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자이로센서란?

자이로센서는 각속도를 감지하기 위한 센서를 말합니다.

자이로 센서는 자이로스코프라고도 불립니다. 각속도는 단위 시간당 물체가 회전하는 물리량을 의미하며, 고도의 정밀한 제어가 요구되는 오늘날의 산업 기계 제품에서 필수적인 센서입니다.

특히 로봇, 항공기, 자동차 차체 제어 등의 분야에서는 미세한 회전을 고려한 피드백 제어가 필요하기 때문에 반드시 자이로센서가 사용됩니다.

자이로센서의 사용 용도

자이로센서의 사용 용도는 스마트폰, 디지털 카메라, 게임기, 우주산업, 항공, 자동차, 산업용 로봇 등의 제어에 광범위하게 사용되고 있습니다.

자이로센서의 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.

• 스마트폰 및 디지털 카메라의 손떨림 방지 기능
• 2족 보행 로봇의 보행 제어
• 항공기 기체 위치 측정 및 제어
• VR 게임 사용자의 동작 및 위치 측정

자이로센서는 열과 진동에 대한 내성, 크기 등 제품마다 특성이 다릅니다. 따라서 자이로센서를 사용하는 장비의 제어 정밀도와 사용 환경을 고려하여 선정해야 합니다.

자이로센서의 원리

자이로센서의 대표적인 측정 방법으로는 코리올리의 힘을 이용하여 측정하는 진동형과 빛의 사냐크 효과를 이용하여 측정하는 광학형을 들 수 있습니다.

1. 진동형 자이로센서

진동형 자이로센서에서 사용하는 코리올리의 힘은 회전하는 물체가 움직일 때 물체에 작용하는 겉보기의 힘을 말합니다. 진동형은 다시 압전 방식과 정전 용량 방식으로 구분할 수 있습니다.

압전 방식
코리올리의 힘에 해당하는 물리량으로 회전 상태의 진동자에 발생하는 전압값을 측정하는 방식입니다.
정전 용량 방식
회전할 때 코리올리 힘으로 인해 진동자의 좌우 검출 전극의 용량에 차이가 발생하기 때문에 그 용량 차이로 코리올리 힘을 측정하여 각속도를 계산하는 방식입니다.

코리올리 힘과 각속도의 관계는 다음 식으로 표현할 수 있습니다.

ω=F/2mv (ω: 각속도, F: 코리올리 힘, m: 물체의 질량, v: 이동속도)

2. 광학식 자이로 센서

광학식 자이로센서에서 사용하는 사냐크 효과는 빛이 통과하는 광로가 운동하면 광로의 길이가 길어지는 원리를 말합니다. 이 물리 현상은 광속이 항상 일정하기 때문에 발생한다. 광학식 자이로센서에서는 궤도를 도는 빛 자체가 회전함으로써 광로가 길어지고, 이로 인해 발생하는 위상차를 측정하여 각속도를 계산할 수 있습니다.

자이로센서에 대한 기타 정보

1. 자이로센서의 보정 방법

드리프트 보정
자이로센서의 출력에 오차를 발생시키는 요인은 여러 가지가 있습니다. 그 중에서도 주의해야 할 특성이 바로 ‘드리프트’입니다. 드리프트는 본래 초기값으로 주어지는 영점이 드리프트되어 초기값이 조금씩 어긋나면서 검출 오차가 커지는 것을 말합니다.

드리프트가 발생하는 내부 요인으로는 DC 성분의 변동(저주파 변동)과 고주파 노이즈의 영향을 들 수 있는데, DC 성분의 변동은 바이어스 불안정성, 고주파 노이즈는 앵귤러 랜덤 워크(angle random walk)라고 합니다. 바이어스 불안정성은 공급 전압의 안정성에 따라 달라지므로 전원 공급 장치를 재검토하여 개선할 수 있습니다.

각도 랜덤워크 보정
앵귤러 랜덤워크의 보정 방법은 각 사의 노하우에 따라 다르지만, 일반적으로 많이 사용되는 보정 방법으로는 칼만 필터를 이용한 보정을 들 수 있습니다.

칼만필터는 직전까지의 정보와 현재 취득한 데이터를 바탕으로 가장 적합한 시스템 상태를 추정하는 방법입니다. 시간에 따라 변화하는 변수를 과거 정보와 현재 취득한 정보로부터 원래의 모습을 추정하는 문제로 표현할 수 있습니다. 이 측정값 및 변수 자체에도 노이즈가 포함되어 있는 것으로 취급하는 것이 중요합니다.

2. 자이로 센서와 가속도 센서의 차이점

자이로 센서와 비슷한 성질을 가진 센서 중 하나로 가속도 센서가 있습니다. 두 가지를 혼동하는 경우가 많지만, 전혀 다른 센서입니다.

가속도 센서는 이름에서 알 수 있듯이 가속도를 감지하는 센서입니다. 관성력을 이용해 물체의 이동 속도 변화를 측정하여 전기 신호로 출력합니다. 가속도를 통해 물체의 진동이나 충격의 크기 등의 정보도 얻을 수 있기 때문에 가속도 센서는 다양한 용도로 활용되고 있습니다. 기본 구조는 자이로센서와 비슷합니다.

반면 자이로센서는 앞서 설명한 것처럼 각속도를 감지하기 위해 사용되는 센서입니다. 코리올리의 힘을 이용하여 물체의 움직임(회전)이나 방향, 자세의 변화를 측정하고 이를 전기 신호로 출력할 수 있습니다.

3. 3축, 6축, 9축 대응 센서

요즘 관성력 감지 센서에서 자주 언급되는 단어로 3축, 6축 대응 센서를 들 수 있습니다. 각각 전후, 좌우, 상하 가속도(3축)와 각속도(6축)를 대응시키고 있으며, 차량용 센서로서 자동차의 운전지원 시스템인 ADAS나 자율주행 기술에 필수적인 센서입니다.

일례로 자동차 내비게이션에는 자이로센서와 가속도 센서가 모두 탑재되어 있는데, 자이로센서로 자동차의 방향을, 가속도 센서로 이동거리를 감지하여 터널 안 등 전파가 잘 닿지 않는 곳에서도 현재 위치를 정밀하게 표시할 수 있습니다.

3축은 롤-피치-요로 표현되며, 이 축을 통해 자세를 표현할 수 있습니다. 특히 롤-피치에 대해서는 오차 요인인 드리프트 자체를 피드백 회로로 자체적으로 보정할 수도 있습니다. 또한, 드리프트 보정을 위한 또 다른 레퍼런스로 현재 기준으로 6축 대응 센서에 지자기 센서를 추가하여 사용하는 것이 있는데, 이 경우 9축 대응 센서라고 부릅니다.

4. 자이로센서의 MEMS 대응

자이로센서는 회전운동을 수반하는 기계에서 그 움직임을 화면으로 표시하거나 제어하는 경우에 사용되는데, 자이로센서의 소형화에 크게 기여하고 있는 것이 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술이다, 반도체 산업의 박막 미세공정 기술을 발전시켜 활용되고 있습니다.

자이로센서도 ‘광학식’이나 ‘기계식’과 달리 소형화 및 집적화가 비교적 용이하며, MEMS 방식의 센서는 비교적 고도의 제어가 가능한 ASIC과의 친화력도 높아 스마트폰 등 모바일 기기를 비롯한 많은 디바이스에 내장되고 있습니다.

또한, 자이로센서는 용도에 따라 필요한 각속도의 감지 범위가 다릅니다. 예를 들어, 스마트폰 등 모바일 기기의 경우 300~2000dps(degree per second, 초당 회전 각도), 내비게이션 등 자동차용 기기의 경우 100~500dps 정도의 범위가 필요합니다.

