KR20090126484A

KR20090126484A - 진동신호를 이용한 엔진 조립불량 검출방법 및진동측정장치

Info

Publication number: KR20090126484A
Application number: KR1020080052582A
Authority: KR
Inventors: 이태휘; 이상욱
Original assignee: 주식회사 사이로직
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-09
Also published as: KR100997897B1

Abstract

본원발명은 엔진을 구동시키는 구동단계와, 진동측정장치를 이용하여 상기 엔진의 진동신호를 수집하는 진동측정단계와, 상기 진동측정단계를 통해 수집된 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호변환단계와, 상기 변환된 신호를 분석하는 분석단계와, 상기 분석단계를 거쳐 수집된 데이터를 신경망을 이용한 패턴분류를 통해 불량여부를 판단하는 검출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법에 관한 것이다.

엔진(Engine), 진동, 불량검출, 포락선분석법, 가속도센서 모듈

Description

진동신호를 이용한 엔진 조립불량 검출방법 및 진동측정장치{Engine Assembly Inspection System using Acceration Signals and a Device measuring the Signals}

어떤 입자나 물체의 위치 혹은 장(場)이나 전류의 방향, 세기 따위의 물리량이 정하여진 범위에서 주기적으로 변화하는 현상을 진동이라고 하고, 1초 동안 진동하는 횟수를 주파수라 한다.

진동은 하나의 주파수성분으로 구성되는 경우도 있으나 동시에 발생 되는 복수 주파수성분으로 구성되는 경우가 보다 일반적이다.

따라서 복수의 주파수성분으로 구성되는 진동신호는 동시에 발생 되는 많은 주파수 성분들로 구성되어 있기 때문에 진폭-시간과의 관계에서 어떤 진동신호가 어느 정도의 세기로 발생 되는지를 알 수 없고, 그러한 진동신호를 구성하는 각각의 주파수성분들을 분리하는 것을 주파수분석이라고 한다.

한편 대부분의 기계는 작동시 기계를 구성하는 성분들이 유발하는 진동신호를 발생시킨다. 따라서 기계를 작동시켜 그 진동을 측정한 뒤 진동에 포함된 주파수를 분석하면 기계 각 부분이 기계의 작동과 관련하여 발생시키는 특유의 주파수성분을 찾아낼 수 있게 되고, 이를 양품인 기계장치가 가지는 주파수성분과 비교하 여 해당장치의 불량 여부를 판단가능하게 된다.

실린더 속에 연료를 집어넣고 상기 연료의 연소를 통해 폭발하면서 발생 되는 가스의 팽창력으로 피스톤을 움직이게 하는 기관을 통상 엔진이라고 부른다.

상기 엔진은 내연기관이 운동할 수 있는 에너지를 출력하는 가장 핵심적인 구성으로 내연기관의 생산에 있어서 엔진의 조립불량의 검사는 필수적 요소라 하겠다.

엔진 조립불량의 원인은 수없이 다양하나 조립불량을 알 수 있는 대표적인 징후는 엔진구동시 부조(진동)와 이음(소음)이 동반된다는 것이다. 따라서 종래 엔진 검사라인에서는 숙련된 작업자가 완성된 엔진을 구동시키고, 구동엔진에서 발견되는 떨림을 촉감으로 느끼거나 이음을 귀로 감지하여 엔진의 조립불량을 검출하는 방법으로 엔진의 조립불량을 검출하였다.

그러나 소음은 감성적인 부분이므로 진동의 RMS 레벨이 높더라도 이음이 없으면 양품으로 생각하는 경향이 있고, 전체적인 진동레벨은 작다고 하더라도 이음이 섞여 있으면 불량으로 판정하는 경향이 있어 엔진의 조립불량 판별의 정확성이 떨어지는 문제가 있었다.

또한 작업현장의 소음으로 이음의 발견이 용이하지 않은 문제가 있었고, 무엇보다 작업자의 경험에 엔진 조립불량 판별을 의존한다는 점에서 교육기간, 교육비용 및 인건비가 증가하는 문제가 있었다.

또 종래 엔진 조립불량 검출방법은 엔진의 진동신호를 측정하기 위해 엔진을 구동하는 방식이 연료 주입을 통한 엔진가동이므로 유류비의 부담이 크고, 엔진 조립불량검사 싸이클 타임이 증가하며, 생산라인의 화재 위험이 상존하는 문제가 있었다.

본원발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로,

본원발명의 목적은 진동신호를 이용한 엔진 조립불량 검출방법을 제공하여 엔진불량을 정확하게 검출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

본원발명의 다른 목적은 유류비를 없애고, 생산라인의 화재위험을 제거할 수 있는 엔진 조립불량 검출방법을 제공하는 것이다.

