KR101670837B1 - 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법과 이를 이용한 회전기계 이상진단장치 - Google Patents

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Abstract

4 지점이상에서 진동신호를 측정하여, 두 지점에서 측정된 진동신호를 하나의 쌍으로 하고, 서로 다른 다수의 쌍에서 진동신호를 측정하여 회전기계의 이상을 진단하기 위한 센서부착위치를 선정하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법과 이를 이용한 회전기계 이상진단장치에 관한 것으로,
ⅰ) 두 지점의 진동신호를 측정하는 단계;
ⅱ) 상기 ⅰ)에서 측정된 두 지점의 진동신호의 표준편차를 계산하는 단계;
ⅲ) 상기 ⅰ)에서 측정된 두 지점의 진동신호로부터 공분산을 계산하는 단계;
ⅳ) 상기 ⅱ)와 상기 ⅲ)에서 계산된 값으로부터 상관계수를 계산하는 단계;
ⅴ) 상기 ⅳ)에서 계산된 상관계수로부터 두 지점에 장착할 센서의 위치를 선정하는 단계;를 포함하는 기술 구성을 통하여
회전기계 이상진단을 위해 두 지점의 진동신호를 측정하는 센서들이 최적의 위치에 설치되도록 함으로써 보다 안정적이고 정확하게 회전기계의 이상을 진단할 수 있게 되는 것이다.
.

Description

가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법과 이를 이용한 회전기계 이상진단장치 {METHOD FOR MONITORING MACHINERY HEALTH BASED ON FICTITIOUS FREQUENCY RESPONSE FUNCTION AND SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 가상 주파수 응답함수 기반으로 한 회전기계에서의 이상을 진단하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법과 이를 이용한 회전기계 이상진단장치에 관한 것이다.
일반적으로, 진동 신호를 이용한 기계 진단 방법들은 베어링/기어 등 주요 부품 등에 인접하게 센서(주로 가속도센서)를 부착하여 진동신호를 측정한 다음, 진동 신호의 평균(RMS) 또는 표준편차, Kurtosis(커토시스), 파워 스펙트럼 또는 Envelope Spectrum 등을 관찰하여 기계의 이상 유무를 판단한다.
특히, 파워 스펙트럼을 이용한 주파수 분석 방법이 많이 사용되고 있다.
종래의 방법들은 복수의 센서들을 이용하여 복수의 채널들의 신호를 동시에 측정하기도 하지만 각각의 채널별로 분석하는 방법은 같으며 기본적으로 단일 채널(single channel) 데이터 분석 기법에 속한다.
상기 방법들은 센서를 부착시키는 위치에 따라서 그 결과가 민감하게 달라질 수 있으며, 경우에 따라서는 온도, 습도, 전기 및 자기적 요인 등의 환경적인 제약요소와 구조적인 제약요소로 인하여 센서를 원하는 부분에 부착할 수 없는 경우가 종종 발생하게 되는데, 이때 진단 결과의 신뢰성이 크게 저하될 수 있다.
대부분의 회전기계에서는 각종 결함에 의한 이상 신호가 베어링 부분을 통하여 다른 부분들로 전달되며, 많은 부품 중 베어링의 결함이 가장 우선적으로 발생하는 경우가 많다.
따라서 베어링 하우징 또는 베어링 하우징과 인접한 영역에 가속도센서(A1)를 부착하여 진동신호를 측정한 다음 평균(RMS) 또는 표준편차 등의 다양한 분석방법들을 이용하여 결함 유무 및 결함 종류를 파악하고 있다.
시스템은 가진점의 힘과 응답점의 진동신호 사이의 경로에 해당하는 전달함수이며, 입력에 해당하는 가진 성분은 일반적으로 측정이 불가능하기 때문에 출력 성분만 측정하여 다양한 신호처리 방법들에 의하여 결함 분석이 이루어진다.
따라서, 측정센서는 가능한 가진점과 가까운 곳에 부착시켜야만 조기에 기계이상을 감지할 수 있으며, 만약 환경적 또는 구조적인 문제로 인하여 먼 곳에 부착시키면 출력 성분에 포함된 이상 신호가 매우 작아서 감지하기 어렵다는 단점을 갖는다.
