KR20230146868A - 회전기계 고장진단용 스마트센서 - Google Patents

회전기계 고장진단용 스마트센서 Download PDF

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KR20230146868A
KR20230146868A KR1020220045833A KR20220045833A KR20230146868A KR 20230146868 A KR20230146868 A KR 20230146868A KR 1020220045833 A KR1020220045833 A KR 1020220045833A KR 20220045833 A KR20220045833 A KR 20220045833A KR 20230146868 A KR20230146868 A KR 20230146868A
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홍태용
최우진
김기훈
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(주)브이엠에스
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Abstract

본 발명은 일방향으로 회동 가능한 모터(6) 및 상기 모터(6)에 의해 회동하는 메인샤프트(7)가 구비된 회전기계(5)의 일측에 부착되어, 상기 회전기계(5)의 진동값을 측정 및 분석한 후, 상기 회전기계(5)의 상태를 사용자에게 제공되는 사용자 단말기(35)에게 전송하는 것으로, 상기 회전기계(5)의 진동값을 측정하는 가속도 센서(11), 상기 가속도 센서(11)에 의해 측정된 진동 데이터로부터 특정 시간영역 내에서 다수의 진폭을 각각 추출하여, 파워 합산한 총진동(Overall)을 산출하는 진동량 산출부(13), 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동에 따라, 상기 회전기계(5)의 상태를 진단하는 고장 진단부(15) 및 상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10) 및 사용자 단말기(35) 간에 데이터를 송수신하기 위한 통신부(18)를 포함하고, 상기 고장 진단부(15)는 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 사전에 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성하고, 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 상기 제1 기준치 이상, 사전에 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성하고, 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동 상기 제2 기준치 이상인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성하고, 상기 사용자 단말기(35)는 상기 고장 진단부(15)에 의해 생성된 신호에 따라, 회전기계(5)를 정상 상태, 경고 상태, 위험 상태 중에서 하나로 표시하는 것을 특징으로 한다.

Description

회전기계 고장진단용 스마트센서{Smart sensor for diagnosing malfunctions in rotary machine}
본 발명은 회전기계 고장진단용 스마트센서에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 일방향으로 회동 가능한 모터가 장착된 회전기계의 일측에 부착되어, 상기 회전기계의 진동값을 측정 및 분석하여, 상기 회전기계의 상태를 단계별로 판단한 후, 사용자 단말기에 제공하기 위한 회전기계 고장진단용 스마트센서에 관한 것이다.
일반적으로, 회전기계는 모터, 터빈 등을 구비하여, 회전축을 기준으로 회전 운동하는 장치로, 공장 및 운송 수단 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 그러나, 회전기계는 회전 운동 시, 다량의 진동 또는 소음을 발생시켜, 회전기계의 각 구성요소에 진동 스트레스로 인한 피로, 베어링의 수명 단축 등을 유발할 수 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 회전기계의 진동을 사전에 측정 및 분석하여, 회전기계의 고장을 진단할 수 있는 회전기계용 진동 센서가 회전기계에 설치될 수 있다.
그러나, 종래의 회전기계용 진동 센서는 일정한 주기에 따라 회전기계의 진동을 측정하여 전송하므로, 상기 진동 센서는 리튬이온전지와 같은 대용량의 배터리를 필수적으로 구비해야 한다는 문제점이 있었다. 이로 인해, 평상시에는 대기모드가 지속되고, 사용자가 필요시에만 대기모드를 해제하여 사용할 수 있는 회전기계용 진동 센서가 도입되고 있다.
그러나, 종래의 회전기계용 진동 센서에서는 사용자가 NFC(Near Field Communication, 근거리 무선 통신)를 진동 센서에 접촉시켜, 상기 진동 센서의 대기모드를 해제하여, 회전기계의 상태를 모니터링하게 되므로, 상기 진동 센서는 NFC 기능을 내장한 모바일 기기를 반드시 필요로 한다는 문제점이 있었다.
