웰콘시스템즈-산업 및 장비 트렌드에 대응하는 웰콘 드라이브

서론

한국은 반도체, 프리미엄 디스플레이 생산과 스마트폰 브랜드 점유율 세계 1위 국가이며, 최근 4차산업혁명의 진전과 COVID-19 확산에 따라 반도체 및 ICT 디바이스의 수요도 크게 증가하고 있다. 이런 주력산업의 영향으로 반도체, 디스플레이 및 ICT 디바이스의 생산을 위한 첨단 제조장비 산업도 부가가치 및 일자리 창출 측면에서 국가경제에서 차지하는 비중이 높다.

이러한 첨단 제조장비들은 생산속도 향상을 위한 고속화 요구가 증가하고 있으며, 사용부품의 소형화에 따른 모션의 고정밀화 및 공간 효율화를 위한 장비의 소형화 요구가 지속적으로 반영되고 있다. 또한 제조현장에서의 물류혁신을 위하여 첨단 물류시스템에 대한 다양한 요구가 증가하고 있다. 이러한 요구들은 장비를 구성하는 모든 부품에도 동일하게 적용되고 있으며 서보 드라이브도 다르지 않다. 웰콘시스템즈는 이러한 추세와 요구에 대응하는 다양한 제품을 출시하고 있으며, 이하에서는 산업 및 장비 트렌드에 대응하는 웰콘 드라이브 제품을 소개한다.

장비 소형화 추세에 대응

반도체, 디스플레이 및 ICT 디바이스를 생산하는 첨단 제조장비의 고속화·고정밀화·소형화 추세에 따라 장비 한대에 수십~수백 대의 소형 서보모터가 사용되고 있으며, 이를 제어하는 드라이브도 동일한 수량만큼 필요하게 되면서 드라이브의 설치공간도 문제가 되기 시작했다.

특히, 피커 등과 같이 장비 헤드에 많은 서보모터가 사용되는 경우 배선의 복잡성과 드라이브 설치공간 문제를 해결하기 위하여 장비 헤드의 서보모터 근처에 설치할 수 있는 소형 드라이브에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 이러한 요구에 따라 웰콘은 정밀 제어가 가능한 미니 드라이브와 다축 집적형 드라이브 및 커스터마이징 드라이브를 개발하여 공급하고 있다.

웰콘 미니 드라이브는 67×42.5×28mm의 크기에 무게 71g에 불과하여 소형 저전압 서보모터를 많이 사용하는 장비의 헤드에 설치하기에 적합하다. EtherCAT/CAN 및 USB 통신을 지원하며, 인크리멘털 엔코더, Sin/Cos 엔코더, 아날로그 홀센서 외에도 BiSS/SSI/Tamagawa/Panasonic 엔코더 등의 시리얼 엔코더도 지원한다. CE/KC 인증을 획득하였으며, H반도체의 후공정 장비에 적용되는 등 꾸준하게 판매되는 제품이다. 수십 대의 미니 드라이브를 좁은 장소에 설치할 경우 배선이 복잡해지고 배선 가격이 높아질 수 있다.

이런 문제를 해결하기 위하여 Slot type 소형 2축 드라이브를 개발하였다. 웰콘 Slot type 2축 드라이브는 100×65×10.4mm 크기의 드라이브 한 장으로 2개의 모터를 구동할 수 있고, 무게는 92g에 불과하다. 이 드라이브는 단독으로는 사용할 수 없으며, 전원과 EtherCAT 통신, DIO가 백보드를 통하여 연결되므로 그만큼 배선이 간결해지고 배선비용이 줄어드는 효과가 있다.

16축의 경우 8슬롯짜리 백보드에 드라이브 8개를 꽂았을 때의 크기는 185(L)×125(W)×80(H)mm에 불과하다. 백보드는 사용자의 필요에 따라 8/10/12/16축 등으로 다양하게 만들 수 있다. CE/KC 인증을 획득하였으며, 반도체 피커장비 등 소형 모터 사용이 많은 장비를 대상으로 많이 판매되고 있다.

웰콘 Slot type 2축 드라이브는 단독으로 사용할 수 없고 반드시 확장보드의 슬롯에 꽂아서 사용해야 하고 소형화에 집중하여 사용전압이 DC12~24V, 정격/최대 전류가 1A/3A로 용량이 작다. 이런 점을 보완하여 2축을 단독으로 사용할 수 있고 사용전압이 DC12~48V, 정격/최대 전류가 4A/10A인 Stand-alone type 2축 드라이브를 개발하였다.

외장케이스를 포함하여 106.5×78×25mm의 크기에 무게 190g이다. 외장 케이스를 제거하고 수직으로 쌓아서 사용할 수도 있다. 8축으로 사용하기 위하여 2축 드라이브 4개를 쌓을 경우 방열판을 포함하여 크기 110×74×100(H)mm, 무게 620g에 불과하다. 이때 EtherCAT은 핀헤더를 통하여 각 드라이브마다 내부로 연결된다. 현재 M사 등에 양산 공급 예정이며, ‘내년도 주력제품이 될 것으로 전망하고 있다. CE/KC 인증도 획득하였다.

비교적 큰 부품을 다루는 이형부품 삽입기 등의 장비에는 속도와 토크에 대응하기 위하여 50W, 100W급의 Panasonic 등 고전압 서보모터를 사용하는 경우가 많다. 이러한 경우 기존의 AC 서보드라이브를 장비 몸체 전장박스에 설치하고 드라이브와 모터 사이에 각각 직경 6.5mm와 5mm인 모터 파워선과 엔코더 선을 모터에 연결한다. 예를 들어 장비 헤드에 16축의 50W Panasonic 모터를 사용할 경우 드라이브와 모터 사이에는 모터 파워선과 엔코더 선이 각각 16가닥씩 연결되어야 하므로 배선 비용이 지나치게 높아지고, 배선이 통과하는 케이블베이어도 커진다.

