KR102570369B1 - 터널 뒷채움 검사장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원 발명은 기존의 음향파를 발생시켜 되돌아오는 시간을 이용하여 터널, 교량, 법사면 등과 같이 산 또는 강 및 바다 등에 설치된 인공구조물과 접촉하고 있는 산, 산 비탈, 교각의 받침 등의 토양의 유실을 측정하고자 하는 것이다.
터널 뒤채움 검사 장치의 외부를 구성하는 프레임; 및 상기 프레임은 직사각형 형태로 구성되며, 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성하며, 상기 음향측정부에서 터널 뒤쪽에 공동이 있는지 없는지의 신호를 확인할 수 있도록 터널을 타격하여 음파를 발생하는 임펙터; 및 상기 임펙터는 상기 음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하며, 상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 터널 뒤 공간이 흙으로 채워져 안전한 상태인지, 공동이 발생하여 붕괴 또는 안전상의 문제가 발생할 수 있는지 확인할 수 있는 효과가 있으며, 특히 측정 표면이 일정하지 않고, 매끄럽지 않더라도 센서어레이가 각각 전후로 움직일 수 있도록 구성하여 정확한 공동의 측정이 가능한 기술을 제공한다.

Description

터널 뒷채움 검사장치{.}
본 출원 발명의 터널 또는 교량 등의 지면 또는 법사면 또는 지반과 연결되는 지점이 흙으로 꽉 차여져 안정적인지, 지하수 또는 유수 또는 빗물 등에 의하여 토사가 쓸려 내려가 공간이 생겨 구조물의 붕괴가 발생할 수 있는지 검사하는 검사 기술에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 음향 타격법을 이용하여 돌아오는 시간을 이용하여 검사하는 기술에 관한 것이다.
본 발명의 출원 이전의 선행기술로 비접촉식 공동 탐지 시스템 및 방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 콘크리트 슬래브의 하부에 존재하는 공동을 비파괴 검사기술 중에서 충격 반향 기법으로 탐지하는 것으로서, 상기 콘크리트 슬래브의 가진 위치에 응력파를 제공하는 가진 유닛, 상기 콘크리트 슬래브의 가진 위치로부터 이격된 탐지 위치에서 반사되는 반사파를 감지하는 음향센서유닛, 및 상기 음향센서유닛에 감지된 상기 반사파의 정보를 전달 받을 수 있도록 상기 음향센서 유닛에 연결되고, 상기 반사파의 진폭 특성 및 상기 반사파의 FFT(Fast Fourier Transform) 변환과 웨이블릿(Wavelet) 변환에 의한 주파수 특성을 분석하는 구성이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법에 관한 기술이 개시되어 있다. 이 기술은 응력파를 이용한 콘크리트 구조물의 비파괴검사 방법에 관한 것으로서, 트랜스듀서를 이용하여 콘크리트 구조물에 응력파를 발생시키는 단계; 트랜스듀서를 이용하여 콘크리트 구조물에서 발생하는 응력파를 측정하는 단계; 측정된 응력파를 이용하여 주파수 영역에서 해석하는 단계; 응력파의 전달속도 및 전달에너지 산정을 위해 트랜스듀서의 부착에 따른 오차를 제거하는 단계; 및 응력파의 전달속도 및 전달에너지로부터 구조물을 평가하는 구성을 포함하고 있다.
등록특허공보 제10-1936849호 등록특허공보 제10-0955783호
본 출원 발명은 기존의 음향파를 발생시켜 되돌아오는 시간을 이용하여 터널, 교량, 법사면 등과 같이 산 또는 강 및 바다 등에 설치된 인공구조물과 접촉하고 있는 산, 산 비탈, 교각의 받침 등의 토양의 유실을 측정하고자 하는 것이다.
