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모듈식 소형 부품 조립 라인의 XTS
인더스트리 4.0 준비 시스템을 형성하기 위해 처리 모듈 설치

[FA저널 SMART FACTORY 박규찬 기자] 인더스트리 4.0 개념은 아주 유연하고 일관되게 모듈화된 기계 구축을 필요로 한다. 그 좋은 예로 스위스 전문가인 Credimex가 만든 CresaLine 소형 부품 조립라인이 있다. 요구사항에 따라 개별 공정 스테이션에서 확장할 수 있으며 이러한 유연성은 소프트웨어 기능을 사용해 다양한 처리 모듈과 극도의 가변성을 연결하는 벡호프(Beckhoff)의 XTS로 가능하다.

XTS는 이 CresaLine 버전으로 5개의 프로세서 스테이션을 연결한다. [사진=벡호프]

쉘버트 책임자는 “기계의 모듈화로 인해 다양한 제품을 효율적으로 생산할 수 있고 이전에는 수동으로 수행해야 했던 복잡한 공정을 자동화할 수 있다는 것이 큰 이점”이라며, “표준 범위의 다양한 프로세스 스테이션은 CresaLine에서 가능하다”고 언급했다.스위스 알프나흐에 본사를 둔 Credimex AG가 만든 모듈식 자동화 플랫폼 CresaLine은 지능형 프로세스 스테이션으로 구성돼 있으며 Credimex의 공동 소유주이자 모션 기술부서의 책임자인 로저 쉘버트(Roger Schelbert)에 따르면 이는 인더스트리 4.0에 부합한 생산 시퀀스 요구사항과 일치한다. 

그는 이어 “조립 및 테스트 스테이션뿐만 아니라 취급 및 픽앤플레이스(Pick-and-Place) 공정을 원하는 대로 통합할 수 있다”며, “이런 스테이션은 벡호프의 XTS에 의해 연결된다”고 덧붙였다. 

특히 길이 250mm, 최대 너비 70~90mm인 워크피스 캐리어가 XTS 무버에 탑재되며 같은 사이즈나 여러 개의 소형 제품을 이 워크피스 캐리어에서 가공할 수 있다. 이 시스템은 시계 제조 및 전자 산업뿐만 아니라 모터 제조 및 의료 기술에서 매우 유연하고 매력적이고 특히 유리한 점은 배치 사이즈로 생산할 수 있으며 신제품을 위한 리툴링이 매우 빠르다는 장점이 있다.

부품 취급 외에도 프로세스 스테이션은 접착이나 용접에 의한 결합, 제품 인식을 위한 레이저 삼각측정 및 품질보증을 위한 이미지 프로세싱을 포함한다. 요구사항에 따라 고객 맞춤형 스테이션을 추가할 수 있다.

이것은 Beckhoff PC 기반 제어 기술의 주요 장점 중 하나를 분명히 입증해준다. 쉘버트 책임자는 “유연한 모션 기능을 갖춘 XTS뿐만 아니라 개방성 및 다양한 인터페이스를 갖춘 PC 제어는 원하는 모든 구성요소나 추가 스테이션을 통합하는데 있어 이상적인 플랫폼을 제공한다”며, “예를 들어 로봇의 통합은 TwinCAT으로 매우 간단해지고 또한 다양한 구성요소, 고성능 EtherCAT 통신 및 TwinSAFE를 통한 시스템 통합 안전 기술을 사용할 수 있다”고 설명했다.

XTS는 프로세싱 테이블 아래에 무버 리턴 섹션이 있는 리니어 운송 시스템으로 사용된다. [사진=벡호프]

XTS – 기능 및 레이아웃의 유연성
8개의 스테이션으로 이뤄진 현재 CresaLine 시스템의XTS(eXtended Transport System)는 9개의 250mm길이 선형 모터 모듈로 구성된다. 길이가 250mm인 9개의 무버가 워크피스 캐리어로써 이 트랙을 따라 이동한다. 

CresaLine Starter의 경우 전체가 CresaLine의 절반으로 줄어들었지만 동일한 접근법을 사용한다. 이는 XTS가 기계 구성요소의 교체뿐만 아니라 소프트웨어 기능을 통해 모션 제어에 엄청난 유연성을 제공하고 있다는 것을 보여준다. 아울러 시스템 구성은 사용자의 요구에 쉽게 적응할 수 있다. 애플리케이션 별 무버는 한편에선 XTS의 자기판과 인코더 시스템을 사용하고 다른 쪽에서는 고객의 자체 가이드 레일을 사용한다. 또한 Credimex는 이런 경우에 폐쇄형 대신에 선형 XTS 디자인을 구현한다. 

쉘버트 책임자는 “여기서 특징은 CresaLine Starter의 무버는 XTS 섹션의 끝에서 하강해 3축 선형 시스템을 통해 출발지점으로 되돌아온다는 것”이라며, “대형 CresaLine에서 무버는 크로스–트랜스퍼 시스템을 통해 반대편 XTS 운송 라인으로 이동되고 따라서 리턴 섹션은 조립 스테이션에서도 사용된다”고 말했다.

그는 이어 “이런 방식으로 우리는 매우 콤팩트한 시스템을 설계할 수 있고 더 작은 조립 라인에 대한 시장의 요구를 충족시킬 수 있다”고 덧붙였다.

