[논문]산업용 취출로봇의 소음 저감에 대한 연구

조재연; 김덕수; 정진태

doi:10.5050/ksnve.2011.21.1.041

산업용 취출로봇의 소음 저감에 대한 연구
Study on Noise Reduction of an Industrial Take-out Robot 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.21 no.1, 2011년, pp.41 - 46

조재연 (한양대학교 일반대학원 기계공학과) , 김덕수 (한양대학교 일반대학원 기계공학과) , 정진태 (한양대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we experimentally investigate factors that decrease in noise of a industrial take-out robot at driving state. For this, we analyse change in the noise of the take-out robot with gear machining accuracy and clearance. In order to calculate the noise related to gear machining accuracy that is based upon the Japanese Industrial Standard(JIS), we equally increase motor speed from 0 rpm to 1250 rpm. In addition, to investigate influence of clearance on noise, we evenly change clearance from 0.5 mm to 1.2 mm. These experiments show that clearance is more effective factor than gear machining accuracy to reduce the noise of the take-out robot.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

질량불평형은 치형오차에 의해서 발생 할 수 있으며 기계적 헐거움은 핀 피니언의 유격에 의해서 발생할 수 있다. 따라서 이 연구에서는 치형오차와 핀 피니언의 유격이 취출로봇의 소음에 미치는 영향을 분석한다.
따라서 핀 피니언의 유격을 일정하게 증가시키면서 각각의 유격이 취출로봇에 미치는 영향을 평가하였다. 이 논문에서는 취출로봇 소음에 영향을 끼치는 인자 파악 및 분석을 통하여 취출로봇의 소음 저감 방안을 제시하였다.
이 연구는 실험적인 방법을 이용하여 취출로봇의 소음원을 규명하고 저감하는 것이 목적이다. 취출로봇의 치형오차 및 핀 피니언의 유격 변화에 따른 소음 변화를 계측하였으며 이로부터 다음과 같은 결론을 도출할 수 있다.
이 연구에서는 실험적으로 동력전달 시스템에 의한 취출로봇의 소음 원인 분석 및 저감 방안을 다루었다. 실험적 방법인 신호분석법을 통해 취출로봇에서 발생하는 소음을 측정하고, 측정된 주파수영역의 데이터로부터 치형오차, 조립오차 등의 소음원을 규명하였다.

