KR20230164817A - 산업설비 불량검사용 진단기기 및 진단시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업설비 불량검사용 진단시스템을 제안한다. 본 발명은 손잡이와 몸체 프레임으로 이루어진 진단기기 및 상태 판정기기를 포함한다. 진단기기는, 상기 몸체 프레임의 전방에 구비된 열화상 카메라 및 실화상 카메라, 상기 몸체 프레임의 하측에 구비된 초음파 포집부, 상기 초음파 포집부의 후방에 구비된 포집 브라켓, 상기 포집 브라켓 내에 장착되어 대상 설비에서 발생하는 초음파 및 외부 노이즈를 센싱하는 제1 초음파 센서, 그리고 상기 몸체 프레임의 좌우 측면에 장착되어 외부 노이즈를 센싱하는 제2, 제3 초음파 센서 등의 구성을 포함한다. 또 상태 판정기기는, 상기 진단기기가 전달한 상기 제1 내지 제3 초음파 센서가 센싱한 데이터, 상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라가 촬영한 데이터를 모두 이용하여 대상 설비의 불량여부를 판정하도록 구성된다. 이에 따라 각종 산업설비의 상태를 빠르고 정확하게 진단 및 판정할 수 있는 이점이 있다.

Description

산업설비 불량검사용 진단기기 및 진단시스템{Diagnostic system for industrial equipment defect inspection}

본 발명은 건 타입의 진단기기를 이용하여 초음파, 열화상 및 실화상 데이터를 기반으로 하여 각종 산업설비의 상태를 빠르고 정확하게 진단 및 판정할 수 있도록 한 산업설비 불량검사용 진단기기 및 진단시스템에 관한 것이다.

각종 전력설비나 배관설비의 불량 및 이상유무를 진단하는 방법은 진단 대상에 따라 초음파나 열화상 카메라, 적외선 기술을 적절하게 선택하여 적용하고 있다. 예컨대, 고압 전력설비의 코로나 방전 등 전기적인 결함을 검출하는 데는 초음파 진단기기가 가장 효과적이라 할 수 있다. 또 전기적 결함으로 인한 방전 현상과 고압의 가스 또는 압축공기 등 배관설비의 미세균열에서 누설이 발생할 시에도 특정 대역의 초음파가 발생하기 때문에, 설비의 초기 결함단계 진단이나 가스 누설진단에는 초음파를 주로 이용한다. 또 설비 불량이 심해지면 열이 발생하기 때문에, 말기 결함 단계에서는 열화상 카메라를 이용한 진단이 효과적이다.

그러나 진단대상에 따라 대응하는 진단기기를 선택, 활용하는 것은 대규모 설비의 유지 보수 측면에서 시간, 인력, 관리 비용 등의 증가로 인해 비효율적일 수 있다.

특히 산업현장에서 진단 전문가가 부족한 현실에서 선행문헌 1(대한민국등록특허 10-2025698호)과 같이 규격화된 단일기술의 장비에만 의존하고 있는 작업환경은 산업설비의 불량 검사는 물론 불량 발생시 이의 대응조치를 즉각적으로 수행하지 못하는 문제를 초래하고 있다는 점에서 진단기기를 포함한 불량검사 방안의 개선이 필요하다.

대한민국등록특허 10-2025698호(2019. 09. 20)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 단일 기능이 채용된 진단기기에서 벗어나 둘 이상의 진단 기술이 접목되어 예지적 유지보수관리(Prediction Management)를 통한 고효율, 저비용 관리가 가능하도록 한 산업설비 불량검사용 진단기기 및 진단시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 산업설비 불량검사용 진단시스템은, 손잡이와 몸체 프레임으로 이루어진 진단기기 및 상기 진단기기를 통해 획득한 정보를 분석하여 대상 설비의 불량여부를 판단할 수 있는 상태 판정기기를 포함하고, 상기 진단기기는, 상기 몸체 프레임의 전방에 구비된 열화상 카메라 및 실화상 카메라; 상기 몸체 프레임의 하측에 구비된 초음파 포집부; 상기 초음파 포집부의 후방에 구비된 포집 브라켓; 상기 포집 브라켓 내에 장착되어 대상 설비에서 발생하는 초음파 및 외부 노이즈를 센싱하는 제1 초음파 센서; 및 상기 몸체 프레임의 좌우 측면에 장착되어 외부 노이즈를 센싱하는 제2, 제3 초음파 센서를 포함하며, 상기 상태 판정기기는, 상기 진단기기가 전달한 상기 제1 내지 제3 초음파 센서의 센싱 데이터, 상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라의 촬영 데이터를 모두 이용하여 대상 설비의 불량여부를 단계별로 구분하여 판정하는 것을 특징으로 한다.

