KR102161577B1

KR102161577B1 - Apparatus and method for detecting faults of rotating machinery using time-frequency image

Info

Publication number: KR102161577B1
Application number: KR1020190063781A
Authority: KR
Inventors: 윤병동; 박정호; 김윤한; 나규민
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2019-05-30
Publication date: 2020-10-05

Abstract

Disclosed are an apparatus capable of detecting whether or not a failure has occurred in a rotary body whose rotary speed is changed, using Fourier transform, and a method thereof. The disclosed apparatus for detecting whether or not the failure has occurred of the rotary body may detect whether or not the failure has occurred even in the rotary body whose rotary speed is changed, using a short-time Fourier transform and a two-dimensional Fourier transform. The apparatus for detecting the failure of the rotary body comprises a vibration data collection unit, a short-time Fourier transform unit, a time-frequency image configuration unit, a two-dimensional Fourier transform unit, an energy calculation unit, and a failure occurrence determination unit.

Description

Device and method for detecting failure of a rotating body using time-frequency image {APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FAULTS OF ROTATING MACHINERY USING TIME-FREQUENCY IMAGE}

하기의 실시예들은 기계장치의 고장을 감지하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 시간에 따라 회전 속도가 변경되는 회전체의 고장을 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The following embodiments relate to an apparatus and method for detecting a failure of a mechanical device, and more specifically, to an apparatus and method for detecting a failure of a rotating body whose rotational speed is changed over time.

발전소 등의 사회 기간 시설에서는 다양한 종류의 회전체를 사용하고 있다. 회전체에 고장이 발생한 경우, 발전소의 동작은 중지될 수밖에 없으며, 발전소가 중지되는 경우 사회적으로 큰 혼란을 초래한다.Various types of rotating bodies are used in infrastructure such as power plants. In the event of a breakdown in the rotating body, the operation of the power plant is bound to stop, and when the power plant is stopped, it causes great social confusion.

회전체의 고장은 초기에 미세한 진동으로부터 시작하여 점차 진동의 세기가 커진다. 고장으로 인한 전동의 세기가 일정 수준을 넘어서는 경우, 해당 회전체가 파괴된다. 일측에 따르면, 특정 회전체가 파괴되는 것에 그치지 않고, 해당 회전체를 포함하는 시스템 전체의 동작이 중지되어 사회적으로 큰 혼란을 겪는 일도 다수 발생하고 있다.The failure of the rotating body initially starts with a minute vibration and gradually increases the intensity of the vibration. If the power of the electric power due to a failure exceeds a certain level, the rotating body is destroyed. According to one side, not only the specific rotating body is destroyed, but the operation of the entire system including the rotating body is stopped, causing a lot of social confusion.

따라서, 회전체에 고장이 발생한 초기 시점에, 고장이 발생한 것을 감지하고, 고장이 발생한 회전체를 정상 제품으로 교체하거나, 관리자에게 관리의 필요성을 알려주는 솔루션의 필요성이 증가하고 있다.Accordingly, there is an increasing need for a solution that detects that a failure has occurred at the initial time when a failure occurs in the rotating body, replaces the rotating body with a failure with a normal product, or informs the manager of the need for management.

하기의 실시예들의 목적은 시간에 따라 회전 속도가 변경되는 회전체의 고장 발생 여부를 판단하는 것이다.The purpose of the following embodiments is to determine whether a failure occurs in a rotating body whose rotational speed changes over time.

예시적 실시예에 따르면, 회전체의 시간에 따른 진동 데이터를 수집하는 진동 데이터 수집부, 상기 진동 데이터를 시간에 따라 푸리에 변환하여 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기를 산출하는 단시간 푸리에 변환부, 상기 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기에 따라 결정되는 색상을 시간 축과 상기 시간 축에 직교하는 주파수 축에 삽입하여 시간-주파수 이미지를 구성하는 시간-주파수 이미지 구성부, 상기 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하여 공간 주파수 이미지를 생성하는 2차원 푸리에 변환부, 상기 공간 주파수 이미지에서 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지를 산출하는 에너지 산출부 및 상기 산출된 에너지 값에 따라 상기 회전체의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 발생 여부 판단부를 포함하는 회전체의 고장 발생 감지 장치가 제공된다.According to an exemplary embodiment, a vibration data collection unit that collects vibration data according to time of a rotating body, a short-time Fourier transform unit that calculates the strength of each frequency component according to time by Fourier transforming the vibration data according to time, the A time-frequency image constructing unit that constructs a time-frequency image by inserting a color determined according to the intensity of each frequency component over time into a time axis and a frequency axis orthogonal to the time axis, and a two-dimensional time-frequency image A two-dimensional Fourier transform unit that generates a spatial frequency image by Fourier transform, an energy calculation unit that calculates the energy of the central component of the spatial frequency in the spatial frequency image, and determines whether a failure of the rotating body occurs according to the calculated energy value There is provided a device for detecting the occurrence of a failure of a rotating body including a determining unit for determining whether a failure occurs.

여기서, 상기 회전체는 시간에 따라 회전 속도가 변경될 수 있다.Here, the rotational speed of the rotating body may be changed over time.

그리고, 상기 시간-주파수 이미지 구성부는 상기 시간 축을 가로에, 상기 주파수 축을 세로에 배치하고, 상기 에너지 산출부는 상기 공간 주파수 이미지에서 세로축의 중앙으로부터 상하 방향으로 미리 결정된 범위의 에너지를 상기 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다.In addition, the time-frequency image construction unit arranges the time axis horizontally and the frequency axis vertically, and the energy calculation unit converts the energy of a predetermined range vertically from the center of the vertical axis in the spatial frequency image to the center of the spatial frequency. It can be calculated from the energy of the component.

또한, 상기 에너지 산출부는, 상기 미리 결정된 범위의 픽셀값들의 실효값(RMS: Root Mean Square)을 상기 에너지로 산출할 수 있다.Also, the energy calculator may calculate a root mean square (RMS) of pixel values in the predetermined range as the energy.

여기서, 상기 고장 발생 여부 판단부는 상기 산출된 에너지 값을 미리 결정된 임계값과 비교하여 상기 산출된 에너지 값이 상기 미리 결정된 임계값 보다 더 큰 경우에 상기 회전체에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.Here, the failure determination unit may compare the calculated energy value with a predetermined threshold value and determine that a failure has occurred in the rotating body when the calculated energy value is greater than the predetermined threshold value.

