KR20170104762A - 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법 - Google Patents

드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법 Download PDF

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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 입력된 풍력터빈의 타워 상부/하부의 좌표와 원거리에서 촬영된 풍력터빈의 영상 등을 이용하여 드론의 촬영 경로를 결정하고, 이 결정된 촬영 경로를 따라 드론을 비행시키면서 풍력터빈을 촬영하며, 촬영된 풍력터빈의 영상을 처리하여 풍력터빈의 표면 결함을 검출하고, 촬영된 풍력터빈의 영상과 표면 결함 검출 영상을 중첩시켜 디스플레이함으로써 경제적이고 정밀하게 풍력터빈의 표면 결함을 탐지할 수 있게 하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템은 촬영용 카메라, 현재 위치정보를 제공하는 GPS, 촬영하는 풍력터빈까지의 거리를 감지하는 거리센서 및 기울기 정보를 제공하는 자이로 센서가 장착된 드론; 상기 타워의 상부/하부의 좌표, 상기 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론의 촬영경로를 결정하도록 구성된 촬영경로 결정부; 상기 촬영경로 결정부로부터 결정된 드론의 촬영경로, 상기 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 기울기 정보 및 현재 위치정보를 고려하여 상기 드론을 조정하기 위해 무선 제어 신호를 출력함과 아울러, 상기 드론으로부터 촬영된 풍력터빈의 영상을 수신하도록 구성된 드론 조정부; 상기 드론 조정부에서 수신된 풍력터빈의 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 표면 결함을 검출하도록 구성된 표면 결함 검출부; 상기 표면 결함 검출부에서 상기 풍력터빈의 영상과 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 영상에 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시키도록 구성된 영상 결합부; 및 상기 영상 결합부에서 중첩된 영상을 입력받아 디스플레이하도록 구성된 표시부를 포함한다.

Description

드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING SURFACE FLAW OF WIND TURBINE USING DRONE}
본 발명은 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법에 관한 것으로, 특히 입력된 풍력터빈의 타워 상부/하부의 좌표와 원거리에서 촬영된 풍력터빈의 영상 등을 이용하여 드론의 촬영 경로를 결정하고, 이 결정된 촬영 경로를 따라 드론을 비행시키면서 풍력터빈을 촬영하고, 촬영된 풍력터빈의 영상을 처리하여 풍력터빈의 표면 결함을 검출하고, 촬영된 풍력터빈의 영상과 표면 결함 검출 영상을 중첩시켜 디스플레이함으로써 경제적이고 정밀하게 풍력터빈의 표면 결함을 탐지할 수 있게 하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 풍력터빈은 풍력 에너지를 기계적인 에너지로 변환해 전기를 생산하는 장치로서 온실가스 저감을 위한 청정에너지원으로 각광받고 있다. 풍력터빈은 일반적으로 타워(tower)와, 타워의 상부에 장착된 나셀(nacelle)과, 나셀에 연결되며 복수의 블레이드를 갖춘 로터(rotor)를 구비한다. 블레이드에는 낙뢰, 자외선 등의 외부 요인과 노후화에 따라 아이싱(icing), 표면 마모(erosion), 천공(hole), 균열(crack) 등의 다양한 표면 결함이 발생할 수 있고, 이러한 표면 결함을 방치할 경우 발전효율이 저감되어 연간 전력 생산량이 감소할 수 있다. 또한 이러한 블레이드의 손상을 방치할 경우 심한 손상으로 진전되어 장기간의 유지보수가 필요한 상태에 이를 수 있다. 따라서 일정한 주기를 가지고 풍력터빈의 블레이드 표면에 대한 육안검사를 수행하고, 표면 손상이 발생된 경우 조기에 적절한 보수를 수행하고, 이를 통해 전체적인 에너지 비용을 낮출 수 있다.
