모션컨트롤러와 DAQ의 기본 개념에서 제어까지

커미조아는 FPGA, DSP, 마이크로컨트롤러 등의 폭넓은 하드웨어 솔루션과 우수한 소프트웨어 기술을 바탕으로 디지털 제어·계측 분야에 토탈 솔루션 제품군을 개발 및 판매하고 있다. 여기서는 커미조아가 보유한 기술소개와 제품, 그리고 모션 컨트롤러와 DAQ의 기본 개념에서 제어 기술까지 3부에 걸쳐 소개하고자 한다.

자료제공 | 커미조아(www.comizoa.com)
 

유용한 모션 제어 기술

Motion-Builder v3는 커미조아 모션 컨트롤러의 전반적인 기능을 테스트하고 동작상황을 모니터링하는 기능을 제공하는 유틸리티 소프트웨어이다. Motion-Builder v3는 편리하고 유연한 기능과 편리한 사용자 인터페이스를 제공한다. 이 소프트웨어를 활용해서 취할 수 있는 유용한 모션 제어 기술들을 소개한다.

정밀 수동제어

Manual Pulsar 기능으로 정밀 수동제어가 가능하다. Manual Pulsar 기능은 PA/PB 단자로 이름지어진 단자에 입력되는 A/B상 펄스 또는 CW/CWW 펄스에 동기하여 모터 축을 제어하는 기능을 말한다. 이 기능은 특히 MPG(Manual Pulsar Generator)와 함께 사용하면 편리하고 정밀한 수동제어가 가능하다.

정밀 동기제어

Master/Slave 동기제어는 두 개의 모터 축이 하나의 모터처럼 완전히 동기되어서 움직이도록 제어하는 기능이다. 이 기능을 활성화하면 슬레이브 축은 마스터 축에 자동으로 동기되어 움직이므로 사용자는 마스터 축 한 축만을 제어해 마치 한 축을 사용하는 것처럼 프로그램 할 수 있다. 즉, 사용이 편리하다.

다양한 보간제어

커미조아의 모션 컨트롤러는 여러 개의 보드를 장착하였을 때 보드의 경계를 넘어선 직선 보간제어가 가능하다. 그리고 최대 64축의 직선 보간을 지원한다. 직선 보간 뿐만 아니라 원호 보간, 헬리컬 보간, 스플라인 보간 등 다양한 보간 제어 기능도 지원한다.

헬리컬 보간을 사용하여 원호 보간과 직선 이송을 동기화하여 작업하는 것도 가능하며, 스플라인 보간 이송으로 자유곡선 작업도 손쉽게 수행할 수 있다. 특히 스플라인 보간을 사용하면 2차원뿐만 아니라 3차원 스플라인 보간 이송도 가능하다.
 

리모트 모션 기능

시간 지연없는 연속작업을 구현하는 것이 리스트 모션(List Motion)이다. 리스트 모션은 연속적으로 수행할 일련의 작업을 미리 등록하고 이들을 일괄적으로 수행해주는 기능이다. 이에 이송 명령간에 시간 지연이 전혀없이 연속작업이 가능하도록 한다.
 

외부 스위치에 의한 모션 제어

STA/STP 입력 기능은 외부 센서 신호에 의한 출발/정지를 지원한다. STA/STP 입력 단자는 외부 신호에 동기한 START/STOP을 지원하는 위한 단자이다. STA/STP 모두 또는 둘 중 하나의 입력 기능을 소프트웨어적으로 활성화한 상태에서 STA/STP에 ON 신호가 입력되면 자동출발 또는 정지하도록 하는 기능이다.
 

외부 스위치에 의한 자동 운전 기능을 제공하는 +/-DR 입력 기능도 지원한다. DR 신호는 외부 스위치 입력에 의해서 (+)방향 또는 (-)방향으로의 이송을 수행하는 기능이다. DR 입력 기능을 활성화하면 +DR 입력 신호가 ON이 되면 자동으로 (+)방향으로 모터를 회전한다. 그리고 OFF되면 정지한다. 마찬가지로 -DR 신호도 ON되면 (-)방향으로 모터를 회전하고 OFF되면 정지한다.

이 동작은 1회의 동작으로 끝나는 것이 아니고 DR 입력 기능이 활성화되어 있는 동안에는 +/-DR 신호의 ON/OFF 상태에 따라서 회전/정지를 자동으로 수행해준다. DR 기능을 사용하면 사용자는 스위치 신호의 상태를 소프트웨어적으로 감시할 필요가 없다. 그리고 지연시간 없이 신호와 정확히 동기되어서 동작함으로 신뢰성 있는 모션을 구현할 수 있다.

외부 센서에 의한 자동 감속

SD(Start of Deceleration) 신호는 외부 신호에 의해 강제로 모션을 감속시키는 신호이다. 모션 구동 중에 SD 신호가 ON되면 사용자가 임의로 설정할 수 있는 초기 속도까지 감속한다. 초기 속도까지 감속된 후에 SD센서가 OFF로 상태가 변경되면 SD모드에 따라서 다시 고속으로 가속할 수도 있고, 초기속도를 계속 유지할 수 도 있다.

각 축마다 제공되는 LATCH 기능은 LTC 단자로 입력되는 신호가 OFF에서 ON으로 바뀌는 순간의 모터 위치를 래치(Latch)하여 간직하고 그 상태를 사용자에게 통보하는 기능이다. 이 기능을 사용하면 센서가 대상물을 감지한 순간의 모터 위치를 정확하게 알고자 할 때 유용하게 사용할 수 있다. 예를 들면 웨이퍼 카세트에 담겨져 있는 웨어퍼 맵(Map)을 스캔할 때 LATCH 기능을 사용하면 정확하게 웨이퍼 맵을 스캔할 수 있다.

