KR102469473B1 - 용접 안전관리 시스템 - Google Patents

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KR102469473B1
KR102469473B1 KR1020220089646A KR20220089646A KR102469473B1 KR 102469473 B1 KR102469473 B1 KR 102469473B1 KR 1020220089646 A KR1020220089646 A KR 1020220089646A KR 20220089646 A KR20220089646 A KR 20220089646A KR 102469473 B1 KR102469473 B1 KR 102469473B1
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Abstract

본 발명은 용접 안전관리 시스템에 관한 것으로서, 전류를 공급하는 용접기, 상기 용접기로부터 공급되는 전류를 이송하는 케이블, 상기 케이블과 연결되는 용접홀더를 포함하는 용접장치에 대하여, 상기 용접기의 전원 구동 시, 현재 배터리 상태, 누전 여부, 상기 케이블 연결 여부 및 공급 전류량 정상 여부를 판단하는 상태판단부, 상기 용접기에 마련되어 온도, 유해가스 농도, 산소 농도, 소음 크기, 습도 및 분진량을 포함하는 환경정보를 센싱하는 센서부, 상기 용접기의 전면, 후면, 우측면 및 좌측면에 영상촬영장치를 마련하여, 상기 용접기의 전원이 인가된 시점부터 촬영을 수행하는 영상촬영부, 상기 상태판단부 및 상기 센서부에서 수집한 상기 용접기 상태 정보 및 상기환경정보를 기설정된 사용자 단말 및 용접기 화면에 표시하는 모니터링부, 상기 용접홀더 내 3축센서, 터치센서 및 충격감지 센서를 마련하여 용접홀더의 위치와 상태정보를 센싱하고, 상기 상태정보에 대응하여 상기 용접기의 전류공급의 차단여부를 수행하는 용접홀더 추적부 및 상기 용접기의 상태, 상기 용접기에 마련된 센서 측정값 및 상기 용접홀더 내 마련된 센서 측정값에 대응하여 상기 용접기의 전원 및 전류 공급 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

용접 안전관리 시스템{WELDING SAFEY MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 용접 안전관리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용접 작업 시 주변 환경을 감지하고 돌발상황에 따라 시스템의 자체제어를 수행하는 용접 안전관리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
용접은 같은 종류 또는 다른 종류의 금속재료에 열과 압력을 가하여 고체 사이에 직접 결합이 되도록 접합시키는 작업을 의미하나 현재 금속뿐만 아니라 플라스틱 등의 합성 수지 재질의 접합도 용접으로 취급하고 있다.
또한, 용접의 방법으로는 접합부에 금속재료를 가열·용융시켜 재료의 원자 결합을 재배열하여 결합하거나, 접합부 외부에 강한 물리적 압력을 가해 접합하는 등 다양한 방식의 용접방법이 있다.
그 중에서, 일반적으로 많이 사용되는 전기용접은 전류를 흘려보내 전극봉 자체를 용가재로 사용하는 금속 아크 용접이 대표적이지만, 용접 시 눈의 기능을 떨어뜨릴만큼의 강한 빛과 5000~6000K의 고온에서 비산되는 불티로 인하여 안전사고의 위험성이 높고, 안전사고 발생 시 치명도가 높은편이며, 용접을 수행하는 환경이 밀폐된 장소이거나 유해가스를 보관하는 장소가 많아 화재와 폭발을 동반한 안전사고가 빈번한 편이다.
따라서, 용접 전 주변 환경정보를 수집하고, 용접기기의 상태 표시와 화재감시자 또는 안전감독관의 단말과 연결되어 안전관리를 수행하는 용접 안전관리 시스템 및 그 방법에 대한 연구가 요구된다.
한국등록특허 제10-1743431호
본 발명은 용접기 내 다수 개의 센서와 상태판단 장치를 마련함으로써, 용접기의 현재 상태와 용접기가 위치한 주변환경 정보를 사용자에게 제공함에 목적이 있다.
또한, 용접홀더에 마련된 센서를 통해 위치변화량, 충격량, 터치여부를 센싱함으로써, 사용자가 용접홀더를 정상적으로 쥐지 못한 상황에서 전류 공급을 차단하여 추가 사고를 방지함에 목적이 있다.
또한, 용접기와 안전관리자 단말을 무선통신 연결함으로써, 용접기 상태 및 환경정보를 모니터링하여 기준치 범위를 벗어나는 항목에 따라 안전관리자의 단말에 알림을 전송하여 안전사고를 미리 예방함에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 용접 안전관리 시스템은, 전류를 공급하는 용접기, 상기 용접기로부터 공급되는 전류를 이송하는 케이블, 상기 케이블과 연결되는 용접홀더를 포함하는 용접장치에 대하여, 상기 용접기의 전원 구동 시, 현재 배터리 상태, 누전 여부, 상기 케이블 연결 여부 및 공급 전류량 정상 여부를 판단하는 상태판단부, 상기 용접기에 마련되어 온도, 유해가스 농도, 산소 농도, 소음 크기, 습도 및 분진량을 포함하는 환경정보를 센싱하는 센서부, 상기 용접기의 전면, 후면, 우측면 및 좌측면에 영상촬영장치를 마련하여, 상기 용접기의 전원이 인가된 시점부터 촬영을 수행하는 영상촬영부, 상기 상태판단부 및 상기 센서부에서 수집한 상기 용접기 상태 정보 및 상기환경정보를 기설정된 사용자 단말 및 용접기 화면에 표시하는 모니터링부, 상기 용접홀더 내 3축센서, 터치센서 및 충격감지 센서를 마련하여 용접홀더의 위치와 상태정보를 센싱하고, 상기 상태정보에 대응하여 상기 용접기의 전류공급의 차단여부를 수행하는 용접홀더 추적부 및 상기 용접기의 상태, 상기 용접기에 마련된 센서 측정값 및 상기 용접홀더 내 마련된 센서 측정값에 대응하여 상기 용접기의 전원 및 전류 공급 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 영상촬영부는, 상기 용접기에 마련된 영상촬영장치를 이용하여 촬영된 영상이 저장되는 기간을 사용자가 설정하고, 상기 촬영한 영상 내에서 추출한 RGB색상코드값을 추출하여 불티를 구분하며, 상기 영상 내 전체 픽셀 비율에 대응하여 상기 RGB색상코드값으로 구분한 불티의 픽셀비율이 기설정된 비율을 초과하는 경우, 상기 제어부에 불티비산 위험 알림을 전송할 수 있다.
