KR20220093942A - Apparatus and method for detecting fault of structure considering noise environment - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 보일러, 항공기, 풍력 발전기, 선박, 콘크리트, 교량, 회전체 등과 같은 다양한 재질로 구성되며 환경 노이즈가 많은 구조물에 대한 결함 심각도를 탐지하는 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치 및 방법에 관한 것에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for detecting a structure defect in consideration of a noisy environment, and more particularly, to a structure made of various materials such as a boiler, an aircraft, a wind generator, a ship, concrete, a bridge, a rotating body, etc. It relates to an apparatus and method for detecting a structure defect in consideration of a noise environment for detecting severity.
음향방출 기술은 비파괴 검사 방법중의 하나로 가동중 실시간 원격감시가 가능하고, 결함에 대한 위치추정이 가능하여 압력용기 등과 같은 구조물의 결함진단 기술에 그 우수함을 입증받고 있다.Acoustic emission technology is one of the non-destructive inspection methods, and real-time remote monitoring during operation is possible, and it is possible to estimate the location of defects, so its superiority is proven in the defect diagnosis technology of structures such as pressure vessels.
이러한 기술은 대부분 고압배관이나 압력용기와 같은 산업설비에 적용되어 전문적인 안전진단 기술로 자리잡고 있으나, 일반적인 대형구조물 안전진단에 널리 적용되지 못하고 있다.Most of these technologies are applied to industrial facilities such as high-pressure pipes and pressure vessels, and are established as professional safety diagnosis technologies, but are not widely applied to general safety diagnosis of large structures.
종래의 안전 진단 시스템은 소리, 진동, 카메라, 온도, 압력 등의 물리량 변화를 기준으로 기준신호 이상을 벗어나면 알람을 주어 시스템을 진단하는 방식이 일반적이다.The conventional safety diagnosis system generally diagnoses the system by giving an alarm when it deviates from a reference signal based on changes in physical quantities such as sound, vibration, camera, temperature, and pressure.
그러나, 최근 대형구조물은 경량화와 안전성을 추구하기 위해 콘크리트 구조물이나, 금속재구조물 등이 재료의 특성이나 강도 등의 다변화에 따라 복합재료 등과 혼합되는 방식으로 개발되어 기존의 진단 및 해석기술로 결함을 진단하는데 오차범위를 벗어 나거나 결함 탐지를 못하는 치명적인 오류를 발생하여 안전진단에 취약한 점이 발견되고 있다.However, in recent years, large structures have been developed in a way that concrete structures or metal structures are mixed with composite materials according to the diversification of material properties and strength in order to achieve light weight and safety. However, it is found that there is a weakness in safety diagnosis because it is out of the error range or a fatal error that fails to detect a defect occurs.
나아가 신규 현장에 설치된 시스템의 경우 거짓 알람(false alarm)이 빈번히 발생하여 적용이 어려운데, 이는 환경적으로 많은 노이즈가 발생하는 구조물의 경우 그 적용이 쉽지 않다는 것을 의미한다.Furthermore, in the case of a system installed in a new site, false alarms frequently occur, making it difficult to apply, which means that it is not easy to apply the system to a structure generating a lot of environmental noise.
이는 기존 구조물에 대한 재료의 특성에 따른 물리량에 대한 보정기법과 해석방법의 다변화가 되지 못한 결과로서, 구조물 특성상 회전이 발생하거나 지속적이거나 단발적인 충격이 발생하는 구동체 인접 환경, 통행 물체가 많은 환경 등은 고정적인 임계값 판정이 아닌 환경 노이즈를 감안한 보완이 필요하다.This is the result of not being able to diversify the correction techniques and analysis methods for physical quantities according to the characteristics of materials for existing structures. It is necessary to supplement in consideration of environmental noise rather than determining a fixed threshold value.
상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 노이즈 발생 환경의 구조물 결함 탐지를 위해 구조물에 부착되는 복수의 센서를 통해 측정된 값에 따라 구조물을 구성하는 다양한 재질에 맞추어 결함 탐지를 위한 기준이 최적화되도록 지원하되, 노이즈 환경에 대한 선행 측정 정보 수집을 통해서 노이즈 환경에 따른 충격과 구조물 결함에 따른 충격을 구분하기 위한 임계값을 동적으로 변환시키도록 함으로써, 노이즈 발생 환경의 구조물 결함 탐지에 대한 신뢰도를 높이는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problem, the present invention is to optimize the criteria for defect detection according to various materials constituting the structure according to values measured through a plurality of sensors attached to the structure for detecting structure defects in a noise generating environment. However, the reliability of the detection of structural defects in a noise-generating environment is increased by dynamically converting a threshold value for classifying the shock according to the noise environment and the shock according to the structural defect through the collection of prior measurement information on the noise environment. has its purpose.
나아가, 본 발명은 복합 재질을 가진 구조물의 결함 판정을 위한 센서 측정값을 이미지로 변환하여 시각화한 후 이를 학습시킴으로써 학습된 모델을 통해 시각화된 충격 이미지의 패턴 특성을 기반으로 신뢰성이 높은 심각도 판정이 가능하도록 하는 데 그 목적이 있다.Furthermore, the present invention converts the sensor measurement value for defect determination of a structure having a composite material into an image, visualizes it, and then learns it. Based on the pattern characteristics of the impact image visualized through the learned model, the severity determination is highly reliable. The purpose is to make it possible.
더불어, 본 발명은 노이즈 발생 환경에서 환경적 노이즈에 따른 센서 측정값을 수집하여 환경 노이즈에 따른 임계치를 가변적으로 설정하도록 하며, 캘리브레이션이 수행된 센서를 통해서 환경 노이즈에 따른 충격량 정보를 이미지화한 후 이를 학습시킴으로써 환경적 노이즈에 따른 시각화 패턴과 결함에 따른 충격량 변환에 따른 이미지 패턴을 구분하며, 환경적 노이즈에 따른 임계값을 가변 설정함으로써 오동작 가능성을 낮추는데 그 목적이 있다.In addition, the present invention collects sensor measurement values according to environmental noise in a noise generating environment to variably set a threshold according to environmental noise, and after imaging the impact amount information according to environmental noise through a sensor that has been calibrated, it is The purpose of learning is to distinguish the visualization pattern according to environmental noise and the image pattern according to the impact amount conversion according to the defect, and to reduce the possibility of malfunction by setting the threshold value according to the environmental noise variably.
본 발명의 실시예에 따른 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치의 구조물 결함 탐지 방법은, 구조물에 부착된 복수의 센서별로 평상 상태에서 측정되는 환경 노이즈를 미리 설정된 시간이나 시점에 수집하여 기준 임계값을 산출하는 단계와; 상기 구조물에 부착된 복수의 센서별로 기준 충격량 검출을 위한 캘리브레이션을 수행하는 수행 단계와; 결함발생 대응 음향을 상기 복수의 센서로부터 수신하여 상기 기준 임계값을 보상한 후 상기 구조물에 대한 결함 여부를 판정하는 판정 단계와; 상기 판정 단계의 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 입력되는 결함 발생의 심각도에 대한 심각도 정보를 대응시켜 신경망에 학습시키는 학습 단계와; 상기 학습 단계가 완료된 경우라면 상기 판정 단계의 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 학습된 신경망을 통해 결함 발생의 심각도 예측 정보를 산출하는 심각도 예측 단계와; 상기 심각도 예측 단계의 심각도가 기준 이하인 경우 상기 기준 임계값을 상기 환경 노이즈에 따라 측정된 측정 범위 내에서 가변하는 임계값 보정 단계를 포함한다.In the method for detecting a structure defect of an apparatus for detecting a structure defect in consideration of a noise environment according to an embodiment of the present invention, environmental noise measured in a normal state by a plurality of sensors attached to a structure is collected at a preset time or time point to determine a reference threshold value calculating; performing calibration for detecting a reference impact amount for each of a plurality of sensors attached to the structure; a determination step of receiving a defect response sound from the plurality of sensors, compensating for the reference threshold value, and determining whether the structure is defective; When a defect occurs as a result of the determination of the determination step, a learning step of mapping the received signals of the plurality of sensors according to the occurrence of a defect with elements constituting an image to form an image, and then matching the input severity information on the severity of the occurrence of the defect to learn the neural network Wow; If the learning step is completed, when the determination of the determination step results in a defect, the received signals for each sensor according to the occurrence of a defect are mapped with the elements constituting the image and imaged, and then the severity prediction information of the defect occurrence through the learned neural network. a step of predicting the severity of the calculation; and a threshold value correction step of varying the reference threshold value within a measurement range measured according to the environmental noise when the severity of the severity prediction step is less than or equal to a reference level.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 학습 단계는 수행 단계 이후 수집된 환경 노이즈에 따른 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 환경 노이즈로서 신경망에 학습시키는 학습 단계를 더 포함한다.As an example related to the present invention, the learning step further includes a learning step of mapping the received signal for each sensor according to the environmental noise collected after the performing step with the elements constituting the image to image it, and then learning the neural network as the environmental noise. .