또 다른 예시적 실시예에 따르면, 회전체의 시간에 따른 진동 데이터를 수집하는 단계, 상기 진동 데이터를 시간에 따라 푸리에 변환하여 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기를 산출하는 단계, 상기 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기에 따라 결정되는 색상을 시간 축과 상기 시간 축에 직교하는 주파수 축에 삽입하여 시간-주파수 이미지를 구성하는 단계, 상기 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하여 공간 주파수 이미지를 생성하는 단계, 상기 공간 주파수 이미지에서 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지를 산출하는 단계, 및 상기 산출된 에너지 값에 따라 상기 회전체의 고장 발생 여부를 판단하는 단계를 포함하는 회전체의 고장 발생 감지 방법이 제공된다.According to another exemplary embodiment, collecting vibration data according to time of a rotating body, calculating the intensity of each frequency component according to time by Fourier transforming the vibration data according to time, and calculating the intensity of each frequency component according to time. Constructing a time-frequency image by inserting a color determined according to the intensity of a frequency component into a time axis and a frequency axis orthogonal to the time axis, and generating a spatial frequency image by two-dimensional Fourier transform of the time-frequency image A method for detecting a failure of a rotating body comprising the steps of, calculating an energy of a central component of a spatial frequency in the spatial frequency image, and determining whether a failure of the rotating body has occurred according to the calculated energy value do.

그리고, 상기 시간-주파수 이미지를 구성하는 단계는 상기 시간 축을 가로에, 상기 주파수 축을 세로에 배치하고, 상기 에너지를 산출하는 단계는 상기 공간 주파수 이미지에서 세로축의 중앙으로부터 상하 방향으로 미리 결정된 범위의 에너지를 상기 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다.In the step of constructing the time-frequency image, the time axis is horizontally and the frequency axis is vertically, and the calculating of the energy is an energy of a predetermined range in the vertical direction from the center of the vertical axis in the spatial frequency image. Can be calculated as the energy of the central component of the spatial frequency.

또한, 상기 에너지를 산출하는 단계는, 상기 미리 결정된 범위의 픽셀값들의 실효값(RMS: Root Mean Square)을 상기 에너지로 산출할 수 있다.In addition, in the calculating of the energy, a root mean square (RMS) of the pixel values in the predetermined range may be calculated as the energy.

여기서, 상기 고장 발생 여부를 판단하는 단계는 상기 산출된 에너지 값을 미리 결정된 임계값과 비교하여 상기 산출된 에너지 값이 상기 미리 결정된 임계값 보다 더 큰 경우에 상기 회전체에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.Here, the step of determining whether the failure occurs may include comparing the calculated energy value with a predetermined threshold value, and determining that a failure has occurred in the rotating body when the calculated energy value is greater than the predetermined threshold value. I can.

하기의 실시예들에 따르면, 시간에 따라 회전 속도가 변경되는 회전체의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다.According to the following embodiments, it may be determined whether or not a failure of a rotating body whose rotational speed changes over time has occurred.

도 1은 시간에 따라 회전 속도가 변경되는 회전체의 고장 발생 여부를 판단하는 본 발명의 예시적 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 대하여 푸리에 변환을 이용하여 고장 발생 여부를 판단하는 개념을 도시한 도면이다.
도 3은 회전 속도가 변경되는 회전체에 대하여 푸리에 변환을 이용하여 고장 발생 여부를 판단하는 개념을 도시한 도면이다.
도 4는 회전 속도가 변경되는 회전체에 대하여 시간-주파수 이미지를 이용한 고장 발생 감지 기법을 적용하는 개념들 도시한 도면이다.
도 5는 회전 속도가 변경되는 회전체의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 발생 감지 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 6은 회전체로부터 수집한 시간에 따른 진동 데이터를 도시한 도면이다.
도 7은 시간-주파수 이미지를 도시한 도면이다.
도 8은 여러 가지 고장의 예에 따른 공간 주파수 이미지를 도시한 도면이다.
도 9는 공간 주파수 이미지에서 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지를 산출하는 예를 도시한 도면이다.
도 10은 예시적 실시예에 따른 고장 발생 여부 판단 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.1 is a view showing an exemplary embodiment of the present invention for determining whether a failure occurs in a rotating body whose rotational speed changes over time.
FIG. 2 is a diagram illustrating a concept of determining whether or not a failure occurs in a rotating body whose rotation speed is not changed using Fourier transform.
3 is a diagram illustrating a concept of determining whether a failure occurs in a rotating body whose rotational speed is changed using Fourier transform.
4 is a diagram showing concepts of applying a fault detection technique using a time-frequency image to a rotating body whose rotation speed is changed.
5 is a block diagram showing a structure of a failure detection device for determining whether a failure occurs in a rotating body whose rotation speed is changed.
6 is a diagram showing vibration data over time collected from a rotating body.
7 is a diagram showing a time-frequency image.
8 is a diagram illustrating a spatial frequency image according to various examples of failures.
9 is a diagram illustrating an example of calculating the energy of a central component of a spatial frequency in a spatial frequency image.
Fig. 10 is a flow chart for explaining a step-by-step method for determining whether a failure occurs according to an exemplary embodiment.

이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 시간에 따라 회전 속도가 변경되는 회전체의 고장 발생 여부를 판단하는 본 발명의 예시적 실시예를 도시한 도면이다.1 is a view showing an exemplary embodiment of the present invention for determining whether a failure occurs in a rotating body whose rotational speed changes over time.

도 1에서, 기계 장치(110)는 회전 운동을 할 수 있다. 이하 회전 운동을 하는 기계장치를 본 명세서에서는 간단히 회전체라고 한다. 회전체는 베어링, 회전축 등 여러 가지 기계 부품을 이용하여 동력을 전달받아 회전 운동을 할 수 있다.In FIG. 1, the mechanical device 110 may perform a rotational motion. Hereinafter, a mechanical device that performs a rotational motion is simply referred to as a rotating body in this specification. The rotating body can perform rotational motion by receiving power using various mechanical parts such as bearings and rotating shafts.

회전체가 회전 운동을 하면, 열, 진동 등이 발생하며, 열과 진동에 의해 회전체는 물론 베어링, 회전축 등에 고장이 발생할 수 있다. 회전체가 회전함에 따라 정상적으로 발생하는 진동과, 고장에 의한 진동은 주파수, 패턴, 발생 시간 등이 상이하다. 따라서, 회전체에 발생하는 진동을 분석함으로써, 회전체에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.When the rotating body rotates, heat, vibration, etc. are generated, and failure may occur in the rotating body as well as bearings and rotating shafts due to heat and vibration. The frequency, pattern, and time of occurrence are different between the vibration that normally occurs as the rotating body rotates and the vibration caused by failure. Therefore, by analyzing the vibration generated in the rotating body, it is possible to determine whether a failure has occurred in the rotating body.

