KR102267225B1 - System for Measuring 3-dimension Shape of Underground Pipelines Having Self-positioning Function - Google Patents

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KR102267225B1
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Abstract

The present invention relates to a system for measuring a three-dimensional shape of an underground pipeline having a self-positioning function (an apparatus for measuring an underground pipeline), comprising: a measuring assembly in which a pair of sensor modules are serially connected through a connection module, and in which each sensor module respectively has a position measuring sensor; a collection unit which collects measurement data from the position measuring sensor of each sensor module; and a calculation unit which identifies the position of each sensor module by using the collected measurement data, and calculates the three-dimensional shape of the underground pipeline based on the positions of the serially connected sensor modules. The sensor modules include: a hollow shaft extended in one direction, in which a position measuring sensor is installed on the outer circumferential surface; a case accommodating the hollow shaft so that the hollow shaft can relatively rotate in an axial direction; and a weight installed on the outer circumferential surface of the hollow shaft. The present invention aims to provide a system for measuring a three-dimensional shape of an underground pipeline having a self-positioning function, which is able to allow the underground pipeline to be precisely measured.

Description

자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템{System for Measuring 3-dimension Shape of Underground Pipelines Having Self-positioning Function}A three-dimensional underground pipeline surveying system capable of automatic posture maintenance {System for Measuring 3-dimension Shape of Underground Pipelines Having Self-positioning Function}

본 발명은 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연결 모듈을 통해 연결되는 한 쌍의 센서 모듈이 직렬로 조립된 측량 조립체를 관로에 삽입하여 지중관로의 3차원 매설 형태를 탐지하되, 각 센서 모듈에 측정 센서를 장착하고 각 센서 모듈에서 측정되는 회전 방향을 이용하여 지중관로의 3차원 형태를 탐지하는, 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional underground pipeline surveying system (underground pipeline surveying device) capable of automatic posture maintenance, and more particularly, a pair of sensor modules connected through a connection module, in which a survey assembly assembled in series is inserted into a pipeline 3D underground pipe with automatic posture maintenance that detects the 3D burial shape of the underground pipe by installing a measuring sensor on each sensor module and detects the 3D shape of the underground pipe using the rotation direction measured by each sensor module It relates to a pipeline surveying system (underground pipeline surveying device).

일반적으로, 토지의 효율적 이용을 위하여 가스관, 상하수도관, 전력선이나 통신선을 가설하기 위한 배관 등 다양한 목적의 관로가 지하에 매설되고 있다.In general, for the efficient use of land, pipelines for various purposes such as gas pipes, water and sewage pipes, and pipes for laying power lines or communication lines are buried underground.

예를 들면, 지하에 전선을 가설하기 위해서는 먼저 관로를 매설한 후 필요한 때 이곳에 전력선들을 삽입한다.For example, in order to lay the electric wire underground, first, the pipeline is buried, and then the electric power lines are inserted there when necessary.

이와 같이 지중 관로에 전선 등을 삽입하고자 할 때는 먼저 지중 관로의 상황을 파악해 보아야 한다.In this way, when you want to insert an electric wire, etc. into an underground pipeline, you must first understand the situation of the underground pipeline.

종래에는 관로의 도통 유무만을 검사하여 불량지점을 파악한 후 해당 부분을 재공사 하고 있다. 그러나, 이처럼 관로의 도통 유무만을 파악하는 것은 체계적인 관로의 관리 및 전 국토의 관로 지중화를 위한 정보망을 구축하는데 많은 한계를 지니고 있다.Conventionally, only the continuity of the pipeline is inspected to identify the defective point, and then the corresponding part is reconstructed. However, as such, identifying only the continuity of pipelines has many limitations in establishing an information network for systematic pipeline management and underground pipelines across the country.

즉, 종래의 지중관로 탐지 방법은 관로가 막히지 않고 제대로 도통되어 있는지 아닌지만 검사하도록 되어 있기 때문에, 관로의 정확한 상태를 파악할 수가 없었다. 따라서, 관로가 어느 방향으로 굽어 있다던지 혹은 어느 부분이 어느 위치에서 어떻게 변형되었다는 등의 정확한 변형 위치를 파악할 수가 없어 재공사를 할 때도 상대적으로 어려움이 많았던 것이다. 또한, 지하에 설치된 여러 가지의 관로에 대한 입체적인 설치위치가 파악되어 있지 않기 때문에 각각의 관로에 대한 공사를 할 때나 여러 가지 도로 작업을 할 때도 어려움이 있었다.That is, since the conventional underground pipeline detection method only checks whether or not the pipeline is properly conducted without being blocked, it is not possible to determine the exact state of the pipeline. Therefore, it is relatively difficult to reconstruct because it is not possible to determine the exact location of the deformation, such as in which direction the pipe is bent or how and where the part is deformed. In addition, since the three-dimensional installation positions of the various pipelines installed underground were not identified, it was difficult to construct each pipeline or to work on various roads.

