KR20220075322A - 기어 테스트를 위한 분석 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

기어 롤링 테스트 방법은 기어 세트 롤링 테스터 또는 기어 박스 테스트 고정 장치에서 획득한 운동 전달 오차를 포함한 기어 세트 성능 데이터의 분석 및 디스플레이에 관한 것으로 시간 도메인, 주파수 도메인 및 이들의 하이브리드에서 이 데이터의 분석 및 시각화를 포함한다. 본 발명은 또한 보다 통찰력 있는 방식으로 데이터를 탐색할 수 있도록 하는 코어 신호 처리, 분석 및 신호 처리 시퀀스, 데이터 및 결과를 시각화하고 보고하는 방법, 그리고 더 큰 유연성과 유용성을 가진 기능과 피처를 제공하기 위한 사람-기계 사용자 인터페이스 패러다임의 근본적인 개선을 포함한다.

Description

기어 테스트를 위한 분석 시스템 및 방법

본 발명은 특히 기어의 테스트와 관련하여 센서 출력의 처리, 분석 및 디스플레이에 관한 것이다.

본 발명은 주로 다양한 센서 출력의 처리, 분석 및 디스플레이에 관한 것으로, 특히, 개시 내용이 본 명세서에 참조로 통합된 미국 특허 제6,120,355호 및 제7,553,115호에 도시 및 설명된 것과 같은 테스팅 기계의 롤링-테스팅(roll-testing) 기어 세트에 의해 생성될 수 있는 기어 세트 MTE(motion-transmission error), 노이즈 및 진동 현상과 관련된 센서 출력에 관한 것이다. 본 발명은 또한 단일 플랭크 테스터 또는 이중 플랭크 테스터와 같은 롤링 테스트 기어용 기능 테스트 플랫폼에서 수행될 수 있으며, 여기서 기어의 축 사이의 상대 이동은 예를 들어, 그 개시내용이 본원에 참조로 통합된 US 2020/0292305의 도 1에 의해 도시된 것과 같이 한 쌍의 기어가 맞물려 회전될 때 측정된다.

이러한 방법이 적용될 수 있는 출력을 생성하는 센서는 인코더 및 리졸버와 같은 회전 위치 측정 디바이스, 단일 및 다중 축 가속도계 및 음향 센서와 같은 진동 측정 디바이스, 및 광학 유리 스케일, 자기 스케일, 광학, 레이저 및 초음파 디바이스, 용량성 또는 유도 변위 변환기와 같은 기타 동작 또는 변위 측정 디바이스를 포함한다.

센서는 많은 구성 및 배치로 배열될 수 있다. 회전식 센서는 전형적으로 기어 세트의 구동 및 피동 부재가 장착된 두 개의 스핀들을 모니터링한다. 추가 회전식 엔코더는 테스트 중인 디바이스가 단일 초과의 기어 쌍(예를 들어, 기어 박스 또는 유성 연동 장치의 어셈블리)을 포함하는 경우 다른 회전 요소의 동작을 측정할 수 있다.

선형, 진동, 음향 및 기타 센서는 기계 위 또는 근처에 고정된 위치에, 또는 기계의 선형 또는 회전 이동 요소(예를 들어, 스윙 헤드 및 선형 축)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 변위 측정 디바이스는 이중 플랭크 기어 세트 테스터에 적용될 수 있으며 이 출력도 본 발명의 시스템에 의해 분석된다. 진동 센서는 구조 기인 진동, 공기 기인 진동 또는 이 둘의 조합에 반응할 수 있다.

하나 이상의 가속도계를 회전 스핀들에 장착하여 가속도, 속도 및 위치를 포함한 회전 운동을 측정할 수도 있다.

테스트 기계에 의해 설정된 주어진 속도 및 하중 조건 하에서 기어 세트의 설치된 부재가 롤링되는 결과, 테스팅되는 기어 세트의 특성 및 품질 특성에 따라 진동 및 기타 운동이 유도된다.

본 발명의 목적은 기어 세트의 동작 및 품질 특성, 특히 동작 오차, 노이즈 및 진동 특성에 대한 통찰력을 제공하기 위해 처리 및 분석될 수 있는 데이터 및 신호를 제공하기 위해 전술한 테스팅 기계 센서를 사용하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 기어 세트의 동작 및 품질 특성에 대한 추가적인 통찰력을 제공하기 위해 수학적으로 도출된 데이터 및 신호를 처리 및 분석하는 것이다. 이러한 데이터 및 신호는 예를 들어, 위치 및 시간 정보로부터 분석적으로 결정된 가속도와 같은 센서 데이터의 계산된 결과물 또는 계산 시뮬레이션에서 얻을 수 있다.

본 발명의 시스템에 대한 입력을 포함하는 데이터 또는 신호는 시간(시간적 샘플링)을 참조하거나 하나 이상의 회전 기어 부재의 회전 운동(회전 샘플링)을 참조하여 샘플링되고 이해될 수 있다. 기어 세트 동작과 관련된 앞서 언급한 센서 신호의 분석에서 회전 샘플링으로 신호를 나타내는 것이 종종 특히 중요하다. 본 발명이 회전 샘플링을 사용할 때, 시간 정보는 필요에 따라 시간 샘플링과 회전 샘플링 사이의 변환을 용이하게 하기 위해 보존된다.

본 발명은 기어 세트 롤링 테스터 또는 기어 박스 테스트 고정 장치에서 획득된 운동 전달 오차를 포함하는 기어 세트 성능 데이터의 분석 및 디스플레이에 관한 것이며, 시간 도메인, 주파수 도메인 및 이들의 하이브리드에서 이 데이터의 분석 및 시각화를 포함한다. 본 발명은 또한 보다 통찰력 있는 방식으로 데이터를 탐색할 수 있도록 하는 코어 신호 처리, 분석 및 신호 처리 시퀀스, 데이터 및 결과를 시각화하고 보고하는 방법, 그리고 더 큰 유연성과 유용성을 가진 기능과 피처를 제공하기 위한 사람-기계 사용자 인터페이스 패러다임의 근본적인 개선을 포함한다.

본 발명의 방법론의 두드러진 양태는 본질적으로 정적인 것으로 취급되었던 데이터 기록 내에 숨겨진 동적 거동을 추출하고 표시하는 능력이다. 다른 양태는 테스트 중인 기어 세트 부재의 개별 톱니(tooth)들에 대한 데이터 및 결과를 추적하거나 속성화하는 능력(톱니들의 "인덱싱(indexing)") 및 사용자가 디스플레이와 상호 작용하여 분석 및 시각화의 파라미터를 동적으로 변경하는 능력을 포함한다. 기존의 "약정 테스트"(엄격하게 사전 정의된 테스트 및 분석 파라미터에 따라 수집된 데이터 기록의 사후 처리) 외에도 이러한 기능과 피처는 기어 세트 롤링 테스트를 위한 새롭고 유연한 "상시-온(Always On)" 패러다임에서도 제공되고, 이에 의해 데이터 수집, 처리, 분석, 이상 감지 등이 인간 사용자의 특정 지시나 사전 정의된 사이클이 시작될 때까지 기다리지 않고 가능할 때마다 모든 것이 자율적으로 기회에 따라 수행된다. 테스트 및 분석 방법 중 하나에서, 인간 사용자는 탐색 및 상호 작용하는 방식으로 분석 및 디스플레이를 위한 파라미터를 조정할 수도 있다. 본 발명에서, "사용자" 및 "운영자"라는 용어는 등가인 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 제1 실시예는 제1 기어 및 제2 기어를 포함하는 한 쌍의 기어를 제공하는 단계를 포함하는 기어 테스트 방법에 관한 것이며, 제1 기어 및 제2 기어는 서로 맞물려 롤링되도록 동작 가능하다. 제1 기어는 기어 테스팅 기계 상에서 제2 기어와 롤링되며, 기어 테스팅 기계는 하나 이상의 기어의 롤링 특성을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 동작 가능한 하나 이상의 센서로 구성된다. 적어도 하나의 독립 신호는 하나 이상의 센서로부터의 출력에 기초한 신호 또는 분석적으로 도출된 신호 중 적어도 하나인 독립 신호로 생성된다. 0이 아닌 지속시간을 갖는 적어도 하나의 프레임 부분이 적어도 하나의 독립 신호로부터 선택되고, 선택된 프레임 부분들 각각은 :

선택된 프레임 부분에 기초하여 모델 기저 함수(model basis function) 세트를 결정하는 단계,

선택된 프레임 부분을 모델 기저 함수 상에 투영하여 모델 계수를 생성하는 단계,

모델 계수 및 모델 기저 함수로부터 재구성된 모델을 결정하는 단계,

잔차를 산출하기 위해 선택된 프레임 부분으로부터 재구성된 모델을 감산하는 단계에 따라 처리되고,

상기 방법은 :

(a) 잔차를 디스플레이 및 분석하여 제1 기어 및 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하고, 품질 특성에 따라 제1 기어 및 제2 기어 중 적어도 하나를 수락 또는 거부하는 단계, 및,

(b) 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하기 위해 상기 모델 계수 또는 재구성된 모델을 디스플레이 및 분석하고, 품질 특성에 기초하여 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나를 수락 또는 거부하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함한다.

바람직한 실시예에서, 모델 기저 함수는 (a) 선택된 프레임 부분의 지속시간, (b) 제1 기어와 제2 기어의 기어비, (c) 제2 기어와 맞물리는 제1 기어의 맞물림 주기의 지속시간 또는 제2 기어와 함께 제1 기어의 회전에 의해 생성된 기본 고조파 주파수, (d) 각 기본 주파수에 대한 미리 결정된 고조파 세트 - 상기 세트는 0을 포함함, 및 (e) 선택된 프레임 부분의 지속시간에 걸쳐 정의된 비주기적 기저 함수의 세트 - 상기 세트는 0을 포함함 - 중 적어도 하나로부터 결정된다.

다른 바람직한 실시예에서, 재구성된 모델 및 잔차는 기계 동작 동안 센서로부터 추가 정보가 획득됨에 따라 계속해서 재평가된다.

다른 바람직한 실시예에서, 복수의 독립 신호는 직접적인 상관 및 비교를 가능하게 하기 위해 일치하는 간격으로 동시에 샘플링된다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 독립적인 신호는 균일한 시간 샘플에서 수집되고 후속하여 보간되어 제1 기어와 제2 기어 중 하나의 위치에 규칙적으로 이격된 샘플 시퀀스를 생성한다.

추가 실시예에서 디스플레이 및 분석 결과는 호출을 위해 전자 저장 매체에 보유되고, 하나 초과의 이전 기록의 디스플레이 및 비교는,

(a) 동시 인접 프리젠테이션,

(b) 사용자 상호 작용에 의해 지시되어 진행하는 순차적 프리젠테이션,

(c) 자동 애니메이션 진행을 통한 순차적 프리젠테이션 중 하나 이상에 의해 달성된다.

본 발명은 독립적으로 보호할 가치가 있는 것으로서, 다음을 포함하는 잔차, 재구성된 모델, 또는 이들의 조합의 디스플레이 및 디스플레이 방법을 추가로 개시한다:

(a) 상기 선택된 프레임 부분을 동일한 지속시간의 복수의 연속 신호 세그먼트로 세분화하는 단계로서, 상기 지속시간은,

1. 하나 이상의 전체 맞물림 주기,

2. 상기 세트에 임의의 기어의 하나 이상의 전체 회전 중 하나 이상과 동일한, 상기 세분화하는 단계;

(b) 신호 세그먼트를 다음 중 하나 이상의 함수로 표현하는 단계:

1. 시간,

2. 세트의 기어 중 하나의 위치,

3. 푸리에 변환에 의한 주파수,

(c) 다음 중 하나 이상으로 동일한 독립 축에 정렬 및 오버레이된 신호 세그먼트 함수를 제시하는 단계:

1. 신호 세그먼트 함수의 트레이스,

2. 포인트별로 결정된 산술 평균 및/또는 분산으로 구성된 신호 세그먼트 함수의 통계적 편차의 트레이스.

