1. 개요

안전기구는 기계의 운전, 조정, 청소, 점검 및 정비 과정에서 발생할 수 있는 위험을 제거하거나 허용 가능한 수준으로 낮추기 위해 적용하는 기계적·전기적·유압적·공압적·제어적 보호장치이다.

안전기구의 기본 목적은 다음과 같다.

• 작업자의 위험구역 접근 방지

• 회전부와 이동부로 인한 끼임·말림·절단 방지

• 비정상 운전의 차단

• 과부하와 충돌로부터 기계 보호

• 전원·압력 상실 시 위험한 움직임 방지

• 수직축과 승강부의 낙하 방지

• 저장에너지의 안전한 차단과 방출

• 고온·고압·전기·레이저 등의 위험원 격리

• 비상상황에서 신속한 정지

• 정비 중 예기치 않은 재가동 방지

• 제품과 환경의 오염 방지

안전기구는 사고 발생 후 피해를 줄이는 장치만을 의미하지 않는다. 가장 바람직한 안전설계는 위험 자체를 설계단계에서 제거하는 것이다.

기계안전의 기본 우선순위는 다음과 같다.

본질적으로 안전한 설계
→ 가드와 보호장치 적용
→ 감지·제어·인터록 적용
→ 경고와 작업절차
→ 개인보호구

대표적인 적용 분야는 다음과 같다.

• 산업용 로봇

• 프레스와 절단기

• 공작기계

• 포장기계

• 식품가공기계

• 자동조립장비

• 반도체 및 디스플레이 장비

• 승강장치

• 물류이송설비

• 고온·고압장비

• 레이저 가공장비

• 시험기와 연구장비

• 자동창고

• 협동로봇 시스템

2. 안전기구와 잠금장치의 차이

2.1 잠금장치

잠금장치는 특정 부품이나 이동부를 정해진 위치에 유지하고, 의도하지 않은 이동·회전·해제를 방지한다.

2.2 안전기구

안전기구는 잠금기능을 포함할 수 있지만, 보다 넓은 범위에서 위험의 발생과 사람의 노출을 방지한다.

대표적인 기능은 다음과 같다.

• 위험구역 접근 차단

• 위험동작 정지

• 위험속도 제한

• 위험에너지 차단

• 과부하 보호

• 낙하 방지

• 오작동 방지

• 상태감시

• 안전한 복구

2.3 기능적 관계

예를 들면 다음과 같다.

• 도어를 닫아 유지하는 래치: 잠금장치

• 위험운동이 끝날 때까지 도어를 열지 못하게 하는 장치: 안전기구

• 실린더 로드의 위치를 고정하는 로드클램프: 잠금장치

• 압력상실 시 수직축의 낙하를 방지하는 이중 로드클램프: 안전기구

• 모터를 정지시키는 일반 스위치: 운전제어

• 위험상황에서 모든 위험동작을 정지시키는 비상정지: 안전기구

3. 안전설계의 기본 원칙

3.1 위험 제거

가능한 경우 위험원을 처음부터 제거한다.

• 노출된 체인 대신 밀폐형 구동 사용

• 날카로운 모서리 제거

• 끼임 간격 제거

• 저전압 회로 적용

• 저온 공정으로 변경

3.2 위험 감소

위험을 제거할 수 없다면 힘, 속도, 압력, 온도 또는 에너지를 낮춘다.

3.3 위험 격리

가드, 커버, 차폐벽 및 격실을 사용하여 작업자와 위험원을 분리한다.

3.4 위험 검출

센서로 사람의 접근, 도어 개방, 과부하, 압력저하 또는 비정상 위치를 검출한다.

3.5 위험동작 차단

검출된 위험에 따라 구동원과 에너지 전달경로를 안전하게 차단한다.

3.6 안전상태 유지

정지 후에도 중력, 압력, 열 또는 관성에 의한 위험이 남지 않도록 한다.

3.7 안전한 복구

위험이 제거된 후에만 의도적인 복귀조작으로 재가동되도록 한다.

4. 위험요인의 기본 분류

4.1 기계적 위험

• 끼임

• 압착

• 전단

• 절단

• 찔림

• 말림

• 충돌

• 비산

• 낙하

• 회전체 파손

• 고압유체 분사

4.2 전기적 위험

• 감전

• 누전

• 단락

• 아크

• 정전기

• 과전류

• 과열

4.3 열적 위험

• 고온표면

• 화염

• 용융재료

• 증기

• 저온화상

• 열복사

4.4 압력 위험

• 유압 축적

• 공압 축적

• 압력용기 파손

• 호스 파열

• 진공 붕괴

• 가스 누출

4.5 방사 및 광학 위험

• 레이저

• 자외선

• 적외선

• X선

• 강한 가시광

• 전자기장

4.6 소음과 진동

• 청력손상

• 피로

• 공진

• 부품 풀림

• 제어오류

4.7 재료 및 환경 위험

• 유해화학물질

• 분진

• 미스트

• 폭발성 가스

• 산소결핍

• 미끄럼

• 생물학적 오염

5. 위험성 평가

안전기구를 선정하기 전에 위험성 평가를 수행해야 한다.

