포장시스템의 모듈구조 자동화

자동포장시스템에서 다양한 포맷의 장치를 유연하고 빠르게 교체하는 것은 기계 효율성을 최대한으로 달성하기 위해 반드시 필요한 기능이다. Gerhard Schubert는 여러 포맷의 포장으로 전환하기 위해 특수한 포지셔닝 시스템을 사용한다.

레기나 오이링(Regina Euring): Halstrup- Walcher GmbH 홍보 담당

Gerhard Schubert의 기계들은 작업 프로세스 통일화로 지속적으로 동일한 포장 품질을 제공한다.

의약품, 화장품, 식료품 등 여러 종류의 포장기를 제작하고 네슬레, 다농, 유니레버와 같은 유명한 브랜드에 납품하는 Gerhard Schubert(게르하르트 슈베르트)사의 제어 기술자인 롤프 뵈게라인은 다음과 같이 언급하였다. „표준화는 기업의 역량에 기여합니다. 정확히 말해, 당사 고객들에게는 제품 포장 시 역량을 의미합니다.“ Schubert는 기계의 작업공정 표준화를 통해 항상 일정한 포장 품질을 유지한다. 고객들은 자주 바뀌는 포장 단위에 유연하게 대처할 수 있다. 개별화, 고객 맞춤 형태로 가는 추세로 이러한 적응 능력은 갈수록 필수사항이 되고 있다. 이에 Schubert는 여러 포맷의 포장 전환을 위해 Halstrup-Walcher의 PSE(포지셔닝 시스템)을 사용한다. 이 시스템은 스마트한 컨트롤 기술을 이용하여 포장해야 할 제품의 포맷 규정에 맞게 각 축들을 조정한다. 덕분에 장비 교체 시 시간이 절감되고, 조정 오류로 인한 불량품과 가동중지가 예방되고 높은 수준의 품질이 가능하다.

Schubert의 기계는 주로 트레이나 접이식 상자에 들어있는 개별 제품을 최종 포장하는 데 사용된다. „당사 제품 라인에는 박스제함기, 그룹핑머신, 클로징기계, 팔레타이저 등이 있습니다.“(롤프 뵈게라인) Schubert사는 각각의 서브기계로 하나의 포장시스템을 제작한다. „가장 작은 TLM 포장기는 하나의 서브기계로 구성할 수 있습니다. 평균적으로 하나의 포장시스템은 5개 ~ 6개의 서브기계로 구성됩니다.“(롤프 뵈게라인) 대형 포장시스템은 보통 11개 ~ 15개의 서브기계가 필요하며, Schubert가 지금까지 제작한 가장 큰 시스템은 26개의 서브기계로 이루어졌다. 표준화 덕분에 기계 납품시간이 단축되고 고객의 개별적인 주문과 포장 프로세스에 맞추어 적응하는 시간이 줄어든다.

모듈 구조가 유연성을 제공한다

서브기계는 TLM 시스템 콤포넌트로 조립된다. „박스 제함, 로딩 및 클로징을 위한 F2 로봇, 포장물 취출을 위한 F3 로봇 그리고 4축 F4 로봇이 이에 속합니다. 픽 & 플레이스 어셈블리는 TLM 비전시스템과 연동하여 제품을 작동하는 제품 벨트에서 집어 올려 상자나 트레이에 넣거나 운반모듈 위에서 그룹핑합니다.“(롤프 뵈게라인) 이 운반모듈은 모든 서브기계를 통과하여 레일시스템으로 제품을 운반하는 세계 최초의 운반로봇이다. 조작자 가이드, 즉 포장 시스템의 마스터 컴퓨터와 기계 프레임이 Schubert 시스템 콤포넌트를 완성한다. 박스 제함기에는 선회 가능한 블랭크 매거진이 있다. 이 매거진은 일반적인 안전도어와 달리 접근하기 쉽게 기계 전면부에 설치되어 있다. 이 매거진은 포맷에 따라 공구를 수동으로 교체한다. 공정 중에 TLM-F3 로봇을 이용하여 빈 박스를 매거진에서 꺼낸다. TLM-F2 로봇이 빈 박스를 접착제 노즐로 안내하고 접착을 포함하여 제함 절차를 한 번의 작업 공정으로 끝낸다. 최대 120개의 박스를 1분 안에 제작할 수 있다.