본원발명의 또 다른 목적은 엔진의 속도구간별로 진동신호를 측정하여, 속도구간별로 엔진의 조립불량을 검출할 수 있는 조립불량 검출방법을 제공하는 것이다.

본원발명의 또 다른 목적은 엔진 조립불량 검출에 요구되는 싸이클 타임을 개선할 수 있는 엔진 조립불량 검출방법을 제공하는 것이다.

본원발명의 또 다른 목적은 엔진 조립불량 검출방법에 사용되는 진동측정을 위한 장치를 제공하는 것이다.

상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위해 본원발명 엔진 조립불량 검출방법은 다음과 같은 구성을 포함한다.

본원발명의 일 실시예에 의하면, 본원발명 진동신호를 이용한 엔진 조립불량 검출방법은 엔진을 구동시키는 구동단계와, 진동측정장치를 이용하여 상기 엔진의 진동신호를 수집하는 진동측정단계와, 상기 진동측정단계를 통해 수집된 신호를 디 지털 신호로 변환하는 신호변환단계와, 상기 변환된 신호를 분석하는 분석단계와, 상기 분석단계를 거쳐 수집된 데이터를 신경망을 이용한 패턴분류를 통해 불량여부를 판단하는 검출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 분석단계는 상기 디지털변환 신호가 밴드패스필터를 거치게 하는 단계와, 상기 밴드패스필터를 거친 신호의 절대값을 취하는 단계와, 상기 절대값 신호를 로우패스필터에 통과시키는 단계를 포함하는 포락선분석을 통해 주파수영역 분석하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 구동단계는 상기 엔진을 구동시키는 모터를 엔진의 외부에 연결시키는 모터연결단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 모터연결단계는 상기 모터와 유니버셜조인트를 연결하는 유니버셜조인트 연결단계와, 상기 유니버셜조인트와 엔진을 연결하기 위한 이송단계를 포함하여 상기 모터와 엔진의 미스얼라인먼트에 의한 진동을 제거할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 구동단계는 엔진에 연결된 상기 모터의 회전수를 변화시키는 모터제어단계를 추가로 포함하여 상기 모터의 회전수 변화를 제어함으로써 엔진이 구동되는 속도구간별로 진동신호를 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 엔진 조립불량 검출방법은 상기 검출단계를 통해 얻어진 불량여부 및 불량유형의 정보를 작업자가 확인 가능하도록 표시단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 엔진 조립불량 검출방법은 상기 이송단계에서 상기 유니버셜조인트와 엔진과의 연결을 지시하고, 상기 유니버셜조인트와 엔진의 연결이 이루어지지 않은 경우에 상기 모터와 엔진의 연결을 재시도하도록 지시하는 중앙제어단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 엔진 조립불량 검출방법은 상기 모터제어단계가 모터의 회전수를 변화시키도록 지시하고, 상기 지시에 의하여 변화된 모터의 회전수를 확인하여 송출하도록 제어하는 중앙제어단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 진동측정장치는 외관을 형성하는 중공 원통형상의 하우징과, 상기 하우징의 내부에서 피스톤운동 가능한 프로브와, 상기 프로브의 말단에 형성되어 엔진에 압착가능한 실리콘부와, 진동을 측정하는 가속도센서를 포함하는 가속도센서모듈과, 상기 가속도센서모듈을 이송 및 구동시키는 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 진동측정장치는 상기 프로브와 하우징과의 간섭을 최소화시키기 위해 상기 하우징 내부에 위치하면서 프로브 외주면에 접하는 부시를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 진동측정장치는 상기 프로브가 하우징의 내부에서 피스톤운동을 할 때 복원력을 제공할 수 있는 탄성부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기의 구성과 결합관계에 의하여 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본원발명은 진동신호를 이용한 엔진 조립불량 검출방법을 제공하여 엔진불량을 정확하게 검출할 수 있는 방법을 제공하는 효과를 도모할 수 있다.

본원발명은 유류비를 없애고, 생산라인의 화재위험을 제거할 수 있는 엔진 조립불량 검출방법을 제공하는 효과를 도모할 수 있다.

본원발명은 엔진의 속도구간별로 진동신호를 측정하여, 속도구간별로 엔진의 조립불량을 검출할 수 있는 조립불량 검출방법을 제공하는 효과를 도모할 수 있다.

본원발명은 엔진 조립불량 검출에 요구되는 싸이클 타임을 개선할 수 있는 엔진 조립불량 검출방법을 제공하는 효과를 도모할 수 있다.

