연구과제명

 · 지능형 피그 개발

연구개발 목표

 · 배관 내부 상태, 관벽의 부식/침식 및 균열 등의 결함을 탐지하고 진단하는 지능형

  피그를 개발하고, 중화학 설비 배관 라인에 현장 적용하여 사업화를 추진함

연구 개발 세부 목표

 · 각 기능별로 지능형 피그 모듈에 적용될 요소기술과 장치를 연차적으로 개발

 · 1단계(1~4차년도) 과제 수행을 통해 개발된 카메라 모듈, IRIS 피그 모듈을 내구성과

  신뢰성을 높이고 현장에 적용할 수 있도록 개선하여 참여기업이 이 제품을 활용하여

  배관진단 서비스를 하도록 한다.

 · 2단계(5~6차년도)에는 수 십 개 이상의 초음파 트랜스듀서를   지능형 피그 원통

  주위에 장착하여 IRIS 피그에 비해 보다 빠른 속도와 정밀도로 배관 내/외부의

  메탈로스를 측정하는 메탈로스 측정용 지능형 피그를 Lab용으로 개발한다.

 · 2단계 1차년도에 개발한 단위 센싱유닛을 10여개 이상 장착하고 배관의 메탈로스를

  측정할 수 있는 지능형 피그를 Lab용으로 개발해서 그 성능 조사 및 문제점을 개선한다.

