KR20230081458A - 초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 하면에 초음파송수신자와, 매질주입노즐 및 테두리에 공기주입노즐이 형성되며 상면에 외연에 스프링이 구성되는 탄성바가 형성되는 본체; 상기 탄성바에 장착되는 탄성판; 상기 본체 하면의 테두리에 형성되는 패커; 상기 탄성판에 양단이 착탈되도록 구성되며 검사대상 파이프를 고정하는 고정띠;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치에 관한 것이다.

Description

초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치{Nondestructive Inspection of Pipe using Ultrasonic}

본 발명은 초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 상,하수도 등에 사용되는 파이프는 설치후 장기간 사용되어 균열, 부식 등에 의해 노화될 수 있다. 이러한 균열, 부식 등에 의한 노화는 누수 등에 의해 환경을 오염시킬 수 있는 등의 문제가 있다.

이러한 파이프의 균열, 부식 등은 육안으로 용이하게 식별되지 않기 때문에 주기적으로 비파괴검사를 수행하여 보수 및 보강이 이루어져야 한다.

파이프의 안전진단에서 보편적으로 이용되는 진단방법에는 육안진단방법과 비파괴진단방법이 있다. 육안진단방법은 검사하는데 많은 시간이 소요되므로 비경제적이고, 검사자가 접근하기가 어려울 수도 있으며, 검사자의 안전이 문제될 수 있다.

한편, 비파괴방식에 의한 진단방법은 현재 널리 사용되고 있는 방법으로, 육안진단방법에 비해 신뢰성이 높은 편이지만 육안진단방법을 완벽하게 대체할 수 없으므로 육안진단방법과 병행하여 신뢰성을 확보하고 있다.

이러한 비파괴 진단방법의 예로 대한민국 특허등록 제10-1424070호가 제시되는 바, 상기 기술은 파이프와 같은 피검체에 삽입되어 상기 피검체의 내측에 초음파를 방출하고 수신함으로써, 수신된 초음파 신호의 파형 또는 수신시간에 따라 상기 피검체의 결함부위를 진단하기 위한 초음파 진단장치로써, 회전축과 수직이 되는 방향으로 초음파를 방출하고 수신하는 초음파 센서가 구비된 회전헤드; 상기 회전헤드와 연결되고 상기 회전헤드를 회전시키는 몸체; 상기 회전헤드의 내부에 구비되고, 상기 초음파 센서에서 수신된 초음파 신호를 디지털 신호로 변환하고 변환된 디지털 신호를 광신호로 출력하는 센서 제어기판; 일단은 상기 센서 제어기판과 연결되고, 타 단은 상기 몸체의 내부로 연장되며, 상기 광신호를 전송하는 광섬유; 상기 광섬유의 타 단과 이격되어 상기 몸체에 고정되고, 상기 광섬유에서 출력되는 광을 수신하며 수신된 광신 호를 외부로 전달하는 광 수신기; 및 상기 광섬유의 타 단과 상기 광 수신기 사이에 구비되고, 상기 광섬유에서 출력되는 광의 확산을 상기 광 수신 기로 집중시키는 렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 진단장치를 제시하고 있다.

그러나 상기 기술에서는 다양한 직경으로 존재하고, 외연에 침적된 이물질에 의한 변형이 발생된 파이프 등에서는 비파괴검사의 정확성이 담보되지 않는 문제가 있다.

