[헬로티]

제조 현장에서는 노동력 인구의 감소와 함께, 신형 코로나바이러스 감염증(COVID-19)에 의한 소셜 디스턴스를 확보한 작업 환경 변화로 인해 작업 효율, 생산성이 손상되는 사안이 증가하고 있다. 그렇기 때문에 지금까지와는 다른 작업법과 생산 방식의 수정이 필요하고, 공장 현장의 자동화 필요성이 더욱 높아지고 있다.

그러나 기존의 자동화 시스템에서는 로봇 조작과 프로그램 기술을 습득한 작업자가 필요하고, 또한 시스템 설치를 위한 공간 확보 등이 도입의 족쇄가 되고 있었다.

동사는 기계와 동일한 조작성을 유지하고, 로봇 프로그램의 작성이 필요 없는 충돌하지 않는 로봇 ‘ROID 시리즈’를 개발했다. 기계 내에 로봇을 빌트인한 ‘ARMROID’(그림 1)과 공간절감형 6축 수직 다관절 로봇셀 ‘STANDROID’(그림 2)를 전개, 기존의 단체기 공간에 최소한의 영역을 부가한 공간으로 설치할 수 있는 자동화 시스템을 준비해 가공 현장의 생산 혁신에 기여하고 있다. 이하에 ‘ROID 시리즈’에 공통된 특징 3가지에 대해 소개한다. 

ROID 시리즈의 특징

ROID 시리즈는 기존 다른 기구였던 공작기계와 로봇을 하나의 조작성으로 융합, 가공 현장에 대한 자동화 도입을 추진하는 이하의 특징을 가지고 있다.

1. 반송경로의 자동 생성

반송경로를 포함하는 로봇 동작은 로봇 프로그램 작성 지원 애플리케이션 ‘ROID Navi’(그림 3)으로, 가이던스를 따라 대화 형식으로 설정할 수 있다. 시작점과 종료점 2점만의 교시와 대화 형식의 동작 설정만으로 최적 경로를 자동 생성해 로봇 프로그램을 완성할 수 있고(그림 4), 로봇 전용의 프로그래밍을 배우지 않고 사용할 수 있다.

2. 충돌하지 않는 로봇

로봇의 동작은 3D 시뮬레이션 상에서 실시간으로 기계와의 충돌 유무를 체크한다. 수동의 교시 조작이나 자동 운전 동작 확인 등의 모든 작업에서 경험이 적은 작업자라도 충돌 걱정 없이 안심하고 로봇 조작이 가능하다.

3. 기계와 동일한 조작성

‘ROID 시리즈’의 로봇은 기계의 조작반에서 동작 설정을 할 수 있고, 교시 동작 시에는 기계 조작으로 사용하는 펄스 핸들을 이용해 수동 조작을 할 수 있다(그림 5). 이와 같이 기계와 로봇 쌍방의 조작성을 겸비함으로써 새롭게 전문 로봇 조작을 익힐 필요가 없으며, 기계와 동일한 좌표로 기계 조작의 연장선상의 조작감으로 로봇을 사용할 수 있으므로 쉽게 로봇 조작이 가능하다.

차세대 로봇 시스템 ARMROID

2018년 가을에 주력 CNC 선반인 ‘LB3000 EXⅡ’에 ‘ARMROID’를 탑재한 이후, 많은 유저가 사용하고 있다. 더구나 2019년에는 복잡한 워크 형상의 공정집약과 자동화의 양면에서 유저의 생산 효율 향상에 더욱 공헌하기 위해 복합가공기 ‘MULTUS B250Ⅱ ARMROID’(그림 1)도 전개했다.

‘ARMROID’는 로봇을 기계 내부에 빌트인한 구성이기 때문에 기기 외부의 로봇 공간이 필요 없으며, 기존에 설치한 기계와 교체하기도 쉽다. 로봇은 워크의 반입출에 더해, 가공 중에 로봇 동작도 가능하기 때문에 지금까지 특수한 사양이 없으면 불가능했던 가공을 가능하게 할 수 있다.

