용접건 전극 밀링 장치 – 팁 드레서

스웨덴의 Volvo사가 사용하는 고객 맞춤 솔루션은 스폿 용접이 빠르고 믿을 만해졌다는 점을 확인해 준다. Volvo의 해법은 자동화 플랫폼 CPX와 연결된 Festo의 전기 드라이브 테크놀로지와 비전 시스템이다. 이는 Volvo 자동차 차제 시트 메탈 부품 제작에 신뢰도를 높이고, 플랜트 조작자들의 안전 확보를 의미한다.  

올로프스트롬은 스웨덴 남부의 교통 허브인 코펜하겐 국제 공항에서 2시간 거리에 있는 숲과 호수로 둘러싸인 그림 같은 풍경의 도시이다. 산업 중심지인 스톡홀름, 고텐부르크, 말뫼로부터 멀지 않은 이 곳에는 Volvo 그룹의 중요한 차체 공장이 있다. 이 올로프스트롬 공장(당시에는 Volvo라는 브랜드가 아니었다)에서는 18세기와 19세기에 철제 기구와 스틸 파이프, 철판과 같은 반제품을 제작하였고 1927년부터 Volvo 전체 모델에 사용되는 차체 부품을 제작하기 시작하였다.

현재는 280여 개의 컨테이너에 차체 부품으로 가득 실은 열차 5대가 매일 같이 올로프스트롬을 출발하여 고텐부르크와 겐트, 벨기에에 위치한 Volvo 조립 공장으로 향하고 있다. 이 부품들은 완성차로 조립되며, 연간 사용되는 부품이 5천만 개에 이른다.

시간 단축: 새로운 팁 드레서는 다수의 용접 로봇을 사용할 때 사이클 타임을 단축하는데 효과적이다.

스폿 용접의 역량

“볼보 자동차에서 볼 수 있는 차체의 대부분은 올로프스트롬에서 제작되고 있습니다.” (라이프 빈베르크, Volvo 올로프스트롬 공장 용접 내구성 책임자) 차량 도어와 프레임 그리고 A, B, C 필러와 같은 하중 내력 콤포넌트, 범퍼 보완재, 프론트 사이드 멤버, 사이드 임팩트 빔, 크로스 빔, 루프 아치와 루프 테일 등이며, 이들 부품들은 compact V40에서 S60 saloons,  XC90과 같은 대형 SVU에 이르기까지 다양한 Volvo 모델을 위해 각각 다른 버전으로 생산된다.

차체 생산의 핵심은 용접의 내구성이다. 정확하게 용접된 시트 메탈 부품은 차량의 충돌시 안전 확보 측면에서 결정적인 역할을 하기 때문이다. 용접 프로세스 중에는 전극 밀링으로 생산성을 높일 수 있다. 스폿 용접을 반복하면 용접건의 전극이 무뎌지는데 대략 150회 정도의 스폿 용접 후에는 정확한 용접을 위해서 전극을 밀링해야 한다. “전극 밀링은 뭉뚝해진 연필을 날카롭게 깎는 것과 같은 이치입니다.” (라이프 빈베르크, 용접 전문가)

카메라로 제어되는 전극 밀링 장치 앞에서: 라이프 빈베르크(올로프스트롬 Volvo 용접 내구성 공장 책임자)와 라이프 린달(Festo Sweden과 공동 진행한 자동차 개발 사업 매니저)

협력 개발

“최근 몇 년간 우리 회사는 전극 밀링에 필요한 사이클 타임을 절반 이하로 줄일 수 있는 솔루션을 개발하였습니다.”(라이프 빈베르크) “밀링 후 스폿 용접을 진행하면 전극을 정확한 위치로 조정하기 위해 로봇 셀에 들어가지 않아도 되므로 공장 작업자들에 대한 안전성도 보장됩니다.”(라이프 린달, Festo Sweden과 공동 진행 자동차 사업 개발 매니저)

정적 용접건을 위해 Volvo와 ABB의 명세 기준에 정확하게 맞추어 Festo가 팁 드레서(tip dresser)라고 부르는 전극 밀링 장치를 전극에 가져가는 피봇 암을 개발하였다. 이 피봇 암은 Festo 전기 실린더 DNCE에 의해 정확한 위치를 결정된다. 위치를 자유롭게 프로그래밍할 수 있어 이들 전기 실린더는 모션과 가속 면에서 매우 유연하다. 바로 설치 가능한 전기 피봇 암 패키지는 스테퍼 모터 EMMS와 모터 컨트롤러 CMMS를 갖추고 있다. 모터 컨트롤러는 자동화 플랫폼 CPX을 이용하여 컨트롤 캐비닛에 안전하게 통합되어 있고, CPX는 모터 컨트롤러와 로봇 설치를 위한 마스터 컨트롤 시스템과 Profinet을 통해 통신한다.

정적 용접건 시스템을 위해 민첩하고 정확한 피봇 암이 팁 드레서라 부르는 전극 밀링 장치를 150회 스폿 용접 후에 전극으로 가져간다.

비전 시스템으로 통제하는 전극 밀링

이동식 팁 드레스는 ABB 다관절 로봇의 용접건에는 필요하지 않다. 이러한 로봇은 150회 스폿 용접 후 전극을 전극 밀링 장치에 스스로 가져갈 수 있기 때문이다. 용접건이 자유롭게 움직임으로써 완전히 새로운 지평이 열렸다. 먼저 다관절 로봇이 용접건을 팁 드레서에 가져가면 팁 드레서가 전극을 밀링하고 다음 단계에서 로봇이 Festo 비전 시스템인 SBO…-Q 렌즈 앞으로 전극을 가져간다. “이 시스템은 다음 시트 메탈 부품을 정확하게 용접할 수 있도록 전극을 배치하는데 필요한 모든 데이터를 로봇 시스템에 제공합니다. 이 비전 시스템은 통합하기가 쉽고 매개변수를 통해 작동하기가 간단합니다.”(라이프 빈베르크)

이 시스템은 이미지 데이터를 얻기 위한 센서 시스템과 완벽한 전자 평가 유닛 그리고 상위 레벨 컨트롤러(PLC)와의 통신에 필요한 인터페이스(이더넷/CAN)도 포함하며, 비전 시스템 자체는 1리터짜리 우유팩 정도 크기의 작은 하우징 안에 들어있다.

보다 민첩하게, 보다 믿을 만하게: Volvo는 용접 프로세스를 지속적으로 개선하고 있다.

사이클 타임이 1/4 줄어들었다

비전 시스템의 이미지는 1초라는 짧은 시간에 접촉면 정렬, 전극의 길이와 각도 그리고 시트 메탈 상의 시작점에 관한 데이터를 제공한다. 비전 시스템은 데이터를 로봇 컨트롤러에 전송하고, 로봇 컨트롤러는 다음 스폿 용접을 위해 로봇을 셋팅한다. “전극 밀링 사이클 타임이 35초에서 9초로 단축할 수 있었습니다. 이는 머시닝 로터리 인덱싱 테이블 사이클 타임 6초와 근사치의 사이클 타임으로 단축할 수 있습니다.”(라이프 빈베르크) 올로프스트롬 공장에 300대의 용접 로봇이 설치되어 있는 것을 감안하면 사이클 타임을 줄여 생산성을 높이는 데에 큰 기여를 할 수 있다.

다관절 암 로봇을 위한 팁 드레서: 우측에는 전극 밀링용 두 개의 구멍이 있고, 좌측에 전극 포지셔닝을 위해 데이터를 제공하는 비전 시스템이 적용된 콤팩트 하우징이 있다.