KR102382628B1 - 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치 및 방법 - Google Patents

위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 시간 영역(Time Domain)의 진동 신호로부터 변환된 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려함으로써 동기화되지 않은 신호에서도 주기적인 신호를 추정할 수 있고, 추정된 주기적인 신호를 진동 신호로부터 제거함으로써 고장 관련 신호를 강조할 수 있도록 한 것이다.

Description

위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting fault of gearbox using phase information}
본 발명은 기어박스의 고장 감지 기술에 관련한 것으로, 특히 위상 정보(Phase Information)를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명 출원인에 의해 선출원되어 등록된 대한민국 등록특허 제10-2077298호(2020. 02. 07)에서 단시간 푸리에 변환(STFT : Short-time Fourier transform) 기법을 이용해 속도가 시간적으로 변하는 변속 조건 기어에 대한 고장을 정확하고 빠르게 감지할 수 있는 기술을 제안하였다.
이 기술은 등속 조건이 아닌 변속 조건에서 운영되는 변속 조건의 기어 고장 감지를 위해 제안된 것으로, 등속 조건 환경에서 운영되는 시스템의 기어박스에 대한 고장을 감지할 때는 적용 가능하지 않다. 따라서, 본 발명자는 주기적인 운행환경을 갖는 기계 및 제조 시스템의 기어박스에서 취득된 신호를 활용하여 고장을 감지하는 기술에 대한 연구를 하였다.
기어박스에서 취득되는 신호는 기어의 맞물림으로 인한 강한 주기적 신호를 기어박스의 건전성 상태에 관계없이 포함하고 있다. 기어박스의 고장을 감지하기 위해서는 이러한 주기적 신호를 제거하여 고장과 관련된 신호를 상대적으로 강조할 필요가 있다.
주기적인 운행환경 중 등속구간에서 추출된 기어박스의 진동 신호들을 활용하여 고장을 감지할 때, 추출된 진동 신호들은 일반적으로 위상이 달라 서로 동기화가 되어있지 않다. 이러한 비동기 진동 신호들로부터 기어의 맞물림으로 인한 신호를 추출하기 위해 시간 영역 평균법(Time domain averaging)을 활용할 수 있으나, 동기화되지 않은 신호에서는 이러한 주기적인 신호를 얻을 수 없다.
따라서 본 발명자는 시간 영역(Time Domain)의 진동 신호로부터 변환된 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려하여 동기화되지 않은 신호에서도 주기적인 신호를 추정하고, 추정된 주기적인 신호를 진동 신호로부터 제거함으로써 고장 관련 신호를 강조할 수 있는 새로운 방식의 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 기술에 대한 연구를 하였다.
대한민국 등록특허 제10-2077298호(2020. 02. 07)
본 발명은 시간 영역(Time Domain)의 진동 신호로부터 변환된 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려함으로써 동기화되지 않은 신호에서도 주기적인 신호를 추정할 수 있고, 추정된 주기적인 신호를 진동 신호로부터 제거함으로써 고장 관련 신호를 강조할 수 있는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치 및 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 기어박스로부터 진동 신호를 취득하는 진동 신호 취득부와; 진동 신호 취득부에 의해 취득되는 진동 신호로부터 주기적으로 반복되는 시간 영역(Time Domain)의 등속 구간 신호를 추출하는 등속 구간 신호 추출부와; 등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 시간 영역의 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)에 기초하여, 기어의 맞물림 특성으로부터 기인하는 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정하는 데이터 처리부와; 등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호로부터 데이터 처리부에 의해 추정된 결정적 신호를 제거하여 기어박스의 고장성분을 포함하는 잔차 신호(Residual Signal)를 계산하는 잔차 신호 계산부와; 잔차 신호 계산부에 의해 계산된 잔차 신호로부터 기어박스의 고장을 감지하는 고장 감지부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 데이터 처리부가 등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 복소 지수 함수(Complex Exponential Function) 형태의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)를 가지는 주파수 영역(Frequency Domain) 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환부와; 이산 푸리에 변환부에 의해 변환된 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭으로 변경하는 진폭 변경부와; 진폭 변경부에 의해 변경된 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭과, 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역 신호의 위상 정보를 복소 지수 함수 형태로 표현하고, 이를 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)하여 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성하는 역 이산 푸리에 변환부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭이 정상 상태에서 취득된 등속 구간 신호들을 이산 푸리에 변환하여 구해진 주파수 영역 신호들의 진폭들을 평균한 평균 진폭일 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 기어박스의 운행 프로파일 정보를 획득하는 운행 프로파일 정보 획득부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 등속 구간 신호 추출부가 운행 프로파일 정보 획득부에 의해 획득되는 기어박스의 운행 프로파일 정보에 기반하여 등속 구간 신호를 추출하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 등속 구간 신호 추출부가 기어박스의 운행 프로파일 정보가 획득되지 않은 경우, 진동 신호 