이는 인공구조물과 토양 사이에 지하수, 빗물, 강물과 바닷물 등이 침투하여 토양을 쓸어버림으로써 상기 인공구조물이 고정되지 않거나, 이동하거나, 인공구조물 주변의 무게가 평형을 이루지 못하여 상기 인공구조물이 붕괴되는 위험을 막고자, 상기 인공구조물이 뒤쪽의 토양 등의 유실 또는 채워짐 정도를 비파괴적으로 특정하고자 하는 것이다.
사람이 일일이 검사를 위한 방치와 같은 장비를 들고 다니면서, 벽면을 두들기며, 발생하는 소리를 측정하거나, 타격기를 이용하여 신호를 발생하고, 마이크로폰 등으로 소리를 수집하여 검사하는 방법을 사용하였다.
그러나, 이러한 측정은 넓은 면적을 고르게 측정하여야 하기 때문에 어려움이 있다. 본 출원 발명은 자동화된 임펙터와 가속도센서를 일정간격으로 구비하고, 자동으로 위치를 움직이면서 상기와 같은 인공구조물의 벽면에 충격을 가하고, 상기 충격에 의하여 발생한 파동이 돌아오는 시간을 측정하여 터널 등의 벽면 뒤쪽에 공동(VOID)가 있는지 확인하고자 한다. 평면인 경우에도 표면이 매우 매끄럽고, 높이가 일정하지 않기 때문에 센서의 접촉이 불완전할 수 있으며, 곡면인 경우에는 곡면을 따라 임펙터를 이용하여 임펙트를 가하고, 센서를 곡면에 접촉하여 신호를 얻는 것이 쉽지 않은 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하고자 다음의 과제해결 수단을 제공한다.
터널 뒤채움 검사 장치의 외부를 구성하는 프레임; 및
상기 프레임은 직사각형 형태로 구성되며, 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성하며, 상기 음향측정부에서 터널 뒤쪽에 공동이 있는지 없는지의 신호를 확인할 수 있도록 터널을 타격하여 음파를 발생하는 임펙터; 및
상기 임펙터는 상기 음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하며,
상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성은 상기 프레임 상기 프레임에 상하로 이동가능한 롤러 및 상기 롤러를 구동하는 모터 및 상기 모터의 구동력을 상기 롤러에 전달하는 케이블 및 상기 롤러가 구비되는 음향측정부 Y축방향이송부와 상기 음향측정부 Y축방향이송부에 Z방향으로 상기 음향측정부가 움직여 터널벽면과의 거리를 조절할 수 있도록 구비되는 음향측정부 Z축방향이송실린더 및 상기 음향측정부 Z축방향이송실린더에 고정되는 센서프레임 및 상기 센서프레임에 구비되는 복수개의 음향센서모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하는 임펙터는 상기 음향측정부 Y축방향이송부와 함께 상기 프레임에 대하여 상하로 이동하며, 상기 임펙터를 상기 프레임에 대하여 좌우이동하기 위하여 임펙터 X축방향이송부를 상기 음향측정부 Y축방향이송부에 결합하며, 상기 임펙터는 상기 센서프레임 위쪽에 좌우이동가능하게 구비되고, 아래쪽으로 2중파이프를 통하여 길이가 조절되도록 구성되어 상기 임펙터 X축방향이송부에 고정되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향센서모듈은 터널의 뒤채움 측정을 위하여 터널의 벽면과 측정을 위하여 접촉하는 음향센서, 상기 음향센서를 고정하고 상기 음향센서가 평평하지 않은 터널의 벽면과 접촉하는 경우 전후방향으로 움직이며 측정위치를 잡을 수 있도록 가동할 수 있도록 지지하는 음향센서가동지지부 및 상기 음향센서가동지지부를 탄성력으로 전방으로 밀어주는 지지스프링 및 상기 음향센서 가동지지부가 빠지지 않도록 후단을 지지하며, 상기 지지스프링을 고정하는 지지스프링고정부로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 임펙터는 아래쪽으로 2중 파이프를 통하여 길이가 조절되도록 구성되어 상기 임펙터 X축방향이송부에 고정되며, 내부에 임펙팅솔레노이드를 구비하여 펄스를 인가함으로써, 상기 임펙팅솔레노이드의 전방에 연결된 임펙팅파이프 내부에 구비된 쇠구슬을 가격하고, 상기 쇠구슬이 터널의 벽면을 가격하여 음향펄스를 발생하며, 항상 동일한 위치에서 상기 임펙팅솔레노이드가 쇠구슬을 가격하기 위하여 상기 임펙팅솔레노이드와 쇠구슬 사이에 중앙에 구멍이 형성된 쇠구슬 고정용 자석을 구비하여 터널의 벽면을 타격한 후 쇠구슬이 다시 상기 쇠구슬고정용 자석에 