상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라를 중앙에 두고 서로 떨어져서 배치된 복수 개의 레이저 포인트를 더 포함한다.

상기 몸체 프레임의 상부에 조립 가능한 센서 모듈을 더 포함하며, 상기 센서 모듈은, 외부 노이즈를 센싱하는 초음파 센서 또는 초음파 발진기 중 하나일 수 있고, 상기 초음파 발진기는, 다른 진단기기의 정상 동작여부를 판단하도록 사용된다.

상기 진단기기는, 상기 제1 내지 제3 초음파 센서가 센싱한 데이터에서 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 및 노이즈 제거된 측정음에서 청취음을 가공, 분리하는 측정음 처리부를 포함하고, 상기 노이즈 제거된 측정음은 분석 데이터로 활용하도록 저장되고, 상기 청취음은 현장에서 작업자가 대상 설비의 불량여부를 우선적으로 판단하도록 제공된다.

상기 진단기기는, 상기 청취음을 이용한 불량여부 검사 시, 불량으로 판정하는 초음파 신호를 녹음하는 녹음 기능용 버튼, 상기 상태 판정기기의 메뉴 조작을 위한 조작버튼을 더 구비한다.

상기 상태 판정기기는, 초음파 센서의 측정음 데이터, 상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라의 촬영 데이터를 각각 분석하는 제1 내지 제3 분석 알고리즘; 그리고 상기 제1 내지 제3 분석 알고리즘의 최종 분석값을 이용하여 대상 설비의 불량 여부를 판정하는 판정부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따른 산업설비 불량검사용 진단기기는, 손잡이와 몸체 프레임으로 이루어진 진단기기이고, 상기 진단기기는, 상기 몸체 프레임의 전방에 구비된 열화상 카메라 및 실화상 카메라; 상기 몸체 프레임의 하측에 구비된 초음파 포집부; 상기 초음파 포집부의 후방에 구비된 포집 브라켓; 상기 포집 브라켓 내에 장착되어 대상 설비에서 발생하는 초음파 및 외부 노이즈를 센싱하는 제1 초음파 센서; 상기 몸체 프레임의 좌우 측면에 장착되어 외부 노이즈를 센싱하는 적어도 둘 이상의 제2 초음파 센서들; 상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라를 중앙에 두고 서로 떨어져서 배치된 복수 개의 레이저 포인트; 상기 몸체 프레임의 상부에 조립되어 다른 진단기기의 정상 동작여부를 판단하도록 초음파를 발진하는 초음파 발진기를 포함하며, 상기 진단기기와 이격된 상태 판정기기가 대상 설비의 불량 여부를 판정하도록 초음파 데이터, 열화상 데이터 및 실화상 데이터를 전송하는 것을 특징으로 한다.

상기 진단기기는, 상기 제1 및 제2 초음파 센서가 센싱하여 신호 처리한 측정음을 가공 처리하여 작업자가 들을 수 있는 청취음으로 분리 제공할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 초음파, 열화상 및 실화상 데이터를 이용하여 산업설비의 상태를 진단 판정할 수 있어, 기존보다 산업설비의 불량 여부를 효과적으로 판정할 수 있다.

본 발명에 따르면 복수 개의 초음파 센서를 활용하여 각종 외부 노이즈를 제거하고, 측정음과 청취음을 구분하고 있다. 따라서 불량여부 진단에 노이즈 제거된 측정음을 이용하기 때문에 외부 환경 소음이 심한 곳의 설비 진단 시 더 정확한 진단이 가능하다. 또한 측정음과 구분된 청취음을 현장에서 작업자가 바로 청취하면서 불량 여부를 판정할 수 있어, 산업설비의 불량 발생시 즉각적이고 효과적인 대처가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산업설비 불량검사용 진단 시스템의 전체 사시도면이다.
도 2는 도 1의 진단기기의 외형을 보여준 사시도면이다.
도 3은 본 발명의 진단기기에 적용된 회로 구성도이다.
도 4는 도 3의 노이즈 제거부의 상세 회로 구성도이다.
도 5는 도 3의 측정음 처리부의 상세 회로 구성도이다.
도 6은 도 5의 측정음 처리부의 개략적인 회로 구성도이다.
도 7은 도 1의 상태 판정기기의 외형을 보여준 사시도면이다.
도 8은 상태 판정기기(200)의 알고리즘 구성도이다.
도 9는 본 발명의 산업설비 불량검사용 진단 시스템을 이용한 진단방법을 설명한 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