상기와 같은 문제점을 해결하고자, 카메라 등을 이용하여 지중 관로의 매설 상황을 파악하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 1].In order to solve the above problems, a technique for grasping the state of burial of an underground pipeline using a camera or the like has been proposed [Patent Document 1].

상기 선행기술은 디지털 도통봉을 지중 관로에 삽입하고, 도통봉에 연결된 카메라, 거리측정부, 및, 상태측정부를 통해 지중 관로의 상태 및 매설 형태를 측정한다. 특히, 거리측정부를 통해 관로 입구에서부터의 거리를 측정하여 매설 형태를 측정한다.The prior art inserts a digital conduction rod into an underground pipeline, and measures the state and burial form of the underground pipeline through a camera connected to the conduction rod, a distance measurement unit, and a state measurement unit. In particular, by measuring the distance from the entrance of the pipeline through the distance measuring unit, the burial shape is measured.

또한, 카메라, 거리측정센서 등을 구비한 배관검사로봇을 이용하여 배관 내부를 탐지하는 기술이 제시되고 있다[특허문헌 2].In addition, a technique for detecting the inside of a pipe using a pipe inspection robot equipped with a camera, a distance measuring sensor, etc. has been proposed [Patent Document 2].

상기 선행기술은 배관검사로봇이 카메라와 여러 방향으로 거리를 측정하는 거리측정센서를 구비하여, 배관의 내부를 주행하면서 배관의 내부를 촬영하고 내경을 측정한다. 이때, 배관에 대한 모듈바디의 자세를 측정하여 오차 등을 보정한다.In the prior art, the pipe inspection robot is provided with a camera and a distance measuring sensor for measuring the distance in various directions, and while driving the inside of the pipe, the inside of the pipe is photographed and the inner diameter is measured. At this time, the posture of the module body with respect to the pipe is measured and errors are corrected.

그러나, 상기 선행기술들은 단지 지중 관로의 길이와 내부 형태만을 측정하는 기술이다. 따라서 지중 관로가 직선 형태가 아니라 곡선 형태로 매설되는 경우, 어떤 곡선 형태로 형성되어 있는지를 전혀 측량할 수 없다.However, the prior technologies are techniques for measuring only the length and internal shape of the underground pipeline. Therefore, if the underground pipeline is buried in a curved shape instead of a straight one, it is impossible to measure at all what kind of curved shape it is formed in.

또한, 상기 선행기술들은 배관검사 로봇 등 주로 측정기기가 배관 내부에서 이동하면서 측정하기 때문에, 센서 측정 오류에 이동시 측량 오류가 더해져서 상당한 오차가 발생한다. 또한, 이동함에 따라 이러한 오차들이 누적되므로, 배관의 길이가 길어질수록 더 큰 오차가 발생된다.In addition, in the prior art, since a measuring device, such as a pipe inspection robot, mainly measures while moving inside the pipe, a measurement error is added to the sensor measurement error during movement, resulting in a significant error. In addition, since these errors are accumulated as they move, a larger error is generated as the length of the pipe increases.

따라서 지중 관로의 입체적인 매설 형태를 측량할 수 있고, 배관 길이에 상관없이 오차의 크기를 허용범위 내로 제한하여 측량할 수 있는 기술이 필요하다.Therefore, there is a need for a technique that can measure the three-dimensional buried form of an underground pipeline and can measure the error by limiting the size of the error within the allowable range regardless of the length of the pipe.

이를 위해, 최근 측정 센서가 설치된 센서 모듈을 관로 내에 설치하고 와이어를 이용하여 이동시키면서 지중관로의 3차원 매설 형태를 측정하는 기술이 개시되어 있다.To this end, a technology for measuring a three-dimensional buried shape of an underground pipe while installing a sensor module in which a measurement sensor is installed in a pipe and moving it using a wire is recently disclosed.

이 경우, 상기 측정 센서로는 가속도 센서, 자이로 센서, 지자기 센서 등의 MEMS 센서 등이 통상 채택된다.In this case, a MEMS sensor such as an acceleration sensor, a gyro sensor, or a geomagnetic sensor is generally employed as the measurement sensor.

그러나 종래에는, 상기 센서 모듈이 이동하는 동안 관로 내에 빈번한 접촉 및 마찰이 발생하는 관계로 상호 비틀림이 발생하고, 이로 인한 측정 오차가 발생하는 단점이 있었다.However, in the related art, there is a disadvantage in that mutual torsion occurs due to frequent contact and friction in the conduit while the sensor module moves, resulting in a measurement error.

또한, 이를 보정하기 위해, 별도의 소프트웨어를 이용하기도 하나, 이를 위한 장비가 고가여서 채택하기 곤란할 뿐만 아니라, 보정한다 하여도 여전히 그 오차가 허용치를 넘는 경우가 빈번하게 발생하는 문제점도 있었다.In addition, in order to correct this, separate software is sometimes used, but the equipment for this is expensive and difficult to adopt, and even if it is corrected, there is a problem that the error frequently exceeds the allowable value.

더욱이, MEMS 센서 자체의 오차도 무시할 수 없으며 각각에 대하여 개략적으로 설명하면 이하와 같다.Moreover, the error of the MEMS sensor itself cannot be neglected, and each is briefly described as follows.

