KR101381822B1 - Vibration signal analysis method in motors - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전동기에서의 진동신호 분석방법에 관한 것으로서, 진동신호를 이용한 전동기 결함 진단에 있어서 진단 결과의 정확도를 향상시킬 수 있으면서 결함 유무를 결정하기 위한 임계값 설정을 보다 쉽고 정확히 수행할 수 있는 전동기에서의 진동신호 분석방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 진단 대상 진동기에 X축 진동과 Y축 진동을 동시에 측정할 수 있는 진동센서를 설치하는 단계; 상기 진단 대상 전동기의 작동 동안 진단 대상 전동기에서 발생하는 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 진동센서를 통해 취득하는 단계; 상기 X축 및 Y축 진동신호를 이용하여 진단 대상 전동기의 회전주파수를 구하고 회전주파수로부터 결함주파수를 산출하는 단계; 및 상기 취득된 X축 진동신호와 Y축 진동신호에 대하여 상기 결함주파수를 포함하도록 설정된 주파수 범위 내에서 발생한 X축 진동신호의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호의 피크 값 데이터를 구한 뒤 임계값과 비교하여 전동기의 결함을 진단하는 단계;를 포함하는 전동기에서의 진동신호 분석방법을 제공한다.The present invention relates to a vibration signal analysis method in an electric motor, which can improve the accuracy of a diagnosis result in a motor defect diagnosis using a vibration signal, and can easily and accurately set a threshold value for determining the presence or absence of an electric motor. The main purpose is to provide a vibration signal analysis method in. In order to achieve the above object, the step of installing a vibration sensor that can measure the X-axis vibration and Y-axis vibration at the same time to the diagnosis target vibrator; Acquiring an X-axis vibration signal and a Y-axis vibration signal generated by the diagnosis target motor during operation of the diagnosis target motor through a vibration sensor; Obtaining a rotation frequency of a diagnosis target motor using the X-axis and Y-axis vibration signals and calculating a defect frequency from the rotation frequency; And the peak value data of the X-axis vibration signal and the peak value data of the Y-axis vibration signal generated within the frequency range set to include the defect frequency with respect to the acquired X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal. Comparing diagnosing a fault of the motor; provides a vibration signal analysis method in a motor comprising a.
Description
본 발명은 전동기에서의 진동신호 분석방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 진동신호를 이용한 전동기 결함 진단에 있어서 진단 결과의 정확도를 향상시킬 수 있으면서 결함 유무를 결정하기 위한 임계값 설정을 보다 쉽고 정확히 수행할 수 있는 진동신호 분석방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a vibration signal analysis method in an electric motor, and more particularly, it is possible to more easily and accurately set a threshold value for determining the presence of a defect while improving the accuracy of a diagnosis result in a motor defect diagnosis using a vibration signal. It relates to a vibration signal analysis method that can be.
주지된 바와 같이 유도전동기는 작동 중에 고정자 권선(stator winding)의 층간 단락이나 회전자 바(rotator bar)의 단락, 회전자의 동적 편심이나 정적 편심, 베어링 불량 등과 같은 다양한 결함들이 발생하게 된다. As is well known, induction motors are subject to various defects during operation such as interlayer short circuits of stator windings, short circuits of rotor bars, dynamic eccentric or static eccentricity of the rotor, bearing failures, and the like.
이러한 결함들은 유도전동기가 작동함에 따라 단독으로 발생하거나 복합적으로 발생(여러 종류의 결함이 동시에 발생)할 수 있다.These defects can occur singly or in combination (multiple types of defects occur simultaneously) as the induction motor operates.
상기한 결함들이 발생한 경우 유도전동기의 작동 중 안전사고로 연결될 수 있으므로 유도전동기의 상태를 정확하게 진단할 수 있는 방법이 다양하게 연구되고 있다.In the case where the above defects occur, a variety of methods for accurately diagnosing the state of induction motors have been studied since they may be connected to safety accidents during the operation of induction motors.
통상 유도전동기의 결함 진단은 결함의 조기 발견 및 설비 가동 중단 시간의 감소 등을 위해 주로 진동 기법을 이용하여 진행되어 왔으며, 진동 기법만으로 전동기 결함의 조기 발견 및 설비의 정확한 분석이 어려우므로 전류, 전압, 자속 특성 등의 특성 분석을 통한 회전기기의 정밀 진단 필요성이 대두되게 되었다.In general, fault diagnosis of induction motors has been mainly carried out using vibration techniques for early detection of defects and reduction of downtime of the equipment. The necessity of the precise diagnosis of the rotating machine through the analysis of the characteristics of magnetic flux and magnetic flux has emerged.
이에 산업현장에서 회전기기(팬, 펌프, 압축기, 교반기 등) 또는 왕복운동 기기에 사용되고 있는 유도전동기의 전류, 전압, 자속, 온도, 진동 등의 데이터를 현장에서 획득하여 고정자 권선의 절연 이상, 회전자 파손, 공극 불안정 등을 진단하고, 과도 전류로 인한 베어링 또는 축 손상 등의 모니터링과 정확한 상태 진단, 수명 예측, 결함 조기 발견 등을 수행할 수 있게 다양한 기법들을 활용하는 새로운 진단 기술들이 개발되고 있다.Therefore, data such as current, voltage, magnetic flux, temperature, vibration, etc. of induction motors used in rotating equipment (fans, pumps, compressors, agitators, etc.) or reciprocating equipment in the industrial field are acquired on-site. New diagnostic technologies are being developed that utilize a variety of techniques to diagnose electronic breakage, void instability, and to monitor bearing or shaft damage due to transients, to perform accurate condition diagnosis, life prediction, and early detection of defects. .
전동기의 결함 진단에 관한 선행 문헌으로는 본 출원인의 등록특허인 제10-1140613호의 '전동기의 온-사이트 결함 진단 방법'을 들 수 있으며, 이는 작동 중인 전동기의 진동신호와 전류신호를 이용하여 전동기에서 발생할 수 있는 여러 종류의 결함 상태를 복합적으로 진단하는 방법을 제시하고 있다.As a prior art document relating to fault diagnosis of an electric motor, there is a method for diagnosing an on-site defect of an electric motor of the applicant's registered patent No. 10-1140613, which uses a vibration signal and a current signal of a motor in operation. This paper suggests a method for complex diagnosis of various types of defects that may occur.
한편, 유도전동기의 고장 진단시 진동신호를 측정하는데 이용되는 진동센서는 1축(Y축) 센서로, 이를 이용할 경우 진단의 정확도가 높지 않으며, 따라서 보다 정확한 진단 결과를 얻기 위한 기술 개발이 필요하다.On the other hand, the vibration sensor used to measure the vibration signal in the failure diagnosis of the induction motor is a 1-axis (Y-axis) sensor, when using this, the accuracy of the diagnosis is not high, so it is necessary to develop technology to obtain more accurate diagnosis results. .
특히, 유도전동기에서 가장 빈번하게 발생하는 베어링의 고장을 진단하기 위해 진동신호의 주파수 영역을 분석하는데, 현장 진단에 앞서서 전동기의 종류 및 부하 상태에 따라 정상과 결함을 결정하기 위한 임계값을 설정하는 것이 어렵고, 이는 진단 결과의 정확도를 떨어뜨리는 한 원인이 되고 있다.