또한, 상기 모니터링부는, 상기 센서부에 마련된 온도센서, 유해가스 농도 측정 센서, 산소 농도 측정 센서, 소음 측정 센서, 습도 센서 및 대기중 분진 측정 센서를 포함하는 환경측정센서에 대한 정상범위 및 유효데이터 범위를 산출하되, 상기 정상범위는, 기설정된 기간동안 상기 환경측정센서로부터 측정되는 상한값, 하한값 및 평균값을 이용하여 하기 [수학식 1]에 따라 제한값(Lud)을 산출하고,
[수학식 1]
Figure 112022075822349-pat00001
(여기서, Uv는 상한값, Av는 평균값, Lv는 하한값을 의미함)
상기 평균값에서 상기 제한값을 뺀 차이값 내지 상기 평균값에서 상기 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 산출하여, 상기 산출된 정상범위를 제외한 데이터를 노이즈 데이터로 판단하되, 상기 상한값 및 상기 하한값은, 하한경계값부터 상한경계값에 이르는 범위로 정의되는 예측범위 내에서 도출하며, 상기 하한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 뺀값이고, 상기 상한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 더한값을 의미할 수 있다.
또한, 상기 용접홀더 추적부는, 상기 용접기에서 전류 공급이 수행되는 시점에서 상기 3축센서 측정값 변화량이 기설정된 시간 내 기준치 범위를 초과하는 경우, 상기 터치센서의 터치가 센싱되지 않는 경우 및 상기 충격감지 센서에 감지된 충격데이터가 기설정된 수치 범위를 초과하는 경우, 상기 제어부에 전류 공급 동작을 중지하는 신호를 전송할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 용접기 내 안전관리자의 단말과 무선통신 연결되는 통신부를 더 포함하고, 상기 통신부를 이용하여 상기 안전관리자의 단말에 상기 모니터링부에서 출력되는 화면을 전달하며, 상기 모니터링부에서 수집한 상기 용접기 상태정보 및 상기 환경정보에 대응하여 상기 안전관리자의 단말에 알림을 전송하고, 상기 용접기에 최초로 전원이 공급된 이후 기설정된 시간 내 상기 안전관리자의 단말과 연결되지 않는 경우, 전류 공급을 차단할 수 있다.
본 발명에 따르면, 용접기 내 다수 개의 센서와 상태판단 장치를 마련함으로써, 용접기의 현재 상태와 용접기가 위치한 주변환경 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 용접홀더에 마련된 센서를 통해 위치변화량, 충격량, 터치여부를 센싱함으로써, 사용자가 용접홀더를 정상적으로 쥐지 못한 상황에서 전류 공급을 차단하여 추가 사고를 방지할 수 있다.
또한, 용접기와 안전관리자 단말을 무선통신 연결함으로써, 용접기 상태 및 환경정보를 모니터링하여 기준치 범위를 벗어나는 항목에 따라 안전관리자의 단말에 알림을 전송하여 안전사고를 미리 예방할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템의 블록도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시례에 따라 용접 영상 내 비산불티를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템의 온도 센서를 통해 센싱한 온도 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명을 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템을 통해 센싱한 온도 데이터 중 일정한 시간간격으로 발생한 노이즈값이 포함된 온도 그래프를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템을 통해 센싱한 온도 데이터 중 연속적으로 발생한 노이즈값이 포함된 온도 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시례 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시례들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시례에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이하, 본 발명인 용접 안전관리 시스템은 첨부된 도 1 내지 도 5를 참고로 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템의 블록도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시례에 따라 용접 영상 내 비산불티를 도시한 도면이며, 도 3은 은 본 발명의 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템의 온도 센서를 통해 센싱한 온도 데이터를 그래프로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명을 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템을 통해 센싱한 온도 데이터 중 일정한 시간간격으로 발생한 노이즈값이 포함된 온도 그래프를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템을 통해 센싱한 온도 데이터 중 연속적으로 발생한 노이즈값이 포함된 온도 데이터를 그래프로 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시례에 따른 용접 안전관리 시스템은 상태판단부(110), 센서부(120), 영상촬영부(130), 모니터링부(140), 용접홀더 추적부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
본 발명인 용접 안전관리 시스템(100)은, 전류를 공급하는 용접기, 용접기로부터 공급되는 전류를 용접홀더로 이송하는 케이블, 상기 케이블과 연결되는 용접홀더를 포함하는 용접장치로 구성되어 용접기, 용접홀더, 케이블 상태에 따라 전원공급 및 차단을 수행하여 안전사고를 예방할 수 있다.
