KR20170079187A - 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치 - Google Patents

열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치 Download PDF

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KR20170079187A
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Abstract

본 발명은 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치에 관한 것으로, 열선이 내장된 이음관을 이용해 합성수지재의 제1융착용 배관 및 제2융착용 배관을 상호 연통되도록 잇기 위해 상기 열선을 발열시켜 소정의 시간 동안 상기 열선 주변부의 용융부를 생성하고, 상기 용융부를 통해 상기 이음관과 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관 용융 접합시키고, 상기 열선을 발열 중단시켜 용융 접합이 이루어진 상기 용융부의 냉각을 수행하는 과정에서 상기 이음관 표면에서 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관의 내면측 방향으로 초음파를 송신하고 이의 반사파를 수신하는 트랜스듀서 부분; 및 상기 트랜스듀서부분을 통해 수신되는 반사파들을 분석하여 이를 기반으로 상기 용융부의 용융 상태, 용융 접합 상태 또는 냉각을 통한 융착 품질을 판단하는 판단부분; 및 상기 판단부분에 의해 판단된 정보를 알리는 알림부분;을 포함한다.

Description

열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치 {APPARATUS FOR MONITORING THERMOPLASTIC PIPES FUSION JOINING WORK}
본 발명은 융착용 배관 간의 융착 진행과정에 따른 용융부의 용융 상태, 용융 접합 상태, 냉각 상태 또는 이와 같은 각각의 상태에 따른 융착품질을 모니터링하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 가스를 각 가정 혹은 시설로 공급하기 위해서는 별도의 가스 공급을 위한 배관망이 요구되어지는데, 이와 같은 배관망의 구축을 위해 현재 지하에는 많은 가스 공급용 배관이 매설되어져 있다.
이러한 배관은 80년대까지만 해도 강관에 폴리에틸렌을 피복하여 마련되는 PLP(폴리에틸렌 피복강관)을 사용하였으나, 시공상의 어려움과 더불어 부식의 문제가 발생함에 따라 최근에는 내구연한, 경제성, 적합성, 내식성, 내화학성 등의 여러 조건을 종합적으로 판단하여 최적화된 폴리에틸렌 배관이 대체되어 주로 사용되게 되었다.
이와 같이 최근 가스 공급용 배관으로 주 사용되는 폴리에틸렌 배관은 배관망의 구축을 위해 길게 연통되는 방식으로 이어질 수 있도록 인접한 배관 간의 융착을 통해 연결이 요구되어지는데, 이와 같은 배관 간의 연결을 위해 기존에는 이음관을 이용한 전기 융착 방식과 열판을 이용한 맞대기 융착 방식의 시공을 통해 배관 간의 융착이 이루지고 있다.
이러한 배관 간의 연결이 얼마나 정상적으로 이루어졌는지에 대한 여부는 곧 배관 내부를 이동하는 가스의 누수 및 배관 내부 환경의 오염과 같은 안전성의 문제로 직결됨에 따라 최근에는 배관 간의 융착 상태를 정확하게 파악하기 위한 다양한 기술들이 요구되고 있는 실정이다.
이에 따라 배간 관의 융착상태를 확인하기 위해 마련된 종래기술에 대한 선행문헌에는 대한민국 공개특허공보 제10-1998-0072372호의 "폴리에틸렌 배관 연결부의 융착시 융착확인 방법"(이하, '종래기술'이라고 함)이 있다.
하지만, 종래기술을 비롯한 기존의 폴리에틸렌 배관 간의 융착 확인을 위해 마련된 기술들은 융착 상태의 변화를 실시간으로 확인할 수 없을 뿐만 아니라, 융착이 완료되고 난 뒤 융착이 정상적으로 이루어졌음을 확인함에 있어서 그 정확도가 다소 낮아 판단 결과의 오류가 빈번히 노출되는 문제점이 있었다.
일예로 두 폴리에틸렌 배관을 전기 융착을 통해 이어주는 기존의 이음관의 경우, 전기의 인가에 의해 발열하는 열선의 주변부가 용융됨에 따라 외부로 돌출되는 융착상태 지시자(Indicator)가 일측에 마련되어 있으나, 실제 현장에서 융착상태 지시자를 확인하였을 때는 융착이 이루어졌다고 확인되나 실제로는 실제적으로는 비정상적으로 미융착되거나 불완전 융착되어 냉간융착(Cold Joint) 부위가 발생하고, 결과적으로 배관 내부를 이동하는 가스와 같은 이동물질의 누수 및 내부공간의 오염으로 이어지게 되는 경우가 빈번했다.
