KR20030050768A - Method for processing detection signal in duration test of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량의 내구 시험장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 차량의 여러 부위에 부착되어 있는 센서로부터 취득되는 신호를 음향 방출신호와 진동신호로 분리 추출 분석하여 차량 각 부분에 대한 정확한 시험 결과를 얻을 수 있도록 하는 차량 내구 시험에서 검출 신호 처리방법에 관한 것이다.The present invention relates to an endurance testing apparatus for a vehicle, and more particularly, to extract and analyze a signal obtained from a sensor attached to various parts of a vehicle into an acoustic emission signal and a vibration signal, thereby obtaining accurate test results for each part of the vehicle. The present invention relates to a detection signal processing method in a vehicle endurance test that can be obtained.
일반적으로 차량의 실차 내구성 시험이나 대상 내구성 시험중 차체와 샤시에서 발생하는 크랙과 같은 손상이나 파손을 검출하는 기본적인 방법은 일정거리 이상을 주행한 차량에 내구 시험자가 육안을 통해 관찰하여 그 결과를 추출하는 것이 보편적이다.In general, the basic method of detecting damage or damage such as cracks generated in the vehicle body and chassis during the actual vehicle durability test or the target durability test of the vehicle is the endurance tester visually observed in the vehicle traveling over a certain distance to extract the results It is universal.
따라서, 실차를 이용한 내구성 시험에서 일정거리를 주행한 후 차량의 안보이는 부분을 검사하기 위해서는 차량을 분해하여야 하고, 또한 차량을 주기적으로 검사해야 하는 단점을 가지고 있다.Therefore, in order to inspect an invisible part of the vehicle after driving a certain distance in the durability test using a real vehicle, the vehicle has to be disassembled and the vehicle has to be periodically inspected.
이러한 단점을 극복할 수 있는 방법으로 실시간적으로 손상 및 파손을 감지할 수 있는 비파괴 검사방법이 항공우주 분야에서 사용되고 있으나 이를 자동차에 적용하기에 적절한 방법이 없으며, 기존의 내구 시험장치에서 차량의 각 부위에 설치되어 있는 센서로부터 취득되는 신호를 주파수 분석하는 단순한 신호 처리방법의 경우 정량적인 손상 검출을 어렵게 하는 단점이 있다.In order to overcome this disadvantage, non-destructive inspection method that detects damage and damage in real time is used in aerospace, but there is no suitable method to apply it to automobiles. In the case of a simple signal processing method for frequency analysis of a signal acquired from a sensor installed at a site, there is a disadvantage in that quantitative damage detection is difficult.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 차량의 각 부위(X-MBR, S/ABS, SPRING, ARM, LINK, 차체 등등)에 차량의 내구시험중의 손상 검출에 적합한 압전 세라믹 센서를 부착하고, 부착된 압전 세라믹 센서로부터 취득되는 신호를 웨이블렛 변환을 통해 음향방출신호와 진동신호로의 분리한 다음 음향방출신호의 분석으로 차량의 각 부품들에 대한 정확한 손상 발생의 시점과 파손의 진전 속도 및 최종 파손 모드에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있도록 하며, 이를 기반으로 부품의 정확한 수명 예측과 경량화 설계 수정을 제공하도록 하는 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, the object of which is to detect the damage during the endurance test of the vehicle to each part of the vehicle (X-MBR, S / ABS, SPRING, ARM, LINK, body, etc.) A suitable piezoelectric ceramic sensor is attached, and the signal obtained from the attached piezoelectric ceramic sensor is separated into an acoustic emission signal and a vibration signal through wavelet transform, and the analysis of the acoustic emission signal is used to determine the exact damage of each part of the vehicle. It provides accurate information about the timing and failure propagation rate and the final failure mode, and provides accurate life prediction and light weight design modifications for parts.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 내구 시험장치에 대한 개략적인 구성도.1 is a schematic configuration diagram of an endurance testing apparatus for a vehicle according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 차량 내구 시험에서 검출 신호 처리를 수행하는 일 실시예의 흐름도.2 is a flow diagram of one embodiment for performing detection signal processing in a vehicle endurance test in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 검출 신호 처리 과정에서 음향방출신호 단계별 스케일 결과를 보이는 일 실시예의 파형도.Figure 3 is a waveform diagram of an embodiment showing a scale result of the acoustic emission signal step in the detection signal processing in accordance with the present invention.
