선형 액추에이터는 원형 운동을 직선 운동으로 변환할 수 있는 자립형 구조 시스템입니다. 이 운동은 모터에 의해 생성되며 축을 따라 움직임(또는 힘)을 전달합니다. 이러한 점에서 선형 액추에이터는 원형 운동으로 작동하는 기존의 전기 모터와는 작동 방식이 다릅니다.

선형 액추에이터가 무엇인지 이해하는 것은 다양한 응용 분야를 파악하는 데 매우 중요합니다. 선형 액추에이터는 하중을 밀거나 당기거나, 올리거나 내리거나, 기울이는 등의 움직임을 만들어내는 데 크게 도움이 됩니다.

선형 액추에이터는 다양한 작업을 수행할 수 있기 때문에 여러 유형이 있습니다. 예상하시다시피 모든 선형 액추에이터가 정확히 같은 용도로 사용되는 것은 아닙니다. 선형 액추에이터가 무엇이며 어떤 기능을 하는지 더 잘 이해하기 위해 이러한 장치의 일반적인 응용 분야 몇 가지를 살펴보겠습니다.

선형 액추에이터는 무엇에 사용되나요?

모든 종류의 선형 액추에이터가 동일한 것은 아니지만, 동력을 이용하여 유사한 직선 운동을 만들어냅니다. 선형 액추에이터는 물체나 물건을 직선으로 이동시키는 역할을 할 뿐만 아니라, 이러한 움직임을 정밀하고 빠른 속도로 구현합니다.

선형 구동 시스템은 회전 운동을 선형 운동으로 변환하여 특정 작업 및 전체 생산에서 탁월한 효율성을 제공합니다. 그러나 선형 구동 시스템 내의 다양한 유형의 선형 액추에이터는 사용 목적에 따라 더 적합할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

최적의 선택은 특정 공정 및 이송해야 하는 재료에 따라 달라집니다. 선형 구동 시스템 요구 사항의 미묘한 차이를 이해하는 것은 용도에 가장 적합한 액추에이터를 선택하는 데 매우 중요합니다.

정밀 선형 액추에이터는 다축 직교 로봇 시스템과 결합하여 가장 흔하게 사용됩니다. 또한 기계의 필수 구성 요소로 사용되는 경우도 많습니다.

주요 부문:

전기식 선형 액추에이터는 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다. 소규모 사업장이든 매일 상당한 양의 자재를 이송하는 대규모 사업장이든 관계없이, 사업 규모에 맞는 최적의 선형 액추에이터를 찾을 수 있습니다.

따라서 아래 목록은 모든 분야를 망라하는 것이 아니라, 단지 몇 가지 일반적인 예시일 뿐입니다. 이러한 분야들이 통제되고 정밀한 선형적 움직임으로부터 이점을 얻는 이유를 쉽게 알 수 있습니다.

1. 산업 자동화
2. 생산 공정에서의 서보 모터 및 픽앤플레이스 시스템
3. 조립
4. 포장 및 팔레트 적재

 

실제로 다음과 같은 응용 프로그램을 생각해 보세요.

1. 레이저 또는 플라즈마 절단기
2. 가공 부품의 적재 및 하역
3. 생산 라인의 가공 센터에 원료 공급
4. 또는 산업용 인간형 로봇을 추가적인 외부 축을 따라 이동시켜 동작 범위를 확장하는 것

이러한 모든 응용 분야에서는 하나 이상의 선형 액추에이터가 사용됩니다. 사용되는 선형 액추에이터의 종류는 정밀도, 하중 용량 및 속도와 같은 다양한 요소에 따라 달라집니다. 일반적으로는 동작 전달 방식이 차이를 만드는 핵심 요소입니다.

동력 전달 방식에는 크게 세 가지 유형이 있습니다.벨트 / 랙 앤 피니언 / 스크류.

올바른 액추에이터를 선택하려면 어떻게 해야 할까요? 새로운 응용 분야를 다루는 산업 디자이너는 어떤 변수를 고려해야 할까요?

선형 운동 솔루션에 대해 논의할 때 가장 중요한 것은 올바른 관점에서 문제를 바라보는 것입니다. 구체적으로 말하자면, 이는 당면한 응용 분야를 고려하는 것을 의미합니다. 필요한 선형 액추에이터의 유형을 결정할 때 이것이 항상 최우선 고려 사항입니다.

정밀 선형 액추에이터를 선택할 때는 결과 및 성능에 대한 기대치를 명확하게 정의하는 것이 중요합니다. 이 상세 분석을 통해 귀사의 정확한 요구 사항에 맞는 정밀 선형 액추에이터를 선택할 수 있습니다.

이러한 요소들을 철저히 고려하면 필요한 정밀 선형 액추에이터의 유형뿐만 아니라 애플리케이션에서 최적의 성능을 보장하는 특정 사양까지 더 잘 파악할 수 있을 것입니다.

이러한 신중한 선정 과정을 통해 선택하신 정밀 선형 액추에이터가 최고의 정확성과 신뢰성으로 고객의 고유한 요구 사항을 충족할 수 있도록 보장합니다.

그러므로 먼저 필요한 역동성, 스트로크 길이 및 정밀도를 고려하는 것이 좋습니다. 이제 이러한 요소들을 자세히 살펴보겠습니다.

