KR102279141B1 - 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차 - Google Patents

초음파를 이용한 관로 조사용 자주차 Download PDF

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    • F16L2201/30—Detecting leaks

Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차에 관한 것으로, 관로의 내부를 주행하는 본체(110)와, 상기 본체(110)의 상면에 결합하여 상하로 높이를 조절하여 위치를 세팅하는 승하강하우징(120)과, 상기 승하강하우징(120)의 상면에 상향으로 형성한 라이더스캐너(130)와, 상기 본체(110)의 후방으로 복수개의 탐촉자(145)를 결합하여 승하강시키는 조절하우징(140)과, 상기 조절하우징(140)을 전후로 이송시키는 이송하우징(150), 및 상기 이송하우징(150)을 결합하여 원회전하도록 유도하되 환형으로 형성한 한 쌍의 회전레일(160)로 구성하므로, 탐촉자(145)를 효과적으로 원하는 위치로 이동시켜 정밀 측정함과 동시에 물에 잠긴 부분에 대한 내주면과 외주면의 손상 정도마저 효율적으로 측정하여 관로를 관리 보호하므로 관로를 최상의 상태로 유지할 수 있도록 하는 것이다.

Description

초음파를 이용한 관로 조사용 자주차{self-propelled car for detecting pipe route using ultrasound}
본 발명은 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차에 관한 것으로, 상세하게는 하수 관로 등에 탐촉자를 효과적으로 원하는 위치로 이동시켜 정밀 측정함과 동시에 물에 잠긴 부분에 대한 내주면과 외주면의 손상 정도마저 효율적으로 측정하여 관로를 관리 보호하므로 관로를 최상의 상태로 유지할 수 있도록 하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차에 관한 것이다.
일반적으로, 지하에 매설된 관로 내부 상태를 영상으로 확인하기 위하여, 관로 내부를 주행하는 탐사용 자주차에 영상취득장치, 예를 들면, CCTV를 탑재하고, 탐사용 자주차가 관로 내부를 주행하면서 취득한 영상을 전달받아 분석하는 탐사장치가 이미 도입되어 사용되고 있다.
이러한 탐사장치는 각종 액체, 기체, 슬러리 등을 이송하는 관내에 배치되며, 관내를 이동하면서 탑재된 카메라와 조명장치 등을 이용하여 관내를 촬영하고, 촬영된 화상을 유선 또는 무선으로 송신하면, 컴퓨터에서 수신 처리하여 결함 여부를 판단한다 예를 들면, 하수관로 탐사장치는 CCTV 측정이 가능한 탐사용 자주차를 하수관로 내부에 투입하여 주행시키면서 하수관로 내부의 형상을 취득한다 이러한 하수관로 탐사장치는 CCTV를 이용하여 하수관로 내부를 동영상 녹화하는 방식으로서, 사용자의 판단에 따라 전방 및 측방을 주시 촬영하고, 이상개소 부분을 캡처하여 보고서를 작성하며, 이상항목 집계표에 의하여 이상개소의 등급을 산출할 수 있는데, 이러한 하수관로 탐사장치는 하수관내 이음부의 이완이나 토사의 퇴적 등과 같은 가시적인 판단만을 수행할 수 있다.
이러한 하수관로 CCTV 조사는 하수관로 내의 결함 여부를 알 수 있지만, 현재 문제가 되고 있는 하수관로 배면의 지반 침하 또는 동공 여부를 확인하기 어렵다는 문제점이 있다 실제로 하수관로의 균열, 손상에 의한 토사유입과 누수로 인한 하수관로 주변 지반의 이완 및 침하, 동공 여부가 지반침하(함몰)의 원인이 되고 있다 나아가 최근 하수관로 주변 등의 지반 동공에 의한 싱크홀 형성문제가 발생하고 있어 이에 따라 하수관로로 인한 지반침하를 방지하기 위해서는 하수관로 결함부분에서 발생할 수 있는 지반변형 조사가 필요한 실정이다.
더욱이, 노후 하수관거 내부 결함 탐상은 사람이나 로봇을 활용한 육안 검사를 수행하고 있으나, 이는 하수관로 내 물에 잠기지 않은 부분만 탐상이 가능하며 내부까지 결함이 진행된 경우가 아니면 외부에 발생한 결함을 찾기 거의 불가능하고 특히 관 내부에서 물 밑에 발생하는 결함 및 외부에서 발생하는 결함을 찾기 위한 기술의 개발이 지속적으로 요구되어 왔다.
