KR20170136499A - 작업부재 표면에 대한 프로브의 수동 정규화를 위한 전개 메커니즘 - Google Patents

Abstract

본 장치는 기기 또는 프로브를 운반하고 또한 금속 파이프라인이나 저장 탱크와 같은 표면에 대해 이를 선택적으로 전개하도록 구성된다. 상기 장치는 표면의 무결성을 검사하기 위한 센서 프로브, 및 상기 센서 프로브에 작동 가능하게 결합되고 또한 상기 센서 프로브를 제1 경로를 따라(제1 방향으로/제1 자유도로) 이동시키도록 구성된 제1 링키지를 포함할 수 있다. 작동기는, 상기 제1 링키지를 이동시켜 상기 센서 프로브를 제1 경로를 따라 이동시키기 위해, 상기 제1 링키지에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제2 링키지는 상기 센서 프로브에 작동 가능하게 연결되고, 또한 장치의 적어도 일부가 상기 표면과 접촉할 때, 상기 센서 프로브가 상기 표면에 수직으로 되도록, 상기 센서 프로브를 제2 자유도에 따라 수동으로 이동시키도록 구성된다.

Description

작업부재 표면에 대한 프로브의 수동 정규화를 위한 전개 메커니즘

본 발명은 센서[예를 들어, 초음파 프로브(probe)]와 같은 기기를 지지하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 센서가 표면(예를 들어, 파이프 벽)에 대해 하강되거나 전개될 수 있도록 상기 센서를 운반하고, 또한 장치의 적어도 일부와 표면 사이의 접촉 시 표면에 대해 적어도 실질적으로 자동으로 수직이 되도록 구성되는 장치에 관한 것이다.

안전을 보장하고 성능을 최적화하기 위해, 대부분의 산업에서는 설비의 일상적인 검사가 중요하다. 예를 들어, 석유 산업 및 관련된 분야에 있어서, 액체와 가스 그리고 그 혼합물은 파이프라인을 통해 이송되며, 또한 이들 재료는 대형 탱크에 저장된다.

이런 산업에서는, 파이프라인, 저장 탱크 등의 무결성을 유지하기 위해, 센서 디바이스가 이러한 표면을 검사하는 데 사용될 수 있는 것으로 알려져 있다. 특히, 표적 대상물(예: 파이프 또는 탱크)의 표면을 가로질러 이동하고 또한 파이프 벽의 품질에 대한 정보를 기록하는 데 검사 차량이 사용될 수 있다. 이들 검사 차량의 대부분은 검사를 수행하기 위해 초음파 또는 자기 센서를 사용한다. 기록된 정보에 기초하여, 검사되는 표면(예를 들어, 파이프 벽)에서의 임의의 균열 또는 다른 결점이 검출될 수 있고, 또한 후속의 개선 조치가 취해지는 것을 허용하도록 기록될 수 있다.

이러한 검사 차량에 사용될 수 있는 많은 상이한 센서가 있지만, 하나의 바람직한 타입의 초음파 센서는, 표면의 초음파 검사를 수행하여 벽 두께를 측정하고 또한 부식을 검출하도록 구성된 건식 결합형 프로브(dry coupled probe)(DCP)이다. 건식 결합형 프로브는 전형적으로 외부 타이어가 샤프트의 둘레에서 회전할 동안, 상기 샤프트가 이에 단단히 매립된 변환기 부품을 갖기 때문에, 샤프트(차축)가 고정되어 유지되는 것을 의미하는 휠(wheel)의 형태로 구축된다. 따라서, 프로브의 샤프트는 상기 변환기가 항상 표면을 지향하도록 유지되고 위치되어야 하며, 이는 상기 휠이 그 롤 방향 및 피치 방향으로 경사지지 않음을 의미한다.

따라서 DCP를 사용할 때의 과제 중 하나는, 상기 프로브는 항상 검사되는 표면과 직교(수직)해야 할 필요가 있다는 것이며, 또한 이는 검사 차량이 이동하여 표면을 탐색할 동안의 과제일 수 있다. 이는 검사 차량이 파이프 또는 탱크 표면 상에서 원주 방향으로, 길이 방향으로 및 나선 방향으로 구동할 수 있기 때문에 특히 어려우며, 이는 검사 차량의 위치와는 관계없이 DCP가 검사되는 표면에 수직한 것을 보장하도록 재정렬되어야만 한다는 것을 의미한다.

따라서 본 발명은, 검사 차량이 상이한 검사 위치로 조향되고 및/또는 이동될 동안, 주로 불필요한 마모를 피하기 위해 검사가 수행되지 않을 때, 이와 같이 센서(예를 들어, DCP)를 정규화하고 또한 검사되는 표면으로부터 센서가 상승되는 것을 허용하는 메커니즘(디바이스/장치)에 관한 것이다

본 장치는 금속 파이프라인 또는 저장 탱크와 같은 표면을 검사하도록 구성된 기기/프로브를 운반하도록 구성되며, 또한 상기 장치는 검사 차량에 결합되도록 구성된다. 상기 기기는 표면의 무결성을 검사하도록 구성된 바와 같은 센서 프로브, 및 상기 센서 프로브에 작동 가능하게 결합되고 또한 제1 자유도(degree of freedom)에 따라 상기 센서 프로브를 이동시키도록 구성된 제1 링키지(linkage)의 형태일 수 있다. 상기 제1 링키지를 이동시켜 상기 센서 프로브를 제1 자유도에 따라 이동시키기 위해, 작동기가 상기 제1 링키지에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제2 링키지는 상기 센서 프로브에 작동 가능하게 연결되며, 또한 장치의 적어도 일부(예를 들어, 제2 링키지)와 표면 사이의 접촉 시 상기 센서 프로브를 표면에 대해 적어도 실질적으로 수직이 되게 하는 제2 자유도에 따라 센서 프로브를 수동으로 이동시키도록 구성된다. 상기 제1 자유도는 센서 프로브의 하강(전개) 및 상승을 허용하기 위한 상하 운동일 수 있으며(예를 들어, 센서는 미세하게 굴곡된 경로를 따라 상하 방향으로 이동할 수 있다)(이는 일반적으로 피치 방향으로 간주될 수 있다), 상기 제2 자유도는 롤 방향으로의 운동일 수 있다. 따라서 제1 자유도는 단지 선형 방향으로의 이동에 제한되지 않지만, 그러나 굴곡된 경로를 포함할 수 있다.

제1 링키지는 상기 제1 링키지가 작동기의 작동에 의해 구동된다는 점에서 능동 메커니즘일 수 있지만, 그러나 제2 링키지는 센서 프로브가 전개되고 그리고 장치의 적어도 일부(예를 들어, 제2 링키지)가 표면과 접촉하였을 때, 상기 제2 링키지가 센서 프로브를 자동으로 정규화한다는 점에서 수동 메커니즘이다. 그러나 대안적인 실시예에 있어서, 상기 디바이스는 작동기를 포함하지 않으며, 또한 프로브는 항상 상기 표면에 대해 전개된다. 이런 대안적인 실시예에 있어서, 상기 프로브를 표면에 대해 유지시켜 약간의 댐프닝(dampening)/서스펜션을 제공하기 위해, 스프링과 같은 바이어싱 부재가 사용될 수 있다.

따라서 여기에서 논의되는 정규화는, 장치의 적어도 일부가 표면과 접촉할 때 발생한다는 것을 인식해야 한다. 예를 들어, 접촉하는 장치의 부분은 제2 링키지의 형태일 수 있으며, 또한 장치[즉, 센서(프로브)]에 의해 운반되는 대상물을 포함할 수 있거나 또는 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어,일부 실시예에 있어서, 운반된 대상물[예를 들어, 영상화 디바이스(카메라) 또는 레이저 기기]이 상기 표면과 물리적으로 접촉하는 것은 바람직하지 않다. 대신에, 이들 실시예에 있어서, 상기 대상물은 장치(예를 들어, 제2 링키지)에 의해 현가되고 또한 표면으로부터 미세하게 이격되지만, 제2 링키지와 같은 장치의 다른 부분은 표면과 접촉하고 있다.

본 발명에 의해 제공되는 이런 메커니즘은, 이로부터 적절한 판독 값을 갖기 위해, 검사면에 대해 항상 수직한 그 내부 변환기 부품을 가질 것을 요구하는 건식 결합형 프로브와 같은 민감한 방향 센서에 특히 유용하다.

