KR102387779B1

KR102387779B1 - 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR102387779B1
Application number: KR1020200171537A
Authority: KR
Inventors: 강한빈
Original assignee: 주식회사 이엠피케이
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-04-18

Abstract

본 발명은 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 1군의 커패시터가 병렬 연결된 복수 개의 커패시터 뱅크; 상기 각 커패시터 뱅크의 양단에 연결되어 커패시터 뱅크 단위의 충, 방전 상태를 감지하는 스마트 센서; 상기 커패시터 뱅크에 충전 전원을 연결시키는 충전회로; 상기 커패시터 뱅크들의 출력 중 1개를 선택적으로 전자기 피닝 장치의 방전단으로 연결시켜 액중 방전을 실행시키는 절체기; 외부 전원과 연결되어 상기 충전회로로 충전 제어명령을 출력시켜 각 커패시터 뱅크의 충전을 제어하고, 상기 절체기에 연결되어 각 커패시터 뱅크를 선택하여 방전시키는 방전 제어명령을 출력시키며, 상기 스마트 센서에 연결되어 각 커패시터 뱅크의 충, 방전 상태 정보를 입력받고, 충, 방전 이력을 누적하여 데이터 관리하고 연산하여 커패시터의 고장여부를 예측 진단하는 프로그램이 내장된 제어부; 상기 제어부에 연결되어 상기 커패시터 뱅크의 충, 방전 상태 정보 및 충, 방전 이력 정보, 고장 예측 진단 정보를 출력시키는 디스플레이를; 포함하여 구성되는 것을 특징을 한다.

Description

전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템{Power failure diagnosis and predictive monitoring system for electromagnetic pinning}

본 발명은 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 전자기를 이용한 피닝 장치에 안정적인 전원 입력및 피닝 제어를 실행하기 위하여 전원입력 장치의 고장을 감시하고 수명을 예측하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 피닝(Peening)은 금속 표면을 해머로 때려 표면 강도를 개선하는 기계적인 처리를 말하며, 용접의 경우에는 비드 표면을 두드려서, 응력 완화, 균열 및 변형의 방지를 목적으로 하는 표면처리 방법으로서, 쇼트피닝, 레이져 피닝, 초음파 피닝, 워터젯트 피닝 등과 같이 다양한 방법을 사용하고 있다.

이 중에서도 쇼트피닝이 가장 널리 사용되고 있는데, 쇼트피닝(Shot peening)은 금속 재료 및 용접이음부의 표면에 숏 볼(Shot ball)이라는 강구를 고속으로 타격하여 피가공물의 외면에 압축응력이 잔류되도록 하는 표면 가공법으로서, 여러 형상의 기어, 증기나 가스 터빈 부분, 비행기의 착륙 장치 부분, 헬리콥터 프로펠러의 구동축과 날개, 압축기와 고성능 엔진 부품이나 피스톤, 크랭크축, 커넥팅 로드 등의 첨단 기계 분야의 금속재료에 적용되고 있다.

쇼트피닝에 관한 종래기술로서는 대한민국 선등록실용신안번호 20-0195305 쇼트피닝기 등 수많은 특허가 소개되고 있다.

그러나, 쇼트피닝 장치는 금속재료 표면의 충분한 강도와 세밀한 처리를 제공하지 못함으로써 정밀 부품에 부적합하며, 금속재료 표면의 손상이 발생하여 후처리가 번거롭고, 표면 강도를 균일하게 증가시키지 못하며, 사용재인 강구로 인해 인체에 피해를 주고, 공해를 유발하며, 강구를 강하게 쏘아줄 펌프 등이 필요해 장치의 규모가 크고 이동이 어려운 문제점이 있다.

본 출원인은 이와 같은 쇼트피닝의 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허출원번호 10-2019-0011772 전자기 피닝장치(Electromagneti peening device), 대한민국 특허출원번호 10-2019-0155940 스텐트의 내구 수명 향상을 위한 표면처리방법, 대한민국 특허등록 10-2065434 액중 방전에 의한 기 전자피닝장치를 발명하여, 피가공재의 넓은 면적에 대한 표면처리가 가능하면서 표면처리 시 접촉에 의한 표면결함, 마멸, 윤활 등의 문제가 없고 반복적인 작업이 가능함과 더불어 친환경적인 표면처리를 가능하게 하는 전자기 피닝장치를 제공하고 있으며, 본 발명은 이의 개발 과정에서 나타나는 문제점을 개선하여 최적화시키고 있다.