하기의 특허문헌 1에는 가상 주파수 응답함수 기반의 기계이상 진단방법 및 이를 이용한 진단 시스템이 개시되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 가상 주파수 응답함수 기반의 기계이상 진단 시스템은 진동신호를 측정하기 위해 피대상물의 임의의 서로 다른 위치(S1, S2)에 복수 개의 진동센서를 장착한다.
또한, 특허문헌 1에 개시된 가상 주파수 응답함수 기반의 기계이상 진단방법은
ⅰ) 제1진동신호를 측정하는 단계;
ⅱ) 상기 제1진동신호와는 다른 제2진동신호를 측정하는 단계;
ⅲ) 상기 제1진동신호 및 상기 제2진동신호의 가상 주파수 응답함수(가상 FRF)를 계산하는 단계;
ⅳ) 상기 계산된 가상 FRF로부터 그룹지연을 추출하는 단계; 및
ⅴ) 상기 가상 FRF 및 상기 그룹지연을 분석하는 단계를 포함하고,
상기 단계 ⅰ)은
제1측정지점 및 제2측정지점을 포함하는 복수의 서로 다른 측정지점에서 정상상태의 신호를 측정하는 단계; 및
상기 복수의 서로 다른 측정지점으로부터 획득된 데이터로부터 제1상호 스펙트럼(cross specturm)을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 특허문헌 1의 가상 주파수 응답함수 기반의 기계이상 진단방법 및 이를 이용한 진단 시스템은 크기와 위상에 대한 스펙트럼을 독립적으로 관찰함으로써 피대상물의 미세한 결함도 조기에 검출할 수 있다.
또한, 결함이 없는 경우와 결함이 있는 경우의 가상 주파수 응답함수에 대한 위상 변화를 나타내기 위한 그룹지연(group delay)을 이용함으로써 복소수 데이터의 실질적인 모양을 해석하여 특정 주파수 대역에서 위상변화가 얼마나 크게 일어나는지를 나타낼 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1406778호 (2010년 06월 17일 공고)
그러나 특허문헌 1을 비롯한 종래 기술에 따른 회전기계 이상진단방법 및 회전기계 이상진단장치는 두 지점의 진동신호를 측정하는 센서들의 최적 설치위치에 대한 해결책을 제시하지 못한다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 두 지점의 진동신호를 측정하는 센서들이 최적의 위치에 설치되도록 하는 것에 의해 보다 안정적으로, 또 정확하게 회전기계의 이상을 진단할 수 있도록 하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법과 이를 이용한 회전기계 이상진단장치를 제공하는 데에 있는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 4 지점이상에서 진동신호를 측정하여, 두 지점에서 측정된 진동신호를 하나의 쌍으로 하고, 서로 다른 다수의 쌍에서 진동신호를 측정하여 회전기계의 이상을 진단하기 위한 센서부착위치를 선정하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법은
ⅰ) 두 지점의 진동신호를 측정하는 단계;
ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 측정된 두 지점의 진동신호의 표준편차를 계산하는 단계;
ⅲ) 상기 ⅰ)단계에서 측정된 두 지점의 진동신호로부터 공분산을 계산하는 단계;
ⅳ) 상기 ⅱ)단계와 상기 ⅲ)단계에서 계산된 값으로부터 상관계수를 계산하는 단계;
ⅴ) 상기 ⅳ)단계에서 계산된 상관계수로부터 두 지점에 장착할 센서의 위치를 선정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법은
ⅵ) 상기 ⅴ)단계에서 선정된 두 지점에 센서를 장착하는 단계;
ⅶ) 상기 ⅵ)단계에서 장착된 두 저점으로부터 제1진동신호를 측정하는 단계;
ⅷ) 상기 제1진동신호와는 다른 제2진동신호를 측정하는 단계;
ⅸ) 상기 제1진동신호 및 상기 제2진동신호의 가상 주파수 응답함수를 계산하는 단계;
ⅹ) 상기 계산된 가상 FRF로부터 그룹지연을 추출하는 단계; 및
ⅹⅰ) 상기 가상 FRF 및 상기 그룹지연을 분석하는 단계;를 포함하고,
상기 ⅶ)단계는 제1측정지점 및 제2측정지점을 포함하는 복수의 서로 다른 측정지점에서 정상상태의 신호를 측정하는 단계; 및
상기 복수의 서로 다른 측정지점으로부터 획득된 데이터로부터 제1상호 스펙트럼(cross specturm)을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 기계이상 진단방법은
상기 ⅸ)단계가
제1측정지점 및 제2측정지점을 포함하는 복수의 서로 다른 측정지점에서 결함상태의 신호를 측정하는 단계; 및
상기 복수의 서로 다른 측정지점으로부터 획득된 데이터로부터 제2상호 스펙트럼(cross specturm)을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 기계이상 진단방법은 상기 가상 FRF가 상기 제1진동신호에 대한 제1상호 스펙트럼 및 상기 제2진동신호에 대한 제2상호 스펙트럼으로부터 계산되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 기계이상 진단방법은 상기 ⅳ)에서 상관계수를 구하는 방법은 아래의 (1)식에 의하여 계산되는 것을 특징으로 한다.
