[논문]시간-주파수 분석에 의한 금형 마모 분석

이창희; 한호영; 서건석; 김용연

[국내논문] 시간-주파수 분석에 의한 금형 마모 분석
Stamping Tool Wearing Analysis by Time-Frequency Analysis 원문보기

한국공작기계학회지 = Journal of the Korean society of machine tool engineers, v.19 no.3, 2010년, pp.407 - 413

이창희 (넥센타이어 연구개발본부 제품펑가팀) , 한호영 (충북대 대학원 정밀기계공학과) , 서건석 (포스코 선재부 기술개발팀) , 김용연 (충북대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper reports on the research which analyzes acoustic signals acquired in progressive compressing, hole blanking, and burr compacting process. An acoustic sensor was set on the bed of hydraulic press. Acoustic signal is generated from progressive stamping process. First the signal acquired from the unit process; compressing, blanking or compacting, is studied by Fourier Transform and Short Time Fourier Transform. The blanking process emitted ultrasonic signal with more than 20kHz, but the compressing and compacting processes emitted acoustic signals with lower than 10kHz. The combined signals periodically acquired right after the tool grinding were then analyzed. 70-80kHz signals appeared in time-frequency domain, but not in the frequency domain, the magnitude of which was related to the tool wear. Short Time Fourier Transform made up for the Fourier Transform in analyzing the emitted signal for stamping process in the ultrasonic domain.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

Kim(14)은 프레스 스탬핑 공정에서 발생되는 음향신호를 푸리에 변환에 의한 특성 주파수 분석으로부터 금형 마모 상태를 고찰하였지만, 특성주파수의 발생하는 시간은 분석할 수 없었다. 따라서 본 논문에서는 프레스 공정으로부터 수집된 신호를 단시간-주파수 분석을 하여 특성주파수의 발생 시간을 고찰함으로써 다단계 동시 스탬핑 공정으로부터 단위 공정 및 블랭킹의 세부 공정에 대한 분석을 하였다. 본 논문에서 분석한 공정, 실험장치 및 수집된 신호는 Kim(14)과 동일하다.

가설 설정

Fig. 1(b)로부터 신호 센서는 탄성파의 음압을 감지하는 탐촉자로 프레스 베드 위에 부착됨을 볼 수 있다. 금형 다이부는 베드위에 고정되었고, 펀치부는 상부에 위치하고 있음을 볼 수 있다.
헤드핀은 Fig. 2와 같이 (a) 원소재로부터, (b) 머리부를 압착하고, (c) 머리 형상 커팅과 구멍 블랭킹을 동시에 하고, (d) 다지는 3단계 연속공정으로 동시에 가공된다.

제안 방법

음향방출센서와 신호수집 장치의 제원은 Table 2와 같다. 센서로부터 감지된 음향신호는 디지털 오실로스코프로 실시간으로 관찰하고 저장하였다. 측정에 사용된 음향센서 와 디지털 오실로스코프의 제원은 Table 2에 요약하였다.
헤드핀을 가공하는 스탬핑 공정에서 발생되는 신호에 대해 음-초음파 영역에서 단위 공정의 특성 주파수를 고찰하고, 동시 공정으로부터 생산량이 증가함에 따른 특성 신호의 변화를 고찰하였다. 또한 시간-주파수 분석은 단시간 동안의 주파수 스펙트럼을 분석하여 특성주파수의 물리적 의미를 해석할 수 있었다.

대상 데이터

광대역 음향방출센서를 프레스 베드에 Fig. 1(b)와 같이 부착하여 프레스 공정으로부터 방출되는 신호를 수집하였다. 음향방출센서와 신호수집 장치의 제원은 Table 2와 같다.
Lecroy Wave-surfer 424의 최대 버퍼 저장 용량은 2Mpts이고, 신호수집 속도는 10Mpts/sec로 하였다. 금형 연마 직후부터 다음 연마시점 (240, 000개 생산)까지 30,000개 생산 주기로 각각 0.05초동안 가공공정으로부터 방출되는 신호를 수집하였다.
006초 지연됨을 관찰할 수 있는데, 버의 길이가 늘어남을 의미한다. 특히 180,000개 생산시점이 연마시기임을 확인하였지만, 분석을 위해서 240,000개까지 생산하였다.

