KR20130142608A - 배관 검사 장치 - Google Patents

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KR20130142608A
KR20130142608A KR1020120065961A KR20120065961A KR20130142608A KR 20130142608 A KR20130142608 A KR 20130142608A KR 1020120065961 A KR1020120065961 A KR 1020120065961A KR 20120065961 A KR20120065961 A KR 20120065961A KR 20130142608 A KR20130142608 A KR 20130142608A
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조동균
이정환
최두진
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

배관 검사 장치 및 이를 이용한 배관 검사 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 장치는 원형의 단면이 길이방향으로 연장된 파이프 형태의 배관을 검사하는 장치로서, 상기 배관을 굴려 이동시키는 지그부와; 상기 배관의 외표면에 광을 조사하여, 상기 배관의 외표면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제1 LVS와; 상기 제1 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 직진도를 판단하는 연산부를 포함할 수 있다.

Description

배관 검사 장치 {Device for inspecting pipe}
본 발명은 배관 검사 장치에 관한 것이다.
조선업이나 건설업 등 산업 전반에 걸쳐 배관(配管, pipe)은 매우 빈번하고 다량으로 사용되는 자재의 하나이다. 이러한 배관은 직관(直管), 엘보우(elbow)관, T자 관, 플랜지(flange) 등의 단품을 조립하여 구성되며, 단품으로 구성되는 배관의 최소 단위를 스풀(spool)이라 한다.
이와 같이 배관은 각 단품들을 용접 등의 방법으로 연결하여 제작하며, 따라서 각 단품의 관리가 제대로 이루어지지 않으면 완성된 배관의 품질은 나쁠 수밖에 없다. 이러한 배관의 품질 저하 현상은 결국 작업의 불량률을 높이고 금전적, 시간적 손실을 야기하게 된다. 즉, 배관의 각 단품에 대한 정도(正度) 관리는 반드시 필요하나, 종래에는 배관 단품에 대한 관리가 제대로 이루어지지 않은 실정이다.
예를 들어, 단품 중 직관의 경우 정도(正度) 관리는 직진도(直進度)와 진원도(眞圓度)에 대한 관리로 나누어 볼 수 있는데, 종래에는 직진도는 피아노 줄을 이용하여 사람의 눈으로 직진 여부를 확인하는 방법으로 검사하였고, 진원도는 줄자로 몇 군데 포인트의 지름을 측정하여 그 지름이 일정한지 확인하는 방법으로 검사하였다. 또한, 배관 단면의 수직도(垂直度) 검사는 거의 이루어지지 않았다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
한편, 대한민국 등록특허 제10-0716593호에는 배관의 건전성 평가를 위하여 링배열 형태의 레이저 빔을 이용하여 배관 내에 특정 모드의 유도초음파만을 균일하게 비접촉식으로 발생시키고, 이를 이용하여 크랙이나 부식에 의한 두께 감육 등 배관 결합을 분석하는 링배열 레이저 조사에 의한 비접촉식 배관 검사 장치가 개시되어 있다.
특허문헌 1 : 대한민국 등록특허공보 제10-0716593호
본 발명은 사람의 손이나 육안을 사용함에 따른 불편함과 부정확성을 배제하고, 전용 지그 및 레이저 센서를 사용하여 배관의 직진도, 진원도, 수직도를 자동으로 정확하게 검사할 수 있는 배관 검사 장치 및 이를 이용한 배관 검사 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 원형의 단면이 길이방향으로 연장된 파이프(pipe) 형태의 배관을 검사하는 장치로서, 상기 배관을 굴려 이동시키는 지그부와; 상기 배관의 외표면에 상기 배관의 축과 평행하도록 광을 조사하여, 상기 배관의 외표면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제1 LVS(Laser Vision Sensor)와; 상기 제1 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 직진도(直進度)를 판단하는 연산부를 포함하는 배관 검사 장치가 제공된다.
상기 배관의 단면의 두께 부분에 광을 조사하여, 상기 배관의 단면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제2 LVS를 더 포함하고, 상기 연산부는, 상기 배관이 굴러가는 동안 상기 제2 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 진원도(眞圓度)를 판단할 수 있다.
상기 제2 LVS는 상기 배관의 축과 평행하도록 광을 조사하며, 상기 연산부는, 상기 제2 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 수직도(垂直度)를 더 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 원형의 단면이 길이방향으로 연장된 파이프(pipe) 형태의 배관을 검사하는 장치로서, 상기 배관을 굴려 이동시키는 지그부와; 상기 배관의 단면의 두께 부분에 광을 조사하여, 상기 배관의 단면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제1 LVS(Laser Vision Sensor)와; 상기 배관이 굴러가는 동안 상기 제1 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 진원도(眞圓度)를 판단하는 연산부를 포함하는 배관 검사 장치가 제공된다.
