1. 기술 개요

외부 표면을 검사하는 로봇 또는 검사 장치는 산업 환경에서 사용되는 각종 탱크, 배관, 하우징 및 기타 구조물의 표면을 이동하면서 상태를 점검하기 위해 개발된 기술이다.

배관은 생산성 유지와 설비 안전 확보를 위해 정기적인 검사와 청소가 필요하다. 그러나 현재까지 연구된 대부분의 로봇은 배관 내부를 주행하도록 설계되었고, 내부에 유체나 물질이 채워져 있는 경우에는 검사나 보수 작업이 어렵다는 한계가 있다. 특히 내부 물질이 인화성 물질인 경우에는 적용 가능한 로봇이 거의 없는 실정이다.

기존에는 결함 발생 부위에 대한 국부적 수동검사 방식이 주로 활용되어 설비 전체의 상태를 종합적으로 파악하기 어려웠으며, 많은 인력과 비용이 소요되는 문제도 있었다. 이에 따라 수냉벽 튜브 두께 측정 로봇을 활용할 경우, 기존 수작업 방식 대비 인력 절감, 경제성, 검사 신뢰성 측면에서 더욱 높은 효율성을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

다중 초음파 탐촉자를 이용한 수냉벽 튜브 검사 기술은 수냉벽 튜브 두께 측정 로봇을 활용해 보일러 튜브의 전반적인 열화 및 손상 진행 상태를 사전에 진단할 수 있다.

검사 작업에는 표면 두께, 곡률, 표면 무결성, 재료 두께 등을 측정하기 위한 초음파 기반 측정 기술이 활용된다. 

또한 열전달 특성, 열 프로파일 및 매핑, 각종 공정 변수 매핑, 녹 및 부식 여부, 표면 결함과 침식 상태, 유기물·광물 침전물 존재 여부, 용접 품질 등을 평가하기 위한 다양한 센서를 로봇 또는 검사 장치에 탑재해 작업을 수행한다.

표면 검사 과정에서는 하나 이상의 센서를 동시에 운용하여 스펙트럼 분석, 방사선 검사, 고해상도 표면 검사 등을 수행할 수 있다. 적용 가능한 센서로는 초음파 센서, 자기유도 센서, 음향 센서, 레이저 센서, LiDAR, 각종 이미지 센서 등이 포함될 것으로 예상된다.

2. 로봇을 활용한 기술

1) 기술 개요

최근 보일러 냉각 튜브, 발전소, 정유·석유화학 플랜트, 제철소 등을 중심으로 가스 배관, 압력 용기, 탱크, 발전설비 튜브 등의 안전성 요구가 강화되면서, 기존 수작업 방식 대신 크롤러(Crawler) 로봇을 활용한 다중 초음파 기반 비파괴 품질 검사가 주목받고 있다.

크롤러 로봇은 다양한 표면을 자유롭게 이동할 수 있도록 설계되어 벽면, 천장, 배관 등의 표면을 따라 주행하며, 검사를 수행할 수 있다는 점이 주요 특징이다. 또한 로봇이 수집한 데이터를 실시간으로 분석해 결함의 위치와 크기를 신속하게 파악할 수 있으며, 보다 빠르고 효율적인 유지보수 작업이 가능하다.

2) 장치 구성

크롤러(Crawler) 로봇은 고해상도 카메라, 초음파 센서, 레이저 스캐너 등 다양한 센서를 탑재해 표면 결함을 정밀하게 탐지할 수 있도록 구성된다. 또한 원격 제어 기능을 적용해 사람이 접근하기 어려운 장소에서도 안전하게 검사 작업을 수행할 수 있다.

다양한 물리적 장애물을 극복하고 안정적인 속도로 이동하기 위해 센서 배치 구조도 최적화되어 있다. 예를 들어 Gecko Robotics의 제품은 센서를 전방 배열 형태로 구성하고 있으며, 파이프 형상에 따라 복수의 센서를 병렬로 조정할 수 있도록 설계되어 있다. 크롤러 로봇은 바퀴 또는 트랙(Track) 기반 구조를 이용해 배관 표면을 따라 이동하도록 설계되며, 소구경 배관에서도 적용이 가능하다는 장점이 있다. 

센서부는 길이 방향으로 형성된 튜브형 센서 연결부와 연결부 일측에 결합되어 실제 센싱 동작을 수행하는 헤드부를 포함할 수 있다.

이와 같은 비파괴 검사 장비는 발전소 보일러 냉각 튜브, 정유·석유화학 분야의 가스 배관, 각종 저장 탱크 등의 두께 측정과 건전성 평가에 폭넓게 활용될 수 있다.

3. 로봇을 이용한 

튜브 검사 기술 시장 동향

최근에는 배관을 따라 주행하며 검사 또는 보수 작업을 수행하는 로봇 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 기존의 배관 외부 검사 및 유지보수 작업은 임시 구조물 설치와 작업자의 안전 확보를 전제로 수행되어 왔으나, 작업 효율성과 안전성 측면에서 한계가 있었다. 이에 따라 이를 대체할 수 있는 로봇 기반 검사·보수 기술에 대한 관심과 연구가 지속적으로 증가하고 있다.

