KR20080053620A - Transmission shaft crack detecting system - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 변속기 샤프트 균열 측정 장치의 구성도1 is a block diagram of a transmission shaft crack measuring apparatus according to the present invention
도 2 (가) 내지 (다)는 기준 대상 변속기 샤프트에 대한 진동 선도2 (a) to (c) are vibration diagrams for the reference target transmission shaft
도 3 (가),(나)는 변속기 샤프트의 완성품과 크랙(Crack)된 변속기 샤프트에 대한 진동 선도 Figure 3 (a), (b) is a vibration diagram for the finished product and the cracked transmission shaft of the transmission shaft
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1 : 제어기 2 : 신호처리 모듈1
3 : A/D 컨버터 4 : 신호 처리기3: A / D converter 4: signal processor
5 : 가속 센서 6 : 임펙트 해머5: acceleration sensor 6: impact hammer
W : 변속기 샤프트W: transmission shaft
Wa,Wb,Wc,Wd : 기준 대상 변속기 샤프트Wa, Wb, Wc, Wd: Reference target transmission shaft
We : 크랙 변속기 샤프트We: Crack Transmission Shaft
본 발명은 변속기 샤프트 균열 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 변속기 샤프트의 고유 진동수 및 진동 모드에 대한 동적 특성을 이용한 변속기 샤프트 균열 측정 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a transmission shaft crack measurement apparatus, and more particularly to a transmission shaft crack measurement apparatus using the dynamic characteristics of the natural frequency and vibration mode of the transmission shaft.
일반적으로 차량의 변속기는 엔진에서 발생된 구동력을 적절히 변속하면서 차량을 주행할 수 있게 한다.In general, the transmission of the vehicle enables the vehicle to travel while appropriately shifting the driving force generated in the engine.
이와 같은 변속기는 운전자가 직접 변속단수를 변경하는 수동 변속기나, 클러치작용과 트랜스미션의 작용을 자동적으로 하는 것으로 자동 변속기로 크게 구별되며, 통상 변속 단에 맞는 회전수를 갖는 기어의 조합으로 이루어지면서 기어를 고정해 함께 회전하는 축인 변속기 샤프트(Shaft)를 갖추게 된다.Such a transmission is classified into a manual transmission in which the driver directly changes the shift speed, or an automatic transmission in which the clutch action and the transmission action are automatically performed, and is generally composed of a combination of gears having a rotational speed suitable for the shift speed. It has a transmission shaft, which is an axis that rotates together.
이러한 변속기 샤프트는 기어와 함께 고속 회전하는 특성상 내구성이 뛰어나고 충분한 강성을 갖추어야 만 해 통상, 가공 공정 상 열처리를 필히 수반하게 된다.Such a transmission shaft has to be durable and have sufficient rigidity due to its high-speed rotation with the gear, and usually involves heat treatment in a machining process.
일례로, 변속기 샤프트의 제조 공정은 열간 단조 한 원 재료를 선삭가공을 통해 전체적인 형태를 갖춘 후, 다시 열전 가공을 하여 원하는 형태로 가공 한 다음 다시 열처리를 수행한 후, 이어 열후 가공을 통해 정밀한 형태의 변속기 샤프트를 완성하게 된다.For example, the manufacturing process of the transmission shaft has the overall shape of the hot forged raw material by turning, then thermoelectric processing to the desired shape and then heat treatment again, followed by a precise post-processing To complete the transmission shaft.
이와 같이 복잡하면서 다중의 열처리를 거쳐 가공 제조되는 변속기 샤프트는, 무엇보다도 변속기의 고속 회전과 더불어 기어간 맞물림에 따른 충격과 피로에 대해 그 내구성이 유지될 수 있는 강성을 갖추는 것이 요구되므로, 가공 완료된 변속기 샤프트에 균열(Crack)이 존재할 경우 치명적인 문제를 가져오게 된다.The transmission shaft manufactured through such a complex and multiple heat treatment is required to have a rigidity that can maintain its durability against impact and fatigue caused by inter-gear gears as well as high-speed rotation of the transmission. The presence of cracks in the transmission shaft presents a fatal problem.
