KR101265224B1 - 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법에 관한 것으로, 그 목적은 별도의 감지센서의 설치 없이 2개의 스테레오 카메라에 의해 획득된 회전체의 영상을 분석하는 것만으로 정확하고 신속하게 회전체에 대한 진동변위 및 RPM이 안전한 상태인지 즉시 정검을 실시하여야 하는 상태인지를 용이하게 알 수 있게 하는 것이며, 그 구성은 진단대상 회전체의 외표면 상에 마크를 표시하는 마크표시단계와; 진단대상 회전체의 중심축을 'Z축'이라 하고, 회전체의 'X축' 및 'Y축' 방향에서 각기 촬영한 연속영상을 각각 획득하는 영상획득단계와; 획득된 진단대상 회전체에 대한 XY축 방향의 연속영상에서 각각 취득영역을 선택하고, 그 선택된 각각의 취득영역의 연속영상을 취득하는 분석영상 취득단계와; 취득된 각각의 연속영상을 분석하여 진단대상 회전체의 X축 및 Y축방향의 변위값을 좌표값으로 산출하는 XY축 좌표값 산출단계와; 진단대상 회전체의 취득된 영상에서 외표면에 기표시된 마크의 주기를 산출하여 진단대상 회전체의 RPM를 산출하는 RPM 산출단계와; 산출된 XY축 방향의 형상변위값 및 RPM 을 기설정된 설정값과 비교하는 산출값비교단계와; 상기 산출값비교단계에서 산출값이 기설정값의 범위내인지를 확인하는 안전상태확인단계와; 상기 안전상태확인단계에서 만약 산출값이 기설정값의 범위내에 있을 때 안전진단 리포트를 출력하는 안전진단리포트출력단계와; 상기 안전상태확인단계에서 만약 산출값이 기설정값의 범위를 벗어 났을 때 정비요망리포트를 출력하는 정비요망리포트출력단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이 발명을 지원한 국가연구개발사업
과제고유번호 20111510100050-12-2-200
지원부처명 : 지식경제부
연구사업명 : 원자력융합원천기술개발사업
연구과제명 : 원전기기 진단신뢰도 향상 및 표준형 통합 상태기반정비 기술개발
총연구기간 2011.07.01 ∼ 2014.06.30
주관기관 : 한국원자력연구원

Description

카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법{A diagnostic method to solid of revolution using stereo camera image}
본 발명은 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전중인 회전체에 대한 진동 변위량 및 RPM(Revolution per Minute)을 별도의 감지센서를 설치함이 없이 2개의 스테레오 카메라를 통해 획득된 영상만을 분석하여 정확하고 신속하게 회전체에 대한 진단을 실시할 수 있는 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법에 관한 것이다.
일반적으로, 회전되고 있는 축 또는 구에 대한 진폭 등과 같은 회전체에 대한 진단을 하는 것은 매우 어려운 일이며, 일부 회전체의 표면에 감지수단을 접촉시켜 감지수단으로 부터 발생되는 신호에 의거해서 회전체를 진단하는 방식를 사용하여 회전체에 대한 진단을 실시하고 있다.
