시장의 요구사항에 최적화된 다양한 엔코더 제품

하이덴하인코리아 최근 전자 산업의 급속한 발전에 따라 반도체 전공정에서 더 작은 칩 및 후공정에서 복잡성 및 고집적PCB 등의 요구를 충족하기 위해서는 미세화 및 고정도가 수반되어야 한다. 이러한 발전을 위해서는 측정 및 모션 기술의 지속적인 향상이 요구되고 있다. ETEL 위치 및 모션 컨트롤러와 HEIDENHAIN 엔코더가 적용된 ETEL의 플랫폼은 이러한 애플리케이션에 탁월한 정확성과 성능을 제공한다. 또한 HEIDENHAIN, NUMERIK JENA 및 RSF의 다양한 엔코더 제품은 이러한 시장의 요구사항에 최적화된 High-end 솔루션을 제공한다. 1. 다중 자유도 측정 엔코더 HEIDENHAIN은 새로운 다중 자유도(MULTI-DOF) 엔코더의 출시로 장비 제조사들에게 여러 자유도를 동시에 측정하고, 구동 중 편차를 실시간 수정할 수 있는 더 나은 방법을 제공하고 있다. 최근 출시된 LIP 6031 Dplus, GAP 1081 및 MKV 1/9×30는 특히 반도체와 전자 산업에서 까다로운 요구 사항을 충족시키는데 더 많은 역할을 할 것으로 기대 하고 있다. 전통적인 엔코더는 단일축에서 컨트롤러에서 에러를 보상하고 편차를 측정하여 사용해왔지만, 시스템상 편차를 발생시키는 LM 가이드웨이 오류 또는 열팽창 등의 영향은 무시할 수 없다. 위의 세 가지의 신제품을 활용하여 하나 이상의 자유도를 측정함으로써, 구동 시 필요한 보상이 가능하고 기계의 정밀도를 향상 시킬 수 있다. 또한 사용자는 시스템에서 높은 재현성과 일관된 품질을 기대할 수 있다. HEIDENHAIN의 세 가지 새로운 다중 자유도(MULTI-DOF) 엔코더 관련 제품은 아래와 같은 특성을 가지고 있다: • LIP 6031 Dplus — LIP 6031 Dplus는 표준 HEIDENHAIN LIP 6000 엔코더를 기반으로 개발 되었으며, 두 개의 LIP 6000가 탑재된 하나의 엔코더이며, ±45° 각도의 측정 눈금의 두 개의 눈금 트랙을 판독함으로써 ±2mm 측정 길이에서 주 방향과 직각 방향으로 모두 측정이 가능한 제품이다.(사진1) • GAP 1081 — GAP 1081은 HEIDENHAIN의 첫 번째 GAP 측정용 엔코더이다. 간격 측정에 간섭계를 사용하지 않고 HEIDENHAIN 자체 엔코더 기술을 활용해 거울 재질의 스케일과 스캐닝 헤드의 간격 측정이 가능하게 한다. (사진2) • MKV 1/9x30 — HEIDENHAIN의 MKV 전자 장치는 최대 4개의 1 VPP 스캐닝 헤드의 위치 값을 읽음으로써 EnDat 3 인터페이스로 변환 가능한 장치입니다. 이 제품은 각 헤드의 위치값을 계산하여 하나의 케이블로 고객의 컨트롤러로 전송할 수 있어 다중 자유도(MULTI-DOF) 엔코더에 유용하다. 이로써 컨트롤러에서의 부가적인 계산의 절차가 필요 하지 않다. (사진3) 2. EnDat 3: 공장자동화의 미래 HEIDENHAIN은 새로운 EnDat 3 인터페이스를 도입하여 미래의 산업 제조 분야에서 고객을 충족시키는 데 이상적인 새로운 프로토콜을 구축하였다. 이는 측정 피드백을 위한 엔코더가 포함된 위치 제어 루프뿐만 아니라 기계 디지털 드라이브 시스템의 혁신적 요구를 만족시킨다. 새로운 시리얼 인터페이스를 통한 전송은 신뢰성이 매우 높고 빠른 것으로 입증되었으며, 모터 별 매개 변수 및 센서 정보와 같은 추가 데이터를 포함할 수도 있다. 광범위한 진단과 문제 해결 루틴이 포함된 엔코더를 사용해 매우 높은 시스템 안정성을 보장한다. 기존 기능 및 이점은 EnDat인터페이스를 공작기계, 전자기기 및 자동화 산업에서 표준 및 세계적으로 인정받는 인터페이스가 되었다. 다양한 측정 원리 및 광범위한 제품으로 기계 및 장비 제조업체의 특정 애플리케이션/요건에 적합한 EnDat 엔코더를 제공할 수 있다. EnDat 3의 새로운 기능은 다음과 같다. • 모터의 단일 케이블 구현 가능 • 직렬 버스인터페이스 구현 • 다양한 센서 데이터 시리얼 통신 지원가능 • 보다 간단한 기능 안전 구현 • 높은 데이터 대역폭 지원 • 통신 명령 목록화 관리 가능 • 엔코더 정보 자동 설정 3. ETEL VULCANO2: 반도체 제조공정 모션 시스템 반도체 제조 공정에서 무거운 가반하중을 위한 높은 처리량을 제공하는 ETEL사의 최신 VULCANO2 모션 시스템이 출시되었다. 사진 4와 같이 겐트리 타입의 구조로 되어 있고, ETEL사가 직접 제조한 최고의 성능을 가지고 있는 편측식 리니어 모터와 HEIDENHAIN의 광학 엔코더가 결합된 소형 VULCANO2는 나노미터 수준의 위치 안정성에서 타의 추종을 불허하는 성능을 제공한다. VULCANO2는 최대 80kg의 무거운 가반하중을 이동시켜야 하는 전,후 공정 반도체 애플리케이션을 위해 설계된 모션 시스템이다. 동급 최고의 성능에 소형화 시스템으로 설치 공간을 최소화하고 유지 보수를 포함하는 소유비용에 있어 가치가 매우 높다. VULCANO2의 주요 사양은 25m/s² 가속에서 ±250nm의 양방향 반복성, 1.2m/s의 최대 속도, 80mm의 이동에서 최대 170ms (±100nm window) 시간 내에 안착할 수 있다. VULCANO2의 하단 축 겐트리 구조 디자인은 우수한 반복성을 보장하는 동시에 리니어 모터로 더 높은 운동 성능을 제공한다. 높은 운동 성능이 필요한 공정에서 작동 시 효율을 최고로 하면서 공정이 일어나는 위치 (Tool point) 에서 모션 평탄도를 개선하기 위해 화강암 베이스가 선택되었다. 또한 이 솔루션은 화강암을 통과하며 움직이는 케이블 배선 설치로 동적 성능과 시스템 크기 간의 비율을 최소화하는 공간적으로 매우 효율적인 솔루션이 된다. 시스템의 작은 사이즈 덕분에 이전에 낮은 운동 성능 스테이지를 활용했던 장비 보다 쉽게 최적의 솔루션을 제공한다. VULCANO2 가 적용 가능한 예로는 Overlay metrology, Critical dimension/thin film metrology 와 같은 웨이퍼 공정과 플립 칩 공정에 적용할 수 있다. ETEL S.A.는 스위스에 본사를 두고 있으며, 하이덴하인코리아를 통해 국내에 독점 유통을 하고 있다. ETEL은 Direct drive, 모션 컨트롤 부품 및 통합 시스템을 공급하는 국제 공급업체로서 리니어 모터, 토크 모터, 포지셔닝 단계 및 모션 컨트롤러/시스템과 같은 첨단 제품을 지원한다. 자료 제공: ETEL ( www.etel.ch)

2022-11-13

플렉소 그래픽 인쇄 성능을 향상시킨 다이렉트 드라이브 모터기술

Kollmorgen 기계식 변속기를 다이렉트 드라이브 모터로 교체하면 속도, 출력 및 품질 면에서 성능이 향상된다. 기술은 플렉소 그래픽 또는 플렉소 인쇄(flexo-graphic or flexo-printing), 특히 고품질 잉크와 인쇄판 및 인쇄 기계가 크게 발전했다. 그러나 여전히 문제가 남아 있다. 생산 중 릴(reels)의 직경이 변경됨에 따라 다양한 장력을 관리하면서 일정한 반복 길이를 얻을 필요가 있다는 것이다. 인쇄 프로세스 전반에 걸쳐 멀티 컬러 기계의 모든 서보 모터는 조화롭게 작동하여 고속 실행 중에 정확한 작동을 보장하여 올바르게 인쇄되고 정확하게 감기는 고품질 제품을 생산해야 한다. 모터 및 모션 솔루션 제조의 글로벌 리더인 Kollmorgen이 수행한 최근 작업은 폐쇄 루프 제어 기술을 사용하여 기계적 전송 없이 플렉소 인쇄 프로세스 내에서 구성 요소를 동기화하는 것이 가능하다는 것을 보여주었다. 이 동기화는 안정적인 반복 길이를 보장하면서 프로세스 전반에 걸쳐 웹 장력을 관리하는 데 중요하다. 플렉소그래픽 인쇄 플렉소 인쇄는 건성 잉크(quick-drying inks)가 유연한 인쇄판에서 인쇄물로 옮겨지는 2단계 회전 인쇄 프로세스이다. 인쇄 준비가 이루어지는 프리프레스(prepress)와 인쇄 기계에 플레이트 슬리브를 장착하고 잉크를 잉크 시스템으로 펌핑하는 인쇄 단계가 있다. 플렉소 인쇄는 디자인을 빠르게 변경할 수 있는 능력, 생산 프로세스의 속도 및 더 높은 처리량을 포함하여 몇 가지 장점이 있다. 그러나 전체 프로세스에 걸쳐 장력, 모션 제어 및 동기화가 필요하며 실행의 부정확성 또는 불일치는 수정하는 데 시간 및 비용이 많이 들 수 있다. 폐쇄 루프 기술로서 색상 동기화 일정한 잉크의 적용은 플렉소 인쇄에 매우 중요하며 각 인쇄 데크 모듈(print deck module)에 사용하는 아닐록스 롤러(anilox roller)와 플레이트 실린더의 정확한 동기화는 인쇄 품질에 직접적인 영향을 미친다. 플레이트 실린더가 아닐록스 롤러보다 빠르게 움직이면 잉크가 덜 전달되어 결과적으로 밝은 부분이 생긴다. 느리게 움직이면 반대 현상이 발생한다. 이 동기화는 전통적으로 아닐록스 롤러와 플레이트를 함께 기어를 맞추고 단일 AC 유도 모터로 구동하거나 개별 서보 모터를 사용하여 기어박스를 통해 각 축을 구동함으로써 이루어진다. 그러나 프레스 속도와 인쇄 품질 요구 사항이 증가함에 따라 기어 구동의 시스템에서 백래시가 발생하여 기어 톱니가 앞뒤로 바운스할 때 롤러와 실린더가 가속 또는 감속된다. 이것은 제한 요소가 되어 부정확성을 유발하고 프레스가 얼마나 빨리 푸시될 수 있는지를 제한한다. Kollmorgen은 독립적인 직접 구동(DDR, direct-drive rotary) 서보 모터를 사용하여 각각을 개별적으로 구동하여 아닐록스와 플레이트 실린더를 동기화하는 폐쇄 루프 시스템을 개발했다. 이것은 기계적 변속기를 제거하고 모두 전기 시스템으로 교체함으로써 더 높은 수준의 정확도를 제공한다. 아닐록스와 판 실린더는 속도와 위상이 동기화되어 정확한 잉크 전달을 위해 아닐록스 롤러 표면 주변의 모든 지점이 판 실린더와 동기화되도록 한다. 폐쇄 루프 제어 기술을 사용하면 기어 백래시가 없는 상태에서 아닐록스와 플레이트 실린더 사이의 속도 제어 및 위상을 밀접하게 제어할 수 있다. 고해상도 및 고정밀 인코더는 서보 모터에 훨씬 더 정확한 위치 및 속도 정보를 제공하고 모션 프로파일은 각 서보 모터의 작동을 정의한다. 최신 세대의 서보 컨트롤러는 64비트 포지셔닝 분해능과 125msec 위치 루프, 62.5msec 속도 루프 및 0.67msec 전류 제어 루프로 최대 27비트의 분해능 피드백을 제공한다. 제어된 정류가 있는 폐루프 서보 모터는 비동기화 문제와 토크 손실이 발생하지 않는다. 서보 시스템은 또한 특별한 정류 시퀀스나 반공진(anti-resonance) 제어 없이 선형적이고 예측 가능한 속도 토크 곡선을 유지한다. DDR로 전환하면 정확도 향상 DDR 시스템은 불 기어 또는 기어박스를 부하에 직접 부착하는 다이렉트 드라이브로 대체한다. 따라서 더 적은 수의 기어로 설정 시간이 단축되어 수리 또는 교체에 필요한 유지 보수 및 가동 중지 시간이 줄어든다. 또한 기어 백래시 및 마모로 인한 부정확성을 제거한다. 기존 기계식 전송 시스템에서 DDR 시스템으로 이동하면 다음과 같은 몇 가지 성능 및 유지 관리 이점이 있다. • DDR 시스템은 기존 기어드 시스템보다 최대 20배 높은 약 +/-25arc 초의 정확도를 제공한다. • 기어드 시스템으로 구동되는 아닐록스 및 인쇄 실린더는 인쇄 슬리브 또는 플레이트의 유지보수 및 교환을 위해 두 축을 분리하기가 더 어렵다. • 다이렉트 드라이브 닐록스, 플레이트 및 CI 드럼은 서로 독립적으로 움직일 수 있어 움직임을 보다 쉽게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 플레이트 블랭킷의 유지 보수, 청소 및 교체가 더 쉽다. • DDR은 기계적 변속기 시스템의 정렬, 윤활 및 부품 교체의 필요성을 제거한다. 올바른 모터 크기 및 프레임 선택 DDR 모터 크기는 원하는 가속 시간 사양을 달성하는 데 필요한 최대 토크를 기반으로 할 수 있다. 다이렉트 드라이브의 경우 250:1의 관성 불일치가 일반적이며 800:1의 불일치가 구현되었다. 많은 플렉소 프레스에서 모터의 크기는 관성 매칭 요구 사항에 의해 결정된다. 그리고 다이렉트 드라이브 모터는 기계에 직접 연결되어 있기 때문에 기존의 기어가 있는 서보 모터와 같이 관성 매칭이 필요하지 않다. 플렉소 애플리케이션에 적합한 DDR 모터를 선택할 때 시스템의 요구 사항을 살펴보고 모터의 설계된 성능과 일치시키는 것이 중요하다. Kollmorgen은 애플리케이션에서 3개의 모터를 테스트했으며 다양한 성능 변화를 확인했다. • AKM 모터는 부드러운 성능을 보장하기 위해 예외적으로 낮은 코깅과 낮은 고조파 왜곡을 제공한다. • 카트리지 다이렉트 드라이브 로터리(CDDR) 모터는 부하에 직접 연결되어 비슷한 크기의 서보 모터보다 최대 50% 더 많은 토크 밀도를 제공한다. • AKM2G는 고급 안전 옵션을 포함하여 성능 및 애플리케이션 요구 사항에 맞는 여러 피드백 옵션과 함께 더 작은 설치 공간에서 동급 서보 모터보다 더 많은 토크를 제공한다. 모터 유형 외에도 구현된 다양한 하우징이 있다. 기계 설정에 따라 모터를 특정 하우징과 함께 장착해야 할 수도 있다. • 프레임리스는 내장되어 있기 때문에 완전히 통합하고 서비스하는 데 비용이 많이 든다. 초기 비용이 높지만 성능과 품질이 더 우수하고 더 작은 공간에 적합하다. • 전체 프레임은 고정자, 회전자, 베어링 및 피드백 장치를 포함한 모터의 모든 구성 요소를 하우징 내에 통합한다. 그래서 개발 비용을 절감한다. 모터와 기계의 베어링이 정확하게 정렬되어 있는지 확인해야 하며 이는 시간이 많이 소요되는 작업이다. 부적절한 정렬은 조기 베어링 고장을 유발할 수 있다. • 카트리지 DDR(CDDR) 서보 모터는 베어링 없이 완전히 수용되며 호스트 기계를 사용하여 모터의 회전자를 지원한다. 롤러에 견고한 정밀 베어링이 있는 프린터와 같이 베어링이 있는 애플리케이션에서 사용 및 설정이 쉽다. 초기 비용이 높지만 결국 모션 축당 최대 ,000까지 운영 비용을 절감할 수 있다. 균일한 속도를 위한 토크 관리 시스템에는 기술적인 문제가 있다. 아닐록스 롤러와 플렉소 프레이트 롤러의 일정한 회전이다. 위아래로 움직이는 가속 및 감속은 잉크를 제어할 수 없다. 스테이션 간에 속도를 일정하게 유지하는 것이 중요한다. 플렉소의 한 면에는 잉크가 있지만 다른 면에는 잉크가 없는 경우 롤러의 토크와 속도를 변경할 수 있으며, 이는 속도 제어로 조정해야 한다. 기존 시스템은 잉크의 변화가 대형 모터의 속도에 큰 영향을 미치지 않는 높은 관성을 가진 더 큰 모터를 사용한다. 모터의 속도를 감소시키는 기어헤드가 있는 표준 회전 모터를 사용하는 경우, 회전 모터는 시스템이 균일한 속도로 작동하도록 유지하기 위해 최소 40Nm의 rms 토크가 필요하다. 그러나 그것이 플렉소에 도달할 때까지는 약 5Nm에 불과하다. 그 에너지의 많은 부분이 기계적 전송 과정에서 손실된다. 모터와 기어헤드를 제거하고 직접 구동을 함으로써 Kollmorgen은 40Nm 대신 5Nm을 공급할 수 있었다. 그 결과 기계에 사용되는 부품이 줄어들었다. 자료 제공: Kollmorgen(www.kollmorgen.com)

