기계를 제작하는 사람이라면 액추에이터와 위치 결정 스테이지를 매일 다룰 것입니다. 하지만 이러한 모션 장치에서 최고의 성능이나 최저 유지 비용을 정말로 얻고 있을까요? 답은 예상과 다를 수 있습니다.

엔지니어들은 종종 스테이지나 액추에이터를 자재 명세서에 있는 또 다른 항목 정도로만 생각합니다. 모션 장치가 원하는 위치 지정, 힘, 하중, 속도 및 비용 요구 사항을 명목상 충족하기만 하면 문제없다고 여기는 경향이 있습니다.

단순한 동작 요구 사항의 경우, 이러한 스테이지 또는 액추에이터 선택 방식은 만족스러운 결과를 가져올 수 있습니다. 그러나 복잡한 기계적 동작 요구 사항이 있는 기계는 임베디드 모션 설계 전략을 통해 이점을 얻을 수 있습니다. 서로 잘 작동하지 않을 수도 있는 전기 기계 부품들의 집합체가 아니라, 임베디드 모션 시스템은 진정한 플러그 앤 플레이 방식의 기계 하위 시스템으로 작동합니다.

임베디드 모션 시스템은 기계의 미리 정의된 물리적 공간에 맞도록 설계되어 기계의 모션 제어 시스템과 연결되며, 최상위 컴퓨터 인터페이스, 제어 카드 또는 PLC로부터 명령을 수신할 준비가 되어 있습니다. 가장 단순한 형태의 임베디드 모션 시스템은 설치를 용이하게 하기 위해 커넥터가 연결된 스테이지 또는 액추에이터로 구성될 수 있습니다. 가장 복잡한 형태의 모션 서브시스템은 핀 구성부터 페이로드까지 확장됩니다. 이는 모션 장치 자체뿐만 아니라 그 안에 탑재된 모든 구성 요소를 포함합니다.

기계의 움직임을 구성 요소별로 접근하는 방식과 비교했을 때, 내장형 모션은 몇 가지 강력한 이점을 제공합니다.

기계적 성능

동일한 스테이지나 액추에이터를 사용하더라도, 임베디드 모션 시스템은 일반적으로 컴포넌트 기반 모션 시스템보다 우수한 성능을 보입니다. 그 이유는 애플리케이션 및 조립 전문성에 있습니다. 우수한 임베디드 모션 시스템 공급업체는 까다로운 위치 제어 문제를 해결해 온 오랜 경험과, 당면 과제에 맞게 맞춤 제작할 수 있는 검증된 모션 구성 요소들을 보유하고 있습니다. 또한 스테이지의 동역학, 모션 제어 아키텍처, 그리고 작동 환경이 위치 제어 요구 사항에 미치는 영향을 깊이 이해하고 있습니다.

조립과 관련해서, 많은 기계 제조업체들은 가장 정밀한 다축 스테이지를 정렬하는 데 필요한 숙련된 기술자, 특수 고정 장치, 레이저 간섭계 및 기타 측정 시스템을 갖추고 있지 않습니다. 이러한 스테이지는 종종 축 간 정렬 허용 오차가 마이크론 단위로 측정됩니다.

제어 전문가

임베디드 모션 시스템은 고객 요구 사항에 따라 모션 제어 기능을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있습니다. 하지만 제어 전략은 임베디드 모션 시스템을 설계할 때 항상 고려해야 할 사항입니다. 우수한 임베디드 모션 시스템 공급업체는 다양한 모션 제어 플랫폼과 그 운동학적 특성이 기계식 모션 시스템과 어떻게 상호 작용하는지에 대한 폭넓은 지식을 보유하고 있어야 합니다. 이러한 지식을 바탕으로 관성 불일치 허용 범위와 같은 동적 성능 측면에서 가능한 한계를 뛰어넘을 수 있습니다.

신뢰할 수 있음

새로운 모션 시스템을 구축할 때 가장 흔히 발생하는 문제 중 하나는 개별 구성 요소가 제대로 작동하지 않거나 서로 호환되지 않아 발생하는 사소한 문제입니다. 예를 들어, 커넥터 하나라도 불량이거나 배선이 잘못되면 아무리 훌륭한 모션 스테이지라도 멈춰버릴 수 있습니다. 임베디드 모션 시스템은 생산 설비에 통합하기 전에 시스템 전체가 조립 및 테스트되므로 이러한 유형의 오류를 방지할 수 있습니다. 반면, 개별 구성 요소로 이루어진 모션 시스템은 작은 결함이나 호환성 문제가 생산 설비에 설치될 때까지 발견되지 않을 수 있습니다.

