KR102545926B1 - 배관 평가 로봇 및 배관 평가방법 - Google Patents

배관 평가 로봇 및 배관 평가방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 로봇을 배관으로 투입하여 반향음을 발생시키고 이를 기반으로 배관의 건전성을 판단할 수 있는 배관 평가 로봇 및 배관 평가방법을 제공하기 위하여, 배관 내부로 투입되는 몸체 및 상기 배관 내부에서 상기 몸체를 이송시키는 이송모듈 및 상기 몸체에 마련되어 상기 배관을 타격하는 타격유닛 및 상기 몸체에 마련되어 상기 타격유닛이 상기 배관을 타격할 때에 발생되는 타격음을 측정하는 복수 개의 음향측정모듈 및 상기 음향측정모듈을 통해 제공되는 타격음 정보를 분석데이터로 변환하고, 변환된 상기 분석데이터를 합성곱신경망(CNN: Convolutional neural network)에 적용하여 상기 배관의 건전성을 판단하는 반향음 분석모듈을 포함한다.

Description

배관 평가 로봇 및 배관 평가방법{PIPE EVALUATING ROBOT AND PIPE EVALUATING METHOD}
본 발명은 배관 평가 로봇 및 배관 평가방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원전 분야의 배관을 평가하는 배관 평가 로봇 및 배관 평가방법에 관한 것이다.
일반적으로 원전의 설치에서는 복수 개의 배관이 요구되며, 원전의 원활한 가동을 위해서는 주기적으로 배관의 상태를 검사하게 된다. 그리고 배관의 결함이 발견되거나 예측되면 해당 배관에 대한 조치를 수행하게 된다. 이러한 종래의 배관 검사 방법은 이미 "대한민국 등록특허공보 제10-1171920호(원전배관 검사의 대상선정 시스템 및 그 방법, 2012.08.01.)"에 의해 공개되어 있다.
배관 검사의 일반적인 방법은 작업자가 배관으로 진입하여, 배관 표면을 육안으로 점검하고 이상부위에 대하여 망치로 타격하여 타격반향음을 청취한다. 이때, 작업자는 타격음의 높이를 기반으로 많은 소리가 발생하게 되면 배관을 정상으로 판단하고, 둔탁한 소리가 발생하게 되면 배관을 이상으로 판단하여 점검기록을 수행하게 된다.
다만, 원전의 배관은 원전 호기 간 연결된 상태임에 따라 정비대상인 배관에서 정상운전 중인 발전소의 기저잡음이 불규칙적으로 발생한다. 따라서 타격음 분석을 통한 배관의 정성적 건전성 평가에 오류가 발생하게 되며, 작업자의 상태에 따라 청음 분석의 정확도가 유지되지 않을 수 있다. 그리고 일부 배관의 경우에 해수에 포함된 뻘 퇴적물이 존재함에 따라 작업환경이 매우 열악하고, 퇴적물 속 유기체 부식으로 인해 밀폐구역에 유해가스가 발생될 수 있어 작업자 질식 등 매우 위험한 사고를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1171920호(원전배관 검사의 대상선정 시스템 및 그 방법, 2012.08.01.)
본 발명의 목적은 로봇을 배관으로 투입하여 반향음을 발생시키고 이를 기반으로 배관의 건전성을 판단할 수 있는 배관 평가 로봇 및 배관 평가방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 배관 평가 로봇은 배관의 건전성을 평가하는 배관 평가 로봇에 있어서, 상기 배관 내부로 투입되는 몸체 및 상기 배관 내부에서 상기 몸체를 이송시키는 이송모듈 및 상기 몸체에 마련되어 상기 배관을 타격하는 타격유닛 및 상기 몸체에 마련되어 상기 타격유닛이 상기 배관을 타격할 때에 발생되는 타격음을 측정하는 복수 개의 음향측정모듈 및 상기 음향측정모듈을 통해 제공되는 타격음 정보를 분석데이터로 변환하고, 변환된 상기 분석데이터를 합성곱신경망(CNN: Convolutional neural network)에 적용하여 상기 배관의 건전성을 판단하는 반향음 분석모듈을 포함한다.