도 4는 본 발명에 따라 스펙트럼 분석을 통해 고유 주파수 추출을 수행하는일 실시예의 파형도.4 is a waveform diagram of one embodiment for performing natural frequency extraction through spectral analysis in accordance with the present invention;
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 차량의 각 부위에 설치된 센서로부터 취득되는 신호를 실시간 처리하여 음향방출신호와 진동신호로 분리하는 과정과, 상기 분리된 음향방출신호를 웨이블렛 변환하여 단계별 스케일 신호로 분해하는 과정과, 단계별 스케일로 분해된 신호를 분석하여 임의의 부위에 손상이 있는지를 판단하는 과정과, 임의의 부위에 손상이 있는 것으로 판단되면 각 센서의 도달 시간 차이를 연산한 다음 연산된 결과를 신경 회로망을 통해 분석하여 손상 발생 위치와 해당 부품 및 손상의 크기를 검출하는 과정을 포함한다.The present invention for realizing the above object is a process for real-time processing the signal obtained from the sensor installed in each part of the vehicle to separate the acoustic emission signal and the vibration signal, and the wavelet conversion of the separated acoustic emission signal step by step scale The process of decomposing it into a signal, analyzing the decomposed signal on a step-by-step scale to determine whether there is damage in any part, and if it is determined that there is damage in any part, calculating the difference in arrival time of each sensor and then calculating Analyzing the results through neural networks to detect the location of the damage, the corresponding parts and the size of the damage.
상기에서 분리된 진동신호를 스펙트럼 분석하여 고유 주파수를 추출하는 과정과, 상기 추출된 고유 주파수와 해당 부위에 대한 설정된 고유 주파수를 비교하여 고유 주파수의 변화가 있는지를 검출하는 과정 및, 고유 주파수의 변화가 검출되면 해당 부위에 큰 손상 및 파손이 발생된 것으로 판단하는 과정을 포함한다.Spectral analysis of the separated vibration signal to extract a natural frequency, a process of detecting whether there is a change in natural frequency by comparing the extracted natural frequency with a set natural frequency for a corresponding region, and a change in natural frequency If is detected includes the process of determining that a large damage and breakage occurred in the site.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 차량의 내구성 시험에 필요한 각 부위 즉, X-MBR, S/ABS, SPRING, ARM, LINK, 차체 등등에 설치되어, 내구 시험의 진행에 따라 해당 부위의 변형이나 크랙 등의 손상 발생 정도를 검출하여 그에 대한 정보를 출력하는 센서(10)와, 상기 센서(10)로부터 인가되는 아날로그 신호를 설정된 레벨로 증폭하는 증폭부(20) 및, 증폭되어 인가되는 각 부위에 대한 내구성 시험 정보를 설정된 주파수 단위로 샘플링하여 데이터를 취득하며, 신호의 취득을 실시간적으로 처리하기 위한 프로그램 언어(VISUAL C++, MATLAB, LABVIEW) 등이 설정되고, 취득되는 내구 시험 정보를 웨이블렛 변환(Wavelat Transform)하여 음향방출신호와 진동신호로 분리하며, 분리된 음향방출신호를 웨이블렛 변환하여 스케일 단계별로 신호 분해하여 손상 발생의 위치 및 부품과 손상 발생 크기의 정보를 검출하고, 분리된 진동신호의 스펙트럼 분석을 통해 부품의 손상 및 파손여부를 검출하는 진단장치(30)로 이루어진다.As can be seen in Figure 1 is installed in each part necessary for the durability test of the vehicle, that is, X-MBR, S / ABS, SPRING, ARM, LINK, the vehicle body, etc., the deformation or crack of the corresponding parts as the durability test proceeds The sensor 10 for detecting the degree of damage and outputting the damage information, the amplifying unit 20 for amplifying the analog signal applied from the sensor 10 to a set level, and the amplified parts. Data is acquired by sampling the endurance test information in a set frequency unit, and a programming language (VISUAL C ++, MATLAB, LABVIEW) is set for processing the acquisition of signals in real time, and wavelet transform ( Wavelat Transform) to separate sound emission signal and vibration signal, and wavelet transform the separated sound emission signal to decompose the signal by the scale step. Detecting information of the production and size, it comprises a diagnostic unit 30 for detecting an impairment or damage to the components by spectral analysis of the isolated vibration signal.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에서 각 부위에 설치된 센서에서 취득되는 신호의 처리 과정은 다음과 같다.In the present invention including the functions described above, a signal processing process acquired by the sensor installed at each site is as follows.
