고장 유형과 시그니처
이 문서는 앱이 어떤 고장을 어떤 근거로 구분하는지, 그리고 그 구분에 무엇이 필요한지를 정리합니다.
핵심 원칙 하나가 문서 전체를 관통합니다:
설비 설정이 분석 방향을 정합니다. 베어링 품번을 모르면 결함주파수를 대조할 수 없고, 마운팅을 모르면 어느 고주파까지 믿을 수 있는지 알 수 없습니다. 앱은 그럴 때 점수를 0으로 주는 대신 “측정 불가” 로 표시합니다 — 볼 수 없는 것과 가능성이 낮은 것은 다르기 때문입니다.
학습은 분석의 전제가 아닙니다
판정 축은 넷인데 역할이 둘로 갈립니다.
| 축 | 학습 | 하는 일 | |
|---|---|---|---|
| 등급을 만드는 축 | 결함 패턴 · ISO 존 | 불필요 | 등급과 알림. 상세분석·리포트도 이 둘만으로 완결됩니다 |
| 근거 축 | 베이스라인 · 대역 | 필요 | “평소 대비” 근거 표시. 등급과 알림은 만들지 않습니다 |
일회성 분석에는 “평소"가 없습니다. 그래서 학습이 안 된 설비에서도 상세분석과 리포트는 그대로 나오고, 학습된 축이 있으면 근거가 한 층 더 보일 뿐 등급은 바뀌지 않습니다.
두 갈래로 나눠 봅니다
| 묻는 것 | 계열 | 조치 | |
|---|---|---|---|
| 진동 축 | 이 지점 진동이 커졌나 | 서브동기 · 1× 대역 · 결함 대역 · 고주파 · 1~2 · 2~4 · 4~8 · 8 kHz+ | 밸런싱 · 정렬 · 체결 (시간 단위) |
| 베어링 축 | 이 베어링이 상했나 | 포락선 주기성 · BPFO · BPFI · BSF | 부품 조달 · 분해 (주 단위) |
둘을 한 덩어리로 두면 안 됩니다. 옆 베어링의 결함이 축을 타고 전달되면, 멀쩡한 베어링에 붙은 센서의 고주파 대역이 결함 베어링보다 더 높게 나오기도 합니다. “진동이 크다"는 맞지만 “그 베어링이 상했다"는 아닙니다. 포락선 결함주파수만 보면 둘이 갈립니다.
회전체 계통 — 진동 축
불평형 (Imbalance)
회전체 질량이 편심된 상태입니다.
- 시그니처 — 1× 동기 성분이 지배. 하모닉이 적음
- 확정 조건 — 위상과 축방향 측정이 있어야 정렬불량과 구분됩니다. 단일 채널로는 원리적으로 판별 불가라 앱이 “측정 불가"로 표시합니다
- 조치 — 현장 동적 밸런싱
정렬 불량 (Misalignment)
커플링으로 이어진 두 축의 중심이 어긋난 상태입니다.
- 시그니처 — 2× 성분이 우세. 축방향 진동 동반
- 확정 조건 — 불평형과 같습니다(위상·축방향 필요)
- 조치 — 레이저 얼라인먼트
기계적 풀림 (Looseness)
체결·고정·하우징이 헐거운 상태입니다.
- 시그니처 — 1×의 정수배 하모닉이 여러 개(3개 이상). 지배 성분이 동기
- 조치 — 체결·고정·베어링 하우징 점검
베어링 계통 — 베어링 축
결함 주파수는 회전수와 베어링 기하로 정해집니다. 품번(또는 형상)을 넣어야 대조가 가능합니다.
| 신호 | 어디가 상했나 | 계산식 (× 회전수) |
|---|---|---|
| BPFO | 바깥 궤도(외륜) | (n/2)(1 − (d/D)cos α) |
| BPFI | 안쪽 궤도(내륜) | (n/2)(1 + (d/D)cos α) |
| BSF | 구름체(볼·롤러) | (D/2d)(1 − ((d/D)cos α)²) |
| FTF | 케이지 | (1/2)(1 − (d/D)cos α) |
왜 포락선이 필요한가
결함을 지날 때마다 나는 충격은 하우징의 수 kHz 공진을 울립니다. 원시 스펙트럼에는 “고주파가 있다"까지만 보이고 “몇 Hz로 두들기나” 는 진폭 변조에 숨습니다. 포락선 복조가 그 반복 주파수를 선으로 꺼냅니다.