따라서 배관의 연결을 위한 다양한 융착 과정 내에서 용융이 이루어지는 부위의 상태를 실시간으로 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 이를 통해 융착 품질이 정상적인지 비정상적인지를 판단하기 위한 다양한 기술들을 본 발명을 통해 제시하고자 한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 배관의 용융 상태를 실시간으로 확인함과 동시에 정확하게 융착 품질을 판단할 수 있는 기술을 구비한 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치는, 열선이 내장된 이음관을 이용해 합성수지재의 제1융착용 배관 및 제2융착용 배관을 상호 연통되도록 잇기 위해 상기 열선을 발열시켜 소정의 시간 동안 상기 열선 주변부의 용융부를 생성하고, 상기 용융부를 통해 상기 이음관과 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관 용융 접합시키고, 상기 열선의 발열을 중단시켜 용융 접합이 이루어진 상기 용융부의 냉각을 수행하는 과정에서 상기 이음관 표면에서 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관의 내면측 방향으로 초음파를 송신하고 이의 반사파를 수신하는 트랜스듀서 부분; 상기 트랜스듀서부분을 통해 수신되는 반사파들을 분석하여 이를 기반으로 상기 용융부의 용융 상태, 용융 접합 상태 또는 냉각을 통한 융착 품질을 판단하는 판단부분; 및 상기 판단부분에 의해 판단된 정보를 알리는 알림부분;을 포함한다.
여기서, 상기 판단부분은 상기 트랜스듀서부분에 의해 송수신된 신호 중 상기 용융부의 생성 시 상기 용융부의 상하 측 경계면으로부터 반사된 반사파의 검출을 통해 상기 용융부의 생성 두께를 산출한다.
아울러, 상기 판단부분은 상기 열선으로부터의 반사파가 1차 검출되고, 상기 이음관 내측면으로부터의 반사파가 2차 검출될 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 발열을 통한 용융 시작 전 상태로 판단한다.
또한, 상기 판단부분은 상기 용융부의 상측 경계면으로부터의 반사파가 최초 검출될 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 발열을 통해 상기 열선 주변부의 용융이 시작되어 상기 용융부가 생성되는 상태로 판단한다.
여기서, 상기 판단부분은 상기 열선에서 반사된 반사파가 검출되는 시간이 점차적으로 지연될 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 지속적 발열을 통해 상기 용융부의 온도가 상승하고, 크기가 확장되는 상태로 판단한다.
또한, 상기 판단부분은 상기 융착용 배관의 내측면으로부터의 반사파가 검출되면, 상기 용융부를 통해 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관과 상기 이음관 간의 용융 접합이 이루어진다.
여기서, 상기 판단부분은 상기 이음관 내측면에서 반사되는 신호가 소멸됨이 확인되면, 상기 용융부를 통해 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관과 상기 이음관 간의 용융 접합이 상기 용융부 내 이물질 혹은 기공이 형성되지 않고 정상적으로 이루어진 것으로 판단한다.
아울러, 상기 판단부분은 상기 용융부의 상측 경계면에서 반사된 반사파가 1차 검출되고, 상기 열선에서 반사된 반사파가 2차 검출되고, 상기 용융부의 하측 경계면에서 반사된 반사파가 3차 검출되고 상기 융착용 배관의 내측면에서 반사된 반사파가 4차 검출되면, 상기 용융부의 상태를 상기 용융부를 통해 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관과 상기 이음관 간의 용융 접합이 이루어진 상태로 판단한다.
그리고 상기 판단부분은 상기 열선에서 반사된 반사파 및 상기 융착용 배관의 내측면으로부터의 반사파가 검출되는 시간이 점차적으로 빨라질 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 발열 중단을 통해 상기 용융부가 냉각을 통해 융착되는 상태로 판단한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 융착용 배관 간의 융착 과정에서 실시간으로 용융부의 용융 상태, 용융 접합 상태, 냉각 상태 또는 이와 같은 각각의 상태에 따른 융착품질을 판단함으로써, 비정상적 냉간융착(Cold Joint) 또는 불완전 융착 부위의 발생을 즉각적으로 확인하고 이에 대응할 수 있다.