도 1은 본 발명에 따라 센서 프로브를 운반하기 위한 디바이스를 구비한, 검사 차량과 같은 외부 디바이스의 측면도이다.
도 2는 도 1의 디바이스의 측부 사시도이다.
도 3은 제1 링키지를 도시하고 있는, 도 1의 디바이스의 측면도이다.
도 4는 제2 링키지를 도시하고 있는, 도 1의 디바이스의 정면도이다.
도 5는 도 1의 디바이스의 분해 사시도이다.
도 6은 도 1의 디바이스의 다른 분해 사시도이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 도 1의 디바이스의 변속기의 일부의 정면도이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 도 1의 디바이스의 변속기의 일부의 정면도이다.
도 9a는 제1 상태의 제2 링키지를 도시한 개략도이다.
도 9b는 힘이 이에 인가된 후, 제2 상태의 제2 링키지를 도시한 개략도이다.
도 10a는 제1 상태의 통상적인 T 링키지를 도시한 개략도이다.
도 10b는 힘이 이에 인가된 후, 제2 상태의 통상적인 T 링키지를 도시한 개략도이다.
도 11a 및 11b는 통상적인 T 링키지(도 11a)의 부분인 센서 프로브 대 제2 링키지(도 11b)의 부분인 센서 프로브의 궤적을 비교한 차트를 도시하고 있다.
도 12a는 본 발명의 구성으로 인해, 프로브와 표면 사이의 접촉각이 적어도 실질적으로 수직할 수 있음을 나타내는, 평탄면 상의 센서 프로브의 측면도이다.
도 12b는 본 발명의 구성으로 인해, 프로브와 표면 사이의 접촉각이 적어도 실질적으로 수직할 수 있음을 나타내는, 8 인치 파이프 상의 센서 프로브의 측면도이다.
도 12c는 본 발명의 구성으로 인해, 프로브와 표면 사이의 접촉각이 적어도 실질적으로 수직할 수 있음을 나타내는 13 인치 파이프 상의 센서 프로브의 측면도이다.

도 1은 일반적으로 외부 디바이스(10), 및 상기 외부 디바이스(10)에 해제 가능하게 결합되고 또한 센서가 파이프 또는 저장 탱크의 표면과 같은 표면(11)에 대해 하강될 수 있거나 전개될 수 있고 또한 상기 장치(100)의 적어도 일부와 표면 사이의 접촉 시 상기 표면(11)에 자동으로 수직으로 되도록, 상기 프로브 센서를 운반하도록 구성되는 장치(메커니즘)(100)를 도시하고 있다. 여기에 기재되는 바와 같이, 상기 외부 디바이스(10)는 반드시 표면과 접촉할 필요는 없지만, 그러나 대신에 상기 장치(100)의 하나 또는 그 이상의 부분이 접촉할 수 있음을 인식해야 한다.

상기 외부 디바이스(10)는 검사 차량(여기에 도시된 바와 같은 로봇과 같은), 손 파지형 캐리어, 로봇 아암 파지기, 파이프 내 검사를 위한 PIG 또는 스크래퍼(scrapper), 등의 형태일 수 있다. 달리 말하면, 상기 장치(100)는 특수한 용도에 따라 설비의 임의의 많은 상이한 부재에 결합될 수 있다. 예를 들어, 장치(100)는 손 파지형 캐리어에 결합될 수 있으며, 또한 여기에 기재되는 바와 같이, 장치(100)의 디자인은 상기 장치(100)가 다른 손 파지형 캐리어가 할 수 없는 나선형 패턴을 따르는 것을 허용한다. 로봇 아암 파지기에 대한 장치(100)의 결합은 주조 공장(foundry) 또는 공장에서 파이프, 비임, 및 판금(sheet metal) 또는 주철 부품의 자동화된 선택적 검사를 위한 것이다. 단지 도시 목적 상, 상기 장치(100)는 검사 차량(10)에 부착되는 것으로 기재되고 도시되었지만, 그러나 전술한 바와 같이, 상기 장치(100)는 설비의 다른 외부 부재에 부착될 수 있음을 인식해야 한다. 따라서 검사 차량(10)에 부착되는 장치(100)의 기재 및 도시는 본 발명의 범주를 제한하지 않는다.

상기 검사 차량(10)은 표면(11)을 가로질러 제어 가능하게 구동될 수 있는 임의의 많은 상이한 차량일 수 있다. 예를 들어, 검사 차량(10)은 상기 검사 차량(10)의 작동을 제어하기 위해, 검사 차량(10)에 제어 명령을 송신할 수 있는 사용자에 의해 제어될 수 있는 로봇 디바이스(10)일 수 있다. 이런 방식에 있어서, 사용자는 로봇 검사 차량(10)을 상기 표면을 가로질러 효과적으로 구동할 수 있으며, 또한 상기 차량(10)을 정지 및 조향할 수 있다. 이하에 기재되는 바와 같이, 장치(100)에 의해 캡처되고 기록된 정보는, 유선 통신과 무선 통신[무선 안테나(15)] 모두를 포함하는 적절한 통신 프로토콜을 사용하여 사용자에게 전송될 수 있다. 따라서 로봇 검사 차량(10)은 로봇 검사 차량(10)이 표면(11)을 가로질러 구동되는 것을 허용하는 2개 또는 그 이상의 휠(12)을 갖는 차량일 수 있다. 상기 휠(12)은, 로봇 검사 차량(10)이 금속 파이프 또는 금속 저장 탱크와 같은 금속 표면(11)에 부착되고 또한 이를 가로질러 이동 가능한 것을 허용하기 위해, 자성 재료로 형성될 수 있다. 상기 로봇 검사 차량(10)은 휠의 회전을 제어하기 위한 모터, 및 차량(10)을 작동하도록 사용자 명령을 발생시키고 또한 센서로부터 수신된 정보를 수신 및 기록하도록 구성된 프로세서뿐만 아니라 조향 메커니즘을 포함하는 다른 작동 부분을 추가로 포함한다.

장치(100)의 세부 사항은 도 2-6을 참조하면 가장 잘 이해될 것이다. 상기 장치(100)는 장치(100)를 형성하기 위해 함께 결합하는 상이한 서브조립체로서 간주될 수 있는 많은 부품을 포함한다[조립 후, 상기 장치(100)는 도 2에 도시된 단일 구조물의 형태이다]. 특히, 상기 장치(100)는 구동 조립체(101)(구동 부품); 제1 링키지(102), 제2 링키지(103), 및 센서 프로브 구조물(104)을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 여기에 기재된 바와 같이, 상기 장치(100)는 표면(11)의 하나 또는 그 이상의 영역의 검사를 위해 상기 검사 차량(10)이 표면(11)을 가로질러 장치(100)를 이동시키기 위한 수단을 제공하기 때문에, 상기 검사 차량(10)에 부착 가능하게 결합되도록 구성된다.

상기 장치(100)의 구동 부품(101)은 여기에 기재되는 바와 같이 그 제어된 이동을 위해 제1 링키지(102) 상에서 작동하도록 의도된 작동기를 포함한다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 구동 부품(101)은 모터(110), 상기 모터(110)에 작동 가능하게 연결된 변속기(150), 및 제1 링키지(102)를 포함한다. 모터(110)는 본 출원에 사용하기에 적합한 임의의 많은 상이한 타입의 모터일 수 있다. 예를 들어, 상기 모터(110)는 사용자 인터페이스(차량으로부터 떨어져 있고 또한 사용자에 의해 제어되는 마스터 제어기와 같은)를 사용하여 제어될 수 있는 브러시없는(brushless) DC 모터일 수 있다. 모터(110)는 회전 가능한 구동 샤프트(112)를 가지며, 또한, 배터리 팩과 같은 전원에 연결된다. 또한, 상기 모터(110)는 모터(110)를 수용하기 위한 개구(도시된 바와 같이, 가늘고 긴 형상을 가질 수 있음)를 포함하고 또한 평탄면일 수 있는 장착 표면(131)을 갖는 모터 장착부(130)에 견고하게 부착된다.

상기 모터(110)의 구동 샤프트(112)의 회전은 변속기(150)에 의해 상기 제1 링키지(101)의 이동으로 전환된다. 일 실시예에 따라, 상기 변속기(150)는 알려진 바와 같이 기어 장치의 타입인 웜(worm) 구동 조립체의 형태를 취한다. 보다 구체적으로, 상기 웜 구동 조립체는 웜 기어(154)[외관이 스퍼 기어(spur gear)와 유사하고 그리고 웜 휠로도 불린다]와 맞물리는 웜(152)(나사 형태의 기어임)을 포함한다. 상기 웜(152)은 모터(110)의 동작(작동)이 상기 구동 샤프트(112) 및 웜(152)의 회전을 유발시키도록, 상기 구동 샤프트(112)에 고정 가능하게 결합되거나 또는 그 일체형 부분이다. 따라서 상기 구동 샤프트(112)와 웜(152)은 동축이며, 그리고 제1 축선에 대해 회전한다. 상기 구동 부품(101)은 상기 웜(152)을 회전 가능하게 지지하는 단부 캡(155) 및 베어링(157) 등을 포함할 수도 있다.

상기 웜 기어(154)는 제1 축선과 직교하는 제2 축선을 따라 연장하는 웜 기어 샤프트(159)에 고정 가능하게 결합된다. 이하에 상세히 기재되는 바와 같이, 웜 기어(154) 및 샤프트(159)는 웜(152)과 맞물리는 관계인 웜 기어(154)를 위치시키기 위해, 제1 링키지(101)에 결합된다. 웜(152)의 회전은 웜 기어(154)의 회전으로 전환된다. 상기 샤프트(159)는 그 제1 단부에서 웜 기어(154)에 고정 가능하게 부착된다.

