KR102624541B1 - 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화를 위한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 발전기 고정자 검사 로봇에 장착된 제1 카메라를 통해 획득된 제1 영상을 분석하여, 고정자 철심의 경계에 해당하는 직선에 대한 검출을 통해 로봇의 회전 각도를 추정하여, 상기 검사 로봇의 방향을 제어하고, 상기 고정자 철심의 경계와 상기 로봇 회전 각도를 기반으로 고정자 철심의 모서리를 검출한 후, 고정자 철심의 단위로 상기 검사 로봇의 이동을 제어하는 주행 제어부; 및 발전기 고정자 검사 로봇에 장착된 제2 카메라를 통해 획득된 제2 영상을 분석하여, 고정자 내부의 웨지 및 배플을 검출하고, 각 웨지에 대한 인덱스를 결정하는 웨지 검출 및 인덱스 결정부를 포함하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템을 제공한다.

Description

발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화를 위한 시스템{INSPECTION AUTOMATION SYSTEM OF GENERAOR STATOR INSPECTION ROBOT}

본 발명은 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화를 위한 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발전기 고정자 내에서 이동하는 검사 로봇의 회전 각도와 이동 거리를 제어하고, 검사 대상이 되는 웨지들의 인덱스를 부여할 수 있도록 하는 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 발전기는 고정자(stator), 회전자(rotor), 여자기(exciter), 베어링 및 급유장치, 통풍 및 냉각장치로 구성되어 있으며, 공급되는 역학적 에너지원(화력, 수력, 풍력, 원자력 등)을 전기에너지로 변환하게 된다.

이와 같은 발전기는 반복적인 기동, 정지에 따른 구성품의 파손과 열화현상으로 고장이 발생한다. 이를 사전에 방지하여 운전 신뢰성을 확보하고 전력 수급을 원활하게 하기 위해 정기적인 점검 및 진단이 필요하다.

발전기의 고정자는 철심과 고정자 권선으로 구성되어 있으며, 철심 구조 사이 슬롯별로 고정자 권선이 삽입되어 있다. 여기서 철심 사이에 권선들을 구속하여 발전기 가동 시에 발생하는 진동으로부터 보호하기 위해 권선들은 웨지와 절연물질로 고정된다.

이러한 고정자의 건전성 평가를 위해 웨지 체결강도 검사, 육안검사를 통한 이물질과 크랙 검사, EL-CID(Electromagnetic Core Imperfection Detection) 기반의 고정자 철심 절연 상태 점검 등을 실시하여 합리적인 시점에 절연 보강 및 권선 교체 등이 이루어질 수 있다.

발전기 운전 중 발생하는 진동으로 권선이 파손될 경우 권선 마멸, 절연물 박리, 내부 냉각수의 누수가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제는 발전기의 수명 감소 및 불시 정지 사고를 발생시킬 수 있으므로, 고정자 권선의 진동 발생을 억제하기 위한 고정자의 웨지 체결강도 검사는 매우 중요하다.

종래에는 이러한 고정자의 웨지 체결강도를 검사함에 있어, 사람이 직접 고정자 내에서 타음을 통해 검사를 수행하였다. 그러나 이와 같은 경우, 검사자의 주관적 경험과 상태에 따라 진단결과가 달라질 수 있어 신뢰성이 떨어진다. 그리고 고정자 내부의 좁고 열악한 환경에서 검사를 수행함에 따라 검사자의 피로도가 높으며, 사고의 위험이 높은 문제가 있다.

또 다른 고정자의 웨지 체결강도 검사 방법으로는 고정자 철심에 자력으로 밀착하여 이동하는 로봇을 통해 고정자 내부를 검사하는 경우도 있으나, 종래의 로봇 검사 방법은 로봇이 배플과 같은 장애물을 통과할 수 없어, 가스 홀 존에 위치한 웨지를 포함한 고정자 검사가 불가능한 문제가 있다. 그리고 배플 구간 주행이 가능한 로봇의 경우에도 로봇의 이동 방향에 대한 제어가 어려워, 로봇이 고정자의 축 방향으로 지속적으로 이동하도록 제어할 수가 없었다.

