소형 서보 프레스의 안전 설계 고려 사항

서보 프레스 시스템의 안전 이해

서보 프레스 시스템의 안전은 정확한 제어와 견고한 기계 설계에 달려 있습니다. 구형 프레스와 달리 서보 구동 모델은 디지털 모션 프로그램을 통해 움직입니다.

서보 프레스가 기존 프레스와 다른 점은 무엇입니까?

서보 프레스는 유압 또는 공압 시스템 대신 전기 모터를 사용합니다. 이 설정은 오일 누출이나 공기압 손실의 위험을 제거합니다. 하지만 모든 동작이 소프트웨어 명령에 따라 달라진다는 새로운 문제가 생깁니다. 각 스트로크, 속도 및 힘은 프로그래밍된 지침을 따릅니다.

이 디지털 제어는 뛰어난 정밀도를 제공합니다. 하지만 사소한 프로그래밍 오류로 인해 안전하지 않은 동작이 발생할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 서보 프레스는 엔코더, 토크 센서, 위치 모니터의 지속적인 피드백에 의존합니다. 이러한 센서는 각 사이클 동안 RAM이 예상대로 정확하게 움직이는지 확인합니다.

안전은 피드백의 정확도에 따라 크게 좌우됩니다. 고해상도 인코더(20비트 이상)는 0.001mm의 작은 위치 변화도 감지할 수 있습니다. 시스템이 비정상적인 움직임을 감지하면 즉시 동작을 멈출 수 있습니다.

⚙️ 예시: 스마트폰 커넥터 조립에 사용되는 5kN 서보 프레스의 경우 토크 제한은 과부하를 감지한 후 8밀리초 이내에 램을 정지시킬 수 있습니다. 이렇게 하면 금형과 부품의 손상을 방지할 수 있습니다.

컴팩트 프레스 시스템의 일반적인 안전 문제

소형 서보 프레스는 일반적으로 작업자 근처에 설치되거나 테스트 설정에 통합됩니다. 크기가 작기 때문에 특히 가드나 커버를 설치할 공간이 제한되어 있는 경우 특별한 안전 문제가 발생합니다.

핀치 포인트는 가장 빈번하게 발생하는 위험입니다. 약간의 슬라이드 간격과 짧은 스트로크로 인해 손이나 도구가 위험한 부분에 쉽게 닿을 수 있습니다. 투명 차폐막, 라이트 커튼 또는 양손 컨트롤은 사고를 예방하는 데 도움이 됩니다.

과부하는 부품이 잘못 정렬되거나 너무 꽉 조여져 올바르게 장착되지 않을 때 발생합니다. 서보 프레스는 일반적으로 110-120%의 정격 용량으로 설정된 토크 제한을 통해 이를 관리합니다. 한계에 도달하면 동작이 중지되고 시스템은 확인을 위해 이벤트를 기록합니다.

진동이나 전기적 노이즈로 인해 인코더 드리프트 또는 동기화 손실과 같은 모션 오류가 발생할 수 있습니다. 엔지니어는 종종 정확한 판독값을 보장하기 위해 백업 센서를 추가하거나 참조 검사를 수행합니다.

기계 안전 설계

기계적 안전은 서보 프레스의 신뢰성의 기초입니다. 구조의 모든 부품은 반복적인 응력을 처리하고 진동을 제어하며 변형을 방지할 수 있어야 합니다.

프레임 강도 및 안정성

프레스 프레임은 안전의 핵심입니다. 서보 모터에서 발생하는 모든 힘을 전달합니다. 프레임이 구부러지거나 움직이면 정확도가 떨어지고 안전 위험이 증가합니다.

소형 서보 프레스 일반적으로 1~30kN 사이에서 작동합니다. 최대 하중에서 0.1mm만 휘어져도 공구 정렬이 변경되고 부품이 손상될 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 엔지니어는 고강도 강철, 정밀 가공된 가이드웨이, 강화 용접 이음새를 사용합니다. 프레임.

유한 요소 분석(FEA)은 프레임이 응력을 처리하는 방식을 시뮬레이션하는 데 도움이 됩니다. 설계자는 응력 수준을 항복 강도 60% 미만으로 유지하여 수백만 사이클 이후에도 장기적인 강성을 보장하는 것을 목표로 합니다.

⚙️ 예시: C-프레임 설계의 10kN 테이블탑 프레스는 100만 회 연속 사이클 후에도 ±0.005mm의 성형 정확도를 유지했습니다. 이는 강성이 정밀도와 안전성을 모두 직접적으로 뒷받침한다는 것을 보여줍니다.

과부하 보호 시스템

과부하 보호 기능은 프레스에 내장된 안전 밸브와 같은 역할을 합니다. 최신 서보 프레스는 실시간 토크 제어, 전류 제한, 때로는 기계식 클러치를 사용하여 손상이 발생하기 전에 동작을 중지합니다.

저항이 사전 설정된 토크(일반적으로 정격 용량의 110-120%)를 초과하면 시스템이 즉시 중지되고 램이 후퇴합니다. 이렇게 하면 툴링과 프레스 본체를 모두 보호할 수 있습니다.

