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제목 열팽창의 개념
작성자 유니텍엠알오 (ip:)
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  • 작성일 2007-11-09
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  • 조회수 445
 

1. 열팽창의 개념

거의 모든 물질이 온도의 상승에 따라 팽창을 하게 되어 있는데 이를 열팽창(Thermal Expansion) 이라 칭합니다. 그러나 어떤 재질이냐에 따라 열팽창의 정도가 차이가 있는데, 이에 대한 구분은 열팽창 계수 ( Thermal Expansion Coefficient) 의 크고 작음으로 분류하고 있습니다.
일반적으로 열팽창의 단위는 측정학에서 주로 사용하고 있는 20'C를 기준으로 하여 1'C 증가할 때를 기준으로 Part Per Million (PPM) meter로 정의하는데, 예를 들면 10ppm/'C 의 Steel의 경우는 1'C 증가할 때마다 1미터당 10미크론씩 팽창함을 의미하며, 따라서 만일 22'C로 주변온도가 변하면 1미터의 Steel이 1000.040mm 로 팽창하게 된다는 의미입니다.

시스템을 구성하고 있는 모든 요소들의 열팽창이 동일하고 일정하게 이루어지고, 이 시스템에 의해 작업되는 work piece의 열팽창도 동일하게 이루어진다면 그에 대한 대책은 좀 쉬워지지만, 거의 모든 시스템이 이렇게 구성하기가 어려운게 현실입니다. 따라서 정밀 제어를 위해서는 각 요소들의 열팽창 계수를 정확히 분석하고, 이들 요소들간의 계수차이를 최대한 줄여주는 노력이 첫 번째로 필요하며, 두 번째로는 열팽창이 고르게 일어나도록 시스템을 설계하려는 노력이 필요합니다.
열팽창이 고르게 일어나게 하는 방법에서는 우선 시스템의 Body를 디자인할 때 그 프로파일의 넓이를 고르게 하는 것도 고려 대상이며,  여기에 설치되어 수치를 알려주는 리니어 스케일도 고른 팽창이 되도록 해주는 노력이 필요합니다.

2. 리니어 스케일의 재질별 열팽창계수와 상관관계

 열팽창 계수 ( 20'C에서 1' 상승할 때를 기준)

Steel

10~12 ppm

Aluminum

17 ~ 27 ppm

Glass

8 ~ 9 ppm

이것은 즉, 1000mm 길이의 시편일 경우 주변온도가 20'C에서 25'C로 변할 경우, 이들 시편의 길이는

Steel

1000.0525mm

Aluminum

1000.0850mm

Glass

1000.0400mm

등으로 변한다는 의미입니다.

여기서 한가지 중요한 사항은, 리니어 스케일의 재질과 WORK PIECE의 재질의 열팽창계수 차이이며, 이에 따   른 에러를 도표로 표시하면( 25'C 일 경우 1000mm work piece기준), 다음과 같습니다.

Scale 재질 및 늘어난 길이

work piece

error

Glass Scale = 1000.040

Steel = 1000.052

12 micron

Steel Scale = 1000.052

Steel = 1000.052

0

Glass Scale = 1000.040

Aluminum = 1000.085

45 micron

Steel Scale = 1000.052

Aluminum = 1000.085

33 micron


3. 열팽창에 적극 대응하기위한 방법

 스케일과 workpiece 와의 열팽창을 동일하게 하라
 시스템 body와 스케일의 body의 재질은 가능하면 계수차이가 작도록하라
 열팽창을 고르게 발생하도록하여 설계자가 예측할수 있도록하라
 스케일을 단순히 양면접착제만을 이용하여 시스템바디에 부착시에는 고른 열팽창을 기대하기 어렵다, 따라서    Metal carrier를 사용하라
 시스템이 측정 혹은 가공하고자하는 Work piece와 동일한 혹은 비슷한 재질의 스케일을 사용하라

상기내용은 일반적 사항이므로 칩마운터에 이 이론을 전부 적용할 수는 없음.  칩마운터의 개별 스케일에 가해지는 열을 측정하여 개별적 대응 필요. 보통 workpiece는 PCB 이며, PCB의 온도는 거의 주변온도와 비슷한 수준일것임. 그러나 칩마운터에 장착된 스케일의 온도는 스케일의 부착 위치와 모터의 특성, 이송 빈도수 및 속도에 따라 온도가 다를것임.

 

 

 

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