KR 10-1472768 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일방향으로 회동 가능한 모터가 장착된 회전기계의 일측에 부착되어, 상기 회전기계의 진동값을 측정 및 분석하여, 상기 회전기계의 상태를 단계별로 판단한 후, 사용자 단말기에 제공하기 위한 회전기계 고장진단용 스마트센서를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 광원을 수신할 수 있는 광수신부를 구비하여, 상기 광원이 수신된 경우에만 대기모드를 즉시 해제하여, 회전기계의 상태를 진단할 수 있는 회전기계 고장진단용 스마트센서를 제공하는데 있다.
상기와 같은 기술적인 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 일방향으로 회동 가능한 모터(6) 및 상기 모터(6)에 의해 회동하는 메인샤프트(7)가 구비된 회전기계(5)의 일측에 부착되어, 상기 회전기계(5)의 진동값을 측정 및 분석한 후, 상기 회전기계(5)의 상태를 사용자에게 제공되는 사용자 단말기(35)에게 전송하는 것으로, 상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 상기 회전기계(5)의 진동값을 측정하는 가속도 센서(11), 상기 가속도 센서(11)에 의해 측정된 진동 데이터로부터 특정 시간영역 내에서 다수의 진폭을 각각 추출하여, 파워 합산한 총진동(Overall)을 산출하는 진동량 산출부(13), 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동에 따라, 상기 회전기계(5)의 상태를 진단하는 고장 진단부(15) 및 상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10) 및 사용자 단말기(35) 간에 데이터를 송수신하기 위한 통신부(18)를 포함하고, 상기 고장 진단부(15)는 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 사전에 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성하고, 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 상기 제1 기준치 이상, 사전에 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성하고, 상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동 상기 제2 기준치 이상인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성하고, 상기 사용자 단말기(35)는 상기 고장 진단부(15)에 의해 생성된 신호에 따라, 회전기계(5)를 정상 상태, 경고 상태, 위험 상태 중에서 하나로 표시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전기계(5)의 진동값은 상기 회전기계(5)에 장착된 모터(6)의 용량 및 상기 모터(6)의 회전속도별로, 시간에 따라 변화하는 가속도값인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 광원을 수신하여, 광 수신신호를 생성하는 광수신부(20), 상기 광수신부(20)에 의해 생성된 광 수신신호에 따라 대기모드를 즉시 해제하고, 상기 가속도 센서(11), 진동량 산출부(13), 고장 진단부(15) 및 통신부(18)가 각각 작동되도록 제어하는 제어부(21) 및 상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)에 필요한 전력을 공급하는 배터리부(22)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(21)는 상기 광수신부(20)가 광원을 수신한 시점에서 소정의 시간이 경과한 이후, 대기모드를 실행하여 상기 가속도 센서(11), 진동량 산출부(13), 고장 진단부(15) 및 통신부(18)의 작동이 각각 중지되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 상기 메인샤프트(7)의 상면 중심에 설치되어, 상기 모터(6)가 회동 시, 상기 메인샤프트(7)의 상면에 수직인 방향으로 레이저를 연속으로 방출하는 레이저 발생부(25), 상기 레이저 발생부(25)에 대향되게 이격 고정설치되고, 상기 레이저 발생부(25)에 의해 방출된 레이저를 연속으로 수신한 레이저의 수신지점을 시각적으로 다수 표시한 레이저의 궤적을 생성하는 궤적 생성부(26) 및 상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 따라, 상기 회전기계(5)의 상태를 진단하는 궤적 판단부(27)를 더 포함하고, 상기 궤적 판단부(27)는 상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적이 사전에 설정된 제1 궤적 구간 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성하고, 상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제2 궤적 구간 내에 속하고, 상기 레이저의 궤적에 포함되는 모든 레이저의 수신지점이 사전에 설정된 제3 궤적 구간에 속하지 않는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성하고, 상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제3 궤적 구간 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 궤적 구간은 상기 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 사전에 설정된 제1 반경 이하인 구간이고, 상기 제2 궤적 구간은 상기 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 상기 제1 반경 초과, 사전에 설정된 제2 반경 이하인 구간이고, 상기 제2 궤적 구간은 상기 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 상기 제2 반경을 초과하는 구간인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서는 회전기계의 진동값을 측정 및 분석하여, 회전기계의 상태를 단계별로 판단한 후, 사용자 단말기에 제공할 수 있어, 사용자가 회전기계의 상태를 간편하게 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서는 광원의 수신이 가능한 광수신부를 구비하고 있어, 상기 광원이 수신된 경우에만 대기모드를 즉시 해제하여, 회전기계의 상태를 진단할 수 있다. 이를 통해, 스마트센서의 전력 소비량을 획기적으로 절감할 수 있어, 상기 스마트센서의 사용년수가 현저히 증가하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서의 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 회전기계 고장진단용 스마트센서의 구성도이다.
