KR20200040553A - 음향 방출 센서를 이용한 결함 추정 장치 및 결함 추정 방법 - Google Patents

음향 방출 센서를 이용한 결함 추정 장치 및 결함 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법은 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계, 상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 단계 및 상기 복수 개의 센서들과 상기 결함 발생 위치 사이의 거리를 이용하여 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

음향 방출 센서를 이용한 결함 추정 장치 및 결함 추정 방법{DEFECT DIAGNOSTICS APPARATUS AND METHOD USING ACOUSTIC EMISSION SENSOR}
본 발명은 음향 방출 신호(Acoustic Emission : AE)를 감지하는 음향 방출 센서를 이용한 결함 추정 장치 및 결함 추정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산업 구조물의 이상 유무를 파악하기 위해, 미세균열, 미세변형 등 해당 구조물의 결함 시 수반되는 음향 방출 신호를 이용하여 상기 구조물의 결함 여부, 결함 위치 및 결함 발생 시간을 추정하는 결함 추정 장치 및 결함 추정 방법에 관한 것이다.
최근 들어 사회가 급격하게 도시화, 산업화, 전문화되면서 효율적인 에너지 분배에 기초한 고출력 산업설비의 필요성이 고조되고 있으며, 이에 부응하여 수도관, 가스관 등의 에너지분배설비를 비롯한 보일러나 발전기 등의 에너지발생설비 구축이 계속되고 있다.
하지만 이들 대형산업설비의 구축사례가 증가함에 따라 안정성을 우려하는 목소리가 높아지고 있는데, 특히 외부에서 은폐된 해당 설비의 내부구조물에 결함이 발생된 경우에는 쉽게 관찰할 수 없어 안정성과 효율성이 크게 위협받는다. 따라서 산업설비용 내부구조물의 미세 변형, 미세 균열 등의 결함여부를 초기에 감지하여 적절히 대처하는 것은 매우 중요하지만, 이를 위해 새로운 손상을 가하는 것은 아무런 실익이 없는바, 대상물에 손상을 가하지 않고 그 결함여부를 검사할 수 있는 비파괴검사법(non-destructive inspection)이 각광받고 있다.
일반적으로 비파괴검사법이란 재료가 가지는 물리적 현상을 이용하여 대상물에 손상을 가하지 않고 불 완전성을 조사 및 판단하는 기술적 행위를 총칭하며, 구체적인 예로는 방사선투과법, 초음파탐상법, 자기탐상법, 침투탐상법, 전자기유도탐상법 등을 들 수 있다. 하지만 이들 대부분의 비파괴검사법은 대상물에 직접적이고 일회적인 에너지를 가함으로써 결함유무를 검사하는 방식을 취하므로 접근이 제한된 내부구조물 등에는 적용이 힘들고, 특정 시점에서의 검사결과 이외에 실시간의 검사결과를 얻기 어려운 관계로 상당한 손상이 진행된 이후에야 비로소 결함여부를 파악할 수 있는 한계가 있다.
한편, 최근에 알려진 『음향방출신호(Acoustic Emission : AE)를 이용한 비파괴검사법』은 검사대상물의 변형 또는 균열 시 수반되는 탄성파(elastic wave)로서 대상물의 내부를 따라 전파되는 음향방출신호(AE)를 이용하여 결함여부를 판단하는 방법인데, 엄밀하게는 초음파영역의 비파괴검사법에 해당되지만, 여타의 다른 방법과 달리 높은 감도와 지속적인 검사가 가능한 것은 물론, 대상물의 구조나 결함의 크기, 방향 등에 구애받지 않아 접근이 제한된 경우에도 적용이 가능하다.
그러나 음향방출신호를 이용한 비파괴검사법의 분석대상인 음향방출신호에는 가청주파수인 저주파 대역으로부터 수MHz 의 고주파 대역에 달하는 여러 가지 잡음(noise)이 혼입되므로 정확한 해석이 어렵고, 센서의 감도 등에 따라 결과가 달라지는 등 신뢰성과 반복 재현성이 떨어지는 문제점이 있다.