취득부에 의해 취득된 진동 신호를 시간-주파수 분석하여 주파수 값이 일정하게 유지되는 구간을 등속 구간 신호로 추출하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 고장 감지부가 잔차 신호 계산부에 의해 계산된 잔차 신호들의 실효값(RMS : Root Mean Square)을 구해 건전성 인자로 정량화하고, 정량화된 건전성 인자를 기준 인자와 비교하여 기어박스가 정상 상태인지 고장 상태인지 판단하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법이 기어박스로부터 진동 신호를 취득하는 진동 신호 취득단계와; 진동 신호 취득단계에 의해 취득되는 진동 신호로부터 주기적으로 반복되는 시간 영역(Time Domain)의 등속 구간 신호를 추출하는 등속 구간 신호 추출단계와; 등속 구간 신호 추출단계에 의해 추출된 시간 영역의 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)에 기초하여, 기어의 맞물림 특성으로부터 기인하는 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정하는 데이터 처리단계와; 등속 구간 신호 추출단계에 의해 추출된 등속 구간 신호로부터 데이터 처리단계에 의해 추정된 결정적 신호를 제거하여 기어박스의 고장성분을 포함하는 잔차 신호(Residual Signal)를 계산하는 잔차 신호 계산단계와; 잔차 신호 계산단계에 의해 계산된 잔차 신호로부터 기어박스의 고장을 감지하는 고장 감지단계를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 데이터 처리단계가 등속 구간 신호 추출단계에 의해 추출된 등속 구간 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 복소 지수 함수(Complex Exponential Function) 형태의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)를 가지는 주파수 영역(Frequency Domain) 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환단계와; 이산 푸리에 변환단계에 의해 변환된 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭으로 변경하는 진폭 변경단계와; 진폭 변경단계에 의해 변경된 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭과, 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역 신호의 위상 정보를 복소 지수 함수 형태로 표현하고, 이를 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)하여 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성하는 역 이산 푸리에 변환단계를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법이 기어박스의 운행 프로파일 정보를 획득하는 운행 프로파일 정보 획득단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 등속 구간 신호 추출단계에서 운행 프로파일 정보 획득단계에 의해 획득되는 기어박스의 운행 프로파일 정보에 기반하여 등속 구간 신호를 추출하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 등속 구간 신호 추출단계에서 기어박스의 운행 프로파일 정보가 획득되지 않은 경우, 진동 신호 취득단계에 의해 취득된 진동 신호를 시간-주파수 분석하여 주파수 값이 일정하게 유지되는 구간을 등속 구간 신호로 추출하도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 고장 감지단계에서 잔차 신호 계산단계에 의해 계산된 잔차 신호들의 실효값(RMS : Root Mean Square)을 구해 건전성 인자로 정량화하고, 정량화된 건전성 인자를 기준 인자와 비교하여 기어박스가 정상 상태인지 고장 상태인지 판단하도록 구현될 수 있다.
본 발명은 시간 영역(Time Domain)의 진동 신호로부터 변환된 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려하여 동기화되지 않은 신호에서 주기적인 신호를 추정하고, 추정된 주기적인 신호를 진동 신호로부터 제거하여 고장 관련 신호를 강조함으로써 고장 관련 신호를 정량화할 수 있고, 이에 따라 등속 조건 환경에서 운영되는 시스템의 기어박스에 대한 고장을 정확하고 빠르게 감지할 수 있으므로, 기어박스의 건전성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 진동 신호 취득부에 의해 취득된 진동 신호를 예시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호를 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호의 정상 상태 및 고장 상태에서의 진동 패턴을 예시한 도면이다.
도 5 는 통상의 시간 영역 평균법을 이용한 주기적인 신호 추정을 예시한 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 데이터 처리부의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 7 은 위상 정보 활용 시간 영역 평균법을 사용해 결정적 신호를 추정하는 것을 예시한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 정상 및 고장 상태의 잔차 신호를 예시한 도면이다.
도 9 는 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법의 일 실시예의 구성을 도시한 흐름도이다.
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 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치(100)는 진동 신호 취득부(110)와, 등속 구간 신호 추출부(120)와, 데이터 처리부(130)와, 잔차 신호 계산부(140)와, 고장 감지부(150)를 포함한다.
진동 신호 취득부(110)는 기어박스(도면 도시 생략)로부터 진동 신호를 취득한다. 예컨대, 진동 신호 취득부(110)가 기어박스의 하우징에 부착되어 기어박스 내의 기어 회전에 의해 발생하는 진동 신호를 검출하는 진동센서 형태로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 2 는 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 진동 신호 취득부에 의해 취득된 진동 신호를 예시한 도면이다. 도 2 에 도시된 진동 신호는 용접(Welding) 동작을 수행하는 산업용 로봇의 기어박스에서 취득된 진동 신호이며, 1 사이클의 진동 신호만 표현된 것이다.