ρxy = Cov(x,y)/ρx.ρy ····· (1)
(단, ρx.ρy 는 두 지점 신호의 표준편차, Cov(x,y)는 두 신호의 공분산)
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법은 상기 ⅴ)단계에서 센서위치 선정의 기준이 되는 상관계수가 0.05 ~ 0.25 의 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법은 상기 ⅱ)단계에서 표준편차의 계산 범위가 50~60초 사이에서 검출된 신호의 평균을 1데이터 블록단위로 계산하여 하나의 값을 갖고, 50~100 단위블록의 평균으로 상관계수를 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치는 상기 회전기계가 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고, 두 지점의 센서 장착위치가 제1압축기의 1단 베어링부근(압축기1)에 부착된 센서와 제1압축기의 2단 베어링부근(압축기2)에 부착된 센서로부터 측정된 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치는 상기 회전기계가 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고, 두 지점의 센서 장착위치가 제2압축기의 3단 베어링부근에 부착된 센서(압축기3)와 제2압축기의 4단 베어링부근에 부착된 센서(압축기4)로부터 측정된 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치는 상기 회전기계가 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고, 두 지점의 센서 장착위치가 모터전방베어링부근에 부착된 센서(모터1)와 모터옆쪽케이스에 장착된 센서(모터3)로부터 측정된 두 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치는 상기 회전기계가 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고, 두 지점의 센서 장착위치가 모터후방베어링부근에 장착된 센서(모터2)와 모터옆쪽케이스에 장착된 센서(모터3)로부터 측정된 두 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치는 상기 회전기계가 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고, 두 지점의 센서 장착위치가 모터전방베어링부근에 장착된 센서(모터1)와 모터후방베어링부근에 장착된 센서(모터2)로부터 측정된 두 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법과 이를 이용한 회전기계 이상진단장치에 의하면, 두 지점의 진동신호를 측정하는 센서들이 최적의 위치에 설치되도록 함으로써 보다 안정적이고 정확하게 회전기계의 이상을 진단할 수 있게 된다.
도 1은 회전기계 이상진단을 위한 센서의 실험장치도,
도 2 내지 도 4는 각 센서에서 측정한 파워스펙트럼 값을 나타낸 그래프,
도 5 및 도 6은 센서들 사이의 상관성을 비교한 그래프,
도 7은 본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 적용하기 위하여 시험한 회전기계의 평면도,
도 8은 두 지점에서 검출된 신호로부터 계산된 상관계수 추이를 나타낸 그래프,
도 9는 모터에 부착한 4개 센서의 각기 다른 부착위치별 조합에 따른 상관계수 추이를 나타낸 그래프.
이하 본 발명에 따른 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법과 이를 이용한 회전기계 이상진단장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 가상 주파수 응답함수에 의한 회전기계의 이상진단을 수행하기 위해서는 서로 다른 위치(S1, S2)에 복수 개의 진동센서를 장착하여야 한다.
