스마트 전동 액추에이터로 인체공학적 기준 높이기

전동 리니어 액추에이터는 반복적이거나 더럽거나 위험한 작업을 자동화함으로써 오랫동안 인체공학적 이점을 제공해 왔습니다. 최근에 온보드 지능을 전동 액추에이터에 통합함으로써 인체공학적 기여도를 새로운 차원으로 끌어올렸습니다. 디지털 모터 제어, 위치 피드백, 동기화, 실시간 모니터링과 같은 스마트 기능을 통해 자동화를 훨씬 더 쉽게 적용하여 작업장 편안함, 안전 및 효율성을 개선할 수 있습니다.

디지털 모터 제어

기존 액츄에이터는 종종 액츄에이터를 확장, 수축 또는 정지하기 위해 크고 전력 비효율적인 릴레이 또는 독립 컨트롤러에 의존합니다. 온보드 전자 장치를 사용하여 전원을 관리하면 스위치 또는 접점의 전류를 20A에서 22mA 미만으로 줄일 수 있으므로 더 간단하고 저렴한 시스템 설계가 가능합니다. 작업자는 간단한 제어로 작동기 방향을 실행하고 변경할 수 있습니다.

작업자가 무게가 100파운드 이상이고 손을 자주 뻗고 구부려야 하는 구성 요소를 취급하는 작업 공간을 상상해 보십시오. 로우 레벨 스위칭 기능이 있는 액츄에이터로 작업 테이블을 제어하면 각 사용자는 굽힘이나 스트레칭이 필요한 수준으로 높이를 조정할 수 있어 피로를 줄이면서 생산성을 향상시킬 수 있습니다(그림 1).

기존 액추에이터 어셈블리는 이러한 조정을 허용할 수 있지만 외부 모터 전환이 필요하므로 더 많은 전력을 소비하고 수동으로 수행해야 합니다. 그러나 회로 흐름을 전자적으로 제어함으로써 이러한 모든 스위칭이 액추에이터 하우징에 내장되어 외부 배선이 필요 없는 더 매끄럽고 깨끗한 설정을 제공합니다.

모터 스위칭을 자동화하면 안전상의 이점도 있습니다. 액추에이터는 부하에 따라 20~40A를 소비합니다. 설치 및 작동 중 이 전류에 대한 노출을 최소화하면 인체공학적 제어를 강화하는 동시에 높은 암페어 릴레이로 인한 잠재적인 감전 위험을 줄일 수 있습니다.

디지털 포지션 피드백

스마트 전동 액추에이터(그림 2)는 미세 위치 조정을 가능하게 할 뿐만 아니라 조정 범위에 대한 실시간 피드백을 제공합니다. 스트로크 전체에 걸쳐 하중의 위치를 ​​보고할 수 있습니다. 그림 1의 작업 테이블 예에서 부하 위치에 대한 데이터를 캡처하고 이를 사전 설정된 매개변수와 비교하여 일관된 작동을 보장할 수 있습니다.

디지털 위치 피드백과 함께 속도를 측정하고 제어하는 ​​기능이 있습니다. 특정 기계를 보호하거나 칸막이를 형성하는 무거운 문의 올리기 또는 내리기를 자동화한다고 가정합니다. 마이크로 컨트롤러는 인코더에서 펄스 수를 수신하고 설정된 시간 간격 내에 수신된 펄스 수를 기반으로 이동 거리와 속도를 계산할 수 있습니다. 무거운 문의 예(그림 3)를 유지하면 스트로크 끝에 도달할 때 속도를 낮추도록 설정하여 작업자가 열림을 해제할 시간이 있기 전에 문이 쾅 닫히는 것을 방지할 수 있습니다.

아날로그 위치 피드백

디지털 위치 피드백은 액츄에이터 속도를 측정하는 가장 쉬운 방법 중 하나이지만 정전 또는 종료 후 보고하는 위치를 기억하지 못하기 때문에 프로그래밍하기가 쉽지 않습니다. 그러나 아날로그 전위차계가 장착된 스마트 액추에이터는 액추에이터 기어박스의 전위차계로부터 정확한 위치 정보를 수신할 수 있으며, 이는 스트로크 시작부터 끝까지 사용자에게 구동 속도와 방향을 경고하는 전압 신호를 보냅니다. 그 위치를 기억하기 때문에 정전이 되어도 원위치로 돌아가 기기를 리셋할 필요가 없습니다.

신뢰할 수 있는 위치 메모리를 통해 각 사용자에 대한 인체 공학적 설정을 저장하는 응용 프로그램을 개발할 수 있으므로 키, 저장 절차 또는 사용자 선호도와 같은 요소를 기반으로 작업 공간을 여러 개인에 맞게 조정할 수 있습니다.

동기화

스마트 전동 액추에이터의 인체공학적 이점은 여러 액추에이터와 함께 사용할 때 훨씬 더 두드러집니다. 이동하는 부하에 자동으로 조정되도록 액추에이터를 설정할 수 있습니다. 예를 들어 5명 또는 10명의 작업자가 동체를 마무리하는 항공기 조립 애플리케이션은 지상에서 높이 올려야 하는 플랫폼으로 작업자를 지원할 수 있습니다.

