KR101387589B1 - 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 레이저 스캐닝으로 레이저를 주사하여 물체 표면의 방사율(Emissivity)을 적용하여 대상물의 3차원 좌표를 획득함으로써, 적은 인원과 시간으로 인한 비용 절감으로 설비들의 노후화 진단의 수준을 폭넓게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 인간의 수기 실측으로는 제한되는 몇 가지 검사지표들을 더 도출할 수 있도록 하기 위한 것으로, 본 발명에 의하면, 저장 설비에 대한 3차원 좌표의 입체데이터를 취득하도록, 저장 설비를 3차원 레이저로 스캐닝하는 입체데이터 생성수단과; 상기 저장 설비의 설계데이터를 저장하며, 상기 입체데이터와 비교하도록 상기 설계데이터를 전달하는 설계데이터 저장수단과; 상기 입체데이터 생성수단에서 생성된 입체데이터를 상기 설계데이터와 비교하여 변형 상태를 분석하는 입체데이터 분석수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템을 제공한다.

Description

레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템{System for Inspecting Modification of Storing Facilities Using Laser Scanning}

본 발명은 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템에 관한 것으로, 탱크나 베셀(Vessel) 등과 같은 공장의 주요 설비들의 노후화 진행에 따라 형상의 변형이 생기는 것에 대하여 3차원 레이저 스캐닝 솔루션을 활용하여 설비를 진단하고 검사하는 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템에 관한 것이다.

탱크, 베셀(Vessel) 등은 공장의 주요 물질을 저장하는 설비로서 장기간의 저장에 따른 압력으로 인해 형태가 변형되거나 크랙 등이 발생할 수 있으며 표면이 부식되어 누수 등이 발생할 수 있다.

따라서 상기와 같은 공장의 주요 물질 저장 설비를 수시로 측정하여 안전사고를 예방하고 누수 등을 방지하는 것이 중요하다.

위와 같이 저장설비를 측정함에 있어서, 기존의 방법은 엔지니어의 수실측이 바탕이 되어 실시되고 있다.

이는 시간과 비용이 많이 발생하고 사람이 직접 측정을 하다 보니 정확도가 떨어지는 단점이 있으며, 따라서 안전사고 발생 위험을 가지게 된다.

