KR20020013671A - 비젼 시스템을 이용한 교량의 결함조사 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교량의 유지보수를 위하여 교량상판 하부의 결함을 검사하는 방법 및 이를 위한 장치에 있어서, 유압으로 작동되는 4절 링크부를 탑재한 교량용 점검차를 조사대상인 교량의 외측에 설치하고; 4절 링크부 끝단에 2축 스칼라 로봇을 부착하고; 2축 스칼라 로봇 위에 상하 및 좌우방향으로 제어가 가능한 카메라를 부착하고; 4절 링크부와 2축 스칼라 로봇을 교량상부에서 유선 또는 무선으로 제어하고; 교량 점검차가 이동하면서 원하는 지점의 영상을 카메라로 촬영한 후 이를 유선 또는 무선으로 전송하고; 상기 전송된 데이타를 비젼 시스템을 사용하여 영상처리하여 균열의 폭과 길이를 판별한 후, 이를 파일형태로 저장하는 방법 및 이를 위한 장치에 대한 것으로, 따라서 본 발명은 기존에 비계를 설치하여 인력으로 교량의 결함을 검사하는 방법에 비하여 안전성 확보, 조사자료의 객관화 및 인건비 절감차원에서 우수한 교량의 결함검사방법이다.

Description

비젼 시스템을 이용한 교량의 결함조사 방법 및 장치{Method and Apparatus for Inspecting Bridge Structure using Vision System}

본 발명은 육안 검사시 많은 비용과 위험성을 수반하는 교량하부구조의 외관을 조사하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상하 및 좌우 위치제어가 가능한 카메라를 2축 스칼라 로봇 끝단에 장착하고 유압으로 작용하는 링크기구를 교량상부에서 조작하여 교량하부에 접근하고, 2축 스칼라 로봇과 점검차를 이동하면서 원하는 위치로 제어하고 유선 또는 무선으로 실시간 모니터링을 수행하고 촬영된 영상을 비젼 시스템으로 처리함으로써 교량의 외관조사를 수행하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

본 발명은 교량과 같은 대형구조물의 노후도 진단을 위하여 외관검사를 수행할 때, 주기적 육안검사가 어려운 교량의 하부구조의 외관검사를 경제적이면서도 효율적으로 수행할 수 있게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

교량과 같은 산업기간시설물들은 안전성 확보를 위하여 주기적으로 안전점검 및 진단을 실시하고 있으며 1차적으로 외관검사에 의존하여 구조물의 균열 및 부식여부를 검사하고 있다.

기존의 시험방법은 도 1과 같이 물이 흐르는 교량의 하부에 비계(3)와 같은 작업대를 설치하고 이 위에서 작업자(2)가 교량의 부식 및 균열상태를 조사하는 것으로, 교량하부의 수면 상에 비계(3)와 같은 작업대를 설치하는데는 많은 경비가 들고 바람이 많이 부는 경우에는 작업대가 흔들려 작업자의 안전성이 확보되지 못하는 단점이 있다. 또한 도 2와 같이 최근에 도입된 굴절 사다리차를 이용하여 작업자를 사다리에 태우고 교량상판하부를 검사하는 방법이 있으나 굴절 사다리차의 크기가 커서 작업시 차선통제로 인해 교통흐름이 방해되고 작업자의 안전성 확보 및 객관적 자료의 확보가 문제시되고 있다.

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도 1 - 종래 기술에 따른 교량검사방법의 예시도

도 2 - 사장교나 현수교에 적용되는 굴절 사다리차의 예시도

도 3 - 본 발명에 따른 검사방법의 예시도

도 4 - 검사차량의 외형도

도 5 - 줌 카메라가 장착된 2축 스칼라 로봇의 예시도

도 6 - 비젼 시스템(Vision System)에 의한 균열 인식 개념도

도 7 - 본 발명에 따른 균열검사 프로그램 예시화면

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 교량상판 2 : 작업자

3 : 비 계 4 : 굴절부

5 : 케이블(Cable) 6 : 1단 링크

7 : 2단 링크 8 : 3단 링크

9 : 4단 링크 10 : 2축 스칼라 로봇

11 : 카메라 줌 시스템 12 : 탑재 차량

13 : 보조프레임 14 : 턴 테이블

15 : 4절 링크부 16 : 1축 모터 (직선이송용)

