저주파음과 기계환경소음

저주파음과 기계환경소음

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소음이라함은 인간의 청각으로 들을 수 있는 영역의 최대치인 20~20,000Hz로 보며 환경진동이라하면1~90Hz의 영역대로, ‘저주파음’을 구분하라고 하면 위의 환경진동영역대인 1~90Hz로, 여기서 특히 초저주파음은 2Hz이하로 구분할 수 있는데 이 초저주파음은 청각보정 A, C, D가 아닌 인체감각보정(G특성)을 사용하여야 한다. 자동차, 가전, 철도, 사무기기, 공장기계, 공사장 등 거의 모든 생활 및 공장환경에서 이러한 저주파음을 느끼고 노출되어 있으며 크기로 치면 100dB(G)도 아주 흔하게 접할 수 있다.

생활진동과 같은 영역의 저주파음

저주파음은 저주파수이므로 가중영역이 낮아서 일반생활소음과 달리 그 평가기준이 높다. 이는 인체감각을 기준으로 한 것으로 일본의 경우, 저주파음에 대한 기준을 92dB(G)이하로 권장하고 있으며 국내에는 규제나 권장사항이 없다. 저주파음은 인간의 순환계, 호흡계, 신경계, 내분비계 등에 영향을 가하여 심박수, 스트레스, 수면방해 등에 분명히 영향을 주고 있으며 따라서 적어도 건설 전 환경영향평가 등에 반드시 고려해야 할 항목이다.

저주파음의 측정은 일반적인 환경소음을 측정하는 마이크로폰으로 사용하기는 어렵고 1Hz가까이 측정이 가능한 low-noise 마이크로폰의 사용과 고성능 저노이즈 데이터수집장치를 사용해야 한다. 일반적인 1/2인치 콘덴서형은 3~4Hz이상의 주파수부터 선형성이 성립하므로 참고하기 바란다. 또한 바람의 영향이 있는 5m/s이상부터는 크기 20cm이상의 wind screen을 사용하여 바람의 영향을 최소화하도록 한다. 예를 들어 최근 이슈가 되고 있는 풍력발전기의 경우 분당 20회 이하로 회전하고 날개수가 3개이므로 저주파음에 속한다. 이 풍력발전기는 대부분 조용한 지역에 설치되며 주야간 구분이 없이 저주파음을 발생시키므로 저주파음을 측정하고 예측, 규제, 측정하기에 가장 적절한 대상이라고 할 수 있다.

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키워드	저주파음, 생활진동평가, dB(G), 기계환경소음

기어-기초용어

기어-기초용어

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기어박스에는 동력을 전달하는 축(shaft)과 기어(gear teeth) 그리고 그 축을 잡고 있는 베어링(bearing)으로 구성된다. 기어는 서로 짝을 이루어야 동력을 전달하고 형식에 따라서 전달방향을 조정할 수도 있으나 진동(vibration)이 발생하지 않도록 기어를 설계할 수는 없다. 기어는 어느 정도 여유(backlash)를 가지고 움직여야 하며 따라서 치와 치가 닿고 떨어지면서 자연스럽게 진동이 발생한다. 또한 베어링과의 문제도 아주 밀접하여 베어링이 손상을 입을 경우 기어의 수명에도 큰 영향을 준다. 기어박스를 사용하는 이유는 우선 슬립이 없이 정확하고 강력한 동력을 전달하고 고속에서도 가동할 수 있는 점이라고 할 수 있으나 반면에 윤활과 고도의 축정렬이 필요하고 소음과 진동이 발생한다는 점도 있다.

기어관련 용어

기어는 이빨이 밀어내는 각도인 ‘tangent’의 각도로 동력의 벡터가 향하며 직접 닿아서 움직이는 궤적은 기어이빨의 중간정도 부분인 ‘pitch circle’로 설명된다. 다음은 기어와 관련된 주요 용어를 정리하였다.

1.    Pitch circle diameter(Pc)-피치써클의 지름

2.    Diamentral Pitch(Pd)-피치써클 지름에서 기어의 잇수를 나눈 값

3.    Circular pitch(Cp)-피치써클의 circumference위에 있는 치(teeth)들 간의 거리.

4.    Normal Pitch(Np)-인벌루트 이빨 표면의과 탄젠트각의 정상적인 거리 distance along the normal to the common tangent between successive involute tooth surfaces(Np=Cp*cos(A))

5.    Base circle diameter(Bd)-인벌루트커브가 그려지는 서클의 지름

6.    Gear ratio-(Ng)-각기어의 잇수간의 비율

7.    Base Helix angel-라인과 수평상태에서 회전축과의 라인 기울기

8.    Lead-360도를 따라 회전하는 기어를 위한 헬리컬기어에서 축방향의 운행거리.

9.    Line of action-다른 기어와 접촉할 때 탄젠트각의 정상적인 거리 distance along the normal to the common tangent during which one tooth is contact with one tooth on the other gear

10. Backlash-두기어가 접촉할 때 마주하는 두 기어간의 클리어런스

11. Working depth-접촉되는 이의 끝과 접촉되는 부분의 반경거리

12. Contact ratio-average number of pairs of teeth that are theoretically in contact; this is approximately equal to the length of the line of action divided by the normal pitch.

