KR102102518B1 - Body of revolution fault analysis apparatus and method using transmission error - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 앙상블 경험적 모드 분해(Ensemble Empirical Mode Deposition: EEMD)를 적용하여 기어 등의 회전체의 결함뿐만 아니라 결함 종류까지 판단할 수 있는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for analyzing a rotating body defect using a transmission error, and more specifically, to determine not only a defect of a rotating body such as a gear, but also a defect type by applying an Ensemble Empirical Mode Deposition (EEMD). It relates to an apparatus for analyzing a defect of a rotating body using a transmission error that can be performed.
Description
본 발명은 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전달오차(Transmission Error: TE)에 앙상블 경험적 모드 분해(Ensemble Empirical Mode Deposition: EEMD)를 적용하여 기어 등의 회전체의 결함 여부뿐만 아니라 결함 종류까지 판단할 수 있는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for analyzing a defect of a rotating body using a transmission error, and more specifically, to apply an ensemble empirical mode deposition (EEMD) to a transmission error (TE) to rotate gears, etc. The present invention relates to an apparatus and method for analyzing a defect of a rotating body using a transmission error that can determine not only the entire defect but also the defect type.
일반적으로 기계시스템은 물리적인 마찰조건 하에 구동되므로 잦은 주기로 정비를 수행하여야만 고장 및 사고를 방지할 수 있다.In general, the mechanical system is driven under physical friction conditions, so maintenance and repair can be prevented only by frequent maintenance.
이와 같이 기계시스템은 잦은 정비를 요구하므로 유지보수 비용 및 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.As such, since the mechanical system requires frequent maintenance, there is a problem in that maintenance cost and time are high.
이러한 문제점으로 인해 고장발생 가능성이 있을 때에만 정비를 수행하는 상태기반정비(Condition Based Maintenance: CBM)가 최근 주목을 받고 있다. 상태기반정비는 고장발생 가능성이 있을 때에만 정비를 수행하므로 유지보수비용 및 시간 감소를 통해 운용비용 감소와 이익증대를 실현하여 준다.Due to these problems, condition-based maintenance (CBM), which performs maintenance only when there is a possibility of failure, has recently attracted attention. State-based maintenance performs maintenance only when there is a possibility of failure, thus reducing operating costs and increasing profits through reduced maintenance and time.
결함진단이 적용되어 큰 효과를 기대할 수 있는 분야는 유지보수에 높은 비용이 필요한 시스템 등이 될 수 있으며, 대표적으로 고속철도와 풍력발전용 터빈 등의 기어박스 등을 꼽을 수 있다.A field that can be expected to have a great effect by applying fault diagnosis can be a system that requires high cost for maintenance, and representatively, a gearbox such as a high-speed rail and a wind turbine.
기어박스는 기계시스템에서 회전동력을 전달하기 위해 기본적으로 사용되는 요소이므로 이에 대해 여러 센서 신호를 통해 결함을 감지하고 진단하려는 연구가 활발하게 이루어지고 있다.Since the gearbox is a basic element used to transmit rotational power in a mechanical system, research into detecting and diagnosing defects through various sensor signals has been actively conducted.
통상적으로 기어 결함에는 표면 일부의 비교적 커다란 부분이 떨어져 나가 기어 맞물림이 일어날 때 진동을 발생시키는 스폴(Spall)과 반복 굽힘 응력으로 인해 피로 균열이 표면의 수직 방향으로 성장하는 크랙(Crack) 두 가지가 있을 수 있다.Typically, gear defects include two spalls that generate vibration when a relatively large part of the surface falls off and gear engagement occurs, and cracks in which fatigue cracks grow in the vertical direction of the surface due to repeated bending stress. It can be.
이중에서 크랙은 한 번 발생하면 급격하게 이의 파손(Fracture, Breakage)으로 이어지고, 그 결과 기어의 연쇄적 파손 및 기어박스 전반의 손상을 유발하므로 특히 중요한 결함요소로 다루어야 한다.Of these, cracks should be dealt with as a particularly important defect because once they occur, they rapidly lead to fracture (breakage) and, as a result, chain damage and overall gearbox damage.
이와 같이 기어결함을 진단하기 위한 방법으로는 전달오차(Transmission Error: TE)를 이용하는 방법과, 진동신호를 이용한 방법 등이 이용되고 있다.As a method for diagnosing a gear defect, a method using a transmission error (TE) and a method using a vibration signal are used.
전달오차(TE)는 수학식 1 및 수학식 2와 같이 기어가 서로 맞물려 회전할 때 제작 오차나 하중에 의한 변형 등의 이유로 발생하는 실제와 이상적 회전각 사이의 오차를 뜻한다.Transmission error (TE) means the error between the actual and ideal rotation angles that occur due to manufacturing errors or deformation due to loads when the gears rotate with each other as shown in
여기서, θ1, θ2는 기어박스의 두 개의 스퍼기어의 회전각이고, R1 및 R2는 스퍼기어의 반지름이다.Here, θ 1 , θ 2 are the rotation angles of the two spur gears of the gearbox, and R 1 and R 2 are the radius of the spur gears.
여기서, Kg는 기어맞물림강성(Gear Mesh Stiffness: GMS)이고, Tout은 피동기어 토크이다.Here, K g is gear mesh stiffness (GMS), and T out is driven gear torque.
이러한 오차는 기어박스의 진동을 유발하고, 그것이 징징 거리는 소음을 발생시킨다. 그리고 기어 이의 형상 변화는 기어 맞물림 강성(Gear Mesh Stiffness: GMS)을 변화시키고, 이것이 전달오차에 변화를 일으키기 때문에 전달오차를 통해 이의 형상 변화를 분석하는 연구가 진행되어 왔다.This error causes the gearbox to vibrate, and it produces a whining noise. And since the shape change of the gear teeth changes the gear mesh stiffness (GMS), and this causes a change in the transmission error, research has been conducted to analyze the shape change of the tooth through the transmission error.
그러나 종래 전달오차를 이용 방법은 단지 전달오차를 통해 결함 유무만을 식별하거나 단일 결함에 대한 고장 정도만을 파악할 수 있을 뿐, 고장이 스폴에 의한 것인지 크랙에 의한 것인지를 파악할 수 없는 문제점이 있었다.However, the method using the conventional transmission error has a problem in that it is possible to identify only the presence or absence of a defect through the transmission error or to grasp the degree of failure for a single defect, and not to determine whether the failure is caused by a spall or a crack.
