KR20220010781A

KR20220010781A - 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출방법

Info

Publication number: KR20220010781A
Application number: KR1020200089301A
Authority: KR
Inventors: 노경숙
Original assignee: 노경숙
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-01-27
Also published as: KR102380671B1

Abstract

본 발명은 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정상상태의 열상이미지와 주기적으로 측정되는 열상이미지를 비교하여 설비의 이상징후를 즉시에 확인하고 조치함으로써 중대한 설비사고로 이어지는 실수를 방지하여 재산과 인명피해를 막도록 개선된 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.

Description

열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치 및 그 검출방법{Thermal image abnormality detection device of industrial machinery using thermal image sensor and its detection method}

본 발명은 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산업기계의 발열상태를 상시 감시하여 이상징후 발생시 즉시에 확인하고 조치함으로써 중대한 설비사고로 이어질 수 있는 이상 상태에 예방적으로 대응하여 재산과 인명피해를 막도록 하는 산업기계의 열상 이상 검출장치 및 그 검출방법에 관한 것이다.

산업설비는 산업 활동을 수행하기 위해 설치한 기계장치를 포함한 각종 시설을 말한다.

이러한 산업설비에는 열이 많이 발생하는 장치들이 있고, 이들은 대부분 오래 사용시 열화되어 손상되거나 안전사고를 일으킨다.

대표적인 장치로 모터에 의해 가동되는 구동설비를 들 수 있다.

특히, 구동설비는 산업설비의 필수구성으로서 회전, 운반 등 모든 공정에 활용되고, 그 종류와 사용처는 수없이 많고 다양하다.

이와 같이 산업설비에서 특히 열에 취약한 설비가 과열되어 손상되게 되면 생산, 제조 활동이 중단되기 때문에 커다란 경제적 손실을 초래할 뿐만 아니라, 손상된 산업설비를 수리하거나 재설치하는데에 따른 시간과 인력이 낭비되는 단점도 있다.

하지만, 현재까지는 사전 모니터링 기능이 없기 때문에 과열에 의해 사고가 터진 후에 후조치하는 정도이므로 이에 대한 개선책이 시급히 요청되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1854726호(2018.04.27.) 센서 기반의 이상검출 자동통보방송시스템

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 산업기계의 발열상태를 상시 감시하여 이상징후 발생시 즉시에 확인하고 조치함으로써 중대한 설비사고로 이어지는 실수를 방지하여 재산과 인명피해를 막도록 개선된 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치 및 그 검출방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 대상물을 스캔하여 온도정보와 열상이미지를 획득하는 열상카메라(100)와, 상기 열상카메라(100)를 컨트롤하는 제어부(110)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 열상카메라(100)가 획득한 열상이미지를 표준 해상도로 처리하는 이미지처리부(120)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 이미지처리부(120)가 처리한 이미지를 임시 저장하는 메모리(130)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 메모리(130)에 저장된 이미지와 비교할 수 있는 기준이미지를 저장하는 데이터베이스(140)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 열상카메라(100)가 획득한 온도정보만 추출한 후 기준온도와 비교하여 이상유무를 판독하는 비교처리부(150)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 제어부(110)의 제어신호에 따라 경보를 발령하는 경보기(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 모니터링 대상물의 정상상태일 때 열상카메라(100)로 촬상한 열상이미지와, 표면온도의 최대값과 최소값이 이미지처리된 상태로 데이터베이스(140)에 저장되어 있음을 전제로 한 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출방법에 있어서; 상기 열상카메라(100)를 이용하여 모니터링 대상물을 연속적으로 촬상하다가 정해진 주기가 되면 열상이미지를 샘플링하는 스캔단계(S100); 스캔된 열상이미지를 이미지처리기(120)로 처리하여 표준 해상도를 갖는 디지털 이미지인 스캔이미지로 변환하고 메모리(130)에 저장하는 이미지처리단계(S110); 처리된 스캔이미지에서 표면온도의 최대값과 최소값을 추출하는 표면온도 추출단계(S120); 추출된 표면온도 중 최대값이 기준온도값을 초과했는지를 판단하는 이상여부 판단단계(S130); 상기 이상여부 판단단계(S130)에서 이상이 없다고 판단되면, 메모리(130)에서 스캔이미지를 삭제하는 단계(S140); 스캔이미지 삭제가 완료되면 스캔주기에 도달했는지를 판단하여 스캔주기에 도달할 경우 열상카메라(100)가 촬상하고 있는 열상이미지에서 현재 주기의 열상이미지를 샘플링하는 스캔단계(S100)로 회귀되는 단계; 상기 이상여부 판단단계(S130)에서 이상이 있다고 판단되면, 제어부(110)는 데이터베이스(140)에 저장되어 있는 기준이미지와 상기 스캔이미지를 감시자의 모니터에 동시에 비교출력하는 단계(S160); 상기 비교출력 단계(S160) 후 경고음을 송출하는 경고음출력단계(S170);를 수행하는 것을 특징으로 하는 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출방법도 제공한다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 산업기계의 발열상태를 상시 감시하여 이상징후 발생시 즉시 확인이 가능하다.

