KR20120062301A - 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 석영관 히터에 대하여 분석된 잠재 고장 메카니즘에 기초한 투 레벨 품질 기능 전개(Two Level Quality Function Deployment)에 따라 고장에 가장 영향을 미치는 항목을 추출하여 그에 대한 가속 조건을 디자인하여 다수의 샘플들에 대한 정량 분석을 실시하고 정량 분석 결과에 따른 가속 모델을 수립하는 석영관 히터 신뢰성 평가 방법을 개시하며, 상기 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법은, 석영관 히터의 상한 저항값과 하한 저항값을 설정하여 테스트 기준을 정하는 단계; 가속 전압이 인가된 상기 석영관 히터를 가속 시간에 따라 온과 오프를 반복하는 사이클을 수행하여 온/오프 테스트를 수행하는 단계; 상기 온/오프 테스트가 수행되는 사이클마다 상기 석영관 히터의 저항을 측정하여 상기 석영관 히터의 저항값을 누산되는 사이클 값과 대비하여 그래프를 작성하는 단계; 및 상기 온/오프 테스트 과정에서 상기 석영관 히터의 저항값이 상기 테스트 조건을 만족하지 않으면 상기 석영관 히터의 시료 번호와 누산된 상기 사이클 횟수를 기록하고 상기 신뢰성 테스트를 종료하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 석영관 히터에 대하여 분석된 잠재 고장 메카니즘에 기초한 투 레벨 품질 기능 전개(Two Level Quality Function Deployment)에 따라 고장에 가장 영향을 미치는 항목을 추출하여 그에 대한 가속 조건을 디자인하여 다수의 샘플들에 대한 정량 분석을 실시하고 정량 분석 결과에 따른 실사용 조건에서의 시험시간을 단축할 수 있는 가속 모델을 수립하는 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법에 관한 것이다.
냉장고는 증발기(Evaporator) 주변에 형성된 성애를 제거하여 냉각 효율을 향상하기 위한 석영관 히터를 포함한다.
석영관 히터는 세라믹 코팅된 열선을 석영관에 의해 밀봉한 구조한 도 1과 같은 구조를 갖는다.
도 1을 참조하면 석영관 히터는 양단의 단부 캡(End cap)에 각각 단자가 설치되고 단부 캡 사이에 석영관(Quartz Tube)이 구성된다. 그리고, 석영관 내부에는 알루미나 코팅(Alumina coating) 층이 형성된 헬리컬(Helical) 구조의 니켈-크롬(Ni-Cr) 열선이 형성된다.
상술한 바와 같이 구성되는 석영관 히터는 도2와 같이 냉장고 내부의 성애 제거 히터(Defrost Heater)로서 설치되며, 성애 제거 히터에는 성애 제거 단자(Defrost Terminal)와 증발 드레인 홀(Evap Drain Hole)이 구성된다.
상술한 석영관 히터는 냉장고의 성애를 제거하기 위한 주요 부품이며, 석영관 히터의 수명은 냉장고의 수명을 좌우한다.
그러므로, 석영관 히터의 수명에 신뢰성이 있어야 하며, 이를 위하여 석영관 히터의 수명을 평가할 수 있는 신뢰성 평가 방법의 제시가 필요하다.
본 발명의 목적은 분석된 잠재 고장 메카니즘에 기초한 투 레벨 품질 기능 전개(Two Level Quality Function Deployment) 기법으로 고장에 가장 영향을 미치는 항목을 설정하고 그에 대한 정량 분석을 실시하여 가속 모델을 설정하는 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 온오프에 따른 수명 시험을 고장에 가장 영향을 미치는 항목으로 추출하여 그에 대한 가속 조건을 디자인하여 정량 분석과 실사용 조건에서의 시험시간을 단축할 수 있는 가속 모델을 설정하는 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법은, 석영관 히터의 상한 저항값과 하한 저항값을 설정하여 테스트 기준을 정하는 단계; 가속 전압이 인가된 상기 석영관 히터를 가속 시간에 따라 온과 오프를 반복하는 사이클을 수행하여 온/오프 테스트를 수행하는 단계; 상기 온/오프 테스트가 수행되는 사이클마다 상기 석영관 히터의 저항을 측정하여 상기 석영관 히터의 저항값을 누산되는 사이클 값과 대비하여 그래프를 작성하는 단계; 및 상기 온/오프 테스트 과정에서 상기 석영관 히터의 저항값이 상기 테스트 조건을 만족하지 않으면 상기 석영관 히터의 시료 번호와 누산된 상기 사이클 횟수를 기록하고 상기 신뢰성 테스트를 종료하는 단계;를 포함한다.