상기 배관의 외표면에 광을 조사하여, 상기 배관의 외표면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제2 LVS를 더 포함하고, 상기 연산부는, 상기 제2 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 직진도(直進度)를 판단할 수 있다.
상기 제1 LVS는 상기 배관의 축과 평행하도록 광을 조사하며, 상기 연산부는, 상기 제1 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 수직도(垂直度)를 더 판단할 수 있다.
상기 지그부는, 상기 배관의 축에 평행하게 위치하는 지그축과; 상기 배관의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 상기 지그축에 결합되는 제1 지그암과; 상기 배관을 향하여 연장 가능하도록 상기 제1 지그암에 결합되는 제2 지그암과; 상기 배관의 내부에 삽입되며, 상기 배관의 내경에 접하도록 확장되는 그립퍼를 포함할 수 있다.
상기 그립퍼가 상기 배관의 길이방향의 단부에 위치하도록, 상기 제1 지그암이 상기 지그축을 따라 이동하고, 상기 그립퍼가 상기 배관의 단면에 대향하여 위치하도록, 상기 제2 지그암이 상기 제1 지그암으로부터 연장되며, 상기 그립퍼가 상기 배관의 내부에 삽입되도록, 상기 제1 지그암이 상기 지그축을 따라 다시 이동하고, 상기 배관의 내경에 접하도록 상기 그립퍼가 확장됨으로써, 상기 지그부는 상기 배관에 대한 검사 상태로 세팅될 수 있다.
상기 그립퍼의 말단에는 상기 배관의 축과 평행한 회전축을 가지는 롤러(roller)가 포함될 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전용 지그를 사용하여 배관을 정반 상에서 굴려가며 검사하므로 사람이 일일이 손으로 검사할 필요 없이 배관을 자동으로 검사할 수 있으며, 레이저 센서를 사용하여 직진도, 진원도 및 수직도를 판단하므로 사람의 눈으로 부정확하게 검사할 필요 없이 보다 정확하게 배관을 검사할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 대상을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 장치를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그부의 작동 메커니즘을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼의 작동 메커니즘을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 롤러를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 직진도 검사 과정을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 직진도 검사 방법을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진원도 및 수직도 검사 과정을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진원도 및 수직도 검사 방법을 나타낸 순서도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 대상을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 장치를 나타낸 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 배관(100), 정반(110), 지그부(120), LVS(130, 132), 연산부(140)가 도시되어 있다.
도 1에는 배관(직관)의 검사 대상을 예시한 것으로, 배관의 검사 대상은 도시된 것처럼 직진도, 진원도, 수직도를 들 수 있다.
직진도(直進度)는, 배관(100)이 길이방향을 따라 정확히 직선으로 연장되었는지, 즉 도 1에 도시된 것처럼 배관(100)의 외표면이 길이방향으로 직선을 이루고 있는지 여부를 의미한다.
진원도(眞圓度)는, 배관(100)의 단면이 정확히 원을 이루고 있는지 여부를 의미한다.
수직도(垂直度)는, 도 1에 도시된 것처럼 배관(100)의 단면이 길이방향(배관(100)의 축 방향)에 대해 수직을 이루고 있는지 여부를 의미한다.
배관(100) 단품의 정도(직진도, 진원도, 수직도 등)에 대한 관리가 제대로 이루어져야 배관(100)의 품질을 유지할 수 있음은 전술한 바와 같다. 이하, 검사 대상이 되는 배관(100)의 단품으로 도 1에 도시된 것과 같은 직관을 예로 들어 설명한다.
즉, 본 실시예에 따른 검사 대상 배관(100)은 원형의 단면이 길이방향으로 연장된 파이프(pipe) 형태의 배관(100)으로서, 본 실시예는 이러한 배관(100)을 자동으로 정확히 검사하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 실시예에 따른 배관 검사 장치는, 도 2에 도시된 것처럼, 배관(100)을 굴릴 수 있는 바닥인 정반(定盤, surface plate)(110)과, 정반(110) 위에 설치되며 일 방향으로 이동하는 갠트리(gantry) 형태의 지그부(120)와, 배관(100)의 직진도를 검사하기 위한 LVS(Laser Vision Sensor)(130) 및 연산부(140)로 이루어질 수 있다.
정반(110)은 검사 대상 배관(100)을 지지하는 바닥으로서, 정확하며 평활(平滑)하게 다듬질된 평면을 가진 금속의 튼튼한 블록 또는 테이블이 사용될 수 있다.
