KR102077298B1 - 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-time Fourier transform) 기법을 이용해 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어에 대한 고장을 정확하고 빠르게 감지할 수 있도록 한 것이다.
Description
기어 고장 감지 기술에 관련한 것으로, 특히 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
본원발명 출원인에 의해 선출원된 대한민국 공개특허 제10-2015-0137868호(2015.12.09)에서 기어 진동신호를 추출하고, 추출된 진동신호에 시간 동기 평균(Time Synchronous Averaging) 기법을 적용하여 랜덤 노이즈를 제거한 목표신호를 획득하여 기어 고장을 감지하는 기술을 제안하였다.
이러한 기존의 기어 고장 감지 기술은 등속으로 회전하는 기어에 적용 가능한 것이나, 실제 산업 전반에서는 사용되는 기어 제품들은 등속 조건이 아닌 변속 조건에서 운영되거나, 혹은 등속 조건이 너무 짧아 기어 고장 감지 신뢰도가 떨어지는 문제가 있었다.
한편, 변속 조건의 기어 고장 감지를 위해 시간-주파수 분석 방법 중의 하나인 웨이블릿 변환(WT : Wavelet transform)을 이용하여 변속 조건의 기어 고장 감지를 수행할 수 있으나, 웨이블릿 변환 방법의 특성상 계산 시간이 길어서 실제 현장에서 적용하는데 어려움이 있다.
본 발명은 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-time Fourier transform) 기법을 이용해 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어에 대한 고장을 정확하고 빠르게 감지할 수 있는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치가 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호를 측정하는 진동신호 측정부와; 진동신호 측정부에 의해 측정된 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)하여 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호로 변환하는 단시간 푸리에 변환부와; 단시간 푸리에 변환부에 의해 변환된 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호의 단시간 푸리에 변환 계수 값을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터를 획득하는 계수 평균부와; 계수 평균부에 의해 획득되는 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 변속 조건 데이터를 제거하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 변속 조건 제거부와; 변속 조건 제거부에 의해 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 고장 감지부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 변속 조건 제거부가 계수 평균부에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 저역 필터링(Low-pass Filtering)하여 변속 조건 데이터를 추출하는 저역 필터부와; 계수 평균부에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 저역 필터부에 의해 추출된 변속 조건 데이터를 감산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 에너지 잔차(Energy Residual) 계산부를 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 변속 조건 제거부가 에너지 잔차 계산부에 의해 획득된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터의 분산(Variance)을 계산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정량화하는 분산 계산부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 고장 감지부가 정량화된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 고장 감지부가 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정상 기어의 학습 데이터 및 고장 기어의 학습 데이터와 비교하여 변속 조건 기어의 고장을 감지하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법이 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호를 측정하는 진동신호 측정단계와; 진동신호 측정단계에 의해 측정된 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)하여 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호로 변환하는 단시간 푸리에 변환단계와; 단시간 푸리에 변환단계에 의해 변환된 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호의 단시간 푸리에 변환 계수 값을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터를 획득하는 계수 평균단계와; 계수 평균단계에 의해 획득되는 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 변속 조건 데이터를 제거하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 변속 조건 제거단계와; 변속 조건 제거단계에 의해 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 고장 감지단계를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 변속 조건 제거단계가 계수 평균단계에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 저역 필터링(Low-pass Filtering)하여 변속 조건 데이터를 추출하는 저역 필터링단계와; 계수 평균단계에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 저역 필터링 단계에 의해 추출된 변속 조건 데이터를 감산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 에너지 잔차(Energy Residual) 계산단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 변속 조건 제거단계가 에너지 잔차 계산단계에 의해 획득된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터의 분산(Variance)을 계산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정량화하는 분산 계산단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 고장 감지단계에서 정량화된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 고장 감지단계에서 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정상 기어의 학습 데이터 및 고장 기어의 학습 데이터와 비교하여 변속 조건 기어의 고장을 감지하도록 구현될 수 있다.
본 발명은 등속 조건이 아닌 변속 조건에서 운영되는 기어에 대한 정확하고 빠른 고장 감지가 가능해 신뢰성을 향상할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2 는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 시간에 따른 진동신호의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3 은 도 2 에 도시한 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT)하여 2차원 시간-주파수 영역에 각 주파수 성분에 대한 성분 강도 분포를 표현한 도면이다.
도 4 는 도 3 에 도시한 차원 시간-주파수 영역에 표현된 각 주파수 성분 값(단시간 푸리에 변환 계수 값)을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터로 표현한 도면이다.
도 5 는 도 4 에 1차원 시간 영역 진동 데이터를 에너지 잔차(Energy Residual) 계산하여 획득된 순수한 진동 데이터를 표현한 도면이다.