In particular, the frequency domain of the vibration signal is analyzed to diagnose bearing failures that occur most frequently in induction motors. Prior to on-site diagnosis, a threshold value for determining normality and defects according to the type and load condition of the motor is set. It is difficult, and this is one reason for the decrease in the accuracy of the diagnostic results.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 진동신호를 이용한 전동기 결함 진단에 있어서 진단 결과의 정확도를 향상시킬 수 있으면서 결함 유무를 결정하기 위한 임계값 설정을 보다 쉽고 정확히 수행할 수 있는 진동신호 분석방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention has been created to solve the above problems, it is possible to improve the accuracy of the diagnosis result in the motor fault diagnosis using a vibration signal, and to easily and accurately set the threshold value for determining the presence or absence of a defect. The purpose is to provide a vibration signal analysis method that can be.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전동기의 결함을 진단하기 위한 임계값을 설정하는 임계값 설정 과정, 및 진단 대상 전동기의 작동 동안 상기 진단 대상 전동기에서 발생하는 진동신호를 측정한 뒤 상기 진동신호와 상기 임계값 설정 과정에서 설정한 임계값을 이용하여 전동기의 결함을 진단하는 결함 진단 과정을 포함하는 전동기에서의 진동신호 분석방법에 있어서, 상기 결함 진단 과정은, 상기 진단 대상 진동기에 X축 진동과 Y축 진동을 동시에 측정할 수 있는 진동센서를 설치하는 단계; 상기 진단 대상 전동기의 작동 동안 진단 대상 전동기에서 발생하는 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 진동센서를 통해 취득하는 단계; 상기 X축 및 Y축 진동신호를 이용하여 진단 대상 전동기의 회전주파수를 구하고 회전주파수로부터 결함주파수를 산출하는 단계; 및 상기 취득된 X축 진동신호와 Y축 진동신호에 대하여 상기 결함주파수를 포함하도록 설정된 주파수 범위 내에서 발생한 X축 진동신호의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호의 피크 값 데이터를 구한 뒤 임계값과 비교하여 전동기의 결함을 진단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the threshold value setting process for setting a threshold value for diagnosing a fault of the motor, and after measuring the vibration signal generated in the diagnosis target motor during operation of the diagnosis target motor In the vibration signal analysis method of the motor comprising a fault diagnosis process for diagnosing a fault of the motor by using the vibration signal and the threshold value set in the threshold setting process, the fault diagnosis process, X to the diagnosis target vibrator Installing a vibration sensor capable of simultaneously measuring axial vibration and Y-axis vibration; Acquiring an X-axis vibration signal and a Y-axis vibration signal generated by the diagnosis target motor during operation of the diagnosis target motor through a vibration sensor; Obtaining a rotation frequency of a diagnosis target motor using the X-axis and Y-axis vibration signals and calculating a defect frequency from the rotation frequency; And the peak value data of the X-axis vibration signal and the peak value data of the Y-axis vibration signal generated within the frequency range set to include the defect frequency with respect to the acquired X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal. Comparing diagnosing a defect of the motor; provides a vibration signal analysis method for a motor comprising a.
바람직한 실시예에서, 상기 진단 대상 전동기의 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 반복하여 측정하고, 반복 측정하여 취득된 X축 진동신호와 Y축 진동신호에 대하여 각각 상기 주파수 범위 내에서 발생한 X축 진동신호의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호의 피크 값 데이터를 구한 뒤 임계값과 비교하는 것을 특징으로 한다.In an exemplary embodiment, the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal of the diagnosis target motor are repeatedly measured, and the X-axis generated within the frequency range with respect to the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal obtained by repeating measurement, respectively. The peak value data of the vibration signal and the peak value data of the Y-axis vibration signal may be obtained and then compared with a threshold value.
또한 상기 피크 값 데이터가 상기 주파수 범위 내에서 발생한 최대 피크 신호 값인 것을 특징으로 한다.In addition, the peak value data is characterized in that the maximum peak signal value generated within the frequency range.
또한 상기 피크 값 데이터가 결함주파수에서의 신호의 크기와 상기 주파수 범위 내에서 발생한 피크 신호 값들의 평균치의 차이 값인 것을 특징으로 한다.In addition, the peak value data is characterized in that the difference between the magnitude of the signal at the defect frequency and the average value of the peak signal values generated within the frequency range.
또한 상기 피크 신호 값들의 평균치는 상기 주파수 범위 내에서 크기가 큰 순서대로 미리 정해진 개수의 피크 신호 값들을 추출하여 구해지는 것을 특징으로 한다.The average value of the peak signal values may be obtained by extracting a predetermined number of peak signal values in order of magnitude in the frequency range.
또한 임계값 설정 과정에서, 정상의 전동기와 결함을 모의한 전동기에 대하여 진동센서를 통해 취득한 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 이용하여 결함 진단 과정과 동일한 방법으로 피크 값 데이터를 구하고, X축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터 사이의 값과, Y축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터 사이의 값을 각각 X축, Y축 신호의 임계값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.In the threshold setting process, the peak value data is obtained in the same way as the fault diagnosis process by using the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal acquired through the vibration sensor for the normal motor and the motor simulating the defect. The value between the peak value data of the stationary motor and the peak value data of the faulty simulation motor obtained using the vibration signal, and the value between the peak value data of the stationary motor and the peak value data of the faulty simulation motor obtained using the Y-axis vibration signal. Are set to threshold values of the X-axis and Y-axis signals, respectively.
또한 임계값 설정 과정에서, 정상의 전동기와 결함을 모의한 전동기에 대하여 진동센서를 통해 취득한 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 이용하여 결함 진단 과정과 동일한 방법으로 피크 값 데이터를 구하고, X축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터를 횡축 좌표값으로, Y축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터를 종축 좌표값으로 나타낸 그래프를 도시한 뒤, 상기 정상 전동기의 피크 값 데이터 집합과 상기 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터 집합 사이를 지나는 선을 도시하여 이 선을 임계값으로 설정하는 것을 특징으로 한다.In the threshold setting process, the peak value data is obtained in the same way as the fault diagnosis process by using the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal acquired through the vibration sensor for the normal motor and the motor simulating the defect. The peak value data of the normal motor and the peak value data of the defect simulation motor obtained using the vibration signal are the horizontal axis coordinates, and the peak value data of the normal motor and the peak value data of the fault simulation motor obtained using the Y-axis vibration signal. After plotting a graph with coordinate values, a line passing between the peak value data set of the stationary motor and the peak value data set of the defective simulation motor is shown and the line is set as a threshold.
또한 상기 임계값 설정 과정에서 구해진 임계값을 결함 진단 과정에서 구해진 피크 값 데이터와 비교하여 전동기의 결함을 진단하되, 결함 진단 과정에서 구해진 X축 진동신호에서의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호에서의 피크 값 데이터를 각각 횡축 좌표값과 종축 좌표값으로 나타낸 그래프를 도시하여 상기 임계값과 비교하는 것을 특징으로 한다.
In addition, by comparing the threshold value obtained in the threshold setting process with the peak value data obtained in the defect diagnosis process, the motor fault is diagnosed. It is characterized by comparing peak values data with a horizontal axis coordinate value and a vertical axis coordinate value, respectively, and comparing with the threshold value.