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 심각도 예측 단계는 학습된 신경망을 통해 결함 발생의 심각도 예측 정보와 더불어 환경 노이즈 유사도 예측 정보를 더 산출하고, 상기 임계값 보정 단계는 상기 심각도 예측 정보가 기준 이하이고 환경 노이즈 유사도 예측 정보가 기준 이상인 경우 임계값을 상향 조정하고, 상기 심각도 예측 정보가 기준 이상이고 환경 노이즈 유사도 예측 정보가 기준 이하인 경우 임계값을 유지하거나 하향 조정하는 단계를 더 포함한다.As an example related to the present invention, the severity prediction step further calculates environmental noise similarity prediction information along with the severity prediction information of the occurrence of the defect through the learned neural network, and the threshold value correction step includes the severity prediction information being less than or equal to a standard The method further includes the step of increasing the threshold value when the environmental noise similarity prediction information is equal to or greater than the reference value, and maintaining or lowering the threshold value when the severity prediction information is greater than or equal to the reference value and the environmental noise similarity prediction information is less than or equal to the reference value.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 수행 단계는 균일한 격자의 테스트 위치들을 상기 결함 탐지 장치와 연결된 출력 장치에 표시하고, 상기 복수의 센서별 배치 위치와 각각 일대일로 대응되는 복수의 테스트 위치를 포함하는 1차 테스트군을 대상으로 기준 충격량 발생에 따른 상기 센서별 측정을 수행하고, 상기 1차 테스트군과 소정의 복수 격자 간격으로 이격된 테스트 위치들인 2차 테스트군에 대한 상기 센서별 측정을 수행한 후 1차 테스트군의 제 1 테스트 위치와 2차 테스트군에 속한 제 2 테스트 위치가 속한 충격 전달 방향 경로 상에서 상기 제 1 테스트 위치와 상기 제 2 테스트 위치 사이의 변위가 미리 설정된 범위 이내인 경우 상기 충격 전달 방향 경로 상에 속하면서 상기 제 1 테스트 위치와 제 2 테스트 위치 사이에 위치하는 하나 이상의 타 테스트 위치별 상기 기준 충격량에 대응되는 센서별 측정값을 제 1 테스트 위치 및 제 2 테스트 위치의 센서별 측정값을 미리 설정된 알고리즘에 따라 자동 보간하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the performing step includes a plurality of test positions that display the test positions of a uniform grid on an output device connected to the defect detection device and correspond one-to-one to the arrangement positions for each of the plurality of sensors, respectively. The measurement is performed for each sensor according to the generation of a reference impulse for the first test group that When the displacement between the first test position and the second test position on the shock delivery direction path to which the first test position of the first test group and the second test position belonging to the second test group belong is within a preset range The sensor of the first test position and the second test position receives the measurement value for each sensor corresponding to the reference shock amount for each of one or more other test positions located between the first test position and the second test position while belonging to the shock transmission direction path. The method may further include automatically interpolating the star measurement values according to a preset algorithm.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 학습 단계는 상기 복수의 센서별로 수신된 수신 신호를 기초로 상기 격자 상 결함 발생 위치를 식별하고, 상기 센서별 수신 신호에 따른 미리 설정된 복수의 서로 다른 특징 변수별 파라미터를 기초로 이미지를 구성하는 요소인 색상 및 도형 중 적어도 하나와 매핑하여 상기 센서별 수신 신호에 대응되는 패턴 정보를 생성하고, 상기 패턴 정보와 사용자 입력에 따른 상기 심각도 정보를 상호 매칭하여 상기 신경망에 학습시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.As an example related to the present invention, the learning step identifies the location of the defect on the grid based on the received signals received for each of the plurality of sensors, and includes a plurality of different characteristic variables set in advance according to the received signals for each sensor. The neural network is mapped with at least one of a color and a figure, which are elements constituting an image based on a parameter, to generate pattern information corresponding to the received signal for each sensor, and match the pattern information with the severity information according to a user input. It may be characterized in that it further comprises the step of learning.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치는, 구조물에 부착된 복수의 센서별로 평상 상태에서 측정되는 환경 노이즈를 미리 설정된 시간이나 시점에 수집하여 기준 임계값을 산출하는 환경 노이즈 수집부와; 상기 구조물에 부착된 복수의 센서별로 기준 충격량 검출을 위한 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션부와; 결함발생 대응 음향을 상기 복수의 센서로부터 수신하여 상기 기준 임계값을 보상한 후 상기 구조물에 대한 결함 여부를 판정하는 판정부와; 상기 판정부의 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화하는 이미지화부와; 상기 이미지화부에서 제공되는 수신 신호의 이미지와 해당 수신 신호에 대응되는 결함 발생의 심각도에 대한 심각도 정보를 대응시켜 신경망에 학습시키고, 학습이 완료된 경우 이미지화된 센서별 수신 신호를 학습된 신경망으로 분석하여 결함 발생의 심각도 예측 정보를 산출하는 학습부를 포함할 수 있다.An apparatus for detecting a structure defect in consideration of a noise environment according to another embodiment of the present invention collects environmental noise measured in a normal state by a plurality of sensors attached to a structure at a preset time or point in time to calculate a reference threshold value. collection department; a calibration unit for performing calibration for detecting a reference impact amount for each of the plurality of sensors attached to the structure; a determination unit for receiving a defect response sound from the plurality of sensors, compensating for the reference threshold, and determining whether the structure is defective; an imaging unit for mapping the received signals of the plurality of sensors according to the occurrence of a defect with elements constituting an image when a defect occurs as a result of the determination of the determination unit to form an image; By matching the image of the received signal provided from the imaging unit and the severity information on the severity of the occurrence of a defect corresponding to the received signal, the neural network is trained, and when the learning is completed, the imaged received signal for each sensor is analyzed with the learned neural network. It may include a learning unit for calculating the severity prediction information of the occurrence of the defect.
본 발명은 환경 노이즈가 발생하는 다양한 재질로 구성된 구조물에 대해서 결함 탐지를 위해 복수의 센서들을 부착하고 이를 통해 환경 노이즈를 사전에 수집하여 임계값을 생성하며, 구조물의 재질 특성에 맞추어 결함 발생을 센싱하는 복수의 센서를 캘리브레이션하여 최적화 한 후, 임계값을 기준으로 결함 발생을 판정하여 결함 발생으로 판정되는 센서들의 신호를 이미지화하여 신경망으로 분석함으로써 정확한 심각도를 예측하도록 함과 아울러, 심각도 정보에 따라 임계값을 가변하여 거짓 알람을 줄이면서도 정확한 결함 판단과 심각도 분석이 가능하도록 하는 효과가 있다.The present invention attaches a plurality of sensors to a structure made of various materials generating environmental noise to detect defects, collects environmental noise in advance through this, generates a threshold value, and senses the occurrence of defects according to the material characteristics of the structure After calibrating and optimizing a plurality of sensors, the occurrence of a defect is determined based on the threshold value, and the signal of the sensors determined to be defective is imaged and analyzed with a neural network to predict the correct severity, and also to predict the severity according to the severity information. By varying the value, it has the effect of reducing false alarms and enabling accurate defect determination and severity analysis.