상기 제1 링키지(102)는 링키지를 형성하는 많은 부품으로 구성되고, 상기 장치(100)를 검사 차량(10)에 부착하기 위한 수단을 제공하며, 그리고 상기 구동 부품(101)을 지지하기 위한 수단도 제공한다. 상기 제1 링키지(102)는 제1 링키지 플레이트(160), 상기 제1 링키지 플레이트(160)로부터 이격되는 제2 링키지 플레이트(180), 제1 커넥터 아암(190), 및 제2 커넥터 아암(200)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 커넥터 아암(190, 200)은 상이한 길이를 가질 수 있다. 이런 특징은 도 12a-12c를 참조하여 이하에 기재된다.

제1 링키지 플레이트(160)는 제1 단부(상단부)(162) 및 대향하는 제2 단부(하단부)(164)를 갖는 평탄한 구조물일 수 있다. 상기 제1 링키지 플레이트(160)는 제1 단부(162)에 넓은 제1 섹션(각도를 이루는 섹션)(163) 및 제2 단부(164)에 넓은 제2 섹션(수평 섹션)(165)을 가지며, 협소한 중간 섹션(수직 섹션)(166)이 상기 제1 섹션(163)과 제2 섹션(165) 사이에 형성된다. 도시된 제1 및 제2 섹션(163, 165)은 일반적으로 직사각형 형상을 가지며, 상기 제1 섹션(163)은 제2 섹션(165)에 대해 각도를 이루어 형성된다. 상기 협소한 중간 섹션(수직 섹션)(166)은 제1 섹션(163)을 제2 섹션(165)으로부터 이격시키도록 작용하며, 또한 상기 제2 섹션(165)과 직교하여 배향된다.

상기 제1 섹션(163)은 장착부(130)의 장착 표면(131)과 결합하기 위한 크기 및 형상을 갖는다. 상기 제1 섹션(163)은 제1 섹션(163)을 장착부(130)의 장착 표면(131)에 부착하기 위한 파스너(169)를 수용하는 다수의 관통 구멍(167)을 포함한다. 이런 방식으로, 구동 부품(101)을 형성하는 모터(110), 웜(152), 및 장착부(130)는 제1 링키지 플레이트(160)에 의해 고정 가능하게 부착되고 그리고 지지된다.

상기 협소한 중간 섹션(166)은 제1 관통 구멍(170), 제2 관통 구멍(172), 및 제3 관통 구멍(174)을 포함한다. 상기 관통 구멍(170, 172, 174)은 선형 방식으로 형성되며, 상기 제1 관통 구멍(170)이 가장 위에 있는 구멍이고, 제2 관통 구멍(172)이 중간 구멍이며, 제3 관통 구멍(174)이 가장 아래에 있는 구멍이다. 상기 샤프트(159)는 제1 관통 구멍(170)을 통해 연장하며, 또한 그 내부에서 자유롭게 회전한다.

상기 제2 섹션(165)은 제1 단부면(175) 및 대향하는 제2 단부면(177)을 포함한다.

상기 제2 링키지 플레이트(180)는 제1 단부(상단부)(182), 및 대향하는 제2 단부(바닥 단부)(184)를 갖는다. 제2 링키지 플레이트(180)는 제1 단부(182)에서 종료되는 제1 수직 섹션(183), 및 제2 단부(182)에서 종료되는 제2 수평 섹션(185)을 포함한다. 상기 제1 수직 섹션(183) 및 제2 수평 섹션(185)은 협소한 중간 섹션(166) 및 제2 섹션(165)에 상보적이도록 크기 및 형상을 가진다. 보다 구체적으로, 제2 수평 섹션(185)은 제2 섹션(165)과 동일할 수 있다. 제1 수직 섹션(183)은 그 내부에 형성되는 3개의 관통 구멍, 즉 제1 관통 구멍(186), 제2 관통 구멍(187), 및 제3 관통 구멍(188)을 포함한다. 상기 관통 구멍(186, 187, 188)은, 제1 링키지 플레이트(160)에 형성된 관통 구멍(170, 172, 174)과 축 방향으로 각각 정렬되도록 형성된다.

상기 제2 수평 섹션(185)은 제1 단부면(181), 및 대향하는 제2 단부면(189)을 포함한다.

샤프트(159)는 관통 구멍(170) 및 관통 구멍(186)을 통과하며, 상기 샤프트(159)는 제1 링키지 플레이트(160) 및 제2 링키지 플레이트(180)에 대해 자유롭게 회전할 수 있다.

도시된 바와 같이, 제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180)는 서로 이격된 평행한 평면에 위치된다. 보다 구체적으로, 상기 제1 링키지 플레이트(160) 및 제2 링키지 플레이트(180)는 고정된 그리고 이격된 관계를 유지하고 또한 그 사이에서의 이동을 방지하기 위해, 서로 고정 가능하게 연결된다. 상기 제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180)는 가늘고 긴 형상을 갖는 커넥터(135)에 의해 연결될 수 있으며, 또한 일 단부에서 제1 링키지 플레이트(160)에 고정 가능하게 연결되고(파스너에 의해) 또한 그 대향 단부에서 제2 링키지 플레이트(180)에 결합되는(파스너에 의해) 로드(rod)의 형태일 수 있다. 상기 커넥터(135)의 두 단부는 구멍(172, 187) 내로 삽입될 수 있다.

상기 제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180)는 제1 링키지(102)의 제1 링크(link)를 형성한다.

제1 커넥터 아암(190) 및 제2 커넥터 아암(200)은, 제1 링크[제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180)]와 검사 차량(10) 모두에 피봇 가능하게 각각 연결되는 구조물의 형태를 취한다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제1 커넥터 아암(190)은 제2 커넥터 아암(200)의 위에 위치된다. 상기 제1 커넥터 아암(190)은 베이스 부분(191)(예를 들어, 수평 바아), 및 그 대향 단부에서 상기 베이스 부분(191)으로부터 외향으로 연장하는 한 쌍의 제1 아암(플랜지)(192)을 갖는다. 상기 한 쌍의 제1 아암(192)은 상기 베이스 부분(191)과 직교하여 배향되며, 또한 상기 베이스 부분(191)과 조합하여 제1 U-형 구조물이 형성되도록 평행한 평면에 배치된다. 상기 아암(192)의 자유 단부는 아암(192)을 검사 차량(10)의 본체에 피봇 가능하게 부착하기 위한 파스너(193)를 수용한다. 이는 제1 커넥터 아암(190)이 검사 차량(10)의 본체에 대해 피봇되는 것을 허용한다.

또한, 상기 제1 커넥터 아암(190)은 베이스 부분(191)으로부터 내향으로 연장하고 또한 상기 베이스 부분(191)의 두 단부의 중간에 위치하는 다수의 아암을 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 제1 내부 아암(194)은 상기 베이스 부분(191)의 일 단부에 근접하여 형성되며, 제2 및 제3 내부 아암(195, 196)은 상기 베이스 부분(191)의 다른 단부에 인접하여 형성된다. 상기 제2 및 제3 내부 아암(195, 196)은 그 사이에 공간 또는 슬롯(197)을 형성하도록 서로 근접하여 형성된다. 제1, 제2 및 제3 내부 아암(194, 195, 196)은 베이스 부분(191)과 직교하여 형성되며, 평행한 평면에 위치된다. 상기 한 쌍의 제1 아암(192) 및 아암(194, 195, 196)을 포함하는 평면은 서로 평행할 수 있다.

상기 내부 아암(194, 195, 196)의 자유 단부는, 샤프트(159)를 수용하는 관통 구멍을 포함한다. 상기 샤프트(159)는 이들 아암(194, 195, 196)에 대해 자유롭게 회전하며, 또한 전술한 바와 같이, 제1 링키지 플레이트(160) 및 제2 링키지 플레이트(180)에 대해 자유롭게 회전한다.

제1 커넥터 아암(190)이 제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180)에 조립될 때, 제2 링키지 플레이트(180)의 제1 수직 섹션(183)은 제1 수직 섹션(183)을 아암(195, 196) 사이에 위치시키기 위해, 상기 슬롯(197) 내에 수용된다. 제1 링키지 플레이트(160)의 협소한 중간 섹션(166)은, 아암(194)에 인접하며 또한 상기 아암의 내측에 위치된다. 다시 한 번, 이들 부분을 통해 연장되는 샤프트(159)는 상기 샤프트(159)가 자유롭게 회전하는 방식으로 모든 부분을 함께 결합하도록 작용한다.

상기 웜 기어에 대향하는 샤프트(159)의 단부는, 아암(196)의 외측 면을 따라 형성된 오목부 내에 수용되는 베어링 부재 등(161)에 의해 수용될 수 있다. 상기 베어링 부재(161)는 원형 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 샤프트(159)의 횡방향 이동을 방지하기 위해 단부 캡 또는 파스너(137)가 사용될 수 있다. 특히, 상기 베어링 부재(161)에 인접한 샤프트(159)의 자유단부에는 볼트(137)가 나사식으로 부착될 수 있으며, 이에 따라 상기 샤프트(159)의 횡방향 이동을 제한할 수 있다.

