시그널링크㈜ - 변속기 노이즈 품질평가시스템

Author(s):
최헌 대표이사 - 시그널링크㈜

Industry:
Automotive

Products:
Data Acquisition

The Challenge:
근래에 들어 제품에 대한 소음/진동 품질검사의 중요성이 부각되고 있습니다. 자동차의 상품성 또한 엔진/변속기의 성능뿐 만 아니라 소음/진동 측면에서 정숙성에 의해 좌우되고 있습니다.

The Solution:
싱크(SYNCTM)는 수동 및 자동변속기의 기계적 노이즈(진동,소음) 품질 평가를 위한 인라인 변속기 노이즈 자동검사 및 분석시스템입니다. 본 시스템은 회전체의 진동측정 방법인 Order Ananlysis 의 기본 기능 외에 변속기의 노이즈 분석을 위하여 축 별 동기화샘플링(Synchronous Averaging) 기법이 적용된 변속기 전용 노이즈 계측 시스템입니다.

요약
시그널링크㈜의 싱크(SYNCTM)는 수동 및 자동변속기의 기계적 노이즈(진동,소음) 품질 평가를 위한 인라인 변속기 노이즈 자동검사 및 분석시스템입니다. 본 시스템은 회전체의 진동측정 방법인 Order Ananlysis 의 기본 기능 외에 변속기의 노이즈 분석을 위하여 축 별 동기화샘플링(Synchronous Averaging) 기법이 적용된 변속기 전용 노이즈 계측 시스템입니다.
노이즈 분석을 위해 입력축의 RPM 신호, 변속기의 가속도 신호를 입력으로 받으며, 직렬통신을 통하여 전자동으로 계측됩니다. 외부적으로 보고서를 Report 할 수 있는 기능, 검사결과의 전송, 검사결과의 데이터베이스를 갖추고 있습니다.

개발배경
근래에 들어 제품에 대한 소음/진동 품질검사의 중요성이 부각되고 있습니다. 자동차의 상품성 또한 엔진/변속기의 성능뿐 만 아니라 소음/진동 측면에서 정숙성에 의해 좌우되고 있습니다. 파워트레인의 한 요소인 변속기는 다양한 기계요소로 이루어진 기어박스라 할 수 있습니다. 얼마 전까지 국내의 자동차 대기업에서는 변속기의 소음/진동 특성을 작업자의 관능에 의해 주로 평가하였습니다. 이는 평가결과에 대해 정량화하고 객관화 하기 어려운 면이 있었습니다. 최근에는, 해외의 시스템을 도입하여 변속기의 노이즈 특성을 검사하려는 시도를 하고 있습니다. 하지만, 변속기 자체의 기구적 복잡성, 품질검사 장비의 가격과 제한된 평가 기능 등 실제 현장에서 폭넓게 활용되기에는 경제적, 기술적으로 많은 어려움이 있는 실정입니다.
시그널링크(주)는 ”동기화 평균기법(Synchronous Average Method)”을 사용하여 변속기의 신호를 각 회전축에 의한 신호로 분리하는 향상된 기법을 구현하였으며, 학습에 의한 기준값 자동생성기능, 프로토콜에 의한 자동제어 기능, 다양한 보고서 출력 기능을 가진 변속기 노이즈 품질평가시스템을 구현하였습니다.

 

본론
제품개요
시그널링크(주)의 SYNC는 향상된 노이즈 분석기능과 사용자 편의성을 강화한 제품입니다. 혼합신호(Mixed Signal)을 이용하여 변속기 내의 각 회전축 별로 신호를 분리하기 위하여 고도의 기술적 알고리즘이 다수 적용되어 있습니다.

