과도진동 (Transient Vibration )

과도진동 (Transient Vibration )

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‘갑자기’라는 말은 가만히 있는 상태에서 예상하지 못했던 변화가 발생할 때 사용하는 말이다. 물리적인 분야에서도 같은 표현이 사용되는데 특히 진동분야에서의 ‘갑자기’는 갑자기 진동을 주는 원인이 생겼다는 뜻으로서 자유진동(정상상태의 진동, 초기조건이 사라진 이후의 고유의 진동상태, 고유주파수)나 강제진동(외부가진력, 원심력, 충격력을 지속적으로 공급하여 진동이 지속적으로 발생하는 상태)와 구별된다. 이는 수식적으로, 물리적으로 분명 차이가 있으며 이때 ‘Transient’라는 말이 사용된다. 즉, 이것은 최초의 이벤트라고 할 수 있다.

Transient Vibration

‘갑자기’는 과도(Transient)를 의미한다. 최초의 이벤트인 ‘갑자기’의 실현은 두 가지 종류가 있는데 힘과 속도 및 가속도로 표현할 수 있다. 즉, 갑자기 힘이 주어졌다면 그 때의 변위(x)와 속도(v)가 ‘0’이었다는 전제조건이 성립되고 또, 갑자기 속도와 가속도가 가해졌다면 속도(v), 가속도(a)가 일정(constant)하다고 전제하는 것이다. 이것은 처음부터 값을 모두 알 수는 없는 자유낙하, 자유진동, 강제진동과는 다른 것이고 비교적 어려운 수치해석의 해를 구하도록 전제조건을 제공해 준다.

예를 들어 갑자기 F의 힘을 받는 스프링-질량계의 진동변위(x)는 XcosWnt(일반해)+F/k(특수해)가 된다.

물리적으로는 과도진동이란 정상상태진동 이전의 초기조건을 의미하는데 말 그대로 진동이 발생하도록 갑자기 주는 이벤트, 그 때의 진동을 의미한다. 이 때 첨두시간과 Overshoot라는 용어가 나오는데 갑자기 힘이 가해지는 경우의 첨두시간이란 변위의 최대치가 생기는 시간을 말하며 그리고 Overshoot는 변위최대치에서 초기변위를 제거한 상태의 정상상태의 최대변위를 의미한다.

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키워드	과도진동, 갑자기, 정상진동, 응답, transient, Overshoot, 첨두시간

적용사례- 진동 동영상과 결함검출-DragonVision-EI

적용사례- 진동 동영상과 결함검출-DragonVision-EI

진동문제가 발생하는 물체, 기계, 구조, 건물 등을 진동 동영상으로 볼 수 있다면 어떨까? 상상한대로 이루어진다. 간단한 동영상 촬영으로 진동을 볼 수 있다. 측정기술 전문기업 AST는 DragonVision기술을 이렇게 설명한다. 이 기술은 진동을 카메라로 촬영하여 저장하고 화면에 보이는 진동을 분석하고 결함을 찾을 수 있다.

적용사례 (진동 동영상과 결함검출)

우리의 눈으로는 정지된 것처럼 보이는 진동현상은 실제로 움직이고 있다. 그런데 이 현상을 카메라로 촬영한 동영상을 보고 원하는 지점의 스펙트럼을 분석할 수 있다. 그리고 다음과 같은 진동결함을 찾는 것이다.

ü  Imbalance (질량불평형)

ü  Misalignment (축정렬불량)

ü  Mechanical Looseness (기계적 이완)

ü  Bent Shaft (축휨)

ü  Eccentricity (편심)

ü  Resonance (공진)

ü  Natural Frequencies (고유주파수분석 By bump test)

ü  Electric Noise (전기적 노이즈)

다음의 용도로 사용

-      진동원 거동 및 분석 (자동차, 정유 중화학공장, 제지, 전력, 가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 조선 관련 사업체, 로봇, 반도체)

-      진동진단, 설비진단 (Motor, Turbine, Pump, Compressor, Roll, Bearing, Fan, Blower, Generator, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire , Robot, Automobile, 건설현장, 학교, 연구소)

