KR20180025413A - 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법 - Google Patents
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Abstract
대형 구조물 초음파 검사 시스템에 있어서, 구조물에 조사되어 초음파를 발생시키는 펄스 레이저를 드론(20) 방향으로 광케이블 전송 또는 조사하는 레이져 빔 발생기(10)와; 레이져 방향 조절수단(21)으로 구비하여 상기 레이져 빔 발생기(10)에서 전송된 펄스 레이저를 구조물 일측에 조사하는 제1 드론(20)과; 상기 제1 드론(20) 또는 다른 제2 드론(30)에 구비되어 상기 구조물에서 발생된 초음파 또는 표면진동을 비접촉식으로 측정하는 초음파 측정부(40)와; 상기 초음파 측정부(40)에서 측정된 구조물의 초음파 및 진동에 관한 데이터를 기초로 구조물 결함 발생 유무, 구조물 결함 발생 위치, 및 결함 형상을 분석하는 데이터 분석부(50);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템.
Description
본 발명은 위치 제어 및 비행 기술이 나날이 발전하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에서 드론은 조종사가 탑승하지 않고 무선전파 유도에 의해 비행과 조종이 가능한 비행기나 헬리콥터 모양의 무인기를 뜻한다.
공개특허 10-2012-0028127는 피검체인 배관의 외부 표면에 접촉식 수직탐촉자를 위치시키고 유체로 충수된 배관 내부를 향하여 초음파를 입사하는 단계; 상기 배관과 유체의 경계면에서 반사되는 초음파 신호와, 상기 배관 내부에 구조물이 존재할 경우 그 구조물의 표면에서 반사되는 신호를 상기 수직탐촉자에서 수신하는 단계; 상기 수직탐촉자에 수신된 반사신호를 초음파탐상기로 전송하고, 상기 초음파탐상기에 반사신호를 표시하는 단계; 및 상기 초음파탐상기에 표시된 반사신호를 분석하여 배관 내부에 구조물의 존재 여부와 그 위치를 확인하는 단계;를 포함하는 배관 내부 구조물의 초음파검사 방법을 게시한다.
대형 구조물의 경우 검시용 레이져 펄스를 구조물 표면에 조사하는 것이 어려우면 또는 수십 미터 높이의 구조물에 근접하여 초음파 신호를 계측하는데 어려움이 있었다.
본 발명은 레이져 반사경을 구비한 드론을 비행 위치 조정하여 구조물을 향한 레이져 펄스 조사 지점을 용이하게 변경, 선택할수 있으며, 드론에 장착된 비접촉식 초음파 계측 수단을 사용하여 대형 고층 구조물의 초음파 표면진동을 용이하게 습득할 수 있으며 구조물의 데이터 취득 지점을 용이하게 변경, 선택할 수 있는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법을 제공하기 위한 것이다.
기존에 초음파 발생 및 초음파 신호 취득에 어려움이 있었던 대형 구조물을 드론을 활용하여 위치 접근함으로써 대형 구조물의 정밀한 결함 검사를 가능하게 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법은,
a. 레이져 빔 발생기가 펄스 레이져를 구조물의 일측에서 정지 비행 중인 제1 드론에게 광케이블 전송 또는 조사하는 단계와;
b. 제1 드론의 레이져 방향 조절수단이 펄스 레이져를 구조물의 제1 지점(P1)에 조사하여 펄스 레이져의 열 에너지에 의한 구조물 국부 열팽창으로 초음파가 발생되는 단계와;
c. 구조물의 일측에서 정지 비행중인 제1 드론 또는 다른 제2 드론에 구비된 초음파 측정부가 비접촉식으로 구조물의 초음파 또는 표면 진동을 측정하는 단계와;
d. 제1 드론 또는 제2 드론이 초음파 측정부에서 측정된 구조물 초음파 또는 표면진동 데이터를 데이터 저장부에 저장하거나 송신부를 통하여 데이터 분석부나 관리 시스템으로 무선 송신되는 단계와;
e. 데이터 분석부가 초음파 측정부에서 측정된 구조물의 초음파 및 진동에 관한 데이터를 기초로 구조물 결함 발생 유무, 구조물 결함 발생 위치, 및 결함 형상을 분석하는 단계;
를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
제1 드론은 레이져 빔 발생기에서 전송된 펄스 레이저를 구조물 제1 지점(P1)에 조사하고, 상기 초음파 측정부는 제2 드론에 구비되고, 상기 초음파 측정부를 탑재한 제2 드론은 제1 지점(P1) 주변에 위치하고 균일하게 분포된 측정점(T_i)들의 초음파 또는 표면진동 데이터를 측정하여 데이터 저장부에 저장하거나 송신부를 통하여 데이터 분석부나 관리 시스템으로 무선 송신하는 것이 바람직하다.