5.1 위험성 평가 절차

기계의 사용범위 정의
→ 위험원 식별
→ 위험상황 분석
→ 위험도 추정
→ 위험저감 대책 수립
→ 잔류위험 평가
→ 검증 및 문서화

5.2 고려해야 할 사용단계

• 운반

• 설치

• 시운전

• 정상운전

• 제품교환

• 조정

• 청소

• 점검

• 고장처리

• 정비

• 폐기

5.3 예측 가능한 오사용

정상적인 사용뿐 아니라 합리적으로 예측 가능한 오사용도 고려해야 한다.

예:

• 가드 개방 상태에서 운전

• 센서 우회

• 작업물 걸림을 손으로 제거

• 정비 중 전원 재투입

• 과도한 하중 투입

• 비정상적인 수동조작

6. 위험도 평가 요소

위험도는 일반적으로 다음 요소를 종합하여 평가한다.

• 부상의 심각도

• 위험에 노출되는 빈도

• 위험에 노출되는 시간

• 위험을 회피할 가능성

• 위험사건 발생 가능성

• 영향을 받는 인원수

안전기구의 성능은 단순히 센서 개수나 회로 복잡도로 결정되지 않는다. 위험도에 맞는 신뢰성과 고장대응성을 확보해야 한다.

7. 본질적으로 안전한 설계

본질적으로 안전한 설계는 추가 보호장치에 의존하지 않고 기계구조 자체로 위험을 줄이는 방법이다.

7.1 주요 방법

• 위험한 힘과 속도 제한

• 운동범위 제한

• 안전거리 확보

• 끼임점 제거

• 둥근 모서리 적용

• 파손 시 비산하지 않는 구조

• 안정적인 무게중심

• 과도한 수동힘 제거

• 저소음·저진동 설계

• 접근이 필요 없는 자동윤활

7.2 장점

• 고장에 대한 의존성이 낮음

• 추가 센서와 제어장치 감소

• 유지보수 부담 감소

• 사용자의 우회 가능성 감소

• 전 생애주기 위험 감소

8. 안전거리

작업자와 위험부 사이에는 위험부가 정지하기 전에 사람이 도달하지 못하도록 충분한 안전거리를 확보해야 한다.

일반적인 개념은 다음과 같다.

안전거리
= 사람의 접근속도 × 전체 정지시간

• 추가 여유거리

전체 정지시간에는 다음이 포함된다.

• 센서 검출시간

• 안전제어기 처리시간

• 출력장치 반응시간

• 밸브 또는 접촉기 차단시간

• 모터 감속시간

• 기계의 실제 정지시간

정지시간이 길어지거나 설비가 마모되면 필요한 안전거리도 증가한다.

9. 고정식 가드

9.1 정의

공구 없이 쉽게 제거할 수 없도록 기계에 고정된 보호커버이다.

9.2 주요 적용

• 기어

• 체인

• 벨트

• 풀리

• 커플링

• 팬

• 회전축

• 절단날

• 고온부

9.3 장점

• 구조가 단순함

• 높은 신뢰성

• 전기제어가 필요 없음

• 유지보수가 적음

• 위험구역 접근을 확실히 차단

9.4 단점

• 정비 시 제거 필요

• 빈번한 접근작업에 불편

• 내부 상태 확인이 어려울 수 있음

• 잘못 제거한 후 복구하지 않을 가능성

9.5 설계원칙

• 충분한 강도

• 손가락과 공구가 통과하지 않는 개구부

• 날카로운 모서리 제거

• 가드 자체가 위험원이 되지 않을 것

• 예상되는 충격과 비산물에 견딜 것

• 분해 후 재조립이 명확할 것

10. 이동식 가드

이동식 가드는 힌지, 슬라이드 또는 탈착구조로 열 수 있는 보호장치이다.

대표적인 형태는 다음과 같다.

• 힌지 도어

• 슬라이딩 도어

• 리프트업 커버

• 접이식 커버

• 탈착식 패널

빈번한 접근이 필요한 경우에는 이동식 가드와 인터록을 함께 사용한다.

11. 인터록 가드

11.1 정의

가드가 열리면 위험동작을 정지시키거나 시작을 방지하는 보호장치이다.

11.2 기본 기능

• 가드 닫힘 확인

• 위험동작 허가

• 가드 개방 시 정지

• 재폐쇄 후 자동재시작 방지

• 고장 시 안전상태 유지

11.3 단순 인터록과 가드 잠금

단순 인터록은 가드 개방을 검출하지만 가드 자체를 잠그지는 않는다.

가드 잠금장치는 위험운동이나 잔류에너지가 사라질 때까지 가드를 열 수 없도록 기계적으로 잠근다.

11.4 적용 대상

• 관성정지시간이 긴 회전체

• 고온공정

• 고압공정

• 로봇셀

• 레이저장비

• 프레스

• 자동화 생산라인

12. 비상정지장치

12.1 정의

비상정지장치는 위험한 상황에서 작업자가 신속하게 작동시켜 기계의 위험동작을 정지시키는 장치이다.

12.2 기본 요구사항

• 쉽게 식별 가능

• 쉽게 접근 가능

• 한 번 작동하면 수동으로 복귀할 때까지 유지

• 복귀만으로 자동재시작되지 않음

• 위험동작을 우선적으로 정지

• 정상정지장치를 대체하지 않음

12.3 대표적인 형태

• 버섯형 푸시버튼

• 풀코드 스위치

• 풋스위치

• 비상정지 바

• 휴대형 조작장치의 정지버튼

12.4 주의사항

비상정지는 위험이 이미 발생했을 때 사용하는 보조적 보호수단이다. 가드나 본질적 안전설계를 대신할 수 없다.

