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Other Parts Discussed in Post: TMAG5170

4 산업혁명과 함께 전 세계 시장에 첨단 제조 프로세스가 확산되고 있다. 특히, 통합 제조 흐름과 함께 작동하고 계속해서 프로세스 제어 데이터를 수집하는 고도로 자동화된 시스템에 대한 수요가 급증하고 있다. 로봇 팔의 자기 인코더, 근접 센서, 액추에이터, 압력 트랜스미터, 선형 모터, 자율 모바일 로봇을 포함하여 이러한 시스템의 대부분은 더 나은 의사결정과 더 안전하고 더 신뢰할 수 있는 장비 작동을 위해 성능을 제어하고 공장 수준의 데이터를 수집하는 첨단 위치 감지 솔루션이 필요하다.

그림 1에 나온 것과 같은 자율 모바일 로봇은 창고 곳곳을 돌아다니며 물자를 운반하는 등의 단순 작업을 자동화한다. 이러한 산업용 로봇은 제조 흐름을 최적화하고 처리량을 늘리고 생산성을 개선하는 데 도움이 된다. 특히, 공장이나 창고 바닥을 안전하고 효율적으로 이동하려면 자율 모바일 로봇의 휠 안에 위치 감지, 속도 제어와 같은 고정밀 시스템 제어를 통합해야 한다.

그림 1: 창고 바닥을 가로지르는 자율 모바일 로봇

위치 감지에 대한 요구사항은 움직임을 제어하는 고성능 자동화 시스템에서 흔하게 찾아볼 수 있는데, 이 기술은 전체 시스템의 비용과 성능에 직접 영향을 미친다. 위치 감지 솔루션을 평가할 때 고려하는 사항에는 센서의 정확성, 속도, 전력, 유연성, 신뢰성이 포함된다.

다중 축의 선형 홀 효과 위치 센서는 보통 고정밀 자동 산업용 애플리케이션을 위한 좋은 선택지다. 매우 정확하고 빠르고 신뢰할 수 있는 절대적인 위치 측정 결과를 제공할 수 있기 때문이다. 이러한 기능은 더 정확한 실시간 제어를 지원하며, 장비 성능 개선, 시스템 효율 최적화와 다운타임 최소화 등의 중요한 역할을 한다.

그림 2의 블록 다이어그램의 자율 모바일 로봇 예시는 모터의 축과 모터를 회전시키는 모터 드라이버의 정확한 각도를 모니터링하기 위한 TITMAG5170 선형 3D 홀 효과 위치 센서를 사용한 휠의 모터와 모터 컨트롤러 사이 피드백 루프를 보여준다. 피드백 루프의 모든 요소 중에서 선형 3D 홀 효과 센서는 종종 시스템 대역폭과 지연 시간에 가장 직접적인 영향을 미친다. 고대역폭 측정이 가능한 센서를 도입하면 전반적인 피드백 루프 속도를 높이고 시스템 성능을 강화할 수 있다.


 선형 3D 효과 위치 센서를 사용한 시스템 성능 개선

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선형 3D 홀 효과 센서와 TMAG5170의 차별화된 기능을 이용하는

애플리케이션에 관련 [기술백서]

마찬가지로, 위치 센서 측정의 정확성은 모터의 운동을 제어할 수 있는 정도를 결정한다. 하지만 센서 속도와 정확성은 종종 서로 시스템 성능을 제한하는 방향으로 영향을 미치기도 한다. TMAG5170은 최대 20kSPS의 감지 속도와 전체 오차율 최대 2.6%에 이르는 매우 정확한 선형 측정으로 높은 처리량 수치를 달성하여 이러한 절충을 없앤다.

그림 2: TMAG5170 선형 3D 효과 위치 센서를 사용한 자율 모바일 로봇 모듈의 블록 다이어그램

설계의 배터리 관리 시스템이나 전원 장치에 따라 전력 소비도 위치 센서 선택 시 고려해야 할 중요한 사안 중 하나다. 저전력 공급 장치(원격 4~20mA 루프)를 사용하는 배터리 구동 시스템은 일반적으로 처리량 대비 전력 소비를 최적화하기 위해 활성화, 절전 및 초절전 모드 등의 저전력 모드를 사용하는 센서가 필요하다. TMAG5170의 다중 작동 모드와 샘플링 속도는 선형 3D 홀 효과 센서에서 전력 효율을 최소 70% 이상 높일 수 있어 배터리 구동 기기 또는 시스템 효율이 우선순위가 되는 경량 모드에서 1~20kHz의 샘플링 범위의 최적화된 전력 소비를 최적화할 수 있다.

위치 센서는 종종 기계 구성에 대한 제약이 엄격하다. 자기 감도 범위와 온도 보정 옵션을 선택할 수 있는 다용도의 선형 3D 홀 효과 센서를 선택하면 자기 및 기계 설계에서 유연성을 발휘할 수 있다. TMAG5170은 온칩 각도 계산 엔진을 갖추고 있어 오프칩 프로세싱을 필요로 하지 않을 뿐만 아니라 동시에 온축 및 오프축 구성을 포함한 각도 감지 애플리케이션에서 센서와 자기 위한 기계적 배치 유연성을 제공한다.

자동으로 작동하는 산업 시스템이 점차 증가하고 있기 때문에 툴의 다운타임과 품질 문제를 방지하기 위해 여러가지 진단 기준이 증가하고 있으며, 안전한 작동을 보장하기 위한 추가 안전 조치 역시 점진적으로 요구되고 있다. 위치 센서의 정확성, 속도, 전력, 유연성을 고려하는 것만큼 센서 수치에 대한 신뢰성을 고려하는 것이 중요하다. 예를 들어, 진단 기능이 거의 또는 아예 없는 센서를 선택하면 센서 데이터의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위한 많은 외장 부품을 구축해야 하기 때문에 BOM이 증가한다. TMAG5170에는 통신, 지속성, 내부 신호 경로 검사는 물론 전원 장치, 입력 자기장 필드, 시스템 온도에 대한 구성 가능한 진단 등 독자적인 스마트 진단 기능이 내장되어 있다. 따라서, 센서 데이터의 정확성, 장기 신뢰성, BOM 감소를 실현하는 데 추가적인 부품을 필요로 하지 않는다.

고속, 고정밀 위치 센서는 자동화된 산업 시스템에서 차세대 실시간 제어를 구현한다. TMAG5170과 같은 정밀 선형 3D 홀 효과 센서는 설계자들이 성능의 저하나 전력 소비 및 비용 증가 없이 4차 산업혁명 시장 흐름을 주도하는 데 필요한 빠르고 정확하고 신뢰할 수 있는 측정을 실현하는 데 도움이 된다.

추가 리소스

케빈 로빈스(Kevyn Robins), TI 센싱 제품 마케팅 부문 엔지니어

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