또한, 종래 진동신호를 이용하여 결함진단 및 결함 종류의 식별 시도가 있었으나 이는 여러 진동요인을 한 가지 신호로 파악하는 진동신호의 특성 때문에 결함을 진단할 수 없거나 오차가 커지는 문제점이 있었다.In addition, there have been attempts to diagnose defects and identify types of defects using conventional vibration signals, but there are problems in that defects cannot be diagnosed or errors are increased due to the characteristics of vibration signals that identify various vibration factors as one signal.
따라서 본 발명의 목적은 전달오차(TE) 및 앙상블 경험적 모드 분해(Ensemble Empirical Mode Deposition: EEMD)를 적용하여 기어 등의 회전체의 결함 여부뿐만 아니라 결함 종류까지 판단할 수 있는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치 및 방법을 제공함에 있다.Therefore, the object of the present invention is to apply a transmission error (TE) and ensemble empirical mode decomposition (Ensemble Empirical Mode Deposition: EEMD) to apply a rotational body using a transmission error that can determine not only whether a defect such as a gear, but also a defect type It is to provide a defect analysis apparatus and method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치는: 기어박스의 기어에 연결되어 상기 기어박스 내에서 회전하는 기어들 중 둘 이상에 대한 회전신호를 출력하는 회전 엔코더; 상기 회전 엔코더로부터 출력되는 회전신호와 정상 기어에 대한 회전신호의 차에 의해 전달오차를 계산하여 전달오차 신호를 출력하는 TE 측정부; 상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호에 따른 잔여 전달오차(RTE)를 계산하고, 그에 따른 잔여전달오차 신호를 출력하는 RTE 변환부; 상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 적어도 하나 이상의 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하고 경험적 모드 분해(EMD) 처리를 수행한 후, 화이트 노이즈별로 대응하는 고유모드함수(IMF) 신호들에 대해 앙상블 평균을 취하여 고유모드함수(IMF) 신호인 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EEMD 처리부; 및 상기 EEMD 처리부로부터 입력되는 다수의 잔여전달오차 모드 신호에 대한 파고율을 계산하고, 계산된 파고율에 근거하여 상기 회전신호를 출력하는 기어가 정상인지 결함이 있는지를 판단하는 결함 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A rotating body defect analysis apparatus using a transmission error according to the present invention for achieving the above object is connected to a gear of a gearbox and rotates to output rotation signals for two or more of the gears rotating in the gearbox Encoder; A TE measuring unit which calculates a transmission error by a difference between a rotation signal output from the rotation encoder and a rotation signal for a normal gear, and outputs a transmission error signal; An RTE conversion unit for calculating a residual transmission error (RTE) according to the transmission error signal output from the TE measurement unit and outputting the residual transmission error signal accordingly; After inserting at least one random white noise that is different from the residual transmission error signal and performing empirical mode decomposition (EMD) processing, an ensemble average is obtained for the corresponding eigenmode function (IMF) signals for each white noise. An EEMD processing unit for outputting a residual transmission error mode signal that is a mode function (IMF) signal; And a defect determination unit for calculating a crest factor for a plurality of residual transmission error mode signals inputted from the EEMD processing unit and determining whether a gear outputting the rotation signal is normal or defective based on the calculated crest factor. Is done.
상기 결함 판단부는, 상기 다수의 잔여전달오차모드 신호 각각의 파고율이 정상 파고율 범위에 속하는지, 스폴결함 파고율 범위에 속하는지, 크랙결함 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어가 정상인지 스폴결함인지, 크랙결함인지를 판단하는 것을 특징으로 한다.The defect determination unit checks whether the crest factor of each of the plurality of residual transmission error mode signals falls within a normal crest factor range, a spall fault crest factor range, or a crack fault crest factor range, and determines whether the gear is normal or spall fault, It is characterized by determining whether it is a crack defect.
상기 RTE 변환부는, 상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호로부터 기어 맞물림 주파수 신호 및 그 하모닉 주파수 신호를 노치 필터링하여 출력하는 노치필터; 및 상기 노치 필터링된 전달오차 신호로부터 일정 저주파수 이하의 저주파수 신호를 필터링하여 잔여전달오차 신호를 출력하는 하이패스필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.The RTE converter may include a notch filter that notches and filters a gear meshing frequency signal and a harmonic frequency signal from the transmission error signal output from the TE measuring unit; And a high pass filter for filtering a low frequency signal having a predetermined low frequency or less from the notch filtered transmission error signal and outputting a residual transmission error signal.
EEMD 처리부는, 상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하여 출력하는 노이즈 삽입부; 화이트 노이즈가 삽입된 상기 각 잔여전달오차 신호를 EMD를 수행하여 각각에 대한 IMF 신호인 다수의 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EMD 처리부; 및 각 화이트 노이즈별로 대응하는 잔여전달오차 모드 신호들을 앙상블 평균 처리하여 출력하는 평균 처리부를 포함하는 한다.The EEMD processing unit includes a noise insertion unit that inserts and outputs random white noise different from the residual transmission error signal; An EMD processing unit that outputs a plurality of residual transmission error mode signals, which are IMF signals for each, by performing EMD on each residual transmission error signal in which white noise is inserted; And an average processing unit that performs ensemble averaging and outputs residual transmission error mode signals corresponding to each white noise.
상기 장치는: 상기 결함 판단부에서 판단된 결함 판단 결과 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The apparatus is characterized in that it further comprises an output unit for outputting the defect determination result information determined by the defect determination unit.
상기 결함 판단부는, 하기 수학식 9에 의해 파고율을 계산하는 것을 특징으로 한다.The defect determination unit is characterized in that the crest factor is calculated by the following equation (9).
