로봇에게 간단하게 G코드로 말하자

이번 기사는 기계제조사들이 로봇 프로그래밍에 관한 사전지식 없이 CNC 어플리케이션에 로봇 키네마틱스를 간단하게 확장할 수 있는 방법을 보여준다.

마티아스 렉스(Matthias Rex): Rex Automatisierungstechnik 대표

생산성과 기계 수익성을 높이기 위해 CNC 기계에 로봇으로 일주일 24시간 로딩하고 언로딩 하기를 원하지 않는 사람은 없을 것이다. 하지만 로봇 프로그래밍 측면에서 구축해야 하는 노하우와 그러한 시스템을 구현하는 데에 많은 중소 기계제조사들을 위축하게 된다. 또한 로봇기술은 CNC와 구동기술과는 다른 제조사에서 생산되기 때문에 별도의 로봇제어 비용과 많은 서비스 비용이 들어가기 마련이다. 뿐만 아니라 대부분 추가의 조작 장치를 통해 이루어지고, 기계와 로봇에 대한 „단일 작동 지점“이 없기 때문에 사용이 제한적일 수밖에 없다. 로봇 취급을 용이하게 하고 실질적으로 효율적으로 만들기 위해서는 기계의 일상적인 기본 워크플로크에 추가 기능을 통합해야 한다. 이는 CNC에 가까운 로봇 시스템과 또한 기계 비전 솔루션 등과 같은 어플리케이션 별 주변 장치도 해당된다.

그렇다면 G코드와 DIN 66025에 따라 CNC와 같은 로봇을 간단하게 프로그래밍할 수 있고, 적용사례의 모든 기능을 현대식 CNC 사용자 인터페이스를 통해 효율적으로 제어하려면 어떻게 해야 될까? 예를 들어 이동하는 컨베이어 벨트에서 공작물을 역동적으로 가공하기 위해 모션 축과 CNC 축을 고도로 정밀하게 동기화할 목적으로 PLC-Open에 따라 CNC가 모션 축도 제어하려면 어떻게 해야 될까?

수치제어 로봇을 적합하게 통합하기

CNC, 로봇, 모션 어플리케이션, 이미지 처리를 유연하게 Pegasus-HMI 라이브러리에 통합할 수 있다.

Eckelmann의 E°EXC라는 컨트롤러라면 이 모든 것이 가능하다. 이 컨트롤러는 로봇 키네마틱스에서 „수치 제어 로봇“을 만든다. 특정 등급 로봇에 대한 Jara (일본 로봇협회)의 개념이 이 솔루션을 잘 설명한다. 로봇이 지정된 NC프로그램에 따라 마치 NC기계처럼 작업하기 때문이다. 즉 기계 제조사와 사용자들이 로봇 키네마틱스의 장점을 유지하면서, 익숙한 CNC/모션 세계에서 작업할 수 있다. 이때 프로그래밍은 익숙한 CNC 기계의 데카르트 좌표계(X, Y, Z)에서 이루어진다. 즉 로봇 키네마틱스 또는 공구 좌표에 대해 복잡한 축 별 좌표가 없다. 기계 제조사와 사용자들에게 이는 각 축의 한계 범위나 특이성에 대해 걱정할 필요가 없다는 뜻이다. CNC 어플리케이션 환경에서 로봇의 임무는 다양하여 픽&플레이스 작업과 완전 자동 생산 라인에서 포장 업무, 이미지 처리 시스템이 통합된 온더플라이트 측정 작업까지 매우 다양하다. 또한 한 번의 클램핑으로 다수의 CNC 가공 단계를 처리하는 경우에도 로봇 키네마틱스는 흥미로운 옵션이 될 수 있다. CNC 및 모션 컨트롤과 같은 확립된 기계 자동화기술과 로봇공학은 결합되어 하이브리드 시스템 솔루션으로 성장한다. Eckelmann과 Rex Automatisierungstechnik의 접근 방식은 단일 제어 시스템으로 유연하게 CNC 어플리케이션 환경에서 로봇 작업과 모션 컨트롤 작업을 해결하는 것이다. 이렇게 되면 기계 제조사들은 로봇 프로그래밍에서 자체적인 노하우를 쌓을 필요 없이 큰 수고를 들이지 않고 자사 CNC기계의 로봇화를 시작할 수 있다. 또한 앞서 언급한 컨트롤러로 CNC, 로봇 제어 시스템, 모션 제어 시스템을 실시간으로 유연하게 중첩되게 제어할 수 있다. 이때 CNC는 로봇 키네마틱스의 모션경로(궤도)를 설명한다. 따라서 로봇은 동일한 데카르트 좌표계로 CNC 사용자 인터페이스를 통해 간단하게 프로그래밍하고 운전하며 모니터링할 수 있다. 일반적인 델타 로봇, 스카라 로봇, 6축 관절암 로봇은 약간의 수고로 CNC 어플리케이션이 통합할 수 있다. 정확하게 말하면 로봇 프로그래밍 지식과 특수한 로봇 언어를 잘 알지 못해도 가능하다는 의미이다.