이에 따라 가공 완료된 변속기 샤프트는 반드시 내부 균열에 대한 검사를 거 친 후, 검사를 통과한 변속기 샤프트 만 변속기에 적용되는 과정을 거치게 된다.Accordingly, the processed transmission shaft must be inspected for internal cracking, and only the transmission shaft passed the inspection is applied to the transmission.
일례로, 육안으로 검사가 불가능한 균열의 특성상 AE(Acoustic Emission) 신호 감지법을 사용하는데, 이는 변속기 샤프트에 큰 힘을 가하여 형상을 변형 시켜 내부에 형성된 균열의 진전을 유도한 후, 내부에서 진전되는 균열이 발생하는 고 주파수를 음향 신호로 전환해 균열 형성 여부를 판단하게 된다.For example, AE (Acoustic Emission) signal detection method is used due to the nature of cracks that cannot be inspected by the naked eye. This method induces the growth of cracks formed inside by deforming the shape by applying a large force to the transmission shaft. The high frequency at which the crack occurs is converted into an acoustic signal to determine whether the crack is formed.
그러나, 이러한 AE(Acoustic Emission) 신호 감지법은 무엇보다도 변속기 샤프트를 변형시킬 정도의 큰 힘을 가한 후 내부에서 발생되는 음향 주파수를 이용함에 따라, 통상적으로 현장에서 이루어지는 검사에 대한 신뢰성이 낮은 즉, 현장에서 발생되는 기계등의 다양한 소음으로 인해 검사 결과에 대한 신뢰성이 저하되는 한계가 있게 된다.However, this AE (Acoustic Emission) signal detection method uses the acoustic frequency generated internally after applying a force large enough to deform the transmission shaft, among other things, it is usually less reliable for the inspection in the field, Due to various noises such as machines generated in the field, there is a limit that the reliability of the inspection results is degraded.
이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 것으로, 적은 충격을 가하여 발생되는 변속기 샤프트 고유 진동수 파형의 균열에 따른 변화를 이용하여 내부 균열(Crack)여부를 판단하게 되므로, 변속기 샤프트 내부의 균열을 검사해 검사 장치 주위에서 발생되는 소음에 영향을 받지 않으면서 검사 결과에 대한 신뢰성을 높이도록 함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above, and it is determined whether or not an internal crack is made by using a change according to the crack of the transmission shaft natural frequency waveform generated by applying a small impact, so that the crack inside the transmission shaft is determined. The purpose of this test is to increase the reliability of the test results without being affected by the noise generated around the test equipment.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 변속기 샤프트 균열 측정장치가 변속기 샤프트에서 발생되는 진동수 주파수를 입력받아 분석하는 프로그램이 내장된 제어기와; The present invention for achieving the above object, the transmission shaft crack measuring device is a controller with a program for receiving the frequency frequency generated in the transmission shaft to analyze the input;
전송된 진동 주파수 신호를 입력받아 스피커를 통해 증폭하면서 가진 처리하는 신호 처리기와, 상기 신호 처리기에서 처리된 신호를 변환해 제어기로 전송하는 A/D 컨버터로 이루어진 신호처리 모듈;A signal processing module comprising a signal processor for receiving and amplifying the transmitted vibration frequency signal through a speaker, and an A / D converter for converting the signal processed by the signal processor and transmitting the converted signal to a controller;
변속기 샤프트에서 발생되는 진동수 주파수를 모아 신호처리 모듈로 전송하는 가속 센서 및;An acceleration sensor which collects the frequency frequencies generated from the transmission shaft and transmits them to the signal processing module;
변속기 샤프트에 충격을 가해 진동을 발생시키는 임펙트 해머;An impact hammer for generating vibration by impacting the transmission shaft;
로 구성되어진 변속기 샤프트 균열 측정장치.Transmission shaft crack measuring device.