본 발명은 독립적으로 보호할 가치가 있는 것으로서, 잔차, 재구성된 모델, 또는 이들 둘의 조합의 디스플레이 및 디스플레이 방법이 다음을 포함하는 것을 추가로 개시한다:

(a) 선택된 프레임 부분을 동일한 지속시간의 복수의 연속 신호 세그먼트로 세분화하는 단계로서, 상기 지속시간은 하나 이상의 전체 맞물림 주기와 동일한, 상기 세분화하는 단계,

(b) 각 신호 세그먼트에 대해 다음 중 하나 이상으로 구성된 각 신호 세그먼트에 대한 스칼라 메트릭을 결정하는 단계:

1. 피크 대 피크 편차,

2. 평균 제곱근 진폭,

3. 상기 신호 세그먼트와 동일한 지속시간을 갖는 재구성된 모델의 적어도 2개의 세그먼트 또는 세브세트의 평균으로 결정된 기준과 상기 신호 세그먼트를 가장 잘 정렬하는 데 필요한 상기 신호 세그먼트의 시간적 또는 회전적 시프트,

4. 피어슨 상관 계수 및/또는 평균 제곱근 오차 중 하나 이상으로 구성된 신호 세그먼트와 동일한 지속시간을 갖는 재구성된 모델의 적어도 2개의 서브 세트 또는 세그먼트의 평균으로 결정된 기준에 대한 유사도 측정치,

(c) 각 세그먼트에 2 개의 인덱스를 할당하고 제1 인덱스는 :

1. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 상기 세그먼트 신호에서 관찰된 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어 중 하나의 전체 회전 수, 또는

2. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 관찰된 맞물림 주기의 수, 제1 기어 또는 제2 기어 중 하나의 톱니 수 모듈로(modulo) 중 하나에 해당하고, 상기 제2 인덱스는 :

3. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 상기 세그먼트 신호에서 관찰된 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어 중 다른 하나의 전체 회전 수, 또는

4. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 관찰된 맞물림 주기의 수, 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어 중 다른 하나의 톱니 수 모듈로 중 하나에 해당하고,

(d) 회색조 또는 컬러 값 범위에 매핑된 스칼라 메트릭을 상기 이미지의 하나의 좌표가 상기 제1 인덱스에 해당하고 상기 이미지의 다른 좌표가 상기 제2 인덱스에 해당하는 2차원 이미지에 제시하는 단계.

본 발명은 독립적으로 보호할 가치가 있는 것으로서, 잔차, 재구성된 모델, 또는 이들의 조합의 디스플레이가 다음을 포함하는 디스플레이 및 방법을 추가로 개시한다:

(a) 선택된 프레임 부분을 각각 순차적으로 인덱싱된 미리 결정된 동일한 지속시간의 복수의 연속적 또는 중첩 신호 세그먼트로 세분화하는 단계,

(b) 푸리에 변환을 통해 신호 세그먼트를 스펙트럼 함수로 표현하는 단계,

(c) 스펙트럼 함수로부터 다음 측정 중 하나 이상을 결정하는 단계

1. 크기,

2. 로그 크기,

3. 위상,

4. 위상 드리프트, 실제 위상과 두 세그먼트 사이의 시간적 또는 회전적 이격에 의해 선행 스펙트럼 함수의 위상을 진행하여 예측된 위상 간의 차이,

(d) 회색조 또는 컬러 값을 사용하여 스펙트럼 측정치를 상기 이미지의 하나의 좌표가 상기 세그먼트의 인덱스에 해당하고 상기 이미지의 다른 좌표가 상기 스펙트럼 함수의 주파수 변수에 해당하는 2차원 이미지로 제시하는 단계.

본 발명은 독립적으로 보호할 가치가 있는 것으로서, 독립 축이 기어 세트의 제1 기어 또는 제2 기어 중 하나의 시간 또는 위치를 나타내고 종속 축이 디스플레이된 수량의 진폭을 나타내는 플롯 상에 하나 이상의 잔차, 재구성된 모델, 또는 이들의 조합의 트레이스를 포함하는 디스플레이 및 디스플레이 방법을 추가로 개시한다.

본 발명은 독립적으로 보호할 가치가 있는 것으로서, 다음 중 하나 이상을 플롯팅하는 것을 포함하는 모델 계수의 디스플레이 및 디스플레이 방법을 추가로 개시한다:

(a) 계수당 하나의 막대가 있는 막대 차트로 높이가 계수의 크기에 비례하고; 및

(b)좌표 원점에서 발산하고 해당 계수의 복소 크기에 비례하는 길이와 해당 계수의 복소 위상에 비례하는 수평 축과의 각도를 갖는, 계수당 하나의 선분(line segment)이 그려진 하나 이상의 방사형 플롯.

본 발명은 독립적으로 보호할 가치가 있는 것으로서, 제1 기어 및 제2 기어를 포함하는 한 쌍의 기어를 제공하는 단계를 포함하는 기어 테스트 방법을 추가로 개시하고, 제1 기어 및 제2 기어는 서로 맞물려 롤링하도록 동작가능 할 수 있다. 제1 기어는 기어 테스팅 기계 상에서 상기 제2 기어와 함께 롤링되며, 기어 테스팅 기계는 하나 이상의 기어의 롤링 특성을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 동작 가능한 하나 이상의 센서로 구성된다. 적어도 하나의 독립 신호가 생성되고, 독립 신호는 하나 이상의 센서로부터의 출력에 기초한 신호 또는 분석적으로 도출된 신호 중 적어도 하나이다. 0이 아닌 지속시간을 갖는 적어도 하나의 프레임 부분이 적어도 하나의 독립 신호로부터 선택되고, 선택된 프레임 부분들 각각은 :

선택된 프레임 부분에 기초하여 모델 기저 함수 세트를 결정하는 단계,

선택된 프레임 부분을 모델 기저 함수 상에 투영하여 모델 계수를 생성하는 단계,

모델 계수 및 모델 기저 함수로부터 재구성된 모델을 결정하는 단계,

잔차를 산출하기 위해 선택된 프레임 부분으로부터 재구성된 모델을 감산하는 단계계에 따라 처리되고,

상기 방법은 :

(a) 제1 기어 및 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하기 위해 잔차를 디스플레이 및 분석하는 단계, 품질 특성에 따라 제1 기어 및 제2 기어 중 하나 이상을 수락 또는 거부하는 단계, 및,

(b) 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하기 위해 상기 모델 계수 또는 재구성된 모델을 디스플레이 및 분석하고, 상기 품질 특성에 기초하여 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나를 수락 또는 거부하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함하고,

상기 방법은 상기 한 쌍의 기어 사이의 조정된 움직임이 상기 하나 이상의 센서에 의해 검출되고 새로운 데이터 프레임이 채워질 수 있는 한 선행 단계가 연속적으로 반복되고 수행되는 상시-온 모드에서 수행된다.

바람직한 실시예에서, 롤링되는 제1 및 제2 기어의 톱니비는 상시-온 모드에서 미리 알려져 있지 않지만 상시-온 모드는 수신하는 실시간 데이터에 기초하여 톱니비를 결정한다.

추가 실시예에서 사용자는 상시-온 모드가 동작 중일 때 언제든지 측정, 디스플레이, 시각화 및 결과 중 적어도 하나를 포함하는 정보를 관찰할 수 있으며, 정보는 임의의 다른 테스트 모드가 동시에 활성화되어 있는지 여부와 무관하게 이용 가능하다.

또 다른 실시예에서, 측정, 디스플레이, 시각화 및 결과 중 적어도 하나를 포함하는 정보는 다음 중 적어도 하나를 포함한다:

(a) 맞물림 주기와 관련된 주파수의 하나 이상의 고조파의 진폭 및 위상;

(b) 한 맞물림 주기의 지속시간에 걸친 평균 신호 형상;

(c) 기어 런아웃 고조파 진폭;

(d) 기어 런아웃의 평균 신호 형상;

(e) 톱니 손상의 존재 및 위치;

(f) 피니언 베이스가 제거된 평균 신호 형상; 및

(g) 기어 베이스가 제거된 평균 신호 형상.

또 다른 실시예에서, 방법은 디스플레이된 데이터의 양태를 더 잘 조사하기 위해 디스플레이를 상호 작용 가능하게 조작하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 디스플레이된 데이터의 현재 세트가 후속 프레임으로 대체되지 않고 검사될 수 있도록 디스플레이가 보류된다.

본 발명의 다른 실시예에서, 현재 데이터 세트는 나중에 검색 또는 검사하기 위해 및/또는 현재 데이터와 비교하기 위해 캡처 및 저장될 수 있다.

본 발명의 추가 실시예는 검사되고 시각화되는 저장된 참조 또는 마스터 데이터와 현재 데이터 사이의 차이를 개시한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상시-온 모드는 임의의 테스트 파라미터 또는 설정의 개별 셋업에 대한 요구 없이 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 톱니 손상을 인식하고 국부화하는 단계를 더 포함하고, 상기 상시-온 모드는 인식된 손상의 위치를 가장 잘 나타내는 부분 회전 또는 톱니 인덱스를 식별하고, 상기 상시-온 모드는 문자 메시지 및/또는 그래픽 디스플레이를 통해 이러한 손상을 사용자에게 자동으로 알려준다.

도 1은 인코더 카운트 및 MTE 계산의 상시-온 모니터링을 예시하는 다이어그램을 도시한다.
도 2는 특정 채널에서 스트리밍 MTE 데이터의 예비 분석을 예시한다.
도 3은 고조파 분해 프로세스의 단계를 묘사하는 성분 다이어그램을 도시한다.
도 4는 기어, 피니언 및 맞물림 성분 베이스, 르장드르 다항식 기저 및 후속 분석에 사용되는 잔차 오차로 분해된 MTE 데이터의 디스플레이를 묘사한다.
도 5는 예를 들어, MTE 데이터에 대한 분해된 기어, 피니언 및 맞물림 성분 베이스의 크기의 디스플레이를 예시한다.
도 6은 기어, 피니언 및 맞물림 주파수의 고조파가 강조되고 기어, 피니언 또는 맞물림 고조파와 상관관계가 없는 주파수가 강조되지 않은 MTE 데이터의 이산 푸리에 변환 뷰를 도시한다.
도 7은 프레임 사이의 저주파 편차를 보상할 모델 감산이 없는 공통 축에서 맞물림 주기 스케일의 수많은 MTE 데이터 프레임의 오버레이의 디스플레이를 도시한다.
도 8은 도 7에 묘사된 동일한 오버레이의 디스플레이를 예시하지만, 모델링된 기어 및 피니언 고조파 성분이 신호에서 차감되어 부재 사이의 개별 톱니 접촉에 직접 기인할 수 있는 MTE의 편차를 강조 표시한다. 오버레이된 프레임의 평균값은 검은색으로 표시되고 분산 대역은 점선으로 둘러싸인 회색 음영 영역으로 표시되며 둘 다 개별 프레임 플롯에 중첩된다.
도 9는 공통 축에 중첩된 기어 주기 스케일의 다수의 MTE 데이터 프레임의 디스플레이를 도시하며, 모델링된 피니언 스케일 및 맞물림 스케일 성분은 기어 편차에 직접 기인할 수 있는 MTE의 부분만을 강조하기 위해 각 프레임에서 차감된다. 평균 MTE는 검은색으로 중첩되어 묘사된다.
도 10은 공통 축에 중첩된 피니언 주기 스케일의 많은 MTE 데이터 프레임의 디스플레이를 예시하고, 각 프레임에서 모델링된 기어 스케일 성분을 차감하여 피니언 및 개별 톱니 편차에 기인하는 MTE 부분만 강조한다. 디스플레이된 프레임의 평균 MTE는 검은색으로 중첩되어 도시된다.
도 11은 도 8의 것과 같은 맞물림 주기 스케일 상의 위치 오버레이에서 각 프레임에 대한 이산 푸리에 변환을 계산함으로써 획득된 복수의 스펙트럼 크기의 디스플레이를 도시한다. 모든 MTE 프레임에 걸쳐 크기 전용 의미로 계산된 주파수의 함수로서의 평균 크기는 개별 스펙트럼 크기의 회색조 분포 위에 중첩된 검은색 막대로 묘사된다.
도 12는 도 12에 도시된 스펙트럼 크기의 동일한 오버레이를 도시하지만, 수평 축은 상이한 주파수 범위 및 복소 위상 의미에서 평가된 평균 크기를 디스플레이하도록 시프트된다.
도 13은 기어-스케일 및 피니언-스케일 성분을 차감한 MTE 데이터의 스펙트로그램의 디스플레이를 예시한다. 위치 및 주파수 컨텐츠는 주어진 위치 및 주파수 빈에서 스펙트럼 크기를 나타내는 회색조 값과 함께 각각 맞물림 주기 및 기본 맞물림 고조파 단위로 디스플레이된다.
도 14는 각 주파수에 대한 스펙트럼 크기의 표준 편차 및 단일 맞물림 고조파의 대역폭에 걸쳐 계산된 총 RMS 크기와 함께 도 13에 도시된 스펙트로그램으로부터 계산된 주기도(periodogram)의 디스플레이를 예시한다.
도 15는 특정 기어와 피니언 톱니 사이의 개별적인 접촉 주기에 매핑되고 회색조 또는 컬러 값으로 표시된 MTE 데이터의 연속적인 맞물림 주기 프레임상에 계산된 통계 측정치의 디스플레이를 도시한다.
도 16은 일부 맞물림당 통계 측정치의 평가에 사용되는 평균 맞물림당 MTE로서, 기준 곡선과 함께 도 15의 맞물림 그리드 뷰를 보완하기 위한 MTE 데이터의 특정 맞물림 주기 프레임의 표현을 묘사한다.
도 17은 입력 신호(예를 들어, 센서의 출력)를 후속 디스플레이 및 분석에 바람직한 특정 지속시간의 데이터 프레임으로 분리하는 것을 묘사한다. 도 17은 또한 후속 디스플레이 및 분석에 필요한 세그먼트로 프레임을 분리하는 것을 도시한다.
도 18은 본 발명에서 사용될 수 있는 다중 채널의 예를 예시한다.