도 1에 도시된 실시예에 따르면, 센서(120)를 이용하여 회전체(110)의 진동을 센싱할 수 있다. 일측에 따르면, 복수의 센서(120)가 이용될 수도 있고, 서로 상이한 방향에서 회전체(110)의 진동을 센싱할 수도 있다.According to the embodiment illustrated in FIG. 1, the vibration of the rotating body 110 may be sensed using the sensor 120. According to one side, a plurality of sensors 120 may be used, or vibrations of the rotating body 110 may be sensed in different directions.

회전체의 고장 발생 감지 장치(130)는 회전체(110)의 진동을 센싱하여 생성된 진동 데이터를 수신하고, 수신된 진동 데이터를 분석하여 회전체(110)에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다. 회전체(110)의 관리자는 단말기(150, 160) 및 통신망(140)을 통해 회전체의 고장 발생 감지 장치(130)에 접속하고, 회전체(110)에 고장이 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다.The device 130 for detecting failure occurrence of the rotating body receives the vibration data generated by sensing the vibration of the rotating body 110, and analyzes the received vibration data to determine whether a failure has occurred in the rotating body 110. I can. The administrator of the rotating body 110 may connect to the device 130 for detecting a failure of the rotating body through the terminals 150 and 160 and the communication network 140 and check whether a failure has occurred in the rotating body 110. .

도 2는 회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 대하여 푸리에 변환을 이용하여 고장 발생 여부를 판단하는 개념을 도시한 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating a concept of determining whether or not a failure occurs in a rotating body whose rotation speed is not changed using Fourier transform.

도 2의 (a)는 회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 고장이 발생하지 않은 경우, 수집된 진동 데이터를 도시한 것이다. 도 2의 (a)에서 윗 부분의 그래프는 진동 데이터를 시간축 상에 도시한 것이고, 아랫 부분의 그래프는 진동 데이터를 주파수 축 상에 도시한 것이다.FIG. 2 (a) shows collected vibration data when there is no failure in a rotating body whose rotation speed is not changed. In (a) of FIG. 2, the upper graph shows vibration data on the time axis, and the lower graph shows vibration data on the frequency axis.

회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 고장이 발생하지 않았다면, 센싱되는 진동은 회전체의 중량, 회전속도, 재질 등에 따른 회전체 고유의 진동 뿐이다. 따라서, 센싱된 진동을 주파수 영역에서 찾아보면 회전체의 고유 주파수의 정수배에 해당하는 진동수에서 에너지가 집중되는 경향을 보인다.If there is no failure in the rotating body whose rotational speed is not changed, the only vibrations that are sensed are vibrations inherent to the rotating body according to the weight, rotational speed, and material of the rotating body. Therefore, when the sensed vibration is found in the frequency domain, energy tends to be concentrated at a frequency corresponding to an integer multiple of the natural frequency of the rotating body.

도 2의 (b)는 회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 분포 고장이 발생한 경우, 수집된 진동 데이터를 도시한 것이다. 도 2의 (b)에서 윗 부분의 그래프는 진동 데이터를 시간축 상에 도시한 것이고, 아랫 부분의 그래프는 진동 데이터를 주파수 축 상에 도시한 것이다.2B shows collected vibration data when a distribution failure occurs in a rotating body whose rotational speed is not changed. In (b) of FIG. 2, the upper graph shows vibration data on the time axis, and the lower graph shows vibration data on the frequency axis.

회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 분포 고장이 발생한 경우에는 시간축 상에 고장으로 인해 주기적으로 크기가 변경되는 진동이 발생하고, 주파수 축상에서는 고유 주파수에서의 에너지 집중도가 감소한 경향을 보인다.When a distribution failure occurs in a rotating body where the rotational speed is not changed, vibrations that periodically change in magnitude due to the failure occur on the time axis, and the energy concentration at the natural frequency tends to decrease on the frequency axis.

도 2의 (c)는 회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 국부 고장이 발생한 경우 수집된 진동 데이터를 도시한 것이다. 도 2의 (c)에서 윗 부분의 그래프는 진동 데이터를 시간축 상에 도시한 것이고, 아랫 부분의 그래프는 진동 데이터를 주파수 축 상에 도시한 것이다.2C shows vibration data collected when a local failure occurs in a rotating body in which the rotational speed is not changed. In (c) of FIG. 2, the upper portion of the graph shows the vibration data on the time axis, and the lower portion of the graph shows the vibration data on the frequency axis.

회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 국부 고장이 발생한 경우에는 시간 축상에서 일정한 주기마다 진동이 집중되고, 주파수 축상에서 저주파수 대역 부근에 고장으로 인한 진동에너지가 검출된다.When a local failure occurs in a rotating body where the rotational speed is not changed, vibration is concentrated at regular intervals on the time axis, and vibration energy due to the failure is detected near the low frequency band on the frequency axis.

도 2를 참고하면, 회전 속도가 변경되지 않는 회전체에 대해서는 진동 데이터를 주파수 영역에서 분석하면 해당 회전체의 고장 발생 여부를 파악할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 2, it can be seen that for a rotating body whose rotational speed is not changed, if the vibration data is analyzed in the frequency domain, it is possible to determine whether a failure of the rotating body has occurred.

도 3은 회전 속도가 변경되는 회전체에 대하여 푸리에 변환을 이용하여 고장 발생 여부를 판단하는 개념을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating a concept of determining whether a failure occurs in a rotating body whose rotational speed is changed using Fourier transform.

도 3의 (a)는 회전 속도가 변경되는 회전체에 고장이 발생하지 않은 경우, 수집된 진동 데이터를 도시한 것이다. 도 3의 (a)에서 윗 부분의 그래프는 진동 데이터를 시간축 상에 도시한 것이고, 아랫 부분의 그래프는 진동 데이터를 주파수 축 상에 도시한 것이다.3(a) shows collected vibration data when no failure occurs in a rotating body whose rotation speed is changed. In (a) of FIG. 3, the upper part of the graph shows the vibration data on the time axis, and the lower part of the graph shows the vibration data on the frequency axis.