1. 빌트인 로봇에 의한 가공 지원

‘ARMROID’의 최대 특징은 기계 내 로봇에 의한 가공 동작과 동기한 가공 지원이다. 로봇 끝에 장착한 엔드 이펙터를 교환함으로써 기계 내에 로봇을 가지는 최대 특징을 살려 생산성 향상에 기여한다. 이하에 그 사례를 2가지 소개한다.

첫 번째는 워크 서포트 롤러의 활용이다. 엔드 이펙터 끝에 장착한 롤러에 의해 워크를 서포트하고, 길이가 긴 부품가공 시의 채터링 발생을 억제하는 기능이다. 로봇의 위치결정 동작에 의해 동일 워크의 지름이 다른 부분이나 다른 워크 종류에도 부품을 기계적으로 위치 조정하지 않고 대응할 수 있다. 

한 예로서 일반적으로 진동방지장치 없이 채터링이 발생하지 않게 가공할 수 있는 기준은 L/D가 10배(길이 [L]와 지름 [D]의 비율) 정도인데, 서포트 롤러를 사용함으로써 L/D를 18배까지 채터링 없이 정밀하게 가공할 수 있다(그림 6). 또한 외경 홈가공에서는 소재 지름 ø25mm, 길이 335mm의 긴 워크(L/D=13.4)에서 워크 중앙부까지 가공 가능한 사례(그림 7, 그림 8) 등 적용 범위의 가능성을 가지고 있으며, 다품종 워크의 자동화에서 안정된 가공이 가능하다.

두 번째는 절삭액과 에어를 혼합시킨 믹싱 블로에 의한 기계 내 절삭분 청소이다. 자동화에서는 퇴적된 절삭분과 절삭분 열에 의해 가공 정밀도에 영향을 미치거나, 커버 등의 파손을 일으키는 원인이 된다. 또한 척에 부착한 절삭분이 워크 파악 시에 물려 들어가는 등 안정 생산이 저해되는 경우가 있다.

‘ARMROID’에서는 믹싱 블로를 이용해 자동 운전 중에 퇴적부나 척 클릭의 절삭분을 청소, 자동화 생산을 안정화시킬 수 있다(그림 9). 이들은 가공기 내에 설치된 엔드 이펙터의 자동 교환에 의해 기계를 정지시키지 않고 가공 서포트 기능을 활용할 수 있다.

2. 다양한 운용이 가능한 로봇셀

‘ARMROID’는 스토커를 기계 전면에 설치, 세팅 교체나 공구 교환 시에는 스토커를 왼쪽으로 슬라이드 이동시키는 구조에 의해, 전면 도어 앞의 작업 공간을 확보하는 레이아웃으로 되어 있다(그림 10). 이것에 의해 주간에는 작업자가 세팅 교체 작업이나 첫 부품가공 후의 치수 정밀도 확인 작업 등을 하고, 야간에는 연속가공으로 생산 효율을 향상시키는 운용도 가능하다. 워크 탈착 작업은 ‘ARMROID’가 스토커 상에 워크를 보내기 때문에 작업자는 편한 자세로 스토커 상의 워크 교환 작업만을 하므로 작업자의 부담 경감 등 유저의 생산 방식에 따른 다양한 운용도 가능하다.

스토커는 워크 형상 등에 맞춰 플랜지 워크용 승강식 워크 테이블, 샤프트 워크용 피치 이송 컨베이어(18개 적재), 간이형 슈트식(2단식, 4단식) 등 4종류의 스토커를 라인업했으며, 이들 모두는 설치 공간을 최소로 하는 공간절감형이다(그림 11). 또한 유저가 준비한 스토커를 나중에 추가할 수 있는 구조로 해, 생산 형태나 로트 수에 맞춰 보다 자유롭게 스토커를 사용할 수 있는 스토커 장착 가능 사양도 제공이 가능하다.