나아가, 본 발명은 대형 구조물의 결함 탐지 대상면을 그리드 형태로 격자 단위로 분할한 후 상기 최적화된 복수의 센서 각각으로부터 수신되는 센서별 측정값으로 격자 상 위치 중 결함 발생 위치를 식별할 수 있도록 상기 결함 탐지 대상면을 구체화함으로써, 음향방출 센싱을 기반으로 센서를 통해 측정된 감지 신호만으로 결함 발생 여부 및 결함 발생 위치가 정확하고 신속하게 제공되도록 지원하여 결함 탐지에 대한 신뢰도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 알람 오류가 발생하는 것을 용이하게 방지하는 효과가 있다.Furthermore, the present invention divides the defect detection target surface of a large structure into grid units in a grid form and then uses the sensor-specific measurement values received from each of the optimized plurality of sensors to identify the location of the defect among the locations on the grid. By specifying the target surface for defect detection, it is possible to increase the reliability of defect detection as well as increase the reliability of the defect detection by supporting that the occurrence of a defect and the location of the defect are provided accurately and quickly only with the detection signal measured through the sensor based on acoustic emission sensing. This has the effect of easily preventing errors from occurring.
또한, 본 발명은 센서별 감지 신호를 기초로 파악된 환경 노이즈를 이미지 형태로 생성한 후 신경망에 학습시킬 수 있으며, 이에 따라 결함 발생으로 판정된 충격이 환경 노이즈에 얼마나 근접한 지를 파악할 수 있어 이에 따라 판정부의 임계값을 보정하도록 함으로써 지능적으로 임계값을 가변하여 환경 노이즈가 심하여 음향 방출 방식의 비파괴 결함 측정이 어려운 현장에도 안정적인 적용이 가능하도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention can generate the environmental noise identified based on the detection signal for each sensor in the form of an image, and then train the neural network to learn, and accordingly, it is possible to grasp how close the impact determined as the defect is to the environmental noise. By compensating the threshold value of the judgment unit, the threshold value is intelligently varied, so that it can be applied stably even to sites where it is difficult to measure non-destructive defects of the acoustic emission method due to severe environmental noise.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치를 포함하는 구조물 결함 탐지 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치의 상세 구성도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 음향 방출을 기반으로 하는 구조물 결함 탐지 장치의 동작 예시도.1 is a block diagram of a structure defect detection system including an apparatus for detecting a structure defect in consideration of a noise environment according to an embodiment of the present invention;
2 is a detailed configuration diagram of an apparatus for detecting a structure defect in consideration of a noise environment according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary operation view of a structure defect detection apparatus based on sound emission according to an embodiment of the present invention.
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 상세 실시예를 설명한다.Hereinafter, detailed embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치(100)(이하, 결함 탐지 장치(100))를 포함하는 구조물 결함 탐지 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a structure defect detection system including a structure defect detection apparatus 100 (hereinafter, referred to as a defect detection apparatus 100) in consideration of a noise environment according to an embodiment of the present invention.
설명에 앞서, 본 발명이 적용되는 구조물은 항공기, 풍력 발전기, 교량, 회전체 등과 같은 복합재 구조물과, 보일러, 선박, 콘크리트 등과 같은 금속재와 복합재가 혼용된 구조물로서 상당한 환경 노이즈가 발생하는 구조물을 포함할 수 있다. 통상 이러한 환경 노이즈가 발생하는 구조물의 경우 음향을 기반으로 하는 비파괴 검사시 환경 노이즈가 결함 측정을 위한 탐지 음향에 부가되어 거짓 알람이 빈번하게 되며 이를 보상하기 위해 고정된 임계치를 설정할 경우 결함 탐지 성능이 현저히 저하되는 문제가 발생한다.Prior to the description, the structure to which the present invention is applied is a composite structure such as an aircraft, a wind generator, a bridge, a rotating body, etc., and a structure in which a metal material and a composite material such as a boiler, a ship, and a concrete are mixed, and a structure generating significant environmental noise. can do. In the case of structures that normally generate such environmental noise, during acoustic-based non-destructive inspection, environmental noise is added to the detection sound for defect measurement, so false alarms are frequent. There is a problem of significant degradation.
본 발명의 효율적인 설명을 위하여 본 발명이 적용되는 대형 구조물에 적용되는 환경 노이즈는 도시된 바와 같이 노이즈 발생원(N)으로 나타내었으나 이는 개념적인 표현에 불과한 것으로, 환경 노이즈는 여러 위치에서 발생할 수 있고, 가변적 위치에서 발생할 수도 있으며, 특정 위치에서 가변적 크기로 발생할 수 있다.For efficient description of the present invention, environmental noise applied to a large structure to which the present invention is applied is shown as a noise generating source (N) as shown, but this is only a conceptual expression, and environmental noise may occur in various locations, It may occur at a variable location, or it may occur at a variable size at a specific location.
따라서, 이를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 결함 탐지 장치(100)는 노이즈 발생원(N)이 존재하는 구조물에 부착된 복수의 센서(S1, S2, S3)별로 평상 상태에서 측정되는 환경 노이즈를 미리 설정된 시간이나 시점에 수집하여 기준 임계값을 산출한다. 이를 통해서 환경 노이즈에 대한 센서들의 측정 신호 범위를 확인할 수 있는데, 기준 임계값은 이러한 환경 노이즈의 평균이나 최대값 등이 될 수 있다.Therefore, in order to solve this problem, the
이후 구조물에 부착된 복수의 센서별로 기준 충격량 검출을 위한 캘리브레이션을 수행하고, 결함발생 대응 음향을 복수의 센서(S1, S2, S3)로부터 수신하여 구조물에 대한 결함 여부를 기준 임계값을 보상한 후 판정하며, 상기 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 입력되는 결함 발생의 심각도에 대한 심각도 정보를 대응시켜 상기 결함 탐지 장치(100)에 구성된 신경망에 학습시키도록 구성될 수 있다. 물론, 학습이 완료된 경우 입력되는 이미지화된 센서별 수신 신호 이미지를 신경망에 제공하는 것으로 결함 발생의 심각도 예측 정보를 산출할 수 있다. 만일 심각도가 기준 이하인 경우 상기 기준 임계값을 높일 수 있으며, 심각도가 기준 이상인 경우 상기 기준 임계값을 낮출 수 있다. 다른 방식으로, 캘리브레이션이 완료된 이후, 수집된 환경 노이즈에 따른 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 환경 노이즈로서 신경망에 학습시키고, 결함 발생으로 판정되어 수신된 이미지화된 센서별 수신 신호 이미지를 환경 노이즈가 학습된 신경망에 제공하는 것으로 결함 발생으로 판정된 센서별 수신 신호가 환경 노이즈에 얼마나 가까운지를 예측한 후 기준 이상 환경 노이즈에 가까운 경우 상기 기준 임계값을 높일 수 있고, 기준 이상 환경 노이즈와 상이한 경우 상기 기준 임계값을 낮출 수 있다.Thereafter, calibration is performed for detecting the reference impact amount for each sensor attached to the structure, and the defect response sound is received from the plurality of sensors S1, S2, and S3, and the reference threshold value is compensated for whether the structure is defective. When a defect occurs as a result of the determination, the received signals for each sensor according to the occurrence of a defect are mapped to elements constituting an image and imaged, and then the
이때, 본 발명에서 상기 대형 구조물에 대한 결함 탐지를 위한 진단시 가해지는 음향 방출(Acoustic emission)은 음향(sound)과 진동(vibration)을 포함하는 고주파(일례로, 20kHz ~ 1MHz) 및 저주파 진동(2kHz ~ 20kHz)을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 센서는 상기 음향 방출 진단 방식에 따라 발생된 음향을 센싱하여 감지할 수 있다.At this time, in the present invention, acoustic emission applied during diagnosis for defect detection of the large structure includes high-frequency (eg, 20 kHz to 1 MHz) and low-frequency vibration (eg, 20 kHz to 1 MHz) including sound and vibration ( 2 kHz to 20 kHz), and the plurality of sensors may sense and detect the sound generated according to the sound emission diagnosis method.