등속 구간 신호 추출부(120)는 진동 신호 취득부(110)에 의해 취득되는 진동 신호로부터 주기적으로 반복되는 시간 영역(Time Domain)의 등속 구간 신호를 추출한다. 이 때, 등속 구간 신호 추출부(120)에 의해 추출되는 등속 구간 신호들은 위상이 달라 서로 동기화되어 있지 않은 신호들이다.
도 3 은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호를 예시한 도면이다. 도 3 에 도시한 바와 같이, 기어박스가 등속구간으로 회전하는 즉, 동일한 각속도(Angular Speed)를 유지하는 구간의 신호만 반복적으로 추출한다.
도 4 는 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호의 정상 상태 및 고장 상태에서의 진동 패턴을 예시한 도면이다. 주파수 영역에서 살펴보면, 정상 및 고장 상태에서 취득된 신호 모두 기어의 맞물림에 의한 결정적 신호가 나타나는데, 이는 기어 맞물림 주파수(Gear mesh frequency, GMF) 및 그의 조화 성분으로 확인할 수 있다.
기어박스로부터 취득되는 진동 신호는 결정적 신호(Deterministic Signal)와, 잔차 신호(Residual Signal)로 나눌 수 있다. 결정적 신호는 기어의 주기적 맞물림 특성으로부터 기인하는 상대적으로 강한 신호인 반면, 잔차 신호는 정상 상태의 경우 대부분 노이즈로 구성되며, 고장 상태의 경우 노이즈와 고장 관련 신호로 구성된다.
기어박스의 고장을 효과적으로 감지하기 위해서는 취득된 신호로부터 결정적 신호를 적절하게 제거함으로써 잔차 신호를 추출해야 하는데, 등속 구간 신호 추출부(120)에 의해 추출되는 등속 구간 신호들로부터 주기적으로 반복되는 결정적 신호를 추정하기 위해 통상의 시간 영역 평균법을 사용할 경우, 등속 구간 신호들의 위상이 달라 동기화되어 있지 않기 때문에 결정적 신호를 제대로 추정할 수 없다.
그 이유는 주기적으로 반복되는 신호를 주기별로 합산하여 평균을 취하는 통상의 시간 영역 평균법은 도 5 에 도시한 바와 같이 신호들의 위상이 조금만 달라도 주기적으로 반복되는 신호를 제대로 추정할 수 없기 때문이다. 도 5 는 통상의 시간 영역 평균법을 이용한 주기적인 신호 추정을 예시한 도면이다.
도 5 를 참조해 보면, 위상이 서로 동기화된 신호들의 경우 시간 영역 평균법을 취하면 주기적인 신호를 잘 추출할 수 있으나, 위상이 조금이라도 어긋나 동기화가 되지 않은 신호의 경우에는 위상 보정 없이 시간 영역 평균법을 취하면 주기적인 신호를 도출할 수 없어 잘못된 결정적 신호를 추정하고 있음을 볼 수 있다.
따라서, 본 발명은 동기화되지 않은 등속 구간 신호들로부터 주기적으로 반복되는 기어박스의 결정적 신호를 추출하기 위해, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)과, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법과, 역 이산 푸리에 변환(Inverse DFT, IDFT)을 이용한다.
데이터 처리부(130)는 등속 구간 신호 추출부(120)에 의해 추출된 시간 영역의 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)에 기초하여, 기어의 맞물림 특성으로부터 기인하는 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정한다.
데이터 처리부(130)는 등속 구간 신호들의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려한 위상 정보 활용 시간 영역 평균법을 적용하여 동기화되지 않은 등속 구간 신호들에서 주기적인 신호인 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정한다.
여기서, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법은 위상 보정을 하지 않는 통상의 시간 영역 평균법을 발전시켜 위상 정보(Phase information)까지 고려하여 시간 영역 평균을 취하는 개선된 시간 영역 평균법을 의미한다.
데이터 처리부(130)는 도 6 에 도시한 바와 같은 세부 구성을 가진다. 도 6 은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 데이터 처리부의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 6 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 데이터 처리부(130)는 이산 푸리에 변환부(131)와, 진폭 변경부(132)와, 역 이산 푸리에 변환부(133)를 포함한다.
이산 푸리에 변환부(131)는 등속 구간 신호 추출부(120)에 의해 추출된 등속 구간 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 복소 지수 함수(Complex Exponential Function) 형태의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)를 가지는 주파수 영역(Frequency Domain) 신호로 변환한다.
