KR102014235B1 - Device for Focusing Laser Beam and Laser System having the same - Google Patents

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KR102014235B1
KR102014235B1 KR1020190017517A KR20190017517A KR102014235B1 KR 102014235 B1 KR102014235 B1 KR 102014235B1 KR 1020190017517 A KR1020190017517 A KR 1020190017517A KR 20190017517 A KR20190017517 A KR 20190017517A KR 102014235 B1 KR102014235 B1 KR 102014235B1
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beam focusing
defect
laser
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강영식
이수상
박원용
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엘아이지넥스원 주식회사
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    • H01S3/005Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2237/00Repair or replacement

Abstract

According to the present invention, disclosed are a beam convergence device of a laser and a laser system including the same. The beam convergence device of a laser comprises: a beam convergence unit converging a dispersed laser beam and generating a fin beam to converge energy to an optic axis based on a cross section orthogonal to a progress direction; and an assembly module assembling the beam convergence unit in one side. The assembly module includes a rotation drive unit including a motor and rotating the beam convergence unit so as to increase tracking accuracy and increase durability of high-accuracy optical equipment.

Description

레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템{Device for Focusing Laser Beam and Laser System having the same}Device for Focusing Laser Beam and Laser System having the same

본 발명은 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 관한 것으로, 특히 회전하는 장비에 사용되는 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a laser beam focusing apparatus of a laser and a laser system including the same, and more particularly, to a beam focusing apparatus of a laser used in rotating equipment and a laser system including the same.

레이저나 천체 망원경 등과 같은 장비는 고속 회전을 하면서도 이동 표적에 대한 추적 정밀도 향상을 위해 마찰이 적은 베어링을 적용한다.Equipment such as lasers and astronomical telescopes use low-friction bearings for high-speed rotation and improved tracking accuracy for moving targets.

종래의 경우, 로울러 베어링을 사용하였으나 마찰에 의한 저항 발생 및 베어링의 진동과 초고속 지향에 따른 조준점의 흔들림이 발생되는 문제에 직면하여, 추적정밀도를 향상시키는데 어려움이 있다.In the conventional case, the roller bearing is used, but in the face of the problem of resistance generation due to friction, vibration of the bearing and shaking of the aiming point due to ultra-high speed orientation, it is difficult to improve tracking accuracy.

또한, 기존 베어링의 경우 외부 환경을 기준으로 한 내, 외부 환경에 접촉하는 면이 실링이 안되어 외부로부터 먼지, 습기, 물 등이 침투하여 사용 시간이 지남에 따라, 성능 열화가 생김으로 인해, 고정밀 광학장비의 내구성에 문제가 되며 이에 따라, 시스템 점검 기능 및 구동계 상태 감시를 통한 고장 및 성능 열화에 대한 사전 대응이 필요하다.In addition, in the case of a conventional bearing, the surface contacting the internal and external environment based on the external environment is not sealed, and dust, moisture, and water penetrate from the outside, resulting in deterioration of performance as the use time elapses, resulting in high precision. The durability of the optical equipment is a problem, and accordingly, it is necessary to proactively deal with failure and performance deterioration through system check function and drive system condition monitoring.

본 발명은 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템으로 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부 및 상기 빔 집속부를 일측에 조립하는 조립 모듈을 포함하며, 조립 모듈은 모터를 포함하여 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부를 제공함으로써 추적정밀도를 향상시키고, 고정밀 광학장비의 내구성을 높이는데 그 목적이 있다.The present invention focuses on a laser beam focusing apparatus and a laser system including the laser beam focusing unit, and a beam focusing unit for generating a pin beam to concentrate energy on an optical axis based on a cross section orthogonal to a traveling direction, and the beam focusing unit. It includes an assembly module for assembling, the assembly module has a purpose to improve the tracking accuracy and to increase the durability of the high-precision optical equipment by providing a rotary drive unit for rotating the beam focusing unit including a motor.

또한, 결함을 식별하기 위한 고장 진단부를 포함하여 시스템 점검 기능 및 구동계 상태 감시를 통한 고장 및 성능 열화에 대한 사전 대응 체계를 마련하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, there is another object to provide a proactive response system for failures and performance degradation through a system check function and drive system status monitoring, including a fault diagnosis unit for identifying a defect.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Still other objects of the present invention may be further considered without departing from the following detailed description and effects thereof.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저의 빔 집속 장치는, 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부, 상기 빔 집속부를 일측에 조립하는 조립 모듈을 포함하며, 상기 조립 모듈은, 모터를 포함하여, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다.In order to solve the above problems, the laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention, a beam for generating a pin beam so that the energy is concentrated on the optical axis based on the cross section orthogonal to the traveling direction by focusing the distributed laser beam A focusing unit includes an assembly module for assembling the beam focusing unit on one side, and the assembly module includes a rotation driver including a motor to rotate the beam focusing unit.

여기서, 상기 빔 집속부는, 상기 진행방향에 위치하는 접안 렌즈, 상기 광축을 중심으로 위치하는 렌즈 하우징 및 상기 렌즈 하우징과 소정의 각도로 어긋나게 위치하며, 상기 광축에 중공을 포함하는 반사 평면 미러를 포함한다.Here, the beam focusing unit may include an eyepiece positioned in the advancing direction, a lens housing positioned about the optical axis, and a reflective plane mirror positioned at a predetermined angle with the lens housing and including a hollow in the optical axis. do.

여기서, 상기 렌즈 하우징은, 상기 렌즈 하우징의 중앙부에 상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광하는 대물렌즈를 포함하며, 상기 대물렌즈는, 상기 접안 렌즈의 상기 광축을 따라 회전한다.Here, the lens housing includes an objective lens for receiving the laser beam reflected through the reflective plane mirror in the center of the lens housing, the objective lens rotates along the optical axis of the eyepiece.

여기서, 상기 회전 구동부는, 상기 빔 집속부가 상기 접안 렌즈와 수직한 방향으로 고각 방향 회전하도록 하는 요크 조립체 구동부 및 상기 요크 조립체 구동부의 하단에 위치하는 페데스탈 조립체 구동부를 포함하며, 상기 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전한다.Here, the rotation drive unit, the yoke assembly driving unit for causing the beam focusing portion to rotate in a direction perpendicular to the eyepiece lens and a pedestal assembly driving unit located on the lower end of the yoke assembly driving unit, the pedestal assembly driving unit rotation The beam focusing section rotates in the azimuth direction.

여기서, 상기 요크 조립체 구동부는, 제1 모터, 상기 렌즈 하우징과 조립되어, 상기 렌즈 하우징이 상기 광축을 중심으로 회전하도록 하는 제1 회전축, 상기 제1 회전축을 지지하는 제1 베어링 및 상기 제1 베어링과 상기 제1 회전축 사이에 위치하는 요크를 포함한다.Here, the yoke assembly driving unit is assembled with a first motor, the lens housing, the first rotating shaft to rotate the lens housing about the optical axis, the first bearing for supporting the first rotating shaft and the first bearing And a yoke positioned between the first rotation shaft.

여기서, 상기 제1 베어링은, 내부 공간을 포함하여, 상기 제1 회전축과 비접촉하도록 위치하는 베어링 하우징, 상기 베어링 하우징의 일측에 개방되게 형성되는 공기 유입구 및 상기 베어링 하우징의 타측에 접촉되는 접촉면을 포함하며, 상기 내부공간의 양압을 보상하는 수축실을 포함한다.Here, the first bearing, including the inner space, the bearing housing positioned to be in contact with the first rotation shaft, an air inlet formed to be open on one side of the bearing housing and the contact surface in contact with the other side of the bearing housing And a contraction chamber for compensating the positive pressure of the internal space.

여기서, 상기 페데스탈 조립체 구동부는, 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하도록 하는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축을 지지하는 제2 베어링을 포함하며, 상기 제2 베어링은, 상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부를 포함한다.Here, the pedestal assembly driving unit, a second rotating shaft for causing the beam focusing unit to rotate in the azimuth direction and a second bearing for supporting the second rotating shaft, the second bearing, the vibration of the second bearing is detected It includes a sensor unit for.