도 3은 제어부가 광수신신호에 따라 대기모드를 해제하는 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 회전기계, 레이저 발생부 및 궤적 생성부의 구성도이다.
도 5는 레이저 발생부, 궤적 생성부 및 궤적 판단부 간의 데이터 흐름도이다.
도 6은 회전기계, 레이저 발생부 및 궤적 형성부의 구성도이다.
도 7은 딥러닝 학습 및 분석에 의해 회전기계의 상태를 판정하는 과정을 설명하기 위한 데이터흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예에 불과한 것으로 이에 의해 본 발명의 권리범위가 축소되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 일방향으로 회동 가능한 모터(6) 및 상기 모터(6)에 의해 회동하는 메인샤프트(7)가 구비된 회전기계(5)의 일측에 부착되어, 상기 회전기계(5)의 진동값을 측정 및 분석한 후, 상기 회전기계(5)의 상태를 사용자에게 제공되는 사용자 단말기(35)에게 전송한다.
도 1은 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서의 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 회전기계 고장진단용 스마트센서의 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 가속도 센서(11), 데이터 수집부(12), 진동량 산출부(13), 저장부(14), 고장 진단부(15), 램프부(16), 디스플레이부(17) 및 통신부(18)를 포함하여 구성된다.
먼저, 가속도 센서(11)는 모터(6)의 회전에 따라 진동하는 회전기계(5)의 진동값을 측정한다. 여기서, 회전기계(5)의 진동값은 회전기계(5)에 장착된 모터(6)의 용량(KW) 및 상기 모터(6)의 회전속도별로 시간에 따라 변화하는 가속도값(m/sec2)을 의미한다.
그리고, 데이터 수집부(12)는 가속도 센서(11)에 의해 측정된 진동 데이터를 수집한다.
그리고, 진동량 산출부(13)는 가속도 센서(11)에 의해 측정된 진동 데이터로부터 특정 시간영역 내에서 다수의 진폭을 각각 추출하여, 파워 합산한 총진동(Overall)을 산출한다.
예를 들어, 특정 시간영역 내에서 추출된 n개의 진폭이 각각 A_1, A_2, A_3,…A_n 인 경우, 총진동은 (수학식 1) Overall=(A_1)^2+(A_2)^2+(A_3)^2+…+(A_n)^2^0.5/1.5^0.5에 의해 산출된다.
그리고, 저장부(14)에는 회전기계(5)의 유형 및 회전속도별로 회전기계(5)에 대해 총진동의 판정 기준이 되는 제1 기준치 및 제2 기준치가 각각 저장되어 있다. 이때, 제2 기준치는 제1 기준치보다 크게 설정된다.
그리고, 고장 진단부(15)는 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동에 따라, 회전기계(5)의 상태를 진단한다.
그리고, 램프부(16)는 고장 진단부(15)에 진단된 회전기계(5)의 상태에 따라, 가변된 색상으로 점등된다.
그리고, 디스플레이부(17)는 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동을 숫자로 표시한다.
구체적으로, 고장 진단부(15)는 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 사전에 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성한다.
그리고, 고장 진단부(15)는 상기 정상 신호에 따라, 램프부(16)가 녹색으로 점등되도록 제어한다.
또한, 고장 진단부(15)는 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 제1 기준치 이상, 사전에 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성한다.
그리고, 고장 진단부(15)는 상기 경고 신호에 따라, 램프부(16)가 적색으로 1회 점멸되도록 제어한다.
또한, 고장 진단부(15)는 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 제2 기준치 이상인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성한다.
그리고, 고장 진단부(15)는 상기 위험 신호에 따라, 램프부(16)가 적색으로 2회 점멸되도록 제어한다.
