KR20240040174A - 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템 및 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템은, 발전 설비에 대한 조직 복제 촬영을 위한 카메라의 촬영 위치를 유지시키는 촬영 지원 기구; 영상 촬영을 위한 카메라 모듈; 사용자로부터의 입력을 접수하는 사용자 인터페이스; 상기 카메라 모듈의 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치를 제어하는 Z축 촬영 위치 제어 장치; 상기 촬영 대상 지점을 조사하는 조명; 상기 카메라 모듈이 촬영한 이미지를 소정 개수의 영역들로 분할하고, 각 분할된 영역들에 따라 다른 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 이미지 구성부; 및 결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 결함 판정부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 발전 설비를 구성하는 보일러 튜브나 터빈 로터 등에 대한 건전성 평가를 위한 경량형 이미지 취득 시스템에 관한 것이다.
보일러는 고압의 물을 연료의 연소열을 이용하여 가열하여 고온고압의 증기로 변환 후 증기터빈에 공급하는 설비로서 증기터빈은 고온고압의 증기를 회전력으로 변환하여 발전기를 통해 전력을 생산한다. 보일러는 운전 특성상 밀폐된 압력용기로 되어 있고 고온, 고압의 환경에서 동작하는 설비이기에 사용 연료와 사용재료 및 환경에 따라 보일러 내부의 튜브 손상이 발생한다.
이러한 튜브 손상의 주요인은 재질 열화, 부식, 마모 등이 있으며 손상을 판단하기 위해 육안 점검 혹은 비파괴방식을 활용하고 있다. 그러나 비파괴 검사의 경우 손상의 발생 여부만 판단할 수 있으며 열화의 진행에 대한 정보를 제공할 수 없기 때문에 조직 복제 방식을 이용하여 설비의 건전성을 판단하고 있으며, 조직 복제를 통한 검사는 발전소 현장의 튜브 외면에 특수 필름을 부착하여 조직 복제를 시행하고 복제된 이미지의 후처리 및 평가는 실험실에서 수행된다.
도 1a 및 1b는 보일러 튜브 및 터빈 검사영역을 표현한 사진 및 사시도이다.
터빈 운전 특성에 따른 HP/IP 터빈 입구 열화가 발생된다. 증기터빈은 보일러로부터 전달받은 과열증기를 이용하여 블레이드에서 운동에너지로 전환, 발전기를 회전시켜 전기를 생산하는 발전설비이다. 터빈 또한 고온, 고압의 환경에서 동작하는 설비이기에 열화 관련 손상이 발생한다. 조직 복제 방식의 경우 도 1b에 도시한 바와 같이 HP/IP 터빈의 그루브를 검사위치로 하여 건전성 판단을 진행하고 있다.
상술한 기존 조직복제 방식의 문제점을 기술한다.
발전소 현장의 보일러 튜브, 터빈 로터의 건전성을 판단하기 위하여 조직 복제 방식을 주로 사용하고 있다. 조직 복제 방식(레플리카 분석)은 설비의 표면에 연마와 에칭 등의 과정을 거치고 그 이후에 플라스틱 필름에 금속조직 표본의 표면(topography)을 기록하는 것을 말한다. 이렇게 취득된 필름을 고가의 현미경(광학/전자주사)을 통하여 전문가가 육안으로 설비의 건전성을 평가하게 된다. 이러한 조직 복제 방식은 크게 세 가지의 문제점을 가지고 있다.
먼저, 건전성 판단에 장시간이 소요된다.
발전소 예방정비 동안 현장에서 문제가 발생하였을 때, 올바른 판정을 하지 못한다면 결함이 있는 상태로 정비를 마치게 되고 이후 설비들이 기동 된다. 이는 발전소 보일러의 고장 정지 등의 큰 사고를 유발하며 동시에 큰 손실이 발생한다. 위와 같은 현상을 방지하기 위해 현장에서 전문가가 짧은 시간 안에 설비의 결함 유무 판정을 진행한다. 하지만 전체적인 소요 시간은 현장에서의 조직 복제 이미지 취득 및 평가에서부터 보고서 작성까지 대략 5주의 시간이 소요된다.
다음으로, 육안 판단으로 인한 인적 실수 발생 가능성이 존재한다.
열화도 판정은 실험적으로 확보한 이미지와 조직 복제 방식으로 취득된 필름 이미지를 비교하여 평가하게 되는데 이때 고배율의 현미경을 사용하기 때문에 작업자의 피로와 높은 업무 강도로 인적 실수가 발생할 수 있는 상황이다.