부착되어 다음 타격을 준비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절하기 위하여 상기 임펙터의 일측에 거리측정 센서를 더 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 터널 뒤채움 검사 장치로 측정된 데이터를 터널의 길이방향과 높이방향으로 모아 정렬할 수 있도록 상기 프레임의 1개 이상의 위치에 GPS 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 프레임의 측정 각도를 측정하기 위하여 X, Y, Z 축방향의 기울기 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향센서모듈이 상기 터널의 벽면과 접촉하는 압력을 측정하기 위하여 각각의 상기 지지스프링고정부에 로드셀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 터널 뒤채움 검사 장치로 터널의 내부를 이동하며 터널의 뒤쪽 공동을 측정하기 위하여 상기 터널 뒤채움 검사 장치를 고정하고 이동하기 위한 장치프레임 삼각지지대 및 상기 장치프레임 삼각지지대를 올려놓고 이동할 수 있는 장치프레임 삼각지지대이송레일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
본 출원 발명의 상기 구성에 의하여 터널 뒤 공간이 흙으로 채워져 안전한 상태인지, 공동이 발생하여 붕괴 또는 안전상의 문제가 발생할 수 있는지 확인할 수 있는 효과가 있으며, 특히 측정 표면이 일정하지 않고 매끄럽지 않더라도 센서 어레이가 각각 전후로 움직일 수 있도록 구성하여 정확한 공동의 측정이 가능한 기술을 제공한다. 또한, 곡면을 측정할 수 있도록 센서 어레이의 높이를 조절할 수 있도록 함으로써 터널 등의 곡면의 뒷면을 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 음향파를 이용한 공동의 측정원리를 도시하고 있다.
도 2는 단순한 4각형의 프레임을 사용한 음향파 측정장치로는 터널의 곡면 부분을 검사할 수 없음을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 사시도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 음향측정부와 임펙터의 구성을 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 터널 뒤채움 검사장치를 장치프레임 삼각지지대에 고정하고 장치프레임 삼각지지대이송레일 위에 설치하여 측정하고 있는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 임펙터의 상세 단면도를 도시하고 있다.
도7은 본 출원 발명의 센서 구조를 도시하고 있다.
상기와 같은 발명의 작용효과를 도면을 활용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 음향파를 이용한 공동 측정원리를 도시하고 있다. 터널 또는 지하 시설의 반대쪽에 공동(Void)가 발생한 경우가 도1의 (A)이고, 공동(Void)가 없는 경우가 도1의 (B) 이다. 터널 뒤쪽에 공동이 있는 경우에는 음파가 전달되는 매질의 차이로 인하여 음파가 더 이상 진행하지 못하고 반사된다. 반사는 난반사가 이루어지기 때문에 특정위치에 설정된 위치에서 측정이 되지 않을 수도 있고 거리가 있어 매우 작은 신호로 측정될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여 음파의 반사가 예상되는 여러 위치에 음향센서를 구비하는 것이 신호 측정에 유리하다. 도1(B)를 보면 공동이 없기 때문에 경계면에서의 반사가 없거나, 거의 없어 음향센서에서의 수신되는 신호가 거의 없다. 이러한 차이를 이용하여 터널 또는 지하 시설물 반대쪽의 토사유실 등으로 발생하는 공동을 찾을 수 있다
도 2는 단순한 4각형의 프레임을 사용한 음파 측정 장치로는 터널의 곡면 부분을 검사할 수 없음을 도시하고 있다. 본 출원 발명은 지하시설 뿐만 아니라 도로를 직선화하기 위하여 고속도로 등에 건설된 터널의 뒤쪽 공동을 측정하려는 목적을 포함하고 있어, 측정하고자 하는 벽면이 평평하지 않고, 곡면인 경우가 많이 있다. 따라서, 이러한 곡면 뒤편의 공동을 측정할 수 있는 장치가 필요하다.