[수학식 9][Equation 9]
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법은: 회전 엔코더가 기어박스의 기어에 연결되어 상기 기어박스 내에서 회전하는 기어들 중 둘 이상에 대한 회전신호를 출력하는 기어회전 엔코딩 과정; TE 측정부가 상기 회전 엔코더로부터 출력되는 회전신호와 정상 기어에 대한 회전신호의 차에 의해 전달오차를 계산하여 전달오차 신호를 출력하는 전달오차 측정 과정; RTE 변환부가 상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호에 따른 잔여 전달오차(RTE)를 계산하고, 그에 따른 잔여전달오차 신호를 출력하는 잔여 전달오차 획득 과정; EEMD 처리부가 상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 적어도 하나 이상의 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하고 경험적 모드 분해(EMD) 처리를 수행한 후, 화이트 노이즈별로 대응하는 고유모드함수(IMF) 신호들에 대해 앙상블 평균을 취하여 고유모드함수(IMF) 신호인 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EEMD 처리 과정; 및 결함 판단부가 상기 EEMD 처리부로부터 입력되는 다수의 잔여전달오차 모드 신호에 대한 파고율을 계산하고, 계산된 파고율에 근거하여 상기 회전신호에 대한 기어가 정상인지 결함이 있는지를 판단하는 결함 판단 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. Rotating body defect analysis method using a transmission error according to the present invention for achieving the above object is: a rotary encoder is connected to the gear of the gearbox to rotate signals for two or more of the gears rotating in the gearbox Output gear rotation encoding process; A transmission error measurement process in which a TE measurement unit calculates a transmission error by a difference between a rotation signal output from the rotation encoder and a rotation signal for a normal gear, and outputs a transmission error signal; A residual transmission error acquisition process in which the RTE conversion unit calculates a residual transmission error (RTE) according to the transmission error signal output from the TE measurement unit, and outputs a residual transmission error signal accordingly; After the EEMD processor inserts at least one random white noise that is different from the residual transmission error signal and performs empirical mode decomposition (EMD) processing, the ensemble average of the corresponding eigenmode function (IMF) signals for each white noise An EEMD processing process of taking and outputting a residual transmission error mode signal that is an eigenmode function (IMF) signal; And a defect determination unit calculating a crest factor for a plurality of residual transmission error mode signals input from the EEMD processing unit, and determining whether the gear for the rotation signal is normal or defective based on the calculated crest factor. It is characterized by.
상기 결함 판단과정은, 상기 파고율이 정상 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어의 정상여부를 판단하는 정상 판단 단계; 상기 파고율이 스폴결함 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어가 스폴결함인지를 판단하는 스폴 결함 판단단계; 및 상기 파고율이 크랙결함 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어가 크랙결함인지를 판단하는 크랙결함 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The defect determination process includes: a normal determination step of determining whether the gear is normal by examining whether the crest factor is within a normal crest factor range; A spall defect determination step of determining whether the gear is a spall defect by examining whether the crest factor falls within a spall defect crest factor range; And a crack defect determining step of determining whether the gear is a crack defect by inspecting whether the crest factor falls within the crack defect crest factor range.
상기 잔여 전달오차 획득과정은, 노치 필터가 상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호로부터 기어 맞물림 주파수 신호 및 그 하모닉 주파수 신호를 노치 필터링하여 출력하는 노치 필터링 단계; 및 하이패스필터가 상기 노치 필터링된 전달오차 신호로부터 일정 저주파수 이하의 저주파수 신호를 필터링하여 잔여전달오차 신호를 출력하는 하이패스 필터링 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The remaining transmission error acquiring process includes: a notch filtering step of notch filtering and outputting a gear engagement frequency signal and its harmonic frequency signal from a transmission error signal output from the TE measurement unit; And a high pass filtering step in which the high pass filter filters low frequency signals below a certain low frequency from the notch filtered transmission error signal to output a residual transmission error signal.
상기 결함 판단 과정은, 노이즈 삽입부가 상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하여 출력하는 잡음 삽입단계; 상기 EMD 처리부가 화이트 노이즈가 삽입된 상기 각 잔여전달오차 신호를 EMD를 수행하여 각각에 대한 IMF 신호인 다수의 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EMD 처리 단계; 및 평균 처리부가 각 화이트 노이즈별로 대응하는 잔여전달오차 모드 신호들을 앙상블 평균 처리하여 출력하는 평균 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The defect determination process includes: a noise insertion step in which a noise inserting unit inserts different random white noise into the residual transmission error signal and outputs the random white noise; An EMD processing step in which the EMD processing unit EMDs the respective residual transmission error signals in which white noise is inserted to output a plurality of residual transmission error mode signals, which are IMF signals for each; And an average processing step of ensemble averaging the residual transmission error mode signals corresponding to each white noise and outputting the average processing unit.
상기 방법은: 상기 결함 판단부에서 판단된 결함 판단 결과 정보를 텍스트, 아이콘 및 그래픽 중 어느 하나 이상으로 출력하는 출력과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.The method is characterized in that it further comprises an output process of outputting the defect determination result information determined by the defect determination unit as one or more of text, icons, and graphics.
상기 결함 판단 과정에서, 상기 결함 판단부는 하기 수학식 9에 의해 파고율을 계산하는 것을 특징으로 한다.In the defect determination process, the defect determination unit is characterized in that it calculates the crest factor by the following equation (9).
[수학식 9][Equation 9]
. .
본 발명은 기어 결함의 종류에 따른 기어의 전달오차 신호의 차이점을 앙상블 경험적 모드 분해(EEMD)를 통해 분리하여 기어의 결함뿐만 아니라 결함 종류까지 판단할 수 있는 효과를 갖는다.The present invention has the effect of separating the difference in the transmission error signal of the gear according to the type of the gear defect through the ensemble empirical mode decomposition (EEMD) to determine not only the gear defect but also the defect type.
본 발명은 결함 종류를 알 수 있으므로 기어의 고장여부를 보다 정확하게 판단할 수 있으므로 기어 고장에 따른 적절하고 빠른 대처를 수행할 수 있는 효과를 갖는다.The present invention has the effect that it is possible to know the type of the defect, so it is possible to more accurately determine whether or not the gear has failed, and thus, it is possible to perform an appropriate and quick response according to the gear failure.
도 1은 본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따라 구분되는 기어의 스폴 결함 및 크랙 결함을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 기어 접촉 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 스폴 및 크랙의 상태, 전달오차 및 잔여전달오차 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 필터링에 의해 획득되는 스폴의 전달오차 및 잔여전달오차 파형을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 필터링에 의해 획득되는 크랙의 전달오차 및 잔여전달오차 파형을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 스폴과 크랙의 전달오차 및 잔여전달오차 파형을 확대한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 스폴 전달오차의 IMF 신호를 나타낸 파형도이다.
도 9는 본 발명에 따른 크랙 전달오차의 IMF 신호를 나타낸 파형도이다.
도 10은 본 발명에 따른 정상인 기어와 스폴 및 크랙이 발생된 기어의 잔여전달오차의 파형을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 IMF 신호들의 파고율 그래프를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a view showing the configuration of a rotor defect analysis apparatus using a transmission error according to the present invention.