둘째, 이상징후를 미연에 검출함으로써 설비사고를 방지할 수 있다.

셋째, 설비사고 혹은 안전사고를 예방함으로써 재산과 인명피해를 막을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치의 구성 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출방법을 보인 플로우챠트이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치는 대상물을 스캔하여 온도정보와 열상이미지를 획득하는 열상카메라(100)와, 상기 열상카메라(100)를 컨트롤하는 제어부(110)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 열상카메라(100)가 획득한 열상이미지를 표준 해상도로 처리하는 이미지처리부(120)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 이미지처리부(120)가 처리한 이미지를 임시 저장하는 메모리(130)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 메모리(130)에 저장된 이미지와 비교할 수 있는 기준이미지를 저장하는 데이터베이스(140)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 상기 열상카메라(100)가 획득한 온도정보만 추출한 후 기준온도와 비교하여 이상유무를 판독하는 비교처리부(150)와, 상기 제어부(110)에 연결되고 제어부(110)의 제어신호에 따라 경보를 발령하는 경보기(160)를 포함한다.

이때, 상기 열상카메라(100)는 물체의 표면 온도를 탐지할 수 있는 센서로서 표면온도값과 열상이미지를 획득할 수 있다.

따라서, 상기 열상카메라(100)를 산업설비에서 특히, 열변동에 의한 손상의 우려가 있는 설비, 이를 테면 전동모터 등의 대상물 혹은 대상체를 향해 설치하여 아날로그식으로 상시 관측이 가능하도록 구비할 수 있다.

그리고, 상기 제어부(110)는 일종의 컨트롤러로서, 이를테면 마이콤 혹은 PLC 등이 될 수 있다.

또한, 상기 이미지처리부(120)는 아날로그 열상이미지를 표준 해상도를 갖는 디지털 이미지로 변환처리하여 기준이미지와 동일한 해상도의 이미지가 되도록 함으로써 양자를 서로 비교 판단할 수 있는 동일 자료로 만들기 위한 일종의 이미지처리모듈이다.

이것이 필요한 이유는 데이터베이스(150)에 저장되어 있는 기준이미지가 표준 해상도를 갖는 디지털 이미지이기 때문이다.

이때, 표준 해상도란 384×288에서 1024×768 범위 내에서 서로 통일되게 설정된 어느 하나의 해상도를 갖는 것을 의미한다.

아울러, 상기 메모리(130)는 이미지처리나 온도정보 추출 등을 위해 자료를 저장, 갱신, 삭제하기 위해 사용되는 저장 공간이다.

뿐만 아니라, 상기 데이터베이스(140)는 모니터링 대상물(대상체)의 정상상태일 때의 실상 이미지가 저장되는 공간이다.

또한, 상기 비교처리기(150)는 열상카메라(100)가 획득한 온도정보만 추출하여 기준온도와 비교하고, 기준온도를 초과할 경우 제어부(110)로 이상신호를 보내어 후속 처리를 할 수 있도록 구현되는 수단이다.

그리고, 상기 경보기(160)는 상기 제어부(110)가 이상신호를 수신할 때 경보음을 출력시켜 감시자 혹은 작업자가 즉시 인지할 수 있도록 하는 알림수단이다.

나아가, 상기 제어부(110)에는 입출력수단(키보드,마우스/디스플레이 등)이 연결되지만, 당연히 있어야 하는 통상적인 구성이므로 생략하기로 한다.

그러면, 이하에서 열상센서를 이용하여 모니터링 대상물의 열상 이상유무를 검출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명은 모니터링 대상물의 정상상태일 때 열상이미지와, 표면온도의 최대값과 최소값이 이미지처리된 상태로 데이터베이스(140)에 저장되어 있음을 전제로 한다.

이때, 표면온도의 최대값과 최소값이란 열상카메라(100)가 연속적으로 촬상하기 때문에 아날로그식이어서 표면온도값의 편차가 발생하게 되는데 그 편차를 의미하며, 사실상 최대값만 관심영역에 해당한다.

이와 같은 전제로 본 발명에 따른 검출방법을 설명하자면 다음과 같다.

열상카메라(100)를 이용하여 모니터링 대상물을 연속적으로 촬상하다가 정해진 주기가 되면 열상이미지를 샘플링하는 스캔단계(S100)가 수행된다.

이것은 열상카메라(100)가 촬상한 모든 아날로그 열상이미지를 처리할 수 없기 때문에 일정주기별로 정해진 시간에만 열상이미지를 샘플링하여 샘플링한 영상만을 분석하도록 함으로써 효율화를 도모하기 위함이다.

그리고, 스캔된 열상이미지를 이미지처리기(120)로 처리하여 표준 해상도를 갖는 디지털 이미지인 스캔이미지로 변환하고 메모리(130)에 저장하는 이미지처리단계(S110)가 수행된다.

이어, 처리된 스캔이미지에서 표면온도의 최대값과 최소값을 추출하는 표면온도 추출단계(S120)가 수행된다.