도 3은 본 발명의 사시도를 도시하고 있다. 기본구성으로 터널 뒤채움 검사 장치의 외부를 구성하는 프레임; 및 상기 프레임은 직사각형 형태로 구성되며, 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성하며, 상기 음향측정부에서 터널 뒤쪽에 공동이 있는지 없는지의 신호를 확인할 수 있도록 터널을 타격하여 음파를 발생하는 임펙터; 및 상기 임펙터는 상기 음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하며, 상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다. 상기와 같은 구성에 의하여 상기 프레임을 바닥에 놓았을 때 음향측정부가 상기 프레임을 기준으로 Y축방향(상하방향)으로 움직이고, 임펙터가 X축방향(좌우방향)으로 움직일 수 있도록 구성하였다. 또한 터널의 굴곡진 면을 측정하기 위하여 상기 프레임과 상기 음향측정부의 거리를 조절할 수 있도록 음향측정부 Z축방향이송실린더를 더 구비하여 이러한 문제를 해결하였다.
여기에 음향측정 결과를 터널의 위치에 따라 매칭하기 위하여 상기 프레임에는 상기 프레임의 위치를 인식할 수 있는 GPS 위치 센서를 더 구비할 수 있다. 상기 프레임의 위치를 측정할 수 있는 방법이면 반드시 GPS 센서를 사용할 필요는 없으나, GPS 센서가 유용할 수 있다. 그러나, 긴 터널의 경우 GPS 신호를 측정할 수 없는 경우가 있다 이러한 경우에는 터널내부의 기준점을 기준으로 상대적인 프레임의 위치를 설정할 수 있는 방법을 사용할 수 있음은 물론이다.
또한, 프레임의 측정 각도를 측정값과 같이 저장하여 분석하기 위하여 상기 프레임에는 각도 또는 기울기 센서를 X, Y 및 Z 축방향으로 설치할 수 있다.
상기 기울기 센서는 반드시 전기 신호를 출력할 필요는 없으나, 전기신호를 사용하는 것이 데이터 처리가 쉬울 수 있다.또한 상기 음향측정부와 터널 사이의 거리를 조절하기위하여 거리측정 센서를 상기 임펙터 측면에 더 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 음향측정부와 임펙터의 구성을 도시하고 있다. 임펙터는 4개의 부분으로 구성된다. 신호를 정확히 측정하기 위하여 음향센서를 터널의 벽면에 바로 접촉할 수 있도록 구성하고, 그 뒤에 음향센서가동지지부, 지지스프링, 지지스프링고정부로 구성된다. 이렇게 구성되는 이유는 공동을 측정하고자 하는 벽면 바닥 또는 천장의 표면이 매끄럽지 않기 때문에 여러 개의 음향센서를 센서프레임에 고정하여 사용하면 일부 음향센서는 표면에 접촉하고, 일부 음향센서는 표면에 접촉이 불량하여 측정이 않될 수 있기 때문에 음향센서를 탄성지지하여 측정표면과의 접촉이 일정하도록 하기 위함이다. 또한, 향후 신호처리에서 음향센서의 접촉 압력을 보정하기 위하여 추가적으로 상기 음향센서의 뒷면에 로드셀을 설치하여 표면과의 접촉압력을 측정할 수 있음은 물론이다.