도 2는 상기 결함 탐지 장치(100)의 상세 구성도로서, 도시된 바와 같이, 구조물에 부착된 복수의 센서별로 평상 상태에서 측정되는 환경 노이즈를 미리 설정된 시간이나 시점에 수집하여 기준 임계값을 산출하는 환경 노이즈 수집부(105)와, 구조물에 부착된 복수의 센서별로 기준 충격량 검출을 위한 캘리브레이션(calibration)을 수행하는 캘리브레이션부(110)와, 결함발생 대응 음향을 상기 복수의 센서로부터 수신하여 상기 대형 구조물에 대한 결함 여부를 판정하는 판정부(120)와, 상기 구조물에 부착된 복수의 센서별로 기준 충격량 검출을 위한 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션부(110)와, 결함발생 대응 음향을 상기 복수의 센서로부터 수신하여 상기 기준 임계값을 보상한 후 상기 구조물에 대한 결함 여부를 판정하는 판정부(120)와, 상기 판정부(120)의 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 입력되는 결함 발생의 심각도에 대한 심각도 정보(학습을 위해 관리자가 제공)를 대응시켜 신경망에 학습시키고, 학습이 완료된 경우 이미지화된 센서별 수신 신호를 학습된 신경망으로 분석하여 결함 발생의 심각도 예측 정보를 산출하는 학습부(140)를 포함한다.2 is a detailed configuration diagram of the
이때, 상기 환경 노이즈 수집부(105), 캘리브레이션부(110), 판정부(120), 이미지화부(130) 및 학습부(140) 중 어느 하나는 상기 결함 탐지 장치(100)의 전반적인 제어 기능을 수행하는 제어부로서 구성될 수 있으며, 상기 제어부는 RAM, ROM, CPU, GPU, 버스를 포함할 수 있으며, RAM, ROM, CPU, GPU 등은 버스를 통해 서로 연결될 수 있다.At this time, any one of the environmental
또한, 상기 상기 환경 노이즈 수집부(105), 캘리브레이션부(110), 판정부(120), 이미지화부(130) 및 학습부(140) 중 적어도 하나가 다른 하나에 포함되어 구성될 수도 있음은 물론이다.In addition, at least one of the environmental
또한, 상기 결함 탐지 장치(100)는 상술한 구성부 이외에도 외부 장치와의 통신을 위한 통신부, 사용자 입력을 수신하는 사용자 입력부, 각종 정보를 저장하는 저장부, 각종 정보를 표시하는 표시부 등과 같은 다양한 구성부가 포함될 수 있으며, 상기 통신부는 널리 알려진 다양한 유무선 통신방식을 이용하여 통신망을 통해 사용자 단말과 같은 외부 장치와 통신할 수 있다.In addition, the
이하, 상술한 구성을 토대로 상기 결함 탐지 장치(100)의 상세 동작 구성에 대한 예시를 설명한다.Hereinafter, an example of a detailed operation configuration of the
우선, 환경 노이즈 수집부(105)는 구조물에 부착된 복수의 센서별와 통신 가능하도록 연결되어 상기 복수의 센서 각각으로부터 별도의 충격을 가하지 않은 평상 상태의 환경 노이즈 신호를 수집한다. 이는 미리 설정된 시간(예컨대 30분, 1시간, 1일 혹은 수일) 동안 환경 노이즈를 수집함으로써 환경 노이즈에 의해 각 센서별 신호로 수집되는 노이즈의 범위를 산출한다. 환경 노이즈 수집부(105)는 이러한 노이즈의 범위에서 환경 노이즈에 대한 기준 임계값으로 평균값, 분산을 고려한 특정 값, 최대값 등을 선택할 수 있다. 이는 구조물의 특성이나 환경의 특성에 따라 달라질 수 있다. 이와 같이 얻어진 기준 임계값은 판정부(120)에 전달되며, 필요한 경우 환경 노이즈의 측정 범위에 대한 정보도 전달될 수 있다.First, the environmental
상기 캘리브레이션부(110)는 구조물에 부착되는 상기 복수의 센서와 통신 가능하도록 연결되어 상기 복수의 센서 각각으로부터 상기 대형 구조물을 구성하는 다양한 재질의 특성에 맞추어 상기 복수의 센서 각각에 대한 캘리브레이션을 수행할 수 있다. The
일례로, 상기 캘리브레이션부(110)는 상기 복수의 센서와 통신 가능하도록 연결된 수집부(111)를 포함할 수 있으며, 상기 환경 노이즈 수집부(105)는 이러한 캘리브레이션부(110)의 수집부(111)를 공유할 수 있다.For example, the
또한, 상기 구조물을 구성하는 복합 재질의 특성에 맞추어 복수의 센서를 캘리브레이션하기 위해 구조물에 대해 음향 방출을 통해 강제 발생시킨 기준 충격량에 대응되어 상기 복수의 센서 각각으로부터 상기 기준 충격량에 대응되어 감지된 음향 관련 센싱 신호인 시험 신호를 수신할 수 있다.In addition, in order to calibrate the plurality of sensors according to the characteristics of the composite material constituting the structure, the sound sensed corresponding to the reference impact amount from each of the plurality of sensors is corresponding to the reference impact amount forcibly generated through sound emission on the structure A test signal that is a related sensing signal may be received.
또한, 캘리브레이션부(110)는 상기 복수의 센서 각각으로부터 최초 수신된 시험 신호를 센서별 초기값으로 설정하여 저장할 수 있다.Also, the
또한, 캘리브레이션부(110)는 상기 복수의 센서 각각이 사용 기간이 증가됨에 따른 감도 저하를 보상하기 위해, 주기적으로 상기 수집부(111)를 통해 상기 시험 신호를 수신할 수 있다.Also, the
또한, 캘리브레이션부(110)는 주기적으로 상기 복수의 센서 각각에 대해 상기 시험 신호 수신시마다 상기 초기값과 비교하여 상기 초기값 대비 현재 시험 신호의 오프셋(offset)을 상기 복수의 센서별로 연산하여 산출할 수 있다.In addition, the
또한, 캘리브레이션부(110)는 상기 복수의 센서별로 산출된 오프셋(또는 오프셋 정보)를 기초로 상기 복수의 센서 각각으로부터 수신되는 신호를 보정할 수 있다.Also, the
또한, 캘리브레이션부(110)는 상기 복수의 센서별로 특정 센서에 대한 오프셋 산출시마다 상기 초기값을 기준으로 상기 오프셋을 반영한 최고값 및 최저값에 대한 기준값을 설정하고, 상기 특정 센서로부터 수신된 특정 신호가 상기 기준값에 따른 기준 범위를 벗어나는 경우 해당 특정 신호가 상기 결함 탐지 장치(100)에서 무시되도록 하여 다른 구성부에서 상기 특정 신호가 사용되지 않도록 하거나 상기 특정 센서의 이상 발생에 대한 알람을 발생하여 상기 복수의 센서 중 이상이 발생한 센서를 통지할 수 있다.In addition, the
이때, 상기 결함 탐지 장치(100)는 유선 또는 무선으로 사용자 단말과 통신 가능하도록 연결될 수 있으며, 상기 결함 탐지 장치(100)는 상기 특정 센서의 수신 신호가 상기 특정 센서에 대응되어 설정된 기준 범위를 벗어나는 경우 알람 정보를 생성하여 상기 사용자 단말에 전송할 수 있으며, 이를 통해 사용자 단말의 사용자가 사용자 단말에 수신되어 출력된 알람 정보를 통해 이상이 발생한 센서를 확인할 수 있도록 제공할 수 있다.In this case, the
여기서, 상기 사용자 단말은 PC, 스마트폰(Smart phone), 노트북 등과 같은 다양한 단말을 포함할 수 있다.Here, the user terminal may include various terminals such as a PC, a smart phone, and a notebook computer.
일반적인 안전 진단 시스템의 경우 잦은 알람의 발생으로 시스템 신뢰도가 낮은 반면에, 본 발명은 상술한 바를 통해 환경 노이즈와 일시적인 신호의 상승 등에 따른 false alarm(거짓 알람)의 발생을 줄일 수 있어, 구조물의 결함 진단에 대한 신뢰도를 높일 수 있으며, 또한 주변에 설치된 센서의 파손 등에 따른 결함을 즉시 파악할 수 있도록 제공하는 장점이 있다.In the case of a general safety diagnosis system, the system reliability is low due to frequent alarm occurrence, but the present invention can reduce the occurrence of false alarms due to environmental noise and temporary signal rise through the above-mentioned bar, so that the defects of the structure are reduced. The reliability of the diagnosis can be increased, and there is an advantage of providing the ability to immediately identify defects caused by damage to sensors installed nearby.
