KR0148948B1 - 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치 및 그 방법 - Google Patents
동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치 및 그 방법Info
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Abstract
본 발명은 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 부품장착기와 같은 공장자동화장치등에 사용되는 동력전달장치에 있어서, 동력을 전달하는 축과 동력을 전달받는 축과의 이음상태를 진단하여 축이음상태가 불량할 경우에 이를 경보함으로써, 축이음상태의 불량으로 발생되는 심한진동 또는 시스템오동작동을 사전에 방지할 수 있도록 하는 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은 모터의 회전력에 의한 동력을 커플링에 의해 전달받는 사프트에 근접설치된 비접촉변위계(10)와, 제어부(11), 주파수분석장치(12), 경고부를 포함하는 동력전달장치의 축이음불량 진단장치 및 그 방법에 의해서 상기 동력전달장치의 축이음에 대한 회전시의 변위를 검출하고, 상기 검출된 변위값의 정도에 따라서 축이음상태를 판단하고, 이 축이음불량정도에 따라서 구분적으로 작업자 또는 관계자가 적절하게 대처할 수 있도록 불량정도를 알려주도록 되는 것이다.
Description
제1도는 본 발명에 따른 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치의 구성도.
제2도는 본 발명에 의한 축이음불량시 검출될 수 있는 주파수분석 그래프.
제3도는 본 발명에 따른 동력전달장치에서의 축이음불량 진단방법에 대한 플로우챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 샤프트 2 : 커플링
3 : 모터축 4 : 모터
10 : 비접촉변위계 11 : 제어부
12 : 주파수분석장치 13 : 경고부
본 발명은 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 부품장착기와 같은 공장자동화장치등에 사용되는 동력전달장치에 있어서, 동력을 전달하는 축과 동력을 전달받는 축과의 이음상태를 진단하여 축이음상태가 불량할 경우에 이를 경보함으로써, 축이음상태의 불량으로 발생되는 심한진동 또는 시스템오동작등을 사전에 방지할 수 있도록 하는 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동력전달장치(power transmission apparatus)는 모터(MOTOR)를 중심으로 하여 모터의 회전력을 임의의 기계장치에서 동력전달을 받는 축으로 전달하는 장치로, 이 동력전달장치는 부품장착기와 같은 공장자동화장치의 동력전달계통, 차량의 동력전달계통 등과같이 다양한 분야에서 다양한 형태로 사용되고 있음은 주지의 사실이다.
이와같은 동력전달장치는 동력을 전달하는 모터의 회전축과 동력을 전달받는 샤프트축이 커플링에 의해서 결합되어 있는 구조로 되어 있고, 전기력에 의해서 모터가 회전하게 되면 모터의 회전축이 회전하게 되고, 이 모터의 회전력은 커플링에 의해 결합된 샤프트로 전달되는 것이다.
그런데, 동력전달장치에서, 상기 모터축과 샤프트축을 결합시키는 커플링의 축이음상태가 불량하게 되는 경우, 진동 및 소음이 발생하게 될 뿐만 아니라, 심한 경우에는 동력전달장치의 수명단축을 야기시키는 등의 동력전달장치가 치명적인 손상을 받게 되는 문제점이 있었다.