콤팩트한 시스템 설계도 쉽게 확장할 수 있다. 쉘버트 책임자는 “하드웨어 및 소프트웨어의 모듈성 덕분에 다른 시스템의 레이아웃도 큰 노력없이 XTS를 사용해 간단한 구성을 통해 실현할 수 있다”며, “예를 들어 추가적인 파퓰레이팅(Populating) 이나 프로세싱 스테이션을 통합하기 위해 프로세싱 테이블 아래의 무버 리턴 섹션을 크로스-트랜스퍼 또는 폐쇄형 XTS 시스템으로 대체할 수 있다”고 설명했다.

운송 시스템과 프로세스 스테이션의 디커플링이 소형 부품의 조립에 특히 중요하다.

소프트웨어 기능이 하드웨어 지출을 대체하다
막대한 하드웨어 지출을 필요로 하는 모션 기능은 XTS를 통해 소프트웨어로 간단하게 실현될 수 있다. 

쉘버트 책임자는 “생산흐름에서 하드웨어를 전혀 변경하지 않고 소프트웨어 구성을 통해 프로세스 스테이션을 추가할 수 있고 모션 및 포지셔닝을 정확하게 제어 할 수 있기 때문에 종전에 사용된 하드웨어 구성 요소를 제거할 수 있다”며, “예를 들어 XTS를 사용하면 프로세싱에 필수적인 포지셔닝 정확도를 달성하기 위해 더 이상 기존 컨베이어 벨트에서 생산 중인 제품을 들어 올릴 필요가 없어 결과적으로 더 적은 수의 모션 축으로 훨씬 더 간단한 프로세싱 스테이션을 실현할 수 있다”고 언급했다.

특히 소형 부품의 조립에서 원하는 정밀도를 달성하는데 많은 요소들이 중요한 역할을 한다. 약간의 진동조차도 여기서 문제를 일으킬 수 있는데 쉘버트 책임자는 이를 XTS의 또 다른 장점으로 여긴다. 

그는 “운송 시스템은 완전히 독립적으로 개별 프로세스 스테이션과의 기계적 연결 없이 작동한다”며, “이는 핸들링 로봇의 리턴 동작 덕분에 진동이 XTS 및 다른 스테이션에 전달되지 않음을 의미하고 이는 프로세싱 정확도를 달성하는데 아주 긍정적인 영향을 미친다”고 설명했다.

쉘버트 책임자가 설명했듯이 무버의 유연성은 긍정적인 효과가 있다. 우선 무버는 움직임에 필요한 공간이나 하나의 무버가 운송해야 할 제품의 개수에 따라 짧거나 길거나 크거나 작은 애플리케이션 별로 특별히 설계될 수 있다. 

지금까지 우리는 500 마이크로칩에서 워크피스 캐리어 당 3~4개의 대형 부품까지 확장할 수 있는 마이크로 어셈블리 영역에 집중했다. 유연성은 또한 개별 무버를 운송 시스템에서 제거하고 필요에 따라 다시 원래대로 되돌릴 수 있음을 의미한다. 한 가지 예로 배터리 구동 카메라 시스템을 장착한 특별한 무버는 필요하면 프로세스를 통해 구동되며 개별 프로세스 스테이션의 정확도를 체크하고 다시 고정밀도에 대한 오프셋 보정을 저장한다. 이것은 예를 들어 아침이나 업무 중간에 온도 차가 클 경우 무엇보다 중요하다.

Credimex는 아래에 위치한 스핀들 구동 시스템을 통해 아주 유연한 XTS를 무버가 돌아오는 선형 전송 시스템으로 사용한다. [사진=벡호프]

인더스트리 4.0의 전제 조건으로서 가변성
오늘날에도 CresaLine은 현대적 인더스트리 4.0 개념의 실현을 위한 요구사항을 이미 충족시켰다. 예를 들어 개별 작업이 타임스탬프가 있는 데이터베이스에 저장되기 때문에 생산 효율성을 언제든지 각각의 프로세스에서 추적할 수 있다. 

그러나 주요 요구사항은 XTS를 통해 높은 유연성을 제공하는 개별 지능형 프로세스 스테이션을 기반으로 한 일관된 모듈식 시스템 접근방식이다. 

쉘버트 책임자는 “로트 사이즈1 제조와 관련해 제조에 필요한 공정 단계가 무엇인지에 대해 각 프로젝트에 주문 관련 결정이 내려진다”며, “편으로 이것은 C6920 중앙 제어 컴퓨터와 개별 프로세스 모듈의 CX5020 임베이드 PC를 고객의 ERP 시스템에 연결하는 방식”이라고 설명했다. 

다른 한편으로는 고유하게 할당된 제품과 단일 무버의 개별 제어기가 큰 부분을 담당한다. 이런 방식으로 생산되는 제품은 사실상 지능화되고 조립 과정을 통해 스스로를 가이드할 수 있다. 또 다른 측면은 전체 프로세스 체인의 켈리브레이션을 위한 카메라 무버와 관련이 있으며 허용되지 않는 품질 결함이나 너무 많은 불량품이 발생하기 전에 그것의 정보를 프로세스 시퀀스의 조기 보정을 위해 직접 사용할 수 있다.

[박규찬 기자 (editor@infothe.com)]

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