먼저, 가속도 센서의 경우, 3개 축에 대한 가속도 값을 측정하여 자세(각도)를 측정하기 위한 것으로서 장기적으로는 정확한 감지값을 주나 단기적으로는 대체로 측정값이 부정확한 단점이 있다. 또한, 센서 모듈의 요잉(yawing) 작동시 정전용량의 변화가 발생하지 않아 가속도를 측정할 수 없으므로 yaw 회전 오차가 발생하기도 한다.First, in the case of the acceleration sensor, it is for measuring the posture (angle) by measuring the acceleration values for three axes. In the long term, it gives an accurate sensing value, but in the short term, the measured value is generally inaccurate. In addition, when the sensor module is yawed, a change in capacitance does not occur, so acceleration cannot be measured, so a yaw rotation error may occur.

이와 같이, 가속도 센서가 가지고 있는 요잉시 측정오차를 보정하기 위해 지자기 센서를 이용하기도 하나, 지자기 센서의 경우 외부에 금속이나 전자기장이 존재할 경우 정확한 값을 얻을 수 없다는 단점이 있다.As described above, although a geomagnetic sensor is used to correct a measurement error during yaw of the acceleration sensor, the geomagnetic sensor has a disadvantage in that an accurate value cannot be obtained when a metal or an electromagnetic field exists outside.

또한, 자이로 센서의 경우 3개 축에 대한 각속도값을 측정하여 자세를 측정하게 되나, 각도를 구하기 위해 각속도를 적분하는 과정에서 드리프트(drift) 오차가 발생할 수 있고 온도의 영향도 많이 받게 되는 관계로 단기적으로는 측정값이 정확하지만 장기적으로는 부정확한 단점이 있다.In addition, in the case of the gyro sensor, the posture is measured by measuring the angular velocity values for three axes. However, in the process of integrating the angular velocity to obtain the angle, a drift error may occur and it is also greatly affected by temperature. In the short term, the measurement value is accurate, but in the long term, it has the disadvantage of being inaccurate.

가속도 센서와 자이로 센서의 상호 보완적인 관계를 이용하여 "상보 필터"라는 소프트웨어적인 알고리즘을 사용하여 정확도를 올리기도 하지만 주변 상황에 따라 오차가 크게 줄어들지 않는 단점이 있다.Using the complementary relationship between the accelerometer and the gyro sensor, a software algorithm called “complementary filter” is used to increase the accuracy, but the error is not significantly reduced depending on the surrounding conditions.

이와 같이, MEMS 구조의 자이로센서와 가속도 센서는 자체적인 오차를 가지게 되므로, 일반적으로 소프트웨어적인 정확도 향상 알고리즘을 추가로 사용하게 되나, 이는 추정 알고리즘을 사용하는 것으로서 정확도에 한계를 가지고 있게 된다.As such, since the gyro sensor and the accelerometer of the MEMS structure have their own errors, in general, a software-based accuracy improvement algorithm is additionally used, but as an estimation algorithm is used, the accuracy is limited.

이와 같이, 종래에는 측정 센서의 동적 거동 및 충격에 의한 오차 및, 측정 센서의 자체적인 오차에 의해 3차원 지중관로의 측량시 오차가 누적되어 정확한 측량이 곤란해진다는 단점이 있었다.As described above, in the prior art, errors due to the dynamic behavior and impact of the measurement sensor and errors in the measurement of the 3D underground pipeline are accumulated due to the error of the measurement sensor itself, making accurate measurement difficult.

한국등록특허공보 제10-0814642호(2008.03.20.공고)Korean Patent Publication No. 10-0814642 (2008.03.20. Announcement) 한국등록특허공보 제10-1748095호(2017.06.14.공고)Korean Patent Publication No. 10-1748095 (2017.06.14. Announcement)

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연결 모듈을 통해 연결되는 한 쌍의 센서 모듈이 직렬로 조립된 측량 조립체를 형성하되 센서 모듈에 장착된 센서 모듈의 측정 오차를 최소화하여 정확한 지중관로의 측량을 가능하게 하는 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)을 제공하는데 있다.The present invention has been devised to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to form a survey assembly in which a pair of sensor modules connected through a connection module are assembled in series, but a sensor module mounted on the sensor module It is to provide a three-dimensional underground pipeline surveying system (underground pipeline surveying device) capable of automatic posture maintenance that enables accurate underground pipeline surveying by minimizing the measurement error of

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)은,In order to achieve the above object, a three-dimensional underground pipe survey system (underground pipe survey device) capable of automatic posture maintenance according to the present invention,

연결 모듈을 통해 한 쌍의 센서 모듈이 직렬로 연결되며, 각 센서 모듈은 각각 자세 측정 센서를 구비하는 측량 조립체;A pair of sensor modules are connected in series through the connection module, each sensor module comprising: a surveying assembly each having an attitude measuring sensor;

각 센서 모듈의 자세 측정 센서로부터 측정된 측량 데이터를 수집하는 수집부; 및,a collection unit for collecting measurement data measured from the posture measurement sensor of each sensor module; and;