마지막으로, 고가의 비용이 발생한다.
조직 복제 방식의 경우 발전소 정비 기간은 약 1억 원이 소요되지만 고장 정지시(500MW급 석탄 화력 보일러 기준) 발생하는 손실 비용이 매우 크기 때문에 주요 설비들에서는 조직 복제 방식을 사용하고 있다.
앞서 기술한 조직 복제 방식의 문제점을 해결하기 위해 보일러 튜브 건전성 평가를 위한 이동형 이미지 취득 장치(출원번호 : 10-2021-0143063)등 개선된 조직복제 방식이 개발되었다.
상기 장치를 사용하여 보일러 튜브(과열기, 재열기)의 조직 이미지를 취득해보니 비교적 빠르게 이미지를 취득할 수 있었으나, 이 경우에도 아래와 같은 문제점이 있었다.
첫째로, 측정 위치가 제한된다.
상기 장치는 보일러 튜브(과열기,재열기) 대상으로 하여 이미지 취득하기 위한 장치기에 조직 복제방식을 사용하는 터빈과 같은 설비에는 적용할 수 없다. 보일러 튜브의 경우에는 원통형이기에 클램핑을 활용하여 부착을 할 수 있지만, 터빈 로터 그루브의 경우에는 클램핑을 활용할 수 없기 때문에 터빈에서는 이미지 취득이 불가능하다. 또한 보일러 튜브의 외경이 같더라도 번들별, 열별 거리가 다르기 때문에 모든 개소의 이미지를 측정하는 데 어려움이 있다. 고정부를 크기에 맞게 제작하는 것은 어려움이 없으나 이는 추가적인 비용이 발생하며 후 기술할 중량 또한 늘어나게 되는 단점을 가지게 된다.
둘째로, 관련 장비들의 중량이 상당하다.
노 내 들어가 작업하기에 중량이 무거워 이동에 불편함이 있다. 펜트하우스(보일러 최상층)에서 이미지 측정하는 것은 가능하지만, 조직 복제 방식을 사용하는 보일러의 다른 위치(노 내)에는 들고 들어가기 무겁기에 안전에 있어 많은 주의를 필요로 한다.
세째로, 이미지 취득이 난해하다.
장치를 튜브에 부착 후 초기 초점거리를 확정하는 데 있어 많은 시간이 소모되며, 더 고배율의 이미지를 취득하기 위해 광학 4배율 이상의 렌즈를 부착하는 경우 레이져 센서만으로는 초점 거리를 유지하는 것이 어렵다.
본 발명은 보일러 튜브나 증기터빈 로터 등에서 고배율의 이미지를 실시간으로 촬영하고 결함판정을 수행할 수 있는 발전설비용 경량형 이미지 취득 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템은, 발전 설비에 대한 조직 복제 촬영을 위한 카메라의 촬영 위치를 유지시키는 촬영 지원 기구; 영상 촬영을 위한 카메라 모듈; 사용자로부터의 입력을 접수하는 사용자 인터페이스; 상기 카메라 모듈의 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치를 제어하는 Z축 촬영 위치 제어 장치; 상기 촬영 대상 지점을 조사하는 조명; 상기 카메라 모듈이 촬영한 이미지를 소정 개수의 영역들로 분할하고, 각 분할된 영역들에 따라 다른 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 이미지 구성부; 및 결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 결함 판정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 사용자 인터페이스는, 사용자로부터 촬영 대상의 재질 정보 또는 곡면 형상 정보를 입력받을 수 있다.
여기서, 상기 Z축 촬영 위치 제어 장치는, 상기 이미지 구성부의 지시에 따라 상기 카메라 모듈의 상기 Z축상에서의 위치를 조정하는 리니어 구동 모터; 및 상기 이미지 구성부의 지시에 따라 상기 카메라 모듈의 초점 렌즈 위치를 조정하는 초점 조정부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 촬영 지원 기구는, 내부에 상기 카메라를 실장하는 케이스; 상기 케이스를 촬영 영역을 따라 이동시키다가 고정하기 위한 클램핑부; 및 사용자가 상기 케이스를 이동시키기 위해 파지하는 손잡이를 포함할 수 있다.