도 4 및 8에 가장 잘 도시된 일 실시예에 따라, 상기 샤프트(159)는 제1 바이어싱 부재(210)에 의해 상기 제1 커넥터 아암(190)에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 샤프트(159)는 제1 바이어싱 부재(210)의 일 단부가 부착되는 장착 구조물(212)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 바이어싱 부재(210)의 대향의 제2 단부는 상기 제1 커넥터 아암(190)에 부착된다. 상기 제1 바이어싱 부재(210)는 샤프트의 길이의 둘레로 권취되는(감겨지는) 비틀림 스프링의 형태일 수 있다. 상기 장착 구조물(212)은, 제1 링키지 플레이트(160)의 내측 면에 인접한 위치에서, 상기 샤프트(159)에 고정 가능하게 연결되는 디스크의 형태일 수 있다. 비틀림 스프링(210)의 일 단부는 [샤프트(159)와 함께 회전하는] 디스크(212)에 고정 가능하게 부착될 수 있으며, 상기 비틀림 스프링(210)의 다른 단부는 (이동하지 않는) 제1 커넥터 아암(190)의 아암(195)에 부착될 수 있다. 이런 배향의 결과로서, 상기 구동 부품(101)이 샤프트(159)를 일 방향으로 회전시킬 때, 상기 스프링(210)은 권취되어 에너지를 저장하기 시작할 것이다. 이하에 기재되는 바와 같이, 상기 비틀림 스프링(159)은 모터 회전을 장치(100)의 상승 및 하강으로 전달한다.

대안적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 샤프트(159)를 제1 커넥터 아암(190)에 결합하여 (모터의 작동 결과인) 샤프트(159)의 회전을 장치(100)의 원하는 상승 및 하강으로 전환하기 위해, 고정 핀(215)이 사용될 수 있다.

상기 디스크(212)는 처음에 2개의 링키지 플레이트(160, 180) 사이에 배치될 수 있으며, 또한 제2 링키지 플레이트(180) 및 아암(195, 196)에 형성된 각각의 구멍을 통과하기 전에, 샤프트(159)는 플레이트(160)의 구멍(170)을 통해, 그리고 그 후에는 디스크(212)의 중심 구멍을 통해 공급될 수 있음을 인식해야 한다. 파스너, 스냅-끼워맞춤 메커니즘, 등의 사용을 포함하여, 상기 디스크(212)를 샤프트(160)에 고정 가능하게 부착하기 위해 임의의 많은 기술이 사용될 수 있다. 따라서 디스크(212)와 비틀림 스프링(210) 모두는 상기 제1 링키지 플레이트(160)와 아암(195) 사이에 배치된다.

제2 커넥터 아암(200)은 제1 커넥터 아암(190)과 유사하며, 또한 베이스 부분(201)(예를 들어, 수평 바아) 및 그 대향 단부에서 상기 베이스 부분(201)으로부터 외향으로 연장하는 한 쌍의 제1 아암(플랜지)(202)을 포함한다. 상기 한 쌍의 제1 아암(202)은 베이스 부분(201)과 직교하여 배향되며, 또한 상기 베이스 부분(201)과 조합하여 제1 U 형 구조물이 형성되도록 평행한 평면에 배치된다. 상기 아암(202)의 자유단부는 아암(202)을 검사 차량(10)의 본체에 피봇 가능하게 부착하기 위한 파스너(205)를 수용한다. 이는 제2 커넥터 아암(200)이 검사 차량(10)의 본체에 대해 피봇되는 것을 허용한다.

또한, 상기 제2 커넥터 아암(200)은 베이스 부분(201)으로부터 내향으로 연장하며, 상기 베이스 부분(201)의 두 단부의 중간에 위치하는 다수의 아암을 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 내부 아암(204)이 상기 베이스 부분(201)의 단부 사이에 형성된다. 상기 한 쌍의 내부 아암(204)은 베이스 부분(201)과 직교하여 형성되며, 또한 평행한 평면에 위치된다. 상기 한 쌍의 제1 아암(202) 및 상기 한 쌍의 내부 아암(204)을 포함하는 평면은 서로 평행할 수 있다.

상기 한 쌍의 내부 아암(204)의 자유 단부는, 횡단 샤프트(207)를 수용하는 관통 구멍을 포함한다. 또한, 상기 샤프트(207)는 제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180)에 각각 형성된 구멍(174, 188)을 통과한다.

상기 샤프트(207)는 내부 아암(204)에 대해 자유롭게 회전하며, 또한 제2 커넥터 아암(200)이 이에 대해 피봇할 수 있는 피봇부를 형성한다. 상기 샤프트(207)를 내부 아암(204)에 결합하고 그리고 상기 샤프트(207)의 횡방향 이동을 제한하기 위해, 파스너(209)가 사용될 수 있다. 이들 파스너(209)는 볼트일 수 있다.

제1 커넥터 아암(190) 및 제2 커넥터 아암(200) 각각은 단일의 일체형 구조물로서 형성될 수 있음을 인식해야 한다.

제1 커넥터 아암(190)은 제1 링키지(102)의 제2 링크를 형성하며, 제2 커넥터 아암(200)은 제1 링키지(102)의 제3 링크를 형성한다. 상기 제1 링키지(102)의 제4 링크는 여기에 기재된 바와 같이 검사 차량(10)에 의해 형성된다. 따라서 제1 링키지(102)는 4개의 바(bar) 링키지를 특징으로 한다. 제1 링키지(102)의 작동에 관한 추가적인 세부 사항이 이하에 설명된다.

제2 링키지(103)는 센서 프로브 구조물(104)을 제1 링키지(102)에 연결하도록 작용하며, 또한 상기 장치(100)가 [제1 링키지(102)의 상승 및 하강 이외의] 상이한 자유도로 이동하는 것을 허용한다.

상기 센서 프로브 구조물(104)은 센서(310)를 유지하기 위한 케이싱 또는 하우징(300)으로 구성되어 있다. 상기 하우징(300)은 개방된 상부 및 개방된 바닥을 갖는 박스형 구조물의 형태일 수 있다. 하우징(300)은 정사각형 또는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 따라서 상기 하우징(300)은 대향하는 한 쌍의 측벽(전방 벽 및 후방 벽)(302) 및 대향하는 한 쌍의 단부 벽(304)에 의해 형성된다. 단부 캡(305)은 단부(304)를 폐쇄하는 데 사용될 수 있다. 중공의 내부 공간이 상기 벽(302, 304) 사이에 형성된다. 센서(310)는 상기 중공의 내부 공간 내에 회전 가능하게 배치되며, 상기 센서(310)는 단부 벽(304)/단부 캡(305) 사이에서 연장하는 차축(301)에 대해 회전하는 휠의 형태를 취한다. 상기 센서(310)는, 센서 프로브(휠)(310)가 차축(301)에 회전 가능하게 결합될 때, 센서 프로브(310)의 일부가 하우징(300)의 상부 엣지 위와 하우징(300)의 하부 엣지 아래 모두로 연장하도록, 직경을 갖는다.

또한, 상기 차축(301)은 장치가 표면(11)을 가로질러 롤링되고 그리고 조향되어 그 검사를 허용하는 것을 추가로 허용하는 하나 또는 그 이상의, 바람직하기로는 2개의 휠(롤러)(320)을 지지한다. 도시된 실시예에 있어서, 상기 센서 프로브(휠)(310)는 한 쌍의 휠(320) 사이에 배치된다. 검사 차량(10)의 부분인 휠과 마찬가지로, 상기 휠(320)은 장치를 금속 파이프 또는 금속 저장 탱크와 같은 금속 표면(11)에 부착하는 것을 허용하고 또한 상기 검사 차량(10)의 구동에 응답하여 이를 가로질러 이동 가능한 것을 허용하도록, 자성 재료로 바람직하게 형성된다.

제2 링키지(103)는, 장치(100) 및 특히 그 센서 프로브(110)가 여기에 기재된 바와 같이 인가된 힘에 응답하여 이동하는 것을 허용하도록 구성된 4개의 바아 링키지라는 점에서, 제1 링키지(101)와 유사하다. 상기 제2 링키지(103)는 2쌍의 교차 링크 부재로 형성되며, 보다 구체적으로 상기 제2 링키지(103)는 제1 쌍을 형성하는 제1 및 제2 링크(400, 410)와, 제2 쌍을 형성하는 제3 및 제4 링크(420, 430)로 형성된다.

상기 제1 및 제2 링크(400, 410)는, 제1 링크(400)의 제1 단부가 제1 피봇부(401)에서 제1 링키지 플레이트(160)의 제2 섹션(165)의 제1 단부면(175)에 피봇 가능하게 부착되고, 상기 제1 링크(400)의 제2 단부가 제2 피봇부(403)에서 하우징(300)의 측벽(302)에 피봇 가능하게 부착된다는 점에서, X 형상으로 배치된다. 마찬가지로, 상기 제2 링크(410)는 제3 피봇부(405)에서 제2 링키지 플레이트(180)의 제2 수평 섹션(185)의 제1 단부면(181)에 피봇 가능하게 부착되며, 상기 제2 링크(410)의 제2 단부는 제4 피봇부(407)에서 하우징(300)의 측벽(302)에 피봇 가능하게 부착된다.

