KR101818394B1 - Method and apparatus for diagnosing facility condition - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 설비 상태 진단 방법 및 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 신호에 대한 특징 맵을 기반으로 설비 상태를 진단하기 위한 설비 상태 진단 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for diagnosing a facility condition, and more particularly, to a method and apparatus for diagnosing a facility condition based on a feature map of a signal.
산업설비나 기계가공 시스템 등이 고속화, 자동화됨에 따라 제품의 생산속도가 증가하고 생산성이 향상되고 있으며, 이에 따라 안정성 확보가 요구되고 있다. 설비시설들은 기기에 대한 의존성이 커짐에 따라, 기기의 파손, 고장에 의한 대형사고와 운전정지에서 발생하는 생산 손실 등의 피해가 커지게 된다. 산업설비 및 기계시스템에서 발생되는 고장의 양상은 다양하지만, 진동 발생이 많은 회전체에서는 필수적인 요소인 베어링에서 특히 많이 발생하고 있다.As industrial equipment and machining systems are speeded up and automated, production speed of products increases and productivity is improved, and thus stability is required. As equipment facilities become more dependent on the equipment, damage to equipment, such as large-scale accidents caused by breakdowns, and production losses resulting from shutdowns, increase. The failure modes of industrial equipment and mechanical systems vary, but they are particularly common in bearings, which are essential for many vibrating rotors.
베어링 고장원인으로는 불충분한 윤활, 부적절한 윤활재의 사용, 베어링의 잘못된 설치, 축계의 과도한 변형 등이 있다. 과거에는 숙련된 기술자에 의하여 이러한 문제들을 진단하고 고장 여부를 판단하였으나, 대부분 진단시간이 길고, 주관적이며, 경우에 따라 기기 시스템의 작동을 중단해야 하는 단점을 지니고 있다. 최근에는 기기 시스템의 작동을 유지하면서, 베어링의 고장을 진단할 수 있는 시스템이 요구됨에 따라 지속적으로 베어링 작동 상태를 모니터링하여 고장전에 미리 이상을 발견할 수 있는 형태의 기술로 발전되고 있다.Causes of bearing failure include insufficient lubrication, improper use of lubricant, misalignment of bearings, and excessive deformation of shaft. In the past, experienced technicians diagnosed these problems and judged whether they were faulty. However, most of them have a long diagnosis time, subjective, and sometimes have to stop the operation of the equipment system. In recent years, a system capable of diagnosing a failure of a bearing has been required while maintaining the operation of a device system, and thus the bearing operation state is continuously monitored and developed as a form of technology capable of detecting an abnormality before a failure.
일반적으로 베어링 작동상태를 모니터링 하기 위해서 설비에서 취득된 신호를 분석하고, 이를 기반으로 불일치 현상을 검출하여 설비 상태를 진단하는 방법이 이용되고 있다.Generally, in order to monitor the operating condition of a bearing, a method of analyzing a signal acquired from a facility, and detecting a mismatch phenomenon based on the signal, is used.
특히, 원신호를 2차원 이미지로 변환하여 설비 상태를 진단하는 경우, 진동 신호는 샘플링율이 낮아 일정한 질감 패턴을 보이기 때문에 상태 분류에 용이하지만, 음향 신호는 샘플링율이 높아 질감 패턴을 검출하기가 어려워 설비 상태를 오진단 하는 상황이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.In particular, when the original signal is converted into a two-dimensional image to diagnose the state of the equipment, the vibration signal has a low sampling rate and thus shows a constant texture pattern, so that it is easy to classify the state. However, There is a problem that a situation of misdiagnosing a facility state may occur.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 신호에 대한 특징 맵 및 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 그 설비 상태를 더욱 정확하게 진단할 수 있는 설비 상태 진단 방법 및 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a facility state diagnosis method and apparatus capable of more accurately diagnosing a facility state based on a feature map of a signal and a two-dimensional CNN (Convolution Neural Network) .
또한, 이산 웨이블릿 기반의 특징 맵을 이용하여 설비 상태에 따른 패턴을 검출함으로써 샘플링율이 높은 신호를 이용하는 경우에도 설비 상태를 정확하게 진단할 수 있는 설비 상태 진단 방법 및 장치를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a facility state diagnosis method and apparatus capable of correctly diagnosing a facility state even when a signal having a high sampling rate is used by detecting a pattern according to facility state using a discrete wavelet-based feature map.