때문에, 음향방출신호를 이용한 기존의 비파괴검사장치로 보일러 등의 복잡한 구조물에 대한 결함을 진단하기 위해서는 대부분 튜브의 누설에 따른 특정주파수 대역의 음향방출신호 만을 이용하지만, 통상적으로 균열의 성장 후 누설이 발생하므로 결국 사후관리에 준하는 정비를 수행할 수밖에 없는 문제점이 나타난다.
뿐만 아니라 음향 방출 신호를 이용한 기존의 비파괴검사 시스템은 누설발생 시점 이후의 경보 및 알람레벨에 해당되는 대표적인 측정값(예를 들면, dB의 상한 설정값 이상에서 발생되는 경보 및 알람 등)을 통해 누설을 판단하는바, 정확한 정보를 제공할 수 없어 발전 정지 후 정비시점에서 신뢰성이 떨어져 경제적 손실을 초래하는 한편, 센서가 설치된 주변의 알람값을 통해 대략적인 누설위치의 파악은 가능하지만 복잡한 구조물에 대한 균열 및 누설위치를 정확하게 추정하기 어려운 관계로 신속한 정비대응에 있어 큰 한계가 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 접근이 제한된 산업설비용 내부 구조물의 결함여부를 실시간으로 용이하게 감지하고, 해당 구조물의 결함여부, 결함 발생 위치 및 결함 발생 시간을 정확하게 진단하고자 함이다.
본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법은 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계, 상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 단계 및 상기 복수 개의 센서들과 상기 결함 발생 위치 사이의 거리를 이용하여 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 센서들은, 3개의 음향 방출 센서를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는, 미리 측정된 각 센서 간의 거리를 이용하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는, 상기 제1 센서의 좌표를 원점으로 설정하는 단계, 제2 센서의 좌표를 x축 또는 y축 상의 좌표로 설정하는 단계 및 제3 센서의 좌표를 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 미리 측정된 각 센서간의 거리를 이용하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는, 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 제3 센서의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 센서들의 실제 위치 좌표를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 단계는, 미리 측정된 음향 방출 신호의 속도를 이용하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계는, 상기 결함 발생 위치의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 결함 발생 위치의 실제 위치 좌표를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 장치는 음향 방출 신호를 감지하는 복수 개의 음향 방출 센서들을 포함하는 센서부 및 프로세서를 포함할 수 있다. 이때, 프로세서는, 상기 음향 방출 센서들의 위치 좌표를 결정하고, 상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하여, 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 미리 측정된 각 센서 간의 거리를 이용하여 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 제1 센서의 좌표를 원점으로 설정하고, 제2 센서의 좌표를 x축 또는 y축 상의 좌표로 설정하고, 제3 센서의 좌표를 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 미리 측정된 각 센서간의 거리를 이용해서 계산하여 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 제3 센서의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 센서들의 실제 위치 좌표를 결정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 미리 측정된 음향 방출 신호의 속도를 이용하여 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 프로세서는, 상기 결함 발생 위치의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 결함 발생 위치의 실제 위치 좌표를 계산할 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 장치 및 결함 추정 방법에 따르면, 복수 개의 음향 방출 센서를 통해서 대형 설비의 정확한 결함 진단을 가능케 할 수 있다.
특히 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 장치 및 결함 추정 방법에 따르면, 구조물의 결함 여부, 결함 발생 위치 및 결함 발생 시간을 정확하게 진단할 수 있는 효과가 있다.
따라서 본 발명은 대형 산업 설비에 적용될 경우 보다 효과적이며, 실시간의 검사 및 유지 보수가 가능하여 안전한 공정 진행을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 실제 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 음향 방출 신호의 속도를 미리 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 설비 데이터의 이상 정도를 평가하는 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따르면, 결함 추정 장치에 의해 수행되는 결함 추정 방법은 센서 위치 좌표를 결정하는 단계(S110), 센서 위치와 결함 위치 사이의 거리를 계산하는 단계(S120) 및 결함 발생 위치 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계(S130)를 포함할 수 있다.