종래의 풍력터빈 블레이드 손상 검사 시스템은, 예컨대 국내 특허 등록 제1399844호 공보에 개시된 바와 같이, 풍력터빈의 블레이드 내측의 일정 공간을 폐쇄시키는 밀폐장치, 상기 밀폐장치에 의해 상기 폐쇄된 공간으로 공기를 주입하여 가압시키는 공기 공급 유닛, 및 상기 블레이드의 손상 여부를 판단하기 위해 상기 폐쇄된 공간의 내부 압력을 측정하는 압력센서를 포함하되: 상기 공기공급유닛은 제 1 밸브를 포함하고, 상기 밀폐장치의 몸체를 관통하여 상기 밀폐장치에 의해 상기 폐쇄된 공간으로 상기 공기를 주입시키는 제 1 공기주입부와, 제 2 밸브를 포함하고, 상기 공간을 폐쇄시키기 위해 상기 밀폐장치의 몸체에 상기 공기를 주입시켜 팽창시키는 제 2 공기주입부와, 상기 제 1 공기주입부 및 상기 제 2 공기주입부 각각의 밸브 개폐를 제어하는 밸브개폐부와, 상기 제 1 공기주입부 및 상기 제 2 공기주입부를 통해 상기 폐쇄된 공간으로 상기 공기를 제공하는 압축 공기 제공부를 포함한다.
이와 같이 구성된 종래의 풍력터빈 블레이드 손상 검사 시스템은 풍력터빈 블레이드의 손상 여부를 효과적으로 검사할 수 있으나, 검사하기 위한 초기 비용이 많이 들며 지속적인 유지 관리 비용이 발생한다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 경제적이고 정밀하게 풍력터빈의 표면 결함을 탐지할 수 있게 하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템은 타워와 상기 타워의 상부에 결합되어 회전 운동하는 블레이드를 포함하는 풍력터빈의 표면 결함을 탐색하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 있어서: 촬영용 카메라, 현재 위치정보를 제공하는 GPS, 촬영하는 풍력터빈까지의 거리를 감지하는 거리센서 및 기울기 정보를 제공하는 자이로 센서가 장착된 드론; 상기 타워의 상부/하부의 좌표, 상기 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론의 촬영경로를 결정하도록 구성된 촬영경로 결정부; 상기 촬영경로 결정부로부터 결정된 드론의 촬영경로, 상기 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 기울기 정보 및 현재 위치정보를 고려하여 상기 드론을 조정하기 위해 무선 제어 신호를 출력함과 아울러, 상기 드론으로부터 촬영된 풍력터빈의 영상을 수신하도록 구성된 드론 조정부; 상기 드론 조정부에서 수신된 풍력터빈의 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 표면 결함을 검출하도록 구성된 표면 결함 검출부; 상기 표면 결함 검출부에서 상기 풍력터빈의 영상과 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 영상에 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시키도록 구성된 영상 결합부; 및 상기 영상 결합부에서 중첩된 영상을 입력받아 디스플레이하도록 구성된 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 일실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 있어서, 상기 촬영경로 결정부는 입력된 상기 타워의 상부/하부의 좌표, 상기 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 이용하여 상기 블레이드의 끝지점 좌표를 획득하고, 상기 풍력터빈 전체가 포함될 수 있도록 촬영영역을 분할하며, 상기 분할된 촬영영역을 커버할 수 있는 촬영지점에 따라 상기 드론의 이동경로를 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 일실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 있어서, 상기 표면 결함 검출부는 입력된 상기 촬영된 영상을 순서대로 스캔하면서 화면 밝기 정보에 불연속성이 존재하는 지의 여부를 결정하고, 불연속성이 존재할 경우 소벨(Sobel), 캐니(Canny) 방법과 같은 선검출방법을 이용하여 선을 검출하며, 상기 검출된 선을 선-손상 유형 테이블을 이용하여 손상 유형을 결정하도록 구성될 수 있다.