공간적으로 상대적인 용어인 아래(below, beneath, lower), 위(above, upper) 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관 관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 아래(below, beneath)로 기술된 소자는 다른 소자의 위(above, upper)에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 아래는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 “부” 또는 “부분” 등의 일부분을 나타내는 표현은 해당 구성요소가 특정 기능을 포함할 수 있는 장치, 특정 기능을 포함할 수 있는 소프트웨어, 또는 특정 기능을 포함할 수 있는 장치 및 소프트웨어의 결합을 나타낼 수 있음을 의미하나, 꼭 표현된 기능에 한정된다고 할 수는 없으며, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 모든 전기 신호들은 일 예시로서, 본 발명의 회로에 반전기 등을 추가적으로 구비하는 경우 이하 설명될 모든 전기 신호들의 부호가 반대로 바뀔 수 있음을 유의해야 한다. 따라서, 본 발명의 권리범위는 신호의 방향에 한정되지 않는다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

이하에서는 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산업설비 불량검사용 진단 시스템의 전체 사시도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이 진단 시스템(10)은 진단기기(100)와 상태 판정기기(200)를 포함한다.

진단기기(100)는 초음파 신호를 측정하여 산업설비의 누설 및 전기방전의 발생 위치를 검출하는 기기일 수 있다.

즉 각종 전력설비나 배관설비에서 압축공기, 가스(gas)나 스팀(steam)과 같은 고압 가스의 누설이 발생하면 가청 주파수보다 높은 초음파 신호가 발생하며, 또 전기적 방전현상이 발생하는 경우에도 초음파 신호가 발생한다. 진단기기(100)는 이러한 원인에 의해 발생하는 초음파 신호를 측정하는 기기이다. 특히 미세한 초음파 신호를 약 50m 이상의 원거리에서도 정확하게 검출할 수 있는 아날로그 방식의 진단장비로서, 구체적인 구성은 아래에서 살펴보기로 한다.

상태 판정기기(200)는 진단기기(100)와 연결되고, 진단기기(100)가 전달하는 측정신호(즉 초음파/열화상/실화상)를 분석하여 최종 결과를 계산한 후 산업설비의 상태를 분석하고 판정하는 기기일 수 있다. 상태분석 판정은 3가지 모드로 제공되나, 반드시 이에 한정하지는 않는다. 3가지 모드의 예는, 양호 상태, 유주의 상태, 불량 상태일 수 있고, 사용자는 이러한 상태분석 판정결과를 쉽게 확인할 수 있도록 한다.

3가지 모드의 정보 제공 예는 텍스트, 그래프, 색상 등 다양한 수단을 통해 표시하거나 표현하도록 하여, 사용자가 직관적으로 인지하도록 한다.

도 1에서 진단기기(100)와 상태 판정기기(200)는 연결 커넥터(20)로 상호 연결된 구성을 개시하고 있지만 이에 한정되지는 않는다. 일련의 무선통신 수단을 적용하여 진단기기(100)와 상태 판정기기(200)가 무선으로 신호를 송수신 할 수 있도록 구성하는 것도 본 발명에 적용될 수 있다.

도 2는 도 1의 진단기기의 외형을 보여준 사시도면이다.

도 2를 보면 진단기기(100)는 건(Gun) 타입으로 형성되며 크게 손잡이(101)와 몸체 프레임(102)으로 이루어진다.

손잡이(101)는 사용자(작업자)가 파지하는 부분이다. 손잡이(101)의 제일 하단영역에는 상태 판정기기(200)와 연결 커넥터(20)로 연결하기 위한 연결단자(미 도시)가 구비된다. 그리고 손잡이(101)에는 각종 조작스위치가 구비되는데, 실시 예는 손잡이(101)의 전방에 2 버튼(110a, 110b)과 후방에 조그스틱(jog stick) 타입의 클릭버튼(112)이 구비된다.

상기 2 버튼(110a, 110b)은 후술하는 레이저 포인트의 기능을 온/오프 하기 위한 제1 버튼(110a), 진단기기(100)에 의한 불량 검사 시 불량인 초음파 신호를 녹음하도록 녹음 기능용 제2 버튼(110b)으로 이루어진다. 상기 클릭버튼(112)은 상태 판정기기(200)에 표시되는 각종 메뉴조작을 위한 조작버튼이다.

