시간지연 제어기법을 이용한 공압 제진대 저주파 영역 진동 절연 성능 향상

Abstract

최근, 반도체 제조용 스테퍼, 전자 현미경, 정밀 측정기 등과 같은 초정밀 장비들의 지속적인 기술 발달과 더불어 장비 성능 최대화를 위하여 장비가 설치되는 환경에 대한 관심이 상승하고 있다. 특히, 장비의 운전 중 주변 혹은 장비 자체에서 발생하는 진동은 장비 성능 저하의 원인이 되므로 이에 대한 적절한 조치가 필요하다. 장비 성능 저하의 원인이 되는 진동원은 크게 세 가지로 음향 가진, 지반 진동, 그리고 장비 구동중 장비에서 발생하는 진동등이 있다. 장비의 성능 저하의 원인이 되는 진동원중 음향 가진은 상대적으로 작기 때문에 무시 할 수 있다. 그러나 지반 진동은 앞서 서술한 초정밀 장비들의 성능 저하를 초래하며, 장비 구동중 장비에서 발생하는 진동은 장비 자체의 성능 저하를 초래할 뿐만 아니라 지반으로 전달되어 주변 장비의 성능 저하의 원인이 되므로, 현재 지반 진동 및 장비 자체에서 발생하는 진동을 절연하기 위한 많은 연구가 진행중이다. 일반적으로 정밀 장비들에 전달되는 지반 진동을 진동 허용 기준 이하로 낮추기 위하여 공압 제진대(Pneumatic Vibration Isolator)가 많이 사용된다. 진동 절연 장치로 사용 가능한 일반적인 비감쇠 코일 스프링은 고유 진동수에서 진폭이 증폭되나, 고유 진동수 이상의 주파수 범위에서의 제진 효율은 좋다. 반면에 감쇠 코일 스프링은 고유 진동수에서의 진폭은 작으나 고유 진동수보다 높은 주파수 범위에서의 제진 효율은 나쁘다. 그러나 공압 제진대는 코일 스프링과 달리 고유 진동수에서 최소 증폭과 고제진효율 두 가지를 동시에 구현할 수 있다. 그러나 최소 증폭과 고제진효율을 갖는 공압 제진대도 고유 진동수 이상에서는 절연 성능이 우수하나, 고유 진동수 및 고유 진동수 이하의 주파수 영역에서는 절연 요소로서의 역할을 하지 못하며, 특히 고유 진동수에서는 지반 진동을 증폭한다. 그러므로 공압 제진대의 절연 성능을 향상시키기 위해서는 고유 진동수(Natural Frequency) 및 이하 주파수 영역에서의 절연 성능을 향상시켜야 한다. 챔버의 부피나 다이어프램의 복소 강성과 같은 설계 요소를 변경하여 공압 제진대의 고유 진동수 및 이하 주파수 영역에서의 절연 성능을 향상시키는데 한계가 있다. 그러나 능동 제어 기법을 적용하면, 공압 제진대의 고유 진동수 및 이하 주파수 범위에서도 진동 절연 성능을 향상시킬 수 있다. 그러므로 본 연구에서는 능동 제어 기법, 특히 시간 지연 제어 기법(TDC Law)의 공압 제진대 적용을 통해 고유 진동수 및 이하 주파수 범위에서의 진동 절연이 가능한 향상된 성능의 공압 제진대를 제시하고자 한다.