또한, 작동 중인 설비로부터 취득된 신호를 이용하여 그 설비 상태를 정확하게 진단함으로써, 고장 전에 미리 이상을 발견할 수 있는 설비 상태 진단 방법 및 장치를 제공함에 있다.It is another object of the present invention to provide a facility state diagnosis method and apparatus capable of correctly diagnosing a facility state by using signals acquired from an equipment in operation and thereby detecting an abnormality before a failure.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 설비 상태 진단 방법은 설비로부터 취득되는 데이터를 신호로 입력 받는 단계, 상기 입력된 신호로부터 특징을 추출하여 특징 맵 이미지를 생성하는 단계 및 상기 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 기학습된 특징 맵 이미지를 이용하여 설비 상태를 분류하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of diagnosing a condition of a facility, comprising: inputting data acquired from a facility as a signal; extracting features from the input signal to generate a feature map image And classifying the facility state using the generated feature map image and the feature map image that has been learned based on the two-dimensional CNN (Convolution Neural Network).
상기 특징 맵 이미지를 생성하는 단계는, 상기 입력된 신호로부터 부대역 신호를 추출하는 단계, 상기 추출된 부대역 신호로부터 특징 값을 산출하는 단계, 상기 산출된 특징 값의 행렬을 특징 맵 이미지로 변환하는 단계 및 상기 변환된 특징 맵 이미지를 상기 CNN의 입력 크기로 분할 및 정렬하고 벡터로 변환한 후, 상기 변환된 벡터의 중간 값을 상기 특징 맵 이미지에 대입하여 정규화하는 단계를 포함할 수 있다.The step of generating the feature map image may include extracting a subband signal from the input signal, calculating a feature value from the extracted subband signal, converting the matrix of the calculated feature value into a feature map image And transforming the transformed feature map image into an input size of the CNN and transforming the transformed vector into a vector, and then normalizing the transformed vector by assigning an intermediate value of the transformed vector to the feature map image.
상기 부대역 신호는, DWPT(Discrete Wavelet Packet Transform)를 기반으로 추출할 수 있다.The subband signal can be extracted based on Discrete Wavelet Packet Transform (DWPT).
상기 특징 값은, RMS(Root Mean Square), 형상 계수(Shape factor), 첨도 값(Kurtosis value) 및 SMR(Square Mean Root) 중 어느 하나일 수 있다.The feature value may be any one of a Root Mean Square (RMS), a Shape Factor, a kurtosis value, and a Square Mean Root (SMR).
상기 신호는, 음향, 진동, 전류, 자속, 열화상 및 초음파 중 적어도 하나일 수 있다.The signal may be at least one of sound, vibration, current, magnetic flux, thermal image, and ultrasonic waves.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 설비 상태 장치는 설비로부터 취득되는 데이터를 신호로 입력 받는 입력부, 상기 입력된 신호로부터 특징을 추출하여 특징 맵 이미지를 생성하는 생성부 및 상기 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 기학습된 특징 맵 이미지를 이용하여 설비 상태를 분류하는 분류부를 포함할 수 있다.As a means for solving the above problems, a facility state apparatus according to another embodiment of the present invention includes an input unit for inputting data acquired from a facility as a signal, a generation unit for generating a feature map image by extracting a feature from the input signal, And a classifying unit classifying the facility state using the generated feature map image and the feature map image that has been learned based on the two-dimensional CNN (Convolution Neural Network).
상기 생성부는, 상기 입력된 신호로부터 부대역 신호를 추출하는 추출부, 상기 추출된 부대역 신호로부터 특징 값을 산출하는 산출부, 상기 산출된 특징 값의 행렬을 특징 맵 이미지로 변환하는 변환부 및 상기 변환된 특징 맵 이미지의 크기를 상기 CNN의 입력 크기로 분할 및 정렬하고 벡터로 변환한 후, 상기 변환된 벡터의 중간 값을 특징 맵 이미지에 대입하여 정규화하는 정규화부를 포함할 수 있다.Wherein the generation unit includes an extraction unit that extracts a subband signal from the input signal, a calculation unit that calculates a characteristic value from the extracted subband signal, a conversion unit that converts the matrix of the calculated characteristic value into a characteristic map image, And a normalizing unit that divides and arranges the size of the converted feature map image into the input size of the CNN and converts the converted vector into a vector and then substitutes the intermediate value of the transformed vector into the feature map image and normalizes the transformed vector.
