KR20210036617A

KR20210036617A - 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치

Info

Publication number: KR20210036617A
Application number: KR1020190118802A
Authority: KR
Inventors: 전명만; 조효상; 김아형
Original assignee: 양정산업(주)
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-05
Also published as: KR102332288B1

Abstract

본 발명은 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 최근 운전자의 안전에 직접적인 영향을 미치는 브레이크 모듈에서 저더 현상 및 스퀼노이즈 현상이 빈번하게 발생되어 이에 따른 전수 검사를 요구하는 실정이므로 DTV, RUN-OUT, 평행도, FRF 등의 관리 스펙에 대한 전수 검사가 가능한 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치에 관한 것이다.

Description

브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치{In-line measuring device for fast and precise measurement of brake discs}

브레이크 디스크는 구동축 및 바퀴와 결합되어 같이 회전하며 브레이크 패드와의 마찰을 위한 제동면을 제공하는 부품으로, 운동에너지를 열에너지로 변환시켜 운동에너지를 소멸시키는 자동차 제동장치의 핵심 부품이다.

최근 운전자의 안전에 직접적인 영향을 미치는 브레이크 모듈에서 저더 현상 및 스퀼노이즈 현상이 빈번하게 발생되어 문제가 되고 있다.

현재 저더 현상 및 스퀼 노이즈 현상을 저감하기 위해 수요처에서 DTV 5㎛ 이하, Run Out 25㎛ 이하, FRF ±2%, 평행도 30㎛ 이하 등의 스펙을 만족하는 고품위 브레이크 디스크 생산을 요구하고 있으며, 브레이크 디스크의 신뢰성 확보를 위해 DTV, Run Out, FFT-저차수, FFT-고차수, FRF, 허브 평행도, 제동면 평행도, 평면도 스펙에 대한 전수 검사를 요구하고 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 최근 운전자의 안전과 직결되는 주요 부품인 브레이크 모듈에서 저더 현상 및 스퀼노이즈 현상이 빈번하게 발생이 문제시 되고 있는데, 저더 현장은 제동 시 발생하는 브레이크 모듈의 진동과 그 진동에 의한 소음이 발생하는 현상을 말하며, 브레이크 모듈 부품들의 정밀도, 브레이크 모듈 부품 간 조립도, 브레이크 디스크 및 브레이크 패드 소재, 제동 시 발생하는 열에 의한 열변형 등 브레이크 모듈 부품들의 복합적인 이유로 발생이 되고 있다.

이에 브레이크 모듈 제조업체들과 연구기관들은 침체된 자동차 부품 시장에서 경쟁력 확보를 위해 저더 현상 및 스퀼 노이즈 현상 발생 억제를 위한 연구에 사활을 걸고 있는 실정이다.

도 2의 경우, 수요처에서는 브레이크 모듈에서 발생하는 저더 현상 및 스퀼 노이즈 현상을 억제하고자 브레이크 디스크 포함, 모든 브레이크 모듈 부품들의 관리 스펙 규제를 강화하고 있다.

현재 수요처에서는 2016년 기준 브레이크 디스크 관리 스펙 30개에서 2017년 ~ 2018년 검토기간을 거친 후, 2019년까지 관리 스펙을 60개로 추가할 계획이며, 현재 2016년 기준 관리 스펙 30개에서 브레이크 디스크 제동면 윤곽도, 진직도, 표면조도 등의 관리 스펙 항목이 추가되었다.

Brake Disc 관리 스펙 중 주요 8개 항목은 도 2에 나타내었다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상향된 관리 스펙은 브레이크 디스크의 가공 시 선정되는 스펙이며, 현재 요구하는 강화된 관리 스펙에 대응이 힘들게 되는데, 이에 따라 생산 Tact Time, 생산 수율, 수요처에서 요구하는 단가 등의 브레이크 디스크 가격 경쟁력 확보 또한 어려울 것으로 판단된다.

따라서, 수요처가 요구하는 고품위 브레이크 디스크 가공기술 및 브레이크 디스크 생산성을 확보 할 수 있는 가공 기술 개발이 절실히 필요한 상황이다.

특히, 브레이크 디스크의 신뢰성 확보를 위해 수요처에서 기존 DTV, Run Out, FFT-저차수, FFT-고차수, FRF 5개 항목에서 허브 평행도, 제동면 팽형도, 평면도를 추가하여 총 8개 항목에 대해 전수 검사를 요구하고 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 기존 검사 공정은 선삭 공정 -> 연삭 공정 -> 웨이트 밸런스 공정이 끝난 브레이크 디스크를 수작업으로 별도의 각 항목별 측정 장비를 이용하여 일일이 검사를 해야 한다.