이후, 추출된 표면온도 중 최대값이 기준온도값을 초과했는지를 판단하는 이상여부 판단단계(S130)가 수행된다.

여기에서, 기준온도값은 전제조건에서 제시한 바와 같이, 데이터베이스(140)에 저장되어 있는 모니터링 대상물의 정상상태일 때 표면온도의 최대값을 의미한다.

그리고, 상기 이상여부 판단단계(S130)에서 온도비교 판단은 비교처리기(150)가 제어부(110)의 제어신호하에 처리하게 된다.

그런 다음, 상기 이상여부 판단단계(S130)에서 이상이 없다고 판단되면, 메모리(130)에서 스캔이미지를 삭제하는 단계(S140)를 수행하며; 스캔이미지 삭제가 완료되면 스캔주기에 도달했는지를 판단하여 스캔주기에 도달할 경우 열상카메라(100)가 촬상하고 있는 열상이미지에서 현재 주기의 열상이미지를 샘플링하는 스캔단계(S100)로 회귀되는 단계를 수행하게 된다.

한편, 상기 이상여부 판단단계(S130)에서 이상이 있다고 판단되면, 제어부(110)는 데이터베이스(140)에 저장되어 있는 기준이미지와 상기 스캔이미지를 감시자의 모니터에 동시에 비교출력하는 단계(S160)를 수행한 후 경고음을 송출하는 경고음출력단계(S170)가 수행된다.

이때, 감시자는 기준이미지와 스캔이미지를 가시적으로 직접 확인하여 이상이 발생된 지점을 정확하게 판독하고 대처할 수 있게 되며, 경고음은 모든 근무자나 작업자에게 경각심을 부여하여 안전사고를 미리 예방하는 효과를 얻기 위한 것이다.

이와 같이 함으로써 산업설비에서 과열에 의한 이상유무를 검출하고 관리하기 어려웠던 것을 쉽고 편리하며 정확하게 관리할 수 있을 것으로 예상된다.

100: 열상카메라
110: 제어부
120: 이미지처리기
130: 메모리
140: 데이터베이스
150: 비교처리기
160: 경보기

Claims

대상물을 스캔하여 온도정보와 열상이미지를 획득하는 열상카메라(100)와,
상기 열상카메라(100)를 컨트롤하는 제어부(110)와,
상기 제어부(110)에 연결되고 상기 열상카메라(100)가 획득한 열상이미지를 표준 해상도로 처리하는 이미지처리부(120)와,
상기 제어부(110)에 연결되고 상기 이미지처리부(120)가 처리한 이미지를 임시 저장하는 메모리(130)와,
상기 제어부(110)에 연결되고 상기 메모리(130)에 저장된 이미지와 비교할 수 있는 기준이미지를 저장하는 데이터베이스(140)와,
상기 제어부(110)에 연결되고 상기 열상카메라(100)가 획득한 온도정보만 추출한 후 기준온도와 비교하여 이상유무를 판독하는 비교처리부(150)와,
상기 제어부(110)에 연결되고 제어부(110)의 제어신호에 따라 경보를 발령하는 경보기(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출장치.
모니터링 대상물의 정상상태일 때 열상카메라(100)로 촬상한 열상이미지와, 표면온도의 최대값과 최소값이 이미지처리된 상태로 데이터베이스(140)에 저장되어 있음을 전제로 한 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출방법에 있어서;
상기 열상카메라(100)를 이용하여 모니터링 대상물을 연속적으로 촬상하다가 정해진 주기가 되면 열상이미지를 샘플링하는 스캔단계(S100);
스캔된 열상이미지를 이미지처리기(120)로 처리하여 표준 해상도를 갖는 디지털 이미지인 스캔이미지로 변환하고 메모리(130)에 저장하는 이미지처리단계(S110);
처리된 스캔이미지에서 표면온도의 최대값과 최소값을 추출하는 표면온도 추출단계(S120);
추출된 표면온도 중 최대값이 기준온도값을 초과했는지를 판단하는 이상여부 판단단계(S130);
상기 이상여부 판단단계(S130)에서 이상이 없다고 판단되면, 메모리(130)에서 스캔이미지를 삭제하는 단계(S140);
스캔이미지 삭제가 완료되면 스캔주기에 도달했는지를 판단하여 스캔주기에 도달할 경우 열상카메라(100)가 촬상하고 있는 열상이미지에서 현재 주기의 열상이미지를 샘플링하는 스캔단계(S100)로 회귀되는 단계;
상기 이상여부 판단단계(S130)에서 이상이 있다고 판단되면, 제어부(110)는 데이터베이스(140)에 저장되어 있는 기준이미지와 상기 스캔이미지를 감시자의 모니터에 동시에 비교출력하는 단계(S160);
상기 비교출력 단계(S160) 후 경고음을 송출하는 경고음출력단계(S170);를 수행하는 것을 특징으로 하는 열상센서를 이용한 산업기계의 열상 이상 검출방법.