Bij precisiefabricage is veiligheid nooit optioneel. Kleine servopersen zien er misschien compact en netjes uit, maar ze leveren nog steeds een krachtige kracht. Zonder het juiste veiligheidsontwerp kunnen operators te maken krijgen met risico's zoals verwondingen aan handen of beschadiging van gereedschap naarmate servosystemen sneller en programmeerbaarder worden.
Een veilig klein servoperssysteem heeft verschillende beschermingslagen. Deze omvatten fysieke afschermingen, sensoren, vergrendelingen en noodstopknoppen. Elk onderdeel werkt samen om ongelukken te voorkomen, ongewone omstandigheden te detecteren en zowel de operator als de machine te beschermen. Als een systeem is ontworpen met veiligheid in gedachten, blijft het betrouwbaar en vermindert het de stilstandtijd.
Moderne persen zijn slimmer, maar dat maakt ze niet automatisch veiliger. De sleutel is het ontwerpen van een servopersopstelling die zowel mensen als productiviteit veilig houdt.
Inzicht in veiligheid in servoperssystemen
De veiligheid van servopersystemen hangt af van zowel een nauwkeurige besturing als een solide mechanisch ontwerp. In tegenstelling tot oudere persen werken servogestuurde modellen met digitale bewegingsprogramma's.
Wat maakt servopersen anders dan traditionele persen?
Servopersen gebruiken elektromotoren in plaats van hydraulische of pneumatische systemen. Door deze opzet is er geen risico op olielekkage of luchtdrukverlies. Het introduceert echter een nieuwe zorg - elke beweging is afhankelijk van softwarecommando's. Elke slag, snelheid en kracht volgt geprogrammeerde instructies. Elke slag, snelheid en kracht volgt geprogrammeerde instructies.
Deze digitale besturing biedt een uitstekende precisie. Een kleine programmeerfout kan echter leiden tot een onveilige beweging. Om dit te vermijden, vertrouwen servopersen op constante feedback van encoders, koppelsensoren en positiemonitoren. Deze sensoren controleren of de RAM tijdens elke cyclus precies beweegt zoals verwacht.
Veiligheid is sterk afhankelijk van de nauwkeurigheid van de terugkoppeling. Een encoder met hoge resolutie (20-bits of hoger) kan positieveranderingen van slechts 0,001 mm detecteren. Als het systeem een abnormale beweging detecteert, kan het de beweging onmiddellijk stoppen.
⚙️ Voorbeeld: In een servopers van 5 kN die wordt gebruikt voor de assemblage van smartphoneconnectoren, kan de koppelbegrenzing de ram binnen 8 milliseconden stoppen na detectie van overbelasting. Dit voorkomt schade aan zowel de matrijs als het onderdeel.
Veelvoorkomende veiligheidsuitdagingen in compacte perssystemen
Compacte servopersen worden meestal geïnstalleerd in de buurt van operators of geïntegreerd in testopstellingen. Hun kleine formaat brengt speciale veiligheidsuitdagingen met zich mee, vooral wanneer er weinig ruimte is voor afschermingen of afdekkingen.
Beknellingspunten zijn het meest voorkomende gevaar. Door de kleine schuifspleet en de korte slag kunnen handen of gereedschap gemakkelijk bij gevaarlijke plaatsen komen. Heldere schilden, lichtschermen of tweehandenbediening helpen ongelukken voorkomen.
Overbelasting treedt op wanneer onderdelen verkeerd zijn uitgelijnd of te strak zijn aangedraaid, waardoor ze niet goed passen. Servopersen regelen dit met torsiegrenzen, meestal ingesteld rond 110-120% van de nominale capaciteit. Als de limiet wordt bereikt, stopt de beweging en registreert het systeem de gebeurtenis ter controle.
Bewegingsfouten, zoals encoderdrift of synchronisatieverlies, kunnen optreden door trillingen of elektrische ruis. Technici voegen vaak reservesensoren toe of voeren referentiecontroles uit om nauwkeurige metingen te garanderen.
Mechanisch veiligheidsontwerp
Mechanische veiligheid is de basis van de betrouwbaarheid van een servopers. Elk onderdeel van de constructie moet bestand zijn tegen herhaalde belasting, trillingen onder controle houden en vervorming voorkomen.