2 is a view showing a spall defect and a crack defect of a gear classified according to the present invention.
3 is a view showing a gear contact state according to the present invention.
4 is a view showing the states of the spalls and cracks, transmission errors and residual transmission error waveforms according to the present invention.
5 is a view showing a waveform of a transmission error and a residual transmission error of a spool obtained by filtering according to the present invention.
6 is a view showing a waveform of a transmission error and a residual transmission error of a crack obtained by filtering according to the present invention.
7 is an enlarged view of the transmission error and residual transmission error waveforms of the spalls and cracks according to the present invention.
8 is a waveform diagram showing the IMF signal of the spall transmission error according to the present invention.
9 is a waveform diagram showing an IMF signal of a crack transmission error according to the present invention.
10 is a view showing the waveforms of the residual transmission error of the normal gear and the spall and the cracked gear according to the present invention.
11 is a view showing a crest factor graph of IMF signals according to the present invention.
12 is a flowchart showing a method for analyzing a defect in a rotating body using a transmission error according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치의 구성 및 동작을 설명하고, 상기 장치에서의 회전체 결함 분석 방법을 설명한다.Hereinafter, a configuration and operation of a rotating body defect analysis apparatus using a transmission error according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and a method for analyzing a rotating body defect in the apparatus will be described.
도 1은 본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치의 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따라 구분되는 기어의 스폴 결함 및 크랙 결함을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 기어 접촉 상태를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 스폴 및 크랙의 상태, 전달오차(TE) 및 잔여전달오차(RTE) 파형을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 필터링에 의해 획득되는 스폴의 전달오차 및 잔여전달오차 파형을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 필터링에 의해 획득되는 크랙의 전달오차 및 잔여전달오차 파형을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 스폴과 크랙의 전달오차 및 잔여전달오차 파형을 확대한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 스폴 전달오차의 IMF 신호를 나타낸 파형도이고, 도 9는 본 발명에 따른 크랙 전달오차의 IMF 신호를 나타낸 파형도이며, 도 10은 본 발명에 따른 정상인 기어와 스폴 및 크랙이 발생된 기어의 잔여전달오차의 파형을 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 IMF 신호들의 파고율 그래프를 나타낸 도면이다. 이하 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한다.1 is a view showing the configuration of a rotor defect analysis apparatus using a transmission error according to the present invention, FIG. 2 is a view showing a spall defect and a crack defect of a gear classified according to the present invention, and FIG. FIG. 4 is a view showing a state of spalls and cracks, a transmission error (TE), and a residual transmission error (RTE) waveform according to the present invention, and FIG. 5 is filtered according to the present invention. It is a diagram showing the transmission error and residual transmission error waveforms of the obtained spool, and FIG. 6 is a diagram showing the transmission error and residual transmission error waveforms of cracks obtained by filtering according to the present invention, and FIG. 7 is a spool according to the
본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치는 기어박스(10), 회전 엔코더(20), 전달오차(TE) 측정부(30), 잔여전달오차(RTE) 변환부(40), 앙상블 경험적 모드 분해(EEMD) 처리부(50), 결함 판단부(60) 및 출력부(70)를 포함한다.An apparatus for analyzing a rotating body defect using a transmission error according to the present invention includes a
기어박스(10)는 기계시스템에서 회전동력을 전달하는 것으로, 결함을 분석할 한 쌍의 기어, 모터 및 파우더 브레이크 등을 포함한다. 이하 설명에서는 기어박스(10)에 구성되는 스퍼기어는 기어 모듈(Module: 기어 이와 이 사이의 길이)이 4mm이고, 피치 지름이 280mm, 140mm이고, 서보모터는 정격출력이 2.9kW인 경우를 예를 들어 설명한다. 상기 모터는 기어가 0.1deg 단위로 회전되도록 제어되는 것이 바람직할 것이다. The
기어 쌍은 회전 중에 도 3의 (가)에서 보이는 바와 같이 3-1에서 힘이 전달되는 이와 이의 접촉 부분이 한 개인 경우와 도 3의 (나)와 같이 3-1 및 3-2에서 힘이 전달되는 이와 이의 접촉 부분이 두 개인 경우가 번갈아 가며 발생한다.As shown in (a) of FIG. 3, the gear pair has a force transmitted from 3-1 and a contact portion thereof and a force from 3-1 and 3-2 as shown in FIG. 3 (b). It occurs alternately when there are two parts of the contacted tooth.
회전 엔코더(20)는 기어박스의 각 기어의 회전 및 회전량에 따른 회전신호를 출력한다. 상기 회전신호는 도 2의 (가)와 같은 스폴 및 (나)와 같은 크랙에 따른 결함신호가 포함되어 변동될 것이다.The
TE 측정부(30)는 회전 엔코더(20)로부터 출력되는 각 회전신호와 미리 알고 있는 정상적인 기어에 대한 회전신호로부터 전달오차(TE)를 계산하고, 계산된 전달오차에 따른 도 4의 (다) 및 (라), 도 5의 (가), 도 6의 (가) 등과 같은 전달오차 신호를 출력한다. 전달오차 신호는 기어 맞물림 주파수(Gear Mesh Frequency: GMF) 신호의 반복, 저주파 신호, 그리고 결함에 따른 결함 신호를 포함한다.The
도 2의 (가)와 같이 기어에 스폴이 발생되는 경우 전달오차 신호는 정상적인 기어의 전달오차 신호와 대비하여 도 4의 (다)와 같이 피크(Peak) 값이 증가하며, 위상(Phase)이 이동함을 알 수 있다.When a spall occurs in the gear as shown in (a) of FIG. 2, the peak value increases as shown in (c) of FIG. 4, and the phase of the transmission error signal increases compared to the transmission error signal of the normal gear. You can see it moves.
그리고 도 2의 (나)와 같이 기어에 크랙이 발생되는 전달오차 신호는 정상적인 기어의 전달오차와 대비하여 피크 값이 증가하고, 위상은 이동하지 않음을 알 수 있다.And it can be seen that the peak value increases and the phase does not move in comparison with the transmission error of the normal gear, as shown in (B) of FIG.
