X, Y, Z의 3축 측정 구조의 기술
확실한 진동관리, 생산성 증대와 직결

생산 설비의 진동은 생산수율 하락과 직결되어 있다. 실제 현장에서 비일비재하게 발생하는 부품 떨어짐, PCB 낙하 현상의 주요 원인이 진동이다. 설비 진동을 측정할 수 있는 기기가 존재해 있지만, 생산설비 전용 제품이 아니기 때문에 확인할 수 있는 데이터는 제한적이었다. 그래서 그동안 생산현장에서는 진동에 의한 문제 해결을 작업자의 경험에 의존하는 경향이 짙었다. 주관적이고, 감각적인 작업이 아닌 정확한 후속조치를 실시할 수 있는 설비 진동의 정확한 데이터를 제공하는 기기가 필요해 졌다.

생산 설비나 연구 개발 등에 영향을 주는 진동의 발생원은 우리 주변 많은 곳에 산재해 있다. 모든 생산 설비는 진동을 가지고 있다. 구동 시스템에 의한 기계적인 움직임이 있는 설비이기에 진동에서 자유로울 수 없다. 노후된 장비는 진동도가 크다. 장시간 구동에 따른 요소 부품의 노후, 마모, 유격 등으로 인해 진동은 나날이 높아진다.
생산 설비의 진동은 생산수율 하락과 직결되어 있다. 실제 현장에서 비일비재하게 발생하는 부품 떨어짐, PCB 낙하 현상의 주요 원인이 진동이다. 설비 진동을 측정할 수 있는 기기가 존재해 있지만, 생산설비 전용 제품이 아니기 때문에 확인할 수 있는 데이터는 제한적이었다. 그래서 그동안 생산현장에서는 진동에 의한 문제 해결을 작업자의 경험에 의존하는 경향이 짙었다. 주관적이고, 감각적인 작업이 아닌 데이터에 근거를 둔 정확한 후속조치를 실시할 수 있도록 신뢰성 높은 설비 진동의 데이터를 제공하는 기기가 필요해 졌다.
기존에 존재하는 진동 측정장비는 기본적으로 진동의 크기 데이터만을 제시하고 있다. 그 진동 수치에 어떤 의미가 있을 수 있는지 유추하기에 무리가 있었다. (주)유아이시스의 진동 측정 솔루션은 기존에 발생하던 모든 증상에 대하여 장비 내부의 진동이 있을 것이라는 가설만이 있었던 종래의 방법을 개선하여 새로운 분석데이터를 이용하여, 장비의 문제를 새로운 각도에서 바라볼 수 있는 기회를 제공하고 있으며, 증상에 대한 보다 합리적인 분석 방법을 제시하고 있다.

진동 구성요소 4가지
일반적으로 진동은 진동 주파수 f(Frequency), 진동 가속도 A(Acceleration), 진동 속도 V(Velocity), 진동 변위 D(Displacement)의 4가지 요소가 상호 수리적 관계에 의해서 진동이 분석된다.

중력 가속도 G와 gal과의 관계
진동 가속도 A(Acceleration)의 1gal은 중력 가속도 G의 약 1/1,000에 해당하는 작은 값이며, 이러한 진동들이 마이크로미터, 나노미터 장비의 측정, 생산 등에 영향을 주게 된다.
▶ 1G = 9.8m/sec² = 980cm/sec²
▶ 1cm/sec² = 1 gal, 1G= 약 1,000 gal
▶ 1nm = 1/1,000 μm = 1/1,000,000mm = 1/1,000,000,000m

유아이시스 진동 측정 솔루션은 1/100G=cmG=9.8cm/sec²(1G=9.8m/sec²)의 측정 단위로 데이터를 제공한다.

리플로우 머신의 진동 데이터 관리
리플로우 머신의 진동은 부품 떨어짐, PCB 낙하 현상의 원인으로 지목되고 있다. 장시간 열을 품어야 하는 리플로우의 특성 때문에 진동은 설비의 X, Y, Z 모든 축에서 나타난다. X, Y, Z 축의 진동 발생 원인이 다양하지만, 주요 원인은 다음과 같다.