비용 절감

내장형 모션 시스템은 일반적으로 부품 기반 시스템에 비해 25~50% 저렴합니다. 이러한 비용 절감은 브래킷, 커넥터 및 기타 구성 요소를 설계에 포함시켜 부품 수를 줄일 수 있기 때문입니다. 하지만 모션 시스템 구축 및 설치와 관련된 숨겨진 비용 요소를 모두 고려하면 비용 절감 효과는 50%를 훨씬 넘을 수 있습니다. 이러한 숨겨진 비용에는 설계 엔지니어링, 재고, 제품 출시 기간 등이 포함됩니다.

다양한 유형의 애플리케이션에서 임베디드 모션의 이점을 누릴 수 있습니다. 당사는 반도체, 습식 실험 장비, 레이저 절단, 포장 및 실험실 자동화 장비 등 수십 대의 장비에 이 방식을 적용해 왔습니다.

모션 시스템의 숨겨진 비용

구성 요소별로 구축되는 모션 시스템에는 내장형 모션 접근 방식을 통해 제거할 수 있는 여러 가지 숨겨진 비용이 있습니다. 이러한 비용에는 다음이 포함됩니다.

1. 시장 출시 시간 단축 및 비용 절감. 본질적으로 동시 엔지니어링을 지원하는 임베디드 모션 시스템은 복잡한 기계의 개발 시간을 몇 주 또는 몇 달까지 단축할 수 있습니다.
2. 프로그램, 생산 및 자재 관리 비용. 임베디드 모션 시스템은 단일 자재 명세서(BOM) 품목으로 출고되므로 수백 개의 부품을 주문, 재고 관리 및 조립할 필요가 없습니다.
3. 생산 비용. 정밀 모션 시스템은 숙련된 조립 기술자와 특수 생산 장비를 필요로 하는데, 이러한 장비는 가동률이 최대치가 아닐 경우 비용 대비 효과를 입증하기 어려울 수 있습니다.
4. 보증 및 고장 비용. 우수한 임베디드 모션 솔루션 공급업체는 시스템 고장에 대한 보증을 제공하고 자사 제품에 대한 책임을 지므로 OEM의 위험 부담을 줄여줍니다.

이 비전통적인 CNC 기계는 이상적인 임베디드 모션 애플리케이션의 모든 특징을 갖추고 있습니다. 필요한 사항은 다음과 같습니다.

1. 제어 및 기계 분야 전문 지식 모두 보유.기계 시스템과 극좌표 운동의 복잡한 운동학을 지원하는 제어 장치 및 증폭기를 결합하려면 시스템적 접근 방식과 수개월간의 테스트가 필요했습니다. 또한 이 새로운 CNC 시스템을 구축하기 위해 일련의 정렬 기술과 도구를 개발해야 했습니다.

2. 컴팩트한 디자인으로 손쉬운 통합이 가능합니다.데스크탑 크기의 CNC 기계에서 공간은 매우 제한적이었습니다. 로터리 서보 모듈의 설계는 크고 막힘없는 관통 구멍을 특징으로 하여 사용 가능한 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록 해주었습니다. 100mm의 관통 구멍 덕분에 스핀들에 바로 공기 공급 장치를 연결하고, 공작물 쪽에 재료 인덱서를 내장하고, 필요한 모든 전원 연결을 쉽게 할 수 있었습니다.

3. 비용 절감.이 임베디드 모션 시스템의 흥미로운 점 중 하나는 필요한 만큼만 복잡하게 설계되었다는 것입니다. 주요 기능 요구 사항은 표면 마감이었지 위치 정확도가 아니었습니다. 실제로 위치 정확도에 대한 요구 사항은 적어도 저희 기준으로는 상당히 간단했습니다. 따라서 직접 판독 엔코더를 사용하지 않고 전체 시스템을 개방 루프 모드로 구동할 수 있었습니다. 덕분에 고객은 기계 한 대당 수천 달러를 절약할 수 있었습니다.

임베디드 모션 시작하기

개별 구성 요소로 이루어진 모션 시스템에서 임베디드 모션 시스템으로의 전환은 다소 무모해 보일 수 있습니다. 결국 모션 제어를 외부 업체에 맡기게 될 것이기 때문입니다.

하지만 적절한 공급업체를 선택한다면 아웃소싱은 성능과 신뢰성 향상이라는 이점을 가져다줄 것입니다. 또한 모션 서브시스템이 완벽한 테스트를 거쳐 보증된 상태로 공장에 도착하여 바로 기계에 설치할 수 있으므로 비용 절감 효과도 누릴 수 있습니다.