서보 모터 스테이지의 전자기 간섭(EMI) 문제 해결

저희는 9년 넘게 수동 및 전동 스테이지를 제작해 왔습니다. 자동 정렬 플랫폼도 만들고 있죠. 그래서 EMI 문제를 많이 접해왔습니다. 어떤 문제는 쉽게 해결되지만, 어떤 문제는 정말 골치 아프죠.

광학 정렬 작업을 해보신 분이라면 이런 느낌을 아실 겁니다. 스테이지가 움직이고, 카메라가 초점을 맞추는데, 이미지가 노이즈로 가득합니다. 위치가 몇 미크론 정도 어긋나 있습니다. 기계적인 부분을 확인해 보면 모든 것이 단단히 고정되어 있습니다. 그러다 문득 문제의 원인이 기계적인 것이 아니라 전기적인 노이즈라는 것을 깨닫게 됩니다.

이 가이드는 구매자, 엔지니어 및 관련 정보가 필요한 모든 사람을 위한 것입니다.서보 모터 스테이지실제 공장에서 효과가 있는 것들입니다. 허황된 이야기는 없습니다. 실제 프로젝트에서 얻은 실용적인 지식만 담았습니다.

EMI가 서보 모터 스테이지에 미치는 영향

EMI는 전자기 간섭의 약자입니다. 원치 않는 전기적 노이즈로, 케이블이나 공기를 통해 전달될 수 있습니다. 무대에 유입되면 드라이브, 인코더, 카메라 또는 센서에 문제를 일으킬 수 있습니다.

그 결과는?동작 제어 간섭스테이지가 정확히 원하는 위치로 움직이지 않을 때가 있습니다. 아주 작은 오차일 수도 있고, 큰 오차일 수도 있습니다. 광학 정렬에서는 아주 작은 오차라도 큰 문제가 될 수 있습니다.

실험실에서 2µm의 반복 정밀도를 보이는 표준 스테이지를 확인했습니다. 하지만 생산 라인에서는 15µm까지 떨어졌습니다. 동일한 스테이지, 동일한 메커니즘을 사용했는데도 말이죠. 유일한 차이점은 주변 장비에서 발생하는 EMI였습니다.

모터 구동 시스템에서 EMI가 발생하는 원인

모터 구동 단계에서의 EMI일반적으로 네 가지 원인에서 발생합니다. 하나씩 살펴보겠습니다.

드라이브가 주요 용의자입니다.

대부분의 서보 드라이브는 PWM 방식을 사용합니다. 즉, 전원을 매우 빠른 속도로 켜고 끄는 방식입니다. 10kHz에서 100kHz 이상에 이르는 빠른 스위칭 속도가 원인입니다. 이러한 빠른 스위칭은 고주파 노이즈를 발생시키는데, 이는 대부분의 시스템에서 EMI(전자파 간섭)의 가장 큰 원인입니다.

케이블 및 접지: 흔히 눈에 띄는 원인들

전원 케이블과 신호 케이블은 절대로 함께 설치해서는 안 됩니다. 만약 함께 설치하면 노이즈가 한쪽에서 다른 쪽으로 전파됩니다. 저희는 차폐되지 않은 엔코더 케이블 3미터가 220V 전원 케이블 옆에 설치된 사례를 본 적이 있는데, 그로 인해 케이블 배선만으로도 10µm의 오차가 발생했습니다.

접지 불량도 큰 원인 중 하나입니다. 접지 루프는 안테나처럼 작용하여 노이즈를 포착하고 이를 인코더나 카메라로 직접 전달합니다.

인코더와 카메라가 피해자입니다

엔코더는 저전압 신호를 전송합니다. 엔코더는 쉽게 교란될 수 있습니다. 엔코더 케이블이 차폐되지 않은 경우 노이즈로 인해 펄스가 변할 수 있습니다. 그러면 드라이브는 스테이지가 실제 위치와 다른 곳에 있다고 인식하게 됩니다.

카메라도 EMI에 민감합니다. EMI는 이미지에 선, 노이즈 또는 롤링 바 형태로 나타납니다. 소프트웨어가 잘못된 가장자리를 인식하면 잘못된 오프셋을 계산하게 되고, 결국 스테이지가 잘못된 위치로 이동합니다.

생각지도 못했던 다른 정보 출처

용접기, 펌프, 레이저, 심지어 형광등까지 EMI를 발생시킬 수 있습니다. 예전에 한 고객의 작업 무대가 근처 용접기가 켜질 때마다 고장이 났던 적이 있습니다. 무대 자체는 문제가 없었고, 주변 환경이 문제였습니다.