둘째, 융착용 배관 간의 융착 과정에서 실시간으로 용융부의 용융 상태를 판단하여 즉각적인 대응이 가능하도록 함에 따라 결과적으로 더욱이 개선된 융착 품질을 제공한다.
셋째, 융착용 배관 간의 융착 품질의 개선을 통해 불완전 융착으로 인한 융착 부위의 박리, 이물질의 내부 유입 혹은 가스 누수 등의 안정성의 문제를 차단할 수 있다.
넷째, 판단 정보의 데이터베이스화를 통해 결과를 분석하여 융착 시공 과정에 사용가능한 시험서 구축에 기반이 되는 자료를 제공할 수 있다.
도1은 융착용 배관 간의 제1융착형태에 따른 융착 과정을 설명하기 위한 참고도이다.
도2는 융착용 배관의 이음 작업 진행 전 과정에서 본 발명의 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치를 이용해 융착 품질을 측정하는 방법을 설명하기 위한 참고도 및 초음파 검출 결과를 도시하고 있다.
도3은 융착용 배관의 용융 시작 과정에서 본 발명의 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치를 이용해 융착 품질을 측정하는 방법을 설명하기 위한 참고도 및 초음파 검출 결과를 도시하고 있다.
도4는 융착용 배관 및 이음관 간의 용융 접합 초기 과정에서 본 발명의 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치를 이용해 융착 품질을 측정하는 방법을 설명하기 위한 참고도 및 초음파 검출 결과를 도시하고 있다.
도5는 융착용 배관 및 이음관 간의 용융 접합 중간 과정에서 본 발명의 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치를 이용해 융착 품질을 측정하는 방법을 설명하기 위한 참고도 및 초음파 검출 결과를 도시하고 있다.
도6은 융착용 배관의 용융 접합 완료 후, 용융부의 냉각을 통해 융착을 형성하는 과정에서 본 발명의 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치를 이용해 융착 품질을 측정하는 방법을 설명하기 위한 참고도 및 초음파 검출 결과를 도시하고 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
1. 융착용 배관의 융착 과정상 용융상태 및 융착품질을 모니터링하는 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치의 구성요소에 관한 설명
도1 내지 도3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치(400)는 트랜스듀서부분(410); 판단부분(420); 및 알림부분(430);를 포함하며, 이음관(200)을 이용한 융착용 배관(100)의 전기 융착 형태의 연결과정에서 융착 상태를 실시간으로 모니터링 한다.
우선, 나란히 이어질 두개의 융착용 배관(100) 및 이음관(200)을 이용한 제1융착 형태에 대해 도1을 참조하여 설명하면 아래와 같다.
융착용 배관(100)은 다수 개가 연결되어 도시가스의 이동을 제공하도록 지하에 매설되는 배관으로써, 경제성, 접합성, 내식성, 충격성, 내화학성등 다양한 조건들을 고려하여 여러 가지 조건들이 우수한 폴리에틸렌 소재와 같은 열가소성 플라스틱 소재를 이용해 배관 형태로 마련됨이 바람직하다.
이음관(200)은 중공의 원통 형상을 기본으로 하여, 내부에 중공의 공간이 제1융착용 배관(100A)의 타단과 제2융착용 배관(100B)의 일단이 수용되어 연통 가능하도록 배치되는 소정의 내부 연결공간(200T)으로써 기능하고, 내측 중앙부에는 내측으로 돌출되어 제1융착용 배관(100A)의 타단과 제2융착용 배관(100B)의 일단의 이동에 제한을 두고 이 둘이 대칭되게 배치될 수 있도록 정렬턱(240)이 형성되어져 있다.
또한, 이음관(200)의 내측면에 인접한 두께면 내부에는 열선(210)이 내장되고, 이러한 열선(210)의 내장 설치 위치는 도1에 도시된 바와 같이 제1융착용 배관(100A)의 타단과 제2융착용 배관(100B)의 일단 측에 인접하게 둘레를 감싸는 형태로 마련됨이 바람직하다.
이와 같은 열선(210)은 이음관(200)의 일측에 마련된 통전부(220)를 통해 외부로부터 전기가 인가될 경우, 해당 인가된 전기를 제공받아 발열하게 되는데, 본 과정에서 열선(210)이 내장된 주변 이음관(200)의 내면측과 제1융착용 배관(100A)의 타단과 제2융착용 배관(100B)의 일단 측 외주면 측은 용융되어 도1(b)에 도시된 바와 같이 별도의 용융부(FT)를 형성하며 상호 접합이 이루어지게 된다.