정상상태에서는 진동센서의 장착위치가 미치는 영향이 크지 않아 별다른 문제가 없으나, 비정상상태에서는 센서의 장착 위치에 따라서 결함 주파수 성분 이외에 모터 회전수, 결합관계 등 다른 성분들을 포함하고 있어 진단 결과의 해석이 어려울 수 있다.
따라서 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계의 이상진단을 정확하게 수행하기 위해서는 장착되는 센서의 부착위치가 매우 중요하다.
가상 주파수 응답함수 기반의 기계진단방법을 사용하는 경우에는 '두 신호 사이의 상관성이 아주 작아야 한다.'는 가정에 따라 최적의 센서부착위치를 찾기 위하여 서로 다른 위치에 장착된 센서로부터 검출되는 신호 사이의 상관성을 판단하기 위하여 아래의 식(1)에 의한 상관계수를 도출하였다.
ρxy = Cov(x,y)/ρx.ρy ····· (1)
(단,ρx.ρy는 두 지점 신호의 표준편차, Cov(x,y)는 두 신호의 공분산)
상기 상관계수는 두 지점의 신호 표준편차의 곱에 대한 두 신호의 공분산의 비로 구하여진다.
상기 상관계수의 값은 0.05~0.25 사이의 범위를 갖는 것이 바람직하다.
이 상관계수의 값은 정상상태/비정상상태 두 가지 경우를 모두 포함하고, 두 가지 경우 모두를 포함한다는 의미는 정상상태에서의 상관계수 값이 0.1이라면, 비정상상태에서의 상관계수 값 또한 0.1과 비슷한 값을 갖는다는 것을 의미하며, 정상상태/비정상상태에서의 상관계수 값이 비슷할수록 가상 주파수 응답함수에 의한 진단방법은 잘 적용된다.
상관계수를 구하는 방법은,
첫째, 두 지점의 진동 신호를 검출한다.
둘째, 검출된 두 지점의 진동신호의 표준 편차를 계산한다.
이때 두 지점의 진동신호를 연속으로 검출하되 50-60초 사이에서 검출된 신호를 데이터 1블록단위로 평균하여 표준편차를 계산한다.
셋째, 두 지점의 진동신호의 공분산을 계산한다.
넷째, 상기 둘째의 계산된 표준편차와 셋째의 계산된 공분산으로부터 상관계수를 계산한다.
다섯째, 상기 다섯째에서 계산된 블록단위의 값을 다시 50~100 블록단위의 평균으로 상관계수를 계산한다.
표준편차와 평균값을 구하는 식은
표준편차는
Figure 112015023275256-pat00001
평균값은
Figure 112015023275256-pat00002
이다.
공분산을 구하는 식은
Figure 112015023275256-pat00003
이다
도 1에 개시된 실험장치로서 볼 베어링의 외륜에 인위적인 큰 결함을 만든 다음 아래의 측정 지점들에서 진동을 측정하여 파워스펙트럼(power spectrum) 및 가상 응답함수에 의한 회전기계 이상진단방법의 결과를 비교하였다.
이때 로터는 1800rpm으로 회전 중이며, 베어링 외륜 결함 주파수는 약 93 Hz 성분이 된다.
도 1의 실험장치에 S0 ~ S4의 4개의 센서가 장착된 S0 ~ S4의 센서중에서 두 지점의 센서에서 측정된 한쌍의 신호를 통하여 가상 주파수 응답함수에 의한 회전기계 이상진단방법을 적용하였는데,
실시예 1에서 도 2의 센서의 장착위치를 S1과 S2 이용하는 경우, 도 3의 센서의 장착위치를 S1과 S3 이용하는 경우, 도 4의 센서의 장착위치를 S2과 S3 이용하는 경우에 대하여 살펴보면, 세 가지 경우 모두 베어링 결함 주파수 성분(93Hz)이 두러지게 피크를 보임을 보여주고 있다.