따라서 상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 3차원 레이저 스캐닝 솔루션을 활용하여 탱크와 베셀(Vessel)의 점군데이터를 생성하고, 점군데이터에 의한 원시데이터를 통해 설비들의 각종 검사가 가능하도록 하는 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템을 제공하는 데 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 저장 설비에 대한 3차원 좌표의 입체데이터를 취득하도록, 저장 설비를 3차원 레이저로 스캐닝하는 입체데이터 생성수단과; 상기 저장 설비의 설계데이터를 저장하며, 상기 입체데이터와 비교하도록 상기 설계데이터를 전달하는 설계데이터 저장수단과; 상기 입체데이터 생성수단에서 생성된 입체데이터를 상기 설계데이터와 비교하여 변형 상태를 분석하는 입체데이터 분석수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템에 의해 달성된다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 입체데이터 분석수단은, 일정한 높이와 각도에 따라 다양한 방면의 단면도들을 생성하고, 상기 설계데이터의 해당 단면도와의 변형 상태를 분석하는 선형분석 모듈과; 저장 설비의 기울임 유무를 확인하도록, 중심축을 계산하여 기울기를 도출하는 중심기울기 분석 모듈과; 레이저의 방사율에 의한 저장 설비의 표면 상태를 확인하여, 상기 표면 상태에 따른 부식 정도를 추정하는 표면상태 확인 모듈과; 상기 설계데이터와 상기 입체데이터와의 형상 변위가 컬러맵으로 표시된 이미지를 생성하는 형상변위 확인 모듈과; 상기 입체데이터로부터 저장 설비 본체의 체적과 면적, 본체 내부의 배수조의 체적과 면적을 산출하기 위한 체적/면적 분석 모듈과; 저장 설비를 받치는 콘크리트 건축 기초들의 거리 및 각도에 해당하는 형상을 분석하는 건축기초 분석 모듈과; 저장 설비를 360도로 회전하며 취득한 고해상도 이미지를 생성하여, 시설간의 간이 치수 정보를 도출시키는 파노라마 이미지 분석 모듈을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 선형분석 모듈은, 상기 입체데이터로부터 다양한 방면의 단면데이터들을 생성하는 단면도 생성부와; 상기 입체데이터의 단면데이터들을 설계데이터의 해당 단면데이터와 비교할 수 있도록 이미지로 생성하는 데이터 비교부를 포함하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 중심기울기 분석 모듈은, 3차원 좌표의 입체데이터로부터 중심축 데이터를 산출하는 중심축 산출부와; 상기 중심축 데이터와 지면과의 각도를 비교하여 기울기를 도출하는 기울기 도출부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템에 의하면, 3차원 레이저 스캐닝으로 레이저를 주사하여 물체 표면의 방사율(Emissivity)을 적용하여 대상물의 3차원 좌표를 획득함으로써, 적은 인원과 시간으로 인한 비용 절감의 효과를 가져오며, 이러한 설비들의 노후화 진단의 수준을 폭넓게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 인간의 수기 실측으로는 제한되는 몇 가지 검사지표들을 더 도출할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템의 전체 구성도,
도 2는 도 1의 Post process를 통해 완성된 탱크의 점군데이터,
도 3은 도 1의 가공데이터 분석부의 세부 구성도,
도 4는 도 3의 선형분석 모듈의 세부 구성도,
도 5는 탱크의 설계 모델과 3차원 레이저 스캐닝 모델과의 측단면도 비교 예시도,
도 6은 탱크의 설계 모델과 3차원 레이저 스캐닝 모델과의 횡단면도 지름 비교 예시도,
도 7은 도 3의 중심기울기 분석 모듈의 세부 구성도,
도 8은 탱크에서 추출된 기울기와 지표면과의 각도 비교 예시도,
도 9는 탱크 표면 상태에 따른 3차원 레이저 데이터 획득률의 예시도,
도 10은 탱크 표면의 이상 현상 발견 예시도,
도 11은 설계데이터와 입체데이터와의 형상 변위를 컬러맵으로 표시한 예시도,
도 12는 저장설비의 3차원 레이저 스캐닝도,
도 13은 도 12의 건축 기초 요소들의 거리와 각도 분석 예시도,
도 14는 360도 회전에 의해 취득된 이미지 예시도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하 본 발명의 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템의 실시예를 첨부되는 도면들을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템의 전체 구성도를 도시하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템은 입체데이터 생성수단(100), 설계데이터 저장수단(200), 입체데이터 분석수단(300)을 포함하여 구성된다.

상기 입체데이터 생성수단(100)은 현 시점의 저장 설비에 대한 입체적인 3차원의 좌표데이터를 취득하기 위한 3차원 레이저 스캐닝 장비에 해당된다.

따라서 도 2에 도시된 바와 같이 상기 3차원 레이저 스캐닝 장비를 활용하여 탱크와 베셀(Vessel)의 점군데이터로 구성되는 입체데이터를 생성하게 된다.

상기 점군데이터인 입체데이터는 상기 레이저 스캐닝 장비로부터 얻은 원시데이터로서 이를 후가공을 통하여 탱크와 베셀 등과 같은 설비들의 검사가 가능하도록 한다.

상기 설계데이터 저장수단(200)은 저장 설비들의 설계데이터를 저장해 놓은 장치이며, 하기에 설명될 입체데이터 분석수단의 데이터 분석을 위해 설계데이터를 제공하게 된다.

상기 입체데이터 분석수단(300)은 상기 입체데이터 생성수단(100)에서 생성된 3차원 좌표의 입체데이터를 설계데이터 저장수단(200)의 설계데이터와 비교하여 변형 상태를 확인할 수 있도록 분석한다.