다시 말해, 이음관(200)의 일측으로부터 정렬턱(240)이 형성된 부위까지 삽입된 제1융착용 배관(100A)의 타단 및 이음관(200)의 타측으로부터 정렬턱(240)이 형성된 부위까지 삽입된 제2융착용 배관(100B)의 일단은 이음관(200)의 내측면과 도1(a)에 도시된 바와 같이 소정의 틈새(G)을 형성하고 있으며, 이와 같은 틈새(G)은 통전부(220)를 통해 외부로부터 전기가 인가되어 열선(210)이 가열됨에 따라 주변부가 용융되어 일체형의 용융부(FT)가 형성되어 채워지고, 결과적으로 제1융착용 배관(100A)의 타단과 제2융착용 배관(100B)의 일단은 이음관(200)에의한 전기 융착을 통해 상호 연결되어진다.
아울러, 이와 같은 용융부(FT)의 생성 여부, 즉 전기 융착의 정상적 진행이 이루어졌음을 설치자가 확인하기 위해 이음관(200)의 일측에는 열선(210)이 가열됨에 따라 주변부가 용융되어 일체형의 용융부(FT)가 형성되는 과정에서 용융된 부분이 압력에 의해 외부로 밀려져 도1(b)에 도시된 바와 같이 돌출되는 융착결과 확인부(230)가 추가로 설계되어져 있다.
하지만, 종래의 이러한 이음관(200)을 이용한 제1융착 형태 상 용융부(FT)의 생성 여부, 즉 전기 융착의 정상적 진행이 이루어졌는지의 여부의 판단은 융착결과 확인부(230)만에 의존하여 이루어짐에 따라, 그 외의 많은 불량 원인들에 의해 융착결과 확인부(230)만 확인하였을 경우에는 융착이 정상 진행되었으나 실제적으로는 비정상적으로 미융착되거나 불완전 융착되어 냉간융착(Cold Joint) 부위가 발생하고, 결과적으로 배관 내부를 이동하는 가스와 같은 이동물질의 누수 및 내부공간의 오염으로 이어지게 된다.
좀 더 구체적으로, 통전부(220)를 통해 외부로부터 전기가 인가되는 과정에서 불량이 발생하거나, 열선의 발열이 충분히 이루어지지 못하거나, 폴리에텔렌 배관(100)의 외측면과 이음관(200)의 내측면 사이에 형성된 소정의 틈새(G)에 이물질이 유입되어지거나, 폴리에텔렌 배관(100)의 연결을 위해 폴리에텔렌 배관(100)의 외측면을 표면 처리(Scraping)하는 전처리 과정에서 표면의 두께 변화 혹은 불균일 정도가 심해짐에 따라 융착 성능이 저하되어 정상적 융착이 이루어지지 못하고 융착면에 박리가 발생하게 된다.
따라서 열선(210)을 발열시켜 소정의 시간 동안 열선(210) 주변부의 용융부(FT)를 생성하고, 용융부(FT)를 통해 이음관(200)과 제1융착용 배관(100A) 또는 제2융착용 배관(100B)을 용융 접합시키고, 열선(210)의 발열을 중단시켜 용융 접합이 이루어진 용융부(FT)의 냉각을 수행하는 과정 중에 용융부(FT)의 용융부의 용융 상태, 용융 접합 상태, 냉각 상태 또는 이와 같은 각각의 상태에 따른 융착품질을 실시간으로 판단하고 확인하여, 각각의 상태를 정확하게 모니터링 할 뿐 만아니라, 각각의 상태의 판단에 기반이 되는 정보 및 판단된 정보의 데이터베이스화가 가능한 별도의 장치가 요구됨에 따라, 본 발명의 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치(400)가 제시되었다.
이를 위해 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치(400)는 초음파를 송신하고 이와 같이 송신된 신호가 특정 부분으로부터 반사되어 들어오는 반사파를 수신하는 트랜스듀서부분(410)를 포함한다.