진폭 변경부(132)는 이산 푸리에 변환부(131)에 의해 변환된 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭으로 변경한다. 이 때, 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭이 정상 상태에서 취득된 등속 구간 신호들을 이산 푸리에 변환하여 구해진 주파수 영역 신호들의 진폭들을 위상 정보 활용 시간 영역 평균법을 사용해 평균한 평균 진폭일 수 있다.
역 이산 푸리에 변환부(133)는 진폭 변경부(132)에 의해 변경된 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭과, 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역 신호의 위상 정보를 복소 지수 함수 형태로 표현하고, 이를 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)하여 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성한다.
도 7 은 위상 정보 활용 시간 영역 평균법을 사용해 결정적 신호를 추정하는 것을 예시한 도면이다. 목표 신호(등속 구간 신호)가 주어졌을 때, 이산 푸리에 변환부(131)를 통해 이산 푸리에 변환하면 주파수 영역에서의 진폭(Magnitude)과 위상 정보(Phase information)를 복소 지수 함수(Complex exponential function)의 형태로 얻을 수 있다.
목표 신호에 동기화된 결정적 신호를 추정하기 위해서, 위상 정보는 그대로 유지함과 동시에 진폭 변경부(132)를 통해 진폭을 기어의 주기적인 맞물림을 포함하는 결정적 신호의 진폭으로 변경한다. 결정적 신호의 진폭은 사전에 정상 상태에서 취득된 신호들로부터 각각 이산 푸리에 변환을 통해 얻어진 진폭들을 활용한다.
정상 상태의 신호는 기어의 주기적인 맞물림에 의한 결정적 신호와 노이즈만을 포함하고 있기 때문에, 평균된 진폭은 물리적으로 기어의 주기적인 맞물림에 의한 결정적 신호의 진폭을 의미한다.
목표 신호의 원래 위상 정보와 새롭게 구한 결정적 신호의 진폭을 다시 복소 지수 함수의 형태로 표현하여, 이를 역 이산 푸리에 변환부(133)를 통해 역 이산 푸리에 변환하면 새로운 신호를 얻을 수 있다. 새로운 신호는 목표 신호와 동일한 위상 정보를 가짐과 동시에 결정적 신호의 진폭 정보를 포함하고 있기에, 목표 신호에 동기화된 결정적 신호로 해석할 수 있다.
기존에는 신호들의 위상을 고려하기 위하여 타코미터(Tachometer)와 같은 추가적인 장치를 활용하였으며, 타코 신호에 대한 추가적인 신호처리를 통해 신호의 동기화에 활용하였다. 그러나, 실제 산업용 로봇과 같은 수많은 기계 및 제조 시스템에는 기어박스 마다 타코미터를 부착하는 것이 비용 및 효용을 고려하였을 때 불가능한 경우가 많다.
이에 비해, 본 발명은 이러한 추가 장치 없이 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)과, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법과, 역 이산 푸리에 변환(Inverse DFT, IDFT)을 이용해 기어박스로부터 취득되는 진동 신호와 동기화된 결정적 신호를 쉽고 간편하게 추정할 수 있다.
잔차 신호 계산부(140)는 등속 구간 신호 추출부(120)에 의해 추출된 등속 구간 신호로부터 데이터 처리부(130)에 의해 추정된 결정적 신호를 제거하여 기어박스의 고장성분을 포함하는 잔차 신호(Residual Signal)를 계산한다.
데이터 처리부(130)에 의해 추정된 결정적 신호는 등속 구간 신호와 동일한 위상 정보를 활용했기 때문에 서로 동기화 되어 있으므로, 잔차 신호 계산부(140)를 통해 단순히 등속 구간 신호로부터 결정적 신호를 감산하면 잔차 신호(Residual Signal)가 구해진다.
고장 감지부(150)는 잔차 신호 계산부(140)에 의해 계산된 잔차 신호로부터 기어박스의 고장을 감지한다. 결정적 신호가 제거된 잔차 신호는 정상 상태에서는 노이즈 성분만 갖고, 고장 상태에서는 노이즈 성분과 고장 관련 신호를 동시에 포함하게 되어 정상 상태 대비 큰 에너지를 갖는다.
이를 정량화하기 위하여 고장 감지부(150)가 잔차 신호 계산부(140)에 의해 계산된 잔차 신호들의 실효값(RMS : Root Mean Square)을 구해 건전성 인자로 정량화하고, 정량화된 건전성 인자를 기준 인자와 비교하여 기어박스가 정상 상태인지 고장 상태인지 판단한다.
이 때, 기준 인자가 정상 및 고장 상태의 건전성 인자 데이터셋을 포함할 수 있으며, 정상 및 고장 상태의 건전성 인자 데이터셋은 기계 학습 알고리즘에 의해 학습되는 학습 데이터일 수 있다.