또한, 상기 축이음상태가 불량한 동력전달장치가 어떤 제품을 생산하는 시스템에서 사용되는 경우에는, 그 시스템에서 생산하는 제품의 질이 떨어지고, 불량품 발생율이 상승하게 되는 등과 같은 문제가 발생된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해서 안출한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 부품장착기와 같은 공장자동화장치등에 사용되는 동력전달장치에 있어서, 동력을 전달하는 축과 동력을 전달받는 축과의 이음상태를 진단하여 축이음상태가 불량할 경우에 이를 경보함으로써, 축이음상태의 불량으로 발생되는 심한진동 또는 시스템오동작등을 사전에 방지할 수 있도록 하는 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은 모터의 회전에 의한 동력을 커플링에 의해서 전달받는 샤프트에 비접촉하여 근접되게 설치한 비접촉변위계; 상기 비접촉변위계로부터 출력되는 아날로그형태의 변위신호를 받아서 디지탈형태의 변위신호로 변환하는 A/D 변환부가 내장되어 있으며, 사전에 내장된 프로그램에 따라서 상기 변위신호를 디지탈형태로 변환처리하여 주파수분석장치로 전송하며, 주파수분석장치로부터 전송받은 데이타에 근거하여 축이음불량 정도를 판단하여 경고부를 구동시키도록 된 제어부; 상기 제어부로부터 출력되는 디지탈형태의 변위신호를 고속푸리에변환하여 주파수성분으로 나타내고, 그중 설정된 주파수영역에서 변위크기를 산출하여 그 결과를 제어부로 전송하는 주파수분석장치; 상기 제어부의 제어에 의해서 알람을 울리는 경고부를 구비함을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 축이음불량 진단장치를 운용하는 축이음불량 진단방법은 A/D 변환부 및 주파수분석장치를 초기화시키고, 경계변위를 알리기 위한 임계값인 알람변위값과 상기 알람변위값보다 축이음상태의 불량정도가 더 높은 위험변위를 알리기 위한 임계값인 쓰레스홀드변위값을 설정하는 제1단계; 상기 제1단계후, 비접촉변위계에 검출된 변위신호를 디지탈신호로 변환하고, 상기 변환된 디지탈신호를 고속푸리에변환하여 모터의 회전속도에 해당되는 주파수 1(f1)에 대한 변위값과 축이음불량일 경우에 발생하는 주파수 1의 제2고조파인 주파수 2(f2)에 대한 변위값을 추출하는 제2단계; 상기 제2단계에서 추출된 주파수 1과 주파수 2에 대한 두 변위값을 동시에 제1단계에서 설정된 알람변위값(AL)과 비교하여, 분석된 변위값이 알람변위값(AL)보다 크지않을 경우에는 상기 분석된 변위값을 인쇄출력하는 제3단계; 상기 제3단계에서 분석된 변위값들이 알람변위값(AL)보다 클 경우에는 상기 두 변위값을 동시에 제1단계에서 설정된 쓰레스홀드변위값(TH)과 비교하여, 상기 분석된 변위값이 쓰레스홀드변위값(TH)보다 크지 않을 경우에는 상기 분석된 변위값을 인쇄출력함과 동시에 설정된 단시간동안 알람을 울리도록 제어하는 제4단계; 상기 제4단계에서 분석된 변위값이 쓰레스홀드변위값(TH)보다 클 경우에는 상기 분석된 변위값을 인쇄출력함과 동시에 알람을 설정한 장시간동안 연속적으로 울리도록 제어하는 제5단계; 제3단계 또는 제4단계 또는 제5단계가 완료된 후에, 상기 분석된 변위값들을 저장하고, 제1단계로 되돌아가는 제6단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.
제1도는 본 발명에 따른 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치의 구성도이다.
제1도를 참조하면, 본 발명에 의한 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치는 모터의 회전에 의한 동력을 커플링에 의해서 전달받는 샤프트에 비접촉하여 근접되게 설치한 비접촉변위계(10)와, 상기 비접촉변위계(10)로부터 출력되는 아날로그형태의 변위신호를 받아서 디지탈형태의 변위신호로 변환하는 A/D 변환부가 내장되어 있으며, 사전에 내장된 프로그램에 따라서 상기 변위신호를 디지탈형태로 변환처리하여 주파수분석장치(12)로 전송하며 주파수분석장치(12)로부터 전송받은 데이타에 근거해서 경고부를 구동시키도록 된 제어부(11)와, 상기 제어부(11)로부터 출력되는 디지탈형태의 변위신호를 주파수성분으로 전개한 후, 그 중 설정된 주파수영역의 변위크기를 산출하여 그 결과를 제어부(11)로 전송하는 주파수분석장치(12)와, 상기 제어부(11)의 제어에 의해서 알람을 울리는 경고부(13)로 구성한다.
상기 주파수분석장치(12)는 바람직하게로는 이산푸리에변환을 계산하기 위한 수치적인 알고리즘을 수행하여 시간함수를 주파수성분으로 분석하는 고속푸리에변환장치(FFT)를 사용하며, 상기 경고부(13)는 부저를 사용할 수 있다.