그리고, 상기 가속 센서는 변속기 샤프트에 가해진 충격을 통해 발생되는 내부 진동을 검출해 모아주도록, 변속기 샤프트상에 설치되어진다.The acceleration sensor is installed on the transmission shaft so as to detect and collect internal vibration generated through the impact applied to the transmission shaft.
또한, 상기 제어기를 통한 변속기 샤프트의 균열 판단은, 특정 형상과 길이등을 갖는 가공 중인 변속기 샤프트에 대해 선삭과 열전 가공 및 열처리 단계 후 고유 진동수 파형을 얻고, 최종 완성된 변속기 샤프트에 대한 고유 진동수 파형을 얻은 다음, 이들을 분석한 기준 고유 진동수 파형을 결정한 후, In addition, crack determination of the transmission shaft through the controller is obtained for the natural frequency waveform after the turning, thermoelectric processing and heat treatment step for the transmission shaft having a specific shape and length, and the like, the natural frequency waveform for the final transmission shaft And then determine the reference natural frequency waveform from which they are analyzed.
기준 고유 진동수 갖는 변속기 샤프트와 동일하게 가공 완료된 변속기 샤프트에서 발생되는 고유 진동수 파형과의 차이를 비교 분석해, By comparing and analyzing the difference with the natural frequency waveform generated in the processed transmission shaft in the same way as the transmission shaft having a reference natural frequency,
검사된 변속기 샤프트에 대한 균열 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 한다.It is characterized by determining whether or not cracks on the inspected transmission shaft.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 변속기 샤프트 균열 측정 장치의 구성도를 도시한 것인바, 본 발명은 변속기 샤프트 균열 측정 장치가 변속기 샤프트(W)에서 발생되는 진동수 주파수를 입력받아 분석하는 프로그램이 내장된 제어기(1)와, 변속기 샤프트(W)에서 발생되는 진동수 주파수를 신호 처리하여 제어기(1)로 전송하는 신호처리 모듈(2), 변속기 샤프트(W)에서 발생되는 진동수 주파수를 모아 신호처리 모듈(2)로 전송하는 가속 센서(5) 및 변속기 샤프트(W)에 충격을 가해 진동을 발생시키는 임펙트 해머(6)로 구성되어진다.Figure 1 shows a block diagram of the transmission shaft crack measuring apparatus according to the present invention, the present invention is a controller in which the transmission shaft crack measuring device is a program that receives a frequency frequency generated in the transmission shaft (W) to analyze the built-in controller (1), a signal processing module (2) for signal processing and transmitting the frequency frequency generated in the transmission shaft (W) to the controller (1), and a signal processing module (2) by collecting the frequency frequencies generated in the transmission shaft (W). It is composed of an impact hammer (6) for generating vibration by applying an impact to the acceleration sensor (5) and the transmission shaft (W) to be transmitted to.
여기서, 상기 제어기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 노트 북 컴퓨터로 표현되었지만, 현장 라인에 적용될 때는 현장 상황에 따라 적절한 컴퓨터를 사용하게 된다.Here, the
또한, 상기 신호처리 모듈(2)은 전송된 진동 주파수 신호를 입력받아 스피커를 통해 증폭하면서 가진 처리하는 신호 처리기(4)와, 상기 신호 처리기(4)에서 처리된 신호를 변환하는 A/D 컨버터(3)로 구성되어진다.In addition, the
그리고, 상기 가속 센서(5)는 변속기 샤프트(W)에 가해진 충격을 통해 발생되는 내부 진동을 검출해 모아주도록, 변속기 샤프트(W)상에 설치되어진다. The
또한, 상기 임펙트 해머(6)는 변속기 샤프트(W)에 충격을 가해 진동을 발생시키는 도구로서, 충격을 가할 때 변속기 샤프트(W)에 손상을 주지 않도록 플래스틱(Plastic)과 같은 재질로 이루어진다. In addition, the impact hammer (6) is a tool for generating vibration by applying an impact to the transmission shaft (W), it is made of a material such as plastic (Plastic) so as not to damage the transmission shaft (W) when the impact.