또한, 상기 제2 베어링의 결함을 식별하기 위한 고장 진단부를 더 포함하며, 상기 고장 진단부는, 상기 제2 베어링의 특성에 따른 결함 주파수의 이론값을 분석하는 이론값 분석부, 상기 결함 주파수의 이론값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체 시기에 대한 한계점(threshold)을 설정하는 한계점 설정부, 상기 센서부로부터 상기 제2 베어링의 각 위치별 진동 데이터를 입력 받는 상태 정보 수신부, 상기 진동 데이터를 기초로 상기 제2 베어링의 각 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값을 추출하는 특징값 추출부, 상기 특징값과 상기 한계점(threshold)을 비교하여 상기 특징값이 큰 경우, 상기 제2 베어링에 결함이 있다고 판단하는 결함 판단부를 포함한다.The apparatus may further include a failure diagnosis unit for identifying a defect of the second bearing, wherein the failure diagnosis unit may include a theoretical value analysis unit analyzing a theoretical value of a defect frequency according to the characteristics of the second bearing, and a theory of the defect frequency. Threshold setting unit for setting a threshold for the warning and replacement time of the defect based on the value, Status information receiver for receiving the vibration data for each position of the second bearing from the sensor unit, Based on the vibration data A feature value extraction unit for extracting a feature value for at least one frequency band for each position of the second bearing, and comparing the feature value with the threshold, if the feature value is large, a defect occurs in the second bearing. It includes a defect determination unit that determines that there is.

본 발명의 일 실시 예에 따른 레이저 시스템은, 레이저 빔을 생성하는 레이저 발진부, 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부, 상기 빔 집속부를 일측에 조립하는 조립 모듈 및 상기 조립 모듈의 결함을 식별하기 위한 고장 진단부를 포함하며, 상기 조립 모듈은, 모터를 포함하여, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부를 포함한다.Laser system according to an embodiment of the present invention, the laser oscillation unit for generating a laser beam, the beam focusing unit for generating a pin beam so that the energy is concentrated on the optical axis based on the cross section orthogonal to the traveling direction by focusing the distributed laser beam And an assembly module for assembling the beam focusing unit to one side and a failure diagnosis unit for identifying a defect of the assembly module. The assembly module includes a rotation driver including a motor to rotate the beam focusing unit.

여기서, 상기 빔 집속부는, 상기 진행방향에 위치하는 접안 렌즈, 상기 광축을 중심으로 위치하는 렌즈 하우징 및 상기 렌즈 하우징과 소정의 각도로 어긋나게 위치하며, 상기 광축에 중공을 포함하는 반사 평면 미러를 포함한다.Here, the beam focusing unit may include an eyepiece positioned in the advancing direction, a lens housing positioned about the optical axis, and a reflective plane mirror positioned at a predetermined angle with the lens housing and including a hollow in the optical axis. do.

여기서, 상기 회전 구동부는, 상기 빔 집속부가 상기 접안 렌즈와 수직한 방향으로 고각 방향 회전하도록 하는 요크 조립체 구동부 및 상기 요크 조립체 구동부의 하단에 위치하는 페데스탈 조립체 구동부를 포함하며, 상기 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전한다.Here, the rotation drive unit, the yoke assembly driving unit for causing the beam focusing portion to rotate in a direction perpendicular to the eyepiece lens and a pedestal assembly driving unit located on the lower end of the yoke assembly driving unit, the pedestal assembly driving unit rotation The beam focusing section rotates in the azimuth direction.

여기서, 상기 페데스탈 조립체 구동부는, 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하도록 하는 제2 회전축 및 상기 제2 회전축을 지지하는 제2 베어링을 포함하며, 상기 제2 베어링은, 상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부를 포함한다.Here, the pedestal assembly driving unit, a second rotating shaft for causing the beam focusing unit to rotate in the azimuth direction and a second bearing for supporting the second rotating shaft, the second bearing, the vibration of the second bearing is detected It includes a sensor unit for.

여기서, 상기 고장 진단부는, 상기 제2 베어링의 특성에 따른 결함 주파수의 이론값을 분석하는 이론값 분석부, 상기 결함 주파수의 이론값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체 시기에 대한 한계점(threshold)을 설정하는 한계점 설정부, 상기 센서부로부터 상기 제2 베어링의 각 위치별 진동 데이터를 입력 받는 상태 정보 수신부, 상기 진동 데이터를 기초로 상기 제2 베어링의 각 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값을 추출하는 특징값 추출부, 상기 특징값과 상기 한계점(threshold)을 비교하여 상기 특징값이 큰 경우, 상기 제2 베어링에 결함이 있다고 판단하는 결함 판단부를 포함한다.Here, the failure diagnosis unit, the theoretical value analysis unit for analyzing the theoretical value of the defect frequency according to the characteristics of the second bearing, the threshold for the warning and replacement time of the defect based on the theoretical value of the defect frequency A threshold point setting unit configured to set a state information receiving unit for receiving vibration data for each position of the second bearing from the sensor unit, and at least one frequency band characteristic value for each position of the second bearing based on the vibration data; And a feature determining unit that extracts the feature value extracting unit, and compares the feature value with the threshold and determines that the second bearing is defective when the feature value is large.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부 및 상기 빔 집속부를 일측에 조립하는 조립 모듈을 포함하며, 조립 모듈은 모터를 포함하여 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부를 제공함으로써 추적정밀도를 향상시키고, 고정밀 광학장비의 내구성을 높일 수 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the beam focusing unit and the beam focusing unit generate a fin beam so that energy is concentrated on the optical axis based on a cross section orthogonal to the traveling direction by focusing the distributed laser beam. It includes an assembly module to be assembled in, the assembly module can include a motor to improve the tracking accuracy by providing a rotating drive for rotating the beam focusing unit, it is possible to increase the durability of the high-precision optical equipment.

또한, 결함을 식별하기 위한 고장 진단부를 포함하여 시스템 점검 기능 및 구동계 상태 감시를 통한 고장 및 성능 열화에 대한 사전 대응 체계를 마련할 수 있다.In addition, it is possible to prepare a proactive response system for failures and performance deterioration through system check function and drive system status monitoring, including a fault diagnosis unit for identifying a defect.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not explicitly mentioned herein, the effects described in the following specification and the tentative effects expected by the technical features of the present invention are treated as described in the specification of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 제1 베어링을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 제2 베어링을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 베어링 상태에 따른 진단 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 결함 진동 발생 원리를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 고장 진단부를 나타낸 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 고장 진단 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 원격 전송 과정을 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a beam focusing apparatus of a laser according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing a first bearing of a beam focusing apparatus of a laser according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a second bearing of the beam focusing apparatus of the laser according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a diagnosis method according to a bearing state of a beam focusing apparatus of a laser according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing a principle of generating a defect vibration of the laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a failure diagnosis unit of a laser beam focusing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a failure diagnosis method of a laser beam focusing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is a view showing a remote transmission process of the laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명에 관련된 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.Hereinafter, a laser beam focusing apparatus and a laser system including the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In addition, in order to clearly describe the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals in the drawings indicate the same members.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have distinct meanings or roles.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

본 발명은 레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a laser beam focusing apparatus and a laser system including the same.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치를 나타낸 도면이다.1 is a view showing a beam focusing apparatus of a laser according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치(1)는 빔 집속부(10), 조립 모듈(20), 가이드부(30), 고장 진단부(40)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a beam focusing apparatus 1 of a laser according to an exemplary embodiment of the present invention includes a beam focusing unit 10, an assembly module 20, a guide unit 30, and a failure diagnosis unit 40. do.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치를 포함한 레이저 시스템은, 레이저 발진부(50)를 더 포함할 수 있다.In addition, the laser system including the laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a laser oscillation unit (50).

레이저의 빔 집속 장치 및 이를 포함한 레이저 시스템은 전계 또는 자계를 조정하여 전자 빔을 집속시키는 장치이다.The beam focusing device of a laser and a laser system including the same are devices for focusing an electron beam by adjusting an electric field or a magnetic field.