이에 따라, 본 발명에 따른 전동기에서의 진동신호 분석방법에 의하면, 2축 진동센서를 이용하여 취득한 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 동시에 이용함으로써 종래에 비해 더욱 정확한 진단 결과를 얻을 수 있고, 진단에 앞서서 결함 유무를 결정하기 위한 임계값의 설정을 더욱 쉽고 정확히 수행할 수 있는 이점이 있게 된다.
Accordingly, according to the vibration signal analysis method in the motor according to the present invention, by using the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal obtained by using the two-axis vibration sensor at the same time, more accurate diagnosis results can be obtained than in the prior art, There is an advantage that it is easier and more accurate to set a threshold for determining the presence of a defect prior to diagnosis.
도 1은 본 발명의 진동신호 분석 과정에서 이용할 수 있는 진동신호 분석장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 진동신호 분석 과정에서 이용할 수 있는 MEMS형 2축 진동센서를 도시한 정면도 및 측면도이다.
도 3은 2축 진동센서에서 진동 측정을 위한 반도체 소자의 내부 기능 블록도이다.
도 4는 본 발명에서 임계값 설정을 위한 진동신호 분석장치의 설치 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에서 결함 모의 전동기에서 롤러 베어링의 외륜 결함을 모의하기 위해 사용된 롤러 베어링과 베어링 외륜을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에서 정상의 전동기와 베어링 외륜 결함을 모의한 전동기에 대해 측정한 진동 데이터를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에서 임계값 설정을 위해 구한 정상 전동기 및 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명에서 임계값을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.1 is a block diagram of a vibration signal analysis apparatus that can be used in the vibration signal analysis process of the present invention.
Figure 2 is a front view and a side view showing a MEMS type two-axis vibration sensor that can be used in the vibration signal analysis process of the present invention.
3 is an internal functional block diagram of a semiconductor device for vibration measurement in a two-axis vibration sensor.
4 is a view showing an installation example of a vibration signal analysis device for setting a threshold in the present invention.
5 is a view showing the roller bearing and the bearing outer ring used to simulate the outer ring defect of the roller bearing in the defect simulation motor in the present invention.
6 is a diagram showing vibration data measured for a normal motor and a motor simulating a bearing outer ring defect in the present invention.
7 is a graph showing peak value data of a normal motor and a defect simulation motor obtained for setting a threshold in the present invention.
8 is a view for explaining a method for setting a threshold in the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be easily understood by those skilled in the art.
본 발명은 유도전동기의 결함을 진단함에 있어서 진단 결과의 정확도를 향상시킬 수 있는 전동기에서의 진동신호 분석방법에 관한 것이다.The present invention relates to a vibration signal analysis method in an electric motor that can improve the accuracy of the diagnosis result in diagnosing a defect of an induction motor.
도 1은 본 발명의 진동신호 분석 과정에서 이용할 수 있는 진동신호 분석장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a vibration signal analysis apparatus that can be used in the vibration signal analysis process of the present invention.
도시된 바와 같이, 진동신호 분석장치는 X축과 Y축의 진동신호를 동시에 측정할 수 있는 MEMS형 2축 진동센서(10)와, 상기 2축 진동센서(10)로부터 출력되는 X축 진동신호 및 Y축 진동신호의 수집 및 처리, 분석, 데이터 저장을 위한 데이터 수집 및 분석장치(DAS:Data Acquisition Data)(20)를 포함하여 구성된다.As shown, the vibration signal analysis device is a MEMS-type two-
이 중에서 2축 진동센서(10)는 진단 대상의 전동기(1)에 설치하여 전동기의 작동 동안 발생하는 2축(X축,Y축)의 진동신호를 측정하도록 구비되는 것으로, 하우징 내부에 진동 측정을 위한 반도체 소자가 실장된 회로 기판을 탑재한 구성을 가진다.Among these, the two-
도 2는 본 발명의 진동신호 분석방법에서 이용할 수 있는 MEMS형 2축 진동센서를 도시한 정면도 및 측면도로, 센서(10)에서 하우징(11)은 전동기에 부착되는 부분으로, 내부의 회로 기판(12)을 보호하는 역할을 하며, 회로 기판(12)에 접속된 와이어(14)를 하우징(11) 외부로 연결할 수 있도록 일측에 연결 포트(15)를 가진다.2 is a front view and a side view of a MEMS-type two-axis vibration sensor that can be used in the vibration signal analysis method of the present invention. In the
도 3은 2축 진동센서에서 진동 측정을 위한 반도체 소자의 내부 기능 블록도로서, 소자(13) 내부의 센싱부(13a)로부터 나오는 진동 값이 복조기(13b)에 의해 아날로그 전압 값으로 변환되고, 이 값은 내부 저항(RFILT)과 외부 커패시터(CX,CY)에 의한 RC 필터를 거쳐 출력된다.3 is an internal functional block diagram of a semiconductor device for vibration measurement in a two-axis vibration sensor, the vibration value from the
이와 같은 구성의 진동센서(10)는 하우징(11)을 진단 대상 전동기(1)에 접착수단을 사용하여 부착함으로써 설치할 수 있으며, 그 설치 위치로는 베어링 결함 진단시 전동기의 베어링 하우징이 될 수 있다.The
또는 진동신호를 획득하기 위해 전동기(1)에 홀을 뚫고 진동센서(10)를 홀 안에 설치한 뒤 홀 안에 설치된 진동센서를 통해 전동기의 작동 중 진동신호를 획득하는 것도 가능하다.Alternatively, it is also possible to obtain a vibration signal during operation of the motor through the vibration sensor installed in the hole after the hole in the
상기 데이터 수집 및 분석장치는 진동센서(10)에서 출력되는 진동신호를 디지털 신호로 변환하기 위한 A/D 컨버터(미도시), A/D 컨버터에 의해 변환된 디지털 신호를 기반으로 전동기의 진단 알고리즘을 수행하는 디지털 신호 처리부(21)를 포함하며, 측정 데이터와 진단 결과 데이터가 디지털 신호 처리부(21)의 데이터 저장부에 저장됨과 더불어 디스플레이(22)를 통해 표시되도록 구성된다.The data collection and analysis device includes an A / D converter (not shown) for converting the vibration signal output from the
한편, 상기한 2축 진동센서(10)를 진단 대상의 전동기(1)에 설치한 뒤, 전동기 작동 동안 2축 진동센서(10)로부터 출력되는 신호를 데이터 수집 및 분석장치(20)를 통해 수집하고, 수집된 데이터를 이용하여 전동기의 결함 진단을 수행한다.On the other hand, after installing the two-
이때, 결함 진단의 오류를 방지하기 위하여 동일한 과정으로 미리 정해진 횟수만큼 반복 시험(측정 및 데이터 획득, 측정 데이터로부터 결함 발생 유/무 진단)을 실시한 뒤, 반복 시험의 진단 결과들을 종합하여 최종적으로 결함 발생 유/무를 정확히 판정하는 과정으로 실시 가능하다.At this time, in order to prevent the error of the defect diagnosis, a repeat test (measurement and data acquisition, diagnosis of the presence or absence of a defect occurrence from the measurement data) is performed a predetermined number of times in the same process, and the diagnosis results of the repeat test are finally integrated. This can be done by the process of accurately determining the occurrence or absence.