이하 본 발명의 작동을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 변속기 샤프트 균열 측정 장치는 물체가 갖는 고유 진동수의 변화를 이용하여 내부의 균열(Crack)을 검출하는 고유 진동수 측정 방식을 이용하는, 즉 내부 균열 여부에 대한 검사를 하는 변속기 샤프트를 변형시키지 않고서 균열 여부에 따라 발생되는 고유 진동수의 주파수 차를 비교 분석함에 따라, 주변에 대한 영향을 받지 않으면서 검사 결과에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 특징이 있게 된다.The transmission shaft crack measuring apparatus of the present invention uses a natural frequency measuring method that detects an internal crack by using a change in natural frequency of an object, that is, without deforming the transmission shaft that inspects whether there is an internal crack. As a result of comparing and analyzing the frequency difference of natural frequencies generated by cracking, there is a feature that can increase the reliability of the test results without being influenced by the surroundings.
이를 위해 본원 발명의 변속기 샤프트 균열 측정 장치는 도 1에 도시된 바와 같이(도 1은 현장 라인에 적용하지 않은 상태로서, 그 검사 방식은 동일하게 적용됨), 양쪽 끝이 지지된 변속기 샤프트(W)에 임펙트 해머(6)로 충격을 가하게 되면, 상기 변속기 샤프트(W)내부에서 발생되는 진동이 가속 센서(5)를 통해 신호처리 모듈(2)로 모아진 후, 상기 신호처리 모듈(2)에서 증폭 및 가진 처리해 제어기(1)로 보내지게 된다.To this end, the transmission shaft crack measuring apparatus of the present invention is shown in Fig. 1 (Fig. 1 is not applied to the field line, the same inspection method is applied), both ends of the transmission shaft (W) When an impact is applied to the
이어, 충격이 가해진 변속기 샤프트(W)내부에서 발생된 진동 주파수를 입력받은 제어기(1)는 내장된 프로그램을 통해, 변속기 샤프트의 기준 진동 주파수와 측정된 변속기 샤프트(W)의 측정 진동 주파수를 비교 분석하게 되고, 기준 진동 주파수와 측정 진동 주파수가 차이가 나면서 균열이 있는 경우와 유사한 패턴을 갖는 경우, 해당 변속기 샤프트(W)에 균열이 발생한 것으로 처리하게 된다.Subsequently, the
이때, 변속기 샤프트(W)의 불량 판단 시는 제어기(1)에서 작업자에게 경고음을 발송하거나, 해당 변속기 샤프트(W)를 검사 장치 상에서 이탈 시켜주게 되며, 이는 현장 라인에서 적용되는 일반적인 구성을 이용하게 된다.At this time, when a failure of the transmission shaft (W) is determined, the
이와 같은 변속기 샤프트(W)의 균열 여부를 판단하기 위한 기준 진동 수 선정은, 변속기 샤프트의 가공 단계를 따라 반복적으로 고유 진동수를 측정하면서 각 단계마다 진동 주파수를 분석한 후, 균열등이 없는 완전한 변속기 샤프트이 진동 주파수 파형을 얻어 고유 진동 주파수로 선정하게 된다.The reference frequency selection for determining whether or not the transmission shaft (W) is cracked, after analyzing the vibration frequency for each step while repeatedly measuring the natural frequency along the machining step of the transmission shaft, and then complete transmission without cracks The shaft acquires a vibration frequency waveform and selects it as the natural vibration frequency.
