[논문]Auto-Focusing 미세부품 Yoke 조립 자동화 모듈 개발

하석재; 박정연; 박규섭; 윤길상

Auto-Focusing 미세부품 Yoke 조립 자동화 모듈 개발
Development of automatic assembly module for yoke parts in auto-focusing actuator 원문보기

한국금형공학회지 = Journal of the Korea Society of Die & Mold Engineering, v.13 no.1, 2019년, pp.55 - 60

하석재 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소 금형기술그룹) , 박정연 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소 금형기술그룹) , 박규섭 ((주)재영솔루텍) , 윤길상 (한국생산기술연구원 뿌리산업기술연구소 금형기술그룹)

Abstract ▼ AI-Helper

Smart-phone in the recently released high-end applied to the camera module is equipped with the most features auto focusing camera module. Also, auto focusing camera module is divided into voice coil motor, encoder, and piezo according to type of motion mechanism. Auto focusing camera module is composed of voice coil motor (VCM) as an actuator and leaf spring as a guide and suspension. VCM actuator is made of magnet, yoke as a metal, and coil as a copper wire. Recently, the assembly as yoke and magnet is made by human resources. These process has a long process time and it is difficult to secure quality. Also, These process is not economical in cost, and productivity is reduced. Therefore, an automatic assembly as yoke and magnet is needed in the present process. In this paper, we have developed an automatic assembly device that can automatically assemble yoke and magnet, and performed verifying performance. Therefore, by using the developed automatic assembly device, it is possible to increase the productivity and reduce the production cost.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

따라서 본 논문에서는 스마트폰 카메라용 자동초점 액츄에이터의 핵심부품인 자성체 금속(yoke)과 영구자석(magnet)의 조립을 위한 자동조립모듈 개발에 관한 내용 및 개발된 모듈의 검증 결과에 대한 내용을 기술하였다
본 논문에서는 스마트폰 카메라에 사용되는 AF(auto focusing) 부품인 자성체 금속(yoke)과 영구자석(Magnet)의 조립 자동 모듈에 대한 설계, 제작 및 성능 검증을 수행하였다. 개발된 조립 자동모듈의 구성은 크기가 매우 작고, 두께가 얇은 자성체 금속의 이송 및 자세 정렬을 위한 파츠피더와 영구자석과 조립 시 제품 고정 및 부품 공급을 위한 지그 플레이트, 영구자석과 자성체 금속을 조립하기위한 조립 헤더로 이루어져 있다.

