[논문]정밀 이송용 리니어모터의 성능평가

[국내논문] 정밀 이송용 리니어모터의 성능평가
Performance Evaluation of Linear Motor for a Fine Positioning Feed System 원문보기

안성환 (창원대학교 기계설계공학과 대학원) , 황영국 (창원대학교 기계설계공학과 대학원) , 은인웅 (경기공업대 금형설계과) , 이춘만 (창원대학교 기계설계공학과) , 최중경 (창원대학교 전자공학과)

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본 논문에서는 제작된 시제품의 성능평가 및 리니어모터의 설계 개선을 위한 참고자료로 활용하기 위해 레이저간섭계를 이용하여 위치결정정밀도 및 반복정밀도를 측정하고, 서미스터를 이용하여 온도 변화 특성을 측정하고자 한다.
본 논문에서는 레이저간섭계와 온도측정 장치를 이용하여 정밀이송용 리니어모터의 성능평가를 수행하였다.

5m/s의 영구자석형 리니어동기모터이고, 이송계에는 분해능 1㎛, 사용온도 -20~70℃의 리니어스케일(RGH41X, Renishaw)이 부착되어있다. 위치결정오차 측정에는 레이저간섭계(ML 10, Renishaw)를 이용하였으며, 온도는 서미스터 센서를 이용하여 측정하였다.
위치결정정밀도 측정을 위해 레이저간섭계를 이송테이블의 중앙 위치에 설치하고 300mm의 행정에 대하여 ISO230-2 규격에 의하여 위치결정오차를 평가하였다.
실험은 무부하 상태와 테이블에 50N과 100N의 힘이 가해진 세 가지 경우에 대하여 측정하였다. Fig.
본 연구에서는 리니어모터의 열특성에 대한 성능평가를 위해 리니어모터에 100N, 200N의 힘을 가할 때 이송테이블의 상면과 베드의 측면, Primary part의 정면, 세 부위의 온도변화를 서미스터를 이용하여 측정하였다. Fig.

1에 성능평가에 사용된 실험 장치를 보여주고 있다. 실험 장치는 크게 리니어모터 시스템, 위치결정오차 및 온도 측정 장치로 구성되어 있으며 리니어모터 시스템을 정반위에 고정하여 실험을 수행하였다.
실험에 사용된 리니어모터는 정격추력 800N, 정격속도 2.5m/s의 영구자석형 리니어동기모터이고, 이송계에는 분해능 1㎛, 사용온도 -20~70℃의 리니어스케일(RGH41X, Renishaw)이 부착되어있다. 위치결정오차 측정에는 레이저간섭계(ML 10, Renishaw)를 이용하였으며, 온도는 서미스터 센서를 이용하여 측정하였다.

2~4에 위치결정정밀도와 반복정밀도를 측정한 결과를 보여주고 있으며, Table 1에 그 결과를 요약하였다. 평가결과 세 가지 경우에 대하여 위치결정오차와 반복정밀도 모두 무부하 상태보다 부하량을 증가시킬수록 향상되는 것으로 나타났으며, 위치결정오차가 89~94㎛로 상당히 크게 나타났다. 이것은 현재 모터 드라이버 및 리니어스케일에 대한 제어파라미터의 보정 문제, 실험 환경에서의 노이즈에 의한 펄스 신호의 왜곡 등 복합적인 요인에 의한 것으로 판단된다.
6, 7은 온도측정 결과를 나타내고 있다. 측정 결과 두 경우 모두 동일한 경향을 나타내었으며 T₁, T₂측의 온도변화는 초기에 급격히 상승하고 일정 시간 이후에는 특정 값으로 수렴하는 것으로 나타났다. 이때 T₁과 T₂의 온도변화 곡선이 거의 동일하게 나타나며, 하중이 가해질 경우 T₁측의 온도 상승이 제일 크고 T₁측의 온도 상승에 동기 하여 T₂측의 온도 상승이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.

위치결정정밀도가 좋지 않게 나타난 것은 실험환경에서 노이즈에 의한 신호 왜곡과 컨트롤러 및 리니어스케일의 제어파리미터에 대한 보정 등 복합적인 영향 때문으로 판단된다. 향후 측정 데이터를 바탕으로 제어파라미터에 대한 보정 및 엄격한 실험 환경에서의 실험을 수행할 예정이다.

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