몸체 프레임(102)은 손잡이(101)의 상단에서 전방으로 소정 길이만큼 연장 형성된다. 몸체 프레임(102)의 전방에는 열화상 카메라(122) 및 실화상 카메라(124)가 설치된다. 열화상 카메라(122) 및 실화상 카메라(124)는 각각 독립적으로 장착되거나, 1개의 모듈로 함께 집적된 형태로 제공될 수 있을 것이다. 그리고 열화상 카메라(122) 및 실화상 카메라(124)를 중앙으로 복수 개(예컨대 3개)의 레이저 포인터(126)가 구비된다. 레이저 포인터(126)는 산업설비에서 진단하거나 불량 검사할 대상 부위의 정확한 위치를 지시하기 위한 역할을 한다.

몸체 프레임(102)의 하부에는 원통형상의 초음파 포집부(130)가 구비된다. 초음파 포집부(130)는 초음파를 효율적으로 포집할 수 있도록 전방은 직경이 크며, 후방으로 갈수록 직경이 작아지는 형상으로 형성된다. 그리고 초음파 포집부(130)의 후방에는 포집 브라켓(132)이 위치하고, 그 포집 브라켓(132)내에 제1 초음파 센서(150, 도 5)가 위치한다. 또 몸체 프레임(102)의 좌우 측면에는 제2 초음파 센서(152a) 및 제3 초음파 센서(152b)가 구비된다. 도 2에는 제2 초음파 센서(152a)만 도시된 상태이다. 제2 초음파 센서(152a) 및 제3 초음파 센서(152b)는 각종 노이즈(noise)를 센싱하는 역할을 한다. 즉 제1 초음파 센서(150)는 노이즈를 포함하여 측정음(즉 산업설비에서 발생하는 초음파)을 센싱하고, 제2 초음파 센서(152a) 및 제3 초음파 센서(152b)는 센싱한 외부 노이즈를 줄이거나 제거하도록 함으로써, 노이즈 캔슬링 구성에 의해 제1 초음파 센서(150)가 실제 측정음만 센싱할 수 있도록 하도록 한다.

본 실시 예는 몸체 프레임(102)의 상부에 제4 초음파 센서(154)를 더 구비할 수 있다. 제4 초음파 센서(154)는 상기 제2 및 제3 초음파 센서(152a, 152b)와 마찬가지로 노이즈를 센싱하는 역할을 한다.

다만 제4 초음파 센서(154)는 몸체 프레임(102)과 결합 및 분리되는 형태의 조립식으로 구성될 수 있고, 노이즈를 센싱하는 제4 초음파 센서(154) 대신 초음파 자동보정 센서를 조립할 수 있다. 초음파 자동보정 센서는 초음파 발진기로서, 다른 진단기기에 초음파를 발진시켜 그 초음파를 포집하는 다른 진단기기가 정상적으로 동작하는 지를 확인할 수 있는 용도로 사용된다. 따라서 산업설비의 불량검사 실시 전에 진단기기(100)가 정상 동작하는 지를 손쉽게 확인할 수 있는 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 진단기기에 적용된 전체 회로 구성도, 도 4는 도 3의 노이즈 제거부의 상세 회로 구성도, 도 5는 도 3의 측정음 처리부의 상세 회로 구성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 진단기기(100)는 초음파 센서들(150, 152, 154), 노이즈 제거부(160), 측정음 처리부(170)의 회로 구성을 포함한다.

초음파 센서들(150, 152, 154)은 앞서 설명한 바와 같이 산업설비에서 발생하는 초음파는 물론 작업현장에서 발생하는 각종 외부 소음 등을 센싱하는 기능을 한다. 그리고 노이즈 제거부(160)는 상기한 외부 소음들을 제거하는 기능을 하고, 측정음 처리부(170)는 소음이 제거된 실제 분석해야 할 측정음만 추출하는 기능을 한다.