수집된 측량 데이터를 이용하여 각 센서 모듈의 위치를 파악하고, 직렬로 연결된 센서 모듈의 위치들을 지중 관로의 3차원 형태로 산출하는 연산부;an operation unit for determining the position of each sensor module by using the collected survey data and calculating the positions of the sensor modules connected in series in a three-dimensional form of an underground pipeline;

를 포함하되,including,

상기 센서 모듈은,The sensor module is

일방향을 따라 연장 형성되며 외주면에 자세 측정 센서가 설치되는 중공축;a hollow shaft extending along one direction and having a posture measuring sensor installed on an outer circumferential surface;

상기 중공축의 축방향 상대 회전이 가능하도록 상기 중공축을 수용하는 케이스;a case for accommodating the hollow shaft to enable relative rotation of the hollow shaft in the axial direction;

상기 중공축의 외주면에 설치되는 무게추;a weight installed on the outer circumferential surface of the hollow shaft;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a.

상기 자세 측정 센서는 상기 중공축의 중심에 대하여 상기 무게추의 무게 중심과 반대쪽에 배치되는 것을 특징으로 한다.The posture measuring sensor is characterized in that it is disposed opposite to the center of gravity of the weight with respect to the center of the hollow shaft.

상기 연결 모듈은 각도 센서가 내장되는 유니버설 조인트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The connection module is characterized in that it consists of a universal joint in which the angle sensor is embedded.

상기 연결 모듈은,The connection module is

일측의 센서 모듈의 일단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지는 제1 프레임;a first frame connected to one end of the sensor module on one side and formed in a “C” shape;

타측의 센서 모듈의 타단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지되 중공축 방향으로 상기 제1 프레임의 "ㄷ"자 형태에 대하여 90도 회전된 방향으로 배치되는 제2 프레임;a second frame connected to the other end of the sensor module on the other side and formed in a "C" shape and disposed in a direction rotated by 90 degrees with respect to the "C" shape of the first frame in the hollow shaft direction;

상기 제1 프레임과 제2 프레임의 안쪽에 배치되어 제1 프레임의 마주보는 양쪽 제1 플랜지 및 제2 프레임의 마주보는 양쪽 제2 플랜지와 연결축에 의해 상대 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임; 및,a connection frame disposed inside the first frame and the second frame and rotatably connected to both first flanges facing each other of the first frame and second flanges facing both sides of the second frame by a connecting shaft; and;

상기 연결축에 각각 설치되는 각도 센서;angle sensors respectively installed on the connecting shafts;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it includes.

상기 연결 프레임은 중공 사각 형태로 이루어지며, 상기 각도 센서는 상기 중공 사각의 내측면에 설치되는 것을 특징으로 한다.The connection frame is made in the form of a hollow square, and the angle sensor is characterized in that it is installed on the inner surface of the hollow square.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 측량 조립체를 구성하는 센서 모듈이, 일방향을 따라 연장 형성되며 외주면에 자세 측정 센서가 설치되는 중공축, 상기 중공축의 축방향 상대 회전이 가능하도록 상기 중공축을 수용하는 케이스, 상기 중공축의 외주면에 설치되는 무게추를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하므로, 견인시 관로 내면과의 마찰 등 센서 모듈의 비틀림으로 인한 자세 측정 센서의 측정 오차를 방지할 수 있다는 이점이 있다.According to the present invention of the configuration as described above, the sensor module constituting the surveying assembly is formed to extend along one direction, the hollow shaft in which the posture measurement sensor is installed on the outer circumferential surface, the hollow shaft to enable relative rotation of the hollow shaft in the axial direction Since it is characterized in that it comprises a case for accommodating and a weight installed on the outer circumferential surface of the hollow shaft, it is possible to prevent measurement errors of the posture measurement sensor due to the torsion of the sensor module, such as friction with the inner surface of the conduit during traction. have.

또한 본 발명에 따르면, 연결 모듈은 각도 센서가 내장 설치되는 유니버설 조인트로 이루어지는 것을 특징으로 하므로, 직접 요잉 및 피칭 각도를 실시간으로 측정하여 보정하게 되므로 계산에 의한 오차를 최소화할 수 있다.In addition, according to the present invention, since the connection module is characterized in that it consists of a universal joint in which an angle sensor is built-in, it is possible to directly measure and correct the yaw and pitching angles in real time, thereby minimizing errors due to calculation.