도 8 은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 정상 및 고장 상태의 잔차 신호를 예시한 도면이다. 정상 상태의 경우, 결정적 신호가 제거되고 남은 잔차 신호는 대부분 노이즈임을 알 수 있다. 고장 상태의 경우, 특정 주파수 영역에서 신호가 여전히 강하게 남아있는데 이는 정상 상태와 비교했을 때 고장과 관련된 신호라는 것을 알 수 있다. 따라서 이러한 잔차 신호를 정량화함으로써 기어박스의 고장 감지가 가능하다.
이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 시간 영역(Time Domain)의 진동 신호로부터 변환된 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려하여 동기화되지 않은 신호에서 주기적인 신호를 추정할 수 있다.
또한, 추정된 주기적인 신호를 진동 신호로부터 제거하여 고장 관련 신호를 강조함으로써 고장 관련 신호를 정량화할 수 있고, 이에 따라 등속 조건 환경에서 운영되는 시스템의 기어박스에 대한 고장을 정확하고 빠르게 감지할 수 있으므로, 기어박스의 건전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치(100)가 운행 프로파일 정보 획득부(160)를 더 포함할 수 있다. 운행 프로파일 정보 획득부(160)는 등속 구간, 가속 구간, 감속 구간 등과 같은 기어박스 운행에 관련한 정보를 포함하는 기어박스의 운행 프로파일 정보를 획득한다.
예컨대, 운행 프로파일 정보 획득부(160)가 기어박스의 운행 프로파일 정보가 저장된 메모리(도면 도시 생략)로부터 기어박스의 운행 프로파일 정보를 읽어서 획득하도록 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이 때, 등속 구간 신호 추출부(120)가 운행 프로파일 정보 획득부(160)에 의해 획득되는 기어박스의 운행 프로파일 정보에 기반하여 등속 구간 신호를 추출하도록 구현될 수 있다.
한편, 등속 구간 신호 추출부(120)는 기어박스의 운행 프로파일 정보가 획득되지 않은 경우, 진동 신호 취득부(110)에 의해 취득된 진동 신호를 시간-주파수 분석하여 주파수 값이 일정하게 유지되는 구간을 등속 구간 신호로 추출하도록 구현될 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해, 기어박스로부터 취득된 진동 신호로부터 등속 구간 신호를 추출할 수 있고, 추출된 등속 구간 신호에 대해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)과, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법과, 역 이산 푸리에 변환(Inverse DFT, IDFT)을 수행하여 기어박스로부터 취득되는 진동 신호와 동기화된 결정적 신호를 쉽고 간편하게 추정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치의 기어박스 고장 감지 동작을 도 9 를 통해 알아본다. 도 9 는 본 발명에 따른 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법의 일 실시예의 구성을 도시한 흐름도이다.
먼저, 진동 신호 취득단계(910)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 기어박스로부터 진동 신호를 취득한다. 예컨대, 진동 신호 취득단계(910)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 기어박스의 하우징에 부착되어 기어박스 내의 기어 회전에 의해 발생하는 진동 신호를 검출하는 진동센서를 통해 진동 신호를 취득하도록 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
그 다음, 등속 구간 신호 추출단계(920)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 진동 신호 취득단계(910)에 의해 취득되는 진동 신호로부터 주기적으로 반복되는 시간 영역(Time Domain)의 등속 구간 신호를 추출한다. 이 때, 등속 구간 신호 추출단계(920)에 의해 추출되는 등속 구간 신호들은 위상이 달라 서로 동기화되어 있지 않은 신호들이다.
기어박스로부터 취득되는 진동 신호는 결정적 신호(Deterministic Signal)와, 잔차 신호(Residual Signal)로 나눌 수 있다. 결정적 신호는 기어의 주기적 맞물림 특성으로부터 기인하는 상대적으로 강한 신호인 반면, 잔차 신호는 정상 상태의 경우 대부분 노이즈로 구성되며, 고장 상태의 경우 노이즈와 고장 관련 신호로 구성된다.
기어박스의 고장을 효과적으로 감지하기 위해서는 취득된 신호로부터 결정적 신호를 적절하게 제거함으로써 잔차 신호를 추출해야 하는데, 등속 구간 신호 추출단계(920)에 의해 추출되는 등속 구간 신호들로부터 주기적으로 반복되는 결정적 신호를 추정하기 위해 통상의 시간 영역 평균법을 사용할 경우, 등속 구간 신호들의 위상이 달라 동기화되어 있지 않기 때문에 결정적 신호를 제대로 추정할 수 없다.