한편, 상술한 바와 같이 캘리브레이션부(110)에 의한 오프셋 설정이 완료되면 상기 결함 탐지 장치(100)는 금속재, 복합재, 콘크리트 등과 같은 다양한 재질로 구성된 대형 구조물의 결함 진단을 수행할 수 있다.Meanwhile, when the offset setting by the
이를 상세히 설명하면, 상기 캘리브레이션부(110)는 상기 캘리브레이션의 센서별 오프셋 설정에 따른 캘리브레이션이 완료되면, 상기 수집부(111)를 통해 상기 복수의 센서로부터 수신되는 신호를 상기 오프셋을 기초로 보정하여 상기 판정부(120)에 제공할 수 있다.In detail, when the calibration according to the offset setting for each sensor of the calibration is completed, the
이때, 수집부(111)가 포함된 캘리브레이션부(110)는 상기 판정부(120)에 포함되어 구성될 수도 있다.In this case, the
또한, 판정부(120)는 상기 대형 구조물에서 크랙 발생과 같은 결함이 발생하여 해당 결함 발생시 생성된 음향인 결함발생 대응 음향에 대해 상기 복수의 센서가 생성한 신호를 상기 캘리브레이션부(110)를 통해 수신할 수 있다.In addition, the
또한, 판정부(120)는 상기 복수의 센서로부터 수신된 수신 신호와 환경 노이즈 수집부(105)에서 산출한 기준 임계값을 기초로 결함 여부를 판정할 수 있으며, 판정 결과에 대한 결과 정보를 결함 탐지 장치(100)와 연결된 외부 출력 장치를 통해 출력하거나 상기 사용자 단말에 전송할 수 있다. 이러한 결함 여부 판정은 수신된 신호가 기준 임계값을 얼마나 초과하였는 지를 기준으로 판단할 수 있는데, 예를 들어 기준 임계값보다 6dB 이상인 경우 결함 발생으로 판정할 수 있다. 물론 이러한 임계값은 가변될 수 있고, 6dB가 아닌 다른 결함 판정 기준이 설정될 수 있다.In addition, the
이때, 본 발명은 판정부(120)에 의해 결함이 발생한 것으로 판단된 구조물의 결함 발생 위치를 탐지하여 이에 대한 탐지 정보를 제공할 수 있으며, 이러한 결함 발생 위치에 대한 탐지 정보의 정확도를 높이기 위한 선행 작업을 수행하는데 이를 도 3을 참고하여 상세히 설명한다.At this time, in the present invention, the defect occurrence position of the structure determined by the
결함 탐지 장치(100)는 구조물의 재질에 대한 감쇄 특성을 자동 계산하고 상기 자동 보정기능과 병행하여 위치 오차를 줄일 수 있다.The
이를 위해, 결함 탐지 장치(100)는 센서 1, 센서 2, 센서 3 등의 인접한 센서에서 거리를 알고 있는 경우, 시간과 속도의 곱은 일정한 거리에 있다는 기본식을 이용하여 각 센서로부터 시간 도달차를 계산하고, 이를 이용하여 재료의 특성에 따른 감쇄 특성을 자동으로 계산하고 감쇄기능을 보정하는 것으로 안전 진단을 수행할 수 있다.To this end, when the
이는, 재료의 물리적 특성마다 다른 감쇄특성을 모를 경우 위치오차가 크게 나타나지만, 본 발명은 이러한 기능을 자동으로 보정해 주는 기능을 수행할 수 있다.In this case, when the different attenuation characteristics are not known for each physical property of the material, a large positional error appears, but the present invention can perform a function of automatically correcting such a function.
이때, 도 3에서는 2차원 평면을 가정하여 3개의 센서(S1, S2, S3)로 구성하였으나 센서가 배치되는 구조물의 배치 형상에 따라 상기 3개의 센서 이외에 센서가 더 추가될 수 있으며, 이를 통해 위치 오차를 더욱 줄일 수 있다.At this time, in FIG. 3, three sensors S1, S2, and S3 are configured on the assumption of a two-dimensional plane, but according to the arrangement shape of the structure in which the sensors are disposed, additional sensors may be added in addition to the three sensors. The error can be further reduced.
한편, 상술한 바와 같은 탐지 정보의 정확도를 높이기 위해, 상기 결함 탐지 장치(100)는 이미지화부(130) 및 학습부(140)를 포함할 수 있다.Meanwhile, in order to increase the accuracy of the detection information as described above, the
탐지 정보의 정확도를 높이기 위한 학습 모드가 설정된 상태에서 상기 이미지화부(130) 및 학습부(140)는 학습을 수행할 수 있다.In a state in which a learning mode for increasing the accuracy of detection information is set, the
즉, 이미지화부(130)는 학습 모드 설정시 판정부(120)에 의해 결함이 발생한 것으로 판정된 복수의 센서별 수신 신호를 수신할 수 있다.That is, the
또한, 이미지화부(130)는 캘리브레이션부(110)와 연동하여 결함 발생 위치에 대한 캘리브레이션을 수행할 수 있다.Also, the
이를 위해, 이미지화부(130)는 미리 설정된 균일한 격자의 테스트 위치들을 상기 감지부와 연결된 출력 장치에 표시할 수 있다.To this end, the
이때, 이미지화부(130)는 균일한 격자의 테스트 위치들을 상기 결함 탐지 장치(100)와 연결된 출력 장치에 표시하고, 복수의 센서별 배치 위치와 각각 일대일로 대응되는 복수의 테스트 위치를 포함하는 1차 테스트군을 대상으로 기준 충격량 발생에 따른 상기 센서별 측정을 수행하고, 상기 1차 테스트군과 소정의 복수 격자 간격으로 이격된 테스트 위치들인 2차 테스트군에 대한 상기 센서별 측정을 수행한 후 1차 테스트군의 제 1 테스트 위치와 2차 테스트군에 속한 제 2 테스트 위치가 속한 충격 전달 방향 경로 상에서 상기 제 1 테스트 위치와 상기 제 2 테스트 위치 사이의 변위가 미리 설정된 범위 이내인 경우 상기 충격 전달 방향 경로 상에 속하면서 상기 제 1 테스트 위치와 제 2 테스트 위치 사이에 위치하는 하나 이상의 타 테스트 위치별 상기 기준 충격량에 대응되는 센서별 측정값을 제 1 테스트 위치 및 제 2 테스트 위치의 센서별 측정값을 미리 설정된 알고리즘에 따라 자동 보간할 수 있다.In this case, the
일례로, 이미지화부(130)는 캘리브레이션부(110)와 연동하여 복수의 센서별 배치 위치와 각각 일대일로 대응되는 복수의 테스트 위치를 포함하는 1차 테스트군을 대상으로 기준 충격량 발생에 따른 측정값을 수집할 수 있다.As an example, the
이때, 기준충격 발생장치를 이용하여 기준 충격량에 대한 신호를 발생할 수도 있고, 센서자체에 기준신호 발생장치를 내장하여 신호를 주고 주변의 센서에서 탐지하는 방식 역시 사용 가능하다. 예를 들면, 제 1 센서(S1)에서 신호를 발생시키고, 인접한 제 2 센서(S2)와 제 3 센서(S3)에서 신호를 수신하여 거리에 대한 감쇄비 등 재료에 따른 특성값을 자동계산 할 수 있다.In this case, a signal for the reference shock amount may be generated using the reference shock generating device, and a method of providing a signal by embedding the reference signal generating device in the sensor itself and detecting it by a nearby sensor may also be used. For example, by generating a signal from the first sensor S1 and receiving the signals from the adjacent second and third sensors S2 and S3, it is possible to automatically calculate the characteristic value according to the material, such as the attenuation ratio with respect to the distance. can
또한, 이미지화부(130)는 캘리브레이션부(110)로부터 제공되는 복수의 센서별로 수신된 수신 신호를 기초로 측정값을 수집할 수 있으며, 이러한 측정값은 기준 충격량에 대응되어 센서가 측정한(센싱한) 값을 의미할 수 있다.In addition, the
또한, 이미지화부(130)는 캘리브레이션부(110)와 연동하여 상기 1차 테스트군과 소정의 복수 격자 간격으로 이격된 테스트 위치들인 2차 테스트군에 대해 기준 충격량에 대한 측정을 수행할 수 있다.In addition, the