또한 전동기의 결함 진단 과정에 있어서 2축 진동센서에 의해 획득된 진동신호는 전류센서를 이용하여 별도 측정한 전류신호와 함께 이용될 수도 있으며, 진동신호와 전류신호를 함께 이용하는 결함 진단 방법으로는 본 출원인의 등록특허 제10-1140613호의 결함 진단 방법이 적용될 수 있다.In addition, the vibration signal obtained by the two-axis vibration sensor in the process of diagnosing the fault of the motor may be used together with the current signal measured separately using the current sensor. The defect diagnosis method of Applicant Patent No. 10-1140613 can be applied.
이와 같이 진동신호와 전류신호를 함께 이용하는 경우 베어링 결함뿐만 아니라 전동기의 고정자 권선 결함, 회전자 바 결함, 회전자 편심에 대한 진단을 수행할 수 있다.As such, when the vibration signal and the current signal are used together, diagnosis of not only bearing defect but also stator winding defect, rotor bar defect, and rotor eccentricity of the motor can be performed.
이하, 진동신호를 이용하여 전동기의 결함을 진단하는 과정에 대해 좀더 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a process of diagnosing a defect of the motor by using the vibration signal will be described in more detail.
전동기의 결함 진단을 위하여, 먼저 현장에 설치된 진단 대상의 전동기(1)에 상기한 2축 진동센서(10)를 설치하고, 전동기(1)가 작동하는 동안 진동센서(10)를 통해 전동기 상태를 나타내는 신호, 즉 2축(X축,Y축)의 진동신호를 취득한다.In order to diagnose the defect of the motor, the above-described two-
이때, 데이터 수집 및 분석장치(20)에서 진동센서(10)를 통해 측정된 진동신호를 수집 및 처리하여 결함 진단을 수행하는데, 먼저 측정된 진동신호를 이용하여 회전주파수를 산출한 뒤, 산출된 회전주파수를 이용하여 미리 정해진 계산식으로부터 진단 대상 전동기(1)의 현재 상태를 반영하는 특징값을 계산하고, 계산된 특징값과 측정된 진동신호를 이용하여 결함 진단을 위한 파라미터 값을 계산한다. In this case, the data collection and
또한 계산된 결함 진단 파라미터 값을 이용하여 전동기의 결함 발생 유/무를 진단하고, 이어 데이터 취득 과정과 전동기 상태 진단 과정을 정해진 시험 횟수만큼 반복 실시한 뒤, 반복 시험을 통해 얻어진 결함 진단 결과 데이터들을 토대로 전동기의 결함 상태를 최종 판정한다.In addition, using the calculated fault diagnosis parameter value, the motor is diagnosed with or without a fault, and the data acquisition process and the motor condition diagnosis process are repeated for a predetermined number of tests, and then the motor is based on the fault diagnosis result data obtained through the repeated test. Is finally determined.
물론, 반복 시험 없이 한 번의 시험을 통해 전동기 결함 진단을 수행하는 것도 가능하나, 진단 결과의 정확도 및 신뢰성 확보 측면에서 반복 시험이 바람직하다.Of course, it is also possible to perform a motor fault diagnosis through a single test without a repeat test, but a repeat test is preferable in terms of ensuring accuracy and reliability of the diagnosis result.
상기 진동신호는 전동기의 베어링 결함을 진단하는데 이용하므로, 이하 설명에서는 베어링 결함 진단의 예를 들어 설명하기로 하며, 2축 진동센서를 통해 측정된 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 각각 사용하여 상기한 회전주파수 산출 과정, 특징값 및 진단 파라미터 값 계산 과정을 별도로 진행한다.Since the vibration signal is used for diagnosing a bearing defect of the motor, the following description will be given by taking an example of a bearing defect diagnosis, using the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal measured by the 2-axis vibration sensor, respectively. The rotation frequency calculation process, the feature value and the diagnostic parameter value calculation process are separately performed.
먼저, 회전주파수를 산출함에 있어서, 하기 수학식 1로부터 구해지는 무부하 상태의 회전주파수를 이용하여 각 부하 상태의 진동신호로부터 해당 부하 상태의 회전주파수를 추정한다.First, in calculating the rotation frequency, the rotation frequency of the load state is estimated from the vibration signal of each load state using the rotation frequency of the no-load state obtained from
여기서, frotation - vib -0는 무부하일 경우 진동신호의 회전주파수(무부하 회전주파수), P는 극 쌍(pole pairs) 수, f0는 전원 공급 주파수(supply frequency)를 나타낸다.Here, f rotation - vib- 0 represents the rotation frequency (no load rotation frequency) of the vibration signal at no load, P is the number of pole pairs, and f 0 is the power supply frequency.
수학식 1은 무부하 상태의 회전주파수를 계산하는 식으로, 부하가 걸린 전동기의 회전주파수는 무부하일 경우의 회전주파수에서 주파수 시프트(shift)를 하므로, 각 부하 상태의 진동신호에서 무부하 회전주파수(frotation - vib -0) 근처의 크기가 가장 큰 신호 값을 추출한 뒤 상기 가장 큰 신호 값이 발생한 주파수를 해당 부하 상태의 회전주파수(fr)로 추정한다.
즉, 무부하 회전주파수(frotation - vib -0)를 상기 식(1)로부터 구한 뒤, 각 부하 상태의 진동신호에서 무부하 회전주파수 주변의 설정된 구간 내에 존재하는 가장 큰 신호 값을 보이는 주파수를 구하여, 이 주파수를 해당 부하 상태의 회전주파수(fr)로 구하는 것이다. That is, after obtaining the no-load rotation frequency (f rotation - vib- 0 ) from the above equation (1), to obtain the frequency showing the largest signal value existing within the set section around the no-load rotation frequency in the vibration signal of each load state, This frequency is found as the rotation frequency f r of the load state.
이와 같이 무부하 및 각 부하 상태의 회전주파수를 구하게 되면, 구해진 회전주파수를 이용하여 미리 정해진 계산식으로부터 진단 대상 전동기의 현재 상태를 반영하는 특징값을 계산하고, 계산된 특징값과 측정된 전동기의 진동신호를 이용하여 결함 발생 유/무를 진단하기 위한 결함 진단 파라미터를 계산한다. When the rotational frequency of no load and each load state is obtained as described above, the calculated characteristic value reflecting the current state of the diagnosis target motor is calculated from the predetermined calculation equation using the obtained rotational frequency, and the calculated characteristic value and the measured vibration signal of the motor. Calculate the fault diagnosis parameter to diagnose the presence / absence of the fault using.
상기 특징값은 진단 대상 전동기의 현재 상태가 반영된 특징값으로서, 결함 진단을 위해 계산되는 주파수 영역의 파라미터를 의미하는 것이며, 이러한 특징값으로서 결함 발생시 이상 신호가 발생하는 결함주파수를 위의 과정에서 구한 회전주파수를 이용하여 구한다.The feature value is a feature value reflecting the current state of the motor to be diagnosed, and means a parameter in a frequency domain calculated for fault diagnosis. The feature value is obtained by obtaining a fault frequency at which a fault signal occurs when a fault occurs. Obtain by using the rotation frequency.
