KIMM DVIA-PB2200 High-Frequency Amplification Issue Field Analysis Report (VOC26-049)
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보고서 정보
보고서명: VOC26-049 – 한국기계연구원 현장 분석 보고서
제진 시스템: DVIA-PB2200, 시리얼 번호 250122R1-1
태스크리더: 정성윤
담당자: 전돈혁, 정성윤, 박규민
작성자: 정성윤
Report written date: 2026-07-07
개요
배경/목표
본 보고서는 한국기계연구원(KIMM)에 납품된 DVIA-PB2200에서 발생한 특정 대역(X축 28Hz, X/Y/Z축 50~90Hz)의 Peak 발생 이슈(VOC26-049)에 대한 현장 측정 결과 및 기술적 원인 규명을 위해 작성됨
Table 1 현장(DVIA-PB2200) 측정값
Passive - Left to Right (28 Hz 공진봉)
Passive - Front to Back (70 Hz 공진봉)
Figure 1 X/Y축 방향 정의
현장 측정 및 테스트 조건
현장 방문을 통해 실 장비(PB2200)를 대상으로 지지 조건 변경에 따른 진동 데이터를 수집함.
측정 항목: Compliance, Passive 전달률, Open-Loop 전달함수, Autospectrum, VC Curves
지지 조건 변동: 1) 레벨풋 & 풋마스터 동시 지지, 2) 레벨풋 단독 지지 (풋마스터 제거), 3) 풋마스터 단독 지지
사용 장비: PULSE 22, Impact Hammer, 가속도 센서 (PCB 393B05)
주요 측정 결과 및 현상 분석
X축 28Hz Peak 현상
지지 조건 무관성: 레벨풋, 풋마스터 등 바닥 지지 방식을 변경하더라도 X축에 한하여 28Hz Peak가 고정적으로 발생함을 확인함. (Y축은 미발생, Z축은 증폭비가 매우 낮음)
현장 세팅 상태 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
조건(2) 레벨풋 지지 · 풋마스터 제거 시에도 동일한 값이 측정됨
조건(3) 풋마스터 지지
원인 추정
Open-Loop 위상(Phase) 분석: 해당 주파수(28Hz)에서 Open-Loop 전달함수의 위상이 0도를 교차(Phase Crossover)하는 현상이 나타남. 제어 공학적으로 이는 '구조 공진(Structural Resonance)'의 증거임. 즉 28Hz 대역에서 발생하는 Peak는 제진대의 능동 제어(Active Control) 시스템 오작동이나 소프트웨어적 오류가 아님. Open-Loop 상에서 위상이 급격히 변화하는 것은 상부 장비(Payload) 혹은 제진대 상판이 결합된 전체 시스템의 특정 기구적 파트에서 발생하는 구조 공진임을 의미함.
Figure 3 X축 Open-Loop 전달함수 (레벨풋&풋마스터 지지 조건)
수학적/물리적 원리
1자유도 질량-스프링-댐퍼(m-k-c) 모델의 운동방정식을 주파수 영역(s=jω)으로 변환하면, 전달함수의 분모는 다음과 같은 형태를 가짐: 분모 = k − mω² + jcω
Magnitude Peak 발생 이유: 가진 주파수(ω)가 고유 진동수(ωn = √(k/m))에 도달하면, 실수부는 0이 되어 최소값을 가짐. 분모가 최소가 되면 응답 크기는 최대값(Peak)을 형성함.
위상(Phase) 교차점 발생 이유: 위상은 실수부와 허수부의 비율 atan(cω / (k − mω²))으로 결정됨. 고유 진동수 이전에는 실수부가 양수, 고유 진동수 이후에는 실수부가 음수, 고유 진동수에서는 실수부가 0을 통과함.
장비 종속적 현상 (상부 장비 진동 유입): 해당 Peak가 X축 방향에서만 지지 조건과 무관하게 독립적으로 나타나는 것은, 상부 장비 자체의 무게 중심 편심 또는 내부 부품(예: 진공 펌프 등)의 구조적 떨림이 제진대 상판으로 유입되고 있을 확률이 높음을 시사함.