보다 구체적으로 상기 입체데이터 분석수단은 선형 분석, 중심 기울기 분석, 방사율에 의한 부식 부위 확인을 수행하고, 형상 분석, 배수조와 몸체의 체적, 면적, 내부 바닥 형태 분석을 수행하며, 3차원 파노라마 이미지 생성 및 저장 설비를 받치고 있는 건축기초 분석을 수행한다.

이를 위해 도 3의 입체데이터 분석수단의 상세 구성도에 도시된 바와 같이, 선형분석 모듈(310), 중심기울기 분석 모듈(320), 표면상태 확인 모듈(330), 형상변위 확인 모듈(340), 체적/면적 분석 모듈(350), 건축기초 분석 모듈(360), 파노라마 이미지 분석 모듈(370)로 구성된다.

상기 선형분석 모듈(310)은 일정한 높이와 각도에 따라 다양한 방면의 단면도들을 생성하고 이를 설계데이터 저장수단(200)의 설계데이터와 비교 분석하는 모듈이다.

보다 구체적으로 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 선형분석 모듈(310)은 단면도 생성부(311)와 데이터 비교부(312)를 포함하여 구성하고 있어, 상기 단면도 생성부(311)에서 생성한 측단면도와 횡단면도 등의 다양한 측면의 단면데이터들을 설계데이터와 비교할 수 있도록 데이터 비교부(312)가 이미지로 생성하게 된다.

도 5는 데이터 비교부(312)에 의해 생성된 탱크의 실제 설계 모델과 3차원 입체 모델과의 측단면도 비교 이미지이며, 도 6은 탱크의 실제 설계 모델과 3차원 입체 모델과의 횡단면도 지름 측정 비교 이미지이다.

상기 중심기울기 분석 모듈(320)은 저장 설비의 기울임 현상이 없는지 확인하기 위하여 중심축을 계산하여 기울기를 도출하기 위한 모듈이다.

보다 구체적으로 도 7에 도시된 바와 같이, 중심기울기 분석 모듈(320)은 중심축 산출부(321)와 기울기 도출부(322)를 포함하여 구성하고 있으며, 상기 중심축 산출부(321)에서 3차원 좌표의 입체데이터로부터 중심축 데이터를 산출하고, 기울기 도출부(322)는 상기 중심축 데이터와 지면과의 각도를 통해 기울기를 도출하게 된다.

도 8은 탱크에서 추출된 중심축과 지표면과의 각도를 비교한 도면이다.

상기 표면상태 확인 모듈(330)은 레이저의 방사율(Emissivity)에 의한 저장 설비의 표면 상태를 확인하기 위한 모듈이다.

보다 구체적으로 상기 표면상태 확인 모듈(330)은 레이저의 방사율을 이용하여 설비의 절연성 및 표면의 상태를 추정한다.

이때 레이저는 물체의 표면의 재질이나 광채에 따라서 각기 틀린 방사율을 보이므로 이를 이용하여 탱크를 감싸고 있는 표면의 부식 정도를 추정할 수 있게 되는 것이다.

따라서 도 9에 도시된 바와 같이 저장 설비의 표면 상태에 따라 서로 다른 3차원 레이저 데이터의 획득률을 가지게 되며, 도 10에 도시된 바와 같이 탱크 표면의 이상 현상을 발견할 수 있도록 한다.

상기 형상변위 확인 모듈(340)은 도 11에 도시된 바와 같이 설계데이터와 현재의 3차원 좌표의 입체데이터와의 형상 변위를 컬러맵(color map)으로 표시하여 관리자들의 이해를 돕게 하는 모듈이다.

상기 체적/면적 분석 모듈(350)은 상기 3차원 좌표의 입체데이터를 통해 저장 설비의 본체의 체적과 면적, 본체 내부의 배수조까지의 체적과 면적을 추출하기 위한 모듈이다.

