KR100791787B1 - 변속기의 결함 검출장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조립이 완료된 단품상태의 변속기에 있어 각종 기어류의 손상에 따른 이상치합에 의한 충격발생과 같은 각종 결함의 유무관계를 다양한 진동신호의 분석기법을 적용함으로써, 보다 객관적이고 신뢰성이 있는 검사를 수행할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 바의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 변속기의 입력축과 직결되어 이를 동작시키는 구동부와; 상기 변속기에 설치되어 동작중 발생되는 이상진동을 검출하는 이상감지부; 상기 변속기의 기종 내지 시험모드에 따라 상기 구동부의 작동을 제어하고, 상기 변속기의 시험 동작시 상기 이상감지부를 통해 검출되는 각종 진동신호를 정상상태에서 기 설정된 기준값과 비교하여 상기 변속기에 대한 결함의 유무를 판단하고, 이상 발생시 해당되는 기어열을 판별하는 제어부 및; 상기 제어부의 제어에 따라 상기 변속기의 이상상황을 외부로 출력하는 표시부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

변속기, 기어, 샤프트, 이상진동, 결함, 진동분석

Description

변속기의 결함 검출장치 및 그 방법{device for detecting fault of transmission and method thereof}

도 1은 본 발명에 따른 변속기의 결함 검출장치의 구성을 도시한 도면.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 변속기의 결함 검출방법을 구현함에 있어 적용되는 각종 진동분석 기법에 따른 주파수 선도 및 스펙트럼을 각각 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-변속기 12-입력축

14-구동부 16-이상감지부

18-제어부 20-표시부

본 발명은 변속기의 결함 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변속기를 구성하는 각종 기어류 및 샤프트류에 대한 이상상황의 발생유무를 보다 간편하게 점검할 수 있도록 하는 변속기의 결함 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 변속기의 품질검사는 조립이 완성된 단품상태에서 이루어지는 바, 종래 변속기의 품질검사는 변속기를 외부 동력원으로 강제 구동시킨 다음, 구동이 이루어지는 변속기에서 발생되는 이상소음의 청취 및 강제 구동후 각 기어류에 대한 육안검사 등을 통해 이루어졌다.

이 경우, 이상소음의 발생 또는 기어류의 손상 등이 발견되면, 변속기의 품질이 기준 이하인 불량으로 판정하였다.

그런데, 상기와 같은 종래 변속기의 품질검사는 일정한 스펙에 따라 정밀한 기준을 설정하여 이루어지는 것이 아니라, 검사자의 주관적 판단에 의해 결정되는 사안의 비중이 큰 관계로 신뢰성이 떨어질 뿐만 아니라, 자칫 잘못된 판정을 할 경우에는 결함이 있는 변속기가 차량에 조립될 우려가 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 조립이 완료된 단품상태의 변속기에 있어 각종 기어류의 손상에 따른 이상치합에 의한 충격발생과 같은 각종 결함의 유무관계를 다양한 진동신호의 분석기법을 적용함으로써, 보다 객관적이고 신뢰성이 있는 검사를 수행할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변속기의 결함 검출장치는, 변속기의 입력축과 직결되어 이를 동작시키는 구동부와;

상기 변속기에 설치되어 동작중 발생되는 이상진동을 검출하는 이상감지부;

상기 변속기의 기종 내지 시험모드에 따라 상기 구동부의 작동을 제어하고, 상기 변속기의 시험 동작시 상기 이상감지부를 통해 검출되는 각종 진동신호를 정상상태에서 기 설정된 기준값과 비교하여 상기 변속기에 대한 결함의 유무를 판단하고, 이상 발생시 해당되는 기어열을 판별하는 제어부 및;

상기 제어부의 제어에 따라 상기 변속기의 이상상황을 외부로 출력하는 표시부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 변속기의 결함 검출방법은 정상상태의 변속기에서 각 기어열별로 각각의 오더 성분을 검출하여, 이를 해당 기어열에 대한 정상상태에서의 기준값으로 각각 설정하는 단계와;

시험 대상의 변속기로부터 시간영역에서 변조파형으로 나타나는 진동신호를 검출하는 단계;

상기 단계에서 검출된 진동신호를 고속 푸리에변환 처리하여, 주파수 영역에서 나타나는 파형의 스펙트럼으로 변환하는 단계;

상기 단계에서 검출된 파형의 스펙트럼을 엔벨로우프 디텍션 처리하여, 진폭 변조된 신호 데이터에서 변조 주파수 성분을 검출하는 단계;

상기 단계에서 검출된 1차 및 여러 차수의 배수 성분인 2,3,...,10차 오더 성분을 각각 합산하는 단계 및;

상기 단계에서 합산된 오더 성분을 변속기의 정상상태에서 설정한 기준값과 비교하여 변속기의 결함상태의 유무관계를 판정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 변속기(10)의 입력축(12)에 구동부(14)가 직결되어 상기 입력축(12)을 회전시키고, 상기 변속기(10)의 동작중 발생되는 이상진동을 검출하도록 상기 변속기(10)에는 이상감지부(16)가 설치되며, 제어부(18)는 상기 변속기(10)의 기종 내지 시험모드 등에 따라 상기 구동부(14)의 작동을 제어하고, 상기 변속기(10)의 시험 동작시 상기 이상감지부(16)를 통해 입력되는 각종 진동신호(검출신호/정보)로부터 상기 변속기의 이상유무를 판단한다.

