Balluff의 혁신을 이루는 자동화 도입사례

유압실린더 조립라인에서 IO-Link는 간결한 와이어링과 빠른 시작 그리고 유연한 생산을 의미한다.

IO-Link를 사용한 자동화는 매우 유연성 있는 설정과 생산개념을 구현할 수 있어, IO-Link는 처음 경험하는 사용자에게 다양한 설치 이점과 시간과 비용 절약으로 깊은 인상을 남긴다. Weber- Hydraulik 는 발루프와 협력하여 다양한 유압 실린더를 논스톱으로 조립할 수 있는 효율적인 반자동화 시스템을 제작하였다. 여기에 도입된 IO-Link는 프로세스 레벨부터 모든 신호를 수집한다. IO-Link를 경험한 WEBER-HYDRAULIK은 IO-Link보다 더 나은 대안은 없다고 하였다.

생산관리를 위한 RFID 기록/판독헤드

무수한 생산기지와 드라이브 및 컨베어 시스템에 의해 생성된 다양한 사운드 스케이프가 공장을 가득 채운다. 최근까지 Weber-HYDRAUIK사의 유압실린더 조립은 수동 프로세스였다. 현재는 가로 10미터, 세로 6미터 높이 3미터의 U자형 시스템이 이 기능을 대신하여 3명의 작업자를 지원하고 있다. 앞쪽에 실린더튜브와 피스톤 로드가 워크피스 캐리어에 쌍으로 유입되고, 다른 끝에는 정밀가공이 진행되고 품질검사를 진행하는 별도 표기된 실린더이다. WEBER-HYDRAUIK은 다양한 통신표준인 IO-Link를 사용하여 이 시스템을 개발하고 구축하였다.

독일Güglingen에 본사를 두고 있는 75년 역사의 WEBER-HYDRAULIK은 주문형 유압솔루션에 특화되어 있다. 모바일기기, 상용차, 머신툴, 구조장비용 고품질 실린더, 컨트롤 블록, 스티어링(Steering), 서스팬션(Suspension)시스템, 벨브 및 파워유닛을 생산하고 있으며 본사를 포함하여 11개의 해외지사에서 2100여명의 임직원들이 혁신적인 특수 어플리케이션 시스템솔루션을 제공하고 있다.

얼마 전까지만 해도 WEBER-HYDRAULIK은 고정장치와 생산설비 구축에 집중하였으나 자체 생산기지 구축으로 새로운 지평을 열었다. “ 우리는 2013년에 더욱 효율적이고 경제적인 유압실린더 조립을 위한 목표를 세웠습니다. 단시간에 약 25가지의 다른 실린더 유형을 조립할 수 있는 반자동화 생산라인을 구축했습니다.”(Nikolai Wengel, 설비구축 책임자) 공장 레이아웃이 어떻게 보이든 설계 전문지식에 대한 보완점은 없었다. 그럼에도 불구하고 실린더튜브와 피스톤로드를 조립 프로세스를 통해 가능한 자동으로 이동하기 위해서는 다양한 센서와 엑츄에이터가 현장에서 필요하다는 것이 분명해졌다.

I/O 신호 수집 포인트

Balluff와 WEBER-HYDRAULIK은 장기간 파트너쉽을 유지해왔다. 프로세스 레벨이 연계될 때 노이하우젠에 있는 발루프 본사 자동화 분야의 전문가와 컨설팅이 가능했다. Balluff의 지역 영업매니저인 Herbert Frank는 WEBER-HYDRAULIK과 수년간 일해왔고 그들이 원하는 대로 즉각 대응했다. “초안부터 함께 만들었고, 질의사항과 미해결 이슈를 명확히 하고, 스퀸스를 최적화하여 세부사항을 변경하였습니다. 명확한 사실은IO-Link만이 이 모든 것을 가능케 한다는 것입니다.”

IEC 61131-9 인증을 받은 Point-to-Point 통신 인터페이스는 방해 없는 데이터 교환과 버스레벨 아래에 높은 기능성을 제공한다. 모든 엑츄에이터와 센서는 M12 표준케이블과 센서허브를 통해 연결된다. 또 이들은 IO-Link 마스터를 통한 프로피넷을 통해 버스 및 컨트롤 레벨에 접속된다. 다루기 힘든 와이어링, 특수 케이블 또는 슬롯카드를 대신한 오류 없는 플러그인으로 필드에서 컨트롤 캐비닛까지 시스템 개요를 명확하게 표시한다. “혁신적인 양방향 Point-to-Point 연결은 프로세스 레벨에서 데이터교환을 단순하고 투명하게 그리고 절대적으로 신뢰할 수 있게 현대적인 공장에 크게 기여합니다.”(Herber Frank)