상기 일실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 있어서, 상기 영상 결합부는 모자익 기법을 이용하여 영상을 중첩시키도록 구성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법은 촬영경로 결정부가 타워의 상부/하부의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론의 촬영경로를 결정하는 단계; 드론 조정부가 상기 드론의 촬영경로 결정 단계에서 결정된 드론의 촬영경로, 상기 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 기울기 및 현재 위치정보를 고려하여 상기 풍력터빈을 촬영하도록 상기 드론을 조정하는 단계; 상기 드론 조정부가 상기 드론 조정 단계에서 상기 드론에 의해 촬영된 풍력 터빈 영상을 수신하는 단계; 표면 결함 검출부가 상기 영상 수신 단계에서 수신된 상기 풍력터빈 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 표면 결함을 검출하는 단계; 상기 표면 결함 검출 단계에서 상기 풍력터빈의 표면 결함이 검출되는 지의 여부를 결정하는 단계; 상기 표면 결함 검출 여부 결정 단계에서 상기 풍력터빈의 표면 결함이 검출되면, 영상 결합부가 상기 표면 결함 검출 단계에서 입력받은 상기 풍력터빈의 영상과 표면 결함이 검출된 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 영상에 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시키는 단계; 및 표시부가 상기 중첩 단계에서 중첩된 영상을 입력받아 디스플레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법에 있어서, 상기 드론의 촬영경로 결정 단계는 타워의 상부/하부의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받는 단계; 상기 입력 단계에서 입력된 상기 타워의 상부/하부의 좌표, 상기 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 이용하여 상기 블레이드의 끝지점 좌표를 획득하는 단계; 상기 풍력터빈 전체가 포함될 수 있도록 촬영영역을 분할하는 단계; 및 상기 분할 단계에서 분할된 촬영영역을 커버할 수 있는 촬영지점에 따라 상기 드론의 이동경로를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다른 실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법에 있어서, 상기 표면 결함 검출 단계는 상기 영상 수신 단계에서 수신된 상기 풍력터빈 영상을 입력받는 단계; 상기 입력 단계에서 입력된 상기 풍력터빈 영상을 순서대로 스캔하면서 화면 밝기 정보에 불연속성이 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계; 상기 불연속성 존재 여부 결정 단계에서 불연속성이 존재할 경우 소벨(Sobel), 캐니(Canny)와 같은 선검출방법을 이용하여 선을 검출하는 단계; 및 상기 선 검출 단계에서 검출된 선을 선-손상 유형 테이블을 이용하여 손상 유형을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 다른 실시형태에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법에 있어서, 상기 영상 중첩 단계는 모자익 기법을 이용하여 영상을 중첩시킬 수 있다.
본 발명의 실시형태들에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법에 의하면, 타워의 상부/하부의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론의 촬영경로를 결정하고, 이 결정된 드론의 촬영경로, 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 기울기 및 현재 위치정보를 고려하여 풍력터빈을 촬영하도록 드론을 조정하여 드론에 의해 촬영된 풍력 터빈 영상을 수신하고, 이 수신된 풍력터빈 영상을 입력받아 풍력터빈의 표면 결함을 검출하여 촬영된 풍력터빈의 영상에 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시켜서 표시부를 통해 디스플레이하는 구성을 가지고 있으므로, 종래의 풍력터빈 검사 방법에 비해 초기 설치 비용 및 유지 관리 비용이 현저하게 줄어들게 됨으로써 경제적이며, 정성적 분석이 아닌 정량적 분석이 신속하게 이루어짐으로써 풍력터빈의 표면 결함을 정밀하고 신속하게 검출할 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템의 제어블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 의해 구현되는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 3은 도 2의 스텝(S10)에 대한 상세 플로우챠트이다.
도 4는 도 2의 스텝(S40)에 대한 상세 플로우챠트이다.