제2도는 본 발명에 의한 축이음불량시의 주파수분석의 일실시예를 보인 그래프이고, 제3도는 본 발명에 따른 동력전달장치에서의 축이음불량 진단방법에 대한 플로우챠트이다.
이하, 본 발명에 따른 작용 및 효과를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.
본 발명은 제1도에 도시된 장치가 제3도에 도시된 동작흐름으로 수행하게 되는데, 이를 하기에 설명한다.
먼저, 제1도를 참조하여 본 발명에 따른 장치의 동작과정을 설명한다.
동력전달장치의 모터(4)가 회전함에 따른 동력은 커플링(2)에 의해서 샤프트(1)로 전달되는데, 상기 샤프트(1)에 근접설치된 비접촉변위계(10)에서는 샤프트(1)가 회전함에 따른 변위를 계속적으로 감지하여 이 감지된 변위신호를 제어부(11)로 전송한다.
상기 제어부(11)는 상기 비접촉변위계(10)로부터 출력되는 아날로그형태의 변위신호를 받아서 디지탈형태의 변위신호로 변환하여 주파수분석장치(12)로 보낸다. 상기 주파수분석장치(12)는 앞서 설명한 바와 같이 고속푸리에변환장치로 이루어져 있어, 상기 제어부(11)로부터 입력되는 디지탈형태의 변위신호를 푸리에변환하여 주파수성분으로 전개하고, 그중 사전에 설정된 주파수영역(f1,f2)에서의 변위크기를 제2도에 도시한 바와 같이 산출하여 제어부(11)로 전송한다. 상기에서 주파수 1(f1)은 모터의 회전수에 따른 주파수이고, 주파수 2(f2)는 축이음불량시 변위신호를 푸리에변환하여 나타나는 제2고조파이다.
즉, 상기 주파수분석장치(12)에서는 변위신호를 푸리에변환하여, 샤프트(1)의 회전에 해당하는 주파수 1에 대한 변위값을 출력하며, 만약에 상기 축이음상태가 불량하여 샤프트가 회전하는 동안에 큰 변위(흔들림)를 가지게 되는 경우에는, 주파수 2에 대한 변위값이 주파수 1에 대한 변위값과 함께 출력된다.
상기 주파수 1(f1)은 상기 모터가 회전함에 의해서 샤프트가 회전하는 회전주파수이고, 상기 주파수 2는 상기 회전주파수의 2배 주파수로, 푸리에변환에 의하여 전개된 제2고조파이다.
주파수분석장치(12)로부터 설정영역의 크기값이 입력되면 상기 제어부(11)는 내장된 프로그램에 따라서 주파수분석장치(12)로부터 전송받은 주파수영역에서 분석된 변위에 해당하는 값을 사전에 2단계로 설정된 임계변위값과 비교하여, 1단계의 임계변위값보다 크면 주위를 환기시킬 수 있도록 짧은 시간동안 경고부(13)를 구동시켜서 알람(또는 부저)을 울리고, 상기 2단계의 임계변위값보다도 클 경우에는 장시간 경고부(13)를 구동시켜서, 동력전달장치가 적용된 시스템에서 오동작할 위험을 알림으로써 사용자 또는 관리자가 이에 대처할 수 있게 한다.
상기 사전에 설정되는 기준 임계변위값은 본 발명에서는 2단계 레벨로 설정되어 비교되는데, 상기 2단계 레벨중에서 1단게는 경계해야 하는 변위값의 임계값이고, 2단계는 작업을 중지해야 하는 변위값의 임계값으로 설정하고 있는데, 이러한 설정은 동력전달장치가 적용되는 시스템의 동작특성을 고려해서 다양하게 변화할 수 있는 것이다.
다음으로, 제3도를 참조하여 본 발명에 의한 동력전달장치에서의 축이음불량 진단방법을 설명한다.
제1단계(31,32)에서는 A/D 변환부 및 주파수분석장치(12)를 초기화시키고, 경계해야 하는 변위임을 판단하기 위한 임계값인 알람(alarm) 변위값(AL)와, 고장이 발생할 수있는 위험한 상태임을 즉, 샤프트가 심하고 흔들리고 있음을 판단하기 위한 임계값인 쓰레스홀드(threshold) 변위값(TH)을 설정한다.