Sterkte en stabiliteit van het frame
Het persframe is de kern van de veiligheid. Het draagt alle kracht die door de servomotor wordt gegenereerd. Als het frame buigt of verschuift, daalt de nauwkeurigheid en nemen de veiligheidsrisico's toe.
Kleine servopersen werken meestal tussen 1 en 30 kN. Zelfs een doorbuiging van 0,1 mm bij volle belasting kan de uitlijning van het gereedschap veranderen en onderdelen beschadigen. Om dit te voorkomen, gebruiken technici hoogvast staal, precisiebewerkte geleidingen en versterkte lasnaden bij de constructie van frames.
Finite Element Analysis (FEA) helpt bij het simuleren van hoe het frame met stress omgaat. De ontwerpers streven ernaar om de spanningsniveaus onder 60% van de vloeigrens te houden, wat stijfheid op lange termijn garandeert, zelfs na miljoenen cycli.
⚙️ Voorbeeld: Een tafelmodel pers van 10 kN met een C-frame ontwerp behield een vormnauwkeurigheid van ±0,005 mm na een miljoen continue cycli. Dit toont aan dat stijfheid zowel precisie als veiligheid direct ondersteunt.
Beveiligingssystemen tegen overbelasting
Overbelastingsbeveiliging werkt als een ingebouwd veiligheidsventiel voor de pers. Moderne servopersen gebruiken real-time koppelregeling, stroomlimieten en soms mechanische koppelingen om de beweging te stoppen voordat er schade optreedt.
Als de weerstand het vooraf ingestelde koppel overschrijdt - meestal 110-120% van de nominale capaciteit - stopt het systeem onmiddellijk en trekt de ram terug. Dit beschermt zowel het gereedschap als het perslichaam.
Sommige systemen hebben mechanische koppelingen die automatisch uitschakelen wanneer het koppel de limiet overschrijdt. Deze functie is handig bij hogesnelheidsbewerkingen waarbij elke milliseconde telt.
⚙️ Voorbeeld: In een installatie voor connectorassemblage stopte een overbelastingstrip een pers van 3 kN in slechts 6 ms. De snelle stop voorkwam gereedschapbreuk en beperkte de stilstandtijd tot minder dan 10 minuten.
Afscherming en omheiningen
Fysieke afschermingen vormen de eerste verdedigingslinie. Ze scheiden de operator van bewegende onderdelen terwijl ze goed zichtbaar blijven.
Compacte servopersen gebruiken vaak doorzichtige afschermingen van polycarbonaat. Deze zijn slagvast en laten operators duidelijk de werkruimte zien. Panelen en deuren zijn voorzien van veiligheidsvergrendelingen, dus als een afscherming opengaat, wordt de stroomtoevoer naar de motor onmiddellijk onderbroken.
Lichtschermen en gebiedsscanners bieden een extra beschermingslaag. Als een hand of voorwerp de lichtbundel breekt, stopt de pers binnen 10-20 milliseconden. Deze systemen zijn het meest effectief bij bewerkingen waarbij vaak handmatig moet worden geladen en gelost.
⚙️ Voorbeeld: Een lichtscherm op 300 mm van het matrijsoppervlak stopte een pers van 5 kN voordat de ram meer dan 4 mm bewoog - genoeg ruimte om letsel te voorkomen.
Veiligheid van elektrische en besturingssystemen
Zodra het frame en de mechanica veilig zijn, is de volgende verdedigingslinie het elektrische en besturingssysteem. Deze systemen voorkomen ongewenste bewegingen, detecteren storingen in realtime en isoleren de stroom veilig tijdens onderhoud of noodgevallen.
Noodstop en veilige uitschakeling (STO)
De noodstop (E-stop) is de meest directe veiligheidsfunctie op een servopers. Wanneer deze wordt ingedrukt, worden de motorsignalen onderbroken en stopt de ram onmiddellijk. De meeste persen reageren in minder dan 10 milliseconden, waardoor er geen tijd overblijft voor verdere beweging.
De functie Safe Torque Off (STO) voegt nog een controleniveau toe. In plaats van alle stroom uit te schakelen, verwijdert STO het vermogen van de motor om koppel te produceren, maar houdt de logische stroom ingeschakeld. Dit voorkomt ongeplande beweging terwijl het systeem snel kan herstellen zodra het probleem is verholpen.
