진동 평가 결과 그래프 보는 법

진동변위·진동속도·진동가속도와 VC-Curve 해석 방법

반도체 FAB, 정밀 계측실 등 여러 산업에서 장비가 설치되는 바닥의 진동환경이 장비 성능과 측정 정밀도에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다.

진동 측정을 수행한 후에는 단순히 "진동값이 크다 또는 작다"를 판단하는 것보다 어느 주파수에서, 어느 방향으로, 어느 정도의 진동이 발생하는지​를 종합적으로 확인하는 것이 중요합니다.

진동 평가 결과 그래프를 구성하는 기본 요소와 진동변위·진동속도·진동가속도의 관계, 그리고 정밀장비 진동환경 평가에 활용되는 VC-Curve의 기본적인 해석 방법에 대해 알아보겠습니다.

1. 진동 평가 그래프란?

진동 평가 그래프는 측정된 진동의 크기를 주파수별로 나타낸 그래프입니다.

일반적으로 가로축에는 주파수(Frequency), 세로축에는 진동속도(Velocity) 또는 진동가속도(Acceleration)가 표시되며, 평가 목적에 따라 진동변위(Displacement),

진동속도 및 진동가속도를 각각 확인할 수 있습니다.

진동 평가에서 주파수를 함께 확인하는 이유는 동일한 크기의 진동이라도 발생 주파수에 따라 구조물이나 장비에 미치는 영향이 달라질 수 있기 때문입니다.

따라서 진동 평가 그래프는 단순히 진동의 크고 작음을 확인하는 자료가 아니라 주요 진동 발생 주파수와 방향을 파악하고, 진동 발생 원인 및 장비에 미치는 영향을 분석하기 위한 자료​로 활용됩니다.

2. 진동 평가 그래프의 기본 구성

진동 평가 그래프를 해석하기 위해서는 먼저 가로축과 세로축, 그리고 각 측정 곡선이 무엇을 의미하는지 확인해야 합니다.

2.1 가로축: 주파수 Frequency [Hz]

주파수는 1초 동안 진동이 반복되는 횟수를 의미하며 단위는 Hz를 사용합니다.

예를 들어 20 Hz의 진동은 1초 동안 약 20회의 진동이 반복되는 것을 의미합니다.

진동 측정 결과를 표현할 때는 단순히 최대 진동값만 확인하는 것보다 다음과 같이 진동 크기와 해당 주파수를 함께 확인하는 것이 중요합니다.

2.2 세로축 : 진동 크기

진동 평가 그래프의 세로축에는 평가 목적에 따라 다음과 같은 물리량이 사용됩니다.

• - 진동변위 Displacement
• - 진동속도 Velocity
• - 진동가속도 Acceleration

정밀장비 및 반도체 FAB의 바닥 진동환경을 평가할 때는 진동속도(Velocity)​가 주로 활용됩니다.

진동속도의 대표적인 단위는 mm/s , μm/s 입니다.

단위를 비교할 때는 반드시 환산관계를 확인해야 합니다.

1 mm/s = 1,000 μm/s

예를 들어 0.01 mm/s는 10 μm/s와 동일한 값입니다.

따라서 서로 다른 측정자료나 장비 제조사 기준을 비교할 때는 수치뿐만 아니라 단위까지 반드시 확인해야 합니다.

3. 진동변위·진동속도·진동가속도의 관계

진동변위, 진동속도, 진동가속도는 서로 완전히 독립된 물리량이 아니라 주파수를 기준으로 서로 변환할 수 있는 값입니다.

정현파 진동을 기준으로 세 물리량의 관계는 다음과 같습니다.

즉, 동일한 진동속도라고 하더라도 발생 주파수에 따라 진동변위와 진동가속도는 서로 다르게 나타납니다.

따라서 진동평가에서는 단순히 진동의 크기만 확인하는 것이 아니라 해당 진동이 어느 주파수에서 발생했는지를 함께 확인하는 것이 중요합니다.

4. 진동 평가 그래프는 어떻게 읽을까?

진동 평가 그래프를 처음 접하면 여러 개의 곡선과 기준선 때문에 복잡해 보일 수 있습니다.

