KR101481761B1

KR101481761B1 - 음향 변환기를 본체에 음향적으로 결합하기 위한 커플링 소자 및 이 커플링 소자를 포함하는 음향 변환기

Info

Publication number: KR101481761B1
Application number: KR1020127014441A
Authority: KR
Inventors: 울리히 세우데
Original assignee: 울리히 세우데
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2015-01-12
Also published as: JP2013509570A; EP2496937B1; WO2011050991A1; DE202009014771U1; KR20120125233A; CN102792159A; CN102792159B; US10288586B2; EP2496937A1; US20120250465A1

Abstract

본 발명은 음향 변환기(2)로부터 본체(4)로 그리고/또는 본체(4)로부터 음향 변환기(2)로 고주파 구조물 소음(structure-borne noise)을 전달하기 위해, 음향 변환기(2)를 본체(4)에 음향적으로 결합하기 위한 커플링 소자에 관한 것으로서, 커플링 소자(1)는 본체(4)와 적극적으로 접촉하기 위한 변형가능 접촉영역을 포함한다.

Description

음향 변환기를 본체에 음향적으로 결합하기 위한 커플링 소자 및 이 커플링 소자를 포함하는 음향 변환기{COUPLING ELEMENT FOR ACOUSTICALLY COUPLING A SOUND TRANSDUCER TO A BODY, AND SOUND TRANSDUCER COMPRISING SAID COUPLING ELEMENT}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제에 따른 커플링 소자에 관한 것으로서, 특히 본체에 음향 변환기를 음향적으로 결합하기 위한 커플링 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구범위 제10항의 전제에 따른 음향 변환기에 관한 것으로서, 특히 피가공물의 기계적 처리공정 중에 음향 변환기로부터 고주파 구조물 소음(structure-borne noise)을 검출 및/또는 생성하는데 사용되는 음향 변환기에 관한 것이다.

예를들면, 커팅 툴에 의해 피가공물을 기계적으로 처리하는 공정은 피가공물의 처리공정 중에, 그 피가공물에서 있을 수 있는 균열이나 툴의 파열의 발생에 따른 결점을 검출하기 위해, 그 처리공정 중에 생성되는 구조물 소음을 검출하여 감시할 수 있다.

이와 같이, 툴 또는 피가공물의 상태 또는 균열을 감시하는 기술이 비교문헌 1, DE 10 2006 023 716 B3에 공지되어 있다. 여기에는 감시대상이 되는 피가공물의 2개의 평편한 면 각각에 대해 음향 센서가 평편하게 안착되고, 2개의 음향 센서에 보내는 음향신호의 전달 시간차의 측정치를 기초로 예를들면 드릴의 파열을 검출할 수 있다. 그러나, 이 경우 단지 음향 신호의 존재를 식별할 필요가 있기 때문에, 피가공물에 음향 센서를 결합하는데 특별한 요건이 부여되지 않는다.

피가공물이 둥근 구간 외에 음향 센서를 위한 평편한 결합을 위한 설비를 갖추고 있지 않으면, 비교문헌 2, DE 94 03 901 U1에 따른 스캐닝 암(scanning arm)의 형태로된 커플링 소자를 피가공물에 음향 센서를 포인트 별로 결합하기 위해 사용하면 이 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 이 경우 피가공물의 표면에 대한 음향 센서의 접촉면적(또는 영역)이 작다는 단점이 있으며, 그 결과 낮은 음향 파워만이 피가공물로부터 음향 센서로 전달되며, 평가를 위해 유용하게 사용될 수 있는 구조물 소음 파워에 주로 담겨 있는 파열 정보는 사용할 수 없는 상태로 남겨진다.

그러나, 낮은 전달 음향 파워 외에도 , 단순 포인트별 결합 방식의 경우 전달된 음향 스펙트럼에 제한이 있어 비교문헌 2, DE 94 03 901 U1 에서는 연마 접촉에 기인하는 방해 신호로 인해 추가로 어려움을 겪을 뿐만 아니라 오류가 발생할 가능성이 있다.

따라서, 공지된 포인트별 결합방식은 음향 전달 스펙트럼 전체를 검출하고 평가하는 방식에서는 적절하지 않다. 특히 초고주파 범위에서 음향 전달 스펙트럼을 즉시 검출하는 경우에는, 단순 포인트별 결합방식은 적절하지 않음이 증명되었다. 그러나, 둥근형태 또는 단차형 피가공물에 대해 음향 센서를 평편하게 결합하는 것은 접촉 면적이 상보적이 아니기 때문에 대부분 불가능하다.