정반(110)의 크기, 구조, 정밀도는 다양하게 구성할 수 있는데, 예를 들면 주철제나 강제로 할 수도 있고, 뒷면은 보강을 위해 골조구조(骨組構造)로 구성하여 사용시 정반(110)이 변형되는 것을 방지할 수 있으며, 표면은 스크레이핑(scraping), 연삭(硏削) 다듬질 또는 랩 다듬질을 하여 기준 평면으로서 사용되도록 할 수 있다.
이 외에도 본 실시예에 따른 검사 대상 배관(100)을 지지하기 위한 다양한 형상 및 구조의 정반(110)이 사용될 수 있음은 물론이다.
지그부(120)는 정반(110) 상에 올려놓은 배관(100)이 원주면을 따라 굴러가도록 구동력을 인가하는 구성요소로서, 본 실시예에 따른 지그부(120)로 배관(100)을 잡고 일 방향으로 이동시키면 그에 따라 배관(100)이 정반(110) 상에서 굴러가면서 이동하게 된다. 지그부(120)의 구체적인 구성 및 작동 방식에 대해서는 후술한다.
LVS(130), 즉 레이저 비전 센서는 표적을 향해 레이저를 발사한 뒤 반사되어 되돌아오는 레이저를 검출하여 정확한 거리를 측정할 수 있는 센서이다.
즉, 본 실시예에 따른 LVS(130)는 배관(100)의 외표면에 레이저 광을 조사함으로써 배관(100)의 외표면까지의 거리에 관한 신호를 출력할 수 있다.
레이저 센서를 사용하여 배관(100)의 직진도를 판단하기 위해서는, 배관(100)에서 직선이어야 하는 부분, 즉 배관(100)의 외표면 상에서 배관(100)의 축, 즉 배관축과 평행한 직선 부분에 레이저 광을 조사하는 것이 좋다.
따라서, 본 실시예에 따른 LVS(130)는 배관(100)의 외표면에 레이저 광을 조사하되, 조사되는 레이저 광은 배관(100)의 외표면에서 배관축과 평행한 직선이 되도록 광을 조사할 수 있다.
LVS(130)에 연결된 연산부(140)에서는 LVS(130)에 의해 획득된 정보, 즉 LVS(130)와 배관(100)의 표면까지의 거리를 파악할 수 있는데, 파악된 거리 데이터로부터 배관(100)의 직진도를 판단할 수 있다.
즉, LVS(130)와 배관(100)의 외표면 상의 각 지점 간의 거리가 일정한 직선을 그리는 경우 검사 대상 배관(100)의 직진도가 양호한 것으로 판단할 수 있다.
다만, LVS(130)로 측정한 거리 데이터가 반드시 수학적인 의미에서 하나의 직선을 이루는 경우뿐만 아니라, 측정된 데이터로부터 추출한 가상의 직선과 측정된 데이터 간의 편차가 미리 설정된 오차 범위 이내인 경우에도 직진도가 양호한 것으로 판단할 수도 있다.
여기서 직진도 판단의 근거가 되는 '오차범위'는 검사 대상 배관(100)의 용도, 설치 위치, 비용 등을 종합적으로 고려하여 검사자가 적절한 값으로 설정할 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따른 연산부(140)로는 LVS(130)에 연결되어 LVS(130)로부터 신호를 수신할 수 있으며, 수신된 값을 연산, 처리하여 배관(100)의 직진도 여부를 판단할 수 있는 마이크로프로세서 등의 디지털 장치가 사용될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 배관 검사 장치에는 직진도 검사를 위한 LVS(130) 외에 진원도 검사를 위한 LVS(132)가 추가로 설치될 수 있다.
추가되는 LVS(132)는 배관(100)의 단면의 두께 부분에 레이저 광을 조사함으로써 배관(100)의 단면까지의 거리에 관한 신호를 출력할 수 있다.
레이저 센서를 사용하여 배관(100)의 진원도를 판단하기 위해서는, 배관(100)에서 진원을 이루어야 하는 부분, 즉 배관(100)의 단면에 레이저 광을 조사하는 것이 좋다.
따라서, 본 실시예에 따라 추가되는 LVS(132)는 배관(100)의 단면에 레이저 광을 조사하되, 단면 부분에 실질적으로 레이저 광이 조사되어 반사될 수 있도록 배관(100)의 단면의 두께 부분에 광을 조사할 수 있다.
추가된 LVS(132)에 연결된 연산부(140)에서는 LVS(132)에 의해 획득된 정보, 즉 LVS(132)와 배관(100)의 단면까지의 거리를 파악할 수 있는데, 파악된 거리 데이터로부터 배관(100)의 진원도를 판단할 수 있다.