본원발명은 엔진 조립불량 검출방법에 사용되는 진동측정을 위한 장치를 제공하는 효과를 도모할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본원발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 특히 이하에 기술될 구성, 방법 기타의 실시예는 실시에 필요한 구성의 설명을 위한 것 일뿐 본원발명의 권리범위를 한정하기 위함은 아니다.

도1은 본원발명 엔진 조립불량 검출방법의 절차도이고, 도2는 구동단계를 보여주는 개념도이며, 도3은 진동측정장치의 개념도이다.

도4는 분석단계 및 검출단계의 개념도이고, 도5는 포락선분석 과정을 보여주는 도면이다.

도6은 신경망의 구조를 도시한 개념도이며, 도7은 본원발명의 일 실시예에 따른 엔진의 구동패턴을 보여주는 도면이다.

도8은 일반적 주파수분석과 포락선분석을 이용한 주파수분석의 결과를 나타내는 도면이다.

도1을 참고하여, 본원발명 엔진조립불량 검출방법(1)은 구동단계(10)와, 진동측정단계(20)와, 증폭단계(30)와, 신호변환단계(40)와, 분석단계(50)와, 검출단계(60)와, 중앙제어단계(70) 및 표시단계(80)를 포함한다.

상기 구동단계(10)는 조립라인에서 생산되는 엔진의 불량여부를 판정하기 위해 엔진을 구동하는 단계로 본원발명은 모터를 이용하여 엔진을 구동시키는 것을 특징으로 하고, 모터연결단계(11)와 모터제어단계(13)를 포함한다.

상기 모터연결단계(11)는 엔진의 구동을 위한 모터를 엔진의 외부에서 엔진에 연결하는 단계로 유니버셜조인트 연결단계(111)와 이송단계(113)를 포함한다.

상기 유니버셜조인트 연결단계(111)와 이송단계(113)에 필요한 구성을 도2를 참고하여 살펴보면, 엔진구동을 위한 모터(100)와, 모터를 이송하는 이송장치(200)와, 유니버셜조인트(300)와, 구동축(400)과, 엔진(500) 및 엔진을 운반하는 컨베이 어벨트(600)를 포함한다.

상기 모터(100)는 모터에서 발생하는 회전력을 엔진에 전달하는 구성으로 엔진을 구동시와 같은 상태로 만드는 구성이고, 엔진을 구동할 수 있는 용량의 모터이면 충분하다. 상기 이송장치(200)는 상기 모터(100)를 용이하게 이동시키는 구성으로, 검사대상 엔진(500)에 상기 모터의 연결을 용이하게 하는 다양한 구조의 이송장치가 가능한바 바람직하게는 모터가 상부에 안착가능한 틀과, 상기 틀의 하부에 바퀴와 같은 구름 수단을 포함하여 형성되면 충분하다.

상기 유니버셜조인트(300)는 일측이 상기 모터의 회전축에 연결되고, 타측은 후술할 엔진의 구동축(400)과 연결되는 구성이다. 상기 유니버셜조인트는 주동축과 종동축의 중심이 일치하지 않는 경우에도 동력을 전달가능한 구성으로 당업자에게 있어서 자명한 구성일 뿐 아니라, 당업자가 선택가능한 상용품이 다수 존재하는바 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 상기 구동축(400)은 일측이 상기 유니버셜조인트와 연결되고, 타측은 검사대상 엔진에 연결하는 구성이다. 따라서 상기 모터의 출력은 유니버셜조인트와 구동축을 거쳐 엔진에 전달되고, 상술한 기능을 발휘할 수 있는 구성이라면 다양한 형태의 구동축을 채택가능한바 그 자세한 형상에 관한 설명은 생략한다.

한편 상기 유니버셜조인트 연결단계(111)는 엔진(500)의 외부에 설치되는 모터(100)의 회전축에 유니버셜조인트(300)를 연결하는 단계로서, 모터(100)의 회전축과 엔진(500)의 회전축에 연결되는 구동축(400)의 중심이 일치하지 않는 경우 발생 될 수 있는 진동을 제거하기 위한 단계이다. 따라서 본원발명 엔진 조립불량 검 출방법은 구동단계에서 발생가능한 불필요한 진동유발요소를 제거함으로써 더욱 정확한 조립불량검출을 도모할 수 있게 된다.

상기 이송단계(113)는 상기 유니버셜조인트 연결단계(111)를 거친 모터(100)를 구동축(400)을 통해 엔진(500)과 결합시키기 위해 이송하는 단계이다. 상기 이송단계(113)는 후술할 중앙제어단계(70)와 연동하여 자동으로 개시될 수 있고, 만약 이송단계를 통해 모터와 엔진의 연결에 실패할 경우 상기 중앙제어단계(70)의 지시에 의해 재결합을 시도할 수 있으므로 엔진의 조립불량 검사 싸이클타임을 줄일 수 있게 된다.