특히 자율주행 기술과 인공지능(AI)을 탑재한 검사 로봇은 실시간으로 데이터를 수집·분석함으로써 파이프라인의 무결성을 정밀하게 진단할 수 있으며, 산업 현장에서 중요한 역할을 수행하고 있다. 관련 기술 개발과 시장 규모 역시 지속적으로 확대될 것으로 전망된다.

시장조사기관에 따르면 글로벌 파이프 검사 로봇 시장 규모는 2036년 말까지 약 50억 달러를 넘어설 것으로 전망되며, 2024년부터 2036년까지 연평균 약 15% 성장할 것으로 예상된다. 2023년 기준 시장 규모는 약 30억 달러 수준으로 추정된다.

 이 같은 시장 성장은 전 세계 가스 및 석유 파이프라인 네트워크 확대에 기인한다. 2020년 기준 전 세계 162개국에서 약 2,381개의 석유·가스 파이프라인이 운영 되고 있으며, 2022년부터 2026년 사이 약 536개의 신규 및 확장 파이프라인 프로젝트가 추진되고 있다. 이에 따라 설비 안전성과 유지관리의 중요성이 더욱 커지고 있으며, 파이프 검사 로봇 시장 역시 지속적인 성장세를 이어갈 것으로 예상된다.

파이프 검사 로봇 시장은 지역별로 유럽, 라틴아메리카, 아시아·태평양, 북미, 중동·아프리카 시장으로 구분된다.

북미 지역은 약 20% 수준의 시장 점유율을 차지하고 있으며, 광범위한 에너지·산업 인프라와 높은 기술 경쟁력을 바탕으로 파이프라인 지능형 검사 로봇 시장을 선도하고 있다. 특히 노후 파이프라인 증가와 안전 규제 강화에 따라 검사 자동화 수요가 지속적으로 확대되고 있다.

아시아·태평양 지역은 약 35%의 시장 점유율을 기록하고 있으며, 2024년부터 2036년까지 가장 높은 성장세를 보일 것으로 전망된다. 또한 이는 제조업 및 플랜트 산업의 확대와 자동화 설비 및 스마트 유지보수 기술에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있기 때문이다.

중동·아프리카 지역은 10% 수준의 시장 점유율을 형성하고 있으며, 석유·가스 및 석유화학 산업이 주요 성장 배경으로 작용하고 있다. 이 지역은 원유와 가스 운송을 위해 대규모 파이프라인 인프라에 의존하고 있으며, 파이프라인 오염이나 결함 발생 시 심각한 산업적·환경적 피해로 이어질 수 있어 정기적인 유지관리와 검사가 필수적이다.

특히 파이프라인을 수작업으로 검사할 경우, 많은 시간과 인력이 필요하고 비용 부담도 크기 때문에 로봇 기반 자동 검사 기술에 대한 수요가 점점 높아지고 있다. 실제로 Saudi Aramco는 산업용 검사 로봇을 활용해 배관 결함 진단 및 유지보수 작업에 적용하고 있다.

4. 파이프 검사 로봇의 유형별 

세분화 및 시장 점유율

파이프 검사 로봇 시장은 이동 방식과 적용 환경에 따라 휠 타입, 크롤러 타입, 궤도 타입, 기타 특수 목적형 로봇으로 세분화된다.

•휠 타입(점유율 약 50%) : 휠 기반 검사 로봇은 평탄한 표면에서 우수한 이동성과 주행 효율을 제공해 연결된 파이프라인이나 비교적 균일한 환경에 적합하다. 구조가 단순하고 이동 속도가 빠르다는 장점으로 인해 가장 높은 시장 점유율을 차지하고 있다.

•크롤러 타입(점유율 약 25%) : 크롤러를 적용한 로봇은 불규칙한 표면과 협소한 공간에서도 안정적으로 이동할 수 있어, 복잡하고 열악한 산업 환경에 적합하다. 특히 배관 외벽, 곡면 구조물, 고위험 설비 등의 검사 분야에서 활용도가 높다.

•궤도 타입(점유율 약 16.7%) : 궤도형 로봇은 회전 또는 궤도 기반 구조를 활용해 다양한 각도에서 파이프 내부를 검사할 수 있으며, 보다 정밀하고 포괄적인 상태 진단에 적합하다. 특히 복합 구조 배관이나 정밀 검사가 요구되는 

환경에 주로 사용된다.

•기타 타입(점유율 약 8.3%) : 드론 기반 검사 장비나 하이브리드 로봇과 같이 특수 목적에 맞춰 설계된 장비가 포함된다. 이러한 장비는 기존 방식으로 접근이 어려운 환경이나 고난도 정밀 검사가 요구되는 분야에 활용되고 있다.

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