⚙️ Voorbeeld: In een servopers van 2 kN die wordt gebruikt voor printplaatassemblage, stopte de STO de koppeluitvoer onmiddellijk terwijl de positiegegevens intact bleven. Onderhoudspersoneel verwijderde de blokkering en herstartte de productie zonder dat een complete reboot nodig was.
Ontwerp van redundante circuits
Servopersen maken gebruik van veiligheidschakelingen met twee kanalen voor alle belangrijke signalen, waaronder noodstops, vergrendelingen en lichtschermen. Elk kanaal werkt onafhankelijk en beide moeten een veilige toestand bevestigen voordat de beweging begint.
Als één kanaal faalt, detecteert het systeem onmiddellijk de fout en stopt het de pers. Veiligheidsrelais bewaken beide kanalen om ervoor te zorgen dat timing en contacten correct functioneren.
De bedrading is gebaseerd op fail-safe principes, wat betekent dat een gebroken draad of losse connector het systeem automatisch op "onveilig" zet. Dit ontwerp voorkomt enkelvoudige storingen die ongelukken kunnen veroorzaken.
⚙️ Voorbeeld: Een pers van 10 kN met relais met twee kanalen detecteerde een vertraging van 25 ms aan één kant. De PLC identificeerde het probleem onmiddellijk en blokkeerde de herinschakeling totdat de storing was verholpen.
Stroomisolatie en vergrendelingsmechanismen
Veilig onderhoud is afhankelijk van volledige stroomisolatie. Elke pers moet een hoofdschakelaar hebben die alle inkomende stroom afsluit, inclusief stuurspanning en servoaandrijving.
Tijdens het onderhoud zorgt de Lockout/Tagout (LOTO) procedure ervoor dat niemand per ongeluk de stroom kan herstellen. Elke technicus vergrendelt de schakelaar en bevestigt er een tag met zijn naam op. De stroom kan pas worden hersteld als alle vergrendelingen zijn verwijderd.
Restlading in condensatoren kan nog steeds een gevaar vormen. Moderne persen gebruiken ontluchtingscircuits om opgeslagen energie binnen 30-60 seconden na het uitschakelen te ontladen.
⚙️ Voorbeeld: Een technicus die gereedschap aanpast, schakelt de hoofdschakelaar uit, past LOTO toe en wacht op het lampje "Condensatorontlading voltooid" voordat hij de bewakingszone betreedt - een procedure die in lijn is met de OSHA- en CE-normen.
Motion Control en softwareveiligheid
Motion control definieert hoe een servopers in elke situatie beweegt. Aangezien servosystemen vertrouwen op geprogrammeerde beweging in plaats van vloeistofkracht, is veiligheid het resultaat van zorgvuldige software-instelling, geverifieerde limieten en intelligente foutdetectie.
Programmeerbare limieten en veilige zones
Servopersen regelen slag, snelheid en kracht met digitale precisie. Deze instellingen werken binnen door software gedefinieerde veilige zones, die dienen als ingebouwde limieten. De machine houdt voortdurend de positie en het koppel bij om ervoor te zorgen dat de beweging binnen die grenzen blijft.
Programmeerbare limieten fungeren als onzichtbare muren. Als de ram buiten het ingestelde bereik komt of de toegestane kracht overschrijdt, stopt de besturing de beweging onmiddellijk. Zo kan een servopers van 10 kN tijdens het instellen worden beperkt tot een slag van 75 mm en een kracht van 8,5 kN om contact met gereedschap te voorkomen.
Veilige zones zijn handig bij het wisselen van onderdelen of bij handmatige bewerkingen. In de instelmodus vertragen functies zoals SLS (Safe Limited Speed) en SP (Safe Position) de pers tot minder dan 10 mm/s, zodat operators tijd hebben om te reageren voordat er een beweging met volle kracht plaatsvindt.
⚙️ Voorbeeld: In een assemblagelijn voor connectoren vertraagde de SLS-modus de beweging van de 90% tijdens kalibratie van de opspanning, waardoor veilige handmatige aanpassingen mogelijk waren zonder de stroom uit te schakelen.