상기 상태판단부(110)는, 용접기의 전원 구동 시, 용접기 내 현재 배터리 상태, 누전 여부, 케이블 연결 여부 및 공급 전류량 정상 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 현재 배터리 상태는, 상기 용접기가 배터리를 포함하는 경우, 배터리 사용가능 시간, 현재 충전 비율 상태, 정상 작동 여부 등의 정보를 포함한 상태를 의미할 수 있다.
상기 누전 여부는, 용접기 내에 누전감지기를 마련하여 누전여부를 감지할 수 있다.
또한, 상기 케이블의 연결 여부는, 용접기측에서 케이블과 연결되는 부위에 도통여부 또는 케이블 결합 여부를 센싱하는 센서를 마련하여 케이블 연결 여부를 판단할 수 있다.
한편, 공급 전류량 정상 여부는, 용접기 내 전류 측정기를 마련하여 용접기측에서 케이블과 연결되는 부위에 도통되는 것으로 센싱될 때 공급되는 전류량의 평균값을 미리 입력하고, 상기 평균값의 오차범위를 10~20%사이로 지정할 수 있다.
여기서, 상기 전류량의 평균값이 오차범위를 벗어나지 않는 경우, 공급 전류량을 정상으로 판단하고, 오차범위를 벗어나는 경우 비정상으로 판단할 수 있다.
일례로, 용접기의 공급 전류량의 평균값이 100A이고, 오차범위가 -10~+10%로 설정되었을 때, 용접기 내 마련된 전류측정기를 통해 90~110A의 전류값이 측정되는 경우 정상범위로 판단하되, 90A미만이거나 110A를 초과하는 경우 전류공급 불량 및 과전류로 비정상 판단할 수 있다.
상기와 같이, 용접기의 전원 구동 시 측정 또는 센싱 되는 용접기 상태는, 용접기 외부에 마련된 기설정된 크기의 디스플레이 또는 용접기에 등록된 사용자 단말과 통신을 통해 용접기의 상태정보를 제공할 수 있다.
일례로, 용접기의 상면에 디스플레이가 내장된 경우, 용접기에 전원 구동 시 용접기의 상태를 화면에 표시하여 이상이 있는 항목의 테두리에 빨간색 점멸신호를 표시할 수 있다.
또 다른 일례로, 디스플레이는 없으나 사용자 단말과 무선통신 연결되는 용접기의 경우, 용접기 전원 구동 시, 사용자 단말을 등록하고, 상기 사용자 단말 및 안전관리자 단말과 블루투스 무선통신 연결되어 용접기의 상태를 사용자 단말에 제공하여 사용자가 사용자 단말의 화면을 통해 현재 용접기 상태를 확인할 수 있다.
또한, 상기 용접기의 상태 중 누전 및 공급 전류량이 정상으로 판단되지 않는 경우, 통신연결된 사용자 단말, 통신연결된 안전관리자 단말에 비정상 상태 알림을 전달할 수 있다.
여기서, 상기 비정상 상태 알림을 받은 사용자 단말과 안전관리자 단말로부터 30초 내로 알림확인 및 용접기 동작 정지 신호를 수신받지 못할 경우 용접기의 전원을 자동으로 차단할 수 있다.
이때, 상기 용접기의 전원은 상기 제어부(160)를 통해 수행될 수 있다.
상기 센서부(120)는, 용접기 내부 및 외부에 마련되어 온도, 유해가스 농도, 산소 농도, 소음 크기, 습도 및 분진량 등의 환경정보를 센싱할 수 있다.
여기서, 상기 센서부(120)는, 용접 작업이 이루어지는 환경에 따라 센서를 가감할 수 있다.
또한, 센싱한 환경정보 중 기준치를 벗어나는 항목에 대하여 사용자 단말 또는 안전관리자 단말에 센싱 데이터를 전송하여 용접 작업 중지, 환기 등을 수행하여 안전사고를 방지할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 센서부(120)가 용접기 내부 및 외부에 온도, 유해가스 농도, 산소 농도, 소음 크기, 습도 및 분진량 센서가 마련되었을 때, 온도는 18~30℃, 산소 농도는 18%이상, 소음크기 80~90dB, 습도 40~70%, 분진량(미세먼지) 35μg/m-2이하일 때 정상범위로 설정되고, 상기 정상범위를 벗어나는 센싱값이 측정되는 경우 작업중지, 환기 등의 수행을 요청하는 알림을 사용자 단말 및 안전관리자 단말에 전송할 수 있다.
또한, 상기 사용자 단말 및 안전관리자 단말로부터 작업 진행 또는 작업 중지 알람이 1분내 수신되지 않는 경우, 상기 제어부(160)에 용접기 전원 공급 중지 신호를 전송하여 용접기의 전원공급을 정지시킬 수 있다.
한편, 상기 센서부(120)는 기본적으로 산소, 탄산가스, 일산화탄소, 황화수소 측정센서를 기본적으로 포함하여, 산소(O) 농도가 18~23.5%, 탄산가스(CO2) 1.5% 미만, 일산화탄소(CO) 30ppm미만, 황화수소(H2S) 10ppm미만인 경우일 때 작업가능(정상)으로 표시하고 정상범위 내 포함되지 않는 경우, 상기 제어부(160)에 신호를 전달할 수 있다.
상기 영상촬영부(130)는, 용접기의 전면, 후면, 우측면 및 좌측면에 영상촬영장치를 마련하여, 용접기 전원이 인가된 시점부터 상기 영상촬영장치를 이용하여 영상촬영을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 영상촬영장치는 카메라, 캠코더 등을 의미할 수 있다.