따라서 센서 선정 시에는 기기의 사용 상황을 고려하여 어느 정도의 감지 범위가 있으면 충분한지 고려해야 합니다.

게이트 드라이버란?

게이트 드라이버는 전압으로 구동하는 타입의 MOSFET이나 IGBT의 게이트 단자에 전압을 인가하여 구동 제어하는 회로입니다.

현재 가장 보편적인 게이트 드라이버는 MOSFET의 게이트를 구동 제어하는 회로이지만, 저항이나 다이오드, 바이폴라 등의 트랜지스터를 이용한 아날로그 회로 기술도 있습니다. 최근에는 게이트 드라이버 주변 회로 부품 자체도 진화하고 있습니다.

그 종류와 조합은 다양하지만, MOSFET을 이용한 게이트 전압 구동 제어 회로를 익히는 것이 가장 실용적입니다.

게이트 드라이버의 사용 용도

게이트 드라이버는 MOSFET과 게이트 저항만으로 구성된 간단한 구동 회로로 파워 트랜지스터를 구동할 때 사용됩니다.

게이트 드라이버의 장점은 부품 수가 적다는 점이지만, 단점은 저항값에 따라 스위칭 속도와 손실이 크게 달라져 적당한 저항값으로 설정하기 어렵다는 점입니다. 또한, 이 저항값 조정의 문제점을 개선한 회로로 MOSFET의 게이트를 ON/OFF를 다이오드로 분리하여 구동하는 회로에도 사용됩니다.

다이오드 분의 전압이 남아있기 때문에 완전히 제로가 되지는 않지만, 이 문제를 해결한 것이 MOSFET의 Pch와 Nch를 위아래로 연결한 푸시풀(Push-Pull)이라는 회로입니다. 게이트 드라이버의 사용 용도로 현재 가장 많이 사용되고 있습니다.

게이트 드라이버의 원리

게이트 드라이버는 트랜지스터의 푸시풀 회로로 구성되어 있습니다.

푸시풀 회로란 두 개의 트랜지스터를 교대로 동작시켜 스위칭 또는 증폭을 하는 회로를 말합니다. 푸시풀 회로에는 ‘이미터 팔로워형’과 ‘이미터 접지형’의 두 가지 종류가 있는데, 기본적으로 후자의 경우가 많습니다.

게이트 드라이버는 트랜지스터의 현장에서 큰 일을 하는 힘센 파워 소자와 제어 방침을 지시하는 두뇌이자 사장님 같은 역할을 하는 마이크로컴퓨터 사이의 중간 관리자 같은 역할을 하는 회로로 구성되어 있습니다.

큰 전류를 흘릴 수 있는 파워 소자로는 파워 MOSFET과 IGBT를 들 수 있습니다. 이들을 직접 구동하는 전압이나 전류는 일반 마이크로컴퓨터가 출력할 수 있는 전류나 전압으로는 부족한 경우가 대부분입니다.

따라서 파워 소자와 마이컴으로 구동시키기 위해서는 그 사이에 게이트 드라이버가 필요합니다.

게이트 드라이버의 기타 정보

1. 초고속 게이트 드라이버란?

초고속 게이트 드라이버는 게이트 드라이버 중에서도 특히 고속 스위칭에 특화된 게이트 드라이버를 말합니다.

그 중에서도 초고속이라고 불리는 부류는 대체로 스위칭 속도가 수십 p(피코) 초 이하인 소자를 기준으로 합니다. 피코는 10의 12승이므로 1초의 12승(1조분의 1) 이하의 속도로 스위칭을 합니다.

이는 최근 반도체 소자의 기술 혁신으로 인한 진화라고 할 수 있습니다.

2. 초고속 게이트 드라이버의 실용화

실용화된 초고속 소자 게이트 드라이버로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

첫 번째는 반도체로 가장 많이 사용되는 실리콘을 이용한 트랜지스터로, 바이폴라형과 MOS형이 있습니다. 바이폴라 타입은 수십 피코초의 고속 스위칭이 가능하며, MOS 타입은 동작이 지연되지만 고밀도 회로 집적에 적합합니다.

두 번째는 화합물 반도체 타입의 트랜지스터입니다. 쇼트키 게이트형 전계효과 트랜지스터인 MESFET, 이종 바이폴라 트랜지스터인 HBT, 고이동도 전계효과 트랜지스터인 HEMT가 있다. 사용되는 반도체는 갈륨비소계 화합물입니다. 이 소자는 수 피코초의 스위칭 동작이 가능한 현재의 초고속에 대응하는 소자로, 가장 빠른 반도체가 될 것입니다.

세 번째는 아직 연구 단계이지만 두 종류의 초전도체 사이의 터널 효과를 이용한 조셉슨 소자(Josephson element)입니다. 두 번째 소자의 절반 수준의 스위칭 속도에 니오브와 같은 금속 재료가 사용됩니다. 하지만 작동을 위해서는 극저온이 필요한 등 조건이 까다로워 실용화에는 아직 과제가 남아있습니다.

3. SiC 게이트 드라이버

SiC 게이트 드라이버는 내전압 성능과 스위칭 속도 개선에 탁월하여 최근 파워일렉트로닉스 세계에서 주목받고 있는 반도체 소자입니다. 그 활용이 업계의 트렌드가 되고 있는 실리콘 카바이드(통칭 SiC)라는 반도체로 구성된 게이트 드라이버를 말합니다.

특히 SiC를 사용한 MOSFET은 고전력 대응 인버터의 과제인 스위칭 성능을 크게 향상시키는데 기여했으며, 높은 브레이크다운 전계 강도와 캐리어 드리프트 속도를 실현하면서 방열성을 개선했습니다.

그러나 SiC는 다양한 SiC 조성 구성에 따른 전압 차이를 해결해야 하는 과제가 있습니다.

4. 게이트 드라이버의 현재 주력 소자

현재 게이트 드라이버에서 구동하고자 하는 주력 소자는 MOSFET과 IGBT라는 전압 구동 소자입니다. 게이트 드라이버는 전류를 상시 흘릴 필요는 없지만, 스위칭 동작 시 단시간의 펄스 전류가 흐르기 때문에 파워 디바이스로서의 정격 전류와 전압 값 등에 주의가 필요합니다.

특히 IGBT의 경우 MOSFET에 비해 수 10V의 고전압에서 특성이 우수하기 때문에 게이트 드라이버의 바이어스 특성도 해당 전압 영역과 용도에 최대한 부합하는 것을 선택하는 것이 안전합니다.

5. 모듈화와 향후 트렌드

IGBT는 고전압 동작 및 최대 정격을 초과하면 순간적으로 파괴되기 쉽다는 특징이 있습니다. 따라서 IGBT 단품(디스크리트)보다는 게이트 드라이버 IC와 IGBT 단품에 보호회로 등을 조합한 IGBT 모듈이 사용하기에 편리하여 현재 많은 시장에서 채택되고 있습니다.

향후 게이트 드라이버의 기술 개발 동향은 보다 소형화, 고성능화를 목표로 한 사용하기 쉬운 제품뿐만 아니라, D급 증폭기나 모터 구동용 등 용도에 특화된 IC가 개발될 것으로 예상됩니다. 이러한 게이트 드라이버는 앞서 설명한 SiC 반도체나 GaN 디바이스용 게이트 드라이버와 함께 사용되게 될 것입니다.

진공 이젝터란?