본 명세서에서 사용된 "발명", "상기 발명" 및 "본 발명"이라는 용어는 본 명세서의 모든 주제 및 하기 특허 청구범위를 광범위하게 지칭하도록 의도된다. 이러한 용어를 포함하는 설명은 본원에 설명된 주제를 제한하거나 아래 특허 청구 범위의 의미 또는 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서는 애플리케이션의 특정 부분, 단락, 설명 또는 도면의 청구 범위에 포함되는 주제를 설명하거나 제한하지 않는다. 주제는 전체 명세서, 모든 도면 및 아래의 모든 청구범위를 참조하여 이해되어야 한다. 본 발명은 다른 구성이 가능하고 다양한 방식으로 실시되거나 수행될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용된 어구 및 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 제한하는 것으로 간주되어서는 안 됨을 이해해야 한다.

본 명세서에서 "포함하는", "갖는" 및 "포함하는"의 사용 및 이들의 변형은 이후에 나열된 항목 및 그 등가물 뿐만 아니라 추가 항목을 포괄하는 것을 의미한다. 방법이나 프로세스의 요소를 식별하기 위해 문자를 사용하는 것은 단순히 식별을 위한 것이며 요소가 특정 순서로 수행되어야 함을 나타내기 위한 것이 아니다. 또한, "제1", "제2", "제3" 등과 같은 용어는 본 명세서에서 설명의 목적으로 사용되며 중요성 또는 의미를 나타내거나 암시하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥이 명백하게 달리 나타내지 않는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관된 나열된 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함하고 "/"로 약칭될 수 있다.

이제 본 발명의 세부사항이 단지 예로서 본 발명을 예시하는 첨부 도면을 참조하여 논의될 것이다. 도면에서 유사한 특징 또는 구성요소는 유사한 참조 번호로 표시될 것이다. 다양한 실시예는 적용 가능한 경우 상이한 양태, 특징 및/또는 이점을 포함 및/또는 배제할 수 있다. 또한, 다양한 실시예는 적용 가능한 경우 다른 실시예의 하나 이상의 양태 또는 특징을 조합할 수 있다. 특정 실시예의 양태, 특징 및/또는 이점에 대한 설명은 다른 실시예 또는 청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명은 2개 이상의 기어의 회전 운동과 관련된 임의의 교란을 분석하는 것을 포함한다. 현재, 회전 운동 전달 오차(즉, 입력 기어의 실제 운동의 함수로서 출력 기어의 실제 운동과 이상적인 운동 사이의 차이), 기존의 이중 플랭크 테스트에서의 선형 변위 및 테스트 구조의 진동 가속도가 고려될 수 있다. 본 발명은 테스팅 기계의 구성요소인 컴퓨터 상에서 또는 테스팅 기계로부터 멀리 떨어진 컴퓨터 상에서 수행될 수 있다. 본 발명의 분석에서 획득된 정보는 지속적인 프로세스 수정을 위해 폐쇄 루프 시스템을 통해 기어 가공 기계(예를 들어, 절단 또는 연삭 기계)로 직접 보낼 수 있다. 획득한 정보는 후속 연구 및 분석을 위해 저장될 수 있다. 본 발명에서, 기어 세트의 어느 한 부재는 "입력" 기어로 식별될 수 있고, 따라서 다른 하나의 부재는 "출력" 기어로 식별될 것이라는 점에 유의해야 한다. 그러나 실제로는 톱니 수가 적은 부재를 입력 기어로 식별하는 것이 일반적이다.

본 발명의 방법은 테스팅 장치의 2개 이상의 기어가 조정 운동에 있을 때를 결정하기 위해 위에서 논의된 유형과 같은 기계 센서를 지속적으로 모니터링한다. 운동은 입력 또는 출력 기어의 회전식 인코더 사이의 0이 아닌 상관 관계 또는 기어 세트 구성에 의해 예측된 주파수에서 미리 결정된 진동 가속 임계값의 교차에 의해 자동으로 표시될 수 있다.

조정된 운동이 감지될 때마다 추가 분석을 위해 데이터가 기록된다. 입력 및 출력 기어의 회전 위치는 입력 및 출력 스핀들에 부착된 회전식 인코더를 통해 측정된다. 진동 가속도는 테스트 장치에 부착된 하나 이상의 가속도계를 통해 측정된다. 모든 측정은 일시적으로 샘플링되며, 여기서 센서 판독값은 일정한 시간 간격으로 캡처된다.

임의의 추가의 시간적으로 샘플링된 데이터와 함께 세트의 입력 및 출력 기어의 회전 위치는 (예를 들어, 로컬 또는 글로벌 다항식 방법에 의해) 보간되고 재샘플링되어 모든 측정의 샘플이 일치하는 시간에 발생하고 입력 기어의 위치는 일정한 간격으로 전진한다(여기서는 회전 샘플링이라고 함). 시간 데이터가 다시 샘플링되는 특정 순간에 해당하는 불규칙한 간격의 시간 값은 입력 기어의 가속도에 대한 정보를 캡처하는 추가 측정치으로 유지된다. 입력 기어의 주어진 위치에 대한 모든 일치하는 측정은 추가 분석을 위해 캡처된 데이터의 측정 "패킷"을 나타낸다.

출력 기어의 회전 위치는 출력 기어 위치에서 기어비에 의해 예측된 이상적인 위치와 입력 기어의 일치 위치를 차감하여 운동 전달 오차 측정치으로 변환된다.

입력 및 출력 기어의 회전 샘플링된 위치로부터, 기어 세트에 대한 유효 기어비는 관찰된 운동에 대한 선형 회귀에 의해 결정된다. 2개의 기어로 구성된 세트를 가정하고 부동 소수점 비율을 입력 기어의 톱니 수는 분자이고 출력 기어의 톱니 수는 분모인 유리식으로 변환함으로써 실효비를 입력 및 출력 기어의 톱니수 추정치로 변환한다.

부동 소수점 비율을 유리식으로 변환하는 것은 테스트 중인 기어의 애플리케이션을 기반으로 분모를 일부 최대 정수로 제한하거나 가장 가까운 매칭을 찾기 위해 미리 선택된 가능한 비율 목록과 비율을 비교하여 수행할 수 있다.

개별 신호로부터 또는 복수의 신호로부터 일치하는 샘플의 "패킷"으로서 샘플 집합은 프레임으로 누적될 수 있다(도 17, 상단 참조). 데이터의 각 프레임은 원하는 시작 샘플에서 시작하여 미리 결정된 지속시간 동안 지속되는 입력 신호의 전체 또는 일부를 나타낸다. 여러 프레임이 지속시간 내에서 중첩할 수 있거나(도 17, 중첩 프레임 참조) 디스조인트(disjoint)될 수 있다; 디스조인트된 프레임은 지속시간 내에서 연속적일 필요가 없다.

기존의 기어 세트 테스트에서는 하나의 테스트 기록 또는 정의된 일련의 기록가 수집되며, 그 결과 각 기록에 대해 별개의 분석 또는 DFT 변환이 수행된다. 결과적으로 이러한 분석은 기록 내의 평균 조건에 대해서만 결과와 결론을 제공하지만 기록 내 특성의 가변성을 평가하려고 시도하지 않는다.

예를 들어, 기존 테스트를 셋업할 때 시간 도메인 및 주파수 도메인 결과를 도출하고 디스플레이하기 위해 4개의 기어 회전 지속시간을 갖는 기록이 선택될 수 있다. 맞물림당 1회 주파수에서 MTE의 결과 측정치는 55마이크로 라디안의 크기를 나타낼 수 있지만 이것은 본질적으로 4개의 기어 회전 기록 길이에 걸쳐 측정된 성분의 평균이다. 데이터에 대한 더 정밀한 연구는 크기가 처음 2개의 기어 회전에 대해 65마이크로 라디안이고 마지막 2개의 기어 회전에 대해 45마이크로 라디안임을 보여줄 수 있다. 크기의 이러한 편차성을 노출하는 것은 기존의 분석 방법으로 밝혀지지 않은 기어 세트 또는 테스트 조건의 품질 특성에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 테스트 방법에서, 다수의 더 짧은 프레임이 특정 테스트 기록 내에서 정의될 수 있다. 각 프레임 내의 신호 또는 신호들의 분석은 기어 세트의 보다 국부적인 동적 거동에 대한 정보를 제공한다. 프레임이 중첩하도록 허용되고 지속시간이 임의적이기 때문에, 본 발명의 접근 방식에 의해 촉진되는 동적 분석에 추가하여 현재의 기존 테스트 결과를 복제하기 위해 전체 테스트 기록과 동일한 지속시간으로 프레임을 정의하는 것이 가능하다.

프레임의 길이는 기어 세트의 운동과 관련된 다양한 흥미로운 현상에 대응하도록 선택될 수 있다. 또한 프레임 집합은 관련 프레임 시퀀스를 특성화하는 "채널"(도 18 참조)에 누적될 수 있다. 도 18은 예시적인 5:19 비율 기어 쌍과 관련하여 본 발명에서 채용될 수 있는 다중 채널의 예시를 도시한다. 궤도(orbit) 채널은 하나의 전체 궤도(5 기어 회전) 길이의 프레임으로 구성된 것으로 도시된다. 기어 채널은 하나의 전체 기어 회전 길이의 일련의 프레임으로 구성된 것으로 도시된다. 세 가지 유형의 피니언 채널이 도시된다 : 유형 A는 하나의 전체 피니언 회전 길이의 일련의 연속 프레임으로 구성된다; 유형 B는 4 피니언 회전 길이의 일련의 연속 프레임으로 구성된다; 유형 C는 길이가 4 피니언 회전 길이의 일련의 중첩 프레임으로 구성된다. 마지막으로 맞물림 채널은 하나의 맞물림 주기 길이의 일련의 연속 프레임으로 구성된 것으로 도시된다.