여기에서, 상기 온/오프 테스트를 수행한 결과 얻어지는 고장시간 정보로써 비신뢰성(Unreliability) 대 시간의 상관 관계를 나타내는 그래프를 더 작성할 수 있다.
그리고, 상기 석영관 히터의 수명L(V)는 
로 정의하여 가속 모델을 정의하는 단계를 더 포함할 수 있으며, K는 상수, V는 전압 그리고 n은 재료 상수로 정의될 수 있다.
그리고, 가속 계수(AF)를 
으로 정의하는 단계를 더 포함할 수 있으며, Vfield는 실사용조건에서의 전압, Vacc는 가속 전압, Lfield는 실사용조건에서의 수명, Lacc는 가속조건에서의 수명 및 m은 형상모수로 정의될 수 있다.
본 발명에 따른 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법은, 석영관 히터에 대하여 분석된 잠재 고장 메카니즘에 기초한 투 레벨 품질 기능 전개(Two Level Quality Function Deployment)에 따라 고장에 가장 영향을 미치는 항목으로 추출된 온/오프 수명 시험에 대한 가속 조건을 디자인하여 테스트를 위한 시스템에 설정하는 단계; 상기 시스템으로 다수의 상기 석영관 히터의 샘플들에 대한 온/오프 테스트를 포함하는 정량 분석을 실시하는 단계; 상기 정량 분석 결과로 얻어지는 고장시간 정보로써 시간에 대하여 와이불 분포(Weibull Distribution)를 갖는 비신뢰성(Unreliability) 데이터를 얻는 단계; 및 상기 비신뢰성 데이터로써 코핀-만슨(Coffin-Manson) 모델을 이용하여 정상조건에서의 정상 수명이 예측하는 가속 모델을 수립하며 가속 계수를 구하는 단계;를 포함한다.
여기에서, 상기 가속 모델은 상기 석영관 히터의 수명L(V)을 
로 정의할 수 있고, K는 상수, V는 전압 그리고 n은 재료 상수로 정의할 수 있다.
그리고, 상기 가속 계수(AF)는 
으로 정의할 수 있고, Vfield는 실사용조건에서의 전압, Vacc는 가속 전압, Lfield는 실사용조건에서의 수명, Lacc는 가속조건에서의 수명 및 m은 형상모수로 정의할 수 있다.
본 발명에 의하면 잠재 고장 메카니즘을 분석한 결과 온/오프 수명 시험을 석영관 히터의 고장에 가장 영향을 미치는 항목으로 설정한 후 정량 분석 및 모델링에 의하여 석영관 히터의 신뢰성을 검증할 수 있는 신뢰성 평가 조건이 제시됨으로써 석영관 히터의 수명에 대한 신뢰성을 예측할 수 있어서 석영관 히터의 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 석영관 히터의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 일반적인 석영관 히터가 설치된 상태를 설명하는 사진이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 잠재 고장 메카니즘을 설명하는 단면도이다.
도 5는 석영관 히터 내의 열선의 고장 메카니즘을 설명하는 단면도이다.
도 6은 석영관 히터의 석영관의 고장 메카니즘을 설명하는 모식도이다.
도 7은 양호한 상태의 열선의 측면 사진이다.
도 8은 양호한 상태의 열선의 단면 사진이다.
도 9는 불량한 상태의 열선의 측면 사진이다.
도 10은 불량한 상태의 열선의 단면 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12는 투 레벨 품질 기능 전개 기법 중 1단계에 해당하는 요구 조건 대 불량 모드 간 분석 테이블이다.
도 13은 투 레벨 품질 기능 전개 기법 중 2단계에 해당하는 불량 모드 대 테스트 모드 간 분석 테이블이다.
도 14는 실험 설계 조건을 작성한 테이블이다.