또한, 검사 대상이 되는 웨지에 대한 식별 및 해당 위치까지의 검사 로봇 이동이 불가능하여, 검사 로봇을 도입하더라도, 검사 과정 중 많은 부분을 사람이 직접 개입하여 조작해야 하는 문제가 있어, 검사에는 상당한 어려움이 따를 수 밖에 없었다.

선행문헌 1: 한국공개특허 제2004-0100364호(2004.12.02)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 발전기 고정자 내부에서 이동하는 검사 로봇의 방향 및 이동거리 제어가 가능하며, 검사 대상이 되는 웨지에 대한 인덱스 부여 및 갱신이 가능해지도록 하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 발전기 고정자 검사 로봇에 장착된 제1 카메라를 통해 획득된 제1 영상을 분석하여, 고정자 철심의 경계에 해당하는 직선에 대한 검출을 통해 로봇의 회전 각도를 추정하여, 상기 검사 로봇의 방향을 제어하고, 상기 고정자 철심의 경계와 상기 로봇 회전 각도를 기반으로 고정자 철심의 모서리를 검출한 후, 고정자 철심의 단위로 상기 검사 로봇의 이동을 제어하는 주행 제어부; 및 발전기 고정자 검사 로봇에 장착된 제2 카메라를 통해 획득된 제2 영상을 분석하여, 고정자 내부의 웨지 및 배플을 검출하고, 각 웨지에 대한 인덱스를 결정하는 웨지 검출 및 인덱스 결정부를 포함하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템을 제공한다.

상기 주행 제어부는, 상기 제1 영상으로부터 고정자 철심의 경계 라인을 검출하는 라인 검출부; 및 상기 고정자 철심의 경계 라인의 상기 제1 영상 내 각도를 기반으로, 상기 검사 로봇의 발전기 고정자 축 방향에 대한 회전 각도를 판단하는 로봇 회전각 추정부를 포함할 수 있다.

상기 라인 검출부는, 상기 제1 영상 내의 직선 성분들을 검출하고, 상기 로봇 회전각 추정부는, 상기 제1 영상의 수평 또는 수직 방향을 기준으로, 상기 직선 성분들의 각도가 제1 각도를 초과하는 경우, 상기 직선 성분들의 평균 각도를 계산하여, 상기 검사 로봇의 회전 각도로 출력할 수 있다.

상기 주행 제어부는, 상기 직선 성분들을 상기 회전 각도만큼 역으로 회전시키고, 히스토그램 분석을 통해, 임계값을 넘는 지점들을 선정한 후, 철심 간격 모델과 비교하여, 철심 모서리 위치를 추정하는, 고정자 철심 모서리 검출부를 더 포함할 수 있다.

상기 웨지 검출 및 인덱스 결정부는, 상기 제2 영상을 기반으로, 웨지와 배플을 검출하는, 웨지-배플 검출부; 상기 웨지-배플 검출부에 의해 출력되는, 웨지 및 배플 검출 결과와 기 저장된 웨지의 특징을 토대로, 웨지 인식 결과를 교정하는, 검출 결과 교정부; 및 각 웨지에 대한 인덱스를 부여하는 웨지 인덱스 결정부를 포함할 수 있다.

상기 웨지 인덱스 결정부는, 초기 검사 위치에 해당하는 기준 웨지에 대해 부여된 인덱스를 기준으로 하여, 인접 웨지들에 대한 웨지 인덱스를, (i번째 슬롯, j번째 웨지)의 형태(i, j는 자연수)로 부여할 수 있다.