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모터(Motor)관련 전기 및 진동 진단용어

모터(Motor)관련 전기 및 진동 진단용어

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모터(전동기)에 관해서 설비진단을 하기위해서는 모터의 작동원리를 이해하여야 하는데 우선 이에 따른 전문용어를 알고 있어야 한다. 모터 전문가 및 공무와 정비팀(전기, 계전, 기계)에서 사용하는 용어를 알아듣지 못하게 되면 정작 중요한 분석을 위한 자료가 빈약할 수 밖에 없다. 그 다음에 진단을 하는 것이다. 물론 진단용어도 있지만 의사가 기본 해부학을 배우고 의학용어를 먼저 익히는 것과 같은 방법이라 할 수 있다. 여기에서는 모터관련 전기용어와 진동진단을 위한 용어를 정의하였다. 

모터 관련 용어

회전수

회전속도의 정도이며 1분간에 몇 회전 RPM(Revolution Per Minute)으로 표시된다.

토오크(Torque)

회전력을 말하며 kgfm 또는 Nm으로 표시된다.

관성(Inertia)

외력이 작용하지 않는 한 물체가 그 운동 상태를 유지하려고 하는 성질을 말한다.

회전자기장

모터를 회전시키기 위한 발생 자기장을 말한다.

회전센서(RPM sensor, Tachometer, Key phasor)

회전수를 검출하기 위한 장치인데 광 (光)식과 자기식 등의 종류가 있다.

회전불균일

1회전 이내 또는 비교적 단시간에서의 회전 변동을 말한다.

기계적시상수

모터가 기동하기 시작한 다음 정상 회전수의 63%에 도달할 때까지의 시간을 말한다. 이 값이 클수록 모터의 움직임이 느리게 된다.

기동 토오크

모터가 시동할 때에 발생하는 회전력을 말하며 시동 토오크라고도 한다. 이 힘이 클수록 모터의 움직임은 빠르게 된다. (참조: 코깅토오크-공회전시 기본 토오크)

역기전력

모터가 회전 중 모터 내부에 발생하는 유도 전압을 말한다. 단위는 V

콘덴서 모터

기동,구동용으로 콘덴서를 사용한 교류 모터를 말한다. 이 대표적인 것으로는 인덕션 모터, 싱크로너스 모터가 있다.

서보모터

제어를 목적으로 만들어진 특수한 모터를 말한다.

자극 센서

마그넷 로터의 N극, S극을 판별하기 위한 센서의 총칭. 주로 홀 소자가 사용된다.

시트 코일

포토 에칭기술을 사용하여 동판에 평면 모양의 코일 패턴을 형성한 것. 이코일은 박형(薄型)모터를 만들 때 이용된다.

타이밍 모터

전원 주파수에 동기하여 회전하는 모터를 말하며 이것에는 싱크로너스 모터나 PM형 스테핑 모터 등이 있다.

태코 제너레이터

속도 발전기를 말한다.

탈조 현상

스테핑 모터나 싱크로너스 모터가 구동 주파수에 대응하지 않는 이상 작동을 말한다.

초퍼제어

모터의 입력 전력을 ON,OFF함으로써 모터로의 입력에너지를 제어하는 전력 제어 기법을 말한다.

파워레이트

모터가 단위 시간당 낼 수 있는 출력의 정도. 파워레이트

요크

자력선을 통과시키기 위한 통로를 말하는데 계철이라고도 한다.

정격 속도 (Rotor Frequency):

정격 주파수의 전압을 인가하였을 때, 회전자가 실제로 돌아가는 속도, 부하에 따라 속도가 변할 수 있으며, 일반적으로 명판에 게재되어 있음.

동기 속도 (Magnetic Field Frequency):

정격 주파수의 전압을 인가하였을 때, 회전자의 이론적 속도, 무 부하시 회전 속도와 같다.

슬립 주파수(Slip Frequency):

동기 속도와 정격 속도와의 차, 동기 속도(Magnetic field frequency) – 정격 속도(Rotor frequency)

회전자 통과 주파수(Rotor Bar Pass frequency):

회전자 봉의 수X 회전 주파수 (Number of rotor bars x turning speed)

고정자 슬롯 통과 주파수(Slot pass frequency):

고정자의 슬롯 수 X 회전 주파수(Number of stator slots x turning speed)

3상 (3 Phase)

권선의 배치방법과 방향에 의해 극수가 결정되며

120도 위상차이가 나 있는 3상 전류는 회전자계를 발생시켜주게 된다. 회전 자계란 N극,S극 사이를 흐르는 자계가 회전한다는 것을 말한다.