상기 반향음 분석모듈은 상기 타격유닛이 기설정된 영역을 타격함에 따라 제1 분석데이터를 획득하고, 상기 타격유닛이 복수의 기설정된 영역을 타격함에 따라 제2 분석데이터를 획득할 수 있다.
상기 반향음 분석모듈은 상기 제1 분석데이터를 기반으로 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 생성하고 상기 스펙트로그램 데이터를 제1 합성곱신경망에 적용하여 제1 분석결과를 도출하고, 상기 제2 분석데이터를 기반으로 3D파워 스펙트럼 데이터를 생성하고 상기 3D파워 스펙트럼 데이터를 제2 합성곱신경망에 적용하여 제2 분석결과를 도출할 수 있다.
상기 반향음 분석모듈은 상기 제1 및 제2 분석결과를 기반으로 상기 배관의 건전성을 평가할 수 있다.
상기 제1 분석데이터의 획득에서 상기 반향음 분석모듈은 상기 복수 개의 음향측정모듈 각각으로 입력되는 타격음의 도달 시간 차이를 보상한 이후에 복수 개의 신호를 중첩시켜 신호대잡음비가 향상된 파형 데이터 형태의 제1 분석데이터를 생성할 수 있다.
상기 제2 분석데이터의 획득에서 상기 반향음 분석모듈은 타격음 수신 위치별 3차원 데이터 매트릭스를 획득하고 상기 복수 개의 음향측정모듈 각각으로 입력되는 타격음의 도달 시간 차이를 보상한 이후에 파형 데이터를 기반으로 위치별 파워 스펙트럼 배열을 형성하여 파형 데이터 매트릭스 형태의 제2 분석데이터를 생성할 수 있다.
상기 반향음 분석모듈은 상기 제2 분석데이터를 상기 제2 합성곱신경망에 적용하기 이전에, 상기 파형 데이터 매트릭스에서 관심 주파수 영역을 추출하여 상기 3D파워 스펙트럼 데이터를 생성할 수 있다.
상기 3D파워 스펙트럼 데이터의 생성에서는 상기 파형 데이터 매트릭스에서 최대 성분 주파수를 추출할 수 있다.
상기 타격유닛은 상기 배관을 타격하는 타격해머와, 상기 타격해머가 상기 몸체에 지지되도록 하며 상기 타격해머가 다방향으로 이송되도록 하는 다관절 로봇암을 포함할 수 있다.
상기 다관절 로봇은 일단이 상기 몸체에 연결되며 타단이 상기 몸체로부터 상부를 향해 길게 연장되어 평면방향 및 수직방향으로 축 회전 가능하게 마련되는 제1 로봇암과, 상기 제1 로봇암의 타단에 연결되며 타단이 상부를 향해 길게 연장되어 상기 제1 로봇암의 타단에서 축 회전 가능하게 마련되는 제2 로봇암과, 상기 제2 로봇암의 타단으로부터 수평방향으로 연장되며 평면방향으로 축 회전 가능하게 마련되는 제3 로봇암을 포함하고, 상기 타격해머는 상기 제3 로봇암에 장착될 수 있다.
상기 이송모듈은 주행모드 또는 보행모드로 변환 가능할 수 있다.
상기 이송모듈은 상기 몸체의 하부영역에서 전방 및 우측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제1 이송부와, 상기 몸체의 하부영역에서 전방 및 좌측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제2 이송부와, 상기 몸체의 하부영역에서 후방 및 우측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제3 이송부와, 상기 몸체의 하부영역에서 후방 및 좌측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제4 이송부를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제4 이송부 각각은 상기 몸체의 하부영역에 연결되는 x축 또는 y축 방향으로 축 회전되며, 상기 몸체에 대하여 축 회전 가능하게 마련되는 제1 이송프레임과, 상기 제1 이송프레임에 연결되며 제1 이송프레임에 대하여 축 회전 가능하게 마련되는 제2 이송프레임과, 상기 제2 이송프레임에 축 회전 가능하게 연결되는 캐터필러(Caterpillar) 형태의 이송부재를 포함할 수 있다.
