月: 2023年10月

레이저 마킹기란?

레이저 마킹기(영어: laser marker)는 대상물의 표면에 레이저를 조사하여 인쇄나 가공을 하는 장치입니다.

레이저 마킹기는 레이저 조사로 표면을 깎아내거나 화학반응을 일으켜 변색시켜 인쇄를 합니다. 핀포인트로 빛을 조사하기 때문에 정밀하게 인쇄할 수 있다는 점과 잉크젯 프린터 등에 비해 인쇄가 잘 지워지지 않는다는 점이 장점입니다.

또한, 금속, 수지를 비롯해 유리, 목재 등 다양한 소재에 인쇄할 수 있습니다.

레이저 마킹기의 사용 용도

레이저 마킹기는 주로 자동차, 식품, 반도체 등의 산업 분야에서 활용됩니다. 구체적인 사용 용도는 다음과 같습니다.

자동차 부품의 제조 이력 관리를 위한 2차원 코드 인쇄
전자 부품의 로트 번호 인쇄
음료수 캔에 제조번호, 유통기한 등 인쇄물 인쇄
금속 부품 등의 미세 가공

특히 금속에 대한 가공은 그동안 드릴 등을 통한 각인이 주를 이루었으나, 정밀 가공이 가능한 레이저 마킹기에 대한 수요가 증가하는 추세입니다.

레이저 마킹기의 원리

레이저 마킹기에 의한 인쇄는 크게 마스크 방식과 스캐닝 방식의 두 가지가 있습니다.

1. 마스크 방식 레이저 마킹기

인쇄하고자 하는 패턴의 구멍이 있는 마스크에 레이저 광선을 조사하여 통과한 광선으로 인쇄를 합니다. 인쇄 패턴마다 다른 마스크를 준비해야 하기 때문에 시간과 비용이 많이 든다는 단점이 있습니다.

2. 스캐닝 방식 레이저 마킹기

레이저를 인쇄 패턴대로 스캔합니다. 스캐닝에는 갈바노 미러를 사용하며, X축에 대응하는 미러와 Y축에 대응하는 미러 두 장으로 레이저 빛을 반사시켜 평면을 스캐닝합니다.

Z축에 대응하는 거울을 추가하면 곡면 스캔도 가능합니다. 현재 판매되고 있는 레이저 마커는 스캐닝 방식을 채택한 제품이 일반적입니다.

레이저 마킹기의 종류

레이저 마킹기에 사용하는 레이저는 기판의 종류와 가공 내용에 따라 적합한 레이저를 선택해야 합니다. 다음은 레이저 마킹기에 사용되는 레이저의 대표적인 예입니다.

1. YAG 레이저

이트륨(Yttrium), 알루미늄(Aluminum), 가넷(Garnet)을 사용한 YAG 결정이라는 재료를 사용한 레이저입니다. 알루미늄 캔이나 플라스틱 표면에 인쇄하는 등 다양한 용도로 사용됩니다. 소재에 손상을 입히기 어려운 레이저입니다.

2. 파이버 레이저

레이저 매체에 광섬유를 사용한 레이저입니다. 출력이 높기 때문에 금속의 심부 가공 등에 이용됩니다. 금속 지그나 파이프 표면의 문자 인쇄에 활용되고 있습니다.

3. CO2 레이저

탄산가스를 이용한 레이저입니다. 투명한 소재에 잘 흡수되기 때문에 유리 등의 인쇄 및 가공에 적합합니다.

레이저 마킹기의 기타 정보

1. 가정용 레이저 마킹기

시중에서 판매되는 레이저 마킹기는 인터넷 쇼핑몰 등을 통해 구입할 수 있습니다. 나무 조각이나 수지판에 레이저를 쏘아 이름이나 이니셜을 새기는 데 사용됩니다. 분진 방지 눈의 레이저 오조명을 방지하기 위해 커버가 부착되어 있다.

문자나 도안은 전용 어플리케이션으로 작성하고, PC나 스마트폰에서 정보를 전송하여 인쇄하게 됩니다.

2. 핸디형 레이저 마킹기

디지털 카메라 정도의 크기인 레이저 마킹기도 판매되고 있습니다. 크기가 작아 장소에 구애받지 않고 휴대하면서 레이저 인쇄나 도안 각인이 가능합니다.

