KR20140000379A - 카메라와 로봇 기반의 풍력 발전용 블레이드 검사 장치 및 방법 - Google Patents

카메라와 로봇 기반의 풍력 발전용 블레이드 검사 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

카메라와 로봇 기반의 풍력 발전용 블레이드 검사 장치 및 방법이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템은, 풍력 발전기의 블레이드를 카메라로 촬영한 영상으로부터 블레이드의 이상 발생 여부를 판별하고 이상 발생시 이상 발생 지점의 위치를 산출하는 광역 검사 장치 및 광역 검사 장치에서 산출한 이상 발생 지점으로 이동하여 정밀 검사를 수행하는 정밀 검사 장치를 포함한다. 이에 의해, 많은 시간과 비용이 소요되는 정밀 검사의 횟수와 범위를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.

Description

카메라와 로봇 기반의 풍력 발전용 블레이드 검사 장치 및 방법{Inspection apparatus and method for blade of wind power generator based on camera and robot}
본 발명은 검사 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전용 블레이드에 대한 손상감지와 공력성능 운영관리를 위한 검사 장치 및 방법에 관한 것이다.
풍력 발전기는 풍력 터빈을 이용해서 풍력을 전력으로 바꾸는 설비로, 풍부하고 재생가능하고 깨끗하며 온실 효과를 유발하지 않기 때문에 기존의 화석 연료를 대체하는 매력적인 에너지원으로 각광받고 있다.
한편, 풍력 발전기의 크기는 대형화되고 있는 추세에 있고, 특히 해상용 풍력 발전기의 경우 더욱 그러하다.
풍력 발전기의 대형화와 해상화는 풍력 발전기에 대한 손상감지와 공력성능 운영관리 등을 더욱 어렵게 하는 요인이다. 도 1에는 트럭의 트레일러를 이용해 풍력 발전용 블레이드에 대한 검사, 유지 보수 및 청소를 수행하는 장면을 촬영한 사진이다. 도 1에 도시된 바와 같은 트레일러를 이용한 블레이드 관리는 높이에 제한이 있고, 해상용 풍력 발전기에는 적용할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 원격에서 풍력발전용 블레이드를 전역검사하고, 이상 발생시 로봇을 이용하여 정밀 검사를 수행하는 풍력 발전용 블레이드 검사 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템은, 풍력 발전기의 블레이드를 카메라로 촬영한 영상으로부터, 상기 블레이드의 이상 발생 여부를 판별하고, 이상 발생시 이상 발생 지점의 위치를 산출하는 광역 검사 장치; 및 상기 광역 검사 장치에서 산출한 이상 발생 지점으로 이동하여, 정밀 검사를 수행하는 정밀 검사 장치;를 포함한다.
그리고, 상기 정밀 검사 장치는, 초음파에 의한 비파괴 검사를 수행하는 로봇일 수 있다.
또한, 상기 정밀 검사 장치는, 이상 발생 지점의 위치 정보를 기초로 이상 발생 지점 근방에 이동한 후, 촬영을 통해 획득한 영상을 통해 이상 발생 지점으로 이동할 수 있다.
그리고, 상기 광역 검사 장치는, 상기 카메라로 촬영되는 블레이드들을 감지하여, 감지되는 블레이드들에 순차적으로 일련번호를 할당하고, 현재 촬영되는 블레이드의 일련번호를 인지하고, 상기 카메라의 위치 정보, 상기 카메라의 PTZ 정보 및 상기 카메라로부터 이상 발생 지점이 촬영된 영상을 통해 상기 블레이드의 이상 발생 지점의 위치를 산출하여, 이상이 발생한 블레이드의 일련번호와 함께 상기 통신부를 통해 상기 정밀 검사 장치로 제공할 수 있다.
또한, 상기 블레이드의 이상은, 스크래치, 크랙, 결빙 및 이물질 부착 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 풍력 발전용 블레이드 검사 방법은, 풍력 발전기의 블레이드를 카메라로 촬영한 영상으로부터, 상기 블레이드의 이상 발생 여부를 판별하는 단계; 상기 블레이드에 이상 발생시 이상 발생 지점의 위치를 산출하는 단계; 및 상기 산출단계에서 산출한 이상 발생 지점으로 이동하여, 정밀 검사를 수행하는 단계;를 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 카메라를 이용하여 원격에서 풍력발전용 블레이드를 고속으로 전역검사하고, 이상 발생 지점에 대해서는 로봇을 이용하여 초음파 등을 이용한 정밀 검사를 수행할 수 있게 되어, 많은 시간과 비용이 소요되는 정밀 검사의 횟수와 범위를 획기적으로 줄일 수 있게 된다.
도 1에는 트럭의 트레일러를 이용해 풍력 발전용 블레이드에 대한 검사, 유지 보수 및 청소를 수행하는 장면을 촬영한 사진,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템을 도시한 도면,
도 3은 PTZ 카메라의 설치 위치에 대한 설명에 제공되는 도면,
도 4a 내지 도 4c는 정밀 검사 장치의 로봇 타입들을 예시한 도면들, 그리고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 검사 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템을 도시한 도면이다. 본 실시예에 따른 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템은, 카메라 기반의 고정형 광역 검사 장치(100)와 로봇 기반의 이동형 정밀 검사 장치(200)를 포함하며, 양자의 협업에 의해 블레이드 검사가 단계적으로 수행된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 광역 검사 장치(100)는, PTZ(Pan-Tilt-Zoom) 카메라(110), 디스플레이(120), 프로세서(130), 저장부(140) 및 통신부(150)를 구비한다.
PTZ 카메라(110)는 풍력 발전기에 설치되어, 블레이드를 촬영하는 설비이다. 도 3에 도시된 바와 같이, PTZ 카메라(110)는 풍력발전기 나셀(20)에 블레이드(10)를 촬영할 수 있는 각도로 설치될 수 있는데, 나셀(20)의 다른 위치나 타워(30)에 설치되는 것이 가능하다.
디스플레이(120)는 PTZ 카메라(110)에 의해 촬영된 영상이 표시되는 수단이고, 저장부(140)는 PTZ 카메라(110)에 의해 촬영된 영상을 저장할 수 있는 수단이다.
디스플레이(120)와 저장부(140)는 PTZ 카메라(110)로부터 원격지에 설치되어, 풍력발전기 블레이드(10)의 상태를 원격에서 모니터링할 수 있도록 하기 위한 수단으로 이용가능하다.
통신부(150)는 정밀 검사 장치(200)와 통신가능하도록 연결을 설정하고 유지한다.