💡 Tip: Controleer de slag- en krachtinstellingen altijd opnieuw nadat het programma is gewijzigd. Zelfs een kleine verschuiving van de coördinaten kan de ram buiten zijn veilige bereik duwen.
Deze programmeerbare limieten houden de pers volledig onder controle en zorgen ervoor dat elke beweging het juiste pad volgt - en dat het systeem onmiddellijk reageert als er iets ongewoons gebeurt.
Kracht-verplaatsingsmonitoring
Elke servoperscyclus produceert een kracht-verplaatsingscurve die laat zien hoe de kracht tijdens de slag verandert. Door deze curve te vergelijken met een opgeslagen referentie kan de pers kleine afwijkingen detecteren voordat ze schade of veiligheidsrisico's veroorzaken.
Als de werkelijke curve meer dan ±3-5% afwijkt, stopt het systeem de beweging en waarschuwt het de operator. Deze real-time vergelijking helpt bij het identificeren van vroege gereedschapsslijtage, materiaalveranderingen of uitlijnfouten.
⚙️ Voorbeeld: Tijdens het inbrengen van een pen bleek een geleidelijke verschuiving van 0,15 mm in de verplaatsingscurve over 200 cycli dat de bus versleten was. Onderhoud verving de bus voordat deze schade veroorzaakte.
Integratie van veiligheids-PLC's
De kern van softwarematige veiligheid wordt gevormd door de veiligheids-PLC: een gespecialiseerde controller die alle veiligheidslogica beheert, naast de primaire motion control.
Een veiligheids-PLC gebruikt dubbele processors en gecertificeerde software om te voldoen aan ISO 13849 (PL e) of IEC 62061 (SIL 3) normen. De PLC bewaakt ingangen zoals noodstops, vergrendelingen en sensoren en reageert onmiddellijk als zich een onveilige situatie voordoet.
Naast de basisstopfuncties biedt het geavanceerde veilige bewegingsmodi zoals:
- SLS (veilige beperkte snelheid): Beperkt de snelheid wanneer machinisten binnen beschermde zones werken.
- SOS (Safe Operating Stop): Houdt de positie vast terwijl het koppel uitgeschakeld blijft voor inspectie.
- SDI (Veilige Richting): Staat beweging in slechts één richting toe tijdens bepaalde operaties.
⚙️ Voorbeeld: Tijdens een testrun merkte de PLC Safety onregelmatige encoderterugkoppeling op en activeerde de SOS-modus. De pers stopte halverwege de beweging om een botsing tussen het gereedschap en het onderdeel te voorkomen.
Bedieningsinterface en ergonomie
De operatorinterface is waar technologie en mensen elkaar ontmoeten. Goede ergonomie en eenvoudige bedieningen maken van veiligheid een vanzelfsprekende gewoonte.
Veiligheidsfuncties mens-machine-interface (HMI)
De HMI moet veilige bediening eenvoudig maken. Een duidelijke lay-out, heldere kleurenindicatoren en een logisch schermverloop helpen operators snel en correct te reageren.
Moderne servopersen maken vaak gebruik van touchscreen HMI's die de status van de machine in één oogopslag weergeven:
- Groen - "Klaar".
- Geel - "Waarschuwing
- Rood - "Stop
Deze signalen worden ondersteund door geluidswaarschuwingen voor belangrijke gebeurtenissen zoals overbelasting of het openen van een veiligheidsdeur. Bevestigingsmeldingen in twee stappen voorkomen het per ongeluk starten van cycli door operators te vragen acties te verifiëren voordat ze verdergaan.
⚙️ Voorbeeld: In een assemblagelijn voor connectoren zorgde het toevoegen van een bevestiging in twee stappen aan de HMI voor een vermindering van het aantal onbedoelde starts met 35%.
Werkstationontwerp en toegankelijkheid
Ergonomisch ontwerp houdt bestuurders comfortabel en alert. Slecht geplaatste pedalen, schakelaars of werkoppervlakken kunnen leiden tot vermoeidheid en verminderde reacties tijdens kritieke momenten.
Een goede opstelling past bij de operator, niet andersom. Verstelbare tafelhoogtes (850-950 mm), schuine armaturen en kantelbare plateaus stellen werknemers in staat om een natuurlijke houding aan te nemen tijdens lange diensten.