또한, 이미지화부(130)는 충격 전달 방향 경로를 고려하여 충격 전달 방향 경로 상에 위치하는 1차 테스트군의 제 1 테스트 위치와 2차 테스트군에 속한 제 2 테스트 위치 사이의 변위가 미리 설정된 범위 이내인 경우 상기 충격 전달 방향 경로 상에 속하면서 상기 제 1 테스트 위치와 제 2 테스트 위치 사이에 위치하는 하나 이상의 타 테스트 위치별 측정값을 제 1 테스트 위치 및 제 2 테스트 위치에서 측정된 측정값을 기초로 자동 보간할 수 있다.In addition, the
즉, 이미지화부(130)는 대형 구조물에 대해 발생한 기준 음향에 따른 기준 충격량에 대응되어 1차 테스트군과 2차 테스트군의 측정값을 확인하고, 상기 기준 충격량에 따른 충격 전달 방향 경로 중 1차 테스트군에 속한 제 1 테스트 위치와 2차 테스트군에 속한 제 2 테스트 위치가 경로 상에 속하는 충격 전달 방향 경로인 특정 경로를 식별할 수 있으며, 상기 기본식을 이용하여 산출한 감쇄 특성 및 상기 제 1 테스트 위치와 상기 제 2 테스트 위치 각각의 센서별 측정값을 이용하여 상기 특정 경로에 속한(또는 특정 경로 상에 위치하는 하나 이상의 격자별 테스트 위치별로 기준 충격량에 대응되는 센서별 측정값을 예상 연산할 수 있다.That is, the
이를 통해, 이미지화부(130)는 1차 테스트군과 2차 테스트군에 속하지 않는 테스트 위치들에 대해서 직접적인 테스트를 생략하고, 측정값을 보간할 수 있다.Through this, the
한편, 이미지화부(130)는 상기 테스트 위치별로 기준 충격량에 대해 산출되거나 확인된 센서별 측정값을 기준 대비값으로 자동 설정하여 결함 발생 위치를 파악하기 위한 캘리브레이션을 완료할 수 있다.Meanwhile, the
상술한 바와 같이, 이미지화부(130)는 구조물의 결함 탐지 대상인 대상면을 그리드(grid) 형태로 생성하고, 그리드를 구성하는 복수의 격자 상의 테스트 위치들을 대상으로 기준 충격량에 대응되어 상기 캘리브레이션부(110)의 오프셋이 반영된 측정값을 테스트 위치별로 설정할 수 있으며, 이를 통해 대형 구조물의 결함 발생시 센서별 실측값을 상기 기준 대비값과 비교하여 상기 센서별 실측값에 대응되는 결함 발생 위치가 정확하게 파악되도록 할 수 있다.As described above, the
일례로, 이미지화부(130)는 상기 결함 발생 위치에 대한 캘리브레이션 완료시 상기 기준 대비값과 상기 판정부(120)로부터 대형 구조물의 결함 발생 대응 음향에 대응되어 상기 복수의 센서별로 감지된(실측된) 감지 신호를 수신할 수 있다.As an example, the
또한, 이미지화부(130)는 상기 감지 신호를 기초로 상기 센서별 실측값을 산출하고, 이를 상기 테스트 위치별 기준 대비값과 비교하여 상기 센서별 실측값과 일치하는 특정 기준 대비값에 대응되는 특정 테스트 위치 또는 상기 센서별 실측값과의 차이가 미리 설정된 범위 내에 있는 하나 이상의 테스트 위치를 결함 발생 영역으로 식별하고, 상기 결함 발생 영역에 대한 탐지 정보를 생성하여 상기 사용자 단말에 제공하거나 상기 출력 장치에 출력할 수 있다.In addition, the
이때, 이미지화부(130)는 상기 출력 장치 또는 사용자 단말을 통해 표시된 복수의 격자로 구성된 그리드 상에 상기 탐지 정보에 대응되는 영역이나 위치를 표시할 수 있다.In this case, the
또한, 이미지화부(130)는 상기 결과 정보와 함께 상기 탐지 정보를 출력 장치 또는 사용자 단말에 제공하거나 상기 결과 정보에 상기 탐지 정보를 포함시켜 제공할 수 있다.Also, the
또한, 이미지화부(130)는 판정부(120)와 연동하여 상기 결과정보를 알람 정보로서 제공할 수 있다.Also, the
한편, 이미지화부(130)는 결함 발생시 결함 발생에 대한 심각도를 이미지화하여 제공할 수 있으며, 학습부(140)와의 연동을 통해 결함 발생이 발생한 영역의 예상되는 심각도를 신경망 기반으로 제공할 수 있는데, 이를 상세히 설명한다.On the other hand, the
즉, 이미지화부(130)는 앞서 설명한 바와 같이 캘리브레이션 위치나 결함 발생 위치를 좌표 형상의 이미지로 표시하는 기능 외에 다음과 같이 심각도 측정을 위해 센싱 신호를 추상적 이미지로 변환하여 신호에 포함된 다양한 성분을 평면과 깊이감(밝기, 색상 등)을 가지는 이미지 패턴으로 변환하는 기능을 더 수행한다. 이렇게 신호를 추상적인 이미지로 변환한 후 이미지 기반 신경망을 통해 측정 신호의 이미지 패턴이 가지는 특성을 기반으로 심각도를 분류할 수 있도록 한다.That is, the
이와 같이 이미지화부(130)는 빅 데이터 기반의 자동 결함탐지 및 심각도를 제시하는 방식으로서, 기존 A 지역에서 결함이 탐지된 시점의 데이터의 특징을 추출하고, 해당 특징을 분류한다. 예를 들면, 해당시점의 주파수, 진폭, 에너지 등 다양한 특징변수와 환경변수를 저장하고 결함진단 DB에 자동 저장되며, 이후 유사한 패턴이 발생되면 기존 결함탐지 대비 현재의 유사 패턴을 알려주는 방식으로 자동으로 결함을 탐지하고, 해당 결함의 심각도를 알려주는 방식으로 동작할 수 있다.As described above, the
이를 위해, 이미지화부(130)는 복수의 센서별로 수신된 수신 신호(감지 신호)를 기초로 상기 그리드의 격자 상 테스트 위치인 결함 발생 위치를 식별하고, 상기 센서별 수신 신호에 따른 미리 설정된 복수의 서로 다른 특징 변수별 파라미터를 기초로 이미지를 구성하는 요소인 색상 및 도형 중 적어도 하나와 매핑하여 상기 센서별 수신 신호에 대응되는 패턴 정보를 생성하고, 학습부(140)와 연동하여 상기 패턴 정보와 사용자 입력에 따른 상기 심각도 정보를 상호 매칭하여 상기 신경망에 학습시킬 수 있다.To this end, the
이때, 이미지화부(130)는 상기 패턴 정보를 상기 그리드 기반의 이미지 형태로 생성할 수 있다. 또한, 이미지화부(130)는 상기 센서별 수신신호가 수신된 시점의 환경 정보 및 상기 센서별 수신 신호를 기초로 상기 패턴 정보를 생성할 수 있다. 이때, 상기 특징 변수는 주파수, 진폭, 에너지 등을 포함할 수 있다.In this case, the
일례로, 이미지화부(130)는 센서가 3개인 경우(2차원 평면의 충격 감지) 충격이나 결함 위치를 파악하고 각 센서의 측정값을 이미지를 구성하는 요소들에 매칭하여 표현하는 것으로 이미지화할 수 있다.As an example, if there are three sensors (two-dimensional plane impact detection), the
또한, 이미지화부(130)는 각 센서를 R, G, B 색상 요소에 매칭하고 에너지를 색상별 크기에 매칭하며, 주파수와 진폭을 충격 지점을 기준으로 하는 선이나 원 등의 패턴으로 표현하고, 환경 정보(재질 특성, 감쇄 특성 등)를 소정의 패턴화된 배경으로 표현할 수 있다. In addition, the
또한, 이미지화부(130)는 상기 패턴 정보를 상기 학습부(140)에 제공하며, 상기 학습부(140)는 상기 패턴 정보에 대응되어 사용자에게 상기 패턴 정보에 대응되는 센서별 실측값(센싱값)에 따른 결함의 심각도에 대한 정보를 요청하고, 사용자 입력을 수신하여 상기 패턴 정보에 대응되는 결함의 심각도에 대한 심각도 정보를 생성한 후 미리 설정된 신경망에 학습시킬 수 있다.In addition, the
이때, 패턴 정보는 상기 센서별 실측값에 대응되어 결함 발생 패턴이 그리드상에 색상, 도형 등의 그래픽 형태로 이미지화된 이미지(image) 정보일 수 있으며, 상기 학습부(140)는 상기 이미지 정보와 상기 심각도 정보를 상호 매칭하여 상기 신경망에 학습시킬 수 있다.In this case, the pattern information may be image information in which the defect occurrence pattern is imaged in graphic form such as color and figure on a grid corresponding to the measured values for each sensor, and the
또한, 이러한 신경망은 신경망 모델로서 구성될 수 있으며, 입력층(Input Layer), 하나 이상의 은닉층(Hidden Layers) 및 출력층(Output Layer)으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 신경망 모델에는 DNN(Deep Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), CNN(Convolutional Neural Network), SVM(Support Vector Machine) 등과 같은 다양한 종류의 신경망이 적용될 수 있다. In addition, such a neural network may be configured as a neural network model, and may include an input layer, one or more hidden layers, and an output layer. In addition, various types of neural networks such as Deep Neural Network (DNN), Recurrent Neural Network (RNN), Convolutional Neural Network (CNN), and Support Vector Machine (SVM) may be applied to the neural network model.