또한, 상기 영상촬영부(130)는, 용접기에 마련된 영상촬영장치를 이용하여 촬영된 영상을 저장하되, 저장기간은 사용자의 용접기 사용 빈도수에 대응하여 설정할 수 있다.
이때, 상기 저장기간은, 최소 1시간부터 최대 3개월까지 설정할 수 있으나, 저장기간이 남은 영상이라도 남은 저장공간이 부족한 경우, 가장 오래된 영상부터 자동으로 삭제되어 현재 촬영되는 영상의 새로운 저장을 수행할 수 있다.
또한, 촬영된 영상으로부터 RGB색상코드를 추출하여 각 픽셀의 색상코드에 따라 불티인지 여부를 구분할 수 있다.
여기서, 상기 촬영된 영상으로부터 RGB색상코드를 추출하는 것은 도 2를 참고하여 더욱 자세히 설명한다.
도 2를 참고하면, 촬영된 영상 내에서 추출한 RGB색상코드값을 추출하여 불티를 구분할 수 있다.
보다 상세하게는, 용접 수행 영상을 다수개 수집하고, 수집된 영상 중 불티로 분류한 픽셀의 RGB색상코드값을 산출하여 불티 RGB색상코드값으로 저장할 수 있다.
또한, 영상 내 전체 픽셀 비율에 대응하여 RGB색상코드값으로 구분한 불티의 픽셀비율이 기설정된 비율을 초과하는 경우, 상기 제어부(160)에 불티비산 위험 알림을 전송할 수 있다.
여기서, 상기 저장한 불티 RGB색상코드값이 포함되는지 여부와 전체 픽셀대비하여 상기 불티 RGB색상코드값이 포함된 픽셀의 비율은 45~80%까지 설정할 수 있으나, 45~50%정도로 설정하는 것이 안전사고 방지에 이상적인 비율이다.
일례로, 도 2를 영상으로 가정하여 상기 영상 내 불티 비율을 산출하여 불티비산 위험을 판단하는 경우, 상기 도 2의 영상 내 전체 픽셀수와 불티로 판단하는 픽셀의 색상코드값이 빨강(R)의 색상값이 181이상임과 동시에 녹색(G)의 색상값이 131이상일 때를 불티로 판단하고, 전체 픽셀수에 대한 불티로 판단한 픽셀수 비율이 45%를 초과할 때 불티비산 위험으로 판단할 수 있다.
이때, 상기 도 2의 비산불티로 판단된 비산불티 픽셀(210)은 RGB색상코드값이 (255, 227, 111)로 산출될 수 있다.
또한, 비산불티 판단 시 파랑(B)의 색상값은 0 내지 255의 값 중 어느 값을 가져도 비산불티 판단에 영향을 주지 않는다.
상기와 같이, 상기 도 2의 영상 내 총 픽셀 수가 969,207(1201＊807px)개이고, RGB색상코드값 중 불티로 판단되는 기준에 만족하는 RGB색상코드값을 가지는 픽셀 수를 카운트했을 때 377,991개인 경우, 전체 픽셀 수에 대한 불티 RGB색상코드값이 포함된 비율은 약 39%로 산출될 수 있으며, 이는 불티비산 위험으로 판단되는 픽셀수 비율인 45%를 초과하지 않기 때문에 불티비산 위험이 아닌 것으로 판단할 수 있다.
그러나, 용접을 수행하는 주변환경이 매우 밝은 장소이거나, 기설정된 각도로 빛을 조사하는 조명이 임시적으로 마련되어 화면비율 중 70%이상이 불티로 판단되는 경우, 상기 용접기와 연결된 안전관리자 단말 또는 사용자 단말을 이용하여 비산불티 RGB색상코드값 산출 기능을 정지시킬 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참고하면, 상기 모니터링부(140)는, 상기 상태판단부(110) 및 상기 센서부(120)에서 수집한 용접기 상태 정보 및 환경정보를 기설정된 사용자 단말 및 용접기 화면에 표시할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 모니터링부(140)는, 상기 센서부(120)에 마련된 온도센서, 유해가스 농도 측정 센서, 산소 농도 측정 센서, 소음 측정 센서, 습도 센서 및 대기중 분진 측정 센서를 포함하는 환경측정센서에 대한 정상범위 및 유효데이터 범위를 산출할 수 있다.
이때, 상기 정상 범위는, 기설정된 시간동안 상기 환경측정센서로부터 측정되는 값의 상한값, 하한값 및 평균값을 이용하여 하기 [수학식 1]에 따라 제한값(Lud)을 산출하며,
[수학식 1]
Figure 112022075822349-pat00002
(여기서, Uv는 상한값, Av는 평균값, Lv는 하한값을 의미함)
상기 평균값에서 상기 제한값을 뺀 차이값 내지 상기 평균값에서 상기 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 산출하여, 상기 산출된 정상범위를 제외한 데이터를 노이즈 데이터로 판단할 수 있다.
일례로, 상기 환경센서가 온도 센서인 경우, 상기 [수학식 1]에서 상기 상한값(Uv)이 27이고, 상기 평균값(Av)이 23이며, 상기 하한값(Lv)이 18인 경우, 상한값과 평균값의 차이가 27-23=4, 평균값과 하한값의 차이는 23-18=5이므로, 더 큰 원소인 5가 제한값(Lud)으로 산출될 수 있다.
상기와 같이 제한값이 산출되면 정상범위가 결정될 수 있는데, 상기 평균값에서 상기 제한값을 뺀 값부터 상기 평균값에서 상기 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 확정할 수 있다.
