KR20190128335A

KR20190128335A - 배관 비파괴 검사장치 및 방법

Info

Publication number: KR20190128335A
Application number: KR1020180052364A
Authority: KR
Inventors: 김정민; 정성균; 이재승; 박제욱; 이동준; 강성원
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2018-05-08
Publication date: 2019-11-18
Also published as: KR102511349B1

Abstract

배관 비파괴 검사장치 및 방법에 관한 것으로, 내부에 방사선원이 보관되는 방사선원 컨테이너, 상기 컨테이너를 배관 내부에서 방사선 촬영하고자 하는 위치로 이동시키도록 주행하는 주행장치, 상기 컨테이너 내부에 보관된 상기 방사선원을 인출하고 방사선 촬영이 완료되면 방사선원을 다시 상기 컨테이너로 회수하도록 구동하는 방사선 조사장치 및 상기 컨테이너에서 인출된 상기 방사선원을 고정하고 방사선 촬영하고자 하는 위치와 각도로 상기 방사선원에서 방사된 방사선을 투과시키는 콜리메이터를 포함하는 구성을 마련하여, 내부 선원법을 이용해서 배관의 결함을 비파괴 검사하고, 검사 시간을 단축할 수 있다.

Description

배관 비파괴 검사장치 및 방법{PIPE NONDESTRUCTIVE INSPECTION APPPARATUS AND METHOD}

본 발명은 배관 비파괴 검사장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내부 선원법을 이용해서 배관을 검사하는 배관 비파괴 검사장치에 관한 것이다.

산업현장에서 배관을 설치할 때 배관의 길이나 설치구역의 특성상 각 배관을 서로 연결하여야 한다.

이와 같이, 배관을 서로 연결하기 위해서는 일정 길이의 배관을 서로 용접하여 시공하기 때문에 용접부가 발생한다. 이러한 용접부에는 직관과 직관을 용접하는 배관 연결부와, 직관과 곡관을 연결하는 배관연결부가 있다.

이처럼 배관에 용접부가 발생하면, 용접부의 건전성을 확인하기 위한 검사가 필요하므로, 배관에 손상을 주지 않도록 하기 위하여, 비파괴 방식으로 검사가 이루어진다.

비파괴 검사 중에서 방사선 비파괴 검사는 방사선 촬영을 통해 촬영 필름을 획득하고, 획득된 촬영 필름을 판독하여 용접부의 건전성을 확인한다.

예를 들어, 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는 종래기술에 따른 방사선 조사기와 배관 검사장치 및 검사방법 기술이 개시되어 있다.

대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0069113호(2016년 6월 16일 공개) 대한민국 특허 등록번호 제10-1825654호(2018년 2월 5일 공고)

한편, 일반적인 방사선 조사기는 배관이나 철제 구조물의 용접부에 존재하는 결함 등을 방사선 투과를 통해 검사하는 비파괴 검사 장치이다.

작업자는 방사선 조사기의 방사선원에 연결된 롤러를 회전시켜 방사선원을 검사지점까지 이동시켜 방사선을 조사할 수 있다.

이때, 작업자는 방사선원과 이격되어 작업을 수행하나, 피폭의 위험이 있을 수 있다. 이에 따라, 리모콘을 이용하여 방사선 조사기를 이동시키는 기술이 개발되고 있다.

그러나, 리모콘 또는 방사선원을 이동시키는 이동장치의 에너지원(전원, 유공압)의 공급이 중단되었을 경우, 작업자가 직접 방사선원을 회수해야 함에 따라, 작업자가 피폭될 가능성이 매우 높은 문제점이 있었다.

또한, 배관용접 후 수행하는 기존의 외부 선원법은 배관 외부에서 방사선원의 위치를 바꿔가면서 여러 번 촬영하는 방법으로, 검사기간이 과다하게 소요된다.

특히, 두께가 두꺼운 배관은 방사선 검사 시간이 과다하게 소요되고, 이로 인해 후공정 지연이 예상됨에 따라, 두꺼운 배관의 방사선 검사 시간을 단축할 수 있도록 개선이 필요하였다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 배관 내부중심에서 한 번의 촬영만으로 방사선 검사를 수행할 수 있는 내부 선원(Internal ratiation source)법이 개발되었다.

상기 내부 선원법을 적용하는 경우, 검사시간을 획기적으로 단축시킬 수 있고, 두꺼운 배관의 경우 검사시간을 외부 선원법에 의해 20배 이상 단축할 수 있다.

그러나, 내부 선원법을 현실적으로 안전하게 적용시키기 위해서는 방사선 컨테이너를 배관 내부를 통해 이동시키는 주행장치가 필요하고, 원자력 안전법에서 명시된 바와 같이 작업자의 안전(피폭방지/감소)을 위해 방사선 컨테이너 내에 차폐되어 보관되는 방사선원을 원격으로 인출/회수하는 조사장치도 상기 주행장치와 함께 검사위치 인근의 배관 내부에 위치되어야 한다.

따라서 종래에는 방사선원과 조사장치의 거리가 먼 경우, 선원의 인출/회수 동작이 불안정하여 방사선 피폭과 같은 잠재적인 안전문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 내부 선원법을 이용해서 배관의 결함을 검사하는 배관 비파괴 검사장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 방사선 검사 시간을 단축할 수 있고, 고장이나 에너지 공급 중단과 같은 비상 상황시 안전하게 방사선 선원을 회수할 수 있는 배관 비파괴 검사장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배관 비파괴 검사장치는 내부에 방사선원이 보관되는 방사선원 컨테이너, 상기 컨테이너를 배관 내부에서 방사선 촬영하고자 하는 위치로 이동시키도록 주행하는 주행장치, 상기 컨테이너 내부에 보관된 상기 방사선원을 인출하고 방사선 촬영이 완료되면 방사선원을 다시 상기 컨테이너로 회수하도록 구동하는 방사선 조사장치 및 상기 컨테이너에서 인출된 상기 방사선원을 고정하고 방사선 촬영하고자 하는 위치와 각도로 상기 방사선원에서 방사된 방사선을 투과시키는 콜리메이터를 포함하고, 배관 내부에서 방사선 촬영하여 용접 부위에 대한 결함을 비파괴 검사하는 것을 특징으로 한다.