상기 부대역 신호는, DWPT(Discrete Wavelet Packet Transform)를 기반으로 추출할 수 있다.The subband signal can be extracted based on Discrete Wavelet Packet Transform (DWPT).
상기 특징 값은, RMS(Root Mean Square), 형상 계수(Shape factor), 첨도 값(Kurtosis value) 및 SMR(Square Mean Root) 중 어느 하나일 수 있다.The feature value may be any one of a Root Mean Square (RMS), a Shape Factor, a kurtosis value, and a Square Mean Root (SMR).
상기 신호는, 음향, 진동, 전류, 자속, 열화상 및 초음파 중 적어도 하나에 대한 것일 수 있다.The signal may be for at least one of acoustic, vibration, current, magnetic flux, thermal imaging, and ultrasound.
본 발명에 의하면, 신호에 대한 특징 맵 및 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 그 설비 상태를 더욱 정확하게 진단할 수 있다.According to the present invention, it is possible to more accurately diagnose a facility state based on a characteristic map for signals and a two-dimensional CNN (Convolution Neural Network).
또한, 본 발명에 의하면, 이산 웨이블릿 기반의 특징 맵을 이용하여 설비 상태에 따른 패턴을 검출함으로써 샘플링율이 높은 신호를 이용하는 경우에도 설비 상태를 정확하게 진단할 수 있다.Further, according to the present invention, a facility state can be accurately diagnosed even when a signal having a high sampling rate is used by detecting a pattern according to a facility state using a discrete wavelet-based feature map.
또한, 본 발명에 의하면, 작동 중인 설비로부터 취득된 신호를 이용하여 그 설비 상태를 정확하게 진단함으로써, 고장 전에 미리 이상을 발견할 수 있다.Further, according to the present invention, an abnormality can be detected in advance before a failure by correctly diagnosing the equipment state using a signal acquired from an equipment in operation.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 설비 상태 진단 장치를 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 설비 상태 진단 방법을 나타내는 순서도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 특징 맵 이미지를 생성하기 위한 생성부를 나타내는 블록도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 특징 맵 이미지를 생성하는 방법을 나타내는 순서도,
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따라 신호로부터 추출된 부대역 신호의 일 예를 도시한 도면,
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 5c는 본 발명의 실시 예에 따라 정규화된 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6a는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 정상 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6b는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 외륜 결함 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6c는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 롤러 결함 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6d는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 내륜 결함 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6e는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 외륜 및 롤러 결함 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6f는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 외륜 및 내륜 결함 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6g는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 내륜 및 롤러 결함 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면,
도 6h는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 외륜, 롤러 및 내륜 결함 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면.1 is a block diagram showing a facility condition diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a flowchart showing a method of diagnosing a facility condition according to an embodiment of the present invention,
3 is a block diagram showing a generator for generating a feature map image according to an embodiment of the present invention;
4 is a flow chart illustrating a method for generating a feature map image according to an embodiment of the present invention;
5A is a diagram illustrating an example of a subband signal extracted from a signal according to an embodiment of the present invention,
FIG. 5B is a view showing an example of a feature map image generated according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5C illustrates an example of a normalized feature map image according to an embodiment of the present invention; FIG.
6A is a diagram illustrating an example of a feature map image for a steady state generated according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6B is a view showing an example of a feature map image for an outer ring defect state generated according to an embodiment of the present invention;
FIG. 6C illustrates an example of a feature map image for a roller defect state generated according to an embodiment of the present invention; FIG.
6D is a diagram showing an example of a feature map image for the inner ring defect state generated according to the embodiment of the present invention,
FIG. 6E is a view showing an example of a feature map image for the outer ring and roller defect states generated according to the embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 6F is a view showing an example of a feature map image for the outer ring and inner ring defect states generated according to the embodiment of the present invention;
FIG. 6G is a view showing an example of a feature map image for the inner ring and roller defect states generated according to the embodiment of the present invention;
6H is a diagram showing an example of a feature map image for an outer ring, a roller, and an inner ring defect state generated according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 명세서의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 명세서에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. 본 명세서의 실시 예를 설명하면서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 명세서와 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 명세서의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Will be described in detail with reference to the portions necessary for understanding the operation and operation according to the present specification. In describing the embodiments of the present invention, description of technical contents which are well known in the technical field to which the present invention belongs and which are not directly related to the present specification will be omitted. This is for the sake of clarity without omitting the unnecessary explanation and without giving the gist of the present invention.