저주파 음향 신호를 이용하여 검사 샘플을 비파괴 검사하는 장치가 비교문헌 3, DE 10 2006 059 413 A1으로 공지되어 있다. 가요성 멤브레인을 갖는 저주파 음향 신호용 초음파 변환기가 비교문헌 4, US 5 426 980 A에 공지되어 있다. 비교문헌 5, JP 08-0 21 828 A는 음파 감쇄를 위해 도파관(waveguide)에서의 캐비티 사용방법에 대해 설명하고 있고, 비교문헌 6, JP 2006-3 49 486 A는 결합될 접촉면에 대해 상보적으로 형성된 접촉면을 갖는 음향 센서를 개시하고 있다.

비교문헌 1, DE 10 2006 023 716 B3 비교문헌 2, DE 94 03 901 U1 비교문헌 3, 10 2006 059 413 A1 비교문헌 4, US 5 426 980 A 비교문헌 5, JP 08-0 21 828 A 비교문헌 6, JP 2006-3 49 486 A

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 한편으로는 기계적으로 처리되는 피가공물 또는 툴과 같은 본체와, 다른 한편으로는 음향 센서 사이에서 개선된 음향 전달을 달성할 수 있는 청구범위 제1항 및 제10항에 따른 커플링 소자 및 음향 변환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 청구범위 제1항 또는 제10항에 따라서, 음향 변환기를 본체에 음향적으로 결합하기 위한 커플링 소자와, 그 음향 변환기에 의해 달성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 커플링 소자는 최소한 특정 구간에서 변형가능하여, 본체에 대해 실질적으로 적극적인 방식(표면적을 가능한 최대한으로 확대하여 접촉하는방식)으로 접촉할 수 있다. 따라서, 음향 변환기의 감지 영역이 임의로 형성된 표면, 예를들면, 둥근 구간, 모서리, 단차, 에지, 돌출부분 등에서 적응적으로 접촉된다. 특히, 커플링 소자와 함께 음향 변환기가 본체에 대해 힘으로 가압되면, 특별하게 양호한 결합을 얻을 수 있다. 변형가능 커플링 소자는 본체의 표면을 밀면서 안착된다. 이 경우, 개연성 있는 가장 큰 접촉영역이 형성된다. 본체와 커플링 소자 사이에, 따라서 또한 본체와 음향 변환기 사이에 큰 접촉영역이 형성되는 결과, 본체로부터 커플링 소자를 경유하여 음향 변환기에 비교적 큰 음향 파워가 전달되는 것이 가능하다. 예를들면 스캐닝 암(scanning arm), 특히, 팁을 가지고 있어 작은 접촉영역을 갖는 것들의 경우와 비교할 때, 본 발명에 따른 커플링 소자에 의해 사운드 픽업의 에너지 산출이 상당히 크게 증대한다. 또한, 음향 주파수 평가에 필요한 크고, 특히 고주파의 음향 스펙트럼이 실질적으로 오류없이 광대역 방식으로 전달될 수 있다. 고주파, 바람직하게는 가능한 높은 MHz 범위에와 같이 극초고주파에 이르는 음향 전달 스펙트럼을 이용하여 이와 같이 특히 광대역 음향 주파수 평가를 행할 경우, 다른 기법에 비해 상당히 개선된 공정 감시를 달성할 수 있다.

이러한 음향은 바람직하게는 음향 변환기로부터 본체로 그리고/또는 본체로부터 음향 변환기로 커플링 소자에 의해 전달될 수 있으며, 이러한 음향은 특히 한개의 피가공물, 또는 피가공물에 할당된 한개의 본체를 기계적으로 처리하는 공정 중에 생성된다. 이러한 음향은 고주파 구조물 소음으로부터 형성된다. 이러한 고주파 구조물 소음 스펙트럼의 평가를 통해 피가공물 처리에 대하여 질(quality)에 관한 정보를 제공하게 된다. 본 발명에 따른 커플링 소자의 변형능력의 결과로서, 최소한 특정영역에서, 피가공물 또는 임의로 형성되는 표면을 갖는 툴로부터 구조물 소음 신호를 비교적 높은 음향 파워의 전달과 함께 평가할 수 있다.

