Trtzschler는 고성능 소면기, 즉 직물산업용 개면기 및 클리닝 머신용으로 고도의 정밀도가 요구되는 회전 드럼을 제조하는 회사다. 드럼은 무거운 강철판으로 이뤄지지만 고속 회전속도에서 엄격한 공차를 만족시켜야 한다. Trtzschler는 용접 작업에 소요되는 엄청난 인건비 지출을 절약하기 위해, MAG 펄스 용접 공정을 자동화하기로 결정했다.

구현/솔루션

터치 및 아크 센서의 도움으로 용접 공정을 안정적으로 점검하는 KUKA 로봇 KR 6은 요구된 품질을 만족시키기 위한 전제조건이다. 터치 센서는 심 검출에 사용된다. 로봇은 그 접촉 센서의 도움으로 용접 전에 가공물에서, 프로그래밍에 사용된 참조 모델과 다른 형상 차이를 측정한다. KR 6은 아크 센서를 통해 용접 공정 중에 심을 추적한다. 아크 길이의 변화는 컨트롤러에 전달되는데, 이러한 변화는 접합부 중앙에서의 용접 토치의 편차를 근거로 산출된다. 이에 대해 로봇은 상응하는 축 위치 변경을 통해 반응한다.

용접 토치가 탑재된 KR 6은 리니어 유닛에서 2개의 작업장 사이를 이동하면서 2가지 치수의 회전 드럼을 용접한다. 큰 회전 드럼은 1,200mm의 직경과 22mm의 판재 두께를 가지며, 작은 회전 드럼의 경우에는 직경이 690mm이고 판재 두께가 15mm이다. 로봇은 6개의 축을 가지며 리니어 유닛 및 2개의 가공물 포지셔너는 각각 1개의 축을 가지므로, 로봇 컨트롤러는 총 9개의 축의 모션을 컨트롤해야 한다.

롤 벤딩 머신에서 성형된 회전 드럼은 4개의 스폿 용접으로 수동 접합된다. 이외에도 사용자는 용접심의 양측면에서 런 온(Run-on) 및 런 오프 플레이트(Run-off Plate)를 용접해, 용접시 용접심의 양 끝에서 발생할 수 있는 불량이 드럼 밖에 존재하도록 할 수 있다. 이어서 크레인이 회전 드럼을 가공물 포지셔너 중 하나에 하적한다. 드럼의 길이 심의 정렬을 위해 외부 로봇 축이 수동으로 조그 모드에서 이송되며, 이때 레이저 빔이 심 센터에 대한 기준점을 지정한다. 로봇이 터치 센서를 통해 다시 한 번 심의 위치를 점검한 후에, 아크 센서를 통해 세로 심의 내측 및 외측의 용접 상태가 점검된다. 그 다음 크레인이 셀에서 드럼을 인양한다. 작업자는 런 온 및 런 오프 플레이트를 제거하고 2개의 엔드 플레이트를 고정시킨다. 조립품은 다시 셀로 전달되고 로봇은 엔드 플레이트를 둘레 심으로 용접한다.

시스템 구성 요소/공급 범위

● 터치 및 아크 센서를 구비한 KUKA 로봇 KR 6.

● 윈도 유저 인터페이스가 탑재된 컨트롤 패널을 구비한 PC 기반 KUKA 로봇 컨트롤러.

● 용접 토치.

● 기능 능력의 검증이 포함된 솔루션 전체의 개발.

● 로봇 프로그래밍.

● 용접 흄 집진 시스템.

● 안전 장비.

● 시운전.

공급업체는 용접 공정에 특화된 KUKA 시스템 파트너로서 뒤셀도르프의 힐덴에 소재한 Paul von der Bank였다.

구축 결과

● 우수한 품질

매우 정밀한 용접 심은 나중에 0.25mm의 간격으로 나란히 회전하는 회전 드럼에서 정확하게 밸런스를 유지하기 위한 전제조건이다.

● 탁월한 유연성

다양한 용접 프로그램을 컨트롤러에서 불러오기 할 수 있으므로, 높은 유연성이 보장된다. 따라서 사용자는 2가지 크기의 롤러를 순서에 상관없이 자유롭게 용접할 수 있다. 잠수 아크 용접과 비교해 다른 이점으로 높은 자동화율 및 그로 인한 고객 이익을 들 수 있다. 이러한 고객 이익은 로봇의 셋업 시간을 기다릴 필요 없이 로봇이 제2의 스테이션에서 작업하는 동안 스테이션 중 하나에서 언로딩 및 로딩 작업이 가능하다는 것이다. 또한 KR 6은 그 콤팩트한 크기로 인해 내부 용접시 드럼에서 원활하게 움직일 수 있다.

● 경제적 이점

Trtzschler는 수동 핸들링에 비해 생산 시간을 약 35% 단축시킬 수 있었고, 이 덕분에 용접 공정을 더욱 최적화할 수 있었다. 로봇 셀의 1일 용량은 1교대 작업을 기준으로 2개의 드럼당 8개의 세트에 달한다. 사이클 타임 내에, 즉 26분 또는 14분 내에 로봇은 큰 드럼에서 각각 1.1m의 길이 심 및 7.5m의 둘레 심을 용접하고, 작은 드럼에서는 4.3m를 용접한다. 투자금 회수기간과 관련해 동사는 시스템 전체에 대해 3년을 예상하고 있다.

● 높은 가용성

95% 이상의 높은 가용성은 KUKA 시스템 파트너인 Bank사의 공간적 인접성 및 신속한 서비스를 통해 더욱 안정적으로 보장된다.

● 트레이닝 통한 이해 증대

Bank는 직원에 대한 트레이닝을 통해 이 현대적 기술을 이해하는데 도움을 주었다. 트레이닝과 관련해 KUKA 컨트롤 패널의 친숙한 윈도 유저 인터페이스가 긍정적으로 작용했다.

[월간 FA저널 ()]

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