단, 인쇄하는 동안 계속 들고 있을 수 없기 때문에 삼각대 등의 홀더에 고정하여 사용해야 합니다. 각도와 제품과의 거리를 자유롭게 조절할 수 있다는 장점이 있지만, 고화질 인쇄에는 적합하지 않습니다.

3. 레이저 마킹기의 가격

레이저 마킹기는 가정에서 사용하는 취미용부터 상품이나 도장에 인쇄할 때 사용하는 산업용까지 다양한 가격대가 있습니다. 가정용은 주로 목공이나 가죽에 인쇄하는 용도로 사용되며, 가격은 50,000엔 내외입니다.

산업용은 1,000,000엔~5,000,000엔이 시세입니다. 금속 심부인쇄 등 고출력 레이저의 경우 10,000,000엔 정도입니다.

정전기 측정기란?

정전기 측정기(영어: electrostatic instrument)는 물체 표면에 발생하는 정전기의 전압을 측정하는 기기입니다.

비접촉으로 측정할 수 있는 표면 전위 센서를 갖춘 장비로, 비측정 대상 물체에 표면 전위 센서를 대고 측정합니다. 정전기를 측정하는 기기는 표면전위계, 정전위 측정기라고도 하며, 주로 제조업의 생산 공정에서 사용되지만 설치 환경에 맞는 기기가 판매되고 있습니다.

정전기 측정기의 사용 용도

생산 공정에서 정전기로 인한 트러블에는 다음과 같은 것들이 있는데, 이를 방지하기 위한 대책을 추진하기 위해서는 먼저 발생하는 정전기의 크기를 정확하게 측정할 필요가 있습니다. 대책의 효과를 검증, 평가할 때도 정전기의 크기를 측정합니다. 공정에 따라서는 정전기 발생 상황을 상시 모니터링하기 위해 사용하기도 합니다.

1. 이물질 부착

대전된 제품에 대전된 이물질(먼지 등)이 부착되는 문제가 발생합니다. 예를 들어 도장 공정에서는 도장 불균형의 원인이 됩니다.

2. 정전기 파괴 (ESD 파괴)

집적회로 등 반도체 부품은 정전기 방전으로 인해 회로 소자가 파괴될 수 있습니다.

3. 오작동

미세한 전류, 전압으로 동작하는 기기(전자저울, 중량 검사기, 금속 탐지기 등)는 정전기가 방전될 때 발생하는 전자기 노이즈의 영향을 받을 수 있습니다.

4. 인체 등으로의 방전

대전된 물체에서 인체로의 정전기 방전은 인체에 통증과 불편함을 유발할 뿐만 아니라 장비의 고장이나 발화(가연성 물질의 인화)의 원인이 되기도 합니다.

정전기 측정기의 원리

물체 표면이 대전되어 정전기가 발생하면 그 주변에 전기장이 생깁니다. 정전기 측정기는 이 전계 강도를 측정하여 정전기의 전압을 계산합니다. 일반적인 정전기 측정기(표면전위계)의 원리는 다음과 같습니다.

표면전위 센서는 정전기 유도 현상을 이용한 것으로, 대전된 물체로부터의 정전기장 강도 Eo(대전 전압 Vo에 비례)를 검출 전극이 받으면 검출 전극의 표면에 유도 전하 q가 축적됩니다. 이때 검출전극과 물체 사이에 검출전극 전체를 덮을 수 있는 크기의 차폐판을 설치하여 일정한 속도로 회전시키면 차폐판에 덮이는 순간 검출전극에 축적된 유도전하 q를 방전시키고, 차폐판이 지나가면 다시 유도전하 q를 축적하게 됩니다. 이 주기적인 전하 q의 이동, 즉 교류 전류 Is의 크기는 전계 강도에 따라 달라지기 때문에 전류 Is를 측정하여 물체 표면의 대전 전압 Vo를 구할 수 있습니다.

단, 위의 측정법에서 측정값은 표면전위 센서와 측정 대상의 거리에 따라 크게 달라집니다. 측정 대상과의 거리가 멀어지면 전계가 약해지기 때문에 측정값이 작게 표시되는 것은 피할 수 없습니다. 따라서 측정 대상과 표면 전위 센서의 간격을 지정된 거리로 유지해야 합니다.

