KR20050118978A - 단선 판별 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

개시된 본 발명은 도선에 흐르는 전하량을 측정하여 하네스를 구성하는 와이어들 중 끊어진 와이어를 찾아내어 하네스의 이상 유무를 판별해내는 단선 판별 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 와이어들로 이루어진 하네스에서 각 와이어의 현 상태를 측정하는 방법에 있어서, 미리 설정된 시간을 채널수로 분할하고, 분할된 시간동안 해당 채널만 온되고 나머지 채널은 오프되도록 고속 스위칭부의 온오프를 제어하는 제어단계; 상기 온된 채널에 해당되는 와이어의 전하량을 측정하는 측정단계; 상기 측정된 전하량을 미리 설정된 전하량과 비교하여 상기 와이어의 현 상태를 추정해내는 추정단계; 및 작업자가 확인할 수 있도록 상기 추정 결과를 출력하는 출력단계를 포함한다.

Description

단선 판별 방법 및 그 장치{Method for distinguishing disconnection and Apparatus thereof}

본 발명은 단선 판별 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

특히, 도선에 흐르는 전하량을 측정하여 하네스를 구성하는 와이어들 중 끊어진 와이어를 찾아내어 하네스의 이상 유무를 판별해내는 단선 판별 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 항공기, 자동차, 선박, 농기계, 기타 산업용 기계 및 전기장치 등과 같이 다수의 피제어소자를 구비하고 있는 제품들은 메인 제어부와 이들 피제어소자 사이를 전기적으로 연결하기 위한 다수의 배선 집합체 케이블인 와이어링 하네스를 구비하고 있다.

또한, 상기와 같은 와이어링 하네스는 다수의 입출력 포인트를 가질 수 있고, 내부적으로 상호 결선되거나 다이오드 등을 포함할 수 있다. 이러한 와이어링 하네스의 생산회사는 제품의 마무리 생산공정에서 생산제품(하네스)을 검사하여 결선 오류를 검사하는 것이 필요하다.

기존의 결선 측정기는 각 와이어의 결선 여부를 전기적인 흐름의 도통 여부로 측정하게 된다.

단선의 단선으로 인한 영향은 임피던스의 증대를 가져와 고주파 시스템에서 예측하지 못한 오류를 가져오는 사례가 빈번하다. 따라서 기존의 단선 시스템은 와이어의 품질 검사에 많은 문제점을 야기하게 된다.

또한, 와이어는 한가닥의 선으로 사용되는 것 보다는 버스 형태의 여러 가닥을 같이 사용하는 플래트 케이블(Flat cable)을 사용하는데, 상기 플래트 케이블 형태로 이루어진 하네스 제품의 단선여부를 검사하기 위해 고가의 측정 장비(예를 들면 Network analyzer, Impedance analyzer etc)를 이용하는데, 상기 측정장비는 단일 채널로 하네스의 와이어 단선여부를 판별해야 하므로 여러 가닥을 측정하기 위해서는 많은 시간과 경비소요가 필수불가결하다는 문제점이 있다.