예컨대, 롤러 베어링의 외륜 결함 진단을 위한 특징값, 즉 롤러 베어링의 외륜 결함 발생시 이상 신호가 발생하는 결함주파수는 회전주파수를 이용하여 하기 수학식 2에 의해 구해지는 주파수 fOD의 배수값(nㆍfOD)으로 계산될 수 있다.For example, the characteristic value for diagnosing the outer ring defect of the roller bearing, that is, the defect frequency at which the abnormal signal is generated when the outer ring defect of the roller bearing occurs, is a multiple of the frequency f OD obtained by the following equation (2) using the rotational frequency. f OD ).
여기서, N은 베어링 롤러(rolling element) 수, fr은 회전주파수, RD는 베어링 롤러 직경(roller diameter), PD는 베어링 피치 직경(pitch diameter), 
이와 더불어, 롤러 베어링의 내륜 결함 진단을 위한 특징값, 즉 롤러 베어링의 내륜 결함 발생시 이상 신호가 발생하는 결함주파수는 하기 수학식 3에 의해 구해지는 주파수 fID의 배수값(nㆍfID)으로 계산될 수 있다.In addition, a characteristic value for diagnosing an inner ring defect of the roller bearing, that is, a defect frequency at which an abnormal signal occurs when an inner ring defect of the roller bearing is generated is a multiple of the frequency f ID obtained by
한편, 수학식 2 및 수학식 3에 의해 계산되는 주파수의 배수성분(harmonics)으로 결함주파수가 계산되면, 결함주파수에서 이상 신호가 발생할 경우 베어링의 결함으로 진단하게 된다.On the other hand, if the defect frequency is calculated by the harmonics of the frequency calculated by the equations (2) and (3), if an abnormal signal occurs at the defect frequency is diagnosed as a bearing defect.
예컨대, 롤러 베어링의 외륜 진단에 있어서, 롤러 베어링의 롤러 수(N)가 13, 롤러 직경(RD)이 28mm, 피치 직경(PD)이 145mm이면서, 진동신호로부터 산출된 회전주파수가 약 29.85Hz라면, 수학식 2를 이용하여 결함주파수 3ㆍfOD = 469.7Hz가 계산될 수 있다.For example, in the outer ring diagnosis of a roller bearing, if the number of rollers N of the roller bearings is 13, the roller diameter RD is 28 mm, the pitch diameter PD is 145 mm, and the rotation frequency calculated from the vibration signal is about 29.85 Hz. , The
이때, 베어링 외륜 결함 진단 파라미터는 X축 진동신호와 Y축 진동신호에서 결함주파수 3ㆍfOD = 469.7Hz 주변의 이상 신호(하기 주파수 범위 내에서의 피크 신호)가 발생한 주파수의 신호 크기(피크 신호 값)로 정해질 수 있다.At this time, the bearing outer ring defect diagnosis parameter is the signal magnitude (peak signal) of the frequency at which the abnormal signal (peak signal within the following frequency range) occurred around the
이와 같이 진동신호로부터 결함 진단 파라미터를 계산하는 과정에서, 결함주파수 주변의 소정 주파수 범위 내 피크 신호 값을 결함 진단 파라미터 값으로 구할 수 있고, 이때 결함주파수 주변의 주파수 범위는 결함주파수를 포함하는 주변의 미리 설정된 범위, 즉 결함주파수를 기준으로 그 전, 후 주파수 값 사이의 범위로 한다.In the process of calculating the fault diagnosis parameter from the vibration signal as described above, a peak signal value within a predetermined frequency range around the fault frequency may be obtained as a fault diagnosis parameter value, wherein the frequency range around the fault frequency includes a fault frequency. The range is set in advance between the frequency values before and after the defect frequency.
일례로, 결함주파수를 기준으로 ±4Hz 사이의 구간으로 설정하는 것이 가능하다('결함주파수-4' ~ '결함주파수+4' Hz의 범위가 됨).For example, it is possible to set the interval between ± 4 Hz based on the defect frequency (the range of 'defect frequency-4' to 'defect frequency +4' Hz).
그리고, 본 발명에서는 상기와 같은 결함 진단 파라미터 값을 X축 진동신호 및 Y축 진동신호 각각에 대하여 구하게 되는데, 나아가 전동기의 특정 부하 상태에서 X축, Y축 진동신호를 반복 측정하거나, 부하 정도(부하율)를 여러 단계로 변화시키면서 X축, Y축 진동신호를 부하 정도에 따라 반복 측정한 다음, 측정된 X축, Y축 진동신호를 이용하여 각각의 결함 진단 파라미터 값을 결정하는 것이 가능하다.In the present invention, the fault diagnosis parameter values as described above are obtained for each of the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal. Furthermore, the X-axis and Y-axis vibration signals are repeatedly measured under a specific load state of the motor, or the load accuracy ( It is possible to repeatedly measure the X-axis and Y-axis vibration signals according to the load degree while varying the load ratio) in several steps, and then determine the respective defect diagnosis parameter values using the measured X-axis and Y-axis vibration signals.
또한 결함 진단 파라미터 값이 결정되면, 이를 임계값(X축 신호의 임계값, Y축 신호의 임계값)과 비교하여 전동기 상태 진단의 과정, 즉 전동기의 베어링 결함 발생 유/무를 진단하는 과정을 진행한다.In addition, when the value of the fault diagnosis parameter is determined, it is compared with a threshold value (threshold value of the X-axis signal and Y-axis signal) to diagnose the motor state, that is, diagnose the presence or absence of bearing defects in the motor. do.
또한 결함 진단 파라미터 값을 임계값과 비교하여 전동기 상태(베어링 결함)를 진단함에 있어서, 반복 시험을 통해 얻은 복수개의 최대 피크 값(매회 시험에서 상기 주파수 범위에서 취해진 최대 피크 값)을 임계값과 비교함으로써 결함 발생 유/무를 판단하는 것이 가능하다.Also, in diagnosing a motor condition (bearing defect) by comparing the fault diagnosis parameter value with a threshold value, a plurality of maximum peak values (maximum peak values taken in the frequency range in each test) in the repeated test are compared with a threshold value. Thus, it is possible to determine whether or not a defect has occurred.
이때, X축 신호의 최대 피크 값과 Y축 신호의 최대 피크 값이 모두 임계값보다 큰 경우 결함이 발생한 것으로 진단한다. In this case, when both the maximum peak value of the X-axis signal and the maximum peak value of the Y-axis signal are larger than the threshold, it is diagnosed that a defect has occurred.
또는 진동신호 그래프에서 결함 진단 파라미터 값이 "결함주파수에서의 신호의 크기와 상기 결함주파수 주변의 주파수 범위 내에서 발생한 피크 신호 값들의 평균치의 차"로 정의될 수 있으며, 이 차이값을 임계값과 비교하여 전동기의 결함을 진단하는 것이 가능하다.Alternatively, the defect diagnosis parameter value in the vibration signal graph may be defined as "a difference between the magnitude of the signal at the defect frequency and the average value of the peak signal values generated in the frequency range around the defect frequency", and the difference is determined by the threshold value. In comparison, it is possible to diagnose a fault in the motor.