초음파 측정부는, 레이져 포플러 메타, 레이져 인터페로 메타, 레이져 진동계, 레이저 간섭계, 이광파 혼합 간섭계(TWM-PI, Two Wave Mixing Photorefractive Interferometer), 패브리-페로 간섭계 (CFPI, Confocal Fabry-Perot Interferometer) 중에서 선택된 하나인 것이 바람직하다. 레이져 빔 발생기와 초음파 측정부는 하나의 시간적 기준으로 가지고 동기화 되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 경우, 레이져 반사경을 구비한 드론을 비행 위치 조정하여 구조물을 향한 레이져 펄스 조사 지점을 용이하게 변경, 선택할수 있으며, 드론에 장착된 비접촉식 초음파 계측 수단을 사용하여 대형 고층 구조물의 초음파 표면진동을 용이하게 습득할 수 있으며 구조물의 데이터 취득 지점을 용이하게 변경, 선택할 수 있는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법이 제공된다.
기존에 초음파 발생 및 초음파 신호 취득에 어려움이 있었던 대형 구조물을 드론을 활용하여 위치 접근함으로써 대형 구조물의 정밀한 결함 검사를 가능하게 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템 전체 구성도.
도3 은 본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법 흐름도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템 전체 구성도.
도3 은 본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법 흐름도.
이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템 전체 구성도, 도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템 전체 구성도이고, 도3 은 본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법 흐름도이다.
본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법에 있어서, 먼저 a) 레이져 빔 발생기(10)가 펄스 레이져를 구조물의 일측에서 정지 비행 중인 제1 드론(20)에게 광케이블 전송 또는 조사하는 단계(S10)가 수행된다. 실시예에서 레이져 빔 발생기(10)는 지상에 위치하며 레이져 빔 발생기(10)에서 생성된 레이져 빔은 광케이블, 광화이버를 통하여 제1 드론(20)에게 전송될 수 있으나, 그렇지 않고 제1 드론(20)의 레이져 방향 조절수단(21)을 향하여 직선으로 조사할 수 있다. 여기서 레이져 방향 조절수단(21)은 광학 미러(Mirrior), 광학 렌즈(오목, 볼록)일 수 있다.
다음으로, b) 제1 드론(20)의 레이져 방향 조절수단(21)이 펄스 레이져를 구조물의 제1 지점(P1)에 조사하여 펄스 레이져의 열 에너지에 의한 구조물 국부 열팽창으로 초음파가 발생되는 단계(S20)가 수행된다. 레이져 방향 조절수단(21)은 광학 미러(Mirrior), 광학 렌즈(오목, 볼록)이며 지상에서 상향 수직으로 송신되는 레이져 빔을 반사시켜서 수평방향으로 방향을 전환한 후 전방을 향하여 반사, 조사한다. 레이져 방향 조절수단(21)은 전달된 레이져 빔의 조사 방향을 정밀 제어 할 수 있도록 미러의 각도를 제어하는 모터와 각도조절수단을 포함하는 미러 각도 제어 수단을 구비할 수 있다. 펄스 레이져의 강도와 펄스 주파수 및 듀티비(한주기당 On / Off 시간 상대비율) 등은 구조물의 크기, 재료 조사 면적등에 따라 설계자가 적절히 조절할 수 있다.