상기 몸체에 마련되는 카메라모듈을 더 포함하고, 상기 카메라모듈은 상기 몸체의 상부에 축 회전 가능하게 장착될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배관 평가 방법은 배관의 건전성을 평가하는 배관 평가 방법에 있어서, 상기 배관 내부로 배관 평가 로봇이 투입되는 단계 및 상기 배관 평가 로봇의 타격유닛이 상기 배관을 타격하는 단계 및 상기 배관 평가 로봇에 마련된 복수 개의 음향측정모듈이 상기 배관을 타격할 때에 발생되는 타격음을 측정하는 단계 및 상기 음향측정모듈을 통해 제공되는 타격음 정보를 분석데이터로 변환하고, 변환된 상기 분석데이터를 합성곱신경망(CNN: Convolutional neural network)에 적용하여 상기 배관의 건전성을 판단한다.
본 발명에 따른 배관 평가 로봇 및 배관 평가방법은 로봇을 이용한 배관 평가로 인적오류 및 안전사고의 발생을 감소시키고, 정확한 배관의 평가가 수행되도록 하는 효과가 있다.
이상과 같은 본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도이고,
도 2는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 개략적으로 나타낸 블록도이고,
도 3은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇의 주행 자세를 나타낸 사시도이고,
도 4는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇의 보행 자세를 나타낸 사시도이고,
도 5는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 배관 평가 방법을 나타낸 흐름도이고,
도 6은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 제1 분석데이터 취득을 나타낸 개념도이고,
도 7은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 제2 분석데이터 취득을 나타낸 개념도이고,
도 8은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 스펙트로그램 생성 및 합성곱 신경망 분석을 나타낸 개념도이고,
도 9는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 3D파워 스펙트럼 생성 및 합성곱 신경망 분석을 나타낸 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 실시예는 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장되게 표현된 부분이 있을 수 있으며, 도면 상에서 동일 부호로 표시된 요소는 동일 요소를 의미한다.
도 1은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇(100)은 원전환경의 배관(10)으로 투입되어 배관(10)의 건전성을 평가할 수 있다. 다만, 이는 본 실시예를 설명하기 위한 것으로, 배관 평가 로봇(100)의 작업환경을 한정하는 것은 아니며, 배관 평가 로봇(100)의 다양한 환경에서 배관(10)의 건전성 평가에 적용될 수 있다.
이러한 배관 평가 로봇(100)은 몸체(110)를 포함한다. 몸체(110)는 견고한 재질로 마련될 수 있으며, 내부에 반향음 분석 모듈(600)이 장착된다.
그리고 몸체(110)에는 배관 평가 로봇(100)이 배관(10)으로 진입한 이후에 배관(10)을 타격하기 위한 타격유닛(200)이 장착된다. 타격유닛(200)은 다관절 로봇암(210) 및 타격해머(220)를 포함할 수 있다.
다관절 로봇암(210)은 타격해머(220)를 이용하여 원하는 위치를 타격하기 위하여, 제1 로봇암(221), 제2 로봇암(222) 및 제3 로봇암(223)을 포함할 수 있다.
일례로, 제1 로봇암(221)은 일단이 몸체(110)에 연결되며, 타단이 몸체(110)로부터 상부를 향해 길게 연장될 수 있다. 이때, 제1 로봇암(221)은 제1 동력원(M1)에 의해 평면 방향으로 회전 가능하게 마련될 수 있다. 또한, 제1 로봇암(221)은 제2 동력원(M2)에 의해 몸체에 대하여 수직 방향으로 축 회전 가능하게 마련된다.