상자접착시스템 내 접착제 도포 모듈의 자동 설정: 정확한 위치에 접착제를 도포하는 것이 보장되어야 한다.

수동 대신 자동

„과거에는 포장의 포맷을 변경될 경우 기계를 조정하기 위한 핸드휠을 사용하였습니다. 핸드휠을 조작하기 위해 조작자가 항상 현장에 있어야 했습니다. 설정을 바꾸는 데는 시간이 많이 걸립니다. 한 기계에서 축 여러 개를 조정해야 하기 때문입니다. 사람이 하는 일이라 오류를 배제할 수 없고, 제조 중 불량이나 가동중지를 초래할 수 있었습니다.“(크리스티안 수라, Halstrup-Walcher 판매 이사) 중요한 것은 상자 접합유닛에 있는 접착제 도포모듈을 올바르게 설정하는 것이다. 접착제가 정확한 위치에 정확하게 도포되어야 하기 때문이다. 자동화하기 전에는 수동으로 장비를 설정해야 하기 때문에 오랫동안 가동을 정지해야 했고 그로 인해 생산시간에 상당한 손실을 감수해야 했다. 핸드휠 대신 기계축 조정을 사용할 수 있다. 정해진 위치로 이동하면서 지정된 규정값을 스스로 트리거링할 수 있으나, 장애물과 같은 방해변수로 절차가 중단되거나 방해를 받는 상황이 생길 수 있다. 이런 상황을 기계 조작자가 눈치채지 못하는 경우가 있는데, 위치에 대해 피드백할 방법이 없기 때문이다. „Halstrup-Walcher의 포지셔닝 시스템은 이에 비해 자신이 현 위치를 정확하게 파악하고, 언제든지 기계 컨트롤 유닛을 통해 조작자를 호출할 수 있다. 포지셔닝 시스템이 스스로 자신의 위치를 모니터링하고 컨트롤 유닛에 피드백하며 규정값을 조정한다. 버튼 몇 번으로 포맷 변경을 빠르고 정확하게 여러 개의 조정 축에 맞추어 동시에 실시할 수 있다. „자동포맷 조정을 이용하면 개별생산도 수익성이 있습니다. 기계 사용자가 필요에 맞게 포장할 수 있는 장점이 있습니다.“(크리스티안 수라) 뿐만 아니라 PSE는 접근하기 어려운 지점에도 설치가 가능하다. 핸드휠을 사용하는 시스템의 경우 기계를 설계할 때부터 조작자 측에서 휠에 쉽게 접근할 수 있게 설치해야 했다. 이러한 시스템은 부분적으로는 추가로 복잡한 편향 메커니즘을 필요로 한다.

간단한 핸들링을 위한 지능

이 포지셔닝 시스템은 부러쉬레스 EM모터, 기어, 절대치형 위치측정시스템 그리고 모터컨트롤로 구성되며, 셀프감시 기능을 갖추고 버스통신이 가능하다. 내장된 모터컨트롤은 조정해야 할 모듈의 정밀한 포지셔닝을 보장한다. PSE는 버스통신을 통해 컨트롤 유닛으로부터 이동명령을 수신한다. 동일한 경로로 규정값이 정해진 시간 내에 도달했는지 여부에 대한 피드백이 이루어진다. 차이가 나는 경우 포지셔닝 시스템은 스스로 감속하거나 가속하여, 오차를 줄여 조절한다. 이렇게 다수의 PSE 동기화도 실시된다.

절대치형 위치 측정 시스템은 정확한 위치를 유지하는 데에 도움이 된다. 이 시스템은 공급 전압과 배터리가 없어도 기능하며, 정비하지 않아도 믿을 만하게 작동한다. 수동회전 등에 의해 바뀐 위치는 전압이 없는 상태에서도 파악된다. 추가로 컨트롤유닛은 구동회전에 대한 지적사항을 수신한다. 또한 이 절대치형 위치측정시스템은 유사한 시스템과 달리 회전을 모터가 아니라 바로 출력축에서 측정한다.

포장기의 포맷 교체는 포지셔닝 시스템을 이용하면 버튼 몇 번으로 신속하고 정확하게 장착된다.