복조 대역은 1~5 kHz 고정입니다
충격이 가장 두드러지는 대역을 자동으로 고르는 방식(커토그램)은 판정에 쓰지 않습니다. 이 방식은 결함이 아닌 신호 — 고주파 끝의 필터 잡음, 인버터가 만드는 전기 성분 — 에 쉽게 붙잡히고, 결함이 뚜렷할수록 오히려 그 대역을 피하는 성질이 있어 공개 데이터 검증에서 검출이 크게 떨어졌습니다.
그래서 등급을 정하는 결함 패턴과 상세분석의 포락선은 복조 대역을 1~5 kHz로 고정했습니다. (대역 추출이 쌓는 포락선 추이는 마운팅 상한·샘플링 한계 아래의 가장 높은 옥타브를 씁니다.) 커토그램은 계속 계산해 상세분석의 대역별 충격성 차트에 띄웁니다 — 어느 대역이 충격적인지는 그 자체로 진단 정보이기 때문입니다. 다만 판정에는 쓰지 않습니다.
샘플링이 낮아 1~5 kHz가 성립하지 않으면(5 kHz가 측정 가능한 최대 주파수의 95% 안에 들지 않으면 — 샘플레이트 약 10.5 kHz 미만) 전대역으로 복조합니다. 이때는 근거가 약하고 조기 베어링 결함은 잡히지 않습니다.
대형 설비에서 이 대역이 맞는지는 모릅니다. 검증 데이터에 대형 설비가 없습니다. 1~5 kHz에 실제로 자주 걸리는 것은 가속도계 마운팅 공진(부착 방식에 따라 수 kHz)이고, 베어링 링 자체의 굴곡 모드는 설비가 커질수록 낮아집니다. 그래서 “대형 설비는 공진이 더 높아서 놓친다"는 설명은 물리적으로 맞지 않습니다 — 어느 방향으로 틀리는지 측정된 바가 없습니다.
FTF는 결함 근거가 아닙니다
케이지는 정상 베어링에서도 항상 돕니다. 멀쩡한 채널에서도 케이지 회전 성분이 처음부터 계속 보이므로, 관측 사실로만 기록하고 점수에는 넣지 않습니다.
오일 훨 (Oil whirl)
유막(저널) 베어링에서 축이 유막 위를 떠도는 현상입니다.
- 시그니처 — 0.38~0.48× 비동기 성분 지배
- 중요 — 구름베어링으로 형식이 지정되면 후보에서 내립니다. 유막 베어링에서만 생기는 현상이라 물리적으로 성립하지 않습니다. 형식 미지정이면 알 수 없으므로 그대로 둡니다
케이지 결함 (FTF 추정)
- 시그니처 — 0.35~0.45× 지배. 품번을 몰라도 이 구간 판정은 가능합니다(구름베어링의 d/D가 대부분 0.15~0.25라 FTF가 그 범위에 갇힘)
- 주의 — 위 “FTF는 결함 근거가 아니다"와 별개 항목입니다. 이쪽은 원시 스펙트럼의 지배 차수를 보고, 저쪽은 포락선 결함주파수 대조입니다
구동·부하 계통
벨트·풀리 (Belt)
- 시그니처 — 벨트 통과주파수와 그 하모닉
- 필요 설정 — 구동방식 벨트, 풀리 피치 지름 2개(D1 구동·D2 종동) + 벨트 길이. 길이가 없으면 벨트 통과주파수 대조가 불가합니다
- 풀리비만 알아도 반대쪽 축의 1×가 대조되어, 정체 모를 비동기 성분의 귀속이 닫힙니다
- 센서가 벨트 반대편(팬·펌프 등)에 붙어 있으면 센서 위치를 종동측으로 고르십시오. 그러면 결함 패턴·결함주파수·대역이 종동축 회전수로 계산됩니다. 잰 종동축 회전수를 넣으면 그 값을, 비워 두면 RPM × D1 ÷ D2를 씁니다. 종동측인데 회전수를 알 수 없으면 그 태그는 결함 패턴을 재지 않습니다 — 모터 회전수로 대조하면 엉뚱한 주파수가 우연히 맞기 때문입니다
종동축 회전수가 1~2%만 틀려도 결함은 잡되 부위를 자주 틀립니다. 풀리 바깥지름이 아니라 피치 지름을 쓰거나, 잰 회전수를 입력하십시오.