커플링 소자는 바람직하게는 충전부를 포함하며, 이 충전부는 최소한 일부 구간이 변형가능 외피에 의해 둘러싸여 있다. 충전부가 또한 변형가능하다면 바람직하며. 충전부와 외피는 이러한 구조에 따라서 백(bag) 형상 컨테이너를 형성할 수 있다. 이 컨테이너는 구조물 소음 신호가 광대역 방식으로 특히, 충분히 강하고 바람직하게는 오류가 없는 스펙트럼의 고주파 구간을 포함하여 가능한 멀리 전달되도록 구성되어야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 커플링 소자에 있어서, 외피는 유연하게 또는 탄성적으로 변형가능하다. 특히 이 경우 외피에 적절한 물질로는 신축가능 물질을 들 수 있으며, 이것에 의해 본체 또는 피가공물의 임의 형상의 표면에 대해 비교적 양호한 적응을 달성할 수 있다. 탄성 변형능력의 경우, 커플링 소자는 여러 다른 형상의 본체에 특히 잘 적응 할 수 있다. 이 경우, 여러 다른 피가공물의 음향 신호를 높은 효율로 검출할 수 있다. 예를들면, 여러 다른 형상 표면을 각각 갖는 다양한 피가공물을 다른 싸이클로 제조하려고 하는 한, 이러한 본 발명의 방법은 금속 피가공물의 산업적 생산에서 특히 장점을 갖는다.

본 발명에 따른 커플링 소자의 충전부의 외피는 필요에 따라서, 필름, 망(net), 직물, 이들의 어느 조합으로 형성할 수 있다. 필름의 경우는 탄성 특성을 갖는 플라스틱으로부터 형성하는 것이 바람직하다. 필름의 음향 전달 동작은 최소한 부분적으로 고주파 음향이 전달될 수 있도록 구성되어야 한다. 또한, 필름은 피가공물의 처리 공정의 요건을 만족시켜야 하며, 특히 온도와 화학적 저항 요건을 고려할 필요가 있다. 또한, 필름의 층두께는 유연성있게 또는 탄성적으로 변형가능한 정도에 요건에 적응되도록 해야 한다. 이와는 달리 망(net)으로부터 형성되는 충전부의 외피는 주변으로부터 충전부가 음향적으로 차단되는 장점을 제공한다. 외피가 망(net)으로 설계될 경우, 망의 내용물이 본체, 또는 피가공물 및/또는 음향 변환기의 하우징에 직접 접촉하는 것이 가능하다. 이와 같이 충전부의 직접적인 접촉은 음향 전달을 향상시킨다. 직물로부터 형성된 외피는 높은 변형능력과 높은 기계적 하중 용량 및 응력 강도의 특성을 갖는다.

충전부가 전달체를 포함하고, 이들 전달체가 음향 변환기와 본체 사이에서 하나 이상의 음향 전달 통로를 형성하는 방식으로 감시되는 본체에 대해 가압하는 형태로 최소한 배치된 상태에서 최소한 부분적으로 상호 접촉하고 있으면 특히 바람직하다. 이러한 전달체는 고체물질로 형성되는 것에 장점이 있다. 예를들면, 이것은 금속 구, 입상체 물질 등을 포함할 수 있다. 고주파에서 고체 음향 전파가 집합체로서의 고체상태를 갖지 않는 물질 보다는 필수적으로 월등히 우수하다. 이러한 특성은 예를들면 많은 금속에 적용할 수 있다. 이들 금속은 음향 주파수의 고대역 전달이라는 특성을 가지며, 높은 대역의 경우 고체 물질로 형성된 전달체는 음향 스펙트럼에서 고주파 성분을 또한 전달한다. 전달체의 음향 속도가 본체(피가공물, 툴, 기기, 프레임 등)에서 및/또는 음향 변환기에서의 속도와 최소한 유사하거나 동일할 때, 어떠한 반사 손실도 음향이 액체 또는 가스에 결합될 보다 현저히 낮다. 기하학적으로 불규칙하게 형성된 전달체의 경우, 특히 전달체의 인터페이스에서의 음향 반사에서 그 음향 데이터의 해석은 복잡할 수 있다. 따라서, 음향 데이터의 해석을 단순화하기 위해, 충전부에 포함된 모든 전달체가 균일한 기하학적 형상을 가지고 동일한 물질로 형성되는 것이 적절할 수 있다. 수많은 작은 전달체를 제공할 경우, 전달체 상호간의 접촉으로 인해 광대역 음향 스펙트럼을 전달하는 많은 병렬 음향 전달 통로가 본체와 음향 변환기 사이에 형성된다.

