모션 컨트롤러가 아무리 정교하더라도 설계가 형편없는 전기기계 시스템을 이길 수는 없습니다.

모션 제어 시스템은 위치 결정 메커니즘, 모터 구동 전자 장치, 그리고 모션 컨트롤러의 세 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 각 구성 요소는 신중하게 선택해야 하지만, 최상의 시스템 결과를 얻으려면 위치 결정 메커니즘을 먼저 계획해야 합니다. 메커니즘이 요구 사항을 충족하지 못하면 드라이브와 모션 컨트롤러만으로는 부족함을 메울 수 없습니다.

모션 시스템 설계의 첫 단계는 프로세스를 완전히 설명하고 이해하는 것입니다. 이 설명을 바탕으로 구성 요소 성능 매개변수 목록을 작성하십시오. 이 목록에는 축 수, 각 축의 이동 거리, 모션 정밀도(분해능, 반복성, 정확도 포함), 페이로드 용량, 스테이지의 물리적 크기와 같은 1차 매개변수가 포함됩니다. 덜 명확하지만 마찬가지로 중요한 매개변수로는 환경적 제약이나 과제, 드라이브 선택, 다중 방향 작동, 다축 구성에서의 케이블 관리, 수명 계획, 그리고 통합 용이성이 있습니다. 이러한 매개변수들을 간략히 살펴보면 모두 위치 결정 메커니즘과 관련이 있음을 알 수 있으며, 따라서 이러한 구성 요소에 대한 철저한 평가는 프로젝트 성공에 매우 중요합니다.

이 애플리케이션은 위치 결정 스테이지가 선형인지, 회전인지, 또는 여러 스테이지를 결합하여 다축 시스템에 통합되는지 정의합니다. 비교적 간단한 단일 축 애플리케이션에서도 여러 가지 고려 사항이 있습니다. 하중은 이 프로파일에서 중요한 요소입니다. 페이로드 무게와 오프셋(무게 중심)과 같은 문제는 모션 요구 사항에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 일반적인 하중 무게와 최대 하중 무게, 스테이지가 이동해야 하는 최대 및 최소 거리, 필요한 이동 속도, 가속도도 고려하십시오.

스테이지를 더 큰 시스템의 필수적인 부분으로 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어 스테이지의 장착 방식과 장착 구조는 스테이지 성능과 사양 충족 능력에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 카메라 아래에서 샘플이 빠르게 앞뒤로 진동하는 고속 검사 애플리케이션에서 선형 위치 조정 스테이지는 움직이는 하중의 "페인트 쉐이커 효과"를 견딜 수 있는 구조에 장착해야 합니다. 마찬가지로, 높은 평탄도 정밀도를 위해 선택된 장거리 선형 스테이지는 평평하지 않은 표면에 스테이지가 변형되는 것을 방지하기 위해 적절하게 평평한 표면에 장착해야 합니다.

스테이지 사양을 정의할 때 시스템의 수명 요건도 고려하십시오. 장비 수명 동안 요건이 변경되면 시스템이 위치 지정 스테이지 허용 오차를 벗어나 장비 정확도, 생산성 및 신뢰성이 저하될 수 있습니다. 모든 이동 부품과 마찬가지로, 위치 지정 성능은 장기간 사용에 따라 달라질 수 있습니다. 스테이지가 장비의 예상 수명 동안 모션 요건을 충족하도록 정격화되었는지 확인하십시오.

시스템의 크기와 환경적 제약도 영향을 미칩니다. 수평 및 수직 크기 제약을 모두 고려하십시오. 시스템의 전체 설치 면적에 영향을 줄 수 있는 요인으로는 구동 장치가 외부에 있는지 내부에 있는지, 그리고 케이블 연결 방식이 있습니다. 환경적 제약에는 기계의 이동 부품이 미립자를 거의 발생시키지 않아야 하는 클린룸 환경이나, 주변 미립자가 스테이지 내부에서 과도한 마찰을 유발하여 신뢰성과 성능에 영향을 줄 수 있는 오염된 환경이 포함될 수 있습니다. 작동 온도는 스테이지 성능에 큰 영향을 미칠 수 있는 주요 환경 문제입니다. 2~3도 정도의 작은 온도 변화도 스테이지 허용 오차를 변화시킬 만큼 충분한 팽창을 유발할 수 있습니다.

많은 애플리케이션에 다축 모션이 필요합니다. 다축 시스템에서는 여러 방향으로 모션을 구현하기 위해 스테이지를 쌓아야 합니다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 검사 시스템은 선형 모션을 제공해야 할 수 있습니다.X그리고Y운동뿐만 아니라 회전도세타이러한 시스템에서는 기하학적 구조가 시스템의 나머지 부분의 공차에 어떤 영향을 미치는지 고려하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 두 개의 스테이지가 서로 겹쳐져 있는 경우, 상단 스테이지는 이동 끝부분에서 휘어질 수 있습니다. 상단 스테이지의 휘어짐은 하단 스테이지에 작용하는 캔틸레버 하중의 함수입니다. 이러한 휘어짐을 고려하거나 다른 구성을 고려해야 합니다. 스테이지 제조업체는 겹쳐진 스테이지의 사양이 적용 요건을 충족하는지 확인해야 합니다.