여기서, 초기 촬영 이미지를 분할하는 개수를 결정하는 작업 및 각 분할된 영역들에 따라 다른 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 작업에 대한 기계 학습을 수행하는 이미지 구성 학습부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 실제 결함 사진들로부터 솔루션을 찾아가도록 이미지로부터 발전 설비에 대한 결함 여부 판정에 대한 기계학습을 수행하는 결함 판정 학습부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법은, 발전 설비에 대한 조직 복제 촬영을 위한 카메라의 장착 상태 및 통신 상태를 확인하는 단계; 촬영 대상에 대하여 초기 촬영을 수행하는 단계; 상기 초기 촬영 이미지를 소정 개수의 영역들로 분할하는 단계; 각 분할된 영역들에 대하여 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치 및 조명을 각각 조정하여 촬영을 수행하는 단계; 각 분할된 영역들에 대하여 조정된 촬영으로 취득된 이미지들을 결합하는 단계; 및 결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 카메라의 장착 상태 및 통신 상태를 확인하는 단계에서는, 상기 카메라에서 촬영한 동영상이나 연속 영상에서 카메라의 움직임 여부를 확인하거나, 내장된 자이로/가속도 센서로 카메라 움직임 여부를 확인하는 방식으로 상기 장착 상태를 확인할 수 있다.
여기서, 상기 촬영 대상의 재질 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 소정 개수의 영역들로 분할하는 단계에서는, 상기 촬영 대상의 재질에 따라 분할 영역의 개수를 결정하며, 상기 결함 여부를 판정하는 단계에서는, 상기 촬영 대상의 재질에 따라 결함 여부 분석에 사용할 알고리즘을 결정할 수 있다.
여기서, 상기 촬영 대상의 곡면 형상 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고, 상기 소정 개수의 영역들로 분할하는 단계에서는, 상기 촬영 대상의 곡률 정보에 따라 분할 영역의 개수를 결정하며, 상기 결함 여부를 판정하는 단계에서는, 상기 촬영 대상의 곡면 형상 정보에 따라 결함 여부 분석에 사용할 알고리즘을 결정할 수 있다.
여기서, 상기 조정하여 촬영을 수행하는 단계에서 각 분할된 영역들에 대하여 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치를 조정하는 것은, 카메라 모듈 자체를 Z축상에서 위치 변경하는 것 뿐만 아니라, 카메라 모듈의 초점을 변경하는 것을 포함할 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 발전설비용 경량형 이미지 취득 시스템을 실시하면, 보일러 튜브뿐만 아니라 증기터빈 로터에서 기존 대비 고배율의 이미지를 실시간으로 촬영하고 결함판정을 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 발전설비용 경량형 이미지 취득 시스템은, 발전소 정비의 효율적, 비용 절감에 기여하며, 장치를 경량화하는 이점이 있다.
본 발명의 발전설비용 경량형 이미지 취득 시스템은, 석탄화력 발전소의 경우 보일러 튜브, 증기터빈 로터 뿐만 아니라 발전소 내 배관에도 적용이 가능하며, 복합화력발전소의 보일러 튜브, 증기/가스 터빈에도 적용이 가능하는 등 적용 분야가 넓은 이점이 있다.
도 1a 및 1b는 보일러 튜브 및 터빈 검사영역을 표현한 사진 및 사시도.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 3a 내지 3d는 도 1의 도시한 경량형 이미지 취득 시스템의 구체적인 시스템 구성 개요 및 측정 장치 개념을 도시한 개념도들.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 5는 도 4의 흐름도상의 결함 판정 방법 중, 분할된 영역에 대하여 이미지를 촬영하여 취득하는 과정을 구체적으로 도시한 흐름도.
도 6a는 최초 촬영에서 취득된 촬영 이미지를 8분할하는 모습을 도시한 사진.
도 6b는 고배율 카메라 사용 시 양끝이 blur되는 현상을 나타낸 화면.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 3a 내지 3d는 도 1의 도시한 경량형 이미지 취득 시스템의 구체적인 시스템 구성 개요 및 측정 장치 개념을 도시한 개념도들.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 5는 도 4의 흐름도상의 결함 판정 방법 중, 분할된 영역에 대하여 이미지를 촬영하여 취득하는 과정을 구체적으로 도시한 흐름도.
도 6a는 최초 촬영에서 취득된 촬영 이미지를 8분할하는 모습을 도시한 사진.
