국내 발전소에서 사용하고 있는 대형 회전 기계인 터빈의 상태 진단 기능을 높이기 위하여 터빈에서 발생 될 수 있는 이상 진동의 특성을 파악하고 이를 이용하여 이상 진동의 발생 가능성을 확률적으로 출력하는 새로운 알고리즘을 개발하였으며, C-언어로 프로그램하여 이를 검증하였다. 이상과 같이 본 연구에서 제안한 알고리즘을 이용한 자동 진단 시스템을 통하여 각각의 이상 진동에 대한 진단을 수행한 결과 양호한 판정 결과를 보였으며, 터빈 이상 진동에 대한 자동 진단의 가능성을 입증하였다.
본 연구에서는 회전기계의 진동신호를 검출, 신호처리, 이상판별, 이상진단 및 경향 예측을 수행하는 이상진동진단 시스템을 개발하였다. 이 시스템의 특징은 GUI를 지원하고 풀다운 메뉴방식을 통한 일관된 환경을 제공하며, 키보드 사용이 거의 없이 마우스만으로 모든 처리가 가능하다. 또한 각 모듈을 하나의 통합환경 내에서 처리된다. 금후 이상진단부분을 보다 개선하여 정밀진단이 이루어지도록 확장하여 갈 예정이다.
기어에서 충격성 진동 및 소음은 치차의 이상과 연관이 있다. 따라서 충격 진동 및 소리는 기어의 이상 진단에 사용되어 질 수 있다. 또한 이들 충격파를 조기에 정확하게 탐지하여 기어의 이상을 진단하면 완전 파손을 방지할 수 있다. 그러나 주변 소음 및 노이즈 신호 때문에 객관적이 충격파의 탐지가 어렵기 때문에, 본 논문은 이러한 숨겨진 충격 신호를 능동 신호 처리 기법을 이용하여 조기에 찾아내고 이것을 시간-주파수 영역에서 해석하였다.
최근 애매성이 수반되는 정보를 Zadeh는 멤버쉽함수(membership function)를 이용하여 새로운 정보처리 방식으로서 퍼지이론을 제안하였고, 그후 의료계에서도 퍼지이론을 도입한 진단법들이 제안되었다. 회전기계의 이상진단법으로는 주파수득점법(Point counting method), 퍼지역연산법(Inverse method of fuzzy theory)등이 보고되고 있으며, 저자들도 퍼지이론을 이용하여 구름베어링의 결함진단, 회전기계의 간이 이상진단법등을 보고하였다. 이들은 주로 진동주파수의 스펙트럼 데이터 만을 이용하고 있고, 다른 많은 데이터를 복합적으로 이용할 수 없다. 이 때문에 주로 소규모 문제의 간이진단에서는 효과적이나 진단대상이 복잡하고 대규모로 되면 보다 정확한 원인 추정이 곤란하게 된다. 또한 수치데이터만을 취급할 수 있으므로 진동전문가가 진단에 이용하는 각종의 수치화 될 수 없는 데이터(언어적인 정보)가 취급될 수 없다. 따라서 이들의 진단법은 개략적인 진단은 가능하나 상세한 원인까지는 진단할 수 없는 단점이 있다. 회전기계의 이상판단시 참고가 되는 각종 정보로는 주로 진동진폭의 크기, 진폭과 위상의 변화, 진폭의 변화, 진동파형, 진동벡터의 시간변화 등이 있고, 이들은 수치적으로 표현할 수 있는 계량데이터와 판단의 경계가 불명확한 언어정보(범위데이터)로 나눌 수 있다. 후자는 애매성(fuzziness)을 많이 포함하고 있으며, 엄밀히 측정되는 수치데이터에서도 퍼지성을 가지고 있다. 이러한 언어적인 정보의 애매성을 퍼지추론에서는 [수치적 진리치](numeric truth)와 [언어적 진리치](linguistic truth)의 개념으로 표현하게 되었다. 수치적 진리치는 확실함의 척도를 [0,1] 사이의 수치를 이용하여 표현하고 있으며, 이 수치는 소견의 확실도로서 가능성을 표현한 것이다. 예를 들면, 진동진폭 스펙트럼상에 2X 성분이 상당히 크게 나타나 정렬불량의 가능성이 0.7 정도라고 판정하는 것 등은 이러한 수치적진리치를 이용하는 방법이다. 그러나 상기의 수치적 표현만으로는 확실도를 한개의 수치로서 대표하게 하는 것은 진단의 정밀도에 문제가 있을 것으로 생각된다. 따라서 언어적진리치가 도입되어 [상당히 확실], [확실], [약간 확실] 등의 언어적인 표현을 이용하여 애매성을 표현하게 되었다. 본 논문에서는 간이진단 결과로부터 추출된 애매한 진단결과중에서 가장 가능성이 높은 이상원인을 복수로 선정하고, 여러 종류의 수치화할 수 없는 언어적(linguistic)인 정보ㄷㄹ을 if-then 형식의 퍼지추론으로 종합하는 회전기계의 이상진단을 위한 정밀진단 알고리즘을 제안하고 그 유용성을 검토한다.