2022-11-13

배터리 셀 생산에서 전기 모터 설치까지

한국훼스토 자동화 솔루션으로 e-모빌리티 공정의 신뢰성 강화 전 세계적으로 전기 파워트레인을 장착한 차량의 수가 매해 40% 이상씩 증가하고 있다. 이와 함께 전기 파워트레인의 제조 공정도 변하고 있다. 내연 기관 자동차의 일반적인 제조 공정은 주로 반자동 생산 방식에 기반했지만, 배터리 셀과 전기 모터는 완전 자동 방식으로 생산되고 있다. 자동화 기술을 선도하는 제조기업인 Festo는 배터리 셀 생산부터 전기 모터 조립에 이르는 전체 가치사슬에서 완전 자동 방식의 공정에 맞는 솔루션을 갖추고 있다. 전기차 제조에서 배터리 셀 하나가 부가가치의 약 40%를 차지한다. 유럽은 전 세계에서 리튬이온 배터리 제조 능력이 가장 빠르게 성장하고 있다. 유럽 집중도 증가 최신 예측에서는 전 세계 제조 비율이 2030년까지 현재의 6%에서 최대 25%까지 증가할 것으로 예상한다. 배터리 셀 생산은 고도로 자동화되어 있다. 첨단 기술 제품인 배터리 셀은 낮은 인건비보다는 엔지니어링의 측면에서 우수한 인프라에 더 의존하기 때문이다. 따라서 주요 자동차 공장을 비롯해 기계 및 시스템 제조업체가 있는 유럽의 선진국들도 개별 배터리 셀 생산에서 배터리 모듈 조립까지 이 부문에 훨씬 더 큰 관심을 갖게 될 것이다. 배터리 제조의 핵심 요인 배터리 제조 공정은 매우 민감하기 때문에 자동화 컴포넌트에서 세 가지 요인, 즉 드라이룸 환경, 클린룸 요구사항, 비철 금속 같은 간섭 입자를 고려해야 한다. Festo의 카탈로그 제품은 드라이룸에서 제한 없이 사용할 수 있다. 그 이유는 마모되기 쉬운 컴포넌트에는 수분이 들어가지 않은 윤활제와 GRP/CFRP 강화 폴리머만 사용하기 때문이다. Festo에서 사용하는 그리스 약 60종에는 윤활제 성분에 물이 들어가지 않기 때문에 그리스가 건조되지 않는다. 80개가 넘는 Festo 제품 시리즈에 속하는 실린더, 밸브, 그리퍼, 드라이브, 모든 핸들링, 진공 및 압축 공기 시스템, 센서, 필터, 레귤레이터, 피팅은 ISO 7등급 클린룸 환경에서 사용할 수 있다. 대부분은 6등급과 5등급, 심지어 4등급에도 적합하다. 어플리케이션에 따라 다르지만, 배터리 셀 생산에 사용되는 제품에서 구리, 아연, 니켈 같은 간섭 입자가 방출되면 안 된다. 방출될 경우 배터리 품질이 저하되거나 사용하지 못하게 된다. Festo가 자사 제품을 개발할 때 구리, 아연, 니켈 사용을 제한하는 기준을 정한 이유가 여기에 있다. 따라서 주요 컴포넌트에는 구리, 아연, 니켈이 함유된 금속 재료를 사용하지 않는다. 배터리 셀의 디개싱 및 실링 Festo의 핸들링 시스템에는 구리, 아연, 니켈이 함유되지 않은 자동화 제품이 장착되어 있다. 따라서 디개싱과 실링 용도로 적합하다. 이러한 배터리 셀 생산의 핵심 공정은 배터리 셀에 전압을 처음 충전한 직후에 진행되며, 랜스를 사용해 배터리 셀에 구멍을 내어 접촉 과정에서 생긴 성형 가스(forming gas)를 빼내는 작업이 포함된다. 배터리 셀을 핸들링하고 구멍을 낼 때 Festo의 공압 및 전동 액추에이터가 사용된다. 이러한 공정에서 Festo 핸들링 솔루션을 사용하면 빠른 속도, 대량 처리, 신뢰성, 반복 정확성과 같은 이점을 누릴 수 있다. 예를 들어, Festo의 스핀들 축 ELGT에 기반하는 캔틸레버 핸들링 시스템은 공정 챔버의 역동적이면서 안정적인 로딩과 언로딩을 보장한다. 통합 이중 가이드가 장착된 Festo의 콤팩트한 저비용 스핀들 축 ELGT는 2D 및 3D 캔틸레버 시스템에 사용하기에 적합하다. 전기 파워트레인까지 전기 파워트레인용 컴포넌트를 효율적으로 생산할 때 e-모빌리티의 경제적 성공이 보장된다. 여기서 전기 모터와 배터리 팩이 중요한 역할을 한다. 배터리 모듈과 팩 어셈블리를 조립할 때 가변적인 생산량과 컴포넌트의 기하학적 구조 같은 요인을 고려하는 것은 물론, 작업 안전과 연속적인 모니터링을 통해 위험을 최소화하는 것이 매우 중요하다. 적합한 교차 기술 핸들링 솔루션을 사용할 때 효율을 높일 수 있다. 이미 프로젝트 초기 단계에서 효과를 내고 있는 표준화 전략과 함께 2개 이상의 배치 크기로 규모의 경제를 활용할 수 있다. 재현과 전송이 가능한 공정 파라미터로 커미셔닝을 최적화한다. 컴포넌트 종류를 줄여 예비 부품을 효율적으로 공급할 수 있으며, 공정과 관련한 핵심 컴포넌트에 문제가 발생하여 나타나는 가동 정지도 줄일 수 있다. Festo의 드라이브 및 센서 기술로 개별 공정 단계에 필요한 수준의 자동화를 보장한다. 전기 컴포넌트와 공압 컴포넌트가 결합된 핸들링 솔루션은 두 기술의 이점을 모두 제공하며, 배터리 셀을 견고하고 확실하며 정확하게 그리핑하여 이송할 수 있다. 배터리 모듈용 핸들링 시스템에서 포지션 트랜스미터 SDAT, 변위 인코더 FENG, 안전 브레이크 DACS가 내장된 공압 실린더 DSBC에 전동 캔틸레버 축 ELCC 및 서보 모터 EMMT가 결합되어 다양한 장점을 발휘한다. 즉, 인라인 공정 제어가 가능하며, 오류를 조기에 감지하고 추적하며, 지정된 프로세스에 맞게 모터와 축을 최적으로 조정하고, 에너지 요구량이 적다는 장점이 있다. 안전 개념 내장 적절한 자동화 기술은 배터리 모듈 조립 시 기능적 안정성과 시스템 가용성 향상에 크게 기여한다. 실제로 공압 쿼터턴 액추에이터가 셀을 능동적으로 고정시킨다. IO-Link 인터페이스를 통해 간단하게 센서를 파라미터화하고 구성할 수 있다. 동작과 동시에 광-전기 센서 기술이 셀의 기계적 정렬 상태를 감지한다. 전기로 극성을 측정하는데, 전압이 맞지 않을 경우 셀이 분리된다. 이후 점검을 마친 셀이 모듈 하우징의 정확한 위치에 삽입된다. 모든 안전 관련 기능 그룹과 컴포넌트는 중복 구조를 갖는다. 이 과정에서 인텔리전트 컴포넌트를 사용해 데이터를 생성·수집·처리하기 때문에 투명한 생산 개념이 실현된다. 통계적 공정 데이터 모니터링 시스템이 데이터를 평가하여 그리퍼 교체가 필요한 시점을 표시한다. 따라서 상태 모니터링을 통해 가동 정지가 방지되고 유지보수 절차가 최적화된다. 분산 인텔리전스 설비와 기기 가용성(OEE)을 최대화하는 데는 독립된 솔루션을 사용하는 분산 제어 개념이 적합하다. 이 경우 순차적·영구적 설치 라인 개념 대신에 독립된 스테이션이 필요하다. Motion Control(CODESYS V3)이 포함된 제어 및 자동화 시스템 CPX-E-CEC는 메인 컨트롤러의 작업 일부를 수행하여 새로운 가능성을 열어준다. 이에 따라 데이터 분석 등에 사용할 수 있는 자원이 확보된다. 이 구조에서는 전체 데이터 수집 및 컴포넌트 추적을 위한 생산 네트워크가 조성된다. 디지털 트윈이 시뮬레이션을 위한 토대가 된다. 단일 소스를 통한 자동화와 교육 전 세계 배터리 및 전기차 제조에서 핵심은 정확한 교육을 받은 직원을 보유하는 것이다. 많은 수의 직원에게 정확한 교육과 지식을 제공해 새로운 기술을 신속하게 습득할 수 있도록 Festo Didactic은 Festo의 자율 학습용 플랫폼 LX에 대한 이용부터 실무 교육을 통해 작업 현장으로 지식을 전수하는 실습 교육용 공장까지 산업별 학습 개념을 제공한다. 자료 제공: 한국훼스토(press.festo.com)

2022-11-13

반도체 장비 시장 겨냥한 고정밀 모션 시스템

라이모션시스템스 에어베어링이란? 베어링은 마찰을 줄여 부드러운 동작을 실현 가능케 하며 선형, 원형 동작 시 불필요한 동작, 즉 모션 에러율 또한 줄일 수 있으므로 정밀 모션 시스템에서 가장 중요한 부품 중에 하나이다. 에어베어링은 일반적인 베어링 대신 압축 공기를 주입해 하중을 버팀과 동시에 박막을 형성하여 마찰을 최소화할 수 있으므로 부드러운 동작을 실현하는 혁신적인 베어링 기술이다. 에어베어링이라고 하지만 사용하는 가스는 공기에만 국한되지 않고 순수 질소도 자주 사용한다. 이런 박막을 통해 플랫폼의 두 표면이 분리되어 접촉이 되지 않으므로 일반적인 베어링과 달리 마찰이 없고 마모, 파티클 생성도 일어나지 않는다. 마찰이 없기 때문에 에어 베어링은 고속 응용 분야에서 탁월하지만 특히 보다 정확하고 정밀한 위치 제어와 부드러운 움직임이 필요한 반도체, 디스플레이 산업 등 고정밀 산업 분야에서 필수적으로 사용되고 있다. 에어베어링 시스템의 요구사항 CDA (Clean Dry Air)는 에어베어링 시스템에서 최적화를 위해 필수적으로 요구되는 조건이다. 정밀 애플리케이션을 위한 에어베어링 시스템의 일반적인 에어 갭은 수 µm에서 최대 약 10 µm에 불과하다. 에어베어링 시스템에 주입되는 공기는 큰 입자와 기름 등의 오염물질을 제한하는 여과작업이 필요하다. 따라서 필터를 이용해 큰 입자를 제거하고 기름과 물도 제거하게 된다. 또한 활성탄 필터를 적용해 유증기와 탄화수소를 제거하여 오염 수준을 훨씬 더 낮추는 것이 중요하다. 마지막으로 멤브레인, 흡착식 또는 냉동방식의 건조기를 통해 공급된 공기가 응축되어 액화되지 않도록 유지하는 것이 중요하다. LAB Motion Systems는 고정밀 에어베어링 시스템에서 요구되는 주입공기 품질에 대해 ISO 8573-1:2010 Class 1.3.1 표준을 권장한다. 이 표준에 포함된 요구 사항은 다음과 같다. CDA 외에도 일정한 압력을 유지할 수 있도록 에어 베어링 시스템에 맞춤 설계된 공급 압력 조절장치가 필요하다. 압력이 낮아질 경우 에어 베어링의 하중 용량이 감소하여 베어링 성능이 저하되고 궁극적으로 베어링 고착이 발생할 수 있다. 따라서 정확한 공기 압력을 모니터링해 모션 제어 장치가 일정 압력 이상에서만 모션을 수행하도록 하거나 특정 상황에서 시스템 보호를 위한 긴급정지 등의 기능도 필요하다. 에어베어링은 깨끗하고 건조한 환경이 필요하다. 에어베어링 시스템은 베어링 틈에서 공기가 배출되므로 자체적으로 먼지를 제거하는 기능을 가지고 있다. 따라서 먼지가 많은 환경에 대한 우수한 내성을 가지고 있다. 그렇지만 먼지가 날리거나 닦아낼 수 없는 밀폐된 공간일 경우 먼지가 쌓이지 않도록 주의해야 한다. 습기가 있거나 끈적끈적한 즉 제거가 어려운 먼지는 더욱 문제가 된다. 또한 에어 베어링 가이드에 오일 또는 물에 의한 오염은 절대적으로 피해야 한다. 이러한 오염이 발생할 경우 공급 압력이 달라질 수 있고 특히 습기가 베어링 갭으로 스며들 경우 에어 박막이 얇아져 마찰이 생기거나 최악의 경우 동작불능 상태(베어링 고착)가 될 수 있다. 에어베어링은 부하 및 사용 온도조건을 잘 체크해야 한다. 일반적으로 에어베어링은 기계 베어링에 비해 외력에 의한 부하용량이 더 제한된다. 따라서 이러한 문제를 해결되기 위해 코팅을 하거나 흑연표면을 적용하기도 한다. 그렇지만 외부에서 발생하는 특정 방향에서의 충격 등으로 인해서도 문제가 발생(CNC공작기계의 스핀들 충격 등)할 수 있으므로 왜곡을 최대한 억제할 수 있도록 정확한 마운팅 및 셋업 기술이 요구된다. 이러한 기술은 시스템의 정밀도와 부하 능력을 위해 필수적이며 특히 셋업 전 결합을 위한 부품 표면의 평탄도와 청결 조건 또한 중요하다. 에어베어링 시스템은 온도가 상승할 경우 부품의 열팽창에 의해 부품간 결합의 오차로 이어질 수 있으므로 최종적으로는 성능(정밀성)이 낮아질 수 있다. 따라서 고속 동작 시 열이 발생할 수 있는 리니어 모터 및 가이드에 쿨링 시스템을 적용하거나 레이저 용접과 같은 특수공정 시에는 열 관리가 필수적이다. 에어베어링 시스템은 최대한 평평한 베이스에 설치하는 것이 무척 중요하다. 평평하지 않은 면에 설치할 경우 수 µm에 불과한 에어 갭이 달라질 수 있으므로 이러한 오차에 의해 기계적인 손상까지 유발될 수 있다. 따라서 에어베어링 시스템은 화강암 베이스 위에 장착하는 것이 가장 이상적이다. 에어베어링 장점 마찰 및 마모가 없는 에어베어링은 고정 플랫폼과 모션플랫폼이 에어 갭에 의해 분리되는 구조이므로 마찰이 없다. 따라서 고 정밀 위치제어에서 요구되는 매우 우수한 반복성 및 무한한 분해능 구현이 가능하며 소음 및 진동도 무척 적다. 청결도는 클린룸 내 공정이 요구되는 반도체산업에서 필수적인 요구사항이다. 에어베어링 시스템은 마모가 없어 모션에 의해 발생될 수 있는 파티클이 없고 수명이 무한하다. 다만 클린룸의 오염을 방지하기 위해 시스템에 사용되는 베어링, 가이드 등 모든 부품들도 청결도 사양을 만족해야 한다. LAB Motion Systems는 이러한 청결도 사양을 위해 모든 부품을 ASML Grade 2 Cleanliness를 만족하도록 처리한다. 또한 시스템 제작 시 오염 차단을 위해 부품 어셈블리 및 사양검증을 위한 측정은 온도조절이 가능한 ISO 5 Cleanroom(40m2)에서 수행된다. 다이나믹 특성이 우수한 에어베어링은 우수한 강성과 감쇠(Damping) 특성을 가진다. 그 이유는 부하에 의해 가해지는 압력이 모션 플랫폼에 동일하게 적용되기 때문이다. 따라서 순간적인 동작이 요구되거나 일정한 속도로 모션제어가 필요한 경우에 유리하다. 또한 공정시간 감소를 위해 필요한 고속 모션제어에 특화된 시스템이다. 리니어 스테이지 및 에어베어링 스테이지 에어베어링 시스템의 요구 조건을 만족한다고 하더라도 고정밀 시스템을 위해서는 정확한 설계, 고성능 엔코더, 드라이버 & 컨트롤러 그리고 통합 제어 알고리즘 등 다양한 기술이 접목되어야 한다. LAB Motion Systems는 고성능 모션 시스템의 개발 및 생산 분야에서의 경험을 바탕으로 정밀 엔지니어링에 대한 광범위한 지식을 제공하며 시스템 설계, 최첨단 베어링 기술, 고성능 다이렉트 드라이브 & 서보 드라이버 지식, 최첨단 고정밀 위치 피드백 및 통합 모션 제어 기술을 바탕으로 보다 완벽한 모션 제어 솔루션을 제공한다. 스탠다드 제품 중 리니어 스테이지는 화강암 베이스로 제작되며 Ironless 리니어 모터와 고 정밀 광학 엔코더를 적용해 우수한 위치 정밀도를 보장한다. 로테이션 스테이지는 볼베어링 & 에어베어링 타입으로 구분되며 자체 개발한 에어베어링 기술이 적용된 에어베어링 스테이지는 20nm 미만의 모션에러를 보장한다. LAB Motion Systems는 커스터마이징에 특화된 기술을 보유하고 있다. 따라서 고객이 원하는 사양 및 설치 조건에 만족하는 시스템 제작 및 공급이 가능하다. 또한 프로토타입으로 제작된 커스터마이징 제품은 이후에 생산될 모든 제품도 모두 동일한 성능을 낼 수 있도록 제작 및 공급되며 월별로 납품 가능 수량을 예측하여 보다 안정적이고 정확한 공급 스케쥴 제공도 가능하다. 라이모션은 에어베어링 뿐만 아니라 피에조, 피에조 모터 등 다양한 모션 제어 솔루션을 국내 시장에 선보이고 있으며 고진공, 극저온 등의 특수 환경에 대응되는 모션 솔루션 제공도 가능하다. 자료 제공: 라이모션시스템스(www.limotionsystems.com)