도 6b는 고배율 카메라 사용 시 양끝이 blur되는 현상을 나타낸 화면.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 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.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 사상에 따른 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도시한 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템은, 발전 설비에 대한 조직 복제 촬영을 위한 카메라의 촬영 위치를 유지시키는 촬영 지원 기구; 영상 촬영을 위한 카메라 모듈(120); 사용자로부터의 입력을 접수하는 사용자 인터페이스(130); 상기 카메라 모듈(120)의 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치를 제어하는 Z축 촬영 위치 제어 장치(140); 상기 촬영 대상 지점을 조사하는 조명(150); 상기 카메라 모듈(120)이 촬영한 이미지를 소정 개수의 영역들로 분할하고, 각 분할된 영역들에 적합한 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 이미지 구성부(260); 및 결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 결함 판정부(280)를 포함할 수 있다.
상기 카메라 모듈(120)과 함께 촬영 대상에 밀착되는 구성 요소들을 '카메라'라고 통칭하며, 상기 촬영 지원 기구는 오프라인 작업을 수행하는 작업자가 수동으로 상기 카메라를 상기 발전 설비를 따라 이동시키면서 촬영 대상에 대하여 고정시키는 수동식 고정기구이며, 자동화된 기능적 블록들을 중심으로 표현한 도 2에서는 생략되었다.
상기 사용자 인터페이스(130)는, 상기 경량형 이미지 취득 시스템의 카메라를 발전 설비의 촬영 대상에 위치시키는 오프라인 작업을 수행하는 작업자로서 사용자를 위한 입/출력 수단이다. 상기 사용자 인터페이스는 상기 사용자로부터 촬영 대상의 재질 정보 및/또는 곡면 형상 정보를 입력받을 수 있다.
상기 재질 정보는 재질 마다 결함 판정의 기준이 달라지는 것을 반영하기 위한 것으로, 사용자가 직접적으로 상기 촬영 대상의 재질을 입력하거나, 상기 촬영 대상의 발전소에서의 위치 및 품번을 입력받아, 내부/외부의 설비 DB에서 해당 위치 및 품번에 해당하는 재질 정보를 검색하는 방식으로 획득할 수 있다.
상기 곡면 형상 정보는, 상기 이미지 구성부가 각 분할된 영역들에 적합한 상기 Z축상에서의 위치 및 조명을 결정하는데 도움을 주는 정보로서, 예컨대, 양/음의 X, Y 축상의 곡률값이나, 파이프 외경값이 될 수 있다.
상기 Z축 촬영 위치 제어 장치(140)는, 상기 카메라 모듈이 촬영하는 대상의 촬영면의 Z축상의 위치를 조정하기 위한 것이다. 본 발명의 사상에 따른 조직 복제 촬영의 경우 초근접으로 고배율로 수행되므로, 상기 Z축상의 위치를 조정하는 것은, 카메라 모듈 자체를 Z축상에서 위치 변경하는 것 뿐만 아니라, 카메라 모듈의 초점을 변경하는 것도 포함된다.
이러한 관점에서, 상기 Z축 촬영 위치 제어 장치는, 상기 이미지 구성부의 지시에 따라 상기 카메라 모듈의 상기 Z축상에서의 위치를 조정하는 리니어 구동 모터; 및 상기 이미지 구성부의 지시에 따라 상기 카메라 모듈(120)의 초점 렌즈(126) 위치를 조정하는 초점 조정부를 포함할 수 있다. 상기 리니어 구동 모터는 상기 카메라 모듈의 물리적인 위치를 Z축으로 슬라이딩 이동시키는 Z stage의 일부로서 하드웨어적인 구성요소가 될 수 있으며, 상기 초점 조정부는 상기 카메라 모듈에 초점 조정을 요청하는 소프트웨어적인 구성요소가 될 수 있다.
상기 이미지 구성부(260)가 초기 촬영 이미지를 분할하는 개수를 결정하는 작업과, 각 분할된 영역들에 적합한 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 작업은, 최종적인 결함 판정의 품질을 상당부분 좌우하지만, 명확한 솔루션을 찾기가 쉽지 않다.
따라서, 상기 이미지 구성부(260)가 수행하는 작업들을 고정된 알고리즘으로 수행할 수도 있지만, 기계 학습을 적용하여, 실제 결함 사진들로부터 적합한 솔루션을 찾아가도록 구현할 수도 있다. 후자를 위해, 초기 촬영 이미지를 분할하는 개수를 결정하는 작업과, 각 분할된 영역들에 적합한 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 작업에 대한 기계 학습을 수행하는 이미지 구성 학습부(360)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 학습이 완료된 알고리즘은 상기 이미지 구성부에 1회적으로 또는 주기적으로 반영될 수 있다.
