 제어되어 단위 전진 스텝 만큼 이송할 수 있는 이송유니트(미도시)가 결합될 수 있다.
모터(156)는 본체(157)의 중앙에 형성된 관통공(157a)에 연통되는 중공(158a)을 갖는 회전축(158)을 본체(157)에 대해 회전시킬 수 있도록 되어 있다.
모터(156)는 센싱광섬유(137)에서 출사되는 광을 회전축(158)의 중공(158a)을 통해 입사받을 수 있게 접속중계부재(153)을 통해 센싱광섬유(137)와 접속되어 있다.
여기서, 모터(156)의 본체(157)에는 후술되는 처리부(190)에서 유선 또는 무선으로 송출되는 구동신호에 따라 회전축(158)을 회전구동시키는 구동요소가 탑재되어 있다.
또한, 회전축(158)은 모터(156)의 회전자에 해당하며 광이 진행될 수 있게 중공(158a)을 갖는 구조로 된 것이 적용되어 있다.
모터(156)는 10mm이하의 미세관(10)내로의 진입이 가능한 크기의 것을 적용하는 것이 바람직하다.
프로브관(160)은 회전축(158)에 일단이 결합되며 회전축(158)의 중공(158a)과 연통되는 연장홈(160a)이 길이방향을 따라 형성되어 있다.
프로브관(160)을 구분하면 회전축(158)과 결합되는 부분이 개방되어 회전축(158)으로부터 멀어지는 방향으로 연장홈(160a)이 형성된 몸체부분(161)과, 몸체부분(161)으로부터 연장길이가 길어지는 방향으로 연장되되 중앙이 가장자리보다 돌출된 호형곡률을 갖는 반구형상의 볼록부분(162)을 갖게 형성되어 있다.
제2반사체(163)는 프로브관(160)의 연장홈(160a) 내에 설치되어 회전축(158)의 중공(158a)을 통해 진행되는 광을 회전축(158)의 연장방향과 직교하는 수평방향으로 반사시키도록 되어 있다.
참조부호 160b는 제2반사체(163)에서 반사된 광의 미세관(10) 내벽으로 진행을 안내하도록 관통되게 형성된 윈도우로서, 이물질 유입을 차단하기 위해 판형 투명소재로 연장홈(160a)을 밀폐시키도록 형성될 수 있음은 물론이다.
접촉롤러(165)는 모터(156)의 본체(157) 외측에 장착되어 미세관(10)의 내벽(10a)과 접촉 회전될 수 있게 복수개가 설치되어 있다.
바람직하게는 접촉롤러(165)는 도 3에 도시된 바와 같이 회전축(158)이 미세관(10)의 중앙에 위치되게 원주방향을 따라 120도의 등간격으로 3개가 마련된다.
광검출기(170)는 미세관(10)의 내벽에서 반사되어 센싱광섬유(137)를 역으로 진행하는 센싱광과 제1반사체(136)에서 반사되어 기준광섬유(135)를 역으로 진행하는 기준광이 상호 합파되어 검출단(132d)에서 출력되는 간섭광을 검출하고, 검출된 광에 대응되는 전기적 신호를 출력한다.
믹서(175)는 주파수 발생기(110)에서 출력되는 주파수신호와 광검출기(170)에서 출력되는 신호를 믹싱하여 출력한다.
로우패스필터(180)는 믹서(175)에서 출력되는 신호에 대해 설정된 저주파대역의 신호가 통과되게 필터링 하여 출력한다.
바람직하게는 로우패스필터(180)는 주파수 발생기(110)에서 발생되는 주파수 보다 낮은 주파수의 신호가 통과되게 구축된다.
이 경우, 외부 노이즈에 의한 영향은 배제하며 미세관(10)의 내벽(10a)의 형상에 대응되는 신호를 추출할 수 있다.
처리부(190)는 로우패스필터(180)에서 출력되는 신호를 수집하고, 수집된 신호로부터 미세관(10) 내부의 형상정보를 산출한다.
처리부(190)는 모터(156)의 회전축(158)이 360도 회전되게 제어하면서 로우패스필터(180)를 통해 수신된 정보로부터 미세관(10)의 현재 전진스텝 상에서의 내벽의 수평방향에 대한 형상 데이터를 추출하고, 다시 이송유니트를 제어하여 다음 단위 전진 스텝만큼 모터(157)가 전진되게 한 후 앞서 설명된 수평방향에 대한 형상 테이터를 추출하는 과정을 수행한다.
