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전동드라이브 자동화 솔루션 “선택과 설치의 10가지 팁!”

자동화 솔루션에 있어서 전동드라이브의 설치는 매우 중요한 역할을 차지할 수 있다. 이에 다양한 제품 선택과 설치의 노하우가 존재하기 마련. 이번 호 월간 모션컨트롤에서는 한국훼스토가 전하는 전동드라이브 자동화 솔루션의 선택 및 설치와 관련한 10가지 팁을 공개한다.

엔드 이펙터로 부터의 사이즈
모든 유형의 핸들링 시스템을 고려할 때는, 항상 엔드 이펙터(그리퍼 또는 진공)로 부터 시작한다. 우선 그리퍼의 사이즈, 그리고 회전 액츄에이터이다. 그 다음은 수직축(Z축)의 사이즈 그리고 마지막으로 수평축(X, Y축)이다.  

다축 솔루션에서 베이링 양의 최소화
다축 솔루션을 원하신다면, 가장 좋은 방법은 강성 프레임과 제품 사이의 베어링의 양을 감소시키는 것이다. 베어링의 양을 최소화 하는 것(최대 5 베이링)은 누적편차를 최소화하기 때문에 정확성을 향상시킬 수 있다. 축이 전기적으로 구동될 경우 역시, 빠른 구동과 편향 효과로 축의 뒤틀림등의 불안정한 시스템을 야기시킬 수 있다.

서보&스테핑 모터 기구축에 장착
서보모터나 스테핑모터를 축에 장착함에 있어서 올덤 커플링과 같은 플렉시블 커플링을 사용함으로써 장착 시 정렬 불량을 허용 및 보장 할 수 있다.





일반적으로 플렉시블 커플링은 세트 스크류의 고정 또는 클램핑과 함께 제공된다. 이러한 것들은 기계적인 퓨즈 역할을 한다. 만약 드라이브가 충돌하는 경우, 커플링은 슬립이 생김에 따라 볼스크류 또는 벨트 드라이브의 손상을 최소화 한다. 그래서 이상적인 솔루션을 찾을 경우 축, 커플링 하우징, 커플링, 플렌지 및 모터를 한 번에 조합하여 공급할 수 있는 제조사를 선택하는 것이 중요하다. 이는 리스크를 최소화 하고 솔루션에 대한 개런티를 줄 수 있기 때문이다.

스테퍼 카드의 선택
만약 스테퍼 모터 시스템을 사용하고 있거나 마이크로 스테핑을 사용하길 원한다면 PLC 또는 스테퍼 카드의 스텝펄스 구동 가능성에 대해서 고려해야 한다. 전형적인 스테퍼 모터는 1회전 당 200 스텝을 갖는다. 만약 조금 더 부드럽고 정확한 모션을 원한다면 대부분의 시스템에서 32마이크로스텝의 모터를 사용할 수 있다.
이는 1회전당 6400스텝을 제공한다. 만약 900rpm의 회전을 원한다면 이는 분당 5,760,000펄스가 필요하다(초당 96,000 펄스, 96khz).
이와 같은 내용을 정확히 확인해야 제대로 된 모션을 얻을 수 있다. 이는 간혹 PLC 사양을 직접적으로 다루지 않는 기구 설계자들이  못보고 지나치는 사항이기도 하다.



스테퍼 & 서보 모터의 이점
흔히 모션 컨트롤에 있어서 스테퍼 모터를 서보모터와 비교했을 때 뒤쳐진 기술이라고 생각하는 경우가 종종 있다. 이는 잘못된 생각이다. 비록 다이나믹한 면에 있어서는 서보모터 보다는 떨어지겠지만 때로는, 정확하게 선정된 스테퍼 모터는 가격적인 이점에 있어서는 서보모터를 앞선다.
그리고 스테퍼 모터가 절대적으로 스텝을 잃어버리거나 하는 경우를 보장하기 위해서 적어도 30% 크게 선정하면, 매우 믿을 수 있으며 저렴한 시스템을 얻을 수 있을 것이다. 의문사항이 생기면, 서보모터와 스텝모터를 동시에 제공하는 제조사의 권장사항 또는 제안을 찾아보면 정확한 최적의 솔루션을 보증 받을 수 있을 것이다.
 