음향 전달 능력을 향상시키기 위해, 전달체를 외피에 의해 음향 변환기로부터는 음향적으로는 차단하지 않고 그 음향 접촉 표면과 직접 접촉하는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 외피는 최소한 하나의 개구를 가지며, 충전부의 전달체는 음향 변환기의 일구간과 직접 접촉할 수 있는 것이 장점이 있음을 증명하고 있다. 충전부는 따라서, 한편으로는 외피에 의해 한정되고, 다른 한편으로는 커플링 소자와 마주하는 음향 변환기의 구간 표면의 최소한 일 영역에 의해 한정된다. 이 구간은 예를들면 센서 표면 자체에 의해 형성될 수도 있고, 센서 표면 부근에 위치하는 하우징 영역에 의해 형성될 수도 있다. 중요한 것은 센서 표면과 전달체 사이에서 외피에 의해 형성된 어떠한 음향 차단없이, 음향 변환기 영역에서, 전달체가 직접 센서 표면과 접촉할 수 있다는 점이다.

전달체는 실질적으로 구형 및/또는 다면체가 바람직하다. 이러한 형상의 전달체는 바람직하게는 금속 또는 세라믹으로 상호간 매우 딱딱한 물질로 형성될 수 있으며, 본 발명에 따른 커플링 소자의 경우 많은 공간을 갖는 충전부를 제공할 수있으며, 이러한 고체물질 모두는 음향 스펙트럼의 고주파 성분의 전달 특성과 임의 표면에 대해 적응하기 위한 커플링 소자의 변형특성을 갖는다. 동일 치수와 동일 물질로된 구형 또는 다면체와 함께 구형 표면에서의 음향 반사가 데이터 처리공정 중에 음향 데이터로부터 보다 용이하게 여과될 수 있다. 예를들면 피가공물 또는 툴과 같은 본체에 대해 본 발명에 따른 커플링 소자를 갖는 음향 변환기를 가압할 때, 구체 및/또는 다면체는 많은 전달체가 가능한 음향적으로 상호 접촉하는 안정된 위치를 점유할 때까지 커플링 소자의 충전부 내측에 배치된다. 음향은 따라서 본체, 또는 피가공물 또는 툴로부터, (금속) 전달체를 경유하여 상호 접촉하여 센서 표면 또는 센서 하우징에 전달된다. 전달체의 구체 형상으로부터 편차가 있으면, 커플링 소자의 공간이 있는 충전부는 실질적으로 최적화될 수 있지만, 충전부의 (유연성) 변형성은 희생될 수 있다. 그러나, 다면체는 외피에 대한 횡단력과 그에 따른 측방향 압력이 구체의 경우보다 낮기 때문에 소극적(또는 스냅형) 접속을 생성하기 위해 힘을 증대시키는 것을 가능하게 한다. 구체 또는 유사한 형체의 전달체를 갖는 충전부의 공간이 크면 커플링 소자의 음향 전달 능력이 그 만큼 향상된다. 모든 음향 전달 손실은 충전부의 외피의 조건, 특히 외피의 두께, 강도, 구체와 전달체 간의 중간 공간의 전체 체적에 따라서 결정된다.

또한, 충전부가 액체를 포함하는 것이 장점일 수 있다. 액체는 높은 점도를 갖는 것이 바람직하며, 예를들면 오일은 그 예가 될 수 있다. 필요에 따라서, 충전부는 낮은 점도의 지방을 포함할 수도 있다. 액체 또는 지방의 전달체를 모두 포함하는 충전부가 특히 유리하다. 이에 따라서 전달체는 액체 또는 지방에 의해 둘러싸인다. 이 경우, 액체는 음향 스펙트럼의 저주파 부분을 전달하는 것이 바람직하다. 이와는 달리 충전부의 성분으로서 겔 또는 겔과 같은 물질을 적용할 수도 있다. 겔은 변형특성을 가지고 있으며, 전달체의 (반송:carrier) 매체로서 사용된다. 충전부가 액체를 포함하면, 커플링 소자의 충전부에서 액체의 압력은 여기에 포함된 전달체의 변위가 가능하도록 선택된다. 본체에 대해 커플링 소자를 가압할 때, 액체의 압력은 변할 수 있지만 액체의 액압특성에 의해 제한을 받는다.

충전부가 하나 이상의 공극(void)을 포함할 수 있다. 공극이 존재하면 피가공물 본체의 자유 형성 표면에 대해 외피의 표면을 보다 잘 적응시킬 수 있다. 변형가능 커플링 소자의 가변성도 이에 따라서 증대하며, 필요에 따라서 공극에 가스를 채울 수도 있다.