향후 검증 제안 (상부 장비 요인 확인법): 본 현상이 제진대가 아닌 상부 장비 자체의 구조적 방향성(X축/Y축 강성 차이) 때문임을 직관적으로 교차 검증하기 위해 가장 확실한 방법을 제안함. 상부 장비의 배관 및 배선 등의 제약사항이 허락된다면, 풋마스터를 이용하여 상부 장비를 90도 회전시킨 후 동일하게 측정해 볼 수 있음. 만약 기존 X축에서 발생하던 30Hz Peak가 장비 회전 후 Y축에서 발생한다면, 이는 100% 상부 장비 자체의 특성(설비 문제)임을 확증할 수 있음.
50~90Hz 대역 Peak 현상
측정 결과: 지지 조건(레벨풋/풋마스터 등 바닥 지지 위치)을 변경함에 따라 50~90Hz 대역의 공진 Peak 주파수가 이동하는 경향이 관찰됨. 레벨풋과 풋마스터를 모두 낮추었을 때 공진 Peak 개수가 적어짐. 지지점이 많을수록 공진주파수 상승.
원인 분석: 이는 사내 실험 및 시뮬레이션(FEM) 결과와 일치하는 경향성으로, Payload 결합 상태에 따른 상판의 기구적 구조 공진(Structural Resonance)으로 판단됨.
FEM 시뮬레이션 조건: 상부 장비 강체 가정, 상부 장비의 지지부(레벨풋/풋마스터 모사부) Steel 가정
Table 3 지지 조건 별 상판 모달 FEM 해석 결과
| 상판 단독 | 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지 | 조건(2) 레벨풋 지지 | 조건(3) 풋마스터 지지 |
|---|---|---|---|
| 59 Hz | 74 Hz | 63 Hz | 70 Hz |
Table 4 상판 단독 FEM 모달해석 결과
상판 단독 FEM 모델 (지지부 없음)
1차 고유진동수 59 Hz
Table 5 레벨풋&풋마스터 지지 모사 FEM 시뮬레이션
현장 세팅 상태 (레벨풋&풋마스터)
내/외측 모두 지지 · 1차 고유진동수 74.1 Hz
Table 6 레벨풋 지지 모사 FEM 시뮬레이션
현장 세팅 상태 (레벨풋)
시뮬레이션 지지부 간격 1055 mm, 965 mm · 시뮬레이션 레벨풋 직경 80 mm · 1차 고유진동수 62.7 Hz
Table 7 풋마스터 지지 모사 FEM 시뮬레이션
현장 세팅 상태 (풋마스터)
내/외측 모두 지지 · 1차 고유진동수 70.4 Hz
종합 측정 데이터 및 설치 환경 점검
장비 셋업 및 외부 환경 요인 점검
수평도
아래 첨부사진은 제진대 상판 수평도이며, 추가적으로 상부 장비 수평도는 0 mm/min 수준임을 확인했음.
Y 방향 · 4 mm/m
대각 방향 · 0 mm/m
X 방향 · 4 mm/m
무게 중심(편심 정도)
측면부 챔버 무게 총 50kg 이하로써, 장비 무게 대비 매우 가벼움. 편심량 미미.
Figure 4 상부 장비 측면부 Vacuum Pfeiffer (모델명: HiPace 2300 U)
소음
제진대 상판 중앙에서 소음 측정을 수행함. 측정된 12.5Hz 소음은 30dB 이하로써 매우 작은 수준임. 그러므로 소음이 12.5Hz Active 전달률 증폭 원인이 아님.
Figure 5 소음 측정 실험 전경
Table 8 소음 측정 데이터
1회차
2회차
3회차
Open-Loop 전달함수
필터를 모두 제거한 후, 지지 조건 별로 Open-Loop 전달함수를 측정함.