예를 들어, 채널은 다음 중 임의의 정수와 동일한 지속시간을 각각 갖는 하나 이상의 프레임의 집합으로 정의될 수 있다.

하나의 맞물림 주기, 이는 세트의 두 기어 사이에 있는 한 쌍의 톱니가 부재의 상대적 운동에 지배적인 영향을 유지할 것으로 예상되는 지속시간이다; 이상적인 맞물림 주기 지속시간은 임의 기어의 전체 회전 주기를 톱니 수로 나누어 수학적으로 획득할 수 있다,

세트에 임의의 기어의 1회전, 또는

일반적으로 "헌팅 톱니(hunting tooth)"라고 하는 "궤도", 이는 세트에 두 개의 상호 연결된 기어 각각의 단일 회전을 구성하는 맞물림 주기 수의 최소 공배수이다.

도 18의 예에 의해 도시된 바와 같이, 채널 또는 프레임 지속시간은 각 부재의 단일 회전을 포함하는 맞물림 주기(톱니)의 수에 의존할 수 있다. 사용자가 기어비를 지정하지 않은 경우 자동으로 결정된 추정치를 사용하여 2 기어 세트를 가정한 지속시간을 식별한다. 사용자가 기어비를 지정하면, 한 세트에 두 개 초과의 기어가 포함될 가능성이 있는 경우 채널 지속시간은 사용자 지정 값으로부터 도출된다.

각 채널 및 프레임 내에서, 하나 이상의 수집된 측정치의 코어 모델은 하나 이상의 절사형(truncated) 푸리에 급수의 합으로 도출될 수 있으며, 각각은 직교 기저이며 여기에서는 "성분 기저"이라고 한다. 각 시리즈의 기본 주파수는 입력 기어의 1회전에 대해 표현되는 세트에 하나의 기어의 회전 주파수이다. 또한, 하나의 성분 기저는 단일 맞물림 주기의 것에 해당하는 기본 주파수를 가지며 다시 입력 기어의 1 회전과 관련하여 표현된다. 둘 초과의 기어를 포함하는 기어 세트에는 둘 초과의 기본 맞물림 주기가 있을 수 있으며, 이 경우 각 맞물림 주기에 하나의 성분 기저가 할당될 수 있다.

각 성분 기저에 대한 기본 주파수는 사용자가 지정한 경우 기어비 및 톱니 수로부터 결정된다. 그렇지 않으면 2 기어 세트를 가정하여 결정된 기어비로부터 자동으로 추정되는 톱니수로부터 주파수가 결정된다.

각 성분 기저의 절삭은 알고리즘과 같이 자동으로 또는 사용자 선택에 의해 수동으로 결정될 수 있다.

각 프레임 내에서, 프레임의 지속시간보다 긴 기본 주기를 갖는 임의의 성분 기저는 모델에서 완전히 제외되거나, 프레임 지속시간보다 짧은 주기를 갖는 성분만 모델에 나타내도록 변경된다. 임의의 프레임에 대한 모델은 충분히 긴 지속시간의 프레임이 있는 대체 채널에서 결정된 임의의 장기 배제 성분의 추정치로 보완될 수 있다.

푸리에 모델은 테스트 중인 기어 세트 외부의 주기적 현상을 나타내는 하나 이상의 추가 베이스, 여기서 집합적으로 "외부 베이스"라고 함, 또는 각 프레임의 지속시간 동안 비주기적인 현상을 나타내는 직교 베이스 함수로, 여기서 "비주기적 베이스"라고 함, 보강될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현은 최대 고조파 주기보다 긴 스케일에 대한 거동을 모델링하기 위해 비주기적인 기저로서 절삭된 일련의 르장드르 다항식을 사용한다.

모델의 모든 푸리에 베이스의 계수는 공통 고속 푸리에 변환(FFT)과 같은 고속 푸리에 방법에 의해 동시에 결정될 수 있다. 이것은 그러한 신호의 주파수 도메인 고조파 콘텐츠를 찾기 위한 통상적인 선택이며, 개시된 시스템은 이러한 솔루션 방법을 제공할 수 있다. 그러나 이러한 잘 알려져 있고 효율적인 고속 푸리에 방법을 적용하면 비주기적 신호 콘텐츠가 존재할 때마다 고조파 콘텐츠가 식별하는 데 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 시스템은 또한 그러한 오차를 감소 또는 제거할 수 있는 대안적인 방법을 포함한다.

시스템에 의해 제공되는 하나의 그러한 대안은 최소 제곱 최적화에 의해 동시에 비주기적 또는 외부 기저를 포함하는 모델의 모든 베이스의 계수를 결정하며, 다른 것에 비해 하나를 강조하고 다른 베이스의 잠재적인 비직교성으로 인한 모호성을 해결하기 위해 상이한 베이스에 임의의 가중치를 할당한다. 이 방법은 기존의 고속 푸리에 분석을 괴롭히는 비주기적 컨텐츠와 관련된 "스펙트럼 누출" 오차(예를 들어, 분석할 프레임에 하나 이상의 기어 회전수가 정수가 아닌 경우)에 덜 민감하다.

시스템에 의해 제공되는 또 다른 대안은 미리 결정된 임의의 순서로 이전에 결정된 모델보다 적은 데이터를 각 기저에 차례로 투영함으로써 모델의 계수를 반복적으로 결정한다. 반복 프로세스는 임의의 기저에 대한 계수가 이전 반복에서 결정된 계수에서 미리 결정된 양을 초과하여 벗어나지 않을 때까지 반복된다. 이 방법은 예를 들어, 모델로부터 스펙트럼 누출이 반복적으로 제거된 잘 알려진 FFT를 사용하여 수행될 수 있다. 완전히 알려지지 않은 신호의 일반적인 경우 FFT 누출과 관련된 오차는 고유하며 어떤 방법으로도 제거할 수 없다는 것에 유의한다. 그러나 특정 주파수가 사전에 확실히 존재하는 것으로 알려진 경우(예를 들어, 주어진 기어 및 피니언 고조파), 반복 투영 기법은 이러한 알려진 주기와 큰 이점이 있는 반복 투영 방법으로 "시드(seeded)"될 수 있다.

하나 이상의 측정에 대해 각 프레임 내에서 코어 모델이 결정된 후, 해당 프레임 및 측정에 대한 잔차는 측정에서 모델을 차감하여 계산된다. 잔차는 모델로 설명할 수 없는 측정 부분을 나타내며 불규칙한 기어 세트 거동의 추가 분석을 위한 기초를 제공한다.

조정된 동작에 대한 데이터가 기록됨에 따라 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 사전 결정된 추측 분석이 각 채널에서 수행된다 :

채널의 각 프레임 내 푸리에 및 기타 기저 계수의 순시 값;

각 채널의 지속시간에 대한 순시 피크, 평균 제곱근 및 평균 진폭;

각 푸리에 기저 계수의 순시 "확산", 동일한 푸리에 기저 내에서 인접한 성분을 둘러싼 유사한 대역을 잠식하지 않을 정도로 충분히 좁은 폭을 가진 해당 주파수에 중심을 둔 스펙트럼 대역의 총 파워에 대한 해당 주파수의 파워 비율.

순시 값에 더하여, 각 채널의 프레임에서 계산된 값의 통계 편차가 계산되어 보고된다.

본 발명의 실시예는 "상시-온" 양태 및 "약정" 양태를 포함하는 측정 패러다임을 포함한다. 약정 기능은 수년 동안 알려진 기존 접근 방식이며 다양한 설정 및 파라미터에 따라 사용자가 미리 구성하고 정의하는 테스트를 포함한다. 테스트 전체에 걸쳐 생성될 테스트 조건, 분석 및 보고를 정의한다. 이것이 오늘날 고급 측정 기능을 갖춘 기어 테스트 기계가 동작하는 것으로 믿어지는 방식이다. 즉, 테스트를 위한 레시피(또는 "요약")를 셋업하여 사전에 구체적으로 요청하고 구성한 정보 외에는 사용자에게 거의 정보가 제공되지 않는다. 기계가 나타내는 위치, 운동, 속도, 부하 또는 타이밍이 검사 시스템의 예상(또는 "약정")과 일치하지 않으면 전형적으로 경고 또는 경보가 발생하고 테스트가 중단된다.

대조적으로, 상시-온 모드는 측정 시스템이 항상 데이터를 수집, 분석 및 공개할 수 있게 한다. 따라서 측정 시스템에 전원이 공급되고 소프트웨어가 동작할 때마다 사용 가능한 임의의 데이터를 수집 및 분석하고 현재 상태와 만약에 있다면 테스트 중인 기어 세트에 대한 유용한 정보를 최대한 많이 도출 및 디스플레이하려고 시도한다. 본 발명에서 상시-온 기능과 약정 기능은 상호 배타적이지 않고 동시에 실행될 수 있다. 지속적인 모니터링 중에 기록된 데이터는 기어 세트를 추가로 움직일 필요 없이 후속 약정 테스트를 위해 액세스할 수 있다.

상시-온 시스템은 사용 가능한 센서를 지속적으로 모니터링하는 것으로 시작한다. 그런 다음 결과 측정 및 데이터를 실시간으로 처리하고 사용자가 사용할 수 있는 유용한 포맷으로 디스플레이한다. 상시-온 시스템은 현재 상태를 설명하는 파라미터, 설정 및 값의 집합을 지능적으로 도출하고 이들로 인해 비활성화되거나 혼동되지 않고 불일치를 보고하기 위해 가능한 한 독립적이고 강력하게 시도한다.

예를 들어, 11:38 톱니 비율을 갖는 기어 세트(예를 들어, 베벨 피니언 및 링 기어)가 설치되어 기계에 롤링되지만 소프트웨어 시스템이 9:38을 예상하도록 셋업되어 있으면 기존의 측정 시스템은 약정 테스트가 시작될 때까지 임의의 정보를 처리하거나 불일치를 감지하지 않을 것이다. 그 때 오차를 보고하거나 예상치 못한 비율로 인해 잘못된 측정 결과를 생성할 수 있다.

반면에 내결함성(fault-tolerant)이 있는 상시-온 시스템은 가능한 한 빨리 두 스핀들이 회전하고 있으며 주어진 운동 비율을 근접하게 따르고 있고(따라서 기어 세트가 롤링되고 있다) 운동의 비율은 3.455이고 11:38이 해당할 가능성이 가장 높은 실제 톱니 비율이다는 것을 인식할 것이다. 맞물림 고조파 진폭, 런아웃 성분 등을 포함하여 이러한 기어 세트와 관련된 전형적인 SFT(single-flank testing) 및 SBN(structure-borne noise) 데이터를 즉시 분석하고 공개하기 시작한다. 감지된 비율을 즉시 공개함으로써 기계 제어기는 훨씬 더 이른 시간에 측정 시스템 데이터를 자체 예상 파라미터와 비교하고 편의상 사용자에게 메시지를 시작할 수 있다.

상시-온 동작 동안, 인코더 출력은 도 1의 MTE 신호의 예를 사용하여 도시된 프로세스에 따라 계속해서 모니터링된다. 각각의 정의된 채널에 대해, 방법은 해당 채널의 프레임에 대한 인코더 스트림을 관찰한다. 아래에서 설명하는 것처럼 인코더 위치는 원래 시간에 따라 규칙적으로 샘플링되지만 측정은 종종 규칙적인 회전 위치에서 필요하다. 따라서 각 프레임이 수신된 후 기어 세트 부재 중 하나의 각도 위치에서 규칙적인 간격을 유지하기 위해 로컬 보간에 의해 다시 샘플링될 수 있다. 결과 인코더 데이터는 선형 회귀에 의해 현재 기어비의 추정치를 결정하는 데 사용된다. 조정된 운동이 감지되지 않으면 데이터가 중단되고 방법은 인코더 정보의 다음 프레임을 기다린다. 그렇지 않으면, MTE는 프레임에서 계산된다. 기어비가 예상과 다르거나 마지막 프레임에서 변경된 것으로 보이면, 새로 감지된 비율이 후속 분석 모듈 또는 기타 관심 있는 관찰자에게 제공된다. MTE는 인코더 하드웨어의 양자화 노이즈를 완화하기 위해 저역 통과 필터링 및 다운 샘플링되며, 결과 신호는 후속 처리에 사용할 수 있다.

