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문제 정의
- 본 연구에서는 기어 축 가공을 완전 자동화하기 위하여, 한 가장자리에 기어가 가공된 기어 축소재로부터 기어의 위치와 기어 이의 회전위치를 동시에 판별하는 센서시스템을 개발하고자 하였다. 가공된 기어 부의 검지를 위해 초음파 센서를 적용하면 발신부와 수신부의 위상차의 측정과 비선형 특성의 처리가 필요하고,2 광 센서의 적용에 있어서는 주위 광의 변화와 소재 표면 형상과 반사특성의 변화를 고려해야 하며,3 측정 범위가 매우 작은 용량형 센서를 적용하기에는 기어 축 표면의 형상 변화가 상대적으로 크다는 문제점이 있다.
- 본 연구에서는 기어 축을 자동 이송하는 자재 취급장치를 제작하여, 제안된 기어 축 방향 및 각도 판별 센서의 수행능력을 보이고자 하였다. Fig.
- 본 연구에서는 자동차의 동력전달 부품인 기어 축의 취급자동화를 위하여 기어 축을 인식할 수 있는 유도형 센서시스템을 제안하고 개발하였다. 제안된 센서시스템은 코일과 코어부, 코일의 출력 신호를 조절하는 신호조절부, 신호를 처리하고 교정신호를 출력하는 마이컴 제어부, 그리고 기어 축의 회전위치를 조절하는 구동부로 구성된다.
- 이와 같은 원리는 L1과 L2 센서의 어느 위치에 기어가 놓이게 되더라도 동일하게 작동한다. 비교기의 출력부에서 출력을 포토커플러에 인가하여, 이의 출력 신호로써 제어기에 현재 기어 축의 각도에서 센서는 기어 이의 끝을 인식하고 있음의 여부를 보고하게 된다.
- 실린더 부분과 기어가 가공된 부분을 구별하고, 또 기어의 이 끝과 이 홈 등의 위치를 구별하기 위하여 제안된 센서의 측정결과를 고찰하기 위하여, 소재 양단의 각 부분에 센서가 위치할 때 나타나는 인덕턴스의 크기를 유한요소법(FEM)을 이용하여 해석하고자 하였다.
- 이를 위해, 기어부에 상대적으로 위치한 센서로써, 기어와의 상대적 회전운동 과정에서, 기어의 이 끝과 이 홈 부분의 인덕턴스 차이를 인식하게 하였다. 이와 함께 유한요소법을 이용한 전자기장 해석을 수행하여 제안된 센서와 기어 축 사이의 인덕턴스를 계산하여 실험의 결과를 검증하고자 하였고, 소재의 자동취급장치를 제작하여 제안된 유도형 센서의 적용성을 검증하고자 하였다.
가설 설정
- 25mm이었고, 코일의 권선수는 185회이었다. 기어 축의 축방향으로는 자기장의 분포가 일정하다고 가정하고, 축의 길이방향에 수직인 단면을 해석평면으로 하는 2차원 해석모델로 두고, 이에 대한 해석을 실린더 부와 기어 부에 대하여 각각 수행하였다. 기어 부에 대한 유한요소모델을 Fig.
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