따라서, 상기 산출된 정상범위의 범위 내 포함되지 않은 데이터는 노이즈 데이터로 판단하는 것이 원칙이다.
다만, 노이즈 데이터를 보다 세분화하기 위해 아래와 같은 기준을 추가 적용할 수 있다. 일례로, 노이즈 데이터는 상기 센서로부터 측정된 측정값이 정상범위를 벗어나고, 상기 정상범위를 벗어난 데이터가 기설정된 횟수이상 연속적으로 발생하지 않는 동시에, 상기 정상범위를 벗어난 직전 데이터값인 종전값과 기설정된 오차범위(이때, 상기 오차범위는 센서의 종류와 민감도에 따라 -5% ~ +5% 내지 -20% ~ +20%사이로 설정할 수 있음) 내 포함되지 않는 값으로 판단된 측정값을 노이즈 데이터로 최종 결정하여, 노이즈 데이터 선별에 보다 정확도를 높일 수 있다.
또한, 상기 기설정된 횟수는, 2회 내지 5회로 설정하여 상기 횟수 범위를 만족하는지 여부에 따라 상기 정상범위를 벗어난 데이터가 연속적인지 불연속적인지를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 기설정된 센서의 전체 측정값을 이용하여 정상범위를 산출하고 노이즈 데이터를 구분하는 과정은 도 3을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 온도센서를 통해 센싱되는 온도데이터 측정값은 그래프로 표현될 수 있다.
여기서, 상기 모니터링부(140)는, 정상범위(340) 내에서 측정된 값들만 유효한 값으로 인식하는데, 상기 정상범위(340)는 기설정된 구간 동안의 초기값들을 입력받은 후, 상기 초기값들의 평균값(330)과 평균편차를 이용하여 산출할 수 있다.
이때, 상기 초기값들 중에서도 무의미한 데이터가 포함될 수 있으므로, 입력받은 전체 초기값들 중 예측범위 내에 있는 초기값들만 상기 정상범위(340) 도출에 이용하며, 상기 예측범위(350)는 아래와 같은 방법으로 산출될 수 있다.
예측범위(350)를 산출하기 위해서는, 기설정된 구간 동안의 전체 초기값들의 평균값(330)에 평균편차의 N배수를 더한값을 예측범위(350)의 상한경계값(310)으로, 기설정된 구간 동안의 전체 초기값들의 평균값(330)에 평균편차의 N배수를 뺀값을 예측범위(350)의 하한경계값(320)으로 결정하여 상기 상한과 하한 사이 값을 예측범위(350)로 산출할 수 있다.
이때, 상기 N배수의 N값은 최소 1.5부터 최대 20까지 센서에 따라 설정될 수 있다.
일례로, 온도센서를 통해 기설정된 구간동안 측정된 초기값의 평균값(330)이 23℃이고, 평균편차가 2.6으로 산출되었으며, N배수가 3으로 설정된 경우, 예측범위(350)의 상한경계값(310)은 23+2.6×3=30.8℃, 하한경계값(620)은 23-2.6×3=15.2℃로 산출될 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해, 상기 모니터링부(140)는, 상기 평균값(330), 평균편차 및 배수를 이용하여 상한경계값(310) 및 하한경계값(320)을 산출하고, 그 사이 범위인 15.2 ~ 30.8℃를 예측범위(350)로 설정할 수 있다.
상기와 같이, 평균값(330), 상한경계값(310) 및 하한경계값(320)을 이용하여 예측범위(350)를 산출함으로써 정상범위(340)를 확정하기 위한 데이터 선별을 보다 신뢰성 있게 할 수 있다.
이하에서는 상기 예측범위(350)를 이용하여 정상범위(340)를 산출하기 위한 과정을 설명한다.
우선, 예측범위(350) 내 가장 큰 측정값을 상한값(305), 가장 작은 측정값을 하한값(306)으로 추출하고, 상기 [수학식 1]을 통해 상기 평균값(330), 상한값(305) 및 하한값(306)을 이용하여 제한값을 산출할 수 있다.
상기 [수학식 1]을 통해 제한값이 산출되면, 상기 평균(330)값에서 제한값을 뺀 측정값 내지 상기 평균값(330)에서 제한값을 더한 측정값을 정상범위(340)로 결정하고, 상기 정상범위(340)를 벗어난 측정값을 노이즈 데이터로 판단할 수 있다.
이때, 앞서 결정된 예측범위 15.2 ~ 30.8℃ 내에서 가장 큰 값인 상한값(305) 및 가장 작은 값인 하한값(306)을 도출하고, 이를 [수학식 1]에 적용하여 제한값을 산출하면 제한값은 max{(27-23), (23-18)}=5℃로 결정될 수 있다.
즉, 상기 예측범위(350)를 벗어나는 데이터인 제1 지점 데이터(301), 제2 지점 데이터(302), 제3 지점 데이터(303) 및 제4 지점 데이터(304)를 상한값 및 하한값 산출에서 제외함으로써, 무의미한 데이터가 정상범위 산출에 사용되는 것을 사전에 방지할 수 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 상기 정상범위(340)는 평균값(330)과 상기 제한값의 차인 23-5=18℃부터 평균값(330)과 상기 제한값의 합인 23+5=28℃까지로 산출되고 상기 정상범위(340)에 포함되지 않은 측정값인 상기 제1 지점 데이터(301), 제2 지점 데이터(302), 제3 지점 데이터(303) 및 제4 지점 데이터(304)를 노이즈 데이터로 판단할 수 있다.