도 6 은 도 5 에 도시한 에너지 잔차(Energy Residual) 계산에 의해 변속 조건에 관련된 데이터가 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 정량화한 1차원 시간 영역 데이터를 표현한 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치와, 웨이블릿 변환(WT : Wavelet transform)을 이용하여 변속 조건의 기어 고장을 감지한 경우를 비교한 기어 고장 민감도 및 계산 시간 결과를 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법의 일 실시예의 구성을 도시한 순서도이다.
도 2 는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 시간에 따른 진동신호의 일 예를 도시한 도면이다.
도 3 은 도 2 에 도시한 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT)하여 2차원 시간-주파수 영역에 각 주파수 성분에 대한 성분 강도 분포를 표현한 도면이다.
도 4 는 도 3 에 도시한 차원 시간-주파수 영역에 표현된 각 주파수 성분 값(단시간 푸리에 변환 계수 값)을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터로 표현한 도면이다.
도 5 는 도 4 에 1차원 시간 영역 진동 데이터를 에너지 잔차(Energy Residual) 계산하여 획득된 순수한 진동 데이터를 표현한 도면이다.
도 6 은 도 5 에 도시한 에너지 잔차(Energy Residual) 계산에 의해 변속 조건에 관련된 데이터가 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 정량화한 1차원 시간 영역 데이터를 표현한 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치와, 웨이블릿 변환(WT : Wavelet transform)을 이용하여 변속 조건의 기어 고장을 감지한 경우를 비교한 기어 고장 민감도 및 계산 시간 결과를 나타낸 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법의 일 실시예의 구성을 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
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.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치(100)는 진동신호 측정부(110)와, 단시간 푸리에 변환부(120)와, 계수 평균부(130)와, 변속 조건 제거부(140)와, 고장 감지부(150)를 포함한다.
진동신호 측정부(110)는 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호를 측정한다. 예컨대, 진동신호 측정부(110)가 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어에 부착되어 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호를 검출하는 진동센서 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
단시간 푸리에 변환부(120)는 진동신호 측정부(110)에 의해 측정된 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)하여 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호로 변환한다.
속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호에는 여러 가지 주파수 성분이 포함되어 있으므로, 단시간 푸리에 변환부(120)를 통해 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT)하여 각 주파수 성분(푸리에 변환 계수)에 대한 성분 강도 분포를 2차원 시간-주파수 영역에 표현함으로써 변속 조건 기어의 시간에 따른 변속 정보를 파악할 수 있다.
도 2 는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 시간에 따른 진동신호의 일 예를 도시한 도면이고, 도 3 은 도 2 에 도시한 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT)하여 2차원 시간-주파수 영역에 각 주파수 성분에 대한 성분 강도 분포를 표현한 도면이다.
계수 평균부(130)는 단시간 푸리에 변환부(120)에 의해 변환된 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호의 단시간 푸리에 변환 계수 값을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터를 획득한다. 이를 통해 1차원 시간 영역 진동 데이터에 대한 신호 분석 기술을 단시간 푸리에 변환 계수에 적용하기 용이해진다.
도 4 는 도 3 에 도시한 2차원 시간-주파수 영역에 표현된 각 주파수 성분 값(단시간 푸리에 변환 계수 값)을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터로 표현한 도면이다.
변속 조건 제거부(140)는 계수 평균부(130)에 의해 획득되는 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 변속 조건 데이터를 제거하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득한다. 예컨대, 변속 조건 제거부(140)가 저역 필터부(141)와, 에너지 잔차(Energy Residual) 계산부(142)를 포함할 수 있다.
저역 필터부(141)는 계수 평균부(130)에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 저역 필터링(Low-pass Filtering)하여 변속 조건 데이터를 추출한다. 1차원 시간 영역 진동 데이터의 저역 성분은 기어의 변속 조건에 관련된 성분이므로, 저역 필터부(141)를 통해 1차원 시간 영역 진동 데이터를 저역 필터링함으로써 변속 조건 데이터를 추출할 수 있다.
에너지 잔차 계산부(142)는 계수 평균부(130)에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 저역 필터부(141)에 의해 추출된 변속 조건 데이터를 감산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득한다. 이를 통해 1차원 시간 영역 진동 데이터에 존재하는 변속 조건에 관련된 데이터를 제거할 수 있어, 기어 고장 감지를 위한 순수한 진동 데이터만 남게 된다.
