기계 자동화는 산업 자동화에서 매우 중요한 부분입니다. 기계 자동화는 병 충진기, 포장기, 라벨링 기계 등 실제 생산 활동을 빠르고 정확하게 수행하는 프로세스를 다룹니다. 제품의 실제 개수를 처리하는 프로세스를 기계 자동화 프로세스라고 합니다.

따라서 모션 제어는 기계 자동화의 중요한 부분입니다. 모션을 제어하면 기계 부품의 움직임을 지속적으로 직접 제어할 수 있기 때문입니다. 기계 부품 제어는 원하는 결과를 정확하게 생산하는 데 도움이 됩니다. 모션 제어는 크게 선형 모션과 회전 모션의 두 가지 범주로 나뉩니다.

직선운동이란 무엇인가?

이름에서 알 수 있듯이 선형 운동은 기계 부품이 직선으로 움직이는 활동입니다. 예를 들어, 절단기를 생각해 보세요. 공장에 초콜릿 케이크가 있다고 가정해 보겠습니다. 생산 라인에서 케이크를 작은 조각으로 만들기 위해 정기적으로 절단해야 합니다. 절단기는 수직 방향으로 절단하도록 연속적으로 제어됩니다. 이것이 선형 운동입니다.

선형 모터, 가이드, 베어링, 액추에이터 등 다른 널리 사용되는 제품들도 있습니다. 선형 운동에 사용되는 다양한 실제 제품들을 살펴보면 개념을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

선형 운동 장치

액추에이터는 공압으로 작동하는 장치로, 전기로 구동되면 공기 흡입구를 통해 스스로 밀어내어 작업을 수행합니다. 전기가 끊어지면 공기 흡입구를 차단하고 원래 위치로 돌아갑니다. 이것이 액추에이터의 가장 기본적인 정의입니다.

선형 액추에이터

선형 액추에이터는 이름에서 알 수 있듯이 직선으로 움직이며, 트리거되면 필요한 동작을 수행합니다. 직선으로 움직일 때 고려해야 할 한 가지 사항은 XY 축 동작입니다. 액추에이터는 X 방향 또는 Y 방향으로 움직일 수 있습니다. 따라서 선형 액추에이터를 설계하고 사용할 때 이 요소를 고려해야 합니다. 이 두 가지 방향 외에도 선형 액추에이터에는 Z 방향도 있습니다.

선형 액추에이터를 프로그래밍할 때는 단일 방향으로 움직여야 하는지, 아니면 여러 방향으로 동시에 움직여야 하는지 알아야 합니다. 이는 액추에이터의 기계적 견고성, 신뢰성, 그리고 정확성을 결정하는 데 중요합니다. 선형 액추에이터는 대부분 캐리지나 레일 위에서 움직이므로, 용도에 따라 이 부분도 고려해야 합니다.

볼 스크류 액추에이터

볼 스크류 액추에이터는 재순환 볼 베어링을 통해 기계식 스크류에 작동합니다. 스크류는 재순환을 통해 지속적으로 움직이며, 이를 통해 빠르고 효율적으로 직선 방향으로 회전할 수 있습니다.

전체 어셈블리는 나사산 축을 따라 이동하며 회전 운동을 직선 운동으로 변환합니다. 높은 토크를 제공하고 마찰을 줄여 작동 시간을 단축하고 작동 중 발생하는 열도 줄입니다.

벨트 구동 액추에이터

벨트 구동 액추에이터는 선형 운동 기술의 또 다른 혁신입니다. 두 개의 원형 풀리 사이에 타이밍 벨트가 연결되어 컨베이어 벨트 시스템과 동일하게 작동합니다.

컨베이어 벨트가 두 위치 사이를 선형적으로 움직이는 모습을 보면, 이 기술은 벨트 구동 액추에이터에서도 동일하게 작동합니다. 벨트 구동 장치는 알루미늄 본체에 둘러싸여 있으며, 하중을 운반하는 캐리지는 레일을 따라 그 위에 놓입니다.

선형 운동에서 고려해야 할 요소 – 아래에서는 몇 가지 중요한 요소에 대해 설명합니다.

힘

앞서 논의했듯이, 선형 운동은 단일 축 또는 여러 축으로 움직일 수 있습니다. 물체는 하중을 지탱하거나 다른 작업을 수행하기 위해 자유롭게 움직일 수 있습니다.

어떤 면에서든 힘은 적절한 장치를 선택하는 데 매우 중요한 요소입니다. 짐의 무게(있는 경우)나 목적지에 도달하는 데 필요한 속도에 따라 힘은 매우 중요한 역할을 합니다. 또한 힘은 해당 작업을 수행하는 데 필요한 마찰력을 결정하는 데에도 도움이 될 수 있습니다.

속도

기계 자동화에서 시간은 매우 중요한 역할을 합니다. 무언가를 생산할 때 생산 속도가 느리면 기계는 쓸모가 없습니다. 따라서 속도와 힘을 합치면 기계가 작동하는 데 필요한 전력을 알 수 있습니다. 기계가 상당한 무게를 견딜 수 있음에도 불구하고 작동 속도가 느리다면 생산 활동에 심각한 지장을 초래합니다.

또한, 속도를 고려할 때 가속 시간과 감속 시간, 두 가지 타이밍을 고려해야 합니다. 만약 빠르게 감속해야 한다면, 해당 장치는 갑작스러운 움직임이나 마찰 손실 없이 빠르게 감속할 수 있어야 합니다. 가속 시간도 마찬가지입니다.

기본적으로, 어떤 시간 설정에서도 장치가 오작동하지 않도록 주의해야 합니다(모든 기계는 시간 설정에 제한이 있지만, 적어도 주어진 범위 내에서는 제대로 성능을 발휘해야 합니다).

스트로크 길이

선형 액추에이터를 사용할 때는 액추에이터의 최대 이동 거리를 알아야 합니다. 모든 유형의 선형 모션 장치는 고유한 스트로크 길이를 가지고 있습니다. 스트로크 길이가 길수록 기계를 더 유연하게 다룰 수 있습니다.

이렇게 하면 최종 제품에 더 잘 닿을 수 있고 기계를 어느 정도 떨어진 곳에 놓을 수도 있습니다. 즉, 다른 것을 놓을 수 있는 공간이 더 많아집니다.

듀티 사이클

선형 모션 장치를 켜고 끄고 계속 작동시키면 내구성과 견고성을 위해 어느 정도 수명이 생깁니다. 하루 또는 연간 몇 번이나 문제 없이 기계를 작동시킬 수 있느냐에 따라 듀티 사이클이 결정됩니다. 기본적으로 듀티 사이클은 기계의 작동 빈도를 의미합니다.