극수(Number of Poles)

“극수”란 N극과 S극의 수를 말한다.N극과 S극은 반드시 같이 존재하며 따라서 극수는 항상 짝수이다. 즉 N극과 S극이 한 개씩이면 2극, 두개씩이면 4극 이되는 것이다. 이 극수는 다음의 공식에 의해 회전수를 결정하게 된다.

즉 2극일 경우 3600RPM이며 4극일 경우 1800RPM, 6극일 경우 1200RPM으로 회전수가 결정된다. 그러나 실제로 유도모터에는 유도모터의 원리에 의해 슬립(Slip)이 있기 때문에 2극일 경우 3577RPM 등으로 회전하게 된다. 바로 이 전원주파수에 의한 원리상의 회전수와 실제 회전수의 차이를 슬립(Slip)이라 하며 유도(Induction)모터의 독특한 특성이다.

  

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키워드	모터회전수, 슬립주파수, slip frequency, line frequency, 전원주파수, 모터의 고장진단, 결함진단, 모터의 용어,

EI wiser 3x 무선 3축 진동 가속도센서 (실제 호환 3축 데이터 취득용)

EI wiser 3x 무선 3축 진동 가속도센서 (실제 호환 3축 데이터 취득용)

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진동교육, 진동계측기, TPI, 진동진단, 발란싱, EI, phantom, wiser, acoustic cam, 초음파카메라. 진동측정, 측정시스템.

다음의 용도로 사용

-      케이블 불필요한(결리, 위험, 실험) 무선 방식 진동데이타 취득용, 진단/분석용, 발란싱.

-      설비진단자격보유자, 전문센터보유사 진동분석가, 설비관리 2년이상 준전문가 이상급 활용, 온라인모니터링시스템의 이상진단용. 예측진단팀, 정비팀, Reliability팀, 설비보전팀, 공무팀, 생산지원팀, 시설팀. 설비진단엔지니어링컨설팅사

-      설비관리 (정유 중화학공장, 제지, 전력, 가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 조선 관련 사업체)

 특징

-      3축 진동가속도센서 무선 Wireless

-      모든 장치와 연결하여 데이타 취득가능

-      활용(진동취득, 발란싱, 핸드폰, 영상ODS보정)

-      48,000 Hz Sampling rate

-      100mV/g, Dynamic 20G

-      8Hr연속사용 Rechargeable

-      클라우드에 데이타 저장호환

-      20M 무선

-      IP67방수

-      케이블이 필요 없는 Wireless

-      견고한 piezo 3축 진동가속도센서

-      모든 계측장치와 호환가능, EI receiver BNC-BNC 연결

-      견고하고 간편한 보관 및 설치

-      다양한 현장에 활용(3축 무선진동측정, 핸드폰으로 실시간, Dragon 실물영상ODS와 연동, 클라우드로 데이타 전송)

눈으로 볼 수 있는 과학(물리현상)

눈으로 볼 수 있는 과학(물리현상)

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수학이란 무엇인가? 공학엔지니어의 관점에서 수학은 물리현상을 ‘수(數)’로서 표현(공식)하기위해 연구된 학문이라고 생각한다. 궁극적으로 물리현상을 설명할 수 있는 것이 인간에게는 필요했고 그 이유는 바로 ‘예측’이 필요했기 때문이었을 것이라. 인간은 항상 그 예측에 대해서 강력한 피해를 방지하거나 미지의 시간대를 미리 가 볼 수 있다는 호기심만으로도 존경의 대상이 되고 있다. 그런데 이러한 물리현상은 이제 수학이나 공학에서 설명하는 방법인 복잡한 수식이 아닌 시각으로 볼 수 있도록 변해가고 있다. 모든 것이 어렵지 않고 더 쉬운 방향으로 흘러가는 것처럼 말이다.

