KR19980703330A

KR19980703330A - 관내벽면 관측 장치

Info

Publication number: KR19980703330A
Application number: KR1019970706735A
Authority: KR
Inventors: 오오까신끼지; 사노사까에; 마쓰모또요시따까; 무라까미오사무
Original assignee: 오오오까 노부요시; 도아그라우트고교가부시끼가이샤
Priority date: 1995-03-27
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1998-10-15
Also published as: JPH08262332A; WO1996030719A1; CA2216800A1; KR100386737B1; EP0831299A4; AU707609B2; TW306968B; AU5016096A; EP0831299A1

Abstract

지중을 종횡으로 뻗고 또 경사하거나 사행하는 수도관이나 하수도관 등 관에 있어서, 어둡고 관측이 곤란한 내벽면을 정확한 위치 계측하에서 전면적, 연속적으로 관측할 수 있게 하는 장치이다.

스캐너를 관내에 삽입하고, 제어 장치로부터의 지시로 이동 장치의 주행부를 구동하여 스캐너를 관내의 중심축선을 따라 이동시킨다.

거리 센서는 케이블의 반복량으로 스캐너의 이동 거리를 계측하고, 자세 센서는 3 축의 자이로스코프에 의해 스캐너의 자세를 롤각, 피치각, 요각으로 계측한다. 스캐너의 이동에 수반하여 변위하는 이들의 거리 데이터와 자세 데이터는 축차 케이블을 통하여 지상의 제어 장치로 보내져 스캐너가 출력하는 화상 데이터와 맞추어 관 내벽면의 연속 전개 화상을 작성한다.

Description

관내벽면 관측 장치

지중에 매설되는 수도관이나 하수관 등의 관은 일반적으로 빔관, 도기관, 주철관 등이 사용되고 있다. 이들 관은 장기간의 사용에 의해 내벽면이 황화수소 등의 부식 가스나 부착물, 관내의 유수 등에 의해 침식되고, 관두께가 얇아져서 강도가 저하한다. 또 지압이나 지반 침하 등에 의해 관의 이음매가 어긋나서 빈틈이 생기거나 상재 하중 등에 의해 관의 일부에 변형이나 균열이 생긴다. 그래서 이 부분으로부터 지하수 등이 관내로 침입하거나 관내의 유수가 지중으로 새는 일이 있다.

그래서 관내의 상황을 자세히 관찰할 필요가 있는데, 작업자가 속에 들어 갈 수 없는 관 등의 경우는 임의의 도구를 사용해서 관내를 관측할 필요가 있다. 이 경우 부분적인 관측이 아니라 관내의 벽면을 전면적, 연속적으로 전개하여 관측할 필요가 있다.

관내의 벽면을 전면적, 연속적으로 관측하는 도구로는 TV 카메라가 있다.

즉, TV 카메라를 관내에 삽입, 영상 모니터로 감시하면서 원격조작에 의해 이동시키거나, 혹은 케이블로 견인 이동시켜서 관내의 내주벽을 촬영한다.

TV 카메라로 촬영한 관내벽면의 영상은 비디오 레코더에 기록하고 후에 재생하여 압괴, 균열, 함몰 등의 손상 상태를 조사한다.

관내의 벽면을 전면적, 연속적으로 관측하는 그 외의 도구로는, 지질 조사에 사용하는 보어 홀 스캐너가 있다. 보어 홀 스캐너는 시추공에 케이블로 매달아 360 °주위의 공 벽면을 화상으로 비추어 지반의 상황을 관측한다 (특허공개공보 소60-54647 호). 이 보어 홀 스캐너는 케이블로 매달려 있기 때문에 그 수광 방향은 항상 정해져 있지 않으나 이동 방향은 지중의 종방향으로 한정된다. 따라서 공 벽면의 연속 전개 주사 화상은 스캐너의 수광 방향이 예를 들면 N 극과 같은 특정 기준 위치로 왔을 때부터 항상 각 일주의 주사 화상을 기록하도록 하고, 그것을 순차 종방향으로 연속적으로 조합시켜서 작성한다.

TV 카메라에 의한 관내 관측에서는, 관내가 어둡거나 하여 손상 개소를 간과하게 된다. 그래서 양호한 관측 결과를 얻기 위해서는 고도의 숙련을 필요로 한다.

또 TV 카메라에서는 관이 사행하거나 휘거나 굽어 있는 상태를 상세히 관측하는 것은 상당히 어렵다. 예를 들면 휨에 관해서는 관내에 지하수가 괴어있는 상태로부터 관의 휨을 측정하곤 한다.

