가장 작은 공간에서 가이딩 및 측정을 위한 6가지 팁

최근 몇 년 동안 생명과학, 의료, 반도체 및 기타 주요 애플리케이션용으로 장치 내부의 좁은 공간에 맞도록 보다 콤팩트한 선형 거리 측정 시스템을 많이 설계하는 추세가 지속되고 있다. 최고의 품질은 기계 제조업체와 사용자가 요구하는 정밀도, 품질 및 반복성을 제공하는 것이다. OEM 설계자, 엔지니어 또는 구매자는 자신이 선정한 시스템이 실제로 최고인지를 평가할 수 있는 6가지 팁이 있다.

1. 설치 공간

비교적 작은 작동 매개변수와 깨끗한 환경을 특징으로 하는 장치를 위해 특별히 설계된 거리 측정 시스템을 찾아야 한다. 기계 내부의 부족한 공간을 절약하는 것은 핵심 고려사항이다. 이는 더 큰 작동 치수, 더 긴 스트로크 길이, 부식 및 오염 물질에 대한 더 많은 잠재적 노출을 제공하는 공작 기계 및 산업 자동화와 같은 애플리케이션 분야에서 사용하도록 고안된 중장비 측정 시스템과는 반대다.

하중 및 스트로크 길이에 따라 슬라이드를 선택해야 하며, 오늘 날 많은 사용자는 최상의 옵션이 광학 스케일 거리 측정 시스템이 라는 것을 알고 있다. 콤팩트 하면서도 고성능인 다양한 솔루션들 이 제공되고 있으며 중요한 공간 절약을 극대화하려면 스케일이 레일에 통합되어 있는지 확인한다.

여기에서 고정밀 스케일은 최소한의 구성요소로 단순화된 디자인으로서 소형 가이드웨이(guide way, 레일 및 베어링) 표면 의 일부이다. 센서는 광신호를 기록하고 인터페이스 모듈에서 처리하기 위해 아날로그 또는 디지털 형식으로 제공한다. 이러한 소형제품 중 볼 재순환 모델은 상대적으로 긴 스트로크 길이에도 가능하며, 수 mm에서 기본적으로 1m까지 치수를 측정할 수 있다. 더 짧은 스트로크, 높은 정확도 및 탁월한 강성이 필요한 경우 볼 케이지 비순환 모델 (ball cage non-recirculating model)을 찾아야 한다.

2. 통합 솔루션

OEM 업체들은 구성 요소별 방식으로 접근하는 경우가 많다. 거리 측정 시스템의 여러 구성 부품을 여러 다른 업체로부터 공급 받는다. 즉 리니어 스케일과 미니어처 가이드웨이 그리고 케리지 구성품을 각각 서로 다른 여러 제조업체가 공급한다. 그러나 이는 시스템을 직접 조립해야 함을 의미하며, 통합 접근 방식을 취해야 한다.

고품질 제조업체의 엔지니어링 솔루션을 찾아야 한다. 레일, 캐리지 및 측정 시스템 인코더가 하나로 통합된 어셈블리 즉, 측정 및 가이던스를 하나의 시스템에 통합하면 소형 장치에서의 공간을 줄이는데 도움이 되기 때문이다.

다른 열팽창 보상이 필요하지 않다. 또한 공급망 및 구매에서 수령, 작업 내 처리 및 설치에 이르기까지 라인 전반에 걸쳐 시간과 노력을 절약할 수 있다. 크기가 상대적으로 큰 볼 재순환 모델 을 사용하면 레일을 놓은 다음 캐리지를 장착하면 된다. 일부 소형 비순환 모델의 경우, 바로 설치만 하면 된다.

3. 측정

유리 스케일 및 회전식 인코더와 같은 많은 거리 측정 시스템은 간접 측정을 사용한다. 그러나 가장 진보된 소형 시스템은 센서, 광학 판독 헤드 및 LED 광원을 사용하는 설정에서 직접 측정을 사용한다. 가능한 한 가장 작은 오류를 보장하기 위해 이동이 발 생하는 위치(페이로드가 있는 전체 어셈블리가 이동함에 따라)를 정확하게 측정한다.

볼스크류, 커플링 또는 모터의 와인딩으로 인한 손실이나 볼스크류 온도 변화로 인한 오류를 방지한다. 일부 시스템 제조업체는 최근 직접 측정 방식을 채택하며, 그들의 디자인은 아직 완벽하지 않을 수 있다. 그리고 그들의 시스템은 독점적인 경향이 있어 하나의 컨트롤러 유형에 갇히게 된다. 따라서 직접 시스템 설계에 대한 오랜 경험을 보여주고 모든 컨트롤러와 시스템이 작동할 수 있는 선형 모션 전문 제조업체의 제품을 찾아야 한다.

4. 정밀도 선택

필요한 정밀도 수준은 기계설계의 요구사항에 따라 결정된다. 현재는 직경이 75마이크로미터(µm)인 머리카락보다 훨씬 낮은 해상도를 가진 시스템이 있다. 예를 들어 고급 볼 재순환 모델 경우는 다음과 같다.

• 최대 디지털 해상도: 0.1 µm
• +/- 10µm까지의 정확도 @ >1000 m
• 반복성: ± 0.1 µm (단방향), ± 0.2 µm (쌍방향)

훨씬 더 작은 치수에서 더 큰 정밀도를 위해 앞서 언급한 것과 같은 비순환 모델은 극도의 강성을 제공한다. 볼 케이지 설계는 모든 방향에서 부하 용량을 최대화하여 일반적으로 고속 이동과 관 련된 케이지 크리프(creep)를 없앤다. 예를 들어 생산 중에는 리셋 스트로크가 필요하지 않다. 그 결과 뛰어난 강성, 높은 하중 용량 및 매우 부드러운 주행 성능을 나타낸다. 또한 다음과 같은 우수한 정밀도를 달성할 수 있다.

• 최대 디지털 해상도: 0.1 µm
• 정확도: ± 3 µm
• 반복성: ± 0.1 µm (단방향), ± 0.2 µm(쌍방향)

5. 속도 선택

최고의 현대식 측정 시스템은 높은 생산성과 같은 애플리케이션 요구사항을 충족하기 위해 높은 속도를 달성할 수 있다. 우수한 볼 재순환 모델은 다음과 같은 이점을 얻을 수 있다.

• 최대 속도: 1 m/s

• 최대 가속도: 50 m/s2(약 5g) 더 빠른 속도가 요구되는 경우 비순환 볼 케이지는 다음과 같이 도달할 수 있다.

• 최대 속도: 3m/s

• 최대 가속도: 300m/s2(약 30g) 특히 두 번째 예에서 매우 높은 속도와 다소 낮은 수준의 해상도를 가진다.

6. 신뢰성

리니어 모션 분야에는 많은 공급자들이 있지만 제품 품질은 다양하다. 일부는 신생 기업이며 또한 기존 공급업체라도 거리 측정 시스템 부문에는 늦게 진입했을 수도 있다. 측정이 제품에 더 중요할수록 진정으로 경험이 풍부한 공급업체를 선택하는 것이 더 중요하다. 따라서 고성능 리니어 모션 구성요소 및 시스템을 많이 성공적으로 설치했을 뿐만 아니라 기술 우수성에 대해 입증된 기록을 가진 제조업체를 찾아야 한다.

자료제공 : Schneeberger(www.Schneeberger.com)