서보가 정상적으로 회전하더라도 실제 위치가 지령값과 일치하지 않는 경우가 있습니다. 1회 동작에서는 큰 차이가 없어 보이지만 반복 운전 후 위치가 조금씩 밀리거나, 같은 지령값에서 실제 이동 거리가 다르게 나오는 경우입니다. 이런 증상은 기계부 유격이나 센서 문제로 보일 수 있지만, 전자기어비 설정이 엔코더 분해능, 감속기 비율, 볼스크류 리드값과 맞지 않을 때도 발생할 수 있습니다.
전자기어비는 지령값과 실제 이동량을 맞추는 기준이다
전자기어비는 상위 제어기에서 보내는 지령 단위와 서보 모터의 실제 회전량, 기계부의 실제 이동량을 맞추기 위한 설정입니다.
서보 시스템에서 위치 제어가 정상적으로 이루어지려면 다음 요소가 서로 맞아야 합니다.
| 항목 | 의미 |
|---|---|
| 엔코더 분해능 | 모터 1회전당 펄스 수 |
| 감속기 비율 | 모터 회전이 출력축에 전달되는 비율 |
| 볼스크류 리드 | 스크류 1회전당 직선 이동 거리 |
| 상위 제어기 지령 단위 | 1mm, 0.001mm 등 제어 프로그램의 이동 단위 |
| 전자기어비 | 지령 단위와 실제 이동량을 연결하는 비율 |
이 중 하나라도 실제 장비와 다르면 서보는 정상적으로 동작해도 기계 위치는 지령값과 달라질 수 있습니다.
엔코더 비트 수에 따라 1회전당 펄스 수가 달라진다
서보 엔코더는 비트 수에 따라 1회전당 분해능이 달라집니다. 엔코더 비트 수가 높을수록 모터 1회전을 더 많은 펄스로 나누어 인식합니다.
대표적인 기준은 다음과 같습니다.
| 엔코더 분해능 | 1회전당 펄스 수 |
|---|---|
| 20bit | 1,048,576 pulse/rev |
| 22bit | 4,194,304 pulse/rev |
| 23bit | 8,388,608 pulse/rev |
예를 들어 실제 서보 앰프와 모터는 22bit 기준인데 기존 프로젝트의 20bit 설정값을 그대로 사용하면, 같은 이동 지령에서도 내부 계산 기준이 달라집니다. 이 경우 위치 지령과 실제 이동량이 맞지 않을 수 있습니다.
따라서 전자기어비 계산 전에는 서보 모터와 드라이브의 실제 엔코더 분해능을 먼저 확인해야 합니다.
감속기 비율이 크면 1회전당 이동량이 작아진다
감속기가 적용된 구조에서는 모터 회전량과 실제 테이블 이동량이 크게 달라집니다.
예를 들어 볼스크류 리드가 5mm이고 감속기 비율이 167:1인 구조를 기준으로 보면, 모터 1회전당 실제 이동량은 다음과 같이 계산됩니다.
| 계산 항목 | 값 |
|---|---|
| 볼스크류 리드 | 5mm/rev |
| 감속기 비율 | 167:1 |
| 모터 1회전당 이동량 | 5 ÷ 167 = 약 0.02994mm |
즉 모터가 1회전해도 테이블은 약 0.03mm만 이동합니다.
이처럼 감속비가 큰 구조에서는 모터 회전량 대비 실제 이동량이 작아집니다. 따라서 전자기어비가 조금만 맞지 않아도 반복 동작에서 위치 오차가 눈에 띄게 나타날 수 있습니다.
1펄스당 이동 거리가 위치 정밀도를 결정한다
전자기어비를 이해할 때는 1펄스당 실제 이동 거리를 기준으로 보는 것이 좋습니다.
예를 들어 22bit 엔코더와 리드 5mm, 감속비 167:1 구조를 기준으로 하면 모터 1회전당 펄스 수는 4,194,304 pulse이고, 모터 1회전당 이동량은 약 0.02994mm입니다.
| 항목 | 값 |
|---|---|
| 엔코더 분해능 | 4,194,304 pulse/rev |
| 모터 1회전당 이동량 | 약 0.02994mm |
| 1펄스당 이동량 | 약 0.00000000714mm |
실제 제어에서는 상위 지령 단위, 전자기어비, 위치결정 단위가 함께 적용되므로 단순 계산만으로 모든 조건이 결정되지는 않습니다. 그러나 이 계산은 감속기가 큰 구조에서 전자기어비가 왜 민감한지 이해하는 기준이 됩니다.
