KR20140001310A - 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기 및 블레이드 검사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기 및 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법에 따르면, 타워의 길이 방향으로 배열된 복수의 단렌즈 카메라를 이용하여 블레이드를 촬영하고, 촬영한 영상의 화소값을 분석하여 블레이드의 손상여부 또는 이물질이 부착되었는지 여부를 판단하며, 해당 촬영 결과 및 판단 결과 중 적어도 하나의 정보를 무선 통신을 이용해 전송하는 과정을 포함하며, 이를 통해 인간이 확인하기 어려운 블레이드의 상태를 무인 카메라를 이용해 확인할 수 있고 안전성 및 편의성이 제공된다.

Description

블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기 및 블레이드 검사 방법 {Aerogenerator having blade inspection function and blade inspection method thereof}

본 발명은 장치 검사 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풍력 발전기의 블레이드 상태를 자동으로 감지할 수 있는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기 및 블레이드 검사 방법에 관한 것이다.

풍력 발전기는 바람이 가지는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다.

이러한 풍력 발전기는 바람에 의해 회전하는 블레이드와, 적절한 회전 속도를 유지하는 증속기 또는 감속기, 블레이드의 회전에 따라 전류를 발생하는 발전기 등을 포함한다.

그런데 이러한 블레이드는 풍력에 따라 회전하는 과정에서 손상될 수 있고 이물질이 부착될 수도 있으며, 이는 풍력 발전기의 공기 역학적 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다.

이에, 풍력 발전기 블레이드의 손상을 감지하여 적절한 대응이 가능하도록 하는 장치의 개발이 요청된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 풍력 발전기의 블레이드를 촬영하여 블레이드의 손상 유무나 블레이드에 이물질이 부착되었는지 여부 등을 자동으로 판단할 수 있는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기 및 블레이드 검사 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기는, 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드, 상기 블레이드의 회전에 따라 전류를 발생하는 발전기가 위치한 나셀, 일단이 지면과 결합하고 타단은 상기 나셀과 결합하여 상기 나셀을 지지하는 타워, 및 상기 타워에 위치하여 상기 블레이드를 촬영하는 촬영모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기에 있어서, 상기 촬영모듈은 상기 블레이드를 촬영하는 복수의 단렌즈 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기에 있어서, 상기 복수의 단렌즈 카메라는 상기 타워의 길이 방향으로 배열된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기에 있어서, 상기 복수의 단렌즈 카메라는 M x N 행렬(M, N은 자연수)로 배열된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기는, 상기 촬영모듈의 촬영 결과에 따라, 상기 블레이드의 상태 이상 여부를 판단하는 판단모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기는, 상기 촬영모듈의 촬영 결과 및 상기 판단모듈의 판단 결과 중 적어도 하나의 정보를 무선 통신을 통해 전송하기 위한 통신모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기에 있어서, 상기 판단모듈은 상기 촬영모듈의 촬영 영상에서 상기 블레이드의 경계선을 인식하고, 인식한 경계선의 내부에서 특정 픽셀의 화소값을 인접 픽셀의 화소값과 비교하여 일정치 이상의 차이를 보이는지 확인하는 과정을 통해, 상기 블레이드의 손상여부 또는 상기 블레이드에 이물질이 부착되었는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법은, 타워의 길이 방향으로 배열된 복수의 단렌즈 카메라를 이용하여 블레이드를 촬영하는 촬영단계, 상기 촬영단계에서 촬영한 영상의 화소값을 분석하여 상기 블레이드의 손상여부 또는 상기 블레이드에 이물질이 부착되었는지 여부를 판단하는 판단단계, 및 상기 촬영단계에서의 촬영 결과 및 상기 판단단계에서의 판단 결과 중 적어도 하나의 정보를 무선 통신을 이용해 전송하는 전송단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기 및 블레이드 검사 방법에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

첫째, 인간이 확인하기 어려운 블레이드의 상태를 무인 카메라를 이용해 확인할 수 있으며, 이에 따라 안전성 및 편의성이 제공된다.

둘째, 블레이드에 대한 촬영 결과나 손상 여부 등에 대한 판단 결과는 원격지에 위치한 관리센터 등에 전송되어 관리자가 블레이드 상태에 따른 적절한 조치를 취할 수 있다.

셋째, 복수의 단렌즈 카메라를 이용하여 블레이드를 촬영함으로써 상대적으로 저렴한 비용으로 블레이드를 촬영하고, 다양한 각도에서 촬영된 영상을 비교하여 블레이드의 손상 여부나 이물질 부착여부 등을 정확하게 판단하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 A 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 풍력 발전기에 포함된 모듈의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촬영모듈의 배열 모습을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 블레이드를 검사하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기(100)의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 A 부분의 확대도이다. 도 3은 도 1의 풍력 발전기에 포함된 각 모듈의 블록도이다.

