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어떻게 자체 적용 시스템이 생산성을 향상시킬 까?

이 글을 통해 얻을 수 있는 세 가지

1. 진동 제어를 통해 처리량을 높일 수 있는 어플리케이션 식별
2. 진동 발생의 이해와 통제
3. 슬로시, 진동 그리고 흔들림을 제어하는 데 필요한 기술의 결정




처리량을 50% 증가 시킬 수 있는 보쉬 렉스로스 자체 적용 시스템 기술

원치 않는 진동에 의한 머신과 생산의 피해를 줄이기 위해 어쩔 수 없이 감속을 하기 전까지는 패킹라인, 머신 툴 또는 선택장소 운영의 속도 증가는 처리량을 높일 수 있는 가장 손쉬운 방법일 것이다. 하지만 현대 재료와 머신 공학 컨셉은 머신 움직임의 내제된 속도가 처리량의 제한된 요소가 아님을 말해준다. 차라리 생산을 결정하기 위해 요구되는 시간 또는 생산 비율의 한계치를 찍은 다음 머신의 안정화를 위해 요구되는 시간이 더 욱 제한된 요소 일 것이다.

생산에 있어 이런 원치 않는 진동들은 추후 생산성 향상을 위한 큰 기회를 제공한다. 렉스로스는 다양한 어플리케이션의 진동을 줄일 수 있는 자체 적용 시스템 모션 제어 기술을 선보였다. 이에 따라 처리량을 최대 50% 증가 시킬 수 있다.

제어되는 진동은 생산성을 향상 시킬 수 있다.

움직이는 패지지 안에서 발생하는 액체의 흔들림이나, 머신툴 또는 로봇 팔에 의해 옮겨지는 물체의 진동 또는 흔들림은 산업현장에서는 흔한 문제들이다. 하지만, 진동을 제어하기 위한 적절한 솔루션이 적용 된다면 생산성을 극적으로 향상 시킬 수 있다.

제어된 진동의 이익

머신 툴 또는 로봇 팔에서의 진동은 물체의 움직임과 머신의 공명을 통해 물체로부터 특정한 정보를 축출해 낼 수 있다. - 저주파 소리 또는 머신 시스템에 내제된 울림 - 진동은 제품의 질과 처리량에 영향을 미친다.

품질과 3차원 정확도가 진동의 기계적 영향에 의해 제한되는 동안, 진동을 막기 위한 긴 트랜션트 타임은 생산성을 감소시킨다.

기계적 시스템이 잘 이루어 질 때, 주파수를 지능형 드라이브 시스템으로 잡아 낼 수 있다. 또한 댐핑과 회피 기능을 도입하여 공명을 줄 일 수 있다. 적은 진동은 3차원 진동과 제품 피해를 줄일 뿐만 아니라, 머신 처리량을 증가시키기 위해 트랜션트 타임과 짧은 안정화를 허용한다. 더욱이 진동을 줄이면 기계적 스트레스를 줄여 머신의 수명을 연장 시킬 수 있다. 웨이퍼 취급을 포함한 특정 장소 어플리케이션, 프린팅과 전환된 운영 그리고 CNC 운영에 있어 진동이 문제가 되는 곳에 적용 가능하다. 진동 댐핑과 필터링이 있는 곳의 머신과 로봇은 일반적으로 10%에서 50%까지 처리량을 증가 시킬 수 있다.


진동 제어는 반도체 기판과 같이 취급하기 어렵거나 민감한 부품을 다루는 곳에서 품질과 생산성을 향상 시킬 수 있다.

제어된 (액체)흔들림의 이익

유체가 포함 된 패키지의 경우 패키지의 가속 또는 감속이 액체의 움직임을 유도한다. 움직이는 액체는 공정에 있어 다양한 부정적인 영향을 미친다. 용기의 예비 공간, 패키지 움직임을 위한 추가 공간, 그리고 추가 세팅을 위해 더 길어지는 대기시간은 액체를 다루는 어플리케이션에서는 흔히 있는 요구 사항이다.

왜냐하면 패키지 움직임은 자체 적용 기술을 사용해 특정 이익을 제공하기 위해 움직임을 최소화하기 위한 서보 드라이브를 이용해 제어하기 때문이다. 이는 패키지 재료의 양과 비용을 줄여 줌으로써 용기의 예비 공간 또한 줄여 준다. 그리고 유체의 향상된 안정성은 추가적인 최적화 모션 제어를 통해 피드백을 제공받기 위한 적합한 레벨의 센서를 사용할 수 있다.


용기에 액체를 채우는 라인에서 움직임을 제어한다는 것은 전체적인 처리량을 증가시키는 것이 된다.