단계(S110)에서, 일실시예에 따른 결함 추정 장치는 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들은, 3개의 음향 방출 센서로 구성될 수 있다. 위치 좌표를 결정하는 방법에 대한 설명은 도 2 및 도 3에서 보다 구체적으로 하도록 한다.
다른 일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들은, 4개의 음향 방출 센서로 구성될 수 있다.
단계(S120)에서, 일실시예에 따른 결함 추정 장치는 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 단계는, 미리 측정된 음향 방출 신호의 속도를 이용하여 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 방법은 도 5 내지 도 8을 통해서 상세히 설명하도록 한다.
단계(S130)에서, 일실시예에 따른 결함 추정 장치는 복수 개의 센서들과 상기 결함 발생 위치 사이의 거리를 이용하여 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산할 수 있다.
복수 개의 센서들과 상기 결함 발생 위치 사이의 거리를 이용하여 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 방법은 도 5 내지 도 8을 통해서 상세히 설명하도록 한다.
일실시예에 따르면, 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계는, 상기 결함 발생 위치의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 실제 결함 발생 위치의 좌표를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 복수 개의 센서들은 제1 센서(210), 제2 센서(220) 및 제3 센서(230)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는, 미리 측정된 각 센서 간의 거리를 이용하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 제1 센서(210)와 제2 센서(220) 간의 거리, 제2 센서(220)와 제3 센서(230) 간의 거리, 제1 센서(210)와 제3 센서(230) 간의 거리를 각각 d12, d23, d13으로 정의할 수 있다. 일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들 간의 거리는 미리 측정될 수 있다.
일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는, 상기 제1 센서의 좌표를 원점으로 설정하는 단계, 제2 센서의 좌표를 x축 또는 y축 상의 좌표로 설정하는 단계 및 제3 센서의 좌표를 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 미리 측정된 각 센서간의 거리를 이용하여 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 센서(310)의 좌표(x1, y1)를 원점인 (0,0)으로 설정하고, 제2 센서(320)의 좌표(x2, y2)를 x축 상의 좌표인 (x2, 0)으로 설정할 수 있다. 여기서 제2 센서(320)의 좌표(x2, y2)는 제1 센서(310)와 제2 센서(320) 간의 거리(d12)를 미리 알 수 있으므로, (d12, 0)으로 표현할 수 있다.
이때, 제3 센서(330)의 좌표(x3, y3)는 제1 센서(310)의 좌표(x1, y1), 제2 센서(330)의 좌표(x2, y2) 및 미리 측정된 각 센서간의 거리(d12, d23, d13)를 이용하여 계산할 수 있다.
피타고라스의 정리에 따라서, 제1 센서(310)와 제3 센서(330) 간의 거리의 제곱은 하기 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, 제1 센서(310)의 좌표(x1, y1)를 원점인 (0,0)으로 설정하였으므로, 하기 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00002
피타고라스의 정리에 따라서, 제2 센서(320)와 제3 센서(330) 간의 거리의 제곱은 하기 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
여기서, 제2 센서(320)의 좌표(x2, y2)를 x축 상의 좌표인 (x2, 0)으로 설정하였고, x2가 d12이므로, 하기 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
일실시예에 따르면, 수학식 2 및 수학식 4의 연립 방정식의 해를 통해서, 제3 센서(330)의 좌표(x3, y3)를 계산할 수 있다. 먼저, 하기 수학식 5와 같이 수학식 2에서 수학식 4를 뺄 수 있다.
Figure pat00005
이때, x3의 좌표를 상기 수학식 2에 대입하면, 하기 수학식 6과 같이 y3의 해 2개를 얻을 수 있다.
Figure pat00006
여기서, 결함 추정 장치는 2 개의 해 중에 조건에 맞는 해를 선택할 수 있다. 예를 들면, y 축 좌표 값을 음수로 설정한 경우, 음의 해를 선택할 수 있다. 반대로, y 축 좌표 값을 양수로 설정한 경우, 양의 해를 선택할 수 있다.
일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들은 제4 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이때, 제4 센서의 좌표(x4, y4)는 제1 센서(310)의 좌표(x1, y1), 제2 센서(330)의 좌표(x2, y2) 및 제3 센서(330)의 좌표(x3, y3)를 통해서 획득할 수 있다.