또한, 기존의 정밀 계측 측정법은 경제적인 면과 시간적인 면에서 현장 작업환경에 부적합하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 도선에 흐르는 전하량을 측정하여 하네스를 구성하는 와이어들 중 끊어진 와이어를 찾아내어 하네스의 이상 유무를 판별해내는 단선 판별 방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 와이어들로 이루어진 하네스에서 각 와이어의 현 상태를 측정하는 방법에 있어서, 미리 설정된 시간을 채널수로 분할하고, 분할된 시간동안 해당 채널만 온되고 나머지 채널은 오프되도록 고속 스위칭부의 온오프를 제어하는 제어단계; 상기 온된 채널에 해당되는 와이어의 전하량을 측정하는 측정단계; 상기 측정된 전하량을 미리 설정된 전하량과 비교하여 상기 와이어의 현 상태를 추정해내는 추정단계; 및 작업자가 확인할 수 있도록 상기 추정 결과를 출력하는 출력단계를 포함하는 단선 판별 방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예는, 와이어들로 이루어진 하네스에서 각 와이어의 현 상태를 측정하는 장치에 있어서, 외부로부터 입력되는 제어신호에 응하여 소정 채널을 온시키기 위해 절환되는 고속 스위칭부; 상기 고속 스위칭부가 온된 채널과 연결된 와이어의 전하량을 측정하는 전하량 측정수단; 미리 설정된 시간을 채널수로 분할하고, 분할된 시간동안 해당 채널만 온되고 나머지 채널은 오프되도록 고속 스위칭부의 온오프를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 한편 상기 전하량 측정수단을 통해 측정된 전하량을 미리 설정된 전하량과 비교하여 상기 와이어의 현 상태를 추정하여 출력하는 제어수단; 및 상기 제어수단의 출력에 응하여 작업자가 확인할 수 있도록 상기 추정 결과를 출력하는 출력수단을 포함하는 단선 판별 장치를 제공함에 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 단선 판별 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 적용된 전하량 측정수단의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구성은 단선판별장치(100)와, 연선들로 이루어진 하네스(200)와, 인터넷, 인프라, 왑 등 유무선 데이터 통신망을 포함하여 불특정 다수의 사용자가 후술되는 모니터링 서버(500)에 온라인 접속을 이룰 수 있도록 하는 데이터 통신망(400)과, 상기 단선측정장치(100)의 신경망 학습 알고리즘에 따라 학습한 결과 생성된 가중치(weighting factor)를 업로드받아 저장하고 있어 관리자가 직접 데이터를 모니터링할 수 있도록 하는 모니터링 서버(500)로 구성된다.

상기 단선 판별 장치(100)는 후술하는 제어부(140)로부터 입력되는 제어신호에 응하여 소정 채널을 온시키기 위해 절환되는 고속 스위칭부(120)와, 고속 스위칭부(120)에 의해 온된 채널과 연결된 와이어의 전하량을 측정하는 전하량 측정부(130)와, 미리 설정된 시간을 채널수로 분할하고, 분할된 시간동안 해당 채널만 온되고 나머지 채널은 오프되도록 고속 스위칭부(120)의 온오프를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 한편, 전하량 측정부(130)를 통해 측정된 전하량을 미리 설정된 전하량과 비교하여 상기 와이어의 현 상태를 추정하여 출력하는 제어부(140)와, 제어부(140)의 출력에 응하여 작업자가 확인할 수 있도록 상기 추정 결과를 출력하는 출력부(150)로 구성된다.

이때, 전하량 측정부(130)는 첨부 도면 도 2에 도시된 바와 같이 마그네틱 스위치를 통해 아날로그 신호를 입력받기 위한 아날로그 신호 입력부(131)와, 상기 아날로그 신호를 필터링하기 위한 로우패스 필터(133)와, 필터링된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 제어부로 출력하는 아날로그/디지털 컨버터(135)를 포함하고 있다.

전하량 측정부(130)는 와이어의 저항, 와이어간의 용량성 리액턴스, 와이어와 인체 상호간의 용량성 리액턴스, 와이어의 유도성 리액턴스, 접촉 저항 및 주위 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하여 와이어에 흐르는 전하량을 측정한다.

이때, 전하량을 측정하는 방법은 커플링커패시터(C_k)와 시험대상물(C_t)사이에 전류 i(t)가 흐르게 하여 이 전류를 측정하는 것으로, C_k>>C_t인 경우 전하량 (q)은 다음 수학식에 의해 구할 수 있다.

상기의 [수학식1]은 흐르는 전류의 면적의 합으로 나타내는 것으로 첨부 도면 도 5에 도시된 그래프를 통해 알 수 있듯이 이면, 검출된 크기(magnitude)가 달라도 방전량은 같다고 볼 수 있다. 왜냐하면 방전량이 면적의 합으로 주어지기 때문이다. 이때 첨부 도면 도 5의 좌측 그래프는 i₁(t)의 방전량을 나타내는 것이고, 우측 그래프는 i₂(t)의 방전량을 나타내는 것이다.

