KR20240045433A - 수중 로봇을 활용한 폐쇄 관로의 이상 탐지 기술 - Google Patents

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KR20240045433A
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이상협
김호영
김준오
손찬규
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서울대학교산학협력단
청주대학교 산학협력단
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Abstract

배관 검사 장치는 제1 방향으로 연장되는 몸체, 상기 몸체 상에 고정되는 립 스포일러, 상기 몸체에 대해 회전 가능하여, 받음각을 조절할 수 있도록, 상기 몸체에 결합되는 하이드로 포일(Hydrofoil) 및 상기 몸체에 연결되는 결속선을 포함한다.

Description

수중 로봇을 활용한 폐쇄 관로의 이상 탐지 기술{Defect detecting technology for closed pipelines using underwater robot}
본 발명은 배관 검사 장치, 상기 배관 검사 장치를 포함하는 배관 검사 시스템 및 상기 배관 검사 장치를 이용한 배관 검사 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상수도관 등의 유체가 흐르는 폐쇄 관로 내에 투입하여 배관 내의 이상 유무를 검사하는 배관 검사 장치 및 상기 배관 검사 장치를 포함하는 배관 검사 시스템 및 상기 배관 검사 장치를 이용한 배관 검사 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 국내에 있는 상수도관이 노후화로 인해 배관 표면 부식 및 배관의 물리적 파손에 의한 누수 등 다양한 문제가 발생하고 있다. 따라서 배관 내부를 주기적으로 검사하여 노후화에 따른 문제들을 방지하는 것은 오늘날 가장 중요한 문제이다.
종래의 배관 검사 장치는 결속선(The Tether) 및 감지유닛(The Sensing Unit)을 파이프라인 안에 삽입하여 제어하는 메커니즘이다. 그러나 상기 배관 검사 장치는 배관 중심으로 유체에서 부유하여 이동하므로 배관 벽면에는 접근하지 못한다. 따라서, 배관 벽면에 있는 손상부는 정밀한 관찰 및 대응 조치가 불가능하여 검사를 놓쳤을 시에 노후화에 따른 문제점을 야기시킬 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2015-0100882호 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0120338호
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 목적은 배관 벽면에 접근할 수 있는 배관 검사 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 배관 검사 장치를 포함하는 배관 검사 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 배관 검사 시스템을 이용한 배관 검사 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 배관 검사 장치는 제1 방향으로 연장되는 몸체, 상기 몸체 상에 고정되는 립 스포일러, 상기 몸체에 대해 회전 가능하여, 받음각을 조절할 수 있도록, 상기 몸체에 결합되는 하이드로 포일(Hydrofoil) 및 상기 몸체에 연결되는 결속선을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 몸체는 상기 제1 방향을 따라 배치되는 몸체 전단, 몸체 중단 및 몸체 후단을 포함할 수 있다. 상기 립 스포일러, 상기 하이드로 포일은 상기 몸체 전단에 형성될 수 있다. 상기 결속선은 상기 몸체 후단에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배관 검사 장치는 상기 몸체 전단은 실질적으로 원뿔 또는 원뿔대 형상을 가질 수 있다. 상기 립 스포일러는 상기 제1 방향을 따라, 상기 몸체 전단에서 상기 몸체 후단 방향으로 갈수록 폭이 넓어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배관 검사 장치는 상기 하이드로 포일은 유선형의 에어포일 형상을 갖고, 상기 몸체에 대해 회전하여 상기 받음각을 조절하여, 배관 내의 흐르는 유체 상에서 위치와 자세를 변화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 립 스포일러는 제1 립 스포일러, 제2 립 스포일러, 제3 립 스포일러 및 제4 립 스포일러를 포함할 수 있다. 