기계적 충격 시험 및 충격 측정

기계적 충격 시험이란 무엇인가요?

기계적 충격 시험은 제품에 제어된 과도 가속도를 가하고, 이에 대한 반응 정도를 측정하는 것입니다. 이 시험의 목적은 적합성 평가, 즉 해당 부품이 사용 중에 겪게 될 충격을 견뎌낼 수 있음을 입증하거나, 더 이상 견디지 못하게 되는 수준을 파악하는 데 있습니다.

이는 진동 시험의 변형이 아니라, 진동 시험과 대조되는 개념입니다. 진동은 지속적이고 반복적이며, 수 시간 동안 노출됨에 따라 손상이 누적됩니다. 반면 충격은 단 한 번의 과도 현상이며, 손상은 밀리초 단위로 발생합니다. 충격 및 진동 시험 프로그램에서는 일반적으로 두 가지 시험을 모두 수행합니다. 제품이 한 가지 시험에서는 합격하고 다른 시험에서는 불합격할 수 있기 때문이지만, 측정 요구 사항은 서로 다릅니다. 진동 시험에서는 긴 기록에 걸친 동적 범위가 요구되는 반면, 충격 시험에서는 몇 밀리초 폭의 창에서 대역폭과 헤드룸이 요구됩니다.

고전적 충격 펄스

가장 간단한 충격 시험은 정의된 펄스 형태, 즉 반사인파, 하버사인파, 말단 피크 톱니파 또는 사다리꼴 펄스를 사용하며, 이는 주어진 지속 시간(밀리초 단위) 동안의 피크 g 수준으로 지정됩니다. 고전적인 충격 펄스는 재현성이 뛰어나고, 규정이 용이하며, 검증도 쉬우므로 대부분의 장비 수준 표준이 이를 기준으로 작성됩니다. 11ms 동안 50g의 반사인파 충격 펄스는 전형적인 운송 중 낙하 시험 요건입니다.

복잡한 과도 현상

파이로쇼크, 탄도 충격 및 수중 폭발은 펄스 형태로 설명할 수 없습니다. 이들은 고주파 구조적 응답이 주를 이루며, 매번 다르게 나타나고, 동일한 피크 g 값을 갖는 두 사건이 완전히 다른 피해를 입힐 수 있습니다. 이러한 현상은 다음과 같이 정의됩니다. 충격 응답 스펙트럼 대신 — 단일 수치가 아닌, 주파수 대비 피해 잠재력을 나타내는 곡선입니다.

충격 시험에서 측정하는 항목

• 가속도 이는 충격이 구조물에 전달되는 지점과 관심 대상인 구성 요소에 가속도계를 장착하여 측정하는 주요 측정값입니다. 동적 시험에서 장착 위치는 그 어느 곳보다 중요합니다. 장착부의 공진이 신호로 나타나며, 일단 데이터에 포함되면 이를 분리해 낼 수 없기 때문입니다.

• 압력 이는 폭발, 탄도 및 수중 충격 상황에서 가속도와 함께 측정되며, 이때 하중 전달 메커니즘은 기계적 접촉이 아닌 압력파에 의한 것이다.

• 변형과 힘 충격이 구조물로 어떻게 전달되는지를 보여주고, 측정된 현상을 피로 또는 파괴 분석과 연결해 주는 역할을 합니다.

• 고속 영상, 데이터와 연동되어 있는 바로 그 요소가 예상치 못한 결과를 설명으로 바꿔주는 것입니다. 고정 장치가 미끄러지거나, 케이블이 휘둘리거나, 부품이 접촉해서는 안 될 대상과 닿는 경우 등이 바로 그것입니다.

이 모든 데이터는 Dewesoft 시스템에서 하나의 시간 기준에 따라 기록되므로, 변형률 피크와 영상 프레임, 가속도 스파이크가 동일한 순간에 속한다고 말할 수 있습니다.

충격 시험 장비

고주파 충격용 고속 DAQ

SIRIUS® XHS 이 제품은 에너지가 기존 DAQ 대역폭을 훨씬 초과하는 가장 빠른 과도 현상(화약 충격, 탄도 현상, 폭발 등)을 포착합니다. 이 장비는 채널당 최대 15 MS/s의 샘플링 속도와 5 MHz의 대역폭을 제공하며, HybridADC 기술을 통해 측정 시 상황에 따라 선택할 수 있습니다. 피크 값이 중요한 경우에는 고대역폭 모드를, 대규모 이벤트에 수반되는 미세한 응답을 분해하기 위해 동적 범위가 필요한 경우에는 최대 2 MS/s의 에일리어스 없는 데이터 수집 모드를 선택할 수 있습니다.