내구성 시험을 위한 실차의 각 부위 즉, X-MBR, S/ABS, SPRING, ARM, LINK, 차체 등등에 압전 세라믹 센서(10)를 설치한 다음 실차 주행을 통해 내구성 시험을 진행하게 되면 각 부위에 설치되어 있는 센서(10)는 해당 부위에 대한 변형, 크랙, 파손 발생 등의 정보를 검출하여 증폭기(20)측에 인가하면 증폭기(20)는 인가되는 신호를 설정된 소정의 레벨로 증폭하여 진단장치(30)측에 인가한다.When the piezoelectric ceramic sensor 10 is installed on each part of the vehicle for durability test, that is, X-MBR, S / ABS, SPRING, ARM, LINK, body, etc. When the sensor 10 installed detects information such as deformation, cracks, and breakage of the corresponding part and applies the information to the amplifier 20, the amplifier 20 amplifies the applied signal to a predetermined level and diagnoses the diagnosis device. It is applied to the (30) side.
상기 진단장치(30)내의 도시되지 않은 데이터 취득 보드는 입력되는 센서(10)의 신호를 판독하여 설정된 샘플링 주파수, 바람직하게는 1Mhz로 샘플링하여 각 부위에 대한 내구 시험 신호를 취득하며, VISUAL C++, MATLAB, LABVIEW 등으로 설정되는 실시간 신호 처리 프로그램은 정보의 취득이 실시간적으로 이루어지도록 하여 준다(S101)(S102)(S103).The data acquisition board (not shown) in the diagnostic apparatus 30 reads out the signal of the sensor 10 that is input and samples at the set sampling frequency, preferably 1 MHz, to acquire the endurance test signal for each part, VISUAL C ++, The real-time signal processing program set in MATLAB, LABVIEW, etc. allows the information to be acquired in real time (S101) (S102) (S103).
이후, 실시간으로 취득되는 신호를 웨이블렛 변환하여 음향방출신호와 진동신호로 신호 분리한다(S104)(S105)(S106).Subsequently, the signals acquired in real time are subjected to wavelet conversion, and the signals are separated into acoustic emission signals and vibration signals (S104) (S105) and S106.
상기와 같이 분리된 신호에서 음향방출신호를 웨이블렛 변환하여 단계별 스케일 신호로 분해 한 다음(S107) 이상 검출을 위한 특정 단계의 신호 발생이 있는지를 검출한다(S108).The wavelet transforms the acoustic emission signal from the separated signal as described above, decomposes the scaled signal into stages (S107), and then detects whether there is a signal generation in a specific stage for abnormal detection (S108).
상기에서 특정 단계의 신호 발생이 검출되면 음향방출신호의 각 센서간 도달 시간 차이를 연산하고(S109), 연산된 결과를 신경 회로망을 이용하여 분석하여 손상 발생 위치와 손상이 발생한 부품 및 손상의 크기를 검출한다(S110)(S111).When the signal generation of a specific step is detected in the above step, the difference in arrival time between each sensor of the acoustic emission signal is calculated (S109), and the result of the analysis is analyzed using a neural network, where the damage occurs, the parts where the damage occurs, and the size of the damage. (S110) (S111).
상기와 같이 웨이블렛 변환 후의 단계별 신호로 손상 발생 위치와 손상이 발생한 부품 및 손상의 크기를 검출하는 원리는 다음과 같다.As described above, the principle of detecting the location of the damage, the part where the damage occurred, and the magnitude of the damage by the step-by-step signal after wavelet conversion is as follows.
