VISOPE-진동소음음향방출분석-진단모니터링-한국CBM: 4월 2020

2020년 4월 24일 금요일

탄성지지와 강지지 (기계 및 구조를 고정하는 방법)

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기계나 구조의 지지를 하는 방법은 주로 진동과 관련된 이유로 선택되는 경우가 대부분이다. 즉 지진에 의한 위치변경방지, 회전이나 굽힘에 의한 파괴방지, 대상체를 진동으로부터 보호 또는 강한 진동을 차단시키는 등에 관한 이유일 것이다. 그런데 이미 건설 및 엔지니어링설계상에서 대처한 이러한 방법들은 크게 두 가지로 나뉘고 있음을 알 수 있다. 다름아닌 차단이 목적인가 또는 강하게 고정하는 것이 목적인가 하는 것이다.

Flexible(Elastic) & Rigid support

탄성지지는 진동의 차단(Isolation)이 목적인 지지방법으로서 지지로 인한 상부 물체가 가진원이든 또는 진동의 전달을 피해야 하는 피물체이든 간에 차진재료의 적절한 설계로 인해 큰 효과를 볼 수 있다. 이때 차진재료로서 사용되는 고무, 공기, 금속스프링, 스펀지재료(경량기포방식) 등은 이형재질의 배치로 인한 응력파전달저항(임피던스 Mismatching)에 의한 차단원리 이외에도 또 다른 원리는 주요한 지지계의 고유주파수를 변동시켜서 공진을 피하자는 공진회피 방식으로 저동조(Low frequency tuned)의 방식, 즉 가진주파수가 고주파에 배치되도록 계의 고유주파수를 최대한 저주파로 marking하는 설계방법이다 이렇게 두 가지 원리를 이용하여 진동을 보통 20~40dB 가량 차진하게 된다. 가진주파수의 종류에 따라서 금속스프링은 저주파 차단에 우수하며 고무재질은 고주파 차진에 우수하므로 현장에서는 두 가지 원리가 조합된 장치를 많이 사용하며 공기는 고급차단기술에 사용된다. 사실 탄성지지 방법은 다층형 공장, 건물내 기계장치, 시험장치류 등에 주로 사용되는 설계방법으로서 그 결과가 사람의 피해와 많이 결부된다.

반면에 강성지지방법은 탄성지지와는 달리 진동체(회전 및 왕복)를 기초(foundation)에 강하게 지지한 방법으로서 강성을 크게 늘려 주요 가진주파수보다 고주파의 고유진동수를 marking하는 설계방법(고동조, high tuned)이나, 대부분의 대형공장 지층 내 생산설비의 지지방법이다. 이 때에는 진동의 전달이 중요하다기 보다는 진동에 대한 기계의 수명을 관리해야 하는 것이 더 중요한 이슈가 된다.

정리하면 탄성지지와 강지지를 구분하는 정석은 계의 고유주파수보다 1.25배 이상인 곳에 운전주파수(회전주파수, 가진주파수)가 있다면 즉, 가동하려면 반드시 고유주파수를 통과해야하는 시스템은 탄성지지이며 고유주파수가 항상 회전주파수보다 상위 주파수에 있을 경우는 강성지지라한다. 쉽게 설명하자면 스프링이나 고무로 지지되어 있으면 탄성지지, 바닥에 직접체결되어 있으면 강성지지, 또다르게 건물에 설치되어 있으면 탄성지지, 공장(전용공업지역, 발전소 등)에 설치되어있으면 강지지로 구분하면 대체로 맞다.

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키워드	방진, 고유주파수, 공진회피, 진동전달률, 탄성지지, 강지지

2020년 4월 17일 금요일

상호채널 분석기법들 (Cross channel analysis functions)

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1개의 채널을 가지고 진동을 측정하고 분석 및 관리한다는 것은 정확한 진단을 추구하는 분석가에게는 매우 고통스러운 일이다. 2개 이상 또는 몇 십 채널 이상의 동시 진동신호를 받아서 측정하게 되면 채널간의 상호비교 및 다양한 함수의 운용프로그램을 활용할 수 가 있는데 이러한 상호채널간의 분석은 ‘cross’라는 단어를 사용하게 된다. 물론 자신의 시간차(auto)에 대한 것도 사용되지만 우선 대표적인 의미는 ‘동시비교’라는 의미가 크게 작용하고 있다 하겠다.