상기 배관 검사 장치는 상기 제1 방향과 평행한 상기 원뿔 또는 원뿔대 형상의 중심축을 기준으로 상기 제1 내지 제4 립 스포일러들은 서로 90도 간격으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 몸체 후단은 반구의 형상을 갖고, 상기 몸체 중단은 원통형의 형상을 가지어, 상기 몸체는 전체적으로 어뢰의 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 몸체 전단에 배관의 내벽의 이상을 감지할 수 있는 감지센서부를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 배관 검사 시스템은 제1 방향으로 연장되는 몸체, 상기 몸체 상에 고정되는 립 스포일러, 상기 몸체에 대해 회전 가능하여, 받음각을 조절할 수 있도록, 상기 몸체에 결합되는 하이드로 포일(Hydrofoil), 및 상기 몸체에 연결되는 결속선을 포함하는 배관 검사 장치를 포함할 수 있다. 상기 결속선의 길이를 조절하는 결속선 조절부를 포함할 수 있다. 상기 결속선 조절부 및 상기 배관 검사 장치의 상기 하이드로 포일의 상기 받음각을 조절하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배관 검사 시스템은 상기 몸체에 몸체의 위치 및 자세를 감지하기 위한 자세확인센서부를 더 포함할 수 있는 상기 배관 검사 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배관 검사 시스템은 상기 몸체 전단은 원뿔 또는 원뿔대 형상을 갖고, 상기 몸체 후단은 반구의 형상을 갖고, 상기 몸체 전단은 원통형의 형상을 특징으로 하는 상기 배관 검사 장치를 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 배관 검사 방법은 제1 방향으로 연장되는 몸체, 상기 몸체 상에 고정되는 립 스포일러, 상기 몸체에 대해 회전 가능하여, 상기 받음각을 조절할 수 있도록, 상기 몸체에 결합되는 하이드로 포일(Hydrofoil), 상기 몸체에 연결되는 결속선을 포함하는 배관 검사 장치, 상기 결속선의 길이를 조절하는 결속선 조절부, 상기 결속선 조절부 및 상기 배관 검사 장치의 상기 하이드로 포일의 상기 받음각을 조절하는 제어부 및 상기 몸체에 설치되고 배관 내부의 이상을 센싱하기 위한 감지센서를 포함하는 배관 검사 시스템을 이용하여, 유체가 흐르는 검사 대상 배관 내에 상기 배관 검사 장치를 삽입하는 배관을 검사할 준비하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결속선의 길이를 조절하여, 상기 배관 내의 상기 배관 검사 장치를 검사 위치로 이동하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 센서를 이용하여 상기 배관의 이상을 파악하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 하이드로 포일의 상기 받음각을 조절하여, 상기 배관 검사 장치의 위치와 자세를 제어하여, 상기 감지센서가 벽면에 접근하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배관 검사 방법은 상기 몸체 전단은 원뿔 또는 원뿔대 형상을 갖고, 상기 몸체 전단에 연결되어 있는 상기 립 스포일러는 제1 방향을 따라 상기 몸체 전단에서 상기 몸체 후단 방향으로 갈수록 폭이 넓어지고, 상기 몸체 전단에 연결되어 있는 상기 하이드로 포일은 유선형의 에어포일 형상을 갖고, 상기 몸체 후단은 반구의 형상을 갖고, 상기 몸체 중단은 원통형의 형상을 특징으로 하는 상기 배관 검사 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 배관 검사 장치는 몸체 내부에는 카메라, 하이드로폰 및 자이로 센서를 포함한다. 상기 장치 몸체의 전단부는 회전이 가능한 하이드로 포일과 우산살 구조를 띤 립 스포일러를 포함하므로 항력과 양력을 생성하여 유체에서 자세를 제어하는데 용이할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 장치를 포함하는 배관검사 시스템의 개략도이다.
도 2는 도 1의 상기 배관 검사 장치를 나타낸 도면이다.
도 3a는 도 2의 상기 배관 검사 장치의 전단 부분을 나타낸 사시도이다.
도 3b는 도 2의 상기 배관 검사 장치의 전단 부분을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2의 상기 배관 검사 장치의 측면을 나타낸 측면도이다.
도 5는 도 1의 상기 배관 검사 시스템을 이용한 배관 검사 방법의 흐름도이다.
도 6은 도 2의 상기 배관 검사 장치가 배관 내에서 작동하도록 제어한 실험 사진이다.
도 7은 도 2의 상기 배관 검사 장치가 배관 벽면에 접근하도록 하이드로 포일을 제어한 실험 사진이다.