이와 같이 전자기를 이용한 피닝 발명이 개발됨에 따라, 안정적인 전원 입력및 피닝 제어입력의 필요성이 대두되어 설비의 고장진단, 예측을 통해 장비의 효율성을 높이고 생산성을 증대할 수 있는 전원입력 기술에 관한 지속적인 개발이 진행되었다.

[0001] 대한민국 특허출원번호 10-2019-0011772 전자기 피닝장치(Electromagneti peening device). [0002] 대한민국 특허출원번호 10-2019-0155940 스텐트의 내구 수명 향상을 위한 표면처리방법. [0003] 대한민국 특허등록 10-2065434 액중 방전에 의한 기 전자피닝장치

본 발명은 상기한 필요성을 해소하기 위한 발명으로서, 전자기를 이용한 피닝 장치에 안정적인 전원 입력및 피닝 제어를 실행하기 위하여 전원입력 장치의 고장을 감시하고 수명을 예측하여 장비의 효율성을 높이고 생산성을 증대할 수 있는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 1군의 커패시터가 병렬 연결되어 전자기 피닝 출력을 단위화시키는 복수 개의 커패시터 뱅크(60); 상기 각 커패시터 뱅크의 양단에 연결되어 커패시터 뱅크(60) 단위의 충, 방전 상태를 감지하는 스마트 센서(50); 상기 커패시터 뱅크에 충전 전원을 연결시키는 충전회로(40); 상기 커패시터 뱅크들의 출력 중 1개를 선택적으로 전자기 피닝 장치의 방전단으로 연결시켜 액중 방전을 실행시키는 절체기(20); 외부 전원과 연결되어 상기 충전회로로 충전 제어명령을 출력시켜 각 커패시터 뱅크의 충전을 제어하고, 상기 절체기(20)에 연결되어 각 커패시터 뱅크(60)를 선택하여 방전시키는 방전 제어명령을 출력시키며, 상기 스마트 센서(50)에 연결되어 각 커패시터 뱅크(60)의 충, 방전 상태 정보를 입력받고, 충, 방전 이력을 누적하여 데이터 관리하고 연산하여 커패시터의 고장여부를 예측 진단하는 프로그램이 내장된 제어부(30); 상기 제어부(30)에 연결되어 상기 커패시터 뱅크(60)의 충, 방전 상태 정보 및 충, 방전 이력 정보, 고장 예측 진단 정보를 출력시키는 디스플레이(10)를; 포함하여 구성되어 전자기 피닝 출력을 커패시터를 이용하여 단위화시켜, 출력을 안정화시킨 전자기 피닝 장치에 있어서 각 단위 커패시터의 사용이력을 감지하여 전자기 피닝 장치의 전원입력 고장을 감시하고 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템을 기술적 요지로 한다.

여기서, 상기 제어부는 외부 통신 인터페이스가 포함되어 PC 또는 인터넷 서버로 상기 제어부의 입출력 정보를 송, 수신하여, 원격 모니터링이 가능한 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템으로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인터넷 서버는 전자기 피닝 전용 서버로 구축되어 상기 제어부의 입출력 정보를 인터넷으로 수집, 누적시켜 빅데이터를 구축하는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템으로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 디스플레이 또는 PC의 디스플레이 출력 화면은 커패시터 뱅크를 선택하는 제1 윈도우; 상기 제1 윈도우에서 선택된 커패시터 뱅크에 포함된 각 커패시터의 상태 정보를 출력하는 제2 윈도우; 상기 제2 윈도우에서 선택된 커패시터의 상태를 출력하는 제3 윈도우를; 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템으로 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는 입력 정보 및 연산 정보에서 커패시트 뱅크의 사용횟수와 충전시간을 추출하고

계산식

을 연산하여

NX > 1일 경우 : 고장 판단

NX <= 1일 경우 : 정상 운용

으로 고장 여부를 출력시키는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템.

