진동 제어(Vibration Control) 실험 이란?

 

 

Vibration Control Testing (진동 제어 실험)

 

진동제어 실험이란 엔지니어가 제품의 신뢰성(Reliability)를 확인하기 위해 진행하는 실험이다. 제품의 수명(Warranty) 기간을 검증 하기위해 가속화하여 진행한다. 가속화된 진동제어 실험을 성공적으로 진행한 제품은 고객 만족과 신뢰성 높은 제품을 생산하여 높은 ROI(Return on Investment)를 가질 수 있다.

 

진동제어 실험은 제품이 겪을 수 있는 진동(Vibration) 이나 충격(Shock)을 유사하게 재현한 실험이다. 일반적으로 Shaker라고 알려진 가진기 장치를 통해 실험을 진행한다.  

 

그림1

그림1은 Shaker에 제품을 올려놓고 모니터를 통해 검증하고 있는 장면이다. 

 

 

Vibration control test는 환경테스트라는 큰 범위에서 일부 항목이다. 진동, 충격을 제외한 환경테스트(Environmental Test)에는 아래와 같은 항목들이 있다.

 

• 습도(Humidity)
• 고온 저온 실험
• 고도 실험
• 음향 실험 (Acoustic)
• 태양광 방사 (Solar Radiation)
• 전자파 간섭 실험 (EMI)
• 모래, 소금 실험

위와 같은 환경테스트는 ISO나 회사 자체 규격에 따라 혼합되거나 독립적인 스케쥴을 구성하여 실험 한다. 

 

 

 

Vibration Control System

 

그림2

진동제어장치는 단순히 shaker만으로 구성되지 않는다. 그림2와 같은 여러 제품으로 구성되어 있다. 그림에는 나와 있지 않지만 가속도 센서를 통해 실제 진동 값도 측정한다. Vibration Control System 구성품은 아래와 같다.

 

• Vibration controller (진동 제어기, 신호 생성기) : VR사에서 나오는 VRC와 같은 제품은 가진기를 통해 원하는 형태의 진동을 주기 위한 신호의 파형을 만들어서 Power Amplifier(증폭기)로 전달한다. 
• Power Amplifier (파워 증폭기) : 신호 생성기에서 보내준 신호를 증폭하여 Shacker로 전달한다. 
• Shaker(Pump, Cooling Unit 포함) : 제품에 진동을 일으켜 실험을 진행한다. 축에 따라 1, 2, 3축 가진기로 불린다. 진동을 주는 방향에 따라 수평진동, 수직 진도으로 나눌 수 있다.
• 가속도 센서 : Kistler 가속도 센서와 같은 제품이 있다. Shacker의 판(Header)에 연결하여 원하는 진동이 제대로 들어갔는지 확인하고 시편에도 원하는 위치에 가속도 센서를 붙여 진동에 따른 가속도 변화를 확인할 수 있다. 입력과 출력을 확인할 수 있으므로 FRF(Frequency Response Function)을 확인할 수 있다. 

 

 

Vibration Contrl System 고려 사항

 

• MIMO (Multi Input and Multi Output)

진동 실험 규격 중 다 축(axis)에 진동을 동시에 주어 실험하는 경우가 있다. 예를 들어 x,y,z 축을 동시에 진동을 주면서 실험을 하기위해서는 3축 shaker가 필요하다.  그림2에 나와 있는 shaker가 3축 가진기이다.

 

 

• Shaker 의 Force 제한

그림3

그림3은 동링(Dongling) 진동 장비 중 일부이다. 테이블과 같이 제품에 따라 다른 Force를 가지고 있다. 시험 전에 제품의 무게, Shaker의 Armature 무게, 가속 조건, 등을 고려해서 진동 장비가 처리할 수 있는 Force를 가졌는지를 계산해 보고 실험하여야 한다. 

 

 

• Head Expander 

시편을 Shaker에 올리기 위해 필요한 확장 판이다. Head Expander 의 공진 주파수는 실험 주파수 보다 높게 설정하여 실험에 문제가 발생하지 않도록 한다.