상기 제1단계에서 설정하는 두 기준 변위값은 상기한 바와 같이 2단계 레벨로 설정하며, 상기 2단계 레벨중에서 1단계는 경계해야 하는 변위의 최저값으로, 2단계는 작업을 중지해야 하는 변위의 최저값으로 설정하고 있는데, 이와같이 설정하는 단계는 앞서 설명한 바와 같이 동력전달장치가 적용되는 시스템의 동작특성 및 환경특성을 고려해서 다양하게 변화할 수 있는 것이다.
그 다음, 제2단계(33,34,35)에서는 상기 제1단계(31,32)후, 비접촉변위계(10)로부터 입력되는 아날로그신호를 디지탈신호로 변환하고, 상기 변환된 디지탈신호를 근거로 주파수분석장치(12)에서 고속푸리에변환을 수행하여 모터(4)의 회전속도에 따른 샤프트(1)의 회전속도에 해당되는 주파수 1(f1)에 대한 변위값과 축이음불량일 경우에 발생하는 변위신호의 제2고조파인 주파수 2(f2)에 대한 변위값을 추출한다.
제3단계(36,36a)에서는 상기 제2단계(33,34,35)에서 추출된 주파수 1(f1)과 주파수 2(f2)에 대한 두 변위값을 동시에 제1단게에서 설정된 알람변위값(AL)과 비교하여, 분석추출된 변위값이 알람변위값(AL)보다 크지 않을 경우에는 상기 분석된 변위값을 인쇄출력한다.
제4단계(37,37a,37b)에서는 상기 제3단계(36,36a)에서 분석된 변위값이 알람변위값(AL)보다 클 경우에 상기 두 변위값을 동시에 제1단계(31,32)에서 설정된 쓰레스홀드변위값(TH)과 비교하고, 그 결과 상기 분석된 변위값이 쓰레스홀드변위값(TH)보다 크지 않으면 상기 분석된 변위값을 인쇄출력함과 동시에 설정된 단시간동안 알람 또는 부저음이 울리도록 제어하여 동력전달장치의 축이음상태가 경계할 정도임을 알린다.
제5단계(38,39,40)에서는 상기 제4단계(37,37a,37b)에서 분석된 변위값이 쓰레스홀드변위값(TH)보다 클 경우에 상기 분석된 변위값을 인쇄출력함과 동시에 알람을 설정한 장시간동안 연속적으로 울리도록 제어하여, 작업을 중단할 정도임을 알린다.
이와 같이, 상기 제4단계와 제5단계에서는 상기 추출된 변위값의 정도에 따라서 축이음 상태를 판단하고, 이 축이음불량 정도에 따라서 경보음 출력시간을 달리함으로서 작업자 또는 관계자가 적절하게 대처할 수 있도록 불량정도를 알려주도록 되는 것이다.
그리고, 제6단계(41)에서는 상기, 제3단계(36,36a) 또는 제4단계(37,37a,37b) 또는 제5단계(38,39,40)가 완료된 후에, 그 분석 변위값(즉, f1,f2의 변위값)을 후에 이용할 수 있도록 내부 메모리에 저장하고, 연속적인 축이음불량 진단을 위해 제1단계로 복귀하여 제1단계로부터 본 발명에 따른 동작을 재수행한다.
예를들어, 경계해야 하는 변위의 임계값이 AL로 설정되고, 작업을 중지해야 하는 변위값의 임계값이 TH로 설정되며, 주파수분석장치(12)에서 분석출력되는 주파수 1(f1)과 주파수 2(f2)가 제2도에 도시한 바와 같다고 할 때, 상기한 본 발명에 의한 축이음불량 진단장치 및 방법에 의하면, 주파수 1(f1)과 주파수 2(f2)이 모두 알람경계값(AL)보다는 크고, 주파수 2(f2)가 쓰레스홀드변위값(TH)보다는 크지만 주파수 1(f1)이 크지 않으므로, 경보음이 짧게 울려 축이음상태가 작업을 중단시킬 정도는 아니지만 경계해야 할 비정상 상태임을 알린다.