이러한 기존 검사 공정으로 수요처에서 요구하는 전수검사 스펙 항목들을 측정하기엔 많은 시간과 인력 소모가 크고, 정밀한 측정이 어려울 것으로 판단되므로 이에 수요처에서 요구하는 전수검사 스펙 항목들을 대응하기 위해서는 신속하고 정밀한 전수검사가 가능한 In-Line 측정 시스템 개발이 시급한 실정이다.

대한민국등록특허번호 제10-1549050호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 DTV, RUN-OUT, 평행도, FRF 등의 관리 스펙에 대한 전수 검사가 가능한 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치는,

브레이크 디스크에 가진을 가하기 위한 브레이크디스크가진부(100)와,

상기 브레이크디스크가진부에 의한 결과값인 디스크 주파수 폭을 측정하며, 사전에 정의된 브레이크 디스크의 고유 주파수 폭과 비교하기 위한 고유주파수폭비교부(200)와,

브레이크 디스크를 회전시키기 위한 브레이크디스크회전부(300)와,

상기 브레이크디스크회전부에 의해 브레이크 디스크를 회전시킨 상태에서 접촉식변위센서(LVDT)를 이용하여 각 포인트별 0.5도 간격으로 총 720개의 데이터를 수집하기 위한 측정데이터수집부(400)를 포함하여 구성됨으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치는,

DTV, RUN-OUT, 평행도, FRF 등의 관리 스펙에 대한 전수 검사가 가능한 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 효과를 제공하게 된다.

부연 설명하자면, 브레이크 디스크의 가공 기술 최적화, Run-Out 측정, DTV 측정, 평행도 측정 등 In-Line화를 통해 관리 Spec에 대하여 전수검사를 진행하여 고품위의 브레이크 디스크 생산이 가능함으로써, 품질 향상을 제공하게 된다.

또한, 자동차 부품 산업의 경쟁력 확보가 가능함에 따라 고품위(제동면 DTV 5㎛, 허브 평행도 30㎛) 브레이크 디스크 생산 및 In-Line 측정기술 개발 관련 인력 충원으로 고용창출과 산업 발전에 큰 효과를 가져 올 것으로 판단되며, 자동차 부품 산업에서 브레이크 디스크의 가공 기술 개발을 통해 고효율의 생산성을 바탕으로 수요의 변화에 빠른 대응이 가능함에 따라 수익 창출 효과를 가져올 수 있게 된다.

도 1은 일반적인 저더 현상과 스퀼 노이즈 현상을 나타낸 예시도이다.
도 2는 브레이크 디스크 관리 스텍 강화표를 나타낸 예시도이다.
도 3은 현재 전수검사의 문제점을 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치의 전체 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치의 전체 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치의 인라인측정부(500) 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치의 브레이크 디스크 품질 평가방법에 활용하기 위한 기준도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치는,

상기 브레이크디스크회전부에 의해 브레이크 디스크를 회전시킨 상태에서 접촉식변위센서(LVDT)를 이용하여 각 포인트별 0.5도 간격으로 총 720개의 데이터를 수집하기 위한 측정데이터수집부(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 고유주파수폭비교부에 의해 비교된 결과값을 획득하여 임계치를 초과할 경우에 이벤트 신호를 발생시키며, 상기 측정데이터수집부를 통해 수집된 데이터를 획득하여 마찰면 런-아웃를 측정하며, 디스크의 전체 둘레를 따라 마찰면의 두께를 측정하여 두께 편차를 측정하며, 허브 접촉면과 마찰면의 평행도를 측정하기 위한 인라인측정부(500)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치의 전체 구성도이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치의 전체 블록도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명인 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치는 크게, 브레이크디스크가진부(100)와, 고유주파수폭비교부(200)와, 브레이크디스크회전부(300)와, 측정데이터수집부(400)와, 인라인측정부(500)를 포함하여 구성하게 된다.

구체적으로 설명하자면, 상기 브레이크디스크가진부(100)는 브레이크 디스크에 가진을 가하기 위한 기능을 수행하게 된다.

즉, 브레이크 디스크에 가진을 가하게 되면 디스크 주파수 폭을 측정할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 고유주파수폭비교부(200)는 상기 브레이크디스크가진부에 의한 결과값인 디스크 주파수 폭을 측정하며, 사전에 정의된 브레이크 디스크의 고유 주파수 폭과 비교하기 위한 기능을 수행하게 된다.