도 4a는 본 발명에 적용된 노이즈 제거부의 회로 구성도이다. 도 4a를 보면, 제1 내지 제3 초음파 센서(150, 152a, 152b)를 포함하고, 제1 초음파 센서(150)는 산업설비의 미세균열에서 누설이 발생할 때 특정 대역의 초음파를 센싱하는 센서이고, 제2 내지 제3 초음파 센서(152a, 152b)는 외부 노이즈를 제거하기 위한 초음파 센서이다. 외부 노이즈는 공장 소음이나 각종 곤충의 소음일 수 있다. 여기서 도 2에 도시한 제4 초음파 센서(154)를 더 구성할 수도 있다. 제4 초음파 센서(154)가 추가될 경우 제2 내지 제4 초음파 센서(152a, 152b, 154)가 외부 노이즈 제거용 센서로 동작하게 된다. 여기서 도 2에서 몸체 프레임(102)의 좌우 측면에 제2 및 제3 초음파 센서(152a, 152b)만 구비되는 것으로 설명하고 있지만, 본 발명은 몸체 프레임(102)의 좌우 측면에 각각 2개 이상의 초음파 센서를 구성하는 것도 가능하다.

제1 초음파 센서(150)의 후단에는 로우패스필터(LPF), 가변 전압제어증폭기(VGA)가 순서대로 연결되고, 제2 및 제3 초음파 센서(152a, 152b)의 후단에는 로우패스필터 및 가변 위상 변조기(PMW)가 순서대로 연결된다. 그리고 제1 내지 제3 초음파 센서(150, 152a, 152b)의 신호를 혼합하는 믹서기(mixer) 및 혼합된 측정음에서 노이즈 제거된 측정음을 제공하는 로우패스필터(LPF)를 포함한다. 물론 이러한 회로 구성은 일 실시 예에 불과하고, 동일하거나 유사한 기능을 제공하는 다른 회로로 얼마든지 구성할 수 있을 것이다.

이러한 구성에 따르면, 초음파 포집부(130)를 통해 수집된 측정음은 제1 초음파 센서(150)가 신호 처리하고, 동시에 제1 초음파 센서 내지 제3 초음파 센서(150, 152a, 152b)가 수집한 노이즈 신호들은 로우패스필터 등에 의해 제거되기 때문에, 결론적으로 제1 초음파 센서(150)가 센싱한 측정음만 구분되어 제공된다.

도 4a와 비교될 수 있는 구성으로 도 4b는 노이즈 캔슬링 기능이 미 적용된 구성에서 측정음을 신호 처리하는 구성이다.

도 4b를 보면, 하나의 초음파 센서가 측정음과 노이즈 신호를 함께 센싱하고, 그대로 출력단으로 전달되는 구성이다. 따라서 출력단에서는 노이즈가 혼재된 측정음을 사용할 수밖에 없게 되고, 결과적으로 측정음을 분석하기가 쉽지 않았다.

도 5는 본 발명에 적용된 측정음 처리부의 구성도이다. 도 5를 보면, 본 발명의 측정음 처리부(170)는 듀얼 헤테로다인 방식을 적용하여 측정음의 음질을 극대화하도록 하였다. 즉 제1 초음파 센서(150)가 센싱한 측정음을 저장하는 한편, 작업자가 들을 수 있도록 청취음으로 가공하여 분리하는 구성을 포함하는데, 구체적으로 살펴본다.

측정음 처리부(170)는, 제1 초음파 센서(150)가 센싱한 초음파(즉 측정음)에서 청취음을 분리하는 분리부(172), 분리부(172)에 의해 분리된 측정음의 크기를 측정하는 크기 측정부(174) 및 측정된 측정음을 저장하는 저장부(176)를 포함한다. 저장부(176)에 저장된 측정음 데이터는 상태 판정기기(200)가 상태 판정을 수행할 때 분석 데이터로 제공된다.

그리고 분리부(172)에 의해 분리된 청취음은 소정 신호처리를 통해 가공되어, 현장에서 불량 검사를 실시하는 작업자가 실시간으로 청취하여 산업설비의 불량여부를 우선적으로 판단할 수 있도록 한다.

도 6은 도 5의 측정음 처리부의 개략적인 회로 구성도이다.

이를 보면, 제1 초음파 센서(150)가 센싱한 측정음은 일련의 신호 처리를 통해 분리부(172)에서 측정음과 청취음으로 분리된 후 각각 제공됨을 알 수 있다. 그리고 측정음 처리부(170)는 다수의 로우패스필터/앰프(LPF/A), 전압제어증폭기(VGA), 밴드패스필터/앰프(BPF/A) 등이 연결되어 구성된다. 물론 이러한 회로 구성은 일 실시 예에 불과하고, 동일하거나 유사한 기능을 제공하는 다른 회로로 얼마든지 구성할 수 있을 것이다.