2022-11-13

위치 측정 시스템 선택시 7가지 고려사항

Schneeberger 공작 기계 자동화에서 계측, 태양열, 반도체에 이르는 산업의 OEM은 기계에 선형 거리 측정 기능을 포함하고 있다. 시스템이 일반 환경에서 스트로크 길이가 25mm에서 수 미터 또는 그 이상이라고 가정해보자. 여러 경쟁 기술과 특성이 서로 다를 때, 설계자나 엔지니어 또는 구매자는 이 장치에 적합한 시스템을 과연 어떻게 선택할 수 있을까? 본문은 시스템을 평가하는 데 도움이 되는 7가지 기준을 소개한다. 1. 통합 설계 한 업체에서 선형 스케일을 그리고 다른 업체에서 가이드웨이를 구입한다면, DIY 조립을 위해 시간, 비용 및 노력을 소비해야 하는 구성 요소별 접근 방식 대신에 설계에 통합된 거리 측정 시스템을 고려해야 한다. 고급 모델은 고정밀 자기 저항 선형 인코더와 가이드웨이 레일을 단일 패키지로 결합할 수 있다. 이는 조달 및 조립을 용이하게 하는 것 외에도 여러 기계 축의 복잡성을 크게 줄이고, 공정 위치에서 근접하여 측정하고, 열 변화를 줄인다. 뿐만 아니라 공간을 절약함으로써 가혹한 기계 환경을 견딜 수 있다. 2. 직접 측정 많은 사용자가 직접 측정 시스템을 선호한다. 즉 직접 방법은 센서, 광학 판독 헤드 및 LED 광원이 기계의 움직이는 부분에 직접 장착된다(기계의 움직이지 않는 질량에 위치하는 유리 스케일 또는 회전식 인코더 즉, 간접 측정 방식과는 반대로). 이 방법을 사용하면 어셈블리의 움직임이 발생하는 위치를 정확하게 측정할 수 있다. 따라서 볼스크류, 모터 또는 커플링에서 와인드업이 손실되지 않는다. 또한 컨트롤러와 작동할 수 있는 시스템을 선택해야 한다. 3. 앱솔루트 포지셔닝 앱솔루트 포지셔닝 기능을 제공하는 거리 측정 시스템은 많은 사용자들이 선호하는 방식이다. 기존의 증분식 시스템은 위치 값을 읽기 위해 사용자가 장치를 이동해야 하는 반면 앱솔루트 시스템은 위치 지정 데이터를 즉시 사용할 수 있다. 그리고 기계의 전원이 꺼지더라도 전원이 복구될 때까지 마지막 위치가 안전하게 유지된다. 4. 확실한 보호 기계의 작동 환경을 고려해야한다. 예를 들어 유리 스케일 인코더 측정 시스템은 오염물을 없애기 위해 복잡하고 값비싼 압축 공기 공급이 필요하다. 대안은 통합 자기 저항 모델이다. 이는 더러운 환경은 물론 진동과 충격에도 견딜 수 있다. 어떤 경우든 밀봉 상태를 주의해야 한다. 녹, 부식, 오일, 그리스, 냉각 매체, 고체 입자 잔류물 및 기타 오염 가능성이 있는 물질로부터 측정 시스템을 보호해야 한다. 5. 유지 보수의 용이성 우수한 공급업체는 신뢰성이 높은 시스템 설계를 제공한다. 이러한 설계는 가능한 긴 서비스 수명 동안 지속적인 측정 정확도를 제공한다. 간단한 설치, 최소한의 조정 또는 정렬, 손쉬운 교체가 가능하다. 가능한 한 마모가 적은 구성 요소를 사용하여 쉽게 장착되고 교체 가능한 예비 부품을 보장받아야 한다. 6. 비용 절감 유리 스케일 인코더를 기반으로 한 시스템은 많이 설치되어 운영되고 있는 정립된 기술이다. 그러나 구입 비용이 상대적으로 비싸고 조립하는 데 여러 구성 요소가 필요하다. 또한 압축 공기를 제공하는 비용과 지속적인 유지·보수를 요구한다. 특히 기계 환경이 허용할 수 없는 진동이나 오염 물질에 노출되는 곳에서는 서비스 수명이 다소 짧아질 수 있다. 그러나, 위에서 설명한 것과 같은 통합 자기 저항 거리 측정 시스템은 이러한 문제를 방지한다. 이 시스템은 많은 애플리케이션에서 총체적으로 50% 이상의 비용 절감을 달성할 수 있다. 7. 검증된 솔루션 가장 안정적이고 정밀한 성능을 제공하는 설계는, 고객 요구 사항을 충족하기 위해서 미세한 조정을 오랫동안 제공할 수 있는 것이다. 공급업체는 성공적인 설치 레퍼런스와 고객을 만족시키기 위한 입증된 기록을 제공해야 한다. 위의 모든 장점을 갖춘 선형 거리 측정 시스템을 제공하면 오랫동안 업계 최고의 성능과 신뢰성을 확보할 수 있다. 자료 제공: Schneeberger(www.Schneeberger.com)

2022-11-13

유지보수가 필요없는 리니어 가이드

IKO C-Lube 기술, 리니어 모션 구성요소를 윤활 상태로 유지 리니어 모션 시스템을 사용하는 대부분의 공장에서는 유지보수 작업자가 손에 그리스 건을 들고 리니어 가이드에 윤활유를 주입하는 것을 종종 볼 수 있다. 그렇게 하지 않으면, 윤활 부족으로 인해 가이드는 과도하게 마모되어 성능 문제와 조기 고장으로 이어질 수 있다. 그러나 이러한 노동 집약적 윤활 방식은 비용이 많이 든다. 윤활유 자체의 비용과 그리스 건을 든 사람의 급여를 고려할 때 수동 윤활 비용은 그리스 주입당 0 이상일 수 있다. 그리고 그리스 주입 시에 대부분 가동을 중지하고, 접근 및 서비스하기 어렵다는 점을 고려한다면 이 수치는 수동 윤활을 위한 총 비용의 일부일 뿐이다. 반드시 그렇게 할 필요는 없다. 주기적인 윤활 작업에서 최소한 어느 정도의 자유로운 리니어 가이드가 있다. ‘영구 윤활 (lubed for life)’, ‘유지보수가 필요 없음 (maintenance free)’ 또는 "자체 윤활 (self-lubricating)” 이라는 표현을 알게 될 것이다. 이러한 유지보수가 줄어든 가이드는, 일반적으로 장기간에 걸쳐 윤활유를 저장하고 공급할 수 있도록 기구적인 설계가 되어있다. 정도는 다르지만, 윤활제를 추가로 도포할 필요성을 크게 줄이거나 없앨 수 있다. 복잡하고 비용이 많이 들 수 있는 자동 윤활 시스템과 달리, 유지 보수가 필요 없는 베어링은 윤활유를 저장하고 공급하기 위해 베어링 슬라이더에 간단하게 통합된 기구적 기능에 따른다. 유지보수가 필요 없는 다양한 가이드와 방법이 수년 동안 존재해 왔지만 모든 것의 결과가 동일하지는 않다. 일부 제품은 유지보수의 주기 간격을 가능한 한 길게 달성하는 데 중점을 두며, 또 다른 제품은 베어링의 기계적 패키지 크기를 가능한 한 적게 추가하는 콤팩트한 디자인에 중점을 둔다. IKO의 C- Lube 리니어 부품은 긴 수명과 콤팩트한 크기가 균형을 이루는 독창적인 디자인을 가지고 있다. 장기간 유지·보수가 필요 없는 리니어 모션 제품은 롤러 가이드, 볼 가이드 및 볼 스플라인 기반 샤프트 가이드 시스템을 포함하여 다양한 형태로 제공된다. 폭이 5mm인 작은 트랙 레일에서 172,000lbs의 기본 정적 정격 하중을 제공하는 폭 65mm 가이드까지 크기가 다양하다. 이들 제품의 외형적 차이에도 불구하고, 모두 IKO 고유의 C-Lube 윤활 요소를 사용한다. 소결 수지 분말과 강철 지지체로 만들어진 이 C-Lube 요소는 다량의 오일을 침투시킬 수 있는 개방형 다공성 구조로 되어 있다(그림 1 참조). 리니어 가이드의 유형에 따라 C-Lube 요소는 플레이트 또는 슬리브 형태로 형성되고 베어링의 슬라이더에 통합된다. 그런 다음 리니어 가이드의 내부 롤링 요소와 직접적이고 지속적인 접촉을 통해 침투된 오일을 천천히 방출한다. 이러한 지속적인 윤활 덕분에 C-Lube 리니어 가이드는 20,000km 또는 5년 동안 유지 보수가 필요 없는 작동을 제공한다. 실제로 유지 보수가 필요 없는 기간은 종종 전체 애플리케이션 수명과 동일하다. 윤활 요소의 형상은 가이드 유형에 따라 다르지만 어떤 경우에도 C-Lube가 가이드의 전체 치수를 증가시키지 않는다. 즉 적어도 IKO 제품의 경우 자체 윤활 기능으로 인해 가이드의 패키지 크기가 증가하지는 않는다. 모든 C-Lube 가이드는 동일한 유지 보수가 필요 없는 간격을 제공하기 때문에 선택은 부하 유형 및 듀티 사이클과 같은 기능적 요구 사항에 따라 결정된다. 이를 염두에 두고 다양한 C-Lube 종류에 대한 설명은 다음과 같다 • 볼 스플라인 가이드 CLube 볼 스플라인 MAG 가이드는 내부에 오일이 투입된 평판 모양의 요소를 포함한다. 볼이 C-Lube 플레이트를 통과할 때 볼과 스플라인 샤프트를 윤활하는 오일을 흡수하여 다시 금속 대 금속 접촉을 방지한다. • 롤러 가이드 최대 강성과 모멘트 하중에 대한 저항이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 Linear Roller Way Super MX 가이드는 균형 잡힌 4개의 원통형 롤러 세트에서 작동하는 슬라이더를 갖추고 있다. 롤러 가이드에서 C-Lube 요소는 슬라이더의 끝판 바로 뒤에 수용되는 평판 모양의 요소로 만들어졌다. • 볼 가이드 재순환하는 스틸 볼에 잘 맞는 볼 가이드는 C-루브 기술과 결합할 때 새로운 방향을 제시한다. C-Lube 리니어 웨이는 강구가 C-Lube 재질의 슬리브를 통해 굴러간다. 볼이 슬리브를 통과할 때 윤할유 자체를 픽업하여 접촉하게 되면 레일로 전달된다. 볼과 레일은 C-Lube 기능에 의해 제공되는 윤활막으로 인해 금속 대 금속 접촉이 없는 상태를 항상 유지한다. 자료 제공: IKO(www.ikont.com)

2022-11-12

2D 오류 보정 솔루션으로 웨이퍼 검사의 정밀 · 정확도 향상

ADlink 글로벌 LED 산업 경쟁이 치열해지는 와중에 정부 지원을 받는 중국 본토의 공급업체가 증가하면서 가격 경쟁이 크게 심화되었다. 미니 LED나 마이크로LED와 같은 신흥 시장 및 기술은 LED 제조업체에서 초미의 관심사가 되었다. 특히 미니 LED는 고급 제품에 광범위하게 적용될 것으로 예측하는데, 시장을 주도하는 Apple은 업계의 분수령이 될 수 있는 차세대 iPad Pro에 미니 LED 디스플레이를 도입할 것으로 예상된다. 마이크로 LED와 미니 LED를 제조할 때는 일반적으로 정밀도와 정확도가 매우 중요하다. 기존의 LED와 비교할 때 마이크로 LED와 미니 LED에는 탁월한 정밀도와 정확도가 필요하다. 그러나 대부분의 기존 장비로는 이처럼 필요한 표준을 달성할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 에이디링크는 최신 LED 제조에 필요한 정밀도와 정확도를 달성하기 위해 기존 장비를 조정할 수 있는 2D 오류 보정 솔루션을 도입했다. 정밀 · 정확도 향상 변속기 부품은 제조 공정에서 핵심적인 역할을 한다. 반도체 산업에서 사용되는 변속기 부품이 충분히 정확하지 않을 경우, 가이드 레일의 로봇 암이나 기타 장치가 약간만 움직여도 생산 중 불일치가 발생하면서 최종 조립 및 가공 위치에서 편차가 발생할 수 있다. 예를 들어, X-Y 슬라이딩 테이블을 실제로 사용할 때 매크로 이동 중에 자주 관찰되는 ‘스네이크’ 동작은 일반적으로 조립, 나사 정확도, 수정 방법상 오류들의 조합으로 인해 발생할 수 있는 정렬 불량이 원인이다. 그래서 X-Y 슬라이딩 테이블의 한 축만 자유롭게 움직일 수 있다. 한편 가이드 레일을 잘못 처리하거나 조립하면 각도 오류가 발생하면서 기계 조립 중에 간격 오류가 추가로 발생한다. 이를 수정하려면 각도 오차를 측정하여 이를 보정해야 한다. 고정밀 웨이퍼 검사 개선 고정밀 웨이퍼 검사는 높은 정확도를 요구하는데, 기존 하드웨어에서는 부품 간 공간이 협소하여 정확도가 충분하지 않다. 에이디링크의 2D 오류 보정 솔루션은 웨이퍼를 검사할 때 약간의 조정을 통해 필요한 정확도를 얻을 수 있다. 에이디링크의 2D 오차 보정 솔루션의 경우 측정 및 계산 결과에 맞춰 X 및 Y 위치 값을 보정할 수 있기 때문이다. 이 과정은 해당 좌표를 설정하여 X 및 Y 위치 값을 보정한 다음 이격 거리와보정 시작 위치를 포함한 컨트롤러 관련 설정 값을 제공함으로써 이루어진다. 2D 오류 보정 아키텍처 컨트롤러의 오류 보정 기능을 활성화하면 출력 위치 명령이 오차를 대조하면서 측정 오류를 수정한다. 에이디링크의 검증된 2D 오류 보정 솔루션은 다음 이점을 제공한다. • 정밀도 및 정확도의 향상: 기존의 소규모 엣지 디바이스의 정밀도 및 정확도를 높여 제조 공정에 활용할 수 있다. • 전체 비용의 절감: 기존 하드웨어를 활용하면 일반적으로 오래된 장비를 새 모듈로 교체하는 데 소요되는 비용이 절감된다. • 산출값의 증가: 정확도가 높아지면 당연히 산출값이 증가하고 그 결과 확장 및 성장이 빨라진다. 2D 오류 보정 솔루션에서는 다음 에이디링크 제품을 활용한다. • MP-204C/208C • APS 기능 라이브러리 AMP-204C 및 208C는 포괄적인 응용 기능을 갖춘 고성능, 고정밀 중앙 집중식 모션 컨트롤러로서 반도체와 디스플레이는 물론 전통적인 제조 공정에서도 사용한다. 이 컨트롤러는 에이디링크의 APS 기능 라이브러리를 지원하기 때문에 구현 시간을 단축하여 런칭 시기를 앞당길 수 있다. LED 산업의 가까운 미래에는 미니 LED와 마이크로 LED 제품이 계속해서 소형화될 것이다. 따라서 생산 공정의 정밀도와 정확도를 높이는 것이 제조업체가 가장 먼저 해결해야 하는 핵심 과제이다. 에이디링크의 2D 오류 보정 솔루션은 특히 제조업체가 장비 교체 비용을 줄이고 생산 수율을 높이며 기술적 문제를 극복하고경쟁력을 높임으로써 이 문제를 해결할 수 있도록 지원한다. 자료 제공: ADlink(www. adlinktech.com)

