[기술기고] 다음 단계로 넘어가는 기계 자동화

[산업일보]
오스트리아 클라겐푸르트 (Klagenfurt)에 매년 약 2천만 개의 면도기 및 수염 트리머용 커터 날을 생산하는 필립스 공장이 있다. 필립스는 복잡한 연삭 공정을 가능한 한 효율적으로 만들기 위해 완전히 자동화 했다.

네덜란드의 전자 제품 대기업인 필립스는 클라겐푸르트 (Klagenfurt)의 뵈르 테제 (Wörthersee) 동부 해안에 위치한 공장에 380명의 직원을 고용하고 있다. 헤어 클리퍼와 수염 트리머를 위해 생산 라인에서 일하는 180명의 직원이 있고, 다른 200명의 직원은 연구 개발에 종사하고 있다. 이로 인해 클라겐푸르트는 네덜란드 기반 그룹의 주요 R&D 시설 중 하나이며 커터 날의 가장 중요한 생산지가 됐다.

필립스 컨슈머 라이프 스타일(Philips Consumer Lifestyle)의 툴 디자인 리드 엔지니어(Lead Engineer Tool Design) 크리스챤 래시(Christian Rassi)는 필립스의 헤어 클리너 및 수염 트리머 용 고품질 부품 제조에 관련된 내용을 다음과 같이 설명한다. "커터 날 연마는 생산에서 가장 많은 시간과 비용이 드는 공정 중 하나여서 모든 연삭 기계가 자동화 될 수밖에 없었다. 우리는 두 개의 로봇이 있는 하나의 자동화 된 셀에서 부품 분리, 공급 및 연삭을 위한 별개의 공정을 통합하고 있다"



특정 과제는 Mägerle 연삭기를 업스트림 및 다운스트림 작업과 함께 자동화하고 조정하는 것이었다. 이 복잡한 작업의 주요 과제는 커터 날이 AnyFeeder 시스템을 통해 대량으로 도착한다는 것이다. 첫 번째 라인의 로봇은 커터 날을 분리하고 매거진에 끼워 넣는 역할을 한다. 그런 다음 두 번째 로봇은 Mägerle 연삭기로 완성 된 부품을 이동, 청소 및 분리하는 작업을 수행한다.



Rassi는 다음과 같이 설명한다. "필요한 사이클 타임으로 인해 대량의 부품을 분리하고 매거진을 적재 할 때 정밀도가 높은 고속 동작만 고려될 수 있다. 그러나 연삭기로 이동 할 때는 정교하며 밀폐된 6축 로봇이 필요하고 두 로봇 모두 동일한 제조업체에서 공급해야 한다"

필립스의 팀은 적합한 로봇을 선택하기 위한 엄격한 기준을 갖추고 있었다. 회사의 경영진도 많은 로봇 경험을 가지고 있으며 시장을 잘 알고 있다. 상세한 분석을 끝낸 후 솔루션을 찾고 스토브리를 통한 주문이 이뤄졌다. "스토브리는 공작기계 자동화를 위한 검증된 6축 TX90L같은 로봇을 보유하고 있다"라고 Rassi는 말했다. "그리고 역동적인 고정밀 TP80 패스트 피커는 공급 스테이션에서의 정확한 사용 요구 사항과 일치한다. 다른 어떤 로봇 제조회사도 완벽하게 적합한 두 로봇의 조합을 제공 할 수 없었다"



자체 설계 팀의 선구적인 솔루션

시스템 구성 요소가 결정된 후 정적 이미지 처리 시스템이 있는 AnyFeeder에 의해 커터 날의 전달과 분리가 처리됨으로써 프로젝트의 구현이 시작될 수 있었다. 완벽한 시스템은 사내 필립스 설계 팀과 수년 동안 클라겐푸르트의 필립스의 모든 Mägerle 연삭기를 유지 보수 한 Vipro Automatisierung GmbH 간의 공동 생산이다.

자동화 솔루션은 필립스 팀이 설계했지만 조립, 프로그래밍 및 커미셔닝은 대부분 Vipro이 책임졌다. 지난 몇 년 동안, Vipro는 대량 인도된 품목의 분리를 전문으로 했으며 따라서 프로젝트 수행에 필요한 상당한 전문성을 확보할 수 있었다.