도 15는 실험 조건에 따라 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 정량 분석 결과 샘플 별 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 17은 정량 분석 결과 전압 별 시간 대 비신뢰성 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 분석 결과에 의하여 수명 내 전압 관계에 따른 가속 모델을 나타내는 그래프이다.
도 2는 일반적인 석영관 히터가 설치된 상태를 설명하는 사진이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 잠재 고장 메카니즘을 설명하는 단면도이다.
도 5는 석영관 히터 내의 열선의 고장 메카니즘을 설명하는 단면도이다.
도 6은 석영관 히터의 석영관의 고장 메카니즘을 설명하는 모식도이다.
도 7은 양호한 상태의 열선의 측면 사진이다.
도 8은 양호한 상태의 열선의 단면 사진이다.
도 9는 불량한 상태의 열선의 측면 사진이다.
도 10은 불량한 상태의 열선의 단면 사진이다.
도 11은 본 발명에 따른 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법을 설명하는 순서도이다.
도 12는 투 레벨 품질 기능 전개 기법 중 1단계에 해당하는 요구 조건 대 불량 모드 간 분석 테이블이다.
도 13은 투 레벨 품질 기능 전개 기법 중 2단계에 해당하는 불량 모드 대 테스트 모드 간 분석 테이블이다.
도 14는 실험 설계 조건을 작성한 테이블이다.
도 15는 실험 조건에 따라 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 16은 정량 분석 결과 샘플 별 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 17은 정량 분석 결과 전압 별 시간 대 비신뢰성 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18은 분석 결과에 의하여 수명 내 전압 관계에 따른 가속 모델을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법은 고장에 가장 영향을 미치는 항목으로 온/오프에 따른 저항 변화 즉 수명 시험을 대상으로 정하여 평가가 이루어진다.
본 발명에 따른 석영관 히터의 신뢰성 평가는 잠재 고장 메카니즘 분석, 투 레벨 품질 기능 전개 기법(Two Level Quality Function Deployment, 이하 '투 레벨 QFD'라 함) 에 따른 설계, 실험 디자인, 정량적 분석, 가속 모델 분석 및 수명 시험 시간 산출의 순으로 이루어진다.
<잠재 고장 메카니즘 분석>
석영관 히터에서 발생하는 고장은 대체로 전열부 부식, 연결부 파손 및 석영관 파손으로 구분되며, 전체 고장에 대비하여 전열부 부식은 대략 50％, 연결부 파손은 대략 40％ 그리고 석연관 파손은 대략 10％의 빈도로 발생한다.
석영관 히터의 잠재적 고장 메카니즘은 도 3 및 도 4로 설명될 수 있으며, ①로 지시된 열선은 부식과 부하집중에 의한 단선이 발생하고, ②로 지시된 석영관은 유리의 균열과 깨짐에 의한 수분 침투가 발생하며, ③으로 지시된 캡은 열 수축 및 팽창에 의한 변형과 수분 침투가 발생하고, ④로 지시된 스토퍼는 스테인레스 재질을 가지며 열 수축 및 팽창에 의한 균열 및 변형이 발생하며, ⑤로 지시된 와이어 스플라이스(Wire splice)는 단선 및 열 수축과 팽창에 의한 접촉 불안이 발생하고, ⑥으로 지시된 리드와이어(Lead-wire)는 단선 및 이탈이 발생하며, ⑦로 지시된 핀(Pin) 단자는 단선 및 단자 이탈이 발생하고, ⑧로 지시된 슬리브(Sleeve)는 변형 및 이탈이 발생한다.
이들 중 열선의 고장은 도 5로 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
코팅 재료인 알루미나(Al2O3)의 재질 불량 및 코팅 공정 불량으로 열선에 핀 홀(Pin hole) 등이 발생하면, 니켈-크롬(Ni-Cr) 선이 외부로 노출된다. 노출된 니켈-크롬 선은 고온 고습 환경하에서 외부 수분이 핀 홀을 통해 침투하여 산화된다. 즉 니켈-크롬 선에서 NiO 또는 Cr2O3 등으로 산화가 진행되고 그 결과 니켈-크롬 선의 단면적이 감소하며 면적 감소에 의한 저항 증가가 발생된다. 저항이 증가하면 니켈-크롬 선은 발열되고 과열에 의한 단선이 발생한다. 이때 발열량(W)은 전류(I)*저항(R)2으로 표현될 수 있다.
