NI CompactRIO를 이용한 HDD 자동 Balancing System

해결과제
* HDD의 정확한 불평형량을 실시간으로 측정하면서 측정된 위상을 통해 타격 시점 및 타격량을 계산하여 정확한 위상 위치에서 타격함으로써, HDD의 불평형량을 설정량 이하로 맞춤.
* 기존 시스템의 구조적인 문제점 해결
* 슬라이딩 테이블 Impact 전 측정위치 변화로 인한 측정오차
* 측정값이 일정하지 않음
* 시스템 캘리브레이션이 어려움

솔루션
이전 시스템의 Real-Time으로 구성하지 못한 데이터 측정 및 타격 위상 위치 제어를 NI CompactRIO를 사용함으로써 구현할 수 있었으며 장비를 콤팩트한 크기로 구성할 수 있었다.

어플리케이션 요약

여러 저장 매체로 사용되고 있는 하드디스크 드라이브(HDD) 제조 시 디스크 고속 회전에 의한 회전 질량 불평형이 발생하고 있으며, 불평형에 의해 발생되는 힘은 회전체의 소음 및 진동을 유발하고 진동에 의해 제품의 성능은 저하되며 수명이 단축된다. 따라서 자동 밸런싱을 위한 계측 및 제어 시스템 구축을 목적으로 하드디스크의 불평형 양을 힘 센서 (Force sensor)로부터 실시간 계측하여 HDD 타격 시점을 계산하고 가진기(Actuator)의 출력을 제어함으로써 HDD의 불평형 양을 자동으로 맞추는 시스템을 구축하여 향상된 품질의 HDD를 양산할 수 있다. 또한 측정된 데이터를 양산 DB 서버에 측정결과 값을 전송하여 HDD 양산품의 품질을 관리할 수 있다.
그림 1. 하드디스크 보정원리

본론
1. 하드웨어 구성

HDD 자동 밸런싱을 위한 기구부와 데이터 측정 및 제어 DBS 컨트롤러부, 액츄에이터 작동 Signal Amplifier, 기구부 동작을 위한 PLC 및 서버 PC 등으로 구성된다. HDD 생산 자동화 라인을 통해 DBS Machine에 자동으로 HDD가 장착되면 PLC로부터 계측 시작 신호를 받아 HDD 회전과 동시에 계측이 시작되며 Force Sensor로부터 HDD의 밸런싱 양을 계측하여 타격 시점을 실시간 계산한다. 계산된 타격 시점을 NI 9263 Analog Output 모듈을 통해 캘리브레이션된 타격량에 따라 출력 전압값을 출력한다. 출력된 전압 값에 따라 Solenoid AMP를 통해 HDD 장착 기구부를 타격하여 회전 불평형량을 설정량 이하가 될 때까지 반복하여 시퀀스를 실행하게 된다. 밸런싱 량 보정을 마친 후 타격 횟수 및 보정된 밸런스 량 등을 라인 서버 PC로 데이터를 전송한다.

2. 소프트웨어 구성
DBS Host 프로그램 소프트웨어는 3가지 모드로 실행할 수 있다.
* 모드1. Balancing Mode : 자동 밸런싱 측정 모드
* 모드2. Calibration Mode : Master를 이용한 타격량 Calibration
* 모드3. Diagnosis Mode : 장비 점검의 목적으로 각각의 Actuator를 수동으로 동작시킴

주요 기능은 아래와 같다.

1. 실시간 밸런싱량, RPM, Hit No 계측 및 모니터링
2. 타격 시점 및 타격량 제어
3. 설정 밸런싱량 이하로 조정 여부 합부 판정
4. 테스트 이력 및 데이터 저장
5. 센서 캘리브레이션 타격량 캘리브레이션 기능
6. 측정 결과 데이터 라인 Server PC 전송

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점
이전 PC Base 장비보다 데이터의 정확성을 높였으며 빠른 실행 속도로 양산 시간을 기존 장비 대비 50% 단축하였고, 개발 비용 단가를 기존 장비 대비 20% 감소할 수 있었다.

NI 솔루션을 선택한 이유
* 빠른 실행 속도
* 다양한 함수 구현
* 빠른 개발 기간
* 비용 감소
* 안정된 계측 모듈
* 콤팩트한 사이즈

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