프로세서(130)는 광역 검사 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 프로세서(130)는 PTZ 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상들로부터 블레이드들을 감지하고, 감지되는 블레이드들에 순차적으로 일련번호를 할당한다. 구체적으로, 프로세서(130)는,
1) PTZ 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상에서 첫 번째로 감지되는(즉, 촬영되는 영상에 최초로 등장하는) 블레이드에 일련번호 "1"을 할당하고,
2) PTZ 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상에서 두 번째로 감지되는 블레이드에 일련번호 "2"를 할당하며,
3) PTZ 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상에서 세 번째로 감지되는 블레이드에 일련번호 "3"을 할당한다.
일련번호 할당이 완료되면, 프로세서(130)는 이후 PTZ 카메라(110)를 통해 촬영되는 영상으로부터 감지되는 블레이드의 일련번호를 인지한다. 즉, 현재 촬영된 영상으로부터 감지된 블레이드의 일련번호가 몇 번인지 계속하여 인지한다.
한편, 프로세서(130)는 촬영된 영상에 나타난 블레이드 표면에 발생한 이상 지점의 위치를 산출한다. 여기서, 블레이드 표면에 발생한 이상은, 스크래치, 크랙, 결빙, 이물질(예를 들면, 벌레 등) 부착 등을 말한다.
블레이드 표면에서의 이상 발생 여부는, 디스플레이(120)를 통해 촬영 영상을 감시하는 관리자에 의해 결정될 수 있음은 물론, 프로세서(130)가 촬영 영상을 분석하여 찾아낼 수도 있다.
어떠한 경우이던, 프로세서(130)는 이상이 발생한 블레이드의 일련번호를 파악하고, 이상이 발생한 지점의 블레이드 상에서의 실제 위치를 산출한다.
이상 발생 지점의 위치는, PTZ 카메라(110)가 설치된 위치와 PTZ 카메라(110)의 PTZ 정보를 통해 PTZ 카메라(110)에 의해 촬영된 영상이 블레이드의 어느 영역인지 먼저 파악한 후, 촬영된 영상 내에서 발견된 이상 발생 지점이 블레이드 상에서 실제 어느 지점인지 세부적으로 파악하는 방법에 의해 이상 발생 위치를 산출하게 된다.
이후, 프로세서(130)는 산출된 이상 발생 지점의 위치를 이상이 발생한 블레이드의 일련번호와 함께 통신부(150)를 통해 정밀 검사 장치(200)로 전달한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 로봇 기반의 이동형 정밀 검사 장치(200)는, 통신부(210), 촬영부(220), 제어부(230), 초음파 검사부(240) 및 구동부(250)를 포함한다.
통신부(210)는 광역 검사 장치(100)와 통신가능하도록 연결을 설정하고 유지한다. 통신부(210)를 통해 광역 검사 장치(100)로부터 이상이 발생한 블레이드의 일련번호와 이상 발생 지점의 위치 정보가 전달된다.
구동부(250)는 로봇 기반의 이동형 정밀 검사 장치(200)를 풍력 발전기의 블레이드 상에서 이동시키기 위한 구동 수단이다. 구동부(250)에 의해 로봇 타입이 결정되는데, 도 4a에 도시된 바와 같이 압착식 수단으로 블레이드 상에서 수직으로 이동하는 타입의 로봇, 도 4b에 도시된 바와 같이 로프 제어를 통해 블레이드 상에서 수직으로 이동하는 타입의 로봇, 도 4c에 도시된 바와 같이 비행을 통해 블레이드 상에서 수직으로 이동하는 헬기 타입의 로봇 등은 물론 이와 다른 타입의 로봇도 가능하다.
촬영부(220)는 정밀 검사 장치(200)의 주변을 촬영하여 영상을 생성하는데, 2D 영상은 물론 3D 영상을 생성할 수 있다. 뿐만 아니라, 촬영부(220)는 블레이드의 표면을 촬영하여 영상을 생성한다.
초음파 검사부(240)는 초음파를 이용하여 블레이드 내부를 비파괴로 정밀 검사하기 위한 수단이다.
제어부(230)는 정밀 검사 장치(200)의 전반적인 동작을 제어한다.
특히, 제어부(230)는 통신부(210)를 통해 광역 검사 장치(100)로부터 전달받은 이상이 발생한 블레이드의 일련번호와 이상 발생 지점의 위치 정보로 이동하도록 구동부(250)를 제어한다. 이에 의해, 정밀 검사 장치(200)는 해당 블레이드의 이상 발생 지점 근방으로 이동할 수 있다.
이후, 제어부(230)는 촬영부(220)에 의해 촬영되는 영상을 분석하여 이상 발생 지점으로 정확하게 이동한다.
다음, 제어부(230)는 촬영부(220)에 의해 촬영되는 블레이드의 표면 영상과 초음파 검사부(240)에 의한 초음파 검사 결과 또는 초음파 사진을 통신부(210)를 통해 광역 검사 장치(100)에 전달한다. 전달된 영상/결과는 광역 검사 장치(100)의 디스플레이(120)를 통해 표시될 수 있다.
이하에서, 도 2에 도시된 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템에 의한 블레이드 검사 과정에 대해, 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 검사 방법의 설명에 제공되는 도면이다.
도 5에는, 카메라 기반의 고정형 광역 검사 장치(100)와 로봇 기반의 이동형 정밀 검사 장치(200)가 협업하여 블레이드 검사를 단계적으로 수행하는 과정이 나타나 있다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 광역 검사 장치(100)의 PTZ 카메라(110)에 의한 블레이드 촬영을 통해, 블레이드를 고속으로 전역 검사한다(S310).
S310단계의 전역 검사 과정에서 블레이드 표면에 이상이 발생한 것으로 판명되면(S320-Y), 광역 검사 장치(100)의 프로세서(130)는 이상이 발생한 블레이드의 일련번호와 이상 발생 지점의 위치 정보를 통신부(150)를 통해 정밀 검사 장치(200)에 전달한다(S330).
이에, 정밀 검사 장치(200)의 제어부(230)는 구동부(250)를 제어하고, 촬영부(220)에 의해 촬영되는 영상을 분석하여 이상 발생 지점으로 이동한다(S340).
그러면, 초음파 검사부(240)가 이상 발생 지점을 초음파로 정밀 검사하는데(S350), 제어부(230)는 S350단계에서의 초음파 검사 결과를 통신부(210)를 통해 광역 검사 장치(100)에 전달한다(S350).
한편, S360단계에서 촬영부(220)에 의한 블레이드 표면 촬영이 병행되고, S360단계에서 표면 사진이 함께 전달되도록 구현가능하다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
10 : 풍력발전기 블레이드
100 : 카메라 기반의 고정형 광역 검사 장치
110 : PTZ(Pan-Tilt-Zoom) 카메라
200 : 로봇 기반의 이동형 정밀 검사 장치
240 : 초음파 검사부

