신속한 제품교체를 위한 기계모듈

신속한 제품교체를 특징으로 하는 복잡한 포장시스템이 있다. 그 안에는 소프트웨어를 이용하여 신속한 교체를 담당하는 유연한 운반시스템이 있다.

프랑크 뷔르트너(Frank Würthner): Beckhoff Automation GmbH & Co. KG 포장 기술 부문 관리

Koch Pac-Systeme GmbH는 고객 맞춤형 블리스터 포장기와 포장시스템을 전문으로 하는 기업이다. 이 회사는 고객의 요건에 부응하기 위해 높은 역량과 자신들의 포괄적인 노하우로 치솔 포장시스템을 완성하였다. 이에 Beckhoff의 XTS(Extended Tranport System)가 실질적으로 기여하였는데, 이 시스템은 복잡한 기계장치를 소프트웨어 기능으로 대체하여, 구조가 조밀하고 유연하여 제품 교체시간이 짧아졌다. Koch 블리스터 기계는 제품 공급모듈과 블리스터 그룹핑 모듈, 최종 포장기에 이르기까지 개별화된 포장시스템을 완벽하게 통합하여 효율적으로 포장프로세스를 달성하였다.

개별화된 시스템이 효율적인 포장 프로세스를 담당한다

그 결과 각 제품의 크기와 형태 그리고 분야별 특수성을 맞춘 효율적인 프로세스 솔루션이 완성되었다. 이에 대한 예시 „Koch 패키징 라인“은 Beckhoff 자동화 소프트웨어 TwinCAT을 통해 제어되는 완벽한 칫솔 포장시스템으로 분당 최대 320개 또는 블리스터 240를 포장할 수 있다. 이번 프로젝트의 리더 게르트 뮐러는 총 28m 길이의 이 시스템 기능 범위와 복잡성을 다음과 같이 설명하였다. „이 시스템은 첫 번째 단계에서 다른 필름 두께를 위해 두 가지 포맷으로 운전합니다. 고객을 위한 실질적인 장점은 유연성에 있습니다. 다른 넓이의 필름을 사용할 수 있고, 추가적인 블리스터 크기로 생산할 수도 있습니다.“ 이는 자동 필름 조절장치를 통해 이루어진다. 블리스터 형태에 따라 칫솔은 HSPP (High-speed-Pick-and-place)를 통해 공급되고, 카메라 시스템을 이용하여 블리스터 내 칫솔의 위치를 정확하게 점검하면, HSPP 시스템을 이용하여 덮개를 덮고, 실링 프로세스를 위해 초음파 점 실링을 통해 덮개 위치를 블리스터에 고정한다. 이후 레이저 마커가 덮개의 뒷면에 코드를 새기고, 이 코드는 카메라 시스템에 의해 인증된다. 펀칭 스테이션에서 블리스터를 하나하나 분리하고 2축 포털을 이용하여 블리스터를 중앙 라벨링 유닛과 그루핑 유닛으로 전달한다. 또 다른 HSPP로 카토너의 제품 체인으로 넘겨 후속공정으로 공급된다.

3D 프린팅으로 제작된 블리스터를 장착한 총 24개의 무버가 HSPP 시스템과 라벨링 레이저 시스템, 검사 HSPp 시스템 사이를 순환하면서 11m 길이의 XTS 구간에서 움직인다.

Koch의 다년간의 노하우를 통해 혁신적 솔루션들이 가능하다. 이는 라벨링 유닛과 그루핑 유닛에서 확인되었다. „우리는 길이 11m의 순환형 XTS와 싱글 블리스터 또는 트윈 블리스터 수용부가 있는 24개의 무버를 이용합니다. 제품 교체 시 빠르게 조립할 수 있는 수용부만 교체하면 됩니다. 이는 장비 교체시간을 확실히 줄여줍니다.“(게르트 뮐러) Koch의 글로벌 어카운터 매니저인 볼프강 브라운은 다음과 같이 설명하였다. „소비자는 당사의 포장라인을 이용하여 다양한 포맷을 생산하고자 했고, 빠르고 유연한 포맷이 필요했습니다.“

Koch의 자동화 및 테크놀로지 디렉터 위르겐 벨커는 XTS를 사용하는 장점을 다음과 같이 설명하였다. „블리스터의 분당 처리량과 라벨링 프로세스의 가변적인 속도는 XTS의 강점입니다. 각각 다른 블리스터 포맷도 간단하게 조정할 수 있습니다. XTS는 우리에게 우수한 가변성을 열어주었고, 포장할 제품의 다양성을 최대화할 수 있었습니다.“