X축: 레일의 앞으로 나아가는 방향
X축에서는 리플로우 머신의 레일 자체가 위, 아래로 파도치듯이 기울어지거나 감속기나 스프라켓(톱니바퀴)이 부드럽게 돌아가지 않을 시 진동이 발생한다.

Y축: 레일의 좌, 우측 방향
Y축의 경우에는 좌, 우측 레일의 구동 속도가 다르거나 혹은 한 쪽 레일의 튕김 현상으로 인해 PCB 또는 JIG가 좌우로 틀어질 때 발생한다.

Z축: 레일의 위, 아래 방향
Z축의 진동은 장비 전체 또는 레인 본체가 흔들리는 경우가 대부분이다.
유아이시스의 자체 데이터에 따르면, X, Y, Z축의 복합 진동이 감지될 경우, 불량의 발생확률은 2배 이상으로 급등했다.

3축 진동 측정 솔루션 제안
리플로우 머신의 정확한 진동 측정을 위해 유아이시스에서는 X / Y / Z 3축 모두를 측정하는 방식을 활용하고 있다. 당사의 진동 측정솔루션은 X축, Y축, Z축의 모든 진동을 그래프로 확인할 수 있고, X, Y, Z축을 개별적으로 확인할 수 있다(그림 1 참조).

온도와 진동 그래프를 함께 보여주는 데이터를 시각화하여 고객이 쉽게 이해할 수 있도록 편의성 또한 제공하고 있다. 하나의 그래프 상에서 ‘온도’와 ‘진동’을 함께 보여줌으로써, 리플로우 머신 내의 어떠한 존에서 진동이 발생하는지 한 눈에 알아볼 수 있다. 특히, 3축을 별도의 색깔로 표시하여 쉽게 구분할 수 있어 어느 축에서 진동이 발생했는지 쉽게 알 수 있다. 그래프의 데이터는 실제 진동으로 인한 PCB 생산불량의 원인을 파악하는 데 도움을 줄 수 있다. 생산현장에서 불량의 원인파악에 도움이 되는 솔루션 중 하나이다. 

설비 진동 데이터 제공

리플로우 장비의 내부 진동 측정 기술은 이제 시작 단계에 진입했다. 그래서 아직까지 진동 측정에 대한 통일되고 표준화된 기준이 없다. 진동의 크기에 관한 단위 자체도 진동을 측정하는 기기마다 다를 정도이다.
당사는 현장에서 실제 장비의 진동을 측정하고, 그에 따른 결과를 고객과 공유하는 과정에서 얻은 경험을 바탕으로, 진동 측정 수치에 따른 생산품 불량 가능성을 사전에 예측한 데이터를 제공하고 있다. 2015년부터 진동 측정이 가능한 솔루션을 제공하면서 얻은 많은 데이터를 기반으로 하여 장비 진동에 관한 나름의 기준점을 수립하고 고객에게 정보를 제공하고 있다. 한 가지 조언을 하자면, 솔더 크림 액상화 구간에서의 설비 진동량을 주의 깊게 살펴볼 필요가 있다.

진동 기능이 포함된 유아이시스의 제품들

당사는 기존 리플로우 온도프로파일 체커, 인라인 산소농도측정기 등의 제품에 진동 기능을 추가할 수 있도록 설계했다. 진동 측정 유닛을 내부에 장착하기 때문에 기존 제품의 외형에는 전혀 변화가 없다.

`UI-301A6V`, 리플로우 온도 6채널 + 3축 진동
온도 6채널과 진동을 동시에 측정하며, 개별축 방향의 진동 크기를 측정하여 독립 데이터로 구현 가능하다. 

`UI-O230KTV`, 산소 농도 1채널 + 온도 3채널 + 3축 진동
산소 1채널, 온도 3채널과 진동을 동시에 측정하며, 개별 축 방향의 진동 크기를 측정하여 독립데이터로 구현한다.

`UI-HICAM`, 영상 촬영 + 온도 3채널 + 3축진동
영상촬영, 온도 3채널과 진동을 동시에 측정하며, 개별 축 방향의 진동 크기를 측정하여 독립데이터로 구현 가능한 측정기이다.