DD모터라고 불리는 다이렉트 드라이브 서보모터는 별도의 중간 기구 없이 부하를 직결해 동력을 전달하는 구동모터로, 다양한 강점을 지닌다. 일본 니키덴소의 DD모터를 국내 시장에 공급하고 있는 (주)글로벌제이티에스는 다년간 여러 기계 설비 및 장비 시스템에 DD모터를 공급하는 기업으로, 본지에서는 (주)글로벌제이티에스가 소개하는 DD모터의 특징을 소개한다.
1. DD모터의 개요
일반 서보모터와 DD모터의 차이점(사진. 글로벌제이티에스)
다이렉트 드라이브 서보모터(Direct Drive Servo Motor, 이하 DD모터)는 감속기나 벨트와 같은 중간 기구를 거치지 않고 부하를 직접 결합해 동력 동작을 전달하는 구동모터이다.
모터를 이용한 구동 시스템에 있어, DD모터는 별도의 주변기기를 최소화할 수 있기 때문에 일반적인 서보모터 구동 방식 대비 다양한 이점을 지닌다. 중간 기구를 배제함으로써 동력 전달계의 강성을 향상시킬 수 있고, 백래시리스에 의한 고속 정밀 구동이 가능해지며 이에 따라 기계 시스템의 성능 향상, 공간 최소화, 유지보수 경감, 환경성 향상 등 여러 측면에서 이득을 얻을 수 있다.
2. DD모터의 적용 범위
DD모터가 지닌 이 같은 특징들은 다양한 애플리케이션에서 강점을 발휘한다. 고속·고정밀도 동작을 필요로 하는 애플리케이션이나 큰 부하를 받는 상황에서 안정적인 동작이 요구되는 애플리케이션, 동작 각도가 좁은 상황에서 고속 동작이 요구되는 애플리케이션 등에 특히 적합하다. 가령 반도체 공정의 경우 웨이퍼를 이송하는 WTR(Wafer Transfer Robot)이나 마운터(Mounter)를 비롯해 커팅, 검사, 세정, 증착 등 다양한 공정 장비에 DD모터가 적용되고 있다.
3. DD모터의 선정
파나소닉 AC서보앰프에 대응 가능한 니키덴소의 DD모터(사진. 니키덴소 / 제공. 글로벌제이티에스)
DD모터는 다양한 애플리케이션에 적용되고 있는 만큼, 각 적용 분야의 환경에 맞춰 적합한 성능과 특성의 제품을 선정하는 것이 중요하다. 여러 공급 레퍼런스를 보유하고 있는 DD모터 전문 공급 기업의 도움을 받는 것도 좋은 방법이다.
필자가 소속된 (주)글로벌제이티에스(이하 글로벌제이티에스)의 경우, 고객사와의 미팅 단계에서 사용자에게 필요한 제품을 제안하고 있으며, 특히 많은 사용자 요구에 대응하기 위해 라인업이 풍부한 일본 니키덴소(NIKKI DENSO)의 DD모터를 공급하고 있다. 니키덴소는 1967년에 창업한 구동 장치 전문 메이커로, 고강성·고정도 타입, 가성비 타입, 고속·고응답성 타입, 박형·대중공경 타입 등 다양한 형태와 그레이드의 제품군을 보유하고 있다. 표준 타입 기준으로 123기종의 DD모터 라인업에 최근 파나소닉의 A6 드라이버와 조합이 가능한 32기종의 라인업이 추가됐으며, 지원하는 표준 DD모터 라인업의 정격토크 또한 2~1,500Nm으로 방대하다.
한편 DD모터가 온전한 성능을 발휘하기 위해서는 필수적으로 제어 기술이 요구된다. 니키덴소를 예로 들면 모터 본래의 성능을 십분 발휘하기 위해 고성능·고기능 드라이브 VPH시리즈와 범용 드라이브 VPS시리즈를 함께 제안하고 있다. 니키덴소의 드라이브는 라인업이 풍부하면서도 충실한 서보 네트워크를 지원하고, 피드포워드 토크 제어로 높은 응답성을 이끌어낸다. 또한 기계 공진을 제거하는 여러 필터를 지원하고 동작과 부하에 맞춘 게인 전환 제어가 가능하며, 다채로운 프로그램 기능 및 멀티 윈도우 편집 소프트웨어 프로그램을 제공한다.
니키덴소 DD모터 주요 라인업 및 시리즈별 특징(자료 제공. 글로벌제이티에스)
4. 주요 적용사례
1) WTR
글로벌제이티에스는 다양한 로봇과 기계 설비에 DD모터를 공급한 레퍼런스를 확보하고 있다. WTR 또한 당사의 주요 레퍼런스 중 하나이다.
WTR은 공정 작업을 마친 웨이퍼를 이송하는 로봇으로, 반도체 공정 장비 대부분에서 사용되고 있다. WTR에 있어 사용자의 중요한 요구들을 살펴보면 경량화와 저진공, 저발열, 고속화 등이 있는데, 니키덴소의 DD모터는 기구 감속기를 제거함으로써 공간을 절약할 수 있고 부하에 직결함으로써 진동과 소음, 발열 문제를 해결했다. ±15arcsec의 절대 위치 정밀도, 논 백래시에 따른 반복정밀도 상승 등의 메리트를 보유하고 있으며, EtherCAT과 Mechatrolink, SSCNET3/H, CC-link 등 다양한 통신 I/F에 대응할 수 있다.
2) 마운터
글로벌인포메이션이 발표한 ‘세계의 칩마운터 시장(2020~2024년)’ 보고서에 따르면 전 세계 칩마운터 시장은 6%의 연평균성장률(CAGR)을 달성해 오는 2024년에 19억 1,000만 달러 규모까지 성장할 것으로 전망된다.
마운터 장비에도 DD모터가 적용된다. 이번에 소개하고자 하는 적용사례의 마운터는 ±0.5㎛ 수준의 높은 반복위치결정도를 필요로 하는 장비로, 인쇄공정(XY 스테이지), 탑재공정(XYθ 스테이지), 검사공정(단축 리니어)로 구성되며 솔더 볼(Solder Ball)의 고집적화와 패키지 면적의 소형화 등에 대한 고객의 요구가 있었다.
해당 장비의 경우, 니키덴소의 DD모터를 적용함으로써 볼 스크루를 제거할 수 있고, 이에 따라 장비 클린도를 높이면서 진동과 소음을 낮추는 효과를 얻을 수 있다. 장치에 탑재하는 것만으로 사용이 가능하며, ±1arcsec 수준의 반복정밀도에 대응할 수 있다.
필자
(주)글로벌제이티에스 정영운 대리
