기계 자동화는 산업 자동화에서 매우 중요한 부분입니다. 기계 자동화는 병입기, 포장기, 라벨 부착기 등과 같이 실제 생산 활동을 빠르고 정확하게 수행하는 공정을 다룹니다. 제품의 정확한 수량 확인과 관련된 공정을 기계 자동화 공정이라고 합니다.

모션 제어는 기계 자동화에서 중요한 부분입니다. 모션을 제어함으로써 기계 부품의 움직임을 지속적으로 직접 제어할 수 있기 때문입니다. 기계 부품의 제어는 원하는 결과물을 정확하게 생산하는 데 기여합니다. 모션 제어는 크게 선형 모션 제어와 회전 모션 제어의 두 가지 범주로 나뉩니다.

직선 운동이란 무엇인가요?

이름에서 알 수 있듯이, 선형 운동은 기계 부품이 직선으로 움직이는 활동입니다. 예를 들어, 절단기를 생각해 보세요. 공장에서 초콜릿 케이크를 생산한다고 가정해 봅시다. 생산 라인에서 케이크를 정기적으로 잘라 작은 조각으로 만들어야 합니다. 이때 절단기는 수직 방향으로 계속 절단하도록 제어됩니다. 이것이 바로 선형 운동입니다.

선형 운동의 일반적인 용도로는 선형 모터, 가이드, 베어링 및 액추에이터 등이 있습니다. 선형 운동에 사용되는 다양한 실제 제품들을 살펴보면서 개념을 더 잘 이해해 보겠습니다.

선형 운동 장치

액추에이터는 공압으로 작동하는 장치로, 전기가 공급되면 공기를 흡입하여 스스로를 밀어 움직여 작업을 수행합니다. 전원이 차단되면 공기 흡입구가 막히고 원래 위치로 되돌아갑니다. 이것이 액추에이터에 대한 가장 기본적인 정의입니다.

선형 액추에이터

선형 액추에이터는 이름에서 알 수 있듯이 직선으로 움직이며, 작동 시 필요한 동작을 수행합니다. 직선 운동과 관련하여 고려해야 할 중요한 요소 중 하나는 XY축 운동입니다. 액추에이터는 X축 또는 Y축 방향으로 움직일 수 있습니다. 따라서 선형 액추에이터를 설계하고 사용할 때는 이 요소를 반드시 고려해야 합니다. 이 두 축 외에도 Z축 방향 운동도 선형 액추에이터에 포함됩니다.

선형 액추에이터를 프로그래밍할 때는 액추에이터가 한 방향으로만 움직여야 하는지, 아니면 여러 방향으로 동시에 움직여야 하는지를 알아야 합니다. 이는 액추에이터의 기계적 견고성, 신뢰성 및 정확도를 결정하는 데 중요합니다. 선형 액추에이터는 대부분 캐리지나 레일을 따라 움직이므로, 적용 분야에 따라 이 또한 고려해야 합니다.

볼 스크류 액추에이터

볼 스크류 액추에이터는 볼 베어링의 재순환을 통해 기계식 스크류에 동력을 전달합니다. 스크류는 볼 베어링의 지속적인 재순환을 통해 움직이며, 이를 통해 빠르고 효율적으로 직선 방향으로 회전할 수 있습니다.

전체 어셈블리는 나사산 축을 따라 이동하며 회전 운동을 직선 운동으로 변환합니다. 이 장치는 높은 토크를 제공하고 마찰이 적어 가동 중지 시간을 줄이고 작동 중 발생하는 열도 적습니다.

벨트 구동 액추에이터

벨트 구동 액추에이터는 선형 운동 기술의 또 다른 혁신입니다. 이 액추에이터는 두 개의 원형 풀리 사이에 연결된 타이밍 벨트를 통해 컨베이어 벨트 시스템과 동일하게 작동합니다.

컨베이어 벨트가 두 위치 사이를 직선으로 이동하는 것을 보면 알 수 있듯이, 벨트 구동 액추에이터에도 동일한 기술이 적용됩니다. 벨트 구동 장치는 알루미늄 본체 내부에 있으며, 하중을 운반하는 캐리지는 레일을 따라 그 위를 이동합니다.

직선 운동 시 고려해야 할 요소 – 중요한 요소 몇 가지는 아래에 설명되어 있습니다.

힘

앞서 논의한 바와 같이, 선형 운동은 단일 축 또는 다축을 따라 움직일 수 있습니다. 물체는 하중을 운반하거나 자유롭게 움직여 다른 작업을 수행할 수 있습니다.

어떤 면에서든, 힘은 적합한 장치를 선택하는 데 매우 중요한 요소입니다. 운반해야 할 하중의 무게(있는 경우)나 목적지까지 도달해야 하는 속도에 따라 힘은 매우 중요한 역할을 합니다. 또한, 힘은 작업을 수행하는 데 필요한 마찰력을 결정하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

속도

기계 자동화에서 시간은 매우 중요한 역할을 합니다. 제품을 생산하는 과정에서 생산 속도가 느리면 기계는 무용지물이 되기 때문입니다. 따라서 속도와 힘을 종합적으로 고려하면 기계 작동에 필요한 동력을 알 수 있습니다. 기계가 상당한 무게를 처리할 수 있더라도 작동 속도가 느리면 생산 활동에 심각한 차질을 초래할 수 있습니다.

또한 속도를 고려할 때는 가속 시간과 감속 시간, 두 가지 시간 요소를 모두 고려해야 합니다. 만약 빠르게 감속해야 한다면, 해당 장치는 급격한 속도 저하나 마찰 손실 없이 신속하게 감속할 수 있어야 합니다. 가속 시간의 경우에도 마찬가지입니다.

기본적으로 기기가 설정된 시간 내에 오작동하지 않도록 주의해야 합니다 (모든 기기에는 설정 시간상의 한계가 있지만, 적어도 주어진 범위 내에서는 제대로 작동해야 합니다).

스트로크 길이

선형 액추에이터를 다룰 때는 액추에이터의 이동 거리를 알아야 합니다. 모든 유형의 선형 모션 장치는 고유한 스트로크 길이를 가지고 있습니다. 스트로크 길이가 길수록 기계를 조작할 수 있는 유연성이 커집니다.

이는 최종 제품에 더 쉽게 접근할 수 있고, 기계를 어느 정도 떨어진 곳에 설치할 수 있어 다른 것을 놓을 공간을 더 확보할 수 있기 때문입니다.

듀티 사이클

선형 운동 장치를 지속적으로 작동시킬 때, 내구성과 견고성 측면에서 수명이라는 것이 존재합니다. 하루 또는 1년에 몇 번이나 문제없이 기계를 작동시킬 수 있는지가 작동 주기, 즉 기계의 작동 빈도를 결정합니다.