자동 광학 정렬이 그토록 민감한 이유는 무엇일까요?

자동 광학 정렬 플랫폼용 전동 스테이지의 EMI이는 흔하고 비용이 많이 드는 문제입니다. 그 이유는 다음과 같습니다.

광학 정렬은 폐쇄 루프 프로세스입니다. 카메라가 표시된 지점을 관찰하면 소프트웨어가 오프셋을 계산합니다. 스테이지가 움직여 오프셋을 보정하고, 카메라가 다시 확인합니다. 만약 EMI(전자파 간섭)가 카메라 신호에 유입되면 이미지가 선명하지 않게 됩니다. 엔코더 신호에 EMI가 유입되면 드라이브가 오작동합니다. 이러한 순환 과정은 결코 안정화되지 않습니다.

많은 공장에서 목표치는 1µm에서 5µm입니다. 하지만 EMI로 인해 10µm에서 50µm의 오차가 쉽게 발생할 수 있으며, 이는 합격과 불합격의 차이를 결정짓는 요인이 됩니다.

자동 광학 정렬 플랫폼용 서보 모터 스테이지에서 모션 제어 간섭을 줄이는 방법은 무엇일까요?

이것이 바로 중요한 질문입니다.자동 광학 정렬 플랫폼용 서보 모터 스테이지에서 모션 제어 간섭을 줄이는 방법은 무엇일까요?해답은 마법 같은 부품 하나가 아닙니다. 시스템적인 접근 방식이 필요합니다.

실제 프로젝트에서 우리가 하는 8가지 일을 소개합니다.

1. 차폐형 연선 케이블을 사용하십시오.

차폐는 전기장을 차단하고, 꼬임은 자기장을 상쇄합니다. 엔코더에는 차폐된 연선 케이블을 사용하고, 모터 전원에는 차폐 케이블을 사용하십시오. 고주파 노이즈 차단을 위해서는 양쪽 끝에 차폐를 연결하고, 저주파 노이즈 차단을 위해서는 한쪽 끝에만 연결해 보십시오. 양쪽 끝 모두 테스트하십시오.

우수한 차폐 장치는 노이즈를 20dB에서 40dB까지 줄일 수 있습니다. 이는 노이즈 전압이 10배에서 100배까지 감소한다는 의미입니다.

2. 전원선과 신호선을 분리하십시오.

전원 케이블은 신호 케이블에서 최소 20cm 이상 떨어뜨려 놓으십시오. 만약 교차해야 한다면 90도 각도로 교차시키십시오. 장거리 구간에서는 절대로 평행하게 설치하지 마십시오. 이 간단한 규칙만으로도 오류를 줄일 수 있습니다.모션 제어 간섭절반 이상.

3. 접지 문제를 해결하세요

아날로그 신호에는 단일 접지점을 사용하십시오. 고주파 노이즈에는 접지면을 사용하십시오. 접지선은 짧고 굵게 유지하십시오. 데이지 체인 방식으로 접지하는 것은 피하십시오. 접지 상태가 불량하면 EMI가 악화될 수 있습니다.

4. EMI 필터 및 페라이트 코어 추가

드라이브의 AC 입력단에 EMI 필터를 설치하십시오. 모터 및 엔코더 케이블에 페라이트 코어를 추가하십시오. 페라이트 코어는 고주파에서 10dB에서 30dB의 임피던스를 추가하여 케이블을 따라 전달되는 노이즈를 차단합니다.

5. 저배출가스(LEMI) 드라이브 및 모터를 선택하십시오.

모든 드라이브가 동일한 것은 아닙니다. 소프트 스위칭 기능이 있는 드라이브도 있고, 내장 필터가 있는 드라이브도 있습니다. 모터의 권선 설계가 더 우수한 드라이브도 있습니다. EMI 테스트 데이터를 요청하십시오. 저 EMI 드라이브가 좋습니다.서보 모터 스테이지비용이 10%에서 20% 더 들 수 있지만, 디버깅 시간을 50% 절약할 수 있습니다.

6. 인코더 피드백 개선

단일 종단형 엔코더 대신 차동형 엔코더를 사용하십시오. 차동 신호는 공통 모드 노이즈를 제거합니다. 강한 자기장 환경에서는 광학 엔코더를 사용하십시오. 오염된 환경에서는 자기 엔코더를 사용하십시오. 작업에 맞는 엔코더를 선택하십시오.

7. 수리하기 전에 측정하세요

측정할 수 없는 것은 고칠 수 없습니다. 오실로스코프를 사용하여 엔코더 신호를 확인하십시오. EMI 수신기를 사용하여 방사 노이즈를 찾으십시오. 카메라, 엔코더 및 드라이브 주변을 점검하십시오. 각 조치 전후의 노이즈 레벨을 기록하십시오.