또한, 본 명세서의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the components of the present specification, the same reference numerals may be given to components having the same name, and the same reference numerals may be given to different drawings. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that it has the same function in different embodiments, and the function of each component is different from that of the corresponding embodiment Based on the description of each component in FIG.
본 발명은 설비로부터 취득되는 신호의 특징 맵 이미지를 생성하고, 그 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN(Convolution Neural Network)을 기반으로 기학습된 특징 맵 이미지를 통해 설비 상태를 진단함으로써 샘플링율이 높은 신호를 이용하는 경우에도 설비 상태를 정확하게 진단한다. 이하에서 실시 예 및 도면을 통해 본 발명에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.The present invention generates a feature map image of a signal acquired from a facility and diagnoses the facility condition through the generated feature map image and the feature map image learned based on the two-dimensional CNN (Convolution Neural Network) Even when a high signal is used, the equipment state is accurately diagnosed. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and drawings.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 설비 상태 진단 장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a facility condition diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 설비 상태 진단 장치(100)는 입력부(110), 생성부(130) 및 분류부(150)를 포함한다.1, the equipment
입력부(110)는 설비로부터 취득되는 데이터를 신호로 입력 받는다. 여기서, 신호는 음향, 진동, 전류, 자속, 열화상 및 초음파가 될 수 있으며, 복수 개의 신호를 입력 받을 수도 있다.The
생성부(130)는 입력부(110)에 의해 입력된 신호로부터 특징을 추출하여 특징 맵 이미지를 생성한다.The
분류부(150)는 생성부(130)에 의해 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 기학습된 특징 맵 이미지를 이용하여 설비 상태를 분류한다.The classifying
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 설비 상태 진단 방법을 나타내는 순서도이다.2 is a flowchart showing a method of diagnosing a facility condition according to an embodiment of the present invention.
입력부(110)는 설비로부터 취득되는 데이터를 신호로 입력 받는다(S201). The
생성부(130)는 입력부(110)에 의해 입력된 신호로부터 특징을 추출하여 특징 맵 이미지를 생성한다(S203).The
분류부(150)는 생성부(130)에 의해 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 기학습된 특징 맵 이미지를 이용하여 설비 상태를 분류한다(S205).The classifying
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 특징 맵 이미지를 생성하기 위한 생성부를 나타내는 블록도로, 설비 상태 진단 장치(100)의 생성부(130)를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.3 is a block diagram showing a generator for generating a feature map image according to an embodiment of the present invention, and more specifically, a
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따라 특징 맵 이미지를 생성하기 위한 생성부(130)는 추출부(131), 산출부(133), 변환부(135) 및 정규화부(137)를 포함한다. 3, the
추출부(131)는 입력된 신호로부터 부대역 신호를 추출한다. 이때, 추출부(131)는 입력된 신호에 DWPT(Discrete Wavelet Packet Transform)를 적용하여 각 레벨의 부대역 신호를 추출한다.The extracting
산출부(133)는 상기 추출된 부대역 신호로부터 특징 값을 산출한다. 이때, 특징 값은 1) RMS(Root Mean Square), 2) 형상 계수(Shape factor), 3) 첨도 값(Kurtosis value) 및 4) SMR(Square Mean Root) 중 어느 하나가 될 수 있다.The
1) RMS를 특징 값으로 산출하는 경우에는, 하기 <수학식 1>을 기반으로 한다. RMS는 신호의 변화 크기에 대한 값으로 사인 파형과 같이 연속되는 파형의 음과 양을 오가는 정도 또는 그 크기를 의미한다.1) When RMS is calculated as a feature value, it is based on the following Equation (1). RMS is the magnitude of a change in the signal, which means the magnitude and / or magnitude of a sinusoidal waveform, such as a sinusoidal waveform.
<수학식 1>&Quot; (1) "
2) 형상 계수를 특징 값으로 산출하는 경우에는, 하기 <수학식 2>를 기반으로 한다. DC 성분과 AC 성분의 비율을 나타내는 지표로 신호의 평균 대비 음과 양을 오가는 연속 파형의 크기 비율을 의미한다.2) When the shape coefficient is calculated as the feature value, it is based on the following formula (2). Indicates the ratio of the DC component to the AC component, and refers to the ratio of the magnitude of the continuous waveform that alternates between the sound and the amount of the signal.