상기 웨지 인덱스 결정부는, 검사 로봇의 이동 또는 상기 검사 로봇의 로봇 암 회전에 따라, 상기 제2 영상이 변경될 때, 검사 로봇의 이동량 또는 상기 로봇 암의 각도 변화량만큼, 각 웨지의 인덱스 위치를 조정하여 갱신할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 고정자 웨지 검사 로봇 시스템의 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발전기 고정자 내부에서 이동하는 검사 로봇의 방향 및 이동거리 제어가 가능하며, 검사 대상이 되는 웨지에 대한 인덱스 부여 및 갱신이 가능해지며, 이를 통해, 고정자 검사를 위한 검사 로봇의 자동화가 가능해진다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 고정자 검사 로봇의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 검사 로봇의 검사 자동화를 위한 시스템의 상세 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 고정자 내부의 형태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 고정자 철심 모서리를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 고정자에서의 웨지 및 배플을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨지 검출 오인식의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨지 인덱스 결정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 회전각 및 철심 위치를 추정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 직선 성분 검출 과정의 일례를 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본 발명에서 상부와 하부는 대상부재의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것으로, 반드시 중력방향을 기준으로 상부 또는 하부에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전기 고정자 검사 로봇의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 발전기 고정자 검사 로봇은, 모바일 구동부(100), 메인 암(200), 이동 스테이지(300), 검사부(400)로 구성된다.

이러한 검사 로봇은, 발전기 고정자(10)의 축방향을 따라 이동하게 된다. 고정자(10)의 내부에 구비되는 배플(20)은 고정자(10)의 원주를 따라 전체적으로 연결형성된 것이 아니라, 검사 로봇이 고정자(10)의 축 방향으로 이동될 수 있도록 고정자(10)의 하부측은 배플(20)이 연결되지 않은 형태로 이루어질 수 있다. 검사 로봇은 발전기의 고정자(10)의 축방향을 따라 이동하여 웨지(30)의 체결강도를 검사하게 된다.

모바일 구동부(100)는 고정자 내에서 검사 로봇의 이동, 즉, 주행을 물리적으로 가능하게 해주는 구동부 및 바퀴 등을 포함할 수 있다.

이러한 모바일 구동부(100) 내부에는 전체 검사 로봇의 동작을 제어하는 제어부가 포함될 수 있다.

메인 암(200)은 고정자의 원주 방향을 따라 360도 회전 가능하며, 고정자를 향해 밀착 가능하게 구현된다. 또한, 이동 스테이지(300)는 메인 암(200) 상부에서 검사 로봇의 주행 방향을 따라 전후로 이동 가능하게 구성되며, 검사부(400)는 고정자 내부에 존재하는 웨지에 밀착하고 체결 강도를 검사하는 기능을 수행한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정자 검사 로봇의 검사 자동화를 위한 시스템의 상세 구성을 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 고정자 검사 로봇은 제1 카메라(201) 및 제2 카메라(301)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 카메라(201)는 메인 암(200)과 모바일 구동부(100)의 연결 부위에 배치되어 고정자 하단부 뷰 제공이 가능하고, 제2 카메라(301)는 이동 스테이지(300)의 전면부, 즉, 주행 방향을 향하는 부위에 배치되어 검사할 위치에 있는 고정자 뷰 제공이 가능하다.

한편, 모바일 구동부(100)는 각각 제1 카메라(201) 및 제2 카메라(301)로부터 획득된 영상 정보를 분석하는 주행 제어부(110), 웨지 검출 및 인덱스 결정부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

주행 제어부(110)는 라인 검출부(111), 로봇 회전각 추정부(112), 방향 제어부(113), 고정자 철심 모서리 검출부(114), 고정자 철심 모서리 추종부(115), 이동거리 제어부(116)를 포함한다.

라인 검출부(111)는 제1 카메라(201)로부터 획득된 영상 정보를 분석하여, 고정자 철심의 경계 라인을 검출하는 기능을 수행한다.