2022-11-12

실험실 자동화 애플리케이션에 적합한 듀얼 모션 리니어 액추에이터 Z-Theta™

Haydonkerk Pittman Ametek 전 세계적으로 전염병이 계속 증가함에 따라 실험실 자동화의 새로운 기술에 대한 필요성이 계속 증가하고 있다. 기계 설계의 개선으로 더 안정적이고 더 정확한 테스트 결과가 가능하며 기존 접근 방식보다 더 빠르고 전체 비용이 더 낮다. Haydon Kerk Pittman의 새로운 Z-Theta™ 듀얼 모션 선형 액추에이터와 같은 하이브리드 극/직교 기술을 기반으로 하는 실험실 장비는 다양한 실험실 자동화 애플리케이션에 적합한 유연성, 가치, 내구성 및 성능을 포함하여 기존의 직교 좌표계에 비해 상당한 이점을 제공한다. 전통적 대 하이브리드: 직교 좌표계와 극/직교 시스템과의 비교 실험실 자동화에서 설계자는 아래 그림 1(b)와 같이 X-Y 또는 X-X'-Y 축 구성을 사용하여 직교 좌표계에 대한 샘플 베드를 전통적으로 구성했다. 이 전통적인 방법은 성공적이지만 그림 1(a)와 같은 하이브리드 극성/직교 시스템은 실험실 샘플 및 액체 관리에서 점점 더 인기 있고 유익한 대안을 제공한다. 하이브리드 시스템 작동 방식 그림 2의 평면도에 표시된 전통적인 직교 좌표계를 사용하면 샘플 위치 1에서 위치 2로 간단하게 이동할 수 있다. 이 그림에서 파란색 선은 그림 1의 하이브리드 모델에 표시된 것과 같은 강성이 좋은 암을 나타낸다. 대조적으로, 그림 1(a)에 표시된 것과 같은 하이브리드 극/직교 좌표 시스템에서 샘플 위치 간의 이동에 대한 계산은 삼각법이 포함되어 더 복잡하다. 그러나 기하학적 구조를 알고 있기 때문에 계산이 간단하다. θ(Theta) 및 x축에 대한 양의 규칙에 따라, 방정식 Eq. 1 및 Eq. 2 위치 1에서 위치 2로 관절을 움직이는 필요한 관계식이다. 실제로, 변수 Y, Y', X, X' 및 A는 기계의 물리적 구성으로 알려져 있다. 따라서 θ와 θ'만 계산이 필요하다. 이 경우, θ가 음의 방향으로 이동해야 하는 경우(그림 2에 정의됨), θ 축 명령은 다시 Eq.3에 기록된다. 콤팩트한 듀얼 모션 생성 단일 함수의 일부로 선형 및 회전 운동을 생성하는 데 몇 가지 방법을 사용할 수 있다. 종종 설계자는 벨트, 풀리 및 지지 베어링의 조합을 선택하여 순전히 선형 제품을 회전시킨다. 이 접근 방식은 효과적이기는 하지만 덜 복잡한 솔루션보다 더 많은 구성 요소와 추가 조립 시간이 필요하다. 또한 벨트는 시스템의 규정 준수를 증가시켜 전체 대역폭을 제한할 수 있다. 이 효과의 영향을 줄이기 위해 설계자는 두 가지 기계적 변형을 고려한다. • 풀리 비율 – 이 비율은 기본적으로 축을 기어링하므로 모터 샤프트에 반영되는 관성 감소를 허용한다. 벨트 풀리 구성에 대해 업계에서 일반적으로 인정하는 표준은 2:1 비율 아래로 떨어뜨리는 것이다. 풀리 비율의 결과는 원래 설계의 비율이 1:1인 경우, 반사 관성이 4배 감소한 것이 된다. • Theta 암 재구성 – Theta 암을 변경하면 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 무게를 회전 중심으로 이동할 수 있다. 이 동작은 회전 관성에 영향을 미치므로 성능 향상에도 도움이 될 수 있다. 극/직교 시스템의 기계 설계에 대한 이점 극좌표/직교 시스템은 샘플 무결성 개선, 기계 설치 공간 감소, 대체 방법에 비해 비용 절감 제공을 포함하여 여러 가지 방법으로 실험실 자동화의 기계 설계에 이점을 줄 수 있다. 오염 감소를 통한 무결성 향상 모션 제어 구성 요소는 기본 작동 중에 서로 접촉하기만 하면 미립자를 생성하며 이 이물질은 테스트 결과의 무결성에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 테스트 샘플 위에 직접 장착된 구성 요소를 사용하는 그림 1(b)에 있는 기존의 직교 시스템은 샘플 오염의 위험이 있다. 샘플 오염의 위험을 완화하기 위해 모션 장치를 보호하거나 밀봉하는 옵션은 종종 기계 크기 및/또는 전체 비용을 증가시킨다. 하이브리드 극/직교 시스템의 설계는 이러한 오염을 사실상 없애 준다. 표준 직교 시스템과 달리 하이브리드 시스템에서는 강체 암의 움직임이 직접 접촉하는 구성 요소와 분리되어 있으므로 이 운동은 미립자를 생성하지 않는다. 그림 1(a)에 표시된 z축 가이드는 샘플 자체가 아닌 x축의 이동 경로를 따라 미끄러지므로 외부 파편이 테스트 샘플을 오염시킬 위험이 더욱 완화된다. 효율적인 공간 사용을 통한 공간 감소 및 유연성 향상 대부분의 샘플 어레이 장비는 여러 개의 테스트 튜브 랙(racks of test tubes)을 포함하는 그림 1(a) 및 1(b)에 표시된 것과 같은 큰 샘플 크기를 처리하도록 설계되었다. 그러나 순수한 직교좌표 시스템은 구성으로 인해 종종 큰 공간을 차지한다. 캐리지, 모터 및 엔드 스톱은 사용할 수 없는 스트로크 길이를 소모하고 테스트 베드 주변의 사용할 수 없는 공간으로 인해 복합 장치의 전체 크기가 추가된다. 반대로, 극/직교 시스템의 모션 구성 요소는 z축과 Theta 암을 제외하고는 대부분 테스트 베드 아래에 위치한다. 이 디자인에서 고정 암은 각 개별 샘플을 처리하기 위해 샘플 어레이 위로 스윙하는 Theta 축에 부착되어 더 큰 유연성을 달성한다. 구성 요소는 샘플 베드의 중앙을 통과하여 이동하여 공간을 절약하고 샘플 베드가 기계 영역의 한계까지 실행할 수 있는 감소된 설치 공간을 만든다. 또한 x축의 스트로크를 줄이면 강체 암이 Theta 스윕 (sweep)을 통해 연결되어, 스트로크의 양쪽 끝에서 x축 범위를 확장하여 x축을 따라 불필요한 스트로크를 제거하고 비용을 절감하기 때문에 2차 공간 절약을 달성한다. 선형 변환을 위해 x축에 Theta 축을 추가하면 순수 직교 X-Y 또는 X-X'-Y 시스템을 효과적으로 대체할 수 있다. 각각의 경우에 z축은 그림 1과 같이 사용될 수 있다. 단순성을 통한 비용 절감 위에서 설명한 대로 더 짧은 x축과 전체 설계에서 더 적은 수의 구성요소를 사용할 가능성을 통해 하이브리드 극/직교 시스템은 상당한 비용 절감을 달성할 수 있다. 아래에 설명된 Haydon Kerk Pittman의 Z-Theta™ 듀얼 모션 플랫폼의 경우 이러한 절감 효과는 기존의 순수 직교 좌표 설계에 비해 최대 60% 이다. Haydon Kerk Pittman의 Z-Theta™ 듀얼 모션 플랫폼의 장점 회전 및 선형 운동의 단일 장치를 제공하는 기존 설계는 거의 없으며 Theta 축에 벨트를 사용하지 않고 수행하는 설계는 훨씬 더 적다. Haydon Kerk Pittman의 혁신적인 Z-Theta 선형 액추에이터는 그 이상을 수행한다. 그림 3에 표시된 Z-Theta는 집중된 개발, 제조 전문 지식, 회전 및 선형 운동에 대한 깊은 지식의 결과이다. Z-Theta는 가느다란 동축 프로파일에 가이드와 선형 구동이 결합된 특허 받은 ScrewRail? 선형 액추에이터를 특징으로 한다. 한 쌍의 스테퍼 모터와 Haydon Kerk Pittman의 고유한 이중 모션 통합은 기존 설계 접근 방식과 비교할 때 모션 시스템 크기를 50-80% 줄이고 전체 비용을 최대 60%까지 줄이는 방식으로 회전(Theta) 모션을 추가한다. 추가적인 맞춤형 옵션에는 다양한 리드 스크류 분해능, 사용 가능한 free-wheeling 및 백래시 방지 너트 선택, 스테퍼 모터 구성 옵션, 위치 확인 또는 장치의 전체 스텝 서보를 제어하는 선형 및 로터리 축 모두에 대한 옵션 인코더가 포함이 된다. Z-Theta의 고도로 구성 가능한 디자인은 기존 어셈블리에 쉽게 통합하기 이상적인 풀 모션 솔루션을 제공하며, 콤팩트한 모듈식 "볼트인(bolt-in)" 패키지는 복잡성을 줄여주는 이점을 준다. 자료 제공: Haydonkerk Pittman Ametek (www.haydonkerkpittman.com)