8. 소프트웨어 필터는 최후의 수단으로 사용하십시오.

때로는 하드웨어만으로는 충분하지 않습니다. 드라이브에 노치 필터를 추가하거나, 카메라 소프트웨어에 저역 통과 필터를 추가할 수 있습니다. 또는 여러 번 측정한 값을 평균낼 수도 있습니다. 이러한 방법들은 EMI를 완전히 제거하지는 못하지만, 그 영향을 줄여줍니다.

표 1은 기대할 수 있는 개선 사항을 보여줍니다.

자동 광학 정렬을 위한 저 EMI 서보 모터 스테이지와 표준 서보 모터 스테이지 비교

스테이지를 구매할 때 선택권이 있습니다. 표준 스테이지를 구매할 수도 있고, 저금리 스테이지를 구매할 수도 있습니다.자동 광학 정렬을 위한 저 EMI 서보 모터 스테이지와 표준 서보 모터 스테이지 비교비교는 중요합니다. 가격, 납기, 성능에 영향을 미치기 때문입니다.

두 제품의 비교는 다음과 같습니다.

간단한 작업에는 일반적인 스테이지로도 충분합니다. A 지점에서 B 지점으로 50µm의 정확도로 이동하는 경우라면 EMI는 문제가 되지 않을 수 있습니다. 하지만 광학 부품을 1µm의 정확도로 정렬해야 하는 경우에는 일반적인 스테이지로는 충분하지 않을 수 있습니다.

EMI가 낮은 회로는 비용이 더 많이 들지만, 위험을 줄여주고 엔지니어링 시간을 절약하며 생산량을 향상시킵니다. 많은 프로젝트에서 추가 비용은 몇 주 안에 회수됩니다.

간단한 선택 체크리스트

어떻게 하면 올바른 것을 선택할 수 있을까요?서보 모터 스테이지이 체크리스트를 사용하세요.

1단계: EMI 환경을 정의합니다.주변 장비 목록을 작성하세요. 용접기, 펌프, 레이저, 구동 장치 등은 소음이 심한 장비입니다. 거리와 소음 발생 빈도를 확인하세요.

2단계: 해상도뿐만 아니라 재현성도 확인하십시오.스테이지의 해상도가 0.1µm일 수 있지만, 반복 정밀도가 5µm라면 1µm의 정렬을 유지할 수 없습니다. EMI 환경에서의 테스트 데이터를 요청하십시오.

3단계: 차폐 및 접지에 대해 문의하십시오.케이블은 차폐되어 있습니까? 차폐는 어떻게 연결되어 있습니까? 접지면이 있습니까? 접지 회로도를 제공해 주실 수 있습니까?

4단계: 케이블 및 커넥터 설계를 검토합니다.금속 커넥터가 플라스틱보다 좋습니다. 금속 커넥터는 차폐 기능을 제공합니다. 케이블의 굽힘 반경을 확인하십시오. 심하게 구부리면 차폐가 손상될 수 있습니다.

5단계: EMI 테스트 데이터를 요청합니다.방사 및 전도 방출 데이터와 내성 시험 데이터를 요청하십시오. 공급업체가 이를 제공할 수 없다면 주의해야 합니다.

6단계: 총비용을 고려하십시오.단순히 단계별 가격만 비교하지 마십시오. 엔지니어링 시간, 디버깅 시간, 가동 중지 시간 및 생산량 손실도 포함해야 합니다.

실제 매장에서 있었던 사례들

우리는 봤습니다모터 구동 단계에서의 EMI많은 산업 분야에서 그렇습니다. 다음은 실제 사례 네 가지입니다.

사례 1: 반도체 웨이퍼 검사.고객은 표준을 사용했습니다.서보 모터 스테이지카메라에서 5µm의 노이즈가 관찰되었습니다. 스테이지 반복 정밀도는 3µm였습니다. 차폐 케이블과 페라이트 코어를 추가한 후 노이즈가 1µm로 감소했습니다. 수율은 8% 향상되었습니다.

사례 2: 디스플레이 패널 수리.디스플레이 수리 시스템에서 20~30주기마다 무작위로 구동 오류가 발생했습니다. 원인은 스테이지와 레이저 사이의 접지 루프였습니다. 단일 접지점과 절연 변압기를 설치하여 문제를 해결했고, 오류가 완전히 사라졌습니다.