레이저나 천체 망원경 등과 같은 장비는 고속 회전을 하면서도 이동 표적에 대한, 수 μrad 이하의 추적 정밀도를 내기 위해 마찰이 적은 베어링을 적용하여 빔집속장치를 고속으로 회전시키고, 빔집속장치의 가감속을 반복하는 중에도 가속도 변화에 안정적으로 반응하도록 해야 한다. 지금까지는 로울러 베어링을 사용하여 왔으나, 마찰에 의한 저항 발생 및 베어링 진동(run out)과 초고속 지향에 따른 조준점의 흔들림이 발생되는 문제에 직면하여, 추적정밀도를 향상시키는데 한계점에 다다르게 되었다. 또한 기존 베어링을 적용했을 때의 문제점은 빔집속장치를 외부 환경을 기준으로 한 내, 외부 환경에 접촉하는 면이 실링이 안되어 외부로부터 먼지, 습기, 물 등이 침투하여, 사용 시간이 지남에 따라, 성능 열화가 생김으로 인해, 고정밀 광학장비의 내구성에 문제가 되어 왔다. 또한 회전부의 주요 부품인 베어링부에 대한 시스템 점검 기능 및 구동계 상태 감시를 통해 조준선 에러가 발생이 안되도록, 최상의 상태를 유지해야 하지만, 베어링은 고장에 대한 Bit기능이 없어서, 고장 및 성능 열화에 대한 사전 대응이 안되었다.Equipments such as lasers and astronomical telescopes rotate the beam focusing device at high speed by applying a low friction bearing to achieve a tracking accuracy of several μrad or less while moving at high speed, and repeating acceleration and deceleration of the beam focusing device. It should also be able to respond steadily to changes in acceleration. Until now, roller bearings have been used, but in the face of problems such as resistance generation caused by friction, run out of the bearing, and shaking of the aiming point due to ultra-high speed orientation, the limit of improving tracking accuracy has been reached. In addition, the problem with the existing bearing is that the beam focusing device is based on the external environment, and the surface contacting the external environment is not sealed, so dust, moisture, water, etc. penetrate from the outside, and as the use time passes, Due to the deterioration of performance, durability of high precision optical equipment has been a problem. In addition, it is necessary to maintain the best condition to prevent the aiming line error through the system check function and drive system status monitoring of the bearing part, which is the main part of the rotating part, but the bearing does not have a bit function for failure, There was no prior response.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치는 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부를 제공함으로써 추적정밀도를 향상시키고, 고정밀 광학장비의 내구성을 높일 수 있다.Laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention can improve the tracking accuracy by providing a rotation drive unit for rotating the beam focusing unit, it is possible to increase the durability of the high-precision optical equipment.

또한, 결함을 식별하기 위한 고장 진단부를 포함하여 시스템 점검 기능 및 구동계 상태 감시를 통한 고장 및 성능 열화에 대한 사전 대응 체계를 마련할 수 있다. 이에 따라, 초고속 지향에 따른 조준점의 흔들림이 없이 회전해야 하는 장비에 적용 가능하다.In addition, it is possible to prepare a proactive response system for failures and performance deterioration through system check function and drive system status monitoring, including a fault diagnosis unit for identifying a defect. Accordingly, it is applicable to equipment that needs to rotate without shaking the aiming point due to the ultra-high speed orientation.

빔 집속부(10)는 분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성한다.The beam focusing unit 10 focuses the distributed laser beam and generates a pin beam so that energy is concentrated on the optical axis based on a cross section perpendicular to the traveling direction.

빔 집속부(10)는 접안 렌즈(120), 렌즈 하우징(130), 반사 평면 미러(150)를 포함한다.The beam focusing unit 10 includes an eyepiece 120, a lens housing 130, and a reflective plane mirror 150.

구체적으로, 빔 집속부(10)는 광학 축에서 진행방향(P1) 사이에 있는 접안렌즈(초점조절렌즈)(120)와 그를 중심으로 회전할 수 있는 렌즈하우징(130), 연결광학계로 구성된다.Specifically, the beam focusing unit 10 is composed of an eyepiece (focusing lens) 120 between the advancing direction (P1) in the optical axis, a lens housing 130 that can rotate around it, and a connection optical system. .

접안 렌즈(120)는 상기 빔의 진행방향(P1)에 위치한다.The eyepiece 120 is positioned in the traveling direction P1 of the beam.

렌즈 하우징(130)은 상기 광축(L1)을 중심으로 위치한다.The lens housing 130 is positioned about the optical axis L1.

렌즈 하우징(130)은 상기 렌즈 하우징의 중앙부에 상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광하는 대물렌즈(140)를 포함한다.The lens housing 130 includes an objective lens 140 for receiving the laser beam reflected through the reflective plane mirror at the central portion of the lens housing.

대물렌즈(140)는 상기 접안 렌즈의 상기 광축(L1)을 따라 회전한다.The objective lens 140 rotates along the optical axis L1 of the eyepiece.

빔 집속부(10)는 밀폐형으로 설계되는 것이 바람직하며, 대물렌즈(140)와 접안렌즈 (초점조절렌즈)(120)는 창을 형성하도록 한다.The beam focusing unit 10 is preferably designed to be hermetically sealed, and the objective lens 140 and the eyepiece (focus adjusting lens) 120 form a window.

반사 평면 미러(150)는 상기 렌즈 하우징과 소정의 각도로 어긋나게 위치하며, 상기 광축에 중공을 포함한다.The reflective plane mirror 150 is positioned to be offset from the lens housing at a predetermined angle and includes a hollow in the optical axis.

조립 모듈(20)은 상기 빔 집속부를 일측에 조립한다.The assembly module 20 assembles the beam focusing unit to one side.

조립 모듈(20)은 모터를 포함하여, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부(21, 25)를 포함한다.The assembly module 20 includes rotational drives 21 and 25 including a motor to rotate the beam focusing part.

회전 구동부는 요크 조립체 구동부(21), 페데스탈 조립체 구동부(25)를 포함한다.The rotary drive includes a yoke assembly drive 21 and a pedestal assembly drive 25.

즉, 직구동모터와 에어베어링을 활용하여 빔의 고각 방향 조절은 접안렌즈(초점조절렌즈)(120)가 있는 제1 회전축인 광학축(230)을 기준으로 렌즈하우징이 회전되며, 빔의 방위각 방향 조절은 제2 회전축인 pedestal 축(260)의 회전을 통해 수행한다.In other words, by using the direct drive motor and the air bearing to adjust the elevation direction of the beam, the lens housing is rotated based on the optical axis 230, which is the first rotation axis with the eyepiece (focusing lens) 120, the azimuth angle of the beam The direction adjustment is performed through the rotation of the pedestal shaft 260, which is the second rotation axis.

요크 조립체 구동부(21)는 상기 빔 집속부가 상기 접안 렌즈와 수직한 방향으로 고각 방향 회전하도록 한다.The yoke assembly driver 21 causes the beam focusing part to rotate in an elevation direction in a direction perpendicular to the eyepiece.

요크 조립체 구동부(21)는 제1 구동부 하우징(210), 제1 모터(220), 제1 회전축(230), 제1 베어링(240)을 포함한다.The yoke assembly driver 21 includes a first driver housing 210, a first motor 220, a first rotational shaft 230, and a first bearing 240.

빔 집속부는 요크 조립체 구동부(21)에 기계적으로 조립되어 접안렌즈(초점조절렌즈)(120)와 수직한 방향으로 고각 회전할 수 있도록 한다.The beam focusing unit is mechanically assembled to the yoke assembly driving unit 21 so that the beam focusing unit can rotate at an angle perpendicular to the eyepiece (focus adjusting lens) 120.

제1 구동부 하우징(210)은 페데스탈 조립체 구동부에 조립되도록 제2 회전축(260)과 연결되며, 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 방위각 방향으로 회전한다.The first driving unit 210 is connected to the second rotation shaft 260 to be assembled to the pedestal assembly driving unit, and rotates in the azimuth direction by the rotation of the pedestal assembly driving unit.

