KR20230109221A - 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법 - Google Patents

상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트 라이닝이 구비된 상수도관의 내부 결함을 검사하는 과정에서 라이닝과 파이프의 경계면에서 음속을 다르게 조정하여 정확한 결함 검사가 가능하도록 하는 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 내부용접부에 대한 검사의 편의성이 향상되어 용이하게 상수도관 내부용접부에 대하여 품질검사가 가능해지며, 초음파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 신뢰성 높은 상수도관 내부용접부에 대한 품질검사가 가능한 효과가 있다.

Description

상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법{CALIBRATION METHOD OF SONIC SPEED FOR TEST DEVICE}
본 발명은 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 시멘트 라이닝이 구비된 상수도관의 내부 결함을 검사하는 과정에서 라이닝과 파이프의 경계면에서 음속을 다르게 조정하여 정확한 결함 검사가 가능하도록 하는 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법에 관한 것이다.
대구경을 가진 두 개의 상수도관을 연결하기 위한 용접방법으로 강관 겹치기 용접 접합이 주로 사용되고 있는데, 이러한 강관 겹치기 용접 접합에 의한 상수도관 용접부위의 품질 및 상태를 현장에서 검사하기 위하여 주로 비파괴검사법을 이용한다.
비파괴검사는 공작물의 제품완전성이나 표면상태를 변형시키지 않고 검사하는 방법으로, 침투탐상검사법, 자분탐상검사법, 초음파탐상검사법, 방사선투과검사법, 와류탐상검사법, 누설검사법 등이 있으며 재료의 표면 결함이나 내부 결함을 관찰하는 데 쓰인다.
종래에는 강관 겹치기 용접 접합에 의한 상수도관의 용접부위를 검사하는 비파괴검사방법으로 방사선투과검사법을 주로 사용하고 있었으나, 현재 방사능 피폭 위험에 따른 규제강화로 방사선투과검사법을 이용한 비파과검사의 수행이 어려워지고 있는 실정이다.
따라서, 강관 겹치기 용접 접합에 의한 상수도관의 용접부위를 비파괴검사하기 위하여 침투탐상검사법과 자분탐상검사법이 사용되고 있으나, 침투탐상검사법과 자분탐상검사법에 의한 비파괴검사는 용접부위에 대한 내부검사가 어렵다는 문제점이 있다.
또한 상수도관의 내부용접부의 용접상태를 비파괴적으로 검사하기 위하여 검사자가 검사장치를 소지하여 상수도관 내부로 들어가야한다. 그러나 보통 상수도관은 검사자가 검사장치를 소지하여 용이하게 드나들만큼의 폭으로 제작되지 않는 경우가 많으므로 내부용접부의 용접상태를 검사하는 데 불편하다는 문제점이 있다.
KR 10-2008-0020239 A KR 10-2013-0080640 A
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 상수도관의 초음파 검사 과정에서 지속적으로 에코가 발생하는 지점의 깊이를 파악하고, 해당 깊이를 라이닝 구간으로 설정하여 음속을 변화시키는 것을 특징으로 하는 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 시멘트 라이닝(12)이 구비된 상수도관(10)의 내부 결함을 검사하는 과정에서 상기 라이닝(12)과 파이프(11)의 경계면에서 음속을 다르게 조정하여 검사하는 품질검사장치(100)의 음속조정 방법으로서, 상기 품질검사장치(100)를 상기 상수도관(10)의 외부 벽면에 고정시킨 상태에서 상기 상수도관(10)에 설치된 상기 파이프(11)의 검사를 시작하는 단계와; 상기 품질검사장치(100)를 상기 상수도관(10)의 외부 벽면에서 원주를 따라 이동시키면서 프로브(108)를 통해 초음파를 연속적으로 조사하고, 상기 프로브(108)가 지속적인 에코가 발생하는 지점을 확인하는 단계와; 제어부(102)가 내부의 공동(14)에서 발생되는 피크치의 크기보다 작으면서 매질 내부의 초음파의 피크치의 크기보다 큰 부분이 지속적으로 나타나는 영역을 감지하고, 이 영역을 라이닝(12)이 위치한 곳으로 결정하는 단계와; 음속조정부(112)가 상기 라이닝(12)이 존재하는 영역에서의 초음파의 음속을 조정하는 단계와; 상기 제어부(102)가 상기 음속의 조정된 수치를 반영하여 상기 파이프(11)의 검사를 다시 진행하는 단계;를 포함한다.