회전 속도가 변경되는 회전체에 고장이 발생하지 않았다면, 센싱되는 진동은 회전체의 중량, 회전속도, 재질 등에 따른 회전체 고유의 진동 뿐만 아니라, 회전체의 회전 속도 변화로 인한 진동이 추가된다. 따라서, 센싱된 진동을 주파수 영역에서 분석하면 회전체의 고유 주파수의 정수배에 해당하는 진동수 뿐만 아니라, 인접한 다른 주파수에서도 에너지가 관찰된다.If there is no failure in the rotating body whose rotational speed is changed, the vibrations that are sensed are added not only to the inherent vibrations of the rotating body according to the weight, rotational speed, and material of the rotating body, but also vibrations due to changes in the rotational speed of the rotating body. Therefore, when the sensed vibration is analyzed in the frequency domain, energy is observed not only at a frequency corresponding to an integer multiple of the natural frequency of the rotating body, but also at other adjacent frequencies.

도 3의 (b)는 회전 속도가 변경되는 회전체에 분포 고장이 발생한 경우, 수집된 진동 데이터를 도시한 것이고, 도 3의 (c)는 회전 속도가 변경되는 회전체에 국부 고장이 발생한 경우 수집된 진동 데이터를 도시한 것이다. 도 3의 (b), (c)에서 윗 부분의 그래프는 진동 데이터를 시간축 상에 도시한 것이고, 아랫 부분의 그래프는 진동 데이터를 주파수 축 상에 도시한 것이다.3(b) shows the collected vibration data when a distribution failure occurs in a rotating body whose rotation speed is changed, and FIG. 3(c) shows a case where a local failure occurs in a rotating body whose rotation speed is changed. It shows the collected vibration data. In (b) and (c) of FIG. 3, the upper graph shows the vibration data on the time axis, and the lower graph shows the vibration data on the frequency axis.

회전 속도가 변경되는 회전체에 고장이 발생한 경우에는 회전체 고유의 진동에 고장으로 인한 진동이 추가된다. 따라서, 시간 축상에서 일정한 주기마다 진동이 집중될 뿐만 아니라, 주파수 축상에서 여러 주파수 대역 부근에 고장으로 인한 진동에너지가 검출된다.When a failure occurs in a rotating body whose rotational speed is changed, vibration due to the failure is added to the inherent vibration of the rotating body. Therefore, not only the vibration is concentrated at regular intervals on the time axis, but also vibration energy due to failure is detected in the vicinity of several frequency bands on the frequency axis.

도 3을 참고하면, 회전 속도가 변경되는 회전체에 대해서는 진동 데이터를 주파수 영역에서 분석하는 것 만으로는 해당 회전체의 고장 발생 여부를 파악하기가 쉽지 않다는 사실을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that it is not easy to determine whether a failure of the rotating body has occurred by analyzing the vibration data in the frequency domain for a rotating body whose rotational speed is changed.

도 4는 회전 속도가 변경되는 회전체에 대하여 시간-주파수 이미지를 이용한 고장 발생 감지 기법을 적용하는 개념들 도시한 도면이다.4 is a diagram showing concepts of applying a fault detection technique using a time-frequency image to a rotating body whose rotation speed is changed.

도 4의 (a)는 회전 속도가 변경되는 회전체에 고장이 발생하지 않은 경우, 수집된 진동 데이터를 시간축 상에 도시한 것이다. 도 4의 (a)에서, 회전체는 회전을 멈추었다가, 약 400Hz의 속도로 회전하며 일정한 진동을 발생시킨다. 이후 다시 회전을 멈추었다가, 약 50Hz의 속도록 회전하며 일정한 진동을 발생시킨다.FIG. 4A shows collected vibration data on a time axis when a failure occurs in a rotating body whose rotation speed is changed. In (a) of FIG. 4, the rotating body stops rotating and then rotates at a speed of about 400 Hz and generates a constant vibration. After that, the rotation is stopped again, and it rotates at a speed of about 50Hz, generating a constant vibration.

도 4의 (b)는 회전체가 도 4의 (a)와 같이 운동하는 경우, 수집된 진동 데이터를 푸리에 변환하여 주파수 축상에서 도시한 것이다. 도 4를 참고하면, 회전체가 회전함에 따라 발생하는 50Hz와 400Hz 부근에서 에너지가 집중된 것을 관찰할 수 있다. 그러나, 도 4의 (b)만으로는 회전체가 어느 시점에 어느 정도의 주파수로 회전하는지를 알기 어렵다.FIG. 4(b) shows the collected vibration data on the frequency axis by Fourier transform when the rotating body moves as shown in FIG. 4(a). Referring to FIG. 4, it can be observed that energy is concentrated around 50 Hz and 400 Hz generated as the rotating body rotates. However, it is difficult to know at what time and at what frequency the rotating body rotates with only (b) of FIG. 4.

도 4의 (c)는 진동 데이터를 시간에 따라 푸리에 변환(단시간 푸리에 변환)하여 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기를 산출하고, 산출된 주파수 성분의 세기를 시간-주파수 평면상에 배열한 것이다. 도 4의 (c)를 참고하면, 처음에는 모든 주파수 대역에서 주파수 성분의 크기가 작고, 이후 회전체가 400Hz로 동작하는 시간 구간에서는 400Hz 부근에서 높은 에너지를 보인다(빗금 친 부분). 이후 회전체가 정지한 시간 구간에서는 다시 주파수 성분의 크기가 작고, 회전체가 50Hz로 동작하는 시간 구간에서는 50Hz 부근에서 높은 에너지를 보인다(빗금 친 부분). 회전체가 회전을 시작하여 가속하거나 회전을 멈춰 감속되는 구간에서는 넓은 주파수 대역에서 높은 에너지를 확인할 수 있다.4C is a Fourier transform (short-time Fourier transform) of vibration data according to time to calculate the intensity of each frequency component over time, and the calculated intensity of the frequency component is arranged on a time-frequency plane. Referring to (c) of FIG. 4, initially, the magnitude of the frequency component is small in all frequency bands, and after that, in the time period in which the rotor operates at 400 Hz, high energy is shown around 400 Hz (hatched portion). After that, the size of the frequency component is small again in the time period when the rotating body is stopped, and high energy is shown around 50 Hz in the time period when the rotating body operates at 50 Hz (hatched area). High energy can be seen in a wide frequency band in the section where the rotating body starts to rotate and accelerates or stops rotating and decelerates.

도 4에 도시된 실시예를 참고하면, 회전체의 회전 속도가 시간에 따라 변경되는 경우에는 수집된 진동 데이터를 시간에 따라 단시간 푸리에 변환하여 각 시간대별로 주파수 대역을 관찰해야 함을 알 수 있다.Referring to the embodiment illustrated in FIG. 4, when the rotational speed of the rotating body is changed over time, it can be seen that the collected vibration data should be Fourier transformed over time to observe the frequency band for each time period.