펄스 레이져의 열 에너지에 의한 구조물 국부 열팽창으로 구조물의 표면에 초음파, 초음파 진동이 발생하게 된다. 이때 c) 구조물의 일측에서 정지 비행중인 제1 드론(20) 또는 다른 제2 드론(30)에 구비된 초음파 측정부(40)가 비접촉식으로 구조물의 초음파 또는 표면 진동을 측정하는 단계(S30)가 수행된다. 이와 같이 초음파 측정부(40)는 레이져 방향 조절수단(21)이 구비된 제1 드론(20)에 장착될 수도 있지만 이와 달리 별도의 제2 드론(30)에 구비될 수도 있다.
다음으로, d) 제1 드론(20) 또는 제2 드론(30)이 초음파 측정부(40)에서 측정된 구조물 초음파 또는 표면진동 데이터를 데이터 저장부(21)에 저장하거나 송신부(23)를 통하여 데이터 분석부(50)나 관리 시스템으로 무선 송신되는 단계(S40)가 수행된다. 초음파 측정부(30)는, 레이져 포플러 메타, 레이져 인터페로 메타, 레이져 진동계, 레이저 간섭계, 이광파 혼합 간섭계(TWM-PI, Two Wave Mixing Photorefractive Interferometer), 패브리-페로 간섭계 (CFPI, Confocal Fabry-Perot Interferometer) 중에서 선택된 하나인 것이 바람직하다.
여기서, 제1 드론(20)의 레이져 방향 조절수단(21)이 하나의 가진점(P1)에 레이져 펄스를 조사하고, 초음파 측정부(40)는 가진점(P1) 주변의 여러 지점의 구조물 표면 초음파 진동(T-i)을 감지, 측정한다. 반대로 여러 미리 입력된 좌표(위치)의 여러 가진점에 레이져를 조사하고 하나의 지점에서 초음파 표면 진동을 측정할 수도 있으며 이는 진동, 소음 데이터 원리, 분석 이론에 의하여 설계자가 상황에 따라 적잘히 선택한다.
다음으로 e) 데이터 분석부(50)가 초음파 측정부(40)에서 측정된 구조물의 초음파 및 진동에 관한 데이터를 기초로 구조물 결함 발생 유무, 구조물 결함 발생 위치, 및 결함 형상을 분석하는 단계(S50)가 수행된다. 하나 또는 복수의 가진점과 그 주변의 복수 좌표 지점의 표면 초음파 데이터를 이용한 결함 형상 구현, 결함 위치 파악, 결함 유무 판단에 관한 본 발명의 출원일 전에 공개된 이론은 본 발명의 명세서에 기재된 것으로 본다.
본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템에서, 제1 드론(20)은 레이져 빔 발생기(10)에서 전송된 펄스 레이저를 구조물 제1 지점(P1)에 조사하고, 상기 초음파 측정부(40)는 제2 드론(20)에 구비되고, 초음파 측정부(40)를 탑재한 제2 드론(20)은 제1 지점(P1) 주변에 위치하고 균일하게 분포된 측정점(T_i)들의 초음파 또는 표면진동 데이터를 측정하여 데이터 저장부(23)에 저장하거나 송신부(25)를 통하여 데이터 분석부(50)나 관리 시스템으로 무선 송신하는 것이 바람직하다.
본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템에서, 레이져 빔 발생기(10)와 초음파 측정부(30)는 하나의 시간적 기준으로 가지고 동기화 되는 것이 바람직하다. 초음파 측정부(30)는 복수 지점을 동시에 측정할 수 있게 복수의 감지 수단을 구비할 수 있다. 동기화 된 경우, 레이져 펄스 조사와 동시에 표면 초음파 진동을 초음파 측정부(30)가 비접촉식으로 감지한다.
본 발명의 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템은, 대형 구조물 초음파 검사 시스템에 있어서, 구조물에 조사되어 초음파를 발생시키는 펄스 레이저를 드론(20) 방향으로 광케이블 전송 또는 조사하는 레이져 빔 발생기(10)와, 레이져 방향 조절수단(21)으로 구비하여 상기 레이져 빔 발생기(10)에서 전송된 펄스 레이저를 구조물 일측에 조사하는 제1 드론(20)과, 상기 제1 드론(20) 또는 다른 제2 드론(30)에 구비되어 상기 구조물에서 발생된 초음파 또는 표면진동을 비접촉식으로 측정하는 초음파 측정부(40)와, 상기 초음파 측정부(40)에서 측정된 구조물의 초음파 및 진동에 관한 데이터를 기초로 구조물 결함 발생 유무, 구조물 결함 발생 위치, 및 결함 형상을 분석하는 데이터 분석부(50)를 포함하여 구성된다.