종래의 기술로는 특허등록 제1557865호(명칭: 하수관로의 CCTV 데이터 및 상부지반의 GPR 데이터를 이용한 지반침하 진단 시스템 및 그 방법)과 특허등록 제1109373호(명칭 : 고압수관 내부 영상촬영 자주차)등이 있다.
따라서 본 발명의 주 목적은 하수 관로 등의 전체를 정밀하게 검사함과 동시에 잠긴 부분도 내주면과 외주면의 손상 정도를 정확하게 파악하므로 관로를 효율적으로 관리 보호함과 동시에 이를 토대로 관로를 최상의 상태로 지속하여 유지할 수 있도록 하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 하수관로 등의 건전도를 정확하게 평가하여 적절하게 대응하여 효율적으로 관리하므로 하수관로 등을 최상의 상태로 유지할 수 있도록 유도하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차는 본체의 상면에 결합하여 상하로 높이를 조절하여 위치를 세팅하는 승하강하우징과, 승하강하우징의 상면에 상향으로 형성한 라이더스캐너와, 본체의 후방으로 복수개의 탐촉자를 결합하여 승하강시키는 조절하우징과 조절하우징을 전후로 이송시키는 이송하우징, 및 이송하우징을 결합하여 원회전하도록 유도하되 환형으로 형성한 한 쌍의 회전레일로 구성함을 그 기술적 구성상 기본 특징으로 한다.
따라서 본 발명의 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차는 관로 내부에서 주행하면서 실시간 모니터링하도록 하고 라이더스캐너에서 관내 손상 및 변형률을 정확하게 측정함과 탐촉자를 효과적으로 원하는 위치로 이동시켜 정밀 측정함과 동시에 물에 잠긴 부분에 대한 내주면과 외주면의 손상 정도마저 효율적으로 측정하여 관로를 관리 보호하므로 관로를 최상의 상태로 유지할 수 있도록 하는 것으로, 큰 피해를 이야기할 수 있는 지반침하를 예방·방지함으로써 공공의 이익을 실현할 수 있도록 하는 효과가 있는 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차를 나타낸 정면사시도.
도 2 는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차를 나타낸 배면사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차의 작동 상태를 나타낸 배면사시도.
도 4 는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차를 나타낸 배면도.
도 5 는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차를 나타낸 측면도.
도 6 은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차의 작동 상태를 나타낸 측면도.
도 7 은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차의 요부를 나타낸 측면도.
도 8 은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차의 요부 작동 상태를 나타낸 측면도.
도 9 는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차의 무철근 배관의 결함 및 초음파 거동을 나타낸 그래프.
도 10 은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차의 유철근 배관의 결함 및 초음파 거동을 나타낸 그래프.
이하 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 8 에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차(100)는 관로의 내부를 주행하는 본체(110)와, 상기 본체(110)의 상면에 결합하여 상하로 높이를 조절하여 위치를 세팅하는 승하강하우징(120)과, 상기 승하강하우징(120)의 상면에 상향으로 형성한 라이더스캐너(130)와, 상기 본체(110)의 후방으로 복수개의 탐촉자(145)를 결합하여 승하강시키는 조절하우징(140)과, 상기 조절하우징(140)을 전후로 이송시키는 이송하우징(150), 및 상기 이송하우징(150)을 결합하여 원회전하도록 유도하되 환형으로 형성한 한 쌍의 회전레일(160)로 구성한다.
상기 본체(110)는 좌우측에 무한궤도나 바퀴 등의 이동부재(111)를 구동축(112)으로 결합하므로 각종 관로 내에서 원활하게 주행할 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 승하강하우징(120)은 전면에 전방으로 회전블록(121)을 돌출시키고 회전블록(121)의 좌우에 지지편(122)을 돌출시키고 좌우 지지편(122) 사이에 관찰카메라(124)를 회전핀(123)으로 축 결합하여 관찰카메라(124)의 촬영 각도를 다방향으로 조절할 수 있도록 한다.
여기서 승하강하우징(120)의 저면에는 승하강바(126)를 절곡하여 핀결합하고 승하강바(126)의 상하단에 지지구(127)를 각각 핀결합하되 지지구(127)를 본체(110)의 상면과 승강하우징(120)의 저면에 사이에 부착하되 지지구(127)의 핀결합 부분을 조임 또는 풀림으로 승하강하우징의 높이와 각도로 조절하여 수동으로 세팅할 수 있도록 하거나 모터와 기어트레인 또는 벨트 등을 이용하여 자동으로 높낮이를 조절할 수도 있다.