또한, 상술한 구성에서, 상기 패턴 정보는 상기 패턴 정보의 생성에 사용된 다양한 물리량 신호(또는 물리량 데이터)를 포함할 수 있다.In addition, in the above configuration, the pattern information may include various physical quantity signals (or physical quantity data) used to generate the pattern information.
또한, 결함 탐지 장치(100)는 중앙 서버와 통신망을 통해 통신할 수 있으며, 상기 중앙 서버는 상기 결함 탐지 장치(100) 이외의 다른 대형 구조물에 대한 결함 탐지 및 진단을 수행하는 하나 이상의 타 결함 탐지 장치 및 상기 결함 탐지 장치(100)와 통신하여 상기 패턴 정보 및 심각도 정보를 포함하는 학습 데이터인 빅 데이터를 수집할 수 있으며, 상기 빅 데이터를 상기 결함 탐지 장치로 전송할 수 있다.In addition, the
이에 따라, 상기 결함 탐지 장치(100)의 학습부(140)는 상기 중앙 서버로부터 수신된 빅데이터를 상기 신경망에 적용할 수 있으며, 이를 통해 다양한 구조물에 대해 수집된 빅데이터를 기반으로 상기 신경망에서 산출하는 심각도 관련 데이터에 대한 정확도를 높일 수 있다.Accordingly, the
한편, 상술한 바와 같은 학습부(140)의 신경망에 대한 학습이 완료되면, 상기 이미지화부(130)는 상기 판정부(120)로부터 결함이 발생한 것으로 판단된 센서별 감지 신호에 따른 센서별 실측값을 수신하고, 상기 센서별 실측값에 대응되어 상술한 바와 같이 탐지 정보와 패턴 정보를 생성할 수 있다.On the other hand, when the learning of the neural network of the
또한, 이미지화부(130)는 상기 패턴 정보를 상기 학습부(140)에 제공하고, 상기 학습부(140)는 상기 이미지화부(130)로부터 수신된 패턴 정보를 학습이 완료된 신경망에 적용하여 상기 패턴 정보에 대응되어 결합 발생 위치의 예상되는 심각도에 대한 심각도 예측 정보를 산출할 수 있다.In addition, the
또한, 상기 이미지화부(130)는 상기 학습부(140)와 연동하여 상기 판정부(120)의 결함 판정에 대응되어 산출된 상기 심각도 예측 정보와 탐지 정보 및 결과 정보 중 적어도 하나를 상기 출력 장치에 출력하거나 상기 사용자 단말에 전송할 수 있다.In addition, the
이와 같은 이미지화부(130)와 학습부(140)의 특성을 환경 노이즈를 분석하는데 그대로 활용함으로써, 판정부(120)에 따라 결함 발생으로 판정되어 제공되어 이미지화부(130)에서 이미지로 변환된 센서들의 수신 신호가 환경 노이즈를 이미지로 변환하여 학습시킨 신경망을 통해서 환경 노이즈와 얼마나 유사한 지를 예측할 수 있다. By utilizing the characteristics of the
즉, 환경 노이즈 수집부(105)는 수집된 환경 노이즈 정보(환경 노이즈에 대해서 각 센서들이 측정한 측정값)를 이미지화부(130)에 제공하고, 이미지화부(130)는 해당 환경 노이즈 정보에 따른 각 센서들의 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 학습부(140)의 신경망에 제공하면서 해당 이미지가 환경 노이즈임을 학습시킬 수 있다.That is, the environmental
이 경우, 학습부(140)는 결함 발생에 대한 센서 신호 이미지를 학습하고, 환경 노이즈에 대한 센서 신호 이미지를 학습하되 각각 심각도와 환경 노이즈라는 식별 정보를 태깅하여 학습할 수 있으며, 그에 따라 학습이 완료된 신경망은 수신되는 센서 신호 이미지에 대한 심각도 예측 정보와 환경 노이즈 예측 정보를 산출할 수 있게 된다.In this case, the
따라서, 학습부(140)는 판정부(120)를 통해서 현재의 임계값을 초과하여 결함 발생으로 판단된 센서 신호를 이미지화부(130)에 제공하고, 이미지화부(130)는 해당 센서 신호를 이미지로 변환하여 학습부(140)에 제공하며, 학습부(140)는 학습된 신경망을 통해 결함 발생의 심각도 예측 정보와 더불어 환경 노이즈 유사도 예측 정보를 더 산출하고, 심각도 예측 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 나아가, 심각도 예측 정보가 기준 이하이고 환경 노이즈 유사도 예측 정보가 기준 이상인 경우 판정부(120)의 임계값을 상향 조정하고, 심각도 예측 정보가 기준 이상이고 환경 노이즈 유사도 예측 정보가 기준 이하인 경우 판정부(120)의 임계값을 유지하거나 하향 조정할 수 있다. 물론, 이러한 임계값 보정 방법은 다양할 수 있다.Accordingly, the
이를 통해, 본 발명은 환경 노이즈가 발생하는 다양한 재질로 구성된 구조물에 대해서 결함 탐지를 위해 복수의 센서들을 부착하고 이를 통해 환경 노이즈를 사전에 수집하여 임계값을 생성하며, 구조물의 재질 특성에 맞추어 결함 발생을 센싱하는 복수의 센서를 캘리브레이션하여 최적화 한 후, 임계값을 기준으로 결함 발생을 판정하여 결함 발생으로 판정되는 센서들의 신호를 이미지화하여 신경망으로 분석함으로써 정확한 심각도를 예측하도록 함과 아울러, 심각도 정보에 따라 임계값을 가변하여 거짓 알람을 줄이면서도 정확한 결함 판단과 심각도 분석이 가능하게 된다.Through this, the present invention attaches a plurality of sensors to a structure composed of various materials generating environmental noise to detect defects, collects environmental noise in advance through this, generates a threshold value, and creates a defect according to the material characteristics of the structure. After calibrating and optimizing a plurality of sensors that sense the occurrence, the occurrence of a defect is determined based on a threshold value, and the signal of the sensors determined as the occurrence of a defect is imaged and analyzed with a neural network to accurately predict the severity and severity information By changing the threshold value according to this, it is possible to accurately determine the defect and analyze the severity while reducing false alarms.
본 명세서에 기술된 다양한 장치 및 구성부는 하드웨어 회로(예를 들어, CMOS 기반 로직 회로), 펌웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 다양한 전기적 구조의 형태로 트랜지스터, 로직게이트 및 전자회로를 활용하여 구현될 수 있다.The various devices and components described herein may be implemented by hardware circuitry (eg, CMOS-based logic circuitry), firmware, software, or a combination thereof. For example, it may be implemented using transistors, logic gates, and electronic circuits in the form of various electrical structures.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains may modify and modify the above-described contents without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 구조물 결함 탐지 장치
105: 환경 노이즈 수집부
110: 캘리브레이션부
111: 수집부
120: 판정부
130: 이미지화부
140: 학습부100: structure defect detection device 105: environmental noise collecting unit
110: calibration unit 111: collection unit
120: judgment unit 130: image conversion unit
140: study unit
Claims (6)
상기 구조물에 부착된 복수의 센서별로 평상 상태에서 측정되는 환경 노이즈를 미리 설정된 시간이나 시점에 수집하여 기준 임계값을 산출하는 단계와;
상기 구조물에 부착된 복수의 센서별로 기준 충격량 검출을 위한 캘리브레이션을 수행하는 수행 단계와;
결함발생 대응 음향을 상기 복수의 센서로부터 수신하여 상기 기준 임계값을 보상한 후 상기 구조물에 대한 결함 여부를 판정하는 판정 단계와;
상기 판정 단계의 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 입력되는 결함 발생의 심각도에 대한 심각도 정보를 대응시켜 신경망에 학습시키는 학습 단계와;
상기 학습 단계가 완료된 경우라면 상기 판정 단계의 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 학습된 신경망을 통해 결함 발생의 심각도 예측 정보를 산출하는 심각도 예측 단계와;
상기 심각도 예측 단계의 심각도가 기준 이하인 경우 상기 기준 임계값을 상기 환경 노이즈에 따라 측정된 측정 범위 내에서 가변하는 임계값 보정 단계를 포함하는 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치의 구조물 결함 탐지 방법.