추가 신호는 기계에 부착된 다른 센서의 출력의 함수로서 MTE와 동시에 수집될 수 있다. 각 채널에 대해 이러한 신호는 MTE가 표시되는 프레임과 일치하는 하나의 프레임의 지속시간으로 그룹화될 것이다.

각 채널은 새로운 프레임이 사용 가능해지면 보강된다; 미리 결정된 채널 지속시간 이전에 수집된 프레임은 폐기된다.

상시-온 분석의 바람직한 구현에서, 단일 기어와 맞물리는 단일 피니언으로만 구성된 기어 세트는 프레임 지속시간이 여러 맞물림 주기인 맞물림 채널(mesh channel), 프레임 지속시간이 일부 피니언 회전 수인 피니언 채널, 프레임 지속시간이 일부 기어 회전 수인 기어 채널, 프레임 지속시간이 기어 및 피니언의 하나 이상의 전체 궤도에 해당하는 궤도 채널으로 구성된다.

각 채널은 도 2의 MTE 분석의 예에 대해 도시된 바와 같이 자동 분석을 수행하기 위해 새로운 프레임, 새로 발견된 기어비 또는 고조파 분해를 위해 구성된 파라미터(아래 설명됨)의 변경을 기다린다. 기어비 변경 알림이 수신되면 두 가지 다른 비율의 MTE 데이터를 추가해도 유용한 분석이 생성되지 않기 때문에 현재 보유하고 있는 모든 MTE 데이터가 폐기된다. 새 MTE 데이터가 채널에 의해 수신되면 채널 기록에 추가되고 잠재적으로 "진부한(stale)" 데이터(채널에 대해 구성된 지속시간을 벗어나는 데이터)는 폐기된다. 현재 보유된 MTE 프레임은 실제 MTE에서 예측 가능한 성분의 모델을 생성하는 분해 모듈로 전달되고 모델은 추가 분석 또는 시각화 구성요소에 공개된다. 또한 자동 프로세스 또는 사용자 요청에 의해 채널의 분해 설정이 변경될 때마다 분해가 다시 계산된다. 도면에는 나타내지 않았지만 각 채널 내에서 추가 자동 분석이 발생할 수 있다.

기본 분해 프로세스가 도 3에 예시된다. 기어비, 원하는 고조파 성분 세트("고조파 카운트") 및 선택적 최대 다항식 차수가 신호에 대한 기저 함수의 세트 (" 선형 시스템”)를 결정하는 기저 모듈에 대한 입력으로 사용된다. 분해 모듈은 선형 시스템과 입력으로서 입력 신호로부터 모델을 나타내는 일련의 기저 계수를 생성하는 알고리즘을 구현한다. 선형 시스템 및 해당 모델 계수는 신호의 확장된 모델("MTE 모델")을 생성하는 확장 모듈에 대한 입력으로 제공된다. 신호 모델은 차분 모듈에 의해 입력 신호에서 차감하여 잔차 오차를 생성한다.

상시-온 시스템은 닉(nick) 및 버(bur)와 같은 톱니 손상, 톱니 간격 오차, 아버(arbor)에서 부품이 미끄러지거나 크리핑(creeping)하는 증거, 가벼운 하중을 받는 부품의 간헐적 플로팅 또는 덜걱거림 또는 기타 비정상적인 조건과 같은 다른 문제를 항상 확인한다. 이러한 현상에 대한 데이터와 결론을 생성할 때 이러한 결과를 사용자 인터페이스(Ul) 및 기타 시스템 구성요소에 공개하여 적절한 조치가 수행될 수 있도록 한다. 이러한 조건을 확인하기 위한 명시적인 특정 약정 없이 이 모든 작업을 수행함으로써, 감지가 단순화되고 현상을 조기에 식별할 수 있으며 사용자는 특정 약정 테스트의 상태에 관계없이 현재 조건에 대해 더 많이 알 수 있으며 시스템은 보다 지능적이고 자율적인 방법으로 거동한다.

상시-온 사용자 인터페이스는 또한 상호작용 및 탐색을 허용한다. 사용자는 화면과 디스플레이를 탐색하고, 측정 양태에 대한 보다 자세한 보기에 액세스하고, 기어 세트 거동의 양태를 이해하고 수량화하기 위해 데이터 수집 및 분석의 실시간 파라미터 및 설정을 변경할 수 있다. 이러한 확장된 탐색을 지원하기 위해 운동, 속도 및 부하를 포함한 테스트 파라미터를 제어하는 테스터의 기계 측을 "보류(hold)" 상태로 전환하여 상시-온 분석 및 Ul 기능을 활용하여 데이터를 보다 자세히 조사할 수 있다. 보류 상태는 기어 세트의 운동이 이전 상태에서 계속되거나 완전히 멈추는 동안 새로운 신호 및 데이터의 흐름을 일시 중단하거나 무시하는 것을 포함할 수 있다. 보류 상태는 또한 일정한 속도로 기어 세트를 롤링하여 획득된 새로운 정보의 꾸준한 흐름을 사용하여 운영자가 무기한 동안 이상적인 기어 세트 동작에서 실시간 편차를 볼 수 있도록 한다.

상시-온 모드는 또한 데이터베이스, 파일 시스템 또는 휘발성 컴퓨터 메모리에서 미리 정의된 지속시간 동안 현재 데이터를 캡처하는 것을 제공한다. 사용자는 캡처 및 분석 결과의 특정 간격을 무기한으로 유지하거나 유지된 측정 데이터에 소급하여 약정 테스트를 적용하도록 선택할 수 있다.

생산 모드에서, 설정에 의해 정의된 약정 테스팅은 동시에 활성화될 수 있는 임의의 상시-온 기능에 대한 간섭 없이 미리 정의된 사이클 시퀀스 및 타이밍, 수집된 데이터 및 디스플레이된 결과에 따라 기계 제어기에 의해 자동으로 시작된다.

데이터, 예를 들어, 회전 SFT 측정로부터 도출된 운동 전달 오차 데이터를 처리할 때 여러 접근 방식이 통합될 수 있다. 기어 세트 분석은 전형적으로 "회전" 샘플링을 사용하고, 여기서 기어 및 피니언 엔코더 신호는 피니언 엔코더의 회전 변화에서 균일하게 샘플링된다(즉, 피니언 엔코더의 연속적인 두 샘플 간의 차이는 일정함). 결과 분석은 본질적으로 테스트 중인 기어 또는 피니언 회전의 특정 지점과 주기적인 현상을 연관시킨다. 샘플링 하드웨어는 일반적으로 샘플링할 때 규칙적인 시간 간격을 사용하고 기어가 일정하지 않은 속도로 회전할 수 있기 때문에, 인코더 신호를 보간하여 규칙적인 시간 샘플링을 규칙적인 회전 샘플링으로 변환해야 한다. 샘플링 하드웨어의 대역폭은 전형적으로 기어 세트 분석에 필요한 대역폭보다 훨씬 높다. 샘플링은 두 가지 주요 이점을 실현하기 위해 지원되는 가장 높은 주파수에서 수행하는 것이 좋다. 첫째, 시간 샘플링을 회전 샘플링으로 변환하는 보간은 오차가 더 적다. 둘째, 데이터 수집 소프트웨어에 저역 통과 필터를 적용하고 오버샘플링된 신호를 다운샘플링하는 것은 디지털화된 신호에 존재하는 양자화 노이즈를 감소시킨다.

시간적으로 샘플링된 인코더 신호를 회전식 샘플링으로 변환할 때, 시간적 샘플링에 고유한 타이밍 정보는 각 샘플과 관련된 타임스탬프의 형태로 유지된다. 이러한 타임스탬프는 대체 분석이나 일시적으로 샘플링된 신호로 다시 변환하는 데 유용한 기어 세트의 속도 및 가속도에 대한 정보를 제공한다. 가능한 가장 높은 속도로 샘플링하면 이러한 타임스탬프와 그에 따른 귀속(imputed) 속도 및 가속도의 오차가 최소화된다.

현재의 측정 시스템과 대조적으로, 본 발명은 운동 전달 오차의 특정 시간적 특징이 특정 기어와 피니언 톱니 사이의 접촉 주기와 상관되도록 하는 톱니 인덱싱 시스템을 유지한다. 기본적으로, 기어와 피니언이 롤 테스터에서 척킹될 때 시작되고 조정된 운동으로 롤링을 시작하는 기어 세트 테스트의 임의의 기록은 각 기어 세트 부재에 접촉하는 제1 톱니에 1의 기어 톱니 인덱스를 할당하고 1의 피니언 톱니 인덱스를 할당한다. 기어 및 피니언 인덱스는 각각의 후속 이론적 톱니 접촉 주기을 통해 운동이 계속됨에 따라 증가하며, 증가된 인덱스가 해당 부재의 톱니 수를 초과할 때마다 각 부재에 대한 인덱스가 다시 1로 래핑(wrapping)된다. 톱니 접촉의 이론적인 주기는 한 쌍의 접촉 톱니(현재 인덱스의 톱니)가 임의의 주어진 시간에 활성으로 지정된 톱니 접촉의 단순화된 보기를 나타낸다. 톱니 접촉의 이론적인 주기는 기어 부재의 1회전 주기를 톱니 수로 나눈 것으로 이해할 수 있다. 실제로, 한 쌍 초과의 맞물린 톱니가 주어진 시간에 주어진 기어 쌍에 대해 의미 있는 접촉을 할 수 있고 이는 하중 하에서의 기어 설계와 톱니 변형으로 인해 발생한다. 본 발명의 시스템의 톱니 인덱싱 시스템은 바람직하게는 이 이론적인 주기를 가정하지만, 이 거동에 관한 충분한 정보가 제공되면 다중 (중첩) 톱니 쌍의 지정을 지원할 수도 있다고 생각된다.

롤 테스터의 제어 인터페이스는 두 가지 방식으로 톱니 번호 지정에 대한 인식으로 증대될 수 있다. 첫째, 인터페이스는 운영자가 기어 및 피니언 톱니에 대해 원하는 인덱스를 선택하고 롤 테스터가 원하는 톱니를 미리 결정된 배향으로 독립적으로 배치하도록 하는 "표시기(indicator)" 옵션을 제공할 수 있다. 둘째, 인터페이스는 원하는 인덱스 시퀀스를 인식할 수 있도록 "교육(teaching)" 옵션을 제공할 수 있다. 운영자는 기어와 피니언의 위치를 수동으로 지정하여 지정된 시작 톱니(각각 1의 인덱스가 있음)를 미리 결정된 배향으로 정렬하고 교육 인터페이스를 통해 소프트웨어가 기준으로 부재 배향을 기록하도록 지시할 수 있다. 나중에 부품이 척 해제(de-chucked)될 때까지 교육 동작 후 분석 또는 시각화를 위해 제공된 모든 데이터 기록에는 레이블이 지정된 기준 위치를 나타내는 추가 태그가 포함된다. 이러한 기준 위치 태그는 운영자가 테스트 전체의 어느 지점에서든 접촉한 특정 톱니를 발견할 수 있도록 하는 기준으로 사용할 수 있다.