도 8은 도2의 상기 배관 검사 장치가 유체 내에서 받는 힘을 유한요소법으로 해석의 결과를 나타낸 도면이다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사 장치를 포함하는 배관검사 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 상기 배관 검사 시스템은 배관 검사 장치(100), 결속선(200), 결속선 조절부(300), 제어부(400) 및 모니터(500)를 포함할 수 있다.
상기 배관 검사 장치(100)는 립 스포일러(120)가 몸체 전단에 고정되어 연결될 수 있다. 상기 배관 검사 장치(100)의 몸체 전단에 특정 회전축에 대하여 회전이 가능한 하이드로 포일(130)이 연결될 수 있다. 상기 립 스포일러(120) 및 상기 하이드로 포일(130)에 대한 자세한 설명은 후술한다. 상기 이 같은 구성을 통해 상기 배관 검사 장치(100)가 배관 벽면에 근접하여 배관 벽면의 이상을 정밀하게 검사할 수 있다.
상기 배관 검사 장치(100)의 몸체 내부에는 배관 검사를 위한 감지센서부를 포함할 수 있다. 상기 감지센서부는 카메라, 초음파 센서, 하이드로폰(hydrophone) 및 pH 센서 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배관 검사 장치(100)는 내시경 카메라를 사용하여 모니터(500)에서 실시간으로 배관 내부의 시각 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라 작업자는 배관 내부의 이상 여부를 직관적으로 확인할 수 있다. 추가적으로 상기 배관 검사 장치(100)는 상기 내시경 카메라의 시야 확보를 위해 LED 전구 등의 조명장치를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배관 검사 장치(100)는 초음파 센서를 이용해 물체까지의 거리를 측정할 수 있다. 이에 따라 상기 배관 검사 장치(100)는 초음파 센서를 상기 몸체 전단에 장착하여 배관 벽면을 감지할 수 있을 것이다. 배관 벽면까지의 거리를 감지함으로써 배관 검사 장치(100)가 배관 벽면에 부딪힐 위험이 생기면 경보음이나 LED를 통해 신호를 발생시켜 위험을 감지할 수 있다.
예를 들어, 상기 배관 검사 장치(100)는 하이드로폰을 이용해 배관 내에 누수로부터 발생하는 음향 신호를 감지할 수 있다. 수중에서는 환경이 복잡하기 때문에 지상에서 운용되는 레이더 및 광학장비 등을 사용하기 어렵다. 따라서, 수중에서 탐지를 위해 1,500m/s의 음속을 가지는 음향 신호를 감지하는 하이드로폰을 사용하게 된다.
상기 하이드로폰을 이용해 음향 신호를 계측한 후 상기 배관 검사 장치(100)가 배관 내에 누수를 확인하기 위해 음향 신호를 실시간으로 분석하는 국소 푸리에 변환(Short Time Fourier Transform(STFT))을 사용할 수 있다. 계측된 음향 정보를 짧은 시간 단위로 분리하여 푸리에 변환을 하는 기법을 사용하여 배관 내에 어떤 주파수 신호가 섞여 있는지를 실시간으로 확인이 가능하다.
하이드로폰에 어떤 주파수가 잡히는 지에 따라 배관 내에 누수의 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 배관 내에 누수가 발생한 경우, 특정 주파수의 신호 크기가 정상 상태의 경우 대비 크게 측정될 수 있다.
예를 들어, 상기 배관 검사 장치(100)는 유리전극과 기준전극 사이의 전위차로 pH 값을 결정하는 pH 센서를 포함할 수 있다. pH 센서를 이용하면 배관 내의 유체 산도를 검출하여 배관의 이상 여부를 판단할 수 있다. 따라서 상기 배관 검사 장치(100)는 상기 pH 센서를 통해 배관 내에 유해화학물을 판별할 수 있다.