그리고, 통신부(18)는 상기 스마트센서 및 사용자 단말기(35) 간에 데이터를 송수신하는 역할을 한다. 구체적으로, 통신부(18)는 고장 진단부(15)에 의해 생성된 신호를 사용자 단말기(35)로 전송한다. 이때, 통신부(18)는 근거리 무선 통신인 블루투스 모듈의 형태로 구현되는 것이 바람직하다.
그리고, 사용자 단말기(35)는 사용자에게 제공되어, 고장 진단부(15)에 의해 생성된 신호에 따라, 해당 회전기계(5)를 정상 상태, 경고 상태, 위험 상태 중에서 하나로 표시한다. 사용자는 사용자 단말기(35)에 표시된 회전기계(5)의 상태 정보를 통해, 해당 회전기계(5)의 고장 여부를 즉각적으로 파악하여, 필요한 조치를 취할 수 있다.
도 3은 제어부가 광수신신호에 따라 대기모드를 해제하는 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 한편, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 광수신부(20), 제어부(21) 및 배터리부(22)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 광수신부(20)는 손전등에 의해 생성된 광원을 수신하여, 광 수신신호를 생성한다. 상기 손전등은 사용자에게 제공되어, 상기 사용자에 의해 수동으로 조작되어, 광원을 외부로 투사한다.
그리고, 제어부(21)는 광수신부(20)에 의해 생성된 광 수신신호에 따라 대기모드를 즉시 해제하고, 가속도 센서(11), 데이터 수집부(12), 진동량 산출부(13), 고장 진단부(15) 및 통신부(18)가 각각 작동되도록 제어한다.
그리고, 배터리부(22)는 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)에 필요한 전력을 공급한다. 구체적으로, 배터리부(22)는 가속도 센서(11), 데이터 수집부(12), 진동량 산출부(13), 고장 진단부(15), 광수신부(20) 및 제어부(21)에 각각 필요한 전력을 공급한다.
한편, 제어부(21)는 광수신부(20)가 광원을 수신한 시점에서 소정의 시간이 경과한 이후에는 대기모드를 실행하여 가속도 센서(11), 데이터 수집부(12), 진동량 산출부(13), 고장 진단부(15) 및 통신부(18)의 작동이 각각 중지되도록 제어한다.
상기와 같은 과정을 통해, 사용자는 회전기계(5)의 점검이 필요하다고 판단한 경우에만 손전등의 광원을 광수신부(20)에 투사하여 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)를 작동시킴으로써, 회전기계(5)의 고장 여부를 바로 파악할 수 있다. 이를 통해, 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)의 전력 소비량을 절감할 수 있어, 상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)를 장기간 사용할 수 있다는 이점이 있다.
그리고, 고장 진단부(15)는 배터리부(22)의 배터리 잔량이 사전에 설정된 기준 잔량 미만인 경우, 램프부(16)가 청색으로 점등되도록 제어할 수 있다.
도 4는 회전기계(5), 레이저 발생부(25) 및 궤적 생성부(26)의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 모터(6)의 중앙에는 상기 모터(6)에 의해 회전하는 메인샤프트(7)가 구비된다.
도 5는 레이저 발생부(25), 궤적 생성부(26) 및 궤적 판단부(27) 간의 데이터 흐름도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 레이저 발생부(25), 궤적 생성부(26) 및 궤적 판단부(27)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 레이저 발생부(25)는 회전기계(5)에 구비된 모터(6)의 메인샤프트(7)의 상면 중심에 설치되어, 상기 모터(6)가 회동 시, 상기 상면에 수직인 방향으로 레이저를 연속으로 방출한다.
그리고, 궤적 생성부(26)는 레이저 발생부(25)에 대향되게 이격 고정설치되어, 레이저 발생부(25)에 의해 방출된 레이저를 연속으로 수신한 레이저의 수신지점을 시각적으로 다수 표시한 레이저의 궤적을 생성한다.
그리고, 궤적 판단부(27)는 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 따라, 회전기계(5)의 상태를 진단한다.
구체적으로, 궤적 판단부(27)는 레이저의 궤적이 사전에 설정된 제1 궤적 구간 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성한다.