NX = 고장 진단 계수

L = 커패시터 수명

N = 모듈 사용 회수

TO = 초기 충전 소요 시간

T = 현재 충전 소요 시간

상기한 본 발명에 의하여, 전자기를 이용한 피닝 장치에 안정적인 전원 입력및 피닝 제어를 실행하기 위하여 전원입력 장치의 고장을 감시하고 수명을 예측하여 장비의 효율성을 높이고 생산성을 증대할 수 있는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템이 제공되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 구조도
도 2는 본 발명의 프로그램 실시 흐름도
도 3은 본 발명의 커패시터 관리 디스플레이 화면 예시도
도 4는 본 발명의 실행 화면 예시도
도 5는 본 발명이 사용되는 전자기 피닝장치의 일실시예 구조도

이하 도면을 참조하여 본 발명에 관하여 살펴보기로 하며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하의 도 1은 본 발명의 구조도이며, 도 2는 본 발명의 프로그램 실시 흐름도이며, 도 3은 본 발명의 커패시터 관리 디스플레이 화면 예시도이며, 도 4는 본 발명의 실행 화면 예시도이며, 도 5는 본 발명이 사용되는 전자기 피닝장치의 일실시예 구조도이다.

본 발명은 전자기 피닝 장치의 전원입력장치에 관한 것이다.

전자기 피닝장치는 도 5에 도시된 대한민국 출원번호 10-2019-0011772을 예로 들 수 있다.

도 5는 본 발명이 사용되는 전자기 피닝장치의 일실시예에 불과할 뿐, 도 5와 다른 구조의 전자기 피닝장치에도 본 발명이 다양하게 적용될 수 있음은 물론이다.

도 5에 도시된 상기 대한민국 출원번호 10-2019-0011772은 피가공재를 중심에 삽입시키는 코일을 포함하는 본체와, 상기 코일에 전류를 공급하는 전원공급부로 구성되며, 전원공급부에서 커패시터로 전류가 충전시킨 후, 본체의 코일로 순간적으로 전류를 인가시키면 자기장이 발생되어 로렌츠 힘이 피가공재에 가해지는 장치이다.

이때, 발생되는 잔류압축응력에 의해 피가공재가 피닝된다.

이하, 도 1과 함께 본 발명에 대하여 살펴보기로 한다.

도 1에서 본 발명의 커패시터 뱅크(60)는 상기 전자기 피닝장치(도 1의 출력(70)이 여기에 해당됨.)에서 전원공급부를 형성시키는 커패시터에 관한 것으로서, 1군의 커패시터가 병렬 연결된 복수 개의 커패시터 집합을 의미한다.

상기 커패시터 뱅크(60)는 본 발명의 단위 출력을 정하는 것으로서, 전자기 피닝 소재에 가해지는 단위 응력을 결정하게 된다.

상기 커패시터 뱅크(60)의 단위 출력에 의하여 생성되는 잔류압축응력의 깊이를 조절하는 등의 설계를 할 수 있으므로, 상기 커패시터 뱅크(60)를 구성하는 커패시터의 갯수는 피닝 소재와 이에 가해지는 단위 응력의 설계에 따라 정해질 수 있다.

본 발명의 스마트 센서(50)는 상기 각 커패시터 뱅크(60)의 양단에 연결되어 커패시터 뱅크(60)의 충, 방전 상태를 감지하는 장치이다.

상기 커패시터 뱅크(60)는 병렬 연결되어 있으므로 상기 스마트 센서(50)는 병렬 연결된 각 커패시터를 독립 감시하게 설치된다.

따라서, 상기 스마트 센서(50)는 커패시터 뱅크(60) 전체의 입출력 뿐 만 아니라 각 커패시터의 입출력을 독립 감시하여 사용상태, 수명, 고장 진단을 할 수 있다.

스마트 센서(50)는 해당 커패시터 뱅크(60)의 커패시턴스, 전압, 전류, 온도 등의 센서를 부착하여 계측하고, 계측된 데이터를 후술하는 제어기로 신호 전달시킨다.

스마트 센서(50)는 복수 개의 측정 센서에서 측정된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 이 디지털 신호를 이용하여 각각의 기기들에 대한 이상 상태 여부를 진단 평가하는 MCU 모듈을 포함할 수 있다.