그러나, 상기와 같이 감지수단을 장착시켜 회전체를 진단하는 종래의 회전체진단방법은 진단결과에 대한 신뢰성은 높지만, 진단을 위해 회전체에 변위센서 및 가속도 센서 등과 같은 감지수단을 설치하는 작업이 매우 어렵고, 설계변경 및 감시설비 구축비용이 고가이며, 부피가 매우커 휴대의 용이함도 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출한 것으로서, 그 목적은 별도의 감지센서의 설치 없이 2개의 스테레오 카메라에 의해 획득된 회전체의 영상을 분석하는 것만으로 정확하고 신속하게 회전체에 대한 진동변위량 및 RPM이 안전한 상태인지 즉시 점검을 실시하여야 하는 상태인지를 용이하게 알 수 있면서도 감지센서의 설치을 위한 회전체 장비에 대한 설계변경이 필요 없고, 2개의 카메라와 노트북 정도의 장비만으로 구성되어 감시설비의 구축비용이 매우 저렴하면서도 감시설비의 부피가 작고 가벼워 휴대성이 매우 우수한 감시설비를 구축할 수 있는 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 진단대상 회전체의 외표면 상에 마크를 표시하는 마크표시단계와; 진단대상 회전체의 중심축을 'Z축'이라 하고, 회전체의 'X축' 및 'Y축' 방향에서 각기 촬영한 연속영상을 각각 획득하는 영상획득단계와; 획득된 진단대상 회전체에 대한 XY축 방향의 연속영상에서 각각 취득영역을 선택하고, 그 선택된 각각의 취득영역의 연속영상을 취득하는 분석영상 취득단계와; 취득된 각각의 연속영상을 분석하여 진단대상 회전체의 X축 및 Y축방향의 변위값을 좌표값으로 산출하는 XY축 좌표값 산출단계와; 진단대상 회전체의 취득된 영상에서 외표면에 기표시된 마크의 주기를 산출하여 진단대상 회전체의 RPM를 산출하는 RPM 산출단계와; 산출된 XY축 방향의 형상변위값 및 RPM 을 기설정된 설정값과 비교하는 산출값비교단계와; 상기 산출값비교단계에서 산출값이 기설정값의 범위내인지를 확인하는 안전상태확인단계와; 상기 안전상태확인단계에서 만약 산출값이 기설정값의 범위내에 있을 때 안전진단 리포트를 출력하는 안전진단리포트출력단계와; 상기 안전상태확인단계에서 만약 산출값이 기설정값의 범위를 벗어 났을 때 정비요망리포트를 출력하는 정비요망리포트출력단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법에 의해 달성될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법은 2개의 스테레오 카메라를 이용하여 회전중인 진단대상 회전체에 대한 X축 및 Y축 영상을 각각 획득하고, 각각 획득된 XY축 영상에서 영역을 선택하여 선택영역에 대한 영상을 각각 취득한 후 취득된 선택영역의 영상들을 분석하여 진단대상 회전체의 진동변위량 및 RPM 을 산출하고, 이를 2차원 좌표그래프로 변환시키고, 변환된 좌표그래프를 기설정된 표준좌표그래프와 비교판단하여 진단대상 회전체의 진동변위량이 허용범위내에 있는 안전한 상태인지 또는 허용범위를 벗어난 긴급정비를 요하는 상태인지를 정확하고 신속하게 진단할 수 있어 회전체에 대한 진단을 보다 간편하면서도 정확하고 신속하게 실시할 수 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법을 실시하기 위한 장비 및 그 설치상태를 예시한 설치상태도이고,
도 2는 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법 중 2개의 스테레오 카메라에 의해 획득된 XY축 영상을 분석하여 산출된 X축 및 Y축 변위 좌표값 및 RPM 값을 XY 2차원 좌표그래프로 변환시킨 상태를 예시하는 변환 좌표그래프도이고,
도 3은 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법에 의해 2개의 스테레오 카메라에 의해 획득된 진단대상 회전체의 X축 및 Y축 영상에서 각각 선택영역의 영상을 취득하는 상태를 예시한 설명도이고,
도 4는 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법에 의해 진단대상 회전체의 RPM을 측정하고, 회전체의 위상기준점인 기표시된 마크가 나타나는 위상에서 측정영역의 값에 변화가 발생되는 현상을 나타내는 좌표그래프도이며,
도 5는 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법의 예시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법의 바람직한 실시 예를 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법을 실시하기 위해서는 제1 및 제2 스테레오 카메라(10)(11)와, 모니터를 구비한 컴퓨터(12)로 구성되는 장비가 필요하다.