상기 라이더스캐너(130)는 승하강하우징(120)의 상면에 체결구멍을 천공한 조절구(132)를 결합하고 조절구(132)에 볼트 등의 조절부재(133)를 방사선상으로 나사결합한다.
나아가, 라이더스캐너(130)에 하향으로 높이조절봉(131)을 일체로 형성하여 조절구(132)의 체결구멍에 관통시켜 라이더스캐너(130)의 높이를 조절한 후 조절부재(133)로 세팅할 수 있도록 한다.
따라서 라이더스캐너(130)에서 관거 내부의 단면을 따라 레이저를 투영하여 수신된 반사광을 분석하므로 관내 손상 및 변형률을 정확하게 측정할 수 있도록 한다.
상기 조절하우징(140)은 좌우 각각에 업다운바(141)를 축결합하여 내부에 설치한 모터 등 회전동력부재(나타내지 않음)로 회전축을 회전키므로 업다운바(141)를 회전 또는 역회전시킬 수 있도록 한다.
아울러, 업다운바(141)의 상측에는 동일 길이의 가이드바(142)를 각각 평행하게 축결합하되 수직선상으로 업다운바(141)와 가이드바(142)에 각각 축결합하도록 한다.
나아가, 가이드바(142)와 업다운바(141)의 일단에는 수직지지편(143)을 축결합하여 평행상태를 유지할 수 있도록 하되 수직선상으로 업다운바(141)와 가이드바(142)에 각각 축결합하므로 업다운바(141)와 가이드바(142)의 회전에 따른 각도변화에도 수직지지편(143)이 항상 수직상태를 유지할 수 있도록 한다.
더욱이, 수직지지편(143)에는 탐촉자(145)를 등간격으로 복수개 결합한 승 하강플레이트(144)를 후방으로 부착하여 업다운바(141)의 회전으로 승 하강플레이트(144)가 수평상태를 유지하면서 승하 강할 수 있도록 하므로 탐촉자(145)가 정확하게 관로의 상태를 센싱할 수 있도록 함이 바람직하다.
여기서 탐촉자(145)는 내주면 신호와 외주면 신호 사이 내 자갈에서 산란되거나 회절로 인한 초음파 신호에 따른 노이즈가 산재되어 있고, 노이즈와 감쇄가 심한 콘크리트 재질 특성에 따라 내주면 신호와 외주면 신호 사이에 존재하여야 하는 결함 신호가 수집되지 않을 수 있어 콘크리트 배관의 경우 결함 신호의 직접적인 수집보다 초음파가 결함을 투과하면서 감소되는 에너지에 따라 배관 외주면 신호의 감소로서 결함 판별을 하도록 한다.
더욱이, 탐촉자(145)를 이용한 콘크리트 배관 탐상에 따른 최적 주파수는 배관과 탐촉자(145)간 물거리는 30mm를 적용함과 동시에 외주면 신호가 가장 크게 수집된 500kHz를 적용함이 이상적이다.
이로 인하여 수직지지편(143)에는 탐촉자(145)를 등간격으로 복수 개 설치하는 것이다.
상기 이송하우징(150)은 좌우에 길이방향으로 슬라이드레일(151)을 형성하고 슬라이드레일(151)에 슬라이드바(152)를 결합하되 슬라이드바(152)의 앞측을 조절하우징(140)의 저면에 결합시켜 연동하도록 한다.
더욱이, 이송하우징(150)의 상면에 조절하우징(140)과 지지 밀착 또는 분리시키는 가이드블록(153)를 부착하되 가이드블록(153)에 나사공을 천공하여 전산볼트(154)를 관통시킨다.
여기서 전산볼트(154)의 전단을 조절하우징(140)에 결합하되 조절하우징(140)의 내부에 모터 등 회전동력부재(나타내지 않음)를 설치하여 전산볼트(154)를 회전 또는 역회전시키므로 조절하우징(140)을 전진 또는 후진시킬 수 있도록 함이 바람직하다.
나아가, 전산볼트(154)의 전단은 공회전하도록 하고 후단에는 플랜지(155)를 형성하여 가이드블록(153)에 나사공을 빠져나와 분리하는 것을 방지하도록 함이 이상적이다.
상기 회전레일(160)은 환 형으로 형성하여 본체(110)의 후측에 전후 세워 형성하되 내주연에 가이드홈을 형성하고 가이드홈 각각에 렉기어(161)와 접점(162)을 형성한다.