도시된 바와 같이, 제1 및 제2 링크(400, 410)는 물리적으로 서로 연결되지 않는다.

마찬가지로, 제3 및 제4 링크(420, 430)는 제4 링크(430)의 제1 단부가 제1 피봇부(421)에서 제1 링키지 플레이트(160)의 제2 섹션(165)의 제2 단부면(177)에 피봇 가능하게 부착되고, 제4 링크(430)의 제2 단부가 제2 피봇부(423)에서 하우징(300)의 다른 측벽(302)에 피봇 가능하게 부착된다는 점에서, X 형상으로 배치된다. 마찬가지로, 제3 링크(420)는 제3 피봇부(425)에서 제2 링키지 플레이트(180)의 제2 수평 섹션(185)의 제2 단부면(189)에 피봇 가능하게 부착되고, 제3 링크(420)의 제2 단부는 제4 피봇부(427)에서 하우징(300)의 다른 측벽(302)에 피봇 가능하게 부착된다.

도시된 바와 같이, 제3 및 제4 링크(420, 430)는 물리적으로 서로 연결되지 않는다.

본 발명에 따라, 센서 프로브 구조물(104)과 함께 제1 및 제2 링키지는, 센서(310)가 표면(11)에 대해 하강되거나 또는 전개될 수 있고, 또한 장치(100)의 적어도 일부와 표면(11) 사이에서의 접촉 시 표면(11)에 자동으로 수직으로 되도록 구성된다[예를 들어, 일부 실시예에 있어서, 센서(310) 자체는 표면(11)과 접촉할 수 있지만, 그러나 이는 표면(11)과 접촉할 때 장치(100)가 자동으로 정규화할 것을 요구하는 것은 아니다]. 상기 제1 링키지(102)는 댐프닝된 웜 기어 변속기를 포함하는 구동 부품(101)을 통해 동작되며, 상기 제2 링키지(103)는 여기에 기재된 바와 같이 표면(11)에 대해 센서 프로브(310)의 수동적인 정규화를 허용한다. 본 발명에 의해 제공되는 이러한 메커니즘은, 이로부터 적절한 판독 값을 갖기 위해, 그 내부 변환기 부품이 검사면에 대해 항상 수직할 것을 요구하는 건식 결합형 프로브와 같은 민감한 방향 센서에 특히 유용하다.

조립되었을 때, 휠 및 센서 휠을 수용하기 위해 상기 제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180)와 하우징(300) 사이에는 부분적으로 공간이 존재한다.

제1 링키지의 작동

상기 제1 링키지(102)는 장치(100)가 명령에 따라 표면(11)에 대해 상승 및 하강되는 것을 허용하는 상승기(lifter) 메커니즘으로서 동작하도록 구성된다. 따라서 제1 링키지(102)와 구동 부품(101) 사이의 상호 작용은 상기 상승기 메커니즘에 수직 방향으로 하나의 자유도를 추가하며, 이에 따라 필요한 곳에서 그리고 필요한 시간에 센서 프로브(310)가 위로 상승되고 또한 아래에 위치되는 것을 허용한다. 이런 자유도는, 측방 운동이 수행된다면, 이것이 드래깅하는 것을 방지함으로써 센서 프로브(310)의 무결성을 양호한 형상으로 유지한다. 또한, 구동 부품(101)은 제대로 된 데이터 획득을 위해, 검사면(11) 상에서 센서 프로브(310)에 충분한 압축력을 제공한다.

상기 제1 링키지(102)는 다음과 같이 작동한다. 표면(11)에 대해 센서 프로브(410)를 전개하고자 할 때, 사용자는 구동 부품(101)에 명령(지령)을 전송하여 그 동작을 유발시킨다. 보다 구체적으로, 모터(110)는 (센서 프로브를 하강시키기 위해) 제1 작동 모드로 작동되어, 구동 샤프트(112) 및 웜(152)을 제1 방향으로 회전시킨다. 상기 웜(152)의 회전은 웜 기어(154)의 회전으로 전환된다. 횡단 샤프트(159)가 웜 기어(154)에 고정 가능하게 연결되기 때문에, 상기 샤프트(159) 또한 회전한다. 상기 샤프트(159)의 회전은 이에 고정 가능하게 결합되는, 디스크(212)의 회전으로 나타난다. 제1 바이어싱 부재(비틀림 스프링)(210)는 디스크(212)와 상기 제1 커넥터 아암(190)의 아암(195) 모두에 부착되고, 이에 따라 상기 디스크(212)[및 샤프트(159)]의 회전은 샤프트(159)의 길이를 따라 비틀림 스프링(210)의 권취로 나타나며, 이에 의해 에너지가 저장된다.

상기 비틀림 스프링(210)의 권취 및 상기 제1 커넥터 아암(190)으로의 그 연결은, 제1 커넥터 아암(190)에 상향의 힘이 인가되게 한다. 상기 제1 커넥터 아암(190)이 검사 차량(10)과 제1 및 제2 링키지 플레이트(160, 180) 모두에 피봇 가능하게 부착되기 때문에, 제1 커넥터 아암(190)은 상향 방향으로 피봇된다. 센서 프로브(310)는, 그 자체가 [제2 링키지(103)에 의해] 제1 링키지(102)에 연결되는 하우징(300)에 의해 센서 프로브(310)가 운반되기 때문에, 표면(11)으로부터 위로 상승된다. 상기 하우징(300)의 상향 이동은 센서 프로브(310)를 표면(11)으로부터 상승시킨다.

센서 프로브(310)를 하강시키기 위해서는, 작동이 역전되고, 모터(110)는 제2 작동 모드로 작동되어, 구동 샤프트(112) 및 웜(152)을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전시킨다. 상기 비틀림 스프링(210)은 샤프트(159)를 따라 풀리며, 이는 하향 방향으로 이동하는 제1 커넥터 아암(190)으로 나타나며, 이에 따라 하우징(300) 및 센서 프로브(310)를 하강시켜, 도시된 실시예에서는 표면(11)과 접촉하는 센서 프로브(310)로 나타난다.

따라서 이런 비틀림 스프링(210)은 모터(110)의 회전을 전달하는 선형 코일로서 동작하며, 또한 제1 링키지(102) 상에 동작하는 비틀림 스프링으로서 사용된다. 코일[스프링(210)]은 센서 프로브(310)와 표면(11) 사이에 댐핑 효과를 발생시킨다. 따라서 센서 프로브(310)를 거친 또는 불균일한 표면 상에서 이동시킬 때, 상기 비틀림 스프링(210)은 센서 상의 압력에 의해 유발된 손상 및 외란(disturbance)을 최소화한다. 달리 말하면, 미세하게 불균일한 표면 상에서 센서 프로브(310)를 이동시킬 때, 상기 센서 프로브(310)는 장치(100)의 운동을 방해하지 않으면서 접촉을 유지한다. 스프링(210)의 댐핑 효과는, 고정 핀 디자인이 모터(110)의 회전 운동을 제1 링키지(102)를 통해 수직의 선형 운동/힘으로 전환시키고, 상기 고정 핀 디자인이 댐핑 효과가 없다는 점에서, 도 7에 도시된 고정 핀 디자인에 비해 이점을 제공한다.

상기 모터(110)의 회전 운동이 제1 링키지(102)를 통해 수직의 선형 운동/힘으로 전환되는 방식으로, 상기 샤프트(159)를 제1 커넥터 아암(190)에 결합하기 위해, 도면에 도시된 바 이외의 다른 기술이 사용될 수 있음을 인식해야 한다.

또한, 장치 자체는 표면(11) 위에서 장치(100)의 운동 중 표면(11)과의 접촉을 유지하도록 구성될 수 있음을 인식해야 한다. 달리 말하면, 장치(100)에 의해 운반된 대상물은 표면과 접촉하지 않을 수 있지만, 그러나 대신에 장치(100)의 일부(제2 링키지와 같은)는 표면(11)과의 접촉 시 정규화하도록 작용하고, 또한 상기 장치(100)가 표면(11)을 따라 이동할 때 상기 표면(11)과의 이러한 접촉을 유지시킨다.