즉, 배관(100)이 정반(110) 상에서 굴러가는 동안, LVS(132)로부터 배관(100)의 단면 상의 특정 지점까지의 거리 데이터가 일정한 패턴을 이루는 경우 검사 대상 배관(100)의 단면이 진원을 이루는 것으로 판단할 수 있다.
다만, LVS(132)로 측정한 거리 데이터로부터 반드시 수학적인 의미에서 진원을 이루는 경우뿐만 아니라, 측정된 데이터로부터 추출한 가상의 원과 측정된 데이터 간의 편차가 미리 설정된 오차 범위 이내인 경우에도 진원도가 양호한 것으로 판단할 수도 있다.
여기서 진원도 판단의 근거가 되는 '오차범위'는, 직진도의 경우와 마찬가지로, 검사 대상 배관(100)의 용도, 설치 위치, 비용 등을 종합적으로 고려하여 검사자가 적절한 값으로 설정할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 2개의 LVS(130, 132)를 사용하여 배관(100)의 직진도와 진원도를 각각 검사할 수 있으며, 진원도 검사용 LVS(132)의 측정치를 이용하여 배관(100)의 수직도도 판단할 수 있다.
예를 들어, 후술하는 도 8에 도시된 것처럼, LVS(132)의 위치를 적절하게 설정하여, 진원도 검사용 LVS(132)로 배관(100)의 단면의 두께 부분에 레이저 광을 조사하되 레이저 광이 배관축과 평행한 방향으로 조사되도록 할 경우, LVS(132)에 의해 측정된 배관(100)의 단면까지의 거리가 균일하면 배관(100)의 단면이 배관축에 대해 수직을 이루는 것으로 판단할 수 있다.
다만, LVS(132)로 측정한 거리 데이터로부터 반드시 수학적인 의미에서 수직을 이루는 경우뿐만 아니라, 측정된 데이터로부터 추출한 단면이 배관축에 대해 미리 설정된 오차 범위 이내에서 수직한 경우에도 수직도가 양호한 것으로 판단할 수도 있다.
여기서 수직도 판단의 근거가 되는 '오차범위'는, 직진도 및 진원도의 경우와 마찬가지로, 검사 대상 배관(100)의 용도, 설치 위치, 비용 등을 종합적으로 고려하여 검사자가 적절한 값으로 설정할 수 있음은 물론이다.
본 실시예에 따른 배관 검사 장치의 작동 방식에 대해 설명하면, 검사 대상이 되는 배관(100)을 지그부(120)로 잡고 배관(100)의 축과 수직한 방향으로 지그부(120)를 이동시키면, 그에 따라 배관(100)은 정반(110) 위를 구르면서 이동하게 된다.
이 과정에서, 후술하는 도 6에 도시된 것처럼, 지그부(120)에 설치되어 있는 각 LVS(130)가 배관(100)을 향하여 레이저 광(배관축에 평행한 직선을 이루도록)을 조사하고 그에 따라 파악된 배관 외표면까지의 거리 데이터를 이용하여 배관(100)의 직진도를 판단할 수 있다.
마찬가지로, 후술하는 도 8에 도시된 것처럼, 지그부(120)에 설치되어 있는 LVS(132)가 배관(100)의 단면의 두께 부분에 레이저 광을 조사하고 그에 따라 파악된 거리 데이터의 패턴을 이용하여 진원도를 판단할 수 있다
즉, 배관(100)의 단면까지의 거리 데이터가 일정한 패턴을 이루면 진원이고 패턴이 일정하지 못하고 바뀌게 되면 진원이 아니며, 그 패턴을 이루는 정도로부터 진원도를 판단할 수 있다.
또한, 도 8에 도시된 것처럼, 배관(100)의 단면의 두께 부분에 배관축에 평행한 방향으로 레이저 광을 조사하고 그에 따라 파악된 두께 부분까지의 거리를 통해 배관(100)의 단면과 배관축 간의 수직도를 알 수 있다.
즉, LVS(132)로부터 배관 단면까지의 거리가 일정하면 배관(100)의 단면과 배관축이 수직을 이루는 것으로 판단할 수 있다.
한편, 위에서는 검사 대상 배관(100)의 직진도를 판단하기 위한 LVS(130)가 구비된 것을 전제로 하여, 배관(100)의 진원도 및 수직도를 더 판단할 수 있도록 추가 LVS(132)가 구비된 배관 검사 장치의 실시예에 대하여 설명하였다.
그러나, 또 다른 실시예로서, 검사 대상 배관(100)의 진원도를 판단하기 위한 LVS(132)가 구비된 것을 전제로 하여, 배관(100)의 직진도를 더 판단할 수 있도록 추가 LVS(130)가 구비되는 배관 검사 장치도 구현 가능하다.