베인/블레이드 통과 (Vane pass)
- 시그니처 — 날개수 × 1×
- 필요 설정 — 임펠러 날개수
기어 메시 (Gear mesh)
- 시그니처 — 잇수 × 1×(메시 주파수)와 1× 간격 측대역
- 음성 소견이 유의미한 드문 경우 — 메시는 관측되는데 측대역이 없으면 그게 정상 기어의 모습입니다
독립 회전원 (종동축·인접 기계)
- 시그니처 — 비동기 기본파 + 그 자체 하모닉 3개 이상
- 벨트 종동축·인접 기계·기어 종동축이 대개 정체입니다. 구동 계통도 한 장이면 귀속이 닫힙니다
전기적 (Electrical)
- 시그니처 — 라인 주파수 관련 성분(60 Hz 계통이면 120 Hz). 회전수가 바뀌어도 움직이지 않음
- 확정 — 전원 차단 시 소멸하는지 확인해야 합니다(정지 시험)
설정이 무엇을 여는가
| 설정 | 없으면 |
|---|---|
| 회전수(RPM) | 차수 해석 전부 — 모든 후보가 닫히고, 결함 패턴(등급)과 대역 추출도 멈춥니다 |
| 베어링 품번·형상 | 결함 패턴(등급) · BPFO/BPFI/BSF 대조 · 오일 훨 배제 |
| 단위 | 비우면 속도(mm/s)로 간주 — 가속도·변위 센서는 ISO 환산이 틀어져 등급 높이가 틀림 |
| Class | 비우면 Class II 존 경계로 판정 |
| 마운팅 | 고주파 유효 상한 — 그 위 대역은 마운팅 공진일 수 있어 따로 표시하지 못함 |
| 풀리 피치 지름·벨트 길이 | 벨트 통과주파수 · 종동축 1× |
| 센서 위치(벨트)·종동축 회전수 | 종동측 센서의 결함주파수가 모터 회전수로 계산돼 엇나감 |
| 날개수 / 기어 구동 | 베인 통과 / 메시 주파수 |
지금 어디까지 되는가
공개 데이터셋 4종(CWRU · MFPT · Paderborn · XJTU-SY) 383건으로 검증한 결과를 요약하면 이렇습니다.
| 결과 | |
|---|---|
| 정상 오탐 | 100건 중 3건 (3%) |
| 결함 검출 | 283건 중 183건 (65%) |
| 결함 전체 중 부위까지 맞힘 | 283건 중 153건 (약 54%) |
검출한 것만 놓고 보면 부위 적중률이 훨씬 높아 보이지만, 그 값은 판정을 보수적으로 할수록 좋아지는 조건부 값이라 단독으로 보면 안 됩니다. 손에 남는 것은 결함 둘 중 하나 남짓에서 부위까지 맞히는 정도입니다. 자세한 표는 이 도구가 하는 일과 하지 않는 일에 있습니다.
부위별 — 외륜만 잘 됩니다
| 결함이 하중대에 | 신호 | 성적 | |
|---|---|---|---|
| 외륜 | 고정 | 충격 크기가 일정 → 피크가 선다 | 가장 좋음 |
| 내륜 | 축과 함께 드나듦 | BPFI ± k·1× 측대역으로 분산 | 중간 |
| 구름체 | 케이지와 함께 드나듦 | BSF ± k·FTF 측대역으로 분산 | 부위 단정 불가 |
구름체는 검출은 되지만 부위를 단정하지 않습니다. 검증에서 구름체라고 이름 붙인 판정이 거의 맞지 않았고, 반대로 내륜·외륜 결함이 구름체로 잘못 가기도 했습니다. 물리적으로도 결함 구름체는 레이스를 함께 상하게 하므로 “부위 미상"이 정직합니다.
시간축에서 보면 — 외륜은 미리, 내륜은 늦게
전 수명 시험 데이터로 “고장까지 얼마나 남기고 첫 경보를 냈나"를 재 보면, 외륜은 정비 계획을 세울 시간을 주지만, 내륜은 “곧 선다"는 통보에 가깝습니다. 숫자는 이 도구가 하는 일과 하지 않는 일 › 시간축 성적에 있습니다.
종류를 단정하지 않는 경우
대역 추출이 쌓는 포락선 결함주파수 계열(BPFO·BPFI·BSF)이 함께 올라 1·2순위가 근접하면 후보를 나열하고 “구분 불충분” 이라고 적습니다. 등급을 정하는 결함 패턴은 가장 강한 후보 하나를 고릅니다.
어느 쪽이든 베어링 교체이므로 정비 계획은 탐지만으로 섭니다. 종류가 필요한 것은 근본원인 분석입니다 — 내륜은 과부하·정렬불량, 외륜은 하우징·전류 통과를 의심하는 식으로 재발 방지가 갈립니다.