트랜스듀서부분(410)은 이음관(200)의 외측에서 내측 방향으로 초음파를 송신하고, 이와 같은 신호의 반사파를 수신한다. 이와 같이 트랜스듀서부분(410)로부터 송신된 신호 및 이 신호가 반사되어 트랜스듀서부분(410)로 수신된 각종 신호들은 판단부분(420)를 통해 검출되어 전파시간 별로 분류되게 되는데, 여기서 전파시간(Propagation Time, Time of Flight)이라 함은 트랜스듀서부분(410)로부터 송신된 초음파가 반사되어 다시 트랜스듀서부분(410)로 수신되는 시점까지 소요된 시간을 의미하며, 초음파 속도에 반비례한다.
여기서, 판단부분(420)는 전파시간별로 검출된 각종 신호들을 확인하여 용융부(FT)의 생성(용융) 상태를 실시간을 파악한다.
이와 같이 판단부분(420)을 통해 판단된 용융부(FT)의 용융 상태에 관한 정보는 알림부분(430)을 통해 화면 정보 혹은 음향 정보 등의 형태로 결과를 확인하고자 하는 사용자에게 제공된다.
또한, 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치(400)는 앞서 검출한 정보들 및 검출된 정보를 기반으로 판단한 용융부(FT)의 상태에 대한 정보를 추출하고, 이를 지속적으로 저장하여 데이터 베이스화 하는 별도의 저장모듈(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 저장모듈에 축적된 데이터를 기반으로 검출 양상 및 수준에 따른 용융부의 상태를 대응시켜 융착품질 판단의 기준이 될 수 있는 시험서를 작성함에 활용할 수 있다.
아울러, 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치(400)는 트랜스듀서부분(410)의 초음파 대역 및 송신 주기를 조절하기 위한 별도의 발신주기 제어수단(미도시)을 추가적으로 포함할 수 있다. 따라서 제1열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치(400)는 발신주기 제어수단(미도시)을 통해 기 설정된 송신 주기에 맞추어 트랜스듀서부분(410)가 초음파를 송신하도록 하고, 이는 결과적으로 해당 주기마다 용융부(FT)의 용융 상태 변화가 판단되어 사용자에게 판단 결과를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
2. 융착용 배관의 융착 과정상 용융상태 및 융착품질을 모니터링하는 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치의 모니터링 형태에 관한 설명
(1) 가열 준비 과정상 모니터링 형태
먼저, 도2를 참조하여 용융부(FT)의 생성 전(통전부(220)에 전원이 인가되기 전, 열선(210)의 가열이 이루어지기 전) 신호의 검출 형태를 설명하면 아래와 같다.
열선(210)의 발열을 통한 용융 시작 전 가열 준비 과정에서, 트랜스듀서부분(410)로부터 송신된 신호는 2종류의 반사 신호를 발생시키고, 이와 같이 반사파는 도2(a)에 도시된 바와 같이 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW) 및 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)에 해당한다.
여기서, 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW)의 전파시간(tw)은 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)의 전파시간(tc)가 보다 짧기 때문에 판단부분(420)을 통해 검출 결과는 도2(b)에 도시된 바와 같은 양상으로 열선(210)에서 반사파(SW)가 최초 검출(AW)되고, 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)가 2차 검출(AC)된다.
따라서 이와 같이 검출 양상이 판단부분(420)을 통해 확인되면 판단부분(420)은 도2(a)와 같이 용융부(FT)의 상태를 용융부 생성되기 전이자 열선(210)의 발열을 통한 용융 시작 전인 열선(210) 가열 준비 상태로 판단한다.
경우에 따라, 초음파의 해상도가 낮을 경우, 판단부분(420)을 통한 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW)와 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)의 구분이 힘들 수 있으나, 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW)가 검출되는 만큼 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW)의 전파시간(tw)은 용이하게 판단 가능하다.
(2) 용융 시작 과정상 모니터링 형태
다음으로, 통전부(220)에 전원이 인가되어 열선(210)의 발열이 이루어짐에 따라 열선(210) 주변부가 용융되기 시작하는 경우, 트랜스듀서부분(410)로부터 송신된 신호는 3종류의 반사 신호를 발생시키고, 이와 같이 반사파는 도3(a)에 도시된 바와 같이 트랜스듀서부분(410)에 용융부(FT)의 상측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHU), 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW), 및 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)에 해당한다.
따라서 판단부분(420)을 통해 검출 결과는 도3(b)에 도시된 바와 같은 양상으로 용융부(FT)의 상측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHU)가 1차 검출(AHU)되고, 열선(210)에서 반사파(SW)가 2차 검출(AW)되고, 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)가 3차 검출(AC)된다.
