(주)커미조아가 소개하는 모션컨트롤러와 DAQ의 기본개념
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미래의 로봇시대를 열어갈 모션컨트롤 토털 솔루션 기술 |
분산 제어라는 기술로 컴퓨터에서 내려진 움직임, 온도, 압력 등 다양한 명령을 제어하는 모션컨트롤 토털 솔루션 기술은, 로봇은 물론 반도체, LCD, LED 및 태양광 관련 장비 분야에 적용되며 시장을 넓혀가고 있다. 그리고 이 시장은 점점 작은 사이즈의 콤팩트한 제품을 요하며 휴머노이드 로봇에 바로 탑재할 수 있을 정도의 크기와 높은 정밀성, 안정성 있게 성장하고 있다. 이처럼 미래의 로봇시대를 열어갈 아이템으로 주목받고 있는 모션컨트롤 토털 솔루션 기술의 기본개념을, 주목받는 국내기업 (주)커미조아가 정리했다.
모션컨트롤러
What is Motion Controller?
- PC가 모터의 위치 및 속도를 정밀 제어할 수 있도록 해주는 장치
- 정밀속도제어 및 가/감속 지능 자동화
- 정밀위치제어 및 직선, 원호, 스플라인, 헬리컬 보간 기능 자동화
- 2~4차원 공간에서 물체의 움직임을 자유롭게 구현
- 펄스열 출력 방식의 제어기가 주류를 이룸
응용사업 분야
- 산업용 용접/조립 로봇
- 반도체 제조/검사 장비
- LCD 제조/검사 장비
- CNC 머신, 조각기
- 포장기, 권선기
자동 속도 프로파일 구현
(주)커미조아의 모션컨트롤러는 자동으로 Trapezoidal 및 S-curve 속도 프로파일을 생성한다. Trapezoidal
속도 프로파일은 모션을 수행하는데 있어서 속도의 패턴을 <그림 1>과 같이 직선가속(Linear Acceleration)→ 작업속도(Constant Working Speed)→ 직선감속(Linear Deceleration)의 형태로 운용하는 모드이다. 또한 S-curve 속도 프로파일은 모션을 수행할 때 S자 형태로 가속과 감속을 수행한다. S-curve 속도 모드에서 가(감)속 구간은 <그림 2>와 같이 S-curve Section과 Linear Acceleration Section으로 구성된다. S-curve 속도 프로파일은 가속을 시작하는 시점과 가속구간에서 정속 구간으로 변환하는 시점에서 속도의 변화를 유연하게 함으로써 Trapezoidal 속도 프로파일에 비하여 모터나 기계 구조물의 충격이나 마모를 줄일 수 있다.
최고의 성능, 최고의 기술력을 자랑하는 커미조아 모션제어 솔루션
오늘 날 모터는 그 종류를 열거할 수 없을 만큼 현대 산업의 광범위한 분야에서 사용되어지고 있다. 예를 들면, 반도체 제조장비, 로봇, 자동조각기, 절단기, CNC 장비, 디스펜서 등이 있으며, 이외에도 여러 분야에서 사용된다. 현재 소형 모터를 중심으로 한 메카트로닉스의 진보는 현저하게 일어났으며, 여러 가지 분야에서 커다란 기술적인 변혁을 초래하고 있다. 메카트로닉스의 진보는 모터를 중심으로 한 제어기술의 진보이기도 하다.
따라서 모터를 제어하는 것은 상당히 중요하다 할 수 있다. 일반적으로 모션제어라 함은 곧, 모터의 정밀제어를 의미한다. 이는 많은 부분의 기계의 움직임(Motion)이 모터에 의해서 이루어지기 때문이다. 모션 제어 전용보드는 스텝모터나 AC/DC 서보모터의 위치 및 속도 정밀제어에 사용되는 보드로써 가/감속 기능 및 다축보간 기능을 자동화함으로써 2~4차원 공간에서의 물체의 움직임을 자유롭게 구현할 수 있도록 해주는 장치다.
