Stabli의 터치스크린 자동 시험

 

영하 40 ~ 85°C의 환경에서 터치스크린 시험은 시험 설비, 특히 로봇에게 까다로운 요건을 제시한다. Stäubli 6축 로봇이 보호 재킷을 사용하지 않고 처음으로 도전장을 내밀었다.

필자: 공학 박사 랄프회겔(Ralf Högel): Industrie Kommunikation Högel의 자유 저술가.

터치스크린은 많은 응용 영역에서 스위치와 조작 패널을 대체하고 있다. 최근 들어서는 자동차 제조사들도 볼륨 세그먼트에 있어 최신 디스플레이의 장점을 사용하고 있다. 인포테인먼트 조작, 개별화가 가능한 모든 차량 시스템, 운전자 보조 시스템 관리 및 오일 레벨 조회까지 전적으로 터치스크린을 통한 작업이 이루어지는 경우가 많아지고 있다. 커넥티드 카에서는 센싱 구성품들이 핵심 인터페이스가 되고 있으며, 이러한 부품들의 필수적인 기능이 점점 중요해지고 있다.

하지만 터치스크린은 양산 전에 극심한 환경 조건에서 혹독한 내구 테스트를 거쳐야 한다. 이 시험 절차가 얼마나 복잡한지에 대해서는 프리젠도르프에 위치한 품질 시험에 특화된 시스템 제조사인 Kübrich Ingenieurgesellschaft가 고안한 전자동 시스템이 이를 잘 보여준다.

이 시스템에서 Kübrich의 로봇 셀은 정확하게 Panasonic의 엄격한 기준, 영하 40 ~85C°, 95% 습도 조건에서 많은 햅틱 조작 기능을 시뮬레이션하는 기준을 충족한다.

공조 챔버 내 로봇이 조건을 시뮬레이션 한다

슈투트가르트의 Automotive Testing Expo에 전시된 혁신적인 시험 셀

시험 셀은 Stäubli 로봇 TX60L이 습식실 환경에서 조작 핑거를 이용하여 터치스크린의 햅틱 조작을 시뮬레이션 하는 공조 캐비닛으로 구성된다. 시험 셀과 구성 요소는 Kübrich 소프트웨어 Actere로 제어된다.

정밀성, 역동성 그리고 열적 내구성이 이 로봇 셀을 선택하게 된 결정적인 기준이었다. 정밀성은 핑거 압력이 강도와 위치 면에서 정확하게 규정을 충족해야 했고, 역동성은 로봇 핑거가 파나소닉 규정에 따라 터치 기능, 드래그 기능 및 스와이프 기능 시 상대적으로 작은 스크린 대각선 크기에서 최대 1m/s의 속도를 달성해야 했다. 열적 내구성은 테스트 사이클이 빠르게 변하는 극심한 온도와 습도 조건에서 진행되기 때문이다.

수년 전부터 기후 챔버 시험 시스템에서 Stäubli 로봇을 사용하였다는 것과는 별개로, 이 분야에서 Stäubli 말고는 다른 대안이 없었습니다. Stäubli 로봇은 영하 40 ~ 85°C, 95%의 습도에서도 보호 재킷 없이 작업할 수 있습니다. 바로 이 점이 우리에게 결정적으로 작용했습니다.(크리스티안 퀴브리히, Kübrich 사장).

공기가 새는 보호 재킷은 측정 결과를 왜곡한다

로봇의 작동 핑거는 Kübrich의 자체 개발 기술을 기반으로 하였다.

Kübrich에 따르면 보호 재킷은 지속적으로 기밀성을 유지하지 못한다고 한다. 주입된 뜨거운 공기가 새어 나올 수 있기 때문인데, 이는 비생산적으로 작용하고 측정 결과를 왜곡할 수 있다. 공기 역시 습기를 머금고 있기 때문에 지정된 시험 조건을 일정하게 유지하는 것이 어렵다. 보호 수트를 입은 로봇이 일하는 공조 챔버 테스트에서는 흰 서리 형성을 통해 그러한 누출이 확실하게 드러난다. 또한 보호 수트는 로봇의 동작 자유를 제한하며, 공조 유닛과 정비 비용 그리고 서비스의 복잡성을 높인다.