진공 이젝터(영어: vacuum ejector)는 압축공기를 사용하여 벤츄리 효과에 의해 진공을 발생시키는 장비입니다.

진공 펌프 등 복잡한 기계적 구조를 갖춘 진공 발생 장비와 달리 장비 내부에 벤츄리 효과에 의한 진공 발생 구조를 갖춘 단순한 구조가 특징입니다. 이 벤츄리 효과를 발생시키기 위해 생산 현장 등에서 사용되는 압축공기가 사용되며, 부품의 리프팅 동작 등에 필요한 진공을 이젝터를 통해 얻을 수 있습니다.

진공 이젝터의 사용 용도

진공 이젝터는 자동화 생산라인에 많이 사용됩니다. 또한, 집진 용도나 분체 수송에도 사용됩니다.

1. 공작물 흡착 용도

진공 라인에 흡착 패드를 부착하고 공작물을 밀면 공작물을 흡착할 수 있습니다. 공작물의 무게, 크기, 재질에 따라 흡착 패드의 모양과 재질을 선택해야 합니다.

진공 이젝터와 흡착 패드에 의해 부품의 픽업, 공작물 이송 등에 이용됩니다. 또한, 진공 이젝터와 흡착 패트를 여러 개 사용함으로써 자동차 생산 공장에서 유리창 등 중량물 픽업 및 반송 등에도 활용이 가능합니다.

2. 집진 용도

진공이젝터를 실내에서 사용하면 진공이젝터의 진공 포트로 공기 흐름이 발생하여 실내의 먼지나 분진을 흡입할 수 있습니다. 반도체 및 전자부품 제조라인, 식품 제조라인 등 먼지나 분진 부착을 싫어하는 환경에서 진공이젝터를 통해 실내 청결을 유지하는데 사용됩니다.

3. 분말 수송 용도

진공 컨베이어를 밀폐한 후 진공 이젝터를 사용하여 감압합니다. 노즐 입구를 통해 공기를 주입하면 배관 내 기류와 함께 분말 입자를 이송할 수 있습니다.

진공 이젝터의 원리

진공 이젝터의 구조는 기기 내부에 압축공기 입구, 노즐부, 디퓨저부 및 압축공기 출구를 일직선으로 설치한 구조입니다. 이 노즐부와 디퓨저부 사이에 진공 발생 라인이 수직으로 설치되어 벤츄리 효과를 얻을 수 있는 구조로 되어 있습니다.

벤츄리 효과에 의한 진공 발생 원리는 압축공기 입구보다 작은 직경의 노즐부에 의해 압착된 유체가 고속화되면서 노즐부와 디퓨저부의 공간에서 압력이 낮아져 진공이 발생하게 됩니다. 진공이 발생하면 흡입된 유체와 압축공기가 혼합된 유체는 고속으로 디퓨저부와 출구를 향해 배출됩니다. 이를 통해 높은 진공도를 얻을 수 있습니다.

진공 이젝터를 선택하는 방법

1. 공작물의 통기성

공작물 표면과 패드가 흡착할 때 얼마나 많은 공기가 누출되는지에 따라 진공 이젝터를 선택해야 합니다. 부분 흡착이나 통기성이 낮고 평평한 표면에 패드를 부착하는 경우, 간단한 타입의 진공 이젝터가 적합합니다.

표면이 울퉁불퉁하고 통기성이 좋은 공작물을 운반하는 경우, 흡입량이 큰 진공 이젝터를 선택합니다.

2. 평균 흡입량

각 제조사 홈페이지에도 기재되어 있지만, 평균 흡입량 Q가 2~3인 진공 이젝터를 선정합니다. 평균 흡입량 Q=V×60÷T1로 계산할 수 있습니다.

공기 누설량이 있는 경우 계산한 값에 추가합니다.
V: 배관 용량 l T1: 흡착 후 안정된 압력의 63%에 도달하기까지의 시간 s

진공 이젝터의 기타 정보

1. 진공 이젝터 에너지 절약형과 일반형 진공 이젝터의 차이점

진공 이젝터에는 일반형과 에너지 절약형이 있습니다. 일반 진공 이젝터는 공기가 흐르는 동안 진공을 만들지만, 진공을 만드는 동안 항상 공기가 필요하다는 단점이 있습니다.

에너지 절약형 진공 이젝터는 한 번 진공을 만들면 자동으로 전기를 차단하고 공기 공급을 멈출 수 있습니다. 공기가 새지 않으면 진공이 유지되기 때문에 큰 공작물을 운반할 때 등에는 큰 에너지 절감 효과를 볼 수 있습니다.

단, 공작물 표면에 요철이 있는 등 공기 누출량이 많은 경우에는 진공압력 변동이 심하고 잦은 스위치 전환으로 인해 제품 수명이 짧아지는 경향이 있습니다.

2. 진공 이젝터와 진공 펌프의 비교

진공 이젝터와 진공 펌프는 모두 진공 공간을 만듭니다. 진공 이젝터는 진공 펌프에 비해 구조가 간단하고 초기 비용이 저렴하며 공간 절약, 전원 불필요 등의 장점이 있습니다.

반면, 운영비용이 크고 진공 유량이 적다는 단점이 있습니다. 또한, 진공 이젝터는 진공 발생 시 항상 압축공기를 소비하기 때문에 택트 타임이 긴 것도 단점입니다.

따라서 진공 유량이 적은 용도는 진공 이젝터가 적합하며, 대량의 진공 공기가 필요한 경우 진공 펌프가 사용됩니다. 또한, 공작물 이송의 택트 타임이 1초 이하인 공정에서는 진공 펌프가 유리합니다.

포토다이오드란?

포토다이오드란 빛을 조사하면 미세한 전류가 일정한 방향으로 흐르는 수광소자를 말합니다.

반도체의 접합부에 빛을 비추면 내부 광전효과가 발생하여 전자가 여기되어 전류가 흐르는 성질을 이용하여 조사된 빛의 레벨을 감지합니다. 수광을 감지하는 정확도가 높기 때문에 특히 광통신 장비에 필요한 부품입니다.

그 외 가스 농도 측정 등 의료용 장치에도 탑재되고 있습니다. 다이오드 구조는 크게 PN 접합형과 PIN 접합형, 아발란체형이 있으며, 각각 수광 감도와 응답 속도가 다릅니다.

포토다이오드의 사용 용도

포토다이오드의 대표적인 사용 용도는 CD/DVD 플레이어의 픽업 부분, TV 리모컨, 광통신 등입니다. 특히 고감도 수광 감도를 가진 PIN 접합형은 통신 광통신 시스템에 사용되고 있으며, 응용 분야에서도 널리 사용되고 있습니다.

포토다이오드의 세 가지 구조 중 가장 많이 사용되는 타입입니다. 그 외 의료용 기기의 단층촬영기 등에도 사용되고 있습니다.

포토다이오드의 원리

포토다이오드는 소자에 빛이 조사되면 반도체의 접합부 전자가 여기되어 전류를 측정하여 광량을 검출할 수 있는 물리현상을 이용합니다.

다이오드의 재질에 따라 감지할 수 있는 빛의 파장이 다르기 때문에 파장의 용도에 따라 선택해야 합니다. 사용되는 주요 소재는 실리콘, 게르마늄, 황화납 등입니다.

1. PN 접합형

P형 반도체와 N형 반도체의 경계인 공핍층에 빛을 비추면 전자가 N형 반도체 쪽으로 흐르고, P형 반도체에서는 전자가 이동하면서 정공이 생성됩니다. 빛이 조사되는 동안 이러한 전자와 정공의 흐름이 발생하기 때문에 전자의 흐름을 전류로 감지하지만, 응답속도가 다소 느린 것이 특징입니다.