감속비가 크고 이동량이 작은 구조일수록 전자기어비와 지령 단위 설정을 정확히 맞춰야 합니다.
전자기어비가 딱 떨어지지 않는 이유
감속기와 볼스크류가 적용된 구조에서는 계산값이 정수로 깔끔하게 떨어지지 않는 경우가 많습니다.
볼스크류 리드, 감속기 비율, 엔코더 펄스 수, 제어 단위가 서로 다른 기준을 사용하기 때문입니다. 특히 감속비가 167:1처럼 정수로 나누기 어려운 구조에서는 1mm 이동에 필요한 펄스 수나 지령 단위 환산값이 소수로 나올 수 있습니다.
이때 근사값으로 전자기어비를 설정하면 1회 이동에서는 큰 차이가 없어 보일 수 있습니다. 그러나 같은 동작을 반복하면 작은 차이가 누적되어 실제 위치가 밀릴 수 있습니다.
| 원인 | 결과 |
|---|---|
| 감속비와 리드값의 소수 계산 | 1회 이동당 미세 오차 발생 |
| 전자기어비 근사값 적용 | 반복 동작 시 오차 누적 |
| 지령 단위와 실제 이동량 불일치 | 목표 위치와 실제 위치 차이 발생 |
| 실측 보정 생략 | 장비 출고 후 위치 불일치 가능 |
따라서 전자기어비는 계산값만 입력하는 항목이 아니라 실제 이동량과 비교해 확인해야 하는 항목입니다.
전자기어비가 틀렸을 때 나타나는 증상
전자기어비가 틀려도 서보드라이브에서 즉시 알람이 발생하지 않을 수 있습니다. 드라이브 입장에서는 지령에 따라 정상적으로 회전하고 있기 때문입니다.
전자기어비 오류는 보통 위치 결과에서 확인됩니다.
| 증상 | 가능 원인 |
|---|---|
| 지령 거리와 실제 이동 거리 불일치 | 전자기어비, 리드값, 감속비 설정 오류 |
| 반복 동작 후 위치 밀림 | 미세 오차 누적 |
| 원점 복귀 후 작업 위치 불일치 | 위치 단위 또는 보정값 오류 |
| 설정 속도와 실제 체감 속도 차이 | 이동 단위와 전자기어비 불일치 |
| 같은 프로그램인데 장비마다 이동량 차이 | 모터·앰프·감속기 사양 차이 미반영 |
이 증상은 기계부 문제와 비슷하게 보일 수 있습니다. 따라서 위치 오차가 발생하면 기계 유격, 커플링, 센서 상태와 함께 전자기어비 설정도 반드시 확인해야 합니다.
기계 사양을 기준으로 전자기어비를 검토한다
전자기어비를 설정할 때는 PLC나 모션 모듈의 기존 값만 기준으로 삼으면 안 됩니다. 실제 기계 사양을 기준으로 다시 계산해야 합니다.
확인해야 할 기계 사양은 다음과 같습니다.
| 확인 항목 | 설명 |
|---|---|
| 엔코더 분해능 | 서보 모터 1회전당 펄스 수 |
| 감속기 비율 | 모터축과 출력축의 회전 비율 |
| 볼스크류 리드 | 스크류 1회전당 이동 거리 |
| 풀리비 | 벨트 구동 시 모터축과 구동축 비율 |
| 상위 지령 단위 | PLC 또는 모션 모듈에서 사용하는 이동 단위 |
| 위치결정 단위 | mm, degree, pulse 등 실제 제어 단위 |
특히 기존 프로젝트를 복사해 사용하는 경우에는 엔코더 분해능과 감속기 비율이 실제 장비와 동일한지 확인해야 합니다. 모델이 조금만 달라도 전자기어비 기준이 달라질 수 있습니다.
실측 보정이 필요한 이유
전자기어비는 계산으로 시작하지만 실측으로 확인해야 합니다.
기계 조립 상태, 감속기 백래시, 커플링 상태, 볼스크류 실제 리드 오차, 지령 단위 설정에 따라 계산값과 실제 이동량이 완전히 일치하지 않을 수 있습니다.