상이한 길이의 커넥터 아암

일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 커넥터 아암(190, 200)은 상이한 길이를 가질 수 있다. 도 12a-12c를 참조하면, 외부 디바이스(10)(예를 들어, 검사 차량)의 본체에 대한 장치(100)의 특정한 배치 및 상기 외부 디바이스(10)의 구조가 주어진다면, 상기 프로브(310)는 표면(11)의 곡률에 따라 상이한 높이에서 상기 표면(11)과 접촉한다. 그 결과는, 제1 스테이지(제1 링키지)가 직선형 경로를 따르는 대신에 굴곡형 경로를 따라 프로브(310)를 이동시키도록 구성되기 때문에, 상기 프로브(310)와 표면(11) 사이의 접촉각(피치 방향에 대한)은 거의 완전히 수직하도록 최적화될 수 있다. 달리 말하면, 이런 길이 차이는 상기 장치(100)의 제1 스테이지가 직선 운동을 위해 또는 굴곡된 경로를 따른 운동을 위해 구성되는지의 여부를 결정할 것이다. 여기에 기재된 바와 같이, 상기 작동기(구동 모터)는 굴곡된 경로를 따라 이동하도록 구성되며, 또한 상기 구동 모터는 이중 목적, 즉 피치 방향으로 표면에 대한 프로브의 정규화뿐만 아니라 상기 프로브의 상승/하강이라는 목적들을 갖는다.

도 12a는 평탄면인 표면(11)을 도시하고 있으며, 또한 커넥터 아암(190, 200)을 포함하는 장치(100)가 검사 차량(10)과 함께 도시되어 있다. 도 12a에는 프로브(310)와 표면(11) 사이의 각도가 약 89.6 °로 도시되어 있다(즉, 피치 방향으로의 정규화가 거의 완벽하다).

도 12b는 8 인치 파이프의 형태인 표면(11)을 도시하고 있으며, 또한 커넥터 아암(190, 200)을 포함하는 장치(100)의 상대 위치가 검사 차량(10)과 함께 도시되어 있다. 도 12b에는 프로브(310)와 표면(11) 사이의 각도가 약 180.1 °로 도시되어 있다(즉, 피치 방향으로의 정규화가 거의 완벽하다).

도 12c는 상기 표면(11)이 평탄면(도 12a); 8 인치 파이프(도 12b); 및 13 인치 파이프로 도시되어 있다는 점에서, 표면(11)의 구성에 대한 3개의 예를 도시하고 있다). 도 12c에는 13 인치 파이프의 경우에 프로브(310)와 표면(11) 사이의 각도가 약 181.9 °로 도시되어 있다(즉, 피치 방향으로의 정규화가 거의 완벽하다).

여기에 기재되는 바와 같이, 상기 장치(100)는 프로브가 장치의 정상적인 사용 중 자동화된 방식으로 적어도 실질적으로 정규화되도록 바람직하게 구성된다. 여기에 사용되는 바와 같이, "실질적으로 정규화된"이라는 용어는 프로브가 표면에 대해 적어도 5 도의 완벽한 정규화 내에 위치되고, 바람직하게는 적어도 3 도의 완벽한 정규화 내에 위치하며, 더욱 바람직하게는 적어도 2 도의 완벽한 정규화 내에 위치된다는 것을 의미하며, 또한 일부 실시예에서는 적어도 1 도의 완벽한 정규화 내에 위치된다(도 12a 및 12b 참조).

제2 링키지의 작동

상기 제2 링키지(103)는 센서 프로브(310)의 롤 형상을 제어하도록 설계되며, 따라서 장치(100)에 수동 조인트를 추가함으로써 얻어지는 제2 자유도를 장치에 제공한다. 도 9a 및 9b는 일 실시예에 따른 수동 조인트를 도시하고 있으며, 도 10a 및 10b는 다른 실시예에 따른 수동 조인트를 도시하고 있다. 도 10a 및 10b에 도시된 수동 조인트는 T 형 조인트(선회하는 진자)인 것으로 간주될 수 있다. 하우징(300)[센서 프로브(310)를 운반하는]에 힘이 인가되었을 때, 상기 하우징(300)은 하우징(300) 및 센서 프로브(310)의 변위를 유발시키도록 단일 피봇 포인트에 대해 피봇된다.

본 발명에 따라 그리고 도 9a 및 9b를 포함하는 도면에 도시된 바와 같이, 상기 제2 링키지(103)는 표면(11)(금속 표면), 센서 축선의 재이동 회전 중심에 가능한 한 낮게 그리고 근접하게 설정되도록 이용되고 설계된 X 형의 4개의 바아 링키지의 형태를 취한다. 도 9a 및 9b는 인가된 힘(F)에 응답하여 하우징(300) 및 센서 프로브(310)의 이동을 도시하고 있으며, 도 9a 및 9b(X 형)와 도 10a 및 10b(T 형) 사이의 비교는 상기 회전 중심이 T 형의 단일 피봇의 위치와 비교되었을 때 X 자형 디자인에서 그 다중 피봇의 위치에 대해 더 낮다는 것을 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, X 링키지(103)를 사용할 때 센서 프로브(310)의 수평 변위는, 하나의 더 높은 회전 중심(도 10a 및 도 10b의 실시예 참조)을 갖는 정상적인 자유도를 사용할 때 얻어지는 변위보다 상당히 더 적다. 도 9a 및 9b(X 형)의 실시예를 도 10a 및 10b의 실시예와 비교하였을 때, X 형 디자인의 수평 변위가 T 형 링크 디자인의 수평 변위의 약 절반(1/2)임을 발견할 것이다.

또한, 도 11a 및 11b를 참조하면, X 링크 메커니즘[제2 링키지(103)]은 이것이 보유하고 있는 2개의 수동 조인트 때문에 하우징(300)[및 센서 프로브(310)]의 회전에 의해 하향으로 이동하는 센서 프로브(310)의 접촉점에 대한 궤적을 발생시키는 반면에, 도 10a 및 10b에 도시된 T 조인트의 경우에 접촉점은 상향으로 이동한다. 이런 운동의 차이는 도 11a 및 11b에 제시된 그래프에 명확하게 도시되어 있으며, 보다 구체적으로 도 11a 및 11b에서는 T 링크에 대한 궤적이 도 11a에 도시되어 있고, X 링크에 대한 궤적이 도 11b에 도시되어 있다. 이런 궤적의 차이는, 센서 프로브(310)를 금속 표면(11)을 향해 압축함으로써 X 링크 메커니즘이 더욱 안정적인 접촉점을 발생시키려는 경향을 갖는 반면에, T 조인트의 경우에 센서 프로브(310)는 탈출하여 결국 접촉점을 잃어버리는 경향을 갖는다는 점에서, X 링크를 사용하는 이점을 나타내고 있다. 이런 특징은 파이프 위로 이동할 때, 특히 나선형 궤적을 따를 때 특히 유용하다.

본 발명에 따라, 센서 프로브(310)를 검사면(11)의 수직 축선에 밀접하게 정렬시킴에 있어서 X 형 링키지[제2 링키지(103)]는 중요한 역할을 한다. 2개의 롤러[휠(320)]의 포함은 센서 프로브(310)의 각각의 측부 상의 하나의 휠(320)에 증가된 정규화를 제공한다. 메커니즘 상에 적절한 힘이 발휘되었을 때, 상기 2개의 롤러[휠(320)]는 궁극적으로 표면(11)과 접촉하며, 그리고 센서 프로브(310)를 위한 지지체로서 동작하며, 이는 표면(11)상에 센서 프로브(310)를 다시 정규화시킨다.

본 발명의 하나의 적용에 있어서 그리고 벽 두께(예를 들어, 파이프 벽 또는 저장 벽의 두께)를 측정하기 위한 초음파 검사를 수행하기 위해, 센서 프로브(310)는 보드 상에 접촉 매질(couplant)을 운반하는 것을 피하기 위해 건식 결합형 프로브(DCP)의 형태를 취한다. 여기에 언급되는 바와 같이, 방출된 초음파를 수신하고 또한 깨끗한 두께 신호를 얻기 위해 파이프 표면과 센서 프로브(310) 사이에 정상적인 접촉이 달성되어야만 한다[이 경우, 센서 프로브(310)가 표면(11)과 접촉하였을 때, 다른 실시예에 있어서, 정상적인 접촉은 센서를 운반하는 프레임(예를 들어, 제2 메커니즘)과 표면 사이에 있다]. 이런 정규화를 달성하기 위해, 본 발명의 장치(100)는 2개의 스테이지 메커니즘에 2개의 자유도를 제공한다. 제1 스테이지는 도 3에 도시된 바와 같이 측부에서 보았을 때 평탄한 자유도를 갖는 제1 링키지(102)를 포함한다. 이런 제1 스테이지는 2 가지 규칙으로 동작할 수 있으며, 즉 센서 프로브(310)가 표면(11)에 대해 가압되는 것을 보장하도록 로딩하는 스프링에 의해 상기 센서 프로브(310)가 상이한 파이프 곡률의 표적에 대해 하강되고 그리고 상승되는 것을 허용한다. 또한, 이는 손상을 피하기 위해 센서 프로브(11)를 표면(11)으로부터 상승시킨다. 여기에 기재된 댐핑 효과는, 센서 프로브(10)가 미세하게 불균일한 표면 상을 이동할 때, 검사 차량(10)(로봇)의 운동을 방해하지 않으면서 센서가 접촉을 유지하는 것을 허용한다. DCP 센서 프로브(휠)(310)는 검사 중 센서 프로브(310)를 위한 원하는 압력을 고려함으로써 지지 롤러(320)의 내경 내에 수동적인 댐프닝 운동을 갖도록 구성될 수 있다.