1단계 개발 지능형 피그 모듈 상용화

카메라 모듈 개듈

IRIS 모듈 개선

 · Strobo 조명

 · LED 조명

 · IRIS 피그 헤드 소형화

 · 돌기형 몸체 적용

 · 미러 면적 확대 및 수신파 가이드

카메라 모듈 성능 Lab 시험

IRIS 모듈 성능 Lab 시험

카메라 모듈 현장 적용성 시험

IRIS 모듈 현장 적용성 시험

배관 메탈로스 측정 지능형 피그 개발

UT기반 메탈 로스 단위센싱 기술 개발

다수의 초음파 Probe를 하나의 유닛으로 하는 UT기반 메탈로스 단위센싱기술 개발

단위세싱유닛 초음파 송수신·신호처리 장치 개발

단위센싱유닛 결함인자별 특성시험

1단계 개발 지능형 피그 모듈 상용화

카메라 모듈 상용화 지원

IRIS 모듈 상용화 지원

크기가 다른 배관용 카메라 모듈 제작 기술지원

크기가 다른 배관용 IRIS 모듈 제작 기술지원

배관 메탈로스 측정 지능형 피그 개발

UT기반 메탈로스 멀티 센싱 기술 개발

다량의 센서로부터 멀티플렉싱 기능으로 센싱하는 시스템 개발

UT기반 metal loss측정 지능형 피그 Lab용 제작

센서수를 적게 장착한 Lab시험용 모듈제작

배관 결함 인자별 멀티센싱 신호특성 규명

주변 센서와의 간섭특성 규명

관 크기에 따라 센서 배열 최적화 방법 개발

결함형상 자동인식 및 리포팅 S/W 개발

배관결함시험 리그에서 결함인자별 인식성능 파악 및 S/W 개선

연구과제명

 · 유도파 이용 지중매설 파이프 진단기술 고도화

연구개발 목표

 · 보온재가 덮혀 있거나 지하에 매설된 파이프에서 장거리를 전파할 수 있으면서

  동시에 결함에 대한 민감도가 높은 유도초음파 가진 모드 선정방법 개발

연구 개발 세부 목표

 · 현장에서 사용되는 다양한 종류의 토양에 대한 파동학적 특성을 규명하고

  이를 데이터베이스로 구축

 · 개발된 방법을 현장에 적용하여 현장 적용성 및 방법의 타당성 검토

 · 유체 함입 지하 매설 파이프에서 장거리를 전파할 수 있으면서 동시에

  결함에 대한 민감도가 높은 가진 모드 선정방법 개발

 · 배관 내에 존재하는 슬러지에 민감한 모드를 규명하고 이를 이용하여 지중

  매설 파이프의 슬러지 검출방법 개발

 · 개발된 방법을 현장에 적용하여 현장 적용성 및 방법의 타당성 검토

토양 특성 규명

 · 파동의 분산성(위상속도, 군속도, 감쇠 등)을 해석하기 위해서는 토양의 종방향, 전단방향 파동전파 특성 규명이 필수

 · 파이프가 매립된 토양(진흙, 모래, 황토 등)의 점성 및 감쇠, 종 방향, 전단방향 파동 전파속도 등을 규명

 · 강철봉에 압전소자를 부착하여 축방향 유도파를 입사하고 반사된 신호를 측정하여 매설 깊이에 따른 감쇠 규명

토양 감쇠 및 벌크 속도

토양 감쇠 측정

T(0,1) 모드 감쇠 및 결함 검출

T(0,1) 모드의 감쇠

제작된 토조를 활용한 결함검출

· 실험실 수준의 예비시험 수행

· 토양으로의 에너지 누설이 적은 비틀림 모드를 가진 모드로 선정

· 매립된 파이프의 양쪽 끝단을 노출시켜 센서를 장착하고 반사 신호를 측정하여 결함의 유무 판정

· 결함이 없는 경우와 결함의 크기가 다른 두 종류의 파이프를 매설하고 파동 전파거리 및 결함 민감도 분석

· 다중 결함, 플랜지, 용접부 등이 있을 때 결함크기 및 위치판별법 개발

· 실제 산업현장의 파이프를 대상으로 개발된 방법의 타당성 검토

분산선도 및 가진 모드

· 유체가 함입된 지상 파이프와 토양 속에 매립되어 있으면서 내부에 유체가 흘러가는 경우의 파이프들에

   대한 분산선도(위상속도, 군속도)를 비교, 분석

· 각 모드들의 파동구조 분석을 통한 파이프 벽면과 유체, 토양에서의 변위 및 모드 형상 분석

· 감쇠가 적고 유체 및 토양으로의 누설이 적은 비누설 특성을 갖는 모드의 형태 및 주파수 선정방법 제시

· 슬러지에 민감한 모드를 규명하고 파이프와 슬러지의 결합조건에 따른 분산선도 변화 분석

제작된 토조를 활용한 유체함입 지중매설 파이프 결함검출

· 실험실 수준의 예비시험 수행

· 토양으로의 에너지 누설이 적은 비틀림 모드를 가진 모드로 선정

· 매립된 파이프의 양쪽 끝단을 노출시켜 센서를 장착하고 반사 신호를 측정하여 결함의 유무 판정

· 유체가 흘러가지 않고 결함이 없는 파이프, 유체가 흘러가지만 결함이 없는 파이프, 유체가 흘러가면서 결함이

  있는 파이프 등 3본의 파이프를 토조에 매립하여 각각의 경우에 대한 파동 전파거리 및 결함 민감도 분석