그리고 제2 로봇암(222)은 일단이 제1 로봇암(221)의 타단에 연결되며, 타단이 상부 방향으로 길게 연장되어 축 회전 가능하게 마련된다. 이때, 제2 로봇암(222)은 제3 동력원(M3)에 의해 축 회전될 수 있다.
그리고 제3 로봇암(223)은 제2 로봇암(222)의 타단으로부터 수평 방향으로 연장된다. 제3 로봇암(223)은 제4 동력원(M4)에 의해 제2 로봇암(222)의 타단에 대하여 평면 방향으로 축 회전 가능하게 마련된다. 다만, 이는 본 실시예를 설명하기 위한 것으로, 다관절 로봇암(210)은 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.
그리고 타격해머(220)는 제3 로봇암(223)의 자유단에 장착되어, 다관절 로봇암(210)의 자세 변화에 따라 원하는 위치를 타격할 수 있도록 마련된다.
한편, 몸체(110)에는 카메라모듈(300)이 장착된다. 카메라모듈(300)은 몸체(110)의 상부에 배치되어 제5 동력원(M5)에 의해 축 회전 가능하게 마련된다. 카메라모듈(300)은 로봇의 이송 및 배관(10)의 건전성 평가 작업에서 요구되는 영역을 촬영하여 촬영된 정보가 배관 평가 로봇(100)을 운용하는 작업자에게 전달되도록 할 수 있다.
그리고 몸체(110)에는 복수 개의 음향측정모듈(400)이 장착된다. 음향측정모듈(400)은 마이크로폰을 포함하도록 마련되며, 각각이 설정된 위치에 배치될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 4개의 음향측정모듈(400)이 배치되는 것에 대해 설명하나, 이는 본 실시예를 설명하기 위한 것으로 음향측정모듈(400)의 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 이러한 복수 개의 음향측정모듈(400)은 타격음을 다채널로 수신하여 배관(10)에 평가가 이루어지도록 한다. 복수 개의 음향측정모듈(400)을 기반으로 한 배관(10) 평가에 대해서는 이하에서 다시 설명하도록 한다.
한편, 몸체(110)에는 배관 평가 로봇(100)을 이송시키는 이송모듈(500)이 장착된다. 이송모듈(500)은 배관 평가 로봇(100)이 배관(10)의 내부에서 원활하게 이송하도록 제1 이송부(510), 제2 이송부(520), 제3 이송부(530) 및 제4 이송부(540)를 포함할 수 있다.
일례로, 제1 이송부(510)는 몸체(110)의 하부영역에 장착되어 전방 및 우측방을 향해 축 회전 가능하도록 마련되고, 제2 이송부(520)는 몸체(110)의 하부영역에 장착되어 전방 및 좌측방을 향해 축 회전 가능하도록 마련된다. 그리고 제3 이송부(530)는 몸체(110)의 하부영역에 장착되어 후방 및 우측방을 향해 축 회전 가능하도록 마련되고, 제4 이송부(540)는 몸체(110)의 하부영역에 장착되어 후방 및 좌측방을 향해 축 회전 가능하도록 마련된다.
이러한 제1 이송부(510), 제2 이송부(520), 제3 이송부(530) 및 제4 이송부(540)는 각각 제1 이송프레임(501), 제2 이송프레임(502) 및 이송부재(503)을 포함할 수 있다.
일례로, 제1 이송프레임(501)은 일단이 몸체(110)의 하부영역에 연결되어 x축 또는 y축 방향으로 축 회전될 수 있으며, 몸체(110)에 대하여 축 회전 가능하게 마련된다. 그리고 제2 이송프레임(502)은 일단이 제1 이송프레임(501)의 타단에 연결되어, 제1 이송프레임(501)에 대하여 축 회전 가능하게 마련된다. 그리고, 이송부재(503)는 일단은 제2 이송프레임(502)의 타단에 연결되어, 제2 이송프레임(502)에 대하여 축 회전 가능하게 마련된다. 여기서, 이송부재(503)는 캐터필러(Caterpillar) 형태로 마련될 수 있다.