RTE 변환부(40)는 상기 TE 측정부(30)로부터 입력되는 전달오차 신호와 정상적인 기어의 전달오차 신호를 이용하여 잔여전달오차를 계산하여 출력한다.The
본 발명에서 RTE 변환부(40)는 상기 스폴 및 크랙결함이 있는 전달오차 신호를 도 5 및 도 6과 같이 필터링함에 의해 TE 측정부(30)로부터 출력되는 전달오차 신호에서 정상 전달오차를 빼서 잔여전달오차를 계산하여 도 4의 (마) 및 도 4의 (바)와 같은 잔여전달오차 신호를 출력한다.In the present invention, the
크랙결함에 따른 잔여전달오차 신호는 스폴결함에 따른 잔여전달오차 신호보다 작은 피크 값을 가지며 비대칭의 첨점을 갖는다.The residual transmission error signal due to crack defect has a smaller peak value than the residual transmission error signal due to spall defect and has an asymmetric peak.
RTE 변환부(40)는 노치 필터(41) 및 하이패스필터(42)를 포함하여 상기 전달오차 신호를 노치 필터링 및 하이패스 필터링하여 잔여전달오차 신호를 생성하여 출력한다.The
구체적으로 노치 필터(41)는 TE 측정부(30)로부터 입력되는 전달오차 신호에서 35Hz의 기어 맞물림 주파수(Gear Mesh Frequency: GMF) 신호 및 그 하모닉 주파수 신호를 노치 필터링하여 스폴결함 및 크랙결함에 따라 도 6의 (나), 도 7의 (나)같은 필터링된 전달오차 신호를 출력한다.Specifically, the
하이패스 필터(42)는 노치 필터링된 전달오차 신호의 10Hz 이하의 저주파수 신호를 제거하여 스폴결함 및 크랙결함에 따라 도 5의 (다), 도 6의 (다), 도 7의 (마) 및 도 8의(바)와 같은 잔여전달오차 신호를 출력한다.The high-
도 4의 (마)와 같이 스폴결함에 대한 잔여전달오차 신호는 피크 값 크기 변화로 특징 지어지며, 도 4의 (바)와 같이 크랙결함에 대한 잔여전달오차 신호는 비대칭 꼭지점의 첨예도로 특징 지어진다.As shown in Fig. 4 (E), the residual transmission error signal for spall defect is characterized by a change in the magnitude of the peak value, and as shown in Fig. 4 (F), the residual transmission error signal for crack defect is characterized by the sharpness of the asymmetric vertex. Lose.
EEMD 처리부(50)는 RTE 변환부(40)로부터 잔여전달오차 신호를 입력받고 스폴결함에 의한 잔여전달오차 신호의 피크(진폭) 값 변화 특징 및 크랙결함에 의한 잔여전달오차 신호의 첨예도 변화 특징을 더 명확하게 구분하기 위한 동작을 수행하고, 그에 따른 도 8 및 도 9와 같은 IMF 신호인 잔여전달오차 모드 신호를 출력한다.The
구체적으로 설명하면, EEMD 처리부(50)는 노이즈 삽입부(51), EMD 처리부(52) 및 평균 처리부(53)를 포함한다.Specifically, the
노이즈 삽입부(51)는 RTE 변환부(40)로부터 입력되는 잔여전달오차 신호에 적어도 하나 이상의 랜덤한 화이트 노이즈(Whit Noise)를 삽입하여 혹 있을 신호의 끊김 구간을 이어 연속적인 잔여전달오차 신호로 출력한다. 이는 상기 EMD 처리부(52)가 끊김이 있는 잔여전달오차 신호에 대해 IMF 신호를 분해하는 데 실패하는 것을 방지하기 위한 것이다. 다시 말하면, 신호에 임팩트 신호와 같은 연속적이지 않은 신호가 들어가게 되면 모드가 구분되지 않고 서로 각기 다른 IMF 신호에 신호의 특징이 혼재 되는 mode mixing 현상이 발생하므로, 화이트 노이즈의 삽입은 모드 믹싱 현상을 방지하기 위한 것이다.The
EMD 처리부(52)는 노이즈 삽입부(51)로부터 출력되는 서로 다른 화이트 노이즈(i=1,2,3,...,n)가 삽입되고 여러 가지 모드의 신호가 포함된 각 잔여전달오차 신호를 모드별로 분해하여 잔여전달오차 모드 신호(ci,m)를 출력한다.The
구체적으로 설명하면, EMD 처리부(52)는 비선형성의 여러 모드가 혼재된 time series 데이터를 각 모드를 포함하는 고유모드함수(Intrinsic Mode Function: IMF)라 불리는 진동함수로 유한하게 분해하는 기법이다. IMF 신호는 두 가지 조건을 만족하는 함수로 정의되는데 첫째 조건은 신호의 극값의 수와 제로크로싱(zero-crossing)의 수가 같거나 하나의 차이만 존재하는 것이고, 두 번째 조건은 함수의 극댓값으로 이루어진 포락선(envelope)와 극솟값으로 이루어진 엔빌로프의 평균값이 항상 0이어야 한다는 것이다. 이러한 IMF 신호는 다음과 같은 과정에 의해 원신호로부터 만들어지고 분리된다. 원신호가 있을 때 신호의 모든 극댓값을 3차 스플라인(spline)으로 잇는 상위 포락선(upper envelope: )를 구성하고 모든 극솟값을 3차 스플라인으로 잇는 하위 포락선(lower envelope: )를 구성하여 하기 수학식 3과 같이 두 개의 평균을 구한다. Specifically, the
구해진 를 하기 수학식 4와 같이 원 신호 에서 빼줌으로써 첫 번째 h(t)를 획득한다. Saved The original signal as in
만약 가 IMF 신호의 조건을 만족한다면 첫 번째 IMF 신호가 되는 것이고 그렇지 않다면 가 IMF조건이 만족될 때 까지 시프팅(sifting) 과정을 반복한다. 반복되는 시프팅 과정은 앞선 과정과 같이 IMF 조건을 만족하지 못한 를 원 신호처럼 두고 의 극댓값으로 구성된 upper envelope와 극솟값으로 구성된 lower envelope를 통해 구한 을 빼주는 것을 말한다. 이를 하기 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.if Is the first IMF signal if it satisfies the condition of the IMF signal. Repeat the shifting process until the IMF condition is satisfied. The repeated shifting process does not satisfy the IMF conditions as in the previous process. Leave it like the original signal Calculated from the upper envelope consisting of the maximum value of and the lower envelope consisting of the minimum value. Refers to subtracting. This can be expressed as
시프팅 과정을 통해 IMF 조건을 만족하게 된 는 로 표시한다. 원 신호 에서 첫 번째 IMF인 를 빼주게 되면 그 결과를 첫 번째 residue라고 하고 하기 수학식 6과 같이 로 나타낼 수 있다.Through the shifting process, IMF conditions were satisfied. The It is indicated by. Signal The first IMF in If subtracted, the result is called the first residue, and as shown in
에서 다시 시프팅 과정을 거쳐 두 번째 IMF 를 얻게 되고 이후 다시 에서 앞선 과정의 반복을 통해 N번째 IMF까지 얻는다. 시프팅 과정은 마지막 잔여물(residue)인 가 단조함수가 될 때 마치게 된다. 따라서 원 신호 는 다음의 수학식 7로 표현 할 수 있다. The second IMF after shifting again And then again From the previous process, it is obtained up to the Nth IMF. The shifting process is the last residue Ends when becomes a monotonic function. Hence the original signal Can be expressed by the following equation (7).