상기 배관의 용접 부위에는 방사선 촬영시 방사선을 감광하여 촬영하는 방사선 필름과 방사선 촬영시 배관 내부에서 발생한 방사선이 외부로 방사되는 것을 차폐하는 차폐재가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 컨테이너는 내부에 상기 방사선원이 보관되는 공간이 형성되고, 상기 방사선원에서 방사선의 외부 유출을 차단하도록, 방사선 차폐가 가능한 재질의 재료를 이용해서 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기 주행장치는 내부에 상기 컨테이너가 설치되는 본체, 상기 본체의 외부에 배관의 내부 벽면을 따라 회전 가능하게 장착되는 복수의 주행바퀴, 상기 주행바퀴를 회전시키도록 구동력을 발생하는 액추에이터 및 상기 주행바퀴를 배관의 내부 벽면에 밀착시키는 밀착유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본체의 전단에는 상기 콜리메이터를 고정하는 클램프가 마련되고, 상기 본체의 전후단에는 배관 내부를 촬영하는 카메라가 마련되며, 상기 배관 비파괴 검사장치의 구동을 제어하는 제어단말은 상기 카메라에서 촬영한 영상을 화면에 표시하고, 상기 제어단말은 작업자로부터 입력되는 조작명령에 기초해서 상기 방사선 조사장치의 구동을 원격으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 콜리메이터와 컨테이너 사이에는 상기 방사선원의 이동을 가이드하는 제1 가이드 튜브가 연결되고, 상기 컨테이너와 방사선 조사장치 사이에는 상기 방사선원에 연결된 강철 와이어의 이동을 가이드하는 제2 가이드 튜브가 연결되며, 상기 방사선 조사장치의 후단에는 상기 강철 와이어의 이동을 가이드 하는 제3 가이드 튜브가 연결되고, 상기 강철 와이어는 작업자의 피폭을 방지하도록, 상기 콜리메이터에서 배관 외부까지 연장되며, 상기 배관 비파괴 검사장치는 비상 상황 발생시 상기 강철 와이어에 의해 배관 외부로 회수 가능한 것을 특징으로 한다.

상기 방사선 조사장치는 상기 방사선원을 이동시키도록 상기 방사선원에 연결된 강철 와이어를 피딩하는 구동부, 내부에 상기 구동부가 설치되는 하우징, 상기 하우징의 전면과 후면을 밀폐하는 전면 및 후면 커버유닛을 포함하고, 상기 하우징의 외면에는 이동이 가능하도록 바퀴가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 전면 커버유닛은 전방을 향해 돌출된 원뿔 형상으로 형성되는 전면 커버 및 배관의 곡면부에서 주행이 가능하도록 상기 전면 커버와 주행장치를 2방향 회전에 의해 각도 조절이 가능하게 연결하는 연결모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구동부는 구동력을 발생하는 공압 실린더, 정회전 또는 역회전하여 상기 방사선원에 연결된 강철 와이어를 피딩하는 피딩기어, 상기 공압 실린더에서 발생한 구동력에 의한 직선 운동을 회전운동으로 변환해서 상기 피딩기어로 전달하는 전달유닛을 포함하고, 상기 전달유닛에는 비상 상황 발생시 상기 방사선원을 수동으로 회수 가능하도록, 피딩기어를 회전시키는 수동회수 노브가 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 구동부는 공압라인을 통해 공급되는 압축공기를 저장하고, 외부의 전원이나 공압 공급이 차단되면 내부에 저장된 압축공기를 활용해서 상기 방사선원의 회수가 가능하도록, 저장된 압축공기를 상기 공압 실린더에 공급하는 에어탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 공압 실린더에는 상기 방사선원의 인출 및 회수 상태를 감지하는 감지센서가 마련되고, 상기 감지센서는 상기 공압 실린더에 의해 직선 왕복 운동하는 슬라이딩 블록의 인출 및 회수 위치에 각각 설치되는 한 쌍의 오토 스위치 또는 리미트 센서로 마련되며, 상기 감지센서의 감지신호는 제어단말로 전달되고, 상기 제어단말은 상기 감지신호에 기초해서 화면에서 상기 방사선원의 인출 또는 회수 상태를 표시하는 것을 특징으로 한다.