그 이유는 주기적으로 반복되는 신호를 주기별로 합산하여 평균을 취하는 통상의 시간 영역 평균법은 신호들의 위상이 조금만 달라도 주기적으로 반복되는 신호를 제대로 추정할 수 없기 때문이다.
따라서, 동기화되지 않은 등속 구간 신호들로부터 주기적으로 반복되는 기어박스의 결정적 신호를 추출하기 위해, 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)과, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법과, 역 이산 푸리에 변환(Inverse DFT, IDFT)을 이용한다.
이를 위해 데이터 처리단계(930)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 등속 구간 신호 추출단계(920)에 의해 추출된 시간 영역의 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)에 기초하여, 기어의 맞물림 특성으로부터 기인하는 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정한다.
데이터 처리단계(930)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 등속 구간 신호들의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려한 위상 정보 활용 시간 영역 평균법을 적용하여 동기화되지 않은 등속 구간 신호들에서 주기적인 신호인 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정한다.
여기서, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법은 위상 보정을 하지 않는 통상의 시간 영역 평균법을 발전시켜 위상 정보(Phase information)까지 고려하여 시간 영역 평균을 취하는 개선된 시간 영역 평균법을 의미한다.
구체적으로, 동기화되지 않은 등속 구간 신호들로부터 주기적으로 반복되는 기어박스의 결정적 신호를 추출하기 위해 데이터 처리단계(930)는 이산 푸리에 변환단계(931)와, 진폭 변경단계(932)와, 역 이산 푸리에 변환단계(933)를 포함한다.
먼저, 이산 푸리에 변환단계(931)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 등속 구간 신호 추출단계(920)에 의해 추출된 등속 구간 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 복소 지수 함수(Complex Exponential Function) 형태의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)를 가지는 주파수 영역(Frequency Domain) 신호로 변환한다.
그 다음, 진폭 변경단계(932)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 이산 푸리에 변환단계(931)에 의해 변환된 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭으로 변경한다. 이 때, 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭이 정상 상태에서 취득된 등속 구간 신호들을 이산 푸리에 변환하여 구해진 주파수 영역 신호들의 진폭들을 위상 정보 활용 시간 영역 평균법을 사용해 평균한 평균 진폭일 수 있다.
그 다음, 역 이산 푸리에 변환단계(933)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 진폭 변경단계(932)에 의해 변경된 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭과, 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역 신호의 위상 정보를 복소 지수 함수 형태로 표현하고, 이를 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)하여 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성한다.
기존에는 신호들의 위상을 고려하기 위하여 타코미터(Tachometer)와 같은 추가적인 장치를 활용하였으며, 타코 신호에 대한 추가적인 신호처리를 통해 신호의 동기화에 활용하였다. 그러나, 실제 산업용 로봇과 같은 수많은 기계 및 제조 시스템에는 기어박스 마다 타코미터를 부착하는 것이 비용 및 효용을 고려하였을 때 불가능한 경우가 많다.
이에 비해, 본 발명은 이러한 추가 장치 없이 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)과, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법과, 역 이산 푸리에 변환(Inverse DFT, IDFT)을 이용해 기어박스로부터 취득되는 진동 신호와 동기화된 결정적 신호를 쉽고 간편하게 추정할 수 있다.
그 다음, 잔차 신호 계산단계(940)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 등속 구간 신호 추출단계(920)에 의해 추출된 등속 구간 신호로부터 데이터 처리단계(930)에 의해 추정된 결정적 신호를 제거하여 기어박스의 고장성분을 포함하는 잔차 신호(Residual Signal)를 계산한다.
데이터 처리단계(930)에 의해 추정된 결정적 신호는 등속 구간 신호와 동일한 위상 정보를 활용했기 때문에 서로 동기화 되어 있으므로, 잔차 신호 계산단계(940)를 통해 단순히 등속 구간 신호로부터 결정적 신호를 감산하면 잔차 신호(Residual Signal)가 구해진다.
그 다음, 고장 감지단계(950)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 잔차 신호 계산단계(940)에 의해 계산된 잔차 신호로부터 기어박스의 고장을 감지한다. 결정적 신호가 제거된 잔차 신호는 정상 상태에서는 노이즈 성분만 갖고, 고장 상태에서는 노이즈 성분과 고장 관련 신호를 동시에 포함하게 되어 정상 상태 대비 큰 에너지를 갖는다.
이를 정량화하기 위하여 고장 감지단계(950)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 잔차 신호 계산단계(940)에 의해 계산된 잔차 신호들의 실효값(RMS : Root Mean Square)을 구해 건전성 인자로 정량화하고, 정량화된 건전성 인자를 기준 인자와 비교하여 기어박스가 정상 상태인지 고장 상태인지 판단한다.