평균 처리부(53)는 화이트 노이즈(i)별 대응하는 IMF 신호들을 하기 수학식 8에 대입하여 앙상블(ensemble) 평균을 취하여 스폴결함 및 크랙결함에 따라 다수의 잔여전달오차 모드 신호를 출력한다.The
예를 들면, 잔여전달오차 신호에 삽입된 서로 다른 화이트 노이즈의 수가 5개이고, 잔여전달오차 신호별로 10(i=1,2,...,10)개의 IMF 신호가 출력되는 경우, 첫 번째 화이트 노이즈의 첫 번째 IMF 신호, 두 번째 화이트 노이즈의 첫 번째 IMF 신호, 세 번째 화이트 노이즈의 첫 번째 IMF 신호, 네 번째 화이트 노이즈의 첫 번째 IMF 신호 및 다섯 번째 화이트 노이즈의 첫 번째 IMF 신호들에 대해 앙상블 평균을 취하여 첫 번째 잔여전달오차 모드 신호(c1)를 출력하고, 첫 번째 화이트 노이즈의 두 번째 IMF 신호, 두 번째 화이트 노이즈의 두 번째 IMF 신호, 세 번째 화이트 노이즈의 두 번째 IMF 신호, 네 번째 화이트 노이즈의 두 번째 IMF 신호 및 다섯 번째 화이트 노이즈의 두 번째 IMF 신호들에 대해 앙상블 평균을 취하여 두 번째 잔여전달오차 모드 신호(c2)를 출력하는 식으로 모든 화이트 노이즈별로 대응하는 IMF 신호들에 대해 앙상블 평균을 취하여 잔여전달오차 모드 신호(ci)를 출력한다.For example, when the number of different white noises inserted in the residual transmission error signal is 5 and 10 (i = 1,2, ..., 10) IMF signals are output for each residual transmission error signal, the first white Ensemble for the first IMF signal of noise, the first IMF signal of second white noise, the first IMF signal of third white noise, the first IMF signal of fourth white noise, and the first IMF signals of fifth white noise Take the average and output the first residual transmission error mode signal (c 1 ), the second IMF signal of the first white noise, the second IMF signal of the second white noise, the second IMF signal of the third white noise, the fourth for the second signal and the five IMF IMF second signal of the second white noise of a white noise by taking the ensemble average and outputting a second residual error transmission mode signal (c 2) By taking the ensemble average for the IMF signal corresponding to white noise by all and outputs a residual error transfer mode signal (c i).
도 8 및 도 9로부터 스폴결함에 따른 전달오차 신호의 특징인 큰 진폭(amplitude)은 상대적으로 저주파영역의 잔여전달오차 모드 신호에 큰 영향을 주는 반면, crack결함에 따른 전달오차 신호의 첨점은 상대적으로 고주파 영역의 잔여전달오차 모드 신호에 영향을 주고 있음을 알 수 있다.8 and 9, a large amplitude characteristic of the transmission error signal due to spalling defects has a great influence on the residual transmission error mode signal in a relatively low frequency region, while the peak of the transmission error signal due to crack defects is relatively As can be seen, it affects the residual transmission error mode signal in the high frequency region.
결함 판단부(60)는 EEMD 처리부(50)로부터 출력되는 IMF 신호인 잔여전달오차 모드 신호에 파고율(Crest Factor)의 절대 값을 구하고, 절대 값이 형성하는 범위에 따라 해당 기어가 정상인지, 스폴결함이 있는 기어인지, 크랙결함이 있는 기어인지를 판단하고 그 결과 결함 판단 결과 정보를 출력한다.The
구체적으로, 결함 판단부(60)는 이산데이터들의 RMS 값 대비 가장 큰 피크의 절대 값을 통해 구하는 하기 수학식 9에 의한 파고율을 계산하고, 계산된 파고율이 미리 설정된 정상 파고율 범위에 속하는지, 스폴결함 파고율 범위에 속하는지, 크랙결함 파고율 범위에 속하는지를 판단하여 기어의 정상, 스폴결함 및 크랙결함을 판단한다. Specifically, the
상기 정상 파고율 범위는 도 11과 같이 3<c1<5 이고, 3<c3<4 사이로 정의될 수 있고, 스폴결함 파고율 범위는 4<c1<7 이고 4.5<c3<5.5로 정의될 수 있으며, 크랙결함 파고율 범위는 6<c1<8 이고 3<c3<4로 정의될 수 있을 것이다.The normal crest factor range is 3 <c1 <5 as shown in FIG. 11, can be defined between 3 <c3 <4, and the spall defect crest factor range is 4 <c1 <7 and can be defined as 4.5 <c3 <5.5, and cracks. The defect crest factor range is 6 <c1 <8 and could be defined as 3 <c3 <4.
출력부(70)는 결함 판단부(60)에서 출력되는 결함 판단 결과정보를 텍스트, 아이콘, 그래픽 등으로 표시하거나, 음성으로 출력한다. The
도 12는 본 발명에 따른 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법을 나타낸 흐름도이다.12 is a flowchart showing a method for analyzing a defect in a rotating body using a transmission error according to the present invention.