도 5 는 도 4 에 도시한 1차원 시간-주파수 영역에 표현된 각 주파수 성분 값(단시간 푸리에 변환 계수 값)을 각 시간대에서 평균하여 표현한 1차원 시간 영역 진동 데이터를 에너지 잔차(Energy Residual) 계산하여 획득된 순수한 진동 데이터를 표현한 도면이다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 변속 조건 제거부(140)가 분산 계산부(143)를 더 포함할 수 있다. 분산 계산부(143)는 에너지 잔차 계산부(142)에 의해 획득된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터의 분산(Variance)을 계산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정량화한다. 이를 통해 기어 고장 감지를 위한 순수한 진동 데이터를 정령화할 수 있다.
도 6 은 도 5 에 도시한 에너지 잔차(Energy Residual) 계산에 의해 변속 조건에 관련된 데이터가 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 정량화한 1차원 시간 영역 데이터를 표현한 도면이다.
고장 감지부(150)는 변속 조건 제거부(140)에 의해 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지한다. 이 때, 고장 감지부(150)가 정량화된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지함으로써 기어 고장 감지 신뢰성을 향상할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 고장 감지부가 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정상 기어의 학습 데이터 및 고장 기어의 학습 데이터와 비교하여 변속 조건 기어의 고장을 감지하도록 구현될 수 있다.
이 때, 정상 기어의 학습 데이터는 변속 조건 기어의 고장이 발생하지 않은 정상 환경에서 위와 같은 방식으로 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)을 거쳐 최종 획득된 1차원 시간 영역 데이터를 저장하여 학습한 정보이다.
한편, 고장 기어의 학습 데이터는 변속 조건 기어의 고장이 발생한 다양한 고장 환경에서 위와 방식으로 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)을 거쳐 최종 획득된 1차원 시간 영역 데이터를 저장하여 학습한 정보이다.
도 7 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치와, 웨이블릿 변환(WT : Wavelet transform)을 이용하여 변속 조건의 기어 고장을 감지한 경우를 비교한 기어 고장 민감도 및 계산 시간 결과를 나타낸 도면이다.
도 7 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치를 이용해 기어 고장을 감지한 경우(VER)가 웨이블릿 변환(WT : Wavelet transform)을 이용하여 변속 조건의 기어 고장을 감지한 경우(PER)에 비해 기어 고장 감지 민감도도 더 뛰어나고, 고장 감지 시간도 적은 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치는 등속 조건이 아닌 변속 조건에서 운영되는 기어에 대한 정확하고 빠른 고장 감지가 가능해 신뢰성을 향상할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치의 변속 조건 기어의 고장 감지 방법을 도 8 을 통해 알아본다. 도 8 은 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법의 일 실시예의 구성을 도시한 순서도이다.
먼저, 진동신호 측정단계(810)에서 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치가 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호를 측정한다. 진동신호 측정과 관련해서는 기설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
그 다음, 단시간 푸리에 변환단계(820)에서 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치가 진동신호 측정단계(810)에 의해 측정된 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)하여 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호로 변환한다. 단시간 푸리에 변환(STFT)을 통한 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호 획득과 관련해서는 기설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
그 다음, 계수 평균단계(830)에서 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치가 단시간 푸리에 변환단계(820)에 의해 변환된 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호의 단시간 푸리에 변환 계수 값을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터를 획득한다. 계수 평균을 통한 1차원 시간 영역 진동 데이터 획득과 관련해서는 기설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
그 다음, 변속 조건 제거단계(840)에서 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치가 계수 평균단계(830)에 의해 획득되는 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 변속 조건 데이터를 제거하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득한다. 이 때, 변속 조건 제거단계(840)가 저역 필터링단계(841)와, 에너지 잔차(Energy Residual) 계산단계(842)를 포함할 수 있다.
저역 필터링단계(841)에서는 계수 평균단계(830)에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 저역 필터링(Low-pass Filtering)하여 변속 조건 데이터를 추출한다. 저역 필터링을 통한 변속 조건 데이터 추출과 관련해서는 기설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
에너지 잔차(Energy Residual) 계산단계(842)에서는 계수 평균단계(830)에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 저역 필터링 단계(841)에 의해 추출된 변속 조건 데이터를 감산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득한다. 에너지 잔차(Energy Residual) 계산을 통한 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터 획득과 관련해서는 기설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 변속 조건 제거단계(840)가 분산 계산단계(843)를 더 포함할 수 있다. 분산 계산단계(843)에서는 에너지 잔차 계산단계(842)에 의해 획득된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터의 분산(Variance)을 계산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정량화한다. 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터 정량화와 관련해서는 기설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
그 다음, 고장 감지단계(850)에서 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치가 변속 조건 제거단계(840)에 의해 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지한다.
이 때, 고장 감지단계(850)에서 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치가 정량화된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지하도록 구현될 수 있다.