이론/모형

시간-주파수 분석은 식(1)-(2)를 적용하고, 전체 신호에 대한 주파수 분석은 푸리에 변환을 적용하였다. Fig.

성능/효과

또한 시간-주파수 분석은 단시간 동안의 주파수 스펙트럼을 분석하여 특성주파수의 물리적 의미를 해석할 수 있었다. 결론적으로 소성변형 및 전단 공정으로부터 0.16MHz 신호가 발생됨을 확인하였다. 이 신호는 다짐 공정에서는 약하게 발생되나, 구멍 블랭킹 및 가장자리 전단 공정에서 강하게 발생되는 것을 고찰할 수 있었다.
이 신호는 다짐 공정에서는 약하게 발생되나, 구멍 블랭킹 및 가장자리 전단 공정에서 강하게 발생되는 것을 고찰할 수 있었다. 둘째로, 버의 크기에 따라 신호는 53kHz - 99kHz 영역에서 특성 주파수를 갖고, 시간 지 연으로부터 버 길이 변화를 고 찰할 수 있었다. 마모가 증가할수록 버에 의한 특성 주파수는 낮아짐을 고찰할 수 있었다.
헤드핀을 가공하는 스탬핑 공정에서 발생되는 신호에 대해 음-초음파 영역에서 단위 공정의 특성 주파수를 고찰하고, 동시 공정으로부터 생산량이 증가함에 따른 특성 신호의 변화를 고찰하였다. 또한 시간-주파수 분석은 단시간 동안의 주파수 스펙트럼을 분석하여 특성주파수의 물리적 의미를 해석할 수 있었다. 결론적으로 소성변형 및 전단 공정으로부터 0.
둘째로, 버의 크기에 따라 신호는 53kHz - 99kHz 영역에서 특성 주파수를 갖고, 시간 지 연으로부터 버 길이 변화를 고 찰할 수 있었다. 마모가 증가할수록 버에 의한 특성 주파수는 낮아짐을 고찰할 수 있었다. 셋째로, 180, 000개 생산 시 점은 연마시점으로 버의 특성 주파수는 53kHz 였고, 잡신호 도 급격히 증가함을 관찰할 수 있었다.
마모가 증가할수록 버에 의한 특성 주파수는 낮아짐을 고찰할 수 있었다. 셋째로, 180, 000개 생산 시 점은 연마시점으로 버의 특성 주파수는 53kHz 였고, 잡신호 도 급격히 증가함을 관찰할 수 있었다. 따라서 스탬핑 공정으로부터 발생되는 음향방출 신호의 시간-주파수 분석에 의한 공정별 특성 신호(특히 버로부터 발생되는 신호)의 특성 주파수와 크기변화와 시간지연을 고찰함으로서 금형 마모 상태를 실시간으로 확인하고 연마시기를 결정할 수 있을 것 이다.
7은 금형을 연마한 직후부터 30, 000개 생산량을 주기로 음향신호를 수집하여 주파수 특성을 고찰하였다. 압착, 블랭킹, 다짐을 동시 가공할 때 발생되는 신호를 수집, 분석한 것으로 생산량에 따라 특성 주파수의 크기가 변하는 것을 확인할 수 있다. 블랭킹이나 전단공정에서 발생되는 0.

후속연구

셋째로, 180, 000개 생산 시 점은 연마시점으로 버의 특성 주파수는 53kHz 였고, 잡신호 도 급격히 증가함을 관찰할 수 있었다. 따라서 스탬핑 공정으로부터 발생되는 음향방출 신호의 시간-주파수 분석에 의한 공정별 특성 신호(특히 버로부터 발생되는 신호)의 특성 주파수와 크기변화와 시간지연을 고찰함으로서 금형 마모 상태를 실시간으로 확인하고 연마시기를 결정할 수 있을 것 이다.

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