여기서, 미세관(10)의 내벽(10a)에 인입된 홈 또는 돌기가 형성되어 있는 경우 센싱 광섬유(137)로 역으로 진행되는 광의 경로가 변동되고 그에 따라 변동되는 간섭광으로부터 처리부(190)는 미세관(10)의 내벽에 대한 형상 정보를 추출한다.
출력부(195)는 처리부(190)에 제어되어 산출된 미세관(10)의 형상정보를 출력한다.
출력부(195)는 미세관(10)이 형상정보를 이미지화 하여 표시하는 표시부 또는 산출된 형상정보를 외부 수신장치로 전송처리하는 통신부 등 적용 환경에 맞게 적절하게 구출될 수 있다.
이상에서 설명된 미세관 내부 형상 검출장치에 의하면, 광간섭계를 적용하여 소형화 할 수 있어 내경이 10mm이하인 미세관 내부의 형상을 용이하게 검출할 수 있는 장점을 제공한다.
110: 주파수 발생기 120: 레이저 광원
130: 광간섭계 150: 광로변환유니트
170: 광검출기 175: 믹서
180: 로우패스필터 190: 처리부
195: 출력부

Claims (5)

  1. 미세관의 내부에 진입되어 상기 미세관 내부의 형상을 검출할 수 있도록 된 미세관 형상 검출장치에 있어서,
    설정된 주파수 신호를 출력하는 주파수 발생기와;
    상기 주파수 발생기에서 출력되는 주파수 신호에 대응되게 광의 강도를 가변하면서 출력하는 레이저 광원과;
    상기 레이저 광원으로부터 입력단을 통해 입력되는 광을 제1출력단과 제2출력단을 통해 출력하고, 상기 제1출력단과 상기 제2출력단에서 역으로 입사되는 광을 검출단으로 출력하는 광커플러와;
    상기 제1출력단과 일단이 접속된 기준 광섬유와;
    상기 기준광섬유의 타단에서 출력되는 광을 상기 기준광섬유로 다시 입사되게 반사시키는 제1반사체와;
    상기 제2출력단과 일단이 접속된 센싱 광섬유와;
    검사대상 미세관의 내부 유로를 진입할 수 있게 형성되되 상기 센싱광섬유와 접속되어 상기 센싱광섬유에서 출력되는 광의 경로를 미세관의 진입방향에 수직한 수평방향으로 광로를 변환시켜 출력할 수 있도록 되어 있으며, 미세관의 내벽으로부터 반사된 광을 상기 센싱 광섬유로 역전송할 수 있도록 된 광로변환유니트와;
    상기 검출단에서 출력되는 광을 검출하는 광검출기와;
    상기 주파수 발생기에서 출력되는 주파수신호와 상기 광검출기에서 출력되는 신호를 믹싱하여 출력하는 믹서와;
    상기 믹서에서 출력되는 신호에 대해 설정된 저주파대역의 신호가 통과되게 필터링 하여 출력하는 로우패스필터와;
    상기 로우패스필터에서 출력되는 신호로부터 미세관 내부의 형상정보를 산출하는 처리부;를 구비하고,
    상기 광로변환유니트는
    본체에 형성된 관통공에 연통되는 중공을 갖는 회전축을 상기 본체에 대해 회전시키며 상기 센싱광섬유에서 출사되는 광을 상기 중공을 통해 입사받을 수 있게 상기 센싱광섬유와 접속된 모터와;
    상기 회전축에 일단이 결합되며 상기 회전축의 중공과 연통되는 연장홈이 길이방향을 따라 형성된 프로브관과;
    상기 프로브관 내에 설치되어 상기 회전축의 중공을 통해 진행되는 광을 상기 회전축의 연장방향과 직교하는 수평방향으로 반사시키는 제2반사체;를 구비하며,
    상기 모터의 본체에는 미세관의 내벽과 접촉 회전되되 상기 회전축이 상기 미세관의 중앙에 위치되게 원주방향을 따라 등간격으로 마련된 3개의 접촉롤러;를 구비하고,
    상기 프로브관의 타단은 중앙이 가장자리보다 돌출된 호형곡률을 갖는 반구형상의 볼록부분을 갖게 형성되어 있으며,
    상기 레이저광원과 상기 광커플러 사이에는 광의 진행은 허용하고 역진행은 차단하는 아이솔레이터가 마련된 것을 특징으로 하는 미세관 내부 형상 검출장치.
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