여기서, 제1 궤적 구간은 모터(6)의 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 사전에 설정된 제1 반경 이하인 구간을 의미한다. 이때, 제1 반경은 진동량 산출부(13)로부터 각각 추출된 다수의 진폭으로부터 산출된 RMS(Root mean square)의 1.85배 이상 2.25배 이하로 설정될 수 있다.
그리고, 궤적 판단부(27)는 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제2 궤적 구간 내에 속하고, 상기 레이저의 궤적에 포함되는 모든 레이저의 수신지점이 사전에 설정된 제3 궤적 구간에 속하지 않는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성한다.
여기서, 제2 궤적 구간은 모터(6)의 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점 까지의 거리가 제1 반경 초과, 사전에 설정된 제2 반경 이하인 구간을 의미한다. 이때, 제2 반경은 제1 반경의 1.3배 이상, 1.5배 이하로 설정될 수 있다.
그리고, 궤적 판단부(27)는 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제3 궤적 구간 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성한다.
여기서, 제3 궤적 구간은 모터(6)의 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점 까지의 거리가 제2 반경을 초과하는 구간을 의미한다.
이를 통해, 궤적 판단부(27)는 회전기계(5)에 구비된 모터(6)의 메인샤프트(7)의 상면 중심에서 레이저가 연속으로 방출된 경우, 상기 레이저의 다수의 수신지점을 실시간으로 분석함으로써, 회전기계(5)의 상태를 보다 면밀하게 진단할 수 있다.
도 6은 회전기계(5), 레이저 발생부(25) 및 궤적 형성부(28)의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 궤적 형성부(28)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 궤적 형성부(28)는 레이저 발생부(25)에 이격되게 고정 설치되고, 레이저 발생부(25)에 의해 방출된 레이저를 연속으로 반사하여, 수신한 레이저의 수신지점을 시각적으로 다수 표시한 레이저의 궤적을 생성한다.
궤적 형성부(28)는 반사부(28a) 및 수신부(28b)를 포함하여 구성된다.
먼저, 반사부(28a)는 메인 샤프트(7)의 상부에 상향 경사지게 설치되어, 레이저 발생부(25)에 의해 방출된 레이저를 반사한다. 이때, 반사부(28a)와 수평면 간의 각도는 43°이상 47°미만인 것이 바람직하다.
그리고, 수신부(28b)는 반사부(28a)의 일측에 하향 경사지게 설치되어, 반사부(28a)에 의해 반사된 레이저를 수신한 수신지점을 시각적으로 다수 표시한 레이저의 궤적을 생성한다. 이때, 반사부(28a)와 수신부(28b) 간의 각도는 118° 이상 122° 미만인 것이 바람직하다.
예를 들어, 반사부(28a)와 수평면 간의 각도가 45°이고, 반사부(28a)와 수신부(28b) 간의 각도가 120°인 경우, 반사부(28a)는 중력의 반대 방향으로 방출된 레이저를 수평 방향으로 반사한다. 그리고, 수신부(28a)는 수평 방향으로 반사된 레이저를 수신한다.
이때, 레이저 발생부(25)의 위치가 좌측 또는 우측 방향으로 조금만 이동하는 경우에도, 수신부(28a)의 수신지점은 크게 이동하므로, 상기 수신부(28a)에 의해 생성된 레이저의 궤적은 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적보다 용이하게 식별될 수 있다.
그리고, 궤적 판단부(27)는 수신부(28b)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 따라, 회전기계(5)의 상태를 진단한다.
구체적으로, 궤적 판단부(27)는 수신부(28b)에 의해 생성된 레이저의 궤적이 사전에 설정된 제1 궤적 영역 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성한다.
여기서, 제1 궤적 영역은 수신부(28b)의 일면에 형성된 사전에 설정된 기준지점으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 사전에 설정된 제1 세팅거리 이하인 영역을 의미한다.
그리고, 궤적 판단부(27)는 수신부(28b)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제2 궤적 영역 내에 속하고, 상기 레이저의 궤적에 포함되는 모든 레이저의 수신지점이 사전에 설정된 제3 궤적 영역에 속하지 않는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성한다.
여기서, 제2 궤적 영역은 수신부(28b)의 일면에 형성된 기준지점으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 사전에 설정된 제1 세팅거리 초과, 사전에 설정된 제2 세팅거리 이하인 구간을 의미한다.