13. 정지방식

13.1 즉시 동력차단 정지

구동에너지를 즉시 제거하고 기계를 관성으로 정지시킨다.

적용 예:

• 단순 모터구동

• 잔류운동이 위험하지 않은 장치

13.2 제어정지 후 동력차단

제어된 감속으로 정지한 후 구동에너지를 제거한다.

적용 예:

• 고속축

• 서보축

• 급정지 시 제품이나 설비가 손상되는 장비

13.3 제어유지 정지

구동제어를 유지한 상태로 운동만 정지한다.

정비나 위험구역 진입을 위한 최종 안전상태로는 충분하지 않을 수 있으므로 별도의 에너지 차단이 필요하다.

14. 재시작 방지

안전장치가 복구되었다고 해서 기계가 자동으로 재시작되어서는 안 된다.

재시작을 위해서는 다음 조건이 필요하다.

• 모든 가드가 닫힘

• 모든 안전센서 정상

• 비상정지 해제

• 위험구역 내부에 사람이 없음

• 별도의 리셋조작 수행

• 운전 시작명령 입력

리셋버튼은 위험구역을 직접 확인할 수 있는 위치에 배치하는 것이 바람직하다.

15. 양수조작장치

15.1 정의

작업자가 양손으로 두 개의 조작부를 동시에 조작해야 위험동작이 시작되는 장치이다.

15.2 목적

• 손을 위험구역 밖에 유지

• 한 손으로 작업물을 잡은 상태에서 운전하는 행위 방지

• 프레스 및 절단기의 손 끼임 방지

15.3 설계요소

• 두 버튼의 동시성

• 버튼 간 거리

• 한 손이나 팔꿈치로 동시에 누르기 어렵게 할 것

• 한쪽 버튼을 놓으면 위험동작 정지

• 매 사이클마다 재조작 필요

15.4 한계

양수조작장치는 조작자 본인만 보호한다. 다른 사람이 위험구역에 접근하는 것을 방지하지 못하므로 추가 가드가 필요할 수 있다.

16. 라이트커튼

16.1 정의

송광기와 수광기 사이의 광축이 차단되면 위험동작을 정지시키는 비접촉식 보호장치이다.

16.2 주요 적용

• 프레스

• 자동조립기

• 로봇셀 출입부

• 적재·배출부

• 포장기계

16.3 장점

• 작업물 접근성이 좋음

• 물리적 도어 없이 출입 가능

• 빠른 검출

• 반복작업에 적합

16.4 단점

• 비산물과 열을 막지 못함

• 사각지대 발생 가능

• 오염과 정렬불량에 민감함

• 안전거리 계산 필요

• 광축 아래나 위로 우회 가능

16.5 뮤팅

정상적인 제품이나 팔레트 통과 시 안전기능을 일시적으로 우회하는 기능이다.

뮤팅은 작업자가 아니라 정해진 물류대상만 통과하도록 센서배치와 논리를 신중하게 설계해야 한다.

17. 레이저 스캐너

레이저 스캐너는 설정된 평면영역 내 사람이나 물체의 접근을 감지한다.

17.1 주요 구역

• 경고영역

• 감속영역

• 정지영역

17.2 적용

• 무인운반차

• 자율이동로봇

• 로봇셀

• 넓은 개방형 설비

• 물류시스템

17.3 주의사항

• 바닥반사

• 투명물체

• 먼지와 증기

• 센서 가림

• 사각지대

• 이동체의 제동거리

18. 압력감지 매트와 안전범퍼

18.1 압력감지 매트

작업자가 매트 위를 밟으면 위험동작을 정지시킨다.

18.2 안전범퍼

이동장비나 도어의 범퍼가 물체와 접촉하면 정지신호를 발생시킨다.

18.3 안전엣지

문, 커버 또는 이동부의 가장자리에 설치하여 끼임을 감지한다.

18.4 한계

접촉 후 작동하는 장치이므로, 이동속도와 충격에너지를 충분히 낮춰야 한다.

19. 안전센서

대표적인 안전센서는 다음과 같다.

• 안전도어 스위치

• 비접촉식 안전센서

• 안전근접센서

• 라이트커튼

• 레이저 스캐너

• 안전매트

• 안전엣지

• 압력스위치

• 속도감시센서

• 정지감시센서

• 로프풀 스위치

안전센서는 일반 운전센서보다 높은 고장진단성과 신뢰성이 요구된다.

20. 안전제어시스템

안전제어시스템은 안전센서의 입력을 처리하고 위험한 출력장치를 차단한다.

주요 구성은 다음과 같다.

• 안전릴레이

• 안전 PLC

• 이중채널 입력

• 강제유도 접점

• 출력접촉기

• 안전통신

• 진단회로

20.1 기본 기능

• 입력신호 상호감시

• 단선과 단락 검출

• 접점 용착 검출

• 출력장치 피드백 확인

• 리셋 감시

• 고장 시 안전출력 차단

21. 이중채널과 중복설계

하나의 센서나 회로가 고장 나더라도 안전기능이 상실되지 않도록 두 개의 독립된 채널을 사용할 수 있다.

21.1 장점

• 단일고장 허용

• 고장검출 가능

• 높은 신뢰성

• 안전기능 유지

21.2 주의사항

두 채널이 같은 원인으로 동시에 고장 나지 않도록 해야 한다.