13. Addendum-피치써클반경과 외경반경의 차이

14. Dedendum-피치써클반경과 루트써클반경의 차이

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키워드	기어진동, GMF, 기어주파수, 기어결함, 기어용어

인공지능과 설비진단

인공지능과 설비진단

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휴대폰은 인류의 역사상 의식주 이외에 가장 필수적인 사항이 되어 있다. 그런데 우리는 곁에서 항상 소지하고 있는 휴대폰에 중독되어 눈을 떠서 잠이 들 때까지 벗어날 수 없는 상태로 본인은 물론 가족과 전세계인에게 놀람을 넘어서 많은 실망이 되고 있는 상황도 알 것이다. 과연 10년 후에도 계속 그 핸드폰에게 우리의 습관을 정복당하고 살고 있을까? 필자는 그 때에는 휴대폰을 뛰어 넘는 어떤 개체가 우리의 개인 ‘비서’역할을 하고 있을 것이라 상상한다. 휴대폰 중독걱정은 사라지는 대신, 스스로 아무 것도 할 수 없는 비서의 시대가 올 것이다.

개인비서 개체, 인공지능(AI)

개인비서는 개인에게 필요한 것을 편리하게 해주는 정보와 서비스를 해주는 직업이다. 이를 대신하려 하는 개인비서 개체는 우리의 취향, 습관을 학습하여 검색, 예약, 통역, 운전, 구매 등을 수행하므로 우리는 언어를 배울 필요도, 공부를 할 필요도, 운전을 배울 필요도 없다. 왜냐하면 개인비서 개체와 연결된 인터넷과 자율 수송수단 등이 이를 대신하여 주기 때문이다.  마치 대기업의 임원처럼, 고위계층 및 군장성처럼 편리함과 고도의 정보를 보유한 최고 결정자로 개인비서개체가 나를 만들어 줄 것이며 우리는 똑똑하고 철두철미한 참모를 둔 지휘자가 될 것이며 더 나아가 더 뛰어나고 고가격인 개인비서개체를 남들에게 자랑하고 다닐 것이다. 그래서 지금의 핸드폰 사랑은 없어진다는 이야기가 되고 각기 다른 등급과 가격의 개인비서개체를 소유한 개인들의 빈부격차도 느끼게 될 수 있다. 이 것을 거꾸로 생각해서 보면 비서의 능력이 우리의 빈부를 결정하게 될 수도 있다.  이 것은 모두 인공지능 AI의 세상을 짐작하는 것이다.

반면에 최고 결정자는 가장 최고의 능력을 보유한 참모를 가지고 있었다는 것을 우리는 알고 있어야 한다. 즉, 참모가 없으면 알지도 못하고, 컴퓨터 로그온도, 라면도 못 사거나 운전도 못할 수 있다는 것이다. 더욱이 인공지능이 로봇에 탑재가 되면 우리는 힘과 지능을 같이 자동화시키는 것이고 인공지능이 판단을 하기 시작할 때 우리는 역전되는 것이다.

설비진단에도 인공지능의 도입이 출발하고 있다. 사실 인공지능은 법의 기억, 의술의 데이터, 회계의 정산분야에 빅데이터가 이미 존재하므로 더 빠른 발전을 볼 수 있으나 아마도 쉽게 깨뜨리지는 못하는 것 같다. ‘가진자’들은 그 것의 능력을 너무나도 잘 알고 있고 따라서 적어도 그 분야의 혁신은 제일 나중에 있도록 조절할 것이기 때문이다. 그런데 설비진단으로 말할 것 같으면 실시간과 다양한 데이터 생산상황, 경험과 직감이 축적된 고도의 진단기술 등을 판단하여 내린 결론인데 여기에 인공지능의 적용을 먼저 하려고 하고 있는 것이다. 더 어렵고 더 사람이 필요한 분야인 진단이나 분석을 더 쉽다고 하고 있는 것이다. 그 것은 기계고장을 일으키는 원인과 주요관찰을 통해 특성(feature)을 찾는 작업을 기계학습, 딥러닝을 통해 쉽게 알 수 있고, 할 수 있고, 안전과 비용을 쉽게 향상시킬 수 있을 것이라는 막연한 기대를 하고 있는 것은 아닐까? 그러나 나는 더 쉽고 더 많은 인류에게 편리성을 안겨주는 그리고 더 많은 사람을 대체할 수 없는 다른 분야를 연구할 것을 제안한다. 무엇보다 설비진단은 실시간과 과거의 통합 무한정 데이터에 대한 판단에 많은 고도의 판단책임자들에 의한 종합적인 결정이 필요하므로 힘들인 노력과 시간에 비해 효과가 미흡하고 예를 들어 법이나 기본 의약학, 회계, 언어, 교통, 각종 공학적 설계, 금융 등의 분야보다 더 어렵기 때문이다. 무엇보다 공장에 전문가가 없어지면 누구에게 이득이 생기는 가를 생각해 보자. 