과학을 시각으로..

물리적인 현상은 인간이 오감(미, 촉, 후, 청, 시)를 통해 감지할 수 있다. 물론 이 인간에게 장착된 인간의 센서는 범위가 한정적일지라도 때때로 어떠한 ‘직감’이라는 통계적이고 경험적인 Big data를 통한 결과처럼 강력한  출력도 있어서 예감할 수도 있다. 그런데 더 이상 세상은 대중이 알기 어려운  복잡함의 방향으로 흘러가지 않는다. 어린아이도 알 수 있고 작동할 수 있는 방향인 쉽고 직감적인 것으로 요구되고 있고 변해가고 있다.

대표적으로 과학은 오감을 시각으로 표현하는 것을 오랫동안 추구해 왔고 현재의 세상은 맛도 소리도 냄새도 촉각도 눈으로 볼 수 있도록 발전하고 있다. 예를들면 실시간으로 온도와 열을 측정하여 화면에 보여주는 열화상카메라, 소리와 음향을 카메라의 화상에 담아 실시간으로 표현하는 음향/소리/사운드/소음카메라, 초음파카메라, 광역소음지도, 일기예보, 위성영상, 빠른 운동을 느리게 보이게 하는 초고속카메라, 어둡고 잘보이지 않거나 작은 것을 볼 수 있게 하는 내시경카메라 등이 현실적으로 상용화되어 있다.

시각을 통해서라면 우리는 확인할 수 있고 확신할 수 있어서 증거로 삼을 수 있고 그리고 예측할 수 있다. 거의 조작할 수 없다. 이제는 보고 판단하면 된다. 더 이상 추측이나 고도의 전문가의 의견에만 의존할 필요는 없다.

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키워드	진동센서, 음향카메라, 초음파카메라, 진동카메라, ODS, 열화상카메라

적용사례- 실물 영상 ODS-DragonVision-EI

적용사례- 실물 영상 ODS-DragonVision-EI

ODS(Operational Deflection Shape, 운전작동형상)는 눈으로 확인하지 못하는 진동현상을 컴퓨터 시뮬레이션 처리한 모델링에 진동측정값을 입력하여 실제로 움직이는 형상보다 크게 증폭하여 분석과 진단시 이해를 돕도록 하는 분석기법이다. 그런데 실제 실물의 영상을 ODS로 할 수 있다면 어떨까? 상상은 이미 현실이다. 간단한 동영상 촬영으로 진동을 볼 수 있게 되었다. 측정기술 전문기업 AST는 DragonVision기술을 설명한다. 이 것은 진동을 카메라로 저장하고 무선진동센서로 보정하여 정확한 값으로 보정하여 컴퓨터 화면에서 진동을 확대하여 보는 기술이다. 보면 알게 되는 기술이다.

적용사례 (진동 거동분석)

LGT(Looking Glass Technique)기법은 EI사에서 기존의 Motion확대기술에 비해 훨씬 정확하고 간편한 기법을 만든 것으로 동영상카메라로 촬영하여 나온 화면에 진동가속도센서를 사용하여 보정한 방법을 추가한 것을 말한다. 동영상에서 촬영하는 정도는 간단한 최신 핸드폰의 영상으로도 가능하며 진동센서는 무선센서도 가능하다. 우리의 눈으로는 정지된 것처럼 보이는 진동현상은 실제로 움직이고 있다. 그런데 이 현상을 카메라로 촬영된 동영상에 수천개의 포인트가 지정되어 분석하므로 선명하게 확대된 모션을 확인할 수 있으며 또한 같이 측정된 3축무선진동센서를 이용하여 그 ODS의 정확성을 더하였다. 분석은 이제 이 것으로 하면 된다.