공통원인 고장의 예:

• 동일 케이블 손상

• 동일 전원 상실

• 동일 오염원

• 동일 소프트웨어 오류

• 동일 배선함의 침수

22. 강제유도 접점과 접촉기 감시

강제유도 접점은 주접점과 보조접점의 상태관계를 이용해 접점 용착을 검출한다.

출력 접촉기 감시에서는 다음을 확인한다.

• 정지명령 후 주접점이 실제로 열렸는가

• 접촉기 용착이 발생했는가

• 다음 재시작 전에 정상상태가 확인되었는가

23. 안전속도 감시

위험구역 접근 중에는 기계를 완전히 정지시키지 않고 안전하게 제한된 속도로 운전할 수 있다.

적용 예:

• 셋업

• 티칭

• 조그운전

• 청소

• 정밀조정

안전속도 감시에서는 다음을 검토한다.

• 허용속도

• 허용토크

• 이동거리

• 홀드투런 조작

• 비상정지

• 속도센서 이중화

24. 홀드투런 장치

조작자가 버튼이나 스위치를 계속 누르고 있는 동안에만 기계가 제한된 조건으로 움직인다.

버튼을 놓으면 즉시 정지해야 한다.

적용 예:

• 로봇 티칭

• 금형 조정

• 느린 수동이송

• 정비작업

홀드투런은 안전한 저속, 제한된 힘 및 작업자의 시야확보와 함께 사용해야 한다.

25. 인에이블링 장치

인에이블링 장치는 일반적으로 세 위치를 가진다.

• 놓은 상태: 정지

• 중간 위치: 운전 허가

• 과도하게 강하게 누른 상태: 정지

작업자가 놀라거나 위험을 느껴 손을 놓거나 강하게 움켜쥐어도 기계가 정지하도록 설계한다.

26. 과부하 보호기구

과부하 보호기구는 기계에 허용값을 초과하는 힘, 토크, 압력 또는 전류가 발생하는 것을 방지한다.

대표적인 방식은 다음과 같다.

• 토크 리미터

• 슬립 클러치

• 전단핀

• 릴리프 밸브

• 감압 밸브

• 과전류 보호

• 서보 토크 제한

• 하중센서

• 기계식 스토퍼

• 완충기

27. 토크 리미터

27.1 정의

전달토크가 설정값을 초과하면 미끄러지거나 분리되어 구동계와 작업물을 보호하는 장치이다.

27.2 주요 유형

• 마찰식

• 볼·디텐트식

• 래칫식

• 자기식

• 전자제어식

27.3 적용

• 컨베이어

• 포장기계

• 조립장치

• 로봇축

• 공구구동부

• 인덱스 장치

27.4 설계 검토사항

• 설정토크

• 재결합 방식

• 반복정밀도

• 열발생

• 마모

• 고속회전

• 신호출력

28. 전단핀

설정하중을 초과하면 의도적으로 파단되어 주요 기계부품을 보호하는 일회용 안전부품이다.

28.1 장점

• 구조가 단순함

• 작동이 확실함

• 저비용

• 독립적인 기계식 보호

28.2 단점

• 작동 후 교체 필요

• 파단편 관리 필요

• 반복정밀도에 한계

• 피로에 의한 조기파손 가능

전단핀은 일반 구조용 볼트로 임의 대체해서는 안 된다.

29. 기계식 스토퍼

기계식 스토퍼는 이동부의 허용범위를 물리적으로 제한한다.

29.1 주요 적용

• 실린더 스트로크 제한

• 로봇축 범위 제한

• 슬라이드 과이동 방지

• 도어 개방각 제한

• 승강축 하한·상한 제한

29.2 설계 검토사항

• 충돌속도

• 충격에너지

• 접촉면적

• 스토퍼 강도

• 프레임 강성

• 완충재

• 반복충돌 횟수

스토퍼는 정상운전마다 충격을 받는 부품이 아니라 최종 보호수단으로 사용하는 것이 바람직하다.

30. 완충기와 충격흡수장치

30.1 주요 유형

• 유압 쇼크업소버

• 고무 범퍼

• 우레탄 패드

• 스프링

• 공압 쿠션

• 크러시블 부재

30.2 목적

• 충격력 감소

• 소음 저감

• 구조부 보호

• 제품 손상 방지

• 정지거리 확보

운동에너지는 다음과 같이 표현할 수 있다.

E_k = 1/2 mv²

속도가 증가하면 충격에너지는 속도의 제곱에 비례해 증가한다.

31. 낙하방지기구

수직축, 승강부 및 리프팅장비에는 중력에 의한 낙하를 방지하는 안전기구가 필요하다.

대표적인 방식은 다음과 같다.

• 스프링 작동 브레이크

• 로드클램프

• 래칫과 폴

• 안전너트

• 낙하방지 웨지

• 기계식 잠금핀

• 세이프티 기어

• 카운터밸런스 밸브

• 이중 체인 또는 와이어

31.1 설계원칙

• 구동장치와 독립된 잠금 적용

• 정전·압력상실 시 자동작동

• 수동해제 시 보조지지

• 정적 유지와 동적 제동을 구분

• 낙하에너지 고려

• 반복시험 수행

32. 안전너트

승강나사와 별도로 안전너트를 설치해 주너트가 파손될 경우 하중을 지지한다.