상기 건축기초 분석 모듈(360)은 저장 설비를 받치는 콘크리트 건축 기초들의 형상을 분석하기 위한 모듈이다.

도 12에 도시된 바와 같이 저장설비의 3차원 스캐닝된 입체데이터에 있어서, 하단부의 복수개의 실린더 기둥과 파운데이션 건축 요소들이 받치고 있는 형상을 하게 되는 바, 상기 건축기초 분석 모듈(360)은 도 13에 도시된 바와 같이 건축 기초 요소들의 거리와 각도를 분석하게 된다.

상기 파노라마 이미지 분석 모듈(370)은 360도를 회전하며 취득한 고해상도 DSLR 이미지를 이용하여, 도 14에 도시된 바와 같이 자유자재로 사진 상에서 이동하며 저장 설비를 관찰하고 간이 치수 정보를 도출할 수 있도록 하는 솔루션이다.

이는 웹 컨텐츠 자료로서 관리자들이 쉽게 현장을 가보지 않고서 사무실에서 설비를 관리할 수 있게 된다.

이하 본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 입체데이터 생성수단 200 : 설계데이터 저장수단
300 : 입체데이터 분석수단 310 : 선형분석 모듈
320 : 중심기울기 분석 모듈 330 : 표면상태 확인 모듈
340 : 형상변위 확인 모듈 350 : 체적/면적 분석 모듈
360 : 건축기초 분석 모듈 370 : 파노라마 이미지 분석 모듈

Claims (4)

1. 삭제
2. 저장 설비에 대한 3차원 좌표의 입체데이터를 취득하도록, 저장 설비를 3차원 레이저로 스캐닝하는 입체데이터 생성수단과;
   상기 저장 설비의 설계데이터를 저장하며, 상기 입체데이터와 비교하도록 상기 설계데이터를 전달하는 설계데이터 저장수단과;
   상기 입체데이터 생성수단에서 생성된 입체데이터를 상기 설계데이터와 비교하여 변형 상태를 분석하는 입체데이터 분석수단을 포함하여 구성되며,
   상기 입체데이터 분석수단은,
   일정한 높이와 각도에 따라 다양한 방면의 단면도들을 생성하고, 상기 설계데이터의 해당 단면도와의 변형 상태를 분석하는 선형분석 모듈과;
   저장 설비의 기울임 유무를 확인하도록, 중심축을 계산하여 기울기를 도출하는 중심기울기 분석 모듈과;
   레이저의 방사율에 의한 저장 설비의 표면 상태를 확인하여, 상기 표면 상태에 따른 부식 정도를 추정하는 표면상태 확인 모듈과;
   상기 설계데이터와 상기 입체데이터와의 형상 변위가 컬러맵으로 표시된 이미지를 생성하는 형상변위 확인 모듈과;
   상기 입체데이터로부터 저장 설비 본체의 체적과 면적, 본체 내부의 배수조의 체적과 면적을 산출하기 위한 체적/면적 분석 모듈과;
   저장 설비를 받치는 콘크리트 건축 기초들의 거리 및 각도에 해당하는 형상을 분석하는 건축기초 분석 모듈과;
   저장 설비를 360도로 회전하며 취득한 고해상도 이미지를 생성하여, 시설간의 간이 치수 정보를 도출시키는 파노라마 이미지 분석 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 선형분석 모듈은,
   상기 입체데이터로부터 다양한 방면의 단면데이터들을 생성하는 단면도 생성부와;
   상기 입체데이터의 단면데이터들을 설계데이터의 해당 단면데이터와 비교할 수 있도록 이미지로 생성하는 데이터 비교부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 중심기울기 분석 모듈은,
   3차원 좌표의 입체데이터로부터 중심축 데이터를 산출하는 중심축 산출부와;
   상기 중심축 데이터와 지면과의 각도를 비교하여 기울기를 도출하는 기울기 도출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 스캐닝 기술을 활용한 저장 설비의 변형 검사 시스템.
   
   

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