차세대 로봇 시스템 STANDROID

‘STANDROID’는 6축 다관절 로봇과 워크 스토커를 패키지화한 공간절감형으로, 설치, 이설이 용이한 로봇셀이다. 수직형 머시닝센터 ‘MB-46V’를 비롯한 4기종에 적용하고 있으며, 또한 5축 제어 수직형 머시닝센터 ‘MU-4000V’, ‘MU-S6000V’로도 전개해 복잡한 워크 형상의 공정집약과 생산 자동화에 기여한다.

1. 콤팩트한 로봇 시스템 구축

‘STANDROID’는 기존의 로봇 시스템에 대해 약 60%까지 로봇 설치 공간을 축소, 현재의 가공 설비에서 최소한의 공간 확장으로 자동화 설비 도입이 가능하다(그림 12).

기계 오른쪽 측면에 로봇셀을 설치함으로써 기계 전면의 작업자 공간을 확보할 수 있기 때문에 기계 내 세팅 교체나 공구 교환 등 작업자의 작업을 방해하지 않는다. 일체화된 로봇셀이기 때문에 이설 시에도 로봇 시스템을 최단 1일로 기동할 수 있으며, 생산 정지 시간을 최단으로 할 수 있다.

또한 ‘ROID 시리즈’의 특징인 자동 경로 생성 기능에 의해 공간절감형 셀 중에서도 로봇 동작 교시 작업을 간략화할 수 있다. 그렇기 때문에 시스템 기동뿐만 아니라, 세팅 교체나 가공 품종 변경 시에도 최소한의 작업으로 세트업을 완료할 수 있는 작업자에게 친화적인 시스템 구성이다.

2. 다기능의 패키지 유닛

표준 패키지에서는 대차 방식 스토커를 채용했다. 이것에 의해 대차마다 전후 공정 위치로 이동시키고, 소재․가공품을 실어 내릴 수 있기 때문에 가공품의 공장 간 이동이 쉬워졌다. 또한 복수의 대차를 준비하면, 가공품의 교체는 대차를 교체하는 것만으로 된다. 대차 상의 워크 위치결정 기구는 평면형과 경사형의 2종류(그림 13)을 준비하고 있으며, 가공품의 중량, 형상에 따라 선택할 수 있게 되어 있다.

안과 밖 2공정의 연속가공 대응에는 워크 반전대를 확장 패키지로서 선택할 수 있다(그림 14). 기타 품질 체크 스테이션, 에어블로 장치 NG 워크스테이션 등 필요한 기능을 확장 패키지로서 라인업하고 있으며, 유저의 다양한 생산 형태에 대응할 수 있는 자동화 시스템을 제공할 수 있다.

3. 앞으로의 전망

앞으로 ‘STANDROID’의 적용 범위를 확장해 감으로써 현재 라인업한 로봇, 표준 스토커, 확장 패키지의 조합만이 아니라, 자유로운 레이아웃으로 구축한 로봇 시스템을 ‘ROID 시리즈’의 조작성으로 사용할 수 있는 가능성을 가지고 있다. 유저의 생산 형태에 맞춘 전용 로봇 시스템에 ‘ROID 시리즈’의 조작성을 적용함으로써 더욱 더 가공 현장의 자동화 도입을 추진하는 시스템이 된다.

맺음말

‘ROID 시리즈’는 자동화 도입의 걸림돌을 극복하고, 특히 조작성에 혁신적인 변화를 가져와 가공 현장의 자동화, 인력절감화를 대폭 추진하는 로봇 시스템이다. 또한 ‘ARMROID’에서는 기존 불가능했던 가공 중의 서포트를 실현, 지금까지 공작기계와 로봇의 모습을 근본적으로 변화시켜 유저의 과제를 해결해 가는 것이라고 확신한다.

앞으로도 가공 현장의 자동화 혁신을 추진해 노동 시간을 절감하고, 보다 고능률의 생산을 실현하는 자동화 기능을 개발해 갈 것이다.

후지모토 타카히로,  오쿠마㈜ 시스테마기술과 주무