또한, 상기 배관 검사 장치(100)의 몸체 내부에는 몸체의 위치 및 자세를 감지하기 위한 자세확인센서부를 포함할 수 있다. 상기 자세확인센서부는 가속도 센서, 자이로 센서(Gyro sensor) 및 IMU 센서 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배관 검사 장치(100)는 x축, y축, z축 방향의 가속도를 측정하는 센서인 상기 가속도 센서를 포함할 수 있다. 상기 가속도 센서는 출력신호를 처리하여 물체의 가속도, 진동 및 충격 등의 동적 힘을 측정할 수 있으며, 상기 가속도 센서를 이용하면 상기 배관 검사 장치(100)의 운동상태를 상세하게 감지할 수 있다.
예를 들어, 상기 자이로 센서는 가속도를 측정하는 상기 가속도 센서와 달리 시간당 회전하는 각도인 각속도를 측정하는 센서이다. 상기 자이로 센서는 회전하는 상기 배관 검사 장치(100)의 역학 운동을 이용하여 위치를 측정하고 방향을 설정해줄 수 있다.
예를 들어, 상기 IMU 센서는 관성 측정 장치로써 상기 가속도 센서와 상기 자이로 센서를 이용하여 상기 배관 검사 장치(100)의 자세를 측정해줄 수 있다. 본 발명에서 상기 IMU 센서는 상기 배관 검사 장치(100)의 균형을 잡을 때 회전한 각도를 측정할 수 있다.
상기 결속선(200)은 몸체 하부의 끝단에 연결되어 상기 제1 방향(D1)으로 연장된다. 상기 결속선(200)은 상기 배관 검사 장치(100) 및 상기 제어부(400)를 연결함으로써 상기 배관 검사 장치(100)와 함께 배관 내부로 들어가게 된다.
본 발명에서는 상기 결속선(200) 내에 광케이블을 삽입할 수 있다. 광케이블은 데이터 전송을 위해서 광섬유로 만든 케이블이다. 광케이블은 단거리 통신만 가능한 구리선과 달리 레이저를 이용해서 통신하기 때문에 최대 70km까지 원거리로 통신을 할 수 있다.
상기 결속선 조절부(300)는 상기 제어부(400)의 명령에 따라 상기 결속선(200)의 길이를 조절하게 된다.
상기 제어부(400)는 상기 결속선 조절부(100)에서 상기 결속선(200)을 감거나 풀 양을 조절하도록 제어하거나 상기 배관 검사 장치(100)의 상기 하이드로 포일의 받음각을 조절한다.
상기 모니터(500)는 상기 배관 검사 장치(100) 내부에 있는 카메라, 초음파 센서, 하이드로폰 및 pH 센서 등을 통해 배관의 벽면 상태를 확인할 수 있다. 상기 모니터(500)는 상기 배관 검사 장치(100)에 연결되어 있는 상기 하이드로 포일(130)의 상기 받음각을 조절하도록 제어부(400)에 명령함으로써 상기 배관 검사 장치(100)의 위치를 옮길 수 있다.
상기 배관 검사 시스템에 대한 세부적인 구성에 대해서는 상기 구성요소들을 중심으로 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1의 상기 배관 검사 장치(100)를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 상기 배관 검사 장치(100)는 몸체(110), 상기 립 스포일러(120) 및 상기 하이드로 포일(130)을 포함한다.
상기 배관 검사 장치(100)의 상기 몸체(110)는 몸체 후단(112), 몸체 중단(114) 및 몸체 전단(116)을 포함할 수 있다. 상기 배관 검사 장치(100)를 유동적으로 움직이기 위해서는 상기 배관 검사 장치(100)가 배관 내의 유체의 저항을 적게 받는 것이 중요하다.
상기 몸체 후단(112)은 반구의 형상을 가질 수 있으며, 상기 제2 및 제3 방향(D2, D3)이 이루는 평면상에 대하여 상기 제2 및 제3 방향(D2, D3)과 수직한 상기 제1 방향(D1)으로 직경이 작아질 수 있다. 상기 몸체 후단(112)의 끝단은 상기 결속선(200)과 연결된다.
상기 몸체 중단(114)은 중공의 원기둥 형태를 띨 수 있으며 상기 제1 방향(D1)으로 일정한 직경을 가질 수 있다. 상기 몸체 중단(114)의 내부에는 하이드로폰, 자이로 센서 및 pH 센서 등을 포함할 수 있다.
