공압 모듈 대신할 WEISS 다이렉트 드라이브

독일 바이에른 에버만스도르프에 위치한 UBH Mechanical Engineering은 중소 규모 부품에 대한 통합 프로세스를 갖춘 조립, 테스트 및 포장 플랜트를 제작한다.

지그프리드 슈바르처: UBH Mechanical Engineering 매니징 디렉터 

이 회사는 2005년에 설립되었으며 사내물류 회사인 UBH Software & Engineering GmbH의 자회사로, 주요 고객들은 주로 자동차, 전자 기술 및 태양열 산업 분야이다. 벤더 부품의 경우, UBH Mechanical Engineering은 개발에 적극적으로 참여하는 기존 파트너와 함께한다. 파트너 중 하나인 WEISS는 로터리 테이블뿐만 아니라 선형 모터 축을 적용한 사용자 프로그래밍 가능 픽&플레이스 모듈도 제공하고 있다. 마이크로 스위치 조립 과정은 제품 그 자체가 추후에 수행할 기능과 약간 비슷하여, 안으로 밖으로 또는 앞으로 뒤로, 픽 & 플레이스 작업과 유사하다. 두 개의 고정 위치 사이에서 지속적으로 앞뒤로 움직인다. UBH Mechanical Engineering이 일반적인 공압 모듈 대신 사용자가 프로그래밍 할 수 있는 WEISS 직접 구동식 픽&플레이스 HP 모듈을 선택하기로 결정한 데에는 여러 가지 이유가 있다.

WEISS의 픽&플레이스 모듈 및 로터리 인덱싱 테이블. 단일 소스에서 제작되었고 서로 완벽하게 들어 맞는다. 이 조합은 0.02mm의 위치 정확도를 제공한다

픽&플레이스 HP 모듈을 선택한 결정적 이유

“EMS는 마이크로 스위치 조립 공장의 낮은 에너지 소비에 중점을 두고 있었으며, 에너지 비용은 WEISS에 유리한 주요 요소 중 하나였습니다.”(지그프리드 슈바르처, UBH Mechanical Engineering 매니징 디렉터) 바이에른 에버만스도르프에 위치한 커스텀 머신 제작사 UBH Mechanical Engineering은 자동차, 전기 기술 및 태양광 산업에 주로 사용하는, 통합 프로세스를 갖춘 중소형 구성 요소 조립과 포장 플랜트 그리고 테스트 시스템을 주로 제작한다. UBH Mechanical Engineering은 2005년에 뒤늦게 시장에 진입하였지만 충성도 높은 고객을 기반으로 하고 있었다. 전기 기계식 스위치 센서 제조업체인 EMS에 납품한 플랜트는 같은 종류의 플랜트 가운데 벌써 네 번째에 해당하는 것이었다. 지그프리드 슈바르처는 25명의 젊고 숙련된 팀과 공급업체에 공을 돌렸다. “우리는 모든 작업 과정마다 새로운 공급자를 찾을 수도 없었고 그렇게 하고 싶지도 않았습니다. 믿을만한 소수의 파트너를 신뢰하고 최신 과제에 대한 솔루션을 그들과 함께 개발하였습니다.”(지그프리드 슈바르처) WEISS는 처음부터 이러한 파트너 중 하나였다. 지그프리드 슈바르처가 WEISS를 높이 평가하는 이유는 간단하다. “WEISS의 로터리 인덱싱 테이블은 최고입니다.” 따라서 WEISS의 로터리 인덱싱 테이블을 최신 마이크로 스위치 조립 공장에도 사용하는 것이 당연한 결과였으며, 직렬로 설치되는 고정 속도 TC 320 장치 3개가 고객 기계의 기초를 형성하였다.

고객 기계의 기초를 형성하다.

WEISS의 HP 70 및 HP 140 픽&플레이스 모듈은 선형 모터 축으로 에너지를 절약하고 1.5 초의 사이클 시간을 달성하며 공압 장치보다 조용하다.