이는 시스템의 설계 요구 사항이 극도로 까다로웠기 때문이다. 시스템이 처리할 수 있는 여러 가지 변형된 제품들을 위해 자동화 솔루션은 유연성이 뛰어나고 짧은 시간 내에 툴 체인징이 가능해야 했다. 또한 시스템의 크기가 최소화돼야 한다는 점도 중요했다.

생산 현장을 좀더 면밀히 살펴보면 바닥 면적이 1센티미터도 낭비되지 않았음을 알 수 있다. 조립 라인에서 이송 지점을 주의 깊게 배치하는 것과 같이 스마트하고 공간을 절약하는 솔루션은 두 로봇 모두가 접근할 수 있게 해주며 셀 뒤의 통합 그리퍼 스테이션은 엔지니어들의 경험에 의해 만들어 졌다.

같은 시간에 가장 중요한 시스템 구성 요소에 대한 접근 가능성이 보장됐다. "모든 것을 생산 공간에 맞추기 위한 지속적인 노력이 있었기 때문에 가능한 공간을 최대한 효율적으로 사용할 수 있다"라고 Rassi는 덧붙였다.



한눈에 보는 셀의 Workflow

이 공정은 AnyFeeder를 통해 커터 날을 대량 공급해 TP80에 사용할 준비가 된 피드 테이블로 떨어뜨린다. 패스트 피커는 천장에 설치된 카메라에서 커터 날의 위치 데이터를 받는다. 소프트웨어의 계산 속도로 로봇은 커터 날의 위치와 방향을 즉시 결정할 수 있다.

이 정보를 사용해 부품을 집어 매거진에 넣을 수 있어 이 공정에서 지연이 발생하지 않으며 TP80의 다이나믹한 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다. Rassi는 "FAST Picker만이 이 공정에 필요한 사이클 타임을 얻을 수 있었다. 일반적인 스카라 로봇으로는 불가능했다“고 말했다.

TP80에 의해 수행되는 매거진 적재에는 최대 정밀도가 요구된다. 각 커터 날에는 두 개의 작은 구멍이 있으며 매거진의 작은 핀 쌍에 끼워져 있다. 이 작동을 수행하기 위해 로봇은 0.02 밀리미터의 공차 범위 내에서 작동한다.

매거진이 모델에 따라 54와 96 사이의 커터 날을 갖추고 있으면 6축 TX90L이 이를 집어 들고 연삭기의 클램핑 장치로 내려간다. 그런 다음 로봇은 전체 매거진에 연삭 과정에 원활히 하기 위해 특수 모양의 툴을 이용해 모든 커터 날이 정확히 배치되고 튀어나오지 않도록 한다.



연삭 단계가 완료되면 6축 로봇은 매거진을 제거하고 매거진이 제거된 스테이션에 커터 날을 배치한다. TX90L은 이제 석션 그리퍼를 사용해 청소된 커터 날을 제거하고 약 1천 개 용량을 가진 더 큰 매거진에 넣는다. TX90L이 다양한 작업 범위를 위해 요구하는 여러 종류의 그리퍼 사이의 전환은 완전히 자동화돼 툴 체인지 시스템에 의해 수행됩니다.

상대적으로 긴 매거진이 연삭기의 클램핑 장치에 삽입하기 위해 높은 정밀도가 요구되므로 정밀도 측면에서 높은 요구 사항이 TX90L에게 주어진다. 또한 완벽하게 캡슐화돼 설계된 로봇은 연마 분진 및 윤활유, 냉각수를 견딜 수 있다.

로봇의 고성능은 필립스의 선구적인 시스템 컨셉의 성공에 크게 기여하고 있다. “연삭 공정은 필립스 헤어 가위 및 수염 트리머의 명성에 있어 매우 중요하다"라고 Rassi는 말했다. "4교대로 24시간 연속 생산되는 이 신공장은 이 공정을 이전보다 더욱 효율적으로 만들어준다. 이 자동화 컨셉에 맞춰 다른 연삭 기계를 업그레이드 하는데도 전혀 문제없다"고 Rassi는 밝혔다. <기고제공 : 스토브리코리아>