이때, 상기 결함주파수 주변의 주파수 범위 내에서 크기가 큰 순서대로 소정 개수의 피크 신호 값을 추출(예를 들면, 6개의 피크 값을 추출하고, 이때 결함주파수의 신호는 제외함)한 뒤 그 평균치를 구하고, 결함주파수에서의 신호 크기와 이 평균치의 차이를 계산하게 된다.In this case, a predetermined number of peak signal values are extracted (for example, six peak values are extracted in this order in the order of magnitude) within the frequency range around the defect frequency, and then the average value is excluded. We then calculate the difference between the signal magnitude and the mean at the fault frequency.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 X축, Y축 신호에서 모두 결함 신호가 발생하는 경우 결함으로 진단하게 되며, 이렇게 2축 신호를 동시에 분석하는 경우 종래와 같이 1축 신호만을 분석하는 경우에 비해 진단의 정확도와 신뢰성을 높일 수 있게 된다.In this way, in the present invention, when a defect signal occurs in both the X-axis and Y-axis signals, a diagnosis is made as a defect. The accuracy and reliability can be increased.
또한 진단을 위한 임계값 설정이 용이해지고, 임계값 설정이 가능한 영역이 넓어짐에 따라 진단의 정확도를 높일 수 있다.In addition, it is easy to set a threshold value for diagnosis, and the accuracy of diagnosis can be improved as the area where the threshold value can be set is expanded.
임계값 설정을 위해서는 정상의 전동기와 결함을 모의한 전동기에 대해 본 발명의 진동신호 분석장치를 이용하여 상술한 과정을 그대로 적용하여 피크 값 데이터 구하여야 하며, 이렇게 구한 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터 사이에서 임계값이 구해지도록 해야 한다.In order to set the threshold value, the peak value data should be obtained by applying the above-described process as it is using the vibration signal analysis apparatus of the present invention for a motor simulating a normal motor and a defect. The threshold value should be obtained between the peak value data of the simulated motor.
이때, 2축 진동센서를 포함하는 본 발명의 진동신호 분석장치를 그대로 이용하여 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 측정한 뒤, 이를 이용하여 동일한 방법으로 X축, Y축 신호 각각에 대한 임계값을 결정한다.In this case, after measuring the X-axis vibration signal and Y-axis vibration signal using the vibration signal analysis device of the present invention including a two-axis vibration sensor as it is, using the same method for the threshold for each of the X-axis, Y-axis signal Determine the value.
또한 부하 상태별 결함 진단이 가능하도록 하기 위해 임계값 설정 과정에서 측정 대상 전동기(정상 전동기 및 결함 모의 전동기)에 부하를 인가해주기 위한 부하용 전동기를 추가로 사용한다.In addition, in order to enable fault diagnosis by load condition, a load motor is additionally used to apply a load to the motor to be measured (normal motor and fault simulation motor) during the threshold setting process.
도 4는 임계값 설정을 위한 진동신호 분석장치의 설치 예를 도시한 것으로, 부하용 전동기(2)를 구동하기 위한 인버터(3)를 구비하여야 하며, 부하용 전동기(2)와 측정 대상 전동기(1a) 사이에는 구동축 간을 연결하여 부하용 전동기(2)로부터 측정 대상 전동기(1a)로 부하 전달이 될 수 있도록 한다.4 shows an example of installation of a vibration signal analyzing apparatus for setting a threshold value, and includes an
이와 같이 부하용 전동기(2)를 이용하여 측정 대상 전동기(1)에 부하를 준 뒤 2축 진동센서(10)를 통해 X축, Y축 진동신호를 측정하는데, 인버터(3)로 부하용 전동기(2)의 구동을 제어하여 측정 대상 전동기(1a)의 부하를 조절해준다.In this way, a load is applied to the
또한 측정된 2축 진동신호를 이용하여 앞서 설명한 과정과 동일한 방법으로 피크 값 데이터를 구하는데, 이때 반복 시험을 통해 복수개의 피크 값 데이터를 구하여 임계값을 설정하는데 사용한다.In addition, the peak value data is obtained by using the measured two-axis vibration signal in the same manner as described above. In this case, a plurality of peak value data are obtained through repeated tests and used to set a threshold value.
도 5는 결함 모의 전동기에서 롤러 베어링의 외륜 결함을 모의하기 위해 사용된 롤러 베어링과 베어링 외륜을 나타내는 도면으로, 롤러 수가 13인 롤러 베어링과 결함 모의를 위한 홀(예, 직경 8mm)을 형성한 외륜을 예시하고 있다.FIG. 5 is a diagram illustrating a roller bearing and a bearing outer ring used to simulate outer ring defects of a roller bearing in a defect simulation motor. An outer ring having a roller bearing having a roller number of 13 and a hole for forming a defect (for example, a diameter of 8 mm). To illustrate.
도 6은 정상의 전동기와 베어링 외륜 결함을 모의한 전동기에 대해 측정한 진동 데이터를 보여주고 있으며, (a)는 종래의 1축(Y축) 센서로 측정한 진동 데이터를 나타내고, (b)와 (c)는 2축(X축,Y축) 센서로 측정한 진동 데이터를 나타낸다.6 shows vibration data measured for a normal motor and a motor simulating a bearing outer ring defect, (a) shows vibration data measured by a conventional single-axis (Y-axis) sensor, and (b) and (c) shows the vibration data measured by the 2 axis (X-axis, Y-axis) sensor.
도 6의 (b)는 Y축 진동신호로부터 나타나는 이상 신호(결함 신호)를 보여주고 있고, (c)는 X축 진동신호로부터 나타나는 이상 신호를 보여주고 있다.FIG. 6 (b) shows an abnormal signal (defect signal) from the Y-axis vibration signal, and (c) shows an abnormal signal from the X-axis vibration signal.
또한 도 7은 임계값 설정을 위해 구해진 정상 전동기와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터를 그래프로 나타낸 도면으로, 10회의 반복 시험을 통해 구해진 피크 값 데이터를 나타내고 있다.7 is a graph showing peak value data of a normal motor and a defect simulation motor obtained for setting a threshold, and shows peak value data obtained through ten repeated tests.
도 7의 (a)는 종래의 1축(Y축) 센서를 이용한 경우의 피크 값 데이터를 나타내고 있고, 도 7의 (b) ~ (d)는 2축(X축,Y축) 센서를 이용한 경우의 피크 값 데이터를 나타내고 있다.FIG. 7A illustrates peak value data when a conventional single-axis (Y-axis) sensor is used, and FIGS. 7B to 7D use a two-axis (X-axis and Y-axis) sensor. Peak value data in the case is shown.
도 7의 (b)와 (c)는 X축 진동신호와 Y축 진동신호로부터 구해진 X축, Y축 피크 값 데이터를 각각의 그래프로 도시한 것으로, 정상 전동기의 데이터와 결함 모의 전동기의 데이터를 각 그래프에 함께 표시한 뒤, 정상 전동기의 데이터 집합과 결함 모의 전동기의 데이터 집합을 구분할 수 있는 값으로 임계값을 설정한다.7 (b) and 7 (c) show the X-axis and Y-axis peak value data obtained from the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal, respectively. The data of the normal motor and the data of the defect simulation motor are shown. After each graph is displayed together, the threshold value is set to a value that can distinguish the data set of the normal motor and the data set of the fault-simulated motor.
이때, 정상 전동기의 데이터 최대값과 결함 모의 전동기의 데이터 최소값 사이의 값으로 임계값을 설정할 수 있다.At this time, the threshold value may be set to a value between the data maximum value of the normal motor and the data minimum value of the defect simulation motor.