또한, 위의 측정 거리에 따른 문제를 해결하기 위한 방안으로 전압 피드백형 표면전위계가 있습니다. 이를 사용하면 검출 전극에 고전압 전원을 연결하여 교류 전류 Is가 0이 되도록 고전압 전원의 전압 출력을 조절할 수 있습니다. 전류 Is가 흐르지 않는 것은 측정 대상의 전압과 센서의 전압이 같을 때이므로, 이때 고전압 전원의 출력 전압은 측정 대상의 충전 전압과 같다고 할 수 있습니다.

정전기 측정기 사용법

일반적인 정전기 측정기로 대전된 물체의 정전기를 측정하는 방법은 다음과 같습니다.

1. 측정 대상 표면에 대해 표면 전위 센서의 검출 전극과 병렬로 정전기 측정기가 정한 거리에 표면 전위 센서를 설치합니다.
2. 예상 전압보다 높은 측정 범위로 설정하고 측정을 시작한다. 대략적인 측정값이 나오면 측정 범위를 조정하여 측정값을 채택합니다.

전압 피드백형 표면전위계로 측정할 때는 측정 대상 표면에 표면전위 센서의 검출 전극을 병렬로 설치하지만, 측정 대상과의 거리를 엄격하게 정할 필요는 없습니다. 고압전원의 전압을 서서히 상승시켜 검출전극에 흐르는 교류전류가 0이 되는 지점을 찾습니다. 이때 고압전원의 출력 전압이 측정 대상의 충전 전압이 되며, 측정값의 단위는 V 또는 KV입니다. 정전기의 최대 전압을 고려하여 적절한 기기를 선택하는 것이 중요합니다.

정전기 측정기의 기타 정보

정전기의 발생 원인과 예방

정전기의 발생 메커니즘은 다음과 같이 알려져 있습니다.

1. 박리 정전기

플라스틱 시트에서 보호막을 떼어내는 등 겹쳐진 것이 벗겨질 때 발생합니다.

2. 마찰 정전기

물건을 섞을 때, 옷을 벗을 때, 모터가 회전할 때 등 물체와 물체가 마찰할 때 발생합니다.

3. 기타 대전

분쇄, 분체 충전 등이 있기 때문에 이러한 상황에 노출된 물체의 정전기를 측정할 때 정전기 측정기가 사용됩니다. 특히 반도체 부품은 정전기 방전으로 인한 고장 가능성이 높기 때문에 평소에 정전기 측정기로 공정 내를 확인하는 것이 필요합니다. 생산 공정에서 측정 대상이 되는 구체적인 예는 다음과 같습니다.

• 각종 반도체 및 기타 전자부품 및 그 부품이 포장된 트레이와 그 보호 필름, 보관 선반
• 작업복, 작업화, 작업 공정의 책상, 의자, 바닥면
• 접지 밴드 및 접지 설치 부분
• 제조장치, 검사기, 치공구, 납땜 인두 등의 제조설비
• 작업표준서 및 이를 보호하는 플라스틱 케이스
• 모니터의 디스플레이 부분
• 구입한 각종 필름

또한, 정전기 발생이 불가피한 경우 이오나이저 등의 제전장치를 설치하여 적극적으로 정전기를 제전하지만, 그 효과를 확실히 하기 위해서는 정전기 측정기를 이용한 측정이 필수적입니다.

스파크 킬러란?

스파크 킬러(영어: spark killer)는 스위치의 ON/OFF 시 등에 발생하는 스파크나 서지 전압을 억제하는 장치입니다.

스파크가 발생하면 회로 내에 있는 반도체 소자나 트랜지스터가 손상될 수 있으며, 서지 전압으로도 전자부품이 파괴될 수 있습니다.

특히 직류 전류가 흐르는 회로에서 스위치를 사용하는 경우, 스파크 킬러와 같은 스파크에 대한 대비를 회로 내에서 해야 합니다.

스파크 킬러의 사용 용도

스파크 킬러는 직류 전류로 작동하는 전기 기기에 광범위하게 사용됩니다. 특히 직류 전류를 전원으로 사용하는 경우 스위치 주변에서 스파크가 발생할 수 있으므로 스파크 킬러의 사용은 필수입니다.

교류 회로에서도 비슷한 문제가 발생하기 때문에 스파크 킬러가 사용됩니다. 스파크 킬러는 정격 전압과 저항값, 커패시턴스, 사용 적정 온도 등이 정확하게 정해져 있기 때문에 이를 고려하여 적절히 선정해야 합니다.