도 1을 참조하면, 풍력 발전기(100)는 블레이드(10), 나셀(20), 타워(30), 촬영모듈(40), 판단모듈(50) 및 통신모듈(60)을 포함한다.

블레이드(10)는 바람이 불면 바람에 맞서 회전하는 회전날로서, 그 중량을 줄이면서 강한 바람에 맞설 수 있도록 유리섬유 등의 소재로 제작될 수 있다.

블레이드(10)는 끝단이 허브(11)와 결합하며, 복수의 블레이드(10)는 허브(11)의 회전축을 중심으로 회전한다.

나셀(nacelle)(20)은 블레이드(10)의 회전 속도를 조절하는 증속기 또는 감속기, 블레이드(10)의 회전에 따라 유도 전류를 발생시키는 발전 설비 등이 위치하는 장소이다.

타워(30)는 풍력 발전기(100)를 지면에 고정하는 역할을 한다.

촬영모듈(40)은 타워(30)에 위치하여 블레이드(10)를 촬영한다.

통상 풍력 발전기(100)는 더 많은 발전 용량을 확보하기 위해 바람이 강한 곳에 설치되는 것이 바람직하다. 그런데 블레이드(10)는 바람의 운동에너지 또는 공기 중의 부유물질 등에 따라 금이 가는 등 손상이 발생할 수 있고, 먼지 등 여러 이물질이 붙을 수 있다. 그리고 블레이드(10)의 손상이나 블레이드(10)에 붙은 이물질은 풍력 발전기(100)의 공기 역학적 성능을 떨어뜨리는 원인이 되곤 한다.

따라서 블레이드(10)에 손상이 발생한 경우 이를 신속히 감지하고 보수 작업을 수행하거나, 블레이드(10)에 붙은 이물질을 제거해 주는 것이 필요하다.

그런데 풍력 발전기(100)는 초대형 구조물이어서, 사람이 직접 블레이드(10)에 다가가 상태를 파악하기 어렵고 안전 상의 문제도 발생할 수 있다.

이에 본 발명의 풍력 발전기(100)는 촬영모듈(40)을 이용해 블레이드(10)를 촬영하고, 촬영 결과에 따라 블레이드(10)에 발생한 결함을 파악할 수 있다.

본 발명의 촬영모듈(40)은 블레이드(10)가 회전하는 상태에서 촬영 동작을 수행할 수 있고, 블레이드(10)가 멈춰진 상태에서 촬영 동작을 수행할 수도 있다.

촬영모듈(40)은 예를 들어, 복수의 단렌즈 카메라를 포함할 수 있고, 이러한 복수의 단렌즈 카메라는 타워(30)의 길이 방향으로 배열되어 블레이드(10)의 회전날 전부를 촬영할 수 있다.

이때, 복수의 단렌즈 카메라는 각각의 단렌즈 카메라가 서로 다른 각도로 블레이드(10)를 촬영할 수 있다. 예를 들어, 블레이드(10)는 곡면 형상의 회전날을 가지며, 카메라의 촬영 각도 또는 단렌즈 카메라의 촬영 위치에 따라 동일 부분에 대한 촬영 영상이 차이를 가지게 된다. 또한, 이물질의 크기, 그림자 유무, 태양의 직사광 또는 반사광이 단렌즈에 입사되는지 여부 등에 따라 그 촬영 영상이 달라지게 된다.

이에, 본 발명에서는 복수의 단렌즈 카메라를 이용하여, 다양한 각도에서 블레이드(10)를 촬영한 영상을 확보하고, 이를 비교 분석함으로써, 블레이드(10)에 균열 들의 손상이 발생하였는지, 먼지, 벌레 등의 이물질이 부착되었는지 여부를 판단할 수 있다.

본 발명에서 타워(30)는 길이 방향으로 그 외주면에 복수의 홈을 가질 수 있고, 촬영모듈(40)의 단렌즈 카메라는 해당 홈에 위치할 수 있다. 이러한 타워(30)의 홈은 투명한 소재의 뚜껑을 구비하여, 촬영모듈(40)을 보호함과 동시에 블레이드(10)에 대한 촬영이 이루어지도록 할 수 있다.

별개로, 촬영모듈(40)의 단렌즈 카메라는 타워(30)의 외주면에 부착되는 방식으로 설치될 수도 있다.

판단모듈(50)은 촬영모듈(40)의 촬영 결과에 따라 블레이드(10)의 상태 이상 여부를 판단하는 역할을 한다.

판단모듈(50)은 나셀(20) 또는 타워(30)에 위치할 수 있다.

판단모듈(50)은 촬영모듈(40)이 촬영한 영상에서 화소값을 분석하여 균열 등의 발생 여부나 이물질 부착여부를 판단할 수 있다.