상기 제1 및 제2 스테레오 카메라(10)(11)는 각각 진단대상 회전체(13)의 중심축을 Z축이라고 가정하면, 회전체(13)의 외주면에 접하는 X축 및 Y축이 형성되도록 제1 및 제2 스테레오 카메라(10)(11)의 촬영방향을 상호 작각으로 교차하도록 설치한다. 즉, Y축 방향에 제1 스테레오 카메라(10), X축 방향에 제2 스테레오 카메라(11)을 각각 고정설치하여, 제1 스테레오 카메라(10)는 Y축의 방향에서 진단대상 회전체(13)를 촬영하여 진단대상 회전체(13)에 대한 Y축 방향 영상(PY)을 획득하고, 제2 스테레오 카메라(11)는 X축 방향에서 진단대상 회전체(13)를 촬영하여 진단대상 회전체(13)에 대한 X축 방향 영상(PX)을 획득한다.
상기 제1 및 제2 스테레오 카메라(10)(11)는 상기 컴퓨터(12)와 연결되어 촬영획득된 각각의 영상(PY)(PX)은 컴퓨터(12)의 저장부에 저장되며, 작업자는 컴퓨터(12)에 탑재된 관련프로그램을 구동시켜 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법을 실시한다.
제 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법는 마크표시단계(S100)와, 영상획득단계(S110)와, 분석영상 취득단계(S120)와, XY축 좌표값 산출단계(S130)와, RPM 산출단계(S140)와, 산출값비교단계(S150)와, 안전상태확인단계(S160)와, 안전진단리포트출력단계(S170)와, 정비요망리프트출력단계(S180)로 구성된다.
상기 마크표시단계(S100)는 진단대상 회전체(13)의 외표면 상에 마크(M)를 표시한다. 상기와 같이 진단대상 회전체(13)에 마크(M)를 표시하는 것은 진단대상 회전체(13)의 위상기준점을 정하기 위한 것으로, 마크(M)는 진단대상 회전체(13)의 RPM 측정 시 진단대상 회전체(13)의 위상기준점이 된다.
상기 영상획득단계(S110)는 진단대상 회전체(13)의 중심축을 'Z축'이라 하고, 회전체의 'X축' 및 'Y축' 방향에 각기 촬영한 영상(PX)(PY)을 각각 획득한다.
상기 분석영상 취득단계(S120)는 상기 영상획득단계(S110)에서 획득된 영상(PX)(PY)에서 각각 취득영역을 선택하고, 그 선택된 각각의 취득영역의 영상(PXA)(PYA)을 취득한다.
상기 영상획득단계(S110) 및 분석영상 취득단계(S120)는 첨부도면 도 3에 잘 나타나 있다.
상기 XY축 좌표값 산출단계(S130)는 취득된 각각의 영상(PXA)(PYA)을 분석하여 진단대상 회전체(13)의 X축 및 Y축방향의 변위값을 좌표값으로 산출한다.
상기 RPM 산출단계(S140)는 진단대상 회전체(13)의 취득된 영상(PXA)(PYA)에서 외표면에 기표시된 마크(M)의 주기를 산출하여 진단대상 회전체(13)의 RPM를 산출한다.
상기 산출값비교단계(S150)는 상기 XY축 좌표값 산출단계(S130) 및 RPM 산출단계(S140)에서 각각 산출된 XY축 방향의 형상변위값 및 RPM 을 기설정된 설정값과 비교한다.
상기 안전상태확인단계(S160)는 상기 산출값비교단계(S150)에서 산출값이 기설정값의 범위내인지를 확인하며, 만약 산출값이 기설정값의 허용범위내에 있다면 상기 안전진단리포트출력단계(S170)를, 산출값이 기설정값의 허용범위를 벗어났다면 정비요망리포트출력단계(S180)가 실시된다.