2022-10-06

차세대 리니어 모션 시스템의 효율적 운영을 위한 OEM 가이드

Scheeberger 소개 엄청난 경쟁력과 기하급수적인 시장 성장을 충족하기 위해 생명 과학 및 생의학 분야의 OEM은 기술, 프로세스, 워크플로 및 수율의 개선을 지속적으로 추구해야 한다. 그러나 개선은 좋은 결과에만 국한되지 않는다. 또한 연구, 과학, 의료 및 기타 중요한 응용 분야에서 사용되는 고급 장비의 사용 중 오류를 방지해야 한다. 겉보기에 사소해 보이는 선형 모션 시스템의 구성 요소의 개선 사항과 보호 장치를 무시하면 사소한 것부터 심각한 것까지 다양한 결과를 초래할 수 있다. 따라서 이러한 장비를 제조하는 OEM과 그 사용자는 항상 주의를 기울여야 한다. 이 기사는 생명 과학, 생물 의학 연구 및 자본 장비 제조를 발전시키기 위해 차세대 선형 모션 시스템을 지정, 설계, 설치 및 유지 관리하는 방법을 강조한다. 결과 전 세계의 엔지니어링 관리자, 엔지니어링 이사 및 CTO는 안정적인 선형 동작이 절대적인 운영상의 필수 요소라고 말한다. 예방의 관점에서 이는 자본 장비 제조업체와 장비 사용자 모두가 프로세스 전반에 걸쳐 선형 모션 구성 요소 또는 시스템에서 비교적 드문 고장 위험도 모니터링해야 함을 의미한다. 이 문제에는 DNA 시퀀싱에서 바이오 프린팅, 원자력 현미경(AFM)에 이르는 장비가 포함된다. 엄청난 비용 투입 단일 부품 또는 시스템의 고장으로 인해 비교적 단기간의 가동 중지 시간에도 수십만 달러의 비용이 장비 사용자에게 발생될 수 있다. 수리 또는 교체를 위한 위치, 심각도 및 응답 시간에 따라 비용이 훨씬 더 많이 증가할 수 있다. 인적 안전 위험은 또 다른 가장 중요한 관심사이다. 드물기는 하지만 설계 결함이나 작동 안전 장치를 따르지 않으면 끼임 지점에서 폭주 단계에 이르기까지 모든 것이 발생할 수 있으며 부상에서 감전까지 손상을 일으킬 수 있다. 사양 및 디자인 우선, 선형 모션 제조 시설이 모든 핵심 프로세스의 일관성을 보장하기 위해 ISO 인증을 받는 것이 필수적이다. 또한 세심한 프로토타입 제작은 완성된 모션 구성 요소 또는 시스템의 성능 및 안정성을 유지하는 데 핵심적인 단계를 찾는 데 도움이 된다. 조립 또는 테스트의 여러 작고 중요한 단계 중 하나라도 누락되거나 제대로 수행되지 않으면 궁극적으로 현장에서 시스템 오류가 발생할 수 있다. 따라서 생물 의학 및 생명 과학 도구 제조업체는 경험이 풍부한 올바른 고품질 선형 모션 공급업체와 거래하고 있는지 확인해야 한다. 또한 많은 생명 과학 및 생물의학 장비 제조업체는 장비를 광범위하게 업데이트 및/또는 재설계된 차세대 플랫폼으로 교체하기 전에 5~7년(잠재적으로 그 이상)의 안정적인 서비스를 제공하는 목표를 설정한다. 구성품 수명 계산은 적절하게 수행되어야 한다. 듀티 사이클은 애플리케이션마다 다를 수 있기 때문에 서비스 수명은 많은 선형 모션 구성 요소에 대해 이동된 킬로미터로 표시된다. 그런 다음 선형 모션 제작자는 해당 계산을 제품에 대한 다양한 결정으로 변환해야 한다. 예를 들어, 널리 사용되는 한 케이블은 50 mm 이상의 굴곡 반경이 유지되는 경우 1천만 회 이상의 굴곡 주기(flex cycles)를 지정한다. 그러나 굽힘 반경의 크기가 올바르지 않으면 케이블에서 떨어지는 미립자나 케이블 트랙 또는 커넥터에 가해지는 응력으로 인해 프로세스(특히 유지 관리 일정이 엄격하게 준수되지 않는 경우)에서 조기 고장이 발생할 수 있다. 맞춤화 고려 기성 부품은 자본 장비 제조업체가 생명 과학 및 생물 의학 애플리케이션을 위해 구축하는 많은 어셈블리에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 한 가지 우려는 스톡 선형 모션 스테이지 요소가 공급업체가 조립하는 다른 구성 요소 및 구조의 정확한 조합과 함께 작동하도록 설계 및 구성되지 않았을 수 있다는 것이다. 예기치 않은 비호환성이 발생할 수 있다. 제조업체의 일상적인 설계, 품질 관리 및 검사 프로토콜에 문제가 있는 것은 아마도 확실히 아닐 것이다. 종종 맞춤형 주문만이 특정 성능 요구 사항의 목표를 충족할 수 있다. 이를 통해 자본 장비 제조업체는 애플리케이션이 필요로 하는 단계의 설계 측면, 특히 속도에서 가속, 안정성에 이르기까지 요소를 조정하는 데 집중할 수 있다. 기성품 단계에서 표준으로 제공되는 불필요한 기능을 제거하여 비용을 절감할 수도 있다. 또한 숨겨진 비호환성이 없는 통합 솔루션을 보장한다. 생명 과학 및 생물 의학 자본 장비 공급업체는 선형 모션 제조업체로부터 주문에 대한 진정한 "사양 시트에서 프로토타입 제작" 제어를 찾아야 한다. 이러한 지능형 사용자 지정은 제품의 단점을 예측 및 제거하고 통합의 장애물을 피하고 전체에서 실패를 방지하는 데 매우 중요하다. 작업에 필요한 정확한 크기, 모양, 코팅 또는 재료로 제품을 지정해야 한다. 그리고 정확도, 속도, 평탄도, 예압(내부 간극을 제거하여 강성을 높이기 위함), 서비스 수명, 유지보수 수준 및 가격에 대한 고유한 목표를 충족하는 솔루션을 고집해야 한다. 때로는 보다 혁신적인 재료가 특정 맞춤형 설계의 위험을 줄이는 데 도움이 될 수도 있다. 예를 들어, 탄소 섬유 구조는 구조적 강도, 강성 및 안정성을 최적화할 수 있다(감소된 무게와 두께에도 불구하고). 동시에 세라믹 베어링은 특정 윤활 문제에 대한 실행 가능한 솔루션이 될 수 있다. 헨들링시 유의 특정 생명 과학 또는 바이오 의료 애플리케이션을 대상으로 하는 선형 모션 구성 요소가 자본 장비 제조업체의 작업장에 도착하면 다른 위험이 발생할 수 있다. 선형 모션 제조업체는 이 중간 단계에서 발생하는 많은 문제를 해결하기 위해 호출될 수 있다. 선형 모터는 모터 트랙 내부를 이동하는 코일이 이동하는 트랙에 마찰되는 바인딩 문제를 겪을 수 있다. 이것은 코일이나 트랙이 정렬에서 약간 벗어나는 삐걱거림으로 인한 취급 문제로 인해 발생할 수 있다. 또는 saddle이 부딪혀 왜곡될 수 있다. 더 큰 도구를 제작할 때 너무 긴 스크류가 추가되어 하나의 직선 운동 판을 다른 판으로 밀어 넣어 긁힘과 작동 중 예측할 수 없는 힘의 위험을 유발할 수 있다. 또는 추가 케이블을 실행하기 위해 접근을 허용하기 위해 장착에서 코일의 스크류를 풀고 잘못 스크류를 다시 조일 수 있다. 이와 같은 사고는 공정의 약간의 성능 저하에서 모터 소손 및 주요 가동 중지 시간에 이르기까지 다양한 실행 위험이 있다. 표면 처리도 세심한 주의를 기울일 필요가 있다. 공차는 모든 면에서 일치해야 한다. 어떤 경우에는 이러한 공정을 위한 도구를 만드는 제조업체가 0.0005인치(12.7미크론)의 평탄도를 위해 구성된 선형 운동 구성요소를 소싱할 수 있다. 그러나 도구 제작자는 그 부품을 0.005인치(127미크론)의 평면도를 가진 더 큰 어셈블리에 볼트로 고정한다. 결과적으로 스테이지가 뒤틀리는 것은 거의 감지할 수 없다. 예를 들어, 이것은 베어링의 결합을 일으켜 베어링의 조기 마모, 볼 스크류에 가해지는 추가 힘 또는 리니어 모터의 더 높은 전력 요구 사항으로 인해 과도한 과열 및 잠재적인 고장을 초래할 수 있다. 접지 선형 모션 시스템의 모든 구성 요소에 적절한 전기 접지가 있는지 확인하는 것은 OEM이 향후 문제를 방지하기 위해 착수할 수 있는 또 다른 예방 조치이다. 이러한 감독은 작업자에게 감전 위험을 초래할 수 있다. 그러나 시스템 성능에도 영향을 줄 수 있다. 접지 경로를 통해 피드백하는 시스템의 접지 루프는 인코더에서 잘못된 판독을 유도하여 구성 요소는 1밀리미터만 이동하지만 컨트롤러는 100밀리미터의 이동을 등록할 수 있다. 예를 들어, 그러한 감독이 포착되지 않으면 위치 정확도로 인해 계측기 판독값에 오류가 발생하여 부정확한 분석이 발생할 수 있다. 효율적인 통합 고객에게 가장 높은 신뢰성의 제품을 제공하기 위해 생명 과학 및 바이오 의료 자본 장비 제조업체는 크고 장기적이며 예방적으로 생각해야 한다. 많은 상황에서 움직이는 부품이 하역장에 도착하기 전에 위험을 제거할 수 있다. 최고의 단일 구성 요소라도 구매하는 관점에서 생각해서는 안된다. 대신 바닥에서 측정 지점까지 완전한 계측 솔루션을 만드는 데 집중해야 한다. 극도의 부드러움과 속도를 제공하는 고성능 크로스 롤러 베어링 외에도 전체 어셈블리의 "소유권"을 차지하는 솔루션을 찾아야 된다. 여기에는 스테이지뿐만 아니라 스테이지가 장착되는 적절하게 격리된 프레임이 포함된다. 여기에는 최첨단 능동적 댐핑 조치도 포함된다. 이러한 종류의 통합 기술은 구성 요소의 움직임과 모든 보조 진동에 대한 견고한 제어를 보장하는 데 도움이 된다. 제조 측면에서, 아마도 라인에 사고를 일으킬 가능성이 가장 큰 프로세스는 선형 모션 시스템을 지시할 제어 요소를 설계하고 구성하는 것이다. 부적절한 배선과 같은 문제가 발생할 수 있으며 빌드의 다른 부분에서 해야 하므로 보호해야 한다. 그러나 가장 주의를 기울여야 하는 것은 제어를 프로그래밍하고 하드웨어와 소프트웨어를 통합하는 무수한 단계이다. 이동 제한을 위한 하드 스톱과 같이 스테이지가 지점에 도달할 때 상태를 보호적으로 트리거하는 센서가 있는 모든 리미트 스위치가 재고 구매인 경우 옵션으로 주문 가능한지? 모두 적절하게 설정되고, 방향이 올바르게 지정되었으며(왼쪽 또는 오른쪽 핀에 플러스 또는 마이너스 한계가 전송됨), 컨트롤러에 적절하게 연결되었으며 적절하게 사용되었는지? 전류 제한이 적절한 수준으로 설정되어 있는지? 무대가 올바르게 조정되었는지? 속도가 시스템 구성 요소의 지정된 한계를 초과하지 않도록 제한되어 있는지? 극단적으로 여기에서의 실수는 애플리케이션의 폭주 단계로 이어질 수도 있다. 움직이는 부품은 컨트롤러와의 통신이 끊기고 스스로의 의지로 움직이기 시작한다. 아마도 원하는 이동 끝을 넘어서 기계의 다른 부품에 영향을 주는 지점까지이다. 그러나 더 가능성이 높은 시나리오에서는 제어 설계 감독이 과전류 상황을 초래하고 모터 손상을 유발할 수 있다. 한계가 올바르게 지정되지 않고 이동 중에 무대나 테이블과 같은 모터 구동 구성 요소가 레일에 있는 예기치 않은 물체(떨어진 스크류, 작업자의 손, 이동 끝 등)에 의해 물리적으로 방해를 받는다고 가정한다). 이 경우 모터는 소진될 때까지 점점 더 많은 전류를 소모할 수 있다. 결과: 장비 종료, 분해, 서비스 또는 교체 - 이 모든 것이 애플리케이션의 해당 부분에 대한 주요 가동 중지 시간과 비용이다. 제어 설계자가 선형 모션 장비 작동 중에 발생할 수 있는 모든 가능한 조건을 고려하지 않으면 훨씬 더 미묘한 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 3축 선형 모션 구성 요소는 수천 번의 반복을 통해 모든 일상적인 작업 동안 완벽하게 수행할 수 있다. 그러나 제한 스위치가 설정되지 않은 예외적으로 드문 구성(예: X, Y 및 Z축이 모두 동시에 이동의 가장 낮은 지점에 있는 경우)에서는 움직이는 구성 요소가 다음 구조로 실행될 수 있다. 그 주변 환경. 계획에서 고려되지 않은, 여기에는 근처의 기둥이나 홀더 또는 디스펜서를 치는 것이 포함될 수 있다. 문제는 다음과 같다. 선형 베어링은 지속적인 동적 및 정적 하중을 수용하는 데 탁월한다. 하지만 임팩트 로딩은 아니다. 선형 모션 구성 요소가 고속으로 무언가에 부딪히면 사양을 벗어난 충격 하중이 발생할 수 있다. 잠재적으로 그러한 단일 타격은 시스템의 모든 베어링을 파괴할 수 있다. 운송 및 설치 충격 하중에 대한 선형 운동 시스템의 상대적으로 낮은 저항은 앞서 언급되었다. 가장 중요한 위험 지점은 다음과 같은 세 가지 기간에 자연스럽게 발생한다: 1) 직선 운동 공급자에서 자본 장비 도구 제조업체로 운송하는 동안 2) 자본 장비 도구에 시스템이 도착하고 통합하는 동안 3) 완성된 장비 어셈블리를 공정 바닥으로 운송하고 설치하는 동안. 신뢰할 수 있고 경험이 풍부한 선형 모션 공급업체는 첫 번째 단계에서 충격 손상의 가능성을 크게 줄일 수 있다. 공급업체 전문가는 제조 공간의 제약을 조기에 파악할 수 있으므로 의료용 클린룸이나 제조 현장에서 쉽게 조립할 수 있는 너무 크거나 무거운 스테이지를 설계하지 않는다. 또한 운송 장비 사용(크레인, 인형 등)을 계획하여 무대를 상자에서 도구로 안전하게 운송하여 현장 직원의 부상 위험과 충격에 의한 손상 가능성을 최소화할 수 있다. 마지막으로, 설치하는 동안 선형 모션 시스템 또는 도구의 관련 부분에 필요한 수동 격리 조치(예: 엘라스토머 발 또는 패드) 또는 능동 격리 댐퍼(센서 조정 에어백 시스템)를 장착하여 작업 중 과도한 충격이나 진동의 가능성을 줄일 수 있다. 윤활 선형 모션 시스템은 일반적으로 문제나 특별한 주의 없이 한 주기마다 실행되지만 소량의 정기적인 유지 관리가 항상 중요하다. 효과적인 유지 관리의 세 가지 핵심은 윤활, 윤활 및 윤활이다. 모든 선형 모션 시스템 공급업체는 지정된 재윤활 서비스 주기로 제품을 배송한다. 그러나 인간의 본성은 그러한 권장 주기를 따르지 않는 단순한 실패에서 많은 문제를 추적할 수 있다. 필요한 윤활이 없으면 마찰 응력이 증가하고 결국에는 시스템 종료 또는 모터 소손과 같은 매우 바람직하지 않은 이벤트가 발생한다. 다른 윤활 문제에는 베어링의 조기 고장으로 인해 진직도, 평탄도, 피치, 롤 및 요와 같은 성능이 감소한다. 또한 모든 진공 그리스가 동일하게 생성되는 것은 아니다. 다른 시스템에는 Klüber, Barrierta 및 Krytox에서 판매하는 것과 같은 다른 공식이 필요할 수 있다. 주의: 각 기계에는 올바른 그리스만을 사용한다. 호환되지 않는 오일이나 그리스를 섞지 않도록 각별히 주의한다. 여기에는 한 주기에서 다음 주기로 기계를 정비할 때 다른 그리스를 사용하는 것이 포함된다. 이렇게 하면 필요한 점도가 변경되어 종종 섬세한 장비에서 바라지 않는 끈적끈적한 시멘트 같은 재료가 쌓이게 된다. 재료에 지나치게 구부러진 케이블, 케이블 캐리어 또는 다른 곳에서도 미립자가 포함되어 있으면 일반적으로 곧 레일 고장이 발생한다. 성능 로드맵 자본 장비 제조업체의 요구에 부응하여 선형 모션 장비 제조업체는 성능 한계를 뛰어넘기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 첫째, 개선 사항으로 인해 실수로 인한 선형 모션 실패의 위험이 증가하지 않는지 확인해야한다. 우수한 선형 모션 공급업체는 현재 요구 사항뿐 만 아니라 차세대 사용을 위한 성능 용량으로 설계할 수 있는 시스템 요소를 강조하는 "성능 로드맵"을 제공할 것이다. 이러한 노력은 첨단 기술 생명 과학 및 생물 의학 연구 장비 제조에 특히 중요하다. 결론 선형 모션 프로세스 시스템은 대부분의 생명 과학 및 생물 의학 장비에서 가장 두드러진 요소가 아닐 수 있다. 또한 대부분의 장비 사용자가 일반적으로 가장 우선적으로 고려하는 문제도 아니다. 그러나 그들의 실패는 양쪽 모두에게 심각한 결과를 초래할 수 있다. 다행스럽게도 설계, 설치, 작동 및 유지보수에 대한 적절한 주의는 선형 모션 시스템이 가장 진보된 수명의 중요한(아마도 생명을 구하는) 성공적인 모션 작동에서 중요한 역할을 할 수 있게 보장할 수 있다. 자료 제공: Schneeberger(www.schneeberger.com)

2022-10-06

식음료 포장 산업의 생산성 향상을 위한 유연한 장비 운영 방안

OMRON 효율성·다양성·지속가능성 전략을 최대한 활용 소개 식품 및 음료 포장 산업은 현재 수많은 압력에 직면해 있다. 포장 회사는 더 많은 제품 다양성을 제공하는 것 외에도 더 적은 리소스로 더 많은 작업을 수행해야 하며, 점점 더 까다로워지는 소비자 기반에 대한 환경 지속성을 보여야 한다. 다행히도 유연 포장(flexible packaging)은 기업이 상당한 생산성 손실을 일으키지 않고 이러한 요구 사항을 충족하는 데 도움이 된다. 패키지당 더 적은 재료를 사용하고 다채롭고 창의적인 시각적 프레젠테이션을 위한 옵션을 확장함으로써 이 전략은 환경과 건강을 증진하고 다양한 제품이 소매점 진열대에서 눈에 띄게 하는 데 도움이 된다. 그러나 유연 포장에는 여전히 몇 가지 문제가 있다. 전환 프로세스가 적절하고 올바른 장비로 수행되지 않으면 생산성의 싱크홀이 될 수 있다. 기계가 지나치게 복잡하거나 작업자가 적절한 교육을 받지 못하면 전환 시간이 더 오래 걸리므로 다양한 제품을 제공하는 것이 수익성이 떨어진다. 포장 업자는 또한 장비를 강력한 화학 물질과 고압 물 분사기로 세척하면서 장비의 신뢰성을 보장해야 한다. 이 기사는 유연한 포장의 현재 추세를 몇 가지 살펴보고 문제를 완화할 방법을 제안한다.

2022-10-06

선형 베어링 응용 분야에서 샤프트 유형을 선택할 때 고려해야 할 두 가지 요소

PBC Linear 원형 샤프트 선형 베어링 시스템에서 샤프트는 베어링의 내부 궤도 역할을 하며 시스템의 마모와 수명에 중요한 역할을 한다. 원형 샤프트를 기반으로 하는 재순환 및 플레인 선형 베어링은 애플리케이션 또는 환경 요구 사항에 따라 다양한 샤프트 재료를 사용할 수 있다. 재순환 선형 베어링용 샤프트는 일반적으로 베어링 등급 탄소강 또는 스테인리스강으로 만든다. 마찬가지로 플레인 선형 베어링 시스템은 탄소강, 스테인리스강 또는 알루미늄 샤프트를 사용할 수 있다. 매우 열악한 환경이나 특수 조건의 경우 샤프트를 도금하거나 코팅하여 부식성 또는 연마성 오염 물질을 견딜 수 있다. 선형 베어링 응용 분야에 사용할 샤프트 유형을 선택할 때 베어링 마모와 수명에 기여하는 가장 중요한 두 가지 요소는 샤프트의 표면 조도와 경도이다. 원형 샤프트 선형 베어링의 표면 처리 표면 처리는 일반적으로 표면의 "거칠기"를 말하며, 이는 표면 지형이 이상적인 평면과 얼마나 다른지를 측정한 것이다. 재순환 볼 베어링은 거칠기 값이 낮은 연마 샤프트와 짝을 이룰 때 가장 잘 작동한다. 더 나은 표면 조도는 실제로 샤프트와 재순환 볼 사이의 접촉 면적을 증가시키기 때문이다. 상당한 수의 봉우리와 골이 있는 "거친" 샤프트 표면은 볼이 탈 수 있는 접촉 면적이 잦은 반면, 부드러운 샤프트 표면은 하중을 전달하는 볼에 더 많은 접촉 면적을 제공한다. 재순환 볼 베어링과 함께 사용되는 샤프트의 일반적인 표면 마감 권장 사항은 6~10마이크로인치 Ra이다. 그러나 플레인 선형 베어링의 경우 대부분의 플레인 베어링의 자체 윤활 특성으로 인해 더 매끄러운 샤프트 표면은 실제로 수명을 단축할 수 있다. 플레인 베어링은 소량의 베어링 재료를 샤프트로 전달하기 위해 샤프트 거칠기의 특징, 특히 샤프트 표면의 "피크(peaks)"에 의존한다. 이 떨어져 나온 재료 조각은 샤프트 표면의 골을 채우고 베어링이 앞뒤로 이동할 때 윤활을 제공한다. 이 윤활이 없으면 샤프트와 베어링 사이의 마찰이 높아지고 베어링의 PV 정격이 감소한다. 이것은 외부에서 윤활해야 하는 청동으로 만든 플레인 베어링의 경우에도 마찬가지다. 샤프트 표면의 약간의 거칠기는 샤프트가 윤활유를 유지하고 금속과 금속의 접촉을 방지하는 데 도움이 된다. 그러나 재순환 베어링 샤프트와 마찬가지로 표면이 너무 거칠면 베어링이 광범위하게 마모되어 조기 고장이 발생할 수 있다. 표면 거칠기 값의 제안 범위는 베어링 재료에 따라 다르지만, 예를 들어 복합 베어링 제조업체는 일반적으로 8~16 마이크로 인치 Ra의 샤프트 표면 거칠기를 권장한다. 표면 거칠기는 ASME B46.1에 정의된 Ra 또는 RMS로 표현할 수 있다. Ra 또는 평균 거칠기는 거칠기 프로필의 평균선에서 프로필 편차의 절댓값의 산술 평균이다. RMS 거칠기는 평균선에서 프로파일 높이 편차의 제곱 평균 제곱근이다. 두 측정값 모두 미터법(미크론) 또는 인치 (마이크로 인치) 단위로 표시할 수 있다. Ra 측정은 오늘날 더 일반적으로 사용되지만, 일부 제조업체는 여전히 RMS 거칠기 측정을 사용한다. 그러나 서로 다른 공식으로 계산되기 때문에 Ra와 RMS 사이에는 직접적인 변환이 필요 없다. 자료 제공: PBC Linear(www.PBCLINEAR.com)

