IEC 60068-2-6 규격에 따른 정현파 진동 시험(Sine Test) 진폭 허용 오차 분석(Vibration Test, Sinusoidal Vibration, Environmental Testing, Test Specification, Acceleration Amplitude, 진동 시험, Frequency)

 

목차

 

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IEC 60068-2-6 표준과 제어 오차

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정현파 진동 시험은 특정 주파수 대역을 일정하게 소프(Sweep)하며 제품의 내구성을 확인하는 시험입니다. 이때 가장 중요한 것은 "우리가 설정한 가속도(G) 값이 실제로 정확하게 인가되고 있는가?"입니다.

• 제어점(Control Point)의 기준: 표준 4.1.4항에 따라, 제어 센서가 측정하는 주속도(Test Level Control)는 목표 진폭의 15% 이내에서 유지되어야 합니다. 이는 진동 시험기(Shaker)와 제어기(Controller)가 실시간으로 피드백을 주고받으며 지켜야 하는 가장 기본적인 약속입니다.

 

체크포인트(Checkpoint)에서의 추가 허용 오차

 

실제 시험 시에는 제어 센서 외에도 시편의 여러 부위에 체크포인트(Checkpoint) 센서를 부착합니다. 시편의 형상이 복잡하거나 크기가 크면, 모든 지점이 제어점과 똑같이 움직일 수 없기 때문에 표준은 다음과 같이 완화된 기준을 적용합니다.

• 500Hz 미만 (25%): 저주파 영역에서는 비교적 제어가 용이하지만 시편의 강성에 따른 변위 차이가 발생할 수 있어 오차 범위를 조금 더 넓게 인정합니다.
• 500Hz 이상 (50%): 고주파 영역으로 갈수록 시편 자체의 미세한 공진(Resonance)이나 고차 모드(Higher modes)가 발생하기 쉽습니다. 이 때문에 물리적으로 정밀한 제어가 매우 어려워지므로, 최대 50%까지 오차를 허용하는 파격적인 기준을 적용합니다.

 

계측 시스템 오차 (5%)의 함정

 

노란색으로 강조된 "Tolerance includes $\pm 5\%$ Instrumentation error" 부분은 실무적으로 매우 중요합니다. 우리가 보는 15% 혹은 25%라는 수치 안에는 가속도계 센서의 오차, 케이블 노이즈, 데이터 수집 장치(DAQ)의 분해능 오차 등이 이미 5% 되어 있다는 뜻입니다. 즉, 순수하게 진동 시험기가 기계적으로 제어해야 하는 오차 범위는 실제보다 더 타이트하게(예: 10% 수준) 관리되어야 함을 의미합니다.

 

 

물리적 한계와 예외 조항 (High Mass & Large Size)

 

이미지 하단부의 설명은 시험 엔지니어가 직면하는 현실적인 문제를 다룹니다.

• 대형/중량물 시편: 시편이 너무 무겁거나(High Mass) 부피가 크면 진동판(Armature) 위에서 무게 중심이 쏠리거나, 특정 주파수에서 시험기 전체와 상호작용하며 제어 불능 상태에 빠지기 쉽습니다.
• 해결책: 표준은 무조건적인 준수를 강요하기보다, 이러한 물리적 한계가 있을 경우 "관련 규격서에 더 넓은 오차 범위를 미리 정의"하거나 "별도의 평가 방법"을 사용할 수 있도록 길을 열어두고 있습니다. 단, 이 모든 과정은 반드시 시험 성적서에 투명하게 기록되어야 합니다.

 

 

 

[실습] IEC 60068-2-6 표준과 제어 오차

 

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이러한 표준 규격은 진동 제어 소프트웨어 내에서 Tolerance(공차)와 Channel Tolerance(채널 공차)라는 파라미터로 구체화됩니다. 일반적인 Tolerance(Tol) 설정은 여러 제어 채널의 평균값을 기준으로 작동하며, 시스템이 대기 상태(Startup)에서 실제 시험(Run) 모드로 전환되어 타이머를 작동시키는 기준점이 됩니다.

 

반면, Channel Tolerance(Channel Tol)는 평균값이 아닌 각 개별 센서가 허용 범위를 벗어나는지를 감시하는 역할을 합니다. 이는 시편의 특정 부위가 평균보다 과도하게 진동하여 파손되는 것을 방지하기 위한 개별 감시 장치라고 이해할 수 있습니다. 만약 진동 신호가 이보다 더 넓게 설정된 Abort(중단) 라인을 침범하면 장비 보호를 위해 시험은 즉시 중단됩니다.

 

실제 시험 데이터 분석 및 연구 연계

제공된 시험 그래프를 보면 이러한 이론과 실무의 상관관계를 명확히 확인할 수 있습니다. 현재 10G의 가속도를 목표로 시험이 진행 중인데, 약 500Hz에서 600Hz 사이 구간에서 Ch1(초록색)과 Ch2(파란색) 신호가 크게 엇갈리며 급격한 변동을 보입니다. 이는 해당 주파수 대역에서 시편 혹은 고정 지그(Fixture)의 공진(Resonance)이 발생했음을 의미하며, 이로 인해 개별 채널의 공차가 설정 범위를 벗어나 시스템에 "Out of Tolerance" 경고가 발생한 상태입니다.

 

 

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