더불어, 회전레일(160)의 가이드홈에 형성한 렉기어(161)와 접점(162)에 대응하여 치차결합하는 피니언(163)과 접속하는 슬라이드 접점(164)을 이송하우징(150)의 전면에 하향으로 형성하여 상호 결합하도록 함과 동시에 이송하우징(150)의 내부에 모터 등 회전동력부재(나타내지 않음)를 설치하여 피니언(163)을 회전 또는 역회전시키므로 이송하우징(150)을 좌측 또는 우측으로 이동하여 회전할 수 있도록 함이 바람직하다.
이때 피니언(163)과 슬라이드 접점(164)은 회전레일(160)의 가이드홈에 끼워져 걸림 상태를 유지하면서 회전레일(160)의 가이드홈을 따라 안전하게 이동할 수 있도록 함과 동시에 이송하우징(150)의 내부에 각도감지센서(165)를 설치하여 정확한 위치를 센싱하여 조절할 수 있도록 함이 이상적이다.
도 9 내지 도 10 에 나타내 바와 같이. 본 발명의 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차(100)는 탐촉자(145)로부터의 초음파 신호를 건전부 신호와 비교한 것으로, 각 결함 형상에 따른 신호 변화 양상은 철근 유무에 상관없이 유사하게 진행 알 수 있다.
즉, 외부 결함의 경우에는 건전부 신호와 비교하였을 때, 내주면 신호는 거의 일정하게 유지되며 외주면 신호의 크기가 소폭 감소하는 것으로, 이는 초음파가 외부에 생성된 결함을 통과하면서 배관 외주면에서 반사되는 에너지가 감소되어 외주면 신호가 감소하는 것이다.
또한, 내부 결함의 경우에는 철근의 유무와 관계없이 내주면 신호의 크기가 소폭 감소하며, 외주면 신호의 경우 건전부 내 신호와 비교하였을 때, 시간 지연이 발생함과 동시에 외주면 신호의 크기가 소폭 상승하는 것으로, 내부에 발생한 결함을 따라 기존 내주면에서 반사되어야 하는 초음파가 일부 결함을 따라 배관 내부로 진입하여 내주면 신호의 크기가 감소하며, 결함을 따라 초음파가 전파되는 과정에 결함 내 음속이 상대적으로 느린 물이 존재하여 건전부 배관과 비교하였을 때, 외주면 신호에서 상대적으로 느린 시간 지연이 발생하는 것이다.
마지막으로, 관통형 결함의 경우에는 결함이 없는 경우 내주면 신호가 소폭 감소하고, 외주면 신호의 경우 대폭 감소하며, 반면 철근이 존재하는 콘크리트 배관 내에서는 내주면 신호 크기의 감소는 동일하지만 외주면 신호가 사라지고 지연된 지점에 철근에서 반사된 신호가 수집되는 것이다.
아울러, 철근이 없는 경우 배관 내 결함으로 전파된 초음파가 물을 따라 외부로 누설되어 내주면 신호 및 외주면 신호가 감소하는 것으로 철근이 있는 경우 콘크리트 배관 내 자갈의 산란에 의한 노이즈와 콘크리트 재질 특성에 따른 강한 감쇄로 인하여 수집되지 않았던 철근 신호가 콘크리트 배관 내 관통형 결함으로 인해 외부로 드러나며 수집되는 것이다.
따라서 관로 전체를 정밀하게 검사함과 동시에 잠긴 부분도 내주면과 외주면의 손상 정도를 정확하게 검사할 수 있도록 하므로 하수 배관 등의 잠긴 부분에 대한 배관검사를 위하여 시뮬레이션을 통한 시간에 따른 초음파 거동을 확인할 수 있을 뿐만 아니라 원하는 위치를 정밀하게 검사하여 결함 진단 시스템을 구성할 수 있는 것으로, 초음파를 통한 콘크리트 배관에 대한 결함 탐상 작업을 효율적으로 수행할 수 있는 것이다.