또한, 고속 스위칭부(120)에 구비된 고속 스위치는 마그네틱 스위치로서, 스위치 온 시 발생하는 전압강하(Voltage drop)가 제로(zero)이며, 스위칭수단으로 마그네틱 스위치를 이용할 경우 스위칭 동작에 따라 발생되는 오버/언더 슛(shoot) 현상을 80%로 감소시킬 수 있다.

상기 마그네틱 스위치는 기존의 트랜지스터나 MOS-FET와는 달리 채터링과 바이어스 문제를 감소시킨 상태에서 전하량을 측정할 수 있도록 한다. 즉 상기 트랜지스터와 MOS-FET는 오버/언더 슛으로 인해 안정화되는 시간까지 상당한 시간이 걸리게 되고, 측정 또한 바이어스 전압에 의해 오프된 채널이 온된 채널에 매우 큰 영향을 주게 되어 온된 채널의 전하량을 정확하게 측정할 수 없으나, 마그네틱 스위치를 사용할 경우 온된 채널이 오프된 채널에 의해 영향을 받지 않으므로 온된 채널의 전하량을 정확하게 측정할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명인 단선 판별 장치의 작용을 기술하면 다음과 같다.

도 3은 도 1에 적용된 제어부에서 출력되는 스위칭 제어신호를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 단선 판별 방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 작업자는 메인 제어부와 이들 피제어소자 사이를 전기적으로 연결하기 위한 다수의 배선 집합체 케이블인 와이어링 하네스(200)의 일측 커넥터를 제 1 인터페이스부(300)로 연결하고, 그 타측 커넥터를 제 2 인터페이스부(110)로 연결하여, 상기 하네스(200)의 커넥터가 제 2 인터페이스부(110)를 통해 고속 스위칭부(120)와 연결되도록 한다.

상기와 같이 하네스(200)의 일측 커넥터가 고속 스위칭부(120)에 연결되면, 상기 작업자는 상기 커넥터에 연결된 복수의 와이어에 대해 전하량을 순차적으로 측정할 수 있도록 단선 판별 장치(100)를 조작하게 된다.

제어부(140)는 상기 작업자의 하네스 검사요청에 따라 첨부 도면 도 3에 도시된 스위칭 제어신호를 고속 스위칭부(120)로 출력하여 고속 스위칭부(12)의 복수의 마그네틱 스위치가 순차적으로 온, 오프되도록 한다(S100).

하나의 마그네틱 스위치가 온되면 전하량 측정부(130)는 아날로그 입력부(131), 로우패스 필터(133), 아날로그/디지털 컨버터(135)를 이용하여 마그네틱 스위치에 온된 채널에 대응하는 와이어의 전하량을 측정하고, 측정된 전하량을 디지털 신호로 변환시켜 제어부(140)로 입력시킨다(S200).

제어부(140)는 신경망 학습 알고리즘를 통해 전하량 측정부(130)에 의해 측정된 전하량과 미리 설정된 전하량을 비교하여 검사중인 제품(하네스)의 합격여부를 판정하고(S300), 판정 결과를 출력부(150)의 표시부(151)를 통해 출력하여 작업자가 알 수 있도록 한다. 이때, 판정결과를 인쇄부(152)를 통해 출력(S400)되도록 함으로써, 판정결과를 보관하여 이용할 수 있도록 단선 판별 장치(100)를 구현할 수도 있다.

즉, 제어부(140)는 신경망 학습 알고리즘을 통해 제품의 비슷한 유형별로 학습하여 패턴을 인식할 수 있도록 한다. 상기 신경망 학습 알고리즘을 이용하는 이유는 제품의 이상 유무를 판별하기 위해선 제품 유형에 따른 평균값을 얻어야 하나, 제품의 길이와 접속재 부분의 형태가 다양하여 그 기준을 일일이 지정해서 설정해 놓을 수 없기 때문이다.