17 : 2축 모터 (회전이송용) 18 : 카메라 장착부

19 : 팬 구동부 20 : 틸트 구동부

21 : 고배율 줌렌즈

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 대상 교량에 대하여 도 3과 같이 교량 외측 갓길에 점검차를 세우고 유압식 링크기구와 2축 스칼라 로봇을 제어하여 카메라를 교량 하부의 원하는 위치에 접근시킨다. 2축 스칼라 로봇에 상하 및 좌우 회전제어가 가능한 팬 구동부(pan drive)와 틸트 구동부(tilt drive)가 부착된 카메라를 설치하여 교량하부의 상태를 영상으로 유선 또는 무선으로 전송하고, 전송된 영상을 비젼 프로그램을 이용하여 영상처리하는 방식으로 외관검사를 수행하게 된다.

본 발명에 사용되는 시험장치는 도 3과 같이 이동장치로서 4절 링크부(6,7,8,9)와, 카메라줌시스템(11)이 장착된 2축 스칼라 로봇(10)이 사용되고, 도시되지 않은 영상 및 제어용 유선 또는 무선송수신 모듈로 구성되며 또한 수신된 영상을 처리하기 위하여 비젼 프로그램이 사용된다.

탑재차량(12)은 도 4와 같이 차체와 잭을 지지해주는 보조프레임(13), 4절 링크부를 지지하여 주는 턴테이블(14), 점검부위 접근을 위한 4절 링크부(15), 각 구동부를 조작할 수 있는 도시되지 않은 유선 또는 무선 조작장치가 있으며, 안전 장치로 긴급 정지 장치 및 자동 전복 감지 장치로 구성되고 교축 방향으로 이동된다.

4절 링크부(15)는 도 3과 같이 굴절식 링크와 굴절과 인입 및 인출을 할 수 있는 붐(Boom)들로 이루어져 있으며 고장력 강판을 사용하여 높은 강도와 가벼운 중량으로 더욱 넓은 작업 범위가 가능하도록 되어있다. 4절 링크부의 조작은 비례제어밸브에 의해 부드러운 작동과 자유로운 속도조절이 가능하도록 하며 유선 또는 무선 조작 방식을 채용한다.

2축 스칼라 로봇(10)은 도 5와 같이 직선이송용의 1축 모터(16)와 회전이송용의 2축 모터(17)로 구동하는 것을 기본으로 하며 제어방식은 유선 또는 무선방식을 택하여 작업자는 현장에서 리모콘을 이용해 원하는 정확한 위치로 신속하게 카메라를 이동시키며 작업시간을 단축시킬 수 있게 한다.

카메라줌시스템(11)는 도 5와 같이 고배율 줌렌즈(21)를 채용하고 있으며, 팬 구동부(19)와 틸트 구동부(20)를 이용하여 좌우 360도, 상하 90도 회전이 가능해 교량 하부에서 모든 방향으로의 검사가 가능하다.

또한 카메라줌시스템(11)에는 영상송수신회로가 있어, 촬영한 영상을 모니터링장치로 사용되는 컴퓨터에 유선 또는 무선으로 전송하고, 전송된 화상은 컴퓨터에 내장된 제6도의 비젼프로그램에 의하여 영상처리를 거쳐 균열폭 및 길이를 산정하며, 영상자료는 비디오나 영상파일로 컴퓨터에 저장시키어 추후 검사결과와 비교분석이 가능하도록 한다.