본 발명의 요지에는, 특히 피가공물의 기계적 처리공정 중에 바람직하게는 고주파 구조물 소음을 검출 및/또는 생성하기 위한 음향 변환기도 또한 포함된다. 음향 변환기는 음향 센서 및/또는 음향 발생기, 바람직하게는 하우징을 포함한다. 본 발명에 따르면, 커플링 소자는 음향 변환기에 배치되며, 최소한 특정영역에서 변형이 가능하여 실질적으로 적극적으로(가능한 표면적이 넓게) 본체에 접촉이 가능하다. 이 커플링 소자는 앞서 설명한 특징을 하나 이상 갖는다. 음향이 검출될 수 있는 본체는 툴이나 피가공물에 의해 형성될 수 있으며, 음향적으로, 예를들면 피가공물 홀더에 의해 결합된다. 특히, 이 본체는 자유롭게 형성된 표면, 예를들면 표면 상에 오목 또는 볼록하게 형성된 표면 또는 윤곽을 가진다. 본 발명에 따른 음향 변환기의 커플링 소자의 변형가능성에 기인하여, 자유롭게 형성된 본체의 표면과 음향 변환기의 센서 표면 간의 접촉영역이 증대한다. 따라서, 본체로 부터 음향 변환기로 또는 음향 변환기로부터 본체로 특히 광대역 방식으로 보다 높은 음향 파워를 전달할 수 있다. 이에 따라서, 특히, 피가공물 처리 공정 중에 구조물 노이즈의 해석은 더욱 효율적으로 이루어지며, 피가공물의 처리가 궁극적으로 더욱 신뢰성있고, 높은 질로 달성되는 결과를 얻는다. 이것은 전달된 음향 파워의 증대에 기인하여 피가공물 처리공정 중에 비정상적으로 약한 것으로 판단할 수도 있는 약한 음향 신호도 검출할 수 있다는 점에서 더욱 더 그 효과를 실감할 수 있다. 예를들면 이러한 약한 신호에는 매우 미세한 균열의 형성을 들 수 있다.

음향 센서 및/또는 음향 발생기는 바람직하게는 커플링 소자가 결합되는 하우징을 가진다. 커플링 소자 및 음향 변환기는 따라서 장치 유닛(unit)을 형성한다.

커플링 소자는 또한 하우징이 결합되는 접속편을 포함한다. 접속편은 바람직하게는 금속, 특히 커플링 소자 및 하우징의 필수 요소가 형성되는 것과 동일한 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 금속은 특히 (구조물) 소음 스펙트럼의 고주파 부분에서 양호한 음향 전달성을 갖는 특징이 있다.

접속편은 적극적(결합방식이 특별한 도구 등을 사용하지 않으면 해제될 수 없을 정도로 강한 것, 예를들면 나사식 접속방식), 또는 소극적(스냅식으로 결합방식이 간단하게 해제될 수 있는 정도의 결속을 가진것, 예를들면 플러그 접속방식) 및/또는 이음매 없는 접속에 의해 하우징에 접속된다. 접속편은 예를들면, 음향센서 하우징에 나사결합된다. 이와는 달리, 소켓형으로 플러그에 의해 결합될 수도 있다. 본 발명에 따라서, 나사결합가능 또는 플러그 결합가능 접속편에 의해 필요에 따라 음향 변환기로부터 커플링 소자를 제거하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 예를들면, 피가공물의 표면이 평면형이면, 커플링 소자가 없는 음향 변환기는 유사한 평면형 센서 표면과 함께 직접 피가공물에 배치될 수 있다. 평면 표면을 갖는 피가공물의 처리 이후, 자유롭게 형성된 표면을 갖는 피가공물을 처리할 때는, 필요에 따라서, 접속편에 접속하여 본 발명에 따른 커플링 소자와 함께 음향 변환기를 사용할 수 있다. 특별한 경우, 커플링 소자를 음향 센서 하우징 또는 음향 발생기 하우징에 접착하는 것이 바람직하다. 이러한 접속은 특히 강력한 점에서 특징이 있다. 특히 피가공물의 빈번한 교체의 경우 본 발명에 따른 커플링 소자는 확실하게 그 효과를 발휘할 수 있다.

이와는 달리, 접속편과 음향 변환기 하우징 간에 (영구) 자석 상호작용에 의해 접속편의 접속을 가능하게 할 수도 있다. 이 경우, 접속편은 영구자석 또는 전자석을 포함하여, 접속편이 자석 음향 센서 하우징에 부착된다. 전달체 또한 영구 자화된 것 또는 자화될 수 것이 될 수도 있으며, 센서의 아래에 자석이 부착될 수 있어 커플링 색(sack)을 통해 또는 커플링 색(sack)의 외부를 통해 자력에 의해 기계 부품이나 피가공물에 대해 강제 끼움 및/또는 형상 끼움을 이룰 수 있으며, 이 경우 특히 수동 접착을 위한 핸들링을 용이하게 하고, 재생형 가압력을 생성할 수 있다.