2. PIN 접합형

암전류라고도 불리는 백그라운드 노이즈가 적어 포토다이오드로 가장 많이 활용되는 구조로, P형 반도체, I형 반도체, N형 반도체가 일렬로 접합되어 있습니다.

I형 반도체 부분에 역방향 바이어스 전압을 가하면 여기된 전자가 N형 반도체로 원활하게 흘러들어가 응답속도가 빨라지는 것도 특징 중 하나입니다.

3. 아발란스 접합형

P형 반도체 층의 전극 부분부터 순서대로 p+층, p-층, p층으로 나뉘어져 있는 것이 특징입니다. 아발란체(전자 눈사태) 증폭 기능을 통해 매우 미약한 빛을 초고속 응답으로 감지할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 전압은 높은 전압을 걸어서 사용하는 것이 일반적이며, 머리글자를 따서 APD라고 부릅니다.

포토다이오드의 기타 정보

1. 포토다이오드의 응용 회로

포토다이오드는 양 전극을 개방 상태일 경우 온도 의존성이 크고, 단락일 경우 광량과 전류의 관계가 선형적이지 않기 때문에 그대로 응용에 적용하기 어렵습니다. 따라서 조도계나 노출계 등 밝기를 측정하는 용도에는 포토다이오드의 캐소드를 연산 증폭기의 반전 입력 단자에, 애노드를 비반전 단자에 연결하고 연산 증폭기의 출력 단자와 반전 입력 단자 사이에 환원저항 Rf를 삽입하는 회로 구성이 사용됩니다.

이 회로에서는 빛의 세기에 따른 단락전류 Is×귀환저항 Rf가 연산 증폭기의 출력 전압(반전 입력단자를 기준 전압)이 되고, 포토다이오드의 양단(양극-음극 간) 전압은 0V, 즉 양단을 단락시킨 상태와 동일(가상 단락)하게 됩니다.

따라서 단락 전류 Is는 빛의 세기에 비례하므로 연산 증폭기의 출력 전압은 빛의 세기로 표현할 수 있습니다. 실제 회로에서는 포토다이오드의 용량에 의한 응답 지연을 보장하는 커패시터 Cf를 연결하여 응답 속도를 빠르게 합니다.

2. 포토 다이오드의 분광 감도 특성

실리콘 포토다이오드는 320nm~1100nm 파장의 빛에 대해 전류를 출력하는데, 특히 800nm~1000nm의 근적외선 영역에서 높은 감도를 보입니다. 인간의 가시광선 영역은 380nm~720nm 범위이며, 550nm 부근에 감도 피크가 있어 실리콘 포토다이오드의 분광 감도 특성과는 차이가 있습니다.

따라서 실리콘 포토 다이오드의 출력을 그대로 밝기로 취급할 수 없습니다. 예를 들어, 근적외선이 많은 환경에서는 실리콘 포토 다이오드의 출력이 커지지만, 사람의 눈에는 보이지 않는 영역이기 때문에 밝게 느껴지지 않는 것입니다.

이러한 이유로 조도계 등의 센서로 사용하려면 사람의 눈의 감도 특성에 실리콘 포토다이오드의 분광 감도 특성을 맞춰야 합니다. 이때 실리콘 포토다이오드 표면에 시감도 보정 필터를 설치한 것이 사용됩니다.

또한, 실리콘 이외의 파장 용도에는 게르마늄이나 InGaAs가 사용되고 있습니다. 이는 밴드갭 에너지가 각각의 재료 물성값에 따라 다르기 때문이며, 특히 InGaAs는 1μm보다 긴 파장 용도에 적합한 재료입니다.

퍼멀로이란?

퍼멀로이는 니켈-철 합금의 일종으로, 특히 니켈 함량이 35~80%인 것을 말합니다.

퍼멀로이라는 이름은 통칭이며, 일본공업규격 JIS C 2531에서 규정한 정식 명칭은 철-니켈 연자성 재료라고 합니다. 퍼멀로이는 보자율이 낮고 투자율이 높아 자기 차폐 효과가 높고 집자 작용이 높은 특성을 가지고 있습니다.

또한 미세한 자기장을 가하여 높은 자화를 발휘할 수 있고, 교류회로의 임피던스를 높이는 것도 특징 중 하나입니다.

퍼멀로이의 사용 용도

퍼멀로이는 TV, 컴퓨터, 비디오테이프, 하드디스크 등의 자기기록장치에 설치되는 자기헤드의 자기 누설을 방지하기 위해 사용됩니다. 퍼멀로이는 앞서 설명한 것과 같은 특성을 가지고 있어 자기 차폐 재료로 적합합니다.

또한 최근 주목받고 있는 차세대 진단법인 생체 자기계측에서는 극히 미약한 자기를 측정해야 하기 때문에 환경 자기장의 영향을 차단해야 합니다. 이에 퍼멀로이 자성 차폐를 적용한 자성 차폐 룸을 설치하여 환경 자기장의 영향을 받지 않도록 고안되었습니다.

퍼멀로이 원리

퍼멀로이는 니켈-철 합금의 일종으로 특히 니켈 함량이 35~80%인 것을 말하는데, 가공되지 않은 퍼멀로이는 투자율이 그다지 높지 않습니다. 퍼멀로이는 ‘자기 어닐링’과 ‘왜곡 연소’라는 처리를 합니다.

1. 자기 어닐링

자성소둔은 퍼멀로이 내 원자의 자기모멘트가 정렬된 자구의 움직임을 방해하는 산화피막 등을 제거하는 열처리로, 1000℃ 이상의 고온에서 수소를 이용한 환원적 환경의 열처리를 하면 퍼멀로이 내에 포함되어 자구의 움직임을 방해하는 산화피막과 산화물 미립자의 산소 분자를 제거할 수 있습니다.

이 불순물 제거로 인해 외부 자기장 자장을 가했을 때 자벽의 이동과 자구의 회전이 촉진되어 연자성이 향상됩니다. 자성 어닐링 처리 후 퍼멀로이의 투자율은 자성 어닐링 처리 전 퍼멀로이의 약 100배에 달합니다.

2. 변형 제거 연소

변형 제거 연소란 자기 소둔보다 낮은 온도에서 재결정화하여 잔류 응력을 제거하기 위한 프로세스입니다. 가공을 용이하게 하는 것이 목적입니다. 또한, 몰리브덴, 구리, 크롬 등을 첨가하여 더 높은 투자율을 달성할 수 있습니다.

퍼멀로이의 기타 정보

1. 퍼멀로이의 주요 종류 및 자기적 특성

퍼멀로이에는 여러 종류가 있으며 용도에 따라 구분하여 사용합니다. 그 중 가장 많이 사용되는 것은 퍼멀로이B(PB)와 퍼멀로이C(PC)의 두 종류로, PB는 철과 니켈의 이원합금으로 구성되며, PC는 철과 니켈, 몰리브덴(Mo), Cu(구리)의 다원합금으로 구성됩니다.

자성 재료에서 자력의 절대값을 나타내는 포화자화 Bs가 클수록 강자기장 대응 자기 차폐에 유리합니다. 반면, 투자율 μ가 클수록(포화자화 Bs 부근의 최대 투자율이 클수록) 약한 자기장의 변화에도 대응하기 때문에 약자기장에서의 자기 차폐에 적합합니다.