사례 3: 의료용 슬라이드 스캔.의료용 스캐너는 부드러운 움직임이 필요했습니다. 그런데 스캐너의 스테이지가 100Hz로 진동했습니다. 원인은 드라이브에서 발생하는 PWM 노이즈였습니다. 저역 통과 필터와 저 EMI 드라이브를 사용함으로써 진동을 90%까지 줄일 수 있었습니다.

사례 4: 레이저 정렬.레이저 정렬 플랫폼의 위치 오차가 10µm였습니다. 엔코더 케이블은 차폐되지 않은 상태였고, 220V 전원 케이블 옆으로 3m 구간이 지나갔습니다. 케이블을 분리하고 차폐된 엔코더 케이블을 사용하자 오차가 1.5µm로 감소했습니다.

자주 묻는 질문

자동 광학 정렬 플랫폼용 서보 모터 스테이지에서 모션 제어 간섭을 줄이는 방법은 무엇일까요?
차폐 케이블을 사용하십시오. 전원과 신호를 분리하십시오. 적절하게 접지하십시오. 필터와 페라이트를 추가하십시오. 저 EMI 회로를 선택하십시오. 오실로스코프로 테스트하십시오. 이러한 단계를 따르면 EMI 간섭을 줄일 수 있습니다.모션 제어 간섭대부분의 경우 80%에서 95% 정도입니다.

서보 모터 회로에서 EMI를 유발하는 가장 큰 원인은 무엇입니까?
가장 큰 원인은 PWM 서보 드라이브입니다. 두 번째는 모터 케이블이고, 세 번째는 접지 루프입니다.

스테이지를 변경하지 않고 EMI 문제를 해결할 수 있을까요?
네. 필터, 페라이트 코어, 차폐 케이블을 추가할 수 있습니다. 접지도 개선할 수 있고요. 하지만 회로 설계가 부실하면 부분적인 개선만 얻을 수 있을 뿐입니다.

저 EMI 서보 모터 스테이지는 얼마 정도 하나요?
저 EMI 스테이지는 표준 스테이지보다 10%에서 30% 더 비쌉니다. 정확한 가격은 이동 거리, 부하 및 정밀도에 따라 달라집니다.

클린룸에 저 EMI 스테이지가 필요한가요?
클린룸은 EMI를 완전히 제거하지는 못합니다. 하지만 클린룸 장비는 종종 EMI에 민감합니다. 따라서 클린룸 광학 정렬에는 EMI가 낮은 스테이지를 사용하는 것이 좋은 선택입니다.

EMI를 어떻게 테스트하나요?
신호 잡음은 오실로스코프로 측정하고, 방사 잡음은 EMI 수신기로 측정하십시오. 카메라, 인코더, 드라이브에서 테스트를 진행하고, 각 수정 전후를 비교하십시오.

왜 우리와 함께 일해야 할까요?

저희는 9년 이상 이 분야에 종사해 왔습니다. 수동 및 전동식 스테이지를 제작하며, 자동 정렬 플랫폼도 생산합니다. 연구 개발, 생산 및 판매에 집중하고 있으며, 매일 EMI 테스트를 진행하기 때문에 EMI에 대한 깊은 이해를 가지고 있습니다.

우리의서보 모터 스테이지옵션은 다음과 같습니다.

저 EMI 케이블 세트.

차폐형 인코더 케이블.

내장형 EMI 필터.

차동 엔코더.

맞춤형 접지 설계.

EMI 테스트 데이터는 요청 시 제공됩니다.

저희는 단순히 스테이지만 판매하는 것이 아닙니다. 모션 관련 문제를 완벽하게 해결해 드립니다. EMI 문제가 있으시면 설치 환경을 보내주세요. 케이블, 접지, 드라이브 설정을 점검해 드리고, 예산에 맞는 저 EMI 스테이지를 추천해 드립니다.

EMI 문제에 대해 이야기해 봅시다

자동 광학 정렬 플랫폼을 구축하고 계신가요? 혹시 다음과 같은 문제에 지치셨나요?모션 제어 간섭필요하세요?서보 모터 스테이지시끄러운 공장에서 일하는 사람?

지금 바로 문의하세요. 목표 정확도, 이동 범위, 하중 및 사용 환경을 알려주시면 명확한 권장 사항을 제시해 드리겠습니다. 또한 테스트 데이터와 제품 선택에 대한 조언도 제공해 드립니다. EMI를 줄이고 생산성을 향상시켜 보세요.

지금 바로 이메일을 보내주세요. 빠른 견적을 받아보실 수 있습니다. 실제 프로덕션 환경에 맞춰 설계된 무대로 EMI 문제를 해결하세요.