수행된 많은 분석은 새로운 방식으로 롤 테스터 데이터의 탐색을 허용하는 전문화된 시각화와 결합될 수 있다. 그러나 분석과 시각화의 결합은 필수가 아닌 편의를 위한 것이다. 각 분석 단계와 시각화는 기어 세트 테스트 영역에서 별도로 고려될 수 있다. 언더라잉 분석은 시각화를 제시하지 않고 상시-온 또는 약정 데이터에 적용될 수 있다. 이러한 분석의 결과는 임계값과 비교되거나 다른 방식으로 일부 수단(예를 들어, 통계적으로)에 의해 감소되어 보다 간단한 보고를 용이하게 하거나 테스트 중인 기어 세트에 대한 자동 합격-불합격 결정을 하게할 수 있다.

적어도 5가지 유형의 시각화가 고려된다:

모델 분해,

DFT(Discrete Fourier Transform) 크기,

오버레이,

스펙트로그램, 및

맞물림 그리드(mesh grid).

5가지 유형의 시각화는 모든 시각화의 기초를 제공하는 코어 모델과 잔차로 모두 연결되는 것이 좋다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같은 모델 분해 시각화에서, 각각의 선택된 측정치에 대해, 분해 뷰는 공통 축에 개별적으로 도시되고, 입력 기어 위치가 독립 변수를 나타내고, 측정치가 종속 변수, 각 성분의 확장, 결정된 모델 계수에 의해 가중치가 부여된 해당 기저에서 함수의 선형 조합으로 외부 및 비주기적 기저를 나타낸다. 각 측정치에 대한 잔차는 각 기저 확장과 함께 도시된다.

사용자 인터페이스 제어를 통해 운영자는 각 기저 확장 또는 잔차의 가시성을 토글할 수 있다.

제어를 통해 운영자는 모델 또는 모델들에 표시된 임의의 성분 또는 외부 기저의 기본 주기으로서 선호하는 디스플레이 스케일을 선택할 수 있으며, 이는 디스플레이 축의 한 단위가 선택한 기초 주기를 나타내도록 입력 기어 위치가 스케일링되게 한다.

사용자-인터페이스 요소("툴팁(tooltip)")는 운영자가 플롯에 커서를 위치시켜 디스플레이된 각 성분의 특정 진폭 및 커서 부근에서 입력 기어의 위치를 발견할 수 있게 한다. 툴팁의 예는 도 8에 도시되며 도시된 데이터는 해당 특정 그래픽 디스플레이의 특정 라인 및 위치에만 관련이 있음을 이해해야 한다.

별도의 축에서, 도 5에 도시된 바와 같은 막대 차트 또는 라인 플롯은 측정치 및 기저에 의해 그룹화되고 특정 계수 진폭의 발견을 허용하도록 레이블이 지정된 모델 계수의 일부 또는 전부의 크기를 도시한다.

툴팁은 운영자가 쿼리된 특정 성분을 식별하기에 충분한 정보와 함께 특정 계수의 특정 수치를 발견하기 위해 크기 플롯에 커서를 위치시키는 것을 허용한다.

분해 분석은 선택적인 비주기적 다항식 경향과 함께 기어별, 피니언별 또는 맞물림별(per-mesh) 고조파의 배수로서 운동 전달 오차의 주기 성분을 나타낸다. 고조파 분석은 현재 기어 세트 테스트 시스템에서 일반적이다. 그러나, 본 발명의 방법에 의해 수행된 분해는 스펙트럼 누출의 영향을 감소시키고 현재 시스템에서 나타내지 않는 주기적 거동을 설명하는 앞서 언급한 분해 방법을 사용함으로써 기존의 분석을 개선한다.

기어 세트의 각 기어에 대해, 분해에 의해 결정된 저차 고조파 성분은 이상화되거나 모델링된 기어 응답으로서 사용자에게 디스플레이되며, 이러한 성분의 일부(사용자에 의해 명시적으로 선택되거나 프로그램에 의해 자동으로 선택됨)는 기어 세트의 회전과 관련이 없는 노이즈 소스 및 더 높은 주파수 맞물림별 고조파 성분을 나타내는 잔차 오차가 산출하기 위해 운동 전달 오차에서 차감된다. 잔차 오차는 추가 분석 및 시각화의 기저가 될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같은 DFT 크기 시각화에서, 막대 차트 또는 라인 플롯은 입력 기어의 회전 주파수의 함수로서 현재 모델 또는 모델들에 대한 잔차의 이산 푸리에 변환(DFT)의 크기를 도시한다.

제어를 통해 운영자는 모델 또는 모델들에 표시된 성분 또는 외부 기저의 기본 주파수로 선호하는 디스플레이 스케일을 선택할 수 있으며, 이는 입력 기어의 회전 주파수가 선택한 주파수 단위로 표현되게 한다.

제어를 통해 운영자는 "가상 궤도"를 활성화할 수 있으며, 이는 현재 데이터 기록이 세트에서 상호 연결된 임의의 2개 기어의 궤도의 다음으로 큰 정수와 동일한 지속 기간으로 제로 패딩(zero-padded)되도록 하여 DFT에서 계산된 회전 주파수는 두 부재의 기본 회전 주파수 및 맞물림 주파수와 일치한다.

크기가 막대 차트로 디스플레이될 때, 각 DFT 주파수 빈에 대한 막대는 바람직하게는 각 성분 또는 외부 기저(또는 그러한 기저에 대한 대응 결여)에 대한 기본 주파수의 배수에 대한 대응에 따라 개별적으로 컬러, 음영 처리, 레이블 지정 또는 달리 구별되어 기어 세트의 개별 부재에 기인하는 주기적인 현상과 주파수 간의 상관 관계를 시각적으로 쉽게 식별할 수 있다.

툴팁은 운영자가 특정 DFT 주파수 빈에서 크기 및 중심 회전 주파수를 발견하기 위해 DFT 플롯에 커서를 위치시키는 것을 허용한다.

도 7, 8, 9, 및 10에 도시된 바와 같은 위치 오버레이 시각화에서, 제어는 운영자가 모델 또는 모델들에 표현된 임의의 성분 또는 외부 기저의 기본 주기로서 선호하는 디스플레이 스케일을 선택할 수 있게 하며, 이는 현재 모델 또는 모델들에 대한 잔차가 다음 중 하나로 구성된 "세그먼트"로 세분화되게 한다:

선택한 기본 주기와 동일한 지속시간의 디스조인트, 연속적인 간격, 또는

선택한 기본 주기에 추가 중첩 간격을 더한 것과 동일한 지속시간의 중첩 간격, 소프트웨어에 의해 자동으로 또는 운영자가 수동으로 선택한 중첩 간격에 의해 중첩되는 연속 세그먼트.

각각의 선택된 측정에 대한 라인 플롯은 공통 축에서 해당 측정에 대한 모든 세분화된 잔차 세그먼트를 도시하며, 각 세그먼트는 바람직하게는 결정된 모델에 기인하지 않는 데이터 세그먼트 간의 편동성을 검토할 수 있도록 해당 세그먼트의 시작에서의 위치에 대한 입력 기어의 회전 위치의 함수로서 컬러 또는 스타일로 구별된다.

툴팁은 운영자가 세그먼트가 정의된 입력 기어의 회전 위치의 함수로서 특정 간격을 식별하기 위해 하나 이상의 라인 위에 커서를 위치시킬 수 있다.

제어는 운영자가 각각의 선택된 측정에 대해 디스플레이된 모든 세그먼트에 대한 평균 잔차의 가시성을 토글할 수 있게 한다. 평균 잔차는 도 7, 8, 9 및 10에서 개별 세그먼트 위에 검은색으로 중첩하여 디스플레이된다.

제어는 운영자가 디스플레이된 모든 세그먼트에 대해 점별 표준 편차 또는 사용자 제어에 의해 선택된 배수를 나타내는 선택된 각 측정에 대해 도 8에 도시된 라인 또는 밴드의 가시성을 토글할 수 있다.

도 11 및 12의 스펙트럼 오버레이 시각화에서, 위치 오버레이 뷰에 대해 위에서 설명한 바와 같이 세분화된 개별 세그먼트는 각 세그먼트의 이산 푸리에 변환을 계산함으로써 스펙트럼 크기로 변환된다. 각 세그먼트의 DFT 크기는 막대 차트 또는 라인 플롯을 통해 특정 DFT 주파수 빈을 개별 데이터 세그먼트의 해당 크기와 관련시키는 단일 축 세트에 배치된다.

각각의 스펙트럼 오버레이 세그먼트의 지속시간의 선택은, 예를 들어, 위치 오버레이 디스플레이를 위해 선택된 것에 지속시간을 추가함으로써 자동으로, 또는 특정 사용자 선택에 의해 이루어질 수 있다.

툴팁은 운영자가 커서 위치에 대응하는 주파수 및 크기에 대한 상세한 정보와 함께 세그먼트가 정의된 특정 간격을 식별하기 위해 하나 이상의 라인 위에 커서를 위치시키는 것을 허용한다.

제어는 운영자가 각각의 선택된 측정에 대해 각 DFT 빈에서 스펙트럼 크기의 평균으로 계산된 평균 크기, 또는 다른 통계적 측정치와 함께 DFT 계수의 복소 (위상) 평균의 크기의 가시성을 토글할 수 있게 한다 (예를 들어, 스펙트럼 크기의 제1, 제2 및 제3 사분위수(quartile) 지점).

제어는 운영자가 각 선택된 측정에 대해 세그먼트 전체에 걸쳐 DFT 크기 사이의 통계적 편차에 대한 시각적 정보를 나타내는 박스앤위스커 플롯(box-and-whisker plot)의 가시성을 토글할 수 있다. 박스의 하한 및 상한은 각각 각 DFT 주파수 빈에서 크기 분포의 제1 및 제3 사분위수를 나타낸다; 중앙 라인은 중앙값을 나타낸다. 위스커는 "전형적인" 크기의 범위를 나타내기 위해 사용자 제어로 구성할 수 있는 사분위수 범위(제3 사분위수와 제1 사분위수 간의 차이)의 배수만큼 박스 위와 아래로 확장된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 명확성을 제공하기 위해 박스앤위스커 플롯 범위 내의 값에 대해 개별 크기 표시기를 숨길 수 있다.

"오버레이" 분석에서, 잔차 오차는 부재 중 하나의 단일 회전 또는 임의의 두 톱니 사이의 접촉 주기와 동일한 지속시간의 세그먼트로 분할된다. 결과 세그먼트는 전체 테스트 전반에 걸쳐 다수의 상관된 간격 간의 상대적 특징을 비교할 수 있도록 동일한 축에 오버레이된다. 평균 응답, 샘플당 표준 편차, 값 범위 및 RMS 레벨을 포함하여 중첩하는 윈도우에 대한 요약 통계는 여러 기어 세트를 비교하고 개별 기어 세트의 특정 영역에서 비정상적인 거동을 식별하는 데 유용한 결과의 특성을 제공한다. 오버레이 분석의 시각화는 개별 세그먼트와 요약 통계를 식별하는 방법을 제공한다.

도 13의 스펙트로그램 시각화에서 2차원 컬러 또는 회색조 맵 또는 2차원 또는 3차원 폭포 플롯으로 선택된 각 측정에 대한 이미지는 해당 측정에 대해 현재 결정된 잔차의 STFT(short-time Fourier transform)의 크기를 도시한다.

제어는 운영자가 디스플레이 스케일을 모델에 표현된 임의의 성분 또는 외부 기저의 기본 주파수로 선택하도록 하며, 이는 입력 기어의 회전 주파수 및 위치가 선택된 주파수 및 주기 단위로 각각 스케일링 되게 한다.

제어는 운영자가 STFT의 슬라이딩 위치 윈도우에 대한 지속시간을 윈도우 함수의 절대 너비 또는 전체 너비 절반 최대 측정치(full-width half-maximum measure)로 선택할 수 있게 한다.

연속적인 STFT 위치 윈도우들 사이의 오프셋은 수동 선택에 의해, 또는 자동 결정에 의해 결정될 수 있어서 윈도우 지속시간, 중첩 및 함수는 미리 결정된 허용 오차 내에서 STFT가 가역성을 보장하는 데 필요한 일정한 중첩-가산 조건을 충족하도록 한다.