Verlichting is ook essentieel. Zachte LED-verlichting in de buurt van de pers vermindert schitteringen en schaduwen en verbetert de zichtbaarheid bij het plaatsen of inspecteren van onderdelen. Antislipvloeren en een vrije voetruimte helpen voorkomen dat het pedaal per ongeluk wordt ingedrukt.
⚙️ Voorbeeld: Het herontwerpen van een werkstation voor een 5 kN bankdrukbank verbeterde de cyclussnelheid met 12% en maakte bijna een einde aan klachten over overbelasting van de pols.
Opleidings- en autorisatieniveaus
Training maakt van ingebouwde veiligheidsfuncties een absolute bescherming. Bedieners moeten niet alleen weten hoe ze de pers moeten bedienen, maar ook hoe ze de signalen, alarmen en statuslampjes moeten interpreteren.
Een uitgebreide training moet het volgende omvatten:
- Veilig opstarten en afsluiten
- E-stop en STO-testprocedures
- Kracht-verplaatsingscurven lezen en begrijpen
- Correcte reacties op overbelasting of bewegingsfouten
Trapsgewijze toegangscontrole helpt ook om fouten te voorkomen. Operators voeren goedgekeurde programma's uit, technici zorgen voor de instellingen en technici passen de systeemparameters aan. De toegang wordt verzekerd door wachtwoorden of RFID-kaarten, die voor traceerbaarheid zorgen en onbevoegde bewerkingen voorkomen.
⚙️ Voorbeeld: Een toegangssysteem met drie niveaus - Operator, Technicus, Ingenieur - 40% minder programmeerfouten en minder stilstand door verkeerde instellingen.
Praktijken voor onderhoud en risicovermindering
Een servopers blijft alleen veilig als de veiligheidssystemen regelmatig worden onderhouden. Preventief en predictief onderhoud zorgen ervoor dat de pers gedurende zijn hele levensduur veilig en nauwkeurig blijft werken.
Routine-inspecties en sensorkalibratie
Regelmatige controles vormen de basis van een veilig systeem. Bestuurders moeten aan het begin van elke dienst alle noodstops, vergrendelingen en lichtschermen controleren.
Mechanische onderdelen zoals glijrails, bouten en geleidepennen moeten gecontroleerd worden op loszitten, krassen of ongewone slijtage. Een snelle trillingstest is ook nuttig - elke waarde van meer dan 0,3 mm/s RMS kan duiden op een verkeerde uitlijning of onbalans.
Sensoren en encoders moeten ook regelmatig gekalibreerd worden om hun nauwkeurigheid te behouden. Voor de meeste persen voor licht gebruik werkt een cyclus van 6-12 maanden goed. Bij systemen voor intensief gebruik wordt elke drie maanden kalibreren aanbevolen.
⚙️ Voorbeeld: Een faciliteit die 25.000 cycli per week uitvoert, herkalibreert elk kwartaal de koppelsensoren. Het verloop van de sensor daalde van 0,4% naar minder dan 0,05%, waardoor de krachtnauwkeurigheid binnen de veiligheidsgrenzen blijft.
Voorspellende bewaking en gegevensregistratie
Digitale bewaking brengt onderhoud een stap verder. De servopers registreert continu de motorstroom, temperatuur en krachtverplaatsingsgegevens. Door deze gegevens te bestuderen, kunnen technici kleine problemen opsporen voordat ze uitgroeien tot grote storingen.
Voorspellende analyse zoekt naar trends - een geleidelijke stijging van het motorkoppel of een langzamere reactietijd duidt vaak op slijtage of een verkeerde uitlijning. Als een meting meer dan 5% afwijkt van het normale bereik, waarschuwt het systeem het onderhoudspersoneel om een onderzoek in te stellen.
⚙️ Voorbeeld: Een servopers van 3 kN vertoonde een langzame toename van de koppelwaarden. Het onderhoudsteam vond een versleten kogellager en verving dit tijdens de geplande stilstand, waardoor een volledige productiestop werd voorkomen.
Beleid voor reserveonderdelen en vervanging
Zelfs de best ontworpen pers is afhankelijk van de kwaliteit van de onderdelen. Het gebruik van niet-gecertificeerde of niet op elkaar afgestemde onderdelen kan de veiligheidswaardering verlagen en de naleving van regelgeving in gevaar brengen.