제어된 (물체)흔들림의 이익

크레인과 갠트리 로봇이 어떤 물체를 옮길 때, 가속과 감속에 의한 케이블과 로봇 팔의 흔들림은 물체의 흔들림을 야기 시킨다. 또한 이런 흔들림 속에서는 물체를 제 위치에 놓기 어렵기 때문에 신중함을 더하기 위해 시간도 더 많이 걸린다. 이렇게 물체를 제 위치에 안착시킬 때의 움직임은 시계추와 같아서 작업은 더 지연 되거나, 작업이 완료될 때까지 보상적인 모션이 더 필요해 진다.

모션 제어 시스템은 흔들림을 줄여 주는데 이는 단순히 작업을 더 빠르고 정확하게 끝낼 수 있을 뿐만 아니라 엔드 이펙터를 더 빠르게 개입시키거나 철수 시킬 수 있다. 흔들림 방지 모션 제어 시스템은 제품에 물리적 스트레스를 줄이고 공정의 속도를 높여 줄 것이다. 또한 베어링 및 프레임의 마모도 줄 여 줄 것이다. 그리고 더 작은 모터 사용이 가능해 짐으로써 에너지 소비량도 줄어들 것이다.

선택장소 운영, 재료 운반과 물류 그리고 조립 라인에 있어 흔들림이 감지되는 곳에 이 어플리케이션을 사용가능하다. 흔들림 방지 기술은 최대 20%에서 40%까지 생산성을 향상 시킬 수 있다.


제어되는 흔들림은 매달려 있는 물체를 제 위치로 옮기는데 있어 속도를 향상 시켜 준다.

왜 진동은 발생하고, 어떻게 이 것을 제어해야 하는 걸까?

진동은 간단한 움직임으로 특정 시간을 가지고 지속적으로 반복된다. 제어되는 움직임과 진동 그리고 (액체)흔들림은 물리적 파형을 보인다. 산업머신에서의 전자 진동 파형은 일반적으로 비대칭 사인곡선적인 매우 다양한 진폭과 주파수 파형을 보인다.

전자 진동은 자유 진동으로 분류 할 수 있다. 자유 진동은 시스템에 대한 초기 교란 이후에 물체(예: 소리굽쇠)가 스스로 진동하는 것이다. 그리고 강제된 진동에 의해 추가적인 힘이 시스템을 교란할 때 물체(예: 균형이 맞지 않은 세탁기)는 진동하게 된다.

부드러운 사인곡성 파형을 발생시키는 전자 진동은 선형 진동으로 분류할 수 있다. 이는 일반적으로 유연한 축의 작은 증폭 진동과 길고 가느다란 물체와 비선형 진동에서 관찰 된다. 여기서 비선형 진동은 기계에 의해 조작되는 물체와 기계 자체의 내부 공진 사이의 상호 작용에 의해 전파되는 왜곡 된 정현파를 말한다. 머신 공명은 “white noise“ 흄 형태 또는 5에서 40 Hz 사이의 주파수 형태를 띤다.
진동 회피에 사용되는 개방 루프 제어는 주파수 필터링을 사용하여 모션 컨트롤러가 진동을 제거하기위한 위치 명령을 보낼 수 있도록 한다.

복잡한 물리학 파형은 종종 진동을 제어하는 전통적인 방법을 비효과적으로 만든다. 예를 들어 머신의 강도와 질량을 증가시키는 것은 진동을 줄이는데 도움이 될 수는 있으나, 비용이 많이 들고, 서보 드라이브와 다른 부품에 의해 야기된 머신 공명을 완전히 제거하지는 못 한다.
액티브 진동 댐핑에 사용되는 폐쇄 루프 제어는 피드백 보간과 외부 입력을 사용하여 진동을 제거하는 힘 또는 가속 신호를 전송한다.

컨텐츠를 설치를 위해 시간을 늘리는 것은 파형 에너지를 분산시키는 간단한 전술이지만, 생산 관점에서 보면 대기 시간을 증가시키는 것이 된다. 갑작스러운 가속 또는 감속을 피하기 위한 져크 한계 또는 S-커브 모션 제어 프로파일과 함께 부드러운 모션은 진동을 최소화 할 수 있다. 그러나 프로그래밍은 복잡하고, 정확성이 떨어 질 수 있다. 부드러운 모션을 위한 수많은 제약은 머신 순환을 감소시키고, 나아가 생산성 향상에도 장애물이 될 것이다.

원문 : Drive & Control profile Technical Article “How Adaptive Systems unlock big productivity gains” Rexroth Bosch Group.

번역 : 김수진 선임연구원
편집 : 김수진 선임연구원

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진동_제어_1_보쉬렉스로스_사례.txt · 마지막으로 수정됨: 2016/11/16 16:45 저자 wikiadmin
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