이때 위에서 언급한 PB와 PC 각각의 최대 투자율은 PB 50,000, PC 180,000, 포화자화 Bs는 PB 1.55T, PC 1.72T입니다. 즉, 포화 자화도가 큰 PB는 강자기장 차폐에 적합하고, 투자율이 큰 PC는 미약자기장 차폐에 적합합니다.

2. 퍼멀로이의 핵심 실용 사례

퍼멀로이에는 앞서 설명한 자기 차폐 기능 외에도 미약한 자기장을 감지하여 자속을 증가시켜 출력하는 코어의 기능도 있어 전류 센서나 변압기의 코어로 사용됩니다. 전류 센서란 전류를 측정하기 위한 센서를 말합니다. 도체에 전류가 흐르면 자속이 코어로 유도되고, 그 자기장의 크기로 전류 값을 측정합니다.

변압기는 전압의 변환이나 회로 간 절연을 하는 장치로, 하나의 코어에 입력측 코일과 출력측 코일을 각각 독립적으로 감은 구성으로, 입력측 코일에 전류가 흐르면 전자기 유도의 성질에 의해 출력측 코일에 전압이 출력됩니다. 투자율이 높은 퍼멀로이 소재를 사용함으로써 변압기의 소형화가 가능합니다.

3. 퍼멀로이 가공성

퍼멀로이는 유연하게 변형되어 가공성이 우수합니다. 다른 금속과 마찬가지로 굽힘, 절단, 프레스, 펀칭 등의 가공이 가능합니다. 그러나 퍼멀로이도 포함된 니켈 합금은 일반적으로 절삭 가공이 어렵다고 알려진 대표적인 소재입니다. 따라서 퍼멀로이 절삭 가공에는 고도의 기술력이 요구됩니다.

퍼멀로이는 자기 차폐, 계측기, 마그네틱 헤드, 음향기기, 통신 케이블 등 폭넓게 사용되고 있으며, 용도에 따라 원통형, 판형, 링형, 선형, 호일형 등 다양한 형태로 가공되어 사용되고 있습니다.

저항 용접기란?

저항 용접기는 금속을 용접할 때 사용하는 기계를 말합니다.

용접할 부위를 전극으로 끼우고 금속에 전류를 흘려보내면서 압력을 가해 금속을 용접합니다. 용접 대상 금속의 저항에 의해 발생하는 줄열을 이용하기 때문에 전류를 흘려보내는 방식에 따라 인버터식, 트랜지스터식, 콘덴서식 등 매우 다양합니다. 또한 통전 방식에 따라 다이렉트 스폿식, 인다이렉트 스폿식, 직렬 스폿식, 트윈 스폿식 등으로 나뉩니다.

저항 용접기는 구조상 주로 금속판, 파이프 등 평면적인 물체를 용접할 때 사용됩니다. 자동차의 차체 패널, 건축물의 철골 등 다양한 분야에서 사용할 수 있습니다. 저항 용접기의 용접은 순간적으로 이루어지기 때문에 용접 속도가 빠르고 강도가 높습니다. 그러나 저항 용접기는 용접하는 재료에 따라 사용할 수 없는 경우가 있습니다.

예를 들어, 알루미늄이나 스테인리스 스틸 등은 저항값이 낮기 때문에 효율적인 용접이 어렵습니다. 또한 용접 시 발생하는 열로 인해 왜곡이 발생할 수 있습니다. 따라서 정확한 가열 제어가 필요하다는 점에도 유의해야 합니다.

저항 용접기의 사용 용도

저항 용접기는 주로 공장의 생산 라인에서 용접이 필요한 곳에 사용됩니다. 예를 들어, 자동차 차체 부품을 용접할 때나 가전제품의 외관을 연결할 때 사용됩니다. 또한, 건설 현장에서는 건설용 철골을 용접할 때에도 사용되는 등 사용 용도가 매우 다양합니다.

저항 용접기의 특징은 용접 속도가 빠르고 소모품이 적다는 것입니다. 따라서 대량 생산에서는 자동화가 용이하여 대량 생산 라인에서 자주 사용됩니다. 최근에는 자동화에 대응하는 저항 용접기도 개발되어 자동차 및 가전제품 제조 공정에서 활약하고 있는 실정입니다.

저항용접기 선정 시에는 전기 소비량, 전기료, 장비 비용 등 비용적인 측면, 다른 전기 설비에 미치는 영향, 용접 대상 금속의 종류와 두께, 용접 품질 등을 고려해야 합니다. 또한, 설치 방법에 따라 용접의 정확도, 속도, 용접 가능한 범위가 다르기 때문에 용도에 맞는 저항용접기를 선택해야 합니다.

저항 용접기의 원리

저항 용접기는 전원 공급 장치, 변압기, 가압 제어 장치, 전극의 네 가지 요소로 구성됩니다. 전원에서 공급되는 전류는 변압기에 의해 큰 전류로 변환되어 전극으로 흐릅니다. 전극은 가압제어장치에 의해 금속에 밀착되고, 금속에 전류가 흐르면 줄열이 발생하여 금속과 금속을 용접할 수 있습니다.

저항 용접기의 종류는 단상 교류식, 인버터식, 콘덴서식 등 세 가지가 있습니다. 단상 교류식은 장비가 간단하고 가격이 저렴해 일반 용도로 널리 보급되어 있습니다. 반면 인버터식은 교류 전원을 인버터로 직류로 변환해 용접하기 때문에 품질이 좋은 용접이 가능하며, 알루미늄이나 도금강판 용접에 사용됩니다. 커패시터식은 전기를 커패시터에 저장했다가 한꺼번에 방출해 큰 전류를 흘려보내는 방식입니다. 단시간 용접에 적합하지만 전기를 저장하는 데 시간이 오래 걸리므로 연속 용접에는 적합하지 않습니다.

저항 용접기 기타 정보

저항 용접기 사용법

양극과 음극 사이에 용접할 금속을 끼우고 풋 스위치나 푸쉬 스위치로 전극 사이에 압력을 가하면서 방전시켜 순식간에 가열, 용접합니다. 방전 시간은 용접할 금속의 종류와 두께에 따라 미리 조정해야 합니다.

시험용접을 하면서 용접 강도가 충분하고 너무 타지 않는 적절한 전류와 시간에 맞춰야 합니다. 일반적으로 전류가 흐르기 쉬운 구리나 알루미늄은 용접이 어렵기 때문에 전류는 더 많이, 시간은 더 길게 설정합니다.

니크롬선이나 강판은 저항이 커서 용접이 쉽고 짧은 시간에 용접할 수 있습니다.

사출 성형기란?

사출성형기는 플라스틱 등의 수지를 성형하는 사출성형을 하는 기계를 말합니다.

사출 성형의 제조 공정은 먼저 가열하여 연화시킨 수지를 금형에 주입합니다. 이후 높은 압력을 가하여 금형에 성형하고, 냉각된 제품을 꺼내면 완성 입니다. .

사출 성형은 플라스틱 등의 수지를 성형하는 방법으로 가장 많이 사용되는 방법입니다. 자동차 부품, 가전제품 부품은 물론 문구류, 휴대폰 부품 등 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 많은 제품들이 사출성형으로 제작되고 있습니다.

사출성형기의 사용 용도

사출성형기는 생활용품의 대부분을 제조하는 데 사용되고 있습니다. 사출성형기는 수지를 성형하는 데 특화되어 있기 때문입니다. 사출성형기가 성형할 수 있는 재료는 열경화성 수지, 열가소성 수지, 엘라스토머 등 다양한 수지 재료를 성형할 수 있습니다.