임펙터와 음향측정부는 같은 평면에서 측정 표면에 위치해야하기 때문에 센서프레임 위쪽에 함께 위치한다. 그러나, 상기 임펙터는 측정위치에 따라 좌우로 이동할 수 있도록 구성하여 가장 가까운 거리에 있는 음향센서 뿐만 아니라 먼거리에 있는 음향센서도 이용하여 공동을 찾을 수 있도록 장치를 구성하였다.
이를 위하여 상기 임팩터는 X축 방향으로 좌우로 움직일 수 있도록 구성하였으며, 좌우 움직이는 구성은 상기 프레임에 상하 이동가능하게 구비된 음향측정부 Y축방향이송부 상에 임펙터 X축방향이송부가 구성되도록 하였다. 그럼에도 불구하고 상기 음향측정부 Z축방향이송실린더에 의하여 상기 임팩터의 위치가 Z축 방향으로 움직이게되는 경우 상기 임펙터의 위치도 변화될 수 있도록 2중으로 구성된 2개의 파이프를 겹쳐 상기 음향측정부 Z축방향이송실린더에 의하여 상기 센서프레임과 프레임과의 거리가 변화되어도 상기 임펙터도 함께 거리가 변화되도록 구성하였으며, 상기 센서프레임에 임펙터 X축방향이송홈을 더 구비하여 임펙터가 좌우로 상기 센서프레임 상에서 움직일 수 있도록 하였다.
도 5는 본 발명의 터널 뒤채움 검사장치를 장치프레임 삼각지지대에 고정하고 장치프레임 삼각지지대이송레일 위에 설치하여 측정하고 있는 개념도이다. 상기
프레임 외관의 터널 뒤채움 검사장치로 터널의 내부를 검사하기 위하여 장치프레임 삼각지지대에 터널 뒤채움 검사장치를 터널의 곡면에 맞출 수 있도록 고정하고, 상기 장치프레임 삼각지지대이송레일 위에서 움직이며 측정할 수 있도록 구성하였다.
도 6은 본 발명의 임펙터의 상세 단면도를 도시하고 있다. 임펙터는 펄스를 가하면 전방으로 축이 이동하는 임펙팅솔레노이드와 금속의 쇠구슬로 구현하였다. 임펙팅파이프 내부에 쇠구슬을 장착하고, 임펙팅솔레노이드와 일정거리를 유지하기 위하여 중앙에 구멍이 형성된 자석을 상기 임펙틱파이프에 구비하여 상기 자석에 부착된 쇠구슬을 펄스 구동에 의하여 상기 임펙팅솔레노이드를 구동하여 상기 쇠구슬이 전방으로 발사되어 음향신호를 발생하도록 구성하였다.
상기 임펙팅파이프의 끝단의 안쪽에 스톱퍼를 더 구비하여 쇠구슬이 빠져나가지 못하게 구성되며, 쇠구슬이 터널의 측정표면에 부딪히는 거리는 상기 임펙팅파이프의 끝과 1~2 mm의 여유를 두고 충돌할 수 있도록 구성하여, 상기 쇠구슬이 임팩 후에도 빠져나가지 않도록 구성하였다.
또한, 아래쪽으로 쇠구슬을 음향 발생에 사용하는 경우도 있어, 이러한 경우에는 상기 임펙팅 파이프의 자석 뒤쪽으로 흡입압력(음압)을 발사 후에 걸어줌으로써 쇠구슬이 다시 자석에 부착되는 위치로 로딩할 수 있다. 또한 임펙터와 벽면과의 거리를 측정할 수 있는 거리측정기를 임펙터에 더 구비할 수 있다.