기존의 진단기기에서는 주로 싱글 헤테로다인 방식이 사용되었는데, 이 방식은 초음파 센서가 센싱한 측정음을 저장하면서 작업자가 바로 청취하는 구성이었다. 그래서 측정음과 청취음이 혼재되어 있어 작업자는 현장에서 불량여부를 쉽게 판단하기 어려웠다. 즉 청취음만을 구분해서 청취할 수 없었기 때문에, 불량인 경우에도 작업자가 이를 미처 확인할 수 없었다. 물론 추후 면밀한 분석 과정에서 이를 확인할 수 있지만, 분석결과가 나오기까지 불량상태가 유지될 수 있기 때문에, 산업설비의 정상적인 구동이 어려웠다.

도 7은 도 1의 상태 판정기기의 외형을 보여준 사시도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 상태 판정기기(200)는 본체(201), 본체(201)와 연결된 손잡이(202)를 포함한다. 본체(201)에는 전면에 형성된 디스플레이(203), 그리고 측면에 형성된 각종 단자부(연결 커넥터 단자, USB 포트, 이어잭, 전원연결단자)(204, 205, 206, 207) 및 무선 통신을 위한 구성 등을 포함한다. 전반적으로 상태 판정기기(200)는 현장에서 작업자가 쉽게 휴대하면서 분석 결과를 한눈에 확인할 수 있도록 설계된다.

이러한 상태 판정기기(200)는, 내부에 상태판정 알고리즘(210)이 탑재되는데, 도 8에 도시하였다.

도 8은 상태 판정기기(200)의 알고리즘 구성도이다.

상태판정 알고리즘(210)은 제1 내지 제3 분석 알고리즘(211, 212, 213), 그리고 판정부(214)를 포함하며, 판정부(214)는 제1 내지 제3 분석 알고리즘(220, 230, 240)의 전체 분석결과를 이용하여 불량 여부를 판정하게 된다. 실시 예에서 제1 분석 알고리즘(220)은 초음파 분석 알고리즘, 제2 분석 알고리즘(230)은 열화상 분석 알고리즘, 제3 분석 알고리즘(240)은 실화상 분석 알고리즘일 수 있다.

제1 분석 알고리즘(220)은 작업환경 분석부(221), 초음파/레벨값 분석부(222), 최종 분석값 도출부(223)를 포함한다. 작업환경 분석부(221)는, 측정대상설비와 진단기기와의 거리, 측정대상설비의 전압(고/저)에 따라 가중치를 설정하는 기능을 수행한다.

제2 분석 알고리즘(230)은, 상대온도/절대온도 분석부(231), 실시간 온도 분석부(232), 열점 분석부(233) 및 최종 분석값 도출부(234)를 포함한다.

제3 분석 알고리즘(240)은, 광학 이미지 분석부(241), 실화상+열화상 분석부(242), 최종 분석값 도출부(243)를 포함한다.

판정부(250)는 상기 제1 분석 알고리즘 내지 제3 분석 알고리즘(220, 230, 240)의 각각의 최종 분석값 도출부(223, 234, 243)가 최종적으로 도출한 값을 기초로 하여 측정대상설비의 상태 분석을 판정한다. 본 실시 예에서 판정부(250)에 의한 판정모드는 양호 상태, 요주의 상태, 불량 상태의 3가지 모드로 판정한다.

도 9는 본 발명의 산업설비 불량검사용 진단시스템을 이용한 진단방법을 설명한 흐름도이다.

산업설비의 배관 등의 소정 위치에 미세 균열이 있고, 미세 균열을 통해 누설이 발생한다고 가정한다. 미세 균열을 통해 고압의 누설 현상이 발생하면 가청주파수보다 높은 초음파가 발생하게 된다.

이처럼 불량 검사할 산업설비가 결정되면, 작업자는 진단기기(100)의 초음파 포집부(130)를 그 산업설비의 미세 균열을 향하도록 위치한다(S100). 이때 몸체 프레임(102)의 전방에 위치한 레이저 포인터(126)를 활용하면 미세 균열이 발생한 위치를 정확하게 향하도록 할 수 있다. 그 상태에서 초음파 센서들(150, 152, 154), 열화상 카메라(122) 및 실화상 카메라(124)를 구동한다(S110, S120, S130).

초음파 센서들(150, 152, 154)이 구동하면, 먼저 초음파 포집부(130)는 미세 균열에서 발생하는 초음파를 포집하고, 포집 브라켓(132) 내에 위치한 제1 초음파 센서(150)가 이를 센싱하게 된다. 이때 제1 초음파 센서(150)는 노이즈도 함께 센싱하게 될 것이다. 동시에 몸체 프레임(102)의 측면과 상면에 장착된 제2 내지 제4 초음파 센서(152a, 152b, 154)들도 노이즈를 센싱한다.