도 5는 회전 속도가 변경되는 회전체의 고장 발생 여부를 판단하는 고장 발생 감지 장치의 구조를 도시한 블록도이다. 예시적 실시예에 따른 고장 발생 감지 장치(500)는 진동 데이터 수집부(510), 단시간 푸레이 변환부(520), 시간-주파수 이미지 구성부(530), 2차원 푸리에 변환부(540), 에너지 산출부(550) 및 고장 발생 여부 판단부(560)를 포함한다.5 is a block diagram showing a structure of a failure detection device for determining whether a failure occurs in a rotating body whose rotation speed is changed. The failure detection apparatus 500 according to an exemplary embodiment includes a vibration data collection unit 510, a short-time Four-ray transform unit 520, a time-frequency image construction unit 530, a two-dimensional Fourier transform unit 540, It includes an energy calculation unit 550 and a failure determination unit 560.

진동 데이터 수집부(510)는 회전체(570)의 시간에 따른 진동 데이터를 수집한다. 일측에 따르면, 회전체(570)의 진동 데이터를 수집하기 위하여 복수의 센서(580)가 사용될 수 있다. 일측에 따르면, 회전체(570)의 회전 속도는 시간에 따라 변경될 수 있다.The vibration data collection unit 510 collects vibration data of the rotating body 570 over time. According to one side, a plurality of sensors 580 may be used to collect vibration data of the rotating body 570. According to one side, the rotational speed of the rotating body 570 may be changed over time.

도 6은 회전체로부터 수집한 시간에 따른 진동 데이터를 도시한 도면이다.6 is a diagram showing vibration data over time collected from a rotating body.

도 6의 (a)는 회전체에 고장이 발생하지 않은 경우의 진동을 시간축을 따라 도시한 것으로, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 진동의 세기를 나타낸다. 도 6의 (a)를 참고하면, 수집된 진동 데이터는 시간에 따라 규칙적인 진동을 나타낸다.6A shows vibrations along the time axis when no failure occurs in the rotating body, and the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the intensity of the vibration. Referring to FIG. 6A, the collected vibration data represents regular vibrations over time.

도 6의 (b)는 회전체에 고장이 발생한 경우의 진동을 시간축을 따라 도시한 것으로, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 진동의 세기를 나타낸다. 도 6의 (b)를 참고하면, 수집된 진동 데이터는 다소 불규칙한 진동을 나타낸다.6(b) shows vibrations along the time axis when a failure occurs in the rotating body, and the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the intensity of vibration. Referring to (b) of FIG. 6, the collected vibration data indicates a somewhat irregular vibration.

단시간 푸리에 변환부(520)는 진동 데이터를 시간에 따라 푸리에 변환하여 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기를 산출한다. 회전체가 낮은 주파수로 회전하면 수집된 진동 데이터의 낮은 주파수 성분의 세기가 강하고, 회전체가 높은 주파수로 회전하면 수집된 진동 데이터의 높은 주파수 성분의 세기가 강하다. 회전체의 회전 속도가 변경되는 경우, 진동 데이터에서 세기가 강한 성분은 시간에 따라 변경될 수 있다.The short-time Fourier transform unit 520 calculates the intensity of each frequency component over time by Fourier transforming the vibration data over time. When the rotating body rotates at a low frequency, the intensity of the low frequency component of the collected vibration data is strong, and when the rotating body rotates at a high frequency, the intensity of the high frequency component of the collected vibration data is strong. When the rotational speed of the rotating body is changed, a component with a strong intensity in the vibration data may change over time.

시간-주파수 이미지 구성부(530)는 시간 주파수 이미지의 각 픽셀을 주파수 성분의 세기에 따라 결정하여 시간-주파수 이미지를 생성한다. 시간-주파수 이미지의 각 픽셀의 색상은 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기에 따라 결정될 수 있다.The time-frequency image construction unit 530 generates a time-frequency image by determining each pixel of the time-frequency image according to the intensity of the frequency component. The color of each pixel of the time-frequency image may be determined according to the intensity of each frequency component over time.

도 7은 시간-주파수 이미지를 도시한 도면이다. 도 7에서 가로 축은 시간을 나타내고, 세로축은 주파수를 나타내어, 시간 축과 주파수 축은 서로 직교한다. 시간-주파수 이미지의 각 셀의 색상은 해당 셀에 대응하는 시간, 주파수의 세기에 따라 결정될 수 있다.7 is a diagram showing a time-frequency image. In FIG. 7, the horizontal axis represents time, the vertical axis represents frequency, and the time axis and the frequency axis are orthogonal to each other. The color of each cell of the time-frequency image may be determined according to the intensity of time and frequency corresponding to the cell.

도 7의 (a)는 시간에 따라 회전 속도가 변경되는 회전체에 고장이 발생하지 않은 경우에 시간-주파수 이미지를 도시한 것이다. 일측에 따르면, 시간-주파수 이미지는 시간 축을 가로에, 주파수 축을 세로에 배치하여 생성될 수 있다. 도 7의 (a)를 참고하면, 시간-주파수 이미지에는 회전체의 회전 속도 변경으로 인한 자연스러운 물결 무늬가 나타난다.7(a) shows a time-frequency image when a failure does not occur in a rotating body whose rotational speed changes over time. According to one side, the time-frequency image may be generated by arranging the time axis horizontally and the frequency axis vertically. Referring to (a) of FIG. 7, a natural wave pattern due to a change in the rotational speed of the rotating body appears in the time-frequency image.

도 7의 (b)는 시간에 따라 회전 속도가 변경되는 회전체에 고장이 발생한 경우에 시간-주파수 이미지를 도시한 것이다. 도 7의 (b)를 참고하면, 시간-주파수 이미지에는 회전체의 회전 속도 변경으로 인한 자연스러운 물결 무늬뿐만 아니라, 고장으로 인한 세로 방향의 직선 무늬도 나타난다. 세로방향의 직선 무늬는 특정 시간에서 순간적인 강한 충격을 의미한다. 도 7의 (a), (b)에 도시한 시간-주파수 이미지를 서로 비교하는 것 만으로는, 세로 방향의 직선 무늬에 근거하여 고장의 발생을 감지하는 것은 쉽지 않다. 이하 도 8을 참고하여, 세로 방향의 직선 무늬를 2차원 푸리에 변환하여 생성한 공간 주파수를 이용하여 고장 발생 여부를 판단하는 개념을 설명한다.7B shows a time-frequency image when a failure occurs in a rotating body whose rotational speed changes over time. Referring to FIG. 7B, in the time-frequency image, not only a natural wave pattern due to a change in the rotational speed of the rotating body, but also a vertical straight line pattern due to a failure appears. The vertical straight pattern means an instantaneous strong impact at a specific time. It is not easy to detect the occurrence of a failure based on a straight line pattern in the vertical direction simply by comparing the time-frequency images shown in FIGS. 7A and 7B. Hereinafter, with reference to FIG. 8, a concept of determining whether a failure occurs using a spatial frequency generated by a two-dimensional Fourier transform of a vertical linear pattern will be described.