또한, 제어부(140)는 첨부 도면 도 6과 같은 모니터링 화면을 출력하여 사용자가 시각적으로 쉽게 판단하여 인식할 수 있도록 한다. 첨부 도면 도 6에 도시된 바와 같이 제어부(140)는 좌측 상단에 와이어 채널(예 1번선, 2번선....)에 따라 단선의 상태를 표시한다. 즉 노란색 바가 우측으로 갈수록 내부 상태(임피던스)가 매우 높은 상태이다.

그리고, 좌측 하단은 실험한 데이터의 이력을 나타내는 값으로서, 과거의 값과 현재의 데이터 값을 비교해 볼 수 있도록 한다.

즉, 사용자는 제 1 인터페이스(300)와 제 2 인터페이스(110) 사이에 연결된 하네스(200)의 내부 연선들 중 한가닥씩 제거해 가면서 데이터를 측정하고 저장한다. 이때 측정 데이터 결과값은 첨부 도면 도 7과 같음을 알 수 있다.

첨부 도면 도 8은 측정 결과(Average)를 도시한 그래프로서, X축은 한선당 단선된 와이어수를 나타내며, Y축은 측정한 값을 크기를 나타내며, 상기 측정된 데이터는 첨부 도면 도 8에 도시된 바와 같이 단선에 따라 선형으로 비례하는 것이 아니라 지수함수(Exponential Function)적으로 비례한다는 것을 알 수 있다.

따라서 하네스의 종류에 따라서 커브계수(지수 계수)와 측정 값이 달라지기 때문에 이러한 factor를 신경망 학습법을 통해 가중치(weighting factor)의 값을 선정하도록 프로그램하고, BP(역전파 알고리즘: Back Propagation) 학습법을 적용시켜 하네스(200)의 상태를 모니터링하게 된다.

이때, BP 학습법은 다층(multilayer)이고, feedforward 신경망에서 사용되는 학습 알고리즘으로서, 학습의 방법은 지도 학습(supervised learning)이다. 즉, 학습을 하기 위해서는 입력 데이터와 원하는 출력(o) 데이터가 있어야 한다.

상기 BP 학습법에 대해 간단히 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면 도 9에 도시된 바와 같이 입력이 신경망의 가중치(weights)와 곱하고 더하는 과정을 몇 번 반복하면 입력의 결과값인 출력(y)이 나온다. 이때 출력(y)은 학습 데이터에서 주어진 원하는 출력(o)과 다르다. 결국, 신경망에서는 (y-o)만큼의 오차(e=y-o)가 발생하며, 오차에 비례하여 출력층의 가중치를 갱신하고, 그 다음 은닉층의 가중치를 갱신한다. 가중치를 갱신하는 방향이 신경망의 처리 방향과는 반대 방향이다. 이런 이유로 역전파 알고리즘이라고 한다. 다시 말해, 신경망의 처리는 입력층 → 은닉층 → 출력층의 방향으로 진행되며, 가중치 갱신의 학습방향은 출력층 → 은닉층으로 방향으로 진행된다.

제어부(140)는 신경망 학습 알고리즘에 따라 학습한 결과 생성된 가중치(weighting factor)를 저장부(160)에 저장시킨다. 저장부(160)에 저장된 가중치는 제어부(140), 통신 인터페이스부(170)와 블루투스 및 인터넷 등과 같은 데이터 통신망(400)을 통해 모니터링 서버(500)로 전송하여 관리자가 모니터링 서버(500)에서 직접 데이터를 모니터링할 수 있으며, 계측기를 조작하여 저장부(160)에 저장된 가중치를 원하는 값을 갖도록 조정할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서와 같이 시분할 측정방식을 적용시킬 경우 부품의 수를 와이어 수에 관계없이 한 개로 구현이 가능하기 때문에, 채널에 따른 부품수를 감소시킬 수 있어 제품의 크기를 크게 줄일 수 있게 되어 다운사이징(Down-sizing)을 실현할 수 있으며, 이에 따라 부품의 비용에 따른 경제성과 PCB 설계에 따른 경제성을 높일 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 부품수의 축소로 인한 단순한 회로 구성은 측정시 발생하는 노이즈와 측정 에러를 현저하게 감소시킬 수 있으며, 에너지 절감의 효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 이탈함이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 단선 판별 장치의 구성을 설명하기 위한 도면,