견고한 메탈하우징의 프로피넷 마스터 및 IO-Link 허브

IO-Link는 기계와 시스템 구축에 있어 시간과 비용 절약하며, 설치, 파라미터 세팅 그리고 진단에 긍적적인 영향을 미쳤다. 처음 IO-Link는 미지의 영역이었다. “간결한 와이어링 처리방법, 모듈러 시스템 구성, 개별 세그먼트의 간결한 결합, 시간과 비용 절약 구축 및 가동은 이 산업에서 매우 설득력 있는 논쟁거리가 되고 있습니다.”(Nikolai Wengel) 전체적인 시스템은 5가지 다른 자기 변형 위치 측정시스템, 2개의 초음파, 8개의 압력센서, 다양한 근접 및 자기장 센서, 9개의 IO-Link 센서 / 엑추에이터 허브, 12개의 RFID 기록/판독헤드, 6개의 프로피넷용 네트워크 모듈, 7개의 스마트 라이트 스텍 라이트을 보유하고 있으며 모두 발루프 제품으로 구성되어 있다. 이들은 표준 3심 케이블로 모두 IO-Link를 통해 간단하게 연결되어 있다.

RFID 리더는 툴 홀더에 내장되어 있는 칩의 정보를 이용하여 어느 실린더 형태가 시스템에 가동 중인지를 확인할 수 있다. 수행될 작업과 필요한 조립 파트는 그에 맞춰 완벽한 정확도로 유지한다. 첫 번째 단계에서 구면 베어링은 컨베어벨트에 수동으로 위치한다. 원거리에서 가시성이 있는 발루프의 스마트라이트는 운영자에게 자동/수동모드, 전체양호, 결함, 운영자 중재요청, 보충요청 등 현재 스테이션의 상황을 알려준다. IO-Link로 자유롭고 간결하게 프로그램을 만들 수 있으며, 색상과 구역을 원하는 대로 할당할 수 있으며, 필요에 따라 세그먼트, 레벨, 런라이트 그리고 플렉스모드는 다양한 범위의 컬러를 사용하여 표시할 수 있다.

컨베이어벨트의 유도검사

유압설비는 구면베어링을 실린더튜브와 피스톤로드의 구멍에 자동으로 완전히 압력한다. 위치센서는 시작위치를 모니터링하고 압력센서는 정확한 압력을 가하여 그 결과를 컴퓨터레벨에 전달하여 문서화한다. 롤러벨트는 한쌍의 실린더와 피스톤로드를 연이어 뒤따르는 조립 스테이션에 가져온다. 이후 작업자는 가이드링, 부싱 및 베어링을 장착한다. 카메라가 모든 파트가 올바르게 설치되었는지 체크하는 동안, 작업자는 마그네틱 그립퍼를 사용하여 튜브를 회전시킨다. 모든 것이 정상이라면 실린더튜브와 피스톤로드는 영구적으로 결합된다. 발루프의 거리 측정시스템은 조립프로세스가 진행되는 동안 실린더튜브의 올바른 위치를 모니터한다. 작업자는 마지막 위치에서 수동으로 스냅링을 잠그고 플러그를 닫는다. 자동화된 유압스테이션은 최대 275bar의 저/고압 테스트를 사용하여 각 실린더의 품질과 기능을 점검한다. 이상이 발생하거나 씰이 고장 나면 RFID칩에 기록되고, 실린더는 NOK(Not OK)파트로 분리된다. 프로세스가 끝나면 추적이나 다른 사용을 위해 레이져로 개별 일렬번호를 새긴다. 최종적으로 RFID 판독헤드는 워크피스 캐리어가 실질적으로 OK파트를 전달하는지 여부를 확인한다.

WEBER-HYDRAULIK에서 실현된 이 시스템은 지능형 제조에 의해 알려져 있는 여러 면에서 나타내고 있다. 워크피스 캐리어에 내장된 RFID칩이 각 조립스테이션에 필요한 정보, 즉 유압실린더의 모델은 무엇인지. 어느 파트와 어떤 작동을 요구하는지. 마지막 검증에 필요한 허브는 어느 것인지? 정확하게 포함한다. 새로운 실린더모델이 조립라인에 도착하면 시스템을 먼저 비워야 할 필요가 없다. 단지 중앙에 저장된 파라미터 방법으로 센서와 엑츄에이터를 즉시 변경할 수 있다. “우리는 IO-Link로 유연하고 오버사이즈가 아닌 표준화를 구축하게 되었습니다. 발루프는 우리가 필요한 바를 매우 정확하게 받아들이고 더 나은 미래로 이끌 수 있는 우리만의 솔루션을 개발했습니다.”(Nikolai Wengle) WEBER-HYDRAULIK은 이제 미래의 비즈니스를 위한 기반을 마련하게 되었다.