제안 방법

경계조건은 자성체 금속과 영구자석 외부에는 공기층으로 설정하였고, 자성체 금속과 영구자석의 간격을 변화하면서 자기장의 세기를 분석하였다.
공정시간 측정 시 1 사이클을 종료하고 조립된 제품을 제거한 상태에서 재 공정 시작시간까지 소요되는 시간도 동시에 측정하였다.
10은 영구자석과 자성체 금속을 조립한 후 정렬 오차에 대한 판정기준에 관한 측정 이미지를 나타낸다. 기준 이미지에서 영구자석이 적색선과의 평행 위치를 공구현미경으로 관찰하고 틀어진 경우 적색선의 기준위치에서 벗어난 길이를 측정하였다.
지그 플레이트의 기능은 영구자석 특성상 항상 적층되어있기 때문에 일렬로 적층된 영구자석을 로딩(loading)할 수 있는 기구물 설계가 이루어져야 하며, 적층된 영구자석과 자성체 금속을 결합시키기 위해 개별로 분리할 수 있는 기구물 설계가 이루어져야만 한다. 따라서 본 논문에서는 영구자석의 적층 및 분리를 쉽게 할 수 있게 Fig. 4와 같은 구조의 형태로 설계 및 제작하였다.
우선적으로 자성체 금속은 크기가 매우 작고, 두께가 얇은 부품이기 때문에 부품 이송과 조립을 위한 정렬을 시킬 수 있는 이송 공급시스템이 필요하다. 따라서 부품 이송기능과 각 작업조건에 따라 부품의 자세 및 방향을 변경할 수 있는 공급시스템으로 파츠피더(parts feeder)를 설계하였다. 일반적인 파츠피더는 볼 피더(bowl feeder)와 직진피더(linear feeder)로 구성되며, 파츠피더 내에 감지센서를 설치하여 부품 결함 및 에러 발생 시 자성체 금속 이송동작을 제어할 수 있게 설계 및 제작하였다.
25mm로 설정하였지만, 기초 테스트 결과 영구자석이 계속적으로 적층되어 자기장 세기가 계속적으로 증가하여 마지막 자성체 금속과 조립 시 영구자석이 파손되는 현상이 발생하였다. 따라서 영구자석이 계속적으로 적층되어도 자기장 세기가 증가하지 않도록 조립헤드의 간격을 기존 0.25mm에서 0.5mm로 변경하였으며, Fig. 7과 같이 영구자석의 파손을 방지하기 위하여 영구자석 고정부 하단에 진공압을 인가하여 영구자석 자기장 세기와 대응되는 반력을 작용시켜서 영구자석 파손 현상을 억제시키도록 설계 및 제작하였다.
또한, 조립 후 자성체 금속과 영구자석의 조립품은 적층이 되도록 설계되어야 한다. 따라서 자성체 금속과 영구자석 간의 조립을 위해 조립 시 필요한 간격을 도출하기 위해 상용 해석소프트웨어를 활용하여 자기장 해석^6-9)을 수행하였다. 자기장 해석에서는 자성체 금속과 영구자석 사이에 자속밀도(magnetic density)가 영향을 미치는 간격을 확인하기 위해 Fig.
또한, 공급된 자성체 금속과 영구자석의 조립을 위해 부품의 정렬 및 고정을 할 수 있는 지그(jig) 플레이트를 파츠피더 하단부에 제작하였다. 지그 플레이트의 기능은 영구자석 특성상 항상 적층되어있기 때문에 일렬로 적층된 영구자석을 로딩(loading)할 수 있는 기구물 설계가 이루어져야 하며, 적층된 영구자석과 자성체 금속을 결합시키기 위해 개별로 분리할 수 있는 기구물 설계가 이루어져야만 한다.
개발된 조립 자동모듈의 구성은 크기가 매우 작고, 두께가 얇은 자성체 금속의 이송 및 자세 정렬을 위한 파츠피더와 영구자석과 조립 시 제품 고정 및 부품 공급을 위한 지그 플레이트, 영구자석과 자성체 금속을 조립하기위한 조립 헤더로 이루어져 있다. 또한, 조립 헤드에서 영구자석의 자기장 세기에 따른 자성체 금속과의 간격 설정에 대해 자기장 해석을 수행하였고, 해석결과 및 실제 테스트 결과 간격은 0.5mm로 설정하였으며, 자기장 세기 중대를 반감하기 위해 하부에 진공압을 인가가 되도록 설계 및 제작하였다.
따라서 자성체 금속과 영구자석 간의 조립을 위해 조립 시 필요한 간격을 도출하기 위해 상용 해석소프트웨어를 활용하여 자기장 해석^6-9)을 수행하였다. 자기장 해석에서는 자성체 금속과 영구자석 사이에 자속밀도(magnetic density)가 영향을 미치는 간격을 확인하기 위해 Fig. 5와 같이 경계조건을 설정하여 자기장 해석을 수행하였다. 경계조건은 자성체 금속과 영구자석 외부에는 공기층으로 설정하였고, 자성체 금속과 영구자석의 간격을 변화하면서 자기장의 세기를 분석하였다.
자성체 금속과 영구자석 조립의 1개당 시간을 측정하기 위하여 1 사이클(수량: 100개)동안 조립되는 공정 시간을 측정하였으며, 측정 후 1 사이클 공정시간을 조립수량으로 계산하여 자성체 금속과 영구자석의 개당 공정시간을 산출하였다. 공정시간 측정 시 1 사이클을 종료하고 조립된 제품을 제거한 상태에서 재 공정 시작시간까지 소요되는 시간도 동시에 측정하였다.
자성체 금속과 영구자석의 조립공정 후 영구자석이 자성체 금속과의 정렬 오차 측정을 수행하였다. 자성체 금속과 영구자석의 정렬 오차의 측정은 공구현미경을 사용하여 측정하였으며, 1사이클 조립 공정 후 조립품 중에서 측정 샘플 20개를 임의로 선별하여 측정하였다. 정렬 오차 측정은 영구자석이 자성체 금속의 평면상에서 상/하 방향으로 비틀어진 길이를 측정하고, 자성체 금속과 영구자석의 조립 정렬도 오차 범위는 10μm 이하가 되어야 한다.
자성체 금속과 영구자석의 조립공정 후 영구자석이 자성체 금속과의 정렬 오차 측정을 수행하였다. 자성체 금속과 영구자석의 정렬 오차의 측정은 공구현미경을 사용하여 측정하였으며, 1사이클 조립 공정 후 조립품 중에서 측정 샘플 20개를 임의로 선별하여 측정하였다.
8과 같이 제작하였다. 조립성을 증대시키기 위해 이송 시스템 및 조립 헤더를 듀얼(dual)로 구성하여 자동 조립 모듈을 구축하였다.

대상 데이터

본 논문에서는 스마트폰 카메라에 사용되는 AF(auto focusing) 부품인 자성체 금속(yoke)과 영구자석(Magnet)의 조립 자동 모듈에 대한 설계, 제작 및 성능 검증을 수행하였다. 개발된 조립 자동모듈의 구성은 크기가 매우 작고, 두께가 얇은 자성체 금속의 이송 및 자세 정렬을 위한 파츠피더와 영구자석과 조립 시 제품 고정 및 부품 공급을 위한 지그 플레이트, 영구자석과 자성체 금속을 조립하기위한 조립 헤더로 이루어져 있다. 또한, 조립 헤드에서 영구자석의 자기장 세기에 따른 자성체 금속과의 간격 설정에 대해 자기장 해석을 수행하였고, 해석결과 및 실제 테스트 결과 간격은 0.