대한민국 특허등록 제10-1424070호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 파이프의 직경, 사용에 의해 형성되는 변형 등에 상관없이 초음파에 의한 비파괴검사가 가능한 장치를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치(이하 “본 발명의 장치”라함)는, 하면에 초음파송수신자와, 매질주입노즐 및 테두리에 공기주입노즐이 형성되며 상면에 스프링이 외연에 구성되는 탄성바가 형성되는 본체; 상기 탄성바에 장착되는 탄성판; 상기 본체 하면의 테두리에 형성되는 패커; 상기 탄성판에 양단이 착탈되도록 구성되며 검사대상 파이프를 고정하는 고정띠;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 본체 하면의 대향하는 모서리부분은 곡면을 형성하되, 각각 곡률이 다른 복수의 곡률테두리가 형성되고, 각 곡률테두리에는 상기 공기주입노즐이 형성되며, 각 곡률테두리에는 해당 곡률테두리와 동일한 곡률의 패커가 장착됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 본체 하면에는 상기 패커 내측에 돌출테두리가 복수로 형성되되, 패커 팽창전에는 검사대상 파이프의 외주연에 접촉되며 팽창후에는 검사대상 파이프의 외주연과 비접촉이 되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 고정띠에서 슬라이드 되도록 구성되며, 고정띠와 검사대상 파이프의 외주연에 게재되도록 하는 탄성재질의 고정구가 더 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 장치는 다양한 파이프의 직경, 파이프 외경에 변형 등에 영향을 받지 않고 초음파의 송,수신이 가능하여 비파괴 검사효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 장치를 나타내는 단면도이고,
도 2는 본 발명의 장치의 작동상태도이고,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 도면이고,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 작동상태도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 부분도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 장치(1)는 도 1에서 보는 바와 같이, 하면에 초음파송수신자(21)와, 매질주입노즐(22) 및 테두리에 공기주입노즐(23)이 형성되며 상면에 스프링(241)이 외연에 구성되는 탄성바(24)가 형성되는 본체(2); 상기 탄성바(24)에 장착되는 탄성판(3); 상기 본체(2) 하면의 테두리에 형성되는 패커(4); 상기 탄성판(3)에 양단이 착탈되도록 구성되며 검사대상 파이프(P)를 고정하는 고정띠(5);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본체(2)는 내부에 공간이 형성되는 박스형상으로, 하면에 초음파송수신자(21)와, 매질주입노즐(22) 및 테두리에 공기주입노즐(23)이 형성되며 상면에 스프링(241)이 외연에 구성되는 탄성바(24)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1 등에서 보는 바와 같이 본 발명은 상기 초음파송수신자(21)를 파이프(P)에 매질(W)을 매게로 접촉시켜 초음파를 파이프(P)의 축방향으로 조사시키도록 하는데 하자(균열, 부식 등)가 없는 파이프(P)에서는 초음파가 직진성을 유지하면서 파장이 줄어드는 형태로 작용을 하는데 파이프에 균열, 부식 등이 발생된 경우에는 조사된 초음파가 균열, 부식 등 하자가 발생된 부분에서 반사파로서 돌아오게 되어 반사파의 파장, 시간 등에 의해 균열, 부식 등의 위치 등이 분석이 되도록 하는 것으로 이러한 반사파에 의해 균열, 부식 등 하자가 발생된 위치 등을 분석하는 기술은 다양한 공지기술이 존재하므로 그 설명을 생략한다.

여기서 상기 초음파송수신자(21)는 압전소자가 이용될 수 있는데 압전소자에 의해 전기신호와 초음파의 상호 변환이 이루어지도록 하는 것으로 도면에 도시된 바는 없으나 신호송수신부에서 전기신호를 상기 초음파송수신자(21)에 인가하는 경우 초음파송수신자(21)는 전기신호를 초음파로 변환하여 조사토록 하는 것이고 상기 초음파송수신자(21)가 반사파로 초음파를 수신하면 이렇게 수신된 초음파를 전기신호로 변환하여 상기 신호송수신부에 의해 변환된 전기신호가 수신되는 것이며, 이렇게 변환된 전기신호를 이용하여 하자여부가 분석되도록 하는 것이다.

상기 신호송수신부가 송신한 전기신호 및 수신한 전기신호에 의해 균열, 부식 등의 발생여부, 발생위치 등을 분석하는 것으로 송, 수신된 전기신호에 의해 균열, 부식 등의 발생여부, 발생위치 등을 분석하는 알고리즘은 공지기술로 다양하게 존재하므로 그 설명을 생략한다.

상기 매질주입노즐(22)은 도면에 도시된 바는 없으나 외부의 매질공급수단과 매질주입라인에 의해 연결되어 이하에서 설명하는 패커(4)와 파이프(P)에 의해 폐쇄된 공간으로 매질(W)이 주입되도록 하는 것이다.