스파크 킬러가 사용 환경의 전압을 견디지 못하면 사고의 원인이 되므로 주의해야 합니다.

스파크 킬러의 원리

릴레이 등의 스위치를 ON/OFF 할 때 부하에 인덕턴스 성분이 포함된 경우 서지 전압이 발생합니다. 또한, 스위치나 릴레이 등의 접점부에서 스파크가 발생하면 접점의 수명이 단축됩니다. 스파크 킬러는 서지 전압과 스파크 발생을 줄이기 위한 기기입니다.

스파크 킬러는 직렬로 연결된 저항과 커패시터로 구성됩니다. 스파크 킬러의 시간 상수는 커패시터 용량과 저항값에 의해 결정되며, 서지 전압이 급격하게 변하지 않도록 합니다.

사용하는 필름 커패시터는 사용 시 전압이 너무 높지 않도록 충분한 여유가 있는 커패시턴스 크기를 선택해야 합니다. 저항의 경우 서지에 대한 저항이 충분한 저항을 선택해야 합니다.

스파크 킬러 선택 방법

스파크 킬러는 저항 R과 커패시터 C의 직렬 회로 구성이며, C, R의 계산은 회로 전류가 I(A)일 때 다음과 같습니다.

C = I × 2/10~I × 2/20 (μF)
R = 부하의 직류 저항값 (Ω)

부하의 직류 저항을 알 수 없는 경우가 많으며, 이 경우 표준인 120Ω을 사용합니다.

C, R의 계산은 참고용입니다. 최종적으로 이 값을 기준으로 실장 테스트에서 서지 흡수 효과를 확인해야 합니다.

연결은 리드선 타입, 피복 전선 타입, 금속 단자 타입이 있습니다. 사용하는 전자 부품은 회로 전압보다 높은 정격 전압을 사용해야 합니다.

사용 가능한 직류 전압 ≦ 교류 정격 전압 √2

스파크 킬러의 정격 전압은 교류로 표시되어 있습니다. 스파크 킬러는 직류 회로에서도 사용하므로 스파크 킬러의 정격 전압을 직류 전압으로 변환하여 사용 가능 여부를 검토합니다.

스파크 킬러의 기타 정보

1. 스파크 킬러의 배치

전원과 스위치 및 저항 등의 부하로 구성된 회로에서 기본적인 스파크 킬러의 설치 방법은 스위치와 병렬로 배치하거나 부하와 병렬로 배치하는 두 가지가 있습니다.

직류 회로에서는 두 가지 배치 방법이 사용됩니다. 서지 흡수 효과는 두 가지 모두 동일하지만, 스위치 접점에서 스파크가 육안으로 확인할 수 있는 상태에서는 스위치와 병렬로 연결하는 방법이 더 효과적입니다.

스위치 OFF 시, 회로는 스파크 킬러를 통해 연결되어 있어 스위치 부분에서 큰 전위차가 발생하지 않도록 합니다. 따라서 스파크 킬러를 통해 고전압이 되는 것을 방지할 수 있어 스파크가 잘 일어나지 않게 됩니다.

또한 교류 회로의 경우, 스파크 킬러를 스위치에 병렬로 연결하면 스위치 OFF 시 누설전류가 흐르게 됩니다. 이 누설 전류로 인해 스위치가 오작동을 일으킬 수 있습니다. 따라서 교류에서는 스파크 킬러를 부하에 병렬로 연결하는 것이 일반적입니다.

2. 서지 전압 흡수

릴레이, 모터 등 유도성 부하를 사용하는 회로에서 스위치의 개폐 동작으로 유도성 부하에서 발생하는 서지 성분을 흡수하기 위해 유도성 부하와 병렬로 스파크 킬러를 삽입합니다. 스파크 킬러를 삽입하지 않으면 서지 전압은 유도성 부하의 구동 전압의 10~30배 정도에 이르며, 노이즈 주파수는 100MHz를 초과합니다.

서지 전압의 발생은 회로 내 전자 부품의 절연 파괴, 인쇄 회로 기판의 패턴 손상을 초래합니다. 또한, 발생된 서지의 고조파 성분이 직접 및 회로 패턴에서 방사되어 주변기기, 장치 등에 여러 가지 악영향을 미칠 수 있습니다. 적절한 스파크 킬러를 설치하면 이러한 서지 전압을 흡수할 수 있습니다.