도 3은 발전기의 고정자 내부의 형태를 나타내는 도면인데, 도 3을 참조하면, 고정자의 웨지, 철심, 배플은 동일 또는 유사한 구조로 반복되어 있다.

고정자 철심의 경계(F)는 검사 로봇의 주행 방향과 수직인 방향으로 존재하는데, 라인 검출부(111)는 이러한 철심 경계(F)를 검출한다.

로봇 회전각 추정부(112)는 라인 검출부(111)에 의해 검출된 철심의 경계(F)를 기반으로 검사 로봇의 회전각을 추정한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 철심의 경계(F)는 직선 성분으로 이루어지는데, 검사 로봇의 진행 방향이 철심의 경계(F)와 수직이 되어야, 검사 로봇이 고정자의 축 방향으로 올바르게 이동하는 것으로 판단하고, 수직이 아닌 경우에는, 검사 로봇이 고정자의 축 방향을 기준으로 회전된 각도를 판단할 수 있게 된다. 이를 위해, 로봇 회전각 추정부(112)는 검출될 철심의 경계(F)가 이미지 상에서 기울어진 각도를 파악하며, 해당 각도를 기반으로, 검사 로봇의 회전 각도(θ_R)를 산출하게 된다.

방향 제어부(113)는 로봇 회전각 추정부(112)에 의해 산출된 검사 로봇의 회전 각도(θ_R)를 보상하여, 검사 로봇의 주행 방향을 제어한다. 구체적으로, 산출된 검사 로봇의 현재 회전 각도(θ_R)의 크기만큼 현재 회전된 방향에 역으로 적용하여, 검사 로봇이 올바른 방향으로 주행할 수 있도록 제어한다.

물리적으로는, 모바일 구동부(100, 도 1 참조)의 하부 양측에 장착된 구동 바퀴의 출력을 제어하여, 올바른 방향과의 오차가 ±1˚가 될 때까지 제어한다.

고정자 철심 모서리 검출부(114)는 라인 검출부(111)에 의해 검출된 철심의 경계(F)와 로봇 회전각 추정부(112)에 의해 산출된 로봇 회전각(θ_R)을 이용하여, 고정자 철심의 모서리를 검출한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 고정자 철심 모서리를 검출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 제1 카메라(201)로 획득된 영상에서 선분을 검출한다(①). 검출되는 선분은 라인 검출부(111)에 의해 검출된 것일 수도 있다.

그 후, 로봇 회전각 추정부(112)에 의해 산출된 검사 로봇의 회전 각도(θ_R)를 기반으로, 해당 선분들을 올바른 방향으로 회전시킨다(②). 이는, 현재 회전 각도(θ_R)의 크기만큼 현재 회전된 방향에 역으로 적용함으로써 행해질 수 있다.

회전 후에는, 이미지에 대한 히스토그램 분석을 통해, 임계값을 넘는 지점들을 선정한다(③). 이미지 내에서 검출되는 선분에 대한 모든 히스토그램을 구해지게 되는데, 고정자의 구조상 철심 경계 부분에 대응하는 영역에서 직선(선분) 성분이 많이 검출될 것이다. 해당 선분들은 동일한 라인에서 정확히 일치하게 검출되지는 않기 때문에 일정 거리 내에 존재하는 선분들 중 임계점을 넘는 지점들을 통합하여 평균값으로 처리한다.

즉, 철심 경계에 해당하는 직선은 실제 하나이지만, 이미지 내에서는 여러 개의 선분으로 표현될 수 있기 때문에, 이 부분을 통합하는 것이다.

선정된 지점들을 기 설정된 고정자 철심 간격 모델과 비교하여, 적합도가 낮은 지점, 즉, 철심 간격 모델과 비교할 때 해당 모델의 형태와 기 설정된 거리 이상 떨어진 지점(오차가 큰 지점)들은 삭제한 후, 철심을 인식한다(④).

이를 통해, 철심 인식 및 철심 모서리 검출이 가능해지게 된다.

