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제진대 (Isolator) 란?

제진이라고 하면, 일반적인 의미에서 말하자면 진동에 취약한 대상 장비에 바닥으로부터 진동이 전달되지 않도록 하는 것이라 할 수 있습니다. 제진대란 이러한 용도로 사용되는 장치를 의미합니다.

제진성능

제진 성능의 평가는 주로 진동의 전달 특성으로 확인하는 것이 일반적입니다. 입력 진동에 대한 응답 진동의 상대적인 비를 진동전달률(Transmissibility)이라고 합니다. 이해를 돕기 위해, 다음의 그림을 참조하시기 바랍니다.

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공진점

위의 진동전달률 그래프를 보시면, 특정 주파수에서 입력 진동에 비해 응답 진동이 증폭하는 지점이 생기는 것을 볼 수 있습니다. 이를 공진점이라고 합니다. 이 공진점에 해당하는 주파수를 고유진동수라고 합니다. 고유진동수는 질량에 반비례하고, 스프링정수에 비례합니다.(상기 그림의 고유진동수 수식 참조) 일반적으로는 고유진동수가 낮을수록 제진 성능이 좋다고 할 수 있습니다. 고유진동수가 낮으면, 공진점 이후의 진동전달률이 0dB 이하로 진동이 감소되는 구간이 앞당겨지면서 더욱 넓은 주파수 대역에서 제진이 이루어지게 됩니다.

응답 변위 성능

제진대를 사용하는 정밀 장비의 경우, 정밀스테이지를 사용하는 장비가 많습니다. 따라서, 스테이지 운동에 따른 제진대의 빠른 위치 복원 능력이 요구되게 됩니다. 이러한 성능을 응답 변위(制振)라고 합니다. 제진대는 기본적으로 제진 성능을 추구하지만, 최근의 장비에서는 응답 변위도 고려해야할 사항입니다. 이해를 돕기 위하여, 아래 그림을 참조 바랍니다.

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패시브 제진대(Passive isolator)와 액티브 제진대(Active isolator)

스프링의 기구적 특성(스프링정수)만을 이용해 진동을 제어하는 제진대를 패시브 제진대라고 합니다. 패시브 제진대의 특징은 전달 특성에서 반드시 공진점을 가진다는 점입니다. 고유진동수를 낮추는 것을 통해 제진 성능을 높일 수 있지만, 공진점을 가진다는 한계로 인해 저주파수 대역에서 반드시 공진 현상이 발생합니다. 또한, 제진 성능 향상을 위하여, 고유진동수를 너무 낮추게 되면, 응답제어성능에 영향을 미치게 됩니다. (제진 성능이 높아질 수록 응답 제어 성능은 떨어집니다.) 이러한, 패시브 한계를 극복하기 위하여 개발된 것이 액티브 제진대 입니다. 액티브 제진대는 제진대 마운트 내부에 가속도 센서 및 변위 센서를 내장하고 있으며, 이를 통해 주변의 진동 상황을 감지하여 서보 밸브를 제어 하는 것으로 진동을 제어하게 됩니다. 이에 따라, 액티브제진대에서는 저주파수 영역에서도 공진점을 형성하지 않기에 패시브에 비해 우수한 제진 성능을 발휘하게 됩니다. 또한, 능동적인 제어를 통해 탑재 장비의 움직임에도 보다 빠르게 반응하여 신속한 변위 복원 속도를 발휘합니다. 아래 그림은 액티브와 패시브의 진동전달률을 비교한 그래프입니다. 액티브 제진시에는 패시브에서 나타나는 공진점을 억제하기 때문에 저주파수 대역의 제진에 탁월한 성능을 발휘합니다.

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