KR20080098131A - 스틸밴드를 이용한 캠축 비틀림 진동계측 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠축의 비틀림 진동 계측에 관한 것이며, 그 목적은 축계가 설치되는 환경의 제약을 받지 않으며, 설치제작비용 및 작업공수를 절감할 수 있는 비틀림 계측장치를 제공함에 있다.

본 발명은 캠축의 외면에 감겨진 채 고정되어, 등간격의 천공을 구비하는 밴드와, 이 밴드로부터 근접 배치되어 캠축과 연동 회전하는 천공으로부터 펄스신호를 검출하는 근접센서를 포함하여 이루어진 캠축 비틀림 진동계측 장치에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

축계(shafting system), 비틀림 진동(torsional vibration), 근접센서

Description

스틸밴드를 이용한 캠축 비틀림 진동계측 장치{TORSIONAL VIBRATION MEASUREMENT OF CAMSHAFT USING STEEL BAND}

도 1은 본 발명에 따른 비틀림 진동계측 장치의 구성을 보이는 예시도

도 2는 종래에 사용되고 있는 비틀림 진동계측의 실시예들

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 캠축

(10) : 밴드(band)

(10a) : 천공

(20) : 근접센서

본 발명은 스틸밴드를 이용한 캠축 비틀림 진동계측 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전축의 설치환경에 제약 없이 간단히 설치되어 축계의 비틀림 상태를 정확히 감지할 수 있는 비틀림 진동계측 장치에 관한 것이다.

최근 들어 내연기관의 복잡화를 구현하기 위해 기관 제어를 극대화시키기 위해서는 캠축, 피스톤, 크랭크축 등과 같은 기관 부품의 위치, 방향, 회전수, 부하 등 보다 정확한 정보를 획득하여야 하기 마련이다.

일반적으로, 축계(shafting system)의 비틀림 진동(torsional vibration)을 계측하는 방법에는 크게 스트레인 게이지(strain gauge)와 무선전송장비를 이용한 계측, 레이저 계측기(laser vibrometer)와 반사 테이프(reflecting tape)를 이용한 계측, 기어 또는 엔코더(rotary encoder)의 펄스(pulse)신호를 근접센서(proximity probe)로 검출하고 후처리를 통해 계측하는 방법들이 소개되고 있다.

상기 스트레인게이지와 무선전송장비를 이용한 비틀림 진동계측은, 축계 상에 설치되어 연동하는 스트레인게이지와, 이 스트레인게이지를 통해 검출된 값을 수신하여 무선전송장비로 이루어지는데, 이는 축계의 변동응력(alternating stress)을 직접 계측할 수 있다는 장점이 있으나 가혹한 환경에서의 부정확성은 물론 무엇보다 그 설치비용이 가중되는 문제점이 발생하였다.

아울러, 상기 레이저 계측기를 이용한 비틀림 진동계측은, 축계에 설치되어 연동하는 반사 테이프와, 이 반사 테이프의 변동정도를 감지하는 레이저 계측기로 이루어지는데, 무엇보다 이는 고가의 레이저 계측기를 필요로 한다는 문제점과 함께 특히 윤활유 등 비산물이 많은 가혹한 환경 하에서 반사테이프가 오염되어 정확한 검출값을 획득하기 곤란한 문제점이 발생되었다.

마지막으로, 도 2는 상기 근접센서를 이용하여 축계로부터 펄스신호의 변동을 계측하는 방식의 예들을 도시한 것으로, 이는 축계 상에 설치되어 연동하는 기 어(도 1b도면), 엔코더의 회전에 따른 펄스신호를 검출하는 근접센서를 이용하는 방식(도 1c도면 참조) 등이 있으며, 또한, 이러한 반복된 펄스신호를 이용하기 위한 수단으로 속칭 "얼룩말띠(zebra tape)"라고 불리는 블랙 앤 화이트 띠(black & white tape)를 축계에 설치하여, 반복하여 교번되는 색의 펄스신호를 감지하는 적외선 혹은 레이저센서를 이용하는 방식(도 1a도면 참조)들이 있다.