제1 내지 제4 초음파 센서(150, 152a, 152b, 154)들이 센싱한 초음파 및 노이즈는 도 3에 도시한 노이즈 제거부(160)의 신호 처리과정에 따라 노이즈만 제거되고(S111), 초음파 신호에 의한 측정음만 추출되게 된다(S112). 나아가 측정음은 측정음 처리부(170)의 분리부(172)에 의해 측정음과 청취음으로 분리된 후(S113), 측정음은 저장부(176)에 저장되고, 청취음은 작업자가 현장에서 청취하게 된다. 이에 우선적으로 청취음을 청취하는 작업자는 산업설비의 불량여부를 1차적으로 판단할 수 있을 것이다(S114). 물론 청취음만 가지고 불량여부를 정확하게 판단하기 어려운 경우도 있지만, 정상적인 초음파 신호와 비정상적인 초음파 신호를 구분할 수 있는 조건이라면, 현장에서도 불량여부를 판단할 수 있는 이점이 있다.

상기 초음파를 포집할 때 진단기기(100)의 열화상 카메라(122) 및 실화상 카메라(124)도 상기한 미세 균열 부위를 촬영하게 된다.

진단기기(100)는 상기 저장부(176)에 저장된 측정음 데이터, 열화상 카메라(122) 및 실화상 카메라(124)가 촬영한 촬영 데이터를 획득한다(S115, S125, S135). 그리고 연결 커넥터(20)를 통해 상태 판정기기(200)로 전송한다(S140). 그러면 상태 판정기기(200)는 제1 내지 제3 분석 알고리즘(220, 230, 240)를 실행하여 전송된 데이터를 분석하고(S150), 분석된 결과를 제공하게 된다.

구체적으로, 상태 판정기기(200)에 제공된 상태판정 알고리즘(210)의 제1 분석 알고리즘(220)는 상기 측정음 데이터를 분석하고, 최종 분석값을 도출한다. 이때 제1 분석 알고리즘(220)는 측정대상인 산업설비와 진단기기와의 거리, 측정대상인 산업설비의 전압(고/저)에 따라 가중치를 다르게 설정하여, 분석값을 정확하게 도출하도록 한다.

또 제2 분석 알고리즘(230)은 열화상 카메라(122)가 촬영한 데이터를 이용하여 상대온도/절대온도를 분석한 후, 실시간 온도, 그리고 열점 분석을 통해 최종 분석값을 도출한다.

또 제3 분석 알고리즘(240)은 실화상 카메라(124)가 촬영한 데이터를 이용하여 광학 이미지 분석, 실화상 및 열화상 분석을 통해 최종 분석값을 도출한다.

제1 내지 제3 분석 알고리즘(220, 230, 240)이 도출한 최종 분석값은 판정부(250)로 전달된다. 그러면 판정부(250)은 상기 각각의 최종 분석값을 기초로 하여 산업설비의 상태를 판정하게 된다(S160). 상태 판정의 예는 미리 설정된 임계값 범위에 따라 양호, 요주의, 불량으로 판정할 수 있다.

이와 같이 본 발명은 초음파, 열화상 및 실화상 데이터를 이용하여 산업설비의 상태를 진단 판정할 수 있어, 단일 기능에 의한 상태 판정보다 더 효과적으로 산업설비의 불량 여부를 판정할 수 있다. 또 복수 개의 초음파 센서를 활용하여 각종 외부 노이즈를 제거하고, 측정음과 청취음을 구분함으로써, 현장에서도 작업자가 불량 여부를 용이하게 판정할 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 진단기기
101: 손잡이
102: 몸체 프레임
122: 열화상 카메라
124: 실화상 카메라
126: 레이저 포인트
130: 초음파 포집부
132: 포집 브라켓
150: 제1 초음파 센서
152a, 152b: 제2 초음파 센서, 제3 초음파 센서
154: 제4 초음파 센서(초음파 발진기)
160: 노이즈 제거부
170: 측정음 처리부
172: 분리부
174: 크기 측정부
176: 저장부
200: 상태 판정기기
201: 본체
202: 손잡이
210: 상태판정 알고리즘
220, 230, 240: 제1 내지 제3 분석 알고리즘
250: 판정부

Claims (8)