또한, 센서(310)가 고무 휠 센서 프로브의 형태일 때, 본 출원인은 최적의 성능을 위해 상승기 메커니즘의 디자인에서 프로브 고무의 강성도가 고려될 필요가 있음을 관찰하였다. 이런 강성도는 프로브 센서(310)의 측부 상의 롤러 베어링의 직경 및/또는 접촉 롤러(320)에 대한 센서 프로브의 배치와 같은 디자인 매개변수를 구동시킬 것이다. 예를 들어, 2개의 롤러(320)가 표면(11)과 접촉하는 시간까지 프로브(310)가 약 1 내지 2 Kgs의 압력 하에 있는 것을 보장하기 위해, 롤러(320)의 직경 및 프로브(310)에 대한 그 배치가 바람직하게 최적화된다. 대안적으로, 센서 프로브(310)의 둘레의 상기 롤러(320)는 자화될 수 있다. 자기(magnetic) 롤러(320)는 롤러(320)와 표면(11)과의 완벽한 접촉을 보장함으로써 프로브(310)의 정규화를 돕는다. 상기 롤러(320)는 롤러(320)가 표면(11)을 향해 더 많은 견인력을 생성하지 않도록 바람직하게 구성되며; 그렇지 않을 경우, 상기 메커니즘[제1 링키지(102)]은, 검사가 완료된 후, 센서 프로브(310)를 상승시키는 데 어려움을 가질 수 있다. 또한, 상기 롤러는 센서 프로브(310)에 대해 더 얇은 프로필을 갖도록 제조될 수 있으며, 또한 불균일한 표면 상에서 이동할 동안 댐핑 효과를 도입하기 위해 상기 롤러(320)와 센서 프로브(310) 사이에 스프링 하중이 추가될 수 있다.

따라서 본 발명에 따라, 상기 지지 롤러(320)의 직경은 검사 중 프로브에 대해 원하는 압력뿐만 아니라 프로브 재료의 강성도를 고려함으로써 선택된다. 검사 중에 프로브에 대한 원하는 압력뿐만 아니라 프로브 재료의 강성도를 고려함으로써, 상기 센서 프로브 휠(310)의 축선과 지지 롤러(320) 사이에 옵셋이 도입될 수도 있다.

다른 실시예에 있어서, 롤러(320)는 표면(11)과 접촉한다.

상기 제2 링키지(103)로 이루어진 제2 스테이지는 도 4에 도시된 바와 같이 후방을 향해 보았을 때 제2 자유도를 제공한다. 이는 검사 차량(10)이 원주 방향 또는 길이 방향 대신에 나선형 경로로 구동하고 있을 때, 센서 프로브(310)가 파이프 경사도로 조정되는 것을 허용한다. 여기에 논의되는 바와 같이, 이런 자유도는 수동적이다. 센서 프로브(310)의 양측에 안착된 2개의 롤러(320)는 센서 프로브를 지지하며, 또한 센서 프로브(310)가 표면(11)과 접촉하였을 때 메커니즘이 정상화되도록 강제한다.

본 발명은 센서를 유지하고 또한 여기에 기재된 작동을 수행하기 위해 적어도 2개의 자유도를 포함하는 장치를 포함한다는 것을 인식해야 한다. 하나의 자유도는 센서를 상승 및 하강시키도록(수직 이동) 구성된 능동 메커니즘(능동 링키지)과 관련되어 있으며, 또한 다른 자유도는 센서를 정규화하는 수동 메커니즘과 관련되어 있다.

본 발명의 센서 유지 장치(100)는 통상적인 경쟁 제품에서는 찾아볼 수 없는 많은 이점을 제공하였으며, 또한 종래 기술과 관련된 결함을 극복한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 장치에 의해 이하의 이점이 얻어진다.

ㆍ 횡방향 드래그로부터의 프로브 손상: 종래 기술에서 예전의 디바이스는 DCP 휠과 표면 사이에 압력을 지속적으로 인가하도록 설계되었으며, 이는 이로부터 전체 디바이스를 제거하는 것 외에는 상기 표면으로부터 프로브를 상승시킬 방법이 없다는 것을 의미한다. 본 장치의 제1 4-바아 링키지 메커니즘[링키지(102)]은 상기 프로브가 표면으로부터 상승되는 것을 허용하는 웜-기어형 모터에 부착된다. 이는 로봇이 측방으로 조향될 필요가 있고 또한 표면 상에서 측방으로 드래그하면 DCP 휠 프로브가 손상될 것이기 때문에, 검사 로봇에 특히 중요하다.

ㆍ 2개가 아닌, 단일 작동기를 통한 피치 정규화 및 프로브 전개: 종래 기술은, 표면을 향하여 그리고 표면으로부터 멀리 전형적으로 직선형 경로를 따라 이들을 이동시키는 프로브를 전개하기 위해, 4-바아 링키지의 일반적인 사용을 기재하고 있다. 그러나 종래 기술은, 정규화를 위해 프로브 장착부에 추가적인 자유도를 추가하는 제2 작동기에 대한 필요성을 묵시적으로 도입하는 이런 링키지를 통해, "피치" 방향으로 프로브의 적절한 정규화를 언급하고 있지는 않다. 그럼에도 불구하고, 제안된 발명은 프로브가 직선형 라인을 따르기보다는 굴곡된 경로를 따라 이동하도록 상기 제1 4-바아 링키지의 부품을 위한 맞춤형 디자인을 도입한다는 점에서 종래 기술과 구별되므로, 상기 프로브는 제2 작동기가 필요 없이 이것이 전개될 때(적어도 "피치" 방향으로) 자동으로 정규화된다. 그러나 전술한 바와 같이, 여기에 기재된 메커니즘은 작동기를 사용하지 않고 이용될 수 있으며, 대신에 상기 프로브가 항상 표면에 대해 전개되는 것을 보장하는 바이어싱 요소 등을 이용할 수 있음을 인식해야 한다.

ㆍ 표면에 대해 신뢰성 있는 일정한 압력: 종래 기술은 표면에 대해 충분한 힘이 프로브 상에 발휘되는 것을 보장하도록, 스캐닝 헤드의 수동 취급을 요구한다. 비틀림 스프링에 부착된, 본 장치의 4개의 바아 링크 메커니즘은, 프로브가 굴곡된/평탄면에 대해 하강되고 그리고 가압되는 것을 허용한다. 프로브의 측부 상의 지지 롤러는, 상기 프로브 상에 신뢰성 있는 일정한 압력이 인가되는 것을 허용한다.

ㆍ "롤" 방향으로의 프로브의 정규화: 적절한 프로브 정규화에 의해 파이프를 따라 나선형으로 구동하는 것은 종래 기술에서는 언급되지 않았다. 상부의 상기 4개의 바아 링크 메커니즘[제1 링키지(102)]으로부터의 압력에 의해 지지되는 X 링크 메커니즘은 상기 프로브를 위한 하나의 자유도가 상기 굴곡된 표면의 수직 축선에 접근하는 것을 허용한다. 충분한 압력과 함께, 좋은 UT 판독 값이 얻어진다.

따라서 본 장치는 기기 또는 프로브를 운반하고 그리고 선택적으로 이를 표면에 대해 전개하도록 구성될 수 있음을 인식해야 한다. 본 장치는, 대상물이 표면에 곧바르게 지향되는 것을 보장하면서, 굴곡된 표면에 대해 전개되어야만 하는 및/또는 궁극적으로 이로부터 회수되어야만 하는 임의의 타입의 대상물의 운반 시 매우 효과적이다. 이는 단일의 작동기로 달성될 수 있다.

본 장치는 프로브를 운반하기 위해 사용되는 것으로 기재되었지만, 이는 단지 본 장치에 대한 하나의 예시적인 적용에 불과하며, 또한 레이저에 제한되지 않고 적외선 센서와 같은 다른 타입의 센서, 카메라, 등을 포함하여 다른 대상물을 운반할 수 있다. 예를 들어, 상기 장치는 투명한 PVC 파이프 또는 굴곡된 유리 패널 상에서 동작하도록 구성된 레이저 또는 적외선 센서를 운반할 수 있다. 상기 장치는 투명한 파이프를 따라 구동되거나 또는 그렇지 않으면 이동될 수 있으며, 또한 측정된 신호에서 발견된 신호를 매칭시킴으로써, 상기 장치는 파이프 내에 어떤 제품이 유동하는지를 계산할 수 있다. 상기 제품은 액체 또는 가스, 등과 같은 임의의 많은 상이한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 제품은 원유 또는 상이한 타입의 가스일 수 있다. 마찬가지로, 본 장치가 카메라 또는 다른 영상화 설비를 운반한다면, 상기 장치는 적어도 여러 가지의 상이한 방법으로 사용될 수 있다. 첫째로, 장치는 전술한 바와 같은 투명한 재료 상에 사용될 수 있으며, 또한 투명한 표면의 내측에서 일어나는 것은 무엇이든지 하나 또는 일련의 영상(근접 촬영 사진 등)을 촬영할 수 있으며, 또는 둘째로, 영상화 디바이스(카메라)가 90도 회전되었다면, 이는 표면에 수직하지는 않지만, 그러나 표면에 거의 접하게 지향될 수 있으며, 또한 이는 상기 디바이스가 임의의 재료의 매우 좋은 근접한 육안 검사를 수행하는 것을 허용한다.