제1 모터(220)는 고각 방향의 회전을 수행한다.The first motor 220 performs the rotation in the elevation direction.

제1 회전축(230)은 상기 렌즈 하우징과 조립되어, 상기 렌즈 하우징이 상기 광축을 중심으로 회전하도록 한다.The first rotation shaft 230 is assembled with the lens housing so that the lens housing rotates about the optical axis.

제1 베어링(240)은 상기 제1 회전축을 지지한다.The first bearing 240 supports the first rotation shaft.

또한, 상기 제1 베어링과 상기 제1 회전축 사이에 위치하는 요크(미도시)를 포함한다.In addition, it includes a yoke (not shown) positioned between the first bearing and the first rotating shaft.

페데스탈 조립체 구동부(25)는 상기 요크 조립체 구동부의 하단에 위치한다.The pedestal assembly driver 25 is located at the bottom of the yoke assembly driver.

상기 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전한다.The beam focusing unit rotates in the azimuth direction by the rotation of the pedestal assembly drive unit.

페데스탈 조립체 구동부(25)는 제2 구동부 하우징(250), 제2 회전축(260), 제2 베어링(270), 제2 모터(280)를 포함한다.The pedestal assembly driver 25 includes a second driver housing 250, a second rotation shaft 260, a second bearing 270, and a second motor 280.

방위각 방향의 회전을 위해서 페데스탈 조립체 구동부(25) 위에 요크 조립체 구동부가 조립된다.The yoke assembly drive is assembled on the pedestal assembly drive 25 for rotation in the azimuth direction.

제2 구동부 하우징(250)은 요크 조립체 구동부를 조립하며 회전할 수 있도록 지지한다.The second drive housing 250 assembles and supports the yoke assembly drive to rotate.

제2 회전축(260)은 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하도록 한다.The second rotating shaft 260 allows the beam focusing part to rotate in the azimuth direction.

제2 베어링(270)은 상기 제2 회전축을 지지하며, 상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부(277)를 포함한다.The second bearing 270 supports the second rotation shaft and includes a sensor unit 277 for detecting vibration of the second bearing.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치는 요크 조립체 구동부(21)와 페데스탈 조립체 구동부(25)를 이용하며, 빔 집속부의 회전을 위해 에어 베어링을 사용하여 고정밀 광학장비의 내구성을 향상시킬 수 있다.Laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention uses the yoke assembly drive unit 21 and the pedestal assembly drive unit 25, by using an air bearing for the rotation of the beam focusing unit to improve the durability of high precision optical equipment Can be.

또한, 내, 외부 환경에 접촉하는 면을 실링하는 실링부(275)를 포함함으로써 먼지, 습기, 물 등의 침투를 막을 수 있다. In addition, by including the sealing portion 275 for sealing the surface in contact with the internal and external environment, it is possible to prevent the penetration of dust, moisture, water and the like.

제2 모터(280)는 빔 집속부의 방위각 방향의 회전을 수행한다.The second motor 280 rotates in the azimuth direction of the beam focusing unit.

또한 모터는 thermometer를 사용하는 것이 바람직하며, 고장 진단부를 이용하여 시스템 점검장비로 고장신호를 보내줄 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 베어링은 고장에 대한 Bit기능을 마련하여, 빔 집속 장치의 성능이 떨어지기 전에 정비가 가능하다.In addition, it is preferable to use a thermometer, and the motor can send a fault signal to the system inspection equipment by using the fault diagnosis unit. The bearing according to an embodiment of the present invention provides a bit function for a fault, and a beam focusing device. Maintenance is possible before the performance drops.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 베어링(240)과 제2 베어링(270)은 에어 베어링을 사용하는 것이 바람직하다. 에어베어링을 이용하면 압축공기를 공급하여 흡착 또는 부상력을 공급할 수 있다.The first bearing 240 and the second bearing 270 according to an embodiment of the present invention preferably use air bearings. Air bearings can be used to supply compressed air to provide adsorption or flotation.

기존의 금속형 롤러 베어링은 수명에 한계가 있지만, 에어베어링은 무마찰로 인해, 접촉력의 저항으로 발생되는 수명저하 현상이 발생되지 않는다.Conventional metal roller bearings have a limited lifespan, but air bearings are frictionless, resulting in no life degradation caused by contact force resistance.

구체적으로, 적용 부위는 빔 집속부의 고각 조절을 위해 제1 모터와 연동하고, 요크 조립체 구동부의 방위각 방향 회전을 위해서는 제2 모터와 연동되도록 한다.Specifically, the application portion is interlocked with the first motor to adjust the elevation of the beam focusing unit, and to be interlocked with the second motor for azimuth rotation of the yoke assembly drive unit.

제1 베어링(240)과 제2 베어링(270)은 마찰을 발생을 방지하여 초고속 지향과 조준점의 흔들림을 최소화할 수 있다. 회전 시 축과 베어링 사이에 형성되는 공기 막(Hydrodynamic Pressure)을 활용하여, 회전 시 축과의 마찰이 없는 비접촉 방식 구현으로 에너지 효율을 극대화할 수 있다.The first bearing 240 and the second bearing 270 may prevent friction from occurring, thereby minimizing ultra-high speed and shaking of the aiming point. By utilizing an air membrane (Hydrodynamic Pressure) formed between the shaft and the bearing during rotation, it is possible to maximize energy efficiency by implementing a non-contact method without friction with the shaft during rotation.

가이드부(30)는 복수의 경로를 경유하도록 레이저 빔을 복수의 레이저 빔으로 분할하고, 상기 복수의 분할 빔을 모아 특정 경로로 가이드한다.The guide unit 30 divides the laser beam into a plurality of laser beams so as to pass through a plurality of paths, and collects the plurality of split beams to guide them in a specific path.

고장 진단부(40)는 상기 제2 베어링의 결함을 식별하기 위한 것이다.The failure diagnosis unit 40 is for identifying a defect of the second bearing.

고장 원인으로 발생되는 편심력으로 인한 문제가 발생된다면, 센서를 활용한 고장진단 시스템을 활용하여, 고장 징후에 대한 사전 인지를 할 수 있다.If the problem is caused by the eccentric force caused by the failure, the failure diagnosis system using the sensor can be used to recognize the failure signs in advance.

고장 진단부(40)를 이용하여 베어링부의 결함에 의해 발생된 주파수를 모터, 냉각장치, 전원부 등의 다른 노이즈 성분으로부터 분리하기 위해 Envelope Analysis를 사용하고, 시스템 점검 기능으로 사용자에게 문제 발생 경고 등의 신호전송 및 사격통제장치로의 원격 전송을 통해 장비의 성능 저하가 발생되기 전에 선제적인 정비 계획을 세울 수 있다.Envelope Analysis is used to separate the frequency generated by the fault of the bearing part from other noise components such as motor, cooling device, power supply, etc. by using the failure diagnosis unit 40. Signal transmission and remote transmission to the fire control system allow for preemptive maintenance planning before equipment degradation occurs.

또한, 운용 중인 장비로부터의 데이터 수집 및 분석으로 해당 장비에 대한 운용 특성의 빅데이타를 수집할 수 있고, 이를 통해 유사 모델 개발 시의 데이터 베이스로의 활용 및 ICT 기반의 장비 관리 기술 발전에도 기여할 수 있다.In addition, it is possible to collect big data of the operating characteristics of the equipment by collecting and analyzing data from the equipment in operation, thereby contributing to the use of the database when developing similar models and the development of ICT-based equipment management technology. have.

레이저 발진부(50)는 레이저 빔을 생성한다.The laser oscillator 50 generates a laser beam.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 제1 베어링을 나타낸 도면이다.2 is a view showing a first bearing of a beam focusing apparatus of a laser according to an embodiment of the present invention.

도 2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 제1 베어링(240)은 베어링 하우징(241), 공기 유입구(242), 수축실(245)을 포함한다.Referring to FIG. 2A, the first bearing 240 of the laser beam focusing apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention includes a bearing housing 241, an air inlet 242, and a contraction chamber 245. do.