본 발명에 따른 음향 변환기의 바람직한 실시예로서, 음향 센서 및/또는 음향 발생기는 압전소자로부터 형성된다. 압전소자는 음향 스펙트럼의 고주파 범위에서 음향 전달을 수행하는데 특히 적합하며. 또한, 금속성 피가공물 또는 본 발명에 따른 커플링 소자의 금속부품에 압전소자를 음향적으로 결합하는 것이 매우 바람직하다.

본 발명에 따라서, 예시된 실시예에서 설명한 상기 소자, 부품, 또는 구성요소들은 그 치수, 형상, 물질의 종류, 기술적 개념에서 특별한 배제를 받는 것은 아니며, 이 응용분야에서 공지된 선택기준을 제한적이나마 사용할 수 있다.

더욱 상세하게는, 본 발명의 요지에 따른 특징 및 장점은 청구범위, 다음의 상세한 설명 및 그 관련 도면에서 파악할 수 있으며, 여기서는 예로서 커플링 소자와 음향 변환기의 예시적 실시예를 제시하고 있다. 청구범위와 실시예에서의 개별적 특징은 다른 청구범위와 실시예의 다른 특징과 언제나 조합할 수 있다.

도 1은 커팅 툴을 포함하고, 피가공물에 구조물 소음을 수신하는 수단이 배치된 피가공물 처리 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 피가공물과 음향 변환기 사이에 배치된 커플링 소자를 나타낸 개략도이다.
도 3은 접속편으로 음향 변환기에 커플링 소자가 결합된 상태에서 음향 변환기를 나타낸 개략도이다.

도 1은 피가공물(5)이 툴(3)에 의해 처리되는 피가공물 처리장치(6)를 도시하며, 여기서 툴(3)로는 예를들면, 드릴을 들 수 있다. 피가공물 처리의 질(quality)을 감시하기 위해, 음향 변환기(2)가 피가공물(5)에 부착되며, 음향 변환기(2)는 전기접속 라인(7)을 경유하여 평가장치(8)에 연결된다.

툴(3)에 의한 처리 공정 중에 발생되는 피가공물(5)의 구조물 소음(structure-borne noise) 신호를 음향 변환기(2)가 수신하고, 평가장치(8)는 수신된 구조물 소음 신호를 평가한다. 피가공물 처리공정 중에 파열 또는 균열이 발생되면, 이러한 현상은 평가장치(8)에서 음향신호를 분석하여 식별할 수 있다. 따라서, 처리공정 중에 결점이 형성될 수 있는 피가공물(5)을 분별할 수 있는 능력을 제공한다. 또한, 이러한 평가방식은 예를들면 툴의 마모 상태의 결정여부 등과 같은 판정을 추가로 가능하게 하며, 감시에 의해 피가공물 처리의 질을 전반적으로 향상시키게 된다. 음향 변환기(2)는 처리장치(6) 또는 이 처리장치(6)에 음향적으로 결합되는 기기 부품에 결합될 수 있고/또는 결합될 수 있거나, 및/또는 있을 수 있는 프레임과 같은 피가공물(5)에 결합될 수 있다.

여기서의 피가공물(5)은 예를들면 구형 또는 볼록형 표면을 가진다. 볼록형 표면으로 인해, 음향 변환기(2)는 만족스럽지 못한 방법으로 피가공물(5)에만 직접 부착될 수 있으며, 여기서, 예를들면 도 2의 음향 변환기(2)의 음향 센서(14)는 평면형 센서 표면을 가진다. 따라서, 도 1에 따른 음향 변환기(2)는 변형가능 커플링 소자(1)를 포함한다.

음향 변환기(2)가 피가공물(5)에 대해 지금 힘으로 가압되면, 커플링 소자(1)는 변형되어 피가공물(5)의 곡면에 대해 안착된다. 그 결과, 그 접촉표면에 대해 적응할 수 있는 변형가능 커플링 소자(1)에 의해 음향 변환기(2)와 피가공물(5) 사이의 접촉영역이 확대된다. 이와 같이 확대된 접촉 영역으로 인해 전반적으로 보다 높은 음향 파워가 피가공물(5)로부터 음향 변환기(2)로 전달될 수 있다. 따라서, 평가장치(8)에서는 약한 음향 신호도 또한 검출할 수 있다. 예를들면 툴(3)에 의한 처리공정 중에 피가공물(5)에서 매우 미세한 균열이 형성될 경우, 이러한 약한 음향 신호가 생성될 수 있다.