실제의 관내측정에 필요한 것은, 관내벽면의 손상 정도나, 손상구간의 길이, 형상 등으로, 이 점이 TV 카메라로는 알 수 없는 것이 많다.

한편, 보어 홀 스캐너에 의한 관내 측정에서는 시추공과는 달라 수도관이나 하수관 등의 관은 종방향으로만이 아니라 대부분이 지중의 횡방향으로 매설되고 또 경사하거나 사행하고 있다. 따라서 수도관이나 하수관 등의 관내벽면의 연속 전개 주사 화상을 작성하기 위해서는, 스캐너를 항상 관의 중심축선을 따르도록 지지하고 종방향만 아니라 종, 횡, 경사의 3 차원 공간을 이동하는 스캐너의 위치와 자세를 항상 계측하면서 360° 주위의 관내벽면을 화상으로 비출 필요가 있다.

본 발명은 지중을 종횡으로 뻗고 또 경사하거나 사행하는 수도관이나 하수관 등 관에 있어서, 어둡고 관측이 곤란한 내벽면을 정확한 위치 계측하에서 전면적, 연속적으로 관측할 수 있게 하는 것을 목적으로 한 것이다.

본 발명은 수도관이나 하수관 등의 관의 내벽면을 관측하는 장치에 관한 것이다.

제 1 도는 본 발명의 실시예의 단면도이다.

제 2 도는 본 발명의 실시예의 스캐너의 단면도이다.

제 3 도는 본 발명의 실시예의 관내벽면의 전개도이다.

제 4 도는 본 발명의 실시예의 관내벽면의 원주상 투영도이다.

제 5 도는 본 발명의 실시예의 관의 사행 상태를 나타내는 도이다.

제 6 도는 본 발명의 실시예의 관의 구배 상태를 나타내는 도이다.

제 7 도는 본 발명의 실시예의 종단면도이다.

제 8 도는 본 발명 실시예의 관의 매설 상황을 나타내는 평면도이다.

본 발명의 관내벽면 관측장치의 구성은 다음과 같다.

관내벽면 전 둘레를 조사해서 수득할 수 있는 반사광을 수광하여 광전변환하고 관내벽면의 화상 데이터를 출력하는 스캐너와, 상기 스캐너를 관의 중심축선을 따르도록 지지하여 관내를 이동하는 이동 수단과, 상기 스캐너의 이동 거리를 계측하여 거리 데이터를 출력하는 거리 계측 수단과, 상기 스캐너의 3 축의 경사를 계측하여 자세 데이터를 출력하는 자세 계측 수단과, 상기 화상 데이터와 상기 거리 데이터와 상기 자세 데이터를 동기시켜서 기록하는 기록 수단과, 상기 자세 데이터가 나타내는 화상 개시 기점을 맞추어 상기 화상 데이터를 연속적으로 배열하고 관내벽면의 연속 전개 화상을 작성하여 표시하는 연속 전개 화상 작성 표시 수단과, 상기 거리 데이터와 상기 자세 데이터에 의해 상기 스캐너의 3 차원 이동 궤적 화상을 작성하여 표시하는 3 차원 이동 궤적 화상 작성 표시 수단을 구비하여 이루어지는 관내벽면 관측 장치이다.

스캐너는 관내벽면 전 둘레를 조사하여 수득할 수 있는 반사광을 수광하여 광전변환하고 관내벽면의 화상 데이터를 출력한다.

이동 수단은 상기 스캐너를 관의 중심축선을 따르도록 지지하여 관내를 이동한다.

거리 계측 수단은 상기 스캐너의 이동 거리를 계측하여 거리 데이터를 출력한다.

자세 센서는 상기 스캐너의 3 축의 경사를 계측하여 자세 데이터를 출력한다.

기록 수단은 상기 화상 데이터와 상기 거리 데이터와 상기 자세 데이터를 동기시켜서 기록한다.

연속 전개 화상 작성 표시 수단은 상기 자세 데이터가 나타내는 화상 개시의 기점을 맞추어 상기 화상 데이터를 연속적으로 배열하고 관내벽면의 연속 전개 화상을 작성하여 표시한다.

3 차원 이동 궤적 화상 작성 표시 수단은, 상기 거리 데이터와 상기 자세 데이터에 의해 상기 스캐너의 3 차원 이동 궤적 화상을 작성하여 표시한다.

도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 이하 설명한다.

