“LOSTPED”는 어떻게 도움을 줄 수 있을까요?

포장 및 자재 취급부터 반도체 제조 및 자동차 조립에 이르기까지 거의 모든 제조 공정에는 어떤 형태로든 선형 운동이 포함되어 있으며, 제조업체들이 모듈형 선형 운동 시스템의 유연성과 단순성에 익숙해짐에 따라 1축, 2축 또는 완전한 3축 직교 로봇 시스템을 비롯한 이러한 시스템이 생산 현장에 점차 도입되고 있습니다.

선형 모션 시스템의 크기를 정하고 선택할 때 엔지니어와 설계자가 흔히 저지르는 실수는 최종 시스템에서 중요한 응용 분야 요구 사항을 간과하는 것입니다. 최악의 경우 이는 비용이 많이 드는 재설계 및 재작업으로 이어질 수 있으며, 종종 원하는 것보다 비용이 더 많이 들고 효율성이 떨어지는 과도하게 설계된 시스템으로 이어질 수도 있습니다. 수많은 가능한 솔루션 때문에 선형 모션 시스템을 설계해야 할 때 쉽게 압도당할 수 있습니다. 시스템이 처리해야 하는 하중은 얼마나 될까요? 얼마나 빠르게 움직여야 할까요? 가장 비용 효율적인 설계는 무엇일까요?

보쉬 렉스로스의 선형 모션 및 조립 기술 그룹은 이러한 모든 질문들을 고려하여 엔지니어 또는 설계자가 특정 응용 분야에 적합한 선형 모션 구성 요소 또는 모듈을 지정하는 데 필요한 정보를 수집하는 데 도움이 되는 간단한 약어인 "LOSTPED"를 개발했습니다.

무엇을 잃어버린 것인가?

LOSTPED는 하중(Load), 방향(Orientation), 속도(Speed), 이동 거리(Travel), 정밀도(Precision), 환경(Environment), 작동 주기(Duty cycle)의 약자입니다. LOSTPED의 각 글자는 선형 모션 시스템의 크기를 정하고 선택할 때 고려해야 할 각 요소를 나타냅니다. 예를 들어, 하중은 가속 및 감속 시와 정속 주행 시 베어링 시스템에 서로 다른 요구 사항을 부과합니다. 선형 모션 솔루션이 개별 구성 요소에서 완전한 선형 모듈 또는 직교 시스템으로 발전함에 따라 시스템 구성 요소(예: 선형 베어링 가이드와 볼 스크류, 벨트 또는 선형 모터 드라이브) 간의 상호 작용이 더욱 복잡해지고 적합한 시스템을 설계하는 것이 더욱 어려워집니다. LOSTPED 약어는 시스템 개발 및 사양 단계에서 모든 상호 연관된 요소를 고려하도록 상기시켜 설계자가 오류를 방지하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

Lostped 사용 방법

다음은 LOSTPED의 각 요소에 대한 설명과 선형 모션 시스템의 크기 및 선택 기준을 결정할 때 고려해야 할 주요 질문입니다.

짐

하중은 시스템에 가해지는 무게 또는 힘을 의미합니다. 모든 선형 운동 시스템은 자재 운반 작업에서 발생하는 하향력이나 드릴링, 프레스 또는 스크류 드라이빙 작업에서 발생하는 추력 등과 같은 다양한 형태의 하중을 받습니다. 반도체 웨이퍼 운반 작업과 같이 일정한 하중을 받는 경우도 있는데, 이 경우 FOUP(전면 개방형 통합 포드)가 베이에서 베이로 이동하여 웨이퍼를 넣고 빼는 작업이 이에 해당합니다. 세 번째 유형은 가변 하중을 받는 경우로, 의료용 시약 분배 작업에서 시약이 일련의 피펫에 순차적으로 주입되는 경우처럼 각 단계마다 하중이 감소하는 경우가 이에 해당합니다.

하중을 고려할 때, 로봇 팔 끝에 어떤 종류의 그리퍼를 사용하여 하중을 집거나 운반할지도 함께 살펴보는 것이 중요합니다. 하중과 직접적인 관련은 없지만, 이 부분에서 실수를 하면 큰 손실을 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 매우 민감한 공작물을 집어 올리는 작업에서 부적절한 종류의 그리퍼를 사용하면 공작물이 손상될 수 있습니다.