특히 이 경우 케이블 장력이 장비 헤드의 속도와 정밀도를 떨어뜨리고 케이블 분진도 장비가 생산하는 제품에 영향을 주기도 한다. 이런 문제를 해결하기 위하여 웰콘은 고전압 미니 드라이브를 개발하였다. 웰콘 고전압 미니 드라이브는 크기 외장케이스를 포함하여 86.5×64×34mm의 크기에 무게는 179g에 불과하다. 드라이브의 크기와 무게가 작아서 장비 헤드에 설치가 가능하고, 이 경우 장비 몸체에 설치되는 SMPS로부터의 DC 파워선과 상위제어기로부터의 통신선만 장비 헤드로 보내지면 되므로 케이블 비용이 크게 낮아지고, 케이블베이어도 작아져서 장비의 속도와 정밀도 향상에 도움을 준다. 현재 P사, S사 등에 양산 공급 예정이며, ‘내년도 주력제품일 될 전망이다.

위에서 살펴본 웰콘 표준제품 외에도 각 장비제조사의 NEEDS를 반영한 커스터마이징 제품도 공급이 가능하다. 특히 장비의 고속화·소형화 추세에 따라 소형 서보모터의 사용이 증가하고 드라이브의 설치공간 문제가 심각해지면서 각 제조사에서는 다양한 기능, 용량, 크기, 모양의 커스터마이징 드라이브의 수요가 증가하고 있다. 웰콘에서는 이러한 고객의 다양한 NEEDS에 대응하는 드라이브를 개발하여 제공하고 있다.

물류로봇, 서비스로봇 수요 증가에 대응 물류산업의 증가에 따라 각종 제조현장에서 사용되는 물류로봇과 다양한 서비스를 제공하는 서비스로봇의 수요가 증가함에 따라 이에 대응하는 드라이브의 수요도 증가하고 있다.

물류/서비스 로봇용 드라이브는 저속에서의 속도제어 성능, 충돌감지 및 회생제동 기능이 중요하며, 이러한 기능이 포함된 기존 드라이브의 경우 팬데믹 이후 납기나 가격적인 측면에서 외산제품의 대응이 곤란한 상황이다. 웰콘은 물류/서비스 로봇 제조사의 요구성능을 만족하는 고가성비의 드라이브를 적기에 공급하고 있다.

웰콘 Stand-alone type 2축 드라이브는 한 대로 400W급 모터 2대를 구동할 수 있어서 좁은 이송로봇 몸체에서 드라이브의 설치공간을 크게 줄여준다. 크기 26×8035mm, 무게 366g인 2축 드라이브는 주로 물류/서비스 로봇의 주행축 제어에 사용되며 CE/KC 인증도 획득하여 현재 H사에 양산 납품중이다. 단축 드라이브 두 대의 75% 정도로 가격이 책정되어 있어서 축당 가성비가 높아 인기리에 판매되고 있다.

400W급 단축 드라이브와 고중량물을 운반하는 이송로봇을 위하여 850W 용량의 단축 드라이브도 판매하고 있다. 모두 저속에서의 속도제어 성능이 우수하고, 충돌감지 및 회생제동 기능을 탑재하고 있다. 최근 이송로봇에 많이 사용되는 시리얼 엔코더 지원도 가능하다. 805W급의 Stand- alone type 2축 드라이브도 개발되고 있다.

첨단 물류시스템 수요 증가에 대응

최근 ICT 디바이스와 배터리 등을 생산하는 제조현장에서 복잡한 제조공정을 위한 복합물류에 대응하는 고성능 LMMT(Linear Moving Magnet Transport) 시스템의 NEEDS가 증가하고 있다.
LMMT는 고정된 코일 위에 이동자인 자석이 어떤 속도를 가지고 움직이므로 코일과 코일 사이의 천이구간에서 앞뒤 코일에 설치된 센서의 신호처리 및 속도제어 등을 위하여 특별한 제어 알고리즘과 이를 구현한 펌웨어가 필요하다.

국내 장비업체에서 상용 서보드라이브를 사용하여 LMMT를 개발하기 어려운 이유가 드라이브 펌웨어 수정이 불가능하기 때문이다. 통상 LMMT는 수십~수백대의 모터와 드라이브가 사용되는데, 상용 AC 서보드라이브는 크기가 커서 장비의 소형화 추세에 대응하기 어렵다. 웰콘은 국내 LMMT 장비업체에서 요구하는 펌웨어를 탑재한 LMMT용 소형 고전압 드라이브를 개발하여 공급하고 있다. 이 제품은 드라이브 설치 공간이 작아서 LMMT 기구부에 장착하여 모듈화가 가능하다.

특히 듀얼 인크리멘털 엔코더와 듀얼 디지털 홀센서는 물론 Tamagawa/Panasonic A6 등의 시리얼 엔코더도 지원한다. 뿐만 아니라 듀얼 엔코더 기반의 전류/속도/위치 제어 기술과 천이구간에서의 속도 리플 최소화를 위한 기술도 제공이 가능하다. 증가하는 LMMT 시장에 따라 ‘23년 이후 큰 성장이 기대되는 제품이다.

자료 제공: 웰콘시스템즈(www.welconsystems.com)