도 8은 여러 가지 고장의 예에 따른 공간 주파수 이미지를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a spatial frequency image according to various examples of failures.

도 8의 (a) 내지 (d)에서 윗 부분의 도면은 시계열적인 진동 데이터를 단시간 푸리에 변환하여 생성한 시간-주파수 이미지 이고, 아랫 부분의 도면은 윗 부분의 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하여 생성한 공간 주파수 이미지이다.In (a) to (d) of Fig. 8, the upper part is a time-frequency image generated by short-time Fourier transform of time-series vibration data, and the lower part is a two-dimensional Fourier transform of the time-frequency image of the upper part. It is a spatial frequency image generated by

도 8의 (a)는 시간-주파수 이미지에서 고장으로 인한 진동이 긴 수직선 형태로 나타난 것을 도시한 도면이다. 이는 고장으로 인한 진동이 특정 순간에 나타남을 의미하며, 또한 넓은 주파수 대역에서 발생하였음을 의미한다. 도 8의 (a)의 상단에 도시된 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하면 도 8의 (a)의 하단에 도시된 공간 주파수 이미지를 얻을 수 있다. 시간-주파수 이미지에서 긴 수직선 형태로 나타난 진동은 공간 주파수 이미지의 세로축을 중심으로 중앙부분에 수평선 형태로 나타난다.Figure 8 (a) is a diagram showing that the vibration due to a failure in the time-frequency image is shown in the form of a long vertical line. This means that the vibration caused by the failure appears at a specific moment, and also means that it has occurred in a wide frequency band. When the time-frequency image shown in the upper part of FIG. 8A is subjected to 2D Fourier transform, the spatial frequency image shown in the lower part of FIG. 8A can be obtained. Vibration in the form of a long vertical line in the time-frequency image appears in the form of a horizontal line at the center of the vertical axis of the spatial frequency image.

도 8의 (b)는 시간-주파수 이미지에서 고장으로 인한 진동이 짧은 수직선 형태로 나타난 것을 도시한 도면이다. 이는 고장으로 인한 진동이 특정 순간에 나타남을 의미하며, 또한 상대적으로 좁은 주파수 대역에서 발생하였음을 의미한다. 도 8의 (b)의 상단에 도시된 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하면 도 8의 (b)의 하단에 도시된 공간 주파수 이미지를 얻을 수 있다. 시간-주파수 이미지에서 짧은 수직선 형태로 나타난 진동은 공간 주파수 이미지의 세로축을 중심으로 중앙부분에 상대적으로 굵은 수평선 형태로 나타난다.(B) of FIG. 8 is a diagram showing that the vibration due to a failure appears in the form of a short vertical line in the time-frequency image. This means that the vibration due to the failure appears at a specific moment, and also means that it has occurred in a relatively narrow frequency band. When the time-frequency image shown in the upper part of FIG. 8B is subjected to 2D Fourier transform, the spatial frequency image shown in the lower part of FIG. 8B is obtained. Vibration in the form of a short vertical line in the time-frequency image appears in the form of a relatively thick horizontal line at the center of the vertical axis of the spatial frequency image.

도 8의 (c)는 시간-주파수 이미지에서 고장으로 인한 진동이 짧은 수직선 형태로 일정한 시간을 두고 반복적으로 나타난 것을 도시한 도면이다. 이는 고장으로 인한 진동이 일정한 시간마다 반복적으로 나타남을 의미하며, 또한 상대적으로 좁은 주파수 대역에서 발생하였음을 의미한다. 도 8의 (c)의 상단에 도시된 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하여 도 8의 (c)의 하단에 도시된 공간 주파수 이미지를 얻을 수 있다. 시간-주파수 이미지에서 짧은 수직선 형태로 반복적으로 나타난 진동은 공간 주파수 이미지의 세로축을 중심으로 중앙부분에 수평방향으로 촘촘한 점선의 형태로 나타난다.(C) of FIG. 8 is a diagram showing that vibrations due to failure in a time-frequency image repeatedly appear in the form of a short vertical line for a predetermined time. This means that the vibration due to the failure appears repeatedly at regular intervals, and also means that it has occurred in a relatively narrow frequency band. The spatial frequency image shown in the lower part of FIG. 8(c) can be obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on the time-frequency image shown in the upper part of FIG. 8(c). Vibrations repeatedly appearing in the form of short vertical lines in the time-frequency image appear in the form of dense dotted lines in the horizontal direction at the center of the vertical axis of the spatial frequency image.

도 8의 (d)는 시간-주파수 이미지에서 고장으로 인한 진동이 짧은 수직선 형태로 불규칙한 시간을 두고 반복적으로 나타난 것을 도시한 도면이다. 이는 고장으로 인한 진동이 불규칙한 시간간격으로 반복적으로 나타남을 의미하며, 또한 상대적으로 좁은 주파수 대역에서 발생하였음을 의미한다. 도 8의 (d)의 상단에 도시된 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하여 도 8의 (d)의 하단에 도시된 공간 주파수 이미지를 얻을 수 있다. 시간-주파수 이미지에서 짧은 수직선 형태로 불규칙한 시간을 두고 반복적으로 나타난 진동은 공간 주파수 이미지의 세로축을 중심으로 중앙부분에 수평방향으로 성긴 점선의 형태로 나타난다.FIG. 8(d) is a diagram showing that vibrations due to failure in a time-frequency image repeatedly appear in the form of a short vertical line over an irregular period of time. This means that the vibration due to the failure appears repeatedly at irregular time intervals, and it also means that it has occurred in a relatively narrow frequency band. The spatial frequency image shown in the lower part of FIG. 8(d) can be obtained by performing a two-dimensional Fourier transform on the time-frequency image shown in the upper part of FIG. 8(d). In the time-frequency image, vibrations that appear repeatedly over an irregular period of time in the form of a short vertical line appear in the form of a horizontal dotted line at the center of the vertical axis of the spatial frequency image.