마찬가지로, 상기 결함 판정부(280)가 결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 작업도, 명확한 솔루션을 찾기가 쉽지 않다.
따라서, 상기 결함 판정부가 수행하는 작업을 고정된 알고리즘으로 수행할 수도 있지만, 기계 학습을 적용하여, 실제 결함 사진들로부터 적합한 솔루션을 찾아가도록 구현할 수도 있다. 후자를 위해, 대상 이미지로부터 발전 설비에 대한 결함 여부(정도) 판정에 대한 학습을 수행하는 결함 판정 학습부(380)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 학습이 완료된 알고리즘은 상기 결함 판정부에 1회적으로 또는 주기적으로 반영될 수 있다. 여기서, 대상 이미지는 결합된 이미지가 되거나, 단일 이미지가 될 수 있다.
도시한 경량형 이미지 취득 시스템은, 기존보다 높은 배율의 렌즈를 사용하여 더 좋은 품질의 고배율 이미지를 취득할 수 있다. 카메라가 촬영하고 있는 이미지를 여러 개의 영역으로 나누고, 영역별로 이동하면서 초점거리 제어 알고리즘을 통해 확정된 초점거리의 위치에서 이미지를 취득하고 병합하여 넓은 범위의 이미지를 고배율로 취득할 수 있다.
도시한 경량형 이미지 취득 시스템은, 보일러 튜브(과열기/재열기)와 고/중압 터빈 로터의 열화도를 판단하기 위해 기존 조직 복제 방식에서 현장에서 신속하게 설비의 표면을 촬영 및 열화도 판단을 할 수 있도록 이동형 머신 비전 카메라를 활용한 기법을 적용한다. 이를 통해 정확한 열화도 판단뿐만 아니라 촬영 대상 설비의 위치정보를 일괄 기록관리할 수 있다.
도 3a 내지 3d는 도 1의 도시한 경량형 이미지 취득 시스템의 구체적인 시스템 구성 개요 및 측정 장치 개념을 도시한다.
도 3a 내지 3d에 도시한 경량형 이미지 취득 시스템은, 보일러 튜브(과열기/재열기)와 고/중압 터빈 로터 그루브의 열화도를 판단하기 위한 시스템이다. 보일러 튜브(과열기/재열기)는 외경 40파이~70파이까지 이루어져 있고 비자성으로 구성되어 있다. 그리고 고/중압 터빈 로터의 경우 자성체이며, 도시한 바와 같이 곡면으로 되어 있는 곳을 검사하게 되기에 도 3a 내지 3d과 같이 설계하여 이를 적합한 수단을 반영할 수 있다.
도 3a에 도시한 경우 상기 촬영 지원 기구는, 내부에 상기 카메라를 실장하는 케이스(10); 상기 케이스(10)를 촬영 영역을 따라 이동시키다가 고정하기 위한 클램핑부(20); 및 사용자가 상기 케이스를 이동시키기 위해 파지하는 손잡이(40)를 포함한다.
도시한 경량형 이미지 취득 시스템은, 이미지 취득 대상 설비를 확장할 수 있다. 제안한 경량형 이미지 취득 시스템은, 보일러 튜브뿐만 아니라 증기터빈에도 적용이 가능하고, 경량화 및 클램핑부 변경(20-1)을 통해 다양한 환경(외경 및 열별 거리)의 보일러 튜브에서도 폭넓게 활용이 가능하다.
현장 활용을 위한 경량화 및 비용 절감의 관점에서 살펴보면, 제안한 경량형 이미지 취득 시스템은 레이저 등의 추가적인 센서를 부착하지 않고 1축(Z) 제어를 통해 초점거리를 제어하고, 이동방식이 3축(X, R, Z)에서 1축(Z)으로 변경됨에 따라 경량화 및 비용 절감이 가능하다.
도 3a의 경우, 상기 촬영 지원 기구와 상기 카메라로 구성되는 부착용 구성은 카메라 모듈의 촬영만을 수행하고, 다른 데이터 처리 및 제어를 수행하기 위한 제어 단말기(200)와, 데이터 처리 서버(300)를 별도로 구비하고 있다.
이 경우, 카메라와 제어 단말기(200)와, 데이터 처리 서버(300) 각각 데이터 통신을 수행하기 위한 무선 통신 모듈들을 각각 구비하며, 도 2의 이미지 구성부(260) 및 결함 판정부(280), 사용자 인터페이스(130)는 상기 제어 단말기(200)에 구현되며, 도 2의 이미지 구성 학습부(360) 및 결함 판정 학습부(380)는 상기 데이터 처리 서버(300)에 구현될 수 있다.