이 경우, 상기 제어부(18)는 상기 변속기(10)의 정상상태에서 기 설정된 기준값과 상기 변속기(10)의 시험모드시 검출된 진동신호로부터 판별된 상태값을 각각 비교하여 상기 변속기(10)의 전체적인 이상유무의 상태를 판단함과 더불어, 더 나아가 상기 변속기(10)의 각종 기어열에 대한 구체적인 이상부위까지도 검출한다.

이를 위해, 상기 제어부(18)에는 상기 변속기(10)의 이상상황 및 이상부위를 각각 외부로 출력하는 표시부(20)가 부가되어 구비된다.

여기서, 상기 구동부(14)는 상기 변속기(10)의 입력축(12)과 직결되는 회전축을 갖춘 모터(14a)와, 상기 제어부(18)의 제어신호에 따라 상기 모터(14a)의 회전속도를 제어하는 컨트롤러(14b)를 포함한다.

그리고, 상기 이상감지부(16)는 상기 변속기(10)의 플랜지부에 부착된 가속 도센서로 이루어진다.

또한, 상기 제어부(18)는 상기 이상감지부(16)로부터 검출된 진동신호로부터 이를 다양한 진동분석 기법을 통해 해당 기어열에 대한 결함상태를 검출하도록 구성되는 바, 이에 대한 상세한 구성은 다음과 같다.

먼저, 상기 변속기(10)의 내부에 배치된 다수 기어열에 있어 특정 기어류의 치손상 및 샤프트류와의 오조립에 따라 수반되는 기어열의 언밸런스 등에 따른 이상이 발생되면, 이는 변속기(10)의 작동중 특정 주파수 대역에서의 이상진동으로 나타난다.

이때, 상기 이상감지부(16)는 상기 변속기(10)에서 발생되는 이상진동을 검출하게 되는 데, 이 경우 상기 이상감지부(16)인 가속도 센서류에서 검출되는 신호는 시간영역에서의 변조파형으로 나타난다.

즉, 기어열에 있어 기어치의 손상인 경우에는 상기 입력축(12)의 1회전시 마다 손상부위와의 치접촉에 따라 도 2의 (a)에 도시된 바와 같은 주기적인 이상 충격의 진동으로 나타나고, 샤프트류와의 오조립에 따라 수반되는 기어열의 언밸런스에 의한 경우에는 샤프트와 기어열의 질량중심과 회전중심 사이의 불일치에 따라 도 2의 (b)에 도시된 바와 같은 언밸런스 진동으로 나타나게 된다.

이어, 상기 과정에서 검출된 이상진동을 주파수 분석, 예컨대 고속 푸리에변환(Fast Fourier Transformation; FFT) 처리하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 영역에서 파형의 스펙트럼으로 변환되는 데, 이때에는 각 기어열이 가지고 있는 고유한 중심 주파수의 부근에서 벗어난 특정의 대역, 즉 손상된 기어열이 가 지는 고유의 기어 치합주파수(Gear Mesh Frequency; GMF)의 중심 주파수 부근에서 일정간격이면서 여러 배수 차수의 사이드 밴드(sideband) 성분이 나타나게 된다.

이 경우에 있어 중심 주파수로부터 벗어난 특정의 대역에서 여러 차수로 발생하는 사이드 밴드 성분은 진동의 감쇠특성으로 인해 진폭이 점진적으로 감소하는 현상을 보이게 된다.

즉, 기어열에 있어 기어치의 손상 내지 샤프트류와의 오조립에 따라 수반되는 기어열의 언밸런스에 의한 결함의 발생시 진동 주파수를 분석해 보면, 주기적인 정현파가 아닌 특정의 주기를 가지고서 튀는 주파수가 발생하게 되는 데, 이러한 튀는 주파수가 고속 푸리에변환 처리를 하게 되면, 곧 사이드 밴드 성분으로 나타나게 되는 것이고, 이는 전술한 바와 같이 중심 주파수의 양측 대역에서 발생하는 것이다.

이를 다시 엔벨로우프 디텍션(Envelope Detection; 포락선 검출) 처리하여 주파수 영역에서 엔벨로우프 스펙트럼을 관찰하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 오더 성분의 1차 성분 이외에 일정간격의 배수성분의 2,3,....차 오더 성분이 검출되는 데, 이 역시 각 기어열이 가지는 고유한 주파수 영역에서 일정간격의 배수성분으로 나타난다.

