스마트 생산과 자동화: 센서와 엑추에이터

본 내용은 " 명지대학교 산업경영공학과 스마트 생산과 자동화 4주차 강의내용 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.10.11

문서 내 토픽

• 1. 센서의 특성 및 분류

  센서는 공정에서 나오는 물리량을 전기신호로 변환하는 트랜스듀서입니다. 센서의 8가지 특성은 정확도(실제값과 출력값의 평균), 정밀도(반복측정 시 흩어짐 정도), 선형성(입출력 관계의 선형성), 사용범위(사용가능 범위), 드리프트(출력값의 경향성), 응답속도(원하는 지점까지의 도달시간), 민감도(입출력의 기울기), 히스테리시스(이전 상태에 따른 의존성)입니다. 정확도는 시스템 에러로 인해 발생하며 보정을 통해 개선 가능하고, 정밀도는 랜덤 에러로 인해 발생합니다.

• 2. 위치 및 거리 측정 센서

  위치 측정 센서에는 리밋스위치, 플로트 스위치, 광 인코더, 광센서, 근접 스위치, 포텐시오미터 등이 있습니다. 광센서는 발광부와 수광부 사이를 지나는 물품의 상태를 검사하며 안전사고 방지에도 사용됩니다. 1차원 포터 다이오드는 물체의 유무와 길이를 파악하고, 2차원 포터 다이오드는 면적까지 파악 가능합니다. 근접 스위치는 자기장이나 전파를 측정하여 위치를 파악하며, 포텐시오미터는 저항 변화로 이동거리를 측정합니다.

• 3. 온도 및 유량 측정 센서

  온도 센서에는 바이메탈 스위치, 써미스터, 열전쌍이 있습니다. 바이메탈은 팽창 정도가 다른 두 금속으로 만들어지며, 써미스터는 온도 변화에 따른 저항 변화를 측정합니다. 열전쌍은 서로 다른 두 금속 도선의 양 끝 온도 차이로 전류를 발생시키며, 기전력은 금속 종류와 온도 차이에 따라 달라집니다. 유량계는 흐르는 기체나 액체를 측정하며, 벤츄리 유량계는 관의 단면 축소 전후 압력 차이를 이용합니다.

• 4. 엑추에이터의 종류 및 동작원리

  엑추에이터는 센서의 출력값을 받아 적절한 신호로 변경하여 작동시킵니다. 직선형과 회전형으로 분류되며, 전기식, 유압식, 공압식으로 나뉩니다. 전기 엑추에이터에는 직류모터(플레밍의 왼손법칙 적용), 교류모터(3상 유도전동기), 스테핑모터(펄스 수에 비례하는 비연속 회전)가 있습니다. 리니어 모터는 직선운동을 제어하며 자동화 현장에서 많이 사용되고, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 메커니즘으로는 이송나사, 풀리 시스템, 랙과 피니언이 있습니다.

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• 1. 센서의 특성 및 분류

  센서는 현대 자동화 시스템의 핵심 요소로서, 물리량을 전기신호로 변환하는 중요한 역할을 합니다. 센서의 특성으로는 정확도, 감도, 응답시간, 선형성 등이 있으며, 이러한 특성들은 센서 선택 시 매우 중요한 고려사항입니다. 센서는 측정 대상에 따라 온도, 압력, 거리, 속도 등으로 분류되고, 동작 원리에 따라 아날로그와 디지털 센서로도 구분됩니다. 각 센서의 특성을 정확히 이해하고 적절히 선택하는 것이 시스템의 성능과 신뢰성을 결정하는 데 매우 중요합니다.

• 2. 위치 및 거리 측정 센서

  위치 및 거리 측정 센서는 로봇, 자동차, 산업용 기계 등 다양한 분야에서 필수적인 센서입니다. 초음파 센서, 적외선 센서, 레이저 센서, 초음파 센서 등 여러 종류가 있으며, 각각 측정 범위와 정확도가 다릅니다. 초음파 센서는 비용 효율적이고 비접촉식 측정이 가능하며, 레이저 센서는 높은 정확도를 제공합니다. 이러한 센서들은 장애물 회피, 거리 측정, 위치 인식 등에 활용되며, 응용 분야의 특성에 맞는 센서를 선택하는 것이 중요합니다.

• 3. 온도 및 유량 측정 센서

  온도 센서는 산업 공정, 환경 모니터링, 의료 기기 등에서 광범위하게 사용되며, 열전대, 저항온도계, 써미스터 등 다양한 종류가 있습니다. 각 센서는 측정 범위, 응답속도, 정확도에서 차이가 있어 용도에 맞게 선택해야 합니다. 유량 센서는 액체나 기체의 흐름량을 측정하는 데 사용되며, 터빈식, 전자기식, 초음파식 등이 있습니다. 이 두 센서는 에너지 관리, 공정 제어, 환경 모니터링 등에서 중요한 역할을 하며, 정확한 측정이 시스템 효율성과 안전성을 보장합니다.

• 4. 엑추에이터의 종류 및 동작원리

  엑추에이터는 제어 신호를 물리적 동작으로 변환하는 장치로, 센서와 함께 자동화 시스템의 양대 축을 이룹니다. 전기 모터, 솔레노이드, 공압 실린더, 유압 실린더 등 다양한 종류가 있으며, 각각의 동작 원리와 특성이 다릅니다. 전기 모터는 정밀한 제어가 가능하고 효율이 높으며, 공압 실린더는 빠른 응답과 안전성이 장점입니다. 엑추에이터의 선택은 요구되는 힘, 속도, 정확도, 환경 조건 등을 종합적으로 고려하여 결정해야 하며, 적절한 선택이 시스템의 성능을 극대화합니다.