도 4는 본 발명의 사상에 따른 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.
도시한 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법은, 조직 복제 촬영을 위한 카메라의 장착 상태 및 통신 상태를 확인하는 단계(S100); 초기(Z축상 위치) 촬영을 수행하는 단계(S220); 상기 초기 촬영 이미지를 소정 개수의 영역들로 분할하는 단계(S240); 각 분할된 영역들에 대하여 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치 및 조명을 각각 조정하여 촬영을 수행하는 단계(S260); 각 분할된 영역들에 대하여 조정된 촬영으로 취득된 이미지들을 결합하는 단계(S280); 및 결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 단계(S280)를 포함할 수 있다.
상기 S100 단계에서는, 상기 카메라에서 촬영한 동영상이나 연속 영상에서 카메라의 움직임 여부를 확인하거나, 내장된 자이로/가속도 센서로 카메라 움직임 여부를 확인하는 방식으로 상기 장착 상태를 확인할 수 있다.
상기 S100 단계에서는, 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템을 구성하는 카메라 및 각종 시스템들(도 3a의 경우, 카메라와 제어 단말기(200)와, 데이터 처리 서버(300))간의 통신의 초기화를 시도하는 방식으로, 상기 통신 상태를 확인할 수 있다.
상기 S220 단계에서의 초기 촬영시 적용할 초점 거리는 고정된 초기값을 적용하거나, 사용자의 카메라 조작에 따라 인가된 초점 거리를 그대로 적용하거나, 촬영 대상의 명칭이나 품목에 따라 결정되는 초기값을 적용할 수 있다.
상기 S240 단계에서는, 다양한 방식으로 분할 개수를 결정할 수 있다. 예컨대, 촬영 대상의 명칭이나 품목에 따라 분할 개수를 결정하거나, 초기 촬영된 이미지에서 초점이 맞지 않는 부분의 면적 비율에 따라 분할 개수를 결정할 수 있다.
상기 S260 단계는 동일한 촬영 대상에 대하여 일종의 재촬영을 수행하는 것인데, 상기 S240 단계에서 분할된 개수만큼의 회수로 재촬영을 수행할 수도 있지만, 2개 이상의 분할된 영역들의 상기 Z축상에서의 위치 및 조명의 최적값들이 동일 범위에 속한 경우, 하나의 재촬영 이미지에서 해당 2개 이상의 분할된 영역들의 이미지를 획득할 수 있다. 또한, 상기 S220 단계에서의 초기 촬영 이미지의 경우와 상기 Z축상에서의 위치 및 조명의 최적값들이 동일 범위에 속하는 분할 영역들의 경우, 상기 초기 촬영 이미지에서 해당 분할된 영역들의 이미지를 획득할 수 있다.
상기 S300 단계에서는 공지된 다양한 이미지를 이용한 결함 검출 알고리즘들 중 선택된 것을 적용하여 촬영 대상의 결함 여부를 판정할 수 있다. 이 경우, 결합된 이미지를 하나의 이미지로서 알고리즘에 반영(입력)할 수 있다.
구현에 따라, 상기 촬영 대상의 재질 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고, 이 경우, 상기 S240 단계에서는, 상기 촬영 대상의 재질에 따라 분할 영역의 개수를 결정할 수 있으며, 상기 S300 단계에서는, 상기 촬영 대상의 재질에 따라 결함 여부(정도) 분석에 사용할 알고리즘을 결정할 수 있다. 상기 재질 정보를 획득하는 단계는 앞서 상술한 사용자 인터페이스의 해당 정보의 입력 동작으로 구현될 수 있다.
구현에 따라, 상기 촬영 대상의 곡면 형상 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고, 이 경우, 상기 S240 단계에서는, 상기 촬영 대상의 곡률 정보, 예컨대, 양/음의 X, Y 축상의 곡률값이나, 파이프 외경값에 따라 분할 영역의 개수를 결정할 수 있으며, 상기 S300 단계에서는, 상기 촬영 대상의 곡면 형상 정보에 따라 결함 여부(정도) 분석에 사용할 알고리즘을 결정할 수 있다. 상기 곡면 형상 정보를 획득하는 단계는 앞서 상술한 사용자 인터페이스의 해당 정보의 입력 동작으로 구현될 수 있다.
