로봇기술 매거진 월간 로봇뉴스 - 로봇기술

취출로봇과 플라스틱 산업의 동행(同行)

사출성형 기법의 변화에 따른 다양한 취출로봇 필요

아시아 지역에서는 자동차용 아크용접, 스폿용접, 수지성형품 취출, 액정패널용 유리기판 반송이 주된 로봇사용처다. 특히, 조립반송용 로봇 부분에서 수지성형품을 위한 취출로봇이 다수 사용 되어, 주목받는 시장으로 꼽혔다. 플라스틱 산업이라는 하나의 시장에 묶여 전용로봇으로 사용되는 취출로봇은 어느새 이 시장에서 없어서는 안 될 아이템으로 같은 길을 걷고 있는 것이다. 본 내용에서는 취출로봇의 간단한 소개와 기술발전의 방향에 대해 살펴보도록 하겠다.

취출로봇 정의 ‘取出-> 잡아서 뺀다’는 그 의미 그대로

⊙ 사출성형과 취출로봇

플라스틱의 성형가공법 중 하나인 사출성형은 열가소성수지를 성형하는 것이 주를 이른다. 매우 작은 것부터 큰 것까지 성형할 수 있으며, 반복해서 사출하여 대량생산을 할 수 있으므로 작업능률이 높다. 또한 용융시키면 재생생산이 가능하기 때문에 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 생활용품 대부분이 이 사출성형 과정을 거쳤다고 해도 과언이 아니다.

이 같은 사출성형 작업에서 빼놓을 수 없는 것이 바로 ‘취출(取出)’이다. 의미 그대로 ‘잡아서 뺀다’는 뜻이며, 사출성형물과 성형물 외의 부분을 빼내는 두 가지 과정에서 필요로 한다. 이 동작은 단순하며 반복적이기 때문에 로봇이 대신했을 경우 생산성을 월등히 높이게 되기에 현재 대부분의 사출성형 현자에는 사람대신 취출로봇을 사용하고 있다. 한편 취출은 플라스틱 산업 외에도 CNC 선반에서도 사용될 수 있는데, 이는 일반적으로 6축 다관절의 핸들링 로봇이 담당하기도 하지만 저렴한 비용을 생각해 단순 취출로봇을 사용하는 경우도 있다.

CNC 선반용 로봇은 고객의 기존 구형 장비에 설치되어질 수 있고, 투자 후 단시간 내에 인건비 절감 및 생산성 향상으로 페이백(Payback)할 수 있다.

설계의 유연성으로 로봇 대부분을 적용할 수 있고, 고품질, 고정도 부품은 정확한 작동을 가능케 해 오랜 수명을 보장한다.

⊙ 취출로봇, 고정자동화 & 단일작업장 자동 셀

고정자동화(Fixed Automation)란 가공 또는 조립작업의 순서가 장비배열에 의해 고정되는 시스템을 의미한다. 각각의 공정은 단순한 선형 또는 회전형 동작, 또는 이들의 단순조합을 포함하는 정도로 복잡하지 않으며, 회전 주축의 이송운동을 예로 들 수 있다. 이러한 공정을 여러 개 통합하여 하나의 장비로 구현할 때 시스템은 복잡해지게 된다. 고정자동화의 전형적인 속성은 다음과 같다.

- 특별히 주문 제작되는 장비에 대한 높은 초기 투자비

- 높은 생산율

- 다양한 제품들을 취급하기에는 상대적으로 낮은 유연성

고정자동화는 대량의 제품을 고속으로 생산할 때 그 경제적 타당성을 얻을 수 있다. 장비에 대한 높은 초기투자비용은 수많은 제품들에 나뉠 것이기 때문이다. 다른 생산방식과 비교해 제품 한 단위당 생산비용은 월등히 낮아진다. 고정자동화의 예로는 가공 트랜스퍼라인과 자동조립기계 등이 포함된다.