DC 모터란?

DC 모터는 회전축에 전류를 흐르게 하기 위해 브러시로 불리는 슬라이딩 접점을 가진 모터입니다.

권선형 교류 모터 등도 브러시를 사용하지만, 일반적으로 브러시 모터라고 하면 직류 브러시 모터를 말합니다.

구조가 간단하고 저렴하며, 토크 제어가 쉬운 것이 특징입니다. 그러나 브러시는 회전으로 인해 마모되기 때문에 정기적인 유지보수가 필요합니다. 구동 시 소음이 발생한다는 단점이 있습니다.

DC 모터의 사용 용도

DC 모터는가전제품부터 산업용까지 폭넓게 사용되고 있습니다. 대표적인 예는 다음과 같습니다.

사무실용 소형 선풍기 및 PC 냉각팬
보일러 배기팬 등 산업용 기기
통근 전철의 주행 모터
엘리베이터의 승강 모터

직류 모터 중에서는 가격이 저렴하여 직류 사무기기의 냉각팬 등에 사용된다. 또한, 토크 및 회전속도 제어가 용이하여 예로부터 전철, 엘리베이터 등 이동기기에 많이 사용되어 왔습니다.

최근 이동기기의 토크 제어는 브러시가 필요 없고 유지보수가 용이한 인버터 제어가 주류를 이루고 있습니다. 또한, 브러시리스 모터 등도 보급되고 있습니다.

DC 모터의 원리

DC 모터의 구성은 회전자, 고정자, 정류자로 이루어져 있습니다. 고정자에는 코일을 사용하는 경우와 영구자석을 사용하는 경우가 있습니다.

고정자에서는 상시 자기장을 발생시키고, 회전자에 감긴 코일에 의해 흐르는 전류와 고정자 자기장에서 전자기력이 발생하여 모터를 회전시킵니다.

브러시는 정류자에 닿아 코일 전류의 방향을 한 방향으로 향하도록 하는 것이 중요합니다.

전류의 크기를 변화시켜 토크와 속도를 제어할 수 있는 것이 특징입니다.

DC 모터의 기타 정보

1. DC 모터의 수명

DC 모터의 브러시 수명은 일반적으로 수백 시간에서 수천 시간으로 알려져 있습니다. 반면 DC 모터 본체의 수명은 베어링의 수명에 따라 결정되며, 일반적으로 수만 시간에서 수십만 시간입니다.

DC 모터는 고정자와 회전자 사이의 반발력과 인력이 전환되면서 회전합니다. 회전자가 회전하기 위해서는 회전 각도에 따라 자력의 극성을 전환해야 하는데, 정류자가 그 역할을 합니다.

구동은 단순히 직류 전압을 인가하기만 하면 되므로 구동이 간단하고 사용하기 쉬운 반면, 브러시는 기계적인 접점이기 때문에 회전으로 인해 마모되기 때문에 브러시를 교체할 수 없는 경우 브러시 수명이 모터의 수명이 됩니다.

2. 브러시리스 모터와의 차이점

브러시 모터는 직류 전원으로 쉽게 구동할 수 있기 때문에 DC 모터라고도 합니다. 반면 브러시리스 모터는 영구 자석 동기 모터라고도 합니다. DC 모터는 브러시리스 모터보다 구동이 쉽고 비용도 저렴하여 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

DC 모터는 많은 분야에서 활용되고 있지만, 브러시의 마모로 인해 수명이 짧다는 단점이 있습니다. 장기간 사용하기 위해서는 브러시 교체가 필요합니다. DC 모터의 제어에는 직류 전압 제어뿐만 아니라 PWM 펄스로 구동하는 방법도 있습니다.

반면 브러시리스 모터는 정류자와 브러시를 없애고 회전자에 영구자석을 사용합니다. 브러시가 없기 때문에 수명이 길고 베어링 수명이 브러시리스 모터의 수명가 됩니다.

브러시리스 모터의 구동은 ‘구형파 구동(구형파 전압으로 구동하는 방식)과 사인파 구동(정현파 전압으로 구동하는 것)으로 나뉩니다. 구형파 구동은 구동 회로가 비교적 간단한 반면, 회전 시 소음과 진동 등이 발생합니다. 반면 정현파 구동은 구동 회로가 복잡하지만 회전 시 소음과 진동이 적은 것이 특징입니다.

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.