즉, 또 다른 실시예에 따른 배관 검사 장치는, 배관(100)을 굴릴 수 있는 바닥인 정반(110)과, 정반(110) 위에 설치되며 일 방향으로 이동하는 지그부(120)와, 배관(100)의 진원도를 검사하기 위한 LVS(132) 및 연산부(140)로 이루어질 수 있다.
여기서 배관(100)의 진원도를 검사하기 위해 배관(100)의 단면의 두께 부분에 레이저 광을 조사하는 LVS(132) 및 배관(100)이 굴러가는 동안 LVS(132)로부터 신호를 수신하여 배관(100)의 진원도를 판단하는 연산부(140)의 구성 및 작동 방식은 전술한 바와 마찬가지이다.
이처럼, 배관(100)의 진원도를 판단하기 위한 LVS(132)가 설치된 상태에서, 배관(100)의 직진도를 더 판단하기 위해 배관(100)의 외표면에 배관(100)의 축과 평행하도록 광을 조사하여, 배관(100)의 외표면까지의 거리를 측정할 수 있는 LVS(130)가 추가로 설치될 수 있다.
배관(100)의 직진도를 검사하기 위해 레이저 광을 조사하는 LVS(130) 및 LVS(130)로부터 신호를 수신하여 배관(100)의 직진도를 판단하는 연산부(140)의 구성 및 작동 방식은 전술한 바와 마찬가지이다.
나아가, 진원도 검사용 LVS(132)로 배관축과 평행한 방향으로 배관(100)의 단면의 두께 부분에 레이저 광을 조사하여, LVS(132)에 의해 측정된 배관(100)의 단면까지의 거리로부터 배관(100)의 수직도도 판단할 수 있음은 전술한 바와 마찬가지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지그부의 작동 메커니즘을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼의 작동 메커니즘을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼 및 롤러를 나타낸 도면이다 도 3 내지 도 5를 참조하면, 배관(100), 정반(110), 지그부(120), 지그축(122), 지그암(124, 125), 그립퍼(126), 롤러(128)가 도시되어 있다.
도 3 내지 도 5는 본 실시예에 따른 배관 검사 장치에서 배관(100)을 잡고 이동하여 배관(100)이 정반(110) 상에서 굴러가도록 하는 지그부(120)의 구체적인 구성을 예시한 것이다.
도시된 것처럼, 본 실시예에 따른 지그부(120)는, 지그축(122)과, 지그축(122)에 결합되는 지그암(124, 125)과, 지그암(124, 125)에 결합되는 그립퍼(126)로 이루어질 수 있다.
지그축(122)은 지그부(120)의 몸체를 이루는 구성요소로서, 검사 대상 배관(100)의 상부에 갠트리 형태로 배관축에 평행하게 위치할 수 있다.
지그암(124, 125)은 배관축에 결합되어 그립퍼(126)를 원하는 위치에 포지셔닝(positioning)하기 위한 구성요소로서, 2 자유도의 움직임을 구현하기 위해 2단계의 암으로 구성될 수 있다.
즉, 지그축(122)을 따라 배관축 방향으로 이동하도록 지그축(122)에 결합되는 제1 지그암(124)과, 제1 지그암(124)으로부터 연장 또는 수축되도록 제1 지그암(124)에 결합되는 제2 지그암(125)으로 구성될 수 있다.
이처럼 지그암(124, 125)이 2 자유도로 작동됨에 따라, 본 실시예에 따른 지그부(120)는 지그축(122) 자체의 이동까지 합하여 총 3 자유도로 작동될 수 있으며, 지그부(120)의 작동에 따라 지그암(124, 125)의 말단에 결합된 그립퍼(126)는 3차원 공간상에서 원하는 위치로 이동될 수 있다.
그립퍼(126)는 지그암(124, 125)의 말단에 결합되어 3차원 공간상에서 원하는 위치로 이동하는 구성요소로서, 배관 검사시 배관(100)의 내부에 삽입되어 배관(100)의 내표면에 접함으로써 배관(100)을 안쪽에서 꽉 잡고 있는 역할을 한다.
이처럼, 그립퍼(126)가 배관(100)을 내측에서 잡고 있기 위해, 본 실시예에 따른 그립퍼(126)는, 도 4에 도시된 것처럼, 배관(100)의 직경 방향으로 확장 또는 수축되는 되는 구조로 이루어질 수 있다.
즉, 지그축(122) 및 지그암(124, 125)의 작동에 의해 그립퍼(126)가 검사 대상 배관(100)의 내부에 수용된 상태에서 그립퍼(126)를 확장시켜 그립퍼(126)의 양단이 배관(100)의 내표면에 각각 접촉되도록 할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 실시예에 따른 지그부(120)를, 배관 검사를 위한 상태로 세팅하는 과정에 대해 설명한다.