특히 본 발명에 따르면, 상기 연결 모듈은, 일측의 센서 모듈의 일단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지는 제1 프레임, 타측의 센서 모듈의 타단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지되 중공축 방향으로 상기 제1 프레임의 "ㄷ"자 형태에 대하여 90도 회전된 방향으로 배치되는 제2 프레임, 상기 제1 프레임과 제2 프레임의 안쪽에 배치되어 제1 프레임의 마주보는 양쪽 제1 플랜지 및 제2 프레임의 마주보는 양쪽 제2 플랜지와 연결축에 의해 상대 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임 및, 상기 연결축에 각각 설치되는 각도 센서를 포함하고 제1 프레임과 제2 프레임에 의해 이루어진 내측 공간에 각도 센서가 설치되므로, 각도 센서가 연결 모듈의 외측으로 돌출되는 경우가 없고 제1 프레임과 제2 프레임 사이의 상대 회전이 원활하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.In particular, according to the present invention, the connection module is a first frame connected to one end of the sensor module on one side and formed in a "C" shape, and the other end of the sensor module on the other side is connected to the other end of the sensor module on the other side and is formed in a "C" shape. a second frame disposed in a direction rotated by 90 degrees with respect to the "C" shape of the first frame in the direction, the first frame and the second frame disposed inside the first frame and opposite first flanges of the first frame; It includes a connection frame that is relatively rotatably connected to both second flanges of the second frame and a connection shaft by a connection shaft, and an angle sensor installed on the connection shaft, respectively, in the inner space formed by the first frame and the second frame. Since the angle sensor is installed, there is no case where the angle sensor protrudes to the outside of the connection module, and there is an advantage that the relative rotation between the first frame and the second frame can be smoothly performed.

도 1은 본 발명에 따른 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)에서 측량 조립체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)에서 측량 조립체를 나타내는 일부 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)에서 측량 조립체를 구성하는 연결 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 분해 사시도이다.1 is a configuration diagram showing a three-dimensional underground pipe survey system (underground pipe survey device) capable of automatic posture maintenance according to the present invention.
2 is a perspective view showing a surveying assembly in a three-dimensional underground pipe surveying system (underground pipe surveying device) capable of automatic posture maintenance according to the present invention.
3 is a partially exploded perspective view showing a surveying assembly in a three-dimensional underground pipe survey system (underground pipe survey device) capable of automatic posture maintenance according to the present invention.
4 is a perspective view showing a connection module constituting a survey assembly in a three-dimensional underground pipe survey system (underground pipe survey device) capable of automatic posture maintenance according to the present invention.
5 is an exploded perspective view of FIG. 4 ;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)(1000)은, 연결 모듈(800)을 통해 한 쌍의 센서 모듈(100)이 직렬로 연결되며, 각 센서 모듈(100)은 각각 자세 측정 센서(180)를 구비하는 측량 조립체(300), 각 센서 모듈(100)의 자세 측정 센서(180)로부터 측정된 측량 데이터를 수집하는 수집부(400) 및, 수집된 측량 데이터를 이용하여 각 센서 모듈(100)의 위치를 파악하고, 직렬로 연결된 센서 모듈(100)의 위치들을 지중 관로(10)의 3차원 형태로 산출하는 연산부(500)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1 , the three-dimensional underground pipe survey system (underground pipe survey device) 1000 capable of automatic posture maintenance according to the present invention is a pair of sensor modules 100 through a connection module 800. It is connected in series, and each sensor module 100 collects measurement data measured from the measurement assembly 300 each having the attitude measurement sensor 180 , and the attitude measurement sensor 180 of each sensor module 100 . The unit 400 and the calculation unit for determining the position of each sensor module 100 using the collected survey data, and calculating the positions of the sensor modules 100 connected in series in a three-dimensional form of the underground pipeline 10 ( 500) is included.

상기 자세 측정 센서(180)는 가속도 센서, 자이로 센서 또는 지자기 센서 등으로 이루어질 수 있다.The posture measuring sensor 180 may be formed of an acceleration sensor, a gyro sensor, or a geomagnetic sensor.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 센서 모듈(100)은, 일방향을 따라 연장 형성되며 외주면에 자세 측정 센서(180)가 설치되는 중공축(110), 상기 중공축(110)의 축방향 상대 회전이 가능하도록 상기 중공축(110)을 수용하는 케이스(120), 상기 중공축(110)의 외주면에 설치되는 무게추(130)를 포함하여 구성된다.2 and 3 , the sensor module 100 is formed to extend along one direction and has a hollow shaft 110 in which a posture measuring sensor 180 is installed on an outer circumferential surface, the shaft of the hollow shaft 110 . It is configured to include a case 120 for accommodating the hollow shaft 110 and a weight 130 installed on the outer circumferential surface of the hollow shaft 110 to enable relative rotation in the direction.

즉, 상기 중공축(110)은 케이스(120)와는 독립적으로 회전하게 되며, 외주면에 무게추(130)가 설치되어 있어 항상 무게추(130)가 하단에 오도록 중공축(110)이 롤링 회전하는 경향을 보이게 된다.That is, the hollow shaft 110 rotates independently of the case 120, and since the weight 130 is installed on the outer circumferential surface, the hollow shaft 110 is always rolled so that the weight 130 is at the bottom. show a trend

특히, 상기 자세 측정 센서(180)가 상기 중공축(110)의 중심에 대하여 상기 무게추(130)의 무게 중심과 반대쪽에 배치되도록 하면, 상기 중공축(110)에 설치된 자세 측정 센서(180)는 항상 중공축(110)의 상단에 배치되게 되어, 측량 조립체(300)의 견인시 관로와의 마찰 등 접촉으로 센서 모듈(100)의 비틀림에 인한 오차 발생을 방지할 수 있으며 연산량을 줄이고 선형성을 높여서 측정 정확도를 높일 수 있다.In particular, when the posture measuring sensor 180 is disposed on the opposite side to the center of gravity of the weight 130 with respect to the center of the hollow shaft 110 , the posture measuring sensor 180 installed on the hollow shaft 110 ) is always disposed on the upper end of the hollow shaft 110, it is possible to prevent the occurrence of errors due to the torsion of the sensor module 100 due to contact such as friction with the pipeline when the surveying assembly 300 is pulled, and reduce the amount of calculation and improve linearity. This can increase the measurement accuracy.

