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KUKA 제조용 로봇의 다양한 어플리케이션

Testing Application

산업용 로봇의 글로벌 서플라이어로 인정받고 KUKA는 거의 모든 가반하중 클래스 및 기종의 다양한 산업용 로봇 및 로봇 시스템을 공급하고 있다. 본 지면에서는 전 세계의 각 산업분야에서 다양하게 쓰이고 있는 KUKA의 어플리케이션들을 소개함으로써 로봇의 활용도와 쓰임의 폭을 조망해본다.

Task

자동차 시트 히터는 기술적으로 완벽해야 할 뿐 아니라 설치되는 다양한 시트 타입에 상관 없이 고객들의 모든 요구를 만족시켜야 한다. 따라서 시트 히터에 사용된 기본 소재 및 시스템 구성품은 지속적으로 시험되어야 하며 그 결과에 따른 최적화가 요구된다. 이러한 표준 품질 검사에는 자동차 산업에서 요구하는 기계적 내구성 시험이 포함된다.

Process

자동차 시트 히터 및 관련 컨트롤러의 글로벌 선도 제조업체 W.E.T. Automotive Systems는 Occubot VI 프로세스에 따른 내구성 시험을 실시했다. 이 내구성 시험에서 KUKA 로봇 KR 150은 자동차 시트 또는 시트 부품에 통합된 히터가 자동차 수명 기간에 발생할 수 있는 기계적 부하를 견딜 수 있는지를 시험한다. Occubot VI는 자유로운 프로그래밍이 가능하고 고도의 반복 정밀도가 구현되는 하중 및 위치 제어식 테스트 시스템이다.

힘 토크 센서로 구현되는 이 방식은 더미의 도움으로 사람의 동작 및 하중을 재현하며 이로써 고가의 특수 테스트 장비들을 대체한다. Occubot IV는 예를 들어 시트 착석 동작 또는 극한적 진동 동작과 같은 실제 상황에 가까운 시뮬레이션을 가능하게 한다. 이외에도 착석 상태에서 움직임으로 인한 시트 및 등받이의 마모 시험, 화물차 하차 시험 및 클러치 시험을 수행할 수 있다.

측정 시스템은 힘 및 토크에 대한 6가지 측정 범위 및 탁월한 정확도를 제공한다. 더미가 시트에 접촉할 때 접촉면에서 실제로 발생하는 힘 및 토크에 대한 모든 데이터가 사용자에게 제공된다. 더미의 중량으로 인해 추가적인 동역학적 힘이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 이 데이터를 근거로 더미의 정역학적 힘을 보상할 수 있다. 이외에도 로봇의 동작은 테스트 대상의 마모에 따라 정기적으로 조정된다. 전체 시스템을 다른 시트에 적용할 경우에도 단지 베이스 좌표계만 새로 정의하면 모든 비작업이 완료된다.

Benefits

*유연성
6축 다관절 로봇의 사용으로 인해 나타나는, W.E.T. Automotive Systems에 의해 구현된 프로세스의 유연성은 3개의 다른 시트에서 3가지 유형의 테스트를 조합적으로 동시에 수행하도록 시스템을 구성하는데 활용할 수 있다. 이 경우 로봇은 어느 한 프로그램의 종료 후에 자동적으로 다음 프로그램으로 전환할 수 없다. KR 150이 구비한 유연성에 대한 예로써, 시험 대상 시트에서 히터 기능이 고장날 때 로봇이 자동으로 다음 시트로 이동하여 계속 테스트를 진행한다는 것을 들 수 있다.

*편리한 조작성
시스템 소프트웨어가 로봇 프로그램에 포함되어 있어 기본 지식만으로 충분히 프로그래밍 작업을 수행할 수 있다. 또한 로봇이 정지 후에 항상 정지된 위치에서 다시 시작할 수 있다는 점이 사용자 친화성과 관련하여 상당한 이점으로 작용한다.