도 5는 도 1의 촬영경로 결정부에 의해 결정되는 드론의 촬영경로를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 표면 결함 검출부에 의해 검출된 풍력터빈의 표면 결함 검출 결과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 적용되는 풍력터빈을 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 수직으로 지면에 매립 설치되어 있는 타워(T)와 이 타워(T)의 상부에 결합되어 바람의 힘에 의해 회전 운동됨으로써 운동 에너지를 발생하는 블레이드(B)를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템의 제어블록도이고, 도 5는 도 1의 촬영경로 결정부에 의해 결정되는 드론의 촬영경로를 결정하는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 1의 표면 결함 검출부에 의해 검출된 풍력터빈의 표면 결함 검출 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시예에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 드론(D), 촬영경로 결정부(100), 드론 조정부(200), 표면 결함 검출부(400), 영상 결합부(500) 및 표시부(600)를 포함한다.
드론(D)은 드론 조정부(200)에 의해 비행이 조정되면서 피측정체인 풍력터빈을 촬영하는 역할을 하며, 촬영용 카메라, 현재 위치정보를 제공하는 GPS, 촬영하는 풍력터빈까지의 거리를 감지하는 거리센서 및 기울기 정보를 제공하는 자이로 센서가 장착되어 있다.
촬영경로 결정부(100)는 타워(T)의 상부(T1)/하부(T2)의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론(D)의 촬영경로를 결정하는 역할을 한다. 촬영경로 결정부(100)에 의해 수행되는 드론(D)의 촬영경로 결정 과정을 상세하게 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 타워(T)의 상부(T1)/하부(T2)의 좌표(도 5의 a 참조), 풍력터빈의 영상 및 풍력터빈의 실체 위치 정보가 입력되고, 이 입력된 정보를 이용하여 블레이드(B)의 끝지점(Be1, Be2, Be3) 좌표를 계산하여 획득하고(도 5의 b 참조), 풍력터빈 전체(T, B)가 포함될 수 있도록 촬영영역을 분할하며(도 5의 c 참조), 이 분할된 촬영영역을 커버할 수 있는 촬영지점에 따라 드론(D)의 이동경로를 결정한다(도 5의 d 참조).
드론 조정부(200)는 촬영경로 결정부(100)에서 결정된 드론(D)의 촬영경로를 입력받고, 드론(D)으로부터 풍력터빈까지의 거리, 드론의 기울기 및 드론의 현재 위치 정보를 수신하고, 이 촬영경로, 거리, 기울기 및 현재 위치 정보를 고려하여 드론(D)을 조정하기 위한 무선 제어 신호를 출력함과 아울러, 드론(D)으로부터 촬영된 풍력터빈의 영상을 수신하는 역할을 한다.
표면 결함 검출부(400)는 드론 조정부(200)에서 수신된 풍력터빈의 영상을 입력받아 풍력터빈의 표면 결함을 검출하는 역할을 한다. 표면 결함 검출부(400)는 드론 조정부(200)에서 드론(D)에 의해 촬영된 풍력터빈의 영상을 입력받고, 이 입력받은 촬영된 풍력터빈의 영상을 순서대로 스캔하면서 화면 밝기 정보에 불연속성이 존재하는 지의 여부를 결정하고, 불연속성이 존재할 경우 소벨(Sobel), 캐니(Canny) 등의 선검출방법을 이용하여 선을 검출하며, 검출된 선을 선-손상 유형 테이블을 이용하여 손상 유형을 결정하는 역할을 한다. 소벨 연산은 수평수직보다 대각선 방향에 놓여진 에지(edge)를 찾는데 사용하며, 프리윗(Prewitt) 연산의 단점을 극복하기 위해 나온 것이다. 캐니 연산은 윤곽을 가장 잘 찾아내면서도 원래 영상의 회색물질과 관련된 모든 에지들을 제거할 수 있는 유일한 방법이다. 도 6은 표면 결함 검출부(400)에 의해 검출된 풍력터빈의 표면 결함 검출 결과를 설명하기 위한 도면으로서, 도 6의 (a)는 균열 영상을 나타내며, 도 6의 (b)는 소벨 방법에 의한 균열 검출 결과를 나타내는 영상을 나타내며, 도 6의 (c)는 캐니 방법에 의한 균열 검출 결과를 나타내는 영상을 나타낸다.