상기 안전진단리포트출력단계(S170)는 상기 안전상태확인단계(S160)에서 만약 산출값이 기설정값의 범위내에 있을 때 안전진단 리포트를 출력하는데 이때 안전진단 리포트에는 각각의 산출값 및 안전상태 등의 구체적인 내용이 기재될 수 있다.
상기 정비요망리포트출력단계(S180)는 상기 안전상태확인단계(S160)에서 만약 산출값이 기설정값의 범위를 벗어났을 때 정비요망리포트를 출력하는데 이때 정비요망리포트에는 각각의 산출값 및 점검요망사항 등과 같이 정비에 필요한 구체적인 내용이 기재될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법은 2개의 스테레오 카메라(10)(11)를 이용하여 진단대상 회전체(13)을 직각되는 XY축 방향으로 각각 촬영하여 X축 영상(PX) 및 Y축 영상(PY)을 획득하고, 획득된 2개의 영상에서 각기 선택영역의 영상(PXA)(PYA)을 각각 취득하여 분석함으로써, 회전 중인 진단대상 회전체(13)의 진동변위량 및 RPM 값을 산출하고, 그 산출값을 기설정된 설정값과 비교판단하여 진단대상 회전체(13)의 상태가 안전한 상태인지 또는 정비를 요하는 상태인지를 정확하고 신속하게 진단할 수 있으면서도 별도의 감지센서가 필요 없어 진단작업을 간편하게 실시할 수 있어 작업생산성을 현저히 향상시킬 수 있는 것이다.
10: 제1 스테레오 카메라 11: 제2 스테레오 카메라
12: 컴퓨터 13: 진단대상 회전체
M: 마크 PX: X축 방향의 획득영상
PY: Y축 방향의 획득영상 PXA: X축 방향의 취득영상
PYA: Y축 방향의 취득영상

Claims (2)

  1. 진단대상 회전체(13)의 외표면 상에 마크(M)를 표시하는 마크표시단계(S100)와;
    진단대상 회전체(13)의 중심축을 'Z축'이라 하고, 회전체의 'X축' 및 'Y축' 방향에서 각기 촬영한 연속영상(PX)(PY)을 각각 획득하는 영상획득단계(S110)와;
    획득된 진단대상 회전체(13)에 대한 XY축 방향의 연속영상(PX)(PY)에서 각각 취득영역을 선택하고, 그 선택된 각각의 취득영역의 연속영상(PXA)(PYA)을 취득하는 분석영상 취득단계(S120)와;
    취득된 각각의 연속영상(PXA)(PYA)을 분석하여 진단대상 회전체(13)의 X축 및 Y축방향의 변위값을 좌표값으로 산출하는 XY축 좌표값 산출단계(S130)와
    진단대상 회전체(13)의 취득된 영상(PXA)(PYA)에서 외표면에 기표시된 마크(M)의 주기를 산출하여 진단대상 회전체(13)의 RPM를 산출하는 RPM 산출단계(S140)와;
    산출된 XY축 방향의 형상변위값 및 RPM 을 기설정된 설정값과 비교하는 산출값비교단계(S150)와;
    상기 산출값비교단계(S150)에서 산출값이 기설정값의 범위내인지를 확인하는 안전상태확인단계(S160)와;
    상기 안전상태확인단계(S160)에서 만약 산출값이 기설정값의 범위내에 있을 때 안전진단 리포트를 출력하는 안전진단리포트출력단계(S170)와;
    상기 안전상태확인단계(S160)에서 만약 산출값이 기설정값의 범위를 벗어 났을 때 정비요망리포트를 출력하는 정비요망리포트출력단계(S180)로 구성되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법.
  2. 제1항에 있어서,
    카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법은,
    진단대상 회전체(13)을 X축 및 Y축 방향에서 상호 직각으로 교차되게 각기 촬영하는 제 1 및 제 2 스테레오 카메라(10)(11)를 구비한 장비로 실시되는 것을 특징으로 하는 카메라 영상을 이용한 회전체의 진단방법.
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