 플라스틱 부품의 자동 표면 점검 

 Task

자동차 제조사에서 Rosenheim 전문대에 발주한 연구 개발 용역의 성패는 전자동화로 전환되어야 하는 도장 및 비도장 플라스틱 부품의 표면 검사에서 광학 검사 요소의 복잡성 및 다양성을 얼마큼 감지해내느냐에 달려있었다. 따라서 수동 광학 품질 검사에서와 같은 수준으로, 카메라가 기준 부품에서 플로 마크, 싱크 마크, 긁힘, 광택 차이, 주형에서 제거 시 변형, 접합선의 마크, 연소 흔적, 과다 주입 등을 인식하는 것이 요구되었다. 추가적으로 오류 데이터 저장, 통계학적 평가 및 QA 시스템/PDA 시스템으로의 연결도 함께 요구되었다.

이외에도 고객사는 높은 수준의 시스템을 요구했는데, 이미 연구용역 실행 단계에서 산업 양산에 요구되는 생산 요건이 충족되어야 했다. 또한 하드웨어 및 소프트웨어와 관련한 견고 및 양산적합성, 복수의 다양한 부품을 핸들링 할 수 있는 시스템의 능력, 오퍼레이터와 설치자를 위한 용이한 조작성, 생산 시스템 전환 시 용이한 프로그래밍 및 주변기기와의 호환성과 같은 추가적인 요구를 만족시켜야 했다.최적의 머신 생산 용량을 보장하기 위하여 부품의 점검은 사출성형기의 비생산 시간에 이루어져야 했다.
이 프로젝트와 관련하여 Fakuma 2002 박람회에서 실제 예시가 시연된 바 있고 표면 검사를 위해 품질 관리 프로세스를 영상화하는 유사한 어플리케이션이 적용되었다.

Process

Fakuma 2002에 설치된 시연 시스템에서 다관절 로봇은 진공 그리퍼를 이용해 머신에서 사출성형품을 제거하는 과정을 시연했다. 이 후 로봇은 부품을 트레이에 내려놓고, 모든 측정 표면이 CCD 카메라에 의해 측정될 수 있도록 부품을 비전 시스템 앞에 위치시키기 위해 다시 부품을 픽업한다.그 다음 로봇은 영상 처리 시스템에 의해 모든 표면이 검사될 수 있도록 6축에서 부품을 회전시킨다. 영상 처리 시스템은 색상차 또는 색상변화를 인식할 수 있으며 설정된 임계값을 근거로 부품에 대한 품질검사 합격 여부를 측정창에 표시할 수 있다. 이와 동시에 표면 검사의 결과는 셀 밖에 있는 모니터로 출력된다.

영상 처리 시스템은 표면검사 외에도 완전성 검사를 함께 수행한다. 이 검사에서 시스템은 컨투어 또는 파절부와 같은 설정된 측정 항목에서 기대되는 상태를 점검한다. 이 항목에서 부품이 명암차 측정의 공차값을 초과하는 경우, 부품은 불량으로 인식되고 방출된다.
로봇과 측정 시스템 사이에서 컨트롤러의 연동은 핸드쉐이크를 통해 이루어진다. 로봇은 이 부품을 제1 측정 위치로 이동시키고 측정 시스템의 ‘IO’ 신호를 기다린다. 부품 검사에 합격하는 경우 로봇은 부품을 제2 위치로 이동시키는 방식으로 검사는 계속 진행된다. 검사에 불합격하는 경우 로봇은 이 프로세스를 중단하고 부품을 자동으로 방출시킨다.

Benefit

시연 시스템에서의 성공적인 결과를 바탕으로 이 기술은 자동차 제조사의 양산 시스템에 성공적으로 통합되었다. 여기에 설치된 시스템은 시연 시스템에서 보여준 성능을 능가하여 요구된 모든 품질 검사 요건을 만족시켰다.
또한 불량률 최소화를 위하여 도장 및 비도장 플라스틱 부품의 포괄적 자동 광학 검사에 대한 산업의 요구가 산학 연구의 일환으로 완벽하게 충족됐다.
이 사례는 기계 제조사, 자동화 업체, 최종 고객 그리고 연구&개발 기관 사이의 긴밀한 협력 관계의 필요성을 증명하고 있다.