이 때, 기준 인자가 정상 및 고장 상태의 건전성 인자 데이터셋을 포함할 수 있으며, 정상 및 고장 상태의 건전성 인자 데이터셋은 기계 학습 알고리즘에 의해 학습되는 학습 데이터일 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 시간 영역(Time Domain)의 진동 신호로부터 변환된 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려하여 동기화되지 않은 신호에서 주기적인 신호를 추정할 수 있다.
또한, 추정된 주기적인 신호를 진동 신호로부터 제거하여 고장 관련 신호를 강조함으로써 고장 관련 신호를 정량화할 수 있고, 이에 따라 등속 조건 환경에서 운영되는 시스템의 기어박스에 대한 고장을 정확하고 빠르게 감지할 수 있으므로, 기어박스의 건전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법이 운행 프로파일 정보 획득단계(915)를 더 포함할 수 있다. 운행 프로파일 정보 획득단계(915)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 등속 구간, 가속 구간, 감속 구간 등과 같은 기어박스 운행에 관련한 정보를 포함하는 기어박스의 운행 프로파일 정보를 획득한다.
예컨대, 운행 프로파일 정보 획득단계(915)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 기어박스의 운행 프로파일 정보가 저장된 메모리(도면 도시 생략)로부터 기어박스의 운행 프로파일 정보를 읽어서 획득하도록 구현될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
이 때, 등속 구간 신호 추출단계(920)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 운행 프로파일 정보 획득단계(915)에 의해 획득되는 기어박스의 운행 프로파일 정보에 기반하여 등속 구간 신호를 추출하도록 구현될 수 있다.
한편, 등속 구간 신호 추출단계(920)에서 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가 기어박스의 운행 프로파일 정보가 획득되지 않은 경우, 진동 신호 취득단계(910)에 의해 취득된 진동 신호를 시간-주파수 분석하여 주파수 값이 일정하게 유지되는 구간을 등속 구간 신호로 추출하도록 구현될 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해, 기어박스로부터 취득된 진동 신호로부터 등속 구간 신호를 추출할 수 있고, 추출된 등속 구간 신호에 대해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, DFT)과, 위상 정보 활용 시간 영역 평균법과, 역 이산 푸리에 변환(Inverse DFT, IDFT)을 수행하여 기어박스로부터 취득되는 진동 신호와 동기화된 결정적 신호를 쉽고 간편하게 추정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 시간 영역(Time Domain)의 진동 신호로부터 변환된 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)뿐만 아니라 위상 정보(Phase information)도 함께 고려하여 동기화되지 않은 신호에서 주기적인 신호를 추정하고, 추정된 주기적인 신호를 진동 신호로부터 제거하여 고장 관련 신호를 강조함으로써 고장 관련 신호를 정량화할 수 있고, 이에 따라 등속 조건 환경에서 운영되는 시스템의 기어박스에 대한 고장을 정확하고 빠르게 감지할 수 있으므로, 기어박스의 건전성 및 신뢰성을 확보할 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 기어박스의 고장 감지 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치
110 : 진동 신호 취득부
120 : 등속 구간 신호 추출부
130 : 데이터 처리부
131 : 이산 푸리에 변환부
132 : 진폭 변경부
133 : 역 이산 푸리에 변환부
140 : 잔차 신호 계산부
150 : 고장 감지부
160 : 운행 프로파일 정보 획득부

Claims (14)

  1. 기어박스로부터 진동 신호를 취득하는 진동 신호 취득부와;
    진동 신호 취득부에 의해 취득되는 진동 신호로부터 주기적으로 반복되는 시간 영역(Time Domain)의 등속 구간 신호를 추출하는 등속 구간 신호 추출부와;
    등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 시간 영역의 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)에 기초하여, 기어의 맞물림 특성으로부터 기인하는 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정하는 데이터 처리부와;
    등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호로부터 데이터 처리부에 의해 추정된 결정적 신호를 제거하여 기어박스의 고장성분을 포함하는 잔차 신호(Residual Signal)를 계산하는 잔차 신호 계산부와;
    잔차 신호 계산부에 의해 계산된 잔차 신호로부터 기어박스의 고장을 감지하는 고장 감지부를;
    포함하되,
    데이터 처리부가 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭인 사전에 정상 상태에서 취득된 신호로부터 이산 푸리에 변환을 통해 얻어진 진폭으로 변경하여 결정적 신호를 추정함으로써 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    데이터 처리부가:
    등속 구간 신호 추출부에 의해 추출된 등속 구간 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 복소 지수 함수(Complex Exponential Function) 형태의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)를 가지는 주파수 영역(Frequency Domain) 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환부와;
    이산 푸리에 변환부에 의해 변환된 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭으로 변경하는 진폭 변경부와;
    진폭 변경부에 의해 변경된 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭과, 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역 신호의 위상 정보를 복소 지수 함수 형태로 표현하고, 이를 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)하여 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성하는 역 이산 푸리에 변환부를;
    포함하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭이:
    정상 상태에서 취득된 등속 구간 신호들을 이산 푸리에 변환하여 구해진 주파수 영역 신호들의 진폭들을 평균한 평균 진폭인 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치가:
    기어박스의 운행 프로파일 정보를 획득하는 운행 프로파일 정보 획득부를;
    더 포함하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    등속 구간 신호 추출부가:
    운행 프로파일 정보 획득부에 의해 획득되는 기어박스의 운행 프로파일 정보에 기반하여 등속 구간 신호를 추출하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    등속 구간 신호 추출부가:
    기어박스의 운행 프로파일 정보가 획득되지 않은 경우, 진동 신호 취득부에 의해 취득된 진동 신호를 시간-주파수 분석하여 주파수 값이 일정하게 유지되는 구간을 등속 구간 신호로 추출하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    고장 감지부가:
    잔차 신호 계산부에 의해 계산된 잔차 신호들의 실효값(RMS : Root Mean Square)을 구해 건전성 인자로 정량화하고, 정량화된 건전성 인자를 기준 인자와 비교하여 기어박스가 정상 상태인지 고장 상태인지 판단하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 장치.