또한 단일작업장 자동 셀은 하나의 기계 사이클보다 긴 시간동안 무인운전이 가능한 완전자동기계로 구성되어 있다. 작업자는 주기적으로 부품을 장착하거나 탈착할 경우를 제외하고는 기계에 머무를 필요가 없다. 이러한 시스템이 중요한 이유는 다음과 같다.

단일작업장 수동 셀에서와 같이 단일작업장 자동 셀에서도 지원 장비에 대한 문제가 야기되는데, 플라스틱 사출성형 재료의 건조 장비를 사용하는 완전자동 사출성형 기계의 경우, 건조장비는 사출성형 기계를 지원하는 역할을 확실히 수행한다. 자동 셀에서 지원 장비의 또 다른 예는 다음과 같다.

- 자동기계에 장착/단착 기능을 수행하는 로봇, 셀내의 주 기능은 자동기계가 수행하고, 로봇은 지원 역할을 수행한다.

- 단일로봇 조립 셀에서 부품을 공급하는 데에 이용되는 볼형 부품공급기 및 기타 부품공급 장치, 이 경우, 조립로봇은 주생산기계이며, 부품공급기는 보조장치다.

취출로봇 분류 이럴 땐 어떤 로봇을 선택할까?

⊙ 떨어뜨리기

일반적으로 취출로봇의 가장 단순한 동작은 떨어뜨리는 방식으로 많이 사용되고 있다. 간단한 동작으로 떨어뜨린 성형품을 셧 또는 컨베이어로 포장상자에 잠시 적재하게 되는 것이다. 짧은 컨베이어(가반식)가 붙어 있으나 이것은 성형품을 어느 정도 냉각하고 품질을 갖추는 의미가 있다. 컨베이어 위에 성형품 방향을 맞추어 정렬하면 치수가 안정되는 것이 확인되므로 가능하면 정렬하는 것이 좋지만, 떨어뜨리는 방식에는 곤란하다. 제품을 들어 올려 밖으로 취출하는 방식에는 직접 컨베이어 위의 제품을 정렬해 놓을 수가 있다.

⊙ 스프루 집기

스프루 집기 방식에서는 스프루로 성형품을 취출할 수가 있다. 제품인상식과 제품 옆 취출식에서는 제품을 집는 방법을 연구할 필요가 있다. 일반적으로는 바깥쪽을 집으나 제품마다 집는 방법이 다르기 때문에 집는 부분을 그때그때 교환하는 것이 많다. 성형 로봇이 작을 경우에는 조정시간이 큰 문제가 된다.

평면의 것은 진공흡착을 사용한다. 흡착식은 조정이 간단하고 동작도 빠르기 때문에 될 수 있으면 이것을 사용하는 것이 좋다.

일반적으로는 사출성형기의 취출로봇은 사출성형기를 개조하지 않고 사용한다. 취출로봇의 동작시작과 종료 확인(성형시작)은 사출성형기 본체의 신호단자(영문도 있다)에 의한다. 성형기를 개조하지 않는다는 것은 성형공장에서 취출로봇을 간단히 자유롭게 장치, 사용할 수 있다는 것이다.

⊙ 제품 옆 취출

제품 옆 취출식으로는 안전문을 떼어내지 않으면 안 되므로 성형기 개조가 필요하다. 옆 취출식은 이동거리가 짧고 고속으로 된다는 것 외에도 장치의 높이가 낮으므로 조정이 쉽다는 이점이 있다.

옆 취출식 로봇은 타 업계의 것도 응용되고 있다. 성형품은 가벼우므로 타 업계의 것은 힘이 너무 강할지도 모르나 그만큼 튼튼하게 되어 있어 신뢰성이 높다. 타 업계에서 많이 사용되고 있는 것을 이용하여 자동화의 성립을 빨리하는 것은 현실적으로 대응하는 것이 된다.