본래, 자이로 센서의 경우 급격한 롤방향 회전은 실제 회전값보다 많거나 적은 측정값이 나올 수 있다.Essentially, in the case of the gyro sensor, abrupt rotation in the roll direction may result in more or less measured values than the actual rotation value.

정밀한 위치 및 자세값을 필요로하는 시스템에서의 이러한 오차는 회로와 소프트웨어적으로 보정이 가능하지만, 이러한 보정은 추정(dead reckoning)에 기반하며, 정밀한 자세값을 요구하는 시스템에서 미흡한 정확도를 가지게 된다.Such errors in systems that require precise position and posture values can be corrected by circuit and software, but this correction is based on dead reckoning and has insufficient accuracy in systems that require precise posture values. .

또한, 이러한 방법 중 소프트웨어적인 방법은 CPU 또는 MCU에 연산량을 증가시켜 회로 비용과 복잡성이 증가하여 측정 시스템의 선형성 및 소형화에 한계가 발생될 수 있다.In addition, among these methods, the software method increases the amount of computation in the CPU or MCU, thereby increasing circuit cost and complexity, thereby limiting linearity and miniaturization of the measurement system.

이에 따라, 탐상되는 지하 관로가 수평으로 다수회 휘어지는 경우 측정 각도 등에서 오차가 발생하고 누적될 수 있다.Accordingly, when the underground pipeline to be flaw-detected is bent horizontally multiple times, an error may occur in the measurement angle, etc. and may be accumulated.

반면, 본 발명의 장치에서는 무게추(130)에 의해 자세 측정 센서(180)가 항상 중공축(110) 상단에서 수평을 유지하도록 할 수 있으므로 정확도가 유지되는 장점이 있다.On the other hand, in the device of the present invention, since the posture measuring sensor 180 can always be kept horizontal at the top of the hollow shaft 110 by the weight 130 , there is an advantage in that the accuracy is maintained.

구체적으로, 상기 케이스(120)의 길이방향 양단부에는 상기 중공축(110)과의 사이에 베어링(121)이 각각 설치되도록 하여 상기 중공축(110)이 케이스(120)에 대하여 자유롭게 축방향 회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.Specifically, at both ends of the case 120 in the longitudinal direction, bearings 121 are respectively installed between the hollow shaft 110 and the hollow shaft 110 so that the hollow shaft 110 can freely rotate in the axial direction with respect to the case 120 . It is desirable to allow

또한, 상기 케이스(120)는 내부 수용공간(125)을 가지는 원통형으로 이루어지며, 상기 중공축(110)은 중공 원통형으로 이루어져 있어 견인줄(900)이 삽입되는 것이 바람직하다.In addition, the case 120 is made of a cylindrical shape having an internal accommodating space 125, the hollow shaft 110 is made of a hollow cylindrical shape, it is preferable that the traction line 900 is inserted.

이에 따라, 상기 케이스(120)가 관로(10) 내에서 원활하게 이동하는 것이 가능하게 되고, 중공축(110)의 충격적인 롤링 회전을 방지할 수 있게 된다.Accordingly, it is possible to smoothly move the case 120 in the conduit 10 , and it is possible to prevent the shock rolling rotation of the hollow shaft 110 .

또한, 상기 측량 조립체(300)의 견인시 견인줄(900)에 의해 중공축(110)에 하중이 작용하는 것을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent a load from acting on the hollow shaft 110 by the traction line 900 when the measurement assembly 300 is towed.

상기 견인줄(900)은 상기 한 쌍의 센서 모듈(100)의 중공축(110)을 지나 케이스(120)를 관통하되 연결 모듈(800)의 내부를 지나 연속적으로 연장될 수도 있고, 각각의 중공축(100)에 별도로 삽입될 수도 있다.The traction line 900 passes through the hollow shaft 110 of the pair of sensor modules 100 and passes through the case 120, but may extend continuously past the inside of the connection module 800, and each hollow shaft (100) may be separately inserted.

한편, 상기 연결 모듈(800)은 각도 센서(700)가 설치되는 유니버설 조인트로 이루어지는 것이 바람직하다.On the other hand, the connection module 800 is preferably made of a universal joint in which the angle sensor 700 is installed.