따라서 가장 좋은 방향은 전문가들의 판단에 빅데이타를 잘 활용하도록 인공지능이 돕는 것이다. 즉, 측정과 신호처리는 사람과 자동 장치가, 진단과 예측은 인공지능과 사람이, 그리고 최종 결정은 반드시 사람이 해야 한다. 결정과 판단을 놓게 되면 인류는 결국 비서에 자리를 놓는 것이다.    

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PDM, 예지보전, 설비진단, 진동, 기계진단, 인공지능.

진동의 단위 카인과 갈(kine & gal)

진동의 단위 카인과 갈(kine & gal)

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진동의 수준을 나타내는 단위로는 주로 변위-속도-가속도에 부단위 p-p, 0-p, rms를 사용하는 것이 일반적이다. 과거에는 dB를 사용하였던 경우가 많았으나 대상의 다양함을 표현해야 하는 진동의 역할이 많아진 최근 공학기술에 어쩌면 당연한 결과의 표현이 아닌가 싶다. 이 밖에 SI단위는 아니지만, 보편적으로 특수한 분야에서 사용하고 있는 단위들이 있는데 예를 들어 지진의 ‘진도’, ‘규모’, 가속도의 ‘G’, 인체환경진동분야의 ‘VAL, VL’, 그리고 kine와 gal이다. 전문가는 ‘Y’도 듣고 ‘why’도 구분할 수 있어야 한다.

진동의 단위 Kine과 gal

진동의 측정은 대부분 센서(transducer)를 통해서 물리적 변화를 전기적신호로 변환하므로 결과는 전하량 pC->전기량 mA, mV로 측정되어 그 값을 정해진 감도값(sensitivity)을 통해 최종 값(변위-속도-가속도)를 읽는 것이다. 그래서 주파수 또는 파형의 패턴만을 확인하려 한다면 그래프의 ‘Y’값은 측정된 그 값(voltage 등)으로 그냥 높고 확인해도 되는 것이다.

그런데 진동의 단위 중에 kine과 gal이 있다. 각각 대상의 진동발생량의 수준에 따라서 그 많이 사용되는 수준의 범위나 호칭의 편의성 또는 논문, 규정 등의 인용에 그 다양성이 있다. 특히 발파진동의 피해대상인 구조물에 발생하는 물적피해는 진동속도에 비례하는데 이 때 진동속도의 적정수준의 단위로cm/s가 사용되며 이를 ‘kine’으로 부른다. 이 속도의 단위자체는 에너지와 관련이 깊고 부단위 rms와 함께 기계의 진동평가에도 많이 사용되는 것을 알고 있다. 한편 ‘gal’은 지진, 반도체, 고정밀 방진수준 등에 사용되는데 바로 cm/s² 으로 가속도의 단위로 사용되는 주요단위인 m/s², G의 작은 단위로 볼 수 있다.

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키워드	변위, 진동, 속도, 가속도, rms, 진동의 단위, kine, gal

충격 진동 온도 기록장치 IOG shock recorder

충격 진동 온도 기록장치 IOG shock recorder,

Introduced by 추천 전문사 AST

불량품이 아니라면 “배송중에 문제가 있는 것 아닌가요?”

충격진동은 매우 크고 빠른 에너지의 전달현상으로 일정한 시간 동안 기계 또는 제품에 이상이 없었는지를 궁금해 한다면 어떤 장치를 사용해야 원인을 알아낼 수 있을까?를 먼저 고려해야 한다. 바로 충격, 진동과 온도가 이런 경우에 사용해야 하는 상태모니터링물리량이다. 충격이 발생하거나 진동과 온도가 높거나 이상한 상태였다면 기계의 수명, 제품의 파손, 식품의 안전 등을 저해하는 요소가 증가한다. 진동 및 온도 블랙박스를 사용하면 과거를 알 수 있습니다. 그리고 제조 후 수송과정의 안정성을 증명할 수 있다.

