필답 24. 광전자식 방호장치 프레스 급정지 시간 및 설치거리 계산 – 전체

설명

정의

광전자식 방호장치는 프레스 가동 중 투광기에서 방출되는 광선에 신체의 일부가 감지되면 수광기에서 이를 인식하여 프레스의 슬라이드를 급정지시키는 감응식 안전장치입니다. 이 장치는 슬라이드 하강 중 언제라도 정지가 가능한 마찰 클러치 프레스에 적용되며, 신체가 위험 영역에 진입했을 때 슬라이드가 완전히 멈출 수 있는 최소한의 안전거리 확보가 설계의 핵심입니다.

공식

1. 안전거리 계산 기본 공식:

• 밀리초($\text{ms}$) 단위를 기준으로 계산하는 경우:

(단위: $mm$)

• 초($\text{s}$) 단위를 기준으로 계산하는 경우:

$D_m = 1,600 \times T_t$ (단위: $mm$)
또는 센티미터($\text{cm}$) 단위로 직접 산출하는 경우:
$D_m = 160 \times T_t$ (단위: $cm$)

여기서 각 변수와 단위의 정의는 다음과 같습니다.

• $D_m$: 위험점과 광축(감지 영역) 간의 최소 안전거리 (단위: $mm$ 또는 $cm$)
• $T_t$: 광선 차단 시점부터 슬라이드가 완전히 정지할 때까지의 총 급정지 시간 (단위: $ms$ 또는 $s$)
• $T_c$: 방호장치의 작동 시간 (광선이 차단된 순간부터 급정지 기구가 작동을 개시하기까지의 시간) (단위: $ms$)
• $T_s$: 프레스의 급정지 시간 (급정지 기구가 작동을 개시한 때로부터 슬라이드가 완전히 정지할 때까지의 시간) (단위: $ms$)

적용 조건

1. 급정지 가능 프레스에 적용: 광전자식 방호장치는 감지 즉시 슬라이드를 멈출 수 있는 급정지 기구가 구비된 마찰 클러치식 프레스에만 사용할 수 있습니다. 급정지 기구가 없는 확동식(핀 클러치식 등) 프레스에는 설치할 수 없습니다.
2. 페일 세이프(Fail-Safe) 기능: 가동 중 정전이 발생하거나 방호장치의 광원에 오작동 및 이상이 발생하는 경우, 프레스 슬라이드가 불시에 동작하지 않고 즉시 정지할 수 있는 구조여야 합니다.
3. 램프 색상 기준: 방호장치의 정상 가동 시 상태를 나타내는 정상동작표시 램프는 녹색, 신체 감지 또는 위험 발생을 나타내는 위험표시 램프는 적색으로 하며, 근로자가 상시 쉽게 볼 수 있는 곳에 설치하여야 합니다.
4. 소수점 처리 기준: 국가기술자격 실기 시험의 공통 기준에 따라, 계산 과정에서 나누어떨어지지 않는 소수가 발생하는 경우에는 별도의 지시 조건이 없다면 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 명확하게 작성합니다.

풀이 순서

1단계: 문제에서 주어진 변수(안전거리 $D_m$, 방호장치 작동 시간 $T_c$, 프레스 급정지 시간 $T_s$, 또는 총 급정지 시간 $T_t$)와 요구하는 최종 단위를 확인합니다.
2단계: 주어진 시간의 단위가 초($s$)인지 밀리초($ms$)인지 파악하여 정합성을 맞춥니다. 초 단위로 주어진 경우 밀리초로 변환하거나($1\text{ s} = 1,000\text{ ms}$), 해당 단위에 맞는 계수($160$ 또는 $1,600$)를 선택합니다.

3단계: 안전거리 공식

에 알고 있는 값들을 대입하여 구하고자 하는 미지수를 계산합니다.

4단계: 연산된 수치를 요구 조건에 맞는 단위($mm$ 또는 $cm$)로 정리하고, 반올림 수칙을 준수하여 최종 답안을 작성합니다.