다음의 용도로 사용

-      진동원 거동 및 분석 (자동차, 정유 중화학공장, 제지, 전력, 가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 조선 관련 사업체, 로봇, 반도체)

-      진동진단 (Motor, Turbine, Pump, Compressor, Roll, Bearing, Fan, Blower, Generator, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire , Robot, Automobile, 건설현장, 학교, 연구소)

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피크홀드와 오버랩(Peak hold & Overlap)

피크홀드와 오버랩(Peak hold & Overlap)

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신호를 측정하거나 측정된 신호를 후처리 할 때 원하는 신호가 포함되게 하려면 다양한 기법들을 사용할 줄 알아야 한다. 신호의 움직임을 멈출 수도 있지만 최고의 값을 멈추게 하여 그 충격량이나 충격스펙트럼을 이용하여 분석하는 경우가 있다. 이 때에는 스펙트럼이나 시간파형에서 피크를 멈추어야(Peak hold) 한다. 또한 신호의 값들은 취득할 때 순간순간 다르지 않고 Noise가 포함되는 경우가 많기 때문에 사용되는 평균화 단계 시, 연산시간을 단축하기 위해서 중폭되는 부분을 재연산하지 않는 과정을 덮어쓰기(Overlapping)이라 하여 정밀 FFT계측기에 반드시 설정 옵션이 있다.

Peak hold & Overlap

피크홀드는 FRF(주파수 응답함수)를 구할 때 자주 사용된다. 가진력의 가진주파수에 반응하는 고유주파수(natural frequency)를 일으키게 하는 Modal test에서 스펙트럼 화면은 보통 정지되어서 최고값을 유지시켜주어야 한다. 그리고 보통 이 값들을 다시 평균화하는 과정을 거친다. 1채널 진동 FFT장비의 경우에 간이시험으로 고유주파수를 알아낼 수도 있는데 이 것은 망치나 나무 등으로 물체를 가격한 상태에서 가속도센서를 통해 측정된 스펙트럼을 확인하는 방법이다. 물론 다양한 노이즈와 공진여부를 확인하는 과정이 강제주파수와의 혼합등, 정확성이 떨어지기는 하지만 간단하게 고유주파수를 추정할 수 있는 방법이다. 이 때에는 반드시 이 peak hold기능을 사용해야 한다. 또한 불규칙적 또는 규칙적으로 변동하는 값의 최대값을 알고 싶을 때(슬리브베어링의 Oil whirl, beat파형시의 스펙트럼 등) 유용하다.

Overlapping을 잘 설정하면 정상신호의 신호 처리시 구간별 신호의 평균 값을 취하여 기대 값을 구할 때 각 구간을 겹쳐서 취하게 되면 최종 평균화 후 연산속도도 빠를 뿐만 아니라 각 구간에 취하여진 창문함수(window)의 영향을 최소화 할 수 있다.  보통 50%를 권장하며 때에 따라 70%도 사용한다. %가 높을수록 window의 영향을 줄일 수 있으나 연산시간의 감축효과는 없어지게 된다.

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ACOUSTIC EMISSION 초음파 카메라 (음향방출원인 추적 분석용)-NL Camera

ACOUSTIC EMMISSION 초음파 카메라 (음향방출원인 추적 분석용)

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진동교육, 진동계측기, TPI, 진동진단, 발란싱 EI Digivib MX30, phantom, acoustic cam, #초음파카메라.

다음의 용도로 사용

- 소음원 분석 및 추적 (자동차, 정유 중화학공장, 제지, 전력, 가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 조선 관련 사업체, 건물차폐음측정 및 생산라인, 보안)

- #음향방출진단 (Motor, Turbine, Pump, Compressor, Roll, Bearing, Fan, Blower, Generator, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire , Robot, Automobile, 건설현장, 학교, 연구소, 기타 분야)

특징

- 초음파대역 음향방출(AE)계측 음향카메라

- 주파수범위: 2kHz~31kHz

- 전원: 7시간 연속사용(ex-battery carrier)

- 방수: IP64

- 최대계측거리: 0.3m~100m

- 화면: 4인치 화면, 800*480해상도

- 124mems ultrasonic microphone

- 출력: Wireless Cloud, USB, SD

- 송변전 코로나, 기계 및 계전 이상음, 가스누출 진단 최적화!

- 초음파 실시간 영상 음향카메라

- 센서부와 영상부가 하나의 패키지

- 감시와 분석을 동시에, 실시간 영상화면

- 동급성능 합리적 가격대

- 광역 주파수대역별 음향 이미지 측정

- 빠른 샘플링, 빠른 실시간 영상

- NL(Noise less) Netherland