Cross channel capabilities

더 많은 파워풀한 분석기술들은 동시다채널(multi-channel) 분석기를 통해야 비로소 구현할 수 있는 것들이 많다. 1채널 계측기는 일반적인 기계분석의 문제의 약 70%만을 찾으려할 때 충족할 수 있는 수준이며 나머지는 보다 진보된 기계분석이나 모달분석 등을 위해서는 다채널계측기가 필요하다. 동시다채널이라고 하여 혁신적인 수학적 기본을 다시 배우자거나 가능한 모든 함수를 다 배울 필요는 없다. 하지만 다음의 함수는 반드시 알고 있어야 하는 상호채널분석의 대표적인 것이다.

1. Auto-Correlation(자기상관)

;어느 한 신호의 관련성을 확장하기위해서 시간에 따라 교체되는 본인 자체의 신호와의 연관성을 분석한다. 이 것은 과거의 구식분석기들에서 자주사용되었던 것으로 노이즈에 뭍혀있던 신호에서 주기적인 요소를 검출할 때 사용되었다. 현대의 분석기들에서는 파워스펙트럼(power spectrum)이 이러한 함수보다 더 낫다고 할 수 있다.

2. Cross-Correlation(상호상관)

;어느 한 신호와 다른 신호간의 상호관련성을 파악하는 함수이며 노이즈 속에 있는 현재 신호의 특징을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 다른 신호와의 비교성을 결정할 수도 있는 것이다.

3. Cross-Spectrum(상호스펙트럼)

;상호상관함수의 푸리에르 변환으로서 가장 많이 사용되는 용도는 물론 전달함수의 결정적근거를 위한 것이라고 할 수 있다.

이러한 상호채널 함수들은 산업현장에서 진동분석가들에게 가장 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 함수는 모두 평균적이고 또한 그 많은 평균화의 수를 증가시켜서 확신성을 주어야 한다. 신호의 질을 높일 수 있으려면 8~32번 정도의 평균화가 그 결과로 신뢰있게 수행되었다고 할 수 있다.

이때 Correlation(상관함수)가 설명되는데 이는 어떤 신호상의 주기신호를 검출할 때 사용되는 함수이며 즉, 자기신호내에 주기신호를 검출하여 Auto, 두신호(두채널)의 공통신호를추출할 때는 Cross라고 한다. 특히 이 Cross crrelation은 time dalay나 전달경로분석, 그리고 위상을 통한 설비진단 등에 많이 사용된다.

키워드	Cross, AUTO, Spectrum, modal test, correlation, 상관함수

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2020년 4월 10일 금요일

한눈에 사례 8 모터

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사례요약 8-모터

설비진동진단사례를 현상에 따라 한눈에 요약하였다. 체크하면서 패턴을 확인하며 학습할 수 있다.

번호	진단의 문제	현상	비고
1	모터 로터바 파손 수 예측	전원주파수 ±2sidebands 64dB 전류스펙트럼
2	모터 볼 내륜결함	1X와 하모닉, BPFI증가, 내륜은 하중이 있을 때만 발생,	내륜에 Flaking
3	모터 볼 결함	BSF+하모닉+변조 4X, 심화FTF도 발생
4	모터 구름베어링 sidebands	고유주파수 Fn에 BSF와의 주파수차이로 Sidebands발생, 고주파베어링 main징후는 Fn이다.	여러 개의 볼이나 롤러에 결함발생시 변조, 보통 볼결함시 2XBSF가 발생.
5	모터 베어링 BSF	Spherical roller bearing, sidebands가 FTF, time pulse의 주기가 404.8ms=2.47Hz	6ms=195Hz, BSF의 2X
6	모터 베어링 cage파손	3564rpm, 수평방향 17.8mm/s, spike energy 6.4G, 축방향 BSF 19.7mm/s	그리스 거의 없어 cage가 부러져->sealed brg로 교체
7	모터 롤러 외륜결함	1.78->9.78mm/s, 비동기 172Hz(외륜결함)	17.78mm spall발생
8	모터 롤러 외륜	1776rpm, 170Hz, 외륜결함
9	모터 내륜 볼 Brg	1200rpm, 98Hz	내륜결함시 스펙트럼진폭은 외륜결함시 진폭보다 일반적으로 작다.
10	모터 스텝모터	FDD용 탈조(脫調, 공급전압낮추고 여자절환주파수 높게 하면 로터의 회전은 여자절환에 추종하지 않게 되는 현상)	저소음화 0.75작게, 모터의 공급전환