상기 몸체 전단(116)은 원뿔 혹은 원뿔대 형상을 띨 수 있으며 상기 제1 방향(D1)으로 직경이 작아질 수 있다. 상기 몸체 전단(116)의 끝단에는 카메라가 위치할 수 있는 공간을 형성할 수 있다. 상기 몸체 전단(116)은 상기 립 스포일러(120) 및 상기 하이드로 포일(130)을 포함할 수 있다.
따라서, 종래의 몸체의 모양과 달리 본 발명에 따른 상기 몸체(110)는 전체적으로 어뢰의 형태를 가짐으로써 유체의 저항을 적게 받아 빠른 이동속도를 내며 상기 배관 검사 장치(100)의 시스템 효율을 발생시킨다.
도 3a 내지 도 3b는 도 2의 상기 배관 검사 장치(100)의 전단 부분(116)을 나타낸 사시도 및 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b를 참조하면, 상기 립 스포일러(120)는 제1 립 스포일러(120a), 제2 립 스포일러(120b), 제3 립 스포일러(120c) 및 제4 립 스포일러(120d)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 립 스포일러(120)는 상기 제1 방향(D1)을 따라 상기 몸체 전단(116)에서 상기 몸체 후단(112) 방향으로 갈수록 폭이 넓어질 수 있다.
상기 배관 검사 장치(100)의 상기 몸체 전단(116)에 상기 제1 방향(D1)을 따라 연장되는 중심선을 기준으로 하여 상기 제2 및 제3 방향(D2, D3)이 이루는 평면 상에 서로 90도 간격으로 상기 제1 립 스포일러(120a), 상기 제2 립 스포일러(120b), 상기 제3 립 스포일러(120c) 및 상기 제4 립 스포일러(120d)가 설치될 수 있다.
또한, 상기 하이드로 포일(130)은 제1 하이드로 포일(130a), 제2 하이드로 포일(130b), 제3 하이드로 포일(130c) 및 제4 하이드로 포일(130d)을 포함할 수 있다.
상기 배관 검사 장치(100)의 상기 몸체 전단(116)에 상기 제1 방향(D1)을 따라 연장되는 중심선을 기준으로 하여 상기 제2 및 제3 방향(D2, D3)이 이루는 평면 상에 서로 90도 간격으로 상기 제1 하이드로 포일(130a), 상기 제2 하이드로 포일(130b), 상기 제3 하이드로 포일(130c) 및 상기 제4 하이드로 포일(130d)이 배치될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 립 스포일러들(120a, 120b, 120c, 120d)과 상기 제1 내지 제4 하이드로 포일들(130a, 130b, 130c, 130d)은 상기 몸체 전단(116)의 표면을 따라 서로 번갈아 가며 배치될 수 있다.
도 4는 도 2의 상기 배관 검사 장치(100)의 측면을 나타낸 측면도이다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 내지 제4 립 스포일러(120)는 단면에 굴곡이 있을 수 있으며 상기 몸체 전단(116)에 연결되어 있는 지지대(118,119)를 통해 상기 몸체 전단(116)에 고정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 립 스포일러(120a)는 상기 제1 및 제2 방향(D1, D2)이 이루는 평면 상에서 굴곡이 있을 수 있다. 상기 립 스포일러(120)는 상기 배관 검사 장치(100)가 배관 내를 움직일 때 이 움직임에 저항하는 항력을 생성하여 상기 배관 검사 장치(100)의 움직임을 안정하게 한다.
도 4를 참조하면, 상기 하이드로 포일(130)은 옆면의 전단을 곡선으로 둥글게 하고, 후단으로 갈수록 뾰족하게 한 형태인 유선형의 에어포일 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 하이드로 포일(130d)은 상기 제1 및 제3 방향(D1, D3)이 이루는 평면 상에서 상기 제1 방향(D1)의 끝단은 곡선으로 둥글게 하고 상기 제1 방향(D1)의 반대 방향으로 갈수록 뾰족하게 한 형태를 가진다.