성능/효과

제작된 조립 모듈에 대한 검증결과로는 1사이클(수량: 100개)동안 전체 조립시간은 144 sec가 소요되었으며, 이러한 공정시간은 시간당 야 2,500개를 조립할 수 있는 공정능력을 가지고 있는 것으로 확인하였으며, 제품 품질에 영향을 미치는 정렬도 측정결과 정렬도 오차가 약 5μm 이내 인 것으로 확인할 수 있었다. 따라서 영구자석과 자성체 금속의 조립 자동화 모듈로 기존 수작업 조립공정 대비 제조단가를 80% 절감을 실현할 수 있었다.
영구자석의 간격에 따른 자기장 세기의 해석결과는 영구자석과 자성체 금속의 간격이 증가함에 따라 자성체 금속에 작용하는 자기장의 세기는 약 1,000 gauss에서 약 200 gauss까지 감소함을 확인할 수 있었다. 또한, 간격 변화에 대한 자력힘(magnetic force)은 약 0.2N ~ 0.01N까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다. Fig.
영구자석의 간격에 따른 자기장 세기의 해석결과는 영구자석과 자성체 금속의 간격이 증가함에 따라 자성체 금속에 작용하는 자기장의 세기는 약 1,000 gauss에서 약 200 gauss까지 감소함을 확인할 수 있었다. 또한, 간격 변화에 대한 자력힘(magnetic force)은 약 0.
자기장 해석결과를 바탕으로 초기 헤드의 간격은 최대 0.25mm로 설정하였지만, 기초 테스트 결과 영구자석이 계속적으로 적층되어 자기장 세기가 계속적으로 증가하여 마지막 자성체 금속과 조립 시 영구자석이 파손되는 현상이 발생하였다.
제작된 조립 모듈에 대한 검증결과로는 1사이클(수량: 100개)동안 전체 조립시간은 144 sec가 소요되었으며, 이러한 공정시간은 시간당 야 2,500개를 조립할 수 있는 공정능력을 가지고 있는 것으로 확인하였으며, 제품 품질에 영향을 미치는 정렬도 측정결과 정렬도 오차가 약 5μm 이내 인 것으로 확인할 수 있었다.
공정시간 측정 시 1 사이클을 종료하고 조립된 제품을 제거한 상태에서 재 공정 시작시간까지 소요되는 시간도 동시에 측정하였다. 측정결과 1사이클 공정시간은 144 초(sec)가 소요되었고 1시간 동안 약 2,500개를 생산할 수 있는 것으로 확인되었다. Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자동초점 엑츄에이터란 무엇인가?	자동초점 엑츄에이터1-2(auto-focusing actuator)는 스마트한 카메라 촬영 시 피사체를 확대 및 축소하여 선명한 화질을 구현하는 핵심부품으로 광학렌즈를 최적의 초점 위치로 이동시키는 구동장치를 의미한다. 자동초점 액츄에이터는 구동방식에 따라 보이스 코일 모터3-5(voice coil motor), 엔코더(encoder), 압저ㄴ소자(piezo)등으로 구분되며, 현재까지 스마트폰 카메라에서 10메가에서 16메가 화소를 가지는 스마트폰 카메라에서 보이스 코일 모터 방식을 주로 사용되고 있다.
	자동초점액츄에이터의 미세 형상을 가진 부품들은 어떻게 제작되는가	일반적인 스마트폰 카메라에 장학되는 자동초점 액츄에이터의 최대 크기는 약 9mmx9mmx5mm이며, 자동초점액츄에이터의 구성은 보이스 코일 모터, 관스프링, 플라스틱 하우징 등 미세 형상을 가진 부품으로 이루어져 있다. 이러한 미세 형상을 가진 부품의 제조 방식은 사출/ 프레스 성형, 금속 에칭 등이 있고, 제조된 미세부품들을 조립하여 최종 완제품 형태로 제작하고 있다. Fig.
	자동초점 액츄에이터를 구동방식에 따라 구분하시오.	자동초점 엑츄에이터1-2(auto-focusing actuator)는 스마트한 카메라 촬영 시 피사체를 확대 및 축소하여 선명한 화질을 구현하는 핵심부품으로 광학렌즈를 최적의 초점 위치로 이동시키는 구동장치를 의미한다. 자동초점 액츄에이터는 구동방식에 따라 보이스 코일 모터3-5(voice coil motor), 엔코더(encoder), 압저ㄴ소자(piezo)등으로 구분되며, 현재까지 스마트폰 카메라에서 10메가에서 16메가 화소를 가지는 스마트폰 카메라에서 보이스 코일 모터 방식을 주로 사용되고 있다.

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원문보기 상세보기
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Y. H. Chang, C. J. Lu, C. S. Liu, D. S. Liu, S. H. Chen, T. W. Liao, W. Y. Peng, and C. H. Lin, Design of miniaturized optical image stabilization and autofocusing camera module for cellphones, Sensors and Materials, Vol.29, pp. 989-995, 2017.
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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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