먼저, 하기 수학식 7과 같이, 제1 센서(310)의 좌표(x1, y1), 제2 센서(330)의 좌표(x2, y2) 및 제4 센서의 좌표(x4, y4) 간의 관계를 통해서, 제4 센서의 x좌표인 x4를 구할 수 있다.
Figure pat00007
여기서, d14는 제1 센서의 좌표와 제4 센서의 좌표 간의 거리를 말하고, d24는 제2 센서의 좌표와 제4 센서의 좌표 간의 거리를 말한다.
그 후, 제1 센서(310)의 좌표(x1, y1) 제3 센서(330)의 좌표(x3, y3), 제4 센서의 좌표(x4, y4) 간의 관계를 이용해서 하기 수학식 8과 같이 제4 센서의 y좌표인 y4를 구할 수 있다.
Figure pat00008
여기서, d34는 제3 센서의 좌표와 제4 센서의 좌표 간의 거리를 말한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 센서들의 실제 위치 좌표를 결정하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 공장 설비(400)에 설치된 제1 센서(410), 제2 센서(420) 및 제3 센서(430)를 확인할 수 있다. 도 3의 센서 위치 좌표가 임의로 정해진 좌표라면, 도 4의 센서 위치 좌표는 실제 위치 좌표가 될 수 있다.
일실시예에 따르면, 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는, 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 제3 센서의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 실제 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예에 따른 결함 추정 방법의 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는, 제1 센서(410)의 좌표, 제2 센서(420)의 좌표 및 제3 센서(430)의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 센서들의 실제 위치 좌표
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
를 결정할 수 있다.
x축으로 tx만큼 이동하고 y축으로 ty만큼 이동하고
Figure pat00012
만큼 회전하는 변환행렬 T는 하기 수학식 9와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00013
센서들의 실제 위치 좌표
Figure pat00014
는 하기 수학식 10을 통해서 획득할 수 있다.
Figure pat00015
일실시예에 따르면, 결함 추정 장치는 결함 발생 위치의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 결함 발생 위치의 실제 위치 좌표를 계산할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 음향 방출 신호의 속도를 미리 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 센서(510) 및 제2 센서(520)가 설치된 공간에서 임의의 위치(530)에서 결함 신호를 생성할 수 있다. 이때, 임의의 위치(530)를 가진 위치라고 하고, 가진 위치와 제1 센서(510) 간의 거리를 D1, 가진 위치와 제2 센서(520) 간의 거리를 D2라고 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 결함 추정 장치의 센서부는 가진 위치에서 발생한 음향 방출 신호를 통해서, 제1 센서(610)에서 신호를 획득한 시간(t1), 제2 센서(620)에서 신호를 획득한 시간(t2)을 측정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 하기 수학식 11과 같이 제1 센서(510)에서 신호를 획득한 시간(t1), 제2 센서(520)에서 신호를 획득한 시간(t2), 가진 위치와 제1 센서(510) 간의 거리(D1), 가진 위치와 제2 센서(520) 간의 거리(D2)를 이용해서 음향 방출 신호의 속도를 측정할 수 있다.
Figure pat00016
음향 방출 신호의 속도는 이후 결함 추정 장치의 결함 추정을 위해서 활용될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 방법에서 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 일실시예에 따른 결함 추정 장치는 제1 센서(710), 제2 센서(720) 및 제3 센서(730) 사이에 발생한 결함(740)의 위치 좌표 및 결함 발생 시간을 추정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 위치 좌표 결정 단계를 통해서, 제1 센서(710)의 좌표는 원점(0, 0)으로 설정되고, 제2 센서(720)의 좌표는 (x2, 0)으로 설정되고, 제3 센서의 좌표는 (x3, y3)으로 설정될 수 있다. 결함(740) 위치 좌표는 (x, y)라고 정의할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제1 센서(710)의 위치와 결함 발생 위치(740) 간의 거리를 d1, 제2 센서(720)의 위치와 결함 발생 위치(740) 간의 거리를 d2, 제3 센서(730)의 위치와 결함 발생 위치(740) 간의 거리를 d3이라고 정의할 수 있다.