다시 도 2를 참조하면, 고정자 철심 모서리 추종부(115)는 상기 검출된 철심 모서리를 추종하여, 이동거리 제어부(116)에 의한 이동거리 제어가 가능해질 수 있도록 한다.

이동거리 제어부(116)는 고정자 철심의 단위로 이동을 제어한다. 상기 설명한 바와 같은 방법으로 고정자 철심의 모서리가 검출되기 때문에, 현재 검사 로봇이 몇 개의 고정자 철심을 거쳐 이동하였는지를 확인할 수 있게 된다.

이동거리 제어부(116)는 철심의 모서리가 특정 위치에서 검출될 때까지, 또는, 특정 철심의 모서리가 검출될 때까지 검사 로봇의 이동을 제어한다.

한편, 웨지 검출 및 인덱스 결정부(120)는 웨지-배플 검출부(121), 검출 결과 교정부(122), 웨지 인덱스 결정부(123)를 포함한다.

도 5는 발전기 고정자에서의 웨지 및 배플을 나타내는 도면이다.

웨지-배플 검출부(121)는 제2 카메라(301)를 통해 획득된 웨지와 배플을 검출한다. 이에는, 딥러닝 알고리즘인 CNN(Convolutional Neural Network) 알고리즘이 이용될 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.

웨지 및 배플 검출 시에는, 도 6에서와 같은 오류가 발생할 수 있다.

구체적으로, 도 6에서와 같이, 웨지 사이즈의 오인식, 웨지 또는 배플 종류의 오인식, 배플 검출 실패, 웨지 미검출 등의 오류를 발생시킬 수 있다.

검출 결과 교정부(122)는, 이와 같은 오류를 교정하는 기능을 수행한다.

고정자 내부에 있어서, 웨지의 특징은, 다음과 같이 정리할 수 있다.

1) 모든 웨지의 너비는 동일하며, 2) 제2 카메라(301)가 위치하는 고정자의 단면 위치에서, 제2 카메라(301)를 기준으로 모든 웨지까지의 거리는 동일하다. 또한, 3) 웨지는 고정자의 축 방향으로 연속적으로 이어져 있고, 웨지의 경계선은 고정자의 단위 철심의 중앙 영역, 즉, 고정자 철심의 중심을 지나는 고정자 단면 방향(고정자의 축 방향과 수직인 방향)과 평행한 직선으로부터 일정 거리 내에 존재한다. 4) 고정자의 원주 방향에서, 복수의 웨지들은 동일한 너비만큼 떨어져 있다. 구체적으로, 고정자의 원주 방향으로, 웨지와 철심은 교번하여 존재하기 때문에, 고정자 원주 방향에서의 각 웨지는, 철심의 너비만큼 떨어져 있게 된다. 그리고, 5) 고정자 축방향을 기준으로, 동일한 지점에서의 단면에 위치한 웨지들은 사이즈와 모양이 동일하다. 즉, 웨지 번호가 같은 웨지들은 사이즈와 모양이 동일하다.

검출 결과 교정부(122)는, 웨지에 대해 기 저장되어 있는 상기 5가지의 특징을 토대로, 웨지 인식 결과를 교정한다.

예를 들면, 웨지가 배플이나 웨지가 아닌 것으로 인식된 경우, 웨지가 연속적으로 이어져 있는 특징(상기, 3) 번 특징)을 이용하여 웨지인 것으로 교정할 수 있다.

이러한 방법을 통해서, 검출 결과 교정부(122)는 이미지 내에서의 웨지 위치를 판단해낼 수 있다.

웨지 인덱스 결정부(123)는 각 웨지에 대한 인덱스를 결정하는 동작을 수행한다.

검사를 위해서는, 초기 검사 위치에서의 시작점에 대한 웨지 인덱스가 필요한데, 웨지 인덱스 결정부(123)는 도 7에 도시된 바와 같이, 각 웨지의 인덱스를 이미지 상에서 2D 행렬 구조로 결정한다.