내장형 센서 대신에 비접촉식계측기( 레이저 간섭계)를 사용하여 초음파를 계측한다. 비접촉식 계측기의 실시예로는 레이저 진동계, 이광파 혼합 간섭계(TWM-PI, Two Wave Mixing Photorefractive Interferometer), 패브리-페로 간섭계 (CFPI, Confocal Fabry-Perot Interferometer)등이 있다.
일반적으로 레이저 간섭계는 구조물 표면 변위에 의한 빛의 위상 변화를 측정하여 구조물 표면 변위 및 구조물 표면에서 진행하는 초음파를 계측하는 장치이다. 레이저 진동계는 레이저 간섭계의 변형된 예로, 구조물 표면에 레이저 빔을 조사한 후 도플러 효과에 의해 반사된 레이저 빔의 파장 변화를 측정하여 구조물의 표면 속도를 측정하는 것으로서 초음파 계측도 가능하다. 이광파 혼합 간섭계는 구조물 표면 변위 계측 과정에서 광굴절 매질을 활용하여 저주파 신호를 제거하고 고주파 신호만을 측정 가능한 장치이다. 패브리-페로 간섭계는 도플러 효과에 의해 반사된 레이저 빔의 파장 변화를 간섭계의 고유 공명 파장과 비교하여 구조물의 표면 속도를 측정하는 장치이다. 비접촉식 레이저 간섭계는 내장형 센서들과는 달리 계측지점을 자유롭게 결정할 수 있을 뿐만 아니라 비접촉식으로서 구조물에 센서/케이블 등을 설치할 필요가 없어 대상 구조물에 영향을 주지 않고 효과적으로 계측할 수 있다.
구조물 일측에 펄스 레이저로부터 레이저 빔을 조사하면 블레이드에서 초음파가 생성된다. 펄스 레이저는 높은 에너지를 가지고 있어 조사된 영역의 온도를 국부적으로 상승시키는데, 이때 열팽창으로 인하여 열 에너지는 초음파 형태로 전파하게 된다. 펄스 레이저는 블레이드 표면을 융발(ablation)시키지 않을 정도의 높은 에너지를 조사할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
10 : 레이져 빔 발생기
20 : 제1 드론
21 : 레이져 방향 조절수단
23 : 데이터 저장부
25 : 송신부
30 : 제2 드론
40 : 음파 측정부
50 : 데이터 분석부
20 : 제1 드론
21 : 레이져 방향 조절수단
23 : 데이터 저장부
25 : 송신부
30 : 제2 드론
40 : 음파 측정부
50 : 데이터 분석부
Claims (5)
- a. 레이져 빔 발생기(10)가 펄스 레이져를 구조물의 일측에서 정지 비행 중인 제1 드론(20)에게 광케이블 전송 또는 조사하는 단계(S10)와;
b. 제1 드론(20)의 레이져 방향 조절수단(21)이 펄스 레이져를 구조물의 제1 지점(P1)에 조사하여 펄스 레이져의 열 에너지에 의한 구조물 국부 열팽창으로 초음파가 발생되는 단계(S20)와;
c. 구조물의 일측에서 정지 비행중인 제1 드론(20) 또는 다른 제2 드론(30)에 구비된 초음파 측정부(40)가 비접촉식으로 구조물의 초음파 또는 표면 진동을 측정하는 단계(S30)와;
d. 제1 드론(20) 또는 제2 드론(30)이 초음파 측정부(40)에서 측정된 구조물 초음파 또는 표면진동 데이터를 데이터 저장부(21)에 저장하거나 송신부(23)를 통하여 데이터 분석부(50)나 관리 시스템으로 무선 송신되는 단계(S40)와;
e. 데이터 분석부(50)가 초음파 측정부(40)에서 측정된 구조물의 초음파 및 진동에 관한 데이터를 기초로 구조물 결함 발생 유무, 구조물 결함 발생 위치, 및 결함 형상을 분석하는 단계(S50);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 드론(20)은 레이져 빔 발생기(10)에서 전송된 펄스 레이저를 구조물 제1 지점(P1)에 조사하고,
상기 초음파 측정부(40)는 제2 드론(20)에 구비되고,
상기 초음파 측정부(40)를 탑재한 제2 드론(20)은 제1 지점(P1) 주변에 위치하고 균일하게 분포된 측정점(T_i)들의 초음파 또는 표면진동 데이터를 측정하여 데이터 저장부(23)에 저장하거나 송신부(25)를 통하여 데이터 분석부(50)나 관리 시스템으로 무선 송신하는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 초음파 측정부(30)는,
레이져 포플러 메타, 레이져 인터페로 메타, 레이져 진동계, 레이저 간섭계, 이광파 혼합 간섭계(TWM-PI, Two Wave Mixing Photorefractive Interferometer), 패브리-페로 간섭계 (CFPI, Confocal Fabry-Perot Interferometer) 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 레이져 빔 발생기(10)와 초음파 측정부(30)는 하나의 시간적 기준으로 가지고 동기화 되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법.