도 8에 도시된 도면을 참고하면, 회전체에 발생한 고장은 시간-주파수 이미지에서 시간축과 교차하는 방향으로 긴 선형으로 에너지가 집중된 형태로 나타난다. 다만, 여러가지 이유로, 시간-주파수 이미지에서 고장으로 인한 진동을 구분해 내는 것은 쉽지 않다. 반면, 이 진동은 공간 주파수 이미지에서 중앙 부분에 긴 선형으로 에너지가 집중된 형태로 나타난다. 따라서, 공간 주파수 이미지의 중앙 부분에 많은 에너지가 집중되어 있는지 여부에 따라 회전체에 고장이 발생하였는지 여부를 판단할 수 있다.Referring to the drawing shown in FIG. 8, a failure occurring in the rotating body appears in a form in which energy is concentrated in a long linear direction in a direction crossing the time axis in a time-frequency image. However, for various reasons, it is not easy to distinguish vibrations caused by failures in time-frequency images. On the other hand, this vibration appears as a form of energy concentrated in a long linear shape at the center of the spatial frequency image. Accordingly, it is possible to determine whether a failure has occurred in the rotating body according to whether a lot of energy is concentrated in the center of the spatial frequency image.

2차원 푸리에 변환부(540)는 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하여 공간 주파수 이미지를 생성한다.The 2D Fourier transform unit 540 generates a spatial frequency image by performing a 2D Fourier transformation on a time-frequency image.

에너지 산출부(550)는 공간 주파수 이미지에서 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지를 산출한다. 일측에 따르면, 시간-주파수 이미지는 시간 축을 가로에, 주파수 축을 세로에 배치하여 생성될 수 있다. 이 경우에, 에너지 산출부는 공간 주파수 이미지에서 수직 방향으로 중앙 부분의 에너지를 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다. 이하 도 9를 참조하여 공간 주파수의 중앙 선분의 에너지를 산출하는 구성을 구체적으로 설명한다.The energy calculator 550 calculates the energy of the central component of the spatial frequency in the spatial frequency image. According to one side, the time-frequency image may be generated by arranging the time axis horizontally and the frequency axis vertically. In this case, the energy calculator may calculate the energy of the central part of the spatial frequency image in the vertical direction as the energy of the central component of the spatial frequency. Hereinafter, a configuration for calculating the energy of the center line segment of the spatial frequency will be described in detail with reference to FIG. 9.

도 9는 공간 주파수 이미지에서 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지를 산출하는 예를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 실시예에서, 빗금으로 표시된 부분은 에너지가 집중된 부분이다.9 is a diagram illustrating an example of calculating the energy of a central component of a spatial frequency in a spatial frequency image. In the embodiment shown in Fig. 9, a portion indicated by hatching is a portion in which energy is concentrated.

일측에 따르면, 에너지 산출부(550)는 공간 주파수 이미지에서 중앙의 수평선(세로축의 중앙)을 중심으로 상하 방향으로 미리 결정된 범위의 에너지를 공간 주수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다. 일측에 따르면, 회전체의 종류, 질량, 회전 속도 등을 고려하여 에너지를 산출하는 범위를 미리 결정할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 다수의 실험과 실측을 통해 에너지를 산출하는 범위를 미리 결정할 수도 있다.According to one side, the energy calculation unit 550 may calculate the energy of a predetermined range in the vertical direction with the center horizontal line (center of the vertical axis) in the spatial frequency image as the energy of the central component of the spatial main number. According to one side, a range for calculating the energy may be determined in advance in consideration of the type, mass, and rotation speed of the rotating body. According to another aspect, it is also possible to predetermine the range in which the energy is calculated through a number of experiments and measurements.

일측에 따르면, 에너지 산출부(540)는 미리 결정된 범위의 픽셀값들의 실효값을 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다.According to one side, the energy calculator 540 may calculate an effective value of pixel values in a predetermined range as energy of a central component of a spatial frequency.

고장 발생 여부 판단부(560)는 산출된 에너지 값에 따라 회전체의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 고장 발생 여부 판단부(560)는 산출된 에너지 값을 미리 결정된 임계값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 산출된 에너지 값이 미리 결정된 임계값 보다 더 큰 경우에 회전체에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.The failure determination unit 560 may determine whether a failure occurs in the rotating body according to the calculated energy value. According to one side, the failure occurrence determination unit 560 may compare the calculated energy value with a predetermined threshold value, and determine whether a failure occurs according to the comparison result. For example, when the calculated energy value is greater than a predetermined threshold value, it may be determined that a failure has occurred in the rotating body.

도 5 내지 도 9에서 설명된 실시예에 따르면, 회전 속도가 변경되는 회전체에 대해서도 푸리에 변환을 이용하여 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 특히, 1번의 푸리에 변환(단시간 푸리에 변환)이 아니라, 단시간 푸리에 변환된 결과를 이미지로 구성하고, 구성된 이미지에 대해 2차원 푸리에 변환을 수행하여(2번의 푸리에 변환을 수행) 회전체의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다.According to the embodiments described in FIGS. 5 to 9, it is possible to determine whether or not a failure occurs using a Fourier transform even for a rotating body whose rotational speed is changed. In particular, the result of short-time Fourier transform, not one Fourier transform (short-time Fourier transform), is configured as an image, and a two-dimensional Fourier transform is performed on the configured image (two Fourier transforms are performed) to determine whether the rotational body has failed. Can judge.

도 10은 예시적 실시예에 따른 고장 발생 여부 판단 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.Fig. 10 is a flow chart for explaining a step-by-step method for determining whether a failure occurs according to an exemplary embodiment.

단계(1010)에서, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 회전체의 시간에 따른 진동 데이터를 수집한다. 일측에 따르면, 회전체의 진동 데이터를 수집하기 위하여 복수의 센서가 사용될 수 있다. 일측에 따르면, 회전체의 회전 속도는 시간에 따라 변경될 수 있다.In step 1010, the device for detecting whether vibration of the rotating body is generated collects vibration data of the rotating body according to time. According to one side, a plurality of sensors may be used to collect vibration data of the rotating body. According to one side, the rotational speed of the rotating body may be changed over time.

단계(1020)에서, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 진동 데이터를 시간에 따라 푸리에 변환하여 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기를 산출한다.In step 1020, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body has occurred, calculates the intensity of each frequency component over time by Fourier transforming the vibration data over time.

단계(1030)에서, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 시간 주파수 이미지의 각 픽셀을 주파수 성분의 세기에 따라 결정하여 시간-주파수 이미지를 생성한다. 시간-주파수 이미지의 각 픽셀의 색상은 시간에 따른 각 주파수 성분의 세기에 따라 결정될 수 있다.In step 1030, the device for detecting whether vibration of the rotating body is generated determines each pixel of the time-frequency image according to the intensity of the frequency component to generate a time-frequency image. The color of each pixel of the time-frequency image may be determined according to the intensity of each frequency component over time.