상기 파이프(11)는 철재로 구성되며, 상기 라이닝(12)은 시멘트나 콘크리트, 합성수지 중의 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
영상처리부(110)는 상기 파이프(11)와 상기 라이닝(12)의 실제 영역의 거리 또는 두께를 반영하여 내부 영상을 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 음속조정부(112)는 상기 라이닝(12) 영역에서의 음속이 상기 파이프(11) 영역에서의 음속에 비해 작아지도록 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(102)는 첫 번째 에코 발생 위치로부터 마지막 에코 발생 위치까지가 라이닝(12)이 존재하는 영역으로 간주하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 내부용접부에 대한 검사의 편의성이 향상되어 용이하게 상수도관 내부용접부에 대하여 품질검사가 가능해지며, 초음파를 이용하여 비파괴적인 방법으로 신뢰성 높은 상수도관 내부용접부에 대한 품질검사가 가능한 효과가 있다.
도 1은 상수도관의 외부에서 초음파로 내부 결함을 검사하는 방법을 나타낸 개념도.
도 2는 상수도관의 내부의 구조를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 품질검사장치의 구성요소를 나타낸 블럭도.
도 4는 상수도관의 내부에서 초음파의 진행 상태를 나타낸 단면도.
도 5는 품질검사장치가 측정한 값을 영상으로 나타낸 그래프.
도 6은 음속조정 방법의 과정을 나타낸 순서도.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법"을 설명한다.
도 1은 상수도관의 외부에서 초음파로 내부 결함을 검사하는 방법을 나타낸 개념도이며, 도 2는 상수도관의 내부의 구조를 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 품질검사장치의 구성요소를 나타낸 블럭도, 도 4는 상수도관의 내부에서 초음파의 진행 상태를 나타낸 단면도, 도 5는 품질검사장치가 측정한 값을 영상으로 나타낸 그래프, 도 6은 음속조정 방법의 과정을 나타낸 순서도이다.
통상적으로 지중에 매립되는 상수도관(10)은 철제로 된 파이프(11)의 내부 벽면에 부식을 방지하기 위한 라이닝(12)이 코팅된 상태로 제작된다. 라이닝(12)은 시멘트나 콘크리트, 합성수지 등의 소재로 제작되며, 일정한 두께를 가지고 파이프(11)의 내부 벽면을 감싸면서 물이 철제 파이프(11)에 직접 닿지 않도록 차단하는 역할을 한다.
그런데, 이중 구조로 된 상수도관(10), 특히 철재 파이프(11)의 내부 벽면에 시멘트 라이닝(12)이 부착된 구조의 상수도관(10)의 내부 결함을 초음파로 검사하기 위해서 외부 벽면에서 프로브(108)를 통해 초음파를 조사하면, A-스캔 결과만 볼 수 있다. 그리고 철재 파이프(11)의 외부 표면은 매우 거칠어서 많은 노이즈가 생길 수 있다. 또한 파이프(11)의 내부에 위치한 시멘트 라이닝(12)과의 경계면에서 많은 간섭이 생기면서 초음파 수신부에 지속적으로 노이즈나 에코가 혼합될 수 있으며, 이로 인해 내부 결함 검사에 오류가 발생한다.
본 발명에서는 파이프(11)와 라이닝(12)의 이중 구조를 초음파 검사 결과로부터 파악하고, 각각의 매질에서 초음파의 음속이 서로 달라지도록 품질검사장치(100)의 설정을 변화시키는 방법을 사용한다. 즉, 초음파가 통과하는 매질의 특성을 확인하여 라이닝(12)이 위치한 부분을 특정하고, 해당 영역에 조사되는 초음파의 음속을 변경시켜 철재 파이프(11) 내부의 공동(14)만 표시되도록 한다.
품질검사장치(100)는 원통형인 상수도관(10)의 외부 벽면에서 원주를 따라 이동하면서 프로브(108)를 외부 벽면에 밀착하여 내부 결함을 검사한다. 통상적으로 상수도관(10)에서 가장 많은 내부 결함이 발생하는 영역이 용접 경계선이므로, 이 부분을 집중적으로 검사한다.