도 2 내지 도 4를 살펴보면, 정상 상태에서의 각 센서에서 측정한 파워스펙트럼 값들은, 모두 모터콤퍼넌트(motor component)가 주 주파수 성분으로 나타나고 있으며 회전 주파수 및 기타 성분들은 상대적으로 매우 작게 나타나고 있지만,
첫째, 센서의 장착위치 S1과 S2 이용의 경우는, 결함 주파수 성분 이외에 많은 다른 성분들을 포함하고 있기 때문에 진단 결과를 해석하기 어려움이 있다.
둘째, 센서의 장착위치 S1과 S3 이용의 경우는, 다소 향상된 결과를 보여주고 있으나 300Hz 부근의 정확하게 파악되지 않는 주파수 성분이 함께 나타나고 있다.
셋째, 센서의 장착위치 S2과 S3 이용의 경우는, 결함주파수 성분만 명확하게 보여주고 있으며 그 크기도 매우 크게 나타나 진단 결과를 가장 잘 나타내고 있다.
상기 도 2 내지 도 4의 결과를 기초로 두 지점에서 검출된 두 신호 사이의 상관계수를 분석해 보면, 결함 성분의 파워가 작은 경우, 통상적인 파워스펙트럼을 이용하면 베어링에 직접 부착된 센서로서도 잘 검출되지 않지만 가상 FRF 진단 방법을 이용하면 결함 주파수 성분을 잘 파악할 수 있음이 검증되었다.
그러나, 두 센서의 위치에 따라서 결과는 크게 달라질 수 있기 때문에 센서 위치 선정이 매우 중요함을 알 수 있다.
센서 위치를 선정함에 있어서는, 가상 FRF 진단 방법의 기본적인 '가정'인 두 신호사이의 상관성이 아주 작아야 함에 근거하여 설정할 수 있다.
예로서 본 실험의 경우 센서들 사이의 상관성을 비교하면 도 5와 도 6, 그리고 표 1과 같다.
Figure 112016052155111-pat00004
센서 위치를 선정함에 있어서는, 가상 FRF 진단 방법의 기본적인 '가정'인 두 신호 사이의 상관성이 작아야 함에 근거하여 설정할 수 있다.
다만, 너무 낮은 경우 (예: 0.01)에는 두 신호가 너무 독립적이어서 상관성이 매우 낮기 때문에 가상 FRF 진단방법을 사용할 수 없다.
우선, 가상 FRF 진단 방법을 적용한 결과를 요약하면, 가장 좋은 결과를 나타내는 경우의 센서 위치는 상관계수가 0.09로 나타난 S2와 S3 이고, 그 다음으로 상관계수가 0.08로 나타난 S1와 S3 와 상관계수가 0.19로 나타난 S0와 S3 이다.
또한 비정상상태(결함)에서의 상관계수 또한 정상상태에서의 범위와 큰 변화가 없어야 한다는 점도 알 수 있다.
이 결과로부터, 센서들 사이의 상관계수 분석 결과와 비교하면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
첫째, 두 신호의 상관 관계가 모든 경우에 있어서 0.1 이하이며 상태(정상/비정상)에 따른 상관성이 크지 않는 경우가 가장 좋은 결과를 나타내고 있다.
둘째, 두 신호의 상관 관계가 비교적 낮은 경우 (0.2 이하), 상태에 따른 상관성이 비교적 낮은 경우에도 가상 FRF 진단 방법의 적용이 가능함을 알 수 있다.
셋째, 두 신호의 상관 관계가 큰 경우에는 가상 FRF 진단 방법의 적용이 불가능하다.
실시예 2인 도 7의 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 적용하기 위하여 시험한 회전기계는 3-Multi Stage type 공기압축기로서 2대의 압축기와 모터를 갖는 회전기계이다.
표 2는 센서의 위치와 센서명(임의적으로 부여)을 나타낸 것으로 모터1 내지 모터4, 압축기1 내지 압축기4의 총 8개의 센서가 장착되어 있다.
Figure 112016052155111-pat00005
도 8과 표 3은 압축기에 장착된 4개의 센서로부터 다른 두 지점에 장착된 센서를 하나의 쌍으로 하여 상관계수를 계산한 것으로, 도 8은 두 지점에서 검출된 신호로부터 계산된 상관계수 추이이고, 표 3은 전체 데이터 블록의 상관계수 평균값을 보여준다.