Claims (6)

  1. 풍력 발전기의 블레이드를 카메라로 촬영한 영상으로부터, 상기 블레이드의 이상 발생 여부를 판별하고, 이상 발생시 이상 발생 지점의 위치를 산출하는 광역 검사 장치; 및
    상기 광역 검사 장치에서 산출한 이상 발생 지점으로 이동하여, 정밀 검사를 수행하는 정밀 검사 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 정밀 검사 장치는,
    초음파에 의한 비파괴 검사를 수행하는 로봇인 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 정밀 검사 장치는,
    이상 발생 지점의 위치 정보를 기초로 이상 발생 지점 근방에 이동한 후, 촬영을 통해 획득한 영상을 통해 이상 발생 지점으로 이동하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광역 검사 장치는,
    상기 카메라로 촬영되는 블레이드들을 감지하여, 감지되는 블레이드들에 순차적으로 일련번호를 할당하고, 현재 촬영되는 블레이드의 일련번호를 인지하고,
    상기 카메라의 위치 정보, 상기 카메라의 PTZ 정보 및 상기 카메라로부터 이상 발생 지점이 촬영된 영상을 통해 상기 블레이드의 이상 발생 지점의 위치를 산출하여, 이상이 발생한 블레이드의 일련번호와 함께 상기 통신부를 통해 상기 정밀 검사 장치로 제공하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 블레이드의 이상은,
    스크래치, 크랙, 결빙 및 이물질 부착 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드 검사 시스템.
  6. 풍력 발전기의 블레이드를 카메라로 촬영한 영상으로부터, 상기 블레이드의 이상 발생 여부를 판별하는 단계;
    상기 블레이드에 이상 발생시 이상 발생 지점의 위치를 산출하는 단계; 및
    상기 산출단계에서 산출한 이상 발생 지점으로 이동하여, 정밀 검사를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전용 블레이드 검사 방법.
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