실행해야 할 로봇 키네마틱스

로봇에 대한 키네마틱 변형

로봇 좌표로의 전환과 변형은 Eckelmann의 NC코어가 맡는다. 사용자는 자신의 CNC 로봇 하이브리드 기계를 로봇 프로그래밍에 대한 지식이 없어도 익숙한 대로 G코드와 DIN 66025에 따라 프로그래밍 할 수 있고, 익숙한 CAD/CAM CNC 워크플로우를 따를 수 있다. 공구 길이와 반경 수정과 같은 전통적인 CNC 기능이나 기술에 따른 보상이 로봇 키네마틱스에 의해 스스로 이행되므로, 시간 집약적인 로봇 티치인 및 로봇 프로그래밍 언어 학습이 필요하지 않다.

이때 이 컨트롤러는 최대 32 CNC 축 및 로봇 축을 제어할 수 있다. 멀티 축 컨트롤 시스템으로 최대 64개의 모션 축을 구동할 수 있고 모니터링 할 수 있다. PLC-Open 기능 모듈을 이용하여 IEC 61131에 따라 복잡한 모션 기능도 간단하게 프로그래밍 할 수 있다. CNC 축과 모션 축은 임의로 조합할 수 있고 심지어 런타임에 임의로 겹칠 수 있다. 이동하는 컨베이어 벨트에서 공작물을 가공하는 것은, 운반 시스템이 그 곳에서 일시적으로 CNC 축의 기능을 한다는 예시이다.

이 제어 시스템에서 모션 계획은 CNC 코어를 통해 작동시간에 대해 이루어진다.

SPS IPC Drives 박람회에서 Eckelmann은 프로토타입 시연장치를 선보였다. 이 장치는 픽&플레이스와 이미지 처리장치가 있는 응용 사례에서 CNC 기계에 통합되는 로봇 키네마틱스에 대해 어떤 사용 시나리오가 있는지를 생생하게 보여주었다. Rex Automatisierungstechnik은 제어 기술, 구동 기술, PC 기술, 카메라 시스템, Eckelmann 그룹의 스위치 캐비닛을 장착하여 시연장치를 구현하였다.

로봇화는 오래 전에 이미 시작되었다

Scara 로봇(G 코드로 프로그래밍)이 달걀을 리니어 축 위의 매거진으로 잡고 이를 검사하거나 CNC 가공을 위해 운반한다.

스카라 로봇을 장착한 이 프로토타입 어플리케이션은 SPS IPC Drives에서 방문객들의 큰 관심을 불러 일으켰다. E°EXC 88 컨트롤러로 로봇 키네마틱스를 G코드로 간단하게 프로그래밍할 수 있고 CNC 어플리케이션에 통합할 수 있기 때문이다. 기계 제조사들은 컨트롤 시스템이 변환을 책임지기 때문에 로봇공학 지식이 필요하지 않고 제조사 별 로봇 언어에 익숙하지 않아도 된다.

CNC 생산의 로봇화는 오래 전에 이미 시작되었다. 로봇화는 CNC 기계와 생산라인을 보다 생산적으로 만들고 수익성을 높게 만든다. Eckelmann과 Rex Automatisierungstechnik은 로봇이 CNC 기계의 로드 및 언로드를 위해 간단하게 스템 브리지 없이 CNC 자동화와 통일된 조작에 통합될 수 있는지를 확인시켰다. 하지만 이는 CNC 기계에서 로봇이 지닌 다양한 가능성에 대한 한 가지 예시에 불과하다.