하지만, 상기 회전하는 기어치의 펄스신호를 이용하는 방식(도 1b도면)은 축계에 연결되어 설치될 수 있어야만 하는 설치 상의 제한이 있었으며, 특히, 상기 블랙 앤 화이트 띠의 경우(도 1a도면)에는 윤활유가 채워진 환경 하에서 축계에 설치될 시에는 비산된 윤활유에 의해 띠의 반복된 색의 구분이 불가능한 문제점이 발생하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 축계가 설치되는 환경의 제약, 즉 축 상에 설치되어 회전영역에 대한 주위 부재로부터 간섭을 배제시키고, 또한 윤활유 등에 의한 감지수단의 오염과 변질을 미연에 배제시킬 수 있는 것이며, 아울러 그 설치제작비용 및 작업공수를 절감할 수 있는 비틀림 계측장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 캠축의 외면에 감겨진 채 고정되어, 등간격의 천공을 구비하는 밴드와, 이 밴드로부터 근접 배치되어 캠축과 연동 회전하는 천공으로부터 펄스신호를 검출하는 근접센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때 상기 밴드는 금속재질로 이루어지며, 상기 근접센서는 마그네틱(magnet) 또는 와전류(eddy current) 타입의 센서인 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 캠축 비틀림 진동계측 장치의 구성을 보이는 개략도로서, 본 발명에 따른 캠축 비틀림 계측 장치는, 피스톤과 연결된 크랭크축 등의 출력으로부터 연동 회전하는 캠축(1)의 외면에 감겨져 고정되며, 그 길이방향을 따라 등간격의 천공(10a)부를 형성하는 밴드(10)와, 이 밴드(10)로부터 근접하게 배치되어 캠축(1)과 연동 회전 시 천공(10a)부의 회전정도를 펄스신호로 감지하는 근접센서(20)로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 밴드(10)의 재질은 금속재질로 하여, 캠축(1) 상에 예컨대 점용접(spot welding)으로 일체화 하며, 이때 금속재질의 밴드(10)에 형성된 천공(10a)부를 감지하기 위한 근접센서(20)는 마그네틱 또는 와전류 타입 센서들로 구성하도록 한다.

이러한 근접센서(20)는, 금속대상물(밴드:10)의 자기, 자계의 변화정도를 감지하는 것으로, 금속 모재까지의 정밀 변위 측정 및 모재 내부의 이상을 감지하는 탐상에 쓰이는 대표적 센서로서, 그 기본원리는 센서 내 코일부에 인가되는 전류의 세기 및 주파수에 비례하여 자기장이 형성되고 그 자기장에 의해 금속대상물의 표면에 와전류가 발생하는데 발생한 와전류에 의해 센서의 코일부에서 발생한 자기장의 방향에 반대 방향의 자기장이 형성되고 결국 센서 코일부의 임피던스의 변화를 초래하고 그 임피던스 변화의 측정으로 센싱하게 되는 구조를 이루게 된다.

이러한 근접센서는 금속대상물, 즉 본 발명에 따른 금속재질의 밴드(10)에 형성된 천공(10a)부의 두께가 1 mm 이하일 경우라 하더라도 정확히 계측할 수 있는 장점을 가지는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 계측장치는 기존의 축 상에 엔코더, 혹은 기어 등을 설치하기 곤란하거나 불가한 경우 적용할 수 있도록 한 것이며, 특히 윤활유로 채워진 상태에서 회전하는 캠축과 같은 경우 비산되거나 고온을 유지하게 되는 윤활유로부터 근접센서(20)의 감지대상이 되는 밴드(10)측 천공(10a)부의 미확인상태나 변질된 상태의 염려를 해소할 수 있는 것이다.

나아가 이러한 구조는 장시간 사용 시, 별다른 유지보수의 추가 작업을 요하지 않은 상태로 지속적인 계측을 수행할 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명에 따른 축 비틀림 계측 장치는, 내연기관에 설치되는 캠축에 국한되는 것이 아니라, 모터, 펌프, 터빈 등 가정용 산업용 회전 구동축의 토크력을 측정하는 많은 응용분야에 적용 가능할 것으로 여겨진다.

상술한 바와 같이 본 발명은 계측 대상이 되는 축의 회전에 따른 설치 간섭에 영향을 받지 않으며, 특히 윤활유로 채워진 상태의 캠축에서와 같이 비산되거나 고온상태를 유지하게 되는 윤활유로부터 감지수단이 오염되거나 변질되는 염려를 해소함으로서, 별다른 유지보수 없이 지속적인 정밀 계측이 가능한 것이다.

또한, 저렴한 감지수단과 간단한 설치작업을 통해, 작업공수 및 제작비를 절감할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 캠축의 외면에 감겨진 채 고정되어, 등간격의 천공을 구비하는 밴드와, 이 밴드로부터 근접 배치되어 캠축과 연동 회전하는 천공으로부터 펄스신호를 검출하는 근접센서를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 캠축 비틀림 진동계측 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 밴드는 금속재질로 이루어지며, 상기 근접센서는 마그네틱 또는 와전류 타입 센서들 중, 선택되어 설치 구성됨을 특징으로 하는 캠축 비틀림 진동계측 장치.

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