그리고, 석영관의 고장은 도 6으로 보다 구체적으로 설명될 수 있다.
석영관에 보이드(Void) 및 크랙(Crack)과 같이 내재된 결함(Defect)이 존재하는 경우, 이들에 기인한 석영관의 파괴가 발생할 수 있다. 그리고 석영관에 두께 차이가 존재하는 경우, 각 영역 별 열팽창 양에 차이가 발생하고 그 차이는 스트레스를 유발하여 크랙을 발생할 수 있다.
참고로, 도 7 및 도 8은 양호한 상태의 열선의 측면과 단면 분석(FM-SEM) 사진이고, 도 9 및 도 10은 고장 상태의 열선의 측면과 단면 분석(FM-SEM) 사진이다. 도 7 및 도 8의 열선은 표면과 내부가 깨끗한 상태임이 확인될 수 있으나 도 9 및 도 10의 열선은 크랙과 산화가 발생한 것이 확인될 수 있다.
<투 레벨 QFD에 따른 설계>
본 발명에 따른 투 레벨 QED는 도 12와 같이 1단계로써 요구 조건(Requirements) vs 불량 모드(Failure mode) 간 분석이 이루어질 수 있고, 도 13과 같이 2단계로써 불량 모드 vs 테스트 모드 간 분석이 이루어질 수 있다.
먼저, 도 12의 1단계 분석에 있어서 요구 조건 항목은 수행도(Performance), 스트레스(Stress) 및 수명(Life)로 구분되고, 수행도는 적외선 방사율, 전기적 특성, 온도 균일성을 세부 항목으로 가지며, 스트레스는 습도(MAX 95％) 및 외부 온도(-40℃ ? 80℃)를 세부 항목으로 가지고, 수명은 5년(5 year)로 정의된다. 그리고, 불량 모드는 상술한 잠재 고장 메카니즘 분석에서 판단된 석영관 파손, 연결부 단선 및 전열부 부식을 항목으로 갖는다.
도 12의 1단계 분석에 있어서 전열부 부식이 가장 많은 고장을 발생하는 요인임을 알 수 있다.
그리고, 도 13의 2단계 분석에 있어서 불량 모드는 1단계에서 설정된 것으로 요소가 정의되고 테스트 모드는 내습 시험, 열충격 시험, 내한 시험, 염수분무 시험, 진동 시험, 낙하 시험 및 온/오프 수명 시험을 항목으로 갖는다.
도 13의 2단계 분석에 있어서 내습시험과 온/오프 수명 시험이 상위에 랭크되었으나 이 중 온/오프 수명 시험이 고장에 가장 영향을 미치는 항목임을 판단할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법은 온/오프 수명 시험을 위한 가속 모델링을 설정하는 방법을 제시하여 석영관 히터의 신뢰성을 향상하기 위한 방법을 도모하는 실시예를 개시한다.
<실험 디자인>
상술한 투 레벨 QFD 기법에 의하여 석영관 히터의 온/오프 수명 시험을 신뢰성 평가 요소로 선택하고, 이를 실험하기 위하여 실험을 위한 필드 조건을 감안하여 가속 조건을 도 14와 같이 설정할 수 있다. 여기에서 필드 조건이란 실제 석영관 히터를 사용하는 환경에 해당하는 조건을 의미한다.
필드 조건은 220V의 전압과 8시간의 오프와 30분의 온을 반복하는 조건을 갖는다.
가속 조건은 가속 전압과 가속 시간을 포함하며, 가속 전압은 필드 전압보다 높은 레벨의 250V와 270V 두 가지 전압으로 설정할 수 있고, 온/오프하는 가속 시간도 필드 조건보다 가혹한 조건인 30분의 오프와 30분의 온을 반복하는 조건으로 설정할 수 있다. 그리고, 샘플의 수는 예시적으로 10개로 설정하였으나 이에 국한되지 않고 다양한 수로 샘플의 수가 정의될 수 있다.
상술한 가속 조건을 갖는 실험 디자인에 따라서 석영관 히터는 도 15와 같이 일정한 온도 범위를 승하강하도록 동작할 수 있다. 도 15에서 온도 범위와 시간은 예시적으로 기재한 것이다.