핵심 질문:

• 하중의 발생원은 무엇이며, 하중의 방향은 어떻게 됩니까?
• 특별히 고려해야 할 사항이 있습니까?
• 얼마나 많은 무게나 힘을 제어해야 합니까?
• 그 힘은 하향력, 이륙력 또는 측면력입니까?

정위

힘이 가해지는 방향, 즉 상대적인 위치나 위치 또한 중요하지만 종종 간과됩니다. 일부 선형 모듈 또는 액추에이터는 모듈 설계에 사용된 선형 가이드 시스템 덕분에 측면 하중보다 하향/상향 하중을 더 크게 견딜 수 있습니다. 반면, 다른 선형 가이드를 사용하는 모듈은 모든 방향에서 동일한 하중을 처리할 수 있습니다.

예를 들어, 렉스로스 컴팩트 모듈 CKK는 이중 볼 레일 시스템을 사용하여 구동되며, 측면 장착 또는 축 방향 하중이 필요한 응용 분야에서 자주 사용됩니다. 대부분의 고품질 선형 모션 공급업체는 다양한 상황에 대응할 수 있는 모듈과 액추에이터를 생산하므로, 지정된 모듈이 응용 분야에서 성공적인 결과를 얻기 위해 필요한 방향으로 하중 요구 사항을 처리할 수 있는지 확인하는 것이 중요합니다.

핵심 질문:

• 선형 모듈 또는 액추에이터는 어떤 방향으로 배치되어 있습니까?
• 가로 방향인가요, 세로 방향인가요, 아니면 거꾸로 된 건가요?
• 선형 모듈에 대한 하중의 방향은 무엇입니까?
• 해당 하중이 선형 모듈에 롤 또는 피치 모멘트를 발생시킬까요?

속도

속도와 가속도 또한 선형 운동 시스템 선택에 영향을 미칩니다. 적용된 하중은 가속 및 감속 시와 정속 운동 시에 시스템에 매우 다른 힘을 발생시킵니다. 원하는 속도 또는 사이클 타임을 충족하는 데 필요한 가속도가 이동 프로파일 유형에 따라 결정되므로 사다리꼴 또는 삼각형 이동 프로파일 유형도 고려해야 합니다. 사다리꼴 이동 프로파일은 하중이 빠르게 가속한 후 일정 시간 동안 비교적 일정한 속도로 이동하고 감속하는 것을 의미합니다. 삼각형 이동 프로파일은 지점 간 픽업 및 하차 작업과 같이 하중이 빠르게 가속하고 감속하는 것을 의미합니다. 속도와 가속도는 적절한 선형 구동 장치(일반적으로 볼 스크류, 벨트 또는 선형 모터)를 결정하는 데에도 중요한 요소입니다.

핵심 질문:

• 달성해야 하는 속도 또는 사이클 시간은 얼마입니까?
• 일정한 속도인가요, 아니면 가변 속도인가요?
• 하중이 가속 및 감속에 어떤 영향을 미칠까요?
• 이동 경로는 사다리꼴인가요, 아니면 삼각형인가요?
• 속도 및 가속도 요구 사항을 가장 잘 충족하는 선형 구동 장치는 무엇일까요?

여행하다

이동 거리는 움직임의 거리 또는 범위를 의미합니다. 이동 거리뿐만 아니라 과잉 이동도 고려해야 합니다. 스트로크 끝부분에 일정량의 "안전 이동" 또는 추가 공간을 확보하면 비상 정지 시 시스템의 안전을 보장할 수 있습니다.

핵심 질문:

• 이동 거리(운동 범위)는 얼마입니까?
• 비상 정지 시 얼마나 많은 오버 트래블이 필요할 수 있습니까?