예를 들어, 고유진동수 측정을 위한 Impact Hammer Test 진행을 수행하게 되는데, 브레이크 디스크의 공진 회피 설계를 위해 고유진동수를 측정하여 진동을 분석하여야 한다.

상기 Impact Hammer를 이용하여 검사 대상에 가진을 주어 고유진동수를 측정하는 Test를 실시하고 반복 Test를 통해 검사 결과의 신뢰성을 확보할 수 있을 것이다.

이때, 가진 주기 설정을 위한 Auto Impact Hammer 및 Controller를 포함하여 구성할 수 있는데, Auto Impact Hammer 및 Controller는 브레이크 디스크를 가진시키는 장치이며 항상 일정한 힘으로 검사 대상을 가진 해야 하기 때문에 일정한 힘을 주기 위해 가진 주기를 가변적으로 설정하는 가진주기가변설정부와 Hammer의 Stroke를 설정하는 Stroke설정부를 포함하여 구성하게 된다.

또한, 상기 브레이크디스크가진부(100)는 마이크로폰 또는 가속도 센서를 통해 브레이크 디스크 공진 신호를 측정하여 분석하기 위한 FFT 알고리즘을 탑재할 수 있다.

이때, 상기 브레이크디스크회전부(300)는 인-라인 측정을 위하여 브레이크 디스크를 회전시키기 위한 기능을 수행하게 된다.

즉, 회전 신호를 외부단말기로부터 획득할 경우에 설정된 회전 속도로 회전하게 되는 것이다.

이때, 측정데이터수집부(400)는 상기 브레이크디스크회전부에 의해 브레이크 디스크를 회전시킨 상태에서 접촉식변위센서(LVDT)를 이용하여 각 포인트별 0.5도 간격으로 총 720개의 데이터를 수집하기 위한 기능을 수행하게 된다.

한편, 상기 인라인측정부(500)는 상기 고유주파수폭비교부에 의해 비교된 결과값을 획득하여 임계치를 초과할 경우에 이벤트 신호를 발생시키며, 상기 측정데이터수집부를 통해 수집된 데이터를 획득하여 마찰면 런-아웃를 측정하며, 디스크의 전체 둘레를 따라 마찰면의 두께를 측정하여 두께 편차를 측정하며, 허브 접촉면과 마찰면의 평행도를 측정하기 위한 기능을 수행하게 된다.

도 6에 도시한 바와 같이 구체적으로 설명하자면, 인라인측정부(500)는,

고유주파수폭비교부에 의해 비교된 결과값을 획득하여 임계치를 초과할 경우에 이벤트 신호를 발생시키기 위한 FRF비교모듈(510);과

상기 측정데이터수집부를 통해 수집된 데이터를 획득하여 마찰면 런-아웃를 측정하기 위한 마찰면런아웃측정모듈(520);과

디스크의 전체 둘레를 따라 마찰면의 두께를 측정하여 두께 편차를 측정하기 위한 DTV측정모듈(530);과

허브 접촉면과 마찰면의 평행도를 측정하기 위한 평행도측정모듈(540);을 포함하여 구성하게 된다.

구체적으로 설명하자면, 상기 FRF비교모듈(510)은 고유주파수폭비교부에 의해 비교된 결과값을 획득하여 임계치를 초과할 경우에 이벤트 신호를 발생시키기 위한 기능을 수행하게 되는데, 임계치가 -2% ~ 2% 범위 내라면 결과값이 상기 임계치 범위를 초과할 경우에 이벤트 신호를 발생시키게 되는 것이다.

상기 마찰면런아웃측정모듈(520)은 상기 측정데이터수집부를 통해 수집된 데이터를 획득하여 마찰면 런-아웃를 측정하기 위한 기능을 수행하게 된다.

즉, Run-Out은 축심을 기준으로 규제형체가 완전한 형상으로부터 벗어난 크기라고 정의하고 있는데, 흔들림 공차는 자동차의 주행 중 발생하는 저더 현상을 유발시키는 큰 요소 중 하나이다.

예를 들어, 측정된 런-아웃이 35um일 경우에, 임계치 값이 25um를 초과하게 된다면 이벤트 신호를 발생시켜 해당 브레이크 디스크의 문제점을 검수자에게 알려주게 된다.

이를 위하여 예를 들어, 브레이크 디스크를 회전시켜 Dial Gauge를 이용하여 데이터를 수집할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 DTV측정모듈(530)은 디스크의 전체 둘레를 따라 마찰면의 두께를 측정하여 두께 편차를 측정하기 위한 기능을 수행하게 된다.