도1을 참고하여, 상기 모터제어단계(13)는 상기 구동단계(10)에서 모터의 구동을 ON/OFF 시킬 뿐만 아니라, 상기 모터의 회전수를 제어할 수 있는 단계이다. 상기 모터제어단계(13)는 후술할 중앙제어단계(70)의 지시에 따라 모터의 ON/OFF 및 회전수를 변화시킬 수 있으므로 엔진의 속도구간별로 진동신호의 측정이 가능해지는데, 이는 본원발명 진동신호를 이용한 엔진 조립불량 검사방법이 엔진의 저속운전 내지 고속운전에서만 발견 가능한 불량도 검출할 수 있게 하는 효과를 가지게 한다.

상기 진동측정단계(20)는 소정의 진동측정장치를 이용하여 엔진의 구동시 발생하는 진동신호를 측정하는 단계이고, 검사대상 엔진(500)의 외주면에 상기 진동측정장치를 밀착시켜 진동신호를 얻게 된다. 한편 상기 진동측정장치의 위치는 진동신호의 측정을 통해 검출하고자 하는 불량의 유형에 따라 사용자의 선택이 가능하고, 상기 진동측정장치의 수도 필요에 따라 다수의 측정장치를 사용할 수 있음은 당연하다.

도3을 참고하여, 본원발명의 일 실시예에 따르면, 진동측정단계(20)에 사용되는 진동측정장치(21)는 가속도센서모듈(21a)과 엑츄에이터(21b)를 포함한다.

상기 가속도센서모듈(21a)은 외관을 형성하는 하우징(211)과, 상기 하우징 내부에서 피스톤 운동가능한 프로브(212)와, 상기 프로브의 말단에 형성되어 엔진에 접하는 실리콘부(213)와, 상기 실리콘부의 내부에 위치하는 가속도센서(214)와, 상기 가속도센서에 연결되어 상기 프로브 및 하우징을 관통하는 케이블(215)과, 상기 프로브의 외주면을 감싸는 부시(216)와, 상기 프로브의 상부에 위치하는 스프링(217)을 포함한다.

상기 하우징(211)은 내부에 후술할 프로브가 피스톤 운동가능한 공간이 형성된 기둥형상으로, 상기 하우징의 상하측면에는 프로브수용홀(2111)과 케이블관통홀(2113)을 각각 포함한다. 상기 프로브수용홀(2111)은 후술할 프로브(212)의 바디(2123)가 삽입되는 구멍이고, 상기 케이블관통홀(2113)은 후술할 케이블(215)이 하우징을 관통하는 구멍이다.

상기 프로브(212)는 상기 하우징의 내부공간에서 피스톤 운동하는 구성으로 헤드(2121)와 바디(2123)를 포함한다. 상기 헤드(2121)는 중공기둥형상의 상기 하우징의 내부공간과 접하는 구성으로 상기 하우징의 내부 단면형상에 상응하는 외주면의 형상으로 구성됨이 바람직하다. 상기 바디(2123)는 상기 헤드(2121)의 중심과 동일한 중심선을 가지면서 형성되는 축으로 헤드(2121)의 폭보다 작은 폭을 가지도록 형성된다. 상기 바디(2123)의 일측은 상기 헤드(2121)의 하부에 접하고, 타측은 상기 하우징(211)의 일측에 형성된 프로브수용홀(2111)에 삽입되어 하우징의 외부로 돌출하며, 후술할 실리콘부(213)가 결합된다.

상기 실리콘부(213)는 실리콘을 재료로 하여, 일측은 상기 프로브(212)의 바디(2123)에 결합하고, 타측은 엔진(500)과 접할 수 있는 형상으로 구성된다. 한편 상기 프로브의 운동방향과 측정면이 수직이 아닐 경우 신호의 반복성은 크게 떨어지게 되는데, 상기 실리콘부(213)는 후술할 가속도센서(214)의 보호 및 엔진과 가속도센서모듈의 접촉시 엔진 측정면과 프로브 사이의 안착성을 향상시켜 센서모듈에 의한 신호의 왜곡현상을 줄여주는 것을 특징으로 한다.

상기 가속도센서(214)는 엔진의 진동신호를 측정하는 구성이고, 상기 케이블(215)은 가속도센서(214)를 통해 측정된 진동신호를 후술할 증폭단계(30)에 전송하기 위한 구성이며, 상기 가속도센서(214)와 케이블(215)은 당업자에게 자명한 구성인바 상세한 설명을 생략한다.