예제 문제

문제 1

광전자식 방호장치가 설치된 마찰 클러치식 프레스가 가동 중이다. 광선에 신체의 일부가 감지된 후로부터 급정지 기구가 작동을 개시하기까지의 시간($T_c$)이 $30\text{ ms}$이고, 급정지 기구가 작동을 개시한 때로부터 슬라이드가 완전히 정지할 때까지의 시간($T_s$)이 $170\text{ ms}$일 때, 위험점과 광축 사이의 최소 안전거리($D_m$)는 몇 $mm$ 이상이어야 하는지 구하시오.

문제 2

마찰 클러치 프레스에 부착된 광전자식 방호장치에서 신체가 광선을 차단한 후 급정지 기구가 작동을 시작하기까지의 시간($T_c$)은 $50\text{ ms}$이다. 방호장치의 최소 설치거리(안전거리)가 $240\text{ mm}$로 고정 설계되어 있을 때, 이 프레스의 자체 급정지 시간($T_s$)은 최대 몇 $ms$ 이하이어야 하는지 계산하시오.

문제 3

작업자가 광전자식 방호장치의 광선을 차단한 순간부터 프레스 슬라이드가 완전히 정지할 때까지 소요되는 총 급정지 시간이 $0.25\text{초}$인 프레스가 있다. 이 프레스의 위험점과 광축 사이에 유지해야 할 최단 설치거리를 $mm$ 단위와 $cm$ 단위로 각각 구하시오.

문제 4

광전자식 방호장치의 광선이 차단된 후 급정지 기구가 작동을 시작하기까지의 시간($T_c$)이 $45\text{ ms}$인 프레스가 가동 중이다. 이 방호장치의 안전거리가 $160\text{ mm}$일 때, 급정지 기구가 가동을 시작한 시점부터 프레스의 슬라이드가 정지될 때까지의 시간($T_s$)은 몇 $ms$ 인지 계산하시오.

문제 5

급정지 시간이 $120\text{ ms}$인 프레스가 가동 중이다. 이 프레스에 작동 시간이 $30\text{ ms}$인 광전자식 방호장치를 설치하고자 할 때, 이 공정에 적용할 최소 안전거리($D_m$, 단위: $mm$)를 계산하시오.

해설

해설 1

1. 공식의 적용 기준 설정

방호장치 작동 시간($T_c = 30\text{ ms}$)과 프레스 급정지 시간($T_s = 170\text{ ms}$)이 모두 밀리초 단위로 주어졌으므로 기본 공식을 대입합니다.

1. 수치 대입 및 안전거리 계산

정답: $320\text{ mm}$

해설 2

1. 공식의 적용 기준 설정

안전거리($D_m = 240\text{ mm}$)와 방호장치 작동 시간($T_c = 50\text{ ms}$)을 공식에 대입하여 프레스 자체 급정지 시간($T_s$)을 구합니다.

1. 미지수 $T_s$ 산출 계산

양변을 $1.6$으로 나눕니다.

$150 = 50 + T_s$
$T_s = 150 – 50 = 100\text{ ms}$

정답: $100\text{ ms}$

해설 3

1. 단위의 변환 및 정합성 확보

총 급정지 시간이 초 단위($T_t = 0.25\text{ s}$)로 주어졌으므로, 이를 밀리초 단위로 변환합니다.

1. 안전거리 계산

• 밀리초 공식을 사용하는 경우 ($mm$ 단위 도출):

• 초 공식을 직접 사용하여 $cm$ 단위를 즉시 구하는 경우:

($400\text{ mm}$를 센티미터 단위로 변환하여도 $40\text{ cm}$로 정밀 일치합니다.)

정답: $400\text{ mm}$ (또는 $40\text{ cm}$)

해설 4

1. 공식의 적용 기준 설정

안전거리($D_m = 160\text{ mm}$)와 방호장치 작동 시간($T_c = 45\text{ ms}$)을 공식에 대입합니다.

1. 미지수 $T_s$ 산출 계산

양변을 $1.6$으로 나눕니다.

$100 = 45 + T_s$
$T_s = 100 – 45 = 55\text{ ms}$

정답: $55\text{ ms}$

해설 5

1. 공식의 적용 기준 설정

방호장치의 작동 시간 $T_c = 30\text{ ms}$와 프레스 자체의 급정지 시간 $T_s = 120\text{ ms}$를 기본 안전거리 산식에 대입합니다.

1. 안전거리 계산

정답: $240\text{ mm}$