Open-Loop 전달함수 Z축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 Z축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Open-Loop 전달함수 Z축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 P축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 P축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Open-Loop 전달함수 P축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 R축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 R축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Open-Loop 전달함수 R축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 X축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 X축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Open-Loop 전달함수 X축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 Y축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 Y축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Open-Loop 전달함수 Y축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 W축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Open-Loop 전달함수 W축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Open-Loop 전달함수 W축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Table 9 Open-Loop 전달함수 측정값 (Peak 발생 주파수, Hz)
| 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지 | 조건(2) 레벨풋 지지 | 조건(3) 풋마스터 지지 |
|---|---|---|
| Z: 4.51, 28, 85.3 P: 2.56, 8.78, 27.8, 52.2, 67.7, 93.2 R: 2.93, 9.27, 61.15, 85.32, 93.26 X: 9.15, 27.83, 47.97, 52.36, 68.23 Y: 9.39, 61.27, 93.26 W: 7.69, 22.82, 75.07 | Z: 4.63, 27.71, 56.64 P: 2.56, 8.17, 27.71, 39.67, 56.64, 87.40 R: 2.93, 9.39, 45.28, 56.88, 82.03 X: 8.66, 27.58, 39.79, 55.54, 82.27 Y: 2.8, 9.27, 45.16, 87.52 W: 7.44, 22.82, 15.03 | Z: 4.63, 27.7, 83.61 P: 2.8, 8.78, 27.71, 35.27, 51.14, 79.34 R: 2.93, 8.91, 35.4 X: 9.03, 27.71, 35.15, 51.51, 54.56 Y: 9.27, 22.82, 35.4, 51.51, 54.93 W: 7.32, 22.82, 35.03, 19.88, 83.49 |
Passive 전달률
Passive 전달률 Z축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Passive 전달률 Z축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Passive 전달률 Z축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Passive 전달률 X축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Passive 전달률 X축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Passive 전달률 X축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Passive 전달률 Y축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Passive 전달률 Y축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Passive 전달률 Y축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Table 10 Passive 전달률 측정값 (Peak 발생 주파수)
| 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지 | 조건(2) 레벨풋 지지 | 조건(3) 풋마스터 지지 |
|---|---|---|
| Z: 4.75, 27.9, 83.7 Hz X: 9.19, 27.9, 50.9, 58.4 Hz Y: 9.63, 53.4, 58.9, 83.2 Hz | Z: 4.69, 27.6, 39.6, 56 Hz X: 9.13, 27.8, 40 Hz Y: 9.44, 43.5 Hz | Z: 4.56, 27.8, 51.1, 54.9, 83.3 Hz X: 9.1, 27.8, 35.8, 51.6, 54.9, 83.6 Hz Y: 9.56, 35.6 54.9, 83.7 Hz |
Autospectrum