로봇, 풍동에서 프로브를 안내하다 

 Task
오래 전부터 적은 연료와 높은 유효 하중으로 항공기를 운항하려는 노력이 진행되고 있었다. 이를 구현하기 위해서는 해당 항공기의 에어포일이 최적화되어야 한다. 수송 항공기 A400M의 개념 설계 단계에서 Airbus는 항공기 모델의 날개에서 유동 거동을 측정하기 위한 효율적 솔루션을 찾고 있었다. 상응하는 데이터를 통하여, 비행 중에 어떤 유동 난류 및 그 결과 어떤 저항이 발생하는지를 측정할 수 있는데, 이러한 연구의 목적은 연료 소비를 줄여 경제성을 확보하는 것이다. 이는 항공기가 특정 구간을 적은 연료로 운항할 경우 더 많은 유효 하중을 운반할 수 있기 때문이다.

 Process
Airbus는 브레멘에 소재한 공기역학 테스트 센터의 기체동역학 시험 시설에서 반모형 및 모형 부품에 대한 유동 시험을 실시하고 있다. 유동 데이터는 6축 KUKA 로봇 KR 30/15L을 통해 다양한 포인트에서 측정된다. 이 데이터를 평가함으로써 연료 소비를 증가시키는 와류의 형성을 알아내고 이를 제거한다.
이 로봇은 3미터에 달하는 작동 범위를 가지며 또한 리니어 유닛에서 이동하므로 매우 넓은 동작 범위를 구현한다. 이 뿐만 아니라 로봇은 좌표계에서 측정 프로브의 현재 위치를 항상 인식하며 측정값 프로세서와 통신이 가능하다는 이점이 있다. 이러한 통신 가능성으로 측정 소요 시간은 현저하게 단축될 수 있었다.
유동 측정의 전제조건으로서 로봇에 의해 이동된 가상 표면 격자가 측정 구간에 부착된 반모형의 상응하는 격자에 배치된다. 그 좌표점이 서로 일치하도록 두 개의 표면 격자를 조절한 후에, 횡단면의 복수의 위치에서 다양한 유동을 측정할 수 있다. 이를 위하여 KUKA 로봇은 홀더에서 부착된 5공 프로브를 사용한다. 로봇은 프로그래밍에서 지정된 모형의 포트 위로 이동하면서 각 측정 포인트에 도달하는 즉시 컨트롤러에 메시지를 전송한다.

 Benefit

*유연성 및 반복 정밀도
로봇은 탁월한 유연성 및 동일한 수준의 반복 정밀도로 작업을 수행한다. 따라서 로봇은 측정 그리드에서 특정한 위치를 찾는 것이 가능하다.

*자유로운 측정 공간
KR 30/15L은 측정 결과의 왜곡을 방지하기 위해 측정 공간에서 최소 공간만을 차지했으며, 이를 위해 KUKA는 로봇에 암 익스텐션을 탑재하였다.
한편, 6축 다관절 로봇은 갠트리 시스템에 비해 매우 작은 공간을 차지한다는 결정적인 이점을 가지고 있다. KUKA 로봇은, 상대적으로 유연성이 부족하고 너무 많은 축으로 인해 측정 공간에서 저항을 발생시키며 외곽부의 유동에 영향을 미치는 이런 시스템을 대체하였다. 이외에도 6축 로봇은 유연한 기구 시스템을 가지고 있어 더 자유로운 작업 영역을 구현한다.
경쟁사에서 제공된 로봇은 이 어플리케이션과 관련하여 너무 두꺼운 3차 축과 너무 큰 6차 축으로 설계되어 적합하지 않았다.   쿠카로보틱스코리아 www.kukakorea.co.kr