Figure 112016052155111-pat00006
도 8의 세로축은 상관계수의 크기를 나타내고, 가로축은 50~60초 사이에서 검출된 신호의 평균을 1데이터 블록단위로 계산하고, 50블록단위의 상관계수 추이를 나타낸 추이를 나타낸다.
상기 압축기에 부착한 4개 센서의 각기 다른 부착위치별 조합에 따른 상관계수를 산출한 자료가 표 3에 나타나 있다.
상기 표 3에 의하면, 제1압축기의 1단 베어링부근(압축기1)에 부착된 센서와 제1압축기의 2단 베어링부근(압축기2)에 부착된 센서로부터 측정된 두 신호 사이의 상관계수가 0.178로 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단방법을 적용하기 적합한 것으로 나타났다.
또한 제2압축기의 3단 베어링부근에 부착된 센서(압축기3)와 제2압축기의 4단 베어링부근에 부착된 센서(압축기4)로부터 측정된 두 신호 사이의 상관계수가 0.021로 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단방법을 적용하기 적합한 것으로 나타났다.
따라서 상기 회전기계장치를 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 이상진단방법을 적용한다고 할 때 적합한 하나의 쌍의 센서부착위치는 제1압축기의 1단 베어링부근과 제1압축기의 2단 베어링부근(압축기1과 압축기2)이며, 다른 하나의 적합한 하나의 쌍의 센서부착위치는 제2압축기의 3단 베어링부근과 제2압축기의 4단 베어링부근(압축기3과 압축기4)이다.
도 9에는 모터에 부착한 4개 센서의 각기 다른 부착위치별 조합에 따른 상관계수 추이가 나타나 있고, 표 4에는 전체 데이터 블록의 상관계수 평균값을 보여준다. 상기 표 4에 의하면, 적합한 하나의 쌍의 센서부착위치는 모터전방베어링부근에 부착된 센서(모터1)와 모터옆쪽케이스에 장착된 센서(모터3)로부터 측정된 두 신호사이의 상관계수가 0.058로 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단방법을 적용하기 적합한 것으로 나타났다.
Figure 112016052155111-pat00007
다른 하나의 쌍의 센서부착위치는 모터후방베어링부근에 장착된 센서(모터2)와 모터옆쪽케이스에 장착된 센서(모터3)로부터 측정된 두 신호사이의 상관계수가 0.19로 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단방법을 적용하기 적합한 것으로 나타났다.
또 다른 하나의 쌍의 센서부착위치는 모터전방베어링부근에 장착된 센서(모터1)와 모터후방베어링부근에 장착된 센서(모터2)로부터 측정된 두 신호사이의 상관계수가 0.10으로 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단방법을 적용하기 적합한 것으로 나타났다.
따라서 상기 회전기계장치를 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 이상진단방법을 적용한다고 할 때 적합한 한쌍의 센서부착위치는 모터전방베어링부근과 모터옆쪽케이스부근(모터1과 모터3), 다른 한쌍의 센서부착위치는 모터후방베어링부근과 모터옆쪽케이스부근(모터2와 모터3), 또 다른 한쌍의 센서부착위치는 모터전방베어링부근과 모터후방베어링부근(모터1과 모터2)이다,
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

Claims (12)

  1. 4 지점이상에서 진동신호를 측정하여, 두 지점에서 측정된 진동신호를 하나의 쌍으로 하고, 서로 다른 다수의 쌍에서 진동신호를 측정하여 회전기계의 이상을 진단하기 위한 센서부착위치를 선정하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법에 있어서,
    ⅰ) 두 지점의 진동신호를 측정하는 단계;
    ⅱ) 상기 ⅰ)단계에서 측정된 두 지점의 진동신호의 표준편차를 계산하는 단계;
    ⅲ) 상기 ⅰ)단계에서 측정된 두 지점의 진동신호로부터 공분산을 계산하는 단계;
    ⅳ) 상기 ⅱ)단계와 상기 ⅲ)단계에서 계산된 값으로부터 상관계수를 계산하는 단계;
    ⅴ) 상기 ⅳ)단계에서 계산된 상관계수로부터 두 지점에 장착할 센서의 위치를 선정하는 단계;를 포함하고,
    상기 ⅱ)에서 표준편차의 계산 범위는 50~60초 사이에서 검출된 신호의 평균을 1데이터 블록단위로 계산하여 하나의 값을 갖고, 50~100 단위블록의 평균으로 상관계수를 계산하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법.