이러한 이송모듈(500)는 운행조건에 따라 주행모드 또는 보행모드로 변환되며, 배관 평가 로봇(100)이 환경에 구애받지 않고 안정적으로 이송되게 한다.
이하에서는 배관 평가 로봇(100)의 주행모드에 대하여 설명하도록 한다.
도 3은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇의 주행 자세를 나타낸 사시도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇(100)은 평시 주행모드로 운행될 수 있다. 이때, 배관 평가 로봇(100)은 제1 이송부(510), 제2 이송부(520), 제3 이송부(530) 및 제4 이송부(540)의 이송부재(503)가 지면에 접촉한 상태에서 주행될 수 있다.
일례로, 제1 이송프레임(501)이 x축 방향으로 축 회전된 상태에서 몸체(110)와 평행하게 배치될 수 있다. 그리고 제2 이송프레임(502)은 하부방향을 향해 경사지게 축 회전되고, 이송부재(503)는 몸체(110)와 평행하게 배치되어 캐터필러를 기반으로 배관 평가 로봇(100)이 안정적으로 주행되도록 할 수 있다. 이때, 배관 평가 로봇(100)의 방향 전환은 제1 이송프레임(501)의 축 회전을 기반으로 이루어질 수 있다.
그리고 배관 평가 로봇(100)은 배관(10) 내에 뻘 퇴적물 등에 의해 이동이 어려울 경우에 보행모드로 이송할 수 있다.
도 4는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇의 보행 자세를 나타낸 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇(100)은 보행모드에서 4족 보행을 수행할 수 있다.
일례로, 제1 이송프레임(501)이 y축 방향으로 축 회전된 상태에서 몸체에 대하여 소정의 각도로 하향 경사지게 배치된다. 그리고 제2 이송프레임(502)은 하측 방향으로 배치되고, 이송부재(503)는 제2 이송프레임(502)에 대하여 소정의 각도로 경사지게 배치되어 지면에 적어도 일영역이 접촉되도록 자세를 변화시킨다.
이에, 배관 평가 로봇(100)은 제1 이송부(510), 제2 이송부(520), 제3 이송부(530) 및 제4 이송부(540)를 함께 또는 선택적으로 구동시킬 수 있다. 즉, 배관 평가 로봇(100)은 제1 이송프레임(501)이 z축 방향으로 승강되는 동작과 함께 x축 방향 및 y축 방향 사이에서 축 회전하는 동작을 수행하며 4족 보행을 수행할 수 있다.
한편, 배관 평가 로봇(100)의 몸체(110)에는 반향음 분석 모듈(600)이 장착된다. 반향음 분석 모듈(600)은 복수 개의 음향측정모듈(400)로부터 제공되는 신호를 기반으로 배관(10)의 건전성 평가가 수행되도록 한다.
도 5는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 배관 평가 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 제1 분석데이터 취득을 나타낸 개념도이다. 그리고 도 7은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 제2 분석데이터 취득을 나타낸 개념도이다.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇(100)은 배관(10)의 내부로 투입된 이후에 배관(10)을 타격하여 반향음을 취득한다. 그리고 배관 평가 로봇(100)은 취득된 데이터를 기반으로 스펙트로그램(Spectrogram) 생성 및 3D 파워 스펙트럼 생성을 수행하고, 이를 합성곱 신경망(CNN: Convolutional neural network)에 적용하여 결과값을 기반으로 배관(10)의 건정성을 평가한다.
이를 위해, 배관 평가 로봇(100)은 제1 분석데이터 취득 및 제2 분석데이터 취득 방법을 이용하여 데이터를 취득할 수 있다.
제1 분석데이터 취득에서는 배관 평가 로봇(100)이 배관(10)을 타격한다. 이에, 4개의 음향측정모듈(400)에서는 배관(10) 타격에 따른 타격음이 취득된다. 이때, 4개의 음향측정모듈(400)이 각각 상이한 위치에 배치됨에 따라 타격음 취득에서는 4개의 음향측정모듈(400) 각각에 도달거리 차이로 인한 시간 지연이 발생된다. 이에, 반향음 분석 모듈(600)은 수신집속을 수행한다.