신호추출
NI-DAQ는 기본적으로 더블버퍼 개념을 사용합니다. 하지만, Half Buffer 단위로 데이터를 핸들링하는 데는 많은 제약이 있습니다. 데이터 오버런을 방지하기 위해서는 버퍼의 크기를 키워야 하는데, 버퍼가 지나치게 클 경우 새로운 버퍼를 채우는 시간 동안 어플리케이션은 데이터를 받을 수 없는 상황이 발생합니다. 대개는 사용조건에 따라 버퍼의 크기를 최적화 하도록 하고 있습니다. 변속기의 경우 회전속도, 각 변속 속도단에 대한 감속비에 따라 계측조건에 변화해야 합니다. SYNC의 경우, 내부에 환형 버퍼를 따라 구성하고, Daq_Monitor 함수를 통하여 데이터를 Half Buffer보다 더 작은 단위로 추출하여 내부 환형 버퍼에 채웁니다. 이런 과정을 통하여 다양한 조건에서도 끊기지 않는 연속적인 데이터수집(continuous acquisition)을 구현하였으며, 데이터의 갱신속도를 증가시켰습니다.

신호처리
Aliasing 신호가 제거된 오더 분석 신호를 얻기 위하여 Oversampling, Interpolation, Resampling 기법을 적용하였습니다.
펄스 형태의 아날로그 신호를 이용하여 변속기의 입력 회전수를 측정합니다. 회전속도에 따라 각 회전축 별로 신호를 추출하기 위해서 동기화 평균법을 적용하였습니다. 회전축 동기화 평균법이란 각 회전축 별로 신호를 동기화 하여 평균을 내는 기법을 말합니다. 예를 들어, 입력 회전축(input)을 기준으로 신호를 평균하면 중간축(interm.), 출력축(output)에서는 주기적인 신호일지라도 크기가 상쇄됩니다. 이렇게 함으로써 하나의 혼합신호를 이용하여 각 회전축에 동기화된 신호를 생성할 수 있습니다. [그림1]

그림1. 동기화 평균법(Synchronous Averaging Method)

SYNC는 각 회전축 별로 Order Tracking을 함으로써 변속기 노이즈를 분석합니다.

기준값 자동생성
일반적으로 품질검사를 하려고 할 때, 기준값을 어떻게 선정해야 하는 문제점에 봉착하게 됩니다. SYNC는 통계적인 방법을 이용하여 기준값을 자동으로 생성하는 기능을 가지고 있습니다. 평균값, 표준편차를 이용하여 옵셋된 기준값을 자동으로 생성합니다.

결과출력
SYNC는 다양한 검사결과 출력 옵션을 제공합니다. 검사 결과는 화면에 다양한 GUI환경을 통해 디스플레이 되며, 자동 동작 중 프린터를 통하여 출력도 가능합니다. 불량 변속기에 대해서만 보고서출력, 차트데이터 저장이 가능하며 검사한 변속기의 대수에 따라 파일을 분리하는 기능도 가지고 있습니다.

검사결과분석
SYNC의 데이터베이스는 Microsoft Access VBA로 작성되었습니다. 검사결과의 통계적 처리가 가능하며, 다양한 보고서, 차트 출력기능을 제공합니다.

그림 2. 양품 검사결과

그림 3. 불량품 검사결과

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
1. SYNC 개발을 통하여 고가의 외산 장비를 대체하고, 사용자 편리성을 강조한 다양한 사용자 환경을 제공할 수 있게되었으며, 현재까지 다음과 같은 실적을 확보하였다.
(1) 기아자동차 화성공장 신중형 수동변속기 라인에 적용 완료
(2) 현대모비스 중국공장 수동변속기 라인 셋업 준비 중
(3) 기아자동차 화성공장 신소형 자동변속기 라인 셋업 준비 중
(4) 현대자동차 울산공장 신소형 수동변속기 예비테스트 진행완료

2. 동기화 평균기법을 이용하여 좀 더 향상된 노이즈 평가 기술을 개발하였다.

3. 노이즈 불량이 발생하였을 경우, 축 분리 기술을 이용하여 기어박스 어느 부분에 불량이 발생하였는지 접근이 가능해졌다. (수정작업의 편리성 확보)

4. PC기반 데이터수집 장치(NI-4474)를 이용하여 고도의 신호분석기술(Digital Filter, Oversampling, Interpolation, Resampling, Order Tracking, Circular Buffering)을 구현하였고 이를 바탕으로 생산현장에 적용 가능한 향상된 기능의 변속기 노이즈 품질 평가 시스템을 개발하였다

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