주요기능, 특징과 용도	진동과 온도가 기록된 블랙박스.
-진동가속도(온도) 기록저장, 표시 -1축, 3축 (1-500G, 다양한 제품군) -6개월over battery지속, 또는 밧데리 불필요 -간단한 USB접속 다운로드 -중요기계 및 장비수송, 보험, 택배 -사고기록 및 진단 -생산설비 및 조립품(조립공정) -충격기록계, 환경기록 및 진단 등 -Made in USA

추천사유

-      초소형, 초경량, 초내구성, 확실한 기록의 블랙박스

-      수송기계에 최적, 간편한 설정(인간편의), 간편한 설치(가벼움), 간편한 관리

-      대규모 부착, 합리적 가격대.

다음의 용도로 사용

-      중요기계 및 장비수송, 보험, 택배

-      사고기록 및 진단

-      생산설비 및 조립품(조립공정)

-      충격기록계, 환경기록 및 진단 등

-      모니터링(구조, 기계, 생산, 공진분석)

-      가변속 설비진단, 기계진단, 수송기계

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

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키워드	진동교육, 진동계측기, TPI, 진동진단, 발란싱 EI Digivib MX30, IOG shock recorder, Ronds, vwd, 진동램프

스펙트럼 분석(Spectrum Analysis)-기계적결함

스펙트럼 분석(Spectrum Analysis)-기계적결함

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스펙트럼그래프를 이용한 차수분석(Order Analysis)은 기계적 결함, 전자기적결함 그리고 유체관련결함을 알아내기 위해서 용이하게 사용된다. 초기의 의도는 진동신호를 통해서 어떠한 규칙성이 기계의 결함과 관련이 있을 것이라는 것에서 출발하였을 것으로 추측하지만 사실 대부분 차수분석의 근거가 되는 규칙은 물리적으로 설명이 될 수 있다. 이를 인간의 건강과 질병에 관해 과학적으로 분석한 것과 비교할 수 있다고 하는 것도 이해가 될 것이다.

기계적결함(요약표)

설비의 기계적결함 여부를 진동스펙트럼 주파수 그래프를 통해서 확인해 볼 수 있다. 아래의 표는 기계적 결함에 관련된 차수분석의 규칙을 요약해 놓은 것이다. 그러나 이 표를 모두 암기하고 이해한다고 하더라도 기계의 진동진단은 또 많은 문제를 가지고 있으므로 단지 기본을 위한 참조로 활용된다고 이해하면 된다.

항목	현상	비고
Unbalance	1X(Radial)	위상안정
Misalignment	2X, 1,2,3X	양쪽 Inboard Bearing에서의 180 위상차
Bent shaft	1X(Axial)	- 위험속도 통과 시 급격한 진동 감소,상승 - 기계의 베어링 양단에서 위상 180 차이
Sleeve bearing wear, excessive clearance	1,2,3,…X, 0.5X	불안적 위상각, 0.42~0.48X(oil whirl)
Resonance	특정주파수 진동증폭	Balancing감도 증가
looseness	1,2,3,…X, 1/2,1/3,1/4…X	bolt이완,
Eccentricity	1X	Balancing 후 반경방향 중 한쪽 방향만 감소,
Distortion	1X, GMF, 2Lf	Soft foot, 불균일온도분포, Balancing & Alignment어려움.
Rub	1,2,3,…X, 1/2,1/3,1/4…X	Looseness와 유사, 윤활
Belt	πdn/L	반경방향의 2Xbelt
Beat	1X 또는 특정주파수	전기와 회전수의 간섭 또는 근접한 2개의 주파수간의 간섭(진폭이 상승 및 하강 반복)
Rolling bearing	BPFI=0.6Nf, BPFO=0.4Nf, FTF=0.4f	BPFI =(N*f/2) [1+(d/D) COSΦ] BPFO = (N*f/2)[1-(d/D) COSΦ] BSF = (D*f/2d)[1-((d/D) COSΦ)^2] FTF=(f/2) [1-(d/D) COSΦ]

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키워드	Order, TS, 설비진단기본용어, 1X, 스펙트럼, Spectrum, 진동주파수, 기계적결함

스펙트럼 진동계 TPI

보급형 스펙트럼 진동계 TPI9080

(ISO진동평가+스펙트럼측정+데이타경향관리용)

기술검토사항-사용자관점…….

검증추천	나쁨	별로..	쓸만함	권장수준	자랑할 정도
다양한 기능			0
동종 가격대					0
사용이 쉽다					0
외관 및 편리				0

Key word  스펙트럼까지 저장할 수 있는 TPI진동계를 사용하세요. 진동평가는 주파수범위가 ISO에 정의되어 있어요 (10Hz~1000Hz). 온도측정과 무선측정까지 되었으면 어떨까?

Model: TPI9080 현장계측용, 진동평가용, 설비관리용

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