하지만 다음 순서에 따라 확인하면 보다 쉽게 결과를 해석할 수 있습니다.

① 측정 방향 확인

↓

② 주요 진동 주파수 확인

↓

③ 최대 진동값 확인

↓

④ 기준선과 비교

↓

⑤ 초과 주파수 및 원인 검토

4.1 측정 방향 확인

일반적인 진동 측정은 다음의 3축 방향으로 수행됩니다.

• X축 : 수평 방향
• Y축 : 수평 직교 방향
• Z축 : 수직 방향
• 
  

구조물과 장비는 방향에 따라 진동 특성과 민감도가 다르기 때문에 각 방향의 측정 결과를 개별적으로 확인해야 합니다.

현장 상황에 맞게 축 방향을 선정하기 때문에 매 측정 시 X축, Y축은 달라질 수 있습니다.

- 이해를 돕기 위한 예시 사진입니다.

4.2 주요 진동 주파수 확인

다음으로 측정 그래프에서 진동값이 크게 증가하는 주파수 대역을 확인합니다.

특정 주파수에서 주변 주파수보다 큰 진동값이 나타나는 경우 이를 주요 피크(Peak) 성분으로 확인할 수 있습니다.

이러한 주파수 성분은 다음과 같은 원인과 관련될 수 있습니다.

• - 구조물의 고유진동수
• - 장비 또는 설비의 운전주파수
• - 모터 및 회전체의 회전주파수
• - 반복적인 충격 또는 작업주기
• - 주변 설비의 가진주파수

따라서 특정 주파수에서 큰 진동이 나타났다면 단순히 해당 값을 확인하는 것에서 끝나는 것이 아니라 해당 주파수가 어디에서 발생했는지를 분석하는 과정이 필요합니다.

4.3 최대 진동값 확인

각 방향의 측정 결과 중 가장 큰 진동값과 해당 주파수를 확인합니다.

예를 들어 측정 결과 약 20 Hz에서 Z축 진동속도가 약 21 μm/s로 가장 크게 나타났다면 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

그래프에서 주파수, 축 방향, 진동속도를 다 표현하기 때문에 ‘약 20 Hz 부근에서 Z축 최대 진동속도 약 21 μm/s가 확인되었다’ 라고 이해할 수 있습니다.

5. VC-Curve란?

VC-Curve는 정밀장비가 설치되는 바닥이나 구조물의 진동환경을 평가하기 위해 사용되는 대표적인 진동 기준입니다.

VC는 Vibration Criterion의 약자로, 장비가 요구하는 진동환경 수준에 따라 여러 단계로 구분됩니다.

대표적인 등급은 다음과 같습니다.

VC-A → VC-B → VC-C → VC-D → VC-E

일반적으로 더욱 정밀하고 진동에 민감한 장비일수록 낮은 진동환경이 요구되며, 이에 따라 보다 엄격한 VC 등급이 적용될 수 있습니다.

예를 들어 반도체 검사·계측장비, 정밀 광학장비, 전자현미경 등은 일반적인 작업공간보다 훨씬 낮은 수준의 바닥 진동환경을 요구할 수 있습니다.

5. 진동 평가 그래프에서 반드시 확인해야 할 항목

진동 평가 그래프를 해석할 때는 다음 사항을 종합적으로 확인하는 것이 중요합니다.

01. 주요 진동이 어느 주파수에서 발생하는가?

02. X·Y·Z 중 어느 방향의 진동이 가장 큰가?

03. 최대 진동값은 얼마인가?

04. 특정 주파수에서 뚜렷한 피크가 발생하는가?

05. 해당 주파수가 구조물 또는 설비의 고유진동수와 관련되는가?

06. 측정값이 요구되는 VC 기준을 만족하는가?

07. 장비 제조사의 진동 허용기준도 만족하는가?

동일한 진동문제라 하더라도 발생 주파수, 가진원, 구조 특성 및 대상 장비의 허용기준에 따라 적절한 대책이 달라질 수 있습니다.

따라서 효과적인 진동저감을 위해서는 측정 결과를 기반으로 원인을 분석하고, 대상 장비와 설치환경에 적합한 대책을 선정하는 과정이 필요합니다.

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