그리고, 궤적 판단부(27)는 수신부(28b)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제3 궤적 영역 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성한다.
여기서, 제3 궤적 영역은 수신부(28b)의 일면에 형성된 기준지점으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 제2 세팅거리를 초과하는 구간을 의미한다.
이를 통해, 궤적 판단부(27)는 회전기계(5)에 구비된 모터(6)의 메인샤프트(7)의 상면 중심에서 레이저가 연속으로 방출된 경우, 상기 레이저의 다수의 수신지점을 실시간으로 분석함으로써, 회전기계(5)의 상태를 보다 면밀하게 진단할 수 있다.
도 7은 딥러닝 학습 및 분석에 의해 회전기계의 상태를 판정하는 과정을 설명하기 위한 데이터흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 데이터 전처리부(30), 데이터셋 생성부(31), 딥러닝 학습부(32) 및 딥러닝 분석부(33)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 데이터 전처리부(30)는 회전기계(5)의 유형별로 다수의 진동 데이터를 전처리한다. 구체적으로, 데이터 처리부는 표준 정규화(Standardization), 최대-최소 정규화(Max-min normalization) 방법 등을 이용하여 회전기계(5)의 유형별로 다수의 진동 데이터 중에서 변동 폭이 큰 진동 데이터를 정규화 처리한다.
그리고, 데이터셋 생성부(31)는 데이터 전처리부(30)에 의해 전처리된 다수의 진동데이터를 포함하는 데이터셋을 생성한다.
그리고, 딥러닝 학습부(32)는 데이터셋 생성부(31)에 의해 생성된 데이터셋을 이용하여 학습모델을 학습시킴으로써, 가중치 파일을 생성한다.
그리고, 딥러닝 분석부(33)는 상기 학습모델 및 가중치 파일을 이용하여, 신규 진동데이터를 분석하여, 상기 신규 진동데이터에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태, 경고 상태, 위험 상태 중에서 하나로 판정한다.
본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 회전기계(5)의 진동값을 측정 및 분석하여, 회전기계(5)의 상태를 단계별로 판단한 후, 사용자 단말기(35)에 제공할 수 있어, 사용자가 회전기계(5)의 상태를 간편하게 확인할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의한 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는 광원의 수신이 가능한 광수신부(20)를 구비하고 있어, 상기 광원이 수신된 경우에만 대기모드를 즉시 해제하여, 회전기계(5)의 상태를 진단할 수 있다. 이를 통해, 스마트센서의 전력 소비량을 획기적으로 절감할 수 있어, 상기 스마트센서의 사용년수가 현저히 증가하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명은 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)를 제공하고자 하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시예는 단지 하나의 실시예에 불과하고, 본 발명의 진정한 권리 범위는 특허 청구범위를 기준으로 하되, 다양하게 존재할 수 있는 균등한 실시예에도 미친다 할 것이다.