도7은 본 출원 발명의 센서의 구성도 이다. 센서는 가속도센서, 마이크센서, 충격센서 등 여러 가지를 사용할 수 있으며, 측정표면과의 접촉이 잘될 수 있는 구조이면 어떠한 것이든 무방하다. 그러나, 측정하고자 하는 음파의 측정 범위 전체의 신호를 측정할 수 있는 것이면 더욱 바람직하다. 본 출원 발명의 1 실시예에서는 3축 가속도 센서를 사용하였으며, 센서 표면에 센서를 보호하기위한 보호막을 더 구비할 수 있다. 센서는 음향센서가동지지부에 측정면을 기준으로 전후로 움직일 수 있도록 구성되며, 상기 음향센서가동지지부는 탄성으로 지지되어 표면이 굴곡이 있는 경우에도 모든 센서가 측정 표면에 잘 부착될 수 있도록 구성되어있다. 상기 센서(음향센서)는 센서프레임에 고정되어 사용된다. 도6에 도시된 임펙터가 8개의 구성된 센서에 인접한 위치에서 1번식 타격을 하고 다음 센서의 인접위치로 이동하여 타격을 하고 측정하는 과정을 센서의 개수만큼 반복한다.
즉, 1번 센서에 가장 인접한 위치에서 임펙터가 타격을하고 8개의 음향센서가 음향을 수신하고, 상기 임펙터가 2번 센서의 가장 인접한 위치에서 임펙터가 타격을 또하고, 8개의 음향센서가 음향을 수신하는 과정을 8번센서까지 반복하고, 상기 음향측정부가 터널의 벽면 아래쪽 또는 위쪽으로 이동하여 상기한 음향측정과정을 반복하여 음향센서로부터 신호를 수득하고, 이렇게 수득된 센서의 신호측정 결과를 터널의 형상에 매칭한 후, 상기 음향센서에서 수신된 신호의 변화로부터 터널 뒤쪽의 공동(Void)를 검색하게 된다. 도1에 설명한 것과 같이 공동이 없는 경우에는 반사 신호가 작고, 공동이 있는 경우에는 반사 신호가 빨리 발생하여 빠른 신호의 반사가 일어나 타격 후 신호 측정까지의 시간이 짧고, 상대적으로 강한 신호가 발생하는데, 수평 또는 수직으로 배열된 각각의 음향센서에 임펙팅 위치에 따라 다른 크기 신호와 다른 측정 시간에 신호가 측정되고 이를 공동과의 거리와 임펙팅 위치에 따라 분석함으로써 공동의 크기를 예측할 수 있는 수단을 제공하는 이점이 있다. 공동이 있는 곳에서는 더 많은 음향센서에서 신호가 측정되고, 공동의 경계면에서는 임펙팅 위치에 따라 음향센서의 측정 패턴이 변화하게 되어, 여러개의 음향센서 어레이 모듈을 사용함으로 공동의 경계를 찾아, 측정 결과로부터 공동의 원인 등을 분석하는데 사용할 수 있다.
본 출원 발명은 기존의 음향을 이용한 터널 등의 공동을 검사하는 장치의 단점을 개량하여, 굴곡진 부분과 평평하지 않는 표면을 가진 부분도 자동으로 빠르게 검사할 수 있는 수단을 제공하는 효과가 있다.
상기와 같은 발명의 작용효과를 나타내는 발명의 구성은 다음과 같다.
