로봇기술 매거진 월간 로봇뉴스 - 로봇기술

KUKA 제조용 로봇의 다양한 어플리케이션

Palletizing Application

생산을 능가하는 병 적재 작업의 효율성

Task
날로 첨예화되고 있는 시장 경쟁에서 우위를 점하기 위해, 중견 양조기업 Pyraser는 포장 부문의 효율성 제고를 위한 조사를 실시했다. 그 결과 짧은 사이클 타임, 제품 손상을 방지하는 섬세한 핸들링 및 높은 유연성을 실현하는 미래지향적 테크놀로지가 필요한 것으로 결론지어졌다.

더 적은 설치면적으로 더 빠른 작업 효율을
현재 Pyraser는 공압 그리퍼가 탑재된 두 대의 KUKA 로봇 KR 150을 사용하고 있으며, 이 로봇은 주당 3일 동안 1교대 작업에 투입된다. 과거에 사용되었던 종래 방식의 팔레타이징 시스템에 비하여 설치 면적이 약 150㎡ 감소하였는데, 이는 6축 다관절 로봇을 결정하게 된 주된 이유이기도 하다. 셀 구축에 소요된 비용은 종래 장비의 구축비용과 거의 동일했다. KR 150 중 한 대가 빈병이 채워진 네 개의 박스를 롤러컨베이어에서 픽업하여, 80병 모두를 동시에 들어 올려 컨베이어에 내려놓는다. 그 동안에 다른 로봇은 같은 양으로 채워진 병을 컨베이어에서 픽업하여 네 개의 빈 박스에 채우고 다시 박스를 컨베이어에 올려놓는다. 로봇은 한 사이클 당 채울 때 9초 그리고 비울 때 9.6초를 필요로 한다. 이런 사이클 타임의 차이는 병으로 채워지지 않은 팔레트의 상부층에서 로봇이 수행하는 측정에 소요되는 시간에서 기인한다. 이러한 측정을 통해 시스템은 빈 상자와 로봇 사이의 충돌을 예방한다. 또한 로봇은 센서를 필요로 하지 않는데, 이는 박스가 핸들링을 위해 해당 평면의 특정 위치에 센터링되고 그 높이에서만 차이가 나타나기 때문이다. 그리퍼의 개념 설계 시 빈 박스와 관련하여, 간헐적으로 병이 거꾸로 박스에 꽂혀 있어 로봇이 병을 파지할 수 없는 문제가 발생했다. 많은 시간이 소요되는 수작업을 야기하는 이러한 시스템 장애를 애초에 방지하기 위해 KR 150은 어떤 경우에도 팔레트에서 박스를 픽업해야 했다. 이를 위하여 로봇은 2회에 걸친 픽업 시도가 성공하지 못할 경우, 보통 속도의 10% 정도로만 동작하며 손목의 압력을 증가시켰다. 이를 통해 로봇은 그립 후크를 박스에 걸고 박스를 올릴 수 있는 시간적 여유를 갖게 됐다.

 Benefits
● 탁월한 유연성
로봇의 탁월한 유연성으로 인해 Pyraser는 이미 설치된 KR 150으로 드럼통을 핸들링 할 계획도 세웠다. 이런 경우에는 엔드이펙터 교환 장치가 로봇에 탑재된다. 로봇의 투입은 65kg의 드럼통을 옮겨야 하는 힘든 육체적 노동에서 작업자들을 해방시킬 것이다. Pyraser가 앞으로 일회용 용기와 회수용 용기를 함께 사용할 경우, KT 150은 그 유연성을 다시 한번 입증하게 될 것이다. 한편, 로봇이 카운터웨이트의 도움으로 가반하중을 150kg에서 200kg으로 증가시킬 수 있는 것은 이러한 유연성 덕분이라고 할 수 있다.

● 짧은 사이클 타임
높은 가속도값 없는 짧은 사이클 타임, 즉 지속적으로 빠르고 정확한 동작 구현을 통하여 로봇은 병을 섬세하게 핸들링할 수 있고 이와 동시에 탁월한 처리 능력을 발휘할 수도 있다.

● 추가적인 제조 용량 확보
Pyraser는 시간당 24,000개의 병을 채운다. 하지만 로봇은 이보다 많은 시간당 30,000개의 병 또는 1,500개의 박스를 처리하므로, 다른 작업 구역에서 장애가 발생할 경우 이로 인한 작업량 부족을 보상할 수 있다.

● 시스템 상태의 모니터링
KUKA Control Panel의 Windows 유저 인터페이스에서 구현되는 시각화 시스템을 통해 작업자는 시스템 상태를 지속적으로 모니터링 할 수 있으며, 장애가 발생한 위치를 신속하게 찾을 수 있다.

홈과 턱솔을 갖는 내화점토 연도의 운반
 Task
Wolfshoher Tonwerke는 이미 수년 전부터 자동화 솔루션에 투자를 아끼지 않고 있는 회사이다. 과거 동사는 홈과 턱솔을 갖는 내화점토 연도를 리니어 유닛을 통해 운반했었다. 하지만 해당 공장을 폐쇄하고 공장 이전을 결정하게 됨에 따라 동사는 이러한 핸들 프로세스를 현대화하는 기회로 삼았다.

