전자, 광학, 컴퓨터, 검사, 자동화, 레이저 산업에서는 다양한 위치 확인 시스템 사양이 필요합니다.모든 사람에게 적합한 시스템은 없습니다.

고정밀 포지셔닝 시스템이 최적으로 작동하려면 베어링, 위치 측정 시스템, 모터 및 드라이브 시스템, 컨트롤러 등 시스템을 구성하는 구성 요소가 모두 함께 작동하여 적용 기준을 충족해야 합니다. .

베이스 및 베어링

최적의 시스템 구성을 결정하려면 먼저 시스템의 기계적인 부분을 고려하십시오. 선형 스테이지의 경우 다음과 같은 네 가지 일반적인 베이스 및 베어링 설계 선택이 있습니다.
• 알루미늄 베이스와 볼튼 볼 베어링 방식의 슬라이드.
• 강철 레일에 4개의 재순환 롤러 베어링 블록이 있는 알루미늄 또는 강철 베이스와 알루미늄 또는 강철 측면.
• 일체형 롤러 베어링 방식을 갖춘 Meehanite 주철 베이스 및 슬라이드.
• 화강암 또는 주철 슬라이드와 에어 베어링이 있는 화강암 가이드.

알루미늄은 미하나이트나 강철보다 가볍지만 덜 단단하고 덜 안정적이며 충격에 잘 견디지 못하고 응력에 대한 저항력도 떨어집니다. 또한 알루미늄은 온도 변화에 훨씬 더 민감합니다. 주철은 알루미늄보다 강성이 150% 더 강하고 진동 감쇠 성능이 300% 더 좋습니다. 강철은 철보다 내구성이 뛰어나고 강합니다. 그러나 장시간의 울림이 발생하여 빠른 이동 및 정착 시간에 해를 끼칩니다.

에어 베어링이 포함된 화강암 가이드는 가장 견고하고 내구성이 뛰어난 조합을 제공합니다. 화강암은 서브미크론 범위의 평탄도와 직진도를 위해 연마될 수 있습니다. 화강암 테이블의 단점은 화강암의 질량으로 인해 강철 또는 철 기반 위치 지정 시스템보다 공간 범위가 더 크고 무게도 더 무겁다는 것입니다. 그러나 베어링과 화강암 가이드 표면 사이의 접촉이 없기 때문에 마모가 없으며 에어 베어링은 대부분 자체 청소됩니다. 또한 화강암은 진동 감쇠 특성과 열 안정성이 뛰어납니다.

또한, 테이블 자체의 디자인도 테이블의 전반적인 성능을 좌우하는 중요한 요소입니다. 테이블은 많은 부품이 포함된 볼트 결합형 장치부터 간단한 주조 베이스 및 슬라이드까지 다양한 구성으로 제공됩니다. 테이블 전체에 걸쳐 하나의 재료를 사용하면 일반적으로 온도 변화에 대해 보다 균일한 반응을 제공하여 보다 정확한 시스템을 얻을 수 있습니다. 리브와 같은 기능은 댐핑을 제공하여 신속한 정착을 가능하게 합니다.

일체형 방식은 오랜 시간이 지난 후에도 예압에 대한 방식 조정이 필요하지 않다는 점에서 볼트 온 방식에 비해 장점이 있습니다.

크로스 롤러 베어링은 롤러와 궤도면 사이에 선 접촉이 있는 반면, 볼 베어링은 볼과 궤도면 사이에 점 접촉이 있습니다. 이는 일반적으로 롤러 베어링의 움직임을 더 부드럽게 만듭니다. 롤링 표면의 표면 변형(및 마모)이 적고 접촉 면적이 넓어 하중이 더욱 고르게 분산됩니다. 약 150~300뉴턴/미크론의 높은 기계적 강성과 함께 최대 4.5~14kg/롤러의 하중이 표준입니다. 단점은 선 접촉으로 인한 고유한 마찰을 포함합니다.

그러나 볼 베어링의 마찰을 제한하는 작은 접촉 면적은 부하 용량도 제한합니다. 롤러 베어링은 일반적으로 볼 베어링보다 수명이 더 깁니다. 그러나 롤러 베어링은 더 비쌉니다.

한 제조업체의 표준 테이블 크기에는 길이 25~1,800mm, 슬라이드 너비 100~600mm가 포함됩니다.

에어베어링 구성은 반대쪽 에어베어링이나 가이드 부재에 내장된 고출력 희토류 자석에 의해 사전 로드된 리프트 및 가이드 베어링으로 ​​구성됩니다. 이 비접촉 설계는 다른 베어링 설계의 마찰을 방지합니다. 또한 에어베어링은 기계적 마모가 발생하지 않습니다. 더욱이, 에어베어링은 넓게 간격을 두고 배치될 수 있습니다. 따라서 결과적인 기하학적 오류는 평균화되어 호의 1초 미만의 각도 편차와 200mm에 대해 0.25미크론 이상의 직진도를 생성합니다.

수치 값은 제공하기 어렵습니다. 이는 다양한 요인에 따라 달라집니다. 예를 들어 위치 정확도는 베어링이나 가이드뿐만 아니라 위치 측정 시스템과 컨트롤러에 따라 달라집니다. 포지셔닝 시스템의 마찰은 선택한 구동 시스템뿐만 아니라 베어링 조정, 테이블 밀봉, 윤활 등에 따라 달라집니다. 따라서 도달할 수 있는 정확한 값은 모든 구성 요소의 조합에 따라 크게 달라지며, 이는 다시 적용 분야에 따라 달라집니다.