풀질검사장치()에는 각 구성요소의 동작을 제어하고 신호변환을 처리하는 제어부(102)와, 프로브(108)가 상수도관(10)의 외부 벽면을 타고 이동할 수 있도록 하는 이송장치(104)가 구비된다.
그리고 초음파 검사 결과를 영상으로 표시하는 디스플레이(106)와, 초음파를 파이프(11) 및 라이닝(12)의 내부로 인가하는 프로브(108)가 구비된다.
또한 프로브(108)를 통해 수신되는 반사된 초음파의 파형을 그래프로 표현하는 영상처리부(110)가 구비된다.
그리고 라이닝(12)이 존재하는 영역의 초음파의 음속을 변화시킬 수 있도록 하는 음속조정부(112)가 구비된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 프로브(108)에서 인가된 초음파 신호는 파이프(11)와 라이닝(12)의 내부로 인가되며, 각각의 경계면에서 일부는 반사되어 프로브(108)로 되돌아오고, 반사되지 않은 초음파는 매질을 통과하여 지나간 후 다음 경계면에서 반사되어 되돌아온다. 프로브(108)는 초음파를 송신하는 수단과 수신하는 수단이 모두 구비되며, 반사되어 돌아온 초음파의 출력과 지연시간 등을 감지하여 내부 특성을 확인한다.
초음파가 인가되는 영역에 존재하는 공동(14)은 내부 결함으로 간주되며, 공동(14)에서 반사되는 초음파의 피크치는 정상적인 금속 내부나 경계면에서 반사되는 초음파의 피크치보다 훨씬 크기 때문에 공동(14)의 존재 여부와 크기 등을 확인할 수 있다.
프로브(108)에서 조사된 초음파가 파이프(11)와 라이닝(12)의 표면으로부터 수직으로 인가된다고 가정하면, 파이프(11)의 외부 표면과 내부 표면, 라이닝의 외부 표면과 내부 표면에서 각각 초음파의 반사가 발생한다.
시멘트 소재로 된 라이닝(12) 내부에서의 초음파의 음속은 철재 파이프(11) 내부에서의 음속에 비해 작아진다. 일반적으로 대기중에서의 초음파의 음속은 대략 340 m/s 정도 되는데, 물 속에서는 이 음속이 1500 m/s 정도로 더 커진다. 그리고 시멘트나 콘크리트 매질에서는 대략 4,000~5,000 m/s 정도가 되며, 강(steel) 재질의 매질에서는 5,600 m/s 전후가 된다. 따라서 초음파의 음속을 조절함으로서 각 매질에서의 반사파의 피크치를 달라지게 변화시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상수도관(10)의 내부로 인가된 초음파는 각각의 매질을 통과하면서 경계면이나 공동(14)에서 반사되며, 반사되는 초음파는 매질을 통과하는 초음파에 비해 큰 피크치를 나타내게 된다. 도 5의 그래프에서 가로축은 초음파의 진행거리(D)를 나타내며, 세로축은 감지된 초음파의 출력(P)을 나타낸다.
파이프(11) 내부를 진행하던 초음파가 A 거리에서 공동(14)과 만나면서 가장 큰 피크치를 나타낸다. 그리고 B 거리와 C 거리에서도 중간 크기의 피크치가 나타나는데, 이는 라이닝(12)의 경계면이라고 볼 수 있다. 라이닝(12)의 내부에서는 시멘트나 콘크리트의 밀도나 수분 함유량, 경도 등에 따라 초음파의 음속이 달라지면서 약한 크기의 에코가 나타난다.
제어부(102)는 공동(14)의 존재를 표시하는 피크치가 나타난 위치와 출력을 라이닝(12)이 존재하는 영역의 위치와 출력과 비교한다. 그리고 이 영역(B-C 사이의 영역)이 라이닝(12) 영역인 것으로 판단한다. 그리고 이 영역에서는 초음파의 음속을 조정한다.
이와 같은 과정에 대해서는 도 6을 참조하여 설명한다.
먼저, 상수도관(10)에 설치된 파이프(11)의 검사를 시작한다.(S102) 검사를 위해서는 품질검사장치(100)를 상수도관(10)의 외부 벽면에 고정시킨다.