Autospectrum Z축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Autospectrum Z축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Autospectrum Z축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Autospectrum X축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Autospectrum X축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Autospectrum X축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Autospectrum Y축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
Autospectrum Y축 · 조건(2) 레벨풋 지지
Autospectrum Y축 · 조건(3) 풋마스터 지지
VC Curves
VC Curves Z축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
VC Curves Z축 · 조건(2) 레벨풋 지지
VC Curves Z축 · 조건(3) 풋마스터 지지
VC Curves X축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
VC Curves X축 · 조건(2) 레벨풋 지지
VC Curves X축 · 조건(3) 풋마스터 지지
VC Curves Y축 · 조건(1) 레벨풋&풋마스터 지지
VC Curves Y축 · 조건(2) 레벨풋 지지
VC Curves Y축 · 조건(3) 풋마스터 지지
Active On (레벨풋&풋마스터 지지)
VC Curves Z축
Autospectrum Z축
Transmissibility Z축
VC Curves X축
Autospectrum X축
Transmissibility X축
VC Curves Y축
Autospectrum Y축
Transmissibility Y축
Table 14 진동 측정값 조건 별 비교표
Passive vs Active 비교 Z축
레벨풋 지지, 풋마스터 지지, 레벨풋 + 풋마스터 지지 비교 Z축
Passive vs Active 비교 X축
레벨풋 지지, 풋마스터 지지, 레벨풋 + 풋마스터 지지 비교 X축
Passive vs Active 비교 Y축
레벨풋 지지, 풋마스터 지지, 레벨풋 + 풋마스터 지지 비교 Y축
비고
Passive vs Active 비교: 파랑 - Active, 빨강 - Passive
지지 조건 비교: 파랑 - 레벨풋&풋마스터, 빨강 - 레벨풋, 검정 - 풋마스터
Active/Passive 20Hz 이상 공진주파수 동일
지지 조건에 무관하게 X축 28Hz Peak 발생
Compliance
상부 장비 (제진대 Floating 시)
| 측정 위치 | X축 28Hz Compliance |
|---|---|
| 상부 장비 지지 Frame | 409 nm/N |
| Pump 구동부 구조물 | 5890 nm/N |
| Chamber 중간부 | 332 nm/N |
| Chamber 상부 | 404 nm/N |
| 제진대 상판 | 68 nm/N |
| 제진대 하판 | 80.2 nm/N |
상부 장비 지지Frame
측정 위치 · 상부 장비 지지Frame
측정 방향 X축 · 28 Hz Compliance 289 nm/N
Pump 구동부 구조물
측정 위치 · Pump 구동부 구조물
측정 방향 Z축 · 28 Hz Compliance 1.63 um/N
측정 방향 X축 · 28Hz Compliance 5.89 um/N
Chamber 중간부
측정 위치 · Chamber 중간부
측정 방향 X축 · 28 Hz Compliance 13.6 nm/N
Chamber 상부
측정 위치 · Chamber 상부
측정 방향 X축 · 28 Hz Compliance 217 nm/N
상부 장비 (제진대 Off 시)
상부 장비 지지Frame (제진대 Off 시)
측정 방향 Z축 · 29 Hz Compliance 655 nm/N
측정 방향 X축 · 30 Hz Compliance 409 nm/N
Chamber 중간부 (제진대 Off 시)
측정 방향 Z축 · 29 Hz Compliance 405 nm/N
측정 방향 X축 · 29 Hz Compliance 332 nm/N
Chamber 상부 (제진대 Off 시)
측정 방향 Z축 · 29 Hz Compliance 640 nm/N
측정 방향 X축 · 29 Hz Compliance 404 nm/N
제진대 상판 (제진대 Off 시)
측정 방향 Z축 · 29 Hz Compliance 908 nm/N
측정 방향 X축 · 29 Hz Compliance 68 nm/N
제진대 하판 (제진대 Off 시)
측정 위치 · 제진대 하판
측정 방향 X축 · 28 Hz Compliance 80.2 nm/N
결론 및 Action Items
28Hz Peak 이슈 — 발생 원인: 현재 X축 방향에서 두드러지는 28Hz Peak의 원인은 상부 장비 중 펌프 구동부의 구조적 특성에서 기인한 것으로 추정됨.
28Hz Peak 이슈 — Action Item: 고객사 펌프 구동부에 대한 구조해석을 통해, 원인을 명확히 규명할 수 있을 것으로 판단됨.
50~90Hz 대역 Peak 이슈 — 발생 원인: FEM 해석 및 현장 측정 결과를 종합할 때, 해당 대역의 증폭은 제진대 상판의 강성 부족에 따른 구조 공진(Structural Resonance)으로 추정됨.
50~90Hz 대역 Peak 이슈 — Action Item: 본 이슈의 근본적인 해결을 위해서는 상판 강성 보강 또는 재설치 작업이 요구됨.
다만, 진동 증폭률 및 절대적인 진동 크기가 작으므로, 고객사 장비 운용에는 문제가 없을 것으로 판단됨. 따라서 상판 보강 등 대규모 하드웨어 수정 작업은 필요한 경우에만 유상으로 진행.