지중매설 파이프의 배관폐색 진단

· 토조 내에 슬러지가 인공가공된 배관 매립

· 매립된 파이프의 양쪽 끝단을 노출시켜 센서를 장착하고 반사 신호를 측정하여 슬러지 유무 판정

· 2D-FFT를 이용하여 입사 신호에 대한 반사 신호의 반사계수를 구하고 이로부터 슬러지의 유무를 판정할 수 있는 기법 개발

연구과제명

· 재료 손상 진단을 위한 비파괴 진단기법 개발

연구개발 목표

· 배관의 부식형 결함 진단에 대한 유도초음파와 부식 결함과의 상호 작용 모델을 정립함

연구 개발 세부 목표

· 부식형 결함의 유도초음파 모델 정립

· 산업설비에서 대형 시설의 노후화는 설비 전체 운전 효율과 안전관리를 위한

  핵힘 대상으로써 피검사체의 다양한 기하학적 형상과 센서 형상에 따른 신호

  변화와 이에 대한 기술 개발이 필요하다. 특히 중화학 설비를 구성하는 배관

  구조물은 고온과 고압의 환경에 오랜 시간 노출되어 있어 열화 손상을 많이

  발생된다. 이러한 열화 손상으로 인해 발생 될 수 있는 부식형 결함이 발생되며,

  부식형 결함 검출 및 진단을 위한 유도초음파 모델 정립이 필요하다. 또한 국외

  장비 및 기술 도입에 의존하는 국내의 기술 수준을 제고하고 수입대체 효과 및

  국외 역수출에 의한 경제적 확보하며 국내 검사기술의 국외 종속화를 탈피

  하여야 한다. 따라서 다양한 부식형 결함에서의 신호해석 정량화 기술을 개발

  함으로써 유도초음파 모델을 정립하고자 한다.

부식형 결함 메커니즘 정립

∙ 열화가 진행된 파이프

∙ 배관에 열적 손상으로 인해 발생가능한 부식형 결함 메커니즘 조사

유도초음파 산란신호 모드 변환 모델 정립

∙ 결함형상에 따른 수치적 사례 연구

∙ 수치 모델링을 이용한 부식형 결함 신호 예측

초음파 신호 모델링과 실험을 통한 유도초음파 모델 검증

부식형 결함의 성장과 음향비선형성과의 상관관계 연구

열화손상 진단을 위한 초음파 이론 확립

기존의 체적파 비선형성과는 달리 복잡하게 전파되는 유도초음파의 이론 확립

장거리 진단에 적합한 모드 선택 기준 확립

열화 손상 진단 시스템 개발

∙ 열화된 시편에서의 실험 데이터 획득

∙ 현장 적용에 적합한 진단기법 개발

연구과제명

∙ 저장탱크 진단용 자동검사수행 로봇 개발

연구개발 목표

∙ 대형 저장용기 또는 배관 설비 용접부 및 부식 상태 검사를 자동으로 수행하는

  로봇을 개발함

연구 개발 세부 목표

∙ 배관 또는 저장 용기의 용접부 결함 및 부식 검출을 하기 위하여 Tracker

  시작품 보완

∙ MT 센서기반 저장탱크 진단 기반 기술 개발

∙ 산업용 이더넷에 의한 진단용 Tracker  MT기반 단위 센싱 시스템 개발

∙ 용접부 결함 탐상을 위한 초음파 탐촉자 holder 개발

Tracker 시작품 보완 및 개선

MT 센서기반 저장탱크 진단 기반 기술 개발

 ∙ MT 센서 구동부 신호처리 기술 개발(센서출력 신호 최적화)

   -MT 입력 신호 잡음 개선

   -입력 신호 검출 및 특징 추출

   -잔여 두께 측정용 UT module 및 신호 처리 기술 개발

   -탱크 결함에 의한 신호특성 자료 수집

   -결함 요인별 신호의 특성 분석

   -MT 센서기반 진단 자동화 알고리듬 개발

산업용 이더넷에 의한 진단용 Tracker  MT기반 단위 센싱 시스템 개발

∙ 산업용 이더넷에 의한 통신 기술 개발

∙ MT 기반 단위 센싱 시스템 개발

연구과제명

∙ 무선 임피던스 노드를 이용한 파이프랙의 연결취약부 건전성 모니터링 기술개발

연구개발 목표

∙ 무선 임피던스 노드를 이용하여 배관 설비를 지지하는 파이프 랙의 연결 취약부의

  건전성을 원격으로 모니터링하는 기술을 개발함

연구 개발 세부 목표

∙ 파이프랙 연결취약부 손상 유형 및 NDT/SHM 기술 현황 분석

  - 파이프랙 연결부의 구조와 유지관리 기술 파악 및 관련 기술, 논문, 특허 동향 분석: 파이프랙 구조물의 구조적 취약점과 기존의 유지관리 기술을 조사하여 기존에 형성되어 있는 특허장벽을 세부기술별로 검토함으로써, 국외기술 대비 국내기술 수준을 분석하여 국내 특허, 논문 및 기술 문서를 통한 핵심 요소 기술을 확보

∙ 학연산 연계 활성화 및 기술이전 추진

  - 시설안전기술공단, 한국도로공사, 한국표준과학연구원, 전자부품연구원 등의 관련 연구분야 핵심연구기관들과 긴밀한 협조체제를 마련하여 학연산 연계 활성화를 추진하겠음.