품질검사장치(100)를 상수도관(10)의 외부 벽면에서 원주를 따라 이동시키면서 프로브(108)를 통해 초음파를 연속적으로 조사한다. 그리고 프로브(108)가 지속적인 에코가 발생하는 지점을 확인한다.(S104) 제어부(102)는 공동(14)에서 발생되는 피크치의 크기보다 작으면서 매질 내부의 초음파의 피크치의 크기보다 큰 부분이 지속적으로 나타나는 영역을 감지한다.
제어부(102)는 이와 같은 영역을 라이닝(12)이 위치한 곳으로 결정한다.(S106) 첫 번째 에코 발생 위치로부터 마지막 에코 발생 위치까지가 라이닝(12)이 존재하는 영역이 될 것이다.
음속조정부(112)는 라이닝(12)이 존재하는 영역에서의 초음파의 음속을 조정한다.(S108) 철재 파이프(11)의 내부에서 초음파의 음속은 5,600 m/s 전후가 되는데, 시멘트나 콘크리트 내부에서는 이보다 작아져야 하므로, 라이닝(12)이 존재하는 영역의 실제 거리(라이닝의 두께)가 더 작아질 것이다. 음속조정부(112)는 라이닝 영역에서는 초음파의 통과 속도가 파이프 영역에 비해 작아지면서 그래프에서 나타나는 거리에 비해 실제 영역의 거리가 작아지는 것으로 판단한다. 따라서 파이프(11)의 두께에 비해 라이닝(12)의 두께는 도 5에 나타난 거리의 비율 보다 작아지는 것으로 계산한다.
제어부(102)는 이와 같이 음속을 조정한 수치를 반영하여 파이프(11)의 검사를 다시 진행하고, 철재 영역과 시멘트 영역에서의 음속이 달라진 수치를 반영한다.(S110) 영상처리부(110)는 이와 같이 파이프(11)와 라이닝(12)의 실제 영역의 거리 또는 두께를 반영하여 내부 영상을 구성한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 상수도관 11 : 파이프
12 : 라이닝 13 : 내부이송공간
14 : 공동 100 : 품질검사장치

Claims (5)

  1. 시멘트 라이닝(12)이 구비된 상수도관(10)의 내부 결함을 검사하는 과정에서 상기 라이닝(12)과 파이프(11)의 경계면에서 음속을 다르게 조정하여 검사하는 품질검사장치(100)의 음속조정 방법으로서,
    상기 품질검사장치(100)를 상기 상수도관(10)의 외부 벽면에 고정시킨 상태에서 상기 상수도관(10)에 설치된 상기 파이프(11)의 검사를 시작하는 단계와;
    상기 품질검사장치(100)를 상기 상수도관(10)의 외부 벽면에서 원주를 따라 이동시키면서 프로브(108)를 통해 초음파를 연속적으로 조사하고, 상기 프로브(108)가 지속적인 에코가 발생하는 지점을 확인하는 단계와;
    제어부(102)가 내부의 공동(14)에서 발생되는 피크치의 크기보다 작으면서 매질 내부의 초음파의 피크치의 크기보다 큰 부분이 지속적으로 나타나는 영역을 감지하고, 이 영역을 라이닝(12)이 위치한 곳으로 결정하는 단계와;
    음속조정부(112)가 상기 라이닝(12)이 존재하는 영역에서의 초음파의 음속을 조정하는 단계와;
    상기 제어부(102)가 상기 음속의 조정된 수치를 반영하여 상기 파이프(11)의 검사를 다시 진행하는 단계;를 포함하는, 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파이프(11)는 철재로 구성되며, 상기 라이닝(12)은 시멘트나 콘크리트, 합성수지 중의 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    영상처리부(110)는 상기 파이프(11)와 상기 라이닝(12)의 실제 영역의 거리 또는 두께를 반영하여 내부 영상을 구성하는 것을 특징으로 하는, 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음속조정부(112)는 상기 라이닝(12) 영역에서의 음속이 상기 파이프(11) 영역에서의 음속에 비해 작아지도록 설정하는 것을 특징으로 하는, 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(102)는 첫 번째 에코 발생 위치로부터 마지막 에코 발생 위치까지가 라이닝(12)이 존재하는 영역으로 간주하는 것을 특징으로 하는, 상수도관 내부용접부 품질검사장치의 음속조정 방법.
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