모션 컨트롤러가 아무리 정교하더라도 잘못 설계된 전자 기계 시스템을 극복할 수는 없습니다.

모션 제어 시스템은 위치 지정 메커니즘, 모터 구동 전자 장치 및 모션 컨트롤러의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 각 구성 요소는 신중하게 선택해야 하지만 최상의 시스템 결과를 얻으려면 먼저 위치 지정 메커니즘을 계획하십시오. 메커니즘이 요구 사항을 충족할 수 없으면 드라이브와 모션 컨트롤러가 차이를 보완할 수 없습니다.

모션 시스템을 설계하는 첫 번째 단계는 프로세스를 완전히 설명하고 이해하는 것입니다. 이 설명에서 구성요소 성능 매개변수 목록을 작성하십시오. 이 목록에는 축 수, 각 축의 이동 길이, 동작의 정밀도(해상도, 반복성, 정확도 포함), 페이로드 용량, 스테이지의 물리적 크기와 같은 1차 매개변수가 포함됩니다. 덜 명확하지만 똑같이 중요한 매개변수에는 환경적 제약이나 과제, 드라이브 선택, 다양한 방향의 작동, 다축 구성의 케이블 관리, 수명 계획 및 통합 용이성이 포함됩니다. 이러한 매개변수를 빠르게 검토하면 모두 포지셔닝 메커니즘과 관련되어 있으므로 이러한 구성요소에 대한 철저한 평가가 프로젝트 성공에 중요하다는 것을 알 수 있습니다.

애플리케이션은 포지셔닝 스테이지가 선형인지, 회전식인지, 아니면 스테이지 조합을 다축 시스템에 통합하는지 정의합니다. 매우 간단한 단일축 응용 분야에서도 고려해야 할 사항이 많습니다. 페이로드 중량 및 오프셋(무게 중심)과 같은 문제가 모션 요구 사항에 큰 영향을 미칠 수 있으므로 로드는 이 프로필의 중요한 측면입니다. 일반 및 최대 하중 중량은 물론 스테이지가 이동해야 하는 최대 및 최소 거리, 필요한 이동 속도 및 가속도를 고려하세요.

스테이지를 더 큰 시스템의 필수적인 부분으로 간주하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 무대 장착 방법과 장착 구조는 무대 성능과 사양 충족 능력에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 샘플이 카메라 아래에서 앞뒤로 빠르게 진동하는 고속 검사 응용 분야에서는 움직이는 하중의 "페인트 셰이커 효과"를 견딜 수 있는 구조에 선형 포지셔닝 스테이지를 장착해야 합니다. 마찬가지로, 평탄도의 높은 정밀도를 위해 선택된 장거리 이동 선형 스테이지는 평평하지 않은 표면에 맞는 스테이지의 왜곡을 피하기 위해 적절하게 평평한 표면에 장착되어야 합니다.

또한 스테이지 사양을 정의할 때 시스템의 수명 요구 사항을 고려하십시오. 기계의 수명 동안 요구 사항이 변경되면 시스템이 위치 지정 단계 허용 범위를 벗어날 수 있으며 기계 정확도, 생산성 및 신뢰성이 저하될 수 있습니다. 움직이는 구성 요소와 마찬가지로 위치 지정 기능은 확장된 사용에 따라 변경될 수 있습니다. 스테이지가 기계의 의도된 서비스 수명 동안 모션 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오.

다른 영향에는 시스템의 크기와 환경적 제약이 포함됩니다. 가로 및 세로 크기 제약 조건을 모두 고려하세요. 시스템의 전체 설치 공간에 영향을 미칠 수 있는 요소에는 드라이브 메커니즘이 외부인지 내부인지 여부와 케이블 관리 방법이 포함됩니다. 환경적 제약에는 기계의 움직이는 부품이 미립자를 거의 생성하지 않아야 하는 클린룸 애플리케이션이나 주변 미립자가 스테이지 내에서 과도한 마찰을 일으키고 신뢰성과 성능에 영향을 줄 수 있는 더러운 환경이 포함될 수 있습니다. 작동 온도는 무대 성능에 큰 영향을 미칠 수 있는 주요 환경 문제입니다. 2~3도 정도의 작은 온도 변화로도 스테이지 공차를 변경할 만큼 충분한 팽창이 발생할 수 있습니다.

많은 응용 분야에는 다축 모션이 필요합니다. 다축 시스템에서는 서로 다른 방향으로 동작하려면 스테이지를 쌓아야 합니다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 검사 시스템은 선형을 제공해야 할 수도 있습니다.X그리고Y운동뿐만 아니라 회전세타. 이러한 시스템에서는 형상이 나머지 시스템의 공차에 어떤 영향을 미치는지 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 두 개의 스테이지가 서로 쌓인 경우 상단 스테이지는 이동이 끝날 때 편향될 수 있습니다. 상단 스테이지의 편향은 하단 스테이지의 캔틸레버 하중의 함수입니다. 이러한 편향을 고려하거나 다른 구성을 고려해야 합니다. 스테이지 제조업체는 적층형 스테이지의 사양이 적용 요구 사항을 충족하는지 확인해야 합니다.

다단계 시스템에서 케이블 관리는 물류 및 신뢰성 문제가 될 수 있습니다. 케이블은 종종 간과되지만 시스템의 수명, 구조 및 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 혁신적인 케이블링 솔루션을 찾으려면 무대 제조업체를 찾으십시오. 여기에는 마찰과 끌림을 줄이기 위해 케이블을 내부적으로 통합하거나 유연성을 높이기 위해 외부 케이블 커넥터 대신 단일 외부 케이블 인터페이스를 사용하는 것이 포함될 수 있습니다.