드라이브 시스템

벨트, 랙 앤 피니언, 리드 스크류, 정밀 연삭 볼 스크류, 리니어 모터 등 다양한 유형의 드라이브 시스템 중에서 마지막 두 개만 가장 높은 정확도의 위치 결정 시스템으로 고려됩니다.

볼 스크류 드라이브는 다양한 분해능, 정밀도 및 강성 특성을 가지며 높은 속도(250mm/초 이상)를 제공할 수 있습니다. 그러나 볼 스크류 구동은 스크류의 임계 회전 속도에 의해 제한되기 때문에 속도가 높아지면 기계적 이점이 적고 모터 출력이 높아지면서 더 낮은 피치가 필요합니다. 이는 일반적으로 버스 전압이 더 높은 고전력 모터 드라이브로 변경하는 것을 의미합니다. 볼 스크류 드라이브는 널리 사용되지만 기계적 백래시, 와인드업, 피치 주기 오류 및 마찰이 발생할 수도 있습니다. 또한 모터와 드라이브를 연결하는 기계적 커플링의 강성도 간과됩니다.

리니어 서보모터를 사용하면 기계적 연결 없이 전자기력이 움직이는 질량에 직접 맞물립니다. 기계적 히스테리시스나 피치 순환 오류가 없습니다. 정확도는 전적으로 베어링 시스템과 피드백 제어 시스템에 따라 달라집니다.

동적 강성은 서보 시스템이 충격 하중에 반응하여 위치를 얼마나 잘 유지하는지를 나타냅니다. 일반적으로 대역폭이 크고 게인이 높을수록 동적 강성이 높아집니다. 이는 측정된 충격 하중을 편향 거리로 나누어 정량화할 수 있습니다.

동적 강성 = ΔF/ΔX

높은 강성과 높은 고유 진동수로 인해 짧은 정착 시간과 함께 탁월한 서보 동작이 가능해졌습니다. 모터와 슬라이드 사이에 기계적 연결이 없기 때문에 슬라이드는 위치 명령 변경에 빠르게 반응합니다. 또한 볼스크류의 "울림"이 없기 때문에 빠른 이동 및 정착 시간을 달성할 수 있습니다.

브러시리스 리니어 모터는 기계 베이스에 고정된 영구 자석 어셈블리와 슬라이드에 고정된 코일 어셈블리로 구성됩니다. 코일 어셈블리와 자석 사이에는 약 0.5mm의 간격이 유지됩니다. 두 어셈블리 사이에는 물리적 접촉이 없습니다.

가동 코일 어셈블리의 코어에는 일련의 중첩되고 절연된 구리 코일이 들어 있습니다. 이는 3상 작동을 위해 정밀하게 감겨 있고 피치로 제작되었습니다. 일련의 홀 효과 센서가 전자 정류에 사용됩니다. 정류 전자 장치의 설계는 무시할 수 있는 힘 리플로 동작을 제공합니다. 정류는 기계식이 아닌 전자식이므로 정류 아크가 제거됩니다.

이러한 특성으로 인해 리니어 서보모터는 높은 가속도(예: 2.5m/sec2 이상), 고속(예: 2m/sec 이상) 또는 매우 낮은 속도(예: 단 몇 mm)에서도 정밀한 속도 제어가 필요한 응용 분야에 유용합니다. /비서). 더욱이, 이러한 모터는 윤활이나 기타 유지보수가 필요하지 않으며 마모도 없습니다. 다른 모터와 마찬가지로 열 방출로 인해 연속 힘 또는 전류의 rms 값은 장기간 허용되는 값을 초과해서는 안 됩니다.

25N에서 5,000N 이상의 연속 구동력으로 선형 서보모터를 얻을 수 있습니다. 대부분의 대형 모터에는 공랭식 또는 수냉식이 있습니다. 여러 개의 선형 모터를 병렬 또는 직렬 배열로 연결하여 더 높은 구동력을 얻을 수 있습니다.

모터와 슬라이드 사이에 기계적 연결이 없기 때문에 볼스크류와 같은 기계적 감소가 없습니다. 부하는 모터에 1:1 비율로 전달됩니다. 볼 스크류 드라이브를 사용하면 모터에 대한 슬라이드의 부하 관성이 감속비의 제곱만큼 감소합니다. 이는 효과적인 서보 보상을 얻기 위해 다양한 부하에 해당하는 다양한 모터 제어 매개변수 세트로 프로그래밍할 수 있는 컨트롤러를 선택하지 않는 한 부하 변경이 빈번한 애플리케이션에 선형 모터 드라이브를 덜 적합하게 만듭니다.

많은 수직 응용 분야의 경우 볼 스크류가 더 쉽고 비용 효율적입니다. 선형 모터는 중력을 상쇄하기 위해 지속적으로 전원을 공급해야 합니다. 또한 전기 기계식 브레이크는 전원이 꺼졌을 때 테이블 위치를 잠글 수 있습니다. 그러나 스프링, 평형추 또는 공기 실린더를 사용하여 모터와 부하 중량을 상쇄하는 경우 선형 모터를 사용할 수 있습니다.

초기 비용에서는 리니어 모터 드라이브와 모터, 커플링, 베어링, 베어링 블록, 볼스크류가 포함된 볼스크류 드라이브 사이에 거의 차이가 없습니다. 일반적으로 브러시형 리니어 모터는 볼 스크류 드라이브보다 약간 저렴하며, 브러시리스 버전은 일반적으로 다소 비쌉니다.

초기 비용보다 고려해야 할 것이 더 많습니다. 보다 현실적인 비교에는 유지 관리, 신뢰성, 내구성, 인건비를 포함한 교체 비용이 포함됩니다. 여기서는 리니어 모터가 잘 보입니다.

2부에서는 위치 측정 시스템을 다룹니다.