  8. 기어박스로부터 진동 신호를 취득하는 진동 신호 취득단계와;
    진동 신호 취득단계에 의해 취득되는 진동 신호로부터 주기적으로 반복되는 시간 영역(Time Domain)의 등속 구간 신호를 추출하는 등속 구간 신호 추출단계와;
    등속 구간 신호 추출단계에 의해 추출된 시간 영역의 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역(Frequency Domain) 신호의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)에 기초하여, 기어의 맞물림 특성으로부터 기인하는 결정적 신호(Deterministic Signal)를 추정하는 데이터 처리단계와;
    등속 구간 신호 추출단계에 의해 추출된 등속 구간 신호로부터 데이터 처리단계에 의해 추정된 결정적 신호를 제거하여 기어박스의 고장성분을 포함하는 잔차 신호(Residual Signal)를 계산하는 잔차 신호 계산단계와;
    잔차 신호 계산단계에 의해 계산된 잔차 신호로부터 기어박스의 고장을 감지하는 고장 감지단계를;
    포함하되,
    데이터 처리단계에서 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭인 사전에 정상 상태에서 취득된 신호로부터 이산 푸리에 변환을 통해 얻어진 진폭으로 변경하여 결정적 신호를 추정함으로써 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    데이터 처리단계가:
    등속 구간 신호 추출단계에 의해 추출된 등속 구간 신호를 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)하여 복소 지수 함수(Complex Exponential Function) 형태의 진폭(Amplitude)과 위상 정보(Phase Information)를 가지는 주파수 영역(Frequency Domain) 신호로 변환하는 이산 푸리에 변환단계와;
    이산 푸리에 변환단계에 의해 변환된 주파수 영역 신호의 진폭을 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭으로 변경하는 진폭 변경단계와;
    진폭 변경단계에 의해 변경된 추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭과, 등속 구간 신호를 변환한 주파수 영역 신호의 위상 정보를 복소 지수 함수 형태로 표현하고, 이를 역 이산 푸리에 변환(Inverse Discrete Fourier Transform)하여 등속 구간 신호에 동기화된 결정적 신호를 생성하는 역 이산 푸리에 변환단계를;
    포함하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    추정하고자 하는 결정적 신호의 진폭이:
    정상 상태에서 취득된 등속 구간 신호들을 이산 푸리에 변환하여 구해진 주파수 영역 신호들의 진폭들을 평균한 평균 진폭인 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법이:
    기어박스의 운행 프로파일 정보를 획득하는 운행 프로파일 정보 획득단계를;
    더 포함하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    등속 구간 신호 추출단계에서:
    운행 프로파일 정보 획득단계에 의해 획득되는 기어박스의 운행 프로파일 정보에 기반하여 등속 구간 신호를 추출하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    등속 구간 신호 추출단계에서:
    기어박스의 운행 프로파일 정보가 획득되지 않은 경우, 진동 신호 취득단계에 의해 취득된 진동 신호를 시간-주파수 분석하여 주파수 값이 일정하게 유지되는 구간을 등속 구간 신호로 추출하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    고장 감지단계에서:
    잔차 신호 계산단계에 의해 계산된 잔차 신호들의 실효값(RMS : Root Mean Square)을 구해 건전성 인자로 정량화하고, 정량화된 건전성 인자를 기준 인자와 비교하여 기어박스가 정상 상태인지 고장 상태인지 판단하는 위상 정보를 활용한 기어박스의 고장 감지 방법.
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