축 3개를 동기화하는 가상의 마스터

최대 8개의 조립 단계를 위한 콤팩트한 로터리 인덱싱 머신으로 설비 효율과 에너지 효율을 높이면서 동시에 가공 유연성을 증대할 수 있다. 이를 위한 토대를 형성하는 것은 PC를 기반으로 서보 드라이브를 제어하는 자동화 소프트웨어이다.

우베 크라우스: Beckhoff-Automation 지사 판매 매니저

자동차 산업은 까다로운 제조 요건의 모델이다. IMA Automation Amberg GmbH의 기술 매니저인 토마스 에른스트의 견해처럼 “자동차는 국제적인 종합 예술품입니다. 수출업자들은 OEM 자체 비율은 대략 25% 정도이고 나머지는 전세계 공급업체로부터 납품 받고 있습니다. 정확하게 말하자면 어려운 과제에 직면하는 것은 부품 산업입니다. 첫번째, 각각의 새로운 주문을 위해 시스템을 더욱 잘 활용해야 한다는 점이고 두번째, 같은 주문이 없다는 점입니다. 즉 작은 부품 하나라도 각 제조사들에 맞추어 개별화해야 하고 사출 금형 기술의 엄청난 발전도 생각해야 합니다. 과거에는 플러그 하나를 위해 아홉 개의 개별 부품을 조립해야 했다면 오늘날은 부품 서너 개면 충분합니다. 12 또는 16개의 메인 작업 스테이션을 갖는 로터리 인덱싱 시스템과 같은 많은 조립 시스템들은 너무 크고 유연성이 매우 떨어집니다.“

IMA가 Automatica 2014에 소개한 라운드 인덱싱 시스템 CGM은 PC 기반 모션 컨트롤을 이용하여 제어하며, 콤팩트한 디자인이 특징이다.
IMA가 Automatica 2014에 소개한 라운드 인덱싱 시스템 CGM은 PC 기반 모션 컨트롤을 이용하여 제어하며, 콤팩트한 디자인이 특징이다.

조립 유연성이 높은 콤팩트한 로터리 인덱싱 시스템

IMA는 메인 작업 스테이션이 8개인 서보 제어식 로터리 인덱싱 시스템인 Compact Grundmaschine(CGM, 콤팩트 베이직 머신)으로 위에 언급한 문제들을 극복하였다. “CGM은 소량의 콤포넌트로 구성되는 소형 부품을 평균적인 수량으로 제조하는 업체에 적합합니다. 이 시스템이 목표로 하는 분야는 자동차 산업, 전기전자 산업 그리고 소비재 산업입니다. 물론 의약과 의학 영역에도 적합합니다. 이 시스템은 12 스테이션 또는 16 스테이션의 유사한 캠 제어식 시스템이나 공압식 솔루션에 비해 더 콤팩트하고, 유연하며, 구입, 작동 및 정비 시 비용적인 측면에서 유리합니다. 피더의 구동과 동작은 중앙에서 순수 전기 기계식으로 구동됩니다. 공압식 장치에 비해 분당 최대 50 사이클로 사이클 출력이 훨씬 높습니다. 또한 에너지 소비량은 낮춥니다.“

서보 로터리 인덱싱 머신 CGM에서는 로터리 인덱싱 테이블의 세 가지 메인 운동인 수평 스트로크, 수직 스트로크, 회전 운동을 개별 서보 모터를 통해 자유롭고 상호 독립적으로 제어 가능하다. 따라서 이 시스템은 운동 경로가 각기 다르거나 순차적 프로세스인 경우 최대한의 유연성을 제공한다. “핸들링 동작과 회전 동작을 분리함으로써 스테이션 간의 대기 시간을 개별적으로 통제할 수 있습니다.”(토마스 에른스트) 따라서 픽 & 플레이스 동작이 매우 느린 경우에도 로터리 테이블 동작은 전속력으로 이루어질 수 있다. 스트로크 길이와 절차를 자유롭게 프로그래밍할 수 있어서, 그리핑 시간과 삽입 위치를 다양한 시스템 컨셉트에 맞게 신속하게 조정할 수 있다.

 

강력한 운동 기능을 겸비한 오픈 컨트롤 테크놀로지

IMA 프로그래머 프란츠 레더러의에 의하면 이 시스템의 높은 기계적 유연성은 PC 컨트롤에 의해 실현된다. “CGM은 Beckhoff의 정밀하게 확장 가능한 오픈 컨트롤 테크놀로지의 이점을 이용하고 있습니다. 우리는 이 기술을 1997년부터 우리 회사 기계에 적용하였습니다. 그 당시에 상위 시스템과의 연결에 있어서 PC 특유의 개방성, 넓은 스펙트럼의 I/O 콤포넌트 그리고 현재도 Lightbus를 통한 하이퍼포먼스 데이터 커뮤니케이션이 결정적인 이유였습니다. 새로운 로터리 인덱싱 시스템 CGM의 경우 특히 이 컨트롤 기술의 극도로 콤팩트한 구조, 짧은 제어 시간과 반응 시간 그리고 다양한 엔코더 시스템의 유연성이 중요합니다.“

벡호프의 IPC 컨트롤 UI는 일목요연하게 형성되었으며, 중요한 모든 매개변수와 로터리 인덱싱 시스템의 상태에 대한 정보를 전달한다.
벡호프의 IPC 컨트롤 UI는 일목요연하게 형성되었으며, 중요한 모든 매개변수와 로터리 인덱싱 시스템의 상태에 대한 정보를 전달한다.