<정량적 분석>
도 14와 같이 설정된 가속 조건에 따라 석영관 히터에 가속 전압이 인가되면서 가속 시간에 따른 주기로 사이클이 반복됨으로써 정량적 분석이 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 정량적 분석은 도 11의 순서도와 도 16 및 도 17의 그래프를 참조하여 설명할 수 있다.
석영관 히터는 양단의 핀 단자(도 3의 ⑦)에 가속 전압을 인가하는 것을 30분 단위로 순차적으로 온오프함으로써 테스트를 수행할 수 있고, 석영관 히터가 테스트되는 과정에서 정량적 분석이 이루어질 수 있다.
석영관 히터의 테스트를 위한 시스템은 석영관 히터의 양단의 핀 단자 사이에 가속 전압을 인가하는 것을 30분 단위로 순차적으로 온오프하는 동작을 수행하도록 설계될 수 있다. 그에 따라서 석영관 히터는 도 14의 설정 상태로 시스템에 의하여 테스트를 위하여 동작하며, 이하 석영관 히터의 테스트는 상술한 테스트를 위한 시스템에 의하여 수행된다.
석영관 히터의 테스트를 위하여 먼저 테스트를 위한 시스템은 저항값 상한 및 하한을 설정하고 사이클 횟수(N)를 초기화 한다(N=0)(S10)
저항값은 석영관 히터의 저항값을 의미하며 저항값의 상한 및 하한은 석영관의 불량 판정을 위한 테스트 기준으로 설정되는 것이다. 통상 저항값의 상한 및 하한은 석영관 히터에 요구되는 사양으로 정의될 수 있다.
석영관 히터는 장시간 사용하면 잠재 고장 매커니즘의 발현으로 점차적으로 저항값이 떨어지는 특성을 갖는다. 반복된 사용에 의하여 석영관 히터의 저항값이 기준을 벗어나면 석영관 히터의 수명이 다한 것으로 판단할 수 있다.
상술한 바와 같이 저항값을 설정하고 사이클 횟수를 초기화하였으면, 먼저 석영관 히터의 초기 저항이 측정된다.(S12) 초기 저항을 측정함으로써 석영관 히터가 정상적인 상태인가 판단할 수 있다.(S14) 따라서, 초기 저항을 측정한 값이 기준에 적합하지 않으면 불합격 판정한다.
초기 저항값을 측정한 결과 합격한 석영관 히터는 온/오프 테스트를 수행한다.
온/오프 테스트는 사이클 횟수(N)를 누산하는 단계(S16), 저항을 측정하는 단계(S18) 및 저항 대 사이클 횟수를 그래프로 작성(플로트)하는 단계(S20), 저항값이 기준 범위 내인지 판단하는 단계(S22), 석영관 히터에 가속 전압을 인가하는 상태를 30분간 오프하는 단계(S24) 및 석영관 히터에 가속 전압을 인가하는 상태를 30분간 온하는 단계(S26)를 포함한다.
상기 단계 S16 내지 단계 S22는 실질적으로 단계 S24 또는 단계 S26의 과정에 포함되어 수행될 수 있으나, 석영관 히터에 가속 전압을 인가하는 상태를 30분간 오프하는 단계(S24)에 포함되는 것이 바람직하다.
온/오프 테스트하는 사이클 횟수(N)는 석영관 히터가 오프 및 온되는 주기마다 1씩 증가된다. 즉, 사이클 횟수(N)는 석영관 히터를 몇 주기 동안 테스트하였는지 표현하는 값이 된다.
그리고, 저항 측정(S18)은 석영관 히터에 가속 전압을 인가하는 상태를 30분간 오프하는 단계(S24) 및 석영관 히터에 가속 전압을 인가하는 상태를 30분간 온하는 단계(S26)를 포함하는 시간 즉 한 사이클 동안 변화된 저항값을 측정하는 것이다.
단계 S18에서 측정된 저항으로 저항 대 사이클 횟수 그래프가 도 16과 같이 작성될 수 있으며, 그에 따라서 도 16과 같이 테스트 사이클이 진행됨에 따라서 저항값이 변화되는 것이 확인될 수 있다.
즉, 도 16에는 10개의 샘플에 대하여 테스트를 수행하고 각 샘플 별로 테스트 사이클이 진행됨에 따라서 변화되는 저항값이 기록된다.