한편, 고장 감지단계(850)에서 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정상 기어의 학습 데이터 및 고장 기어의 학습 데이터와 비교하여 변속 조건 기어의 고장을 감지하도록 구현될 수 있다. 이와 관련해서는 기설명하였으므로, 중복 설명은 생략한다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명에 따른 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치는 등속 조건이 아닌 변속 조건에서 운영되는 기어에 대한 정확하고 빠른 고장 감지가 가능해 신뢰성을 향상할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 기어 고장 감지 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 변속 조건 기어의 고장 감지 장치
110 : 진동신호 측정부
120 : 단시간 푸리에 변환부
130 : 계수 평균부
140 : 변속 조건 제거부
141 : 저역 필터부
142 : 에너지 잔차 계산부
143 : 분산 계산부
150 : 고장 감지부
110 : 진동신호 측정부
120 : 단시간 푸리에 변환부
130 : 계수 평균부
140 : 변속 조건 제거부
141 : 저역 필터부
142 : 에너지 잔차 계산부
143 : 분산 계산부
150 : 고장 감지부
Claims (10)
- 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호를 측정하는 진동신호 측정부와;
진동신호 측정부에 의해 측정된 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)하여 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호로 변환하는 단시간 푸리에 변환부와;
단시간 푸리에 변환부에 의해 변환된 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호의 단시간 푸리에 변환 계수 값을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터를 획득하는 계수 평균부와;
계수 평균부에 의해 획득되는 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 기어의 변속 조건에 관련된 저역 성분인 변속 조건 데이터를 제거하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 변속 조건 제거부와;
변속 조건 제거부에 의해 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 고장 감지부를;
포함하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치. - 제 1 항에 있어서,
변속 조건 제거부가:
계수 평균부에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 저역 필터링(Low-pass Filtering)하여 변속 조건 데이터를 추출하는 저역 필터부와;
계수 평균부에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 저역 필터부에 의해 추출된 변속 조건 데이터를 감산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 에너지 잔차(Energy Residual) 계산부를;
포함하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치. - 제 2 항에 있어서,
변속 조건 제거부가:
에너지 잔차 계산부에 의해 획득된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터의 분산(Variance)을 계산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정량화하는 분산 계산부를;
더 포함하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치. - 제 3 항에 있어서,
고장 감지부가:
정량화된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
고장 감지부가:
변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정상 기어의 학습 데이터 및 고장 기어의 학습 데이터와 비교하여 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치. - 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어의 회전에 의해 발생하는 진동신호를 측정하는 진동신호 측정단계와;
진동신호 측정단계에 의해 측정된 진동신호를 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-Time Fourier Transform)하여 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호로 변환하는 단시간 푸리에 변환단계와;
단시간 푸리에 변환단계에 의해 변환된 2차원 시간-주파수 영역의 진동신호의 단시간 푸리에 변환 계수 값을 각 시간대에서 평균하여 1차원 시간 영역 진동 데이터를 획득하는 계수 평균단계와;
계수 평균단계에 의해 획득되는 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 기어의 변속 조건에 관련된 저역 성분인 변속 조건 데이터를 제거하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 변속 조건 제거단계와;
변속 조건 제거단계에 의해 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 고장 감지단계를;
포함하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법. - 제 6 항에 있어서,
변속 조건 제거단계가:
계수 평균단계에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터를 저역 필터링(Low-pass Filtering)하여 변속 조건 데이터를 추출하는 저역 필터링단계와;
계수 평균단계에 의해 획득된 1차원 시간 영역 진동 데이터로부터 저역 필터링 단계에 의해 추출된 변속 조건 데이터를 감산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 획득하는 에너지 잔차(Energy Residual) 계산단계를;
포함하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법. - 제 7 항에 있어서,
변속 조건 제거단계가:
에너지 잔차 계산단계에 의해 획득된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 진동 데이터의 분산(Variance)을 계산하여 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정량화하는 분산 계산단계를;
더 포함하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법. - 제 8 항에 있어서,
고장 감지단계에서:
정량화된 변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 이용해 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법. - 제 6 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,
고장 감지단계에서:
변속 조건이 제거된 1차원 시간 영역 데이터를 정상 기어의 학습 데이터 및 고장 기어의 학습 데이터와 비교하여 변속 조건 기어의 고장을 감지하는 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 방법.
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| KR1020180114952A KR102077298B1 (ko) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 단시간 푸리에 변환을 이용한 변속 조건 기어의 고장 감지 장치 및 방법 |
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- 2018-09-27 KR KR1020180114952A patent/KR102077298B1/ko active IP Right Grant
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