영상 결합부(500)는 표면 결함 검출부(400)에서 풍력터빈의 영상과 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상[예컨대, 도 6의 (b) 또는 (c)의 영상]을 입력받아 풍력터빈의 영상에 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시키는 역할을 한다. 영상 결합부(500)는 모자익(mosaic) 기법을 이용하여 영상을 중첩시켜 손상 위치를 직관적으로 알기 쉽게 한다. 모자익 기법은 인접한 영역을 커버하는 개개의 이미지 또는 사진을 함께 이어서 새로운 이미지를 만드는 기법이다.
표시부(600)는 영상 결합부(500)에서 풍력터빈의 영상에 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩한 영상을 입력받아 디스플레이하는 역할을 하며, CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등이 사용될 수 있다.
상기와 같은 구성요소로 이루어진, 본 발명의 실시예에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 의해 구현되는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법을 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 의해 구현되는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이고, 도 3은 도 2의 스텝(S10)에 대한 상세 플로우챠트이며, 도 4는 도 2의 스텝(S40)에 대한 상세 플로우챠트로서, 여기서 S는 스텝(Step)을 나타낸다.
먼저, 촬영경로 결정부(100)가 타워(T)의 상부(T1)/하부(T2)의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론(D)의 촬영경로를 결정한다(S10). 본 스텝(S10)의 상세과정에 대해 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 먼저, 촬영경로 결정부(100)가 타워(T)의 상부(T1)/하부(T2)의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받는다(S11). 이어서, 촬영경로 결정부(100)는 스텝(S11)에서 입력받은 타워(T)의 상부(T1)/하부(T2)의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 풍력터빈의 실체 위치 정보를 이용하여 블레이드(B)의 끝지점(Be1, Be2, Be3) 좌표를 계산하여 획득하고(S12), 풍력터빈 전체(T, B)가 포함될 수 있도록 촬영영역을 분할하며(S13), 스텝(S13)에서 분할된 촬영영역을 커버할 수 있는 촬영지점에 따라 드론(D)의 이동경로를 결정한다(S14).
스텝(S20)에서는 드론 조정부(200)가 스텝(S10)에서 결정된 드론(D)의 촬영경로와, 드론(D)으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리와, 드론의 기울기 및 현재 위치정보를 고려하여 풍력터빈을 촬영하도록 드론(D)을 조정한다.
스텝(S30)에서는 드론 조정부(200)가 스텝(S20)에서 드론(D)에 의해 촬영된 풍력 터빈 영상을 수신한다.
스텝(S40)에서는 표면 결함 검출부(400)가 스텝(S30)에서 수신된 풍력터빈 영상을 입력받아 풍력터빈의 표면 결함을 검출한다. 스텝(S40)의 상세과정에 대해 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 먼저, 표면 결함 검출부(400)는 스텝(S30)에서 수신된 풍력터빈 영상을 입력받고(S41), 이 입력된 풍력터빈 영상을 순서대로 스캔하면서(S42), 화면 밝기 정보에 불연속성이 존재하는 지의 여부를 결정한다(S43). 이어서, 표면 결함 검출부(400)는 스텝(S43)에서 불연속성이 존재할 경우(YES), 소벨(Sobel), 캐니(Canny) 등의 선검출방법을 이용하여 선을 검출하고(S44), 이 검출된 선을 선-손상 유형 테이블(도시 안됨)을 이용하여 손상 유형을 결정한다(S45). 한편, 상기 스텝(S43)에서 영상에 불연속성이 존재하지 않으면(NO), 상기 스텝(S42)로 진행된다.
이어서, 스텝(S50)에서는 스텝(S40)에서 풍력터빈의 표면 결함이 검출되는 지의 여부를 결정한다.