제1 베어링(240)은 상기 제1 회전축을 지지한다.The first bearing 240 supports the first rotation shaft.

본 발명의 일 실시예에 따른 제1 베어링(240)은 에어 베어링을 사용하는 것이 바람직하다. 에어베어링을 이용하면 압축공기를 공급하여 흡착 또는 부상력을 공급할 수 있다.The first bearing 240 according to an embodiment of the present invention preferably uses an air bearing. Air bearings can be used to supply compressed air to provide adsorption or flotation.

제1 베어링(240)은 마찰을 발생을 방지하여 초고속 지향과 조준점의 흔들림을 최소화할 수 있다. 회전 시 축과 베어링 사이에 형성되는 공기 막(Hydrodynamic Pressure)을 활용하여, 회전 시 축과의 마찰이 없는 비접촉 방식 구현으로 에너지 효율을 극대화할 수 있다.The first bearing 240 may minimize the shaking of the high-speed direction and aiming point by preventing the occurrence of friction. By utilizing an air membrane (Hydrodynamic Pressure) formed between the shaft and the bearing during rotation, it is possible to maximize energy efficiency by implementing a non-contact method without friction with the shaft during rotation.

제1 베어링(240)은 내부 환경에 접촉하는 면과 외부 환경에 접촉하는 면이 연속된 원형으로 되도록하여, 베어링이 내, 외부 간의 실링 역할을 하도록한다.The first bearing 240 has a surface in contact with the internal environment and a surface in contact with the external environment in a continuous circular shape, so that the bearing acts as a sealing between the inside and the outside.

내부에는 고압이 있기 때문에, 이러한 공기 흐름을 이용하여 수축실(245)과의 접촉면(246)에 양압이 발생되도록 한다. seal의 기능은 외부로부터 먼지, 습기, 물이 침투하지 못하도록 작은 구멍을 통해 지속적인 공기의 흐름을 제공한다.Since there is a high pressure therein, the positive pressure is generated on the contact surface 246 with the contraction chamber 245 using this air flow. The seal's function provides a continuous flow of air through small holes to keep dust, moisture and water from penetrating from the outside.

베어링 하우징(241)은 내부 공간(243)을 포함하여, 상기 제1 회전축(230)과 비접촉하도록 위치한다.The bearing housing 241 includes an inner space 243 and is positioned to be in contact with the first rotation shaft 230.

공기 유입구(242)는 상기 베어링 하우징의 일측에 개방되게 형성된다.The air inlet 242 is formed to be open at one side of the bearing housing.

수축실(245)은 상기 베어링 하우징의 타측에 접촉되는 접촉면(246)을 포함하며, 상기 내부공간의 양압을 보상한다.The contraction chamber 245 includes a contact surface 246 in contact with the other side of the bearing housing, and compensates for the positive pressure of the internal space.

수축실(245)은 내부 공간(243)과 별개로 위치하는 공급홀(244)을 포함하여 양압을 보상하게 된다.The contraction chamber 245 includes a supply hole 244 located separately from the internal space 243 to compensate for the positive pressure.

지지된 축이 회전하면서 축과 베어링 사이의 공기막이 형성되고 미소한 간극의 변화에 의한 쐐기효과로 발생되는 동압(Dynamic Pressure)이 축을 부양하며 윤활제 역할을 하게되어, 공기가 윤활유 역할을 하는 100% Oil Less 구현 가능하다.As the supported shaft rotates, an air membrane is formed between the shaft and the bearing, and the dynamic pressure generated by the wedge effect caused by the change of the minute gap supports the shaft and acts as a lubricant, so that air acts as a lubricant. Oil Less can be implemented.

수축실(245)은 저마찰 에어 베어링의 장점을 극대화하고 운용 중이나 보관시에도 수밀을 확보하기 위해 사용한다. 수축실(245) 내부는 베어링에 공기압력이 부과되었을 때 양압이 되어 외부 이물질이 들어오지 못하도록 하고, 베어링에 공기 압력이 제거되었을 때 접촉면이 뒤로 수축이되면서 수밀이 된다. 즉, 극한 조건인 해상환경에서 물 등의 침입으로부터 빔 집속부가 고각 회전하고 전개하더라도 외부의 환경으로부터 차단시켜주는 역할을 한다.The shrinkage chamber 245 is used to maximize the advantages of the low friction air bearing and to secure watertightness during operation or storage. The inside of the contraction chamber 245 becomes positive when the air pressure is applied to the bearing to prevent foreign substances from entering, and when the air pressure is removed from the bearing, the contact surface contracts backward and becomes watertight. That is, even if the beam focusing part rotates at a high angle from the intrusion of water or the like in the sea environment, which is an extreme condition, it serves to block from the external environment.

수축실(245)을 이용한 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 집속 장치는 야지나 바다와 같은 극한 환경에서도 사용할 수 있다. 회전부에 사용되는 에어베어링과 함께 수축실(245)은 빔 집속 장치가 가혹한 환경, 습도, 먼지, 모래, 장시간 수면 노출 등에서도 사용할 수 있도록 양압 환경을 제공하여 완전 밀폐구조를 제공한다.The beam focusing apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention using the contraction chamber 245 may be used even in an extreme environment such as a field or the sea. The contraction chamber 245 together with the air bearing used in the rotating part provides a positive pressure environment so that the beam focusing device can be used in harsh environments, humidity, dust, sand, and long time surface exposure, thereby providing a completely sealed structure.

도 2의 (b)는 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.2B is a view showing the flow of air.

제1 베어링(240)은 기름 대신 공기의 점성을 이용한 것으로, 구조는 베어링메탈에 에어 포트를 이용하여 저널과의 접촉면에 공기를 불어넣으면, 공기는 축의 회전과 함께 나선형으로 유동하면서 베어링 밖으로 흘러나오게 되어 있다.The first bearing 240 uses the viscosity of the air instead of oil, the structure is to blow air into the contact surface with the journal by using the air port in the bearing metal, the air flows out of the bearing spirally with the rotation of the shaft It is.

제1 베어링(240)에 사용되는 에어 베어링의 수밀성능을 통해, 회전하면서 발생되는 레이저 광원의 지터를 없애고, 0에 가까운 마찰력을 통해 부드러운 작동을 할 수 있게 한다.The watertight performance of the air bearing used in the first bearing 240 eliminates jitter of the laser light source generated while rotating and enables smooth operation through frictional force close to zero.

에어베어링은 금속, 플라스틱, 카본, 세라믹을 원료로 제조된 다공질 소결체(Air Permeable Porous Media)에 압축공기를 공급하여 흡착 또는 부상력을 부여한다. 제품을 흡착 또는 비접촉으로 부상하게 함으로써 마찰로 인한 제품의 손상이 없도록 하며, 공정내에 분진발생을 억제할 수 있다.Air bearings supply compressed air to air permeable porous media made of metals, plastics, carbon, and ceramics to impart adsorption or flotation force. By floating the product by adsorption or non-contact, there is no damage of the product due to friction, and dust generation can be suppressed in the process.

에어베어링은 기름을 윤활제로 사용하는 일반 볼베어링과 달리 공기나 여러 가지 기체를 윤활제로 사용하여 기체의 낮은 점성마찰계수로 소모동력이 매우 작고, 고속회전이 가능하며, 윤활제나 볼의 마찰에 의한 분진이나 오염이 없어 청정 환경조건 및 정밀기기에서의 사용이 가능하다.Unlike general ball bearings that use oil as a lubricant, air bearings use air or various gases as lubricants and have low viscosity friction coefficient of the gas, so the power consumption is very small, and high-speed rotation is possible. No pollution, it can be used in clean environment and precision equipment.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 제2 베어링을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a second bearing of the beam focusing apparatus of the laser according to an embodiment of the present invention.

제2 베어링(270)은 상기 제2 회전축을 지지한다.The second bearing 270 supports the second rotation shaft.

제2 베어링(270)은 상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부(277)를 포함한다.The second bearing 270 includes a sensor unit 277 for detecting the vibration of the second bearing.