즉, 가공단계 중인 변속기 샤프트에 대한 고유 진동수 분석과, 최종 완성된 변속기 샤프트에 대한 고유 진동수 분석을 통해, 특정 형상과 길이등을 갖는 변속기 샤프트에 대한 기준 고유 진동수 파형을 얻은 후, 동일 사양의 변속기 샤프트에서 발생되는 고유 진동수 파형과의 차이를 비교 분석하는 방식을 이용하며, 이에 대한 알고리즘과 정보는 제어기(1)내에 저장되어진다.That is, through the natural frequency analysis of the transmission shaft in the processing stage and the natural frequency analysis of the final transmission shaft, the reference natural frequency waveform for the transmission shaft having a specific shape and length, etc. is obtained, and then the transmission of the same specification A method of comparing and analyzing the difference with the natural frequency waveform generated in the shaft is used. Algorithms and information on this are stored in the
예를 들어 변속기 샤프트의 가공 단계 중 선삭 가공과 열전 가공 및 열처리 단계마다 즉, 도 2(가)에 도시된 바와 같이 열간 단조 한 원 재료를 선삭 가공한 후, 제어기(1)와 신호처리 모듈(2) 및 가속 센서(5) 및 임펙트 해머(6)등을 이용하여, 선삭 가공된 기준 대상 변속기 샤프트(Wa)가 갖는 고유 진동수 파형과, 도 2(나)에 도시된 바와 같이 열전 가공 완료된 기준 대상 변속기 샤프트(Wb)가 갖는 고유 진동수 파형 및, 도 2(다)에 도시된 바와 같이 열처리 완료된 기준 대상 변속기 샤프트(Wc)가 갖는 고유 진동수 파형을 얻게 된다.For example, after turning the turning, thermoelectric and heat treatment steps of the transmission shaft, that is, the hot forged raw material as shown in FIG. 2 (a), the
이어 이와 같이 선삭과 열전 가공 및 열처리 후 최종 가공 완료된 기준 대상 변속기 샤프트(Wd)에 대해서도, 도 3(가)에 도시된 바와 같이 고유 진동수 파형을 얻은 다음, 각 단계마다 얻어진 파형과 비교 분석해 최종적인 기준 고유 진동수 파형을 결정하게 된다.Subsequently, the reference target transmission shaft Wd after turning, thermoelectric processing, and heat treatment, as shown in FIG. 3 (a), was obtained with a natural frequency waveform, and then compared with the waveform obtained at each step to be finally analyzed. The reference natural frequency waveform is determined.
이어, 기준 대상 변속기 샤프트와 동일한 사양을 갖는 변속기 샤프트(W)에 대해, 제어기(1)와 신호처리 모듈(2) 및 가속 센서(5) 및 임펙트 해머(6)등을 이용하여 전술한 방법으로 고유 진동수 파형을 얻은 다음, 도 3(나)에 도시된 바와 같이 제어기(1)를 통해 최종적인 기준 고유 진동수 파형과 측정된 고유 진동수 파형을 비교 분석해, 파형간의 차이를 통하여 크랙 변속기 샤프트(We)를 검출하게 된다. Subsequently, the transmission shaft W having the same specifications as the reference target transmission shaft, using the
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 기준 변속기 샤프트가 갖는 고유 진동수 측정 방식을 통해 즉, 기준 변속기 샤프트와 동일한 사양을 갖는 변속기 샤프트에 대한 진동 주파수 파형 변화를 비교 분석해 내부의 균열(Crack)을 검출하므로, 검사를 하는 변속기 샤프트를 변형시키지 않음은 물론 검사 결과가 주변 영향을 받지 않아 검사 결과 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있게 된다.As described above, according to the present invention, the internal frequency is detected through the natural frequency measurement method of the reference transmission shaft, that is, the vibration frequency waveform change of the transmission shaft having the same specifications as the reference transmission shaft is analyzed to detect internal cracks. As a result, the transmission shaft is not deformed and the inspection results are not affected by the surroundings, thereby increasing the reliability of the inspection results.
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