STFT 위치 윈도우의 지속시간을 수동으로 선택하는 것에 대한 대안으로서, 지속시간은 오프셋과 함께 자동으로 선택되어 미리 결정된 종횡비로 위치 및 스펙트럼 해상도를 제공할 수 있다.

제어는 운영자가 주파수 및 위치 재할당을 가능하게 하고, 이는 STFT 이미지를 STFT의 개별 크기가 STFT의 위상 정보에서 도출된 불규칙한 위치로 시프트하는 2차원 또는 3차원 산점도(scatter plot)로 변환한다.

막대 차트 또는 라인 플롯은 STFT의 모든 위치 세그먼트에 대한 주파수 응답의 평균 및 표준 편차로서 현재 디스플레이된 STFT로부터 계산된 주기도(도 14)를 도시한다.

제어는 사용자가 주파수가 주기도의 스펙트럼 분해능보다 크도록 스펙트럼 스케일을 모델에 디스플레이된 임의의 성분 또는 외부 기저의 기본 주파수로 선택하여 스펙트럼 스케일을 선택할 수 있게 하고, 이는 선택된 스케일의 주파수의 정수 배수를 중심으로 하는 선택된 주파수 스케일과 동일한 폭의 인접하지만 디스조인트 주파수 대역을 정의하는 데 사용된다; 각 대역에 대해 주기도의 평균 제곱근 진폭이 계산되어 주기도와 동일한 축에 막대 차트 또는 계단식 라인으로 디스플레이된다.

맞물림 고조파의 장기간 편차를 강조하기 위해 잔차 오차에 대해 단시간 스펙트럼 분석이 수행된다. 테스트 지속시간 및 사용자가 원하는 스펙트럼 대역폭을 기반으로 사용자 또는 소프트웨어에 의해 선택될 수 있는 선택된 시간 기반으로 가보 변환(Gabor transform)(가우시안 시간 윈도우를 사용한 단시간 푸리에 변환)이 잔차 오차에 적용되고 스펙트럼 크기가 열을 따라 변하고 시간 슬라이스가 행을 따라 변하는 2차원 스펙트로그램 이미지로 디스플레이된다. 단시간 푸리에 변환에서 연속 열 사이의 시간 간격은 선택한 가우시안 윈도우를 기반으로 선택되어 시간 정보의 손실과 중복성을 모두 방지한다.

주기도(스펙트로그램의 모든 열에 대해 계산된 평균 스펙트럼 크기)는 단일 기어 또는 피니언 회전 또는 단일 맞물림 접촉 주기와 동일한 대역에 대해 계산된 RMS 크기와 함께 전체 테스트에 대한 전형적인 스펙트럼 응답을 도시한다. 더 넓은 지역에서 RMS 레벨에 대한 개별 스펙트럼 크기의 비교는 관심 고조파 부근의 파워 집중 측정을 제공한다. 단시간 스펙트럼 분석은 또한 보다 상세한 조사를 위한 기저를 제공한다. 예를 들어, 각 맞물림 고조파 근처에서 시간에 따라 변하는 평균 주파수는 스펙트로그램에서 계산되어 고전적 테스트에서 보고된 스펙트럼 진폭을 인위적으로 감소시키는 위상 드리프트를 정량화할 수 있다.

도 15에 도시된 바와 같은 맞물림 그리드 시각화에서, 2차원 컬러 또는 회색조 맵으로서 선택된 각각의 측정에 대한 이미지는 통계적 편차를 도시하고, 관심 있는 통계는 각 맞물림 주기에 대한 통계를 세트의 상호 연결된 두 기어 각각에 대한 하나의 특정 톱니 인덱스의 상호 작용에 매핑하여 맞물림 지속시간에 걸쳐 사용자 상호 작용에 의해 선택된다.

하나 이상의 측정치의 현재 모델의 잔차는 단일 맞물림 주기와 동일한 지속시간의 디스조인트되고 연속적인 세그먼트로 세분화된다.

기준 신호는 모든 세그먼트의 점별 평균으로, 또는 모델의 맞물림 주기 성분 기저의 확장으로서 각각의 잔차에 대해 정의된다.

툴팁은 운영자가 그리드 상의 개별 맞물림 주기에 커서를 위치시켜 연관된 세그먼트 인덱스, 세그먼트 주기가 매핑되는 상호 연결된 부재의 톱니 인덱스 및 선택된 통계의 숫자 값을 발견할 수 있게 한다.

단일 행 또는 열로 구성된 2차원 이미지, 또는 막대 차트 또는 라인 플롯과 같은 개별 이미지는 개별적으로 기어 세트에서 상호 연결된 각 부재에 대한 톱니 인덱스의 함수로서 선택된 통계의 값을 보여주고 여기서, 통계치는 각각 평균 디스플레이와 연관된 부재의 톱니에 의해 접촉되는 접합 부재의 모든 톱니에 대해 평균된다.

제어를 통해 운영자는 추가 검사를 위해 맞물림 그리드 뷰에서 임의의 세트의 맞물림 주기를 선택할 수 있다.

상세 뷰(도 16)는 선택된 맞물림 주기으로부터의 하나 이상의 측정이 각 세그먼트의 시작에 대한 입력 기어 위치의 함수로서 디스플레이될 수 있게 하는 맞물림 그리드 뷰와 함께 제공될 수 있다.

선택된 맞물림 주기에 대한 측정과 동일한 축에서 상세 뷰는 해당 측정에 대해 도출된 기준 신호를 디스플레이한다.

"맞물림 그리드(mesh-grid)" 분석에서, 잔차 오차는 2개의 톱니 사이의 단일 접촉 주기와 항상 동일한 지속시간의 세그먼트로 분할된다. 각 세그먼트는 해당 지속시간 동안 접촉하는 특정 기어 및 피니언 톱니에 매핑된다. 기준 신호는 모든 톱니당 신호의 평균 또는 분해에서 결정된 구성 가능한 맞물림 고조파 수의 이상적인 재구성으로 계산된다. 요약 통계치는 각 맞물림 간격에 대해 계산된다:

피크 대 피크 진폭;

선택한 기준 신호와 오차 간의 상호 상관을 최대화하는 신호 지연으로서의 간격 오차;

잔차 오차와 선택된 기준 사이의 RMS(평균 제곱근) 잔차;

선택된 기준과 잔차 오차 사이의 피어슨 상관 계수; 또는

기준과 오차 간의 파형 유사도에 대한 여러 측정치 중 하나.

맞물림 그리드 시각화를 통해 한 차원에서는 기어 톱니 수로, 다른 차원에서는 피니언 톱니 수로 인덱스화된 2차원 그리드상에 선택한 요약 통계치를 디스플레이할 수 있다. 추가 행과 열은 각각 기어 또는 피니언 톱니 인덱스가 일정하게 유지될 때 선택한 통계치에 대한 평균 값을 제공한다. 맞물림 그리드에서 하나 이상의 간격을 선택하여 현재 선택된 기준 파형과 동일한 축에 오버레이된 해당 실제 잔차 오차를 보여주는 상세 뷰를 채울 수 있다.

모든 시각화는 디스플레이되는 코어 모델 또는 모델들을 조정하는 메커니즘을 제공한다. 데이터는 사전에 결정된 분석 채널이나 사전에 또는 실시간으로 수집된 사전 결정된 길이의 측정 기록으로 구성된 "약정" 채널에 의해 제공될 수 있다.

사용자 인터페이스 제어는 운영자가 모델이 구체적으로 계산되는 전체 데이터 기록의 임의의 인접 서브세트("범위")를 선택할 수 있게 한다.

제어를 통해 운영자는 저역 통과 필터 및 데시메이션 또는 로컬 또는 글로벌 다항식 보간법을 적용하여 선택된 데이터 기록를 다운 샘플링하여 처리를 가속화할 수 있다.

제어를 통해 운영자는 모델에서 사용되는 외부 또는 비주기적 기저로 각 성분에서 원하는 수의 함수를 독립적으로 선택할 수 있다.

운동 전달 오차 이외의 측정치가 데이터 기록에서 이용 가능한 경우, 제어를 통해 운영자는 시각화를 위해 선호하는 측정치(또는 다중 측정치)을 선택할 수 있다.

선택된 범위 및 다운 샘플링 레이트로부터, 각 시리즈 내에서 표시된 수의 기저 함수를 사용하여 선택된 각각의 측정에 대해 코어 모델 및 잔차 신호가 도출된다.

다중 시각화는 운영자에 의해 연결된 "세션"으로 그룹화될 수 있거나, 각 시각화는 자체 독립 세션으로 처리될 수 있다.

네트워크 통신 채널은 단일 세션의 다중 뷰 간의 조정을 가능하게 하고, 이에 의해 보다 정밀한 검사를 위해 운영자 셋팅 및 운영자에 의해 식별된 신호 부분. 운영자가 하나의 시각화에서 셋팅을 조정하거나 디스플레이된 신호의 일부를 강조 표시하면 해당 셋팅이 적용되고 동일한 세션 내의 다른 모든 시각화에서 선택이 강조 표시된다.

본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 그 세부사항으로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 주제가 속하는 기술분야의 숙련자에게 명백한 수정을 포함하도록 의도된다.

Claims (20)