상기 공기주입노즐(23)은 본체(2) 하면 테두리에 구성되는 것으로, 상기 패커(4)와 대향하는 위치에 구성되어 공기주입노즐(23)을 통해 상기 패커(4)로 공기가 주입되도록 하는 것이다. 상기 공기주입노즐(23)은 도면에 도시된 바는 없으나 외부의 공기주입수단과 공기주입라인에 의해 연결되어 패커(4)로 공기가 주입되도록 하는 것이다.

상기 본체(2) 상면에는 테두리부분에 스프링(241)이 외연에 구성되는 탄성바(24)가 구성되는데, 상기 탄성바(24)의 스프링(241) 상면에는 상기 탄성판(3)이 장착되되, 상기 탄성판(3)은 상기 탄성바(24)에서 슬라이드 연동이 되도록 하는 것이다. 이와 같이 상기 탄성바(24)에 상기 탄성판(3)의 장착은 다양한 공지기술의 적용이 가능하며 예로 너트에 의한 장착도 가능하다.

이와 같이 구성되어 상기 탄성판(3)은 상기 본체(2)에서 탄성거동이 가능하도록 하는 것인데, 본 발명의 장치(1)를 고정띠(5)에 의해 파이프(P)에 장착후 패커(4)를 팽창시키면 탄성판(3)은 탄성바(24)에서 하향으로 슬라이드 되며, 상기 탄성판(3)은 스프링(241)에 의해 복원력이 인가됨에 따라 탄성판(3)에 고정된 고정띠(5)에 인장력이 인가되어 본 발명의 장치(1)가 파이프(P)에 견고하게 고정이 되도록 하는 것이다.

상기 패커(4)는 상기 본체(2)의 테두리에 구성되어 상기 공기주입노즐(23)에 의한 공기주입으로 팽창이 되는 것이며, 상기에서 언급한 바와 같이 고정띠(5), 탄성판(3)의 탄성거동에 의해 파이프(P)의 일정 영역을 견고하게 폐쇄토록 하는 것이고, 이렇게 폐쇄된 공간으로 상기 매질주입노즐(22)을 통해 매질(W)이 주입되어 초음파송수신자(21)에 의한 초음파의 송수신이 원활하게 이루어지도록 하는 것이다.

상기 고정띠(5)는 상기 탄성판(3)에 양단이 착탈이 되는 구조로 탄성판(3)에서 착탈되는 구조는 다양한 공지구조가 적용이 가능하므로 그 상세 설명은 생략한다.

상기에서 언급한 바와 같이 고정띠(5)를 검사대상 파이프(P)에 감아서 상기 탄성판(3)에 고정시킨 후에 상기 패커(5)를 팽창시키는데, 이러한 패커(5)의 팽창에 의해 본체(2)는 상승하게 되고, 이러한 본체(2)의 상승에 의해 스프링(241)에는 복원력이 발생된다. 스프링(241)의 복원력에 의해 상기 패커(4)는 파이프(P)를 더욱 가압하게 되어 패커(4) 내부에 주입된 매질(W)의 누설을 더욱 차단토록 하는 것이다.

또한 파이프(P)에서 다른 부분으로 이동시에는 패커(5)를 수축시켜 고정띠(5)에 의한 파이프(P)의 고정을 느슨하게 한후 에 원하는 부분으로 본 발명의 장치(1)를 이동시키고, 그 다음 패커(4) 팽창, 매질(W) 주입, 초음파 송신 및 수신의 절차가 진행되도록 하는 것이다.

한편 도면에서 보는 바와 같이 패커(4)는 대향하는 한쌍의 모서리는 파이프(P)의 형상을 따라 곡면으로 구성되는데, 파이프와 패커가 어느정도의 곡률차이는 가압력에 의해 수밀성이 보장되나, 곡률차이가 많은 경우 가압력에 의해서도 수밀성을 완벽하게 보장하지 못하는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 다양한 직경의 파이프(P)에도 그 적용성을 높이기 위한 실시예가 도 3 및 도 4에 제시되고 있다.