5: 회전기계 6: 모터
7: 메인샤프트 10: 회전기계 고장진단용 스마트센서
11: 가속도 센서 12: 데이터 수집부
13: 진동량 산출부 14: 저장부
15: 고장 진단부 16: 램프부
17: 디스플레이부 18: 통신부
20: 광수신부 21: 제어부
22: 배터리부 25: 레이저 발생부
26: 궤적 생성부 27: 궤적 판단부
28a: 궤적 형성부 28b: 반사부
28c: 수신부 30: 데이터 전처리부
31: 데이터셋 생성부 32: 딥러닝 학습부
33: 딥러닝 분석부 35: 사용자 단말기

Claims (6)

  1. 일방향으로 회동 가능한 모터(6) 및 상기 모터(6)에 의해 회동하는 메인샤프트(7)가 구비된 회전기계(5)의 일측에 부착되어, 상기 회전기계(5)의 진동값을 측정 및 분석한 후, 상기 회전기계(5)의 상태를 사용자에게 제공되는 사용자 단말기(35)에게 전송하는 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)에 있어서,
    상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는
    상기 회전기계(5)의 진동값을 측정하는 가속도 센서(11);
    상기 가속도 센서(11)에 의해 측정된 진동 데이터로부터 특정 시간영역 내에서 다수의 진폭을 각각 추출하여, 파워 합산한 총진동(Overall)을 산출하는 진동량 산출부(13);
    상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동에 따라, 상기 회전기계(5)의 상태를 진단하는 고장 진단부(15); 및
    상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10) 및 사용자 단말기(35) 간에 데이터를 송수신하기 위한 통신부(18);를 포함하고,
    상기 고장 진단부(15)는
    상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 사전에 설정된 제1 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성하고,
    상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동이 상기 제1 기준치 이상, 사전에 설정된 제2 기준치 미만인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성하고,
    상기 진동량 산출부(13)에 의해 산출된 총진동 상기 제2 기준치 이상인 경우, 상기 총진동에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성하고,
    상기 사용자 단말기(35)는
    상기 고장 진단부(15)에 의해 생성된 신호에 따라, 회전기계(5)를 정상 상태, 경고 상태, 위험 상태 중에서 하나로 표시하는 것을 특징으로 하는 회전기계 고장진단용 스마트센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전기계(5)의 진동값은
    상기 회전기계(5)에 장착된 모터(6)의 용량 및 상기 모터(6)의 회전속도별로, 시간에 따라 변화하는 가속도값인 것을 특징으로 하는 회전기계 고장진단용 스마트센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는
    광원을 수신하여, 광 수신신호를 생성하는 광수신부(20);
    상기 광수신부(20)에 의해 생성된 광 수신신호에 따라 대기모드를 즉시 해제하고, 상기 가속도 센서(11), 진동량 산출부(13), 고장 진단부(15) 및 통신부(18)가 각각 작동되도록 제어하는 제어부(21); 및
    상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)에 필요한 전력을 공급하는 배터리부(22);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전기계 고장진단용 스마트센서.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부(21)는
    상기 광수신부(20)가 광원을 수신한 시점에서 소정의 시간이 경과한 이후, 대기모드를 실행하여 상기 가속도 센서(11), 진동량 산출부(13), 고장 진단부(15) 및 통신부(18)의 작동이 각각 중지되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 회전기계 고장진단용 스마트센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전기계 고장진단용 스마트센서(10)는
    상기 메인샤프트(7)의 상면 중심에 설치되어, 상기 모터(6)가 회동 시, 상기 메인샤프트(7)의 상면에 수직인 방향으로 레이저를 연속으로 방출하는 레이저 발생부(25);
    상기 레이저 발생부(25)에 대향되게 이격 고정설치되어, 상기 레이저 발생부(25)에 의해 방출된 레이저를 연속으로 수신한 레이저의 수신지점을 시각적으로 다수 표시한 레이저의 궤적을 생성하는 궤적 생성부(26); 및
    상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 따라, 상기 회전기계(5)의 상태를 진단하는 궤적 판단부(27);를 더 포함하고,
    상기 궤적 판단부(27)는
    상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적이 사전에 설정된 제1 궤적 구간 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 정상 상태로 판정하여, 정상 신호를 생성하고,
    상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제2 궤적 구간 내에 속하고, 상기 레이저의 궤적에 포함되는 모든 레이저의 수신지점이 사전에 설정된 제3 궤적 구간에 속하지 않는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 경고 상태로 판정하여, 경고 신호를 생성하고,
    상기 궤적 생성부(26)에 의해 생성된 레이저의 궤적에 포함되는 레이저의 수신지점 중에서 적어도 1개 이상이 사전에 설정된 제3 궤적 구간 내에 속하는 경우, 상기 레이저의 궤적에 해당하는 회전기계(5)를 위험 상태로 판정하여, 위험 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 회전기계 고장진단용 스마트센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 궤적 구간은
    상기 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 사전에 설정된 제1 반경 이하인 구간이고,
    상기 제2 궤적 구간은
    상기 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 상기 제1 반경 초과, 사전에 설정된 제2 반경 이하인 구간이고,
    상기 제2 궤적 구간은
    상기 메인샤프트(7)의 상면 중심으로부터 레이저의 수신지점까지의 거리가 상기 제2 반경을 초과하는 구간인 것을 특징으로 하는 회전기계 고장진단용 스마트센서.
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