또한 하드웨어 솔루션과 소프트웨어 솔루션의 가용성도 모션 컨트롤 영역에 있어서 결정적이었다. IMA 개발자인 한스 위르겐 부메스도 이 점을 자세히 언급하였다. “로터리 인덱싱 시스템의 세 가지 모션 축은 자동화 소프트웨어 Twincat3의 Camming기능 (캠 디스크)을 사용하는 가상의 마스터를 통해 연결 또는 동기화됩니다. 이런 점에서 이미 있는 솔루션 모듈들이 하드웨어 및 소프트웨어 차원에서 매우 큰 도움이 되었습니다. 특히 Twincat을 통해 유연하고 효율적인 엔지니어링이 가능합니다. 개방된 하이스피드 필드버스이자 제3의 디바이스 또는 제3의 콤포넌트로 확장되는 확립된 표준인 이더캣으로 최적의 통신 기반도 제공됩니다.“

컨트롤 시스템의 핵심을 이루는 것은 팬이 없는 IPC C6525이다. 이 시스템은 DVI/USB-Extended를 통해 연결되는 멀티터치 컨트롤 패널 CP3919를 통해 조작한다. 이 패널의 19인치 멀티핑거 터치 스크린을 이용하여 자판과 로터리 노브 같은 전통적인 조작 요소도 소프트웨어를 통해 실현하였다. I/O 레벨은 이더캣 커플러 EK1100, HD 이더캣 클램프 LE1819(16 채널 디지털 입력부)와 EL2809(16채널 디지털 출력부) 그리고 이더캣 클램프 EL2008(8채널 디지털 출력부)와 EL2024(4채널 디지털 출력)로 구성된다. 여기에 작동 상태 디스플레이를 위한 LED 조명 트리거링을 위한 DMX 마스터 클램프 EL6851도 있다.

 

컨트롤 패널 CP3919의 멀티터치 기능을 이용하여 회전 노브도 소프트웨어를 이용하여 유연하게 실현할 수 있다.
컨트롤 패널 CP3919의 멀티터치 기능을 이용하여 회전 노브도 소프트웨어를 이용하여 유연하게 실현할 수 있다.
IMA 개발자 한스 위르겐 부메스,
IMA 개발자 한스 위르겐 부메스, “로터리 인덱싱 시스템의 세 가지 모션 축은 자동화 소프트웨어 Twincat3의 Camming 기능 (캠 디스크)을 사용하는 가상의 마스터를 통해 연결 또는 동기화됩니다. 이런 점에서 이미 있는 솔루션 모듈들이 하드웨어 및 소프트웨어 차원에서 매우 큰 도움이 되었습니다.“

캠 디스크를 이용한 축 동기화를 위한 TWINCAT 3

IMA는 소프트웨어 측으로 (포인트 투 포인트 모션을 위해) Twincat NC PTP를 사용한다. 핵심 기능은 라이브러리 NC Camming과 축 기능 모듈을 통한 모션 컨트롤이며, 축 기능 모듈은 캠과 가상의 마스터 축을 통해 축 모션을 지정한다. 이때 축에 대한 캠은 사전 지정된 알고리즘과 몇몇 타겟 포인트를 이용하여 자동으로 충격에 최적화된 프로필로서 생성된 후 NC에 로딩된다. 구체적으로 이를 위해 모션 기능을 사용하고, 개별 모션 규칙 또는 모션 포인트를 주기적으로 컴파일한다.

조작을 수월하게 하는 것은 Twincat PLC HMI로서, 이는 Twincat-PLC 개발 환경에서 작성된, 비주얼라이제이션을 위한 독립적인 툴이다. 또한 CGM의 모션 컨트롤을 위한 기능을 표 형태로 매개변수화할 수 있어서, 프로그래밍하지 않고 순전히 매개변수(타겟 포인트)를 변경하여 완전히 다른 모션 절차가 이루어질 수 있다. 이때 다양한 캠이 정의된 대로 시퀀스로서 순차적으로 처리된다. 또한 다수의 시퀀스 (모션 절차)를 사전 정의하고 이어서 간단하게 선택할 수 있다.

MM INFO: TWINCAT 3

  • 컨트롤 소프트웨어 Twincat 3는 효율적인 엔지니어링 영역에서 유연한 모듈식 소프트웨어 아키텍처를 통해 척도를 마련하였다.
  • Twincat 3로 모든 유형의 컨트롤 어플리케이션을 실현할 수 있다. 프린트 기계, 목재 가공 기계, 플라스틱 기계, 유리 제조 기계, 풍력 발전소, 테스트 벤치와 빌딩에 이르기까지 모든 것을 자동화할 수 있다.
  • 통합된 모션 기능은 세이프티 어플리케이션을 위한 일목요연한 에디터처럼 엔지니어링을 수월하게 만드는 것을 목표로 한다.