도 12를 참조하면, 회전 엔코더(20)가 기어박스(10)의 기어들의 회전에 따른 엔코딩을 수행하여 기어박스(10)의 적어도 하나 이상의 기어의 회전에 따른 회전신호를 출력한다(S111).Referring to FIG. 12, the
TE 측정부(30)는 회전 엔코더(20)로부터 출력되는 회전신호를 입력받고, 정상 기어의 회전각(량)과 실제 회전신호에 따른 기어의 회전각(량)을 비교하여 전달오차를 계산하여 전달오차(TE) 신호를 출력한다(S113).The
RTE 변환부(40)는 TE 측정부(30)로부터 출력되는 전달오차 신호에 포함된 기어 맞물림 주파수 신호 및 상기 기어 맞물림 주파수 신호의 하모닉 신호를 필터링하는 노치 필터링을 수행하고(S117), 노치 필터링된 잔여전달오차 신호에서 10Hz 이하의 저주파수 신호를 필터링하는 하이패스 필터링을 수행하는(S119), 필터링 과정을 수행한다(S115).The
필터링에 의한 잔여전달오차 신호가 출력되면 EEMD 처리부(50)는 RTE 변환부(40)로부터 입력되는 잔여전달오차 신호에 화이트 노이즈를 삽입한 후, 상술한 EMD를 수행하여 잔여전달오차 신호에 포함된 모드에 따른 IMF 신호인 다수의 잔여전달오차 모드 신호를 생성하고, 생성된 잔여전달오차 모드 신호들을 평균 처리하여 출력하는 EEMD를 수행한다(S121).When the residual transmission error signal by filtering is output, the
결함 판단부(60)는 EEMD 처리부(50)로부터 평균 처리된 잔여전달오차 모드 신호를 입력받아 각 잔여전달오차 모드 신호에 대한 파고율을 계산하고, 계산된 파고율이 형성된 파고율 범위와 미리 설정된 정상 기어에 대한 정상 파고율 범위에 포함되는지, 스폴 파고율 범위에 포함되는지, 크랙 파고율 범위에 포함되는지의 여부를 판단하여, 기어의 정상, 스폴결함 및 크랙결함 중 하나를 결정한다(S123). 상기 범위들은 실험에 의해 정의될 수 있을 것이다.The
한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.On the other hand, the present invention is not limited to the typical preferred embodiments described above, but can be carried out by improving, changing, replacing or adding in various ways without departing from the gist of the present invention. Anyone who has a will easily understand. If the implementation by such improvement, modification, replacement or addition falls within the scope of the appended claims, the technical idea should also be regarded as belonging to the present invention.
10: 기어박스 20: 회전 엔코더
30: TE 측정부 40: RTE 변환부
41: 노치필터 42: 하이패스 필터
50: EEMD 처리부 51: 노이즈 삽입부
52: EMD 처리부 53: 평균 처리부
60: 결함 판단부 70: 출력부10: gearbox 20: rotary encoder
30: TE measurement unit 40: RTE conversion unit
41: notch filter 42: high pass filter
50: EEMD processing unit 51: noise insertion unit
52: EMD processing unit 53: average processing unit
60: defect determination unit 70: output unit
Claims (12)
상기 회전 엔코더로부터 출력되는 회전신호와 미리 설정된 정상 기어에 대한 회전신호에 근거하여 전달오차를 계산하여 전달오차 신호를 출력하는 TE 측정부;
상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호와 정상적인 기어의 전달오차 신호를 이용하여 잔여전달오차(RTE)를 계산하고, 그에 따른 잔여전달오차 신호를 출력하는 RTE 변환부;
상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 적어도 하나 이상의 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하고 경험적 모드 분해(EMD) 처리를 수행한 후, 화이트 노이즈별로 대응하는 고유모드함수(IMF) 신호들에 대해 앙상블 평균을 취하여 고유모드함수(IMF) 신호인 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EEMD 처리부; 및
상기 EEMD 처리부로부터 입력되는 다수의 잔여전달오차 모드 신호에 대한 파고율을 계산하고, 계산된 파고율에 근거하여 상기 회전신호를 출력하는 기어가 정상인지 결함이 있는지를 판단하되, 상기 다수의 잔여전달오차모드 신호 각각의 파고율이 정상 파고율 범위에 속하는지, 스폴결함 파고율 범위에 속하는지, 크랙결함 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어가 정상인지 스폴결함인지, 크랙결함인지를 판단하는 결함 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치.
A rotary encoder connected to a gear of a gearbox and outputting a rotation signal for at least one of gears rotating in the gearbox;
A TE measuring unit for calculating a transmission error and outputting a transmission error signal based on a rotation signal output from the rotation encoder and a rotation signal for a preset normal gear;
An RTE conversion unit for calculating a residual transmission error (RTE) using the transmission error signal output from the TE measurement unit and a transmission error signal of a normal gear, and outputting the residual transmission error signal accordingly;
After inserting at least one random white noise that is different from the residual transmission error signal and performing empirical mode decomposition (EMD) processing, an ensemble average is obtained for the corresponding eigenmode function (IMF) signals for each white noise. An EEMD processing unit for outputting a residual transmission error mode signal that is a mode function (IMF) signal; And
Calculating the crest factor for a plurality of residual transmission error mode signals input from the EEMD processing unit, and determining whether the gear outputting the rotation signal is normal or defective based on the calculated crest factor, but the plurality of residual transmission error modes And a defect determination unit for determining whether the gear is normal, spall defective, or crack defective by examining whether the crest factor of each signal belongs to the normal crest factor range, the spall defect crest factor range, or the crack defect crest factor range. A device for analyzing a defect of a rotating body using a transmission error.
상기 RTE 변환부는,
상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호로부터 기어 맞물림 주파수 신호 및 그 하모닉 주파수 신호를 노치 필터링하여 출력하는 노치필터; 및
상기 노치 필터링된 전달오차 신호로부터 일정 저주파수 이하의 저주파수 신호를 필터링하여 잔여전달오차 신호를 출력하는 하이패스필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치.
According to claim 1,
The RTE conversion unit,
A notch filter configured to notch-filter a gear engagement frequency signal and a harmonic frequency signal from the transmission error signal output from the TE measurement unit; And
And a high pass filter for filtering a low frequency signal below a certain low frequency from the notch filtered transmission error signal and outputting a residual transmission error signal.
EEMD 처리부는,
상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하여 출력하는 노이즈 삽입부;
화이트 노이즈가 삽입된 상기 각 잔여전달오차 신호를 EMD를 수행하여 각각에 대한 IMF 신호인 다수의 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EMD 처리부; 및
각 화이트 노이즈별로 대응하는 잔여전달오차 모드 신호들을 앙상블 평균 처리하여 출력하는 평균 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치.