상기 공압 실린더의 전단과 후단에는 상기 방사선원의 인출 및 회수 동작 종료 시 상기 방사선원에 전달되는 충격을 완충하도록, 탄성을 갖는 재질을 이용해서 제조된 스토퍼와 쇽업쇼버가 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배관 비파괴 검사방법은 (a) 주행장치가 배관 내부를 주행해서 방사선 촬영하고자 하는 위치로 이동하는 단계, (b) 방사선 조사장치에서 방사선원에 연결된 강철 와이어를 콜리메이터 측으로 피딩하여 상기 방사선원을 상기 주행장치에 장착된 컨테이너에서 상기 콜리메이터로 인출하는 단계, (c) 상기 콜리메이터를 이용해서 상기 방사선원으로부터 방사된 방사선을 상기 배관의 용접 부위에 설치된 방사선 필름을 향해 방사하여 촬영하는 단계 및 (d) 방사선 촬영이 완료되면 상기 방사선 조사장치에서 상기 방사선원을 다시 상기 컨테이너로 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (d)단계에서 상기 방사선 조사장치는 전원 및 공압이 공급되는 정상상태 시 압축공기를 공급 또는 차단하는 솔레노이드 밸브의 오프 동작에 의해 공압 실린더를 구동시켜 방사선원을 회수하고, 정전이 발생시 상기 솔레노이드 밸브의 전원 공급 차단에 의해 상기 공압 실린더를 구동시켜 상기 방사선원을 회수하며, 압축공기의 공급 차단시에는 상기 솔레노이드 밸브의 전원을 차단하고, 에어탱크 내에 저장된 압축공기를 활용해서 상기 공압 실린더를 구동시켜 상기 방사선원을 회수하고, 상기 공압 실린더의 고장 발생시 상기 방사선원은 배관 외부로 인출된 강철 와이어의 당김 조작에 의해 회수 가능한 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배관 비파괴 검사장치 및 방법에 의하면, 내부 선원법을 이용해서 배관의 결함을 비파괴 검사하고, 검사 시간을 단축할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 배관 내부에 방사선원을 투입해서 용접조인트 부분을 1회 촬영하여 결함을 검사함으로써, 방사선 촬영을 위한 촬영매수, 노출시간 등을 감소시켜 결합 검사 작업 시간을 획기적으로 단축할 수 있다는 효과가 얻어진다.

그리고 본 발명에 의하면, 방사선 검사 작업시 안전성을 향상시키고, 작업자의 건강 안전 규격(Health and Safety Executive)을 만족시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 배관 내부에서 방사선 촬영하고, 외부의 전원이나 압축공기 공급 차단 등의 비상상황 발생시에도 방사선원을 안전하게 회수 가능함에 따라, 방사선 피폭으로 인한 위험을 미연에 예방함으로써, 안전성을 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 비파괴 검사장치의 구성도,
도 3은 방사선 조사장치의 분해 사시도,
도 4 및 도 5는 방사선 조사장치의 내부 구성을 보인 사시도,
도 6은 도 5에서 에어탱크가 제거된 상태를 보인 도면,
도 7은 피딩 기어에 의한 강철 와이어의 피딩 동작을 보인 도면,
도 8 및 도 9는 공압 실린더와 피딩 기어에 의한 방사선원의 회수 상태와 인출 상태를 보인 동작 상태도,
도 10 및 도 11은 솔레노이드 밸브의 동작에 따른 공압 실린더의 동작을 보인 공압 회로도,
도 12는 전면 커버유닛의 확대도,
도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 비파괴 검사장치의 검사방법을 단계별로 설명하는 공정도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 비파괴 검사장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 비파괴 검사장치의 구성도이다.

도 1에는 배관 비파괴 검사장치가 배관 내부에 설치된 상태가 도시되어 있고, 도 2에는 배관 비파괴 검사장치의 사시도가 도시되어 있다.

이하에서는 방사선 조사장치를 중심으로 주행장치를 향하는 방향을 전방이라하고, 그 반대 방향을 후방이라 한다. 그리고 '좌측', '우측', '상방' 및 '하방'과 같은 방향을 지시하는 용어들은 상기한 전방과 후방을 기준으로 각각의 방향을 지시하는 것으로 정의한다.

본 발명은 방사선원과 방사선원 컨테이너, 주행장치, 방사선 조사장치, 콜리메이터(colimator) 및 차폐재를 포함하고, 배관 내부에 방사선원을 배치시켜 배관의 용접조인트를 방사선 촬영하는 내부 선원법을 이용해서 배관의 결함을 비파괴 검사한다.

상세하게 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 비파괴 검사장치(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 방사선원(20)이 보관되는 방사선원 컨테이너(이하 '컨테이너'라 약칭함)(30), 컨테이너(30)를 배관(11) 내부에서 방사선 촬영하고자 하는 위치, 즉 용접조인트(W) 부분으로 이동시키도록 주행하는 주행장치(40), 컨테이너(30) 내부에 보관된 방사선원(20)을 인출하고 방사선 촬영이 완료되면 방사선원(20)을 다시 컨테이너(30)로 회수하도록 구동하는 방사선 조사장치(50) 및 컨테이너(30)에서 인출된 방사선원(20)을 고정하고 방사선 촬영하고자 하는 위치와 각도로 방사선원(20)에서 방사된 방사선을 투과시키는 콜리메이터(60)를 포함한다.

그래서 본 발명은 배관(11) 내부에서 배관(11)의 용접 조인트 부분을 촬영해서 용접 부위의 결함 여부를 검사할 수 있다.

이를 위해, 배관(11)의 용접 조인트 부분에는 방사선 촬영시 용접 부위의 결함을 통해 투과된 방사선을 감광해서 촬영하는 방사선 필름(12)이 설치된다.

이에 따라, 작업자는 방사선 필름에 촬영된 사진을 관찰하여 배관의 용접조인트 결함 여부와 결합의 크기 및 분포 등을 알 수 있다.

그리고 배관(11)의 용접 조인트 부분에는 방사선 촬영시간 동안 배관(11) 내부에서 발생한 방사선이 외부로 방사되는 것을 차폐하여 작업자의 피폭을 방지하는 차폐재(70)가 설치된다.

방사선원(20)은 방사성 동위원소를 내장하여 시험체, 즉 배관(11)에 방사선을 조사해서 배관(11)의 결함을 검사할 수 있다.

여기서, 방사선원(20)은 X선, γ선, β선 등의 방사선을 발생할 수 있다

컨테이너(30)는 내부에 방사선원(20)이 보관되는 공간이 형성되고, 방사선원(20)에서 방사선의 외부 유출을 차단하기 위해, 우라늄과 같이 방사선 차폐가 가능한 재질의 재료를 이용해서 제조될 수 있다.

주행장치(40)는 비파괴 검사를 수행하고자 하는 위치, 즉 용접조인트 부분으로 방사선원(20)과 컨테이너(30) 및 방사선 조사장치(50)를 이송하는 기능을 한다.