도 2는 도 1에 적용된 전하량 측정수단의 구성을 설명하기 위한 도면,

도 3은 도 1에 적용된 제어부에서 출력되는 스위칭 제어신호를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 단선 판별 방법을 설명하기 위한 도면,

도 5는 방전량 비교를 설명하기 위한 그래프,

도 6은 본 발명에 의해 구현된 모니터링 화면을 도시한 도면,

도 7은 하네스 측정 데이터 결과값을 도시한 그래프,

도 8은 하네스 측정 결과(Average)를 도시한 그래프,

도 9는 본 발명에 적용된 BPN의 계산과 학습 방법을 설명하기 위한 도면이다.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 단선 판별 장치 110 : 제 2 인터페이스부

120 : 고속 스위칭부 130 : 전하량 측정부

140 : 제어부 150 : 출력부

160 : 저장부 170 : 통신 인터페이스부

200 : 하네스 300 : 제 1 인터페이스부

400 : 데이터 통신망 500 : 모니터링 서버

Claims (4)

1. 와이어들로 이루어진 하네스에서 각 와이어의 현 상태를 측정하는 방법에 있어서,

   미리 설정된 시간을 채널수로 분할하고, 분할된 시간동안 해당 채널만 온되고, 나머지 채널은 오프되도록 고속 스위칭부의 온오프를 제어하는 제어단계;

   상기 온된 채널에 해당되는 와이어의 전하량을 측정하는 측정단계;

   상기 측정된 전하량을 미리 설정된 전하량과 비교하여 상기 와이어의 현 상태를 추정해내는 추정단계; 및

   작업자가 확인할 수 있도록 상기 추정 결과를 출력하는 출력단계;

   를 포함하는 단선 판별 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정단계는,

   와이어의 저항, 와이어간의 용량성 리액턴스, 와이어와 인체 상호간의 용량성 리액턴스, 와이어의 유도성 리액턴스, 접촉 저항 및 주위 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하여 와이어에 흐르는 전하량을 측정하는 것을 특징으로 하는 단선 판별 방법.
3. 와이어들로 이루어진 하네스에서 각 와이어의 현 상태를 측정하는 장치에 있어서,

   외부로부터 입력되는 제어신호에 응하여 소정 채널을 온시키기 위해 절환되는 고속 스위칭부;

   상기 고속 스위칭부가 온된 채널과 연결된 와이어의 전하량을 측정하는 전하량 측정수단;

   미리 설정된 시간을 채널수로 분할하고, 분할된 시간동안 해당 채널만 온되고, 나머지 채널은 오프되도록 고속 스위칭부의 온오프를 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 한편 상기 전하량 측정수단을 통해 측정된 전하량을 미리 설정된 전하량과 비교하여 상기 와이어의 현 상태를 추정하여 출력하는 제어수단; 및

   상기 제어수단의 출력에 응하여 작업자가 확인할 수 있도록 상기 추정 결과를 출력하는 출력수단;

   을 포함하는 단선 판별 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 측정수단은,

   와이어의 저항, 와이어간의 용량성 리액턴스, 와이어와 인체 상호간의 용량성 리액턴스, 와이어의 유도성 리액턴스, 접촉 저항 및 주위 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하여 와이어에 흐르는 전하량을 측정하는 것을 특징으로 하는 단선 판별 장치.