32.1 특징

• 정상운전에서는 하중을 거의 받지 않음

• 주너트 마모감시 가능

• 너트파손 시 낙하방지

• 리프팅 장치와 작업대에 적용

32.2 설계 검토사항

• 주너트와 안전너트 사이 간격

• 마모 검출

• 안전너트의 하중용량

• 나사축 좌굴

• 정비주기

33. 유압·공압 안전기구

33.1 주요 장치

• 릴리프 밸브

• 감압 밸브

• 체크밸브

• 파일럿 체크밸브

• 카운터밸런스 밸브

• 호스파열 밸브

• 배기밸브

• 소프트스타트 밸브

• 압력스위치

• 축압기 차단밸브

33.2 주요 위험

• 압력상실

• 잔압

• 호스파열

• 실린더 급작동

• 밸브 고착

• 공기압축성

• 유압유 분사

33.3 기본 설계원칙

• 공급압력 제한

• 잔류압력 표시

• 정비 전 압력배출

• 수직하중에 기계식 잠금 추가

• 호스파손 시 유량차단

• 배기 시 위험한 낙하 방지

34. 잔류압력 방출

전원 차단만으로 유압·공압 시스템이 안전해지는 것은 아니다.

다음 위치에 잔류에너지가 남을 수 있다.

• 실린더 내부

• 축압기

• 호스

• 배관

• 밸브 블록

• 진공챔버

• 스프링

정비 전에는 다음을 수행해야 한다.

공급에너지 차단
→ 압력원 격리
→ 잔류압력 배출
→ 압력계 확인
→ 이동부 기계적 지지
→ 작업 시작

35. 전기 안전기구

주요 전기 안전기구는 다음과 같다.

• 차단기

• 퓨즈

• 누전차단기

• 과전류 보호

• 과전압 보호

• 접지

• 절연감시

• 안전접촉기

• 주전원 차단스위치

• 방전회로

35.1 주전원 차단장치

기계 전체의 전원공급을 명확하게 차단하고 잠글 수 있어야 한다.

35.2 방전회로

콘덴서, 인버터 및 고전압회로에 남은 전기에너지를 안전한 시간 내에 방전해야 한다.

35.3 재투입 방지

정비 중 다른 사람이 전원을 다시 투입하지 못하도록 잠금 가능한 차단장치를 적용한다.

36. 에너지 차단과 잠금표시

정비 중에는 전기, 유압, 공압, 중력, 열 및 스프링에너지를 모두 확인해야 한다.

주요 절차는 다음과 같다.

장비 정지
→ 모든 에너지원 식별
→ 에너지 차단
→ 차단장치 잠금
→ 경고표시 부착
→ 저장에너지 제거
→ 무에너지 상태 확인
→ 정비 수행

단순히 정지버튼을 누르거나 제어전원을 끄는 것은 완전한 에너지 차단이 아니다.

37. 온도 안전기구

고온 및 저온 위험에는 다음 보호수단을 적용한다.

• 단열커버

• 방열가드

• 온도센서

• 과열방지 온도스위치

• 이중 온도제어

• 냉각유량 감시

• 표면온도 경고

• 자동전원 차단

• 열팽창 여유

과열방지 장치는 일반 온도제어기와 독립적으로 구성하는 것이 바람직하다.

38. 압력용기 및 폭발 보호

압력계통에는 다음 장치를 적용할 수 있다.

• 안전밸브

• 파열판

• 압력스위치

• 압력계

• 방폭패널

• 화염방지기

• 폭발배출구

• 내압하우징

압력배출 방향은 작업자나 통로를 향하지 않도록 해야 한다.

39. 비산물 보호

가공칩, 파손공구, 절단편 또는 제품이 비산할 가능성이 있는 경우 다음을 적용한다.

• 투명 방호창

• 금속가드

• 메시가드

• 방탄패널

• 칩커버

• 스핀들커버

• 절삭유 차폐판

투명가드는 화학약품, 충격, 자외선 및 장기노화에 따른 강도저하를 검토해야 한다.

40. 회전체 안전

회전체에는 다음 위험이 존재한다.

• 말림

• 원심파손

• 불평형

• 공구 이탈

• 축 돌출

• 고속비산

주요 안전기구는 다음과 같다.

• 회전체 커버

• 축단 캡

• 속도제한

• 과속감시

• 진동감시

• 밸런스 감시

• 도어 인터록

• 회전정지 확인센서

41. 안전한 공구교환

공구교환장치에는 다음 안전기능이 필요하다.

• 주축 완전정지 확인

• 공구 클램프 상태 확인

• 언클램프 상태 확인

• 공구 존재 확인

• 잘못된 공구 검출

• 매거진 위치 확인

• 비상낙하 방지

• 수동복구 절차

공구 클램프 센서만으로 실제 유지력을 보장할 수 없으므로, 드로바 위치나 클램핑력 감시를 함께 적용할 수 있다.

42. 협동운전 안전

사람과 로봇이 동일 공간에서 작업하는 경우 다음 방식이 사용된다.

• 안전정격 감시정지

• 핸드가이딩

• 속도 및 거리 감시

• 힘과 동력 제한

협동로봇 자체가 안전기능을 가진다고 해서 전체 시스템이 자동으로 안전해지는 것은 아니다.

다음 항목을 별도로 검토해야 한다.