하지만 이번 프로젝트에서 해결해야 할 과제는 픽 & 플레이스를 통한 부품 운반보다 부품을 공급하는 것이 더 많았다. 토비아스 될너 설계 책임자는 “우리는 지금까지 공압 모듈을 많이 사용했지만, 지정된 타임 사이클 1.5초를 충족하려면 공기 소비량이 상당히 많아졌을 것입니다.”(토비아스 될너, 설계 책임자) 이는 바꿔 말하면 높은 운영 비용을 의미한다. 사실 압축 공기는 이 업체가 사용하는 에너지 중에 가장 비싼 에너지이다. 전기 드라이브는 이 부분에서 분명한 장점을 제공하였다. 이 전기 드라이브는 WEISS가 전문으로 하는 영역이다. WEISS의 HP 70와 HP 140 픽 & 플레이스 모듈은 각각 두 개의 선형 모터 축을 결합하고 다이렉트 드라이브 기술의 장점인 높은 동적 성능과 사용자 프로그래밍 가능성 그리고 최고의 정밀성을 100% 활용한다. 너비가 60mm에 불과한 HP 70에는 두 개의 선형 모터 축이 서로 평행하게 배열되어 운동학적 유닛을 통해 연결된다. 축이 서로를 향해 이동하면 최대 70mm의 수직 스트로크가 가능하다. HP 140 모델에서 수직 및 수평 선형 축을 결합하면 이 스트로크가 두 배 이상 증가하는 반면 최대 페이로드는 3 킬로그램으로 증가한다. 이를 통해 토비아스 될너 팀은 기계 설계 과정에서 충분한 공간을 확보할 수 있었다. 마이크로 스위치의 조립은 HP 70에 의해 시작되며, HP 70은 전기자를 첫 번째 로터리 인덱싱 테이블의 툴 홀더에 삽입한다. 이후 다른 HP 70이 소위 플래퍼, 즉 이전에 코일에 구멍을 뚫어 구부린 후 형태를 잡은 스프링 요소를 장착하며, HP 140이 여러 테스트와 청소 이후 두 번째 로터리 인덱싱 테이블로 이 플래퍼를 전달하기 전에 장착한다.

성공적인 WEISS의 HP 모듈 선택

여기에서 하우징 삽입 후 하부 접점이 배치되며, 이 공정은 매우 높은 수준의 정밀도를 요구한다. “HP70을 사용하면 고정된 지지대와 어떤 인덱싱 없이도 0.02mm의 위치 정확도를 달성할 수 있습니다.”(토비아스 될너) WEISS 덕분에 이 정밀성은 전혀 무시할 수 없는 부분이다. 결국, 축에 직접 배치된 측정 시스템을 갖춘 HP 70의 높은 위치 정확도는 매칭 부품(이 경우는 로터리 인덱싱 테이블)의 위치 정확도가 비슷하고 두 구성 요소가 서로 일치하는 경우에만 제공된다. 이번 프로젝트에서 WEISS는 HP 70와 위치 정확도가 높은 로터리 인덱싱 테이블뿐만 아니라 마운팅 플레이트를 제공하였다. 마운팅 플레이트는 당연히 로터리 인덱싱 테이블과 함께 보정하였다. 하부 접점을 배치한 후, 다른 요소들 및 전기자 어셈블리는 표 1과 유사한 정밀도로 하우징에 삽입된다. 덮개 어셈블리가 장착되고, 마이크로 스위치는 레이저 용접 및 최종 처리를 위해 긴 스트로크를 갖는 3번째 로터리 인덱싱 테이블로 전달된다. WEISS의 HP 모듈이 결국 이 스트로크에서 훨씬 앞섰기에, 굉장히 초기 단계에서 공압 시스템을 선택하지 않고 WEISS의 HP 모듈을 선택하였다. 이번 프로젝트에서는 380mm와 같은 긴 스트로크가 공압식 피커에서도 문제가 없지만 속도 면에서 그 거리를 감당할 수 없다. “우리의 경험에 따르면 직선 모터 축은 80mm의 스트로크부터 더 빠릅니다.”(토비아스 될너) WEISS의 HP 140은 40m/s2의 가속 및 4m/s의 최대 속도 덕분에 시스템 전체의 속도를 늦추지 않고 0.4초 만에 긴 스트로크를 수행한다.

UBH Mechanical Engineering 매니징 디렉터인 지그프리드 슈바르처(오른쪽)와 설계 책임자 토비아스 될너는 WEISS의 정밀도와 속도를 높이 평가한다.

부드러운 스트로크를 보장하다.

반면 속도를 늦추는 것도 문제이다. 이러한 역동적인 움직임의 속도를 때로는 늦추기도 해야 한다. 공압 시스템은 단순한 댐퍼를 이용하여 갑작스런 정지만 가능한 반면, WEISS의 HP는 감속 램프와 전체 감속 거동을 사용자가 프로그래밍하여 제품을 손상시키지 않거나 사용자의 청각이 위험에 노출되지 않도록 부드러운 스트로크를 보장한다. 이는 UBH Mechanical Engineering에 이상적이다. UBH Mechanical Engineering이 사내 물류 회사 UBH Software & Engineering의 자회사로서 소프트웨어를 사용하는 데에 열성적이었기 때문이다. “WEISS 응용 소프트웨어에서 제공하는 HP 픽 & 플레이스 모듈의 사용자 프로그래밍 기능을 통해 기계적인 조정 없이 새로운 변형 제품에 프로세스를 적용할 수 있습니다. 쉽게 설명하면 버튼 하나만 누르면 됩니다.”(토비아스 될너) 지금까지는 이러한 유연성이 중요하지 않았지만, UBH Mechanical Engineering의 픽 & 플레이스 솔루션을 위한 공압 기술은 WEISS HP 모듈의 부드러운 주행, 높은 역동성과 정밀성 그리고 에너지 효율성으로 인해 끝났다는 것은 분명해졌다.