상술한 바와 같은 본 발명은 부품장착기와 같은 공장자동화장치등에 사용되는 동력전달장치에 있어서, 동력을 전달하는 축과 동력을 전달받는 축과의 이음상태를 진단하여 축이음상태가 불량할 경우에 이를 경보함으로써, 축이음상태의 불량으로 발생되는 심한진동 또는 예상치 못한 시스템오동작등을 사전에 방지할 수 있는 특유의 효과가 있는 것이다.
Claims (2)
- 모터의 회전에 의한 동력을 커플링에 의해서 전달받는 샤프트에 비접촉하여 근접되게 설치한 비접촉변위계(10); 상기 비접촉변위계(10)로부터 출력되는 아날로그형태의 변위신호를 받아서 디지탈형태의 변위신호로 변환하는 A/D 변환부가 내장되어 있으며, 사전에 내장된 프로그램에 따라서 상기 변위신호를 디지탈형태로 변환처리하여 주파수분석장치(12)로 전송하며, 주파수분석장치(12)로부터 전송받은 데이타에 근거하여 축이음불량정도를 판단하여 경고부를 구동시키도록 된 제어부(11); 상기 제어부(11)로부터 출력되는 디지탈형태의 변위신호를 고속푸리에변환하여 주파수성분으로 나타내고, 그중 설정된 주파수영역에서의 변위크기를 산출하여 그 결과를 제어부(11)로 전송하는 주파수분석장치(12); 상기 제어부(11)의 제어에 의해서 알람을 울리는 경고부(13)를 구비함을 특징으로 하는 동력전달장치에서의 축이음불량 진단장치.
- 모터의 회전력에 의한 동력을 커플링에 의해 전달받는 샤프트에 근접설치된 비접촉변위계(10)와, 제어부(11), 주파수분석장치(12), 경고부(13)를 포함하는 동력전달장치의 축이음불량 진단장치를 운용하는 축이음불량 진단방법에 있어서, A/D 변환부 및 주파수분석장치(12)를 초기화시키고, 경계변위를 알리기 위한 임계값인 알람변위값(AL)과 상기 알람변위값(AL)보다 축이음상태의 불량정도가 더 높은 위험변위임을 알리기 위한 임계값인 쓰레스홀드변위값(TH)을 설정하는 제1단계(31,32); 상기 제1단계(31,32)후, 비접촉변위계(10)에 검출된 변위신호를 디지탈신호로 변환하고, 상기 변환된 디지탈신호를 고속푸리에변환하여 모터의 회전속도에 해당하는 주파수 1(f1)에 대한 변위값과 축이음불량일 경우에 발생하는 주파수 1의 제2고조파인 주파수 2(f2)에 대한 변위값을 추출하는 제2단계(33,34,35); 상기 제2단계(33,34,35)에서 추출된 주파수 1과 주파수 2에 대한 두 변위값을 동시에 제1단게에서 설정된 알람변위값(AL)과 비교하여, 분석된 변위값이 알람변위값(AL)보다 크지 않을 경우에는 상기 분석된 변위값을 인쇄출력하는 제3단계(36,36a); 상기 제3단계(36,36a)에서 분석된 변위값들이 알람변위값(AL)보다 클 경우에는 상기 두 변위값을 동시에 제1단계(31,32)에서 설정된 쓰레스홀드변위값(TH)과 비교하여, 상기 분석된 변위값이 쓰레스홀드변위값(TH)보다 크지 않을 경우에는 상기 분석된 변위값을 인쇄출력함과 동시에 설정된 단시간동안 알람을 울리도록 제어하는 제4단계(37,37a,37b); 상기 제4단계(37,37a,37b)에서 분석된 변위값이 쓰레스홀드변위값(TH)보다 클 경우에는 상기 분석된 변위값을 인쇄출력함과 동시에 알람을 설정한 장시간동안 연속적으로 울리도록 제어하는 제5단계(38,39,40); 제3단계(36,36a) 또는 제4단계(37,37a,37b) 또는 5단계(38,39,40)가 완료된 후에, 상기 분석된 변위값들을 저장하고, 제1단계로 되돌아가는 제6단계(41)로 이루어짐을 특징으로 하는 동력전달장치에서의 축이음불량 진단방법.
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