<수학식 2>&Quot; (2) "
3) 첨도 값을 특징 값으로 산출하는 경우에는, 하기 <수학식 3>을 기반으로 한다. 확률분포의 모양이 뾰족한 정도를 나타내는 지표로 신호의 값들의 분포가 특정 값 근처에 몰려 뾰족한 형태를 이룰수록 증가한다.3) When the kurtosis value is calculated as the feature value, it is based on Equation (3) below. The distribution of the signal values increases as the distribution of the signal values converges near the specific value and becomes sharp.
<수학식 3>&Quot; (3) "
4) SMR을 특징 값으로 산출하는 경우에는, 하기 <수학식 4>를 기반으로 한다. RMS와 동일하게 연속되는 파형의 음과 양을 오가는 정도 또는 그 크기를 의미하며 RMS보다 신호의 크기에 더 민감하다.4) When SMR is calculated as a feature value, it is based on Equation (4) below. It is the same as RMS, which means the amplitude or the magnitude of the difference between the tone and the amount of the continuous waveform. It is more sensitive to the signal size than RMS.
<수학식 4>&Quot; (4) "
한편, 변환부(135)는 상기 산출된 특징 값의 행렬을 특징 맵 이미지로 변환한다. 상기 <수학식 1> 내지 <수학식 4>의 변수 는 신호의 i번째 시간 인덱스에 해당하는 진폭 값을 나타내고, 는 신호의 평균 값을 정의된다.On the other hand, the
정규화부(137)는 상기 변환된 특징 맵 이미지의 크기를 상기 CNN의 입력 크기로 정규화한다. The
예를 들어, 정규화부(137)는 N x M 크기의 특징 맵 이미지를 CNN의 입력 크기(N'x M')로 분할하고, 각각의 분할된 부분을 정렬하여 벡터로 변환한다. 여기서, 각각의 분할된 부분은 하기 <수학식 5>를 기반으로 산출할 수 있다.For example, the
<수학식 5>Equation (5)
이후, 변환된 벡터의 중간 값을 추출하고, 추출된 각 부분의 중간 값을 특징 맵 이미지에 대입하여 정규화한다.Then, the intermediate value of the transformed vector is extracted, and the intermediate value of each extracted part is substituted into the feature map image to normalize it.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 특징 맵 이미지를 생성하는 방법을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of generating a feature map image according to an embodiment of the present invention.
추출부(131)는 입력된 신호에 DWPT(Discrete Wavelet Packet Transform)를 적용하여 각 레벨의 부대역 신호를 추출한다 (S401).The
산출부(133)는 상기 추출된 부대역 신호로부터 특징 값을 산출한다(S403).The calculating
변환부(135)는 상기 산출된 특징 값의 행렬을 특징 맵 이미지로 변환한다(S405).The
정규화부(137)는 특징 맵 이미지의 크기를 상기 CNN의 입력 크기로 정규화한다(S407). 구체적으로, 상기 변환된 특징 맵 이미지의 크기를 CNN 입력 크기로 분할하고, 각각의 분할된 부분을 정렬하여 벡터로 변환한 후, 변환된 벡터의 중간 값을 특징 맵 이미지에 대입하여 정규화한다.The
도 5a는 본 발명의 실시 예에 따라 신호로부터 추출된 부대역 신호의 일 예를 도시한 도면으로, 앞서 설명한 도 3에 도시된 추출부(131)에 의해 추출된 부대역 신호의 일 예이다.FIG. 5A is a diagram illustrating an example of a subband signal extracted from a signal according to an embodiment of the present invention, and is an example of a subband signal extracted by the
도 5b는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면으로, 앞서 설명한 도 3에 도시된 변환부(135)에 의해 변환된 특징 맵 이미지의 일 예이다. FIG. 5B is a view showing an example of a feature map image generated according to an embodiment of the present invention, and is an example of a feature map image converted by the
이때, 변환된 특징 맵 이미지는 추출부(131)에서 추출된 각 부대역 신호로부터 산출된 특징 값의 행렬을 기반으로 변환된 것이다.At this time, the transformed feature map image is transformed based on a matrix of feature values calculated from each subband signal extracted by the extracting
또한, 도 5c는 본 발명의 실시 예에 따라 정규화된 특징 맵 이미지의 일 예를 도시한 도면으로, 앞서 설명한 도 3에 도시된 정규화부(137)에 의해 정규화된 특징 맵 이미지의 일 예이다. 5C is an example of a normalized feature map image according to an embodiment of the present invention, and is an example of a feature map image normalized by the normalizing
이때, 정규화된 특징 맵 이미지는 변환부(135)에서 변환된 특징 맵 이미지를 CNN의 입력 크기로 분할하고, 각 분할된 부분을 정렬하여 벡터로 변환한 후, 그 변환된 벡터의 중간 값을 특징 맵에 대입함으로써 생성될 수 있다.At this time, the normalized feature map image is obtained by dividing the transformed feature map image by the
한편, 도 6a 내지 도 6h는 본 발명의 실시 예에 따라 생성된 각각의 설비 상태에 대한 특징 맵 이미지의 일 예로써, 베어링으로부터 취득된 음향 신호를 입력으로 하여 각 상태에 따른 특징 맵 이미지를 도시한 것이다.6A to 6H illustrate an example of a feature map image for each facility state generated according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6A to FIG. 6H, an acoustic signal acquired from a bearing is input, It is.