상기 부시(216)는 상기 프로브(212)의 헤드(2121)의 하부에 형성되는 바디(2123)의 외주면을 감싸면서, 상기 하우징(211)의 내부에 위치하는 구성으로, 상기 프로브(212)의 피스톤운동시 바디(2123)와 하우징(211)의 간섭을 최소화하는 구성이다.

상기 스프링(217)은 상기 프로브의 헤드(2121)의 상부와 하우징(211)의 케이블관통홀(2113)이 위치하는 일측면 사이에 위치하여 상기 프로브(212)의 피스톤운동시 복원력을 제공하는 구성이다.

상술한 구성을 포함하는 가속도센서모듈(21a)은 엔진의 진동신호 측정시 피 스톤에 의해 제공되는 복원력을 프로브(212), 실리콘(213)을 거쳐 가속도센서(214)에 전달하여 보다 정확한 가속도신호의 측정을 가능하게 하는 한편, 상기 실리콘(213)이 엔진(500)의 부조에도 가속도센서모듈의 접촉성을 증가시키는 효과를 도모할 수 있게 한다.

상기 엑츄에이터(21b)는 일측이 상기 하우징(211)의 외주면을 감싸면서 하우징을 수용가능하게 형성되고, 타측은 검사라인에서 완성엔진의 소정의 검사위치에 상기 가속도센서모듈(21a)을 운반할 수 있도록 형성되는 구성으로, 바람직하게는 완성엔진이 운반되는 컨베이어벨트(도2, 600)의 상부에 위치하게 된다. 상기 엑츄에이터(21b)는 상기 가속도센서모듈(21a)을 엔진의 지정된 검사위치까지 이동시켜주는 한편 상기 가속도센서모듈(21a)이 엔진의 진동측정위치에 도달한 후에는 공기와 같은 작동유체 기타의 기구적 구성을 통해 상기 가속도센서모듈(21a)의 하우징(211)을 엑츄에이터(21b) 내부에서 엔진(500)방향으로 밀어주게 된다.

따라서 하우징의 내부에 결합된 프로브의 말단에 형성된 실리콘부(213)가 엔진(500)의 검사하고자 하는 소정의 부위에 확실히 밀착될 수 있도록 하는 역할을 하므로 가속도센서모듈(21a)의 이송수단으로써 역할뿐 아니라 진동신호의 정확한 측정도 도모할 수 있는 구성이다.

도1을 참고하여, 상기 증폭단계(30)는 상기 진동측정단계(20)에서 측정된 진동신호를 가속도센서모듈의 케이블(215)을 통해 전송받아 신호의 레벨을 증폭시키는 단계로, 이를 위한 장치가 당업자에게 일반적이므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 신호변환단계(40)는 증폭된 아날로그 진동신호를 디지털신호로 변환하 는 단계이다. 일반적인 경우 아날로그 신호를 디지털신호로 변환할 때 아날로그 신호의 최고 주파수가 샘플링 주파수의 절반 이하이면 문제되지 않으나, 아날로그 신호의 최고 주파수가 샘플링 주파수의 절반보다 큰 경우에는 디지털로 변환된 신호에 왜곡이 발생 될 수 있다.

따라서 상기 신호변환단계(40)는 안티-앨리어싱(Anti-aliasing) 아날로그 필터, 양자화, 오버샘플링(Oversampling), 안티-앨리어싱 디지털필터, 다운샘플링(Downsampling)을 순차적으로 거친 후 후술할 분석단계(50)에 이어지도록 하여 변환과정에서의 신호 왜곡을 방지할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

도4를 참고하여, 상기 분석단계(50)는 디지털로 변환된 진동신호를 통해 후술할 검출단계(60)에서 사용될 데이터를 추출하는 단계로 시간영역분석(51)과 주파수영역분석(53)을 포함한다. 상기 시간영역분석(51)은 로우패스필터(Low Pass Filter), 하이패스필터(High Pass Filter), 밴드패스필터(Band Pass Filter), 미분기 및 적분기등을 통해 RMS, Peak, Crest Factor, Kurtosis 데이터를 생성하는 단계이다.

상기 주파수영역분석(53)은 진동신호에 대해 그 성분의 크기를 주파수 함수로 구하는 것을 말하고, 측정된 진동신호의 파형에서 수치를 계산하기 위해 기계적, 전기적 필터를 사용하는 단계이다.

본원발명의 일 실시예에 따르면, 상기 주파수영역분석은 포락선분석(531)단계와 FFT(Fast Fourier Transform, 533)분석을 통해 OA와 Power in Band 값을 생성하는 단계이다.

상기 FFT분석(533)은 일반적으로 FFT분석기를 통해 측정된 진동신호를 분석하는 방법이다. 다만 FFT분석은 Deterministic Signal을 분석하는데 효과적인 방법으로 엔진의 진동 특성인 충격파형을 검출하는 데는 단점이 있다. 충격파형의 스펙트럼은 전체 주파수 성분을 가지므로, 충격파형을 주파수 분석할 경우 전체 주파수 영역이 조금 상승하는 결과를 만들어 낸다.