단계(1040)에서, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 시간-주파수 이미지를 2차원 푸리에 변환하여 공간 주파수 이미지를 생성한다.In step 1040, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body is generated generates a spatial frequency image by performing a two-dimensional Fourier transform of the time-frequency image.

단계(1050)에서, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 공간 주파수 이미지에서 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지를 산출한다. 일측에 따르면, 시간-주파수 이미지는 시간 축을 가로에, 주파수 축을 세로에 배치하여 생성될 수 있다. 이 경우에, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 공간 주파수 이미지에서 수직 방향으로 중앙 부분의 에너지를 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다.In step 1050, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body is generated calculates energy of the central component of the spatial frequency in the spatial frequency image. According to one side, the time-frequency image may be generated by arranging the time axis horizontally and the frequency axis vertically. In this case, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body is generated may calculate the energy of the central part of the spatial frequency image in the vertical direction as the energy of the central component of the spatial frequency.

일측에 따르면, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 공간 주파수 이미지에서 중앙의 수평선(세로축의 중앙)을 중심으로 상하 방향으로 미리 결정된 범위의 에너지를 공간 주수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다. 일측에 따르면, 회전체의 종류, 질량, 회전 속도 등을 고려하여 에너지를 산출하는 범위를 미리 결정할 수 있다. 다른 측면에 따르면, 다수의 실험과 실측을 통해 에너지를 산출하는 범위를 미리 결정할 수도 있다.According to one side, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body is generated may calculate an energy of a predetermined range in the vertical direction with the center horizontal line (center of the vertical axis) in the spatial frequency image as the energy of the central component of the spatial main water. According to one side, a range for calculating the energy may be determined in advance in consideration of the type, mass, and rotation speed of the rotating body. According to another aspect, it is also possible to predetermine the range in which the energy is calculated through a number of experiments and measurements.

일측에 따르면, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 미리 결정된 범위의 픽셀값들의 실효값을 공간 주파수의 중앙 성분의 에너지로 산출할 수 있다.According to one side, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body occurs may calculate an effective value of pixel values in a predetermined range as energy of a central component of a spatial frequency.

단계(1060)에서, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 산출된 에너지 값에 따라 회전체의 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 일측에 따르면, 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치는 산출된 에너지 값을 미리 결정된 임계값과 비교하고, 그 비교 결과에 따라 고장 발생 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 산출된 에너지 값이 미리 결정된 임계값 보다 더 큰 경우에 회전체에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.In step 1060, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body has occurred may determine whether or not a failure of the rotating body has occurred according to the calculated energy value. According to one side, the apparatus for detecting whether vibration of the rotating body is generated may compare the calculated energy value with a predetermined threshold value, and determine whether a failure occurs according to the comparison result. For example, when the calculated energy value is greater than a predetermined threshold value, it may be determined that a failure has occurred in the rotating body.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, and the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment, or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -A hardware device specially configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of the program instructions include not only machine language codes such as those produced by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operation of the embodiment, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in a different order from the described method, and/or components such as a system, structure, device, circuit, etc. described are combined or combined in a form different from the described method, or other components Alternatively, even if substituted or substituted by an equivalent, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and claims and equivalents fall within the scope of the claims to be described later.

110: 회전체
120: 센서
130: 회전체의 진동 발생 여부 감지 장치
140: 통신망
150, 160: 단말기110: rotating body
120: sensor
130: device for detecting whether vibration of the rotating body occurs
140: communication network
150, 160: terminal

Claims

A vibration data collection unit for collecting vibration data according to time of the rotating body;
A short-time Fourier transform unit configured to Fourier transform the vibration data over time to calculate an intensity of each frequency component over time;
A time-frequency image construction unit configured to construct a time-frequency image by inserting a color determined according to the strength of each frequency component over time into a time axis and a frequency axis orthogonal to the time axis;
A two-dimensional Fourier transform unit for generating a spatial frequency image by performing two-dimensional Fourier transform on the time-frequency image;
An energy calculator configured to calculate energy of a central component of a spatial frequency in the spatial frequency image;
A failure occurrence determination unit that determines whether a failure of the rotating body occurs according to the calculated energy value
A device for detecting failure of a rotating body comprising a.

The method of claim 1,
The rotating body is a device for detecting the occurrence of failure of the rotating body whose rotation speed is changed over time.

The method of claim 1,
The time-frequency image construction unit arranges the time axis horizontally and the frequency axis vertically,
The energy calculation unit calculates the energy of a predetermined range in the vertical direction from the center of the vertical axis in the spatial frequency image as the energy of the central component of the spatial frequency.

The method of claim 3, wherein the energy calculation unit,
A device for detecting a failure occurrence of a rotating body that calculates an RMS (Root Mean Square) of the pixel values in the predetermined range as the energy.

The method of claim 1, wherein the failure determination unit
A device for detecting a failure of a rotating body that compares the calculated energy value with a predetermined threshold value and determines that a failure has occurred in the rotating body when the calculated energy value is greater than the predetermined threshold value.

Collecting vibration data according to time of the rotating body;
Calculating an intensity of each frequency component over time by Fourier transforming the vibration data over time;
Constructing a time-frequency image by inserting a color determined according to the intensity of each frequency component over time into a time axis and a frequency axis orthogonal to the time axis;
Generating a spatial frequency image by performing a two-dimensional Fourier transform of the time-frequency image;
Calculating energy of a central component of a spatial frequency in the spatial frequency image;
Determining whether a failure of the rotating body occurs according to the calculated energy value
A method of detecting the occurrence of a failure of a rotating body comprising a.

The method of claim 6,
The method of detecting the occurrence of a failure of the rotating body in which the rotation speed of the rotating body is changed over time.

The method of claim 6,
The step of constructing the time-frequency image includes arranging the time axis horizontally and the frequency axis vertically,
The calculating of the energy comprises calculating the energy of a predetermined range in the vertical direction from the center of the vertical axis in the spatial frequency image as the energy of the central component of the spatial frequency.

The method of claim 8, wherein calculating the energy comprises:
A method for detecting the occurrence of a failure of a rotating body for calculating an RMS (Root Mean Square) of the pixel values in the predetermined range as the energy.

The method of claim 6, wherein determining whether the failure occurs
A method for detecting failure of a rotating body by comparing the calculated energy value with a predetermined threshold value and determining that a failure has occurred in the rotating body when the calculated energy value is greater than the predetermined threshold value.

A computer-readable recording medium on which a program for executing the method of any one of claims 6 to 10 is recorded.