2022-09-06

식음료 가공 애플리케이션을 위한 액추에이터 선택 시 유형별 고려 사항

Tolomatic 식음료 환경에서 액추에이터에 대한 위생 설계 원칙과 재료 선택은 그 성능을 좌우한다. 소개 오늘날 산업 규모에서 식품 및 음료 생산은 높은 수준의 자동화 없이는 불가능하다. 공압, 유압 및 전기 액추에이터는 전 세계적으로 식품 및 음료 제품을 처리하고 포장하는 데 사용하는 장비의 중요한 부품이다. 효율적인 생산 외에도 이러한 공정의 기계는 박테리아, 윤활유 또는 소비자에게 해를 끼칠 수 있는 기타 오염 물질이 제품에 접촉하지 못하도록 방지하여 식품 및 음료 제품을 안전하게 유지해야 한다. 식중독 예방을 강조하는 식품 안전 규정이 강화됨에 따라 오늘날의 식품 가공 장비에서 위생 설계 원칙을 사용하는 것이 보다 더 중요 해졌다. 기계식 액추에이터의 경우 적절한 재료의 사용, 밀봉 방법 및 구성 방법을 통해 박테리아가 번성할 수 있는 수집점을 제거하고, 처리 환경을 오염시킬 수 있는 부식에 저항 하는 것이 중요하다. 또한 적절한 액추에이터는 다양한 위생 세척 솔루션을 사용하여 고압, 고온 세척 절차로부터 보호해야 한다. 이 기사에서는 까다로운 식품 및 음료 가공 환경에서 성능을 보장하고 오염의 위험을 완화하는 기계 시스템(액추에이터 포함) 위생 설계 고려 사항을 검토한다. 식품 오염 방지를 위한 선제적 접근 최근까지 식품 가공 산업은 오염 사건을 수동적으로 처리했다. 식인성 질병이 제조 공장의 오염으로 역추적된 경우, 정부 기관은 제조업체에 벌금을 부과하고 문제를 해결하도록 요구할 수 있다. 그러나, 이 시스템의 결함은 이러한 질병의 대부분을 사전에 예방할 수 없었다는 점이다. 예를 들어, 미국 질병 통제 예방 센터(Centers for Disease Control and Prevention)는 식품 매개 질병으로 매년 4,800만 명(미국인 6명 중 1명)이 아프고 128,000명이 입원하며 3,000명이 사망하는 것으로 추정한다. 미국 정부는 2011년 1월에 서명한 식품 안전 현대화법(FSMA, Food Safety Modernization Act)에 따라 FDA와 식품 생산자가 운영하는 방식을 바꾸기 위해 개입했다. 이 중요한 법안은 오염 문제에 대처하는 대신 오염 문제를 예방하는 데 초점을 둔다. FSMA는 선형 액추에이터를 포함하여 업계에서 사용하는 모든 자동화 구성 요소에 영향을 미친다. 오염된 식품 공급원 증가에 대한 우려를 해결하기 위해 전 세계적으로 유사한 식품 안전 규정이 제정되고 있다. 식품 및 음료 가공 응용 분야에서 가장 중요한 분야는 유제품, 육류, 해산물 및 계란 생산등이다. 이러한 중요한 응용 분야는 세균 오염 위험이 높고 보다 적극적인 세척 방식으로 인해 위생 설계 및 재료 선택과 관련하여 세부 사항에 가장 주의를 기울여야 하다. 그러나 제과점, 제과, 음료 및 기타 덜 엄격한 식품 및 음료 가공 환경과 같은 다른 유형의 가공 환경이 많이 있다. 이러한 엄격한 이러한 환경은 여전히 청소하고 부식을 견디게 해야 하며 박테리아의 성장을 방지해야 하지만 위생적인 디자인 요소 또는 재료 선택과 함께 잠재적인 절충안을 제시해야 하다. 적용 분야에 관계없이 기계 설계자는 위생 설계 원칙과 재료 선택에 따라 세척 절차를 견디고 부식을 방지하며 박테리아 성장의 보금자리를 제거하는 각 잠재적 구성 요소의 능력을 평가함으로써 위험을 완화할 수 있다. 찾아야 할 요소는 다음과 같다. • 습기가 잘 빠지는 디자인 • 부식에 강한 자재 • 식품에 안전한 재료 • 모든 중요 구성 요소에 대한 IP69k 보호 액추에이터 유형: 식품 및 음료 가공에 사용되는 기계는 가공 장비의 위치와 세척 공정으로부터 보호하는 방법에 따라 로드형, 로드리스 또는 로터리를 비롯한 여러 유형의 액추에이터를 사용할 수 있다. 로드리스 액추에이터의 베어링 시스템은 액추에이터에 액체가 침투하는 것을 방지하기 위해 설계가 적절하게 밀봉되는 것을 방지하는 액추에이터의 스트로크 전체에 걸쳐 하중을 전달하도록 설계되었다. 로드리스 액추에이터는 기계 설계에 비용과 복잡성을 추가하는 스테인리스 스틸 가드를 사용하여 세척 과정에서 잘 보호되어야 하다. 가드를 사용하더라도 로드리스 액추에이터에 침입할 위험을 제거할 수는 없다. 액추에이터가 세척 용액과 직접 접촉해야 하는 애플리케이션의 경우 로드 주위를 밀봉할 수 있는 기능으로 인해 로드 스타일 액추에이터가 유일한 선택이다. 공압 및 유압 실린더는 저렴한 비용으로 인해 식품 및 음료 산업에서 널리 사용되지만 전기 로드 스타일 액추에이터는 제어의 유연성(다중 위치 및 모션 프로파일), 효율성(다중 위치 및 모션 프로파일, 압축 공기) 및 더 높은 성능(정밀도, 정확도, 반복성). 또한 식품 가공 환경에서 유체 동력 실린더와 관련된 오염 위험이 있다. 공압 실린더를 사용하는 경우 박테리아 성장을 유발할 수 있는 공기 라인의 응축 및 기타 오염 물질로부터 공기를 깨끗하게 유지해야 한다. 유압 실린더의 경우, 누출된 작동유는 제품을 오염시킬 수 있고 청소 활동으로 인해 생산을 지연시키는 데 많은 비용이 소요될 수 있다. 일반적인 로드 스타일 액추에이터의 작동 부품은 식품이나 그 포장과 직접 접촉하지 않을 수 있지만 액추에이터를 포함한 가공 기계의 다양한 부품에 모이는 유출, 물방울 및 스패터는 항상 있다. 이 잔여물을 정기적으로 세척 과정을 통해 장비에서 제거하지 않으면 불가피하게 식품이 박테리아에 오염될 위험이 생긴다. 세척 환경에 적합한 재료 세척 환경에서 사용되는 액추에이터는 부식 방지 재료(스테인리스 스틸 및 플라스틱 씰/개스킷)로 만들거나 물, 식품 또는 화학 물질이 액추에이터에 닿지 않도록 조심스럽게 보호해야 한다. 세척용으로 설계되지 않은 보다 경제적인 액추에이터의 차폐가 널리 실행되고 있지만 차폐는 장비 설계를 복잡하게 만들고 유지 보수를 방해한다. 세척용으로 설계된 스테인리스 스틸 구조의 액추에이터는 차폐의 필요성을 제거하여 기계 설계를 보다 개방적이고 구축하기 덜 복잡하게 만든다. 이상적으로 세척 환경에서 사용되는 액추에이터는 AISI 300 시리즈 스테인리스강(301 및 302 유형 제외)으로 구성되어야 하며 304 및 316이 가장 많이 사용된다. 특정 조건에서는 스테인리스강 이외의 금속 합금(예: 알루미늄)이 적합할 수 있지만 납, 침출 가능한 구리 또는 기타 독성 금속을 포함하는 합금은 식품 및 음료 응용 분야에서 피해야 하다. 예를 들어, 액추에이터 구성 자재로서의 알루미늄 합금은 강한 부식성 세척 용액이나 이종 금속의 부식 작용을 받지 않는 한 일부 건조 제품 처리 응용 분야에 적합할 수 있다. 다양한 표면 처리 또는 코팅을 사용하여 제품과 접촉하는 구성 요소의 부식을 줄일 수 있지만 코팅은 규정을 준수하여 식품 및 음료 사용에 대한 승인을 받아야 하다. 그러나 이러한 유형의 액추에이터의 위치/배치에 주의해야 하다. 결국 페인트가 처리 환경으로 떨어져 나가거나 벗겨질 수 있기 때문이다. 씰, 개스킷, 커넥터, 케이블 및 윤활과 같은 액추에이터의 다른 부품도 특히 제품과 접촉하거나 제품 처리 영역에서 사용되는 경우 식품 처리 환경과 호환되어야 하다. 또한 이러한 씰, 개스킷 및 액세서리는 사용된 세척액의 영향을 견딜 수 있어야 하며 액추에이터 본체와 로드 사이에 IP67 또는 IP69k 보호 등급에 대한 적절한 씰을 제공해야 하다. 세계의 지역에 따라 지방 정부 기관(FDA 또는 이와 유사한 기관)은 위생적인 세척 용액을 견디고 처리 환경으로의 누출을 방지하기 위해 승인된 플라스틱 및 고무 재료 목록을 유지 관리한다. 다양한 재료 선택이 있지만 일부 인기 있는 재료는 Polyeurathane 혼합, Viton? 및 UHMW이다. 또한 액츄에이터 내부에 사용된 윤활유는 시간이 지남에 따라 로드로 이동할 수 있다. 이러한 오일 및 그리스는 FDA 또는 유사한 관리 기관의 승인을 받아야 한다. 설계 및 제작 모든 기계 설계 식품 및 음료 응용 분야는 박테리아가 서식할 수 있는 틈이 없어야 하고 세척을 위해 밀봉되어야 하며(IP69k 선호), 쉽게 수분을 배출하는 매끄러운 마감 처리로 둥근 표면이 있어야 한다. 모터 하우징, 액추에이터 본체, 모서리는 수분 유출을 촉진하기 위해 모두 둥글어야 하다. 일반적으로 홈, 균열, 접힘 또는 기타 결함이 없는 스테인리스 스틸의 4번 연마 마감 처리가 세척 작업에 적합하다. 용접 접합부의 경우, 전기 연마, 유리 비드 및 쇼트 피닝은 일반적으로 4번 연마 마감에 대한 대안으로 허용되지 않다. 액추에이터 구성의 영구 조인트는 용접하거나 O-링으로 밀봉하거나 개스킷을 사용해야 한다. 접합부 구조에 관계없이 접합부는 조립 시 완전히 청소할 수 있어야 하며 박테리아가 이동 및 증식할 수 있는 틈이 없어야 한다. 예를 들어, 개스킷이나 O-링을 사용하는 경우 재료가 인접한 표면의 전체 간격을 채워 틈새나 균열을 제거해야 한다. 보다 표준적인 알루미늄 액추에이터는 위치 스위치를 수용하기 위해 나사 몸체를 따라 홈이 있는 경향이 있어 식품 및 음료 응용 분야에서 사용하기에 적합하지 않다. 세척 환경을 위한 액추에이터에 사용되는 패스너도 물을 자유롭게 흘릴 수 있어야 한다. 소켓 헤드 볼트, 카운터 보어 홀, 홈이 있는 나사 또는 널링이 있는 패스너는 모두 파편 수집 지점이 있으므로 피해야 한다. 육각 머리 볼트, 도토리 너트 또는 위생적으로 승인된 하드웨어는 모든 피난처를 제거하는 데 선호되는 선택이다. 또한 파편이 모일 수 있는 노출된 나사산이 있는 패스너 또는 로드 끝단을 피해야 한다. 액추에이터가 공압식이든 유압식이든 전기식이든 상관없이 먼지, 물방울 및 세척 용액이 모터나 내부 메커니즘을 오염시키지 않도록 적절하게 밀봉해야 한다. IP65 또는 IP67 등급의 액추에이터는 먼지 유입 및 정적 조건에서 저압 세척으로부터 보호된다. 극한의 세척 환경의 경우 IP69K 등급이 최고의 보호 기능을 제공한다. IP69K 등급은 공격적인 세척 솔루션으로 인한 화학적 공격에 대한 보호를 지정하지 않지만 이 등급은 고압, 고온 세척 상황에서 높은 수준의 침투 보호를 유지한다. 그러나 식음료 가공용으로 설계된 IP69k 설계 액추에이터의 경우 IP69k 지정은 최종 사용자에게 액추에이터가 다양한 세척 솔루션으로 세척해도 견딜 수 있음을 의미한다. 액추에이터 유지보수 식품 가공 또는 포장 장비의 유지 관리는 적절한 위생 및 최대 가동 시간을 위해 매우 중요하다. 가혹한 세척 환경은 장비에 힘들고 부식의 증거 또는 최적 작동 미만의 증거를 지속적으로 찾는 것이 중요하다. 액추에이터는 세척 환경을 위해 특별히 설계되고 응용 분야에 적합한 크기로 매우 내구성 있는 구성 요소가 될 수 있다. 그러나 로드를 따라 씰 마모, 느슨한 구성 요소, 구멍 또는 부식의 징후가 있는지 액추에이터를 주기적으로 검사하는 것이 중요하다. 구멍이나 부식은 습기를 모으고 파편이나 박테리아가 서식하는 장소를 만들 수 있다. 결론 액추에이터는 주요 선형 디바스로서 식품 및 음료 산업에서 사용되는 가공 및 포장 기계에서 중요한 역할을 한다. 또한 이러한 응용 분야에 사용되는 액추에이터의 설계는 생산되는 제품의 건강과 안전에 매우 중요하다. 재료 선택, 세척 보호 등급, 제작, 접합 방법, 장착 하드웨어, 부품 형상 등과 같은 설계 요소는 액추에이터를 포함한 모든 기계 설계에 통합하는 데 중요하다. 예산을 충족하고 박테리아 오염, 부식 및 세척 보호의 전반적인 위험을 최소화하기 위해 가능한 한 많은 위생 설계 요소를 통합하는 식품 및 음료 가공 환경용으로 설계된 액추에이터를 선택하는 것이 가장 좋다. 자료 제공: Tolomatic(www.tolomatic.com)