사출성형기로 생산되는 제품으로는 자동차 내-외장 부품 등이 있습니다. 자동차 내-외장 부품은 대부분 사출 성형기로 성형된다. 또한 선풍기, 전자레인지, TV, 세탁기 등 생활용품의 외관은 대부분 사출성형기로 제작됩니다.

사출성형기는 소형 부품부터 대형 제품까지 우리 생활과 밀접한 제품 생산에 없어서는 안 될 필수품입니다.

사출성형기의 구조

사출성형기의 구조는 수지를 주입하는 ‘사출부’와 제품을 성형하는 ‘금형부’로 나뉩니다. 먼저 사출부에서는 약 200℃의 고온으로 수지를 녹여 금형에 흘려보냅니다. 주입할 양과 온도를 기계에 설정하기만 하면 자동으로 흘러나오는 것이 특징입니다.

금형 체결부에 설치되는 것이 금형입니다. 이 금형에는 수지가 달라붙지 않도록 이형제를 섞어 온도를 높여야 합니다. 사출부에서 금형에 주입된 수지를 높은 압력으로 금형에 주입하여 성형합니다.

성형 후 수지를 냉각시키면 완성됩니다. 꺼낸 수지에는 버가 발생하기 때문에 버를 제거하거나 검사를 통해 제품이 완성됩니다.

사출성형기의 종류

사출성형기의 종류는 성형하는 재료와 사출성형기의 구조에 따라 분류됩니다. 사출성형기가 사용하는 재료는 크게 ‘열가소성 플라스틱용’과 ‘열경화성 플라스틱용’ 두 가지로 나뉩니다.

• 열가소성 플라스틱: 열을 가하면 변형이 가능한 플라스틱
• 열경화성 플라스틱: 열을 가하면 경화되는 플라스틱

일반적인 사출 성형기는 대부분 열가소성 플라스틱용입니다. 또한, 사출 장치의 종류에는 ‘플런저식’, ‘프리플런저식’, ‘스크류식’의 세 가지 유형이 있습니다.

1. 플런저식

피스톤 형태의 플런저를 사용하여 재료를 사출하는 방식입니다. 이 방식은 1960년대까지만 해도 일반적이었으나 현재는 특수한 용도로만 사용되고 있습니다.

2. 프리 플런저식

2개의 실린더를 결합한 방식입니다. 실린더는 각각 가열용 실린더와 사출용 실린더로 구성되어 있으며, 두 개의 실린더를 사용하기 때문에 높은 사이클의 성형이 가능합니다.

3. 스크류식

1개의 스크류로 재료의 계측과 사출을 하는 방식입니다. 스크류 인 라인 방식이라고도 하며, 현재 가장 일반적인 방식으로 사용되고 있습니다.

사출 성형기를 선택할 때는 사용 재료와 구조의 종류를 잘 이해해야 합니다. 조합이 잘못되면 제품이 제대로 성형되지 않을 수 있기 때문입니다.

또한, 성형에 실패하면 비용이 더 많이 들기 때문에 주의해야 합니다.

사출성형기 기타 정보

사출 성형기의 장단점

사출 성형기의 장점은 생산 효율이 매우 높다는 점입니다. 작은 부품을 제조할 때, 효율적인 생산을 위해 하나의 금형에서 얻을 수 있는 제품 개수가 최대한 많아지도록 제작되어 있습니다.

또한, 사출성형 방법이 간단하고 사출성형기는 상당히 자동화가 잘 되어 있습니다. 따라서 생산성이 매우 높다는 점이 큰 장점이라고 할 수 있습니다.

사출성형기의 단점은 비용이 많이 든다는 것 입니다. 사출 성형기는 사출부의 높은 압력을 견딜 수 있는 강도가 필요합니다. 또한 금형 체결부에서는 정밀도가 높은 금형을 제작해야 합니다.

사출부의 고강도와 금형의 고정밀도를 맞추기 위해 개발 비용과 가공 비용이 많이 들어갑니다. 원하는 제품에 맞춰 개별 금형을 제작하기 때문에 초기 비용이 많이 소요됩니다.

화이버 센서란?

화이버 센서는 수지나 석영 유리로 만든 가느다란 섬유 형태의 광섬유 내부를 광도파로 만들어 이를 이용하여 제조 현장에서 다양한 센싱을 하는 것을 말합니다.

광섬유 센서는 유연하고 가느다란 케이블과 작은 센서 헤드로 좁은 공간에서 감지하거나 작은 물체를 감지할 수 있고, 전자기적 영향을 받지 않아 다양한 환경에서의 감지에 적합하다는 특징이 있습니다. 광섬유 피막 커버의 재질에 따라 고온의 환경이나 기름이나 약품이 있는 현장에서도 사용할 수 있습니다.

화이버 센서의 사용 용도

화이버 센서의 주요 용도는 물체 감지입니다. 빛이 조사되는 감지 영역의 물체 유무, 통과, 이동 속도 등을 감지할 수 있습니다.

빛의 차광이나 반사로 감지하기 때문에 금속뿐만 아니라 목재나 수지와 같은 일반적인 고체의 유무와 색상뿐만 아니라 투명한 유리 등도 감지할 수 있어 비접촉식 일반 제품 감지부터 좁은 공간에서의 극소형 제품 감지 및 위치 결정 등 다양한 제조 현장에서 폭넓게 활용되고 있습니다.

또한, 고체뿐만 아니라 액체의 검출, 왜곡, 온도도 감지할 수 있으며, 도체에 흐르는 전류 값을 비접촉으로 측정하는 전류 센서도 실용화되어 있습니다.

화이버 센서의 구조

화이버 센서는 빛을 통과시키면서 조사하는 케이블 형태의 화이버 유닛부와 광원 및 광증폭 기능을 갖는 화이버 앰프부로 구성된 발광부와 이를 수신하는 수광부로 구성된다.

화이버 유닛의 중심이 되는 광섬유는 주로 석영유리나 플라스틱 등에 의해 가늘게 형성된 굴절률이 높은 중심부의 코어와 그 주위를 감싸는 굴절률이 낮은 클래드의 이중 구조로 형성되어 있으며, 이 광섬유 내에서 빛이 전 반사되는 현상을 이용하여 광도파로 사용됩니다.

광섬유 증폭기는 주로 투광소자와 수광소자 사이에 광증폭기와 검출회로를 갖춘 구조로, 가장 중요한 광증폭 매체에는 희토류 도핑된 광섬유가 사용되며, 여기광의 유도방출을 통해 입사광을 증폭시켜 검출합니다. 이러한 기능에 따라 감도 조정이나 임계값 설정 및 변경 기능을 갖춘 제품도 있습니다.

화이버 센서는 크게 화이버 유닛과 화이버 앰프가 분리된 타입과 내장된 타입으로 구분되며, 검출 방식도 투과형, 반사형, 회귀반사형, 제한반사형 등이 있으며, 센서 헤드의 다양한 형상에 따라 다양한 검출이 가능합니다.

화이버 센서의 원리

화이버 센서는 발광부에서 조사된 빛의 정보(파장, 광량)와 수광부에서 수신된 빛의 정보를 바탕으로 다양한 검출을 수행합니다.

1. 일반적인 물체 감지

발광부에서 수광부로의 빛이 차단됨으로써 물체의 유무를 감지하는 가장 기본적인 감지 원리입니다. 단시간의 차단으로 통과임을 감지하거나, 발광부 측에 수광 수단을 함께 구비하여 반사 시간을 측정하여 물체의 이동속도를 측정할 수도 있습니다.

유리와 같은 투명한 물체는 빛이 투과되어 검출이 어렵지만, 표면에서의 굴절률 변화(공기⇔유리)에 따른 광량 변화를 정밀하게 측정하여 검출할 수 있습니다.