키워드	1X, 스펙트럼, 진동분석, 설비진단사례, 진동진단, 사례요약

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EI 무선 wireless 센서 라인업 -모니터링용, 데이터 저장용

TEL: 02-6480-9991 mail: sales@astint.co.kr Copyright. 에이에스티(AST) www.astint.co.kr

2020년 4월 3일 금요일

감쇠8-감쇠와 임피던스 그리고 인텐시티

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공학용어는 다양한 공학서적에서 다루고 있으며 국가, 학교, 학파 등에 따라서 약간씩 다르게 사용되고 있고 수식의 전개도 같은 이론과 결과이지만 마치 전혀 다른 것처럼 보일 수도 있다. 특히 수학의 결과식과 공학이 원하는 요구형 결과식은 정확히 같지만 매우 다른 식처럼 보일 때를 예로 들 수 있다. 그래서 여러 종류의 책을 읽어서 서로 확인하여야 기본적인 지식을 탄탄히 할 수 있는 것이다. 많이 읽으면 좋다. 소음진동분야에서도 예외가 아니라서 다름에 대한 증명을 하다가 결국 같은 결과임을 알 때가 빈번하다. 유사한 용어를 정리해 보았다.

진동소음분야에서 감쇠(Damping), 임피던스(Impedance), 인텐시티(Intensity)

음향인텐시티(음향강도, I)는 소리의 에너지의 크기를 표현한 것으로서 단위시간당 단위면적을 통과하는 음향에너지, 즉 면적당 음향출력(W)이며 음압(p)과 속도(v)의 곱으로 크기와 방향을 동시에 갖는 벡터량이다. Intensity probe를 사용하여 이를 측정할 수 있는데 두 개이상의 마이크로폰으로 음압구배를 측정하여 속도벡터를 구하는 방법으로 음향카메라, 흡음재료특성의 산출시험(음향파워, 흡음률) 등에 사용된다.

반면에 임피던스(z)는 음향, 기계, 전기계에서 두루 사용되는 용어로서 복소수로 표현(실수부는 저항 resistance,R, 허수부는 reactance,X)하며 특히 음향임피던스는 음압과 체적속도의 비로 나타낸다. 이 때 음향특성임피던스는 단위면적(S)이 1인 경우의 ‘음향에 대한 고유한 저항치’로 간주할 수 있다.

그러면 진동분야에서 자주 사용되는 기계적 임피던스(Zm)는 무엇인가? 이 용어는 단위속도 당 힘을 의미하며 가진력(F)에 대한 그의 속도(v)의 크기비 및 위상을 나타낸다. 원래 임피던스라 함은 작용에 대한 반응, 즉 입력에 대한 출력의 비인데 ‘감쇠(damping)’가 바로 속도에 반응하는 저항력이므로 이 감쇠와 임피던스가 같은 의미라는 것을 알 수 있다. 그러나 인텐시티와는 전혀 다르니 주의하도록 하자.

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키워드,	감쇠, 임피던스, 인텐시티, 기계적임피던스

적용사례- 진동비젼 기술-DragonVision-EI

진동이 발생하고 있는 기계, 구조, 건물 등을 진동 동영상으로 볼 수 있습니다. 간단한 동영상 촬영만으로도 진동을 볼 수 있습니다. 측정기술 전문기업 AST에서 사용하는 DragonVision기술로 진동을 카메라로 촬영하여 저장하고 화면에 보이는 진동을 분석하고 문제점을 찾을 수 있습니다.

진동 비젼기술 Dragon Vision-looking glass 기술

인간은 관찰력은 뛰어나지만 눈과 손은 실제로 기계보다 둔감할 경우가 많다. 진동현상도 정지된 것처럼 보이지만 실제로 아주 빠르게 움직이고 있습니다. 이 것을 이용한 것이 바로 Dragon Vision™

진동 추적 – 유리 기술 – 보이지 않는 것을 보십시오

믿어지지 않을만큼, 놀라운 해상도의 비디오 녹화를 통해 진동 (또는 적어도 상당 부분)을 감지 할 수 있습니다. 불가능하지는 않았지만 시간이 많이 걸리는 연구에서 많은 시간을 절약했습니다. 냉전 기간 동안 유엔의 전략적 공수 발사 통제 및 지휘 센터 역할을 한 EC-135 공수 지휘 및 통제 항공기에서 영감을 얻은 ERBESSD INSTRUMENTS는 DragonVision ™ 내에 유리 기술을 만들어 일반적인 기술과 차별화했습니다.

