세라믹 하이브리드 차량 인테리어 부품 연마용 로봇

조명이 들어오는 자동차 변속기레버는 명품에 속한다. 하지만 제조법을 모르면 세라믹 하이브리드 부품에 요구되는 품질을 달성할 수 없다. 이를 위해서는 새로운 솔루션을 만들어야 한다.

랄프회겔(Ralf Högel): 전문 저널리스트

프리미엄 차량의 혁신적인 디스플레이 변속기 레버

럭셔리한 하이클래스 자동차 구매고객들은 자동차의 새로운 모델 출시와 함께 디자인이나 기능성, 미학까지 그 기대치가 한 없이 높아지고 있다. 이러한 고객들의 요구사항을 인테리어 디자이너들은 솔루션으로 충족시킬 수 있지만, 이러한 디자인을 제조기술로 실현하기 위해서는 훨씬 복잡한 과정을 거쳐야 한다.

독일 바이에른 주 미텔프랑켄에 위치한 Toolcraft사는 새로운 도전에 직면해 있었다. “우리 회사는 표준 솔루션으로는 구현하기 힘든 까다로운 과제에 오히려 관심이 많습니다. 우리는 높은 엔지니어링 역량으로 그 누구와도 함께 할 수 있으며, 파트너 회사들과 함께 어려운 프로젝트들을 해결하는데 흥미를 느끼고 있습니다.“ (베른트크렙스, 대표)

이 시스템에는 어플리케이션 기술, 자유형태의 경로, 자체 개발한 머시닝 툴, 절대 측정로봇 등 많은 노하우가 녹아있다.

미래지향적인 디자인의 자동차 변속기레버는 최고 난이도의 전제조건이 요구된다. 이는 기존의 제조공정으로는 요구되는 표면품질을 달성하기 어려웠다. Oechsler는 전세계적으로 활동하는 플라스틱 기술 리더이며, 자동차산업 부품업체로 이 제안을 흔쾌히 받아들였다. Oechsler는 시스템 통합자인 Toolcraft에게 디스플레이 세라믹표면 연마작업을 의뢰하였고, Toolcraft는 소프트웨어 기업인 Unicam과 로봇 제조기업 Stäubli와 함께 하였다. Oechsler와 Toolcraft 그리고 Unicam과 Stäubli, 이 네 회사가 연마작업과 양산에 적합한 솔루션을 공동으로 연구하였다. Toolcraft의 설계팀 리더인 토마스빌란트는 이번 연구를 다음과 같이 설명하였다. “세라믹 하이브리드 제품의 인체공학적 자유형태면을 극도로 균일하고 연속적인 힘으로 연마해야 했습니다. 특수하게 개발한 공구와 고정밀 6축 로봇 그리고 정확한 작업경로의 플래닝이 가능해야 처리할 수 있는 작업이었습니다.” 양산차량의 신모델 출시가 임박하여 서둘러야 했다. 결국 Toolcraft는 학제간 팀을 통해 적합한 연마로봇셀을 개발하였다. 여기서 얻은 결과는 현재 게오르겐스뮌트에 위치한 Toolcraft에서 확인할 수 있으며, 최근 4개의 동일한 스토브리로봇 셀이 24시간 3교대로 디스플레이를 연마하고 있다.

고정밀의 로봇이 핵심

연마작업에서 불량품을 방지하기 위해서는 정밀성과 우수한 경로거동이 절대적으로 필요하다.

이 시스템을 들여다보면 이번 공동개발의 노하우가 결과로 축적되어 있다. 이 셀의 프로세스와 시스템은 최고 수준의 Stäubli TX90 로봇이 장비의 심장부이다. TX90은 연마작업을 위해 고속 스핀들과 자동 공구교체 시스템을 갖추고 있다. Toolcraft 토마스빌란트는 이 6축 로봇이 이 시스템에 사용하기에 적합한 이유를 다음과 같이 설명하였다. „이번 과제를 위해서는 경로정밀도가 정확한 매우 정밀한 로봇이 필요했습니다. Stäubli TX90는 특허된 구동기술을 바탕으로 이러한 요건을 충족하고 있습니다. 프로세스에서 최상의 결과를 달성하기 위해 Staubli Faverges 공장에서 절대치를 위한 측정을 실시하였고, 정밀도를 최고치로 끌어올릴 수 있었습니다.“ 이 팀이 해결해야 할 다음과제는 통상적인 연마공구로는 목표만큼의 품질을 충족할 수 없었다. Toolcraft는 특별한 연마도구를 개발하여 생산 성숙도를 끌어 올렸다. 공정상 안전한 제조를 위해, 시스템에는 통합 공구길이 측정시스템을 추가하였다. Stäubli 로봇은 정의된 마모 한계치에 도달하면 자동 공구교환시스템을 통해 새로운 공구를 공급받고, 고도의 시스템 자율성을 유지할 수 있다.

경로 프로그래밍이 결정적

토마스빌란트, Toolcraft 설계팀 매니저
„이 과제를 수행하기 위해서는 경로거동이 정확한 매우 정밀한 로봇이 필요했습니다.“

로봇의 뛰어난 경로정밀도 외에 정확한 경로 프로그래밍도 최적의 연마결과를 위한 전제조건이다. Unicam Software GmbH의 프로그래머들은 여기서 귀중한 경험을 하였다. 이에 대해 Unicam 어플리케이션 엔지니어인 크라스티안 그로만은 다음과 같이 설명한다. „Octopuz 소프트웨어를 사용하여 복잡한 경로 프로그래밍을 오프라인으로 제작하였습니다. 이어서 실시간 시뮬레이션을 사용하여 트랙과정을 마지막 세부사항까지 최적화하였습니다.“ Stäubli TX90도 단연 최고였다. 큰 메모리가 필요한 프로그램은 로봇 컨트롤러 CS8C에 저장하였다. 컨트롤러의 높은 저장용량은 최적의 데이터 흐름을 허용하고, 기계적, 제어 기술적 능력으로 구성되는 로봇의 전반적인 성능이 프로젝트의 성공에 크게 기여하였다.

Toolcraft 베른트크렙스 대표는 이번 플랜트가 현재 모든 기대를 충족시킬 수 있는 것은 무엇보다 인적 요소에 기인한다고 강조하였다. “전세계적으로 유일무이한 이러한 솔루션은 참여한 4개 기업이 힘을 합치지 않았다면 성공하지 못했을 것입니다. 파트너십을 기반으로 한 협력과 회사의 경계를 넘는 모든 이해관계자들의 참여가 불가능했던 이 시스템을 성공적으로 만들었습니다.“