본 발명은 위에서 특정 실시예를 사용하여 기재되었지만, 본 기술분야의 숙련자에게 명백한 많은 변형 및 수정이 존재한다. 따라서 기재된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범주는 전술한 기재보다는 첨부된 청구 범위에 의해 표시된다. 청구범위의 등가물의 의미 및 범주 내에 있는 모든 변화는 그 범주 내에 포함된다.

Claims (28)

1. 기기를 운반하고 표면에 대해 상기 기기를 선택적으로 전개하도록 구성되는 장치로서:
   상기 기기에 작동 가능하게 결합되고, 상기 기기를 상기 표면에 대해 제1 경로를 따라 제1 방향으로 이동시키도록 구성된 제1 링키지;
   상기 기기에 작동 가능하게 결합되고, 장치의 적어도 일부와 상기 표면 사이에서의 접촉 시 상기 기기가 상기 표면에 적어도 실질적으로 수직하게 되도록, 상기 기기를 제2 방향을 따라 이동시키도록 구성된 제2 링키지를 포함하는, 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 기기는 상기 표면을 검사하기 위해 센서 프로브를 포함하며, 상기 적어도 제2 링키지는 상기 기기가 상기 표면에 적어도 실질적으로 수직하게 되도록 상기 표면과 접촉하는, 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 링키지를 이동시켜 상기 센서 프로브를 상기 제1 경로를 따라 이동시키기 위해, 상기 제1 링키지에 작동 가능하게 결합되는 작동기를 더 포함하며, 상기 제2 링키지는 특성 상 수동이고 또한 상기 작동기에 의한 동작 없이 상기 기기를 상기 제2 방향으로 자동으로 이동시키는, 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 기기는 초음파 프로브를 포함하는, 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 센서 프로브는 초음파 건식 결합형 휠 프로브를 포함하는, 장치.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 작동기는 모터를 포함하는, 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 모터는 변속기에 의해 상기 제1 링키지에 작동 가능하게 결합되는, 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 변속기는, 웜 기어 샤프트의 회전이 상기 제1 경로를 따라 이동하는 기기로 전환되도록, 상기 모터의 구동 샤프트에 연결된 웜 및 상기 제1 링키지에 결합된 상기 웜 기어 샤프트에 연결된 웜 기어에 의해 형성되는 웜 구동부를 포함하는, 장치.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 변속기를 상기 제1 링키지에 결합하는 댐프닝 코일을 더 포함하는, 장치.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 변속기는 핀에 의해 상기 제1 링키지에 견고하게 결합되는, 장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 경로는 상기 표면에 대해 상기 기기의 상승 및 하강을 포함하는, 장치.
12. 청구항 2에 있어서,
    상기 센서 프로브는, 하우징 내에 장착되고 상기 하우징 내에서도 회전 가능한 한 쌍의 지지 롤러 사이에 배치되는 회전 가능한 휠을 포함하는, 장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 지지 롤러는 상기 롤러와 상기 표면 사이의 접촉을 보장하기 위해 자화되는, 장치.
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 링키지는 제1 4-바 링키지를 포함하며, 상기 제2 링키지는 제2 4-바 링키지를 포함하는, 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 4-바 링키지는, 상기 기기가 직선 경로가 아니라 굴곡된 경로(제1 경로)를 따라 이동하여, 상기 기기가 전개되어 상기 표면과 접촉할 때, 상기 기기가 적어도 피치 방향으로 자동으로 적어도 실질적으로 정규화되도록 구성되는, 장치.
16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 4-바 링키지는 X 형상을 가지며, 또한 상기 기기를 유지하는 하우징과 상기 제1 4-바 링키지 모두에 피봇 가능하게 결합되는, 장치.
17. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 4-바 링키지는 상기 제1 4-바 링키지의 아래에 배치되며, 상기 기기를 상기 표면에 대해 롤 방향으로 적어도 실질적으로 정규화하도록 구성되는, 장치.
18. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 4-바 링키지는 상기 작동기에 견고하게 연결되는 제1 링키지 플레이트; 상기 제1 링키지 플레이트에 고정 가능하게 연결되고 이로부터 이격되는 제2 링키지 플레이트; 상기 제1 및 제2 링키지 플레이트에 피봇 가능하게 연결되고, 또한 상기 검사 차량에 피봇 가능하게 부착되도록 구성되는 제1 커넥터 아암; 및 상기 제1 및 제2 링키지 플레이트에 피봇 가능하게 연결되고, 상기 검사 차량에 피봇 가능하게 부착되도록 구성되는 제2 커넥터 아암을 포함하며, 상기 제1 커넥터 아암은 상기 제1 링키지에 작동 가능하게 연결되는 작동기에 결합되므로, 상기 작동기의 회전은 상기 표면에 대해 상승되거나 하강되는 제1 커넥터 아암으로 전달되고, 이에 의해 상기 기기도 상기 표면에 대해 상승되거나 하강되는, 장치.
19. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 4-바 링키지는 상기 제1 4-바 링키지에 그리고 상기 기기를 유지하는 하우징에 피봇 가능하게 부착되는 제1 링크; 상기 제1 4-바 링키지에 그리고 상기 기기를 유지하는 하우징에 피봇 가능하게 부착되는 제2 링크; 상기 제1 4-바 링키지에 그리고 상기 기기를 유지하는 하우징에 피봇 가능하게 부착되는 제3 링크; 및 상기 제1 4-바 링키지에 그리고 상기 기기를 유지하는 하우징에 피봇 가능하게 부착되는 제4 링크를 포함하며, 상기 제1 및 제2 링크는 X 형상을 갖도록 배치되고 또한 상기 하우징의 전방을 따라 배치되며, 상기 제3 및 제4 링크는 X 형상을 갖도록 배치되고 또한 상기 하우징의 후방을 따라 배치되는, 장치.
20. 청구항 3에 있어서,
    상기 표면과의 접촉 시 상기 표면에 대한 상기 센서 프로브의 정규화는 상기 작동기로의 직접적인 연결이 없는 상기 제2 링키지의 수동적인 특성으로 인해 자동적인, 장치.
21. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는 검사 차량에 결합되는, 장치.
22. 기기를 운반하도록 구성되고 또한 외부 디바이스에 결합되는 장치로서:
    상기 기기가 제1 4-바 링키지에 의해 지지되도록 상기 기기에 작동 가능하게 결합되는 제1 4-바 링키지로서, 상기 제1 4-바 링키지는 상기 장치의 적어도 하나의 부분이 적용될 수 있는 표면에 대해 상기 기기를 제1 경로를 따라 그리고 제1 방향으로 이동시키도록 구성되는, 제1 4-바 링키지; 및
    상기 기기에 작동 가능하게 결합되고 또한 상기 기기를 상기 표면에 대해 제2 방향으로 수동으로 이동시키도록 구성된 제2 4-바 링키지를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 4-바 링키지는 상기 기기를 상기 표면에 대해 위치시키기 위해 상기 적어도 하나의 부분을 상기 표면에 대해 전개하고 그리고 상기 적어도 하나의 부분과 상기 표면 사이의 접촉을 유지시키도록 구성되며, 또한 상기 제1 방향은 피치 방향을 포함하고, 상기 제2 방향은 롤 방향을 포함하는, 장치.
23. 청구항 22에 있어서,
    상기 기기는 상기 표면과 직접 접촉하여 위치된 초음파 프로브를 포함하며, 상기 외부 디바이스는 상기 표면 위로 이동할 수 있는 검사 차량을 포함하는, 장치.
24. 청구항 22에 있어서,
    상기 제1 및 제2 4-바 링키지는 상기 표면과의 접촉 시 상기 기기가 상기 표면에 적어도 실질적으로 자동으로 수직으로 되도록 구성되는, 장치
25. 청구항 22에 있어서,
    상기 제1 4-바 링키지를 제1 방향으로 그리고 제1 경로를 따라 이동시켜 상기 제1 경로를 따라 상기 제1 방향으로도 이동하는 기기로 되도록, 상기 제1 링키지에 작동 가능하게 결합되는 작동기를 더 포함하는, 장치.
26. 청구항 25에 있어서,
    상기 작동기와 상기 제1 4-바 링키지 사이에 작동 가능하게 결합되고 상기 작동기의 회전을 상기 제1 방향으로 그리고 상기 제1 경로를 따라 상기 제1 4-바 링키지의 이동으로 전달하도록 구성되는 변속기를 더 포함하는, 장치.
27. 청구항 26에 있어서,
    상기 작동기는 모터를 포함하는, 장치.
28. 청구항 22에 있어서,
    상기 외부 디바이스는 로봇 검사 차량을 포함하는, 장치.

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