진동 추적이란 무엇입니까? 더 나은 방법은 무엇입니까? 유리 기술은 무엇입니까?

루킹 글래스 기법은 전통적인 가속도계 신호를 사용하는 독특하고 신뢰할 수있는 보정 방법과 결합 된 비디오 녹화에서 의미있는 진동 신호를 얻는 데 사용되는 ERBESSD INSTRUMENTS 방법입니다. 비디오 파일에서 고유 한 마이크로 모션 추적 알고리즘을 사용하는 진동 분석 방법입니다. 실제로 오늘날에는 단 하나의 비디오 녹화로 수천 포인트의 진동을 감지하고 측정하는 데 사용됩니다. 이 유형의 진동 분석 결과는 기록 품질에 따라 다릅니다. 마찬가지로, 스펙트럼에서 볼 수있는 최대 주파수는 촬영 된 초당 프레임 수와 관련이 있습니다.

Dragon Vision ™ – 비디오 편향 기술 에 대해 자세히 알아보십시오

유리 기술이 어떻게 도움이 됩니까?

비디오 진동 추적을 통해 사용자는 동시에 수천 개의 지점을 측정 할 수 있으며, 그렇지 않으면 측정이 불가능하거나 기존 방법으로 많은 시간을 소비하게됩니다. 이러한 방식으로 구조, 움직임, 처짐 및 위상을 훨씬 더 정확하게, 그리고 거의 노력없이 분석 할 수 있습니다. 동시에이 기술을 사용하면 진동 분석 전문가가 아닌 사람도 해석하기 매우 쉬운 증폭 된 진동 시뮬레이션을 내보낼 수 있습니다.

Looking Glass 기술은 어떻게 작동합니까?

이 방법으로 감지 할 수있는 가장 작은 움직임은 기존 카메라의 픽셀 크기보다 훨씬 작습니다. 어떻게 작동합니까?

이 방법의 원리는 기존의 카메라에서 물체가 한 픽셀에서 다른 픽셀로 이동하기 전에 다음 픽셀에서 작은 색상 변화를 생성한다는 사실에 기반합니다. 실제로 두 픽셀의 색상은 객체가 다음 픽셀 센서를 완전히 차지할 때까지 점진적으로 변경됩니다.

이 방법은 각 픽셀의 색상 양의 변화를 측정합니다 (사실 픽셀의 전체 영역에서). 먼저 소프트웨어는 미리 정의 된 작은 영역 내에서 색상 패턴을 식별합니다. 이러한 패턴은 나머지 패턴과 구별하기 위해 중요한 색상 차이가 있어야합니다. 대상 영역은 소프트웨어에 의해 자동으로 발견되며 사용자는 일부 품질 매개 변수 및 표면 만 수정할 수 있습니다.

둘째, 각 비디오 프레임에 대해 소프트웨어는 대상 지점과 해당 영역의 평균 색상 변화를 식별합니다. 따라서 각 프레임의 작은 변화를 매우 정확하게 추적 할 수 있습니다.

결국, 획득 된 모든 정보는 FFT, 위상 또는 시간 파 형태로 연구 할 수있는 진동 신호로 변환됩니다.

(이미지 1 : 3550 RPM에서 진동 지점 추적)

진폭의 신뢰성

안정적인 진동 값을 얻으려면 보정 시스템이 있어야합니다. 모든 카메라에는 해상도뿐만 아니라 다양한 렌즈 종류가 있으며, 사용 된 줌과 비디오 촬영 거리에 따라 움직임의 감상도가 달라질 수 있습니다.

따라서 시스템은 신뢰성을 달성하기 위해 비교 교정이 필요합니다. 이러한 신호를 교정하는 가장 좋은 방법은 가속도계를 사용하는 것입니다.

이러한 유형의 신호를 교정하는 데 사용되는 두 가지 비교 방법이 있습니다.

RMS 값 기준 :이 방법을 사용하려면 기계의 단일 지점을 기존 진동계로 측정해야합니다. 그런 다음 소프트웨어는 해당 지점의 RMS 값에 따라 움직임을 보정합니다.