시스템 드라이브를 결정하는 것이 핵심 요소입니다. 가장 일반적인 두 가지 드라이브 유형은 볼스크류 드라이브와 선형 모터 드라이브입니다. 볼스크류 드라이브는 저렴하고 이해하기 쉽습니다. 자연스러운 댐핑으로 제어가 쉽고 브레이크를 쉽게 추가할 수 있습니다. 반면에 기계적 마찰로 인해 일정한 속도를 유지하는 것이 어려울 수 있습니다. 극단적인 온도나 습도와 같은 일부 조건에서는 볼 스크류의 피치가 변경되어 정확도에 영향을 줄 수 있습니다. 열 효과가 문제인 경우 선형 인코더가 필요할 수도 있고 선형 모터 스테이지가 더 나은 선택일 수도 있습니다.

선형 모터 드라이브트레인은 자기 트랙과 코일 어셈블리로 구성됩니다. 자기 트랙은 일반적으로 고정되어 있으며 강철 기판에 장착된 일련의 영구 자석으로 구성됩니다. 코일 어셈블리에는 모든 구리 권선이 포함되어 있으며 일반적으로 슬라이딩 스테이지 캐리지에 장착됩니다. 일부 선형 모터 스테이지에는 케이블링을 단순화하기 위한 수단으로 슬라이딩 캐리지 어셈블리에 영구 자석이 있지만 자석 길이는 이러한 시스템의 이동을 제한합니다.

선형 모터 드라이브는 일반적으로 고속, 일정한 속도 또는 장거리 이동 응용 분야의 경부하에서 중간 부하에 가장 적합합니다. 리니어 모터 드라이브는 이동 길이가 증가해도 처지지 않기 때문에 볼스크류 드라이브트레인보다 훨씬 더 긴 이동 능력을 갖습니다. 더 나은 속도 제어 기능을 제공할 수 있지만 이동 코일과 선형 엔코더 전자 장치로 인해 케이블 관리가 더 복잡해집니다. 또한 대형 선형 드라이브는 이동 길이와 자석 크기가 증가함에 따라 더 무겁고 비용이 많이 들 수 있습니다.

구동 유형을 선택할 때 중요한 고려 사항은 정지 성능과 장착 방향입니다. 선형 모터 드라이브는 전원이 없어도 자유롭게 움직이는 반면, 볼 스크류 드라이브는 움직임을 줄이기 위해 마찰력을 가지고 있습니다. 이는 드라이브를 수직으로 장착해야 하는 애플리케이션에서 특히 중요합니다. 리니어 모터 스테이지는 사실상 마찰이 없기 때문에 동력이 손실되면 캐리지가 자유낙하하게 됩니다. 또한 중력을 항상 극복해야 하므로 모터에 지속적으로 큰 힘이 필요합니다. 선형 모터는 수직으로 작동할 때 빠르게 과열될 수 있거나 균형이 필요할 수 있으므로 볼 스크류 드라이브는 수직 응용 분야에 더 적합합니다.

모터 선택에는 절충안이 포함될 수도 있습니다. 일반적인 회전 모터는 가장 저렴한 옵션이지만 드라이브 시스템 공간 요구 사항을 추가합니다. 리니어 모터는 공간을 적게 차지하지만 로터리 모터보다 자석이 더 많고 리니어 엔코더가 필요하기 때문에 가격이 더 비쌉니다. 볼스크류 구동 스테이지는 리니어 엔코더를 사용할 수 있지만 모터와 볼스크류의 로터리 엔코더도 마찬가지로 잘 작동하고 비용도 저렴합니다. 스테퍼 모터나 서보모터를 사용하는 것과 관련된 장단점도 있습니다. 스테퍼는 가격이 저렴하지만 서보모터는 고속 성능이 더 좋습니다.

볼스크류 구동 스테이지의 옵션은 프레임리스 모터입니다. 프레임리스 모터는 스테이지에 내장된 표준 브러시리스 모터입니다. 회전자 자석은 볼스크류 샤프트에 직접 결합되고 고정자 권선은 스테이지 끝에 통합됩니다. 이 구성에서는 모터 커플러가 제거되어 몇 인치의 공간이 절약됩니다. 커플러가 없으면 모터-볼스크류 연결의 히스테리시스와 감김이 줄어들어 성능이 향상됩니다. 무대 제조업체는 응용 분야에 가장 적합한 전체 솔루션을 정의하는 데 도움이 되는 모터 및 인코더에 대한 전문 지식을 제공해야 합니다.

시스템 동작의 기계적, 전기적 측면을 잘 이해하고 단계를 선택하면 제어 시스템의 세부 사항을 해결할 수 있습니다. 제어 시스템은 드라이브 전자 장치와 호환되어야 하며, 모든 드라이브가 커넥터에 대한 피드백 정보를 제공하는 것은 아니라는 사실에 특별한 주의를 기울여야 합니다. 이상적으로 컨트롤러는 추가 하드웨어 없이 변환기 및 액추에이터 신호에 직접 인터페이스해야 합니다. 또한 컨트롤러는 시스템의 자연 데이터 속도 내에서 제어 루프를 닫거나 필요에 따라 여러 모션 축의 모션을 동시에 조정할 수 있을 만큼 충분한 성능을 가져야 합니다.