한편, 상기 모니터링부(140)는, 노이즈 데이터의 발생 패턴을 이용하여 센서불량 등 특이사항 발생 가능성을 판단할 수 있는데, 그 실시례는 이하에서 보다 상세하게 설명한다.
일례로, 상기 노이즈 데이터가 상기 종전값과 비교하여 상기 기설정된 오차범위 내에 존재하며, 상기 동일값의 센싱주기가 기설정된 시간 간격으로 다수 개 측정된다면, 이는 센서불량으로 인해 발생할 가능성이 높은 것으로 판단할 수 있다.
즉, 정상범위를 벗어나 노이즈 데이터로 판단된 다수의 측정값과 측정간격이 오차범위 내 포함되어 일정한 간격으로 측정되는 경우, 센서 측정 부위 내 오염물 존재, 센서의 전기적 신호 송수신 문제, 센서 기능 오류 등 지속적으로 정상범위를 벗어난 측정값이 측정될 가능성이 높을 것으로 판단되므로 센서불량 데이터로 인식하여 센서의 수리, 교체 등을 고려할 수 있는 근거로 사용될 수 있다.
일례로, 상기 도 3와 같이 정상범위가 설정되고, 상기 정상범위를 벗어나는 노이즈 데이터를 포함하고 있으나, 상기 센서불량 데이터 조건에 부합하는 경우, 상기 노이즈 데이터들은 센서불량으로 인해 발생되는 데이터로 인식할 수 있으며, 구체적인 실시례는 상기 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 4를 참고하면, 상기 온도센서를 통해 온도 데이터를 센싱하는 과정에서 상기 정상범위를 벗어난 노이즈 데이터가 다수회 발생되며, 종전 노이즈 데이터와 비교하여 -10% ~ +10%이내의 오차범위 내에서 연속적으로 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 상기 오차범위 내에서 발생하는 노이즈 데이터가 일정한 주기로 반복되는 경우, 상기 노이즈 데이터들을 통해 센서불량이 발생한 것으로 예측할 수 있다.
여기서, 상기 노이즈 데이터가 일정한 주기로 반복된다 함은 노이즈 데이터가 나타나는 주기가 오차범위 -10% 내지 +10% 인 것을 의미할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 정상범위를 벗어난 제5 지점 데이터(401), 제6 지점 데이터(402) 및 제7 지점 데이터(403)가 측정되되, 상기 제5 지점 데이터(401) 150분 시점에 측정되었고, 제6 지점 데이터(402)가 220분에 측정되었다면 제5 지점(401)과 제6 지점(402)의 시간간격은 70분(t1)이다. 또한, 제7 지점 데이터(403)는 285분에 측정되었으므로, 제6 지점 데이터(402)와 제7 지점 데이터(403)가 측정된 시간간격은 65분(t2)이므로, 제5 지점 데이터(401) ~ 제6 지점 데이터(402)의 시간간격과 제6 지점 데이터(402) ~ 제7 지점 데이터(403)의 시간간격 차이는 5분이고, 오차범위 10% 범위인 7분을 초과하여 발생하지 않았다.
따라서, 다수의 노이즈 데이터가 정상 범위를 벗어났으며, 발생 주기가 일정한 범위 내에 있는 것으로 판단되므로, 센서에 불량이 발생한 것으로 예측할 수 있다.
이러한 경우에는 상기 온도센서의 불량 여부를 체크하도록 안전관리자에게 안내메시지 등을 발송할 수 있으며, 보다 상세하게는, 상기 모니터링부(140)에서 상기 온도센서에 센싱되는 데이터를 통해 센서불량으로 예측되는 경우, 안전관리자 단말 등에 알람을 제공하여 센서의 불량여부 점검을 유도할 수 있다.
한편, 상기 모니터링부(140)에서 측정된 다수의 데이터가 일정 시간동안 정상범위를 벗어나되, 유사한 값 범위 내에서 연속적으로 측정되는 경우, 센서불량이 아닌 주변 장치에 오동작이 발생한 것으로 판단할 수 있다. 이는 도 5을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도 5를 참고하면, 158분부터 220분 사이 구간에서 정상범위를 초과한 다수의 노이즈 데이터가 검출되되, 다수의 노이즈 데이터가 일정한 오차범위 내(ex. 구간 내 최초 출현한 노이즈 데이터 값으로부터 10% 범위 내)에 분포되어 있다. 이와 같은 경우, 센서의 불량이 아닌 센서가 측정하는 환경을 제어하는 주변장치의 오동작으로 판단할 수 있다. 예를 들어, 온도센서 주변에 열기를 발생시키는 물체가 일정시간 인접해 있는 경우, 용접기 내 환기설비가 일시적으로 막힌 경우 등 일시적인 주변환경 변화가 온도센서에서 측정되는 온도 데이터 오류의 원인이 될 수 있다.
이러한 경우, 상기 모니터링부(140)는, 상기 온도센서 주변환경 등의 점검을 요청하는 신호를 발송할 수 있다.
상기 용접홀더 추적부(150)는, 용접홀더 내 3축센서, 터치센서 및 충격감지 센서를 마련하여 용접홀더의 위치와 상태정보를 센싱하고, 상기 상태정보에 대응하여 용접기의 전류공급 차단여부를 수행할 수 있다.
보다 상세하게는, 용접기에서 전류 공급이 수행되는 시점에 3축센서의 측정값 변화량이 기설정된 시간 내 기준치 범위를 초과하는 경우, 터치센서의 터치가 센싱되지 않는 경우 및 충격감지 센서에 감지된 충격데이터가 기설정된 수치 범위를 초과하는 경우, 상기 제어부(160)에 전류 공급 동작을 중지하는 신호를 전송할 수 있다.