일부 시스템에는 토크가 한계를 초과하면 자동으로 해제되는 기계식 클러치가 통합되어 있습니다. 이 기능은 밀리초 단위가 중요한 고속 작업에 유용합니다.

⚙️ 예시: 커넥터 어셈블리 설정에서 과부하 트립으로 인해 3kN 프레스가 단 6ms 만에 멈췄습니다. 빠른 정지로 공구 파손을 방지하고 가동 중단 시간을 10분 이내로 제한했습니다.

보호 및 인클로저

물리적 가드는 첫 번째 방어선입니다. 높은 가시성을 유지하면서 작업자와 움직이는 부품을 분리합니다.

소형 서보 프레스는 투명 폴리카보네이트 가드를 사용하는 경우가 많습니다. 충격에 강하고 작업자가 작업 공간을 명확하게 볼 수 있습니다. 패널과 도어에는 안전 인터록이 장착되어 있어 가드가 열리면 모터의 전원이 즉시 차단됩니다.

라이트 커튼과 에어리어 스캐너는 추가적인 보호 층을 제공합니다. 손이나 물체가 빔을 부러뜨리면 10~20밀리초 이내에 프레스가 멈춥니다. 이러한 시스템은 잦은 수동 로딩 및 언로딩이 필요한 작업에서 가장 효과적입니다.

⚙️ 예시: 금형 표면에서 300mm 떨어진 곳에 라이트 커튼을 설치하면 램이 4mm 이상 움직이기 전에 5kN 프레스가 멈춰 부상을 방지할 수 있는 충분한 공간이 확보됩니다.

전기 및 제어 시스템 안전

프레임과 기계 장치가 안전하다면 다음 방어선은 전기 및 제어 시스템입니다. 이러한 시스템은 원치 않는 동작을 방지하고, 실시간으로 결함을 감지하며, 유지보수 또는 비상 시 전원을 안전하게 차단합니다.

비상 정지 및 안전 토크 오프(STO)

비상 정지(E-stop)는 모든 서보 프레스에서 가장 직접적인 안전 기능입니다. 이 버튼을 누르면 모터 신호가 차단되고 램이 즉시 정지합니다. 대부분의 프레스는 10밀리초 이내에 반응하므로 더 이상 움직일 시간이 없습니다.

안전 토크 차단(STO) 기능은 또 다른 수준의 제어 기능을 추가합니다. STO는 모든 전원을 차단하는 대신 모터의 토크 생성 기능을 제거하지만 로직 전원은 계속 켜두는 기능입니다. 이를 통해 예기치 않은 동작을 방지하는 동시에 문제가 해결되면 시스템을 빠르게 복구할 수 있습니다.

⚙️ 예시: PCB 조립에 사용되는 2kN 서보 프레스에서 STO는 위치 데이터를 그대로 유지하면서 토크 출력을 즉시 중단했습니다. 유지보수 직원은 전체 재부팅 없이도 잼을 제거하고 생산을 재개했습니다.

중복 회로 설계

서보 프레스는 비상 정지, 인터록 및 라이트 커튼을 포함한 모든 주요 신호에 대해 이중 채널 안전 회로를 사용합니다. 각 채널은 독립적으로 작동하며, 동작을 시작하기 전에 두 채널 모두 안전 상태를 확인해야 합니다.

한 채널에 장애가 발생하면 시스템이 즉시 불일치를 감지하고 프레스를 중지합니다. 안전 릴레이는 두 채널을 모두 모니터링하여 타이밍과 접점이 올바르게 작동하는지 확인합니다.

배선은 페일 세이프 원칙을 따르므로 전선이 끊어지거나 커넥터가 느슨해지면 시스템이 자동으로 "안전하지 않음"으로 설정됩니다. 이 설계는 사고를 유발할 수 있는 단일 지점 고장을 방지합니다.

⚙️ 예시: 듀얼 채널 릴레이가 장착된 10kN 프레스에서 한쪽에서 25ms 지연이 감지되었습니다. PLC는 즉시 문제를 파악하고 오류가 해결될 때까지 재가동을 차단했습니다.

전원 차단 및 잠금 메커니즘

안전한 유지보수는 완벽한 전원 차단에 달려 있습니다. 각 프레스에는 제어 전압과 서보 드라이브 전원을 포함하여 들어오는 모든 전원을 차단하는 주 전원 차단 스위치가 있어야 합니다.

서비스 중에는 LOTO(잠금/태그아웃) 절차를 통해 실수로 전원을 복원하는 일이 없도록 합니다. 각 기술자는 스위치를 잠그고 자신의 이름이 적힌 태그를 부착합니다. 모든 잠금이 제거된 후에만 전원이 다시 공급될 수 있습니다.

커패시터의 잔류 충전은 여전히 위험을 초래할 수 있습니다. 최신 프레스는 블리더 회로를 사용하여 종료 후 30~60초 이내에 저장된 에너지를 방전합니다.

⚙️ 예시: 툴을 조정하는 기술자는 주 차단기를 차단하고 LOTO를 적용한 후 "커패시터 방전 완료" 표시등이 켜질 때까지 기다린 후 가드 구역에 들어가며, 이 절차는 OSHA 및 CE 표준에 따른 절차입니다.