작업자가 플랫폼을 이동할 때 무게가 플랫폼의 다른 부분으로 이동하여 잠재적인 불균형이 발생합니다. 플랫폼 아래의 다양한 지점(예:각 모서리에 하나씩)에 위치한 스마트 액추에이터는 동기식 액추에이터 이동 중에 부하가 이동함에 따라 보상하도록 자체 조정되도록 설정할 수 있습니다(그림 4).

이러한 변속 부하에 대응하는 조정 작업은 속도 제어와 위치 피드백 모두에서 수행됩니다. 액추에이터는 내부 네트워크를 통해 서로 통신하고 위치 피드백을 기반으로 서로의 속도를 읽고 그에 따라 조정합니다.

그러나 디지털 피드백으로 그렇게 하면 디자이너가 피드백 루프에 위치와 속도를 모두 넣고 작동 속도와 위치를 기반으로 조정하게 함으로써 피할 수 있는 말더듬 단계가 발생합니다. 이는 플랫폼, 좌석 및 무거운 문과 같이 크기가 불편한 하중을 보상하여 여러 지점에서 이동하는 하중을 부드럽게 들어 올리는 인체 공학적 이점을 제공합니다.

기존의 여러 액추에이터를 제어하는 ​​것은 가능하지만 부정확하고 시간이 많이 걸리고 노동 집약적인 작업으로 액추에이터에 추가 부담이 가해져 결국 바인딩 또는 기타 오작동으로 이어집니다. 스마트 액츄에이터 동기화는 추측을 없애고 균형 잡힌 부드럽고 정확한 위치의 움직임을 만듭니다.

실시간 모니터링

스마트 전동 액추에이터는 온도, 전류, 속도, 전압 및 기타 변수에 대한 지속적인 모니터링 결과를 반환할 수 있으므로 고급 상태 모니터링, 진단 및 오류 처리가 가능합니다. 액츄에이터가 지속적으로 자체 테스트를 하기 때문에 피드백은 초당 10회만큼 빠르게 나타날 수 있습니다. 문제가 감지되면(예:온도 임계값 초과) 액추에이터는 스트로크 중간을 중지하거나 프로그래밍된 이동(완전히 수축 또는 확장)을 완료하고 컴퓨터에 오류 플래그를 보낼 수 있습니다. 두 번째.

이러한 피드백을 통해 사용자는 작업에서 한 걸음 물러나 사용, 속도 및 위치의 패턴을 분석하여 작업을 보다 친숙하고 안전하며 효율적으로 만들 수 있습니다. 이는 여러 장치를 통합하는 공장 자동화 설정에서 특히 중요합니다(그림 5). 수집된 데이터는 워크스테이션을 올리고 내린 횟수 또는 문을 열고 닫은 횟수를 표시할 수 있습니다. 이는 셀 설계를 개선하기 위한 운영 이력 또는 업계 모범 사례와 비교할 수 있습니다.

운영 데이터는 부상 보고서와 교차 도표로 작성될 수도 있으며, 이는 더 많은 인체 공학적 분석이 필요함을 나타낼 수 있습니다. 예를 들어 크림프 다이를 배치하는 액추에이터가 과부하를 지속적으로 보고하는 경우, 이는 사람들이 자해하는 빈도를 나타내고 어느 셀에서 이런 일이 발생하는지, 어떤 시간에 어떤 교대가 영향을 받을 수 있는지 식별할 수 있습니다.

생존을 위한 다양화

스마트 전동 액추에이터에 내장된 많은 기능을 통해 사용자는 설계 단순화를 염두에 두고 애플리케이션에 접근할 수 있습니다. 디지털 수단을 통해 액추에이터를 제어하고, 디지털 또는 아날로그 피드백을 제공하고, 다중 액추에이터 동기화를 허용하거나, 메트릭에 대한 실시간 모니터링을 추가하는 기능은 하나의 패키지에서 작업을 완료하는 데 필요한 도구를 제공합니다. 이제 사용자가 애플리케이션을 볼 때 앞뒤 이동의 기본 기능을 뛰어 넘는 자동화 솔루션을 제공할 수 있습니다.

스마트 전동 액추에이터는 유압 또는 공압 실린더와 같은 다른 자동화 기술의 복잡성 없이 자동화 프로세스의 여러 축에 걸쳐 플러그 앤 플레이 이동을 제공합니다. 사전에 애플리케이션 요구 사항을 검토함으로써 사용자는 움직임을 제어하고 위치를 기억하거나 애플리케이션 메트릭을 제공하는 스마트 액추에이터의 능력이 다른 기술과 차별화될 수 있음을 잘 알 수 있습니다.

기계 제작자와 최종 사용자가 모두 미래를 내다볼 때 그들의 자동화 솔루션은 기본 기능을 넘어 계속해서 더 쉬운 솔루션, 더 긴 장비 수명 및 장기적인 안전을 제공할 것입니다.

이 제어 기능이 장비에 더 본질적일수록 사용자와 사용자가 기대하는 궁극적인 이점 사이의 간격은 줄어듭니다. 그 결과는 작업자 만족도, 안전, 건강 및 생산성에서 찾을 수 있으며, 이 모두는 가치 흐름의 모든 사람에게 이익이 됩니다.

이 기사는 Motion Industries(미국 알래스카주 버밍엄)의 자동화 제품 판매 관리자인 Chris Diak과 Thomson Industries(VA, Radford)의 선형 액추에이터 제품 라인 전문가인 Travis Gilmer가 작성했습니다.