생산성과 품질을 한번에 잡는다
내화점토 연도의 핸들링에 3대의 KUKA 로봇이 투입된 후부터 생산성이나 품질 뿐 아니라 유연성도 증가했다. 투입된 로봇은 1대의 4축 팔레타이징 로봇 KR 180 PA 및 2대의 6축 표준형 로봇 KR 45이다.
내화점토로 생산된 파이프 블랭크는 자동으로 330mm 또는 660mm로 절단된다. 330mm 길이의 4개의 파이프와 하나의 짧은 적재링이 하나의 유닛을 이루며, 이는 KR 45에 의해 타워 형태로 적재된다. 660mm 길이의 파이프를 생산하는 경우에는 2개의 파이프와 하나의 적재링이 하나의 유닛을 구성한다. 다음 단계에서 이 유닛은 파이프 생산 시스템의 운반통으로 전달된다. 오퍼레이터는 그 컨트롤 패널의 디스플레이에서 파이프 블랭크의 길이와 직경에 맞는 프로그램을 선택하며, 로봇에서는 이를 위해 KUKA Control Panel을 사용한다. 330mm 길이의 파이프인 경우에는 각각 두 개의 파이프 블랭크가 적재링과 함께 또는 적재링 없이 운반통에 적재된다. 여기에서 KR 180 PA는 진공 석션 그리퍼를 이용해 이들을 픽업하여 횡방향 파이프 컨베이어의 운반통에 연결 피스를 내려놓는다. 이 컨베이어는 각각 하나의 파이프 블랭크를 우측 및 좌측에 배치된 홈 및 턱솔 절단 스테이션에 동시에 공급한다. 이와 달리 연결링은 파이프 컨베이어에 적재된다. 절단 과정이 종료되면 파이프는 횡방향 컨베이어에 의해 KR 45로 운반된다. 로봇은 파이프 블랭크를 픽업하여 이미 파이프 컨베이어 위에 있는 적재링 위에 수직으로 파이프 블랭크를 내려놓는다. 적재링이 특정한 위치에 센터링되므로 KR 45는 파이프를 밀리미터의 정확도로 적재할 수 있다. 이때 로봇 컨트롤러는 그리퍼에 내장된 레이저 센서를 통해 남은 간격을 지속적으로 측정한다. 이 정보를 통하여 파이프 블랭크의 정확한 포지셔닝이 가능하다. 파이프 타워가 완성되면 컨베이어에 의해 파이프 픽업 유닛으로 운반된다. 파이프 픽업 유닛은 타워를 픽업하여 가열로 캐리지에 전달한다. 660mm 길이의 파이프의 경우 사용자는 단 한 대의 KR 45와 하나의 횡방향 파이프 컨베이어만 필요로 한다. 이외에도 나머지 6축 로봇은 항상 하나의 파이프 블랭크만 픽업하고 KR 180 PA는 두 번째 사이클마다 추가적으로 하나의 적재링을 픽업한다.

 Benefit
● 팔레타이징 전문가 KR 180 PA으로 이룬 도약
팔레타이징 전문가 KR 180 PA는 피동 5차 축을 구비한 4축 로봇으로써, FEM 최적화된 맞춤식 기구 시스템을 통해 매우 효율적인 팔레타이징 프로세스를 구현한다. 로봇의 팔은 경량 탄소섬유 복합재(CRP)로 제작되어 작 관성 모멘트와 탁월한 가속도를 자랑한다. 또한 KR 180 PA는 최대 180kg의 하중을 최대 3,000mm까지 적재할 수 있다. 로봇 선정에 있어 넓은 작동 범위는 매우 중요한 사항이라는 점을 상기한다면 큰 장점이다. KR 180 PA의 또다른 이점은 여타 6축 로봇에 비해 저렴하다는 것이다. 이러한 가격적 메리트는 주로 표준 컴포넌트들이 사용되었기에 가능했다.

● 현저하게 증가된 생산 능력
로봇의 투입 후부터 생산 능력이 현저하게 증가했다. 로봇을 투입한 부문에서 Wolfshoher Tonwerke는 예전보다 50퍼센트 빠른 공정 속도를 달성하고 있다. 뿐만 아니라 인건비 절감을 통한 이익을 누리고도 있다. 현재 분당 16개의 내화점토 연도 생산이라는 놀라운 결과는 로봇의 짧은 사이클 타임에 의한 것이며, 이외에도 연도에 순차적으로 홈과 턱솔이 부착되는 것 아니라 2개의 병렬로 배치된 스테이션에서 홈과 턱솔이 동시에 부착된다는 점도 생산성을 향상 시켰다.

● 개선된 품질
또한 탁월한 반복 정밀도로 작업하는 로봇이 파이프 블랭크를 매우 세심하게 핸들링 한 결과, 파손율이 현저하게 감소하여 Wolfshoher Tonwerke는 품질을 크게 개선할 수 있었다.

● 탁월한 유연성
KUKA 로봇을 선택하게 된 또 다른 이유는 유연성에 있었다. 예를 들어 로봇은 직경이 120~200mm인 5가지 크기의   파이프를 모두 핸들링할 수 있다.

● 인건비 절감 효과
로봇의 도입으로 인해 육체적으로 힘든 수동 작업 뿐 아니라 다양한 운반 작업도 필요치 않게 되었다. 사용자는 절감된 인건비, 최소화된 불량률 및 단축된 운반 거리에서 이익을 얻고 있다. 이외에도 제품 손상이 감소했다. 

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