제 1 도는 본 발명의 실시예의 요부단면 설명도이다. 도면 중 부호 1 은, 지중에 매설된 하수도과 등의 관이고, 이것에 맨홀 (2) 이 연통하고 있다. 관 (1) 의 내벽면 (1a) 을 관측하는 관내벽면 관측장치 (3) 는 스캐너 (4) 와, 스캐너 (4) 를 지지하여 관내를 이동하는 이동 장치 (5) 와, 이동 장치 (5) 에 부착하여 스캐너 (4) 의 이동 거리를 계측하는 거리 센서 (6) 와, 동일하게 이동 장치 (5) 에 부착하여 스캐너 (4) 의 3 축의 경사를 계측하는 자세 센서 (7) 와, 스캐너 (4) 를 작동 제어하며, 관측 데이터를 처리하는 제어 장치 (8) 와, 상기 관측 데이터를 기록하는 기록 장치 (9) 와, 상기 관측 데이터를 모니터에 표시하는 표시 장치 (10) 로 구성되고, 스캐너 (4) 및 이동 장치 (5) 는 케이블 (11) 에 의해 제어 장치 (8) 에 접속된다.

이동 장치 (5) 는 케이블 (11) 을 통하여 제어 장치 (8) 에 의해 구동 제어되는 주행부 (5a) 를 갖고, 스캐너 (4) 의 중심축선 (a) 이 관 (1) 의 내경의 중심축선 (b) 과 일치하도록 스캐너 (4) 의 위치를 조정 가능하게 지지한다.

제 2 도에 스캐너 (4) 의 단면 설명도를 모형적으로 나타낸다. 스캐너 (4) 는 외형이 원통상으로서, 선단측으로부터 순서대로 광원 (4a), 반사경 (4b), 광전변환기 (4c), 데이터 전송기 (4d) 를 내장한다. 또 반사경 (4b) 에 대향하는 위치에는 창 (4e) 을 설치한다.

관내벽면 관측 장치 (3) 는 이상과 같은 구성이고, 관 (1) 의 내벽면 (1a)을 관측할 때는 먼저 이동 장치 (5) 에 지지되는 스캐너 (4) 를 관 (1) 내에 삽입한다. 그리고 제어 장치 (8) 로부터의 지시로 스캐너 (4) 의 반사경 (4b) 을 회전시키면서 이동 장치 (5) 의 주행부 (5a) 를 구동하여 관 (1) 내를 중심축선 (b) 을 따라 이동한다.

스캐너 (4) 의 광원 (4a) 으로부터 발해진 빛은 회전하는 반사경 (4b) 에 의해 반사되어 창 (4e) 을 통하여 관 (1) 의 내벽면 (1a) 을 전 둘레에 걸쳐 조사한다. 내벽면 (1a) 에 조사된 빛은 내벽면 (1a) 의 상태, 예를 들면 압괴, 균열, 함몰 등의 손상 상태를 비추고, 반사광으로서 반사경 (4b) 에 입사한다. 이 반사광은 광전변환기 (4c) 에 의해 일단 전기 신호로 변환된다. 이 전기 신호는 다시 데이터 전송기 (4c) 에 의해 디지털 신호로 변환되고 케이블 (11)을 통하여 지상의 제어 장치 (9) 로 보내진다.

거리 센서 (6) 는 케이블 (11) 의 반복량으로 스캐너 (4) 의 이동 거리를 계측한다.

자세 센서 (7) 는 3 축의 자이로스코프에 의해 스캐너 (4) 의 자세를 롤각, 피치각, 요각으로 계측한다. 스캐너 (4) 의 이동에 수반하여 변위하는 이들의 거리 데이터와 자세 데이터는 축차 케이블 (11) 을 통하여 지상의 제어 장치 (8) 로 보내진다. 제어 장치 (8) 로 보내지는 이들의 거리 데이터 및 자세 데이터는 스캐너 (4) 가 출력하는 화상 데이터와 동기되어서 기록 장치 (9) 에 기록된다.

제어 장치 (8) 는 케이블에 의해 전송되는 이들의 거리 데이터, 자세 데이터 및 화상 데이터에 의해 관 (1) 내벽면 (1a) 의 연속 전개 화상을 작성한다.

자세 데이터의 롤각 (스캐너 (4) 축의 회전각) 은 스캐너 (4) 에 의해 수득할 수 있는 화상 데이터가 어느 위치의 데이터인가를 알기 위해 이용한다. 즉, 스캐너 (4) 는 관측중에 그 자체가 회전하는 일이 있으므로 화상 개시의 기점을 이동할 우려가 있다.

화상 데이터의 기점이 어느 위치에 있는지는 롤각이 알려주기 때문에 이 롤각이 나타내는 화상 데이터의 기점을 맞추어 화상 데이터를 순차 연속적으로 정열시켜서 관 (1) 의 내벽면 (1a) 의 연속 전개 화상을 작성한다.