센서부(277)는 진동 측정(vibration)을 하기 위한 것으로, 베어링 내륜에 채널1번(277a), 2번(277b)과 3번(277c)은 120도 간격으로 부착하고, 채널4번은 모터(280a 또는 280b)에 부착하여 전달율 확인하는 것이 바람직하다.The sensor unit 277 is for vibration measurement, and the channel 1 (277a), the 2 (277b) and the 3 (277c) are attached to the bearing inner ring at 120 degree intervals, and the channel 4 is the motor ( 280a or 280b) to confirm the delivery rate.

레이저의 빔집속장치가 수μrad 이하의 추적 정밀도를 확보할 수 있도록 정밀오차를 유지하고, 조준선 에러를 최소화될 수 있도록 제2 베어링은 가속도 센서가 장착된다.The second bearing is equipped with an acceleration sensor so that the beam focusing device of the laser maintains a precision error so as to obtain tracking accuracy of several μrad or less, and the aiming line error can be minimized.

베어링부의 결함에 의해 발생된 주파수를 모터, 냉각장치, 전원부 등의 다른 노이즈 성분으로부터 분리하기 위해 도 4 및 도 5와 같이 FFT 및 Envelope Analysis를 활용하고, 시스템 점검 기능으로 사용자에게 문제 발생 경고 등의 신호전송 및 사격통제장치로의 원격 전송을 하도록 한다.In order to separate the frequency generated by the defect of the bearing part from other noise components such as the motor, the cooling device, and the power supply part, FFT and Envelope Analysis are used as shown in Figs. Remotely transmit signal and fire control system.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 베어링 상태에 따른 진단 방법을 나타낸 도면이다.4 is a diagram illustrating a diagnosis method according to a bearing state of a beam focusing apparatus of a laser according to an embodiment of the present invention.

도 4의 (a) 상태는 잠재적인 결함을 확인할 수 있는 상태이며, 이후 고장이 일어나기까지 S1 상태의 변화 동안 진단과 교체 계획을 세울 수 있다.The state (a) of FIG. 4 is a state in which potential defects can be identified, and then a diagnosis and replacement plan can be made during a change in the state S1 until a failure occurs.

도 4의 (b) 상태는 진동 측정(vibration) 상태이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 고장 진단부는 초기의 미세한 징후의 변동에 민감하고, 초기 고장의 원인을 사전에 분석해서 교체 계획을 세우기 위한 중요한 정보를 제공할 수 있다.Figure 4 (b) is a vibration measurement (vibration) state, the failure diagnosis unit according to an embodiment of the present invention is sensitive to the fluctuations of the initial minute signs, to analyze the cause of the initial failure in advance to establish a replacement plan It can provide important information.

도 4의 (c) 상태는 윤활제 분석 (lubrication) 상태이며, 신뢰성은 높지만, 윤활제의 실시간 측정에 어려움이 있다.The state (c) of FIG. 4 is a lubricant analysis state, and the reliability is high, but it is difficult to measure the lubricant in real time.

도 4의 (d) 상태는 온도추이분석 (temperature) 상태이며, 급격하고 미세한 변동의 징후에 대한 사전 정보를 얻기에는 적절치 못하다.The state (d) of FIG. 4 is a temperature trend analysis (temperature) state, and it is not appropriate to obtain prior information on the signs of rapid and minute fluctuations.

도 4의 (e) 상태는 장비 점검 상태이며, 운전자가 직접 장비를 점검하기 전에 결함을 진단할 수 있는 방법이 필요하다.The state (e) of FIG. 4 is an equipment inspection state, and a method for diagnosing a defect before the driver directly inspects the equipment is needed.

도 4의 (f) 상태는 소음 인지(noise) 상태이며, 소음 분석으로 인지했을 때는, 결함이 많이 진행된 상태이므로 적절한 방안이 아니다.State (f) of Figure 4 is a noise recognition (noise) state, when recognized by the noise analysis, a lot of defects are advanced state is not a suitable way.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치는 제2 베어링(270)은 상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부(277)를 장착하고, 고장 진단부(40)는 상기 제2 베어링의 결함을 식별할 수 있으므로, 도 4의 (b) 상태에서 결함을 진단할 수 있다.Laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention, the second bearing 270 is equipped with a sensor unit 277 for detecting the vibration of the second bearing, the failure diagnosis unit 40 is the second Since the defect of the bearing can be identified, the defect can be diagnosed in the state (b) of FIG. 4.

즉, 고장 원인으로 발생되는 편심력으로 인한 문제가 발생된다면, 센서를 활용한 고장진단 시스템을 활용하여, 고장 징후에 대한 사전 인지를 할 수 있다.That is, if a problem occurs due to the eccentric force generated as a cause of the failure, a failure diagnosis system using a sensor may be used to recognize the indication of the failure in advance.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 결함 진동 발생 원리를 나타낸 도면이다.5 is a view showing a principle of generating a defect vibration of the laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 5의 (a)를 참조하면, 일정한 축방향 하중을 받는 정지 내륜과 일정 속도로 회전하는 외륜과 볼로 구성된 결함을 가진 베어링은 레이스 표면의 결함이 다른 면과 만날 때마다 충격이 생성되면서, 임펄스 응답을 하게 된다. Referring to FIG. 5A, a bearing having a defect consisting of a stationary inner ring subjected to a constant axial load, an outer ring rotating at a constant speed, and a ball has an impulse generated whenever a defect on the race surface meets another surface. Will respond.

도 5의 (b)를 참조하면, 결함과 상대 표면의 접촉은 주기적이기 때문에, 임펄스는 결함의 위치에 따라 일정한 시간 간격으로 결함 특성주파수 발생의 원인이 된다.Referring to FIG. 5B, since the contact between the defect and the counterpart surface is periodic, the impulse causes the occurrence of a defect characteristic frequency at regular time intervals according to the position of the defect.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 고장 진단부를 나타낸 블록도이다.6 is a block diagram illustrating a failure diagnosis unit of a laser beam focusing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 고장 진단부(40)는 이론값 분석부(410), 한계점 설정부(420), 상태 정보 수신부(430), 특징값 추출부(440), 결함 판단부(450), 메시지 전송부(460)를 포함한다.Referring to FIG. 6, the failure diagnosis unit 40 of the laser beam focusing apparatus according to the exemplary embodiment may include a theoretical value analyzer 410, a threshold setting unit 420, a state information receiver 430, and a feature. And a value extractor 440, a defect determiner 450, and a message transmitter 460.

고장 진단부(40)는 상기 제2 베어링의 결함을 식별하기 위한 것이다.The failure diagnosis unit 40 is for identifying a defect of the second bearing.

이론값 분석부(410)는 상기 제2 베어링의 특성에 따른 결함 주파수의 이론값을 분석한다.The theoretical value analyzing unit 410 analyzes the theoretical value of the defect frequency according to the characteristics of the second bearing.

한계점 설정부(420)는 상기 결함 주파수의 이론값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체 시기에 대한 한계점(threshold)을 설정한다.The threshold setting unit 420 sets a threshold for the warning and replacement time of the defect based on the theoretical value of the defect frequency.

상태 정보 수신부(430)는 상기 센서부로부터 상기 제2 베어링의 각 위치별 진동 데이터를 입력 받는다.The state information receiver 430 receives vibration data for each position of the second bearing from the sensor unit.

특징값 추출부(440)는 상기 진동 데이터를 기초로 상기 제2 베어링의 각 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값을 추출한다.The feature value extractor 440 extracts feature values for at least one frequency band for each position of the second bearing based on the vibration data.

주파수 대역별 특징값을 추출하는 것은, 복수의 센서의 각 위치별 진동 데이터를 기초로 주파수영역에서 각 센서의 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값들을 추출하고, 복수의 센서의 각 위치별 진동 데이터를 기초로 포락(envelope) 주파수영역에서 각 센서의 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값들을 추출한다.Extracting feature values for each frequency band may include extracting feature values for one or more frequency bands for each position of each sensor in the frequency domain based on vibration data for each position of the plurality of sensors, and for each position of the plurality of sensors. The feature values of one or more frequency bands are extracted for each sensor position in an envelope frequency domain based on.