이와 같이 설정한 임계값을 이용하여 실제 현장 진단시에 구해진 X축 피크 값 데이터와 Y축 피크 값 데이터를 각각의 임계값과 비교하여 결함을 진단하면 보다 정확한 결함 진단이 가능해진다. By using the thresholds set as described above, the defects are diagnosed by comparing the X-axis peak value data and the Y-axis peak value data obtained at the actual site diagnosis with the respective threshold values, thereby enabling more accurate fault diagnosis.
도 7의 (d)는 X축 피크 값 데이터를 횡축 좌표값으로, Y축 피크 값 데이터를 종축 좌표값으로 나타내어 도시한 그래프로서, 이 그래프에서와 같이 정상 전동기의 데이터 집합과 결함 모의 전동기의 데이터 집합 사이를 지나는 선을 도시하여 이 선을 임계값으로 설정하는 것이 가능하다.FIG. 7D is a graph showing the X-axis peak value data as the abscissa coordinate value and the Y-axis peak value data as the ordinate coordinate value. As shown in this graph, a data set of a normal motor and a data set of a defect simulation motor are shown. It is possible to set this line as a threshold by showing the line passing through it.
상기 선은 두 집합을 대각 모서리로 하는 사각형의 안쪽 영역을 지나는 선이 되며, 정상 전동기의 데이터 집합과 결함 모의 전동기의 데이터 집합 사이를 구분하므로 임계값으로 적용이 가능하다.The line is a line passing through an inner region of a quadrangle having two sets of diagonal corners, and is distinguished between a data set of a normal motor and a data set of a fault-simulated motor, and thus can be applied as a threshold value.
이 방법의 경우, 임계값 설정 영역이 넓어지므로 정상과 결함을 결정하기 위한 임계값 설정이 보다 용이해지고, 더불어 정확한 임계값 설정이 가능해지므로 결함 진단의 정확도와 신뢰성을 높일 수 있게 된다.In this method, since the threshold setting area is wider, threshold setting for determining normality and defects becomes easier, and accurate threshold setting is possible, thereby improving accuracy and reliability of defect diagnosis.
또한 도 8은 결함 진단 파라미터 값을 "결함주파수에서의 신호의 크기와 상기 결함주파수 주변의 주파수 범위 내에서 발생한 피크 신호 값들의 평균치의 차"로 정의한 경우에서 사용되는 임계값의 설정 방법을 설명하기 위한 도면으로, 정상 전동기와 결함 모의 전동기에 대해 측정한 파라미터 값을 그래프로 나타낸 것이다.FIG. 8 also illustrates a threshold setting method used when a defect diagnosis parameter value is defined as "a difference between a magnitude of a signal at a defect frequency and an average value of peak signal values occurring within a frequency range around the defect frequency." For the sake of brevity, the parameter values measured for the normal motor and the fault simulation motor are shown in a graph.
도 8의 (a)는 종래의 1축 센서를 이용한 데이터를 나타내고 있고, 도 8의 (b)는 2축 센서를 이용하여 구해진 X축 데이터를, 도 8의 (c)는 2축 센서를 이용하여 구해진 Y축 데이터를 나타내고 있다.FIG. 8A shows data using a conventional single-axis sensor, FIG. 8B shows X-axis data obtained using a two-axis sensor, and FIG. 8C uses a two-axis sensor. Y-axis data obtained is shown.
또한 도 8의 (d)는 도 7의 (d)와 마찬가지로 X축 데이터와 Y축 데이터를 하나의 그래프로 표현한 도면이다.FIG. 8D is a diagram in which the X-axis data and the Y-axis data are expressed in one graph as in FIG. 7D.
도 8의 (b) ~ (d)의 경우에도 반복 시험(예 10회 반복 시험)을 통해 구해진 파라미터 값(피크 값 데이터)을 이용하여 도 7의 (b) ~ 도 7의 (d)의 경우와 동일한 방법으로 임계값을 설정하는 것이 가능하다.In the case of Fig. 8 (b) to (d) also in the case of Fig. 7 (b) to Fig. 7 (d) by using the parameter value (peak value data) obtained through the repeated test (Example 10 repeated tests) It is possible to set the threshold in the same way.
단, 도 8에서의 파라미터 값은 결함주파수에서의 신호의 크기와 주변 주파수 범위 내에서 발생한 피크 신호 값들의 평균치의 차이 값이며, 여기서 평균치는 주변 주파수 범위 내에서 크기가 큰 순서대로 미리 정해진 개수의 피크 신호 값들을 추출하여 구한 것이다.However, the parameter value in FIG. 8 is a difference value between the magnitude of the signal at the defect frequency and the average value of the peak signal values generated in the surrounding frequency range, and the average value is a predetermined number in the order of the magnitude in the surrounding frequency range. It is obtained by extracting peak signal values.
이와 같이 하여, 본 발명은 MEMS형 2축 진동센서를 통해 취득된 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 동시에 이용하여 전동기의 상태를 분석하도록 한 것으로, 진동신호를 이용한 전동기 결함 진단에 있어서 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있음은 물론, 임계값을 더욱 쉽고 정확히 설정(진단 결과의 정확도 향상에 기여함)할 수 있는 이점을 제공한다.In this way, the present invention is to analyze the state of the motor by using the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal acquired through the
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Modified forms are also included within the scope of the present invention.
1 : 진단 대상 전동기 1a : 측정 대상 전동기
2 : 인버터 10 : 진동센서
20 : 데이터 수집 및 분석장치1: Motor for diagnosis 1a: Motor for measurement
2: inverter 10: vibration sensor
20: data collection and analysis device
Claims (13)
상기 결함 진단 과정은,
상기 진단 대상 진동기에 X축 진동과 Y축 진동을 동시에 측정할 수 있는 진동센서를 설치하는 단계;
상기 진단 대상 전동기의 작동 동안 진단 대상 전동기에서 발생하는 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 상기 진동센서를 통해 취득하는 단계;
상기 X축 및 Y축 진동신호를 이용하여 상기 진단 대상 전동기의 회전주파수를 구하고 회전주파수로부터 결함주파수를 산출하는 단계; 및
상기 취득된 X축 진동신호와 Y축 진동신호에 대하여 상기 결함주파수를 포함하도록 설정된 주파수 범위 내에서 발생한 X축 진동신호의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호의 피크 값 데이터를 구한 뒤 임계값과 비교하여 전동기의 결함을 진단하는 단계;
를 포함하고,
상기 피크 값 데이터가 결함주파수에서의 신호의 크기와 상기 주파수 범위 내에서 발생한 피크 신호 값들의 평균치의 차이 값인 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
A threshold setting process for setting a threshold for diagnosing a fault of the motor, and a threshold set in the vibration signal and the threshold setting process after measuring a vibration signal generated from the motor to be diagnosed during operation of the motor to be diagnosed In the vibration signal analysis method in a motor comprising a fault diagnosis process for diagnosing a fault of the motor by using a value,
The fault diagnosis process,
Installing a vibration sensor on the diagnosis target vibrator capable of simultaneously measuring X-axis vibration and Y-axis vibration;
Acquiring, via the vibration sensor, an X-axis vibration signal and a Y-axis vibration signal generated in the diagnosis target motor during operation of the diagnosis target motor;
Obtaining a rotation frequency of the diagnosis target motor using the X-axis and Y-axis vibration signals and calculating a defect frequency from the rotation frequency; And
The peak value data of the X-axis vibration signal and the peak value data of the Y-axis vibration signal generated within the frequency range set to include the defect frequency with respect to the acquired X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal, and then compared with a threshold value. Diagnosing a defect of the motor;
Lt; / RTI >
And the peak value data is a difference value between a magnitude of a signal at a defect frequency and an average value of peak signal values generated within the frequency range.