As a structure defect detection method of a structure defect detection device considering a noise environment,
calculating a reference threshold value by collecting environmental noise measured in a normal state by a plurality of sensors attached to the structure at a preset time or time point;
performing calibration for detecting a reference impact amount for each of a plurality of sensors attached to the structure;
a determination step of receiving a defect occurrence response sound from the plurality of sensors, compensating for the reference threshold value, and determining whether the structure is defective;
When a defect occurs as a result of the determination of the determination step, a learning step of mapping the received signals of the plurality of sensors according to the occurrence of a defect with elements constituting an image to form an image, and then matching the input severity information on the severity of the occurrence of the defect to learn the neural network Wow;
If the learning step is completed, when the determination of the determination step results in a defect, the received signals for each sensor according to the occurrence of a defect are mapped with the elements constituting the image and imaged, and then the severity prediction information of the defect occurrence through the learned neural network. a step of predicting the severity of the calculation;
and a threshold value correction step of varying the reference threshold value within a measurement range measured according to the environmental noise when the severity of the severity prediction step is less than or equal to the standard.
상기 학습 단계는 수행 단계 이후 수집된 환경 노이즈에 따른 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화한 후 환경 노이즈로서 신경망에 학습시키는 학습 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치의 구조물 결함 탐지 방법.
The method according to claim 1,
The learning step further comprises a learning step of mapping the received signal for each sensor according to the environmental noise collected after the performing step with the elements constituting the image to image it and then learning it as the environmental noise in the neural network considering the noise environment A method for detecting a structure defect in a structure defect detection device.
상기 심각도 예측 단계는 학습된 신경망을 통해 결함 발생의 심각도 예측 정보와 더불어 환경 노이즈 유사도 예측 정보를 더 산출하고, 상기 임계값 보정 단계는 상기 심각도 예측 정보가 기준 이하이고 환경 노이즈 유사도 예측 정보가 기준 이상인 경우 임계값을 상향 조정하고, 상기 심각도 예측 정보가 기준 이상이고 환경 노이즈 유사도 예측 정보가 기준 이하인 경우 임계값을 유지하거나 하향 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치의 구조물 결함 탐지 방법.
3. The method according to claim 2,
The severity prediction step further calculates environmental noise similarity prediction information together with the severity prediction information of defect occurrence through the learned neural network, and the threshold correction step includes the severity prediction information being less than or equal to the standard and the environmental noise similarity prediction information being equal to or greater than the standard. In case the threshold value is raised, and when the severity prediction information is greater than or equal to the reference level and the environmental noise similarity prediction information is less than or equal to the reference value, the method further comprises the step of maintaining or lowering the threshold value. of structural defects detection method.
상기 수행 단계는 균일한 격자의 테스트 위치들을 상기 결함 탐지 장치와 연결된 출력 장치에 표시하고, 상기 복수의 센서별 배치 위치와 각각 일대일로 대응되는 복수의 테스트 위치를 포함하는 1차 테스트군을 대상으로 기준 충격량 발생에 따른 상기 센서별 측정을 수행하고, 상기 1차 테스트군과 소정의 복수 격자 간격으로 이격된 테스트 위치들인 2차 테스트군에 대한 상기 센서별 측정을 수행한 후 1차 테스트군의 제 1 테스트 위치와 2차 테스트군에 속한 제 2 테스트 위치가 속한 충격 전달 방향 경로 상에서 상기 제 1 테스트 위치와 상기 제 2 테스트 위치 사이의 변위가 미리 설정된 범위 이내인 경우 상기 충격 전달 방향 경로 상에 속하면서 상기 제 1 테스트 위치와 제 2 테스트 위치 사이에 위치하는 하나 이상의 타 테스트 위치별 상기 기준 충격량에 대응되는 센서별 측정값을 제 1 테스트 위치 및 제 2 테스트 위치의 센서별 측정값을 미리 설정된 알고리즘에 따라 자동 보간하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치의 구조물 결함 탐지 방법.
The method according to claim 1,
In the performing step, the test positions of the uniform grid are displayed on the output device connected to the defect detection device, and the first test group including the plurality of test positions corresponding to the arrangement positions of the plurality of sensors one-to-one, respectively. After performing the measurement for each sensor according to the generation of the reference impulse, and performing the measurement for each sensor on the second test group, which is the test locations spaced apart from the first test group by a plurality of grid intervals, the first test group When the displacement between the first test position and the second test position on the shock delivery direction path to which the first test position and the second test position belonging to the second test group belong is within a preset range, while belonging to the shock delivery direction path The measured value for each sensor corresponding to the reference impact amount for one or more other test positions located between the first test position and the second test position is set to a preset algorithm for the measured value for each sensor of the first test position and the second test position. The method of detecting a structure defect in a structure defect detection apparatus considering a noise environment, characterized in that it further comprises the step of automatically interpolating according to the method.
상기 학습 단계는 상기 복수의 센서별로 수신된 수신 신호를 기초로 상기 격자 상 결함 발생 위치를 식별하고, 상기 센서별 수신 신호에 따른 미리 설정된 복수의 서로 다른 특징 변수별 파라미터를 기초로 이미지를 구성하는 요소인 색상 및 도형 중 적어도 하나와 매핑하여 상기 센서별 수신 신호에 대응되는 패턴 정보를 생성하고, 상기 패턴 정보와 사용자 입력에 따른 상기 심각도 정보를 상호 매칭하여 상기 신경망에 학습시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치의 구조물 결함 탐지 방법.
The method according to claim 1,
The learning step identifies the location of the defect on the grid based on the received signals received by the plurality of sensors, and constructs an image based on a plurality of parameters for each different characteristic variable preset according to the received signals for each sensor Generating pattern information corresponding to the received signal for each sensor by mapping with at least one of elements color and figure, and matching the pattern information with the severity information according to a user input to train the neural network to learn A method of detecting a structure defect in a structure defect detecting apparatus in consideration of a noise environment, characterized in that.
상기 구조물에 부착된 복수의 센서별로 기준 충격량 검출을 위한 캘리브레이션을 수행하는 캘리브레이션부와;
결함발생 대응 음향을 상기 복수의 센서로부터 수신하여 상기 기준 임계값을 보상한 후 상기 구조물에 대한 결함 여부를 판정하는 판정부와;
상기 판정부의 판정 결과 결함 발생시 결함 발생에 따른 상기 복수의 센서별 수신 신호를 이미지를 구성하는 요소와 매핑하여 이미지화하는 이미지화부와;
상기 이미지화부에서 제공되는 수신 신호의 이미지와 해당 수신 신호에 대응되는 결함 발생의 심각도에 대한 심각도 정보를 대응시켜 신경망에 학습시키고, 학습이 완료된 경우 이미지화된 센서별 수신 신호를 학습된 신경망으로 분석하여 결함 발생의 심각도 예측 정보를 산출하는 학습부를 포함하는 노이즈 환경을 고려한 구조물 결함 탐지 장치.an environmental noise collecting unit that collects environmental noise measured in a normal state by a plurality of sensors attached to a structure at a preset time or point in time and calculates a reference threshold value;
a calibration unit for performing calibration for detecting a reference impact amount for each of the plurality of sensors attached to the structure;
a determination unit for receiving a defect response sound from the plurality of sensors, compensating for the reference threshold value, and determining whether the structure is defective;
an imaging unit for mapping the received signals of the plurality of sensors according to the occurrence of a defect with elements constituting an image when a defect occurs as a result of the determination of the determination unit to form an image;
By matching the image of the received signal provided from the imaging unit and the severity information on the severity of the occurrence of a defect corresponding to the received signal, the neural network is trained, and when the learning is completed, the imaged received signal for each sensor is analyzed with the learned neural network. A structure defect detection apparatus in consideration of a noise environment including a learning unit for calculating the severity prediction information of the occurrence of a defect.
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