결함 판단부(450)는 상기 특징값과 상기 한계점(threshold)을 비교하여 상기 특징값이 큰 경우, 상기 제2 베어링에 결함이 있다고 판단한다.The defect determination unit 450 compares the feature value with the threshold and determines that the second bearing is defective when the feature value is large.

메시지 전송부(60)는 제2 베어링에 결함이 있음을 판단할 경우, 이상 경보 메시지를 생성하여, 외부의 통제소로 상기 이상 경보 메시지를 전송한다.When the message transmitter 60 determines that the second bearing is defective, the message transmitter 60 generates an abnormal alarm message and transmits the abnormal alarm message to an external control station.

결함 상황을 판단하자마자 바로 베어링 상태 이상 경보 또는 BIT 신호를 스마트폰 및 통제소에 송출한다.As soon as the fault situation is determined, a bearing condition alarm or BIT signal is sent to the smartphone and control station.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 고장 진단 방법을 나타낸 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a failure diagnosis method of a laser beam focusing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 고장 진단 방법은 빔 집속 장치가 운용중인 단계(S411)에서 베어링의 결함을 식별하기 위해 수행된다.Referring to FIG. 7, a failure diagnosis method of a laser beam focusing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention is performed to identify a defect of a bearing in operation S411 of the beam focusing apparatus.

단계 S412에서 이론값 분석부(410)는 상기 제2 베어링의 특성에 따른 결함 주파수의 이론값을 분석한다.In step S412, the theoretical value analyzer 410 analyzes the theoretical value of the defect frequency according to the characteristics of the second bearing.

단계 S421에서 한계점 설정부(420)는 상기 결함 주파수의 이론값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체 시기에 대한 한계점(threshold)을 설정한다.In operation S421, the threshold setting unit 420 sets a threshold for warning of a defect and a replacement time based on the theoretical value of the defect frequency.

단계 S431에서 제2 베어링에 가속도 센서가 부착되며, 상태 정보 수신부(430)는 상기 센서부로부터 상기 제2 베어링의 각 위치별 진동 데이터를 입력 받는다.In step S431, an acceleration sensor is attached to the second bearing, and the state information receiving unit 430 receives vibration data for each position of the second bearing from the sensor unit.

단계 S432에서 특징값 추출부(440)는 상기 진동 데이터를 기초로 상기 제2 베어링의 각 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값을 추출한다.In operation S432, the feature value extractor 440 extracts feature values for at least one frequency band for each position of the second bearing based on the vibration data.

단계 S441 내지 S445에서 결함 판단부(450)는 상기 특징값과 상기 한계점(threshold)을 비교하여 상기 특징값이 큰 경우, 상기 제2 베어링에 결함이 있다고 판단한다.In steps S441 to S445, the defect determination unit 450 compares the feature value with the threshold and determines that the second bearing is defective when the feature value is large.

구체적으로, 진동량 변화를 판단하고 베어링의 회전 토크 변화를 감지하며 주파수 대역별 진동 레벨 기여도 변화량을 측정한다.Specifically, the vibration amount change is determined, the rotational torque change of the bearing is sensed, and the vibration level contribution amount for each frequency band is measured.

또한 모터를 기준으로 한 전달율 증가를 확인하며, 센서의 채널별 최대피크 주파수 변동을 확인한다.In addition, it checks the increase of the transmission rate based on the motor and checks the maximum peak frequency variation of each sensor channel.

단계 S451에서 메시지 전송부(60)는 제2 베어링에 결함이 있음을 판단할 경우, 이상 경보 메시지를 생성하여, 외부의 통제소로 상기 이상 경보 메시지를 전송한다.If it is determined in step S451 that the message transmission unit 60 determines that the second bearing is defective, the message transmission unit 60 generates an abnormal alarm message and transmits the abnormal alarm message to an external control station.

결함 상황을 판단하자마자 바로 베어링 상태 이상 경보 또는 BIT 신호를 스마트폰 및 통제소에 송출한다.As soon as the fault situation is determined, a bearing condition alarm or BIT signal is sent to the smartphone and control station.

단계 S470에서 결함이 있는 베어링을 교체한다.In step S470, the defective bearing is replaced.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저의 빔 집속 장치의 원격 전송 과정을 나타낸 도면이다.8 is a view showing a remote transmission process of the laser beam focusing apparatus according to an embodiment of the present invention.

레이저의 빔디렉터가 수μrad 이하의 추적 정밀도를 확보할 수 있도록 정밀오차를 유지하고, 조준선 에러를 최소화될 수 있도록 단순 기계구조물인 베어링 및 기어부에 가속도 센서를 이용한다. Accelerometers are used in bearings and gears, which are simple mechanical structures, to maintain precision errors to minimize the laser beam director's tracking accuracy to a few μrad and to minimize aiming line errors.

각 시스템의 특성에 맞은 결함주파수에 대한 이론적 분석을 한 후, 결함 식별 절차에 따라 주파수 대역별 enveloping 신호값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체시기에 대한 threshold값을 산정한다.After the theoretical analysis of the fault frequency according to the characteristics of each system, the threshold value for warning and replacement time of the fault is calculated based on the enveloping signal value for each frequency band according to the fault identification procedure.

원격 전송기술 등을 활용하여, 원격 진단소의 통제장치에서 상시 모니터링 할 수 있도록 시스템을 구성한다.Using remote transmission technology, the system is configured to be always monitored by the control device of the remote diagnosis center.

이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.The above description is only an embodiment of the present invention, and those skilled in the art may implement the present invention in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the above-described examples, but should be construed to include various embodiments within the scope equivalent to those described in the claims.

1: 레이저의 빔 집속 장치
10: 빔 집속부
20: 조립 모듈
30: 가이드부
40: 고장 진단부
240: 제1 베어링
270: 제2 베어링
277: 센서부
1: beam focusing device of laser
10: beam focusing unit
20: assembly module
30: guide part
40: fault diagnosis unit
240: first bearing
270: second bearing
277: sensor unit

Claims (13)