SIRIUS® XR 이는 대규모 환경에서도 동일한 프런트 엔드를 유지합니다. 대규모 충격 측정 프로그램의 경우 모든 채널에서 극한의 대역폭이 필요한 경우는 드뭅니다. 충격 경로에 직접 위치한 몇 개의 측정 지점만 XHS가 제공할 수 있는 모든 성능을 필요로 할 뿐, 변형률, 압력 및 2차 가속도계는 더 낮은 샘플링 속도로도 충분히 측정할 수 있습니다. XR은 XHS 및 SIRIUS® X 모듈을 단일 19인치 랙에 통합합니다. XR9의 경우 최대 288개의 아날로그 채널을 지원하며, 이 중 최대 72개는 고속 XHS 채널로 구성될 수 있고, XR5는 최대 160개까지 지원합니다. 두 종류의 채널은 나중에 정렬해야 하는 두 개의 시스템으로 작동하는 대신 하나의 시간 기준을 공유하며, 랙 하나가 부족할 경우 데이지 체인 또는 스타 방식으로 연결할 수 있습니다.

XR 섀시 자체는 75g의 충격에 견딜 수 있도록 설계되어 있습니다. 이는 DAQ를 방 반대편과 같은 안전한 위치가 아닌, 시험 대상 구조물 위나 그 근처에 설치할 때 알아두면 좋은 정보입니다.

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복합 충격 프로그램을 위한 모듈식 시스템

SIRIUS® 모듈형 그리고 SIRIUS® 미니 대부분의 충격 시험을 구성하는 낙하, 충격 및 운송 시험을 처리할 수 있으며, 변형, 압력 및 전압 측정과 동일한 섀시에서 하중 및 IEPE 신호 조정 기능을 수행합니다. 채널 수는 소프트웨어를 변경하지 않고도 소수에서 수백 개까지 확장 가능합니다.

대규모 구조물을 위한 분산 시스템

대형 구조물(실물 크기의 항공기 기체, 선박의 일부, 교량, 발사체 등)에 가해지는 충격은 수십 미터에 걸쳐 발생합니다. 모든 가속도계에서 중앙 랙까지 아날로그 케이블을 연결하려면 케이블 길이가 길어지고, 케이블을 따라 잡음이 유입되며, 많은 양의 구리선이 필요하게 됩니다.

SIRIUS® X 그리고 IOLITE® X 대신 디지타이저를 센서 옆에 배치합니다. 각 장치는 PoE 및 PTPv2 타이밍을 사용하여 전원, 데이터, 동기화 신호를 함께 전송하는 단일 이더넷 케이블을 통해 데이지 체인 방식으로 연결되므로, 측정 구역 밖으로 나가는 케이블은 수백 개가 아닌 단 한 개뿐입니다. SIRIUS X는 장치당 최대 32개의 아날로그 입력을 지원하며, 모든 입력에 24비트 델타-시그마 변환기와 앤티앨리어싱 필터가 탑재되어 있습니다. IOLITE X는 팬이 없으며, 작동 온도 범위는 −40 °C에서 +70 °C입니다.

동기화가 데이터와 함께 전달되기 때문에, 구조물의 양 끝에 위치한 채널들은 하나의 시간 기준에 맞춰져 있습니다. 바로 이 덕분에 충격파가 각 지점에 도달하는 시점을 개별적으로 기록하는 데 그치지 않고, 구조물을 통해 전파되는 충격파의 경로를 추적할 수 있게 됩니다.

견고하고 분산된 계측

KRYPTON® 모듈은 IP67 등급을 충족하며, 랙에 설치되는 것이 아니라 시험 대상물 바로 옆에 배치됩니다. 즉, 차량 위나 시험장, 야외의 다양한 기상 조건 하에서 사용됩니다.