이 경우, 상기 유니버설 조인트는 상기 케이스(120)에 고정되며, 상기 중공축(110)은 상기 유니버설 조인트와도 상대 회전이 이루어지게 된다.In this case, the universal joint is fixed to the case 120 , and the hollow shaft 110 is also rotated relative to the universal joint.

구체적으로, 상기 연결 모듈(800)은, 일측의 센서 모듈(100)의 일단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지는 제1 프레임(810), 타측의 센서 모듈(100')의 타단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지되 중공축(100) 방향으로 상기 제1 프레임(810)의 "ㄷ"자 형태에 대하여 90도 회전된 방향으로 배치되는 제2 프레임(820) 및, 상기 제1 프레임(810)과 제2 프레임(820)의 안쪽에 배치되어 제1 프레임(810)의 마주보는 양쪽 제1 플랜지(811) 및 제2 프레임(820)의 마주보는 양쪽 제2 플랜지(821)와 연결축(840)에 의해 상대 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임(830)을 포함할 수 있다.Specifically, the connection module 800 is connected to one end of the sensor module 100 on one side and is connected to the first frame 810 in the shape of a “C” and the other end of the sensor module 100 ′ on the other side. A second frame 820 formed in a "C" shape and disposed in a direction rotated 90 degrees with respect to the "C" shape of the first frame 810 in the hollow shaft 100 direction, and the first frame It is disposed on the inside of the 810 and the second frame 820 and is connected to both first flanges 811 of the first frame 810 and opposite second flanges 821 of the second frame 820 . It may include a connection frame 830 that is relatively rotatably connected by the shaft 840 .

상기 연결 프레임(830)은 중공 사각 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 각도 센서(700)는 상기 연결 프레임(830)의 중공 사각 형상의 내면에 각각 설치되어 총 4개가 설치될 수 있다.The connection frame 830 may have a hollow rectangular shape, and the angle sensor 700 may be respectively installed on the inner surface of the connection frame 830 of the hollow rectangular shape, and a total of four may be installed.

이와 같이, 상기 제1 프레임(810)과 제2 프레임(820)에 의해 이루어진 내측 공간에 각도 센서(700)가 콤팩하게 설치되므로, 각도 센서(700)가 연결 모듈(800)로부터 돌출되는 경우가 없으며 제1 프레임(810)과 제2 프레임(820) 사이의 상대 회전도 원활하게 이루어질 수 있다.As described above, since the angle sensor 700 is compactly installed in the inner space formed by the first frame 810 and the second frame 820 , there is a case where the angle sensor 700 protrudes from the connection module 800 . Also, relative rotation between the first frame 810 and the second frame 820 may be smoothly performed.

상기 각도 센서(700)는 포텐쇼미터(로터리 엔코더)로 구성될 수 있으며, 직접 요잉 및 피칭 각도를 실시간으로 측정하게 되므로 계산(알고리즘)에 의한 오차를 최소화할 수 있다.The angle sensor 700 may be configured as a potentiometer (rotary encoder), and since it directly measures the yaw and pitch angles in real time, an error due to calculation (algorithm) can be minimized.

즉, 상기 연결 모듈(800)은 각도 센서(700)를 이용하여 이웃하는 센서 모듈(100)간의 회전각을 측정한 후 자세 측정 센서(180)로 측정한 값을 보정할 수 있다.That is, the connection module 800 may measure the rotation angle between the neighboring sensor modules 100 using the angle sensor 700 , and then correct the value measured by the posture measurement sensor 180 .

포텐쇼미터에서 측정되는 값을 각도값으로 환산하여 자세값으로 변환하여 사용하였기 때문에 추정값이 아닌 실제값으로 볼 수 있으며 한층 정확한 자세 측정이 가능하게 된다.Since the value measured by the potentiometer is converted into an angle value and converted into an attitude value, it can be viewed as an actual value rather than an estimated value, and more accurate attitude measurement is possible.

또한, 상기 견인줄(900)이 연결 모듈(800)의 내부를 지나 연속적으로 연장되는 경우 4개의 각도 센서(700)의 마주보는 내부 공간을 간섭없이 통과할 수 있어 견인줄(900)의 설치 작업이 용이하게 된다는 이점이 있다.In addition, when the traction line 900 is continuously extended past the inside of the connection module 800, it can pass through the inner space facing the four angle sensors 700 without interference, so that the installation work of the traction line 900 is easy There are advantages to doing it.

이 경우, 물론 상기 중공축(110)과 연결 모듈(800)의 제1 프레임(810)과 제2 프레임(820)에는 상기 견인줄(900)이 통과하는 관통공이 형성될 필요가 있다.In this case, of course, the hollow shaft 110 and the first frame 810 and the second frame 820 of the connection module 800 need to be formed with a through hole through which the traction line 900 passes.

한편, 측량 조립체(300)의 이동거리 측정은 센서 모듈(100) 내에 설치된 가속도 센서 등을 이용하거나, 상기 측량 조립체(300)와 와이어 풀링장치(600) 사이에 연결된 견인줄(900)의 이동 거리를 측정할 수 있다.On the other hand, measurement of the movement distance of the measurement assembly 300 is performed using an acceleration sensor installed in the sensor module 100, or the movement distance of the traction line 900 connected between the measurement assembly 300 and the wire pulling device 600. can be measured

본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The embodiments of the present invention are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible within the scope of the following claims.

