진동을 억제하면 침전 시간이 크게 단축됩니다.

고속 픽앤플레이스 작업에서 정착 시간은 생산성의 적입니다. 대량 조립에는 속도가 필수적입니다. 하지만 속도는 문제를 야기하기도 합니다.

예를 들어, 픽앤플레이스 작업에서 좌우로 빠르게 움직이다가 10센트 동전에 멈춰 서는 것은 진동을 발생시킵니다. 부품을 정확하게 픽앤플레이스하려면 기계가 진동이 멈출 때까지 아주 짧은 순간이라도 멈춰야 합니다. 이를 정착 시간이라고 하며, 대량 작업에서는 이러한 밀리초 단위의 시간이 누적될 수 있습니다.

가로 200mm, 세로 100mm, 그리고 뒤로 200mm의 짧은 픽앤플레이스 작업을 생각해 보세요. 수평 이동은 0.5초가 걸리고 정착 시간은 0.05초이며, 수직 이동은 0.2초가 걸리고 정착 시간은 0.05초입니다. 이는 부품당 1.6초, 분당 37.5개, 시간당 2,250개의 부품을 처리하는 데 걸리는 시간입니다. 부품당 가치가 0.1달러라면, 이 작업은 시간당 225달러의 수익을 창출하는 것입니다.

정착 시간을 0.05초에서 0.004초로 단축할 수 있다면, 동일한 픽앤플레이스 작업에 1.416초가 소요됩니다. 이는 분당 42.37개 부품, 즉 시간당 2,542개 부품에 해당합니다. 이제 동일한 작업으로 시간당 254.24달러의 수익을 창출하고 있으며, 이는 기존보다 29.24달러 더 많은 금액입니다. 주 6일 2교대 운영을 기준으로 할 때, 정착 시간을 0.184초 단축하면 연간 140,353달러의 추가 수익을 얻을 수 있습니다!

자동화 엔지니어는 진동 및 기계 공진 문제를 여러 가지 방법으로 해결할 수 있습니다. 기계적으로는 견고한 부품, 엄격한 공차, 그리고 최소 백래시를 갖춘 기계를 설계할 수 있습니다.

일반적으로 모터는 부하에 최대한 가깝고 단단하게 연결되어야 합니다. 시스템의 기계적 컴플라이언스는 최소화해야 합니다. 커플링이나 기어박스처럼 모터 축과 부하 사이에 움직이는 부품은 컴플라이언스를 발생시킵니다. 이러한 모든 부품은 열, 마찰, 마모에 취약합니다.

엔지니어는 서보 구동 시스템의 증폭기를 통해 전자적으로 문제를 해결할 수도 있습니다.

필터는 이를 위한 한 가지 방법입니다. 저역 통과 필터는 1,000~5,000Hz 사이의 진동을 감쇠시킵니다. 노치 필터는 500~1,000Hz 사이의 진동을 제어합니다.

필터의 문제점은 대역폭에 한계를 둔다는 것입니다. 즉, 시스템을 정밀하게 조정할 수 있는 범위가 제한됩니다.

문제를 해결하는 또 다른 방법은 진동 억제입니다. 야스카와 Sigma-5 서보 앰프는 진동 억제를 위한 고유한 알고리즘을 탑재하고 있습니다. 이 알고리즘은 대역폭을 손상시키지 않고 50Hz 이하의 진동을 억제할 수 있습니다.

핵심은 서보 모터에 연결된 20비트 고해상도 엔코더입니다. 모터 축 회전당 100만 회 이상의 카운트를 제공하는 이 엔코더는 벨트나 볼스크류를 통해 전달되는 미세한 진동도 감지할 수 있습니다.

이 알고리즘은 인코더에서 속도 및 토크 신호를 받아 해당 동작에 맞는 명령 신호를 조정합니다. 예를 들어, 가속, 특정 속도 주행, 정지와 같은 일반적인 사다리꼴 동작을 명령한다고 가정해 보겠습니다. 증폭기는 명령된 동작을 최대한 정확하게 따라갑니다. 하지만 동작 중에는 온갖 종류의 진동이 모터를 원래 경로에서 벗어나게 하려고 합니다. 진동 억제 알고리즘은 해당 진동의 파형을 파악하고 명령 신호를 반대 방향으로 조정하여 사실상 상쇄합니다.

진동을 억제하면 정착 시간이 크게 단축되어 처리량이 향상됩니다. 또한 엔지니어는 더 작고 가벼운 메커니즘을 설계할 수 있어 기계의 전체 비용을 절감할 수 있습니다.

진동이 적으면 기계의 마모도 줄어듭니다. 기계가 더 부드럽고 조용하게 작동하여 궁극적으로 더 오래 사용할 수 있습니다.