피가공물 처리 공정 중에 방사되는 구조물 소음은 주로 고주파 음향 주파수를 포함한다. 이와는 달리, 음향 변환기(2)가 음향 발생기를 가지고 있어, 이 음향 발생기로 음향신호를 피가공물(5)에 전달할 수도 있다. 피가공물(5)에 소리를 전달하는 경우는 예를들면, 툴 처리 공정을 직접 감시할 때이며, 한편, 음향 변환기(2) 또는 피가공물(5)과 음향 변환기(2)의 조합을 전달된 음향에 의해 조절할 수 있다.

본체(4)에 음향 변환기(2)를 음향 결합하기 위한 커플링 소자(1)는 도 2에 도시되어 있다. 커플링 소자(1)는 최소한 일부 영역에서 변형가능하기 때문에, 본체(4)를 실질적으로 확실하게 접촉시킬 수 있다. 도 2에 도시한 바와같이, 커플링 소자(1)는 최소한 일부구간에서 외피(10)로 둘러싸이는 충전부(9)를 가진다. 외피(10)는 또한 변형가능하다. 외피(10)는 유연하게 또는 탄성적으로 변형가능한 것이 바람직하다. 외피(10)는 예를들면 필름, 망(net), 직물, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 역시 도 2에 도시한 바와같이, 충전부(9)는 전달체(11)를 가지며, 이들 전달체(11)는 상호 접촉하여 본체(4)와 음향 변환기(2) 사이에서 다수의 병렬 음향 전달 통로(17)를 형성하며, 이들 통로 중 하나가 도 2에 예시되어 있다. 이 경우, 외피(10)는 최소한 하나의 개구(12)를 갖는 것이 바람직하다. 개구 영역(12)에서 전달체(11)는 음향 변환기(2)의 한 구간과 직접 접촉할 수 있다. 음향 변환기(2)에 할당된 음향 센서(14)의 센서 표면은 음향 변환기(2)의 이 구간 영역에 위치할 수 있다.

도 2에 따르면, 전달체는 실질적으로 구체로 형성된다. 구체로서의 전달체(11)가 액체로 둘러싸여 있으면 바람직할 수 있다. 이러한 액체로는 예를들면 오일을 들 수 있다. 바람직하게 또는 부가적으로 충전부(9)가 하나 이상의 공극(13)을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 금속의 구체와, 이들 구체를 둘러싸는 오일로 구성된 커플링 소자(1)의 구성으로 인해 장점을 제공하게 되며, 이러한 장점으로는 한편으로 커플링 소자(1)가 본체(4)의 자유롭게 형성되는 표면에 대해 매우 적절하게 안착할 수 있다는 점과 다른 한편으로 구조물 소음의 음향 스펙트럼의 고저 주파수 부분(fraction) 모두가 구형 전달체(11)를 통해 음향 변환기(2)에 배치된 음향 센서(14)의 센서 표면에 직접 전달될 수 있다는 점이다. 동시에, 음향 변환기(2)의 하우징이 일편에서는 커플링 소자(1)에 접속된 것을 식별할 수 있다. 이러한 접속은 커플링 소자(1)의 충전부(9)의 외피(10)가 음향 변환기(2)의 하우징에 직접 가해지는(applied) 방식으로 이루어진다. 이 경우, 접착제 접속이 바람직할 수 있다. 정밀 끼움식 방식으로 제조될 경우, 홈(groove)의 도움으로 수축과 부가에 의한 방식의 끼움이 가능하다. 또한, 접촉점 위에 고정 슬리브를 부착하고, 여기에 클립으로 나사결합, 클램핑, 용접, 납땜, 접착제 접합 등의 고정방식을 단독으로 또는 병합으로 사용하여 고정할 수 있다.