따라서 본원발명은 상술한 FFT분석의 단점을 보완하기 위해 포락선분석(531)을 도입하였다.

도5를 참고하여, 상기 포락선분석(531)은 측정된 신호(도5(a))에서 특정대역의 주파수 요소만을 유지시키는 밴드패스필터 단계(도5(b))와, 상기 밴드패스필터를 거친 신호에서 절대값을 취하여 포락선 파형의 밀도를 증가시키는 절대값 단계(도5(c)) 및 상기 절대값 단계까지 거친 신호에서 분석에 필요없는 고주파신호를 제거하는 로우패스필터 단계(도5(d))를 포함하는 신호처리 방법이다.

상기 포락선분석(531)을 거친 후 FFT(533)를 통한 주파수분석을 하게 되면 충격에 의한 변조성분은 제거되고, 저주파대역에서 충격에 의한 주기성분을 얻을 수 있게 되므로 충격음이나 진동을 조기에 검출하는데 매우 유용하다.

이와 같은 효과를 도8을 통해 설명하면, 도8(a)와 같은 가속도신호(진동신호)를 일반 주파수 분석(FFT)하면 도8(b)와 같이 양품과 불량품의 신호를 구분하기 어려운 문제가 있다. 그러나 포락선분석을 통한 주파수 분석을 하게 되면 도8(c)에서와 같이 양품과 불량품의 신호차이가 명확해지게 되므로 후술할 검출단계(60)에서 용이하게 엔진의 조립불량 여부를 판정가능하게 되는 것이다.

도4를 참고하여, 상기 검출단계(60)는 상기 분석단계를 통해 생성된 데이터를 학습된 신경망을 이용하여 불량여부(NG, 경고, OK)를 판단하는 한편 'NG'나 '경고'에 해당하는 판단을 하게 되는 경우 그 불량의 유형을 추론하는 단계이다.

도6을 참고하여, 상기 "학습된 신경망"은 인간 대뇌의 신경세포를 수학적으로 모델링한 것으로 가장 일반적으로 사용되는 3계층 신경망형태로 구성될 수 있다. 조립불량 여부를 검출하는 것은 패턴분류의 한 형태인데 신경망은 이러한 패턴분류를 위해 사용되는 학습모델이다. 상기 신경망을 실제 패턴분류에 사용하기 위해서는 신경망의 입력층에 사용될 입력값과 이에 상응하는 출력층의 출력값의 쌍으로 이루어지는 학습데이터가 필요하며 이들을 Levenberg-Marquardt 알고리즘을 통해 학습하게 된다.

한편 상기 검출단계(60)는 상기 분석단계(50)의 시간영역분석과 주파수영역분석 데이터를 신경망의 특징벡터로 사용하여 신경망의 출력층으로부터 분류하고자 하는 유형들 각각에 대한 결과값을 얻을 수 있게 되므로, 각 유형별 결과값을 미리 설정된 완성엔진에 요구되는 유형별 상하한 기준값과 비교하여 양품과 불량을 판정할 수 있게 되고,

그 일 실시예는 아래와 같다.

i번째 조립불량 유형에 대한 신경망의 출력결과값 = Ci

i번째 조립불량 유형의 상한 기준값 = Ui

i번째 조립불량 유형의 하한 기준값 = Li라고 할 때,

Ci가 Ui보다 크면 불량판정하고, Ci가 Li보다 크고 Ui이하이면 경고판정하고 , Ci가 Li 이하이면 정상판정하게 된다.

한편 하나의 불량유형만으로 정상 여부를 판단하기 어려운 경우에는 엔진 조립불량의 심각성이나 불량의 상태에 따라 여러 개의 불량유형을 동시에 고려하여 아래와 같이 조립불량을 판정할 수도 있다.

유형별 조립불량 결과값(Ci)이 상한 기준값(Ui) 보다 큰 값을 가지는 유형의 개수를

,

유형별 조립불량 결과값(Ci)이 하한 기준값(Li) 보다 큰 값을 가지는 유형의 개수를

,

상한 기준값(Ui)을 초과하는 유형의 개수에 대한 기준값을

하한 기준값(Li)을 초과하는 유형의 개수에 대한 기준값을

이라고 할 때,

가

보다 크면 불량을 판정하고,

이

보다 크면 경고판정하고,

이

이하이면 정상판정한다.