디지털 제어/계측 자동화 전문업체인 (주)커미조아는 그동안 외국 제품에 비해 기술력이 많이 뒤쳐졌던 모션제어 전용 보드 개발에 집중적으로 투자하여 외국 제품의 성능을 능가하는 모션제어 전용 보드 개발에 성공했으며, 이미 자동화 현장에 적용해 그 성능을 검증했다.
직선 및 원호 보간 기능
직선 및 원호 보간 기능은 자동 가/감속 기능과 더불어 모션제어 보드의 가장 중요한 기능 중의 하나라고 할 수 있다. 보간 제어는 모든 제어 대상축의 시작 시점과 끝 시점이 정확히 일치하는 기능을 의미한다. 직선 보간 기능은 2차원, 3차원 또는 4차원 공간상에서 제어대상물이 한 점에서 다른 점까지 직선으로 이송할 수 있도록 하는 기능을 의미한다. 이 때에 직선 이송을 하기 위해 필요한 모든 제어 대상축의 제어가 동시에 시작되며 좌표에 따라 각 제어대상축의 속도 및 이송거리를 비례적으로 자동제어된다.
직선 보간 이송을 수행할 때에도 앞에서 기술한 속도 프로파일은 단일 축 제어와 마찬가지로 적용된다. 원호 보간 기능은 2차원 공간상에서 원호 이송을 하는 기능이다. 원호 보간 제어는 두 축 간에 유기적인 속도 변화가 복잡하게 이루어져야 함으로 일반적으로 모션제어 전용보드의 도움 없이는 구현하기 힘든 기능이다. (주)커미조아의 모션컨트롤러는 원호 보간 제어를 완벽히 지원하며 사용자는 시작좌표, 중심점 그리고 각도 또는 종료좌표를 통해 손쉽게 원호 보간 제어를 수행할 수 있다.
PCI 및 Compact PCI 기반 고성능 모션제어 전용보드
COMI-LX50x은 PCI 기반, COMI-CLX50x는 CompactPCI 기반의 고성능 2~8축 모션제어 전용보드다. 이 제품은 6.4MHz까지의 펄스를 자유자재로 생성하여 서보모터 및 스텝모터를 정밀 제어할 수 있다. Trapezoidal 및 S-curve 가감속 속도 프로파일을 지원하며 2축 원호 보간 및 최대 64축 직선 보간 기능, 그리고 속도의 연속성을 가지는 보간 기능을 제공한다. 또한 속도나 위치를 구동 중에 보정할 수 있는 위치/속도 오버라이드 기능을 통해 구동 중 환경의 변화에 의해 위치나 속도가 변경되어야 하는 상황에 능동적으로 대처할 수 있다. 또한 엔코더 인터페이스를 통해 부정확한 기계적 메커니즘에 의해 발생되는 위치 오차를 교정할 수 있는 기능을 제공하며, 다양하게 제공되는 각종 비교기 기능은 위치의 에러 검출 뿐 아니라 트리거 기능으로 사용될 수 있어서 Machine Vision 장치와 같은 외부장치와의 상호 연계작업을 수행하는데 정확한 타이밍 제어에 유용한 기능을 제공한다. 그밖에 보다 정확하고 안정한 시스템 구축을 지원하기 위해 다양한 기계적 센서 인터페이스, 서보모터 인터페이스 그리고 범용적으로 사용될 수 있는 디지털 I/O 인터페이스를 제공한다.
연속 작업 기능
연속 작업 기능은 수행해야 할 일련의 작업들을 작업 시작 이전에 미리 일괄적으로 등록을 시켜놓은 후에 작업시작 명령과 함께 등록된 작업들을 연속적으로 자동 수행해나가는 기능을 의미한다. 커미조아 모션은 3단계의 Pre-register 구조를 통해 다음에 수행해야 할 작업들을 예약 후 현재 작업이 완료되면 자동적으로 커맨드 레지스터(Command register)에 쉬프트(Shift)되어 다음 명령을 바로 수행할 수 있다. 이 기능을 통해 명령과 명령 간의 지연시간 없는 연속된 작업이 가능하며, 연속 작업 중에 다른 명령을 등록할 수 있어 상황에 따른 속도 및 위치 결정이 가능하다.