이를 위해, 주행장치(40)는 내부에 컨테이너(30)가 설치되는 본체(41), 본체(41)의 외부에 배관(11)의 내부 벽면을 따라 회전 가능하게 장착되는 복수의 주행바퀴(42) 및 주행바퀴(42)를 회전시키도록 구동력을 발생하는 액추에이터(43)를 포함할 수 있다.

그리고 주행장치(40)는 주행바퀴(42)를 배관(11)의 내부 벽면에 밀착시키는 밀착유닛(도면 미도시)을 더 포함할 수 있다.

상기 밀착유닛은 각 주행바퀴(42) 또는 주행바퀴(42)가 설치되는 브래킷에 설치되어 자력을 이용해서 주행바퀴(42)를 배관(11)의 내부 벽면에 밀착시키는 영구자석으로 마련될 수 있다.

물론, 상기 밀착유닛은 공기압이나 유압을 이용해서 주행바퀴(42)를 배관(11)의 내부 벽면에 밀착시키도록, 상기 브래킷을 가압하는 공압 실린더나 유압 실린더로 마련될 수도 있다.

본체(41)는 내부에 컨테이너(30)가 삽입되어 고정되는 공간이 마련되도록, 원통 형상이나 육면체 형상으로 형성될 수 있다.

본체(41)의 전단에는 콜리메이터(60)를 고정하는 클램프(44)가 마련될 수 있다.

그리고 본체(41)의 전단과 후단에는 각각 카메라(도면 미도시)가 설치될 수 있다.

상기 카메라에서 촬영된 영상은 배관(11) 외부에 마련되는 제어단말(도면 미도시)로 전달되고, 작업자는 상기 제어단말에 마련된 표시패널의 화면에 표시된 영상을 육안으로 확인해서 배관(11) 내부 상태를 판단하고, 주행장치(50)의 구동을 원격으로 제어할 수 있다.

예를 들어, 주행바퀴(42)는 본체(41)의 양측 또는 상하측에 각각 한 쌍씩 총 2쌍이 설치될 수 있다. 물론, 주행바퀴(42)는 본체(41)의 크기가 길이에 따라 총 한 쌍, 또는 3쌍이 이상 설치될 수도 있다.

이러한 주행바퀴(42)는 일반적인 롤러 형태의 바퀴로 마련되거나, 또는 메카넘휠(mecanum wheel)이나 옴니휠(omni wheel)과 같은 전방향 바퀴로 마련될 수 있다.

액추에이터(43)는 주행바퀴(42)를 회전시키도록 구동력을 발생하고, 발생한 구동력을 주행바퀴(42)에 전달하는 전기모터나 공압모터로 마련될 수 있다.

콜리메이터(60)는 컨테이너(30)에서 인출된 방사선원(20)을 제공받아 검사하고자 하는 배관(11)의 용접조인트 외면에 설치된 방사선 필름(12)을 향해 방사선을 조사한다.

이러한 콜리메이터(60)는 본체(41)의 전단에 설치된 클램프(44)에 장착될 수 있다.

여기서, 콜리메이터(60)와 컨테이너(30) 사이에는 제1 가이드 튜브(61)가 연결되고, 컨테이너(30)와 방사선 조사장치(50) 사이에는 제2 가이드 튜브(62)가 연결되며, 방사선 조사장치(50)의 후단에는 제3 가이드 튜브(63)가 연결되어 배관 외부까지 연장될 수 있다.

즉, 컨테이너(30)에 보관된 방사선원(20)은 제1 가이드 튜브(61)를 통해 콜리메이터(60)로 인출되고, 방사선 촬영 후에는 다시 컨테이너(30)로 회수된다.

이를 위해, 방사선원(20)의 후단에는 강철 와이어(64)가 연결되고, 강철 와이어(64)는 제2 가이드 튜브(62)와 제3 가이드 튜브(63)를 통해 배관(11) 외부까지 연장될 수 잇다.

그래서 방사선원(11)은 강철 와이어(64)에 의해 컨테이너(30)와 콜리메이터(60) 사이를 직선 왕복 이동할 수 있다.

여기서, 강철 와이어(64)는 방사선원(20)의 이동거리를 고려해서 콜리메이터(60)에서 배관(11) 외부까지의 거리보다 길게 연장 형성되는 것이 바람직하다.

그래서 작업자는 배관 비파괴 검사장치(10)에서 고장으로 인해 외부의 전원이나 공압 공급이 차단되는 등의 비상 상황 발생시 배관(11)의 외부로 연장된 강철 와이어(64)를 잡아당겨 방사선원(20)을 컨테이너(30)로 강제 회수할 수 있다.

다음, 도 1 내지 도 6을 참조하여 방사선 조사장치의 구성을 상세하게 설명한다.

도 3은 방사선 조사장치의 분해 사시도이고, 도 4 및 도 5는 방사선 조사장치의 내부 구성을 보인 사시도이며, 도 6은 도 5에서 에어탱크가 제거된 상태를 보인 도면이다.

방사선 조사장치(50)는 원격으로 컨테이너(30)에 보관된 방사선원(20)을 컨테이너(30)에서 콜리메이터(60)로 인출하고, 방사선 촬영이 완료되면 다시 컨테이너(30)로 회수하도록 이동시켜 작업자의 피폭을 방지한다.

이를 위해, 방사선 조사장치(50)는 도 3에 도시된 바와 같이, 방사선원(20)을 이동시키도록 강철 와이어(64)를 피딩하는 구동부(51), 내부에 구동부(51)가 설치되는 하우징(52), 하우징(52)의 전면과 후면을 밀폐하는 전면 및 후면 커버유닛(53,54)을 포함한다.