도1을 참고하여, 상기 표시단계(80)는 상술한 검출단계(60)를 거쳐 판정된 엔진의 불량여부를 작업자가 용이하게 알 수 있도록 표시하는 단계로서, 당업자에 게 용이한 다양한 수단의 채택이 가능할 것이다.

상기 중앙제어단계(70)는 본원발명 엔진 조립불량 검출방법의 전반을 제어하는 단계로 상기 이송단계(113)의 개시를 지시하고, 상기 지시에 따른 모터와 엔진의 연결여부를 확인하는 이송단계를 제어하는 역할을 한다. 한편 상기 이송단계제어에 의해 모터와 엔진이 연결되지 않는 경우, 재연결을 위한 지시를 내리게 된다. 상술한 중앙제어단계(70)의 역할에 의해 검사라인의 싸이클타임을 개선할 수 있는 효과를 도모할 수 있다.

또한 상기 중앙제어단계(70)는 상기 모터제어단계(13)의 개시를 지시하고, 상기 모터제어단계(13)에 의한 모터회전수변화를 수신하여 엔진의 진동측정단계(20)에서 측정된 진동신호가 엔진의 어떤 속도구간에서 측정된 것인지를 판단하는 역할도 수행할 수 있다.

한편 상기와 같은 효과를 도모하기 위해서 상기 모터의 회전수변화를 감지할 수 있는 속도센서를 상기 모터(100)에 설치하는 단계를 추가로 포함함이 바람직하고, 이와 같은 단계는 당업자가 용이하게 구현할 수 있을 것이므로 자세한 설명을 생략한다.

또 상기 중앙제어단계(70)는 상기 검출단계(60)에서 판정된 불량유무에 관한 정보를 상기 검출단계(60)로부터 송출 받아 상기 표시단계(80)에 전송하는 역할도 담당할 수 있다. 상술한 중앙제어단계는 당업자가 용이하게 구축가능할 것인바 자세한 설명은 생략한다.

이하에서는 본원발명인 엔진 조립불량 검출방법에 따른 엔진의 불량검출과정을 설명한다.

유니버셜조인트 연결단계(111)를 통해 엔진을 구동시킬 모터(100)를 엔진이 운반되는 후술할 컨베이어벨트(600) 외부에 준비시킨다.

한편 조립이 끝난 엔진(500)은 생산라인의 컨베이어벨트(600)를 따라 라인을 이동하게 되고, 상기 유니버셜조인트가 연결된 모터를 이송단계(113)에서 상기 이송수단(200)을 통해 엔진으로 이동시켜 엔진의 구동축(400)과 모터의 유니버셜조인트(300)를 연결한다. 이때 중앙제어단계(70)의 지시에 따라 상기 이송단계(113)가 개시되고, 만약 이송단계(113)를 통해 유니버셜조인트와 구동축의 연결이 실패하는 경우 상기 중앙제어단계(70)는 재시도의 지시를 이송단계(113)에 내리게 된다.

모터와 엔진의 연결단계(11)가 끝나면, 중앙제어단계(70)는 상기 가속도센서모듈(21a)을 수용하고 있는 엑츄에이터(21b)를 진동측정을 원하는 소정의 엔진 위치로 이동시킨 후 공기압 등을 통해 하우징(211)을 엔진의 표면으로 밀어주게 된다. 이때 프로브(212)의 일측에 형성된 실리콘부(213)가 엔진의 표면에 닫게 되고, 상기 프로브(212)는 하우징의 내부에 위치하는 스프링(217)을 압축하면서 상기 엔진의 표면에 접하게 된다.

모터연결단계(11)와 가속도센서모듈(21a)의 설치가 완료되면 중앙제어단계(70)는 모터제어단계(13)에 모터의 구동을 지시하게 되고, 일정한 속력으로 모터를 구동시킨 후에는 모터의 속력변화를 지시하여 도7과 같은 운전패턴을 엔진이 가질 수 있도록 제어한다. 이로써 구동단계(10)는 종료된다.

엔진이 구동을 시작하게 되면 진동측정단계(20)가 이어지는데, 상기 가속도센서모듈(21a)에 포함된 가속도센서(214)는 엔진의 진동을 측정하여 케이블(215)을 통해 증폭단계(30)로 전송하게 된다.

증폭단계(30)를 거쳐 증폭된 진동신호는 신호변환단계(40)를 거쳐 디지털신호로 변환되고 곧이어 시간영역(51)과 주파수영역 분석(53)을 거치게 된다.

상기 분석단계(50)를 거쳐 생성된 데이터는 검출단계(60)의 학습된 신경망에 특징벡터로 입력되고, 상기 신경망을 통해 유형별 출력값으로 도출되며, 상기 유형별 결과값을 기준값의 상하한과 비교하여 불량의 유형이나 불량여부를 판정하게 된다.