- 대형 구조물 초음파 검사 시스템에 있어서,
구조물에 조사되어 초음파를 발생시키는 펄스 레이저를 드론(20) 방향으로 광케이블 전송 또는 조사하는 레이져 빔 발생기(10)와;
레이져 방향 조절수단(21)으로 구비하여 상기 레이져 빔 발생기(10)에서 전송된 펄스 레이저를 구조물 일측에 조사하는 제1 드론(20)과;
상기 제1 드론(20) 또는 다른 제2 드론(30)에 구비되어 상기 구조물에서 발생된 초음파 또는 표면진동을 비접촉식으로 측정하는 초음파 측정부(40)와;
상기 초음파 측정부(40)에서 측정된 구조물의 초음파 및 진동에 관한 데이터를 기초로 구조물 결함 발생 유무, 구조물 결함 발생 위치, 및 결함 형상을 분석하는 데이터 분석부(50);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 시스템.
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| KR1020160110822A KR20180025413A (ko) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160110822A KR20180025413A (ko) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180025413A true KR20180025413A (ko) | 2018-03-09 |
Family
ID=61727775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160110822A KR20180025413A (ko) | 2016-08-30 | 2016-08-30 | 드론을 이용한 대형 구조물 초음파 검사 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180025413A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200038126A (ko) | 2018-10-02 | 2020-04-10 | 주식회사 숨비 | 플랜트 검사용 드론봇 장치 |
| KR20200067286A (ko) | 2018-12-03 | 2020-06-12 | 한국가스안전공사 | 드론을 이용한 노출배관의 3d 스캔 및 vr 점검 시스템 |
| KR20200067275A (ko) | 2018-12-03 | 2020-06-12 | 한국가스안전공사 | 드론과 mr을 이용한 배관 점검 및 보수 시스템 |
| KR20210091936A (ko) * | 2020-01-15 | 2021-07-23 | 주식회사 케이티 | 음파탐지장치를 이용한 광코어 경로 확정 방법 |
| KR102514703B1 (ko) | 2022-07-29 | 2023-03-29 | (주)한맥기술 | 복수 개의 카메라를 이용하여 구조물의 손상 영역을 촬영하는 무인 비행 장치 및 이를 이용한 구조물 손상 검사 장치 |
-
2016
- 2016-08-30 KR KR1020160110822A patent/KR20180025413A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200038126A (ko) | 2018-10-02 | 2020-04-10 | 주식회사 숨비 | 플랜트 검사용 드론봇 장치 |
| KR20200067286A (ko) | 2018-12-03 | 2020-06-12 | 한국가스안전공사 | 드론을 이용한 노출배관의 3d 스캔 및 vr 점검 시스템 |
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| KR20210091936A (ko) * | 2020-01-15 | 2021-07-23 | 주식회사 케이티 | 음파탐지장치를 이용한 광코어 경로 확정 방법 |
| KR102514703B1 (ko) | 2022-07-29 | 2023-03-29 | (주)한맥기술 | 복수 개의 카메라를 이용하여 구조물의 손상 영역을 촬영하는 무인 비행 장치 및 이를 이용한 구조물 손상 검사 장치 |
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