배관 검사를 위한 세팅은 결국 그립퍼(126)가 배관(100)을 안쪽에서 잡고 있는 상태가 되도록 지그부(120)를 작동시키는 것을 의미하며, 따라서 먼저 지그축(122)을 따라 지그암(124)을 이동시켜 그립퍼(126)가 배관(100)의 길이방향의 단부에 위치하도록 한다.
다음으로, 지그암(125)을 연장(또는 수축)시켜, 즉 제2 지그암(125)이 제1 지그암(124)으로부터 인출(또는 수납)되도록 하여 그립퍼(126)가 배관(100)의 단면에 대향하여 위치하도록 한다.
다음으로, 지그축(122)을 따라 지그암(124)을 다시 이동시켜 그립퍼(126)가 배관(100)의 내부에 삽입되도록 한다. 그립퍼(126) 부분만 배관(100) 내부로 들어가면 되므로, 지그암(124)은 지그축(122)을 따라 약간만 이동시켜도 된다.
그립퍼(126)가 배관(100)의 단부에 위치하도록 지그암(124)을 이동시키는 방향과 그립퍼(126)가 배관(100) 내부로 삽입되도록 지그암(124)을 이동시키는 방향은 서로 반대가 될 수 있으므로, 지그암(124)을 이동시켜 그립퍼(126)를 배관(100)의 단부에 위치시킨 후, 지그암(124)을 (약간) 복귀시켜 그립퍼(126)가 배관(100) 내부에 삽입되도록 할 수 있다.
마지막으로, 배관(100) 내부에 삽입된 그립퍼(126)를 확장시켜 배관(100)의 내표면에 접하도록 함으로써 그립퍼(126)가 배관(100)을 (안쪽에서) 잡고 있는 상태가 되도록 한다.
지그암(124, 125)을 작동시켜 포지셔닝된 그립퍼(126)가 반드시 배관(100)의 내경 부분에 위치하는 것은 아니므로, 그립퍼(126)가 배관(100)의 내표면에 접하도록 확장된 상태에서 다시 지그암(125)을 약간 작동시켜 그립퍼(126)가 더 이상 확장되지 않는 위치, 즉 그립퍼(126)가 최대한 확장된 위치로 포지셔닝할 수 있다.
이로써, 본 실시예에 따른 그립퍼(126)는 배관(100)의 내표면 중 내경에 해당하는 부분에 접하게 되어, 정반(110) 상에서 배관(100)이 자체적으로 움직이지 않고 지그부(120)의 작동에 의해서만 굴러가도록 그립퍼(126)가 배관(100)을 꽉 잡고 있는 상태가 될 수 있다.
즉, 지그부(120)는 배관(100)에 대한 검사 상태로 세팅될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 그립퍼(126)의 말단에는 배관(100)의 축과 평행한 회전축을 가지는 롤러(roller)(128)가 포함될 수 있다.
즉, 도 5에 도시된 것처럼, 그립퍼(126)의 말단에 롤러(128)를 설치함으로써, 그립퍼(126)가 확장됨에 따라 롤러(128)가 배관(100)의 내표면에 접하게 되며, 검사 대상이 되는 배관(100)을 지그부(120)로 잡고 배관(100)의 축과 수직한 방향으로 지그부(120)를 이동시키면, 그에 따라 배관(100)은 정반(110) 위를 구르면서 이동하게 되고, 이 과정에서 배관(100)의 내표면에 접하고 있는 롤러(128)도 함께 회전하게 된다.
바꿔 말하면, 그립퍼(126)의 말단에 롤러(128)를 설치하여 롤러(128)가 회전하도록 함으로써, 배관(100)을 잡고 있는 상태에서 지그부(120)를 이동시킬 때 배관(100)이 정반(110) 상에서 (미끄러지면서 이동하는 것이 아니라) 굴러가면서 이동할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 지그부(120)는 도 3에 도시된 것처럼 배관(100)의 양 단부에 상응하도록 한 쌍의 지그암(124, 125)을 구비할 수 있으며, 이에 따라 그립퍼(126) 또한 한 쌍의 지그암(124, 125) 각각에 설치되므로 지그암(124, 125)과 마찬가지로 한 쌍으로 구비될 수 있다.
이상으로 설명한 지그부(120)의 검사 상태 세팅 과정을 다시 정리하면, 배관(100)이 정반(110) 위에 올라오면 지그암(제1 지그암(124))이 배관(100)의 길이만큼 좌우로 이동하고, 미리 입력된 정보(배관(100)의 직경과 두께)를 참조하여 그립퍼(126)가 배관(100)의 중심 높이에 위치하도록 지그암(제2 지그암(125))이 연장 또는 수축한다.
