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한 번의 타격으로 드러난 브레이크 디스크의 진동 — WaveCam 실제 시험 이야기 본문
한 번의 타격으로 드러난 브레이크 디스크의 진동 — WaveCam 실제 시험 이야기
FAMTECH 2026. 10. 15. 08:52소리가 나는 디스크에서, 실제로 움직이는 부위를 찾다
브레이크 디스크가 울릴 때 귀로 알 수 있는 것은 소리의 크기와 음높이입니다. 그러나 소리만 듣고 디스크의 어느 부분이 많이 움직이는지, 원주를 따라 어떤 형태로 변형되는지까지 알아내기는 어렵습니다. 이 사례는 그 질문을 카메라로 살펴본 시험입니다. 디스크를 타격한 뒤의 미세한 움직임을 영상으로 기록하고, 움직임이 두드러지는 위치를 주파수별로 나누어 보았습니다.
여기서 살펴보는 것은 도로 주행 중의 제동거리를 평가하는 시험이 아닙니다. 디스크를 시험 장치에 놓고 가진하여 구조적인 진동 반응을 관찰하는 시험입니다. 어디가 어떤 형태로 움직이는지를 알아야 소음의 원인과 구조적인 개선 방향을 더 구체적으로 논의할 수 있기 때문입니다.
그림 1. 브레이크 디스크 시험 장치의 근접 사진. 카메라와 자동 임팩트 해머를 시험체 주변에 배치한 모습을 볼 수 있습니다.
타격은 짧게, 관찰은 디스크 표면 전체로
시험 장치에는 WaveHitMAX 자동 임팩트 해머와 고속 카메라가 함께 배치되어 있습니다. 해머는 디스크에 짧은 충격을 주고, 카메라는 그 뒤에 이어지는 움직임을 기록합니다. 타격 자체는 순간적으로 끝나지만 디스크는 잠시 진동을 계속합니다. 이 짧은 반응 안에는 구조물이 잘 반응하는 여러 주파수 성분이 섞여 있습니다.
자동 타격 장치를 사용하는 의미는 단순히 사람의 손을 대신하는 데 있지 않습니다. 타격 위치와 가진 조건을 반복하기 쉬운 구성으로 만들어, 다른 디스크나 다른 조건을 비교할 때 입력 조건의 차이를 줄이는 데 있습니다. 영상 측정은 그 가진에 대한 표면의 반응을 넓은 영역에서 함께 살펴보는 역할을 합니다.
그림 2. 디스크와 촬영 장치가 함께 보이는 시험 배치. 카메라가 바라보는 표면에서 여러 위치의 운동을 동시에 비교하는 구성입니다. © gfai tech GmbH.
220 Hz와 235 Hz, 가까운 주파수에서도 달라지는 무늬
디스크의 교차검증 결과에는 220 Hz, 235 Hz, 560 Hz, 1,000 Hz에서의 형상이 나란히 제시되어 있습니다. 처음 눈에 들어오는 것은 같은 원판인데도 주파수에 따라 색이 강하게 나타나는 위치와 구역의 수가 달라진다는 점입니다. 특히 220 Hz와 235 Hz는 서로 가까운 주파수지만, 화면에서 강조되는 영역의 배치가 같지 않습니다.
이 차이가 중요한 이유는 진동 문제를 하나의 크기값으로만 표현하면 이런 공간적인 차이를 놓칠 수 있기 때문입니다. “디스크가 많이 떨린다”는 설명보다 “이 주파수에서는 이 위치들이 함께 두드러진다”는 설명이 설계 검토에 더 많은 정보를 줍니다. 여기의 색은 진동 관련 결과를 시각화한 것이며, 붉은 부분이 과열되었거나 균열이 있다는 뜻은 아닙니다.
그림 3. 220·235·560·1,000 Hz에서의 형상 비교. 위쪽은 음향 홀로그래피 기반 결과, 아래쪽은 영상 기반 결과입니다. 색상의 절대값을 서로 맞추기보다 강조되는 위치와 공간적인 무늬를 살펴보는 그림입니다. © gfai tech GmbH.
음향 측정과 영상 측정은 구조물을 서로 다른 방식으로 바라봅니다. 하나는 공기 중의 소리와 연결된 정보를, 다른 하나는 표면의 움직임을 관찰합니다. 따라서 두 결과에서 관련된 공간 패턴이 나타나는지를 비교하는 것은 유용하지만, 두 화면의 숫자가 그대로 같아야 하는 것은 아닙니다.
그림 4. 위 그래프는 음압(Pa), 아래 그래프는 광학적으로 구한 진동 변위(μm)입니다. 세로축 단위가 다르므로 봉우리의 높이를 직접 비교하지 않고, 주파수 위치와 각 측정이 강조하는 성분을 구분해서 봅니다. © gfai tech GmbH.
그래프의 봉우리를 실제 디스크의 움직임과 연결하다
일반적인 스펙트럼에서는 가로축의 어느 위치에 봉우리가 있는지 확인합니다. WaveCam의 분석 화면은 그 주파수 정보를 디스크의 실제 모습과 연결합니다. 숫자로 눈에 띄는 성분이 원판의 어느 부위와 관련되는지 한 화면에서 설명할 수 있다는 점이 이 시험의 장점입니다.
그림 5. 디스크 영상과 주파수 분석 결과를 함께 제시한 화면. 주파수 성분과 표면의 공간적인 응답을 연결해 해석하는 모습을 보여 줍니다. 이 화면과 앞의 형상 비교 그림은 각각의 표시 조건에 따라 읽어야 합니다. © gfai tech GmbH.
타격 뒤에 진동이 남는 현상을 아주 단순하게 표현하면 다음과 같습니다.
x(t) = A · e^(−t/τ) · sin(2πft)
A는 처음의 진폭, f는 진동 주파수, τ는 진동이 얼마나 오래 남는지를 나타내는 시간 척도입니다.
그림 6. 타격 후 진동이 점차 줄어드는 원리를 설명하기 위해 계산한 그래프입니다. 200 Hz와 감쇠시간은 임의로 정한 값이며, 실제 디스크 시험의 측정값이나 감쇠 추정값이 아닙니다.
실제 디스크에는 이 단순한 파형 하나만 존재하지 않습니다. 여러 진동 성분이 겹쳐 있으므로 특정 주파수의 움직임을 따로 살펴보는 과정이 필요합니다. 또한 주파수별 운전변형형상인 ODS를 곧바로 구조물의 고유모드와 동일하게 취급해서는 안 됩니다. 가진 조건과 다른 모드의 기여가 함께 영향을 줄 수 있기 때문입니다.
이 사례가 보여 주는 핵심은 “카메라로 소음을 판정한다”는 것이 아닙니다. 소리나 스펙트럼에서 발견한 문제를 디스크의 실제 위치와 움직임으로 설명할 수 있게 되었다는 것입니다. 그 다음에 형상 변경, 체결 조건 변경, 다른 부품과의 비교시험을 설계할 근거가 생깁니다.
관련 제품과 팜테크 안내
WaveCam은 영상에서 디스크 표면의 진동을 분석하고, WaveHitMAX는 반복 가능한 충격 가진 구성을 만드는 데 활용할 수 있습니다. 음향 현상까지 함께 살펴보는 시험에는 음향카메라를 포함한 구성을 별도로 검토할 수 있습니다.
시험 대상에 맞는 카메라·센서·분석 구성은 팜테크에 문의해 주세요.
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