상기 하이드로 포일(130)은 상기 몸체 전단(116)과 연결된 회전축을 중심으로 소정의 각도로 회전이 가능하다. 예를 들면, 상기 하이드로 포일(130)의 길이 방향 절단선을 기준으로 유체의 흐름 방향과의 각도 즉, 상기 받음각(Angle of attack)을 변화시킬 수 있다. 상기 받음각을 증가시킬수록 유체가 상기 하이드로 포일(130)의 주위에 흐를 때 유체의 흐름에 대하여 수직 방향으로 발생하는 힘인 양력이 증가한다.
따라서, 상기 하이드로 포일(130)의 유선형의 에어포일 형상과 상기 하이드로 포일(130)을 유체의 흐름에 따라 회전시킴으로써 상기 하이드로 포일(130)에 양력을 생성하여 상기 배관 검사 장치(100)의 자세를 제어할 수 있다.
상기 몸체 전단(116)은 상기 립 스포일러(120) 및 상기 하이드로 포일(130)로 인해 압력이 높은 수중에서 안정적으로 물의 저항을 견딜 수 있다. 또한, 유체 유속 변화나 상기 배관 검사 장치(100)의 위치를 이동함에도 불구하고 상기 배관 검사 장치(100)의 위치를 유동적으로 변화시킬 수 있다.
도 5는 도 1의 상기 배관 검사 시스템을 이용한 배관 검사 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 상기 배관 검사 방법은 상기 배관을 검사할 준비하는 단계(S10), 상기 배관 검사 장치(100)를 이동하는 단계(S20), 상기 배관의 이상 여부를 파악하는 단계(S30) 및 상기 감지센서가 벽면에 접근하는 단계(S40)를 포함한다.
상기 배관을 검사할 준비하는 단계(S10)에서는, 도 1의 배관 검사 시스템을 이용하여, 유체가 흐르는 검사 대상 배관 내에 상기 배관 검사 장치(100)를 삽입할 수 있다.
상기 배관 검사 장치(100)를 이동하는 단계(S20)에서는, 상기 결속선 조절부(300)에서 상기 결속선(200)의 길이를 조절하여, 상기 배관 내에 상기 배관 검사 장치(100)를 삽입할 수 있다.
상기 배관의 이상을 파악하는 단계(S30)에서는, 상기 배관 검사 장치(100)에 결합된 상기 감지 센서를 통해 상기 배관 내에 이상 여부를 판단할 수 있다.
상기 감지센서가 벽면에 접근하는 단계(S40)에서는, 상기 제어부(400)를 통해 상기 하이드로 포일(130)의 상기 받음각을 조절하여 상기 배관 검사 장치(100)의 위치와 자세를 제어할 수 있다.
도 6은 도 2의 상기 배관 검사 장치(100)가 배관 내에서 작동하도록 제어한 실험 사진이다.
도 6을 참조하면, 상기 배관 검사 장치(100)의 작동 속도는 유체의 속도와 동일하다. 예를 들어, 유체의 유속이 0.63m/s일 경우에 상기 배관 검사 장치(100)의 속도도 0.63m/s가 될 것이다. 또한, 상기 배관 검사 장치(100)는 Pitch와 Yaw 방향의 자세 제어가 가능하다. 상기 배관 검사 장치(100)의 상기 하이드로 포일(130)을 회전시켰을 때 상기 배관 검사 장치(100)는 최대 21도만큼 자세가 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
도 7은 도 2의 상기 배관 검사 장치(100)가 배관 벽면에 접근하도록 시뮬레이션한 사진이다.
도 7을 참조하면, 상기 배관 검사 장치(100)가 수조의 벽면에 가까이 접근한 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, 사진 (a)에 따르면 상기 제2 및 제4 하이드로 포일(120b, 120d)을 상기 제3 방향(D3)의 반대 방향으로 회전하여 상기 배관 검사 장치(100)의 상기 몸체 전단(116)이 수조의 상측 내벽에 근접한 상태에서 안정적으로 자세를 제어할 수 있었다.