2022-09-06

위치 센서 기술의 효과적 설계적용을 위한 고려사항

Celera 소개 위치 센서는 자동화 및 측정 애플리케이션에서 폭넓게 사용된다. 적절한 위치 센서를 선택하는 핵심 요소는 센서 크기, 분해능, 반복성, 정확도, 장착 제약 조건 및 환경적 견고성에 대한 요구 사항을 이해하는 것이다. 이 기사에서는 사용 가능한 기술에 대해 논의하고 주요 기능에 대한 비교를 한다. 주요 용어 인크리멘털(Incremental) 센서는 위치 변경 정보만 제공하므로 시작 시 실제 위치를 알 수 없다. 회전당 한 번 인덱스/마커 신호는 장치의 0 위치 또는 null을 정의한다. 복귀 루틴 중에 감지된다. 브러시리스 모터의 정류를 위해 모터에는 일반적으로 자기장의 예비 정렬을 위한 대략적인 절대 위치 정보를 제공하는 3개의 자기 홀 센서가 있다. 인크리멘털 센서는 일반적으로 작고 정확하며 비용 효율적이다. 앱솔루트(Absolute) 센서는 1회전 또는 직선 이동 범위 내에서 실제 물리적 위치를 제공한다. 모터에는 홀이 필요하지 않으며, 이동 범위가 1회전을 초과하는 경우 로터리 애플리케이션에만 원점 복귀가 필요하다. 이 센서는 일반적으로 인크리멘털 센서보다 더 크고 더 비싸다. 다중 회전(Multi-Turn) 로터리 장치인 센서는 여러 회전에 걸쳐 실제 위치를 제공한다. 원점 복귀가 완전히 제거될 수 있다. 다중 회전 장치는 내부 기어링을 통합하며 가장 부피가 크고 고비용 솔루션이다. 분해능(Resolution) 이동하거나 측정할 수 있는 가장 작은 위치 증분을 정의하며 일반적으로 "카운트(counts)"로 표시된다. 고성능 서보 시스템에는 고해상도가 필요하다. 포지셔닝 시스템은 두 카운트 사이에서 "디더링(dithers)"하므로 해상도가 높을수록 디더링이 작아진다. 분해능은 또한 저속에서 속도 리플에 상당한 영향을 미친다. 속도는 위치 피드백에서 파생되기 때문에 분해능이 낮으면 샘플에 데이터가 충분하지 않아 속도를 정확하게 도출할 수 없다. 고속에서 고해상도 장치는 컨트롤러 또는 서보 드라이브의 추적 기능을 초과하는 데이터 속도를 생성할 수 있다. 보간(Interpolation) 다음에서 볼 수 있듯이 많은 센서가 사인 및 코사인 신호를 생성한다. 이러한 신호의 주기는 장치의 고유한 "피치"에 의해 정의된다. sin/cos 정보를 사용하면 신호 비율을 계산하여 이론적으로 무한한 분해능을 가질 수 있다. 이 기술을 보간이라고 한다. 실제로 sin/cos 신호의 충실도와 신호 대 잡음비는 실현 가능한 분해능을 제한한다. 정확도(Accuracy) 측정된 각 위치가 실제 물리적 위치에 얼마나 가까운지를 정의한다. 정확도는 시스템 문제이며 편심, 직진도 및 평탄도와 같은 기계적 오류에 의해 좌우될 수 있다. 센서 오류에는 피치의 일시적 랜덤 변동(선형성), 누적 피치 오류(기울기) 및 내부 sin/cos 신호의 충실도 변동이 포함된다. 정밀 기계 제조업체는 일반적으로 오프셋 조회 테이블을 통해 오류를 보정한다. 반복성(Repeatability) 시스템이 동일한 물리적 위치로 여러 번 복귀할 때 측정된 위치의 범위를 정의한다. 반복성은 절대 정확도보다 더 중요할 수 있다. 시스템 부정확성을 효과적으로 보정하려면 각 위치 판독 값이 일관성을 유지하는 것이 중요하다. 센서 히스테리시스(위치 측정을 위한 접근 방향에 따라 다른 판독값)는 반복성의 중요한 요소이다. 모듈식(modular) 회전 피드백 장치의 가장 일반적인 형태는 내부 베어링과 유연한 커플링을 통해 모터에 연결하기 위한 샤프트가 있는 하우징에 포장되어 있다. 하우징은 다양한 밀봉 등급으로 제공되며 부피가 크다. 모듈식 장치에는 하우징이나 베어링이 없으며 기계 시스템에 내장되어야 한다. 훨씬 더 콤팩트 하지만 기술에 따라 더 좋은 환경이 필요할 수 있다. 온/오프(On/Off) 축 회전식 애플리케이션의 경우 센서는 일반적으로 회전 축 주위를 감싸는 스케일 원주에서 축에서 벗어난 위치에 배치된다. 일부 구성에서는 방사형 공간이 제한될 때 크기를 최소화하는 축에 센서를 배치한다. 전위차계(POTENTIOMETERS) 비록 비접촉식 센서와 같은 경향이 있지만 전위차계('포트/pot')는 여전히 low-end 애플리케이션에서 널리 사용된다. 포트는 접점이 저항성 트랙을 따라 미끄러질 때 전압 강하를 측정한다. 회전, 선형 또는 곡선 형태로 제공되며 일반적으로 작고 가볍다. 간단한 장치는 비용이 아주 작게 들지만 더 높은 정밀도 버전은 매우 높은 비용이 들 수 있다. 0.01% 미만의 선형성은 저항성 트랙을 레이저 트리밍으로 가능하다. 전위차계는 좋은 환경에서 듀티 사이클이 낮은 저성능 애플리케이션에 가장 잘 적용된다. 먼지나 모래와 같은 이물질과 마모에 취약하다. 포트는 이론적으로 무한한 분해능을 갖지만 실제로 분해능은 아날로그-디지털 변환기(ADC) 인터페이스 및 전체 노이즈 환경으로 제한된다. • 장점: 저렴한 비용, 단순한, 콤팩트, 가벼움, 정확성. • 약점: 마모, 진동, 오염, 극한 온도. 광학 인코더 - 투과형 투과형 인코더는 LED 광원에 의해 조명되는 미세 격자 또는 "스케일"의 광학 스캐닝을 사용한다. 회전식 또는 선형의 스케일은 50-50 듀티 사이클로 배열되는 투명하거나 불투명한 "선"으로 만들어진다. 디스크의 투명 영역 수는 인코더의 해상도를 정의하는 스케일 피치에 해당한다. 센서는 입사광 강도에 비례하여 전압을 생성한다. 센서가 스케일에 대해 이동함에 따라 전압은 사인파형으로 변한다. 두 번째 광 검출기가 위상이 90° 추가한다. 이것은 반 눈금선의 변화와 관련이 있다. 센서 A의 신호가 센서 B를 앞서는지 또는 그 반대인지 여부는 상대 운동의 방향을 정의한다. 인코더 출력은 sin/cos 신호일 수 있지만 신호는 보다 일반적으로 구형파로 변환된다. A 쿼드 B(쿼드는 90° 위상 편이와 관련됨) 컨트롤러는 각 구형파의 가장자리에서 전환을 감지하여 엔코더 분해능을 4배 효과적으로 증가시킨다. 검출기(Detectors)는 각 라인의 너비에 비해 넓은 경향이 있다. 더 높은 해상도에서 이것은 채널 사이에 스필오버(spillover)로 이어질 수 있다. 채널 패턴과 일치하는 마스크를 추가하면 신호를 정리하는 데 도움이 된다. 이러한 유형의 설계에서 절충점은 저울과 센서 사이의 공극이 매우 작아야 하므로 평탄도, 편심도 및 정렬과 같은 디스크 매개변수에 대한 엄격한 사양을 적용하여 장치를 충격 및 진동에 더 취약하게 만들 수 있다. 위상 배열 증분 인코더(Phased-array incremental encoders)는 솔리드 스테이트 기술을 사용하여 보다 강력한 솔루션을 제공한다. 위상 배열 인코더는 각 채널에 대한 개별 검출기 대신 검출기 어레이를 갖추고 있어 각 채널이 여러 검출기로 덮인다. 이 접근 방식은 광학 신호를 평균화하여 디스크 편심 및 오정렬과 같은 제조 오류로 인해 발생하는 변동을 최소화하고 성능을 개선하는 동시에 제조 허용 오차를 완화한다. 본질적으로 인크리멘털 인코더에는 일반적으로 단일 투명 라인과 별도의 센서가 있는 추가 스케일 트랙이 있다. 센서는 장치의 넣을 위치를 정의하는 인덱스 신호를 생성한다. 절대 버전의 투과형 인코더는 회전 내에서 위치를 완전히 정의하는 여러 트랙, 광원 및 센서를 통합한다. 첫번째 디스크에서 두 번째 디스크로의 기계적 기어링으로 여러 회전에 걸쳐 위치를 정의할 수 있다. • 장점: 적당한 해상도, 좋은 정확도, 높은 반복성, 효율적 비용. • 단점: 큰 부피, 모듈식 장치를 위한 환경적 견고성 광학 인코더 – 반사형 반사형 광학 인코더의 원리는 투과형 인코더와 매우 유사하다. 반사형 인코더는 센서와 같은 쪽(코드 디스크 기준)에서 빛을 방출하고 빛의 일부를 선택적으로 센서로 반사하여 작동한다. 감소된 물리적 치수는 이 솔루션의 분명한 이점이다. 투과형 인코더에 일반적으로 필요한 시준 광학 장치가 없고 센서와 동일한 쪽에 LED 광원이 있으면 인코더의 전체 부피를 상당히 줄일 수 있다. 분해능과 정확도는 일반적으로 투과형 인코더만큼 좋지 않다. • 장점: 보통의 분해능과 정확도, 높은 반복성, 비용 효율적 • 약점: 환경적 견고성 광학 인코더 – 간섭형 간섭형 레이저 광원은 눈금에 인쇄된 회절 격자 패턴을 비추는 발산 빔을 생성한다. 격자 패턴은 유리 스케일의 크롬 증착 또는 금속 테이프 스케일의 레이저 필기 라인을 사용하여 생성된다. 20µm 피치 격자는 빛을 회절시켜 밝고 어두운 색의 고대비 간섭 패턴을 검출기 어레이에 직접 생성한다. 본질적으로 증분 방식의 두 번째 인덱스/마커 트랙이 일반적으로 제공된다. 회절된 빛은 간섭 패턴의 분리된 Talbot 평면을 만든다. 위의 예에서는 세 번째 Talbot 평면이 활용된다. 스케일과 검출기의 상대 위치가 변경됨에 따라 회절 패턴이 검출기 어레이를 가로질러 변환되어 각 검출기 셀에 사인파 변화가 발생한다. 간섭 기술은 최소한의 광학 부품만 필요로 하므로 센서 크기가 작아진다. 보간이 없는 분해능은 일반적으로 투과형 또는 반사형 광학 인코더보다 10배 이상 높다. 사인 및 코사인 신호의 충실도 때문에 높은 정확도로 나노미터 분해능을 생성하는 높은 보간이 가능하다. 장치의 정밀도를 고려할 때 정렬 허용 오차는 지나치게 까다롭지 않다. 이러한 유형의 인코더에는 깨끗한 환경이 필요하다. 시준 및 필터링 광학 장치와 결합된 간섭성이 덜한 LED 광원을 사용하면 오염 내성이 크게 향상된다. 인코더는 불가피하게 더 크고 일반적으로 더 엄격한 정렬 허용 오차를 갖는다. • 장점: 고해상도, 정확도, 반복성, 콤팩트, 적당한 정렬 허용 오차 • 약점: Talbot 평면 구현을 위한 환경적 견고성 광학 인코더를 위한 앱솔루트 기술 위에 표시된 절대 눈금에는 바코드와 유사한 여러 코드가 있다. 코드 비트 수는 고유 코드 수를 결정하므로 스케일의 최대 길이 또는 둘레가 결정된다. 카메라는 코드를 캡처하고 후속 처리는 절대 위치를 결정한다. 이 기술에서는 지연 시간(판독값을 얻는 데 걸리는 시간)이 증가한다. 일부 인코더는 대기 시간을 줄이기 위해 초기 절대 판독 후 증분 트랙으로 되돌아간다. 이러한 유형의 인코더에 대한 인터페이스는 일반적으로 BiSS-C 또는 SSI와 같은 직렬 인터페이스이다. 바코드 기술은 비용이 많이 들 수 있다. 훨씬 더 비용 효율적인 솔루션은 본질적으로 다중 인덱스를 사용한다. 각 인덱스 쌍은 증분 트랙에서 볼 수 있는 고유한 줄 수로 구분된다. 시작 시 두 개의 인덱스가 감지되도록 모션을 유발해야 한다. 이 과정에서 증분 트랙의 라인 수가 계산된다. 룩업 테이블을 사용하여 절대 위치를 결정할 수 있다. 단점은 절대 위치가 결정되기 전에 이동이 필요하다는 것이다. • 장점: 좋은 해상도, 정확도, 반복성, 적당한 정렬 공차. • 약점: 환경적 견고성, 정밀한 앱솔루트 값일수록 고비용 마그네틱 인코더 자기 인코더는 다극 자석 트랙을 사용한다. 센서, 홀 효과 또는 자기 저항은 자극이 센서에 대해 이동할 때 자속의 변화를 측정한다. 사인 및 코사인 신호는 광학 인코더에서와 같이 생성할 수 있다. 자기 저항은 니켈 철과 같은 자기적으로 민감한 합금으로 형성된다. 외부 자기장은 재료의 자구에 스트레스를 가하여 저항을 변경한다. 자기 저항 센서는 리소그래피 방식으로 패턴화된 박막 저항기 어레이로 구성된다. 로터 극이 센서 어레이를 지나갈 때 저항은 사인파형으로 변한다. 홀 센서는 전원 공급 장치에 연결된 일반적으로 p형 반도체 재료 층으로 구성된다. 적용된 자기장은 전하 캐리어에 힘(로렌츠 힘)을 가하여 전하 캐리어를 분리하여 전위차를 생성한다. 홀 센서는 자기장의 수직 성분의 강도에 따라 전압을 생성한다. 장치는 본질적으로 인크리멘털이며 위의 그림은 null 위치를 정의하는 인덱스 트랙을 보여준다. 폴 수가 다른 두 번째 센서와 자기 트랙을 추가할 수 있다. 각 트랙의 판독값 조합은 절대 위치를 결정하는 데 사용된다. 마그네틱 엔코더는 견고하고 콤팩트하며 매우 비용 효율적이다. 그러나 자기장에 취약하고 근접한 센서 사이에 혼선이 발생할 수 있다. 해상도를 제한하는 미세 피치 자기 트랙을 생성하는 것은 어렵다. 반복성은 작동 온도 범위에서 히스테리시스와 정확도 변화로 인해 손상된다. 자기 트랙은 상대적으로 부서지기 쉽고 충격을 받기 쉽다. • 강점: 견고함, 콤팩트, 액체 및 비금속 오염 물질에 강함, on-axis 버전 • 약점: 온도; 히스테리시스, 자기장에 민감함, 충격/충격 저항 커패시턴스 인코더 커패시턴스 인코더는 커패시턴스가 두 개의 대전된 플레이트 사이의 변성 물질에 비례한다는 원리를 기반으로 한다. 그림과 같이 송신기와 수신기 사이에 전기장이 생성된다. 회 전자는 유전체 ԑ를 정현파 변조하여 커패시턴스의 변화를 일으킨다. 커패시턴스의 변화는 차례로 송신기와 수신기 사이의 전위차를 변조한다. 다중 변조 트랙은 절대 위치를 정의하는 데 사용된다. 커패시턴스 인코더는 소형이며 전력이 거의 소모되지 않는다. 그러나 결로 및 정전기 축적에 취약한다. 커패시턴스는 또한 온도, 습도, 주변 물질 및 이물질에 따라 달라지므로 안정적이고 정확한 위치 센서 엔지니어링을 어렵게 만든다. 장치의 구성 요소에는 세심한 설치가 필요한 매우 작은 공극이 있다. • 장점: 콤팩트, 저전력. • 약점: 환경적 견고성, 정렬 공차 리졸버 (RESOLVER) 리졸버는 전자기 유도 원리를 기반으로 한다. 한 도체의 교류는 도체 주위에 변화하는 자기장을 생성한다. 이 자기장은 인접한 도체에 교류를 유도할 수 있다. 한 도체에서 다른 도체로의 결합 크기는 자기장의 변화율과 도체의 상대적 위치 및 기하학에 따라 달라진다. 아래 그림과 같이 고정자의 5kHz(일반) 정현파 기준 전압은 회전자 권선에 정현파 전압을 유도한다. 두 번째 축 방향 회전자 권선은 고정자에서 뒤로 90º 변위된 두 개의 축 방향 신호 권선에 전압을 유도한다. 고정자 권선에 결합되는 양은 그림과 같이 고정자 신호를 효과적으로 진폭 변조하는 회전자의 상대적 위치의 함수이다. 위그림에서 고정자의 방사형 권선은 회전자의 방사형 권선과만 상호 작용한다. 차례로, 회전자의 축방향 권선은 고정자의 축방향 권선과만 상호 작용한다. 이는 고정자 신호 권선에 고정자 기준 권선이 결합되는 것을 피하기 위한 것이다. 리졸버를 감는 것은 사소한 일이 아니며 최종 결과는 무겁고 부피가 큰 장치이다. 그러나 리졸버는 장치에 전자 장치나 깨지기 쉬운 부품이 없기 때문에 타의 추종을 불허하는 견고성을 가지고 있다. 리졸버는 다양한 "속도"로 제공된다. 단일 속도 리졸버는 회전당 하나의 전기 사인파 주기를 가지며 제한된 분해능으로 절대 위치 정보를 제공한다. "다단 속도 리졸버"는 분해능을 개선하는 회전당 더 많은 수의 전기 사이클을 위해 감겨 있다. 전기적 대 기계적 사이클의 비율이 높으면 기계적 오류 소스의 영향을 최소화하는 데 도움이 된다. 다중 속도 리졸버는 더 이상 절대적이지 않으며 더 비싸고 일반적으로 훨씬 더 부피가 커진다. • 장점: 적당한 해상도와 정확도, 신뢰성, 높은 견고성. • 약점: 고비용, 큰 부피, 무거움. 유도형 인코더(INDUCTIVE ENCODER) 앱솔루트 유도형 엔코더는 리졸버와 동일한 전자기 유도 원리를 기반으로 하지만 코일 권선이 아닌 PCB 트레이스를 사용한다. 고정자의 TX 트랙은 1-10MHz 범위의 특정 주파수에 의해 여기된다. 이 신호는 공진 LC 회로를 사용하여 대상에 유도 결합된다. 목표 자기장은 고정자 RX 트랙에 사인파 전류를 유도한다. RX 트랙은 유도 신호를 효과적으로 진폭 변조하는 정현파 모양이다. 90º 변위된 두 번째 RX 트랙은 코사인 신호를 전달한다. sin/cos 신호는 보간되어 BiSS-C, SSI 또는 일부 버전에서는 AqB 신호로 출력된다. 고정자의 RX 트랙은 트위스트 페어 와이어와 유사하다. 균형 잡힌 쌍극자 효과는 TX 트랙의 변화하는 자기장에서 RX 트랙에 유도된 전기장을 없앤다. RX 트랙은 대상의 변화하는 자기장에만 반응한다. RX 트랙은 또한 외부 전자기 간섭을 거부한다. 바람직하지 않은 유도 고정자 전류도 주파수와 위상에 따라 거부된다. 회전당 하나의 sin/cos 주기가 있는 기본 RX 트랙은 절대 위치를 정의한다. 여러 사이클이 있는 보조 트랙은 해상도를 향상시킨다. 보다 일반적으로 기본 TX 트랙에는 3의 배수가 아닌 여러 사이클이 있는 보조 트랙과 결합된 여러 사이클(예: 9)이 있다. 한 회전 내의 모든 위치는 두 개의 고유한 판독 값으로 정의된다. 리졸버 권선에 비해 PCB 트레이스를 사용하면 다음과 같은 상당한 이점이 있다. 비용, 크기 및 무게 감소, 곡선을 포함한 폼 팩터 유연성, 와인딩 프로세스에서 부정확성 제거, 안전 관련 애플리케이션의 경우 다층 회로 기판을 사용하여 동일한 공간에 여러 센서를 배치할 수 있다. PCB 재료는 환경적으로 매우 안정적이다. 원격 전자 장치에 대한 옵션은 견고성을 더욱 높인다. 360º 센서는 편심 오류 허용 오차를 개선한다. • 장점: 중간 정도의 정확도와 해상도, 신뢰성, 견고함, 다중 기하학, 콤팩트, 경량. • 약점: 최소 직경 37mm. 기술 비교 위치 피드백 장치의 비교는 다음과 같다. 반사형 인코더는 투과형 인코더와 유사하다. 전위차계는 접촉 장치이므로 제외된다. 궁극적인 목표는 정밀도, 크기 및 견고성 요구 사항을 충족하는 가장 비용 효율적인 솔루션을 찾는 것이다. 위의 차트에서 두 가지가 확실하다. 간섭 인코더는 정밀도와 크기 면에서 확실한 선두주자이다. 리졸버와 유도성 인코더는 환경적 견고성과 적당한 정밀도의 조합으로 선도한다. 설명된 바와 같이, 유도 인코더는 리졸버, 특히 크기와 무게에 비해 많은 이점이 있다. 자료 제공: Celera(www.celeramotion.com)