도 7을 참조하면, 입력 이미지 내에서 웨지를 검출한 직후에는, 각 웨지에 대한 인덱스가 미정인 상태이다(①). 초기 검사 위치에서 기준이 되는 웨지의 인덱스는 기 설정된 값으로 제공된다. 각 웨지의 인덱스는, i번째 열, j번째 행(i번째 슬롯, j번째 웨지)의 형태(i, j는 자연수)로 결정되는데, 예를 들면, 기준 웨지의 인덱스가 “5-10”의 형태로 주어진다(②).

웨지 인덱스 결정부(123)는 상기 기준 웨지의 인접 웨지들에 대한 웨지 인덱스를 결정한다(③).

기준 웨지의 좌측 슬롯의 동일한 행에 위치한 웨지의 인덱스는 “4-10”으로 결정되고, 기준 웨지와 동일한 슬롯의 상측 웨지는 “5-11”의 인덱스로 결정된다.

이러한 방식으로 이미지 내에 존재하는 모든 웨지의 인덱스를 결정할 수 있다(④).

한편, 웨지 인덱스 결정부(123)는 검사 로봇의 이동에 따라 웨지의 인덱스를 갱신한다.

검사 로봇의 이동에 따라, 제2 카메라(301)에 의해 획득되는 이미지는 변경된다. 구체적으로, 검사 로봇이 고정자의 축 방향으로 이동함에 따라, 제2 카메라(301)를 통해 획득되는 이미지 상에서, 웨지들은 하부 방향으로 이동하게 된다.

이미지 상에서 검사 로봇이 전진하여 이동한 픽셀만큼 이미지 상에서의 웨지 위치는 아래로 이동되기 때문에, 웨지 인덱스 결정부(123)는 이동 거리만큼 각 웨지의 인덱스 위치를 하부 방향으로 조정하여 갱신한다.

이 과정에서, 웨지 인덱스 결정부(123)는 검사 로봇이 제1 위치에 있을 때 특정 인덱스를 가지는 웨지의 이미지와, 검사 로봇이 제2 위치로 이동하였을 때 각 웨지의 이미지를 비교하는 과정을 수행할 수 있다. 양 웨지의 이미지 패턴이 동일하다면, 이미지 상에서 상기 특정 웨지의 위치가 변동되었더라도, 동일한 웨지인 것으로 최종 판단하고, 동일한 인덱스를 부여할 수 있다.

검사 로봇의 이동에 따라 새롭게 이미지 내에 표출된 웨지에 대해서는, 기존 부여된 인덱스를 갖는 웨지를 기준으로 하여, 인접한 웨지들의 인덱스를 부여하는 과정을 통해, 인덱스를 새롭게 부여할 수 있다.

또한, 웨지 인덱스 결정부(123)는 검사 로봇의 로봇 암 회전에 따라, 웨지 인덱스를 추종할 수 있다.

구체적으로, 로봇 암이 회전할 때 웨지 인덱스를 갱신할 수 있는데, 로봇 암의 각도 변화에 따라, 이미지 상에서의 웨지는 좌우로 이동할 수 있다.

이 때, 로봇 암의 각도 변화량과 동일하게, 해당 이미지에서의 웨지가 이동한 것으로 판단하고, 동일한 웨지에 대해서는 동일한 인덱스를 부여함으로써 갱신할 수 있다.