이는 용융부(FT)의 생성 전에는 트랜스듀서부분(410)로부터 송신된 신호가 열선(210)에서 최초 반사되었으나, 용융부(FT)의 생성 과정 및 생성 후에는 용융부(FT)의 상측 경계면에서 최초 반사되기 때문이다.
열선(210)의 발열이 이루어짐에 따라 열선(210) 주변부의 온도가 용융점까지 상승해가는 동안 초음파의 속도는 점차적으로 감소됨으로써, 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW)의 전파시간(tw)은 점차적으로 증가하게 된다.
이러한 과정이 지속되어 열선(210) 주변부의 온도가 용융점을 넘어설 경우 폴리에틸렌과 같은 열가소성 플라스틱 재로 마련된 열선(210) 주변부의 상이 고체로부터 용융을 통해 변환이 이루어짐에 따라 초음파 속도는 급격하게 감소되고 속도 변화 양상에 불연속점을 형성하게 되고, 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW)의 전파시간(tw)은 급격하게 증가한다.
이는 용융부(FT)의 생성 전에는 트랜스듀서부분(410)로부터 송신되어 열선(210)에서 반사파(SW)가 고체상만을 이동하였으나, 용융부(FT)의 생성 과정에서는 트랜스듀서부분(410)로부터 송신되어 열선(210)에서 반사파(SW)가 고체 및 액체상을 모두 이동하게 되기 때문이다.
따라서 판단부분(420)은 열선(210)의 발열이 이루어짐에 따라 열선(210) 주변부가 용융되기 시작되는 경우, 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW)의 전파시간(tw) 변화를 분석하여 열선(210)의 발열이 이루어짐에 따라 열선(210) 주변부가 가열되는지 여부 및 용융점을 지나 열선(210) 주변부가 용융되는지 여부를 판단할 수 있다.
아울러, 열선(210) 주변부가 용융이 지속적으로 이루어짐에 따라 해당 용융부(FT)는 점진적으로 팽창을 통해 확장되어 융착용 배관(100)의 외측면과 이음관(200)의 내측면 사이에 형성된 소정의 틈새(G)을 좁히게 된다.
(3) 용융 접합 과정상 모니터링 형태
다음으로, 용융부(FT)가 점차 확장되어 융착용 배관(100)의 외측면과 이음관(200)의 내측면 사이에 형성된 소정의 틈새(G)를 메꾸고 융착용 배관(100)의 외측면에 밀착되는 경우, 트랜스듀서부분(410)로부터 송신된 신호는 4종류의 반사 신호를 발생시키고, 이와 같이 반사파는 도4(a)에 도시된 바와 같이 트랜스듀서부분(410)에 용융부(FT)의 상측 경계면으로부터 반사되는 반사파(SHU), 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW), 용융부(FT)의 하측 경계면으로부터 반사되는 반사파(SHL) 및 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)에 해당된다.
따라서 판단부분(420)을 통해 검출 결과는 도4(b)에 도시된 바와 같은 양상으로 용융부(FT)의 상측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHU)가 1차 검출(AHU)되고, 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)가 2차 검출(AW)되며, 용융부(FT)의 하측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHL)가 3차 검출(AHL)되며, 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)가 4차 검출(AP)된다.
따라서 이와 같이 검출 양상이 판단부분(420)을 통해 확인되면 판단부분(420)은 도4(a)와 같이 용융부(FT)의 상태를 용융부(FT)가 확장을 통해 틈새(G)를 채우고, 융착용 배관(100)의 외측면에 밀착되어 융착용 배관(100)과 이음관(200)의 용융 접합이 정상적으로 이루어지는 상태로 판단한다.
즉, 본 과정에서는 판단부분(420)을 통해 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)가 소멸됨이 확인됨과 동시에, 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)가 검출(AP)됨이 확인된다.
좀 더 구체적으로, 판단부분(420)은 이와 같은 사실을 통해 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)가 소멸되지 않을 경우, 틈새(G)에 이물질과 같이 반사파를 형성할 수 있는 자애 요인이 존재함을 판단할 수 있고, 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)가 아직 검출되지 않을 경우, 용융부(FT)의 확장이 틈새(G)를 채우고, 융착용 배관(100)의 외측면에 밀착되어질 만큼 이루어지지 않았음으로 판단할 수 있다.