제안 방법

또한 이들 소음원이 취출로봇의 전체 음압에 끼치는 영향을 분석하였다. 동력전달 시스템의 소음원 중에 치형오차는 질량 불평형을 발생시켜 소음 및 진동을 유발할 수 있는데, 치형오차는 기어의 가공정밀도에 따라 변화하므로 가공정밀도가 다른 두 개의 기어를 제작하고 각각의 기어에 대한 소음 실험을 수행하여 치형오차가 취출로봇 소음에 미치는 영향을 파악하였다.
다른 소음원인 조립오차는 상대운동을 허용하는 구성 부품들의 기계적 헐거움에 의해 발생될 수 있으며 이는 핀 피니언의 유격과 밀접한 관련이 있다. 따라서 핀 피니언의 유격을 일정하게 증가시키면서 각각의 유격이 취출로봇에 미치는 영향을 평가하였다. 이 논문에서는 취출로봇 소음에 영향을 끼치는 인자 파악 및 분석을 통하여 취출로봇의 소음 저감 방안을 제시하였다.
실험적 방법인 신호분석법을 통해 취출로봇에서 발생하는 소음을 측정하고, 측정된 주파수영역의 데이터로부터 치형오차, 조립오차 등의 소음원을 규명하였다. 또한 이들 소음원이 취출로봇의 전체 음압에 끼치는 영향을 분석하였다. 동력전달 시스템의 소음원 중에 치형오차는 질량 불평형을 발생시켜 소음 및 진동을 유발할 수 있는데, 치형오차는 기어의 가공정밀도에 따라 변화하므로 가공정밀도가 다른 두 개의 기어를 제작하고 각각의 기어에 대한 소음 실험을 수행하여 치형오차가 취출로봇 소음에 미치는 영향을 파악하였다.
소음신호 채집은 마이크로폰(B&K 4190)을 취출로봇 트래버스의 중간부분에서 1 m 이격시킨 위치에 설치하여 측정하였다. 소음레벨은 소음계(larson davis)를 마이크로폰과 같은 위치에 설치하여 측정하였으며 소음신호와 소음레벨은 A-가중치(A-weighting)를 이용하여 dBA값을 측정하였다. 진동신호의 채집은 마이크로폰과 같은 위치인 취출로봇의 중간부분에 가속도계(B&K 4383)를 부착하여 측정하였으며 진동 소음 신호에 대한 주파수 분석은 주파수 분석기(B&K 3190)를 이용하여 3200 Hz까지 분석하였다.
유격에 따른 취출로봇의 소음 측정은 치형오차와 소음의 관계분석 실험과 동일한 조건 에서 수행하였다. 실험 장치 구성도는 Fig. 4에 나타낸 것과 같으며 모터의 속도가 1250 rpm일 때 유격량을 0.5에서 1.2 mm까지 0.1 mm씩 증가하면서 실험을 수행하였으며, 다이얼게이지를 이용하여 핀 피니언의 유격량을 조정하였다. Fig.
이 연구에서는 실험적으로 동력전달 시스템에 의한 취출로봇의 소음 원인 분석 및 저감 방안을 다루었다. 실험적 방법인 신호분석법을 통해 취출로봇에서 발생하는 소음을 측정하고, 측정된 주파수영역의 데이터로부터 치형오차, 조립오차 등의 소음원을 규명하였다. 또한 이들 소음원이 취출로봇의 전체 음압에 끼치는 영향을 분석하였다.
이 연구에서는 핀 피니언의 유격을 조정하여 취출로봇의 소음을 측정하였다. 유격에 따른 취출로봇의 소음 측정은 치형오차와 소음의 관계분석 실험과 동일한 조건 에서 수행하였다. 실험 장치 구성도는 Fig.
취출로봇의 소음에 영향을 미치는 인자는 질량불평형 이외에 기계적 헐거움이 존재한다. 이 연구에서는 핀 피니언의 유격을 조정하여 취출로봇의 소음을 측정하였다. 유격에 따른 취출로봇의 소음 측정은 치형오차와 소음의 관계분석 실험과 동일한 조건 에서 수행하였다.
진동신호의 채집은 마이크로폰과 같은 위치인 취출로봇의 중간부분에 가속도계(B&K 4383)를 부착하여 측정하였으며 진동 소음 신호에 대한 주파수 분석은 주파수 분석기(B&K 3190)를 이용하여 3200 Hz까지 분석하였다.

대상 데이터

소음신호 채집은 마이크로폰(B&K 4190)을 취출로봇 트래버스의 중간부분에서 1 m 이격시킨 위치에 설치하여 측정하였다.
실험 대상인 주행형 취출로봇의 구동을 위해서는 직선이송을 위한 핀 피니언 기어뿐만 아니라 감속기 및 모터가 필요하다. 모터의 입력을 감속기가 전달받아 일정 속도비로 감속하여 핀 피니언 기어를 통하여 직선 이송하는 시스템이다.

이론/모형

기어의 물림은 이상적으로 구름접촉이 이루어져야 하지만 가공 과정 중에 발생하는 제작오차에 때문에 접촉이 매끄럽지 못하여 질량불평형에 의한 가진력이 증가된다. 치형오차별 소음 수준을 측정하기 위하여 기어가공정밀도가 다른 두 개의 피니언기어를 제작하였으며 한국산업기술시험원(KTL)의 기어 정밀도 측정 장비를 이용하여 일본공업규격(JIS)을 기준으로 치형오차를 측정하였다. 측정된 치형오차는 Table 2와 같다.