• 그리퍼 형상

• 작업물 모서리

• 고정물과 로봇 사이 끼임

• 공구 위험성

• 이동속도

• 충돌에너지

• 작업자의 위치

43. 안전한 수동모드

셋업이나 정비를 위해 가드를 열고 수동운전해야 하는 경우에는 제한조건을 적용한다.

• 저속운전

• 제한된 힘

• 홀드투런 조작

• 인에이블링 스위치

• 위험구역 내부 조작권 우선

• 자동운전 차단

• 명확한 모드선택

• 모드선택 키 관리

44. 모드선택장치

운전모드는 일반적으로 다음과 같이 구분할 수 있다.

• 자동운전

• 수동운전

• 셋업

• 티칭

• 정비

• 청소

모드변경은 권한 있는 사람만 수행할 수 있도록 키스위치나 접근권한을 사용할 수 있다.

하나의 모드 선택이 다른 안전기능을 무조건 해제해서는 안 된다.

45. 경고장치

경고장치는 잔류위험을 사용자에게 알린다.

45.1 시각 경고

• 경광등

• 표시등

• 디스플레이

• 경고표지

• 바닥표시

45.2 청각 경고

• 부저

• 사이렌

• 음성안내

45.3 촉각 경고

• 진동

• 저항감

• 햅틱 피드백

경고장치는 다른 보호수단을 대체할 수 없으며, 소음·조명·색각차이 등을 고려해야 한다.

46. 안전표시와 색상

안전표시는 다음 정보를 명확하게 전달해야 한다.

• 위험의 종류

• 위험결과

• 금지행동

• 필수 보호조치

• 비상정지 위치

• 에너지 차단 위치

• 고온·고압 상태

• 회전 및 이동방향

표시는 오염, 세척, 자외선 및 마모에 견딜 수 있어야 한다.

47. 안전기능의 고장원칙

안전기구는 고장이 발생했을 때 위험한 상태로 전환되지 않도록 설계해야 한다.

47.1 고장 시 안전상태

• 전원상실 시 브레이크 체결

• 압력상실 시 스프링 잠금

• 센서단선 시 운전금지

• 밸브고장 시 위험방향 이동 차단

• 접촉기 용착 시 재시작 금지

47.2 단일고장 고려

하나의 부품이 고장 나더라도 안전기능이 즉시 상실되지 않거나 고장이 검출되어야 한다.

47.3 진단범위

시스템은 가능한 범위에서 다음을 검출해야 한다.

• 단선

• 단락

• 접점용착

• 센서 불일치

• 밸브 응답불량

• 출력장치 고장

• 통신오류

48. 공통원인 고장

중복된 안전채널도 동일한 원인으로 동시에 고장날 수 있다.

대표적인 공통원인 고장은 다음과 같다.

• 동일 케이블 절단

• 동일 전원공급 고장

• 침수

• 과열

• 진동

• 소프트웨어 결함

• 잘못된 정비

• 공통 배관 오염

대책은 다음과 같다.

• 물리적 분리

• 독립전원

• 서로 다른 작동원리

• 배선경로 분리

• 환경보호

• 정기검증

• 진단다양화

49. 안전기구의 무효화 방지

작업자가 안전장치를 우회하는 원인은 다음과 같다.

• 작업성이 나쁨

• 생산속도 저하

• 빈번한 오작동

• 정비 불편

• 시야 불량

• 제품 걸림

• 복구절차 복잡

안전장치의 우회를 막기 위해서는 단순히 봉인하는 것보다 정상작업이 편리하도록 설계해야 한다.

주요 방법:

• 작업공간 개선

• 빠른 안전복구

• 오작동 감소

• 가드 투명성 개선

• 센서 위치 최적화

• 우회행위 검출

• 권한관리

50. 안전기구의 검증

안전기구는 설계 후 실제 시험으로 성능을 검증해야 한다.

50.1 기능시험

• 가드 개방 시 정지

• 비상정지 작동

• 센서 차단 시 정지

• 재시작 방지

• 잠금상태 확인

• 수동복구

50.2 정지시간 측정

실제 정지시간을 측정하여 안전거리 계산에 반영한다.

50.3 고장시험

• 센서 단선

• 접점 용착

• 밸브 고착

• 전원상실

• 압력상실

• 통신단절

• 단일채널 고장

50.4 반복수명시험

• 도어 스위치

• 잠금핀

• 브레이크

• 밸브

• 비상정지

• 안전범퍼

• 라이트커튼

51. 유지보수와 정기점검

51.1 일상점검

• 비상정지 상태

• 가드 손상

• 인터록 작동

• 센서 표시

• 비정상 소음

• 압력과 온도

• 경고표시

• 케이블과 호스

51.2 정기점검

• 정지시간

• 접촉기 상태

• 브레이크 간극

• 로드클램프 유지력

• 밸브 누설

• 가드 체결

• 안전센서 정렬

• 라이트커튼 검출

• 수동해제장치

51.3 교체 대상

• 브레이크 패드

• 스프링

• 접촉기

• 밸브

• 센서

• 도어 스위치

• 릴레이

• 호스

• 가드 창

51.4 점검기록

안전기구의 점검결과, 고장, 교체 및 시험내용을 기록해야 한다.

52. 주요 고장형태

52.1 가드 파손

충격, 부식 또는 잘못된 개조로 보호기능이 상실된다.