교차 채널 별 :이 방법은 가장 정확하며 소프트웨어가 스펙트럼 (FFT) 형식으로 진동 신호를 처리하기 위해 진동 신호를 완전히 기록해야합니다. 이 방법을 사용하면 소프트웨어가 앨리어싱 효과로 생성 될 수있는 잘못된 주파수를 제거하여 각 주파수를 개별적으로 보정 할 수 있습니다.

(이미지 2 : 비디오에서 획득 한 스펙트럼 – 고조파 분석)

Looking Glass Technique으로 어떤 장애를 진단 할 수 있습니까?

이 기술로 감지 할 수있는 많은 실패가 있습니다. 주로 저주파수 및 위상과 관련된 것입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

불균형

오정렬

기계적 느슨 함

굽은 샤프트

이심률

공명

자연 주파수 (충격 테스트에 의한)

전기적 노이즈

차동 진동 분석

미분 진동 분석은 다른 영역의 진동을 빼서 한 영역의 진동을 분석하는 연구입니다. 예를 들어, 자체베이스 (더 큰 질량 또는 다른 모터에 의해 생성 될 수 있음)에서 진동을 빼서 전기 모터의 진동을 측정하는 것입니다. 이 방법은이 모터에서만 발생하는 진동을 분석합니다.

시차 진동 분석은 현재 기술로 수행하기가 어렵 기 때문에 매우 드문 유형의 연구입니다. 유리 글래스 기법을 사용하면 이 진동이 나머지 지점에서 자동으로 제거되도록 기준 영역 만 선택하면되므로 매우 쉽습니다.

(이미지 3 : 차동 진동 분석. 움직임을 이미지 1과 비교하십시오. 이 경우 빨간색 점은 기준 영역에 해당합니다)

(이미지 4 : 위상 분석)

비 침습적 진동 분석

가속도계의 질량이 진동의 행동을 완전히 변화시키는 경우가 많이 있습니다. 케이블, 초소형 모터, 무선 조종 비행기 등과 같이 작은 질량을 가진 품목에서 의미있는 데이터를 수집하려고 하는 경우입니다. Looking Glass Technique은 센서를 사용하지 않기 때문에 이 문제를 완전히 제거합니다. 분석 된 물체는 자연적으로 진동합니다.

(이미지 5 : 케이블의 움직임에 주의하십시오. 이러한 유형의 분석은 일반적인 기술로는 달성 할 수 없습니다)

대규모 진동 분석

진동 분석의 또 다른 주요 제한 사항은 건물, 교량, 대형 선박, 비행기와 같은 대규모 물체입니다.

진동 분석 유리 기술의 한계

Looking Glass Technique은 진동 분석기에 대한 탁월한 보완책이지만 아직 최대 주파수 및 진폭 분해능과 관련된 몇 가지 제한 사항이 있기 때문에 아직 대체품이 아닙니다.

최대 주파수 는 카메라가 촬영 한 초당 프레임 수 (프레임 속도)에 의해 결정됩니다. 따라서, 최대 가시 주파수는 프레임 속도의 절반이되고 신뢰할 수있는 진폭의 경우 프레임 속도 / 2.56이됩니다.

진폭 해상도 는 카메라의 픽셀 수, 카메라에서 물체까지의 거리 및 사용 된 줌에 따라 달라집니다. 측정 대상에 가까워 질 때 더 나은 해상도를 얻습니다.

앨리어싱 :이 유형의 분석에서 또 다른 문제는 앨리어싱 효과를 피할 수 없다는 것입니다. 일반적으로 일반적인 진동 분석기는 데이터 수집 인터페이스에 통합 된 아날로그 필터를 사용하여이 영향을 제거합니다. 그러나 비디오에서는 불가능합니다. Dragon Vision에는 기존 가속도계를 사용 하는 보정 방법 이 통합되어 스펙트럼을 분석 하고 앨리어싱 효과로 인한 주파수를 제거합니다 . 따라서 전체 스펙트럼에 걸쳐 신호를 교정하여 주파수와 진폭 모두에서 훨씬 더 신뢰할 수있는 판독 값을 만듭니다. 실제로이 전체 프로세스는 카메라 자체에 내재 된 플로어 노이즈의 최대 95 %를 줄입니다.

7 단계 : 관심 영역 확대 또는 비디오 변형 모델 생성

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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