  - 제안된 연구과제로부터 나온 기술을 특허를 통해 지적재산권을 확보하고 기술이전을 추진하겠음.

고주파 임피던스 계측 진단 알고리즘 개발

 ∙ 임피던스 계측 기반 손상 탐색 기법

임피던스 기반 측정 데이터

전압 분할기 기반 셀프 센싱 회로

실시간 신호처리 및 환경조건 영향 보상 알고리즘 개발

실시간 신호처리 기술

통계적 정량화 기법

통계적 기법 기반 손상 정량화 및 패턴 인식 기법 개발

 ∙ 손상지수를 이용한 임피던스 응답 신호의 정량화 및 Feature 추출

 ∙ 지도학습 기반 패턴인식 기법

 ∙ 자율학습 기반 패턴인식 기법

임피던스 진단기법 기반 시설물 손상진단 USN모듈 프로토타입 개발

USN 회로 모식도

임피던스 USN 모듈 예상도

USN및 통신네트워크를 이용한 모니터링 정보전달 기술 개발

USN및 통신네트워크를 이용한 모니터링 정보전달 기술

무선 임피던스 노드 개발 추진 전략

∙ 3차년도의 연구를 통해 개발한 임피던스 계측 기반 파이프랙 연결취약부 구조물 건전성 모니터링 기술을

  무선 환경에 맞게 적용 하고 최적화

∙ Los Alamos National Laboratory와 비파괴 연구동향 및 무선통신환경 기반 구조물 건전성 평가기술 등 다양한

  정보를 공유하고 획득

∙ 전자부품연구원 RFID/USN 융합연구소 송병훈 박사 등 무선 센서 모듈 전문가에게 자문 및 피드백

∙ 계측모듈 실용화 및 사업화에 경험을 보유한 (주)ITC의 전문인력들의 기술 및 경험을 적극활용

∙ 파이프랙 구조 시험체에서의 현장 검증을 통한 성능 검증 및 시스템 수정 및 보완으로 기술의 완성도를 높임.

연구과제명

∙ 에틸렌 고압튜브의 균열 결함 검출용 Probe 정열 장치개발

연구개발 목표

∙ 에틸렌 운반용 고압 튜브 끝단부를 정밀 탐상 할 수 있도록 Probe의 직진성 향상

  정열 장치를 개발

연구 개발 세부 목표

∙ Probe centering device를 설치하여 probe가 tube shell에 직각으로 접촉할 수

  있는 guide 장치설계

∙ 에틸렌이 운반되는 고압 튜브의 결함과 크랙 검출 및 진단용 Probe의 각 모듈과

  주요 구성 요소들을 직진성 향상 정열장치 시스템화

∙ 크랙 검출 및 진단용 Probe를 구성하는 각 기능의 모듈 중에서 Probe의

  하우징, 이송 시스템와 같은 기본적인 요소의 직진성 향상 정열장치를 개발

크랙 검출용 Probe 몸체부 직진성 향상 정열장치 시스템화

 ∙ FEM 해석을 통한 Probe의 지지부와 기구학적

  메카니즘 구현

 ∙ 보호덮개를 장착할 하우징 부분의 최소 변위해석

Probe UT probe Module 직진성 향상 정열장치 개발

 ∙ 크랙 검출용 Probe 부대장치 tracking module개발

 ∙ Probe image signal data acquisition system

  장치 구성

Probe Slipring 부대장치 직진성 향상 정열장치 개발

 ∙ 크랙 검출용 Probe 카메라 모듈 프로토 타입(랩용) 제작

 ∙ UT기반 크랙 검출용 Probe 프로토 타입 개발

 ∙ 결함인자별 신호특성 규명 및 신호 처리기술 개발

크랙 검출용 Probe 직진성 향상 정열장치 plot type 제작