52.2 인터록 우회

센서 고정, 자석 부착 또는 배선변경으로 안전기능이 무력화된다.

52.3 센서 오검출

오염, 정렬불량, 배선불량 또는 설정오류로 잘못된 상태를 출력한다.

52.4 접촉기 용착

과전류나 반복개폐로 접점이 붙어 전원이 차단되지 않는다.

52.5 밸브 고착

오염이나 마모로 유체공급이 차단되지 않는다.

52.6 브레이크 성능저하

마찰재 마모, 오일오염, 스프링피로로 유지력이 감소한다.

52.7 비상정지 불량

접점마모, 배선불량 또는 기계적 손상으로 작동하지 않는다.

52.8 재시작 방지 실패

안전장치 복구 후 기계가 의도치 않게 자동재시작한다.

53. 안전기구와 인간공학

안전장치는 작업자가 자연스럽게 사용할 수 있어야 한다.

주요 고려사항은 다음과 같다.

• 조작부 접근성

• 시인성

• 작동힘

• 작업자 신체크기

• 장갑 사용

• 반복피로

• 시야확보

• 비상상황에서의 직관성

• 좌우손 사용

• 유지보수 접근성

사용하기 어려운 안전장치는 우회될 가능성이 높다.

54. 식품기계의 안전기구

식품기계에서는 작업자 안전과 함께 위생성, 세척성 및 오염방지를 고려해야 한다.

54.1 주요 위험

• 회전날

• 절단날

• 이송벨트 끼임

• 실링조 압착

• 고온세척수

• 증기

• 자동도어

• 제품 걸림 제거

• 세척 중 예기치 않은 작동

54.2 설계 요구사항

• 세척 가능한 가드

• 식품잔류물이 축적되지 않는 구조

• 위생형 인터록

• 노출나사 최소화

• 배수 가능한 표면

• 세척모드와 생산모드 분리

• 세척 중 저속운전

• 위생구역 밖에 안전부품 배치

• 식품용 재료와 윤활제

54.3 주의사항

복잡한 안전센서, 힌지 및 잠금장치 내부에 식품잔류물이 쌓이지 않도록 밀폐형 또는 분해 가능한 구조를 적용한다.

55. 포장기계의 안전기구

포장기계는 고속 반복운동과 빈번한 제품교환 때문에 다음 안전기능이 중요하다.

• 투입부 손 접근 방지

• 실링조 끼임 방지

• 필름롤 교환 시 축 고정

• 커터 가드

• 도어 인터록

• 제품 걸림 제거용 안전모드

• 안전속도 감시

• 비상정지 풀코드

• 재시작 방지

56. 공작기계의 안전기구

공작기계에서는 회전체, 절삭공구, 칩, 절삭유 및 자동공구교환장치가 주요 위험원이다.

주요 안전기구는 다음과 같다.

• 스핀들 도어 인터록

• 회전체 커버

• 칩 비산 방호창

• 공구 클램프 감시

• 주축정지 확인

• 축 오버트래블 스토퍼

• 과부하 감시

• 비상정지

• 정비모드 저속운전

• 축 브레이크

57. 로봇셀의 안전기구

로봇셀에는 다음 안전장치가 사용된다.

• 안전펜스

• 인터록 도어

• 라이트커튼

• 레이저 스캐너

• 안전 PLC

• 안전속도 감시

• 티칭용 인에이블링 스위치

• 비상정지

• 축 브레이크

• 작업자 존재검출

로봇이 정지하더라도 작업물 낙하, 공압그리퍼 해제 및 중력축 하강이 발생할 수 있으므로 별도의 대책이 필요하다.

58. 승강장치의 안전기구

승강장치의 대표적인 안전구성은 다음과 같다.

구동모터
→ 감속기
→ 승강기구
→ 스프링 작동 브레이크
→ 로드클램프 또는 세이프티 기어
→ 하한·상한 스토퍼
→ 과속검출

주요 검토사항:

• 정적 유지하중

• 낙하에너지

• 정전 시 자동제동

• 이중 잠금

• 와이어 또는 체인 파손

• 비상하강

• 수동구출

• 정기 제동시험

59. 적용 사례

59.1 프레스 안전시스템

작업물 투입
→ 양수조작 또는 라이트커튼 확인
→ 안전제어 허가
→ 프레스 하강
→ 과부하 감시
→ 하사점 도달
→ 복귀

주요 안전기구:

• 고정식 가드

• 라이트커튼

• 양수조작

• 비상정지

• 브레이크 감시

• 과부하 보호

• 재시작 방지

59.2 로봇셀

도어 닫힘
→ 가드 잠금
→ 작업자 부재 확인
→ 리셋
→ 자동운전 허가

주요 안전기구:

• 펜스

• 도어 인터록

• 가드 잠금

• 안전 PLC

• 레이저 스캐너

• 비상정지

• 안전속도 감시

59.3 포장 실링장치

필름 투입
→ 실링조 접근
→ 압착 및 가열
→ 유지
→ 개방

주요 안전기구:

• 끼임 방지 가드

• 인터록 커버

• 과열방지

• 압력제한

• 안전범퍼

• 비상정지

59.4 수직 리프트

상승명령
→ 브레이크 해제
→ 승강
→ 목표위치 도달
→ 브레이크 체결
→ 로드클램프 작동

주요 안전기구:

• 홀딩 브레이크

• 로드클램프

• 상하한 스위치

• 기계식 스토퍼

• 과속검출

• 체인파손 검출

• 비상하강장치

60. 해석 및 설계도구

60.1 위험성 평가

• 위험원 목록

• 위험시나리오

• 심각도

• 노출빈도

• 회피가능성

• 위험저감 대책

60.2 CAD 검토

• 가드 간섭

• 접근공간

• 손가락 접근 가능성

• 유지보수 공간

• 비상정지 위치

• 센서 사각지대

60.3 구조해석

• 가드 충격강도

• 스토퍼 응력

• 낙하방지핀 전단

• 브레이크 하우징

• 비산방호창

• 안전펜스 강도

60.4 동역학 해석

• 정지거리

• 제동에너지

• 충돌에너지

• 낙하에너지

• 비상정지 하중

• 안전거리

60.5 제어검증

• 인터록 논리

• 단일고장

• 센서 불일치

• 접촉기 용착

• 통신지연

• 전원상실

• 재시작 방지

61. 안전기구 선정 절차

61.1 기계의 사용범위 정의

• 정상운전

• 셋업

• 청소

• 정비

• 고장처리

• 예측 가능한 오사용

61.2 위험원 식별

• 운동

• 힘

• 속도

• 압력

• 온도

• 전기

• 방사

• 화학물질

• 중력

61.3 위험도 추정

• 부상 심각도

• 노출빈도

• 회피가능성

• 발생가능성

61.4 본질적 위험저감

• 위험동작 제거

• 속도와 힘 제한

• 안전거리 확보

• 끼임점 제거

• 안정성 향상

61.5 보호장치 선정

• 고정식 가드

• 이동식 가드

• 인터록

• 가드 잠금

• 라이트커튼

• 스캐너

• 안전매트

• 비상정지

61.6 과부하와 낙하방지 선정

• 토크 리미터

• 전단핀

• 브레이크

• 로드클램프

• 안전너트

• 기계식 스토퍼

61.7 안전제어 구성

• 안전릴레이

• 안전 PLC

• 이중채널

• 접촉기 감시

• 밸브 감시

• 재시작 방지

61.8 환경 검토

• 분진

• 수분

• 세척

• 부식

• 온도

• 진동

• 식품접촉

• 폭발위험

61.9 검증과 시험

• 기능시험

• 정지시간 측정

• 고장시험

• 반복수명시험

• 전원상실시험

• 압력상실시험

• 낙하시험

• 비상복구시험

62. 결론

안전기구는 기계의 운전, 조정, 청소 및 정비 중 발생할 수 있는 위험으로부터 작업자, 설비, 제품 및 환경을 보호하는 기계적·전기적·제어적 보호수단이다.

안전기구의 설계는 위험이 발생한 후 정지시키는 것에서 시작해서는 안 된다. 먼저 위험원을 제거하거나 힘과 속도를 줄이고, 이후 가드와 보호장치로 위험을 격리해야 한다. 그다음 센서, 안전제어 및 인터록으로 잔류위험을 관리해야 한다.

고정식 가드는 위험구역에 대한 가장 단순하고 신뢰성 높은 접근방지 수단이다. 빈번한 접근이 필요한 곳에는 이동식 가드와 인터록 또는 가드 잠금장치를 사용한다. 라이트커튼, 레이저 스캐너, 안전매트 및 안전범퍼는 사람의 접근을 감지해 위험동작을 정지시킨다.

비상정지는 위험한 상황에서 기계를 신속히 정지시키는 보조 안전장치이며, 본질적으로 안전한 설계나 가드를 대신할 수 없다. 양수조작, 홀드투런 및 인에이블링 장치는 작업자의 손과 신체를 위험구역 밖에 유지하거나 제한된 조건에서만 운전을 허용한다.

토크 리미터, 전단핀, 릴리프 밸브 및 기계식 스토퍼는 과부하와 충돌로부터 기계를 보호한다. 브레이크, 로드클램프, 안전너트 및 래칫은 수직축과 승강부의 낙하를 방지한다. 전기, 유압, 공압 및 중력에너지는 정비 전에 완전히 차단하고 잔류에너지를 방출해야 한다.

안전기구는 정상작동 여부만으로 평가해서는 안 된다. 단선, 단락, 접점용착, 밸브고착, 센서오류, 전원상실, 압력상실 및 공통원인 고장까지 고려해야 한다. 안전장치가 복구된 후에는 별도의 리셋과 시작명령 없이 기계가 자동으로 재시작되지 않아야 한다.

안전기구는 다음 순서로 설계하는 것이 적절하다.

기계의 사용범위 정의
→ 위험원과 위험상황 식별
→ 위험도 평가
→ 본질적으로 안전한 설계 적용
→ 가드 및 접근방지장치 선정
→ 감지장치와 인터록 구성
→ 과부하·낙하·압력 보호 설계
→ 안전제어와 고장진단 구성
→ 정지시간과 안전거리 검증
→ 비상정지와 재시작 방지 설계
→ 정비 시 에너지 차단절차 수립
→ 기능·고장·수명시험 수행
→ 잔류위험 표시와 문서화

적절하게 설계된 안전기구는 사고 가능성을 낮추는 데 그치지 않고, 설비의 신뢰성, 유지보수성, 작업성 및 생산안정성을 함께 향상시키는 핵심적인 기계구성요소이다.