상기 진단 대상 전동기의 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 반복하여 측정하고, 반복 측정하여 취득된 X축 진동신호와 Y축 진동신호에 대하여 각각 상기 주파수 범위 내에서 발생한 X축 진동신호의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호의 피크 값 데이터를 구한 뒤 임계값과 비교하는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method according to claim 1,
The peak value of the X-axis vibration signal generated within the frequency range for the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal obtained by repeatedly measuring and measuring the X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal of the diagnosis target motor. Obtaining the peak value data of the data and the Y-axis vibration signal and compares with the threshold value.
상기 피크 값 데이터가 상기 주파수 범위 내에서 발생한 최대 피크 신호 값인 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method according to claim 1,
And the peak value data is a maximum peak signal value generated within the frequency range.
상기 피크 신호 값들의 평균치는 상기 주파수 범위 내에서 크기가 큰 순서대로 미리 정해진 개수의 피크 신호 값들을 추출하여 구해지는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method according to claim 1,
And the average value of the peak signal values is obtained by extracting a predetermined number of peak signal values in order of increasing magnitude within the frequency range.
임계값 설정 과정에서,
정상의 전동기와 결함을 모의한 전동기에 대하여 진동센서를 통해 취득한 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 이용하여 결함 진단 과정과 동일한 방법으로 피크 값 데이터를 구하고,
X축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터 사이의 값과, Y축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터 사이의 값을 각각 X축, Y축 신호의 임계값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method according to any one of claims 1, 2, 3, and 5,
In the threshold setting process,
Using the X-axis and Y-axis vibration signals acquired through the vibration sensor for a normal motor and a motor simulating a defect, the peak value data is obtained in the same manner as the fault diagnosis process.
Between the peak value data of the normal motor and the peak value data of the fault simulation motor obtained using the X-axis vibration signal, and between the peak value data of the normal motor and the peak value data of the fault simulation motor obtained using the Y-axis vibration signal. The vibration signal analysis method of the motor, characterized in that the value of sets the X-axis, Y-axis signal threshold value, respectively.
임계값 설정 과정에서,
정상의 전동기와 결함을 모의한 전동기에 대하여 진동센서를 통해 취득한 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 이용하여 결함 진단 과정과 동일한 방법으로 피크 값 데이터를 구하고,
X축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터를 횡축 좌표값으로, Y축 진동신호를 이용하여 구해진 정상 전동기의 피크 값 데이터와 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터를 종축 좌표값으로 나타낸 그래프를 도시한 뒤,
상기 정상 전동기의 피크 값 데이터 집합과 상기 결함 모의 전동기의 피크 값 데이터 집합 사이를 지나는 선을 도시하여 이 선을 임계값으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method according to any one of claims 1, 2, 3, and 5,
In the threshold setting process,
Using the X-axis and Y-axis vibration signals acquired through the vibration sensor for a normal motor and a motor simulating a defect, the peak value data is obtained in the same manner as the fault diagnosis process.
The peak value data of the normal motor and the peak value data of the faulty simulated motor obtained using the X-axis vibration signal are the abscissa coordinate values, and the peak value data of the normal motor and the peak value data of the faulty simulated motor obtained using the Y-axis vibration signal. After plotting the graph with the vertical coordinates,
And a line passing between the peak value data set of the stationary motor and the peak value data set of the fault-simulated motor and setting the line as a threshold value.
상기 임계값 설정 과정에서 구해진 임계값을 결함 진단 과정에서 구해진 피크 값 데이터와 비교하여 전동기의 결함을 진단하되, 결함 진단 과정에서 구해진 X축 진동신호에서의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호에서의 피크 값 데이터를 각각 횡축 좌표값과 종축 좌표값으로 나타낸 그래프를 도시하여 상기 임계값과 비교하는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method of claim 7,
The fault value of the motor is diagnosed by comparing the threshold value obtained in the threshold setting process with the peak value data obtained in the fault diagnosis process, and the peak value data in the X-axis vibration signal and the peak in the Y-axis vibration signal obtained in the fault diagnosis process. A vibration signal analysis method for an electric motor, characterized in that a graph showing the value data as the abscissa and the ordinate is compared with the threshold.
상기 전동기에 X축 진동과 Y축 진동을 동시에 측정할 수 있는 진동센서를 설치하는 단계;
상기 전동기의 작동 동안 전동기에서 발생하는 X축 진동신호와 Y축 진동신호를 상기 진동센서를 통해 취득하는 단계;
상기 X축 및 Y축 진동신호를 이용하여 상기 전동기의 회전주파수를 구하고 회전주파수로부터 결함주파수를 산출하는 단계; 및
상기 취득된 X축 진동신호와 Y축 진동신호에 대하여 상기 결함주파수를 포함하도록 설정된 주파수 범위 내에서 발생한 X축 진동신호의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호의 피크 값 데이터를 구하는 단계;
를 포함하고,
상기 피크 값 데이터가 결함주파수에서의 신호의 크기와 상기 주파수 범위 내에서 발생한 피크 신호 값들의 평균치의 차이 값인 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
In the vibration signal analysis method in the motor for measuring and analyzing the vibration signal generated during the operation of the motor,
Installing a vibration sensor that can measure X-axis vibration and Y-axis vibration at the same time in the electric motor;
Acquiring an X-axis vibration signal and a Y-axis vibration signal generated by the motor during operation of the motor through the vibration sensor;
Obtaining a rotational frequency of the motor by using the X-axis and Y-axis vibration signals and calculating a defect frequency from the rotational frequency; And
Obtaining peak value data of the X-axis vibration signal and peak value data of the Y-axis vibration signal generated within the frequency range set to include the defect frequency with respect to the acquired X-axis vibration signal and the Y-axis vibration signal;
Lt; / RTI >
And the peak value data is a difference value between a magnitude of a signal at a defect frequency and an average value of peak signal values generated within the frequency range.
상기 피크 값 데이터가 상기 주파수 범위 내에서 발생한 최대 피크 신호 값인 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method of claim 9,
And the peak value data is a maximum peak signal value generated within the frequency range.
상기 피크 신호 값들의 평균치는 상기 주파수 범위 내에서 크기가 큰 순서대로 미리 정해진 개수의 피크 신호 값들을 추출하여 구해지는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method of claim 9,
And the average value of the peak signal values is obtained by extracting a predetermined number of peak signal values in order of increasing magnitude within the frequency range.
상기 전동기에 대하여 구해진 X축 진동신호의 피크 값 데이터와 Y축 진동신호의 피크 값 데이터를 횡축 좌표값과 종축 좌표값으로 나타낸 그래프를 도시하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기에서의 진동신호 분석방법.
The method of claim 9,
And displaying a graph showing the peak value data of the X-axis vibration signal and the peak value data of the Y-axis vibration signal obtained with respect to the electric motor as abscissa coordinate values and ordinate coordinate values. Signal analysis method.
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