본 실시예에서는 상기 본체(2) 하면에서 대향하는 모서리부분은 곡면을 형성하되, 각각 곡률이 다른 복수의 곡률테두리(25-1, 25-2)가 형성되고, 각 곡률테두리(25-1, 25-2)에는 상기 공기주입노즐(23)이 형성되며, 각 곡률테두리(25-1, 25-2)에는 해당 곡률테두리(25-1, 25-2)와 동일한 곡률의 패커(4-1, 4-2)가 장착되도록 하는 예를 제시하고 있다.

즉 본 실시예에서는 상기 본체(2) 하면에 각각 곡률이 다른 복수의 곡률테두리(25-1, 25-2)가 형성되도록 하는데, 상기 곡률테두리(25-1, 25-2)는 대향하는 한쌍의 모서리는 평활면으로 구성되고, 다른 대향하는 한쌍의 모서리는 곡면으로 형성되되, 각각 곡률이 다르도록 구성되는 것이다.

도 3에서는 외측에 위치하는 곡률테두리(25-1)보다 내측에 위치하는 곡률테두리(25-2)의 곡률이 큰 경우를 나타내고 있다. 이에 따라 외측에 위치하는 곡률테두리(25-1)에 구성되는 패커(4-1)보다 내측에 위치하는 곡률테두리(25-2)에 구성되는 패커(4-1)의 곡률도 크게 구성되도록 하는 것이다.

이와 같이 구성되어 직경이 큰 파이프(P-1)의 비파괴 검사시는 외측에 위치하는 곡률테두리(25-1)에 구성되는 패커(4-1)를 사용하는 것이며, 직경이 작은 파이프(P-2)의 비파괴 검사시는 외측에 위치하는 곡률테두리(25-2)에 구성되는 패커(4-2)를 사용하는 것이다.

즉 본 실시예에 의해 1장치에 의해서도 다양한 직경의 파이프(P)에 대해서 비파괴검사가 가능하도록 하는 것이다. 도면에서는 곡률테두리 및 이에 장착되는 패커가 2개인 경우를 상정하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

또한 본 발명에서는 본 발명의 파이프에 장착시 및 파이프의 타 부분으로 이동하는 과정에서 초음파송수신자(21)가 직접적으로 파이프 또는 파이프에 침적된 이물질과 접촉에 의해 스크래치가 나거나 파손되는 것을 제어하기 위한 실시예가 도 5a 및 도 5b에 도시되고 있다.

본 실시예에서는 상기 본체(2) 하면에는 상기 패커(4) 내측에 돌출테두리(26)가 복수로 형성되도록 하는 것이다. 이와 같이 구성되어 고정띠(5)에 의한 고정시 도 5a에서 보는 바와 같이 패커(4) 팽창전에는 검사대상 파이프(P)의 외주연에 상기 돌출테두리(26)가 접촉된 상태가 되어 초음파송수신자(21)가 직접적으로 파이프 또는 파이프에 침적된 이물질과 접촉을 차단토록 하는 것이다.

또한 상기에서 언급한 바와 같이 비파괴검사가 끝나고 파이프(P)의 타부분으로 이동시에도 돌출테두리(26)만이 파이프(P)에 접촉된 상태로 이동이 이루어지도록 함으로써 접촉면적을 적게 하여 그 유동이 용이하도록 하는 것이며, 이동시 초음파송수신자(21)는 물론 매질주입노즐(22)도 파이프(P) 등에 접촉되어 파손이 발생되는 것을 제어할 수 있는 것이다.

그 다음 도 5b에서 보는 바와 같이 패커(4) 팽창후에는 검사대상 파이프(P)의 외주연과 비접촉이 되도록 하는 것이다. 이를 위해 당연히 팽창후 패커(4)의 높이보다 돌출테두리(26)의 높이가 작게 구성되어야 하는 것이다.