예방정비가 가동 중지시간을 최소화한다

이 포지셔닝 시스템은 규정값에 도달 여부와 다른 매개변수도 미리 관찰하고 모니터링할 수 있다. „이른바 예방 정비(preventive maintenance)는 우리가 앞으로도 사용할 Halstrup-Walcher 포지셔닝 시스템의 또 다른 특수 기능입니다.“ (롤프 뵈게라인) 요구되는 토크와 같은 관련 매개변수는 컨트롤 유닛으로 피드백된다. 만일 스핀들이 뻑뻑하고, 베어링이 스커핑되거나 또는 장치내부 온도가 과부하에 의해 오르게 되면 고장을 조기에 감지할 수 있다. 덕분에 서비스 중단상황이 발생하기 전에 정비를 할 수 있다. 이른바 포지셔닝 시스템의 컨디션 모니터링에는 지능적 알고리즘을 이용하여 방해물과 오염물 사이를 구분하는 장치능력도 포함된다. 굳은 윤활그리스로 오염된 경우 토크가 일시적으로 높아진다. 수동으로 제거해야 할 방해물인 경우에는 드라이브를 즉각 정지하고, 컨트롤 유닛에 고장 메시지를 전달한다.

Halstrup-Walcher 포지셔닝 시스템은 많은 장점으로 Schubert사에서 포장 프로세스의 포맷 조정 자동화를 위한 신뢰할 만한 솔루션 가운데 하나가 되었다. „거의 모든 구성품은 키르히자르텐 공장에서 제작하고 최적화된 생산라인에서 조립합니다. 완성된 제품들은 자동점검 기능으로 올바른지 점검합니다.“(크리스티안 수라) Halstrup-Walcher의 깊은 생산수준에 의해 변이형과 개별화도 빠르고 유연하게 생산할 수 있다. 이 업체는 고객맞춤 변형모델 제조사로서 유명하다. Halstrup-Walcher 포지셔닝 시스템을 모듈원리를 이용하여 응용하기가 간단하다. IP 보호 등급이나 버스통신 시스템에 상관없이 기계에 가변적으로 설치할 수 있다. 치수가 각 사례에 따라 버스 또는 보호 등급에 의해 변화하지 않기 때문이다. Schubert는 자사의 포장기에 표준화된 통신 인터페이스를 도입하였다. Schubert는 모든 콤포넌트를 통일되게 CANOpen에서 Sercos로 바꾸었다. Halstrup-Walcher는 포지셔닝 시스템을 신속하게 요구되는 인터페이스에 맞추어 조정할 수 있다. 이 표준화는 기계의 전체 프로그래밍과 컨트롤을 단순화한다. Sercos는 높은 진단 친화성을 제공하고, Schubert의 3축 및 4축 로봇을 제작방식과 같은 구동컨트롤 유닛에 사용된다.

계속적인 협력을 기대한다

„표준화는 기업의 역량에 기여합니다. 정확히 말하자면, 제품 포장 시 역량을 의미합니다.“ 롤프 뵈게라인, Gerhard Schubart 제어 기술자

지난 수 년간 Halstrup-Walcher이 Schubert에 납품한 PSE 개수는 지속적으로 증가하고 있다. Schubert사가 자사 고객을 위해 시스템을 간단하고 유연하게 사용하고자 자동화하였다. Schubert 포장기에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있기 때문이다. PSE는 포맷을 기준으로 위치 결정이 실행되어야 하는 기계 내부의 모든 위치에 사용된다. „Halstrup-Walcher의 솔루션은 당사 고객들의 정확한 포장 프로세스를 보장합니다. 조작자가 버튼이나 터치패널을 통해 정밀하게 새로운 포맷에 맞게 기계를 조정하고, 설정사항을 모니터링할 수 있습니다. 각 포맷 및 조정축의 조정 절차 정확도는 유연화에 일조하고, 제품 품질을 향상시킵니다.“ (롤프 뵈게라인)

롤프 뵈게라인은 양사의 파트너십을 강조하였다. „우리가 Halstrup-Walcher에 대해 기대한 것은 기술적으로 진보적인 제품, 품질, 일정 엄수, 신속성 그리고 유연성이었습니다. 이러한 모든 기대가 충족되었습니다. 문제가 발생한다 하더라도, 개방되고 진실한 의사소통을 통해 빠르게 해결하였습니다.“ Schubert는 앞으로도 Halstrup-Walcher의 포지셔닝 시스템을 자사 포장기 자동화에 이용할 계획이다. 기계의 예방정비를 지원하기 위해 포지셔닝 시스템의 진단 능력을 더욱 집중적으로 논의하고 있다.