제어 장치 (8) 가 작성한 연속 전개 화상은 표시 장치 (10) 에 의해 예를 들면 제 3 도 혹은 제 4 도에 나타내는 바와 같이 표시된다. 제 3 도는 관 (1) 의 내벽면 (1a) 을 평면적으로 전개하여 표시한 것으로, 복잡한 압괴 (a1), 좁은 환상 균열 (a2), 큰 균열 (a3), 함몰 (a4) 등의 손상 상태를 알 수 있게 되어 있다. 또 제 4 도는 제 3 도를 원주상으로 투영하여 표시한 것이다.

이 외에 스캐너 (4) 의 거리 데이터와 자세 데이터로부터 스캐너 (4) 의 이동 궤적을 구할 수 있다. 즉, 이동 거리의 단위 거리에서 롤각, 피치각, 요각의 각 각도변화를 적분하여 스캐너 (4) 의 단위 거리마다의 위치를 알고, 그들을 서로 연결시켜서 스캐너 (4) 의 이동 궤적을 구한다. 이 이동 궤적으로부터 제 5 도에 나타내는 관 (1) 의 사행 상태나 제 6 도에 나타내는 구배 상태 등을 표시할 수 있다. 또한 제 8 도에 나타내는 관 (1) 의 매설 상황을 지도와 같은 형태로 표시할 수도 있다. 도 중 부호 1 은 하수관 등의 관, 부호 2 는 맨홀, 부호 13 은 후술하는 부착관을 나타낸다.

이상의 실시예는 완만한 구배의 관이나 비교적 큰 내경의 관을 대상으로 하는 자주식 이동 장치 (5) 에 대해 서술하였는데, 슬립할 가능성이 있는 급한 구배의 관이나 작은 내경의 관을 대상으로 하는 견인식 이동 장치 (5) 에 대해서 이하에 설명한다. 제 7 도에 견인식 이동 장치 (5) 를 사용한 실시예의 요부 단면 설명도를 나타낸다. 도 중 부호 13 은 지중에 매설된 하수관 등의 관 (1) 에 한 끝을 개구하고, 다른 끝을 지상의 부착판 (14) 에 개구하는 부착관이다.

이동 장치 (5) 에는 방사상으로 복수의 스프링 레그 (12) 라고 불리는 각부를 설치한다. 스프링 레그 (12) 는 스프링 (12a) 과 스프링 (12a) 의 선단에 부착되는 롤러 (12b) 로 구성된다. 이 스프링 레그 (12) 가 스캐너 (4) 의 중심축선 (a) 과 관 (1) 내경의 중심축선 (b) 이 일치하도록 스캐너 (4) 를 지지한다. 견인식 이동 장치 (5) 는 이상과 같은 구성이고, 부착관 (13) 과 같이 급한 구배의 관내에서도 슬립하지 않고 이동할 수 있다.

스캐너를 항상 관의 중심축선을 따르도록 지지하고, 종방향만 아니라 종, 횡, 경사의 3 차원 공간을 이동하는 스캐너의 위치와 자세를 항상 계측하면서 360° 주위의 관내벽면을 화상으로 비춘다.

따라서 본 발명에 따르면, 지중을 종횡으로 뻗고, 또 경사하거나 사행하거나 하는 수도관이나 하수관 등의 관에서, 어둡고 관측이 곤란한 내벽면을 정확한 위치 계측하에서 전면적, 연속적으로 관측할 수 있다. 또 관내를 전면적, 연속적으로 관측할 수 있으므로 관내에 침입하고 있는 지하수의 상황에 대해서도 조사할 수 있다.

Claims

관내벽면 전 둘레를 조사해서 수득할 수 있는 반사광을 수광하여 광전변환하고 관내벽면의 화상 데이터를 출력하는 스캐너와,

상기 스캐너를 관의 중심축선을 따르도록 지지하여 관내를 이동하는 이동 수단과,

상기 스캐너의 이동 거리를 계측하여 거리 데이터를 출력하는 거리 계측 수단과,

상기 스캐너의 3 축의 경사를 계측하여 자세 데이터를 출력하는 자세 계측 수단과,

상기 화상 데이터와 상기 거리 데이터와 상기 자세 데이터를 동기시켜서 기록하는 기록 수단과,

상기 자세 데이터가 나타내는 화상 개시의 기점을 맞추어 상기 화상 데이터를 연속적으로 배열하고 관내벽면의 연속 전개 화상을 작성하여 표시하는 연속 전개 화상 작성 표시 수단과,

상기 거리 데이터와 상기 자세 데이터에 의해 상기 스캐너의 3 차원 이동 궤적 화상을 작성하여 표시하는 3 차원 이동 궤적 화상 작성 표시 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 관내벽면 관측 장치.