구체적으로 도 6a는 정상 상태, 도 6b는 외륜 결함 상태, 도 6c는 롤러 결함 상태, 도 6d는 내륜 결함 상태, 도 6e는 외륜 및 롤러 결함 상태, 도 6f는 외륜 및 내륜 결함 상태, 도 6g는 내륜 및 롤러 결함 상태, 그리고 도 6h는 외륜, 롤러 및 내륜 결함 상태인 경우에 대해 생성된 각각의 특징 맵 이미지이다.6C is a roller defect state, FIG. 6D is an inner ring defect state, FIG. 6E is an outer ring and roller defect state, FIG. 6F is an outer ring and inner ring defect state, FIG. Inner ring and roller defect states, and Figure 6h is an image of each feature map generated for the case of outer ring, roller and inner ring fault conditions.
도 6a 내지 도 6d와 같이 단일 결함을 진단할 수 있음은 물론, 도 6e 내지 도 6h와 같이 복합 결함을 진단할 수도 있다.6A to 6D, it is possible to diagnose a single defect as well as to diagnose a composite defect as shown in FIGS. 6E to 6H.
이러한 결함 상태는 상기와 같이 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN과 같은 인공신경망 알고리즘을 통해 기학습된 특징 맵 이미지를 기반으로 분류된다.These defect states are classified based on the feature map image generated as described above and the feature map image learned through the artificial neural network algorithm such as 2-dimensional CNN.
도 6a 내지 도 6h에서 도시하고 있는 바와 같이, 각각의 특징 맵 이미지는 각 상태 별로 뚜렷한 패턴을 나타내고 있어 베어링의 상태를 보다 정확하게 분류할 수 있다.As shown in FIGS. 6A to 6H, each feature map image has a distinct pattern for each state, so that the state of the bearing can be more accurately classified.
상기에서는 베어링의 음향 신호를 입력으로 한 경우를 일 예로 설명한 것일 뿐이며, 이에 한정되지 않는다. In the above description, the case where the acoustic signal of the bearing is input is described as an example, but the present invention is not limited thereto.
이상에서 설명한 실시 예들은 그 일 예로서, 본 명세서가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
100: 설비 상태 진단 장치
110: 입력부
130: 생성부
150: 분류부
131: 추출부
133: 산출부
135: 변환부
137: 정규화부100: Equipment condition diagnosis device
110: input unit
130:
150:
131:
133:
135:
137: normalization unit
Claims (10)
상기 입력된 신호로부터 특징을 추출하여 특징 맵 이미지를 생성하는 단계; 및
상기 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 기학습된 특징 맵 이미지를 이용하여 설비 상태를 분류하는 단계를 포함하고,
상기 특징 맵 이미지를 생성하는 단계는,
상기 입력된 신호로부터 부대역 신호를 추출하는 단계;
상기 추출된 부대역 신호로부터 특징 값을 산출하는 단계;
상기 산출된 특징 값의 행렬을 특징 맵 이미지로 변환하는 단계; 및
상기 변환된 특징 맵 이미지를 상기 CNN의 입력 크기로 분할 및 정렬하고 벡터로 변환한 후, 상기 변환된 벡터의 중간 값을 상기 특징 맵 이미지에 대입하여 정규화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 상태 진단 방법.