한편, 도 16과 같이 테스트 사이클이 진행됨에 따라 변화되는 저항값은 사이클이 반복되는 시점 즉 단계 S22에서 기준 범위(단계 S10에서 설정된 기준 범위) 내인가 판단한다.
만약 석영관 히터가 많은 횟수 반복하여 온오프되는 과정에서 저항이 열화되어 저항값이 기준 범위를 벗어나면(S22) 현재 석영관 히터가 고장난 것으로 판단한다.
고장난 것으로 판단된 경우 해당 샘플에 임의로 부여된 번호 즉 고장 시료 번호와 테스트 수행 동안 누산된 사이클 횟수(N)를 기록하고 온/오프 테스트 즉 정량적 분석을 종료한다.
상술한 가속 전압의 온/오프, 저항 측정, 그래프 플로팅, 저항값의 판단 및 고장 시료 번호와 사이클 횟수 기록은 석영관 히터의 테스트를 위한 시스템 상에 프로그래밍된 일련의 프로세스로 진행될 수 있다.
또한, 상술한 테스트에 의하여 고장시간 정보가 획득될 수 있으며, 이로써 도 17의 비신뢰성(Unreliability) 대 시간의 상관 관계를 나타내는 그래프가 작성될 수 있다. 도 17의 그래프는 가속 전압으로 테스트한 시간이 늘어날수록 비신뢰성이 커지는 것을 표시하며, 비신뢰성이 커진다는 것은 고장이 많이 발생한다는 것을 의미한다. 여기에서 비신뢰성은 ％ 단위의 값을 표시하고 있다.
그리고, 도 17의 그래프에서 좌측의 실험 값은 270V의 가속 전압에 의하여 얻은 결과이며 중앙의 실험 값은 250V의 가속 전압에 의하여 얻은 결과이고 우측의 직선은 필드 전압에 대한 예상치를 표현한 것이다.
도 17은 결과적으로 가속수명시험 결과를 나타내며 각 가속 전압 별 비신뢰성의 분포는 <수학식 1>로 정의되는 와이불 분포(Weibull Distribution)를 따르는 것으로 판단될 수 있다.
상기에서 f(t)는 수명분포함수이고, β 및 η는 상수, t는 고장시간, m은 형상모수, μ는 척도모수를 의미한다. 그리고 L(Vi)는 입력 전압 함수이고, 형상모수는 1.96이다. 그리고, 
는 신뢰도 값을 표현하며 이를 이용하여 비신뢰도를 추출할 수 있다.
결국 도 17의 결과에 따라서 일예로 비신뢰성이 10％ 수준의 필드 전압에 대한 수명이 가속 시험에 따라 얻어진 그래프를 이동함으로써 예상될 수 있다.
<가속 모델 분석>
상술한 정량 분석 결과로써 <수학식 2>로 정의되는 코핀-만슨(Coffin-Manson) 모델을 이용하여 정상조건에서의 정상 수명이 예측할 수 있다. 그리고, 가속 계수(AF)도 <수학식 3>으로 정의될 수 있다.
여기에서, K는 상수(1.6348E-41)이며, V는 전압이고, n은 재료 상수(15.7)이다.
여기에서, Vfield는 실사용조건에서의 전압, Vacc는 가속 전압, Lfield는 실사용조건에서의 수명, Lacc는 가속조건에서의 수명이다.
즉, <수학식 2>와 <수학식 3>에 의해서 가속 전압에 따른 수명과 가속 계수가 정의됨으로써 도 18의 전압 대 수명 그래프가 구해질 수 있다. 참고로, 가속 전압이 250V인 경우 가속 계수(AF)는 아래 <수학식 4>와 같이 약 7.4로 구해진다.
또한, 도 18을 참조하면 전압이 높을수록 수명이 짧아지는 것을 확인할 수 있다.
<수명 시험 시간 산출>
상술한 바에 의하여 시료수(n)와 신뢰 수준(1-β) 및 목표 수명을 설정하면 총 시험 시간을 산출할 수 있다.
즉, 시료수(n)는 10이라 가정하고, 신뢰수준(1-β)는 0.6[60％]이라 가정하며, 목표 수명B10use은 5년이라 가정하고 수명 시험 시간을 아래와 같이 산출한다. 이때 통상 석영관 히터는 정상 상태에서 하루에 3회 주기로 온오프됨을 감안한다.