상기의 방식에 따라 웨지에 대한 인덱싱이 완료되면, 검사 대상이 되는 웨지까지의 검사 로봇 이동에 대한 제어가 가능해진다. 검사 로봇 이동 제어는 모바일 구동부(100)에 의해 이루어지며, 모바일 구동부(100)에 의한 검사부(400)의 제어를 통해, 해당 웨지에 대한 검사가 가능해지게 된다. 구체적으로, 검사 로봇 이동 제어는 모바일 구동부(100)에 의해 이루어지며, 이를 통해 검사 대상이 되는 웨지가 제2 카메라(301)에 보이게 된다. 모바일 구동부(100) 내부의 제어부는 메인 암(200), 이동 스테이지(300), 검사부(400)를 동시 제어하여 해당 웨지에 대한 검사를 수행하고, 이를 통해 검사 자동화가 가능해지게 된다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇의 회전각 및 철심 위치를 추정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 제1 카메라(201)에 의해 영상을 획득하고(S801), 라인 검출부(111)에 의해 해당 영상에서 직선 성분을 검출한다(S802).

도 9는 직선 성분 검출 과정의 일례를 나타내는데, 원 영상에서 윤곽을 검출한 후, 직선 성분 검출 알고리즘(예를 들면, 허프 변환(Hough Transform) 또는 FLD(Fast Line Detector))을 통해 선형을 갖는 형태를 검출한다. 그 후, 직선 성분을 검출하게 된다.

그 후, 로봇 회전각 추정부(112)에 의해 직선들의 각도가 검출된다(S803).

각도 검출 과정에서는 공지의 주성분 검출 알고리즘(PCA)을 사용할 수 있다. 검출된 주성분의 각 직선 성분에 대한 시작점과 끝점을 기준으로, 각 직선의 이미지 내 각도를 판단할 수 있다.

그 후, 산출된 각도가 이미지 내에서 수평 또는 수직 방향을 기준으로, 제1 각도, 예를 들면, 30˚ 이상인지를 판단하고(S804), 그러한 경우에는, 직선들의 평균 각도를 계산하여(S805), 해당 평균 각도를 로봇의 현재 각도 값으로 출력한다(S806). 빛 반사 등에 의해 이미지 내 일부 직선이 사라지는 경우에는, 주성분 검출 알고리즘의 결과값이 크게 바뀌어 오차가 크게 발생하므로, 이러한 경우에는 직선들의 각도를 평균하는 것이다.

만약, 산출된 각도가 30˚ 미만인 경우에는, 그대로, 해당 값은 로봇의 현재 각도 값으로 출력한다(S806).

주성분 검출 알고리즘(PCA)을 통해 산출된 각도와 이미지 내 포함된 직선들의 각도를 비교하여(S807), 그 차이값이 제2 각도, 예를 들면, 2˚ 이상인 경우에는(S808), 해당 차이값을 보이는 직선을 이미지 상에서 삭제한다(S809).

한편, 단계 S806에서 출력된 로봇의 각도를 기초로, 고정자 철심 모서리 검출부(114)는 해당 이미지 내의 직선들을 상기 각도만큼 역으로 회전시켜, 각 직선들이 이미지 상에서 수평 또는 수직이 되도록 한다(S810).

그 후, 해당 이미지에 대해 제1 방향(ex. 검사 로봇의 주행 방향과 평행한 세로 방향)에 대한 히스토그램 분석을 수행하고(S811), 임계값을 설정한다(S812). 임계값은, (히스토그램의 평균값*2)/(이미지의 상기 제1 방향 길이)로 설정될 수 있다. 임계값 설정 후에는, 이미지 내에서 임계값을 넘는 지점을 선정하고(S813), 선정된 지점 중 기 설정된 간격 이내의 지점들을 통합하고 평균을 낸다(S814). 상기 기 설정된 간격은 예를 들면 47픽셀로 설정될 수 있다. 그 후, 철심 간격 모델과 비교하고(S815), 적합도가 낮은 지점, 즉, 철심 간격 모델과 비교할 때 해당 모델의 형태와 기 설정된 거리 이상 떨어진 지점(오차가 큰 지점)들은 삭제하며(S816), 철심 모서리 위치를 인식한 후 출력하는 동작(S817)은 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 발전기 고정자 내부에서 이동하는 검사 로봇의 방향 및 이동거리 제어가 가능하며, 검사 대상이 되는 웨지에 대한 인덱스 부여 및 갱신이 가능해진다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 고정자
20: 배플
30: 웨지
100: 모바일 구동부
110: 주행 제어부
111: 라인 검출부
112: 로봇 회전각 추정부
113: 방향 제어부
114: 고정자 철심 모서리 검출부
115: 고정자 철심 모서리 추종부
116: 이동거리 제어부
120: 웨지 검출 및 인덱스 결정부
121: 웨지-배플 검출부
122: 검출 결과 교정부
123: 웨지 인덱스 결정부
200: 메인 암
201: 제1 카메라
300: 이동 스테이지
301: 제2 카메라
400: 검사부