본 연구에서는 진도우파수 성분과 진동진폭에 대한 이상진동의 멤버쉽함수(membership function)를 고려하여, 멤버쉽정도(membership grade)를 구하고, 퍼지연산에 의하여 회전동기와 비동기진동을 구별하는 1차 진단을 한후, 각각에 대한 진동진폭의 멤버쉽함수와 인과매트릭스(decision table)를 이용하여 보다 세분된 2차 진단을 수행하는 2단계의 진단수법을 제안한다. 그리고 실험장치에서 여러가지의 결함을 인위적으로 만들고, 이 계측자료와 관련자료를 이용하여 본 진단법의 유용성을 검토하였다.
위그너분포(Wigner Distribution)를 이용하여 진동신호를 분석하고, 신경회로망을 이용하여 온라인으로 진동발생에 따른 냉각재펌프의 이상상태를 진단하고자 하였다. 진동신호 분석을 위하여 현재 정상 가동중인 원전 냉각재펌프의 진동신호와 Rotor Kit으로부터 이상상태에 대한 모의신호를 추출하였다. 본 연구에서 진동신호 분석을 위하여 시간 및 주파수성분을 동시에 표현가능한 위그너분포 이론을 적용하므로써 기존의 시간 및 주파수성분을 별도로 표현하던 방법보다 신호분석이 용이함을 확인하였으며, 이 신호분석 결과를 바탕으로 역전파 신경회로망의 패턴인식 및 분류 특징을 이용한 진단결과는 실험데이타 량에 비추어 만족할 만한 인식률을 보였다.
본 논문에서는 산업용으로서 널리 이용되고 있는 3상 유도전동기의 전기적결함에 의해 발생하는 전자진동문제를 체계적으로 검토하고, 이를 이용하여 전동기 진동이 진단법을 신경회로망을 이용하여 구축한다. 그리고 그중에서 비교적 자주 발생하는 공극(air-gap)의 정적편심에 대해 실험을 수행하고, 그 결과를 신경회로망을 이용한 진단법에 적용하여 본 진단법의 유용성을 확인한다. 또한 현장에서 발생된 전기적인 결함에 대한 진동측정 data를 이용하여 진단이 정상적으로 수행되는가를 조사하여 본 진단법의 가능성을 조사한다.
자동차 동력전달계통의 중요부분을 이루고 있는 치차장치는 고장의 영향도가 대단히 높은 장치일 뿐만 아니라 점검과 열화, 손상검지가 곤란한 장치이다. 지금까지, 치차진단기술의 연구는, 구미 에서는 성행하고 있음에도 불구하고, 국내에서는 그다지 되고있지 않다. 이와 같은 상황을 근거로 하여, 본 연구실에서는 치차진단기술의 연구개발에 착수하여, 그 첫 번째 단계로서, 현상의 기술 및 연구내용을 조사하였다. 그들중에서 중요하다고 생각되는 것을 여기에 소개한다. 치차장치의 내부에 이상이 생기면, 진동과 이음이 생기기도 하고 속도변동 등을 일으킨다. 또, 윤활유 중의 금속분이 증가하거나, 온도가 상승하기도 한다. 이와같은 이상의 정보를 포함하는 것을 징후 parameter라고 말한다. 이들 몇 개인가의 parameter중, 치차결함의 검출은, 진동과 음이 가장 좋은 parameter라고 생각되고 있다. 따라서 진단기술의 연구는, 거의 대개가 치차로부터 나오는 진동과 음의 발생기구와 신호처리에 관한 것이다. 전자로는 (1) 치차의 마모모델과 발생진동수 (2) 각종 결함고 발생진동수 후자로는 (3) 시간평균화처리 (4) Cepstrum (5) fluctuation 분석 등이 있다.
기계의 소음 및 진동은 환경요인과 함께 기계의 정밀도 향상 및 고장진단과 관련하여 가장 중요한 분야중 하나이다. 특히 기계의 구동원으로 가장 많이 사용되고 모터는 기계설비이면서도 전기적인 현상으로 작동하기 때문에 설비보전의 사각지대로 나타나고 있다. 또한, 진동으로 모터의 전기적인 결함을 분석하기에는 미흡한 부분이 나타나기 때문에 모터 전용분석 기법을 사용하여 전동기의 전기적 결함을 분석하면 보다 정확한 진단이 가능하다. 현재 일부 생산 현장에서는 모터를 진단하기 위해 진동, 온도, 전류 등의 측정기법 들을 이용하여 분석하고 있다.(중략)
감속구동장치는 모터에 회전력을 차륜에 전달하는 중요한 장치로써 가장 큰 고장원인 중 하나는 기어의 접촉 피로손상에 의한 것이다. 이로 인해 주행 시 심각한 영향을 미칠 수 있기 때문에 주행안전성 확보를 위한 이상진단 모니터링시스템 기술이 요구되고 있으며, 이상진단을 위한 모니터링 시스템 개발을 위해 고장이 없는 감속구동장치의 기초 데이터 분석이 중요하다. 기어의 주요 이상진단방법 중 고장원인파악 및 조기진단에 주로 사용되는 진동신호분석법을 적용하여, 본 논문에서는 고장이 없는 고속철도차량(KTX, KTX II) 감속구동장치를 대상으로 실물시험과 실차시험을 수행함으로써 고장이 없는 감속구동장치의 이상진단에 필요한 진동특성분석을 실시하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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