스마트 생산과 자동화: ADC/DAC 및 수치제어 기술

문서 내 토픽

1. 아날로그-디지털 변환(ADC)

아날로그 신호를 컴퓨터에 입력하기 위해 디지털로 변환하는 기술입니다. 샘플링, 정량화, 인코딩의 3단계로 진행됩니다. 샘플링은 아날로그 신호로부터 시간 주기에 따라 측정값을 추출하고, 정량화는 샘플링 데이터를 범위 레벨 중 한 값으로 변환합니다. 정량화 레벨의 수는 Nq = 2^n으로 계산되며, 레벨이 많을수록 데이터의 세밀한 차이가 반영됩니다. 분해능은 RADC = 가용범위/(2^n - 1)로 계산되고, 최대 정량화 오차는 분해능의 절반입니다. 인코딩은 연속근사법을 사용하여 실제 값과 비교 값을 비교하여 1 또는 0을 부여합니다.
2. 디지털-아날로그 변환(DAC)

디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 기술입니다. 디코딩과 데이터 홀딩의 2단계로 진행됩니다. 디코딩은 디지털 출력값을 아날로그 값으로 변환하며, E0 = 기준전원 × (합 비교값 × 0 or 1) 공식을 사용합니다. 데이터 홀딩은 0차 홀드와 1차 홀드로 나뉘는데, 0차 홀드는 E(t) = E0이고 1차 홀드는 E(t) = E0 + at로 경향성을 반영합니다. 이 과정에서 정량화 오차가 발생할 수 있습니다.
3. 수치제어(NC/CNC)

문자와 숫자로 이루어진 프로그램에 의하여 공작기계의 동작을 제어하는 프로그램 기반 자동화 기술입니다. CNC는 Computer Numerical Control의 약자입니다. NC 시스템의 기본 요소는 명령프로그램, 기계제어 유닛(MCU), 공정장비로 구성됩니다. 명령프로그램은 공구와 공작물 간 상대적 위치의 좌표값, 주축 속도, 이송 속도, 공구 선택 정보를 포함합니다. MCU는 명령 프로그램에 의한 기계동작 제어를 수행합니다.
4. NC 좌표계 및 운동제어

NC 좌표계는 평판 형상물과 회전 형상물에 따라 다르게 설정됩니다. 평판 형상물은 선형직교 좌표계(X, Y, Z축)와 회전좌표계(a, b, c축)를 사용하며, 축의 개수가 늘어날수록 복잡한 가공이 가능합니다. 회전 형상물은 X축(반경 방향), Z축(중심선 방향)을 사용합니다. 운동제어는 점간 제어와 연속 경로제어로 나뉘며, 보간법은 곡선을 작은 선분으로 나누어 근사화하는 기술입니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 아날로그-디지털 변환(ADC)

ADC는 현대 전자 시스템의 핵심 기술로서 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 중요한 역할을 합니다. 센서에서 수집한 연속적인 물리량을 컴퓨터가 처리할 수 있는 이산 데이터로 변환함으로써 디지털 신호 처리, 데이터 분석, 제어 시스템 등 다양한 응용 분야를 가능하게 합니다. 해상도, 샘플링 속도, 정확도 등의 성능 지표는 응용 분야에 따라 신중하게 선택되어야 하며, 나이퀴스트 정리를 고려한 적절한 샘플링 주파수 설정이 필수적입니다. 의료기기, 음성 녹음, 산업 자동화 등 거의 모든 현대 기술에서 ADC의 중요성은 계속 증가하고 있습니다.
2. 디지털-아날로그 변환(DAC)

DAC는 ADC의 역과정으로서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 실제 물리 세계와 상호작용할 수 있게 합니다. 오디오 재생, 영상 디스플레이, 모터 제어 등 다양한 분야에서 필수적인 기술입니다. DAC의 성능은 신호의 충실도, 선형성, 노이즈 특성에 직접적인 영향을 미치므로 고품질의 결과물을 위해서는 우수한 DAC 설계가 중요합니다. 현대의 고해상도 오디오나 정밀한 제어 시스템에서 DAC의 역할은 더욱 중요해지고 있으며, 기술 발전에 따라 더욱 정교한 변환이 가능해지고 있습니다.
3. 수치제어(NC/CNC)

NC/CNC 기술은 제조업의 자동화와 정밀도 향상에 혁명을 가져온 핵심 기술입니다. 프로그래밍된 명령에 따라 공작기계를 자동으로 제어함으로써 반복적이고 정밀한 가공이 가능해졌습니다. CNC는 NC의 발전형으로 컴퓨터 제어를 통해 더욱 복잡한 형상 가공과 다양한 작업을 효율적으로 수행할 수 있습니다. 이를 통해 생산성 향상, 품질 일관성 보장, 인적 오류 감소 등의 이점을 얻을 수 있습니다. 현대 제조업에서 CNC 기술의 숙련도는 경쟁력의 중요한 요소이며, 지속적인 기술 발전이 이루어지고 있습니다.
4. NC 좌표계 및 운동제어

NC 좌표계는 공작기계의 정밀한 위치 제어를 위한 기본 틀로서, 절대 좌표계와 상대 좌표계의 올바른 이해와 적용이 필수적입니다. 운동제어는 공구의 정확한 이동 경로와 속도를 결정하여 가공 품질을 직접적으로 좌우합니다. 선형 보간과 원호 보간 등 다양한 보간 방식의 선택은 가공 효율성과 정밀도에 영향을 미칩니다. 피드백 제어 시스템을 통한 위치 오차 보정은 고정밀 가공을 가능하게 하며, 이러한 기술들의 통합적 이해와 활용이 우수한 CNC 프로그래밍과 운영의 기초가 됩니다.