이때, 반향음 분석 모듈(600)은 4개의 음향측정모듈(400), 즉 각각의 채널로 입력되는 타격음의 도달 시간 차이를 보상한 이후에 복수 개의 신호를 중첩시켜 신호대잡음비가 향상된 파형 데이터 형태의 제1 분석데이터를 취득한다. 이때, 4개의 음향측정모듈(400)은 시간 지연을 기반으로 제1 분석데이터를 취득하기 위하여 사전에 설정된 위치에 장착될 수 있다. 즉, 4개의 음향측정모듈(400)의 위치는 배관 평가 로봇(100)의 설계 및 제작 시에 미리 설정될 수 있다.
한편, 제2 분석데이터 취득에서는 배관 평가 로봇(100)이 복수의 위치를 타격한다. 이때, 배관 평가 로봇(100)은 배관(10)의 내면에 임의로 배열된 복수의 위치를 타격하여, 타격음 수신 위치별 3차원 데이터 매트릭스가 획득되도록 한다. 그리고 반향음 분석 모듈(600)은 수신집속을 수행한다. 이때, 반향음 분석 모듈(600)은 4개의 음향측정모듈, 즉 각각의 채널로 입력되는 시간차이를 보상한 이후에 파형 데이터를 기반으로 위치별 파워 스펙트럼 배열을 형성하여, 파형 데이터 매트릭스 형태의 제2 분석데이터를 취득한다.
이후, 배관 평가 로봇(100)은 제1 분석데이터와 제2 분석데이터 각각에 신경망을 적용하여 배관 평가를 진행할 수 있다.
먼저, 배관 평가 로봇(100)은 파형 데이터 형태의 제1 분석데이터를 이용하여 스펙트로그램 생성 및 합성곱 신경망 분석을 수행할 수 있다.
도 8은 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 스펙트로그램 생성 및 합성곱 신경망 분석을 나타낸 개념도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반향음 분석 모듈(600)은 파형 데이터 형태의 제1 분석데이터를 이용하여 스펙트로그램 데이터를 형성한다. 이때, 스펙트로그램은 시간-주파수 복합 데이터로, 예컨대 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 주파수일 수 있다. 이에, 반향음 분석 모듈(600)은 생성된 스펙트로그램을 제1 합성곱 신경망에 입력하여 배관(10)의 건전성을 평가할 수 있다. 이때, 제1 합성곱 신경망은 배관(10)의 타격에 의해 취득된 스펙트로그램에 의해 학습된 상태일 수 있다.
한편, 배관 평가 로봇(100)은 파형 데이터 매트릭스 형태의 제2 분석데이터를 이용하여 3D 파워 스펙트럼 생성 및 합성곱 신경망 분석을 수행할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 따른 배관 평가 로봇을 이용한 3D파워 스펙트럼 생성 및 합성곱 신경망 분석을 나타낸 개념도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 반향음 분석 모듈(600)은 파형 데이터 매트릭스를 이용하여 3D파워 스펙트럼 데이터를 생성한다. 이때, 반향음 분석 모듈은 위치별 파워 스펙트럼 배열에서 관심 주파수 영역, 일례로 최대 성분 주파수를 추출하여 3D파워 스펙트럼 데이터를 생성한다. 3D파워 스펙트럼 데이터는 시간-주파수 복합 데이터로, 가로 및 세로축은 배관의 타격 위치를 나타내고, 깊이 축은 파워스펙트럼을 나타낼 수 있다. 이에, 반향음 분석 모듈(600)은 생성된 3D파워 스펙트럼 데이터를 제2 합성곱 신경망에 입력하여 배관(10)의 건전성을 평가할 수 있다. 이때, 제2 합성곱 신경망은 상술한 3D파워 스펙트럼 데이터 생성과 동일하게 생성된 데이터에 의해 학습된 상태일 수 있다.