Claims (7)

1. 발전기 고정자 검사 로봇에 장착된 제1 카메라를 통해 획득된 제1 영상을 분석하여, 고정자 철심의 경계에 해당하는 직선에 대한 검출을 통해 로봇 회전 각도를 추정하여, 상기 검사 로봇의 방향을 제어하고, 상기 고정자 철심의 경계와 상기 로봇 회전 각도를 기반으로 고정자 철심의 모서리를 검출한 후, 고정자 철심의 단위로 상기 검사 로봇의 이동을 제어하는 주행 제어부; 및
   발전기 고정자 검사 로봇에 장착된 제2 카메라를 통해 획득된 제2 영상을 분석하여, 고정자 내부의 웨지 및 배플을 검출하고, 각 웨지에 대한 인덱스를 결정하는 웨지 검출 및 인덱스 결정부를 포함하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주행 제어부는,
   상기 제1 영상으로부터 고정자 철심의 경계 라인을 검출하는 라인 검출부; 및
   상기 고정자 철심의 경계 라인의 상기 제1 영상 내 각도를 기반으로, 상기 검사 로봇의 발전기 고정자 축 방향에 대한 회전 각도를 판단하는 로봇 회전각 추정부를 포함하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 라인 검출부는, 상기 제1 영상 내의 직선 성분들을 검출하고,
   상기 로봇 회전각 추정부는, 상기 제1 영상의 수평 또는 수직 방향을 기준으로, 상기 직선 성분들의 각도가 제1 각도를 초과하는 경우, 상기 직선 성분들의 평균 각도를 계산하여, 상기 검사 로봇의 회전 각도로 출력하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   상기 주행 제어부는,
   상기 직선 성분들을 상기 회전 각도만큼 역으로 회전시키고, 히스토그램 분석을 통해, 임계값을 넘는 지점들을 선정한 후, 철심 간격 모델과 비교하여, 철심 모서리 위치를 추정하는, 고정자 철심 모서리 검출부를 더 포함하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 웨지 검출 및 인덱스 결정부는,
   상기 제2 영상을 기반으로, 웨지와 배플을 검출하는, 웨지-배플 검출부;
   상기 웨지-배플 검출부에 의해 출력되는, 웨지 및 배플 검출 결과와 기 저장된 웨지의 특징을 토대로, 웨지 인식 결과를 교정하는, 검출 결과 교정부; 및
   각 웨지에 대한 인덱스를 부여하는 웨지 인덱스 결정부를 포함하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 웨지 인덱스 결정부는,
   초기 검사 위치에 해당하는 기준 웨지에 대해 부여된 인덱스를 기준으로 하여, 인접 웨지들에 대한 웨지 인덱스를, (i번째 슬롯, j번째 웨지)의 형태로 부여하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 웨지 인덱스 결정부는,
   검사 로봇의 이동 또는 상기 검사 로봇의 로봇 암 회전에 따라, 상기 제2 영상이 변경될 때, 검사 로봇의 이동량 또는 상기 로봇 암의 각도 변화량만큼, 각 웨지의 인덱스 위치를 조정하여 갱신하는, 발전기 고정자 검사 로봇의 검사 자동화 시스템.