상기 S260 단계에서 각 분할된 영역들에 대하여 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치를 조정하는 것은, 앞서 설명한 바와 같이, 카메라 모듈 자체를 Z축상에서 위치 변경하는 것 뿐만 아니라, 카메라 모듈의 초점을 변경하는 것도 포함될 수 있다.
도 5는 도 4의 흐름도상의 결함 판정 방법 중, 분할된 영역에 대하여 이미지를 촬영하여 취득하는 과정을 구체적으로 도시한 흐름도이다.
도 6a는 최초 촬영에서 취득된 촬영 이미지를 8분할하는 모습을 도시한 사진이고, 도 6b는 고배율 카메라 사용 시 양끝이 blur되는 현상을 나타낸 화면이다.
도시한 구체적인 예시로서 동작 원리를 설명하겠다. 조직 복제를 위한 설비(보일러 튜브 및 터빈 로터 그루브)의 표면을 연마/에칭 등 전처리 작업을 진행한다(미도시). 전처리 작업 후 장치를 전처리가 된 검사영역에 부착하고, 부착 상태 및 통신 상태를 확인한다(S100).
보일러 튜브(과열기/재열기)의 경우 inlet, outlet, stub에서 외경, 번들/열 별 거리가 상이하기 때문에 장치 부착 시 검사영역에서 초기 위치를 지정한다(S220).
초기 위치 지정(S220)과 조명을 켠 후, 최초 촬영으로서 촬영되고 있는 이미지의 영역을 8개로 분리한다.(예를 들어 1200X1600 pixel의 해상도일 경우, 도 6a와 같이 8개 구역으로 나눌 수 있다.) 이 구역의 수는 유저가 선택할 수 있도록 한다. 이미지 영역을 나눈 이유는 고배율 렌즈를 사용할 경우, 도 6b와 같이 이미지 촬영 시 촬영된 이미지의 초점이 일부 맞지 않는 현상이 발생하기 때문이다.
다음은 영역으로 분할된 이미지를 초점 맞춰서 촬영, 고해상도화 하는 작업을 진행한다(S260). 이미지 영역을 상기 언급한 바와 같이 8개로 나눴을 경우, 1번 이미지부터 8번 이미지까지다음과 같은 절차를 따르게 된다(S261 ~ S267). 초점거리 이동은 Z축 stage를 사용하여 카메라의 위치를 조정 및/또는 카메라 모듈의 초점 렌즈를 이용하는 방식으로 수행될 수 있다.
구현에 따라, 초점을 맞춰주기 위해 사전에 학습시켜 둔 모델을 활용할 수 있다. 예컨대, 학습은 기준 초점거리로부터 10㎛ 단위로 측정된 이미지와 이에 매칭되는 Z축 거리, 그리고 초점값을 이용한다. 인공지능을 통해 학습한 모델을 운영시스템(노트북)에 탑재하고 장치가 이미지 영역촬영 시 그 영역에서 최대한 초점을 맞출 수 있도록 Z stage의 값을 변경하게 된다. 초점을 맞춰 준 후 촬영된 이미지를 고해상화(S268)한 후 저장한다(S278, S280).
이미지 고해상화(S268) 이후 이미지를 병합하고(S280), 병합된 이미지나 분할된(crop) 이미지(1~8번 이미지)로 열화도를 평가한다(S300). 병합 후 담당자에게 열화도 정보를 제공할 수 있다. 도 5의 예시에서는 분할된(crop) 이미지로 열화 정도를 평가하거나, 분할된 이미지를 결합한 이미지로 열화 정도를 평가할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
120 : 카메라 모듈
126 : 초점 렌즈
130 : 사용자 인터페이스
140 : Z축 촬영 위치 제어 장치
150 : 조명
260 : 이미지 구성부
280 : 결함 판정부
360 : 이미지 구성 학습부
380 : 결함 판정 학습부
126 : 초점 렌즈
130 : 사용자 인터페이스
140 : Z축 촬영 위치 제어 장치
150 : 조명
260 : 이미지 구성부
280 : 결함 판정부
360 : 이미지 구성 학습부
380 : 결함 판정 학습부
Claims (11)
- 발전 설비에 대한 조직 복제 촬영을 위한 카메라의 촬영 위치를 유지시키는 촬영 지원 기구;
영상 촬영을 위한 카메라 모듈;
사용자로부터의 입력을 접수하는 사용자 인터페이스;
상기 카메라 모듈의 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치를 제어하는 Z축 촬영 위치 제어 장치;
상기 촬영 대상 지점을 조사하는 조명;
상기 카메라 모듈이 촬영한 이미지를 소정 개수의 영역들로 분할하고, 각 분할된 영역들에 따라 다른 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 이미지 구성부; 및
결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 결함 판정부
를 포함하는 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 사용자 인터페이스는,
사용자로부터 촬영 대상의 재질 정보 또는 곡면 형상 정보를 입력받는 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 Z축 촬영 위치 제어 장치는,
상기 이미지 구성부의 지시에 따라 상기 카메라 모듈의 상기 Z축상에서의 위치를 조정하는 리니어 구동 모터; 및
상기 이미지 구성부의 지시에 따라 상기 카메라 모듈의 초점 렌즈 위치를 조정하는 초점 조정부
를 포함하는 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 촬영 지원 기구는,
내부에 상기 카메라를 실장하는 케이스;
상기 케이스를 촬영 영역을 따라 이동시키다가 고정하기 위한 클램핑부; 및
사용자가 상기 케이스를 이동시키기 위해 파지하는 손잡이
를 포함하는 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템.
