[인더스트리뉴스 최종윤 기자] PI(Physik Instrumente)가 자사의 통합 솔루션을 통해 나노미터 정밀 포지셔닝 및 높은 처리량의 레이저 드릴링 구현을 소개했다. EtherCAT 드라이브 및 컨트롤러에 의해 제어되는 모션 통합을 단순화해 제어 시스템 요소를 복잡하게 조정할 필요가 없다.

연료 분사 노즐, 항공 우주 부품용 냉각 구멍, 인쇄 회로 기판(PCB)의 마이크로비아 생산 등 최근 새로운 애플리케이션에서 레이저 드릴링이 계속해서 활용되고 있다. 핵심은 소형화 추세다. 레이저 드릴링 머신은 서브마이크론 범위까지 훨씬 더 높은 정확도를 달성할 수 있어야 한다.

PI의 통합 솔루션 컨셉은 가공물 포지셔닝을 위한 긴 이동 범위의 XY포지셔닝 스테이지, 동적인 레이저 포커싱을 위한 Z축, 피에조 모션을 통한 빔 또는 가공물 포지셔닝으로 구성된다.

PI의 다양한 ACS 서보 제어 및 PI 피에조 드라이브, 특정 레이저 제어 옵션은 공정 중 처리량과 정밀도를 향상시킨다. 두 가지 모두 열영향부(HAZ)를 제어하면서 종횡비가 높은 깊은 구멍을 뚫을 때 효과적이며 필수적이다.

가공물 정밀 포지셔닝

레이저 아래에서 가공물의 이동과 정확한 포지셔닝을 위해 PI는 모듈형 하이브리드 모션 시스템을 사용했다. 서보 볼 스크류 또는 다이렉트 드라이브 정밀 리니어 모션 스테이지는 더 긴 이동 범위를 제공하며, 피에조 포지셔너는 정밀한 미세 조정이 가능하다.

형상과 같은 까다롭고 복잡한 기하학적 구조를 만들기 위해 공작물을 나노미터 정확도로 정밀하게 이동시킨다. 리니어 인코더 피드백이 나노미터 분해능 및 밀리초 이내의 step-and-settle을 제공한다.

피에조 포지셔너는 역압전 효과로 구동된다. 전압이 인가되면 피에조 세라믹은 나노미터 범위에서 동적이고 반복도가 높은 움직임을 보인다. PI Ceramic의 PICMA 피에조 소자는 마모가 없고 수십억 사이클에도 처음 설치했을 때와 같은 정확도를 제공한다.

레이저 포커스의 수직 포지셔닝을 위해 PI는 최대 8mm의 이동 범위를 가진 동적인 보이스 코일 드라이브 솔루션 V-308을 제공한다. 두꺼운 가공물에서도 큰 종횡비와 수직 에지의 구멍을 뚫을 수 있다. ACS 마이크로 컨트롤러는 Z 이동을 포지셔닝 스테이지 축과 직접 조정한다.

모든 드라이브는 폐루프 모드에서 컨트롤러를 통해 제어할 수 있다. ACS 컨트롤러가 CNC G-code 스크립팅 옵션을 제공함으로써, 범용 프로그래밍 접근 방식은 기본 ACS 언어뿐만 아니라 프로그래밍에도 사용할 수 있다.

EtherCAT을 사용하면 엔지니어링 및 커미셔닝이 단순화된다. 또한 DDL(Dynamic Digital Linearization) 피에조 제어 알고리즘을 사용하면 고주파 애플리케이션에서 트래킹 성능이 향상돼 공정 품질과 생산성을 최적화할 수 있다.

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