10... 지중관로
100... 센서 모듈
110... 중공축
120... 케이스
121... 베어링
125... 내부 수용공간
130... 무게추
180... 자세 측정 센서
300... 측량 조립체
400... 수집부
500... 연산부
600... 와이어 풀링 장치
830... 연결 프레임
810... 제1 프레임
811.... 제1 플랜지
820... 제2 프레임
821... 제2 플랜지
830... 연결 프레임
900... 견인줄
1000... 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템 (지중관로 측량장치)10... underground pipeline
100... sensor module
110... hollow shaft
120... case
121... bearing
125... internal storage space
130... weights
180... Posture sensor
300... Survey assembly
400... Collector
500... arithmetic part
600... wire pulling device
830... connecting frame
810... first frame
811.... First Flange
820... 2nd frame
821... second flange
830... connecting frame
900... tow line
1000... 3D underground pipe surveying system with automatic posture maintenance (underground pipe surveying device)

Claims (5)

자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템에 있어서,
연결 모듈을 통해 한 쌍의 센서 모듈이 직렬로 연결되며, 각 센서 모듈은 각각 자세 측정 센서를 구비하는 측량 조립체;
각 센서 모듈의 자세 측정 센서로부터 측정된 측량 데이터를 수집하는 수집부; 및,
수집된 측량 데이터를 이용하여 각 센서 모듈의 위치를 파악하고, 직렬로 연결된 센서 모듈의 위치들을 지중 관로의 3차원 형태로 산출하는 연산부;
를 포함하되,
상기 센서 모듈은,
일방향을 따라 연장 형성되며 외주면에 자세 측정 센서가 설치되는 중공축;
상기 중공축의 축방향 상대 회전이 가능하도록 상기 중공축을 수용하는 케이스;
상기 중공축의 외주면에 설치되는 무게추;
를 포함하여 구성되며,
상기 연결 모듈은 각도 센서가 내장되는 유니버설 조인트로 이루어지되,
상기 연결 모듈은,
일측의 센서 모듈의 일단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지는 제1 프레임;
타측의 센서 모듈의 타단에 연결되며 "ㄷ"자 형태로 이루어지되 중공축 방향으로 상기 제1 프레임의 "ㄷ"자 형태에 대하여 90도 회전된 방향으로 배치되는 제2 프레임;
상기 제1 프레임과 제2 프레임의 안쪽에 배치되어 제1 프레임의 마주보는 양쪽 제1 플랜지 및 제2 프레임의 마주보는 양쪽 제2 플랜지와 연결축에 의해 상대 회전 가능하게 연결되는 연결 프레임; 및,
상기 연결축에 각각 설치되는 각도 센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템.
In the three-dimensional underground pipeline surveying system capable of automatic posture maintenance,
a pair of sensor modules are connected in series through the connection module, each sensor module comprising: a survey assembly each having an attitude measuring sensor;
a collection unit for collecting measurement data measured from the posture measurement sensor of each sensor module; and;
a calculation unit for determining the position of each sensor module by using the collected survey data and calculating the positions of the sensor modules connected in series in a three-dimensional form of an underground pipe;
including,
The sensor module is
a hollow shaft extending along one direction and having a posture measuring sensor installed on an outer circumferential surface;
a case for accommodating the hollow shaft to enable relative rotation of the hollow shaft in the axial direction;
a weight installed on the outer circumferential surface of the hollow shaft;
It consists of
The connection module is made of a universal joint in which an angle sensor is built,
The connection module is
a first frame connected to one end of the sensor module on one side and formed in a “C” shape;
a second frame connected to the other end of the sensor module on the other side and formed in a "C" shape and disposed in a direction rotated by 90 degrees with respect to the "C" shape of the first frame in the hollow shaft direction;
a connection frame disposed inside the first frame and the second frame and rotatably connected to both first flanges facing each other of the first frame and second flanges facing both sides of the second frame by a connecting shaft; and;
angle sensors respectively installed on the connecting shafts;
A three-dimensional underground pipeline surveying system capable of automatic posture maintenance, characterized in that it comprises a.
 제1항에 있어서,
상기 자세 측정 센서는 상기 중공축의 중심에 대하여 상기 무게추의 무게 중심과 반대쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템.
According to claim 1,
The posture measurement sensor is a three-dimensional underground pipe measurement system capable of automatic posture maintenance, characterized in that it is disposed on the opposite side to the center of gravity of the weight with respect to the center of the hollow shaft.
 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 연결 프레임은 중공 사각 형태로 이루어지며, 상기 각도 센서는 상기 중공 사각의 내측면에 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 자세유지가 가능한 3차원 지중관로 측량 시스템.According to claim 1,
The connection frame is made in the form of a hollow square, and the angle sensor is a three-dimensional underground pipe surveying system capable of automatic posture maintenance, characterized in that it is installed on the inner surface of the hollow square.
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