터널 뒤채움 검사 장치의 외부를 구성하는 프레임; 및
상기 프레임은 직사각형 형태로 구성되며, 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성하며, 상기 음향측정부에서 터널 뒤쪽에 공동이 있는지 없는지의 신호를 확인할 수 있도록 터널을 타격하여 음파를 발생하는 임펙터; 및
상기 임펙터는 상기 음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하며,
상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성은 상기 프레임 상기 프레임에 상하로 이동가능한 롤러 및 상기 롤러를 구동하는 모터 및 상기 모터의 구동력을 상기 롤러에 전달하는 케이블 및 상기 롤러가 구비되는 음향측정부 Y축방향이송부와 상기 음향측정부 Y축방향이송부에 Z방향으로 상기 음향측정부가 움직여 터널벽면과의 거리를 조절할 수 있도록 구비되는 음향측정부 Z축방향이송실린더 및 상기 음향측정부 Z축방향이송실린더에 고정되는 센서프레임 및 상기 센서프레임에 구비되는 복수개의 음향센서모듈로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하는 임펙터는 상기 음향측정부 Y축방향이송부와 함께 상기 프레임에 대하여 상하로 이동하며, 상기 임펙터를 상기 프레임에 대하여 좌우이동하기 위하여 임펙터 X축방향이송부를 상기 음향측정부 Y축방향이송부에 결합하며, 상기 임펙터는 상기 센서프레임 위쪽에 좌우이동가능하게 구비되고, 아래쪽으로 2중파이프를 통하여 길이가 조절되도록 구성되어 상기 임펙터 X축방향이송부에 고정되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향센서모듈은 터널의 뒤채움 측정을 위하여 터널의 벽면과 측정을 위하여 접촉하는 음향센서, 상기 음향센서를 고정하고 상기 음향센서가 평평하지 않은 터널의 벽면과 접촉하는 경우 전후방향으로 움직이며 측정위치를 잡을 수 있도록 가동할 수 있도록 지지하는 음향센서가동지지부 및 상기 음향센서가동지지부를 탄성력으로 전방으로 밀어주는 지지스프링 및 상기 음향센서 가동지지부가 빠지지 않도록 후단을 지지하며, 상기 지지스프링을 고정하는 지지스프링고정부로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 임펙터는 아래쪽으로 2중 파이프를 통하여 길이가 조절되도록 구성되어 상기 임펙터 X축방향이송부에 고정되며, 내부에 임펙팅솔레노이드를 구비하여 펄스를 인가함으로써, 상기 임펙팅솔레노이드의 전방에 연결된 임펙팅파이프 내부에 구비된 쇠구슬를 가격하고, 상기 쇠구슬이 터널의 벽면을 가격하여 음향펄스를 발생하며, 항상 동일한 위치에서 상기 임펙팅솔레노이드가 쇠구슬을 가격하기 위하여 상기 임펙팅솔레노이드와 쇠구슬 사이에 중앙에 구멍이 형성된 쇠구슬 고정용 자석을 구비하여 터널의 벽면을 타격한 후 쇠구슬이 다시 상기 쇠구슬고정용 자석에 부착되어 다음 타격을 준비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절하기 위하여 상기 임펙터의 일측에 거리측정 센서를 더 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 터널 뒤채움 검사 장치로 측정된 데이터를 터널의 길이방향과 높이방향으로 모아 정렬할 수 있도록 상기 프레임의 1개 이상의 위치에 GPS 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 프레임의 측정 각도를 측정하기 위하여 X, Y, Z 축방향의 기울기 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 음향센서모듈이 상기 터널의 벽면과 접촉하는 압력을 측정하기 위하여 각각의 상기 지지스프링고정부에 로드셀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
또한, 상기 터널 뒤채움 검사 장치로 터널의 내부를 이동하며 터널의 뒤쪽 공동을 측정하기 위하여 상기 터널 뒤채움 검사 장치를 고정하고 이동하기 위한 장치프레임 삼각지지대 및 상기 장치프레임 삼각지지대를 올려놓고 이동할 수 있는 장치프레임 삼각지지대이송레일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치를 제공한다.
