[ObserVIEW] RPM이란? 사인파 추출 및 Sine on Random 시험 생성(spectrogram, tacometer, SOR, Sine Vibration Test, Motor, Order Tracking)

 

목차

 

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RPM이란 무엇인가

 

ObserVR 타코미터 모터 진동 및 RPM 측정, 팜테크

 

RPM은 “분당 회전수”를 뜻하며, 기계 축이나 회전 요소가 1분 동안 몇 회전했는지를 나타내는 단위입니다. 예컨대 한 축이 분당 3 000 회전한다면 RPM = 3 000 rpm입니다. 회전 운동이 포함된 진동 분석에서는 회전속도가 중요한 입력 변수이며, 많은 경우 이 회전속도가 진동 주파수와 직접적으로 연관됩니다. 회전속도(RPM)를 주파수(Hz)로 변환할 수 있는데, “회전/초”(RPS, rotations per second) 또는 헤르츠(Hz)가 사용됩니다. 변환식은 다음과 같습니다.

 

 

예컨대 3 000 rpm → 50 rps → 50 Hz입니다.

 

 

 

 

RPM을 사용하는 경우와 그 중요성

 

회전속도 정보가 왜 중요하고, 어떠한 경우에 RPM을 활용하는지 아래와 같이 정리할 수 있습니다.

1. 회전 기계에서의 고유 진동 주파수 파악
   회전 축, 로터, 팬, 엔진 등은 회전속도(RPM)에 기반한 주파수를 갖습니다. 예컨대 3 000 rpm이면 50 Hz 기본 톤이 발생할 수 있고, 그 배수(2nd-order, 3rd-order)나 부수적 구조 진동이 나타날 수 있습니다. 이러한 회전 관련 진동을 정확히 분석하려면 RPM 정보가 필수입니다.
2. Order Analysis (차수 분석)
   회전 기계에서는 회전속도에 비례하는 주파수 성분(1× RPM, 2× RPM 등)이 중요합니다. RPM 값을 알면 스펙트로그램이나 FFT 분석에서 해당 차수를 추적하고 필터링할 수 있습니다. 예컨대 톤이 회전속도의 변화에 따라 선형적으로 이동할 경우, RPM 정보를 이용해 “order tracking”이 가능해집니다.
3. 시험 설계 및 재현(시험기 제어)
   실제 운용 환경에서는 회전속도가 변화함에 따라 진동 특성이 바뀝니다. 따라서 시험실에서 이를 재현할 때는 RPM 프로파일을 포함하는 것이 현실적입니다. VR의 소프트웨어에서는 RPM 추적을 통해 “회전 성분 + 랜덤 진동” 또는 “회전 성분만” 시험을 설계할 수 있습니다(예: STAG 기능) 
4. RPM 데이터가 기록되지 않은 경우 보완
   현장 기록 시 타코미터(tachometer)나 회전속도 센서 데이터를 확보하지 못하는 경우가 있습니다. 이런 경우, 스펙트로그램에서 회전 톤을 시각적으로 식별하고, 해당 톤에 근거하여 RPM 수학 채널을 생성하는 방식으로 보완할 수 있습니다. VR에서 이 기능을 지원한다고 안내되어 있습니다. 
5. 피로 및 손상 분석에서 회전요인 고려
   회전 부품에서는 회전속도가 스트레스, 피로 누적, 공진 상태 등에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 RPM을 알고 있으면 진동 환경을 더 정확히 모델링할 수 있고, 시험 시간 단축이나 가속시험 설계 시에도 회전관련 요소를 반영한 프로파일이 수립됩니다.

 

 

ObserVIEW에서 타코미터 없이 RPM 추출

 

ObserVIEW에서 RPM을 추출하는 과정은 회전 기계나 엔진의 진동 데이터를 분석할 때, 타코미터(tachometer) 데이터가 없을 경우 이를 대체하기 위해 스펙트로그램(Spectrogram)을 활용하는 절차로 이루어집니다. 이 방법은 시간에 따라 변화하는 주파수 성분을 시각화하여, 회전속도(RPM, Rotations Per Minute)를 간접적으로 계산하는 방식입니다.

 

ObserVIEW, 사인진동이 포함된 모터 진동 측정 값, 팜테크

 

먼저 분석자는 엔진이나 회전 부품에서 기록된 가속도 데이터를 ObserVIEW에 불러옵니다. 이 데이터는 보통 시간에 따른 진동 응답으로 구성되어 있으며, 엔진의 시동, 가속, 감속 등의 구간이 포함되어 있습니다. 데이터를 불러온 후 스펙트로그램 기능을 이용하면 진동 신호의 주파수 분포가 시간에 따라 어떻게 변화하는지를 확인할 수 있습니다. 이때 스펙트로그램의 가로축은 시간, 세로축은 주파수를 나타내며, 색상은 진동 강도를 의미합니다.

