카본 섬유 블랭크를 적재하는 ABB 로봇

자동차 및 항공기 제작을 위한 전자동 생산 시스템이 카본 경량 구조물 제조를 위해 개발되었다. 이 로봇은 높은 반복 정확도를 통해 뛰어난 안정성을 보장한다.

틸로라우스(Tilo Rauch): 공학박사, ABB Automation GmbH 로컬 비즈니스 라인 시니어 세일즈

핵심 내용

  • 자동차 및 항공기 제작을 위해 카본 경량 구조물 제조를 위한 전자동 생산 시스템이 개발되었다.
  • Schmidt & Heinzmann GmbH는 이 시스템을 ABB 로봇 IRB 6700으로 구현하였다.
  • 로봇 기반 자동화는 사이클 타임과 오류 최소화 측면에서 확실한 장점을 제공한다.

경량 구조물은 최소 무게에 최대 안정성을 유지해야 한다. 이러한 특성은 엄격한 CO2 규제와 연료 절감 측면의 운수 산업에서 중요해지고 있다. 이에 따라 카본, 즉 탄소 섬유 강화 플라스틱이 주목을 받고 있다. 카본은 초경량 소재이며 복원력은 매우 높지만 구매 비용 측면에서 상당히 고가 제품이다. 이 하이테크 재료를 항공이나 철도, 자동차 산업 분야에서 적용하고 있지만, 현실적으로 카본 가공은 많은 단계를 자동화하지 못했기 때문에 이런 부분에서 로봇이 지원하는 자동화가 사이클 타임과 오류 최소화에 장점을 제공할 수 있다.

로봇의 긴 정기 정비 주기와 짧은 정비 시간은 높은 시스템 가용성에 기여한다.

           Schmidt & Heinzmann은 이 점을 주목하였다. 이 업체는 카본 부품 제조를 위한 자동화 시스템을 위임받았고, 공정에 로봇 솔루션을 통합해야 한다는 확신을 가지고 있었다. 이 새로운 제조 셀에는 RTM 프레스를 영구적으로 연결하기 전에 탄소 섬유 블랭크를 정밀한 스택으로 조립하기 위한 여러 개의 절단 테이블을 설치해야 했다. 이 과정에서 ABB의 6축 산업용 로봇인 IRB 6700이 선정되었고, 이 로봇은 대략 9m 길이의 IRBT 6004 타입의 ABB 트랙 모션이 설치되었다.

           롤에 감긴 탄소 섬유 매트를 각 절단 테이블에 장착하여, 요건에 따라 블랭크를 정확하게 재단하고, 이후 ABB의 IRB 6700(150 ~ 300kg 등급에서 전체 운영 비용이 낮은 우수한 성능의 로봇)이 작동하고, 위치 정확도와 짧은 사이클 타임으로 카본 섬유를 정밀하게 가공한다. 이 로봇은 트랙 모션을 이용하여 카본 섬유 블랭크를 모으고 이를 정해진 순서대로 mm 수준으로 정확하게 적재하는데, 이때 섬유 배열이 각 블랭크마다 달라야 한다. 다음으로 카본 부품이 자신의 물질 특성을 최적으로 발휘하기 위해서는 각 블랭크가 정해진 순서대로 정밀하게 적재되어야 한다. 각도가 5°만 오차가 생겨도 부품 안정성이 60% 정도 손실된다. 여기에서 로봇은 필요한 정밀성과 신뢰성을 책임지고 작업자의 부담을 완화한다. “이러한 반복적이고 단조로운 작업은 작업자를 지치게 하고 신체에도 많은 부담을 줍니다.”(마티아스 파일, Schmidt &Heinzmann 대표)

“고객이 지금까지 사용해 온 오류 역시 사전에 프로그래밍 했습니다. 블랭크를 혼동하거나 어긋나게 쌓아도 전체 스택이 불량 처리됩니다. 따라서 재료가 고가인 것을 감안하면 큰 손실이 될 수 있습니다.” 스택의 층들은 운송을 위해 초음파 용접으로 점 연결하여, 사이클 타임과 관련한 고객의 까다로운 요건을 충족할 수 있다.

카본 섬유를 재단하는 이 절단 테이블은 ABB 6축 산업용 로봇에 의해 서로 연결되어 있다.

높은 시스템 가용성 보장

로봇이 지원하는 자동화 설비는 시스템 가용성을 높이는데 중요한 역할을 한다. “이번 시스템은 나중에 2교대 모드로 가동할 계획입니다. 시간이 돈이기 때문에 토요일에도 가동할 계획이며, 가동률이 높여야 하기 때문에 셧다운이 발생하면 손실이 매우 큽니다.”(마티아스 파일)

ABB 솔루션을 선택한 이유는 한 가지가 더 있다. IRB 6700은 다른 모델에 비해 서비스 수명이 더 길다는 것이다. IRB 6700의 평균적인 무고장 시간(MTBF)은 400,000 작동 시간으로 계산하였다. 우리는 프로젝트 단계에서 소프트웨어와 하드웨어 몇 가지를 조정하였고, 다양한 그리퍼도 개발하였습니다. 이제 로봇 구성을 조정하거나 우리가 개발한 진공 그리퍼를 바로 사용할 수 있습니다.”(마티아스 파일)