제7도는 본 발명의 장치를 사용하여 교량의 결함을 분석한 사례를 나타내고 있다. 특히 균열부의 길이와 폭을 산정하기 위하여는 화상 데이터의 1개의 픽셀크기를 결정해야 하는데 이는 카메라의 줌과 포커스관련 렌즈를 구동하는 직류모터에 엔코더나 포텐셔미터 등의 센서를 달아 두 센서의 출력을 제어기에 전송하여 사전에 보정한 데이터를 이용하여 프로그램 상에서 자동으로 단위 픽셀의 크기를 결정하고 이에 따른 균열의 폭과 길이를 산정하게 한다.

종래의 방법을 이용하여 교량하부의 결함을 조사하는 경우에는 작업자가 물이 흐르는 교량하부에 비계와 같은 작업대를 설치하고 검사를 하거나 굴절사다리차를 이용하여야 하나, 비계작업의 경우에는 많은 비용과 인력 및 시간이 소요되고 있으며, 굴절사다리차의 경우에는 그 규모가 커 차선의 통제로 인한 차량흐름을 방해하고 작업효율이나 작업자의 안전성 측면에서 효과적이지 못하다. 또한 기존의 방법은 작업자의 육안에 의지해 균열의 폭과 길이를 평가하므로 조사결과의 신뢰도가 저하될 뿐 아니라 동일한 균열에 대하여도 작업자마다 그 평가결과가 일치하지 않는 모순을 지니고 있다. 본 발명에서는 작업자가 교량상부에서 제어장치를 조정하면서 실시간 모니터링을 수행하므로 작업효율 및 안전성이 확보되며 4절 링크부끝단의 스칼라 로봇을 2축, 3축으로 변형하여 장착하면 교량의 상부형식에 구애됨이 없이 적용될 수 있으며, 교량 점검차의 규모가 기존의 굴절사다리차에 비해 작아 갓길주행이 가능하므로 고속도로상의 차량의 통제가 불필요하다. 교량의 외관 검사시 교량 점검차의 이동이 용이하고 현장에 설치하여 교량의 하부상태를 점검할 수 있으며 각 위치별 영상자료를 파일형태로 컴퓨터에 저장한 후 컴퓨터 비전(Vision)분야의 이미지 프로세싱기법(Image Processing)을 이용하여 교량하부의 균열, 용접부의 이상 유무판별 및 균열의 폭과 길이를 정량적으로 판단하는데 신뢰도를 크게 제고할 수 있고, 검사 및 판정을 자동화하고 객관화 할 수 있는 우수한 교량 검사방법 및 장치이다.

Claims (2)

1. 4절링크부를 탑재한 점검차를 조사대상 교량 외측에 설치하고;

   4절링크부 끝단에 카메라를 이송하기 위한 2축 스칼라 로봇을 부착하고;

   2축 스칼라 로봇 끝단에 팬 및 틸트 구동이 가능하고 줌 및 포커스 렌즈의 조절이 가능한 카메라를 부착하고;

   교량상부에서 4절링크부와 2축 스칼라 로봇을 유선 또는 무선으로 조정하고;

   교량 점검차가 이동하면서 원하는 지점의 영상을 촬영한 후 이를 유선 또는 무선으로 전송하고;

   컴퓨터에 내장된 비젼프로그램을 이용하여 결함을 조사하는 것을 특징으로 하는 교량의 결함검사 방법.
2. 교량검사용 점검차에 4절 링크부를 장착하고;

   4절링크부 끝단에 카메라를 이송하기 위한 2축 스칼라 로봇을 부착하고;

   2축 스칼라 로봇 끝단에 팬 및 틸트 구동이 가능하고 줌 및 포커스 렌즈의 조절이 가능한 카메라를 부착하고;

   교량상부에서 4절링크부와 2축 스칼라 로봇을 유선 또는 무선으로 조정하고;

   교량 점검차가 이동하면서 원하는 지점의 영상을 촬영한 후 이를 유선 또는 무선으로 전송하고;

   컴퓨터에 내장된 비젼프로그램을 이용하여 결함을 조사하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 교량의 결함검사 장치.