Overtravel Limit란? 서보축 이동범위 제한 원리

Overtravel Limit란 서보축이 허용된 이동범위를 넘어가지 않도록 정방향·역방향 한계위치를 감시하는 기능입니다. Limit Sensor와 Software Limit의 동작 원리를 알아봅니다.

Overtravel Limit란 무엇이며 왜 필요할까?

Overtravel Limit는 Servo Axis가 설계된 Mechanical Travel Range를 넘어 이동하지 않도록 한계위치를 감시하고 추가 이동을 제한하는 기능입니다. Ball Screw, Linear Stage, Gantry와 같은 Motion Axis에는 물리적으로 이동할 수 있는 범위가 정해져 있으며 이 범위를 벗어나면 Table이 Mechanical Stop과 충돌하거나 Ball Screw, Bearing, Coupling 등이 손상될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 Axis의 양쪽 끝 부근에 Positive Overtravel과 Negative Overtravel을 검출하는 Limit Sensor를 설치할 수 있습니다. Motion Controller 또는 Servo Drive는 Limit Signal을 감시하다가 설정된 이동방향의 Limit가 검출되면 해당 방향의 Motion Command를 제한하거나 정지동작을 수행합니다. 일반적으로 +OT, -OT, Positive Limit, Negative Limit 등의 명칭을 사용합니다. Overtravel Limit는 정상적인 Positioning을 위한 Origin Sensor와 목적이 다르며 설비가 정상 운전영역을 벗어나는 상황을 검출하는 보호기능이라는 점이 핵심입니다.

Positive·Negative Limit Sensor는 어떻게 동작할까?

Linear Axis에서는 일반적으로 이동범위의 양쪽 끝에 Limit Sensor를 배치합니다. +방향 끝에 설치된 Positive Limit Sensor가 ON되면 Controller는 Axis가 +방향 허용범위에 도달했다고 판단하고 추가적인 +방향 Command를 제한합니다. 반대로 Negative Limit가 검출되면 -방향 이동을 제한합니다. 센서에는 Inductive Proximity Sensor, Photoelectric Sensor 또는 Mechanical Limit Switch 등이 사용될 수 있으며 실제 동작은 Controller의 Input Logic과 Motion Parameter에 따라 달라집니다. Limit가 검출된 뒤에는 Mechanical End와 충돌하기 전에 Motor를 감속·정지시킬 수 있는 충분한 거리도 필요합니다. 정지거리는 Axis Speed와 Deceleration, Load Inertia 등에 영향을 받으므로 Sensor를 Mechanical Stop 바로 앞에 설치하는 것만으로 충분하지 않을 수 있습니다. 또한 Limit가 검출된 상태에서는 일반적으로 위험한 방향의 추가 이동은 금지하면서 반대방향으로 빠져나오는 Escape 또는 Recovery Motion은 허용하는 방식으로 Logic을 구성할 수 있습니다.

Software Limit는 Hardware Limit와 무엇이 다를까?

Software Limit 또는 Soft Limit는 Sensor를 이용하는 대신 Controller가 현재 Position Coordinate를 기준으로 허용 가능한 이동범위를 설정하는 기능입니다. 예를 들어 Machine Coordinate가 0~1,000mm인 Axis에서 정상 운전범위를 20~980mm로 설정하면 Command Position이 이 범위를 벗어나지 않도록 제한할 수 있습니다. Soft Limit는 제품이나 Tool에 따라 작업영역을 쉽게 변경할 수 있고 실제 Hardware Limit보다 안쪽에서 정상운전 영역을 제한하는 데 유용합니다. 하지만 Software Limit는 현재 Position Coordinate가 정확하다는 전제가 필요합니다. Incremental Encoder System에서 Homing이 완료되지 않았거나 Position Data가 잘못되어 있다면 Controller가 실제 Machine 위치를 올바르게 판단하지 못할 수 있습니다. 따라서 Soft Limit만을 Mechanical End Protection의 유일한 수단으로 사용하는 것은 설비의 위험도와 제어구조를 고려해 신중하게 판단해야 합니다. Hardware Limit와 Mechanical Stop, 필요한 Safety Function은 서로 다른 Protection Layer로 설계될 수 있습니다.

Limit Sensor와 Origin Sensor는 어떤 차이가 있을까?

Origin Sensor와 Overtravel Limit Sensor는 외형상 동일한 Proximity Sensor나 Limit Switch를 사용할 수 있지만 역할은 명확하게 다릅니다. Origin Sensor는 Homing 과정에서 Machine Coordinate의 기준이 되는 위치를 찾기 위해 사용합니다. 반면 Overtravel Limit Sensor는 Axis가 허용된 Mechanical Range의 끝부분에 접근했다는 것을 검출하여 추가적인 이동을 제한합니다. 예를 들어 Linear Axis의 중앙 부근이나 한쪽 기준점에 Origin Sensor가 있고 그보다 양쪽 바깥에 +OT와 -OT Sensor가 배치될 수 있습니다. Homing 과정에서도 잘못된 방향으로 이동하거나 Origin Sensor를 찾지 못하면 Overtravel Limit가 최종적으로 Axis Movement를 제한하는 역할을 할 수 있습니다. 그러나 일반 Motion Limit가 검출되었다고 해서 반드시 Functional Safety 수준의 안전정지가 구현되는 것은 아닙니다. 사람의 안전과 관련된 위험한 Motion을 방지해야 한다면 Safety Limit Switch, STO, SS1, SLS 등 요구되는 Safety Function과 PL·SIL 수준을 Risk Assessment에 따라 별도로 검토해야 합니다.

Overtravel Limit 설정 시 무엇을 확인해야 할까?

Overtravel Limit를 설계할 때는 Sensor 위치뿐 아니라 Maximum Speed에서의 Stop Distance를 고려해야 합니다. Limit가 검출된 뒤 Controller의 Input Processing Time, Network·PLC Cycle, Servo Response와 실제 Mechanical Deceleration이 이루어지는 동안 Axis는 계속 이동하기 때문입니다. Load Inertia가 크거나 고속 Axis라면 필요한 정지거리가 더욱 증가할 수 있습니다. Sensor의 NO·NC Logic, NPN·PNP Output과 Input Filter도 확인해야 하며 Cable 단선이나 Sensor Failure를 어떻게 검출할 것인지도 설비의 위험도에 맞게 검토합니다. Software Limit를 함께 사용할 경우에는 Homing 완료 여부와 Machine Coordinate가 유효한 상태에서만 Limit 기능을 활성화하도록 구성할 수 있습니다. 또한 Mechanical Stop은 Sensor와 Software가 모두 실패했을 때의 물리적 최종 한계가 될 수 있지만 반복적인 충돌을 견디기 위한 정상적인 정지수단으로 사용해서는 안 됩니다. 결국 Overtravel Limit는 Servo Axis의 정상 이동영역과 물리적 한계 사이에 보호구간을 만들어 충돌과 기계손상을 방지하는 핵심 Motion Protection 기능입니다.