    ρxy = Cov(x,y)/ρx.ρy ····· (1)
    (단,ρx.ρy는 두 지점 신호의 표준편차, Cov(x,y)는 두 신호의 공분산)
  2. 제1항에 있어서,
    ⅵ) 상기 ⅴ)단계에서 선정된 두 지점에 센서를 장착하는 단계;
    ⅶ) 상기 ⅵ)단계에서 장착된 두 지점으로부터 제1진동신호를 측정하는 단계;
    ⅷ) 상기 제1진동신호와는 다른 제2진동신호를 측정하는 단계;
    ⅸ) 상기 제1진동신호 및 상기 제2진동신호의 가상 주파수 응답함수를 계산하는 단계;
    ⅹ) 상기 계산된 가상 FRF로부터 그룹지연을 추출하는 단계; 및
    ⅹⅰ) 상기 가상 FRF 및 상기 그룹지연을 분석하는 단계;를 포함하고,
    상기 단계 ⅶ) 은 제1측정지점 및 제2측정지점을 포함하는 복수의 서로 다른 측정지점에서 정상상태의 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 서로 다른 측정지점으로부터 획득된 데이터로부터 제1상호 스펙트럼(cross specturm)을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단계 ⅸ)는
    제1측정지점 및 제2측정지점을 포함하는 복수의 서로 다른 측정지점에서 결함상태의 신호를 측정하는 단계; 및
    상기 복수의 서로 다른 측정지점으로부터 획득된 데이터로부터 제2상호 스펙트럼(cross specturm)을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 가상 FRF는 상기 제1진동신호에 대한 제1상호 스펙트럼 및 상기 제2진동신호에 대한 제2상호 스펙트럼으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법.
  5. 삭제
  6. 제2항에 있어서,
    상기 ⅴ)에서 센서위치 선정의 기준이 되는 상관계수는 0.05 ~ 0.25 의 범위인 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법.
  7. 삭제
  8. 제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 하나의 항을 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치에 있어서,
    상기 회전기계는 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고,
    두 지점의 센서 장착위치는 제1압축기의 1단 베어링부근(압축기1)에 부착된 센서와 제1압축기의 2단 베어링부근(압축기2)에 부착된 센서로부터 측정된 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단장치.
  9. 제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 하나의 항을 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치에 있어서,
    상기 회전기계는 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고,
    두 지점의 센서 장착위치는 제2압축기의 3단 베어링부근에 부착된 센서(압축기3)와 제2압축기의 4단 베어링부근에 부착된 센서(압축기4)로부터 측정된 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단장치.
  10. 제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 하나의 항을 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치에 있어서,
    상기 회전기계는 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고,
    두 지점의 센서 장착위치는 모터전방베어링부근에 부착된 센서(모터1)와 모터옆쪽케이스에 장착된 센서(모터3)로부터 측정된 두 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단장치.
  11. 제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 하나의 항을 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치에 있어서,
    상기 회전기계는 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고,
    두 지점의 센서 장착위치는 모터후방베어링부근에 장착된 센서(모터2)와 모터옆쪽케이스에 장착된 센서(모터3)로부터 측정된 두 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단장치.
  12. 제1항 내지 제4항, 제6항 중 어느 하나의 항을 가상 주파수 응답함수 기반의 회전기계 이상진단방법을 이용한 회전기계의 이상진단장치에 있어서,
    상기 회전기계는 2개의 압축기와 하나의 모터를 갖고,
    두 지점의 센서 장착위치는 모터전방베어링부근에 장착된 센서(모터1)와 모터후방베어링부근에 장착된 센서(모터2)로부터 측정된 두 신호를 기반으로 회전기계의 이상진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 가상 주파수 응답함수 기반에 의한 회전기계 이상진단장치.
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