구조진동 특성을 이용한 Snap-fit 체결상태 관측에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 가전제품에서 많이 사용하는 Snap-fit 구조의 체결 여부를 진동특성을 이용하여 관측하는 방법에 대해서 분석한다. Snap-fit 구조는 사용의 용이성과 디자인에 이점을 가져 널리 사용되는 반면, 그 체결여부가 육안으로는 구분이 어려운 단점이 존재한다. Snap-fit의 대표적인 구조인 Cantilever hook 구조에 대하여 체결과 이탈의 메커니즘을 이해하고, Mode Shape의 특성을 이용하여 체결과 미체결의 차이점에 대하여 분석하였다.

Snap-fit 구조가 적용된 TV SET UN43NU7100을 대상으로 하여 유한요소해석을 통한 시뮬레이션을 진행하였다. 해석시간의 단축과 우선적으로 전체적인 형상확인을 위하여 Snap-fit으로 직접 체결된 Chassis Rear와 Cover Rear를 이용하여 Simple Modeling을 구성하였다. 미체결 예상 위치는 작업자의 위치를 고려하여 미체결 불량이 빈번하게 발생하는 좌우측으로 가정하였다. 미체결 상태의 특징을 재현하기 위하여 Simple Modeling을 이용한 ANSYS Modal Analysis를 수행하였고, 체결상태와 미체결상태의 Mode Shape과 Mode 발생 주파수를 확인하였다. 좌,우측 미체결 상태에 상대적으로 영향을 크게 미치는 Mode 형상을 확인 하였고, 미체결 인덱스 확인을 위하여 각 체결점의 가속도 전달함수를 ANSYS를 통하여 확인하였다. 각 체결점의 가속도 전달함수가 체결상태에서는 선형을 이루지만, 미체결 상태에서는 미체결점의 가속도 전달함수 크기가 체결부 대비 약 3~12배의 응답차이를 보이는 것을 확인 하였다. 체결점의 전달함수에 대한 선형회귀분석을 진행하였고, 미체결점이 포함 된 체결점에서의 결정계수값이 낮게 측정되었고 이는 상대적으로 높은 미체결점의 SSE값이 원인이라는 해석이 가능하였다.

ANSYS 시뮬레이션을 통한 미체결점의 특징을 확인하고자 TV SET 의 Modal Test를 진행하였다. 실험은 시뮬레이션과 동일한 경계조건을 적용하여 Cover Rear 와 Chassis Rear를 각각 20개의 Node를 지정하여 Impact Hammner와 가속도계를 이용하여 진행하였다. 실험결과 시뮬레이션과 유사한 Mode를 확인하였고 해당 Mode에서의 체결점에서의 가속도 전달함수가 시뮬레이션과 유사한 경향성을 가지는 것을 확인하였다. 단점에서의 선형회귀 분석을 통한 SSE 그래프의 비교에서도 미체결점의 값이 상대적으로 높아 미체결점을 관측할 수 있다는 것을 확인하였다. 다점에서의 선형회귀 분석을 통한 예측은 SSE 그래프와 모드형상을 병행하여 미첵결점을 관측할 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서 제시한 해석 방법을 통하여 미체결점의 관측이 가능하고, 미체결점에 영향을 주는 Mode의 주파수를 확인할 수 있으며, 제조 과정에서도 사용이 가능한 경계조건을 사용하여 생산불량에 대한 사전 확인이 가능할 것이라고 예측된다.