성능/효과

(1) 치형오차에 의한 취출로봇 소음의 영향은 미미하며, 핀 피니언 기어의 유격에 의한 취출로봇의 소음의 영향은 크다.
(2) 취출로봇의 소음은 상대운동을 허용하는 기계부품들 사이의 기계적 헐거움에 의해서 발생하며 핀 피니언 기어의 유격량이 0.1 mm에 가까울수록 소음레벨이 감소하므로 소음 저감을 위하여 유격량 0.1 mm 근처에서 취출로봇을 조립하여야 한다.
1 mm일 때의 주파수 그래프를 나타낸다. 두 그래프에서 확인할 수 있듯이 3X성분은 유격량이 0.1 mm에 가까울수록 많이 감소한다는 것을 확인할 수 있으며, 2X성분의 증가는 기어 축의 반경방향 진동 증가로 인하여 크게 나타난다고 판단된다. 그러므로 감속기의 3X성분이 핀 피니언 유격에 의한 소음과 관련이 있으며 취출로봇의 소음에 큰 영향을 미친다.
이론적 기어물림주파수와 비교해보면, 유성기어 감속기의 기어물림주파수 성분인 12ω의 고조파 성분이 소음과 진동 신호에 크게 나타나는 것을 확인 할 수 있다.
소음 측정을 위한 마이크로폰의 설치 위치와 실험방법은 취출로봇의 소음/진동 실험과 동일하게 구성하였다. 치형오차가 다른 두 기어에 대한 취출로봇의 소음레벨 측정결과는 Fig. 8에서 보듯이 기어의 치형오차에 따른 차이가 큰 편에 속하는 B기어와 A기어에 의해 발생하는 소음레벨차이가 평균 0.5 dBA로 크지 않다는 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라 Fig.
이는 12ω, 36ω 주파수 성분의 구조 진동이 소음을 유발하는 것을 의미한다. 핀 피니언 기어의 기어물림주파수에 해당하는 50 Hz에서의 소음 및 진동 신호는 크게 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해서 취출로봇의 주요 소음원이 유성기어의 기어물림주파수임을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	취출로봇의 동력전달 시스템은 무엇으로 구성되어 있는가?	일반적으로 취출로봇은 제어 시스템과 동력전달 시스템으로 이루어져 있으며, 소음 및 진동에 큰 영향을 미치는 요인은 동력전달 시스템이다. 동력전달 시스템은 랙 피니언 기어, 감속기, 모터로 구성되어 있다. 모터로부터 고속의 회전동력을 일정한 감속비를 가진 감속기를 통하여 랙 피니언으로 동력을 전달한다.
	취출로봇의 동력전달 시스템에서 소음이 유발되는 과정을 설명하시오.	동력전달 시스템은 랙 피니언 기어, 감속기, 모터로 구성되어 있다. 모터로부터 고속의 회전동력을 일정한 감속비를 가진 감속기를 통하여 랙 피니언으로 동력을 전달한다. 그러므로 랙 피니언이 고속으로 회전을 하게 되며, 이에 따라 랙과 피니언 사이, 감속기, 그리고 모터에서 진동과 소음이 유발된다.
	취출로봇이란 무엇인가?	취출로봇은 일반적으로 금형으로부터 플라스틱을 분리해내는 전용 로봇으로 후속 공정기계로의 로딩 또는 언로딩 작업을 병행하는 등 산업현장에 널리 사용되고 있으며 생산 자동화에 크게 기여하고 있다. 근래에는 고속화, 고효율화, 그리고 정밀화를 구현할 수 있는 취출로봇을 개발하기 위한 노력이 활발히 진행되고 있으며 성능을 향상시키기 위하여 소음 및 진동의 저감은 반드시 해결하여야 할 중요한 과제이다.

참고문헌 (6)

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Park, C. I. and Jeon, D. H., 2007, An Experimental Study of Tridirectional Vibration of Helical Gears with Different Contact Ratios," Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 17, No. 2, pp. 177-184.

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Kim, J. H., Sung, H. K. and Chung, J. K., 2001, An Investigation on Noise Quality of the Small Gear Reductioner through Change of Gear Backlash, Proceedings of KSME, pp. 635-640.
Kim, C. S., Lee, W. C. and Lee, J. P., 2006, A Study on the Vibration/Noise Reduction of a Gear Driving System by Adjusting the Distance between Gear Shafts, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 16, No. 7, pp. 697-703.

원문보기 상세보기
Lee, Y. C., Lee, J. S., Lee, E. C., Choi, Y. J., Lee, H. J. and Lee, C. R., 2009, Frame Safety Analysis for Optimal Design by Extraction Robot, Proceedings of KSPE, pp. 745-746.
Kenneth, G. M., 1995, Vibration Testing, John Wiley & Sons, Inc., New York.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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