PI, 위치 측정 및 제어 위한 하이브리드 드라이브
  • 인더스트리뉴스 기자
  • 승인 2019.01.13 11:50
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하이브리드 드라이브란 두 가지 서로 다른 드라이브 콘셉트를 이용해 각각의 이점을 취합해 고성능의 정밀 포지셔닝 시스템으로 결합한 것을 말한다. 이는 한 드라이브가 애플리케이션의 모든 요구 사항을 충족할 수 없을 때 유용하다. 예를 들어 긴 변위, 큰 하중, 나노미터 정밀도를 동시에 만족해야 하는 경우 매우 사용될 수 있다.

하이브리드 드라이브를 이용한 거대 망원경 선보여

[PI] PI는 칠레 아타카마 사막 내의 고도 3,000m 높이에 위치한 고산지대에서 지상 최대의 망원경을 제작하는 프로젝트를 진행하고 있다. 이 망원경의 메인 미러는 지름이 약 39m로 798개의 독립적인 미러 세그먼트로 구성돼 있다.

메인 미러 세그먼트. 세 개의 하이브리드 드라이브가 파란색으로 표시되어 있다. [사진=PI코리아]
메인 미러 세그먼트. 세 개의 하이브리드 드라이브가 파란색으로 표시되어 있다. [사진=PI코리아]

각 미러 세그먼트에는 세 개의 하이브리드 드라이브가 배치되어 약 250kg의 무게를 지지하며 ±5m 의 이송 범위 안에서 미세 정렬을 수행한다. 우주의 가장 선명한 이미지를 제공하기 위해 미러 세그먼트의 정렬에 허용되는 오차 범위는 최대 2nm 이하다.

이러한 높은 패스 정확도를 달성하기 위해 PI는 큰 무게와 긴 변위에 적합한 모터 드라이브 스크루를 피에조 액추에이터와 결합하는 하이브리드 콘셉트를 개발했다. 매우 다른 두 드라이브를 직렬로 조합하면 강력하고 고정밀한 포지셔닝 시스템이 만들어진다.

피에조 드라이브와 일렉트릭 모터를 결합한 하이브리드 시스템 [사진=PI코리아]
피에조 드라이브와 일렉트릭 모터를 결합한 하이브리드 시스템 [사진=PI코리아]

하이브리드 드라이브의 특성 및 적용 분야
하이브리드 드라이브의 또 다른 특징은 두 드라이브를 동시에 지속적으로 제어할 수 있는 고분해능 센서다. 이를 통해 전체 변위 내에서 피에조를 이용한 정밀한 모션이 가능해지며 그 원리는 다음과 같다.

컨트롤러의 서보 알고리즘은 모터와 피에조를 하나의 드라이브 유닛으로 간주한다. 모터의 구동 전압은 피에조의 제어 전압에서 파생되며, 이 전압이 클수록 모터가 더 빠르게 구동된다.

피에조가 팽창하면 모터는 스크루를 같은 방향으로 움직이며 이러한 방식으로 드라이브 스크루의 포지셔닝은 피에조의 미세한 포지셔닝에 의해 보완된다. 이와 동시에, 드라이브 스크루는 항상 피에조를 제로 포지션 근처에 위치시켜 양방향으로 위치를 보상할 수 있는 최상의 조건을 유지한다.

이러한 하이브리드 드라이브의 특성은 높은 정밀도로 위치 감지, 긴 변위에서 반복적인 이동, 나노미터 정확도로 목표값에 도달해야 하는 표면 검사 및 측정, 반도체 제조, 현미경 및 레이저 기술 등에 실용적인 솔루션이다.