자세하게는 상기 MCU 모듈에는 상기 측정 센서들에 의하여 측정된 신호들의 상관 관계를 이용하여 상기 커패시터 뱅크(60)의 상태이상 여부를 진단하는 상태 진단프로그램을 실행하고, 상기 상태 진단 프로그램에 의하여 진단된 데이터를 외부로 전송하는 데이터 통신부 및 MCU 모듈 내부 및 외부의 구성요소들을 제어하는 제어회로부를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 충전회로(40)는 상기 커패시터 뱅크(60)에 충전 전원을 연결시키는 입력 회로부이며, 절체기(20)는 상기 커패시터 뱅크(60)들의 출력 중 1개를 선택적으로 전자기 피닝 장치의 방전단으로 연결시켜 액중 방전을 실행시키는 스위칭 회로부이다.

본 발명의 제어부(30)는 외부 전원과 연결되어 상기 충전회로(40)로 충전 제어명령을 출력시켜 각 커패시터 뱅크(60)의 충전을 제어하고, 상기 절체기(20)에 연결되어 각 커패시터 뱅크(60)를 선택하여 방전시키는 방전 제어명령을 출력시키며, 상기 스마트 센서(50)에 연결되어 각 커패시터 뱅크(60)의 충, 방전 상태 정보를 입력받고, 충, 방전 이력을 누적하여 데이터 관리하고 연산하여 커패시터의 고장여부를 예측 진단하는 프로그램이 내장된 회로부이다.

상기 제어부(30)에서는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 스마트 센서(50)의 입력 정보 및 연산 정보에서 커패시터 뱅크(60)의 사용횟수와 충전시간을 추출하고

계산식

을 연산하여

NX > 1일 경우 : 고장 판단

NX <= 1일 경우 : 정상 운용

으로 고장 여부를 연산하여 출력시킨다.

NX = 고장 진단 계수

L = 커패시터 수명

N = 모듈 사용 회수

TO = 초기 충전 소요 시간

T = 현재 충전 소요 시간

상기 계산식은 매년 10%의 에이징을 고려하여 각 커패시터의 사용시간을 연산하여 고장 여부를 판단한다.

또한, 초기 커패시터 충전 값이 To일 때, 이후에 충전되는 값은 지속적으로 짧아지게 되는데, 이를 커패시터의 충전 능력이 시간에 따라 감소하게 되는 것르호 반영하였다.

결과적으로, 충전 시간으로 결정되는 운용값 To/T는 커패시터가 노후화 될수록 작아지게 된다.

상기 디스플레이 출력화면은 도 4에 도시된 바와 같이 기본적으로 장치의 입출력 상태를 표시할 수 있지만, 이에 더 나아가, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 제어부(30)에서 연산된 상기 커패시터 뱅크(60)의 충, 방전 상태 정보 및 충, 방전 이력 정보, 고장 예측 진단 정보를 출력시킨다.

상기 디스플레이 출력 화면은 도 3에 도시된 바와 같이 커패시터 뱅크(60)를 선택하는 제1 윈도우(100); 상기 제1 윈도우(100)에서 선택된 커패시터 뱅크(60)에 포함된 각 커패시터의 상태 정보를 출력하는 제2 윈도우(110); 상기 제2 윈도우에서 선택된 커패시터의 상태를 출력하는 제3 윈도우(120120)를; 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 출력화면에는 각 커패시터의 충, 방전 이력, 수명, 고장진단, 고장 및 정보가 각 커패시터 개별화면과 함께 확인할 수 있게 한다.

따라서, 사용자는 디스플레이(10) 출력화면으로 각 커패시터의 정보를 확인하여 커패시터를 관리할 수 있게 된다.

상기 제어부(30)는 또한 외부 통신 인터페이스가 포함되어 PC 또는 인터넷 서버로 상기 제어부(30)의 입출력 정보를 송, 수신하여, 원격 모니터링할 수 있다.

상이 외부 통신 인터페이스로는 블루투스, WIFI, Ethernet, Zigbee 등의 통신장치를 운용할 수 있으며, 이를 통해 스마트 센서와도 무선으로 데이터를 송신신 받을 수 있다.