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

시스템 드라이브를 결정하는 것은 핵심 요소입니다. 가장 일반적인 두 가지 드라이브 유형은 볼스크류 드라이브와 리니어 모터 드라이브입니다. 볼스크류 드라이브는 비용이 저렴하고 이해하기 쉽습니다. 자연 감쇠 기능을 갖추고 있어 제어가 쉽고 브레이크를 쉽게 추가할 수 있습니다. 반면, 기계적 마찰로 인해 일정한 속도를 유지하기 어려울 수 있습니다. 온도나 습도가 극단적으로 높은 경우와 같이 특정 조건에서는 볼스크류의 피치가 변하여 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다. 열 영향이 문제가 되는 경우 리니어 엔코더가 필요하거나 리니어 모터 스테이지가 더 나은 선택일 수 있습니다.

선형 모터 구동계는 자기 트랙과 코일 어셈블리로 구성됩니다. 자기 트랙은 일반적으로 고정되어 있으며 강철 기판에 장착된 일련의 영구 자석으로 구성됩니다. 코일 어셈블리는 모든 구리 권선을 포함하며 일반적으로 슬라이딩 스테이지 캐리지에 장착됩니다. 일부 선형 모터 스테이지는 케이블 연결을 간소화하기 위해 슬라이딩 캐리지 어셈블리에 영구 자석을 사용하지만, 자석의 길이로 인해 이러한 시스템의 이동 거리가 제한됩니다.

선형 모터 드라이브는 일반적으로 고속, 정속 또는 장거리 애플리케이션에서 경부하에서 중부하까지 적합합니다. 선형 모터 드라이브는 이동 거리가 증가해도 처짐 현상이 발생하지 않기 때문에 볼스크류 구동계보다 훨씬 긴 이동 거리를 제공합니다. 더 나은 속도 제어를 제공할 수 있지만, 무빙 코일과 리니어 인코더 전자 장치로 인해 케이블 관리가 더 복잡해집니다. 또한, 대형 선형 드라이브는 이동 거리와 자석 크기가 증가함에 따라 더 무겁고 비용이 많이 들 수 있습니다.

드라이브 유형을 선택할 때 중요한 고려 사항은 정지 성능과 장착 방향입니다. 리니어 모터 드라이브는 동력 없이도 자유롭게 움직이는 반면, 볼스크류 드라이브는 마찰력을 통해 움직임을 감쇠합니다. 이는 드라이브를 수직으로 장착해야 하는 경우에 특히 중요합니다. 리니어 모터 스테이지는 마찰이 거의 없기 때문에 동력 손실 시 캐리지가 자유 낙하합니다. 또한, 중력을 항상 극복해야 하므로 모터에 큰 연속적인 힘이 필요합니다. 볼스크류 드라이브는 리니어 모터가 수직으로 작동할 경우 빠르게 과열되거나 평형추를 필요로 할 수 있으므로 수직형 어플리케이션에 더 적합합니다.

모터 선택에는 장단점이 있을 수 있습니다. 일반적인 회전 모터는 가장 저렴하지만 구동 시스템 공간 요구 사항이 증가합니다. 선형 모터는 공간을 덜 차지하지만 회전 모터보다 자석이 더 많고 선형 인코더가 필요하기 때문에 비용이 더 많이 듭니다. 볼스크류 구동 스테이지는 선형 인코더를 사용할 수 있지만, 모터와 볼스크류에 회전 인코더를 사용하는 것이 더 효과적이며 비용도 더 저렴합니다. 스테퍼 모터나 서보 모터를 사용하는 데에도 장단점이 있습니다. 스테퍼 모터는 가격이 저렴하지만 서보 모터는 고속 성능이 더 뛰어납니다.

볼스크류 구동 스테이지의 옵션으로 프레임리스 모터를 사용할 수 있습니다. 프레임리스 모터는 스테이지에 내장된 표준 브러시리스 모터입니다. 로터 자석은 볼스크류 축에 직접 결합되고 스테이터 권선은 스테이지 끝단에 통합되어 있습니다. 이러한 구성은 모터 커플러를 제거하여 수 인치의 공간을 절약합니다. 커플러가 없으므로 모터와 볼스크류 연결의 히스테리시스와 와인드업이 감소하여 성능이 향상됩니다. 스테이지 제조업체는 모터 및 인코더에 대한 전문 지식을 제공하여 애플리케이션에 가장 적합한 토탈 솔루션을 정의해야 합니다.

시스템 동작의 기계적 및 전기적 측면을 충분히 이해하고 단계를 선택하면 제어 시스템의 세부 사항을 결정할 수 있습니다. 제어 시스템은 구동 전자 장치와 호환되어야 하며, 모든 구동 장치가 커넥터를 통해 피드백 정보를 제공하는 것은 아니라는 점에 특히 유의해야 합니다. 이상적으로는 컨트롤러가 추가 하드웨어 없이 트랜스듀서 및 액추에이터 신호에 직접 연결되어야 합니다. 또한 컨트롤러는 시스템의 자연스러운 데이터 속도 내에서 제어 루프를 닫거나 필요에 따라 여러 모션 축의 동작을 동시에 조정할 수 있는 충분한 성능을 갖춰야 합니다.