다시 도 5 내지 도 7을 참조하면, 배관 평가 로봇(100)은 스펙트로그램 생성 및 합성곱 신경망 분석을 통한 제1 분석결과와, 3D파워 스펙트럼 생성 및 합성곱 신경망 분석을 통한 제2 분석결과를 기반으로 최종 배관(10)의 건전성을 평가할 수 있다.
다만, 이는 본 실시예를 설명하기 위한 것으로 스펙트로그램 생성 및 합성곱 신경망 분석을 통한 결과 값 또는 D파워 스펙트럼 생성 및 합성곱 신경망 분석을 통한 결과 값만으로도 배관(10)의 건전성을 평가할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배관 평가 로봇 및 배관 평가방법은 로봇을 이용한 배관 평가로 인적오류 및 안전사고의 발생을 감소시키고, 정확한 배관의 평가가 수행되도록 하는 효과가 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (15)

  1. 배관의 건전성을 평가하는 배관 평가 로봇에 있어서,
    상기 배관 내부로 투입되는 몸체;
    상기 배관 내부에서 상기 몸체를 이송시키는 이송모듈;
    상기 몸체에 마련되어 상기 배관을 타격하는 타격유닛;
    상기 몸체에 마련되어 상기 타격유닛이 상기 배관을 타격할 때에 발생되는 타격음을 측정하는 복수 개의 음향측정모듈; 및
    상기 음향측정모듈을 통해 제공되는 타격음 정보를 분석데이터로 변환하고, 변환된 상기 분석데이터를 합성곱신경망(CNN: Convolutional neural network)에 적용하여 상기 배관의 건전성을 판단하는 반향음 분석모듈을 포함하고,
    상기 반향음 분석모듈은 상기 타격유닛이 기설정된 영역을 타격함에 따라 제1 분석데이터를 획득하고, 상기 타격유닛이 복수의 기설정된 영역을 타격함에 따라 제2 분석데이터를 획득하고,
    상기 반향음 분석모듈은 상기 제1 분석데이터를 기반으로 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 생성하고 상기 스펙트로그램 데이터를 제1 합성곱신경망에 적용하여 제1 분석결과를 도출하고, 상기 제2 분석데이터를 기반으로 3D파워 스펙트럼 데이터를 생성하고 상기 3D파워 스펙트럼 데이터를 제2 합성곱신경망에 적용하여 제2 분석결과를 도출하고,
    상기 제1 분석데이터의 획득에서 상기 반향음 분석모듈은 상기 복수 개의 음향측정모듈 각각으로 입력되는 타격음의 도달 시간 차이를 보상한 이후에 복수 개의 신호를 중첩시켜 신호대잡음비가 향상된 파형 데이터 형태의 제1 분석데이터를 생성하는 배관 평가 로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 반향음 분석모듈은
    상기 제1 및 제2 분석결과를 기반으로 상기 배관의 건전성을 평가하는 배관 평가 로봇.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 분석데이터의 획득에서 상기 반향음 분석모듈은
    타격음 수신 위치별 3차원 데이터 매트릭스를 획득하고 상기 복수 개의 음향측정모듈 각각으로 입력되는 타격음의 도달 시간 차이를 보상한 이후에 파형 데이터를 기반으로 위치별 파워 스펙트럼 배열을 형성하여 파형 데이터 매트릭스 형태의 제2 분석데이터를 생성하는 배관 평가 로봇.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 반향음 분석모듈은
    상기 제2 분석데이터를 상기 제2 합성곱신경망에 적용하기 이전에,
    상기 파형 데이터 매트릭스에서 관심 주파수 영역을 추출하여 상기 3D파워 스펙트럼 데이터를 생성하는 배관 평가 로봇.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 3D파워 스펙트럼 데이터의 생성에서는
    상기 파형 데이터 매트릭스에서 최대 성분 주파수를 추출하는 배관 평가 로봇.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 타격유닛은
    상기 배관을 타격하는 타격해머와,
