KR100925114B1 - 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀측정장치 및 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기준점 자동 트레킹(tracking) 알고리듬을 적용하여 토크모터(Torque motor)의 특성을 정밀 측정하기 위한 장치 개발에 관한 것으로, 고배율의 광학렌즈를 이용하여 측정척을 확대하여 카메라에 입사시켜 획득된 영상을 자동 트레킹 알고리듬으로 정밀하게 변위를 측정하여 토크모터의 교정검사를 위한 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 특성 측정장치이다.

본 발명은, 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크모터 정밀 측정장치에 있어서, 광섬유를 이용한 균질한 광원을 발산하는 조명제어기; 상기 조명제어기의 일측에 형성되어, 설치된 치구를 확대할 수 있는 고배율의 광학 렌즈와 치구의 움직임을 통해 기준점을 선택하고 확대영상을 취득하기 위한 현미경 카메라; 및 상기 현미경 카메라로부터 취득된 영상 정보를 이용하여 정밀한 변위 측정을 위한 측정척; 을 포함한다.

발전기, 기력발전소, torque motor, calibration, 현미경 카메라

Description

기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정장치 및 측정방법 {the precise characteristic measurement system and method of torque motor using reference point auto tracking algorithm}

본 발명은 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기준점을 자동으로 트레킹(tracking)하고, 알고리듬을 적용하여, 토크 모터(torque motor)로 일정 크기의 전류신호에 비례하는 역학적 변위를 발생시켜서 기계장치에 토크를 전달하여 유압을 제어하고, 모터를 구동시켜 기력 발전기의 주 증기량을 제어하기 위한 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정장치 및 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기력 발전소의 전기 출력은 증기 터빈의 증기량에 따라 결정된다. 발전기로 유입 되는 증기량을 제어하기 위한 제어장치는 정밀한 전기-유압 변환기를 이용한다. 상기 전기-유압 변환기의 핵심부품은 토크 모터로서 일정한 크기의 전류신호에 비례하는 역학적인 변위를 발생한다. 상기의 역학적인 변위는 연결되는 기계장치에 토크를 전달하여 유압을 제어하고 제어된 유압이 정밀한 서브모터(serve motor)를 구동시켜 주 증기량을 제어할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 레이저를 이용한 정밀 변위 측정 방법에 대한 개략도를 나타내었다.

종래 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 레이저를 이용한 검사방법은 레이저 변위계(11)와 진동차단을 위한 air bed 광학 테이블 (27), 메인 PC (26)로 구성된다. 상기 레이저 변위계(11)로 측정된 신호는 분석을 거쳐 모니터(28)에 나타나며, 이를 측정자가 점검하여 기록하여 모터의 이상 유무와 정상 동작영역을 결정한다.

이때, 정밀제어를 위한 핵심부품인 토크 모터(21)의 특성이 변화되거나 동작 구간이 잘못되어 있으면 발전기가 원하는 출력을 얻지 못하고 자동 운전이 용이하지 않는 문제가 발생한다.

그러나, 주 증기량 제어에 사용되는 핵심 부품인 토크 모터(21)의 변위 출력 특성이 수 마이크로미터 이하 이므로, 정밀 측정을 위한 장치가 필수적으로 필요하다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 레이저 변위계(11)를 이용한 여러 가지 방법들이 시도되고 있으나, 실제 작업장에서 진동이 너무 심한 관계로 마이크로 단위의 정밀 변위를 측정하기가 상당히 어려운 문제가 있고, 가격이 비싸 적용하기에는 어려움이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 고배율 광학 렌즈를 이용하여 측정부위에 설치된 측정척을 확대하여 카메라에 입사시켜 획득된 영상을 PC에서 처리하여, 자동 트레킹 알고리듬으로 정밀하게 변위를 측정할 수 있는 정밀 변위 측정 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크모터 정밀 측정장치에 있어서, 광섬유를 이용한 균질한 광원을 발산하는 조명제어기(33); 상기 조명제어기의 일 측에 형성되어, 설치된 치구를 확대할 수 있는 고배율의 광학 렌즈와 치구의 움직임을 통해 기준점을 선택하고 확대영상을 취득하기 위한 현미경 카메라(31); 및 상기 현미경 카메라로부터 취득된 영상 정보를 이용하여 정밀한 변위 측정을 위한 측정척(32); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정방법에 있어서, (a) 상기 현미경 카메라에 의하여 획득된 영상 부분의 토크 모터에 연결된 치구 부분에서 기준점을 선택하는 단계; (b) 상기 기준점 주변에 120 x 20 픽셀 크기의 영상이 자동으로 저장되어 템플릿으로 사용되는 단계; 및 (c) 상기 저장된 템플릿 영상을 비교하여 실제 움직인 픽셀을 측정하여 거리를 측정하는 단계; 를 포함한다.