도 3은, 특히 피가공물의 기계적 처리 중에 바람직하게 고주파 구조물 소음의 검출 및/또는 발생을 위한 음향 변환기(2)를 도시한다. 따라서, 음향 변환기는 또한 음향 센서(14)와 하우징(15) 외에 접속편(16)을 포함한다. 음향 센서(14) 외에도 음향 발생기가 또한 설치될 수 있으며, 이 경우 음향 센서(14)는 편리하게는 조합된 음향센서/음향발생기가 된다. 음향 센서(14) 및 음향 발생기는 압전소자로서 형성될 수도 있다. 접속편(16)은 커플링 소자(1)와 하우징(15) 간의 기계적 커플링을 형성한다. 도 3에 도시한 바와같이, 접속편(16)은 음향 변환기(2)의 하우징 속으로 나사결합된다. 그러나, 나사결합 방식과는 다른 결합방식을 이용할 수도 있다. 필요에 따라서, 이들 결합방식은 소극형, 적극형, 이음매 없는 형이 사용될 수도 있다. 접속편(16)은 금속으로 형성하는 것이 바람직하다. 나사결합형 접속편을 갖는 본 발명에 따른 음향 변환기의 구성은 필요에 따라서 커플링 소자(1)를 음향 변환기(2)의 하우징으로부터 제거할 수 있는 장점이 있다. 따라서, 필요에 따라서, 커플링 소자없이 본체(4)의 표면 또는 피가공물에 직접 음향 변환기(2)를 적용할 수 있다. 이 경우, 센서 표면 또는 음향 센서(14)의 하우징(15)은 피가공물의 표면에 직접 연결된다.

1. 커플링 소자
2. 음향 변환기
3. 툴
4. 본체
5. 피가공물
6. 피가공물 처리장치
7. 전기접속 라인
8. 평가장치
9. 충전부
10. 외피
11. 전달체
12. 개구
13. 공극
14. 음향 센서
15. 하우징
16. 접속편
17. 음향 전달 통로

Claims

음향 변환기(2)와 본체(4) 사이에서 고주파 구조물 소음(structure-borne noise)을 전달하기 위해, 음향 변환기(2)를 본체(4)에 음향적으로 결합하기 위한 커플링 소자에 있어서,
상기 커플링 소자(1)는 상기 본체(4)와 적극적으로 접촉하기 위한 변형가능 접촉영역과, 변형가능 외피(10)에 의해 최소한 일부 구간에서 둘러싸여 있는 충전부(9)를 포함하고,
상기 충전부(9)는 전달체(11)를 포함하며, 상기 전달체(11)는 최소한 부분적으로 다른 전달체와 서로 접촉할 수 있고 상기 음향 변환기(2)와 상기 본체(4) 사이에서 하나 이상의 음향 전달 통로(17)를 형성할 수 있고,
상기 외피(10)는 유연하게 또는 탄성적으로 변형가능하며,
상기 외피(10)는 개구(12)를 가지며, 이 개구의 영역에서 상기 전달체(11)는 상기 음향 변환기(2)의 일 구간과 직접 접촉하기 위해 노출되는 것을 특징으로 하는, 커플링 소자.
제1항에 있어서, 상기 본체(4)는 툴(3)에 의해 기계적으로 처리될 수 있는 피가공물(5)이거나, 툴(3)이거나, 상기 피가공물(5) 또는 상기 툴(3)에 음향적으로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 커플링 소자.
삭제
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제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 외피(10)는 필름, 네트, 직물 또는 이들의 조합으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 커플링 소자.
삭제
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제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전달체(11)는 실질적으로 구형 또는 다면체로 형성된 것을 특징으로 하는, 커플링 소자.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 충전부(9)는 액체 또는 최소한 하나 이상의 공극(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 커플링 소자.
음향 센서(14) 또는 음향 발생기를 포함하고, 동시에 피가공물의 기계적 처리 공정 중에 고주파 구조물 소음을 검출 또는 생성하기 위한 음향 변환기에 있어서,
제1항 또는 제2항에 따른 커플링 소자(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 변환기.
제10항에 있어서,
상기 음향 센서(14) 또는 음향 발생기를 수용하기 위한 하우징(15)을 더 포함하며, 상기 커플링 소자(1)는 상기 하우징(15)에 결합되는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
제11항에 있어서,
상기 커플링 소자(1)는 상기 하우징(15)에 음향적으로 접속하기 위한 접속편(16)을 갖는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
제12항에 있어서,
상기 접속편(16)은 적극적 접속, 비적극적 접속 또는 이음매 없는 접속에 의한 음향 결합 방식으로 상기 하우징(15)에 접속가능한 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
제10항에 있어서,
상기 음향 센서(14) 또는 상기 음향 발생기는 압전소자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
제12항에 있어서,
상기 전달체(11)는 금속으로 형성되거나 자석인 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
제12항에 있어서,
상기 전달체(11)는 자성을 갖거나 자화 가능한 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.
제16항에 있어서,
자석은 센서 표면 아래에 제공되는 것을 특징으로 하는, 음향 변환기.