단일 응답 센서에서 측정된 고조파 차수별 전달응답을 이용한 비선형 러버 마운트 손상상태 식별

키워드

확장요약문

방산 장비와 반도체 제조·검사 장비는 정밀한 구동 및 계측 성능이 요구되므로, 운용 중 발생하는 진동을 효과적으로 절연하고 지지부의 이상상태를 조기에 진단하는 것이 중요하다. 특히 전자·광학 장비, 정밀 센서, 영상 모듈 등 진동에 민감한 핵심 부품을 포함하는 시스템에 적용되는 고무 마운트는 반복하중과 장기간 운용이 요구된다. 그로 인해 고무 마운트의 강성 및 감쇠 특성이 변화할 수 있으며, 이러한 변화는 장비의 진동 전달 특성과 운용 안정성에 영향을 줄 수 있다. 본 연구에서는 4 개의 비선형 고무 마운트로 지지된 진동 시스템을 대상으로, 입력측 기준 가속도와 단일 센서의 가속도 응답을 이용하여 고조파 차수별 전달응답을 분석하였다. 정상상태를 기준으로 단일 고무 손상, 인접한 두 고무 손상 및 대각선 방향의 두 고무 손상상태를 구성하고, 기본 가진 주파수의 1 차부터 5 차까지 고조파 성분에 대해 전달률 기반 Order gain 과 Phase shift 를 추출하였다. 또한 고조파 에너지 분포의 변화를 확인하기 위해 Odd– Even balance 와 정상 반복실험을 기준으로 표준화한 Fingerprint distance 를 함께 분석하였다. 분석 결과, 1 차 고조파의 전달응답은 대부분의 손상상태에서 비교적 일정하게 유지된 반면, 2 차 고조파의 전달률과 위상은 고무의 손상 위치 및 배치에 따라 뚜렷하게 증가하거나 감소하였다. 일부 손상상태에서는 정상상태에서 나타난 2 차 고조파의 강한 증폭 특성이 감쇠 특성으로 전환되었으며, 다른 손상상태에서는 동일 고조파의 전달률이 더욱 증가하였다. 이러한 선택적 고조파 변화는 Odd– Even balance 의 변화와 함께 나타났으며, 고무 마운트 손상에 따른 지지부 강성분포의 비대칭, 하중전달 경로의 재구성 및 병진– 회전 운동의 결합 가능성을 시사하였다. 본 연구 결과는 입력 기준신호와 단일 센서를 통해 획득한 고조파 차수별 전달응답 특징만으로도 비선형 고무 마운트의 정상 및 손상 수준을 약 95% 이상의 정확도로 구분할 수 있음을 보여주며, 센서 설치가 제한되는 방산 장비와 고정밀 반도체 제조·검사 장비의 진동 절연부 상태진단에 적용 가능한 기초 방법론을 제시한다.