구동부(51)는 방사선 촬영 시 컨테이너(30) 내부에 보관된 방사선원(20)을 콜리메이터(60)까지 인출하고, 방사선 촬영 완료 후 방사선원(20)을 다시 컨테이너(30) 내부로 안전하게 회수하도록 구동력을 발생해서 강철 와이어(64)를 피딩하는 기능을 한다.

이를 위해, 구동부(51)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 구동력을 발생하는 공압 실린더(55), 정회전 또는 역회전하여 강철 와이어(64)를 피딩하는 피딩기어(56), 공압 실린더(55)에서 발생한 구동력, 즉 직선 운동을 회전운동으로 변환해서 피딩기어(56)로 전달하는 전달유닛(57)을 포함할 수 있다.

이와 함께, 구동부(51)는 압축공기를 저장하는 에어탱크(58)를 더 포함할 수 있다.

에어탱크(58)는 외부의 전원이나 공압 공급이 차단된 경우, 내부에 저장된 압축공기를 활용해서 방사선원(20)을 회수할 수 있도록, 공압 실린더(55)에 공급하는 기능을 한다.

이와 같이, 본 발명은 에어탱크를 이용해서 압축공기를 저장하고, 고장과 같은 비상 상황 발생시 외부의 전원이나 공압 공급이 차단되더라도, 에어탱크에 저장된 압축공기를 공압 실린더에 공급해서 방사선원을 회수할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 비상 상황 발생시 방사선원을 컨테이너로 회수함으로서, 안전성을 향상시킬 수 있다.

한편, 공압 실린더(55)는 전기모터에 비해 고장빈도가 낮아 안전성이 우수하고, 수명이 긴 장점이 있다.

그리고 에어탱크(58)는 전기배터리와 비교하면, 충전에 필요한 시간이 짧고(수초 이내), 경량이며, 수명이 반영구적인 장점을 갖는다.

이와 같이, 본 발명은 공압 실린더와 에어탱크를 적용함에 따라, 배관 비파괴 검사장치에 전기모터를 적용하는 대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0069113호, 특허 등록번호 제10-1814635호 등의 종래기술에 비해, 구조를 간단하게 하면서도, 내구성 및 안전성을 향상시킬 수 있다.

공압 실린더(51)는 방사선원(20)이 목적하는 위치를 초과하여 인출되는 것을 방지하기 위하여, 방사선원의 최대 이동거리에 대응되도록 운동범위가 제한될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 운동범위가 제한된 공압 실린더를 적용해서 콜리메이터 미장착 시 방사선원이 목적하는 위치를 초과하여 인출되는 것을 방지할 수 있다.

공압 실린더(55)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 압축공기의 공급 또는 제거에 따라 슬라이딩 블록(551)을 전후 방향을 따라 직선 왕복 운동시킨다.

피딩 기어(56)는 슬라이딩 블록(551)의 일측에 회전축을 중심으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

전달유닛(57)은 슬라이딩 블록(551)의 상면에 설치되는 래크(571), 래크(571)와 맞물리게 배치되는 피니언 기어(572) 및 피니언 기어(572)와 동축 상에 설치되고 피딩기어(56)의 회전축에 설치된 회전기어와 맞물리는 전달기어(573)를 포함할 수 있다.

래크(571)와 피니언 기어(572)는 슬라이딩 블록(551)의 전후 방향을 따른 직선 운동을 회전 운동으로 변환하고, 전달기어(573)는 회전 운동으로 변환된 구동력을 피딩 기어(56)로 전달한다.

한편, 피니언 기어(572)와 전달기어(573)가 설치되는 회전축에는 수동회수 노브(574)가 설치될 수 있다.

수동회수 노브(574)는 공압 차단된 상태에서 작업자의 회전 조작에 따라 전달기어(573) 및 피딩기어(56)를 회전시켜 강철 와이어(64)를 피딩하는 기능을 한다.

도 7은 피딩 기어에 의한 강철 와이어의 피딩 동작을 보인 도면이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 피딩 기어(56)는 강철 와이어(64)와 접촉되게 설치되고, 피딩 기어(56)가 일측 방향, 시계 방향으로 회전하면 강철 와이어(64)가 컨테이너(30) 측으로 피딩되면서 방사선원(20)을 콜리메이터(60)로 인출한다.

반면, 피딩 기어(56)가 반대측 방향, 즉 반시계 방향으로 회전하면 강철 와이어(64)가 방사선 조사장치(50) 측으로 피딩되면서 방사선원(20)을 컨테이너(30)로 회수한다.

한편, 공압 실린더(55)의 전단과 후단에는 방사선원(20)의 인출 및 회수 동작 종료 시 방사선원(20)에 전달되는 충격을 줄이기 위해, 우레탄과 같이 탄성을 갖는 재질을 이용해서 제조된 스톱퍼(552)와 쇽업쇼버(shock absorber)(553)가 장착될 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 방사선원의 인출 및 회수 동작 종료 시 방사선원에 전달되는 충격을 감소시켜 방사선원의 파손을 방지하고, 수명을 연장할 수 있다.

예를 들어, 도 8 및 도 9는 공압 실린더와 피딩 기어에 의한 방사선원의 회수 상태와 인출 상태를 보인 동작 상태도이다.

공압 실린더(55)에는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 방사선원(20)의 인출 및 회수 상태를 감지하는 감지센서(554)가 마련될 수 있다.

감지센서(554)는 공압 실린더(55)에 의해 직선 왕복 운동하는 슬라이딩 블록(551)의 인출 및 회수 위치에 각각 설치되는 한 쌍의 오토 스위치나 리미트 센서로 마련될 수 있다.

이러한 감지센서(554)의 감지신호는 상기 제어단말로 전달되고, 작업자는 상기 제어단말의 표시패널 화면을 통해 방사선원(20)의 인출 또는 회수 상태를 원격으로 확인할 수 있다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 공압 실린더(55)에 의해 슬라이딩 블록(551)이 전방으로 이동하면, 래크(571)와 맞물린 피니언 기어(572)와 전달기어(573) 및 피딩기어(56)의 회전에 의해 강철 와이어(64)가 방사선 조사장치(50) 측으로 피딩되면서 방사선원(20)이 컨테이너(30)로 회수된다.