유연한 운반 시스템이 없다면 라벨링과 그룹핑 유닛은 2m가 넘을 것이다

그 외의 장점은 시스템의 높은 신뢰성이다. 특히 최종 소비자가 요구한 95% 시스템 가동률로 7일 24시간 가동을 배경으로 할 때에 신뢰성이 결정적이었다. 기계 구성과 관련하여 위르겐 벨커는 다음의 장점을 들었다. „콤팩트한 구조의 XTS가 없었다면 라벨링과 그룹핑 유닛과 전체 시스템은 2m가 넘었을 것입니다. 기계장치 비율이 높아져서 훨씬 복잡했을 것이고, 포맷 교체 시 접근성도 많이 저하되었을 것입니다.“

라벨링과 그룹핑 유닛의 처음과 마지막에 있는 두 HSPP 시스템은 역동적인 Beckhoff 구동기술을 이용하여 XTS와 함께 스위치 캐비닛 PC C6930 한 대로 제어된다.

볼프강 브라운은 최종 소비자의 입장에서 높은 시스템 유연성과 빠른 장비교체를 주요 장점으로 꼽았다. „원래는 카톤 체인을 기반으로 하는 기존 솔루션을 계획하고 있었습니다. 이 시스템은 넓이를 조정할 수 있도록 설계되었으나, 확장되는 제품 스펙트럼 차원에서 한계에 부딪혔습니다. 이런 문제는 제2의 카톤 체인을 통해 해결하거나 별도의 포장기 2개에 분산해야 해결할 수 있었습니다. 이는 추가적인 비용이 들어가는 사안입니다. 고도로 유연하고 소프트웨어를 기반으로 하는 운반 시스템인 XTS는 이런 상황에 대해 이상적이고 비용 면에서도 유리하여 향후 요건에도 적합한 것으로 입증되었습니다.“

라벨링 및 그룹핑 유닛 내에서 이루어지는 유연한 모션 절차를 게르트 뮐러는 다음과 같이 설명하였다. „이 2축 시스템은 포맷에 따라 8개 ~ 12개의 블리스터를 4개 또는 6개 무버에 전달합니다. 이 무버는 이어서 라벨링 스테이션으로 이동합니다. 블리스터는 다른 HSPP 시스템을 이용하여 여러 층에서 각 포장에 필요한 블리스터 개수에 맞게 카토너의 제품 체인에 삽입됩니다.“ 이때 각각 정지 상태에서 로딩과 언로딩되고, 라벨링은 통과하면서 이루어진다. XTS를 사용하면 소프트웨어로 이러한 다양한 모션들을 간단하게 프로그래밍할 수 있다.

운반 시스템을 쉽게 프로그래밍할 수 있어, 제품교체도 신속하게 처리할 수 있다. 각각의 블리스터 포맷에 대해 정확한 가공 위치를 포함하여 적합한 방법이 있는데, 이는 마우스 클릭으로 간단하게 선택할 수 있다. 또한 이 기계 모듈에는 두 개의 라벨기가 통합되어 있다. 포맷에 따라 두 시스템 가운데 하나를 사용하고, XTS는 접근하는 위치를 소프트웨어를 통해 미리 알 수 있다.

우수한 PC와 이더캣 기반 제어기술

24개 XTS 무버를 정밀하고 역동적으로 제어하기 위해서는 Beckhoff의 스위치 캐비닛 PC인 C6930 한 대면 충분하다. 이 C6930은 출력에 있어서 충분한 여유가 있어 Beckhoff 서보 드라이브기술로 실현되는 두 개의 HSPP 시스템도 추가적인 Twincat-NC 태스크로서 동일한 IPC에서 진행될 수 있다. 현장에서의 장점을 위르겐 벨커는 다음과 같이 설명한다. „Twincat은 여기서 필요한 모든 기능을 제공합니다. 우리는 충돌방지와 캡 디스크 등과 같은 기능을 탑재한 완벽한 Twincat-XTS 익스텐션을 사용합니다.

전체적으로 Twincat에서 각 무버가 개별적인 서보 축으로 제어된다는 것이 장점입니다. 각 무버를 별도로 제어하고 조정할 수 있어 편리하며, 충돌 방지 기능을 통해 안전도 확보됩니다. 또한 이더캣의 뛰어난 성능도 결정적입니다. 우리는 이 포장라인을 제어할 때에 이더캣의 극한의 속도를 십분 활용합니다. 특히 시스템의 많은 서보 드라이브와 통신할 때에 더욱 그렇습니다.“