SIRIUS® 방수 가장 가혹한 충격 환경에서도 뛰어난 성능을 발휘합니다: IP67 등급, −40 °C ~ +60 °C의 작동 온도 범위, 100 g의 충격 및 100 g의 진동을 견딜 수 있도록 설계되었으며, 채널당 200 kHz의 샘플링 속도를 지원합니다. 전압, IEPE, 브리지, RTD 및 저항 신호는 기본으로 지원되며, DSI 어댑터를 통해 전하, 열전대, 전류 및 LVDT 신호도 사용할 수 있습니다. 추위, 먼지, 진흙 또는 비가 내리는 환경에서 측정이 이루어지거나, DAQ가 측정 중인 충격의 일부를 직접 받게 되는 상황에서도 이 제품은 견뎌냅니다.

충격 시험용 동기화 영상

충격 측정 결과는 무슨 일이 일어났는지 알려줍니다. 영상은 무엇을 보여줍니다. 왜 — 고정 장치가 미끄러지거나, 케이블이 휘날리거나, 부품이 접촉해서는 안 될 물체와 닿는 경우 등입니다. Dewesoft는 카메라 영상을 데이터와 동일한 수집 시스템에 통합하므로, 프레임과 샘플이 하나의 시간 기준을 공유하게 되어 비디오와 SRS 곡선을 함께 스크럽할 수 있습니다.

고속 영상

DS-CAM, Dewesoft의 자체 GigE Vision 카메라 제품군은 2048 × 1536 픽셀 해상도에서 초당 37 프레임(FPS)으로 녹화하며, 해상도를 낮추면 최대 초당 6400 프레임(FPS)까지 지원합니다. 컬러 및 흑백 버전이 제공되며, 두 버전 모두 글로벌 셔터를 탑재하고 있습니다. 여러 대의 DS-CAM 카메라는 PTP 지원 스위치를 통해 서로 동기화됩니다.

가장 속도가 빠른 종목의 경우, 포트론 그리고 팬텀 초고속 카메라는 전용 플러그인을 통해 연결되며, 해상도에 따라 초당 수천에서 수백만 프레임에 달하는 화질을 제공하며, DewesoftX의 아날로그 및 디지털 채널과 완벽하게 동기화됩니다.

일반 동영상

이벤트 분석보다는 상황을 파악하기 위한 목적으로, 표준 프레임 속도의 DS-CAM이나 거의 모든 DirectX 호환 웹캠을 사용하면 데이터와 함께 영상을 녹화할 수 있습니다. 웹캠 동기화는 소프트웨어 기반으로 이루어지며 정확도는 대략 10ms 수준입니다. 이는 테스트 설정이나 운영자의 동작을 기록하는 데는 충분하지만, 몇 밀리초 동안 지속되는 이벤트를 파악하는 데는 적합하지 않습니다.

열화상 촬영

OPTRIS 적외선 열화상 카메라 동일한 측정 데이터에 통합하여 표면 온도를 기록에 추가합니다. 동기화는 소프트웨어 기반으로 약 100ms 간격으로 이루어지므로, 열화상 영상은 충격 사건 그 자체보다는 시험 주변의 열적 상태를 기록합니다. 이는 충격 시험이 열 조건 설정과 결합된 경우나, 반복적인 충격으로 인해 부품이 가열되는 경우에 유용합니다.

충격에 강한 카메라 고르기: 충격 현상은 밀리초 단위로 지속되므로, 하드웨어 동기화 방식인 DS-CAM, Photron, Phantom만이 데이터를 기준으로 프레임 단위의 정확도로 이를 포착할 수 있습니다. 약 10ms 및 약 100ms의 동기화 간격을 갖는 웹캠 및 열화상 카메라 동기화는 테스트 주변 상황을 파악하기 위한 용도입니다.

Dewesoft 영상 수집 기능 살펴보기

충격 시험에서 Dewesoft의 역할

Dewesoft는 다음을 제공합니다. 측정 및 분석 충격 시험의 측면: 시험 데이터 수집, SRS 계산 및 결과 보고. Dewesoft는 충격 시험기, 낙하 타워 또는 진동기 제어기를 공급하지 않으며, 합성된 충격 프로파일을 재현하기 위해 진동기를 제어하지도 않습니다.

실제로 이는 Dewesoft 시스템이 귀사가 이미 보유하고 있는 어떤 충격 시험기, 낙하 타워 또는 시험 설비와도 함께 사용될 수 있음을 의미하며, 테이블을 구동하는 제어기와는 독립적으로 시험 대상물에 실제로 발생한 현상을 측정합니다. 낙하 충격, 화약 충격, 탄도 충격, 폭발 및 운송 충격과 같이 제어기가 전혀 없는 경우, Dewesoft 시스템이 측정 체인 전체를 담당합니다.