Inputting data acquired from a facility as a signal;
Extracting a feature from the input signal to generate a feature map image; And
Classifying the facility state using the generated feature map image and a feature map image that has been learned based on a two-dimensional CNN (Convolution Neural Network)
Wherein the step of generating the feature map image comprises:
Extracting a subband signal from the input signal;
Calculating a feature value from the extracted subband signal;
Converting the matrix of the calculated feature values into a feature map image; And
Dividing and rearranging the converted feature map image into an input size of the CNN and transforming the vector into a vector and then normalizing the transformed vector by substituting an intermediate value of the transformed vector into the feature map image. Diagnostic method.
상기 부대역 신호는,
DWPT(Discrete Wavelet Packet Transform)를 기반으로 추출하는 것을 특징으로 하는 설비 상태 진단 방법.
The method according to claim 1,
The sub-
And extracting based on DWPT (Discrete Wavelet Packet Transform).
상기 특징 값은,
RMS(Root Mean Square), 형상 계수(Shape factor), 첨도 값(Kurtosis value) 및 SMR(Square Mean Root) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 설비 상태 진단 방법.
The method according to claim 1,
The feature value may be,
A root mean square (RMS), a shape factor, a kurtosis value, and a square mean root (SMR).
상기 신호는,
음향, 진동, 전류, 자속, 열화상 및 초음파 중 적어도 하나에 대한 것임을 특징으로 하는 설비 상태 진단 방법.
The method according to claim 1,
The signal,
Wherein the method is for at least one of sound, vibration, current, magnetic flux, thermal image, and ultrasonic wave.
상기 입력된 신호로부터 특징을 추출하여 특징 맵 이미지를 생성하는 생성부; 및
상기 생성된 특징 맵 이미지와 2차원 CNN(Convolution Neural Network)를 기반으로 기학습된 특징 맵 이미지를 이용하여 설비 상태를 분류하는 분류부를 포함하고,
상기 생성부는,
상기 입력된 신호로부터 부대역 신호를 추출하는 추출부;
상기 추출된 부대역 신호로부터 특징 값을 산출하는 산출부;
상기 산출된 특징 값의 행렬을 특징 맵 이미지로 변환하는 변환부; 및
상기 변환된 특징 맵 이미지를 상기 CNN의 입력 크기로 분할 및 정렬하고 벡터로 변환한 후, 상기 변환된 벡터의 중간 값을 특징 맵 이미지에 대입하여 정규화하는 정규화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 설비 상태 진단 장치.
An input unit for receiving data acquired from the facility as a signal;
A generator for extracting a feature from the input signal to generate a feature map image; And
And a classifying unit classifying the facility state using the generated feature map image and the feature map image that has been learned based on a two-dimensional CNN (Convolution Neural Network)
Wherein the generation unit comprises:
An extracting unit for extracting a subband signal from the input signal;
A calculating unit for calculating a feature value from the extracted subband signal;
A transform unit for transforming the matrix of the calculated feature values into a feature map image; And
And a normalization unit for dividing and arranging the transformed feature map image into the input size of the CNN and transforming the vector into a vector and then substituting the intermediate value of the transformed vector into a feature map image and normalizing the transformed feature map image. Device.
상기 부대역 신호는,
DWPT(Discrete Wavelet Packet Transform)를 기반으로 추출하는 것을 특징으로 하는 설비 상태 진단 장치.
The method according to claim 6,
The sub-
And extracting based on DWPT (Discrete Wavelet Packet Transform).
상기 특징 값은,
RMS(Root Mean Square), 형상 계수(Shape factor), 첨도 값(Kurtosis value) 및 SMR(Square Mean Root) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 설비 상태 진단 장치.
The method according to claim 6,
The feature value may be,
Wherein the apparatus is one of a root mean square (RMS), a shape factor, a kurtosis value, and a square mean root (SMR).
상기 신호는,
음향, 진동, 전류, 자속, 열화상 및 초음파 중 적어도 하나에 대한 것임을 특징으로 하는 설비 상태 진단 장치.The method according to claim 6,
The signal,
Wherein the apparatus is for at least one of sound, vibration, current, magnetic flux, thermal image, and ultrasonic wave.
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