    상기 타격해머가 상기 몸체에 지지되도록 하며 상기 타격해머가 다방향으로 이송되도록 하는 다관절 로봇암을 포함하는 배관 평가 로봇.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 다관절 로봇은
    일단이 상기 몸체에 연결되며 타단이 상기 몸체로부터 상부를 향해 길게 연장되어 평면방향 및 수직방향으로 축 회전 가능하게 마련되는 제1 로봇암과,
    상기 제1 로봇암의 타단에 연결되며 타단이 상부를 향해 길게 연장되어 상기 제1 로봇암의 타단에서 축 회전 가능하게 마련되는 제2 로봇암과,
    상기 제2 로봇암의 타단으로부터 수평방향으로 연장되며 평면방향으로 축 회전 가능하게 마련되는 제3 로봇암을 포함하고,
    상기 타격해머는
    상기 제3 로봇암에 장착되는 배관 평가 로봇.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 이송모듈은
    주행모드 또는 보행모드로 변환 가능한 배관 평가 로봇.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 이송모듈은
    상기 몸체의 하부영역에서 전방 및 우측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제1 이송부와,
    상기 몸체의 하부영역에서 전방 및 좌측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제2 이송부와,
    상기 몸체의 하부영역에서 후방 및 우측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제3 이송부와,
    상기 몸체의 하부영역에서 후방 및 좌측방을 향해 선택적으로 축 회전되는 제4 이송부를 포함하는 배관 평가 로봇.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 이송부 각각은
    상기 몸체의 하부영역에 연결되는 x축 또는 y축 방향으로 축 회전되며, 상기 몸체에 대하여 축 회전 가능하게 마련되는 제1 이송프레임과,
    상기 제1 이송프레임에 연결되며 제1 이송프레임에 대하여 축 회전 가능하게 마련되는 제2 이송프레임과,
    상기 제2 이송프레임에 축 회전 가능하게 연결되는 캐터필러(Caterpillar) 형태의 이송부재를 포함하는 배관 평가 로봇.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 몸체에 마련되는 카메라모듈을 더 포함하고,
    상기 카메라모듈은
    상기 몸체의 상부에 축 회전 가능하게 장착되는 배관 평가 로봇.
  15. 배관의 건전성을 평가하는 배관 평가 방법에 있어서,
    상기 배관 내부로 배관 평가 로봇이 투입되는 단계;
    상기 배관 평가 로봇의 타격유닛이 상기 배관을 타격하는 단계;
    상기 배관 평가 로봇에 마련된 복수 개의 음향측정모듈이 상기 배관을 타격할 때에 발생되는 타격음을 측정하는 단계; 및
    상기 음향측정모듈을 통해 제공되는 타격음 정보를 분석데이터로 변환하고, 변환된 상기 분석데이터를 합성곱신경망(CNN: Convolutional neural network)에 적용하여 상기 배관의 건전성을 판단하는 단계를 포함하고,
    상기 배관의 건전성을 판단하는 단계에서는
    상기 타격유닛이 기설정된 영역을 타격함에 따라 제1 분석데이터를 획득하고, 상기 타격유닛이 복수의 기설정된 영역을 타격함에 따라 제2 분석데이터를 획득하고,
    상기 제1 분석데이터를 기반으로 스펙트로그램(Spectrogram) 데이터를 생성하고 상기 스펙트로그램 데이터를 제1 합성곱신경망에 적용하여 제1 분석결과를 도출하고, 상기 제2 분석데이터를 기반으로 3D파워 스펙트럼 데이터를 생성하고 상기 3D파워 스펙트럼 데이터를 제2 합성곱신경망에 적용하여 제2 분석결과를 도출하고,
    상기 제1 분석데이터의 획득에서는
    상기 복수 개의 음향측정모듈 각각으로 입력되는 타격음의 도달 시간 차이를 보상한 이후에 복수 개의 신호를 중첩시켜 신호대잡음비가 향상된 파형 데이터 형태의 제1 분석데이터를 생성하는 배관 평가 방법.
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