아울러, 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)와 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)가 동시에 검출될 경우, 판단부분(420)은 이물질 혹은 초음파 투과에 큰 방해가 될 정도의 기공이 용융부(FT) 내 위치한 상태에서 융용 접합이 이루어진 상태로 판단할 수 있다.
결과적으로 판단부분(420)는 이음관(200)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SC)가 소멸여부와 무관하게 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)의 검출(AP)여부 확인을 통해 융착용 배관(100)과 이음관(200)의 용융 접합 여부를 확인할 수 있다.
그리고 본 용융 접합 과정이 지속적으로 정상 진행됨에 있어서, 판단부분(420)은 상측 경계면으로부터 반사되는 반사파(SHU), 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW), 용융부(FT)의 하측 경계면으로부터 반사되는 반사파(SHL) 및 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)가 순차적으로 앞서 설명한 바와 같이 검출될 수 있으나, 감도가 좋지 않을 경우, 열선(210)으로부터 반사되는 반사파(SW) 및 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)을 검출하여 전파시간의 변화를 분석함으로써, 용융부(FT)의 용융상태 및 정상적 융착 진행 여부를 반영한 융착 품질을 판단할 수 있다.
다시 말해, 도5(a)에 도시된 바와 같이 용융 접합 과정이 지속적으로 정상 진행되어 용융부(FT)의 크기가 확대됨에 따라 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)의 전파시간(tw) 및 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)의 전파시간(tp)은 도4(b)와 도5(b)의 비교를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 계속하여 증가한다.
여기서, 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)의 전파시간(tw)의 증가 및 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)의 전파시간(tp)의 증가는 는 열선(210) 주변부 측 또는 융착용 배관(100) 주변부 측의 온도 및 용융부(FT)의 두께와 관련되어 있고, 이러한 전파시간의 증가 추세는 열선(210)의 발열이 중단되어 온도 상승이 더 이상 이루어지지 않는 시점에서 최대가 된다.
따라서 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)의 전파시간(tw) 및 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)의 전파시간(tp)의 최대 증가 범위를 반복 실험을 통해 추출하여 해당 결과를 기준으로 기 설정하면 판단부분(420)는 이를 기반으로 정상적인 용융 접합 위한 용융부(FT)이 정상 생성되었음을 판단할 수 있다.
(4) 용융 접합 완료 후 냉각 과정상 모니터링 형태
다음으로, 열선(210)의 발열이 중단되어 용융부(FT)가 점차 용융점 이하로 냉각되는 경우, 트랜스듀서부분(410)로부터 송신된 신호는 4종류의 반사 신호를 발생시키고, 이와 같이 반사파는 도6(a)에 도시된 바와 같이 도5(a)에 도시된 반사파와 같으나, 판단부분(420)을 통해 검출되는 양상은 전파시간이 다소 상이하다.
구체적으로 판단부분(420)을 통해 검출 결과는 도6(b)에 도시된 바와 같은 양상으로 용융부(FT)의 상측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHU)가 1차 검출(AHU)되고, 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)가 2차 검출(AW)되며, 용융부(FT)의 하측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHL)가 3차 검출(AHL)되며, 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)가 4차 검출(AP)되는 전파시간의 지점이 도6(b)에 비해 줄어든다.
구체적으로 열선(210)의 발열 중단을 통해 용융부(FT)가 냉각되어지면, 따라서 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)의 전파시간(tw) 및 융착용 배관(100)의 내측면으로부터 반사되는 반사파(SP)의 전파시간(tp)은 점차 줄어들고, 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)의 전파시간(tw)은 앞 서 설명된 열선(210)의 가열 전 과정 상에서 확인되는 열선(210)으로부터 반사되는 신호(SW)의 전파시간(tw)과 소정의 오차 범위 내에서 매우 유사하게 돌아간다. 이는 용융을 통해 상호 접합을 이루는 과정에서 이음관(200)의 열선(210) 주변부 두께가 달라질 수 있기 때문이다.
따라서 판단부분(420)는 위와 같은 추가 조건들의 만족 여부를 확인하여 만족되지 못하는 조건이 발생함이 감지될 경우, 비정상적 용융 또는 용융 접합이 발생하였음을 판단할 수 있다.
