[진동 시험 설계] Wheeled Robot의 고주파 Kurtosis 기반 가속 내구시험 기법(Vibration Testing, Accelerated Life Test, Random Test, Kurtosis, Kurtosion, Transient Events, Non-Gaussian Data, RMS Consistency, Peak Acceleration, 12 Gpk, 1.4 GRMS)

 

목차

 

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Wheeled Robot의 고주파 Kurtosis 기반 가속 내구시험 기법

차륜형 로봇(Wheeled Robot)의 실제 주행 데이터는 전이 구간에서 강한 과도 신호가 반복되는 비정규적 특성을 보이며, 평균 Kurtosis가 약 10으로 매우 높은 편입니다. 이러한 특징을 시험실에서 재현하기 위해 Random 시험에 고주파 Kurtosis 조정을 결합하여 가속 시험을 구성하였습니다.

 

시험 개발의 목적은 로봇이 실제 환경에서 약 50,000회 장애물 또는 반복 패스를 수행하면서 경험하는 손상을 단시간 내에 모사하는 것입니다. 이를 위해 Kurtosion 기반의 시간 압축을 사용하여 손상을 지배하는 충격 성분을 강화하고, 공진점에서의 Extreme Response가 실제 조건 대비 2배를 넘지 않도록 제어하였습니다.

 

시험은 5–500 Hz 범위에서 Kurtosis 6, Transition Frequency 30 Hz 조건으로 구성되었으며, 그 결과 1.4 GRMS 입력에서 약 12 Gpk의 가속도를 생성하는 12시간 프로파일을 개발할 수 있었습니다. 이 프로파일은 실제 약 50,000회 사용 수명을 실험실 조건에서 효과적으로 재현할 수 있도록 설계된 것입니다.

 

 

 

RANDOM + HIGH FREQUENCY KURTOSIS

Wheeled Robot 의 진동 가속도 측정 값 및 Kurtosis 값, 팜테크

 

차륜형 로봇은 주행 과정에서 짧고 강한 충격이 반복적으로 발생하는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 충격은 일반적인 가우시안 랜덤 신호로는 충분히 재현하기 어려우며, 실제 필드 데이터에서는 평균 Kurtosis가 약 10에 달할 정도로 비정규성이 강하게 나타납니다. 따라서 시험실에서 동일한 손상을 재현하기 위해서는 Kurtosis를 조절할 수 있는 고급 랜덤 시험 기법이 필요하며, 이때 Kurtosion 기반의 시간 압축 기술이 효과적으로 활용됩니다. 이 기술은 실제 환경에서 장기간 축적되는 손상 요소를 단시간 내에 압축하여 시험에 반영함으로써, 시험 시간을 크게 단축하면서도 필드 손상과 유사한 효과를 얻을 수 있도록 돕습니다.

 

실제 50,000회 이상의 반복적인 패스 주행에서 발생하는 충격 데이터를 분석하면, 전이 구간에서 강한 과도 이벤트가 집중적으로 발생하는 반면, 전이 구간을 제외한 구간에서는 RMS가 비교적 일정하게 유지되는 특징을 확인할 수 있습니다. 이러한 데이터의 특성을 기반으로 시험 프로파일을 설계할 때에는 우선 손상에 가장 큰 영향을 주는 주파수 범위를 선정하고, 해당 범위에서 공진을 과도하게 자극하지 않도록 제어하는 것이 중요합니다. 공진점에서 Extreme Response가 실제 조건의 두 배를 넘지 않도록 제한함으로써, 가속 시험이 비현실적인 과도 응답을 유발하지 않도록 설계하였습니다.

 

 

랜덤 진동 시험 프로파일 설계

랜덤 진동 PSD 설계, Damage, ERS, 팜테크

 

시험 개발은 5–500 Hz 범위에서 Kurtosis 6과 전이 주파수 30 Hz를 적용하여 구성되었으며, 이러한 조합을 통해 실제 주행에서 발생하는 충격 패턴을 효과적으로 강화할 수 있었습니다.

 

그 결과 1.4 GRMS 입력 조건에서 약 12 Gpk 수준의 피크 가속도가 생성되었고, 전체 시험 시간은 약 12시간으로 단축되었습니다. 이 프로파일은 실제 환경에서 로봇이 50,000회 주행할 때 축적되는 손상량을 시험실 조건에서 효율적으로 재현할 수 있도록 설계된 결과라 할 수 있습니다.

 

 

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

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