분석을 위한 임의의 구조물 재료가 정해지면 그 구조물의 파손 모드에 따른 음향방출신호는 일정한 주파수 성분을 갖게 되므로, 웨이블렛 변환후의 단계별 스케일은 도 3과 같이 적어도 3단계로 분해되어 지므로, D1 신호의 발생여부로부터 해당 구조물의 손상 발생 여부를 판단할 수 있게 된다.When an arbitrary structure material for analysis is determined, the acoustic emission signal according to the failure mode of the structure has a constant frequency component, so that the step-by-step scale after wavelet transformation is decomposed into at least three stages as shown in FIG. From this, it is possible to determine whether damage to the structure occurs.
또한, 상기 S104에서 웨이블렛 변환 및 신호 분해를 통해 분리된 진동신호의 성분에 대해서 스펙트럼 분석하여 고유 주파수를 검출한다(S113)(S114).In addition, by analyzing the components of the vibration signal separated by the wavelet transform and signal decomposition in S104 to detect the natural frequency (S113) (S114).
이후, 검출된 고유 주파수를 설정된 해당 부분에 대한 고유 주파수와 비교하여 주파수의 변화가 발생되었는지의 여부를 검출한다(S115).Thereafter, the detected natural frequency is compared with the natural frequency for the corresponding part to detect whether a change in the frequency is generated (S115).
상기에서 고유 주파수의 변화가 발생된 것으로 판단되면 해당 부위에 대하여 큰 손상 및 파손이 발생된 것으로 판단하여 그에 대한 정보를 모니터를 통해 내구 시험 진행자에게 지시하여 준다(S116).If it is determined that a change in the natural frequency has occurred in the above, it is determined that a large damage and breakage has occurred for the corresponding site, and the information about it is instructed to the endurance test facilitator through the monitor (S116).
이는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 구조물의 고유 주파수는 음향방출신호에 비하여 매우 낮은 주파수 영역을 갖고 있으므로, 센서로부터 취득되는 원신호 (PZT)에서 분해되어 고유 주파수를 포함하고 있는 저주파수 신호인 A3 신호를 푸리에 변환하여 고유 주파수로 추출한다.As can be seen in Figure 4, since the natural frequency of the structure has a very low frequency range compared to the acoustic emission signal, A3 is a low frequency signal containing the natural frequency is decomposed from the original signal (PZT) obtained from the sensor Fourier transform the signal to extract the natural frequency.
이후, 기 설정된 각 부분에 대한 고유 주파수와 푸리에 변환을 통해 추출되는 고유 주파수를 비교하여 주파수의 손상으로 감소가 있는 상태이면 해당 부분에 대한 큰 손상 및 파손이 발생된 것으로 판단한다.Then, by comparing the natural frequency for each of the preset portion and the natural frequency extracted through the Fourier transform, if there is a reduction due to the damage of the frequency, it is determined that a large damage and damage to the portion.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 센서로부터 검출되는 신호를 음향방출신호와 진동신호로 분리한 다음 음향방출신호의 단계적 스케일의 분석과 신경망 분석을 통해 차량 부품의 정확한 손상 발생 시점과 진전 속도 및 최종 파손 모드에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있어 내구 시험에 신뢰성이 제공된다.As described above, the present invention separates a signal detected from a sensor into an acoustic emission signal and a vibration signal, and then accurately analyzes the occurrence time, the propagation speed, and the final damage of the vehicle component by analyzing the scale of the acoustic emission signal and the neural network analysis. Accurate information about the mode can be obtained to provide reliability for endurance testing.
또한, 이를 바탕으로 부품의 정확한 수명 예측과 경량화를 위한 설계 수정이 가능하며, 각 부품에 대한 손상 발생의 진전 속도를 예측할 수 있어 주기적으로 수행하여야 하는 내구 시험이 배제된다.In addition, based on this, it is possible to accurately predict the life of the parts and to modify the design to reduce the weight, and to predict the propagation speed of the damage occurrence for each part, thereby eliminating endurance tests that should be performed periodically.
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