일례로, 용접홀더가 수평하게 놓여있을 때, 용접홀더에 마련된 3축 센서의 x축, y축, z축 센싱값은 (0, 0, 0)으로 센싱되고, 사용자가 용접홀더를 이용하여 용접을 수행하기 위해 용접위치에 용접홀더를 위치시킬 때, 용접홀더에 마련된 3축센서의 센싱값이(-15, 13, 16)으로 센싱될 수 있다.
이때, 용접을 수행하면서 상기 3축 센서의 센싱값 변화량이 -50~+50% 범위 내 변화되되 1.5초 이상의 시간에 따라 변화되는 경우에서 상기 센싱값 변화량은 정상으로 판단할 수 있으나, 하나의 축(x축, y축 또는 z축)이상에서 상기 범위를 초과하는 변화량이 0~1.5초의 짧은 시간간격 사이에서 발생하는 경우 사용자가 용접홀더를 놓치거나, 부득이한 상황(사고 등)에 의해 갑작스러운 동작을 수행했다고 판단하여 상기 제어부(160)에 전류 공급 동작 중지 신호를 전달할 수 있다.
한편, 상기 터치센서는, 사용자가 용접홀더를 잡는 위치에 마련되되, 용접장갑을 낀 상태에서도 터치신호를 수신할 수 있는 센서를 사용할 수 있다.
즉, 사용자가 용접홀더를 올바르게 잡고 있는 상태에서 터치센서가 항상 센싱되어 있는 상태이므로 정상적인 전류공급을 통해 용접을 수행할 수 있으나, 사용자가 용접홀더를 놓치거나 정상적인 방법으로 쥐고 있지 않아 센싱되지 않는 경우 상기 제어부(160)에 전류 공급 동작 중지 신호를 전달할 수 있다.
또한, 상기 충격감지 센서는, 용접홀더 내 마련되어 사용자가 용접홀더를 쥐고 용접을 수행하는 도중 구조물에 용접홀더가 부딪히거나, 용접홀더가 사용자의 손에서 떨어져 지면과 충격할 때 상기 제어부(160)에 전류 공급 동작 중지 신호를 전달할 수 있다.
여기서, 상기 충격감지 센서를 통해 측정되는 충격량은 충격감지 센서에 따라 상이하나, 물체의 무게, 중력가속도, 낙하높이에 따라 충격량이 산출될 수 있으며, 사용자가 최초에 용접홀더를 쥐고 용접을 수행할 때 센싱되는 충격량과 실제 용접홀더를 2~3m에서 낙하시켰을때의 충격량이 최소 2배에서 100배에 이르기까지 충격발생 여부에 따라 충격량 변화량이 명확하기 때문에 정상범위와 충격발생시 센싱되는 범위를 충격감지 센서 종류에 대응하여 충격발생으로 판단되는 충격량 범위를 지정할 수 있다.
한편, 상기 3축센서, 터치센서 및 충격감지 센서는 하나의 센서가 오동작으로 인하여 상기 제어부(160)에 전류 공급 전달 중지 신호를 전달하지 못할 때 상호 보완적으로 전류 공급 중지 신호를 전달하여 안전사고를 방지할 수 있다.
상기 제어부(160)는, 용접기의 상태, 용접기에 마련된 센서 측정값 및 용접홀더 내 마련된 센서 측정값에 대응하여 용접기의 전원 및 전류 공급 동작을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는, 용접기 내 안전관리자의 단말과 무선통신 연결되는 통신부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 통신부를 이용하여 안전관리자의 단말에 상기 모니터링부(140)에서 수신한 데이터가 출력되는 화면을 전달하며, 상기 모니터링부(140)에서 수집한 용접기 상태정보 및 환경정보에 대응하여 안전관리자의 단말에 알림을 전송할 수 있다.
한편, 상기 제어부(160)는, 용접기에 최초로 전원이 공급되어 용접기가 가동하는 시점부터 기설정정된 시간 내 안전관리자의 단말과 연결되지 않는 경우, 케이블로 전달하는 전류공급을 차단할 수 있다.
또한, 상기 상태판단부(110), 센서부(120), 영상촬영부(130), 모니터링부(140) 및 용접홀더 추적부(150)에서 전달받은 용접기 및 용접홀더의 비정상적인 상태, 기준치 및 기준범위를 초과한 환경정보, 기설정된 비율을 초과하는 비산불티 픽셀 검출 및 센싱값에 대응하여 용접기에서 공급하는 전류 공급을 중단할 수 있다.
또한, 상기 통신부를 통해 연결된 안전관리자의 단말로부터 전류 공급 전달 중지 신호를 수신하여 용접기의 전류 공급 중단을 수행할 수 있다.
한편, 상기 기설정된 사용자 단말은 스마트폰, 태블릿PC, PC, 노트북 등 무선통신이 가능하고 화면표시가 가능한 전자기기를 의미할 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해, 상기 용접 안전관리 시스템은 용접기와 용접홀더에 마련된 다수 개의 센서 및 상태확인 장치를 이용하여 현재 상태, 주변 환경정보,용접홀더 상태정보를 파악하여 기준치 또는 기준범위를 벗어나는 항목이 존재하는 경우 통신연결된 안전관리자 단말에 알림 전송, 용접기 전류 공급 차단 등을 수행하여 안전사고를 예방하고 용접기 내 마련된 영상촬영장치를 통해 비산되는 불티를 감지하여 기준치 이상인 경우 작업중지할 수 있다.