이러한 본 발명의 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차는 주행하면서 내부를 실시간 모니터링함과 동시에 라이더스캐너(130)에서 관내 손상 및 변형률을 정확하게 측정할 뿐만 아니라 탐촉자(145)를 효과적으로 원하는 위치로 이동시켜 정밀 측정함과 동시에 물에 잠긴 부분에 대한 내주면과 외주면의 손상 정도마저 효율적으로 측정하여 관로상태를 정확하게 파악하므로 관로를 효율적으로 보수 보강하도록 유도하고 이로 인하여 최상의 상태로 관로를 유지 관리할 수 있도록 하는 것이다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
100 : 자주차 110 : 본체
111 : 이동부재 112 : 구동축
120 : 승하강하우징 121 : 회전블록
122 : 지지편 123 : 회전핀
124 : 관찰카메라 125 : 조사램프
126 : 승하강바 127 : 지지구
130 : 라이더스캐너 131 : 높이조절봉
132 : 조절구 133 : 조절부재
140 : 조절하우징 141 : 업다운바
142 : 가이드바 143 : 수직지지편
144 : 승하강플레이트 145 : 탐촉자
150 : 이송하우징 151 : 슬라이드레일
152 : 슬라이드바 153 : 가이드블록
154 : 전산볼트 155 : 플랜지
160 : 회전레일 161 : 렉기어
162 : 접점 163 : 피니언
164 : 슬라이드접점 165 : 각도감지센서

Claims (5)

  1. 관로의 내부를 주행하는 본체(110)와,
    상기 본체(110)의 상면에 결합하여 상하로 높이를 조절하여 위치를 세팅하는 승하강하우징(120)과,
    상기 승하강하우징(120)의 상면에 상향으로 형성한 라이더스캐너(130)와,
    상기 본체(110)의 후방으로 복수개의 탐촉자(145)를 결합하여 승하강시키는 조절하우징(140)과,
    상기 조절하우징(140)을 전후로 이송시키는 이송하우징(150), 및
    상기 이송하우징(150)을 결합하여 원회전하도록 유도하되 환형으로 형성한 한 쌍의 회전레일(160)로 구성한 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 승하강하우징(120)은 전면에 전방으로 회전블록(121)을 돌출시키고 회전블록(121)의 좌우에 지지편(122)을 돌출시키며 좌우 지지편(122) 사이에 관찰카메라(124)를 축 결합하여 관찰카메라(124)의 촬영 각도를 조절하되 저면에 승하강바(126)를 절곡시켜 높이를 조절할 수 있도록 하고, 상기 라이더스캐너(130)는 승하강하우징(120)의 상면에 체결구멍을 천공한 조절구(132)를 결합하고 조절구(132)에 조절부재(133)를 방사선상으로 나사 결합하며 하향으로 높이조절봉(131)을 일체로 형성하여 조절구(132)의 체결구멍에 관통시켜 높이를 조절하도록 구성한 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절하우징(140)은 본체(110)의 상면 후측에 결합하여 일체화시키되, 조절하우징(140)의 좌우 각각에 업다운바(141)를 축결합하고 업다운바(141)의 상측에는 동일 길이의 가이드바(142)를 각각 평행하게 축결합하며, 가이드바(142)와 업다운바(141)의 일단에는 수직지지편(143)을 축결합하여 평행상태를 유지할 수 있도록 하되 업다운바(141)와 가이드바(142)를 수직지지편(143)의 양측에 수직선상으로 각각 축결합하며, 수직지지편(143)에 탐촉자(145)를 등간격으로 복수개 결합한 승하강플레이트(144)를 후방으로 부착하고, 상기 조절하우징(140)의 탐촉자(145)는 500kHz를 적용하여 구성한 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송하우징(150)은 좌우에 슬라이드레일(151)을 형성하여 슬라이드레일(151)에 슬라이드바(152)를 결합하고 슬라이드바(152)의 앞측을 조절하우징(140)에 결합하여 연동하도록 하며, 상면에 나사공를 전후로 천공한 가이드블록(153)를 부착하여 조절하우징(140)에 대응하도록 하고 가이드블록(153)에 나사공에 전산볼트(154)를 관통시키되, 전산볼트(154)의 전단을 조절하우징(140)에 결합하여 전산볼트(154)를 회전과 역회전시키므로 조절하우징(140)을 전후진시킬 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차.
  5. 제 1 항에 잇어서,
    상기 회전레일(160)은 환 형으로 형성하고 본체(110)의 후측에 전후로 각각 세워 형성하되 내주연에 형성한 가이드홈 각각에 렉기어(161)와 접점(162)을 형성하고, 회전레일(160)의 가이드홈에 형성한 렉기어(161)와 접점(162)에 대응하여 치차결합하는 피니언(163)과 접속하는 슬라이드 접점(164)을 이송하우징(150)의 전면에 하향으로 형성하여 피니언(163)의 제어로 환 형의 회전레일(160)을 따라 이송하우징(150)를 접속상태에서 회전시킬 수 있도록 함과 동시에 이송하우징(150)의 내부에 각도감지센서(165)를 설치하여 정확한 위치를 센싱하도록 구성한 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 관로 조사용 자주차.
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