예를 들어, 판단모듈(50)은 촬영모듈(40)이 촬영한 영상에서 블레이드(10) 회전날의 경계선을 인식하고, 경계선 내부에서 특정 픽셀의 화소값을 인접 픽셀의 화소값과 비교한다. 이때, 판단모듈(50)은 양 화소값이 일정치 이상의 차이를 보이는 경우, 블레이드(10)에 균열 등의 손상이 발생하였거나 이물질이 부착된 것으로 판단할 수 있다.

통신모듈(60)은 촬영모듈(40)의 촬영 결과 또는 판단모듈(50)의 판단 결과 중 적어도 하나의 정보를 무선 통신을 통해 외부의 관리센터 등으로 전송하는 역할을 한다.

이때, 관리센터는, 풍력 발전기(100)가 해상에 위치하는 경우 바지선이 될 수 있고, 육상에 위치한 풍력 발전기(100) 관리소가 될 수 있으며, 관리자가 탑승하는 관리 차량 또는 관리자가 소지가능한 이동식 단말기 등이 될 수 있다.

본 발명의 통신모듈(60)은 무선 통신망을 이용해 데이터를 전송하기 위한 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.

본 실시예에서는 판단모듈(50)이 풍력 발전기(100)에 위치하고 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것이 아니며, 실시예에 따라서는 판단모듈(50)이 풍력 발전기(100) 외부에 위치할 수 있다. 이때, 풍력 발전기(100)에 위치한 통신모듈(60)은 촬영모듈(40)의 촬영 결과를 원격지에 위치한 판단모듈(50)로 전송하여 블레이드(10)의 상태 이상 여부를 판단하도록 할 수 있다. 이때, 통신모듈(60)은 촬영모듈(40)의 촬영 결과를 외부의 관리센터로 전송하고, 원격지의 판단모듈(50) 또한 관리센터로 판단 결과를 전송하여, 관리센터의 관리자가 이를 확인하도록 할 수 있다.

별개로, 판단모듈(50)이 풍력 발전기(100)에 위치하는 경우라면, 통신모듈(60)은 촬영모듈(40)의 촬영 결과 및 판단모듈(50)의 판단 결과 중 하나 이상의 정보를 외부의 관리센터로 전송하여, 관리자가 이를 확인하고 적절한 조치를 취하도록 할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 촬영모듈(40)의 기능 및 동작에 대해서는 도 4를 참조하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 촬영모듈(40)의 배열 모습을 나타낸 예시도이다.

도 4를 참조하면, 촬영모듈(40)은 타워(30)의 외주면에 타워(30)의 길이 방향으로 배열되어 풍력 발전기의 블레이드를 촬영한다.

촬영모듈(40)은 복수의 단렌즈 카메라를 포함할 수 있는데, 해당 단렌즈 카메라는 M x N 행렬(M, N은 자연수)로 배열된다.

예를 들어, 촬영모듈(40)에 포함된 특정 행의 단렌즈 카메라는, 그 촬영 각도가 서로 상이할 수 있다. 이때, 촬영모듈(40)의 각 단렌즈 카메라는 블레이드의 각 부분을 중첩적으로 촬영한다.

풍력 발전기의 블레이드는 곡면 형상의 회전날을 가지며, 카메라의 촬영 각도 또는 단렌즈 카메라의 촬영 위치에 따라 동일 부분이라도 촬영된 영상이 차이를 가진다. 또한, 이물질의 크기, 그림자 유무, 태양의 직사광 또는 반사광이 단렌즈에 입사되는지 여부에 따라 그 촬영 영상이 달라지게 된다.

이에, 촬영모듈(40)의 각 단렌즈 카메라는 다양한 각도에서 블레이드를 촬영하고, 풍력 발전기 내부의 판단모듈이나 외부의 판단모듈은 촬영 영상 픽셀의 화소값을 비교한다. 이때, 화소값의 차이가 일정치 이상을 가지는 경우, 해당 차이가 균열이나 이물질의 존재에 따른 것인지 또는 광 간섭이나 그림자 등에 의한 것인지를 판단하게 된다.

예를 들어, 촬영모듈(40)의 특정 단렌즈 카메라가 촬영한 영상 중 인접한 픽셀의 화소값이 일정치 이상의 차이를 가지는 경우, 다른 각도에서 촬영하는 다른 단렌즈 카메라의 영상에서 해당 부분의 화소값이 유사한 차이를 가지는지 비교하는 방식으로, 블레이드의 균열이나 이물질 유무 판단의 오류를 줄일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라 풍력 발전기의 블레이드를 검사하는 과정에 대해서는 도 5를 참조하여 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 블레이드를 검사하는 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 풍력 발전기의 촬영모듈은 블레이드를 촬영한다(S10).