위치 비교 출력

위치 비교 출력 기능은 모터의 위치를 사용자가 지정하는 조건에 따라 비교한 뒤 비교조건을 만족하면 펄스 출력을 하는 기능이다. 이는 특정 위치에서 외부기기에 신호를 보내기 위한 용도로 유용하게 사용될 수 있다.

비교조건은 ‘같다’, ‘크다’, ‘작다’를 모두 사용할 수 있으며, 모터 방향에 따라서 (-)방향일 때에만 적용하거나 (+)방향일 때에만 적용할 수도 있고 양방향 모두에 대해서 적용할 수도 있다. 커미조아는 연속적인 위치 비교 출력 기능도 제공하는데, 이때 등간격은 물론 비등간격 위치의 사용도 가능하다. 특히 트리거 출력 전용 모듈인 COMI-VTM 제품은 1MHz의 등간격 트리거 신호를 출력할 수 있다.
 

축간 내부 이벤트 동기제어

내부 이벤트 동기제어는 하나의 축이 이송 출발하는 조건을 다른 축의 모션 상황에 자동으로 동기되도록 하는 기능이다. 내부 이벤트 동기제어를 이용하면 X축이 이송을 먼저 시작하여 P1 위치를 지날 때 Y축이 자동으로 출발하도록 한다든지, X축이 감속을 시작할 때 자동으로 Y축이 가속을 시작하도록 할 수 있다. 내부 이벤트 동기제어는 내부 회로에서 하드웨어적으로 동작을 트리거하므로 이벤트가 발생한 시간대비 해당 축이 구동하는데 걸리는 시간지연이 전혀없다.

작업 예약 기능

커미조아의 모션 제어기는 수행할 작업을 미리 예약하는 기능을 지원한다. 이 기능을 활용하면 다단계 속도 패턴으로 이송하는 작업이 부드럽게 구현된다. 예를 들어 3회의 이송 명령을 연속적으로 하달하여 다단계 속도를 구현할 경우, 첫 번째 이송 명령을 하달하고 나서 바로 두 번째, 세 번째 명령을 예약하여 3회의 이송 명령을 연속해서 구동할 수 있다. 또한 각 스텝마다 초기속도, 작업속도, 가속도, 감속도를 조절하여 연속적인 속도패턴을 구성할 수 있다.

백래쉬 보정

구조적으로 백래쉬가 심하게 일어나는 경우에는 이에 대한 보정이 필요하다. 백래쉬는 기어 치차의 유격에 의해서 발생하는 기구적 오차로서 항상 모터의 구동 방향이 바뀔 때 발생되며, 오차의 양이 일정한 것이 특징이다. 따라서 백래쉬를 보정하기 위해서는 모터의 방향이 바뀔 때 기어의 백래쉬 양만큼 보정 펄스를 삽입하면 된다.

그러나 이 작업을 사용자가 직접 처리하기에는 여러가지 신경쓸 것이 많다. 특히 원호 보간을 할 때에는 방향이 수시로 바뀌게 되므로 이를 사용자가 직접 보정하기는 거의 불가능하다. 따라서 커미조아의 모션 제어기는 손쉽게 백래쉬 보정을 할 수 있도록 백래쉬 보정 기능을 제공한다. 백래쉬 보정 기능을 사용할 때 사용자는 기어의 백래쉬 양을 설정하고 그 기능을 활성화해주기만 하면 된다. 이 후에는 모션 제어기가 자동으로 백래쉬를 보정하게 된다.

소프트 랜딩 기법

RDP(Ramping Down Point) 오프셋(Offset) 기능을 사용하면 이송의 마지막 단계에서 일정거리를 저속으로 구동하여 안정한 착지를 하는 Soft Landing 기능을 아주 간단하게 구현할 수 있다. 사용자는 일정거리를 Offset으로 설정하기만 하면 자동으로 소프트 랜딩 동작이 구현된다.

유용한 DAQ 제어 기술

지진파 계측 솔루션

지진에 의해 발성하는 진동의 움직임인 지진파는 크게 실체파와 표면파로 나눈다. 실체파는 지각 내부를 통과해 전달되는 파로 파의 진행방향과 매질의 이동방향이 같은 P파와 파의 진행방향과 매질의 이동방향이 수직인 S파의 두 가지가 있다.

커미조아의 고속 아날로그 제품인 COMI-LX20x를 활용하여 지진파(P파, S파)를 계측하는 솔루션은 계측될 파형에 해당하는 아날로그 데이터를 취득하기 위해 커미조아의 LX203 A/D 보드를 사용해서 최대 4채널에 대해 각각 10MHz의 최대 주파수로 아날로그 입력 전압 또는 전류 값으로 변환이 가능하다.

사용 전압범위는 -10V~10V(전류 기준 0~20mA)를 사용하여 계측을 위한 시료는 특수 건조기에 넣은 상태로 건조가 진행됨에 따라 파형 데이터의 변화를 계측기 및 A/D 보드를 거쳐 취득 후 Raw Data, Median Filter 처리된 데이터 등으로 용도에 따라 변환할 수 있으며, 파동의 변화를 그래프로 확인 가능하다. 또한 무인 테스트가 가능하도록 프로그램을 제작, 지진파의 진원으로부터 계측된 지점까지의 소요시간 및 파형변화, 최대/최소값 및 오프셋 변화 등을 자동으로 로깅할 수 있도록 하였다.