2. 액체 감지

화이버 센서는 액체가 빛을 굴절시키는 특성을 이용하여 고체뿐만 아니라 액체 감지에도 사용되며, 튜브 장착형과 접액식이 실용화되어 있습니다.

튜브 장착형은 튜브의 벽면에서 빛을 투광합니다. 튜브 내에 액체가 없으면 빛은 직진하고, 액체가 있으면 굴절되어 수광측으로 빛이 입사합니다. 이를 통해 액체의 유무를 감지합니다. 이 타입은 투명한 액체는 감지할 수 있지만, 빛을 투과하지 않는 불투명한 액체는 감지할 수 없습니다.

접액식은 끝이 원뿔형인 수지 튜브 안에 투광기와 수광기가 평행하게 설치되어 있으며, 접액하지 않을 때는 원뿔부에서 빛이 굴절되어 수광측으로 되돌아오도록 되어 있습니다. 접액 시에는 굴절률이 변화하여 빛이 돌아오지 않습니다. 이를 통해 접액을 감지합니다.

이렇게 화이버 센서를 이용하여 액체의 존재, 액면 감지, 누수 감지를 합니다. 액체 감지에서는 수지 튜브의 재질은 테프론 계열이 많으며, 약액이나 고온의 물에도 사용할 수 있어 폭넓은 용도에 적용할 수 있습니다.

3. 색상 감지

물체의 색은 조사된 빛의 파장(색)에 대한 반사율과 굴절률에 따른 반사광의 파장 분포에 의해 결정됩니다. 이를 이용하여 화이버 센서로 색을 검출할 수 있습니다.

4. 온도, 왜곡 감지

광섬유는 직경 방향에 대해 코어부와 클래드부의 이중 구조를 가지고 있는데, 제조 공정에서 특수한 자외선을 조사하여 부분적으로 굴절률이 다른 영역을 축 방향에 대해 일정한 간격으로 생성할 수 있으며, 이를 FBG(Fiber Bragg Grating)라고 부릅니다. 이 때 광섬유의 이미지는 FBG를 양단으로 하는 원통을 직렬로 늘어놓은 형태가 됩니다.

FBG는 생성된 간격과 굴절률에 따라 특정 파장만 반사하기 때문에 온도 변화에 따라 광섬유가 늘어나거나 줄어들면 반사되는 빛의 파장과 반사광이 돌아오는 시간이 달라집니다. 이를 통해 온도 센서로 사용할 수 있습니다.

또한, 구조물에 설치하면 구조물의 변형에 따라 광섬유 길이가 변하기 때문에 변형 센서로도 활용할 수 있습니다. 대형 건축물이나 터널, 파이프라인 등뿐만 아니라 재생에너지 중 하나인 해상풍력발전과 같이 항상 외부의 힘이 가해지는 구조물에 적용된다. 추를 연결하면 추가 움직일 때 가해지는 가속력에 따라 광섬유의 길이가 변하기 때문에 가속도 센서로도 활용할 수 있습니다.

5. 전류값 검출

화이버 센서에 의한 전류값 검출은 패러데이 효과를 이용합니다. 도체에 전류가 흐르면 오른쪽 나사의 법칙에 따라 동심원 형태의 자기장이 발생합니다. 이 자기장을 따라 광섬유를 통과하는 빛의 편광면이 자기장의 세기에 따라 회전하는 현상이 패러데이 효과입니다. 이 편광면의 회전 각도를 측정하여 전류 값을 검출합니다.

화이버 센서에 대한 추가 정보

화이버 앰프에 대하여

화이버 센서는 일반적으로 LED 빛을 사용하며, 그 빛을 광섬유로 감지부까지 운반하여 렌즈 등을 사용하여 조사합니다. 이 센서에서 자주 발생하는 문제로는 LED 빛의 노화나 렌즈에 먼지가 부착되는 경우가 있습니다. 이러한 상태가 되면 조사광의 광량이 저하되어 오검출의 원인이 되어 설비 트러블로 이어지기 때문에 파이버 앰프가 사용됩니다.

화이버 앰프의 기능은 광량 저하를 자동으로 감지하여 자동으로 보정하는 기능을 가진 것으로, LED 빛의 노화 변화를 감지하고 이에 따라 출력을 높여 광량을 일정하게 유지합니다. 또한, 물체 감지를 광량 감소량이 아닌 감소율로 설정하는 것으로, 발광과 수광의 상대적인 광량 비율로 판단하여 자동 보정합니다.

이처럼 화이버 센서의 단점을 보완하는 제품 및 기능이 속속 개발되고 있으며, 이를 잘 활용하면 문제를 예방할 수 있습니다.

산업용 커넥터란?

산업용 커넥터는 산업용 기기에서 전기를 연결하기 위한 커넥터입니다. 전원을 공급하기 위해 사용될 뿐만 아니라 데이터 교환을 비롯한 전기적 정보를 교환하기 위해 사용되고 있습니다.

산업용 커넥터는 전기의 교류에 있어 뛰어난 확장성과 편리성을 자랑합니다. 예를 들어, 컴퓨터에 기록매체를 설치하고자 할 때 전기 회로에 납땜으로 회로를 신설하는 방법도 있지만, 커넥터를 통해 기록매체를 연결하는 것이 더 편리합니다.

산업용 커넥터의 사용 용도

산업용 커넥터는 다양한 산업용 기기에 사용되고 있습니다. 컴퓨터에서는 메모리 소켓, 프린트 기판용 커넥터, 인터페이스용 커넥터 등이 사용되고 있습니다. 메모리 소켓은 PC의 기판과 RAM 메모리 등 PC에 탑재된 메모리를 연결하기 위한 커넥터입니다. 인터페이스용 커넥터가 컴퓨터 자체와 외장하드 등 컴퓨터 외부의 메모리를 연결하는 것에 비유할 수 있습니다. 인쇄 회로 기판용 커넥터는 서로 다른 역할을 하는 인쇄 기판을 연결하기 위해 이용되고 있습니다. 산업용 커넥터는 산업용 로봇이나 공작기계, 건축 차량 및 철도, 발전소 및 석유 플랜트 등에도 활용되고 있습니다.

산업용 커넥터의 원리

커넥터는 접점, 하우징, 쉘, 구멍 등으로 구성되어 있습니다. 접점은 접촉자이며, 커넥터끼리 통전할 때 전기가 흐르는 통로가 됩니다. 하우징은 절연체로 형성되어 있으며, 접점을 고정하는 부품입니다. 쉘은 접점과 하우징을 외력으로부터 보호하기 위한 구조로, 두 부품을 덮도록 설치됩니다. 아일렛은 커넥터끼리 외부에서 고정하기 위한 부품입니다. 불의의 탈락을 방지합니다.

또한 콜렉터는 플러그와 소켓 두 가지로 나뉘며 용도가 다릅니다. 플러그는 돌출된 접점을 가지고 있고, 소켓은 움푹 들어간 접점을 가지고 있습니다. 플러그의 접점이 소켓의 접점에 결합하여 통전됩니다. 플러그와 소켓은 서로 다른 규격의 커넥터가 잘못 연결되지 않도록 하기 위해, 그리고 확실한 통전을 위해 사용됩니다.