 

ObserVIEW Spectogram 확인, 팜테크

 

스펙트로그램을 생성하면 밝은 선 또는 띠 형태로 특정 주파수가 시간이 지남에 따라 상승하거나 하강하는 모습을 볼 수 있습니다. 이 선들이 바로 회전속도의 변화에 따른 주파수 톤(order)입니다. 일반적으로 회전 기계의 1차 톤(1st order tone)은 가장 뚜렷하게 나타나는 선형적인 형태를 보입니다. 분석자는 이 1차 톤을 시각적으로 식별하고, RPM 추정의 기준으로 삼습니다.

 

ObserVIEW, 스펙토그램 화면, 팜테크

 

1차 톤이 확인되면, ObserVIEW 상단의 “Start Edit” 기능을 사용해 해당 톤의 시작점과 끝점을 직접 클릭하여 지정합니다. 회전속도의 변화가 비교적 일정하다면 두 지점만으로도 충분하며, 더 복잡한 경우에는 여러 점을 추가할 수 있습니다. 선택이 완료되면 “Stop Edit”을 클릭한 뒤 “Generate” 버튼을 눌러 RPM 추정선을 생성합니다. 이 과정을 통해 ObserVIEW는 지정된 주파수 변화 패턴을 기반으로 한 RPM 데이터를 계산하여 새로운 수학 채널(Math Channel)로 저장합니다. 생성된 채널은 ‘Generated Tach’ 또는 ‘Estimated RPM’과 같은 이름으로 표시되며, 실제 타코미터가 존재하지 않는 경우 이를 대신해 사용할 수 있습니다.

 

 

ObserVIEW, 핑크색 선으로 1차 Order 선택, 계산 적용 후 Tracking Filter 적용, 팜테크

 

 

이제 RPM 추정선이 만들어졌다면, 이를 바탕으로 Tracking Band-Pass 필터를 적용하여 특정 회전 톤(예: 1차 또는 2차 톤)을 정확히 추출할 수 있습니다. 사용자는 입력 신호로 원본 가속도 데이터를 선택하고, 가이드 신호로 앞서 생성한 RPM 추정선을 지정합니다. 이때 회전속도 단위는 초당 회전수(RPS, Rotations Per Second)로 변환하여 주파수 축과 일치시킵니다. Tracking Band-Pass 함수는 RPM 추정선을 따라가며 해당 주파수 대역의 신호만을 통과시키므로, 회전속도에 맞춘 특정 진동 성분을 효과적으로 분리할 수 있습니다.

 

이 과정을 거치면 시간에 따라 변화하는 회전 주파수의 진폭을 확인할 수 있는 그래프가 생성됩니다. 이를 통해 분석자는 엔진 가속 중의 진동 특성을 파악하거나, 특정 회전속도에서 공진이 발생하는 구간을 식별할 수 있습니다. 또한 생성된 RPM 채널은 이후의 고급 분석에도 활용됩니다. 예를 들어 회전속도에 따른 진동의 차수 분석(Order Analysis), 사인 트래킹(Sine Tracking) 시험 설계, 피로 손상 평가, 회전기계 이상 진단 등의 다양한 목적에 사용할 수 있습니다.

 

ObserVIEW, 보라색 그래프 - 1차 오더 추출 진동 가속도, 팜테크

 

결과적으로 ObserVIEW에서 RPM을 추출하는 과정은 스펙트로그램을 통해 회전 관련 주파수 톤을 시각적으로 찾아내고, 이를 바탕으로 RPM 추정선을 생성한 뒤, 추정선을 이용해 Tracking Band-Pass 필터로 원하는 회전 톤을 추출하는 단계로 이루어집니다. 이러한 절차를 통해 타코미터가 존재하지 않는 데이터에서도 신뢰도 높은 회전속도 정보를 얻을 수 있으며, 실제 타코미터 데이터를 활용한 분석과 거의 동일한 수준의 정밀도를 확보할 수 있습니다.

 

이 방법은 특히 엔진, 터빈, 모터, 팬 등 회전 부품을 포함한 시스템의 진동 분석에서 유용하게 사용됩니다. 회전속도는 진동의 주파수 성분과 직접적으로 연결되어 있기 때문에, RPM을 정확히 파악하는 것은 공진 진단, 피로 시험 설계, 구조 안정성 평가에 있어 필수적입니다. 따라서 ObserVIEW의 RPM 추출 기능은 회전 기계 시험이나 진동 데이터 후처리 과정에서 매우 중요한 역할을 수행합니다.

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

팜테크