실측 확인은 다음 방식으로 진행할 수 있습니다.
| 순서 | 확인 내용 |
|---|---|
| 1 | 서보 모터와 드라이브의 엔코더 분해능 확인 |
| 2 | 감속기 비율 확인 |
| 3 | 볼스크류 리드 또는 구동부 이동량 확인 |
| 4 | 상위 제어기의 지령 단위 확인 |
| 5 | 기준 거리 이동 지령 실행 |
| 6 | 다이얼 게이지, 스케일, 측정기 등으로 실제 이동 거리 확인 |
| 7 | 반복 동작 후 동일 위치 복귀 여부 확인 |
| 8 | 필요 시 전자기어비 또는 보정값 조정 |
사람 눈으로는 작은 위치 오차를 판단하기 어렵습니다. 반복 정밀도가 필요한 설비에서는 측정기를 사용해 기준 이동 거리와 반복 위치를 확인해야 합니다.
기준 이동 거리는 충분히 길게 잡는다
전자기어비 확인 시 너무 짧은 거리만 이동하면 오차가 잘 보이지 않을 수 있습니다.
예를 들어 1mm 이동에서는 오차가 작아 보이지만 100mm 이동에서는 누적 오차가 확인될 수 있습니다. 따라서 실제 장비의 스트로크와 안전 조건을 고려해 가능한 범위에서 기준 거리를 충분히 확보하는 것이 좋습니다.
| 기준 거리 | 확인 목적 |
|---|---|
| 짧은 거리 | 방향, 기본 이동 여부 확인 |
| 중간 거리 | 지령 단위와 실제 이동량 비교 |
| 긴 거리 | 누적 오차 확인 |
| 반복 이동 | 복귀 위치와 반복 정밀도 확인 |
위치 오차가 의심될 때는 단발 이동만 확인하지 말고, 왕복 반복 후 원점 또는 기준 위치로 돌아오는지도 확인해야 합니다.
전자기어비 확인 체크리스트
전자기어비 오차가 의심될 때는 다음 항목을 순서대로 확인합니다.
| 순서 | 점검 항목 | 확인 내용 |
|---|---|---|
| 1 | 엔코더 비트 수 | 실제 모터와 드라이브 사양 확인 |
| 2 | 1회전당 펄스 수 | 20bit, 22bit, 23bit 기준 확인 |
| 3 | 감속기 비율 | 실제 감속비와 설정값 일치 여부 |
| 4 | 볼스크류 리드 | 1회전당 이동 거리 확인 |
| 5 | 풀리 또는 체인비 | 추가 감속 요소 존재 여부 |
| 6 | 상위 지령 단위 | mm, pulse, degree 등 단위 확인 |
| 7 | 전자기어비 설정값 | 계산 기준과 설정값 비교 |
| 8 | 기준 거리 이동 | 실제 이동 거리 측정 |
| 9 | 반복 위치 확인 | 반복 후 위치 오차 누적 여부 확인 |
| 10 | 보정값 관리 | 조정 전후 값과 기준 조건 기록 |
이 순서로 확인하면 기계부 문제와 설정 문제를 구분하기 쉽습니다.
전자기어비 문제 정리
서보가 정상적으로 회전하더라도 실제 위치가 지령값과 맞지 않으면 전자기어비 설정을 확인해야 합니다. 전자기어비는 엔코더 분해능, 감속기 비율, 볼스크류 리드값, 상위 제어기의 지령 단위를 연결하는 기준입니다.
20bit, 22bit, 23bit 엔코더는 1회전당 펄스 수가 크게 다릅니다. 실제 모터와 드라이브의 엔코더 분해능을 확인하지 않고 기존 프로젝트 값을 그대로 적용하면 위치 지령과 실제 이동량이 달라질 수 있습니다.
감속기가 적용된 구조에서는 모터 1회전당 실제 이동량이 작아집니다. 예를 들어 리드 5mm, 감속비 167:1 구조에서는 모터 1회전당 이동량이 약 0.02994mm입니다. 이런 구조에서는 작은 설정 오차도 반복 동작에서 누적될 수 있습니다.
전자기어비 계산값은 시작 기준일 뿐이며, 실제 장비에서는 실측 확인이 필요합니다. 기준 거리 이동 후 실제 이동량을 측정하고, 반복 동작 후 기준 위치로 복귀하는지 확인해야 합니다. 위치 오차가 발생할 때는 기계부 유격과 센서 상태뿐 아니라 전자기어비, 지령 단위, 감속비, 리드값을 함께 점검해야 합니다.