본 발명의 일실시례에 따르면, 용접기 내 다수 개의 센서와 상태판단 장치를 마련함으로써, 용접기의 현재 상태와 용접기가 위치한 주변환경 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
또한, 용접홀더에 마련된 센서를 통해 위치변화량, 충격량, 터치여부를 센싱함으로써, 사용자가 용접홀더를 정상적으로 쥐지 못한 상황에서 전류 공급을 차단하여 추가 사고를 방지할 수 있다.
또한, 용접기와 안전관리자 단말을 무선통신 연결함으로써, 용접기 상태 및 환경정보를 모니터링하여 기준치 범위를 벗어나는 항목에 따라 안전관리자의 단말에 알림을 전송하여 안전사고를 미리 예방할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 용접 안전관리 시스템
110 : 상태판단부
120 : 센서부
130 : 영상촬영부
140 : 모니터링부
150 : 용접홀더 추적부
160 : 제어부
210 : 비산불티 픽셀

Claims (5)

  1. 전류를 공급하는 용접기, 상기 용접기로부터 공급되는 전류를 이송하는 케이블, 상기 케이블과 연결되는 용접홀더를 포함하는 용접장치에 대하여,
    상기 용접기의 전원 구동 시, 현재 배터리 상태, 누전 여부, 상기 케이블 연결 여부 및 공급 전류량 정상 여부를 판단하는 상태판단부;
    상기 용접기에 마련되어 온도, 유해가스 농도, 산소 농도, 소음 크기, 습도 및 분진량을 포함하는 환경정보를 센싱하는 센서부;
    상기 용접기의 전면, 후면, 우측면 및 좌측면에 영상촬영장치를 마련하여, 상기 용접기의 전원이 인가된 시점부터 촬영을 수행하는 영상촬영부;
    상기 상태판단부 및 상기 센서부에서 수집한 상기 용접기 상태 정보 및 상기환경정보를 기설정된 사용자 단말 및 용접기 화면에 표시하는 모니터링부;
    상기 용접홀더 내 3축센서, 터치센서 및 충격감지 센서를 마련하여 용접홀더의 위치와 상태정보를 센싱하고, 상기 상태정보에 대응하여 상기 용접기의 전류공급의 차단여부를 수행하는 용접홀더 추적부; 및
    상기 용접기의 상태, 상기 용접기에 마련된 센서 측정값 및 상기 용접홀더 내 마련된 센서 측정값에 대응하여 상기 용접기의 전원 및 전류 공급 동작을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접 안전관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 영상촬영부는,
    상기 용접기에 마련된 영상촬영장치를 이용하여 촬영된 영상이 저장되는 기간을 사용자가 설정하고,
    상기 촬영한 영상 내에서 추출한 RGB색상코드값을 추출하여 불티를 구분하며,
    상기 영상 내 전체 픽셀 비율에 대응하여 상기 RGB색상코드값으로 구분한 불티의 픽셀비율이 기설정된 비율을 초과하는 경우, 상기 제어부에 불티비산 위험 알림을 전송하는 것을 특징으로 하는 용접 안전관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 모니터링부는,
    상기 센서부에 마련된 온도센서, 유해가스 농도 측정 센서, 산소 농도 측정 센서, 소음 측정 센서, 습도 센서 및 대기중 분진 측정 센서를 포함하는 환경측정센서에 대한 정상범위 및 유효데이터 범위를 산출하되,
    상기 정상범위는,
    기설정된 기간동안 상기 환경측정센서로부터 측정되는 상한값, 하한값 및 평균값을 이용하여 하기 [수학식 1]에 따라 제한값(Lud)을 산출하고,
    [수학식 1]
    Figure 112022075822349-pat00003

    (여기서, Uv는 상한값, Av는 평균값, Lv는 하한값을 의미함)
    상기 평균값에서 상기 제한값을 뺀 차이값 내지 상기 평균값에서 상기 제한값을 더한 값까지를 정상범위로 산출하여, 상기 산출된 정상범위를 제외한 데이터를 노이즈 데이터로 판단하되,
    상기 상한값 및 상기 하한값은,
    하한경계값부터 상한경계값에 이르는 범위로 정의되는 예측범위 내에서 도출하며,
    상기 하한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 뺀값이고,
    상기 상한경계값은, 기설정된 초기값의 평균값에 평균편차의 N배를 더한값인 것을 특징으로 하는 용접 안전관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용접홀더 추적부는,
    상기 용접기에서 전류 공급이 수행되는 시점에서 상기 3축센서 측정값 변화량이 기설정된 시간 내 기준치 범위를 초과하는 경우, 상기 터치센서의 터치가 센싱되지 않는 경우 및 상기 충격감지 센서에 감지된 충격데이터가 기설정된 수치 범위를 초과하는 경우, 상기 제어부에 전류 공급 동작을 중지하는 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 용접 안전관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 용접기 내 안전관리자의 단말과 무선통신 연결되는 통신부를 더 포함하고,
    상기 통신부를 이용하여 상기 안전관리자의 단말에 상기 모니터링부에서 출력되는 화면을 전달하며,
    상기 모니터링부에서 수집한 상기 용접기 상태정보 및 상기 환경정보에 대응하여 상기 안전관리자의 단말에 알림을 전송하고,
    상기 용접기에 최초로 전원이 공급된 이후 기설정된 시간 내 상기 안전관리자의 단말과 연결되지 않는 경우, 전류 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 용접 안전관리 시스템.
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