만약, 스텝(S50)에서 풍력터빈의 표면 결함이 검출되지 않으면(NO) 스텝(S40)으로 진행되는 한편, 풍력터빈의 표면 결함이 검출되면(YES), 영상 결합부(500)가 스텝(S40)에서 입력받은 풍력터빈의 영상과 표면 결함이 검출된 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 입력받아 모자익 기법을 이용하여 풍력터빈의 영상에 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시킨다(S60).
이어서, 표시부(600)가 스텝(S60)에서 중첩된 영상을 입력받아 디스플레이한다(S70).
한편, 위의 설명에서는 드론 조정부가 촬영경로 결정부에서 결정된 드론의 촬영경로와, 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 드론의 기울기 및 드론의 현재 위치 정보를 고려하여 드론을 조정하기 위한 무선 제어 신호를 출력하는 구성을 예로 들어 설명하였으나, 드론이 GPS 및 거리센서를 통해 드론의 기울기 및 풍력터빈까지의 거리를 감지하여 풍력터빈과 근접하여 충돌상황에 이르게 되었을 때 드론 자체적으로 조정할 수 있는 기능을 가질 수 있다. 이와 같은 기능을 가지면 드론의 촬영시 갑자기 불어오는 돌풍과 같은 외부적인 요인 및 드론과 드론 조정부의 통신 두절 등 내부적인 요인에 의하여 드론이 풍력타워 또는 블레이드에 충돌할 수 있는 위험을 방지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템 및 방법에 의하면, 타워의 상부/하부의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론의 촬영경로를 결정하고, 이 결정된 드론의 촬영경로, 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 기울기 및 현재 위치정보를 고려하여 풍력터빈을 촬영하도록 드론을 조정하여 드론에 의해 촬영된 풍력 터빈 영상을 수신하고, 이 수신된 풍력터빈 영상을 입력받아 풍력터빈의 표면 결함을 검출하여 촬영된 풍력터빈의 영상에 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시켜서 표시부를 통해 디스플레이하는 구성을 가지고 있으므로, 종래의 풍력터빈 검사 방법에 비해 초기 설치 비용 및 유지 관리 비용이 현저하게 줄어들게 됨으로써 경제적이며, 정성적 분석이 아닌 정량적 분석이 신속하게 이루어짐으로써 풍력터빈의 표면 결함을 정밀하고 신속하게 검출할 수 있다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
T: 타워
T1: 타워 상부
T2: 타워 하부
B: 블레이드
Be1, Be2, Be3: 블레이드의 끝지점
100: 촬영경로 결정부
200: 드론 조정부
400: 표면 결함 검출부
500: 영상 결합부
600: 표시부

Claims (8)

  1. 타워와 상기 타워의 상부에 결합되어 회전 운동하는 블레이드를 포함하는 풍력터빈의 표면 결함을 탐색하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 있어서:
    촬영용 카메라, 현재 위치정보를 제공하는 GPS, 촬영하는 풍력터빈까지의 거리를 감지하는 거리센서 및 기울기 정보를 제공하는 자이로 센서가 장착된 드론;
    상기 타워의 상부/하부의 좌표, 상기 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론의 촬영경로를 결정하도록 구성된 촬영경로 결정부;
    상기 촬영경로 결정부로부터 결정된 드론의 촬영경로, 상기 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 기울기 정보 및 현재 위치정보를 고려하여 상기 드론을 조정하기 위해 무선 제어 신호를 출력함과 아울러, 상기 드론으로부터 촬영된 풍력터빈의 영상을 수신하도록 구성된 드론 조정부;
    상기 드론 조정부에서 수신된 풍력터빈의 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 표면 결함을 검출하도록 구성된 표면 결함 검출부;
    상기 표면 결함 검출부에서 상기 풍력터빈의 영상과 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 영상에 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시키도록 구성된 영상 결합부; 및
    상기 영상 결합부에서 중첩된 영상을 입력받아 디스플레이하도록 구성된 표시부를 포함하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬영경로 결정부는
    입력된 상기 타워의 상부/하부의 좌표, 상기 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 이용하여 상기 블레이드의 끝지점 좌표를 획득하고,
    상기 풍력터빈 전체가 포함될 수 있도록 촬영영역을 분할하며,
    상기 분할된 촬영영역을 커버할 수 있는 촬영지점에 따라 상기 드론의 이동경로를 결정하도록 구성된, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 결함 검출부는
    입력된 상기 촬영된 영상을 순서대로 스캔하면서 화면 밝기 정보에 불연속성이 존재하는 지의 여부를 결정 하고,
    불연속성이 존재할 경우 소벨(Sobel), 캐니(Canny) 방법과 같은 선검출방법을 이용하여 선을 검출하며,
    상기 검출된 선을 선-손상 유형 테이블을 이용하여 손상 유형을 결정하도록 구성된, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 영상 결합부는 모자익 기법을 이용하여 영상을 중첩시키도록 구성된, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템.