일실시예에 따르면, 결함 추정 장치는 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 하기 수학식 12와 같이 미리 측정된 음향 방출 신호의 속도를 이용하여 계산할 수 있다.
Figure pat00017
도 8을 참조하면, 결함 추정 장치의 센서부는 결함 발생 위치에서 발생한 음향 방출 신호를 통해서, 제1 센서(810)에서 신호를 획득한 시간(t1), 제2 센서(820)에서 신호를 획득한 시간(t2) 및 제3 센서(830)에서 신호를 획득한 시간(t3)을 측정할 수 있다. 이때, 결함 발생 시간은 임의로 ts라고 한다.
결함의 발생 위치와 제1 센서의 위치 좌표간의 관계를 통해서 하기 수학식 13을 얻을 수 있다.
Figure pat00018
상기 수학식 13에서 양변을 제곱하게 되면, 하기 수학식 14를 얻을 수 있다.
Figure pat00019
이때, 제1 센서의 위치 좌표를 원점(0, 0)으로 정의했으므로 하기 수학식 15와 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00020
상기 수학식 15를 ts에 대한 방정식으로 정리하면, 하기 수학식 16과 같다.
Figure pat00021
결함의 발생 위치와 제2 센서의 위치 좌표간의 관계를 통해서 하기 수학식 17을 얻을 수 있다.
Figure pat00022
상기 수학식 17에 양변에 제곱을 해주면, 하기 수학식 18을 얻을 수 있다.
Figure pat00023
이때, 제2 센서의 위치 좌표를 y축 상의 좌표(x2, 0)으로 정의했으므로 하기 수학식 19와 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00024
상기 수학식 19를 ts에 대한 방정식으로 정리하면, 하기 수학식 20과 같다.
Figure pat00025
결함의 발생 위치와 제3 센서의 위치 좌표간의 관계를 통해서 하기 수학식 21을 얻을 수 있다.
Figure pat00026
상기 수학식 21에 양변에 제곱을 해주면, 하기 수학식 22를 얻을 수 있다.
Figure pat00027
상기 수학식 22를 ts에 대한 방정식으로 정리하면, 하기 수학식 23과 같다.
Figure pat00028
상기 수학식 16에서 상기 수학식 20을 빼면, 하기 수학식 24와 같이 결함 발생 위치의 y좌표 값을 없애줄 수 있다.
Figure pat00029
상기 수학식 24를 좌변에 x만 남기고 정리하면 하기 수학식 25와 같이 결함 발생 위치의 x좌표인 x에 대한 방정식을 획득할 수 있다.
Figure pat00030
상기 수학식 25를 간단히 표현하기 위해서, 하기 수학식 26과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00031
상기 수학식 16에서 상기 수학식 23을 빼면, 하기 수학식 27과 같이 결함 발생 위치의 x좌표 값을 없애줄 수 있다.
Figure pat00032
상기 수학식 27에서 좌변에 y만 남기고 정리하면 하기 수학식 28과 같이 결함 발생 위치의 y좌표인 y에 대한 방정식을 획득할 수 있다.
Figure pat00033
상기 수학식 28을 ts에 대해서 정리하면, 하기 수학식 29와 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00034
상기 수학식 29를 간단히 표현하기 위해서, 하기 수학식 30과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00035
상기 결함 발생 위치의 x좌표인 x에 대한 방정식인 상기 수학식 26과 상기 결함 발생 위치의 y좌표인 y에 대한 방정식인 상기 수학식 30을 상기 수학식 16에 넣으면 하기 수학식 31을 얻을 수 있다.
Figure pat00036
상기 수학식 31을 ts에 대한 식으로 정리하면 하기 수학식32와 같다.
Figure pat00037
상기 수학식 23를 간략하게 표현하면 하기 수학식 33과 같이 정리할 수 있다.
Figure pat00038
2차 방정식의 근의 공식에 따르면, ts는 하기 수학식 34와 같이 구할 수 있다.