Alle vervangingsonderdelen - sensoren, relais en aandrijvingen - moeten overeenkomen met het originele Performance Level (PL) of Safety Integrity Level (SIL). Houd een duidelijke inventaris bij van gecertificeerde reserveonderdelen, inclusief reserveonderdelen met traceerbare serienummers en begeleidende documentatie, om nauwkeurige en tijdige vervanging te garanderen.
Kritische veiligheidsonderdelen zoals noodstoprelais en lichtschermen moeten elke 3-5 jaar worden vervangen, of eerder als ze worden blootgesteld aan hitte, trillingen of stof.
⚙️ Voorbeeld: Eén faciliteit verving alle veiligheidsrelais om de vier jaar. Als gevolg daarvan daalde het aantal onverwachte circuitfouten met 70% in vergelijking met het vervangen van de relais alleen wanneer ze defect raakten.
Conclusie
Veiligheid in kleine servopersen is meer dan een add-on - het is de basis die precisiefabricage ondersteunt. Elke laag, van mechanisch ontwerp tot bewegingssoftware, draagt bij aan stabiele prestaties en bescherming van de operator. Als deze systemen op de juiste manier worden gecontroleerd, onderhouden en gebruikt, zorgen ze samen voor een productieopstelling die zowel veilig als betrouwbaar is.
Wilt u de veiligheid en prestaties van uw servoperssystemen verbeteren? Ons engineeringteam kan uw huidige installatie evalueren, controleren of deze voldoet aan de normen en veiligheidsupgrades aanbevelen die zijn afgestemd op uw specifieke behoeften. Neem vandaag nog contact met ons op om je project te bespreken of een gedetailleerde risicobeoordeling aan te vragen.
FAQs
Aan welke veiligheidsnormen moet een kleine servopers voldoen?
Een kleine servopers moet voldoen aan ISO 12100 voor risicobeoordeling, ISO 13849 of IEC 62061 voor besturingsbetrouwbaarheid en OSHA 1910/ANSI B11 voor bewaking en operationele veiligheid, afhankelijk van de regio waar de pers is geïnstalleerd.
Hoe beschermt Safe Torque Off (STO) operators?
STO schakelt het motorkoppel onmiddellijk uit terwijl het stuurvermogen actief blijft. Hierdoor stopt de beweging veilig zonder het hele systeem uit te schakelen, zodat onderhoud of het wisselen van gereedschap snel en veilig kan gebeuren.
Wat is het verschil tussen mechanische en softwarematige veiligheid?
Mechanische veiligheid vertrouwt op de structuur van de machine en fysieke afschermingen om contact of letsel te voorkomen. Softwareveiligheid beheert programmeerbare limieten, krachtbewaking en PLC-veiligheidslogica om onveilige bewegingen binnen gedefinieerde zones te voorkomen.
Kunnen servopersen veilig worden gebruikt met cobots of geautomatiseerde systemen?
Ja. Servopersen werken veilig samen met samenwerkende robots als ze zijn uitgerust met SIL 3-aandrijvingen, veilige communicatieprotocollen zoals PROFIsafe of EtherCAT Safety, en zonebewaking waardoor mensen en robots een werkruimte veilig kunnen delen.
Hoe vaak moeten veiligheidsinspecties worden uitgevoerd?
Dagelijkse functionele controles zijn essentieel voordat de productie start. Volledige kalibratie, validatie en gegevenscontrole moeten elke 3-6 maanden worden uitgevoerd, of wanneer er hardware of software wordt gewijzigd.
Hey, ik ben Kevin Lee
De afgelopen 10 jaar heb ik me verdiept in verschillende vormen van plaatbewerking en ik deel hier de coole inzichten die ik heb opgedaan in verschillende werkplaatsen.
Neem contact op
Kevin Lee
Ik heb meer dan tien jaar professionele ervaring in plaatbewerking, gespecialiseerd in lasersnijden, buigen, lassen en oppervlaktebehandelingstechnieken. Als technisch directeur bij Shengen zet ik me in om complexe productie-uitdagingen op te lossen en innovatie en kwaliteit in elk project te stimuleren.