목표 수명은 아래 <수학식 5>와 같이 5475 사이클로 산출될 수 있다.
그리고, 총 시험시간은 아래 <수학식 6>과 같이 약 700 사이클로 산출될 수 있다.
상술한 바와 같이 잠재 고장 메카니즘을 분석한 결과 온/오프 수명 시험을 석영관 히터의 고장에 가장 영향을 미치는 항목으로 설정한 후 정량 분석 및 모델링에 의하여 석영관 히터의 신뢰성을 검증할 수 있는 신뢰성 평가 조건이 제시될 수 있다. 그러므로 석영관 히터의 수명에 대한 신뢰성을 예측할 수 있고, 수명 평가를 통하여 석영관 히터의 수명이 정확히 예측될 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
1 : 열선 2 : 석영관
3 : 캡 4 : 스토퍼
5 : 와이어 스플라이스 6 : 리드 와이어
7 : 핀 8 : 슬리브
3 : 캡 4 : 스토퍼
5 : 와이어 스플라이스 6 : 리드 와이어
7 : 핀 8 : 슬리브
Claims (7)
- 석영관 히터의 상한 저항값과 하한 저항값을 설정하여 테스트 기준을 정하는 단계;
가속 전압이 인가된 상기 석영관 히터를 가속 시간에 따라 온과 오프를 반복하는 사이클을 수행하여 온/오프 테스트를 수행하는 단계;
상기 온/오프 테스트가 수행되는 사이클마다 상기 석영관 히터의 저항을 측정하여 상기 석영관 히터의 저항값을 누산되는 사이클 값과 대비하여 그래프를 작성하는 단계; 및
상기 온/오프 테스트 과정에서 상기 석영관 히터의 저항값이 상기 테스트 조건을 만족하지 않으면 상기 석영관 히터의 시료 번호와 누산된 상기 사이클 횟수를 기록하고 상기 신뢰성 테스트를 종료하는 단계를 포함하는 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 온/오프 테스트를 수행한 결과 얻어지는 고장시간 정보로써 비신뢰성(Unreliability) 대 시간의 상관 관계를 나타내는 그래프를 더 작성하는 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 석영관 히터의 수명L(V)은로 정의하여 가속 모델을 정의하는 단계를 더 포함하며, K는 상수, V는 전압 그리고 n은 재료 상수인 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법.
- 제2항에 있어서,
가속 계수(AF)를으로 정의하는 단계를 더 포함하며, Vfield는 실사용조건에서의 전압, Vacc는 가속 전압, Lfield는 실사용조건에서의 수명, Lacc는 가속조건에서의 수명 및 m은 형상모수인 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법.
- 석영관 히터에 대하여 분석된 잠재 고장 메카니즘에 기초한 투 레벨 품질 기능 전개(Two Level Quality Function Deployment)에 따라 고장에 가장 영향을 미치는 항목으로 추출된 온/오프 수명 시험에 대한 가속 조건을 디자인하여 테스트를 위한 시스템에 설정하는 단계;
상기 시스템으로 다수의 상기 석영관 히터의 샘플들에 대한 온/오프 테스트를 포함하는 정량 분석을 실시하는 단계; 및
상기 정량 분석 결과로 얻어지는 고장시간 정보로써 시간에 대하여 와이불 분포(Weibull Distribution)를 갖는 비신뢰성(Unreliability) 데이터를 얻는 단계;
상기 비신뢰성 데이터로써 코핀-만슨(Coffin-Manson) 모델을 이용하여 정상조건에서의 정상 수명이 예측하는 가속 모델을 수립하며 가속 계수를 구하는 단계를 포함하는 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 가속 모델은 상기 석영관 히터의 수명L(V)을로 정의하며, K는 상수, V는 전압 그리고 n은 재료 상수인 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법.
? - 제5항에 있어서,
상기 가속 계수(AF)는으로 정의하며, Vfield는 실사용조건에서의 전압, Vacc는 가속 전압, Lfield는 실사용조건에서의 수명, Lacc는 가속조건에서의 수명 및 m은 형상모수인 석영관 히터의 신뢰성 평가 방법.
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