이처럼 극한의 상황에서 Stäubli 로봇의 확실한 기능적 비밀은 특수하게 설계된 구조적 특징에 있다. 이는 팔 안쪽의 라인 루트, 하우징에 압축 공기를 제공하는 기능성 그리고 무엇보다 자체 개발한 드라이브 기술을 들 수 있다.

유도 가열 링이 영하 40C°에서도 성능을 보장한다

극심한 기후 조건에서도 로봇 축의 퍼포먼스가 아무런 제약을 받지 않도록 유지하는 것이 매우 중요하다. 이 점에서 Stäubli의 유욕 내에서 작동하는 기어를 채용한 JCM 드라이브 기술이 결정적인 장점으로 입증되었다. 조인트에 견고하게 인접하는, 알루미늄 재질의 유도 가열 링이 영하 40°C의 조건에서도 로봇의 성능을 보장하기 때문이다. 그에 비해 기존의 표준 기어를 채용한 로봇은 이러한 환경에서 로봇을 보온해야 하는 등 단점을 감수해야 한다.

이 시험 셀의 품질과 경제성에 기여한 것은 Weiss Klimatechnik의 공조 캐비닛이다. 시험 사이클에서 정의된 값으로 가열, 냉각, 가습 및 건조가 빠르게 이루어지고 매우 정확하다. Kübrich는 Weiss Klimatechnik의 제품 라인의 다양한 캐비닛 등급에서 선택할 수 있으며, 이 공조 캐비닛은 시험 요건에 따라 20K/min으로 냉각 가능하다.

다양한 작동 힘으로 디스플레이 기능을 시뮬레이션하기 위해, 로봇 핑거에 힘 토크 센서가 장착되어 있다.

Kübrich의 터치스크린 시험 셀에서 수정된 이 표준 공조 캐비닛은 이상적인 솔루션을 형성한다. 이 캐비닛은 약 5K/min으로 최대 영하 40°C까지 냉각할 수 있고 시험 세팅을 위해 충분한 내부 공간을 제공하여, 콤팩트한 Stäubli 6축 로봇 TX60L HE가 여섯 개의 디스플레이를 이용하여 한 번의 프로세스로 시험 프로그램을 신속하고 안정적으로 수행한다. 공조 캐비닛에 추가 창을 설치하여 운전자는 시험편을 자유롭게 확인할 수 있다.

공조 캐비닛 상부는 터치스크린 테스트 셀에 수동으로 로드하기 위해 전동 액추에이터로 위쪽으로 움직인다. 따라서 운전자는 시험편 수용부와 로봇에 자유롭게 접근할 수 있다. 시험은 최대 6개 타입의 디스플레이에 대해 다양한 테스트 기준과 시험 기준으로 이루어질 수 있다. 변화하는 공조 조건에서 정의된 사이클로 시험이 이루어진다. 오프라인으로 프로그래밍되는 시스템 제어 장치는 단일 또는 멀티 핑거 작동으로 각각의 디스플레이에 대해 다양한 시험 프로그램을 수행할 수 있다. 정의된 수많은 위치에 접근하고 정확하게 정의된 매개변수로 테스트한다. 이때 가해지는 조작 힘도 시험 기준에 속하며, 힘 토크 센서를 통해 0.1 ~ 10N 범위에서 측정할 수 있다. 한 위치를 자주 누르는 것과 드래그 및 스와이프 동작 역시 땀이 묻었을 경우 또는 장갑을 착용했을 경우에 따라 어떠한지를 시뮬레이션 한다. 어떤 온도에서, 어느 정도의 습도와 어느 정도의 전압일 경우 시험편을 테스트할 수 있는지 개별적으로 규정할 수 있다.

각각의 디스플레이에서 수천 번의 시험이 이루어진다

다양한 열적 조건과 공급 전압에서 디스플레이 당 50가지 시험 매개변수에 대해 평균적으로수천 번의 시험이 이루어진다. 결과는 Kübrich가 직접 만든 평가 소프트웨어를 통해 파악되고 일목요연하게 정리되어 제공된다.

Kübrich에 따르면 이 시스템은 디스플레이 시험에서 새로운 척도를 세웠다고 한다. 우리는 극심한 기후 조건에서 보호 재킷 없이 공정상 안전하게 작업하는 Stäubli 로봇의 퍼포먼스 덕분에 매우 효율적인 컨셉트를 실현할 수 있으며, 수익성과 유연성으로 품질 보장과 측정 공차 개선을 제공합니다.