- 제1항에 있어서,
초기 촬영 이미지를 분할하는 개수를 결정하는 작업 및 각 분할된 영역들에 따라 다른 상기 Z축상에서의 위치 및 조명으로 촬영된 이미지들을 결합하는 작업에 대한 기계 학습을 수행하는 이미지 구성 학습부
를 더 포함하는 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템.
- 제1항에 있어서,
실제 결함 사진들로부터 솔루션을 찾아가도록 이미지로부터 발전 설비에 대한 결함 여부 판정에 대한 기계학습을 수행하는 결함 판정 학습부
를 더 포함하는 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템.
- 발전 설비에 대한 조직 복제 촬영을 위한 카메라의 장착 상태 및 통신 상태를 확인하는 단계;
촬영 대상에 대하여 초기 촬영을 수행하는 단계;
상기 초기 촬영 이미지를 소정 개수의 영역들로 분할하는 단계;
각 분할된 영역들에 대하여 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치 및 조명을 각각 조정하여 촬영을 수행하는 단계;
각 분할된 영역들에 대하여 조정된 촬영으로 취득된 이미지들을 결합하는 단계; 및
결합된 이미지로부터 상기 발전 설비에 대한 결함 여부를 판정하는 단계
를 포함하는 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 카메라의 장착 상태 및 통신 상태를 확인하는 단계에서는,
상기 카메라에서 촬영한 동영상이나 연속 영상에서 카메라의 움직임 여부를 확인하거나, 내장된 자이로/가속도 센서로 카메라 움직임 여부를 확인하는 방식으로 상기 장착 상태를 확인하는 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 촬영 대상의 재질 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고,
상기 소정 개수의 영역들로 분할하는 단계에서는,
상기 촬영 대상의 재질에 따라 분할 영역의 개수를 결정하며,
상기 결함 여부를 판정하는 단계에서는,
상기 촬영 대상의 재질에 따라 결함 여부 분석에 사용할 알고리즘을 결정하는 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 촬영 대상의 곡면 형상 정보를 획득하는 단계를 더 포함하고,
상기 소정 개수의 영역들로 분할하는 단계에서는,
상기 촬영 대상의 곡률 정보에 따라 분할 영역의 개수를 결정하며,
상기 결함 여부를 판정하는 단계에서는,
상기 촬영 대상의 곡면 형상 정보에 따라 결함 여부 분석에 사용할 알고리즘을 결정하는 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 조정하여 촬영을 수행하는 단계에서 각 분할된 영역들에 대하여 촬영 대상 지점의 Z축상에서의 위치를 조정하는 것은,
카메라 모듈 자체를 Z축상에서 위치 변경하는 것 뿐만 아니라, 카메라 모듈의 초점을 변경하는 것을 포함하는 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220118632A KR20240040174A (ko) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 발전 설비용 경량형 이미지 취득 시스템 및 발전 설비용 경량형 이미지를 이용한 결함 판정 방법 |
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| KR20240040174A true KR20240040174A (ko) | 2024-03-28 |
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|---|---|---|---|---|
| KR102255265B1 (ko) | 2013-07-09 | 2021-05-21 | 지멘스 에너지, 인코포레이티드 | 터빈 엔진들에서 사용하기에 적절한 광섬유 기반 이미지 포착을 위한 시스템 및 방법 |
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|---|---|---|---|---|
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