DTV(Disc Thickness Variation)는 디스크의 전체 둘레를 따라 마찰면의 두께를 측정하고, 그 두께 편차를 나타낸 값으로서, DTV 또한 자동차의 스퀼노이즈 및 저더 현상을 유발시키는 요소이며 전수 검사 항목으로 관리되고 있는 핵심 Spec이다.

따라서, 상기 DTV측정모듈을 통해 두께를 검출하게 되며, 바람직하게는 Probe Setting Block을 이용한 측정 기술을 이용하게 된다.

그리고, 상기 평행도측정모듈(540)은 허브 접촉면과 마찰면의 평행도를 측정하기 위한 기능을 수행하게 된다.

브레이크 디스크는 허브, 베어링, 너클과 조립되어 하나의 모듈이 완성되는데, 조립 공차를 최소화하기 위하여 조립면의 평행도가 확보되어야 하고, 브레이크의 제동성을 위해 마찰면의 평행도가 확보되어야 한다.

따라서, 기준면에 대해 마찰면 및 허브 접촉면의 평행도를 측정하게 되는 것이다.

예를 들어, 평행도(허브/제동면)과 평행도(허브/휠면)의 임계치가 30um일 경우에 측정된 평행도가 각각 50um이면 임계치를 초과하게 되므로 이에 따라 이벤트 신호를 발생시켜 검수자에게 이를 실시간으로 알려주게 된다.

결국, 도 7에 도시한 기준도를 활용하여 본 발명에서는 DTV의 경우, 브레이크 디스크를 회전시켰을 때 발생하는 각 지점에 대한 두께 편차로, P1-P2, P3-P4, P5-P6를 측정하고 Max(A+B)-Min(A+B)으로 산출하게 되며, Run Out은 데이텀 축심을 기준으로 규제형체가 완전한 형상으로부터 벗어난 크기. 흔들림 공차는 가장 크게 벗어난 값을 취하며 진원도, 진직도, 직각도, 동심도의 오차를 포함하는 복합공차로, P1, P2, P3, P4, P5, P6를 측정하여 Max-Min으로 산출하게 된다.

또한, FRF는 브레이크 디스크의 고유진동수를 기준으로 브레이크 디스크가 자유 진동할 때 갖는 주파수를 측정하여 오차범위 ±2% 이내를 만족하는 지를 측정하고, 허브 평행도는 허브 접촉면(P7, P9)과 제동면(P1-P3-P5, P2-P4-P6)의 평행도를 측정하며, 허브 접촉면 평면도는 허브 접촉면(P7-P9, P8-P10)의 평면도를 측정하여 벗어난 크기를 산출하며, 제동면 표면조도는 브레이크 디스크 당제동면(P1-P3-P5, P2-P4-P6)에 측정 거리 20mm 이상, 임의의 부위를 4번 측정한 값을 평균으로 산출하게 된다.

상기와 같은 구성 및 동작을 통해, DTV, RUN-OUT, 평행도, FRF 등의 관리 스펙에 대한 전수 검사가 가능한 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 효과를 제공하게 된다.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

100 : 브레이크디스크가진부
200 : 고유주파수폭비교부
300 : 브레이크디스크회전부
400 : 측정데이터수집부
500 : 인라인측정부

Claims

브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치에 있어서,
브레이크 디스크에 가진을 가하기 위한 브레이크디스크가진부(100)와,
상기 브레이크디스크가진부에 의한 결과값인 디스크 주파수 폭을 측정하며, 사전에 정의된 브레이크 디스크의 고유 주파수 폭과 비교하기 위한 고유주파수폭비교부(200)와,
브레이크 디스크를 회전시키기 위한 브레이크디스크회전부(300)와,
상기 브레이크디스크회전부에 의해 브레이크 디스크를 회전시킨 상태에서 접촉식변위센서(LVDT)를 이용하여 각 포인트별 0.5도 간격으로 총 720개의 데이터를 수집하기 위한 측정데이터수집부(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치.
제 1항에 있어서,
상기 고유주파수폭비교부에 의해 비교된 결과값을 획득하여 임계치를 초과할 경우에 이벤트 신호를 발생시키며, 상기 측정데이터수집부를 통해 수집된 데이터를 획득하여 마찰면 런-아웃를 측정하며, 디스크의 전체 둘레를 따라 마찰면의 두께를 측정하여 두께 편차를 측정하며, 허브 접촉면과 마찰면의 평행도를 측정하기 위한 인라인측정부(500)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 디스크의 신속하면서 정밀하게 측정이 가능한 인라인 측정장치.