50 : 터널
100 : 터널 뒤채움 검사장치
110 : 장치프레임
120 : 음향측정부 Z축방향이송실린더
130 : 음향측정부 Y축방향이송부
140 : 장치프레임 삼각지지대
150 : 장치프레임 삼각지지대이송레일
200 : 음향측정부
210 : 음향센서모듈
211 : 음향센서
212 : 음향센서가동지지부
213 : 지지스프링
214 : 지지스프링고정부
220 : 센서프레임
225 : 임펙터 X축방향이송홈
300 : 임펙터
301 ; 임펙팅솔레노이드
302 ; 임펙팅볼파이프
303 : 쇠구슬고정용자석
304 : 쇠구슬임펙터
305 : 거리측정기
306 : 쇠구슬흡입기
310 : 임펙터 X축방향이송부
320 : 임펙터수직고정부

Claims (8)

  1. 터널 뒤채움 검사 장치의 외부를 구성하는 프레임; 및
    상기 프레임은 직사각형 형태로 구성되며, 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성하며, 상기 음향측정부에서 터널 뒤쪽에 공동이 있는지 없는지의 신호를 확인할 수 있도록 터널을 타격하여 음파를 발생하는 임펙터; 및
    상기 임펙터는 상기 음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하며,
    상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절할 수 있고,
    상기 음향측정부를 상기 프레임에 상하이동 가능하게 고정하여 모터의 구동으로 상하로 이동할 수 있도록 구성은 상기 프레임 상기 프레임에 상하로 이동가능한 롤러 및 상기 롤러를 구동하는 모터 및 상기 모터의 구동력을 상기 롤러에 전달하는 케이블 및 상기 롤러가 구비되는 음향측정부 Y축방향이송부와 상기 음향측정부 Y축방향이송부에 Z방향으로 상기 음향측정부가 움직여 터널벽면과의 거리를 조절할 수 있도록 구비되는 음향측정부 Z축방향이송실린더 및 상기 음향측정부 Z축방향이송실린더에 고정되는 센서프레임 및 상기 센서프레임에 구비되는 복수개의 음향센서모듈로 구성되며,
    음향측정부와 인접하여 상기 프레임에 좌우이동 가능하게 고정되어 모터의 구동으로 이동하는 임펙터는 상기 음향측정부 Y축방향이송부와 함께 상기 프레임에 대하여 상하로 이동하며, 상기 임펙터를 상기 프레임에 대하여 좌우이동하기 위하여 임펙터 X축방향이송부를 상기 음향측정부 Y축방향이송부에 결합하며, 상기 임펙터는 상기 센서프레임 위쪽에 좌우이동가능하게 구비되고, 아래쪽으로 2중파이프를 통하여 길이가 조절되도록 구성되어 상기 임펙터 X축방향이송부에 고정되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음향센서모듈은 터널의 뒤채움 측정을 위하여 터널의 벽면과 측정을 위하여 접촉하는 음향센서, 상기 음향센서를 고정하고 상기 음향센서가 평평하지 않은 터널의 벽면과 접촉하는 경우 전후방향으로 움직이며 측정위치를 잡을 수 있도록 가동할 수 있도록 지지하는 음향센서가동지지부 및 상기 음향센서가동지지부를 탄성력으로 전방으로 밀어주는 지지스프링 및 상기 음향센서 가동지지부가 빠지지 않도록 후단을 지지하며, 상기 지지스프링을 고정하는 지지스프링고정부로 구성되는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 임펙터는 아래쪽으로 2중 파이프를 통하여 길이가 조절되도록 구성되어 상기 임펙터 X축방향이송부에 고정되며, 내부에 임펙팅솔레노이드를 구비하여 펄스를 인가함으로써, 상기 임펙팅솔레노이드의 전방에 연결된 임펙팅파이프 내부에 구비된 쇠구슬를 가격하고, 상기 쇠구슬이 터널의 벽면을 가격하여 음향펄스를 발생하며, 항상 동일한 위치에서 상기 임펙팅솔레노이드가 쇠구슬을 가격하기 위하여 상기 임펙팅솔레노이드와 쇠구슬 사이에 중앙에 구멍이 형성된 쇠구슬 고정용 자석을 구비하여 터널의 벽면을 타격한 후 쇠구슬이 다시 상기 쇠구슬고정용 자석에 부착되어 다음 타격을 준비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 음향측정부는 상기 프레임에 대하여 거리가 멀어지는 방향으로 이동하여 상기 터널과의 거리를 조절하기 위하여 상기 임펙터의 일측에 거리측정 센서를 더 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 터널 뒤채움 검사 장치로 측정된 데이터를 터널의 길이방향과 높이방향으로 모아 정렬할 수 있도록 상기 프레임의 1개 이상의 위치에 GPS 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프레임의 측정 각도를 측정하기 위하여 X, Y, Z 축방향의 기울기 센서를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터널 뒤채움 검사 장치.
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