2022-09-06

광학 및 자기 증분 인코더의 차이점, 장점, 단점 비교

Wachendorff 요약 이 기사는 광학 및 자기 증분형 인코더의 차이점, 장점 및 단점을 비교하고 Wachendorff Automation GmbH & Co. KG에서 사용하는 기술을 소개한다. 인크리멘탈 인코더 인크리멘탈 인코더는 회전당 특정수의 펄스를 출력한다. 회전당 펄스가 많을수록 이 인코더로 각도와 유도량을 더 정확하게 결정할 수 있다. 가장 단순한 경우 이 신호는 트랙(track)으로 구성된다. 이를 일반적으로 채널 A라고 한다(그림 1 참조). 그러나 이 신호로써 회전당 펄스를 알고 있으면 펄스 수와 속도만 결정할 수 있다. 펄스 수는 이동 거리 또는 각도 변화를 결정하는 데 사용할 수 있지만 회전 방향은 결정할 수 없다. 회전 방향을 결정하려면 다른 신호를 기록해야 한다. 이를 위해 두 번째 채널이 사용되며 채널 A로 90° 이동된다(그림 2). 이제 회전 방향도 식별할 수 있다. 예를 들어, 채널 A가 채널 B보다 먼저 높은 레벨에 있으면 샤프트가 시계 방향으로 회전한다. 채널 B가 채널 A보다 높은 레벨에 있으면 샤프트가 시계 반대 방향으로 회전한다. 인크리멘탈 인코더는 종종 추가 채널을 출력하는데, 이 채널은 완료된 회전수를 감지하거나 회전 내의 특정 지점을 감지하는 데 사용할 수 있다. 이것은 채널 N(또는 채널 Z/zero 신호)이다. 신호 품질과 노이즈 감도를 더욱 개선하려면 A, B 및 N의 반전된 채널을 추가할 수도 있다(그림 3 참조). 이러한 신호를 차동 방식으로 측정하면 공통 모드 간섭이 거의 또는 전혀 중요하지 않다(그림 4 및 그림 5 참조). 펄스는 전자 장치에 의해 처리되는 신호이다. 얻은 원래 신호는 정현파 또는 삼각형 신호이다. 이 신호를 추가로 처리하고 이 신호에서 구형파 신호(HTL 또는 TTL)를 생성하는 대신 이 사인 및 코사인 신호(채널 A ≡ sine, 채널 B가 90° 오프셋 되어 있으므로 채널 B ≡ cosine). 펄스에서와 같은 신호에서 동일한 정보를 얻을 수 있다(그림 6 참조). SinCos 인코더는 보간과 함께 작동하기 때문에 구형파 신호가 있는 인코더보다 더 높은 분해능과 더 나은 정확도를 얻을 수 있다. 예를 들어, 구형파 신호가 있는 로터리 인코더를 SinCos 로터리 인코더(둘 다 1024ppr)와 비교하고 SinCos 로터리 인코더에 4비트 보간을 적용하면 보간이 된 분해능은 다음과 같이 계산된다. 1024 x 24 = 16384 interp. ppr 이를 통해 하드웨어를 변경하지 않고도 해상도를 16배까지 높일 수 있다. 인코더에 가변 보간 속도가 장착되어 있으면 하나의 인코더로 여러 분해능을 구현할 수 있다. 증분 인코더의 정확도 증분형 인코더에 대해 두 가지 다른 정확도를 결정할 수 있다. 백분율로 표시되며 분할 길이를 나타낸다. 분할 길이는 펄스와 일시 중지로 구성된다. 펄스/일시 정지 비율 펄스/일시 중지 비율은 펄스 대 일시 중지 기간의 비율을 나타낸다(그림 7 참조). 이것은 일시 정지에 대한 펄스의 비율이 항상 정확히 같은 것은 아님을 의미한다(50% - 50%). 따라서 펄스가 더 길고 일시 중지가 더 짧거나 일시 중지가 더 길고 펄스가 더 짧을 수 있다. 위상 편이 위상 오프셋은 두 개의 연속 에지의 정확도를 나타낸다(그림 8). 이상적인 경우 두 개의 연속 플랭크 사이의 거리는 분할 길이의 90°이다. 실제의 경우 이 거리는 더 작거나 클 수 있다. SinCos 인코더에 대해 위상 편이를 지정할 수도 있다. 이것은 예를 들어, 기 지속 시간의 90°의 정상 오프셋과 관련하여 코사인의 최댓값이 사인의 최댓값으로 이동될 수 있는 비율을 나타낸다(그림 9 참조). 광학 원리 광학 스캐닝 기능이 있는 증분형 인코더 내부에서 고출력 LED의 빛은 양면 볼록 렌즈와 평행하게 정렬되고 조리개와 펄스 디스크를 통해 빛난다(그림 10 참조). > 구멍(그림 11 참조)은 플랜지에 통합되어 있다. 펄스 디스크(그림 12 참조)는 백래시가 없는 스테인리스 스틸 샤프트에 장착된다. 샤프트가 회전하면 미세하게 조정된 필드가 조리개 디스크와 펄스 디스크의 조합으로 열리고 닫힌다(그림 13 참조). 이렇게 하면 그리드를 통해 더 많거나 적은 빛이 통과할 수 있다. 이 빛과 어둠의 차이는 반대쪽에 장착된 회로 기판에서 수신 트랜지스터를 차등적으로 작동하여 감지한다. 조리개와 펄스 디스크에 있는 필드의 특별한 기하학적 배열로 인해 이러한 방식으로 측정된 신호는 전기적으로 90° 오프셋이다. 다운스트림 전자 장치는 이러한 신호를 고정밀 신호로 처리하고 HTL 또는 TTL의 사인파 또는 구형파 및 그 반전 신호와 같이 산업적으로 사용 가능한 펄스로 증폭된다. 또한 펄스 디스크와 조리개에 제로 펄스가 적용된다(그림 10 참조). 제로 펄스 신호는 1회전에 1회 출력된다. 인크리멘탈 인코더는 펄스만 출력하기 때문에 일부 애플리케이션의 경우 기계가 켜진 후 기준 실행이 필요하다. 이 기준 실행에는 제로 펄스가 자주 사용된다. 또한 제로 펄스를 사용하여 카운트된 펄스를 확인할 수 있다. 컨트롤러가 1024 펄스의 로터리 인코더에서 1030 펄스 후에 제로 펄스를 수신하는 경우 컨트롤러의 입력 카드는 라인의 간섭을 펄스로 계산했을 수 있다. 컨트롤러는 제로 펄스의 도움으로 오류를 인식하고 오류 메시지를 출력할 수 있다. 자기 원리 자기 원리를 기반으로 하는 증분 인코더는 비접촉 자기 스캐닝으로 작동한다. 백래시가 없는 스테인리스 스틸 샤프트에 직경 자화 자석이 장착되어 있다. 샤프트가 회전하면 자석과 자기장도 회전한다. 자기장의 이러한 변화는 반대쪽에 장착된 회로 기판의 센서 칩에 의해 감지되고 처리된다(그림 14 참조). 이것은 소위 홀 효과가 사용되는 곳이다. 그림 15에서 볼 수 있듯이 영구자석의 자기장은 자기장과 함께 센서 칩을 관통한다. z축에 존재하는 자기장 라인에 의해 센서 칩에 전압이 생성된다. 센서 칩은 네 부분으로 나뉜다. 세그먼트에서 생성된 전압은 차등적으로 측정된다. 이를 위해 두 개의 서로 다른 세그먼트의 전압이 사용되며 이를 통해 90° 오프셋된 두 개의 신호가 생성된다. 엄밀히 말하면 이러한 인코더는 무엇보다도 싱글턴 앱솔루트 인코더이다. 절대 각도는 삼각 관계를 통해 현재 사용 가능한 사인 및 코사인 신호에서 결정할 수 있기 때문에 센서 칩은 샤프트의 절대 위치를 확인한다. 그런 다음 보간기는 절대 위치에서 채널(A, B 및 N)을 생성하고 출력한다. 단순화하면 다음과 같이 할 수 있다. 위칫값이 변경될 때마다 회전 방향에 따라 채널 A 또는 B의 에지가 변경되고 위치 값 1에서 제로 펄스가 출력된다(그림 16 참조). 여기에서도 다운스트림 전자 장치에서 얻은 신호에서 고정밀 신호가 처리 및 증폭되어 HTL 또는 TTL에서 산업적으로 사용 가능한 구형파 펄스 및 그 반전된 신호로 출력된다. 당사의 인코더는 정밀한 역학, 효율적인 센서 기술 및 강력한 전자 장치로 미세 조정된 측정 시스템이다. 장점과 단점 자기 원리 • 매우 강한 자기장의 영향 가능 • 정확도는 광학 시스템만큼 높지 않음 • 제한된 해상도 • 환경 영향에 매우 둔감 • 더 편리함 광학 원리 • 환경 영향에 민감 • 고해상도 및 정확도 가능 • 자기 영향에 매우 둔감함 결론 완벽한 원리는 아직 존재하지 않는다. 장단점에서 알 수 있듯이 어떤 원리가 최상의 결과를 낼 것인지는 각각의 개별 사례의 애플리케이션에 따라 다르다. 두 원리는 점점 더 가까워지고 있다. 마그네틱 시스템은 지속해서 개선된 센서 기술을 통해 더 정확해지며, 따라서 광학 시스템의 정확도에 더 가까워진다. 다시 말하면, 광학 시스템의 견고성은 점점 더 좋아지고 있으며 충격과 진동에 덜 민감해지고 있다. 자료 제공: Wachendorff(www.wachendorff-automation.com)

2022-09-06

직렬동기 인터페이스(SSI) 기술적 장점

MTS sensors 스마트 제조 애플리케이션은 센서의 기능과 성능이 계속 확장되기를 요구하고 있다. 이러한 기대는 부품 제조업체가 애플리케이션 문제를 해결하기 위해 제품들을 계속 발전시켜야만 한다는 의미이다. SSI는 동기 직렬 인터페이스(Synchronous Serial Interface)의 약자로 다양한 애플리케이션의 모션 제어 시스템에서 사용할 때 고정밀 위치 데이터를 제공하기 위해 컨트롤러와 절대 위치 센서를 인터페이스하는 데 사용한다. 동기 직렬 인터페이스는 현재 통합되고 있는 다른 프로토콜보다 높은 해상도와 보다 빠른 업데이트 속도를 모션 시스템에 제공한다. 컨트롤러의 클록 펄스를 사용하여 SSI는 절대 위치 데이터가 센서에 의해 지속적으로 업데이트되고 컨트롤러 내부의 시프트 레지스터에서 사용할 수 있다. 기계나 작업자를 위험으로부터 보호하기 위해 모션 위치를 알아야 하는 애플리케이션의 경우 SSI는 중요한 시스템 구성 요소가 된다. 특히 전원이 차단되어서 다시 켤 때 절대 위치를 아는 것은 필수이다. SSI는 다른 작업을 재개하기 전에 원점 복귀 시퀀스가 필요한 경우, 절대 위치를 시작 즉시 알 수 있으므로 기계 손상이나 부상으로 이어질 수 있는 불필요한 동작을 방지할 수 있다. SSI를 사용하여 얻을 수 있는 이점은 고정밀 애플리케이션을 위한 0.1 um 기계 분해능을 제공한다는 것이다. 다른 장점은 속도 제어 애플리케이션의 시간 지터를 줄이는 것과 빠른 동적 반응을 위한 평균 업데이트 속도(최대 10KHz)보다 빠른 동기식 클록의 가용성이다. 최신 버전의 MTS Sensors R-시리즈 V 위치 센서는 동기 직렬 인터페이스와 함께 제공되어 사용자가 Industry 4.0 및 IIoT를 포함한 제조 데이터 수집 및 분석 최신 기술을 보다 쉽게 통합할 수 있다. R-시리즈 V 설계에서의 이점은 최대 150g의 충격 및 최대 30g의 진동에 대한 내성으로, 환경 문제가 있는 애플리케이션에서 견고함을 보장한다. 또한 장치는 -40o C ~ 85o C의 보다 넓은 온도 범위에서 작동하며 정확도 향상을 위해 선형 보정 기능을 제공한다. 최근 성능에 대한 지속적 요구 외에도, 기계의 보다 긴 수명주기를 유지하는 데 도움이 되는 예측 유지 관리와 같은 장기적인 문제에 대한 니즈가 커지고 있다. 인더스트리 4.0 및 IIoT 애플리케이션을 위한 기계 상태 모니터링에는 여러 진단 유형이 있다. 총 이동 거리에 대한 주행 거리, 유지·보수 목적을 위한 총 작동 시간, 액추에이터 주기 수, 최대 온도 제한을 초과한 총 시간, 150g을 초과하는 적중 횟수 등이다. 작동 위반 데이터에는 최소/최대 온도, 최소/최대 입력 공급 전압 및 최대 수명 충격(X, Y, Z)이 포함된다. 시스템 오류 사항에는 측정 및 통신 등이 있으며, 이러한 모든 매개변수는 센서 수명 동안 지속적으로 업데이트된다. R-시리즈 V와 같은 고급 센서 솔루션은 진단 기능을 통합하여 센서 상태를 지속적으로 모니터링하고 프로그래밍 도구를 통해 오프라인으로 또는 OPC UA 게이트웨이를 사용하여 인라인으로 액세스를 제공한다. 이러한 센서는 다양한 애플리케이션에 적합할 뿐만 아니라 센서가 작동하는 동안 더 많은 데이터를 평가할 수 있다. R-시리즈 V 센서는 로드 스타일 또는 프로파일 스타일과 아날로그 및 산업용 이더넷을 포함한 다양한 인터페이스로 제공된다. 향상된 진단 기능, 3색 LED 디스플레이 및 고급 필드 프로그래밍을 통해 정밀한 측정을 제공하는 동시에 열악한 애플리케이션에 쉽게 통합할 수 있다. 또한 종전의 R-시리즈를 최신 R-시리즈 V로 쉽게 교체할 수 있다. 이전 장치를 제거하고 업데이트된 장치를 쉽게 설치할 수 있다. 두 장치 모두 동일한 버전의 나사산 플랜지를 통합하고 로드와 프로파일은 변경되지 않은 상태로 유지된다. 유압 실린더에 사용하는 경우 시스템은 기본 장치를 교체하는 동안 밀봉된 상태를 유지한다. SSI 사용 시 전기적 호환성을 위해 R-시리즈 V는 동일한 배선으로 동일한 커넥터 유형 및 크기를 사용한다. 인더스트리 4.0이 다양한 산업으로 확장됨에 따라 더 많은 데이터 수집 및 분석이 필요하다. 유체 동력, 연료 저장, 의료 제품, 금속 가공, 모바일 장비, 플라스틱 및 고무, 풍력 및 기타 청정 에너지 분야와 같은 주요 산업에 R-시리즈 V 센서를 사용할 수 있다. 최종 제조, OEM, 에너지 생산 공장 등에 설치할 수 있다. 자료 제공: MTS sensors(www.mtssensors.com)

2022-09-02