반면, 도 9에 도시된 바와 같이, 공압 실린더(55)에 의해 슬라이딩 블록(551)이 후방으로 이동하면, 래크(571)와 피니언 기어(572), 전달기어(573) 및 피딩기어(56)의 회전에 의해 강철 와이어(64)가 콜리메이터(60) 측으로 피딩되면서 방사선원(20)이 콜리메이터(30)로 인출된다.

한편, 공압 실린더(50)는 도 5에 도시된 솔레노이드 밸브(59)의 온,오프 동작에 따라 공압을 공급 또는 배출하도록 동작한다.

도 10 및 도 11은 솔레노이드 밸브의 동작에 따른 공압 실린더의 동작을 보인 공압 회로도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(59)에 전원이 공급되어 온 동작하면, 공압 실린더(55)의 로드가 후진하면서 슬라이딩 블록(551)을 후진시켜 방사선원(20)을 인출한다.

이때, 에어탱크(58)는 공압라인(581)을 통해 압축공기를 공급받아 내부에 저장한다.

공압라인(581)에는 압축공기의 역방향 흐름을 방지하도록, 일방향 밸브(582)가 설치될 수 있다.

반면, 도 11에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(59)에 전원 공급이 차단되어 오프 동작하면, 공압 실린더(55)의 로드가 전진하면서 슬라이딩 블록(551)을 전진시켜 방사선원(20)을 회수한다.

그리고 압축공기의 공급이 차단되더라도 에어탱크(58)에 저장된 압축공기를 사용해서 방사선원(20)의 회수가 가능하다.

이때, 공압라인(581)에 설치되는 일방향 밸브(582), 예컨대 체크밸브는 압축공기의 역방향 흐름을 방지한다.

다시 도 3에서, 하우징(52)은 내부에 구동부(51)가 설치되는 공간이 마련되도록 대략 원통 형상으로 형성되고, 하우징(52)의 외면에는 방사선 조사장치(50)가 배관(11) 내부에서 이동 가능하도록 바퀴(521)가 설치될 수 있다.

바퀴(521)는 방사선 조사장치(50)가 배관(11) 내부에서 자유롭게 이동 가능하도록 전방향 바퀴로 마련되고, 하우징(52)의 상하면 및 양측면에 각각 하나 이상 설치될 수 있다.

전면 커버유닛(53)은 하우징(52)의 전면을 밀폐하여 구동부(51)를 보호하고, 방사선 조사장치(50)를 주행장치(40)와 연결하는 기능을 한다.

도 12는 전면 커버유닛의 확대도이다.

전면 커버유닛(53)은 도 3 및 도 12에 도시된 바와 같이, 전방을 향해 돌출된 대략 원뿔 형상으로 형성되는 전면 커버(531) 및 전면 커버(531)와 주행장치(40)를 연결하는 연결모듈(532)을 포함할 수 있다.

연결모듈(532)은 전면 커버(531)에 설치되는 연결암(533)과 링크(534) 사이를 2방향 회전이 가능하도록 한 쌍의 아이볼트(535)를 이용해서 연결할 수 있다.

그리고 링크(534)는 아이볼트(535)를 이용해서 주행장치(40)의 후단에 연결될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 아이볼트가 적용된 연결모듈을 이용해서 주행 장치와 방사선 조사장치를 연결함에 따라, 배관의 곡선부 주행시 주행 장치와 방사선 조사장치의 각도를 변경해서 유연하게 주행할 수 있다.

전면 커버(531)의 전면에는 주행장치(40)에서 공급되는 압축공기를 공압 실린더(55)로 전달하기 위한 공압 커플러(536)와, 주행장치(40)에 전원 및 제어신호를 전달하기 위한 케이블 커플러(537)가 마련될 수 있다.

후면 커버유닛(54)은 대략 원통 형상으로 형성되고, 후면 커버유닛(54)에는 제3 가이드 튜브(63)와 공압 케이블, 전원 및 신호 케이블이 설치되는 설치공이 형성될 수 있다.

다음, 도 13을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 비파괴 검사장치의 검사방법을 상세하게 설명한다.

도 13은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배관 비파괴 검사장치의 검사방법을 단계별로 설명하는 공정도이다.

먼저, S10단계 작업자는 배관 비파괴 검사장치(10)의 주행장치(40), 컨테이너(30), 방사선 조사장치(50) 및 압축공기와 전원 및 제어신호를 전송하기 위한 케이블이 분리된 상태에서 검사하고자 하는 배관(11)에 근접하게 이동시킨 후, 각 장치를 조립한다.

S12단계에서 조립이 완료된 배관 비파괴 검사장치(10)에 전원이 공급되면, 제어단말은 각 장치를 초기화하고 배관 검사 작업을 준비한다.

S14단계에서 주행장치(40)는 배관(11) 내부에 투입된 상태에서 상기 제어단말의 제어신호에 따라 구동되어 배관(11) 내부를 주행해서 검사하고자 하는 위치, 즉 배관(11)의 용접조인트(W) 부분으로 이동한다.

이때, 주행장치(40)의 전후단에 설치된 카메라는 배관(11) 내부를 촬영하고, 작업자는 상기 제어단말의 화면을 통해 배관 내부 상태를 확인하고, 원격 제어를 통해 주행장치(40)를 목적지까지 이동시킬 수 있다.

주행장치(40)가 목적지에 도착하면, S16단계에서 방사선 조사장치(50)는 공압 실린더(55)를 구동해서 피딩기어(56)를 회전 동작시켜 강철 와이어(64)를 콜리메이터(60) 측으로 피딩한다. 그러면, 컨테이너(30)에 보관된 방사선원(20)이 콜리메이터(60)로 인출되어 고정된다.