즉, 상기 여러 차수의 오더 성분은 각 기어열의 회전체가 가지는 고유한 물성치에 해당하는 것이다.

이어, 실제 변속기(10)에 있어 이상진동이 발생한 경우, 검출된 진동신호를 엔벨로우프 디텍션 처리하여 분석한 일례를 도시한 도 5에서와 같이, 상기 1차 성 분 이외에 일정간격의 배수성분의 2,3,...,10차 오더 성분을 합산하는 알고리즘을 적용하여, 이를 정상상태에서의 기준값과 비교하게 되면, 상기 변속기(10)에 있어 각종 기어열에 대한 결함상태의 유무관계를 파악하게 된다.

이 경우, 상기 비교대상의 정상상태에서 기준값은 동일한 조건인 정상상태의 변속기(10)에서 각 기어열에 대한 각각의 오더 성분을 검출하고 이를 각각 다수의 오더 성분으로 구분하여, 이를 해당 기어열별로 별도로 구분하도록 특정화하는 단계로부터 기 설정되는 것임은 물론이다.

이상에서와 같이 본 발명은 변속기(10)의 기어류의 손상 내지 샤프트류와의 오조립에 따라 수반되는 기어열의 언밸런스 등에 의한 충격에 따른 이상진동으로부터 결함상태의 유무관계를 판정함에 있어, 엔벨로우프 디텍션 처리한 1차 오더 성분 이외에 그 배수 차수인 2,3,...10차의 오더 성분까지도 고려하여 정상상태에서의 기준값과 비교하도록 함으로써, 이상유무의 판정에 대한 신뢰성을 높일 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 변속기의 결함 검출장치 및 그 방법에 의하면, 조립이 완성된 단품상태의 변속기에 있어 각종 기어류의 치손상에 따른 이상치합과 샤프트류와의 오조립에 따라 수반되는 기어열의 언밸런스에 의한 충격발생 등과 같은 각종 결함상태의 유무관계를 다양한 진동신호의 분석기법을 적용하여 검출함과 더불어, 이상 발생의 부위까지도 정확하게 판별함으로써, 보다 객관적 이면서 신뢰성과 편리성이 있는 변속기의 품질검사를 수행할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 변속기의 입력축과 직결되어 이를 동작시키는 구동부와;

   상기 변속기에 설치되어 동작중 발생되는 이상진동을 검출하는 이상감지부;

   상기 변속기의 기종 내지 시험모드에 따라 상기 구동부의 작동을 제어하고, 상기 변속기의 시험 동작시 상기 이상감지부를 통해 검출되는 각종 진동신호를 정상상태에서 기 설정된 기준값과 비교하여 상기 변속기에 대한 결함의 유무를 판단하고, 이상 발생시 해당되는 기어열을 판별하는 제어부 및;

   상기 제어부의 제어에 따라 상기 변속기의 이상상황을 외부로 출력하는 표시부를 포함하여 구성되는데;

   상기 제어부는,

   상기 이상감지부로부터 검출된 진동신호로부터 이를 고속 푸리에변환 및 엔벨로우프 디텍션 처리하여 해당 기어열 내지 샤프트류에 대한 결함을 검출하는 것;

   을 특징으로 하는 변속기의 결함 검출장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 구동부는 상기 변속기의 입력축과 직결되는 모터와, 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 모터의 회전속도를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기의 결함 검출장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 이상감지부는 상기 변속기의 플랜지부에 부착된 가속도센서로 구성된 것을 특징으로 하는 변속기의 결함 검출장치.
4. 삭제
5. 정상상태의 변속기에서 각 기어열별로 각각의 오더 성분을 검출하여, 이를 해당 기어열에 대한 정상상태에서의 기준값으로 각각 설정하는 단계와;

   시험 대상의 변속기로부터 시간영역에서 변조파형으로 나타나는 진동신호를 검출하는 단계;

   상기 단계에서 검출된 진동신호를 고속 푸리에변환 처리하여, 주파수 영역에서 나타나는 파형의 스펙트럼으로 변환하는 단계;

   상기 단계에서 검출된 파형의 스펙트럼을 엔벨로우프 디텍션 처리하여, 진폭 변조된 신호 데이터에서 변조 주파수 성분을 검출하는 단계;

   상기 단계에서 검출된 1차 및 여러 차수의 배수 성분인 2,3,...,10 차 오더 성분을 각각 합산하는 단계 및;

   상기 단계에서 합산된 오더 성분을 변속기의 정상상태에서 설정한 기준값과 비교하여 변속기의 결함상태의 유무관계를 판정하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 변속기의 결함 검출방법.

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