본 발명에 의하여, 전기-유압변환기의 핵심 부품인 토크 모터의 변위가 발생될 경우에, 역학적 변위가 기계장치에 토크를 전달하여 유압을 제어하고, 서브 모터를 통하여 주 증기량을 제어하는데 있어서, 토크 모터의 특성이 변화하거나, 동작구간이 잘못된 경우라도, 현미경 카메라와 측정척 등을 통한 정보를 이용하여 트레킹 알고리듬을 거쳐서 정밀하게 변위를 측정할 수 있는 효과가 있어, 선형영역에서 토크 모터가 정밀하게 동작할 수 있도록 교정할 수 있는 효과가 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 현미경 카메라(31)에 의해 획득된 영상 부분에서 토크 모터(21)에 연결된 치구 부분에서 가장 눈에 띄는 특이한 위치를 기준점으로 선택하고, 이 기준점 주변 120X20 픽셀 크기의 영상이 자동으로 저장되어 템플릿(template)으로 사용된다. 이때 전류 신호를 받은 토크 모터(21)가 이에 비례한 변위를 발생하고 모터의 끝에 장착된 치구 역시 토크 모터(21)의 변위에 따라 움직이게 된다. 알고리듬은 미리 저장된 템플릿 영상을 비교하여 실제 움직인 픽셀을 측정하여 거리를 측정하는 것이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 통하여 구체적이고 단계적으로 설명한다.

본 발명인 측정장치를 도 2를 통하여 검토하여 보면, 정밀한 변위를 측정 하기 위한 확대 영상 취득 부분은 고배율의 광학 렌즈를 장착한 현미경 카메라(31), 입력된 영상을 제어하는 PC(26), 입력된 영상을 나타내는 모니터(28), 측정척(32) 및 조명제어기(33)로 구성된다.

또한, 광학 테이블(27) 및 압축기(25)는 광학 시스템이 외부의 진동으로부터 흔들리는 것을 막아주는 역할을 한다. 무게추(24)는 0.5lb 또는 1lb를 사용한다.

상기 현미경 카메라(31)는 토크 모터(21) 끝부분에 연결된 치구의 움직임을 확대영상으로 만든다.

이때, 상기 PC(26)는 전류원 발생기(29)를 제어하며, 상기 전류원 발생기(29)는 설정된 정밀한 값의 전류를 토크 모터(21)에 내보낸다.

가해진 전류에 의하여 토크 모터(21)는 변위를 발생시키고, 상기 발생된 변위는 측정척(32)에 의하여 측정이 되고, 상기의 현미경 카메라(31)로 확대되어 PC(26)에 자동으로 저장이 된다.

이때, 최종적으로 획득된 신호는 상기 PC(26)에서 처리가 되며, 기본 결함 측정 알고리듬은 템플릿 매칭(template matching) 방식을 이용한 기준점 자동 트레킹 방법을 이용한다.

즉, 상기 현미경 카메라(31)에 의해 획득된 영상 부분에서 토크 모터(21)에 연결된 치구 부분에서 가장 눈에 띄는 특이한 위치를 기준점으로 선택하고 이 기준점 주변 120X20 픽셀 크기의 영상이 자동으로 저장되어 템플릿으로 사용된다.

이때, 전류 신호를 받은 토크 모터(21)가 이에 비례한 변위를 발생하고 모터의 끝에 장착된 치구 역시 토크 모터(21)의 변위에 따라 움직이게 된다.

알고리듬은 미리 저장된 템플릿 영상을 비교하여 실제 움직인 픽셀을 측정하여 거리를 측정하는 것을 기본원리로 한다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명의 범위안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하며, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도 1은 종래 기술의 일실시예를 도식적으로 나타낸 것이다.

도 2는 본 발명의 실시예를 도식적으로 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 레이저 변위계 21: 토크 모터

22: 3축 이동장치 23: 토크 모터 지지 치구

24: 무게추 25: 압력기

26: PC 27: 광학 테이블

28: 모니터 29: 전류원 발생기

31: 현미경 카메라 32: 측정척

33: 조명제어기

Claims (5)

1. 레이저 변위계로 측정된 신호가 모니터를 통해 전송되고, 기록되어 토크모터의 이상 유무와 정상 동작영역을 결정하도록 하는 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크모터(Torque motor) 정밀 측정장치에 있어서,

   광섬유를 이용한 균질한 광원을 발산하는 조명제어기(33);

   상기 조명제어기의 일측에 형성되어, 설치된 치구를 확대할 수 있는 고배율의 광학 렌즈와 치구의 움직임을 통해 기준점을 선택하고 확대영상을 취득하기 위한 현미경 카메라(31); 및

   상기 현미경 카메라로부터 취득된 영상 정보를 이용하여 정밀한 변위 측정을 위한 측정척(32);

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 측정척(32)을 이용하여 측정시 외부의 진동으로부터 흔들리는 것을 방지하도록 하는 광학 테이블 또는 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 현미경 카메라(31)는 기준점 주변 120x20 픽셀 크기의 영상이 자동 저장이 되어 템플릿으로 사용되도록 하는 것을 특징으로 하는 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크모터 정밀 측정장치.
4. 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정방법에 있어서,

   (a) 현미경 카메라에 의하여 획득된 영상 부분의 토크 모터에 연결된 치구 부분에서 기준점을 선택하는 단계;

   (b) 상기 기준점 주변에 120 x 20 픽셀 크기의 영상이 자동으로 저장되어 템플릿으로 사용되는 단계; 및

   (c) 상기 저장된 템플릿 영상을 비교하여 실제 움직인 픽셀을 측정하여 거리를 측정하는 단계;

   를 포함하는 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 (b) 단계는,

   상기 토크모터가 비례한 변위를 발생하고, 상기 토크모터의 끝에 장착된 치구 역시 토크모터의 변위에 따라 이동되도록 하는 것을 특징으로 하는 기준점 자동 트레킹 방식을 이용한 토크 모터 정밀 측정방법.

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