디지털 영상 트래킹 기법을 활용한 왕복동 압축기 과도 변위 가시화

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확장요약문

왕복동 압축기는 기동 및 정지와 같은 과도 운전 과정에서 내부 기구부의 병진운동과 회전운동이 복합적으로 발생한다. 이러한 과도 거동은 내부 기구부와 셀 또는 주변 부품 사이의 간섭과 충돌을 유발할 수 있으므로, 실제 거동과 이를 발생시키는 가진력을 정량적으로 파악할 필요가 있다. 그러나 기존의 고속카메라 기반 평가 방법은 단일 방향의 변위 측정에 주로 활용되므로, 압축기 내부의 3 차원 거동과 병진·회전 성분을 구분하는 데 한계가 있다.

본 연구에서는 왕복동 압축기 내부 기구부의 과도 거동과 실제 가진력을 분석하기 위하여 가속도 측정과 디지털 영상 트래킹을 결합한 평가 방법을 적용하였다. 기구부의 여러 위치에서 측정한 가속도와 센서의 위치 및 방향 정보를 강체 운동 관계식에 적용하여 무게중심에서의 3 축 병진가속도와 3 축 각가속도를 산출하였다. 산출된 6 자유도 성분으로부터 시간에 따른 병진변위와 회전각을 복원하고, 이를 기구부의 3 차원 형상에 적용하여 정지 과정에서의 과도 거동을 가시화하였다.

가속도 신호로 복원한 변위와 고속카메라 영상 트래킹으로 측정한 변위의 시간 파형, 진폭 및 위상 특성을 비교하여 6 자유도 거동 복원 결과를 검증하였다. 복원된 기구부 형상과 셀 사이의 최소 간격을 시간에 따라 산출하여 간섭 위험이 발생하는 시점과 위치를 확인하였으며, 병진 및 회전 성분의 영향을 분석하였다. 또한 기구부의 질량, 관성모멘트 및 지지계의 동특성을 적용하여 병진방향의 가진력과 회전방향의 가진모멘트를 역산하였다. 이를 통해 왕복동 압축기 정지 과정에서의 3 차원 과도 거동과 주요 가진 특성을 정량적으로 분석하였다.