1. 손잡이와 몸체 프레임으로 이루어진 진단기기 및 상기 진단기기를 통해 획득한 정보를 분석하여 대상 설비의 불량여부를 판단할 수 있는 상태 판정기기를 포함하고,
   상기 진단기기는,
   상기 몸체 프레임의 전방에 구비된 열화상 카메라 및 실화상 카메라;
   상기 몸체 프레임의 하측에 구비된 초음파 포집부;
   상기 초음파 포집부의 후방에 구비된 포집 브라켓;
   상기 포집 브라켓 내에 장착되어 대상 설비에서 발생하는 초음파 및 외부 노이즈를 센싱하는 제1 초음파 센서; 및
   상기 몸체 프레임의 좌우 측면에 장착되어 외부 노이즈를 센싱하는 제2, 제3 초음파 센서를 포함하며,
   상기 상태 판정기기는,
   상기 진단기기가 전달한 상기 제1 내지 제3 초음파 센서의 센싱 데이터, 상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라의 촬영 데이터를 모두 이용하여 대상 설비의 불량여부를 단계별로 구분하여 판정하는 것을 특징으로 하는, 산업설비 불량검사용 진단시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 진단기기는,
   상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라를 중앙에 두고 서로 떨어져서 배치된 복수 개의 레이저 포인트를 더 포함하는, 산업설비 불량검사용 진단시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 진단기기는,
   상기 몸체 프레임의 상부에 조립 가능한 센서 모듈을 더 포함하며,
   상기 센서 모듈은, 외부 노이즈를 센싱하는 초음파 센서 또는 초음파 발진기 중 하나일 수 있고,
   상기 초음파 발진기는, 다른 진단기기의 정상 동작여부를 판단하도록 사용되는, 산업설비 불량검사용 진단시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 진단기기는,
   상기 제1 내지 제3 초음파 센서가 센싱한 데이터에서 노이즈를 제거하는 노이즈 제거부; 및
   노이즈 제거된 측정음에서 청취음을 가공, 분리하는 측정음 처리부를 포함하고,
   상기 노이즈 제거된 측정음은 분석 데이터로 활용하도록 저장되고, 상기 청취음은 현장에서 작업자가 대상 설비의 불량여부를 우선적으로 판단하도록 제공되는, 산업설비 불량검사용 진단시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 진단기기는,
   상기 청취음을 이용한 불량여부 검사 시, 불량으로 판정하는 초음파 신호를 녹음하는 녹음 기능용 버튼; 및
   상기 상태 판정기기의 메뉴 조작을 위한 조작버튼을 더 구비하는, 산업설비 불량검사용 진단시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 상태 판정기기는,
   초음파 센서의 측정음 데이터, 상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라의 촬영 데이터를 각각 분석하는 제1 내지 제3 분석 알고리즘; 그리고
   상기 제1 내지 제3 분석 알고리즘의 최종 분석값을 이용하여 대상 설비의 불량 여부를 판정하는 판정부를 포함하는, 산업설비 불량검사용 진단시스템.
7. 손잡이와 몸체 프레임으로 이루어진 진단기기이고,
   상기 진단기기는,
   상기 몸체 프레임의 전방에 구비된 열화상 카메라 및 실화상 카메라;
   상기 몸체 프레임의 하측에 구비된 초음파 포집부;
   상기 초음파 포집부의 후방에 구비된 포집 브라켓;
   상기 포집 브라켓 내에 장착되어 대상 설비에서 발생하는 초음파 및 외부 노이즈를 센싱하는 제1 초음파 센서;
   상기 몸체 프레임의 좌우 측면에 장착되어 외부 노이즈를 센싱하는 적어도 둘 이상의 제2 초음파 센서들;
   상기 열화상 카메라 및 실화상 카메라를 중앙에 두고 서로 떨어져서 배치된 복수 개의 레이저 포인트;
   상기 몸체 프레임의 상부에 조립되어 다른 진단기기의 정상 동작여부를 판단하도록 초음파를 발진하는 초음파 발진기를 포함하며,
   상기 진단기기와 이격된 상태 판정기기가 대상 설비의 불량 여부를 판정하도록 초음파 데이터, 열화상 데이터 및 실화상 데이터를 전송하는 것을 특징으로 하는, 산업설비 불량검사용 진단기기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 진단기기는,
   상기 제1 및 제2 초음파 센서가 센싱하여 신호 처리한 측정음을 가공 처리하여 작업자가 들을 수 있는 청취음으로 분리 제공하는, 산업설비 불량검사용 진단기기.

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