로봇이라고 하면이 옆 취출로봇식으로 팔이 신축되고, 또 스윙하는 것이 대명사로 되어 있다. 사출성형의 성형 사이클은 그보다 더 빠르지는 않으므로 타 업계의 로봇으로는 성형기 2대를 동시에 커버하는 것도 있다. 2대의 성형기를 서로 마주보게 하여 중앙에 로봇을 설치하고 회전시키는 것이다.

취출로봇 트렌드 사출성형 기법 변화에 따른 취출로봇의 기술

⊙ 특수 분야에 적합한 취출로봇 기술

지난 2008년 이후 사출 성형기법은 전동식 사출시스템의 확대와 정보/가전 등에 적용되었던 고광택 성형, 2컬러 사출, 라벨 인몰드 시스템 등의 트렌드를 보이고 있다. 이에 따라 취출로봇도 정밀 인서트에 대응하고, 속도 측면에서도 고속성을 시장에서 강력히 요구하고 있다.

사출성형 기법의 다양한 변화에 따라 이에 대응하는 여러 동작이 추구되고 있으며, 일반적인 3축 형태의 취출로봇에서 다관절 기능을 적용하거나 갠트리 형태의 특수형 취출로봇들이 개발, 발표되고 있다.

특히, 사출성형은 재료를 투입하면 1공정(사출성형)으로 거의 최종 부품이 되는 고효율 가공 방법이지만 부가가치가 높은 제품을 취급하는 경우, 자유낙하에 의한 성형품의 손상을 방지하기 위하여 인서트(아웃서트) 장치라 불리는 로봇을 병용하는데, 이제는 일반화된 기술이라 할 수 있다.

취출로봇이 박스포장까지?

사출성형 과정 중 성형품의 박스포장까지 자동화하지 않으면 자동화의 효과가 눈에 보이지 않는 것이 있다. 이에 적합한 로봇은 반드시 성형업계의 것은 아니지만 취출로봇, 게이트 컷 로봇과 조합시켜 성형공장에 적용하고 있는 실정이다.

박스포장 로봇은 성형제품을 상자 속에 정렬해놓고 가득차면 빈 상자와 교환하며, 사람이 순회하며 상자를 보충하는 역할을 한다. 더욱 간단한 것으로는 취출로봇이 성형제품을 상자 속에 직접 떨어뜨려 일정수량이 되면 상자를 밀어서 다음 상자와 교환하는 방식도 있다.

여기서 성형기를 컨베이어로 연결해 성형품을 1곳에 모아 박스포장에 집중하는 방법도 있는데, 이 방법은 상자를 놓는 공간을 넓게 잡는 것으로 잘 활용하면 무인화가 된다. 단, 성형품의 종류나 양이 변화했을 때 융통성은 나쁘다.

또 성형기마다 한 상자를 자동적으로 말아 빈 박스와 교환하는 방법도 있다. 이 방법은 박스의 운반과 교환이라는 비교적 간단한 기능의 자동화 장치로서 상자를 놓은 공간을 넓게 잡아 성형품의 종류나 양이 변화하더라도 상자는 같게 함으로써 작은 회전의 효과에 대응할 수 있다.

단, 박스를 반송하는 시스템이 필요하며, 컨베이어나 레일, 반송차 등을 이용한다. 전차와 레일을 사용하는 것도 있다. 레일의 포인트 절환이나 전차운행은 컴퓨터 조정으로 한다. 이 전차는 반송로봇이다. 더욱 본격적인 자동창고 시스템을 만들 수도 있다. 이는 장시간 동안 순시하지 않아도 좋다는 이점이 있다.

자동반송, 조립자동화를 위해서는 성형품을 정렬해 놓는 것이 필요하다. 일시 보관할 경우에는 성형품을 팰럿에 정렬해 넣어 그 팰럿을 구분해서 보관한다. 다만 성형공장의 경우에는 너무 대규모 설비는 오히려 융통효과가 없을 염려도 있다. 성형품 종류와 양이 빠르게 변화하기 때문에 공장실태에 따라 무리 없는 계획을 세워야 한다.

자료 : 한양로보틱스 / 산업연구원 / 광진특수건장