  5. 제 1 항에 기재된, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 시스템에 의해 구현되는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법에 있어서:
    촬영경로 결정부가 타워의 상부/하부의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받아 드론의 촬영경로를 결정하는 단계;
    드론 조정부가 상기 드론의 촬영경로 결정 단계에서 결정된 드론의 촬영경로, 상기 드론으로부터 수신한 풍력터빈까지의 거리, 기울기 및 현재 위치정보를 고려하여 상기 풍력터빈을 촬영하도록 상기 드론을 조정하는 단계;
    상기 드론 조정부가 상기 드론 조정 단계에서 상기 드론에 의해 촬영된 풍력 터빈 영상을 수신하는 단계;
    표면 결함 검출부가 상기 영상 수신 단계에서 수신된 상기 풍력터빈 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 표면 결함을 검출하는 단계;
    상기 표면 결함 검출 단계에서 상기 풍력터빈의 표면 결함이 검출되는 지의 여부를 결정하는 단계;
    상기 표면 결함 검출 여부 결정 단계에서 상기 풍력터빈의 표면 결함이 검출되면, 영상 결합부가 상기 표면 결함 검출 단계에서 입력받은 상기 풍력터빈의 영상과 표면 결함이 검출된 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 입력받아 상기 풍력터빈의 영상에 상기 풍력터빈의 표면 결함 검출 영상을 중첩시키는 단계; 및
    표시부가 상기 중첩 단계에서 중첩된 영상을 입력받아 디스플레이하는 단계를 포함하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 드론의 촬영경로 결정 단계는
    타워의 상부/하부의 좌표, 풍력터빈의 영상 및 풍력터빈의 실체 위치 정보를 입력받는 단계;
    상기 입력 단계에서 입력된 상기 타워의 상부/하부의 좌표, 상기 풍력터빈의 영상 및 상기 풍력터빈의 실체 위치 정보를 이용하여 상기 블레이드의 끝지점 좌표를 획득하는 단계;
    상기 풍력터빈 전체가 포함될 수 있도록 촬영영역을 분할하는 단계; 및
    상기 분할 단계에서 분할된 촬영영역을 커버할 수 있는 촬영지점에 따라 상기 드론의 이동경로를 결정하는 단계를 포함하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 표면 결함 검출 단계는
    상기 영상 수신 단계에서 수신된 상기 풍력터빈 영상을 입력받는 단계;
    상기 입력 단계에서 입력된 상기 풍력터빈 영상을 순서대로 스캔하면서 화면 밝기 정보에 불연속성이 존재하는 지의 여부를 결정하는 단계;
    상기 불연속성 존재 여부 결정 단계에서 불연속성이 존재할 경우 소벨(Sobel), 캐니(Canny)와 같은 선검출방법을 이용하여 선을 검출하는 단계; 및
    상기 선 검출 단계에서 검출된 선을 선-손상 유형 테이블을 이용하여 손상 유형을 결정하는 단계를 포함하는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 영상 중첩 단계는 모자익 기법을 이용하여 영상을 중첩시키는, 드론을 이용한 풍력터빈의 표면 손상 탐지 방법.
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