분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부; 및 상기 빔 집속부를 일측에 조립하는 조립 모듈;을 포함하며,
상기 빔 집속부는, 상기 진행방향에 위치하는 접안 렌즈; 상기 광축을 중심으로 위치하는 렌즈 하우징; 및 상기 렌즈 하우징과 소정의 각도로 어긋나게 위치하며, 상기 광축에 중공을 포함하는 반사 평면 미러;를 포함하고,
상기 조립 모듈은, 모터를 포함하여, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부;를 포함하며,
상기 회전 구동부는, 상기 빔 집속부가 상기 접안 렌즈와 수직한 방향으로 고각 방향 회전하도록 하는 요크 조립체 구동부; 및 상기 요크 조립체 구동부의 하단에 위치하는 페데스탈 조립체 구동부;를 포함하며,
상기 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
A beam focusing unit configured to focus the distributed laser beam and generate a pin beam such that energy is concentrated on an optical axis based on a cross section orthogonal to a traveling direction; And an assembly module for assembling the beam focusing unit to one side.
The beam focusing unit may include an eyepiece positioned in the advancing direction; A lens housing positioned about the optical axis; And a reflective plane mirror positioned at a predetermined angle with respect to the lens housing and including a hollow in the optical axis.
The assembly module includes a rotation drive unit for rotating the beam focusing unit, including a motor.
The rotation drive unit, the yoke assembly drive unit for causing the beam focusing unit to rotate in an elevation direction in a direction perpendicular to the eyepiece; And a pedestal assembly driver positioned at a lower end of the yoke assembly driver.
And the beam focusing unit rotates in the azimuth direction by the rotation of the pedestal assembly driving unit.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 렌즈 하우징은,
상기 렌즈 하우징의 중앙부에 상기 반사 평면 미러를 통해 반사된 상기 레이저 빔을 수광하는 대물렌즈를 포함하며,
상기 대물렌즈는,
상기 접안 렌즈의 상기 광축을 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
The method of claim 1,
The lens housing,
An objective lens for receiving the laser beam reflected through the reflective plane mirror at a central portion of the lens housing,
The objective lens,
And a beam focusing device for rotating the laser along the optical axis of the eyepiece.
삭제delete 제3항에 있어서,
상기 요크 조립체 구동부는,
제1 모터;
상기 렌즈 하우징과 조립되어, 상기 렌즈 하우징이 상기 광축을 중심으로 회전하도록 하는 제1 회전축;
상기 제1 회전축을 지지하는 제1 베어링; 및
상기 제1 베어링과 상기 제1 회전축 사이에 위치하는 요크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
The method of claim 3,
The yoke assembly driving unit,
A first motor;
A first rotating shaft assembled with the lens housing to rotate the lens housing about the optical axis;
A first bearing supporting the first rotation shaft; And
And a yoke positioned between the first bearing and the first rotational shaft.
제5항에 있어서,
상기 제1 베어링은,
내부 공간을 포함하여, 상기 제1 회전축과 비접촉하도록 위치하는 베어링 하우징;
상기 베어링 하우징의 일측에 개방되게 형성되는 공기 유입구; 및
상기 베어링 하우징의 타측에 접촉되는 접촉면을 포함하며, 상기 내부공간의 양압을 보상하는 수축실;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
The method of claim 5,
The first bearing,
A bearing housing including an inner space and positioned to be in contact with the first rotation shaft;
An air inlet formed to be opened at one side of the bearing housing; And
And a contraction chamber including a contact surface in contact with the other side of the bearing housing and compensating the positive pressure of the inner space.
제5항에 있어서,
상기 페데스탈 조립체 구동부는,
상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하도록 하는 제2 회전축; 및
상기 제2 회전축을 지지하는 제2 베어링을 포함하며,
상기 제2 베어링은,
상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
The method of claim 5,
The pedestal assembly driving unit,
A second axis of rotation for causing the beam focusing part to rotate in an azimuth direction; And
A second bearing supporting the second rotation shaft;
The second bearing,
Sensor unit for detecting the vibration of the second bearing; the laser beam focusing apparatus comprising a.
제7항에 있어서,
상기 제2 베어링의 결함을 식별하기 위한 고장 진단부;를 더 포함하며,
상기 고장 진단부는,
상기 제2 베어링의 특성에 따른 결함 주파수의 이론값을 분석하는 이론값 분석부;
상기 결함 주파수의 이론값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체 시기에 대한 한계점(threshold)을 설정하는 한계점 설정부;
상기 센서부로부터 상기 제2 베어링의 각 위치별 진동 데이터를 입력 받는 상태 정보 수신부;
상기 진동 데이터를 기초로 상기 제2 베어링의 각 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값을 추출하는 특징값 추출부;
상기 특징값과 상기 한계점(threshold)을 비교하여 상기 특징값이 큰 경우, 상기 제2 베어링에 결함이 있다고 판단하는 결함 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저의 빔 집속 장치.
The method of claim 7, wherein
Further comprising a; fault diagnosis unit for identifying a defect of the second bearing,
The fault diagnosis unit,
A theoretical value analysis unit analyzing a theoretical value of a defect frequency according to the characteristics of the second bearing;
A threshold setting unit for setting a threshold for warning and replacement time of a defect based on the theoretical value of the defect frequency;
A state information receiver receiving vibration data for each position of the second bearing from the sensor unit;
A feature value extraction unit for extracting feature values for at least one frequency band for each position of the second bearing based on the vibration data;
And a defect determination unit that compares the feature value with the threshold and determines that the second bearing is defective when the feature value is large.
레이저 빔을 생성하는 레이저 발진부; 및
분산된 레이저 빔을 집속하여 진행방향에 직교하는 단면을 기준으로 광축에 에너지가 집중되도록 핀 빔을 생성하는 빔 집속부;를 포함하는 빔 집속 장치;를 포함하며,
상기 빔 집속 장치는, 상기 빔 집속부를 일측에 조립하는 조립 모듈; 및 상기 조립 모듈의 결함을 식별하기 위한 고장 진단부;를 포함하며,
상기 빔 집속부는, 상기 진행방향에 위치하는 접안 렌즈; 상기 광축을 중심으로 위치하는 렌즈 하우징; 및 상기 렌즈 하우징과 소정의 각도로 어긋나게 위치하며, 상기 광축에 중공을 포함하는 반사 평면 미러;를 포함하고,
상기 조립 모듈은, 모터를 포함하여, 상기 빔 집속부를 회전시키는 회전 구동부;를 포함하며,
상기 회전 구동부는, 상기 빔 집속부가 상기 접안 렌즈와 수직한 방향으로 고각 방향 회전하도록 하는 요크 조립체 구동부; 및 상기 요크 조립체 구동부의 하단에 위치하는 페데스탈 조립체 구동부;를 포함하며,
상기 페데스탈 조립체 구동부의 회전에 의해 상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
A laser oscillator for generating a laser beam; And
And a beam focusing unit for focusing the distributed laser beam and generating a pin beam such that energy is concentrated on the optical axis based on a cross section orthogonal to the traveling direction.
The beam focusing apparatus may include an assembly module for assembling the beam focusing unit to one side; And a failure diagnosis unit for identifying a defect of the assembly module.
The beam focusing unit may include an eyepiece positioned in the advancing direction; A lens housing positioned about the optical axis; And a reflective plane mirror positioned at a predetermined angle with respect to the lens housing and including a hollow in the optical axis.
The assembly module includes a rotation drive unit for rotating the beam focusing unit, including a motor.
The rotation drive unit, the yoke assembly drive unit for causing the beam focusing unit to rotate in an elevation direction in a direction perpendicular to the eyepiece; And a pedestal assembly driver positioned at a lower end of the yoke assembly driver.
And the beam focusing unit rotates in the azimuth direction by the rotation of the pedestal assembly drive unit.
삭제delete 삭제delete 제9항에 있어서,
상기 페데스탈 조립체 구동부는,
상기 빔 집속부가 방위각 방향으로 회전하도록 하는 제2 회전축; 및
상기 제2 회전축을 지지하는 제2 베어링을 포함하며,
상기 제2 베어링은,
상기 제2 베어링의 진동을 감지하기 위한 센서부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 9,
The pedestal assembly driving unit,
A second axis of rotation for causing the beam focusing part to rotate in an azimuth direction; And
A second bearing supporting the second rotation shaft;
The second bearing,
And a sensor unit for sensing vibration of the second bearing.
제12항에 있어서,
상기 고장 진단부는,
상기 제2 베어링의 특성에 따른 결함 주파수의 이론값을 분석하는 이론값 분석부;
상기 결함 주파수의 이론값을 기준으로 결함에 대한 경고와 교체 시기에 대한 한계점(threshold)을 설정하는 한계점 설정부;
상기 센서부로부터 상기 제2 베어링의 각 위치별 진동 데이터를 입력 받는 상태 정보 수신부;
상기 진동 데이터를 기초로 상기 제2 베어링의 각 위치별 하나 이상의 주파수 대역별 특징값을 추출하는 특징값 추출부;
상기 특징값과 상기 한계점(threshold)을 비교하여 상기 특징값이 큰 경우, 상기 제2 베어링에 결함이 있다고 판단하는 결함 판단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
The method of claim 12,
The fault diagnosis unit,
A theoretical value analysis unit analyzing a theoretical value of a defect frequency according to the characteristics of the second bearing;
A threshold setting unit for setting a threshold for warning and replacement time of a defect based on the theoretical value of the defect frequency;
A state information receiver receiving vibration data for each position of the second bearing from the sensor unit;
A feature value extraction unit for extracting feature values for at least one frequency band for each position of the second bearing based on the vibration data;
And a defect determination unit that compares the feature value with the threshold and determines that the second bearing has a defect when the feature value is large.
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KR20030080763A (en) * 2002-04-10 2003-10-17 삼성에스디아이 주식회사 3d display system
JP2012013982A (en) * 2010-07-01 2012-01-19 Fujifilm Corp Electric zoom lens

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