그러면, S18단계에서 콜리메이터(60)는 방사선원(20)에서 방사된 방사선을 용접조인트에 부착된 방사선 필름(12)을 향해 투과시켜 방사선 촬영한다.

방사선 촬영이 완료되면, 방사선 조사장치(50)는 공압 실린더(55)를 구동해서 피딩기어(56)를 회전 동작시켜 강철 와이어(64)를 방사선 조사장치(50) 측으로 피딩한다. 그러면, 방사선원(20)은 콜리메이터(60)에서 컨테이너(30)로 회수된다(S20).

이어서, 제어단말은 주행장치(40)를 구동해서 검사하고자 하는 다음 위치로 이동시키거나, 배관(11) 외부로 회수할 수 있다.

한편, 배관 비파괴 검사장치(10)에 전원 및 압축공기가 공급되는 정상상태 시에는 솔레노이드 밸브(59)를 오프 동작시켜 방사선원(20)을 자동으로 회수할 수 있다.

즉, 상기 제어단말의 제어신호에 따라 솔레노이드 밸브(59)의 전원 공급이 차단되면, 공압 실린더(55)의 구동에 의해 방사선원(20)이 컨테이너(30)로 자동으로 회수된다.

그리고 정전이 발생한 경우, 솔레노이드 밸브(59)에 전원 공급이 차단됨에 따라, 방사선원(20)은 컨테이너(30)로 자동으로 회수될 수 있다.

또, 압축공기의 공급이 차단되는 경우에도 솔레노이드 밸브(59)의 전원을 차단해서 에어탱크(58) 내에 저장된 압축공기를 활용해서 공압 실린더(55)를 구동시켜 방사선원(20)을 컨테이너(30)로 자동으로 회수할 수 있다.

한편, 공압 실린더(55)의 고장이 발생한 경우에는 작업자가 배관(11) 외부로 인출된 강철 와이어(64)를 잡아 당겨 배관 비파괴 검사장치(10)를 회수할 수도 있다.

이때, 작업자는 피폭에 대한 안전을 고려하여 배관(11)의 끝단에서 수십미터 이상 이격된 위치에서 강철 와이어(64)를 잡아당겨 회수하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 발명은 내부 선원법을 이용해서 배관의 용접조인트 부위를 비파괴 검사할 수 있다.

표 1은 종래의 외부 선원법와 본 발명에 따른 내부 선원법에 따른 방사선 촬영 시간을 비교한 테이블이다.

표 1에 기재된 바와 같이, 본 발명은 내부 선원법을 이용해서 배관의 결함을 검사함에 따라, 배관의 두께와 무관하게 방사선 촬영시간을 감소시켜 결함 검사 작업 시간을 단축시킬 수 있다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 내부 선원법을 이용해서 배관의 결함을 비파괴 검사하고, 검사 시간을 단축할 수 있다.

그리고 본 발명은 방사선 검사 작업시 안전성을 향상시키고, 작업자의 건강 안전 규격(Health and Safety Executive)을 만족시킬 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 내부 선원법을 이용해서 배관의 결함을 비파괴 검사해서 검사 시간을 단축하는 배관 비파괴 검사장치 및 방법 기술에 적용된다.

10: 배관 비파괴 검사장치
11: 배관 12: 방사선 필름
20: 방사선원 30: 방사선원 컨테이너
40: 주행장치 41: 본체
42: 주행바퀴 43: 액추에이터
44: 클램프
50: 방사선 조사장치 51: 구동부
52: 하우징 521: 바퀴
53,54: 전면, 후면 커버유닛 531: 전면 커버
532: 연결모듈 533: 연결암
534: 링크 535: 아이볼트
536: 공압 커플러 537: 케이블 커플러
55: 공압 실린더 551: 슬라이딩 블록
552: 스토퍼 553: 쇽업쇼버
554: 감지센서 56: 피딩기어
561: 회전기어 57: 전달유닛
571: 래크 572: 피니언
573: 전달기어 574: 수동회수 노브
58: 에어탱크 581: 공압라인
582: 일방향 밸브 59: 솔레노이드 밸브
60: 콜리메이터 61 내지 63: 제1 내지 제3 가이드 튜브
64: 강철 와이어 70: 차폐재
71: 필름 W: 용접 조인트