상기 검출단계(60)를 통해 판별된 정보는 중앙제어단계(70)로 송출되어 작업자에게 불량의 유무 및 유형을 통보하는 표시단계(80)로 전송된다.

한편 표시단계(80)까지 엔진 조립불량 검출방법이 진행되면, 상기 엑츄에이터(21b)는 가속도센서모듈(21a)을 엔진의 표면에서 분리시키고, 다음 검사를 준비하기 위한 위치에서 대기하게 된다.

* 도면의 주요부분에 대한 설명 *

구동단계: 10 모터연결단계: 11

유니버셜조인트 연결단계: 111 이송단계: 113

모터제어단계: 13 진동측정단계: 20

진동측정장치: 21 가속도센서모듈: 21a

엑츄에이터: 21b 하우징: 211

프로브: 212 실리콘부: 213

가속도센서: 214 케이블: 215

부시: 216 스프링: 217

엑츄에이터: 23 증폭단계: 30

신호변환단계: 40 샘플링단계: 41

필터링단계: 43 양자화단계: 45

분석단계: 50 시간영역분석: 51

주파수영역분석: 53 포락선분석: 531

FFT분석: 533 검출단계: 60

중앙제어단계: 70 표시단계: 80

모터: 100 이송수단: 200

유니버셜조인트: 300 구동축: 400

엔진: 500 컨베이어벨트: 600

Claims

엔진을 구동시키는 구동단계와, 진동측정장치를 이용하여 상기 엔진의 진동신호를 수집하는 진동측정단계와, 상기 진동측정단계를 통해 수집된 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호변환단계와, 상기 변환된 신호를 분석하는 분석단계와, 상기 분석단계를 거쳐 수집된 데이터를 신경망을 이용한 패턴분류를 통해 불량여부를 판단하는 검출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제1항에 있어서,

상기 분석단계는 상기 디지털변환 신호가 밴드패스필터를 거치게 하는 단계와, 상기 밴드패스필터를 거친 신호의 절대값을 취하는 단계와, 상기 절대값 신호를 로우패스필터에 통과시키는 단계를 포함하는 포락선분석을 통해 주파수영역 분석하는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제1항에 있어서,

상기 구동단계는 상기 엔진을 구동시키는 모터를 엔진의 외부에 연결시키는 모터연결단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제3항에 있어서,

상기 모터연결단계는 상기 모터와 유니버셜조인트를 연결하는 유니버셜조인 트 연결단계와, 상기 유니버셜조인트와 엔진을 연결하기 위한 이송단계를 포함하여 상기 모터와 엔진의 미스얼라인먼트에 의한 진동을 제거할 수 있는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제3항에 있어서,

상기 구동단계는 엔진에 연결된 상기 모터의 회전수를 변화시키는 모터제어단계를 추가로 포함하여 상기 모터의 회전수 변화를 제어함으로써 엔진이 구동되는 속도구간별로 진동신호를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제1항에 있어서,

상기 엔진 조립불량 검출방법은 상기 검출단계를 통해 얻어진 불량여부 및 불량유형의 정보를 작업자가 확인 가능하도록 표시단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제4항에 있어서,

상기 엔진 조립불량 검출방법은 상기 이송단계에서 상기 유니버셜조인트와 엔진과의 연결을 지시하고, 상기 유니버셜조인트와 엔진의 연결이 이루어지지 않은 경우에 상기 모터와 엔진의 연결을 재시도하도록 지시하는 중앙제어단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제5항에 있어서,

상기 엔진 조립불량 검출방법은 상기 모터제어단계가 모터의 회전수를 변화시키도록 지시하고, 상기 지시에 의하여 변화된 모터의 회전수를 확인하여 송출하도록 제어하는 중앙제어단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 조립불량 검출방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 엔진 조립불량 검출방법에 사용되는 진동측정장치에 있어서,

상기 진동측정장치는 외관을 형성하는 중공 원통형상의 하우징과, 상기 하우징의 내부에서 피스톤운동 가능한 프로브와, 상기 프로브의 말단에 형성되어 엔진에 압착가능한 실리콘부와, 진동을 측정하는 가속도센서를 포함하는 가속도센서모듈과, 상기 가속도센서모듈을 이송 및 구동시키는 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동측정장치.
제9항에 있어서,

상기 진동측정장치는 상기 프로브와 하우징과의 간섭을 최소화시키기 위해 상기 하우징 내부에 위치하면서 프로브 외주면에 접하는 부시를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동측정장치.
제10항에 있어서,

상기 진동측정장치는 상기 프로브가 하우징의 내부에서 피스톤운동을 할 때 복원력을 제공할 수 있는 탄성부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 진동측정장치.