장치 초기화
커미조아는 모션 환경을 설정할 수 있는 CME-Builder v2를 제공해 장치 조기화를 간편하게 할 수 있다. 사용자 친화적인 GUI 인터페이스를 제공하는 CME-Builder v2의 설정 내용은 사용자가 지정한 파일에 저장되고 이 파일을 통해 간단히 사용자 프로그램에 적용한다. 이 파일을 통해 시스템 환경이 변경되어도 사용자 프로그램의 수정 없이 CME-Builder v2를 통해 변경된 환경을 그대로 사용자 프로그램에 적용할 수 있다. 이는 각종 설정을 CME-Builder v2로 관리함으로 여러 장비 프로그램에서 모션에 대한 환경설정의 부담을 줄여줄 수 있다.
단축 및 다축모션 제어 기능의 특징
기본적인 모션제어에 있어 Open-loop 및 Close-loop의 장단점을 모두 포함한 (주)커미조아의 모션보드는 Semi-Close Loop 제어가 가능하다. 또한 가속/감속/정속도를 원하는 형태로 설정할 수 있으며, 선형 가감속 및 매우 부드럽고 강력한 S-Curve 가감속, 가감속이 없는 모드를 포함, 총 3개의 속도 패턴을 지원한다. 단축 및 다축 제어에 있어 최대 64축에 대한 상대좌표, 절대좌표, 속도 이송제어가 가능하며, 시간 지연 없는 다축이송이 가능하다.
원점복귀 소개
원점복귀 기능은 제어 대상체가 좌표의 원점으로 정확하게 자동 복귀하도록 하는 기능이다. 원점이 일치하지 않으면 모든 좌표가 어긋나게 되기 때문에 위치제어에서 정확한 원점복귀는 상당히 중요한 기능이다. COMI-LX50x 및 COMI-CLX50x는 13가지의 다양한 원점복귀 기능을 제공해 어떠한 구조의 시스템에서도 원점복귀 작업을 정확히 수행할 수 있도록 지원하며, 이미 원점센서가 감지되어 있거나 또는 원점센서와 리밋센서 사이에 위치해 있는 예외 상황에서도 자동으로 원점복귀를 수행한다. 또한 원점복귀 수행에 대한 성공여부 및 사용자에 의한 중단, 에러 상태를 알 수 있어 상태에 따른 원점 복귀수행 필요 여부를 판단할 수 있어, 원점 복귀에 의한 작업 시간을 단축할 수 있다.
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제품 하드웨어 특성
또한 전원 부 보호회로를 통해 과전류, 쇼트 등 모션컨트롤러가 파손되는 것을 방지할 수 있어 장비셋업 중에 발생할 수 있는 오배선 등의 이유로 고가의 모션컨트롤러가 파손되어 시간적, 금전적, 손실이 발생하는 상황을 방지할 수 있다. |
Data Acquisition System
What is DAQ?
DAQ 장치는 센서 신호를 계측하여 프로세서가 처리할 수 있는 데이터로 변환해주는 장치를 말한다. 최근에는 DAQ 장치의 의미가 계측 장치뿐만 아니라, 프로세서가 제공하는 데이터를 전기신호로 변환하여 출력하는 장치까지 포함한다. 즉, DAQ 장치는 센서 신호를 계측하여 프로세서의 데이터로 변환해주거나 프로세서의 데이터를 전기신호로 변환해주는 장치를 말한다.