본 발명에서 인터넷 서버는 전자기 피닝 전용 서버로 구축되어 상기 제어부(30)의 입출력 정보를 인터넷으로 수집, 누적시켜 빅데이터를 구축하고, 구축된 빅데이터 정보를 다시 피드백하여 커패시터의 고장여부를 예측 진단용 데이터로 활용한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 전자기 피닝 출력을 커패시터를 이용하여 단위화시켜, 출력을 안정화시키며, 각 단위 커패시터의 사용이력을 감지하여 전원입력 장치의 고장을 감시하고 수명을 예측하여 장비의 효율성을 높이고 생산성을 증대할 수 있게 된다.

이상 본 발명의 설명을 위하여 도시된 도면은 본 발명이 구체화되는 하나의 실시예로서 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 요지가 실현되기 위하여 다양한 형태의 조합이 가능함을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10 : 디스플레이
20 : 절체기
30 : 제어기
40 : 충전회로
50 : 스마트 센서
60 : 커패시;터 뱅크
70 : 출력단(전자기 피닝장치)
100 : 제1 윈도우
110 : 제2 윈도우
120 : 제3 원도우

Claims

1군의 커패시터가 병렬 연결되어 전자기 피닝 출력을 단위화시키는 복수 개의 커패시터 뱅크(60);
상기 각 커패시터 뱅크의 양단에 연결되어 커패시터 뱅크(60) 단위의 충, 방전 상태를 감지하는 스마트 센서(50);
상기 커패시터 뱅크에 충전 전원을 연결시키는 충전회로(40);
상기 커패시터 뱅크들의 출력 중 1개를 선택적으로 전자기 피닝 장치의 방전단으로 연결시켜 액중 방전을 실행시키는 절체기(20);
외부 전원과 연결되어 상기 충전회로로 충전 제어명령을 출력시켜 각 커패시터 뱅크의 충전을 제어하고, 상기 절체기(20)에 연결되어 각 커패시터 뱅크(60)를 선택하여 방전시키는 방전 제어명령을 출력시키며, 상기 스마트 센서(50)에 연결되어 각 커패시터 뱅크(60)의 충, 방전 상태 정보를 입력받고, 충, 방전 이력을 누적하여 데이터 관리하고 연산하여 커패시터의 고장여부를 예측 진단하는 프로그램이 내장된 제어부(30);
상기 제어부(30)에 연결되어 상기 커패시터 뱅크(60)의 충, 방전 상태 정보 및 충, 방전 이력 정보, 고장 예측 진단 정보를 출력시키는 디스플레이(10)를;
포함하여 구성되어
전자기 피닝 출력을 커패시터를 이용하여 단위화시켜, 출력을 안정화시킨 전자기 피닝 장치에 있어서 각 단위 커패시터의 사용이력을 감지하여 전자기 피닝 장치의 전원입력 고장을 감시하고 수명을 예측하는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템.

제1항에 있어서 상기 제어부(30)는
외부 통신 인터페이스가 포함되어
PC 또는 인터넷 서버로 상기 제어부의 입출력 정보를 송, 수신하여, 원격 모니터링이 가능한 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템.

제2항에 있어서 상기 인터넷 서버는
전자기 피닝 전용 서버로 구축되어
상기 제어부(30)의 입출력 정보를 인터넷으로 수집, 누적시켜 빅데이터를 구축하는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템.

제1항 또는 제2항에 있어서
상기 디스플레이 또는 PC의 디스플레이 출력 화면은
커패시터 뱅크(60)를 선택하는 제1 윈도우(100);
상기 제1 윈도우(100)에서 선택된 커패시터 뱅크(60)에 포함된 각 커패시터의 상태 정보를 출력하는 제2 윈도우(110);
상기 제2 윈도우에서 선택된 커패시터의 상태를 출력하는 제3 윈도우(120)를;
포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템.

제1항에 있어서 상기 제어부(30)는
입력 정보 및 연산 정보에서
커패시터 뱅크(60)의 사용횟수와 충전시간을 추출하고
계산식

을 연산하여
NX > 1일 경우 : 고장 판단
NX <= 1일 경우 : 정상 운용
으로 고장 여부를 출력시키는 것을 특징으로 하는 전자기 피닝 전원 고장 진단 예측 모니터링 시스템.
NX = 고장 진단 계수
L = 커패시터 수명
N = 모듈 사용 회수
TO = 초기 충전 소요 시간
T = 현재 충전 소요 시간