사진 (b)에 따르면 상기 제2 및 제4 하이드로 포일(120b, 120d)을 상기 제3 방향(D3)으로 회전하여 상기 배관 검사 장치(100)의 상기 몸체 전단(116)이 수조의 하측 내벽에 근접한 상태에서 안정적으로 자세를 제어할 수 있었다.
사진 (c)에 따르면 상기 제1 및 제3 하이드로 포일(120a, 120c)을 상기 제3 방향(D3)의 반대 방향으로 회전하여 상기 배관 검사 장치(100)의 상기 몸체 전단(116)이 수조의 상좌측 내벽에 근접한 상태에서 안정적으로 자세를 제어할 수 있었다.
사진 (d)에 따르면 상기 제1 및 제3 하이드로 포일(120a, 120c)을 상기 제3 방향(D3)으로 회전하여 상기 배관 검사 장치(100)의 상기 몸체 전단(116)이 수조의 우측 내벽에 근접한 상태에서 안정적으로 자세를 제어할 수 있었다.
도 8은 도 2의 상기 배관 검사 장치(100)가 유체 내에서 받는 힘을 유한요소법으로 해석의 결과를 나타낸 형상이다.
도 8을 참조하면, 도면 (a)는 상기 몸체(110)만 주행했을 때 유체 항력에 기인한 추력의 시뮬레이션이다. 도면 (b)는 상기 몸체(110)와 상기 하이드로 포일(130)을 상기 몸체 전단(116)에 연결하여 주행했을 때 유체 항력에 기인한 추력의 시뮬레이션이다. 도면 (c)는 상기 몸체(110)와 상기 하이드로 포일(130)과 상기 립 스포일러(120)를 상기 몸체 전단(116)에 연결하여 주행했을 때 유체 항력에 기인한 추력의 시뮬레이션이다.
상기 몸체(110)만 주행했을 때는 상기 배관 검사 장치(100)의 항력이 0.52N이 나왔다. 하지만, 상기 몸체(110)에 상기 하이드로 포일(130)을 연결했을 때는 상기 배관 검사 장치(100)의 항력이 상기 몸체(110)만 작동시켰을 때보다 2.3배가 높게 나온 것을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 하이드로 포일(130)과 상기 립 스포일러(120)를 연결했을 때는 상기 배관 검사 장치(100)의 항력이 상기 몸체(110)만 작동시켰을 때보다 6.7배가 높게 나온 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 상기 배관 검사 장치(100)는 유체 항력을 생성하는데 적합하게 디자인한 것을 확인할 수 있었다.
상기 립 스포일러(120) 및 상기 하이드로 포일(130)을 상기 몸체(110)에 연결함으로써 상기 몸체(110)는 14.9%, 상기 립 스포일러(120)는 19.1% 그리고 상기 하이드로 포일(130)은 66.0%로 추력의 기여도가 분산되게 상기 몸체(110)를 디자인함으로써 주행의 안정성이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 제1 기판 110: 몸체
118: 지지대 119: 지지대
120: 립 스포일러 130: 하이드로 포일
200: 결속선 300: 결속선 조절부
400: 제어부 500: 모니터

Claims (12)

  1. 제1 방향으로 연장되는 몸체;
    상기 몸체 상에 고정되는 립 스포일러;
    상기 몸체에 대해 회전 가능하여, 받음각을 조절할 수 있도록, 상기 몸체에 결합되는 하이드로 포일(Hydrofoil); 및
    상기 몸체에 연결되는 결속선을 포함하는 배관 검사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 제1 방향을 따라 배치되는 몸체 전단, 몸체 중단 및 몸체 후단을 포함하고,
    상기 립 스포일러, 상기 하이드로 포일은 상기 몸체 전단에 형성되고,
    상기 결속선은 상기 몸체 후단에 연결되는 것을 특징으로 하는 배관 검사 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸체 전단은 실질적으로 원뿔 또는 원뿔대 형상을 갖고,
    상기 립 스포일러는 상기 제1 방향을 따라, 상기 몸체 전단에서 상기 몸체 후단 방향으로 갈수록 폭이 넓어지는 것을 특징으로 하는 배관 검사 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하이드로 포일은 유선형의 에어포일 형상을 갖고, 상기 몸체에 대해 회전하여 상기 받음각을 조절하여, 배관 내의 흐르는 유체 상에서 위치와 자세를 변화할 수 있는 것을 특징으로 하는 배관 검사 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 립 스포일러는 제1 립 스포일러, 제2 립 스포일러, 제3 립 스포일러 및 제4 립 스포일러를 포함하고,
    상기 제1 방향과 평행한 상기 원뿔 또는 원뿔대 형상의 중심축을 기준으로 상기 제1 내지 제4 립 스포일러들은 서로 90도 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배관 검사 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 몸체 후단은 반구의 형상을 갖고, 상기 몸체 중단은 원통형의 형상을 가지어, 상기 몸체는 전체적으로 어뢰의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배관 검사 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 몸체 전단에 배관의 내벽의 이상을 감지할 수 있는 감지센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 장치.