그립퍼(126)가 배관(100) 내에 삽입되도록 지그암(제1 지그암(124))이 다시 이동하고, 그립퍼(126)가 배관(100) 내에 삽입된 후 그립퍼(126) 말단의 롤러(128)가 배관(100)의 내경 부분에 접할 때까지 그립퍼(126)가 확장된다.
롤러(128)가 배관(100)의 내표면에 접한 상태에서 미세하게 지그암(제1 지그암(124) 및/또는 제2 지그암(125))을 작동시켜 그립퍼(126)가 가장 많이 벌어지는 높이를 찾아 그립퍼(126)를 이동시킨다.
이로써 본 실시예에 따른 지그부(120)의 배관 검사 준비가 완료되며, 이 상태에서 지그축(122)과 배관(100)의 축은 평행하게 정렬된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 직진도 검사 과정을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 직진도 검사 방법을 나타낸 순서도이다. 도 6을 참조하면, 배관(100), 정반(110), 지그부(120), LVS(130)가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 배관(100)의 직진도 검사 방법에 대해 설명하면, 먼저 검사 대상 배관(100)을 지그부(120)로 잡고 지그부(120)를 이동시켜 정반(110) 상에서 배관(100)이 굴러가도록 한다(S100).
지그부(120)와 배관(100)이 접하는 부분(그립퍼(126))에는 롤러(128)가 설치될 수 있으며, 지그부(120)는 배관축에 수직한 방향으로 이동시켜 배관(100)이 굴러가도록 할 수 있음은 전술한 바와 같다.
다음으로, LVS(130)로 배관(100)의 외표면에 레이저 광을 조사한다(S200). 배관(100)의 직진도를 판단하기 위해서는 배관(100)의 축과 평행한 직선을 이루도록 배관(100)의 외표면에 레이저 광을 조사하는 것이 좋다.
이에 따라, LVS(130)로부터 배관(100)의 외표면까지의 거리에 관한 정보를 획득할 수 있으며(S300), 획득된 정보를 연산, 처리하여 배관(100)의 직진도를 판단할 수 있다(S400).
배관(100)의 직진도 판단은 배관(100)의 외표면 전체에 걸쳐 수행해야 하므로, 배관(100)이 정반(110) 상에서 굴러가는 동안 단계 S200 내지 단계 S400이 반복적으로 수행될 수 있다.
배관(100)의 직진도 검사는, 배관(100)이 정반(110) 상에서 최소 1 바퀴 굴러가는 동안 수행함으로써, 검사 대상 배관(100)이 외표면 전체에 양호한 직진도를 가졌는지 여부를 판정하는 것이 좋다.
한편, 배관(100)의 직진도 판단과 병행하여, 또는 직진도 판단에 이어서 순차적으로, 또는 직진도 판단과는 별도로, 배관(100)의 진원도 판단을 수행할 수 있으며, 진원도 판단과 함께 배관(100)의 수직도도 판단할 수 있다.
배관(100)의 진원도 및 수직도 판단 방법에 대해서는 도 8 내지 도 9를 참조하여 후술한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진원도 및 수직도 검사 과정을 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관의 진원도 및 수직도 검사 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8을 참조하면, 배관(100), 정반(110), 지그부(120), LVS(132) 가 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 배관(100)의 진원도 검사 방법에 대해 설명하면, 먼저 검사 대상 배관(100)을 지그부(120)로 잡고 지그부(120)를 이동시켜 정반(110) 상에서 배관(100)이 굴러가도록 한다(P100).
지그부(120)와 배관(100)이 접하는 부분(그립퍼(126))에는 롤러(128)가 설치될 수 있으며, 지그부(120)는 배관축에 수직한 방향으로 이동시켜 배관(100)이 굴러가도록 할 수 있음은 전술한 바와 같다.
다음으로, LVS(132)로 배관(100)의 단면의 두께 부분에 레이저 광을 조사한다(P200). 한편, 배관(100)의 수직도를 판단하기 위해서는 배관(100)의 축과 평행하도록 배관(100)의 단면에 레이저 광을 조사하는 것이 좋다.
이에 따라, LVS(132)로부터 배관(100)의 단면까지의 거리에 관한 정보를 획득할 수 있으며(P300), 배관(100)이 (최소 1 바퀴) 굴러가는 동안 획득된 정보를 패턴화하여 배관(100)의 진원도를 판단할 수 있다(P400).
또한, 배관(100)의 축과 평행하도록 배관(100)의 단면에 레이저 광을 조사하고, 그로부터 측정된 LVS(132)와 상기 배관(100)의 단면까지의 거리가 균일한지 여부로부터 배관(100)의 수직도를 판단할 수 있다.