그리고 판단부분(420)는 용융부(FT)의 상측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHU) 및 용융부(FT)의 하측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHL)의 검출과 더불어 전파 시간의 분석을 통해 용융부(FT)의 생성 두께를 산출할 수 있고, 이를 통해 제1열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치(400)는 사용자가 실시간으로 제1융착 형태에 따라 전기 융착이 이루어지는 과정에서 용융부(FT)가 어느 정도의 두께로 생성되고 있는지를 모니터링 할 수 있도록 해당 자료를 제공한다.
이에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 판단부분(420)은 용융부(FT)의 상측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHU)의 검출을 통해 이음관(200) 측 용융부(FT)의 생성 두께를 산출하고, 용융부(FT)의 하측 경계면으로부터 반사되는 신호(SHL)의 검출 융착용 배관(100) 측 열선(210)과 융착용 배관(100) 사이에 형성되는 용융부(FT)의 생성 두께를 산출한다.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100A : 제1융착용 배관
100B : 제2융착용 배관
200 : 이음관
210 : 열선
220 : 통전부
230 : 융착결과 확인부
240 : 정렬턱
200T : 내부공간
300 : 열판
FT : 용융부
400 : 열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치
410 : 트랜스듀서부분
420 : 판단부분 430 : 알림부분

Claims (9)

  1. 열선이 내장된 이음관을 이용해 합성수지재의 제1융착용 배관 및 제2융착용 배관을 상호 연통되도록 잇기 위해 상기 열선을 발열시켜 소정의 시간 동안 상기 열선 주변부의 용융부를 생성하고, 상기 용융부를 통해 상기 이음관과 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관 용융 접합시키고, 상기 열선을 발열 중단시켜 용융 접합이 이루어진 상기 용융부의 냉각을 수행하는 과정에서 상기 이음관 표면에서 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관의 내면측 방향으로 초음파를 송신하고 이의 반사파를 수신하는 트랜스듀서 부분; 및
    상기 트랜스듀서부분을 통해 수신되는 반사파들을 분석하여 이를 기반으로 상기 용융부의 용융 상태, 용융 접합 상태, 냉각 상태 또는 이와 같은 각각의 상태에 따른 융착품질을 판단하는 판단부분; 및
    상기 판단부분에 의해 판단된 정보를 알리는 알림부분;을 포함하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 트랜스듀서부분에 의해 송수신된 신호 중 상기 용융부의 생성 시 상기 용융부의 상하 측 경계면으로부터 반사된 반사파의 검출을 통해 상기 용융부의 생성 두께를 산출하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 열선으로부터의 반사파가 1차 검출되고, 상기 이음관 내측면으로부터의 반사파가 2차 검출될 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 발열을 통한 용융 시작 전 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 용융부의 상측 경계면으로부터의 반사파가 최초 검출될 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 발열을 통해 상기 열선 주변부의 용융이 시작되어 상기 용융부가 생성되는 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 열선에서 반사된 반사파가 검출되는 시간이 점차적으로 지연될 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 지속적 발열을 통해 상기 용융부의 온도가 상승하고, 크기가 확장되는 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 융착용 배관의 내측면으로부터의 반사파가 검출되면, 상기 용융부를 통해 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관과 상기 이음관 간의 용융 접합이 이루어진 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 이음관 내측면에서 반사되는 신호가 소멸됨이 확인되면, 상기 용융부를 통해 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관과 상기 이음관 간의 용융 접합이 상기 용융부 내 이물질 혹은 기공이 형성되지 않고 정상적으로 이루어진 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 용융부의 상측 경계면에서 반사된 반사파가 1차 검출되고, 상기 열선에서 반사된 반사파가 2차 검출되고, 상기 용융부의 하측 경계면에서 반사된 반사파가 3차 검출되고 상기 융착용 배관의 내측면에서 반사된 반사파가 4차 검출되면, 상기 용융부의 상태를 상기 용융부를 통해 상기 제1융착용 배관 또는 제2융착용 배관과 상기 이음관 간의 용융 접합이 이루어진 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 판단부분은 상기 열선에서 반사된 반사파 및 상기 융착용 배관의 내측면으로부터의 반사파가 검출되는 시간이 점차적으로 빨라질 경우, 상기 용융부의 상태를 상기 열선의 발열 중단을 통해 상기 용융부가 냉각을 통해 융착되는 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는
    열가소성 플라스틱 배관의 이음 작업 모니터링 장치.
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