1. 기어를 테스트하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
   제 1 기어 및 제 2 기어를 포함하는 한 쌍의 기어를 제공하는 단계 - 상기 제 1 기어 및 상기 제 2 기어는 서로 맞물려(mesh) 롤링하도록 동작 가능한 -;
   기어 테스팅 기계 상에서 상기 제2 기어와 함께 상기 제1 기어를 롤링하는 단계 - 상기 기어 테스팅 기계는 하나 이상의 기어의 롤링 특성을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 동작가능한 하나 이상의 센서로 구성됨 -,
   적어도 하나의 독립 신호를 생성하는 단계 - 상기 독립 신호는 상기 하나 이상의 센서로부터의 출력에 기초한 신호 또는 분석적으로 도출된 신호 중 적어도 하나임 - ,
   상기 적어도 하나의 독립 신호로부터 0이 아닌 지속시간을 갖는 적어도 하나의 프레임 부분을 선택하는 단계 - 상기 선택된 적어도 하나의 프레임 부분의 각각은,
   상기 선택된 프레임 부분에 기초하여 모델 기저 함수(model basis function) 세트를 결정하는 단계,
   상기 선택된 프레임 부분을 상기 모델 기저 함수 상에 투영하여 모델 계수를 생성하는 단계,
   상기 모델 계수 및 상기 모델 기저 함수로부터 재구성된 모델을 결정하는 단계,
   잔차를 산출하기 위해 상기 선택된 프레임 부분에서 상기 재구성된 모델을 감산하는 단계에 따라 처리되고,
   상기 방법은,
   (a) 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하기 위해 상기 잔차를 디스플레이 및 분석하는 단계,
   상기 품질 특성에 기초하여 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나를 수락 또는 거부하는 단계, 및
   (b) 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하기 위해 상기 모델 계수 또는 재구성된 모델을 디스플레이 및 분석하는 단계,
   상기 품질 특성에 기초하여 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나를 수락 또는 거부하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 모델 기저 함수는,
   (a) 상기 선택된 프레임 부분의 지속시간,
   (b) 상기 제1 기어와 상기 제2 기어의 기어비,
   (c) 상기 제2 기어와 맞물리는 상기 제1 기어의 맞물림 주기(mesh period)의 지속시간 또는 상기 제2 기어와 함께 상기 제1 기어의 회전에 의해 생성된 기본 고조파 주파수,
   (d) 각 기본 주파수에 대한 미리 결정된 고조파 세트, 상기 세트는 0을 포함,
   (e) 상기 선택된 프레임 부분의 지속시간에 걸쳐 정의된 비주기적 기저 함수의 세트, 상기 세트는 0을 포함, 중 적어도 하나로부터 결정되는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 재구성된 모델 및 상기 잔차는 기계 동작 동안 상기 센서로부터 추가 정보가 획득됨에 따라 계속해서 재평가되는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 복수의 상기 독립 신호는 직접적인 상관 및 비교를 가능하게 하기 위해 일치하는 간격으로 동시에 샘플링되는, 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 독립적인 신호는 균일한 시간 샘플에서 수집되고 후속하여 보간되어 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 하나의 위치에서 규칙적으로 이격된 샘플의 시퀀스를 생성하는, 방법.
6. 제1항에 있어서, 잔차, 재구성된 모델, 또는 이들의 조합을 디스플레이하는 단계는,
   (a) 상기 선택된 프레임 부분을 동일한 지속시간의 복수의 연속 신호 세그먼트로 세분화하는 단계로서, 상기 지속시간은,
   1. 하나 이상의 전체 맞물림 주기,
   2. 상기 세트에 임의의 기어의 하나 이상의 전체 회전 중 하나 이상과 동일한, 상기 세분화하는 단계;
   (b) 상기 신호 세그먼트를 다음 중 하나 이상의 함수로 표현하는 단계로서,
   1. 시간,
   2. 상기 세트의 기어 중 하나의 위치,
   3. 푸리에 변환에 의한 주파수, 상기 표현하는 단계,
   (c) 다음 중 하나 이상으로 동일한 독립 축에 정렬 및 오버레이된 신호 세그먼트 함수를 제시하는 단계로서,
   1. 상기 신호 세그먼트 함수의 트레이스,
   2. 포인트별로 결정된 산술 평균 및/또는 분산으로 구성된 신호 세그먼트 함수의 통계적 편차의 트레이스, 상기 제시하는 단계를 포함하는, 방법.
7. 제1항에 있어서, 잔차, 재구성된 모델, 또는 이들의 조합을 디스플레이하는 단계는,
   (a) 상기 선택된 프레임 부분을 동일한 지속시간의 복수의 연속 신호 세그먼트로 세분화하는 단계로서, 상기 지속시간은 하나 이상의 전체 맞물림 주기와 동일한, 상기 세분화하는 단계,
   (b) 각 신호 세그먼트에 대해 다음 중 하나 이상으로 구성된 각 신호 세그먼트에 대한 스칼라 메트릭을 결정하는 단계,
   1. 피크 대 피크 편차,
   2. 평균 제곱근 진폭,
   3. 상기 신호 세그먼트와 동일한 지속시간을 갖는 재구성된 모델의 적어도 2개의 세그먼트 또는 세브세트의 평균으로 결정된 기준과 상기 신호 세그먼트를 가장 잘 정렬하는 데 필요한 상기 신호 세그먼트의 시간적 또는 회전적 시프트,
   4. 피어슨 상관 계수 및/또는 평균 제곱근 오차 중 하나 이상으로 구성된 신호 세그먼트와 동일한 지속시간을 갖는 재구성된 모델의 적어도 2개의 서브 세트 또는 세그먼트의 평균으로 결정된 기준에 대한 유사도(similarity) 측정치, 상기 결정하는 단계,
   (c) 각 세그먼트에 2 개의 인덱스를 할당하는 단계로서, 상기 제1 인덱스는,
   1. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 상기 세그먼트 신호에서 관찰된 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어 중 하나의 전체 회전 수, 또는
   2. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 관찰된 맞물림 주기의 수, 제1 기어 또는 제2 기어 중 하나의 톱니 수 모듈로(modulo) 중 하나에 해당하고, 상기 제2 인덱스는,
   3. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 상기 세그먼트 신호에서 관찰된 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어 중 다른 하나의 전체 회전 수, 또는
   4. 상기 세그먼트 지속시간의 시작 전에 관찰된 맞물림 주기의 수, 상기 제1 기어 또는 상기 제2 기어 중 다른 하나의 톱니 수 모듈로 중 하나에 해당하는, 상기 할당하는 단계,
   (d) 회색조(gray scale) 또는 컬러 값 범위에 매핑된 상기 스칼라 메트릭을 상기 이미지의 하나의 좌표가 상기 제1 인덱스에 해당하고 상기 이미지의 다른 좌표가 상기 제2 인덱스에 해당하는 2차원 이미지에 제시하는 단계를 포함하는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 잔차, 재구성된 모델, 또는 이들의 조합을 디스플레이하는 단계는,
   (a) 상기 선택된 프레임 부분을 각각 순차적으로 인덱싱된 미리 결정된 동일한 지속시간의 복수의 연속적 또는 중첩 신호 세그먼트로 세분화하는 단계,
   (b) 푸리에 변환을 통해 상기 신호 세그먼트를 스펙트럼 함수로 표현하는 단계,
   (c) 상기 스펙트럼 함수로부터 다음 측정치 중 하나 이상을 결정하는 단계,
   1. 크기(magnitude),
   2. 로그 크기,
   3. 위상,
   4. 위상 드리프트, 실제 위상과 두 세그먼트 사이의 시간적 또는 회전적 이격에 의해 선행 스펙트럼 함수의 위상을 진행하여 예측된 위상 간의 차이,
   (d) 회색조 또는 컬러 값을 사용하여 스펙트럼 측정치를 상기 이미지의 하나의 좌표가 상기 세그먼트의 인덱스에 해당하고 상기 이미지의 다른 좌표가 상기 스펙트럼 함수의 주파수 변수에 해당하는 2차원 이미지로 제시하는 단계를 포함하는, 방법.
9. 제1항에 있어서, 디스플레이하는 단계는,
   상기 독립 축이 상기 기어 세트의 제1 기어 또는 제2 기어 중 하나의 시간 또는 위치를 나타내고, 상기 종속 축이 상기 디스플레이된 수량의 진폭을 나타내는 플롯에서 잔차, 재구성된 모델 또는 이들의 조합 중 하나 이상의 트레이스를 포함하는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 모델 계수를 디스플레이하는 단계는,
    (a) 상기 계수의 크기에 비례하는 높이를 갖는 계수당 하나의 막대를 갖는 막대 차트(bar chart);
    (b) 좌표 원점에서 발산하고, 해당 계수의 복소 크기에 비례하는 길이와 해당 계수의 복소 위상에 비례하는 수평 축과의 각도를 갖는, 계수당 하나의 선분(line segment)이 그려진 하나 이상의 방사형 플롯 중 하나 이상을 플롯팅하는 단계를 포함하는, 방법.
11. 제1항에 있어서, 디스플레이 및 분석 결과는 호출을 위해 전자 저장 매체에 보유되고, 하나 초과의 이전 기록의 디스플레이 및 비교는
    (a) 동시 인접 프리젠테이션,
    (b) 사용자 상호 작용에 의해 지시되어 진행하는 순차적 프리젠테이션,
    (c) 자동 애니메이션 진행을 통한 순차적 프리젠테이션 중 하나 이상에 의해 달성되는, 방법.
12. 기어를 테스트하는 방법에 있어서,
    제 1 기어 및 제 2 기어를 포함하는 한 쌍의 기어를 제공하는 단계 - 상기 제 1 기어 및 상기 제 2 기어는 서로 맞물려 롤링하도록 동작 가능함 -,
    기어 테스팅 기계 상에서 상기 제2 기어와 함께 상기 제1 기어를 롤링하는 단계 - 상기 기어 테스팅 기계는 하나 이상의 기어의 롤링 특성을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 동작가능한 하나 이상의 센서로 구성됨 -,
    적어도 하나의 독립 신호를 생성하는 단계 - 상기 독립 신호는 상기 하나 이상의 센서로부터의 출력에 기초한 신호 또는 분석적으로 도출된 신호 중 적어도 하나임 -,
    상기 적어도 하나의 독립 신호로부터 0이 아닌 지속시간을 갖는 적어도 하나의 프레임 부분을 선택하는 단계 - 상기 선택된 적어도 하나의 프레임 부분 각각은,
    상기 선택된 프레임 부분에 기초하여 모델 기저 함수 세트를 결정하는 단계,
    상기 선택된 프레임 부분을 상기 모델 기저 함수 상에 투영하여 모델 계수를 생성하는 단계,
    상기 모델 계수 및 상기 모델 기저 함수로부터 재구성된 모델을 결정하는 단계,
    잔차를 산출하기 위해 상기 선택된 프레임 부분에서 상기 재구성된 모델을 감산하는 단계에 따라 처리되고,
    상기 방법은,
    상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하기 위해 상기 잔차를 디스플레이 및 분석하는 단계,
    상기 품질 특성에 기초하여 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나를 수락 또는 거부하는 단계, 및
    상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 품질 특성을 식별하기 위해 상기 모델 계수 또는 재구성된 모델을 디스플레이 및 분석하는 단계,
    상기 품질 특성에 기초하여 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나를 수락 또는 거부하는 단계 중 적어도 하나를 추가로 포함하고,
    상기 방법은 상기 한 쌍의 기어들 사이의 조정된 움직임이 상기 하나 이상의 센서에 의해 검출되고 새로운 데이터 프레임이 채워질 수 있는 한 상기 선행 단계가 연속적으로 반복되고 수행되는 상시-온(always-on) 모드에서 수행되는, 방법.
13. 제12항에 있어서, 롤링되는 상기 제1 기어 및 제2 기어의 톱니비(tooth ratio)는 상시-온 모드에서 미리 알려져 있지 않지만 상기 상시-온 모드는 수신하는 실시간 데이터에 기초하여 톱니비를 결정하는, 방법.
14. 제12항에 있어서, 사용자는 상기 상시-온 모드가 동작 중일 때 언제든지 측정, 디스플레이, 시각화 및 결과 중 적어도 하나를 포함하는 정보를 관찰할 수 있으며, 상기 정보는 임의의 다른 테스트 모드가 동시에 활성화되어 있는지 여부와 무관하게 이용 가능한, 방법.
15. 제14항에 있어서, 측정, 디스플레이, 시각화 및 결과 중 적어도 하나를 포함하는 상기 정보는,
    (a) 맞물림 주기와 관련된 주파수의 하나 이상의 고조파의 진폭 및 위상;
    (b) 한 맞물림 주기의 지속시간에 걸친 평균 신호 형상;
    (c) 기어 런아웃(runout) 고조파 진폭;
    (d) 기어 런아웃의 평균 신호 형상;
    (e) 톱니 손상의 존재 및 위치;
    (f) 피니언 베이스(pinion base)가 제거된 평균 신호 형상; 및
    (g) 기어 베이스가 제거된 평균 신호 형상 중 적어도 하나를 포함하는, 방법
16. 제12항에 있어서, 상기 디스플레이된 데이터의 양태를 더 잘 조사하기 위해 상기 디스플레이를 상호 작용 가능하게 조작하는 단계를 더 포함하는, 방법.
17. 제12항에 있어서, 디스플레이된 데이터의 현재 세트가 후속 프레임에 의해 대체되지 않고 검사될 수 있도록 디스플레이가 보류되는, 방법.
18. 제12항에 있어서, 현재 데이터 세트는 나중에 검색 또는 검사하기 위해 및/또는 현재 데이터와 비교하기 위해 캡처 및 저장될 수 있는, 방법.
19. 제12항에 있어서, 현재 데이터와 저장된 기준 또는 마스터 데이터 간의 차이가 조사되고 시각화될 수 있는, 방법.
20. 제12항에 있어서, 상시-온 모드는 임의의 테스트 파라미터 또는 설정의 개별 셋업에 대한 요구 없이 상기 제1 기어 및 상기 제2 기어 중 적어도 하나의 톱니 손상을 인식하고 국부화하는 단계를 더 포함하고, 상기 상시-온 모드는 인식된 손상의 위치를 가장 잘 나타내는 부분 회전 또는 톱니 인덱스를 식별하고, 상기 상시-온 모드는 문자 메시지 및/또는 그래픽 디스플레이를 통해 이러한 손상을 사용자에게 자동으로 알려주는, 방법.

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