Figure pat00039
일실시예에 따르면, 결함 발생 시간(ts)은 센서에서의 결함 신호 측정 시간보다 느릴 수가 없으므로 결함 발행 시간(ts)의 조건을 하기 수학식 35와 같이 정의할 수 있다.
Figure pat00040
따라서, 일실시예에 따른 결함 추정 장치는 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 하기 수학식 36을 통해서 계산할 수 있다.
Figure pat00041
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 결함 추정 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 9를 참조하면, 일실시예에 따른 결함 추정 장치(900)는 센서부(910) 및 프로세서(920)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 센서부(910)는 음향 방출 신호를 감지하는 복수 개의 음향 방출 센서들을 포함할 수 있다. 이때, 복수 개의 음향 방출 센서는 3개의 음향 방출 센서가 될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 프로세서(920)는, 상기 음향 방출 센서들의 위치 좌표를 결정하고, 상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하여, 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 프로세서(920)는 미리 측정된 각 센서 간의 거리를 이용하여 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 프로세서(920)는 센서부에 포함된 복수 개의 센서 중 제1 센서의 좌표를 원점으로 설정하고, 제2 센서의 좌표를 x축 상의 좌표로 설정하고, 제3 센서의 좌표를 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 미리 측정된 각 센서간의 거리를 이용해서 계산하여 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 프로세서(920)는 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 제3 센서의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 센서들의 실제 위치 좌표를 결정할 수 있다.
일실시예에 따르면, 프로세서(920)는 미리 측정된 음향 방출 신호의 속도를 이용하여 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 프로세서(920)는 상기 결함 발생 위치의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 결함 발생 위치의 실제 위치 좌표를 계산할 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
900: 결함 추정 장치
910: 센서부
920: 프로세서

Claims (13)

  1. 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계;
    상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 단계; 및
    상기 복수 개의 센서들과 상기 결함 발생 위치 사이의 거리를 이용하여 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계
    를 포함하는 결함 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 센서들은,
    3개의 음향 방출 센서인 것을 특징으로 하는 결함 추정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는,
    미리 측정된 각 센서 간의 거리를 이용하여 계산하는 단계를 포함하는 결함 추정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는,
    상기 제1 센서의 좌표를 원점으로 설정하는 단계;
    제2 센서의 좌표를 x축 또는 y축 상의 좌표로 설정하는 단계; 및
    제3 센서의 좌표를 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 미리 측정된 각 센서간의 거리를 이용하여 계산하는 단계를 더 포함하는 결함 추정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 단계는,
    상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 제3 센서의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 상기 센서들의 실제 위치 좌표를 결정하는 단계를 더 포함하는 결함 추정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 단계는,
    미리 측정된 음향 방출 신호의 속도를 이용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 결함 추정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 단계는,
    상기 결함 발생 위치의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 결함 발생 위치의 실제 위치 좌표를 계산하는 단계를 포함하는 결함 추정 방법.
  8. 음향 방출 신호를 감지하는 복수 개의 음향 방출 센서들을 포함하는 센서부; 및
    프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 음향 방출 센서들의 위치 좌표를 결정하고, 상기 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하여, 상기 결함 발생 위치의 좌표 및 결함 발생 시간을 계산하는 것을 특징으로 하는 결함 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    미리 측정된 각 센서 간의 거리를 이용하여 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 결함 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 센서의 좌표를 원점으로 설정하고, 제2 센서의 좌표를 x축 또는 y축 상의 좌표로 설정하고, 제3 센서의 좌표를 상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 미리 측정된 각 센서간의 거리를 이용해서 계산하여 복수 개의 센서들의 위치 좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 결함 추정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 센서의 좌표, 상기 제2 센서의 좌표 및 상기 제3 센서의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 상기 센서들의 실제 위치 좌표를 결정하는 것을 특징으로 하는 결함 추정 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    미리 측정된 음향 방출 신호의 속도를 이용하여 복수 개의 센서들과 결함 발생 위치 사이의 거리를 계산하는 것을 특징으로 하는 결함 추정 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 결함 발생 위치의 좌표에 변환 행렬을 적용하여 결함 발생 위치의 실제 위치 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 결함 추정 장치.
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