정도

정밀도는 시스템이 A 지점에서 B 지점으로 이동하는 동안의 동작 정확도(이동 정확도) 또는 목표 위치에 얼마나 근접하게 도달하는지(위치 정확도)를 나타내는 포괄적인 용어입니다. 또한 반복성을 의미하기도 합니다. 이동 정확도, 위치 정확도, 반복성이라는 세 가지 용어의 차이점을 이해하는 것은 시스템이 성능 사양을 충족하고 불필요하게 높은 정확도를 위해 과도하게 보정하지 않도록 하는 데 매우 중요합니다.

정밀도 요구 사항을 꼼꼼히 고려해야 하는 주된 이유는 구동 메커니즘 선택 때문입니다. 벨트 구동, 볼 스크류 또는 선형 모터 중에서 선택해야 하는데, 각 유형은 정밀도, 속도 및 하중 지지력 사이에 장단점이 있으며, 최적의 선택은 주로 적용 분야에 따라 결정됩니다.

핵심 질문:

• 해당 응용 분야에서 이동 정확도, 위치 정확도 및 반복성은 얼마나 중요한가요?
• 정확성이 속도나 다른 LOSTPED 요소보다 더 중요한가요?

환경

환경이란 시스템이 작동될 것으로 예상되는 주변 조건을 의미합니다. 예를 들어, 극한의 온도는 시스템 내 플라스틱 부품 및 윤활 성능에 영향을 미칠 수 있으며, 먼지, 액체 및 기타 오염 물질은 베어링 궤도 및 하중 지지 요소에 손상을 일으킬 수 있습니다.

이는 종종 간과되는 성능 요소이지만, 선형 모션 시스템의 수명에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 밀봉 스트립 및 특수 코팅과 같은 옵션을 통해 이러한 환경 요인으로 인한 손상을 방지할 수 있습니다. 또한 특수 윤활 및 양압 공기 공급과 같은 옵션을 사용하면 모듈 또는 액추에이터를 클린룸 환경에 적합하게 만들 수 있습니다.

핵심 질문:

• 어떤 종류의 위험 요소나 오염 물질이 존재합니까? (극심한 온도, 먼지, 오물, 액체 등)
• 반대로, 선형 운동 시스템 자체가 환경 오염 물질(ESD, 윤활유 또는 미립자)의 잠재적 원인이 될 수 있을까요?

작동 주기

작동률(듀티 사이클)은 한 번의 작동 사이클을 완료하는 데 걸리는 시간입니다. 모든 선형 액추에이터에서 내부 부품은 일반적으로 시스템의 최종 수명을 결정합니다. 예를 들어 모듈 내부의 베어링 수명은 가해지는 하중과 베어링이 경험하게 될 작동률에 직접적인 영향을 받습니다. 선형 모션 시스템이 앞서 언급한 6가지 요소를 모두 충족할 수 있다 하더라도, 24시간 내내 연속으로 작동하면 하루 8시간씩 주 5일만 작동하는 경우보다 훨씬 빨리 수명이 다할 것입니다. 사용 시간과 휴식 시간의 비율은 선형 모션 시스템 내부의 열 발생에 영향을 미치고 시스템 수명과 소유 비용에 직접적인 영향을 줍니다. 벨트와 같은 마모 부품을 쉽게 비축하여 교체할 수 있으므로 이러한 문제를 사전에 파악하면 나중에 시간과 노력을 절약할 수 있습니다.

핵심 질문:

• 스트로크나 동작 사이의 정지 시간을 포함하여 시스템이 얼마나 자주 사용됩니까?
• 이 시스템은 얼마나 오랫동안 작동해야 합니까?

마지막으로 몇 가지 조언을 드립니다.

LOSTPED 외에도 설계자는 신뢰할 수 있는 유통업체 또는 제조업체의 애플리케이션 엔지니어링 부서와 상담해야 합니다. 이러한 전문가들은 일반적으로 수백 건의 애플리케이션 경험을 보유하고 있으며, 그중 상당수는 현재 애플리케이션과 유사합니다. 따라서 잠재적인 문제를 예측하여 상당한 시간과 비용 절감 효과를 제공할 수 있습니다. 결국 최종 목표는 최소한의 총소유비용으로 최상의 선형 모션 시스템을 구축하는 것이며, LOSTPED에 정통한 숙련된 애플리케이션 엔지니어는 고객이 바로 그러한 목표를 달성할 수 있도록 지원할 수 있습니다.