하이 다이내믹스

산업 디자인 분야에서 디자이너의 요구 사항은 대개 속도와 관련이 깊습니다. 특히 사이클 타임 단축이 중요한 경우가 많습니다. 포장 산업이 좋은 예입니다. 포장이 더욱 정밀하고 신속하게 이루어질수록 제품 출하 속도가 빨라지기 때문입니다.

따라서 높은 역동성이 솔루션을 정의할 때 흔히 출발점이 되는 것은 놀라운 일이 아닙니다.

벨트 구동 방식은 다음과 같은 이유로 높은 동적 성능이 요구되는 상황에서 이상적인 솔루션인 경우가 많습니다.

1. 이 제품은 최대 50m/s²의 가속도와 최대 5m/s의 속도를 10~12m 길이의 스트로크에서 낼 수 있도록 설계되었습니다.
2. 벨트 구동식 축을 갖춘 XYZ 포털은 극히 작은 하중부터 약 200kg에 이르는 하중을 처리할 수 있습니다.
3. 윤활 방식에 따라 이러한 시스템은 특히 긴 유지보수 간격을 제공하여 생산의 연속성을 보장할 수 있습니다.

때로는 10~12m 이상의 긴 스트로크에서 높은 동적 성능이 요구될 때가 있습니다. 이러한 경우 랙 앤 피니언 구동 방식의 액추에이터가 탁월한 솔루션이 될 수 있습니다. 이 선형 액추에이터는 최대 10m/s²의 가속도와 최대 3.5m/s의 속도를 구현할 수 있으며, 잠재적으로 무한한 스트로크 범위에서 작동 가능하기 때문입니다.

랙 앤 피니언 액추에이터 모델은 바퀴와 차축의 개념을 구현합니다. 구체적으로, 회전하는 바퀴가 케이블, 체인 또는 벨트를 움직여 직선 운동을 생성합니다.

다른 유형의 액추에이터를 선택한다고 해서 동일한 결과가 보장되는 것은 아닙니다. 예를 들어, 훨씬 더 정밀한 스크류 시스템은 속도가 너무 느릴 것입니다. 이러한 액추에이터로는 긴 스트로크를 처리할 수 없습니다.

스크류 액추에이터는 나사를 회전시켜 앞으로 밀어내는 매우 흔한 도구이지만, 사용 환경에 따라 속도에 한계가 있을 수 있습니다.

긴 스트로크

직교 로봇 공학의 일반적인 XYZ 구성에서 선형 액추에이터로 제작된 시스템은 종종 긴 스트로크를 갖습니다. 이는 픽앤플레이스(pick-and-place) 및 가공 센터 공급과 같은 응용 분야에서 흔히 볼 수 있습니다. 이러한 긴 생산 라인으로 인해 스트로크 길이는 수십 미터에 달할 수 있습니다.

게다가, 많은 경우 이러한 긴 스트로크(주로 Y축 관련)는 상당히 무거운 하중을 처리해야 합니다. 경우에 따라 하중의 무게가 수백 킬로그램에 달할 수도 있습니다. 또한, 이러한 긴 스트로크에서는 여러 개의 수직 Z축이 독립적으로 작동합니다.

이러한 유형의 응용 분야에서 Y축 구동에 가장 적합한 액추에이터는 랙 앤 피니언 구동 방식입니다. 그 이유는 다음과 같은 여러 가지 요인 때문입니다.

1. 랙 앤 피니언 시스템의 견고성 덕분에, 이 시스템은 잠재적으로 무제한적인 스트로크 범위에서 작동할 수 있습니다. 또한, 견고성, 정밀도 및 효율성을 유지하면서 작동할 수 있습니다.
2. 구동 장치 내부에는 유도 경화 처리된 강철 랙을 갖춘 액추에이터가 있으며, 이 랙에는 경사진 톱니가 있습니다. 이 톱니는 재순환 볼 베어링 레일 또는 프리즘형 레일을 따라 미끄러집니다.
3. 각각 자체 모터를 갖춘 여러 개의 캐리지를 설치할 수 있는 옵션을 통해 여러 개의 독립적인 수직 Z축을 구현할 수 있습니다.

벨트 시스템은 최대 10~12m의 스트로크에 이상적입니다. 하지만 볼 스크류 액추에이터는 (긴 스트로크의 경우) 임계 속도에 의해 제한됩니다.

위치 반복성

반면에 설계자가 최대한의 정밀도를 추구하는 경우도 있습니다. 마이크로 부품 조립이나 특정 의료 분야 응용 분야가 그러한 경우일 수 있습니다. 이러한 경우에는 볼 스크류 드라이브가 장착된 선형 축이 유일한 선택입니다.

스크류 구동식 선형 액추에이터는 이러한 관점에서 최고의 성능을 제공합니다. 이는 주로 ±5μm에 달하는 높은 위치 반복 정밀도를 갖기 때문입니다. 벨트 구동식이나 스크류 구동식 액추에이터는 이러한 성능을 따라잡을 수 없습니다. 벨트 구동식과 스크류 구동식 선형 액추에이터 모두 최대 ±0.05mm의 위치 반복 정밀도를 달성할 수 있습니다.