산업용 커넥터

1. 방수 커넥터

방수 커넥터는 일반 커넥터와 달리 물의 침입을 방지할 수 있는 특수용도의 커넥터입니다. 이 방수 커넥터를 필요로 하는 용도는 비가 내리는 차량용이나 분무기 등에 의한 물기가 부착될 우려가 있는 농기계나 공장의 산업용 및 옥외 설치형 전기기계 등에서 물의 침입을 방지하여 커넥터 단자부에서의 물기 침입으로 인한 회로 단락을 방지하는 것이 방수 커넥터의 특징 입니다.

일반 커넥터는 단순히 암측 단자와 수측 단자가 있어 각각을 연결하면 전기적 연결이 가능한 회로 연결용 커넥터가 됩니다. 실내에서 사용되어 물의 침입을 고려하지 않은 가전제품이나 사무기기, 정보기기, 게임기 등에서 범용적으로 사용되고 있습니다. 그러나 물의 침입 가능성이 있는 전기기기에서는 일반적인 커넥터 기능 외에 추가로 물의 침입을 방지하는 기능이나 구조를 갖춘 방수 커넥터가 필요합니다.

이 방수 기능의 주요 구조는 일반 커넥터에 방수용 커버를 추가한 사양이 가장 일반적입니다. 흔히 볼 수 있는 것은 커넥터 단자부에 수분 유입을 차단하기 위한 캡이나 커버를 추가한 커넥터나 스트레이너 부착 커넥터 등으로 불리는 외부에서 유입되는 이물질을 제거하는 메커니즘을 가진 커넥터가 있기도 합니다. 어느 쪽이든 그 구조가 일반 커넥터보다 복잡해지기 때문에 소위 산업용이나 고신뢰성 제품에 채택되고 있습니다.

2. 유체 커넥터

유체 커넥터는 산업용 커넥터 중에서도 상당히 특수한 커넥터입니다.
그 기능의 특징은 우선 공기 등의 공기나 불활성 가스 등의 기체 및 액체 질소나 액화천연가스와 같은 액체와 같은 유체 전반의 통과를 최우선적으로 고려하여 설계되어 있습니다.

유체 커넥터의 통과를 고려한 설계에는 세 가지 타입이 있는데, 첫 번째는 기체 또는 액체를 통과시키는 수지 재질의 단관형입니다. 그리고 두 번째는 액체, 가스, 제어신호 모두 같은 커넥터로 통과할 수 있는 복합형이 있으며, 개폐밸브도 함께 제공됩니다. 모든 타입에 있어서도 탈착 메커니즘은 밀어서 끼우고 당겨서 빼는 푸시풀 메커니즘을 채택하고 있습니다.

따라서 쉽게 빠지지 않고, 반대로 탈부착이 필요할 때 작업이 용이하며, 기술의 발전과 함께 소형화도 이루어지고 있습니다. 또한, 유체 커넥터는 진동이나 나사 풀림, 충격에 강하고 인장강도도 충분하여 가혹한 환경에서도 견딜 수 있어 신뢰성이 매우 높습니다. 이러한 이유로 유체 커넥터는 고신뢰성이 요구되는 환경에서 유체 제어를 하는 기기, 특수한 곳에서 단시간의 연결 작업이 필요한 장치 외에도 각종 의료기기 및 산업용 기기에서 채택되고 있습니다.

모바일 로봇이란?

모바일 로봇은 간단한 반송 작업을 할 수 있는 로봇을 말합니다.

최근 들어 현장에서 많이 도입되고 있는 모바일 로봇이지만, 이전에는 제조 라인의 이동과 같은 반송 작업은 주로 사람이 하는 것이 주를 이루었습니다. 하지만 기술의 발달로 자동화에 대한 요구가 높아지면서 인력 부족과 생산성 향상에 도움이 되는 모바일 로봇이 보급되어 많은 생산현장에서 활약하고 있습니다.

그 결과 모바일 로봇은 단순히 운반만 하는 중노동, 단순 작업에서 벗어나 안전과 품질 측면에서도 도입의 이점이 커졌습니다. 최근에는 AI 기능을 탑재한 로봇이 늘어나면서 로봇이 스스로 최적의 경로를 판단해 짐을 운반하는 로봇이 등장하고 있으며, AI 기능을 갖춘 로봇은 음식점 등에서도 조금씩 도입되고 있습니다.

모바일 로봇의 사용 용도

모바일 로봇은 공장에서 많이 도입되고 있으며, 그 용도는 운반뿐만 아니라 기존에 사람이 하던 작업을 대신하기도 합니다.

1. 자동차 부품 제조 공장

무거운 부품을 운반하거나 사람이 하면 실수나 누락이 발생하기 쉬운 단순 작업을 수행합니다. 또한, 자동제어장치를 결합하여 동작의 시작, 정지, 이동 등의 프로그램을 구성할 수 있습니다.

2. 반도체 공장

반도체 공장에서는 좁은 공간에서도 혼잡이나 장애물을 피해 효율적으로 운반할 수 있습니다. 이를 통해 공장의 인력난 해소와 시간 단축에 도움이 됩니다.

3. 식품 공장

식품 공장의 생산라인은 계절이나 신제품 출시에 따라 생산라인을 변경하는 경우가 많습니다. 모바일 로봇을 도입하면 본래 시간이 많이 소요되는 생산라인 변경에도 인력과 시간 없이 유연하게 대응할 수 있다. 또한, 포장, 박스 포장, 라벨 부착도 가능하기 때문에 무인화된 공장도 존재합니다.

4. 물류 창고

많은 물동량이 오가는 물류 공장에서는 로봇 컨트롤러가 최적이다. 로봇의 현재 위치와 작동 상태를 확인할 수 있어 효율적으로 운반하고 실수를 방지할 수 있습니다.

모바일 로봇의 원리

모바일 로봇은 개개인의 성능이 다르다릅니다. 이번에는 마그네틱 테이프 등을 필요로 하지 않는 반송 전용 모바일 로봇의 4가지 기능과 그 원리에 대해 설명하겠습니다.

1. 안전 주행

내장된 레이저 스캐너를 통해 360도 시야를 확보하여 자신의 진행 방향을 판단하고, 장애물을 피하여 부딪히지 않고 통과할 수 있습니다. 또한 양측면, 후방, 전방에 센서가 장착되어 있어 충돌을 방지할 수 있습니다.

2. 견고성

견고한 금속 커버 등을 장착하여 무거운 짐을 운반할 수 있습니다. 최대급 모바일 로봇의 경우 1.5t의 중량물을 운반할 수 있는 제품도 있습니다.

3. 모니터링 기능

여러 대를 사용하는 경우 실시간으로 움직임을 모니터링하고 제어합니다. 지도 정보를 로봇에 입력하고, 통신장비를 이용해 여러 대의 로봇에 일괄적으로 지시를 내릴 수 있습니다.

4. 안전 기능

전원 켜기, 끄기 버튼은 물론 비상 정지 버튼이 있어 긴급 정지에 대응할 수 있습니다. 대차나 터치스크린이 장착된 로봇도 있습니다.

모바일 로봇의 기타 정보

모바일 로봇 시장

모바일 로봇 시장은 해마다 활성화되고 있습니다. 그 배경에는 일본 등 선진국이 겪고 있는 노동력 부족 문제와 최근 전 세계적으로 유행하고 있는 신종 코로나바이러스로 인한 사회적 거리두기의 필요성으로 인해, 전 세계적으로 인력 절감에 적극적으로 나서고 있는 기업이 계속 증가하고 있는 것이 원인입니다.

로봇이 가진 유연성과 사양이 다양해짐에 따라 도입하는 기업이 해마다 증가하고 있으며, 향후 식품, 반도체, 자동차 설비 공장 이외의 생산 현장에서도 도입이 확대될 것으로 예상됩니다.