단계(S10)에서 촬영모듈은 블레이드가 바람에 의해 회전하는 동안 촬영할 수 있고, 블레이드가 멈춰진 상태에서 촬영할 수도 있다.

단계(S10)에서 촬영모듈은 블레이드를 촬영하는 복수의 단렌즈 카메라를 포함할 수 있으며, 이러한 복수의 단렌즈 카메라는 타워의 길이 방향으로 블레이드의 회전날 전부를 촬영할 수 있도록 배열된다. 이때, 촬영모듈에 포함된 복수의 단렌즈 카메라는 M x N 행렬(M, N은 자연수)로 배열될 수 있다.

이후, 단계(S10)에서 촬영한 영상의 화소값을 분석하여(S20), 블레이드가 손상되었는지 여부 또는 블레이드에 이물질이 부착되었는지 여부를 판단한다(S30).

예를 들어, 단계(S20)에서 풍력 발전기 내부 또는 외부에 위치한 판단모듈은, 촬영모듈이 촬영한 영상에서 블레이드 회전날의 경계선을 인식하고, 경계선 내부에서 특정 픽셀의 화소값을 인접 픽셀의 화소값과 비교한다.

그리고 단계(S30)에서 판단모듈은 양 화소값이 일정치 이상의 차이를 보이는 경우, 블레이드에 균열 등의 손상이 발생하였거나 이물질이 부착된 것으로 판단할 수 있다.

만일 단계(S10)에서 촬영모듈이 복수의 단렌즈 카메라를 포함하고, 이를 이용하여 블레이드의 특정 부분에 대해 여러 각도에서 촬영한다면, 단계(S20, S30)에서의 판단모듈은 이렇게 여러 각도에서 촬영된 영상을 서로 비교하여 손상 또는 이물질 유무 판단에 따른 오류를 줄일 수 있다.

이후, 풍력 발전기 내부의 통신모듈을 이용하여 단계(S10)에서의 촬영 결과 및 단계(S30)에서의 판단 결과 중 하나 이상의 정보를 외부의 관리센터 등으로 전송한다(S40).

본 발명에서는 이러한 과정을 통해 풍력 발전기의 블레이드를 비용이 저렴한 단렌즈 카메라로 촬영하고, 공기 역학적 성능을 떨어뜨리는 원인이 되는 블레이드의 손상이나 이물질 부착여부를 파악할 수 있다. 이러한 블레이드의 검사 과정은 무인으로 이루어질 수 있어, 안전사고를 방지할 수 있고 관리의 편의가 증진된다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10: 블레이드
11: 허브
20: 나셀
30: 타워
40: 촬영모듈
50: 판단모듈
60: 통신모듈

Claims (8)

1. 바람에 의해 회전하는 복수의 블레이드;
   상기 블레이드의 회전에 따라 전류를 발생하는 발전기가 위치한 나셀;
   일단이 지면과 결합하고 타단은 상기 나셀과 결합하여 상기 나셀을 지지하는 타워; 및
   상기 타워에 위치하여 상기 블레이드를 촬영하는 촬영모듈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 촬영모듈은 상기 블레이드를 촬영하는 복수의 단렌즈 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 복수의 단렌즈 카메라는 상기 타워의 길이 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 복수의 단렌즈 카메라는 M x N 행렬(M, N은 자연수)로 배열된 것을 특징으로 하는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 촬영모듈의 촬영 결과에 따라, 상기 블레이드의 상태 이상 여부를 판단하는 판단모듈;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기.
6. 제5항에 있어서,
   상기 촬영모듈의 촬영 결과 및 상기 판단모듈의 판단 결과 중 적어도 하나의 정보를 무선 통신을 통해 전송하기 위한 통신모듈;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기.
7. 제5항에 있어서,
   상기 판단모듈은 상기 촬영모듈의 촬영 영상에서 상기 블레이드의 경계선을 인식하고, 인식한 경계선의 내부에서 특정 픽셀의 화소값을 인접 픽셀의 화소값과 비교하여 일정치 이상의 차이를 보이는지 확인하는 과정을 통해, 상기 블레이드의 손상여부 또는 상기 블레이드에 이물질이 부착되었는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 블레이드 검사 기능을 구비한 풍력 발전기.
8. 타워의 길이 방향으로 배열된 복수의 단렌즈 카메라를 이용하여 블레이드를 촬영하는 촬영단계;
   상기 촬영단계에서 촬영한 영상의 화소값을 분석하여 상기 블레이드의 손상여부 또는 상기 블레이드에 이물질이 부착되었는지 여부를 판단하는 판단단계; 및
   상기 촬영단계에서의 촬영 결과 및 상기 판단단계에서의 판단 결과 중 적어도 하나의 정보를 무선 통신을 이용해 전송하는 전송단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력 발전기의 블레이드 검사 방법.

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