한편, 배관(100)의 진원도 판단과 병행하여, 또는 진원도 판단에 이어서 순차적으로, 또는 진원도 판단과는 별도로, 배관(100)의 직진도 판단을 수행할 수 있다.
배관(100)의 직진도 판단은 배관(100)의 외표면 전체에 걸쳐 수행해야 하므로, 배관(100)이 정반(110) 상에서 최소 1 바퀴 굴러가는 동안 직진도 검사를 수행함으로써, 검사 대상 배관(100)이 외표면 전체에 양호한 직진도를 가졌는지 여부를 판정할 수 있음은 전술한 바와 같다.
한편, 전술한 실시예에 따른 배관(100)의 직진도 검사 및 진원도 검사를 위해 검사 대상 배관(100)을 잡고 이동시키기 위한 지그부(120)는 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한 바와 마찬가지로 지그축(122), 지그암(제1 지그암(124), 제2 지그암(125)), 그립퍼(126)(롤러(128) 포함)로 구성될 수 있다.
또한, 지그부(120)의 작동 방식 및 배관 검사 준비를 위한 세팅 과정 또한 전술한 바와 마찬가지로 수행될 수 있다.
한편, 전술한 배관 검사 방법은 마이크로프로세서 등의 디지털 처리 장치에 의해 판독되어 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 형태로 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 배관 110 : 정반
120 : 지그부 122 : 지그축
124, 125 : 지그암 126 : 그립퍼
128 : 롤러 130, 132 : LVS
140 : 연산부

Claims (9)

  1. 원형의 단면이 길이방향으로 연장된 파이프(pipe) 형태의 배관을 검사하는 장치로서,
    상기 배관을 굴려 이동시키는 지그부와;
    상기 배관의 외표면에 광을 조사하여, 상기 배관의 외표면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제1 LVS(Laser Vision Sensor)와;
    상기 제1 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 직진도(直進度)를 판단하는 연산부를 포함하는 배관 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배관의 단면의 두께 부분에 광을 조사하여, 상기 배관의 단면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제2 LVS를 더 포함하고,
    상기 연산부는, 상기 배관이 굴러가는 동안 상기 제2 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 진원도(眞圓度)를 판단하는 배관 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 LVS는 상기 배관의 축과 평행하도록 광을 조사하며,
    상기 연산부는, 상기 제2 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 수직도(垂直度)를 더 판단하는 배관 검사 장치.
  4. 원형의 단면이 길이방향으로 연장된 파이프(pipe) 형태의 배관을 검사하는 장치로서,
    상기 배관을 굴려 이동시키는 지그부와;
    상기 배관의 단면의 두께 부분에 광을 조사하여, 상기 배관의 단면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제1 LVS(Laser Vision Sensor)와;
    상기 배관이 굴러가는 동안 상기 제1 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 진원도(眞圓度)를 판단하는 연산부를 포함하는 배관 검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배관의 외표면에 광을 조사하여, 상기 배관의 외표면까지의 거리에 상응하는 신호를 출력하는 제2 LVS를 더 포함하고,
    상기 연산부는, 상기 제2 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 직진도(直進度)를 판단하는 배관 검사 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 LVS는 상기 배관의 축과 평행하도록 광을 조사하며,
    상기 연산부는, 상기 제1 LVS로부터 신호를 수신하여 상기 배관의 수직도(垂直度)를 더 판단하는 배관 검사 장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 지그부는,
    상기 배관의 축에 평행하게 위치하는 지그축과;
    상기 배관의 길이방향을 따라 이동 가능하도록 상기 지그축에 결합되는 제1 지그암과;
    상기 배관을 향하여 연장 가능하도록 상기 제1 지그암에 결합되는 제2 지그암과;
    상기 배관의 내부에 삽입되며, 상기 배관의 내경에 접하도록 확장되는 그립퍼를 포함하는 배관 검사 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그립퍼가 상기 배관의 길이방향의 단부에 위치하도록, 상기 제1 지그암이 상기 지그축을 따라 이동하고,
    상기 그립퍼가 상기 배관의 단면에 대향하여 위치하도록, 상기 제2 지그암이 상기 제1 지그암으로부터 연장되며,
    상기 그립퍼가 상기 배관의 내부에 삽입되도록, 상기 제1 지그암이 상기 지그축을 따라 다시 이동하고,
    상기 배관의 내경에 접하도록 상기 그립퍼가 확장됨으로써,
    상기 지그부는 상기 배관에 대한 검사 상태로 세팅되는 배관 검사 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 그립퍼의 말단에는 상기 배관의 축과 평행한 회전축을 가지는 롤러(roller)가 포함되는 것을 특징으로 하는 배관 검사 장치.

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