관성 불일치 비율이란?
대부분의 스테퍼나 서보 시스템은 토크 요구값이 아니라 관성 요구값에 의해서 사이즈가 선정된다(물론, 토크도 중요한 요인이다).
만약 모터가 모터의 로터(모터의 회전부)보다 훨씬 높은 관성을 갖는 부하에 장착되어 있는 경우, 부하는 모터 쪽으로 향할 것이고 원형이 아닌 다른 방향으로 구동될 것이다(소형 자동차가 2톤 이상의 캐라반을 끄는 것과 같은 이치이다).    
이는 좋은 상태가 아니므로 부하관성이 로터관성과의 관계에 있어서 너무 높지 않도록 하는 것이 중요하다. 가장 간단한 포지셔닝 구동에 있어서 관성비는 최대 10:1(부하:로터)이 될 수 있다. 구동에 있어서 매우 정밀한 포지셔닝이 요구되는 CNC 머신의 경우 대략 1:1의 관성비를 가질 수 있다.  만약 부하관성이 너무 높으면, 이 비율을 줄이는데 상당히 도움이 되는 기어박스를 알맞게 장착할 수가 있다.

드라이브 벨트와 베어링의 불필요한 변형 및 마모 방지
두 축을 평행의 배치로 연결을 할 때, 축 간의 커플링 샤프트는 모터와 같은 샤프트 상에 장착되어야 한다. 이는 강한 전달력과 두 축이 동기 방식으로 함께 구동되어지는 것을 보증한다.
커플링 샤프트를 모터로부터 축의 반대편에 장착하는 것은 벨트와 베어링의 처짐과 추가변형을 야기 시킬 수 있다.





리저브 스트로크 허용 확인에 대한 중요성
구동으로 확인해 보거나 또는 기구상에서 리저브 스트로크(여분의 행정거리)를 반드시 확인해 봐야 한다.
많은 제조사들은 시스템상의 행정거리가 아닌 축의 양 끝단의 리저브 스트로크를 포함하고 있다. 단, 모든 제조사가 그런 것은 아니다.
이 특징은 만약 위치값이 컨트롤러에 의해서 잘못 지정되어 구동 될 경우 끝단의 리미트 스위치를 빠르게 감지하고 축의 기구부 끝단에 부딪치기 전에  감속을 통해서 모터가 정지 할 수가 있다.
이는 축이 같은 스트로크를 갖는 다른 축의 길이보다 길게 나타남을 의미한다.
이 같은 리저브 스트로크의 일부를 사용할 수 있으므로 애플리케이션의 속도 및 부하에 따라 축 길이를 감소시킬 수도 있다.
그러나 반드시 주의해야 한다. 이 같은 리저브까지 완전히 사용하게 되면, 시스템의 위험한 치명적인 오류가 발생 할 수 있다.

효과적인 케이블 관리 시스템의 중요성
애플리케이션에 있어서 전동 드라이브가 조합되는 시스템에서 케이블 관리 시스템을 간과해서는 안 된다.
이러한 문제는 종종 드라이브 자체만큼 중요하다.



서투르게 설계되고 설치된 케이블 관리는 드라이브의 조정에 영향을 줄 수 있으며, 소음 발생 할 수도 있고, 배선이나 케이블의 초기 실수에 따라 조작자를 위험에 빠뜨릴 수도 있다.
에너지 체인 시스템은 설계에 있어서 없어서는 안 될 부분으로 간주 되어져야 하며, 시스템에서 부가적으로 단순하게 설계되어서는 안 된다.
따라서 당신의 전동 드라이브 공급업체는 이러한 문제들에 대한 정보 및 지식을 보유하고 있는지 확인해야 하고 케이블 관리 및 에너지 체인 시스템에 대한 설계를 확인해야 한다.

리드 스크류와 볼스크류의 차이점은 무엇인가?
많은 사람들이 스핀들 드라이브, 리스 스크류와 볼스크류의 차이점을 궁금해 한다.
혼동의 대부분은 용어 및 시장에서 생긴다.
미국의 용어는 서유럽과는 종종 다른 경우가 있다.



스핀들 드라이브라고도 불리는 볼스크류는, 연삭 또는 전조 스핀들과 재순환 볼 베어링을 포함하는 나선형 너트로 구성되어 있다. 볼스크류는 정확한 포지셔닝과 함께 긴 수명과 자유롭게 사용 할 수 있다.
단점으로는 높은 가격과 셀프 록이 되지 않는 점, 그리고 수직의 경우 브레이크 모터가 필요하다.
종종 사다리꼴 스핀들이라 일컬어지는 리드 스크류는 사다리꼴 나사산 형태와 폴리머 너트로 구성되어 있다. 리드 스크류는 가격이 싼 편이며, 나사산 형태로 인해 셀프 잠금 기능의 이점이 있다. 단점으로는 볼스크류에 비해 짧은 수명을 들 수 있다. 

자료제공 | 한국훼스토(www.festo.co.kr)


  기자 : 편집부 
  관련 URL :
  날짜 : 2016-01

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