  8. 제1 방향으로 연장되는 몸체, 상기 몸체 상에 고정되는 립 스포일러, 상기 몸체에 대해 회전 가능하여, 받음각을 조절할 수 있도록, 상기 몸체에 결합되는 하이드로 포일(Hydrofoil), 및 상기 몸체에 연결되는 결속선을 포함하는 배관 검사 장치;
    상기 결속선의 길이를 조절하는 결속선 조절부; 및
    상기 결속선 조절부 및 상기 배관 검사 장치의 상기 하이드로 포일의 받음각을 조절하는 제어부를 포함하는 배관 검사 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 몸체의 위치 및 자세를 감지하기 위한 자세확인센서부를 상기 몸체에 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 배관 검사 장치를 포함하는 배관 검사 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 몸체 전단은 원뿔 또는 원뿔대 형상을 갖고,
    상기 몸체 후단은 반구의 형상을 갖고,
    상기 몸체 전단은 원통형의 형상을 특징으로 하는 상기 배관 검사 장치를 포함하는 배관 검사 시스템.
  11. 제1 방향으로 연장되는 몸체, 상기 몸체 상에 고정되는 립 스포일러, 상기 몸체에 대해 회전 가능하여, 받음각을 조절할 수 있도록, 상기 몸체에 결합되는 하이드로 포일(Hydrofoil), 상기 몸체에 연결되는 결속선을 포함하는 배관 검사 장치; 상기 결속선의 길이를 조절하는 결속선 조절부; 상기 결속선 조절부 및 상기 배관 검사 장치의 상기 하이드로 포일의 상기 받음각을 조절하는 제어부; 및 상기 몸체에 설치되고 배관 내부의 이상을 센싱하기 위한 감지센서를 포함하는 배관 검사 시스템을 이용하여, 유체가 흐르는 검사 대상 배관 내에 상기 배관 검사 장치를 삽입하는 배관을 검사할 준비하는 단계;
    상기 결속선의 길이를 조절하여, 상기 배관 내의 상기 배관 검사 장치를 검사 위치로 이동하는 단계;
    상기 센서를 이용하여 상기 배관의 이상을 파악하는 단계;
    상기 하이드로 포일의 상기 받음각을 조절하여, 상기 배관 검사 장치의 위치와 자세를 제어하여, 상기 감지센서가 벽면에 접근하는 단계를 포함하는 배관 검사 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 몸체 전단은 원뿔 또는 원뿔대 형상을 갖고,
    상기 몸체 전단에 연결되어 있는 상기 립 스포일러는 제1 방향을 따라 상기 몸체 전단에서 상기 몸체 후단 방향으로 갈수록 폭이 넓어지고,
    상기 몸체 전단에 연결되어 있는 상기 하이드로 포일은 유선형의 에어포일 형상을 갖고,
    상기 몸체 후단은 반구의 형상을 갖고,
    상기 몸체 중단은 원통형의 형상을 특징으로 하는 상기 배관 검사 장치를 포함하는 배관 검사 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150100882A (ko) 2012-12-28 2015-09-02 퓨어 테크놀러지즈 리미티드 파이프라인용 결속된 감지 시스템
KR20160120338A (ko) 2014-02-13 2016-10-17 코닝 인코포레이티드 초 저 용융 유리 프릿 및 섬유

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