DAQ 개요
최근 현대 문명은 과거 어느 때보다도 비약적인 발전을 보여주고 있다. 이러한 급속한 현대 문명 발전의 근간은 컴퓨터의 등장이라 할 수 있다. 이러한 급속한 현대 문명 발전의 근간은 컴퓨터의 등장이라 할 수 있다. 최근에 특히 컴퓨터는 인터넷과 결부하여 인간 문화의 패러다임을 새로이 결정하는 단계까지 이르렀다. 앞으로도 컴퓨터의 이용가치는 무궁무진하여 그 어떤 분야에서도 컴퓨터의 활용을 생각해보지 않을 수 없다. 산업현장에서도 이는 예외가 아니다. 오히려 컴퓨터의 활용이 필수적이라 할 수 있으며, 실제로 일찍부터 사업현장에서는 컴퓨터를 이용한 자동화에 많은 노력을 기울여왔다.
산업현장에서의 자동화는 시스템의 상태를 계측하고, 또한 시스템의 상태를 제어하는 두 가지 작업으로 이루어진다. 시스템의 상태를 계측하는 것은 각종 센서들을 이용하여 이루어지는데, 각종 센서들의 출력은 전기적인 신호로 이루어진다. 마찬가지로 시스템의 상태를 제어하는 것은 각종 제어기에 의해서 이루어지는데, 제어기 또한 전기적인 신호에 의해 제어된다. 따라서 컴퓨터를 이용하여 시스템을 자동화하기 위해서는 각종 형태의 전기적인 신호를 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 데이터로 변환하고, 역으로 컴퓨터의 디지털 데이터를 여러 가지 형태의 전기적인 신호로 변환해주는 장치가 필요하다.
DAQ(Data Acquisition) 장치를 한마디로 정의하면 전기적인 신호를 디지털 데이터로 변환해주거나 디지털 데이터를 전기적인 신호로 변환해주는 장치를 일컫는다. DAQ 장치는 일반적으로 컴퓨터 슬롯에 장착될 수 있도록 보드 형식으로 만들어지기 때문에 DAQ 보드라고도 한다. 대표적인 DAQ 장치로써는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환해주는 아날로그 입력(Analog Input) 보드, 컴퓨터의 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환해주는 아날로그 출력(Analog Output) 보드, 그리고 스위치류의 On/Off 상태를 계측 또는 제어하는 디지털 입출력(Digital Input/Output) 보드가 있다. 그리고 최근에는 여러 가지 기술의 발달로 인해 모션제어보드나 이미지 캡처보드 등과 같이 새로운 종류의 DAQ 장치들이 계속해서 출현되고 있다.
DAQ의 최근 동향
예전에는 PC의 성능이나 주변 인터페이스 회로의 속도 문제 때문에 고속의 계측 및 제어가 곤란했다. 이러한 속도문제는 DAQ 보드의 핵심을 이루는 칩에서의 기술적인 한계도 있었지만, ISA와 EISA로 대표되던 데이터버스의 속도문제가 큰 걸림돌이었다. 그러나 지금은 CPI 버스의 등장과 CPUdml 비약적인 발전과 함께 고속 실시간 계측 제어가 가능하게 되었다. 특히, PCI 버스가 등장하면서도 도입된 버스마스터링(Bus Mastering)은 시스템 DMA에 의존하지 않고, 독립적인 DMA 전송을 가능케 함으로써 한층 높아진 PCI 버스의 전송속도를 극대화했다. 이러한 고속 버스인터페이스 기술과 고성능 CPU로 인해 고속 DAQ 보드의 기술적인 문제가 많이 해결됐고, 특히 최근에 초음파 관련 장비가 보급되면서 고속 DAQ 보드 시장이 활성화되고 있다.
최근에는 DAQ 보드의 고속화와 더불어 산업현장ㅇ서 보다 안정적이고 편리하게 사용될 수 있는 여러 가지 솔루션이 대두되고 있다. 그 중에서 가장 대표적인 것이 Compact PCI다. Compact PCI의 진보된 인터페이스 기술로써 확장성, 안정성, 호환성이 우수하면서도 콤팩트(Compact)하여 산업용 및 전문 계측 시스템을 위한 최적의 솔루션(Solution)으로 평가되고 있는 기술이다.
(주)커미조아 www.comizoa.com