Claims

내부에 방사선원이 보관되는 방사선원 컨테이너,
상기 컨테이너를 배관 내부에서 방사선 촬영하고자 하는 위치로 이동시키도록 주행하는 주행장치,
상기 컨테이너 내부에 보관된 상기 방사선원을 인출하고 방사선 촬영이 완료되면 방사선원을 다시 상기 컨테이너로 회수하도록 구동하는 방사선 조사장치 및
상기 컨테이너에서 인출된 상기 방사선원을 고정하고 방사선 촬영하고자 하는 위치와 각도로 상기 방사선원에서 방사된 방사선을 투과시키는 콜리메이터를 포함하고,
배관 내부에서 방사선 촬영하여 용접 부위에 대한 결함을 비파괴 검사하는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 배관의 용접 부위에는 방사선 촬영시 방사선을 감광하여 촬영하는 방사선 필름과
방사선 촬영시 배관 내부에서 발생한 방사선이 외부로 방사되는 것을 차폐하는 차폐재가 설치되는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 컨테이너는 내부에 상기 방사선원이 보관되는 공간이 형성되고, 상기 방사선원에서 방사선의 외부 유출을 차단하도록, 방사선 차폐가 가능한 재질의 재료를 이용해서 제조되는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 주행장치는 내부에 상기 컨테이너가 설치되는 본체,
상기 본체의 외부에 배관의 내부 벽면을 따라 회전 가능하게 장착되는 복수의 주행바퀴,
상기 주행바퀴를 회전시키도록 구동력을 발생하는 액추에이터 및
상기 주행바퀴를 배관의 내부 벽면에 밀착시키는 밀착유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제4항에 있어서,
상기 본체의 전단에는 상기 콜리메이터를 고정하는 클램프가 마련되고,
상기 본체의 전후단에는 배관 내부를 촬영하는 카메라가 마련되며,
상기 배관 비파괴 검사장치의 구동을 제어하는 제어단말은 상기 카메라에서 촬영한 영상을 화면에 표시하고,
상기 제어단말은 작업자로부터 입력되는 조작명령에 기초해서 상기 방사선 조사장치의 구동을 원격으로 제어하는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제4항에 있어서,
상기 콜리메이터와 컨테이너 사이에는 상기 방사선원의 이동을 가이드하는 제1 가이드 튜브가 연결되고,
상기 컨테이너와 방사선 조사장치 사이에는 상기 방사선원에 연결된 강철 와이어의 이동을 가이드하는 제2 가이드 튜브가 연결되며,
상기 방사선 조사장치의 후단에는 상기 강철 와이어의 이동을 가이드 하는 제3 가이드 튜브가 연결되고,
상기 강철 와이어는 작업자의 피폭을 방지하도록, 상기 콜리메이터에서 배관 외부까지 연장되며,
상기 배관 비파괴 검사장치는 비상 상황 발생시 상기 강철 와이어에 의해 배관 외부로 회수 가능한 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제1항에 있어서, 상기 방사선 조사장치는
상기 방사선원을 이동시키도록 상기 방사선원에 연결된 강철 와이어를 피딩하는 구동부,
내부에 상기 구동부가 설치되는 하우징,
상기 하우징의 전면과 후면을 밀폐하는 전면 및 후면 커버유닛을 포함하고,
상기 하우징의 외면에는 이동이 가능하도록 바퀴가 설치되는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제7항에 있어서,
상기 전면 커버유닛은 전방을 향해 돌출된 원뿔 형상으로 형성되는 전면 커버 및
배관의 곡면부에서 주행이 가능하도록 상기 전면 커버와 주행장치를 2방향 회전에 의해 각도 조절이 가능하게 연결하는 연결모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제7항에 있어서, 상기 구동부는
구동력을 발생하는 공압 실린더,
정회전 또는 역회전하여 상기 방사선원에 연결된 강철 와이어를 피딩하는 피딩기어,
상기 공압 실린더에서 발생한 구동력에 의한 직선 운동을 회전운동으로 변환해서 상기 피딩기어로 전달하는 전달유닛을 포함하고,
상기 전달유닛에는 비상 상황 발생시 상기 방사선원을 수동으로 회수 가능하도록, 피딩기어를 회전시키는 수동회수 노브가 연결되는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제9항에 있어서,
상기 구동부는 공압라인을 통해 공급되는 압축공기를 저장하고, 외부의 전원이나 공압 공급이 차단되면 내부에 저장된 압축공기를 활용해서 상기 방사선원의 회수가 가능하도록, 저장된 압축공기를 상기 공압 실린더에 공급하는 에어탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제10항에 있어서,
상기 공압 실린더에는 상기 방사선원의 인출 및 회수 상태를 감지하는 감지센서가 마련되고,
상기 감지센서는 상기 공압 실린더에 의해 직선 왕복 운동하는 슬라이딩 블록의 인출 및 회수 위치에 각각 설치되는 한 쌍의 오토 스위치 또는 리미트 센서로 마련되며,
상기 감지센서의 감지신호는 제어단말로 전달되고,
상기 제어단말은 상기 감지신호에 기초해서 화면에서 상기 방사선원의 인출 또는 회수 상태를 표시하는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제11항에 있어서,
상기 공압 실린더의 전단과 후단에는 상기 방사선원의 인출 및 회수 동작 종료 시 상기 방사선원에 전달되는 충격을 완충하도록, 탄성을 갖는 재질을 이용해서 제조된 스토퍼와 쇽업쇼버가 장착되는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 배관 비파괴 검사장치의 검사방법에 있어서,
(a) 주행장치가 배관 내부를 주행해서 방사선 촬영하고자 하는 위치로 이동하는 단계,
(b) 방사선 조사장치에서 방사선원에 연결된 강철 와이어를 콜리메이터 측으로 피딩하여 상기 방사선원을 상기 주행장치에 장착된 컨테이너에서 상기 콜리메이터로 인출하는 단계,
(c) 상기 콜리메이터를 이용해서 상기 방사선원으로부터 방사된 방사선을 상기 배관의 용접 부위에 설치된 방사선 필름을 향해 방사하여 촬영하는 단계 및
(d) 방사선 촬영이 완료되면 상기 방사선 조사장치에서 상기 방사선원을 다시 상기 컨테이너로 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사방법.
제13항에 있어서, 상기 (d)단계에서
상기 방사선 조사장치는 전원 및 공압이 공급되는 정상상태 시 압축공기를 공급 또는 차단하는 솔레노이드 밸브의 오프 동작에 의해 공압 실린더를 구동시켜 방사선원을 회수하고,
정전이 발생시 상기 솔레노이드 밸브의 전원 공급 차단에 의해 상기 공압 실린더를 구동시켜 상기 방사선원을 회수하며,
압축공기의 공급 차단시에는 상기 솔레노이드 밸브의 전원을 차단하고, 에어탱크 내에 저장된 압축공기를 활용해서 상기 공압 실린더를 구동시켜 상기 방사선원을 회수하고,
상기 공압 실린더의 고장 발생시 상기 방사선원은 배관 외부로 인출된 강철 와이어의 당김 조작에 의해 회수 가능한 것을 특징으로 하는 배관 비파괴 검사방법.