According to claim 1,
The EEMD processing unit,
A noise inserting unit inserting different random white noise into the residual transmission error signal and outputting the random white noise;
An EMD processing unit that outputs a plurality of residual transmission error mode signals, which are IMF signals for each, by performing EMD on each residual transmission error signal in which white noise is inserted; And
And an average processing unit which ensemble-averages and outputs residual transmission error mode signals corresponding to each white noise.
상기 결함 판단부에서 판단된 결함 판단 결과 정보를 출력하는 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치.
According to claim 1,
And an output unit configured to output information on defect determination results determined by the defect determination unit.
상기 결함 판단부는,
하기 수학식 9에 의해 파고율을 계산하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 장치.
[수학식 9]
According to claim 1,
The defect determination unit,
A rotating body defect analysis apparatus using a transmission error, characterized in that the crest factor is calculated by the following equation (9).
[Equation 9]
TE 측정부가 상기 회전 엔코더로부터 출력되는 회전신호와 정상 기어에 대한 회전신호에 근거하여 전달오차를 계산하여 전달오차 신호를 출력하는 전달오차 측정 과정;
RTE 변환부가 상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호에 따른 잔여 전달오차(RTE)를 계산하고, 그에 따른 잔여전달오차 신호를 출력하는 잔여 전달오차 획득 과정;
EEMD 처리부가 상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 적어도 하나 이상의 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하고 경험적 모드 분해(EMD) 처리를 수행한 후, 화이트 노이즈별로 대응하는 고유모드함수(IMF) 신호들에 대해 앙상블 평균을 취하여 고유모드함수(IMF) 신호인 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EEMD 처리 과정; 및
결함 판단부가 상기 EEMD 처리부로부터 입력되는 다수의 잔여전달오차 모드 신호에 대한 파고율을 계산하고, 계산된 파고율에 근거하여 상기 회전신호에 대한 기어가 정상인지 결함이 있는지를 판단하는 결함 판단 과정을 포함하되,
상기 결함 판단과정은,
상기 파고율이 정상 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어의 정상여부를 판단하는 정상 판단 단계;
상기 파고율이 스폴결함 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어가 스폴결함인지를 판단하는 스폴 결함 판단단계; 및
상기 파고율이 크랙결함 파고율 범위에 속하는지를 검사하여 상기 기어가 크랙결함인지를 판단하는 크랙결함 판단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법.
A gear rotation encoding process in which a rotation encoder is connected to a gear of a gearbox and outputs rotation signals for at least one of the gears rotating within the gearbox;
A transmission error measurement process in which a TE measurement unit calculates a transmission error based on a rotation signal output from the rotation encoder and a rotation signal for a normal gear, and outputs a transmission error signal;
A residual transmission error acquisition process in which the RTE conversion unit calculates a residual transmission error (RTE) according to the transmission error signal output from the TE measurement unit, and outputs a residual transmission error signal accordingly;
After the EEMD processing unit inserts at least one random white noise that is different from the residual transmission error signal and performs empirical mode decomposition (EMD) processing, ensemble averaging for the corresponding eigenmode function (IMF) signals for each white noise An EEMD processing process of taking and outputting a residual transmission error mode signal that is an eigenmode function (IMF) signal; And
The defect determination unit includes a defect determination process for calculating a crest factor for a plurality of residual transmission error mode signals input from the EEMD processing unit, and determining whether the gear for the rotation signal is normal or defective based on the calculated crest factor. ,
The defect determination process,
A normal determination step of determining whether the gear is normal by examining whether the crest factor is within a normal crest factor range;
A spall defect determination step of determining whether the gear is a spall defect by examining whether the crest factor falls within a spall defect crest factor range; And
And a crack defect determining step of determining whether the gear is a crack defect by inspecting whether the crest factor falls within a crack defect crest factor range.
상기 잔여 전달오차 획득과정은,
노치 필터가 상기 TE 측정부로부터 출력되는 전달오차 신호로부터 기어 맞물림 주파수 신호 및 그 하모닉 주파수 신호를 노치 필터링하여 출력하는 노치 필터링 단계; 및
하이패스필터가 상기 노치 필터링된 전달오차 신호로부터 일정 저주파수 이하의 저주파수 신호를 필터링하여 잔여전달오차 신호를 출력하는 하이패스 필터링 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법.
The method of claim 7,
The remaining transmission error acquisition process,
A notch filtering step in which the notch filter notches and filters the gear engagement frequency signal and its harmonic frequency signal from the transmission error signal output from the TE measurement unit; And
And a high-pass filtering step in which the high-pass filter filters a low-frequency signal having a predetermined low frequency or less from the notch-filtered transmission error signal to output a residual transmission error signal.
상기 결함 판단 과정은,
노이즈 삽입부가 상기 잔여전달오차 신호에 서로 다른 랜덤한 화이트 노이즈를 삽입하여 출력하는 잡음 삽입단계;
EMD 처리부가 화이트 노이즈가 삽입된 상기 각 잔여전달오차 신호를 EMD를 수행하여 각각에 대한 IMF 신호인 다수의 잔여전달오차 모드 신호를 출력하는 EMD 처리 단계; 및
평균 처리부가 각 화이트 노이즈별로 대응하는 잔여전달오차 모드 신호들을 앙상블 평균 처리하여 출력하는 평균 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법.
The method of claim 7,
The defect determination process,
A noise inserting step in which a noise inserting unit inserts different random white noise into the residual transmission error signal and outputs it;
An EMD processing step in which the EMD processing unit EMDs each of the residual transmission error signals in which white noise is inserted to output a plurality of residual transmission error mode signals that are IMF signals for each; And
The average processing unit includes an averaging processing step of ensemble averaging the residual transmission error mode signals corresponding to each white noise, and outputting the rotor defect analysis method using the transmission error.
상기 결함 판단부에서 판단된 결함 판단 결과 정보를 텍스트, 아이콘 및 그래픽 중 어느 하나 이상으로 출력하는 출력과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법.
The method of claim 7,
And an output process of outputting the defect determination result information determined by the defect determination unit as one or more of text, icons, and graphics.
상기 결함 판단 과정에서,
상기 결함 판단부는 하기 수학식 9에 의해 파고율을 계산하는 것을 특징으로 하는 전달오차를 이용한 회전체 결함 분석 방법.
[수학식 9]
The method of claim 7,
In the defect determination process,
The defect determining unit calculates the crest factor by the following equation (9) Rotating defect analysis method using a transmission error.
[Equation 9]
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