또한 상기 돌출테두리(26)는 도 5a에서 보는 바와 같이 본 발명의 장치(1)를 대상 파이프(P)에 안치후 고정띠(5)에 의한 고정시 본체(2)의 하면과 파이프(P)의 외주연의 곡률이 다름에 따라 발생될 수 있는 편심형성을 제어토록 하는 것이다. 편심이 형성되는 경우 패커(4)에 의한 파이프(P)에 부과되는 가압력이 차이가 발생되어 수밀성이 저하되는 문제가 있을 수 있는데 본 발명에서는 돌출테두리(26)가 구성되어 이러한 문제가 제어되도록 하는 것이다.

또한 본 발명에서는 본 발명의 장치(1)를 대상 파이프(P)에 안치후 고정띠(5)에 의한 고정시 본체(2)의 하면과 파이프(P)의 외주연의 곡률이 다름 등에 따라 발생될 수 있는 편심형성을 제어토록 하는 것은 물론 본 발명의 장치(1)가 완전히 고정후 초음파검사를 하는 과정에서 외력에 의해 발생되는 진동 등에 의해 본 발명의 장치(1)가 파이프(P)에서 틀어짐 등이 발생되어 초음파검사의 정확성을 담보할 수 없는 경우가 있을 수 있는데, 본 발명의 장치(1)가 파이프(P)에서 견고한 고정이 이루어지도록 하는 실시예가 도 6에 제시되고 있다.

본 실시예에서 상기 고정띠(5)에서 슬라이드 되도록 구성되며, 고정띠(5)와 검사대상 파이프(P)의 외주연에 게재되도록 하는 탄성재질의 고정구(6)가 더 구성되도록 하는 예가 제시되고 있다.

상기 고정구(6)는 탄성재질로 구성되고, 파이프(P)와 접할 수 있는 내측면은 경사구배가 형성되도록 하여 고정띠(5)와 검사대상 파이프(P)의 외주연에 게재가 용이하도록 하는 것이다.

본 발명의 장치(1)를 대상 파이프(P)에 안치후 고정띠(5)에 의한 고정후 상기 고정구(6)가 고정띠(5)와 검사대상 파이프(P)의 외주연에 게재되도록 한다. 그후 패커(4)의 팽창시 팽창과정에서 발생될 수 있는 편심의 형성을 제어할 수 있도록 하는 것이다. 또한 고정구(6)에 의한 견고한 고정이 이루어짐으로써 초음파검사를 하는 과정에서 외력에 의해 발생되는 진동 등에 의해 본 발명의 장치(1)가 파이프(P)에서 틀어짐 등이 발생되는 것을 차단토록 할 수 있는 것이다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.

1 : 본 발명의 장치 2 : 본체
3 : 탄성판 4 : 패커
5 : 고정띠

Claims (4)

1. 하면에 초음파송수신자와, 매질주입노즐 및 테두리에 공기주입노즐이 형성되며 상면에 외연에 스프링이 구성되는 탄성바가 형성되는 본체;
   상기 탄성바에 장착되는 탄성판;
   상기 본체 하면의 테두리에 형성되는 패커;
   상기 탄성판에 양단이 착탈되도록 구성되며 검사대상 파이프를 고정하는 고정띠;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 본체 하면의 대향하는 모서리부분은 곡면을 형성하되, 각각 곡률이 다른 복수의 곡률테두리가 형성되고, 각 곡률테두리에는 상기 공기주입노즐이 형성되며, 각 곡률테두리에는 해당 곡률테두리와 동일한 곡률의 패커가 장착됨을 특징으로 하는 초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 본체 하면에는 상기 패커 내측에 돌출테두리가 복수로 형성되되, 패커 팽창전에는 검사대상 파이프의 외주연에 접촉되며 팽창후에는 검사대상 파이프의 외주연과 비접촉이 되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 고정띠에서 슬라이드 되도록 구성되며, 고정띠와 검사대상 파이프의 외주연에 게재되도록 하는 탄성재질의 고정구가 더 구성됨을 특징으로 하는 초음파를 이용한 파이프 비파괴 검사장치.
   

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