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[전문가 기고] 사출성형 공정에서의 로봇 자동화② - 수평사출기 종합 기계 메이커 시바우라기계(구 도시바기계)의 사출기 자동화 사례 정대상 기자입력 2022-11-25 10:54:00

일본 시바우라기계(舊도시바기계)는 사출기와 압출기, 공작기계, 나노 가공기, 로봇, 제어기, IIoT 등 폭 넓은 제조 기술 영역에서 높은 수준의 기술경쟁력을 확보하고 있다. 그중 시바우라기계의 사출기는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 제품을 성형할 수 있을 정도로 기술 수준이 높다. 본지에서는 시바우라기계의 국내 공식 파트너사인 엑트엔지니어링(주)의 도움을 받아 사출기에 대한 이해도가 높은 로봇 기업이 직접 구현한 사출성형 로봇 자동화 사례를 소개한다. 

 

사진. 로봇기술

 

1. 수직사출기와 수평사출기
사출기는 금형의 체결 방향에 따라 수직사출기와 수평사출기로 구분된다. 위에서 아래로 금형이 작동하는 수직사출기는 형체와 노즐이 수직으로 구성돼 있으며, 설비를 설치하는 면적이 수평사출기에 비해 작다. 노즐부가 수직으로 놓여 있어 수지의 흐름이 균일하며, 특히 인서트 사출 시 부품 삽입이 수평사출에 비해 쉽고 안정적이다. 


반면 형체와 노즐이 수평 구조를 이루는 수평사출기는 고속 성형이 가능하고, 수직사출기 대비 큰 금형을 체결할 수 있어 대형 사출성형까지 지원할 수 있다. 또한 금형의 교체가 용이하고, 유지보수에 유리하며, 사출성형 이후 금형에서 성형된 제품을 취출하는 작업이 훨씬 편리하다. 이는 일반적으로 수평사출기가 금형에서 제품을 꺼내는 취출 로봇과 일체형으로 구성되기 때문이다. 

 

2. 수평사출기의 자동화
종래에 수평사출기의 로봇 자동화는 금형에서 제품을 꺼내는 직교 형태의 취출로봇을 적용하는 것이 일반적이었다. 그러나 인서트 삽입이나 게이트 커팅, 사상, 조립, 검사 등과 같이 사출 전후에 요구되는 여러 공정들까지 로봇으로 자동화하기 위한 요구가 증가하면서 보다 높은 자유도를 지닌 다관절 로봇의 적용 사례가 증가하고 있다. 

 

그림1. 시바우라기계의 사출성형 자동화 공정 시뮬레이션(사진. 엑트엔지니어링)
 

인서트 부품을 공급하는 스카라 로봇과 인서트 투입을 하는 다관절 로봇(사진. 엑트엔지니어링)


그림1은 시바우라기계가 공개한 최적화된 사출성형 자동화 공정 시뮬레이션이다. 자동화된 운송 시스템과 검사 시스템, 팔레타이징 및 디팔레타이징 공정이 결합된 사출성형 자동화 시스템이다. 일반적인 취출로봇을 수평사출기에 탑재하지 않는 대신 시바우라기계의 다관절 로봇이 인서트 투입과 취출 작업을 수행하고, 취출된 성형품은 컨베이어를 따라 다음 공정으로 이동한다. 이후 프레스 피팅과 웰딩, 검사 등 후 가공 작업을 위한 성형품 이송을 또 다른 다관절 로봇이 수행하고 나면, 완성된 성형품을 직교 로봇이 핸들링해 토트박스에 가지런히 정렬한다. 인케이싱이 완료된 토트박스는 이후 팔레타이징 전용 직교 로봇에 의해 팔레트에 적재된다. 해당 시뮬레이션에서는 인서트 공급을 위한 스카라 로봇 1대와 인서트 투입과 취출, 프레스 피팅, 웰딩, 검사 작업을 위한 4대의 다관절 로봇, 물류 이송과 적재를 위한 2대의 직교 로봇이 투입되었으며, 적용된 시스템들에 대한 정보는 IoT를 통해 상위단에서 통합된다. 


한편 그림2는 스카라 로봇과 다관절 로봇을 이용한 인서트 사출 자동화 구조를 나타낸 이미지이다. 스카라 로봇이 인서트 공급을, 다관절로봇이 취출 작업을 수행하는 비교적 간소한 수평사출기 자동화 사례이다.  

 


그림2. 스카라 로봇과 다관절 로봇을 이용한 인서트 사출 자동화

 

3. 사출기와 로봇의 통합
짧은 시간에 대량의 제품을 생산하는 데 적합한 사출성형 공장은 고령화, 근로시간 단축, 임금 인상 등 노동력 부족 요인에 직접적으로 타격을 받는 현장 중 하나로, 자동화의 도입은 선택이 아닌 생존을 위한 문제로 부상하고 있다. 


로봇은 일손 부족으로 고민하는 현장 인력들의 피로를 일정 부분 해소해줄 수 있는 대안인 동시에 인서트 투입부터 사출성형 후 공정에 이르기까지 일련의 과정에 대한 공정 안정성과 더 빠른 사이클 타임, 향상된 효율성을 제공한다. 


사출성형 생산 프로세스에 로봇이 추가되기 위해 작업자는 새로운 인터페이스를 학습해야 하고, 경우에 따라서는 시스템 추가를 위해 핵심 요소를 교체해야 한다. 시바우라기계 사출기는 이를 위해 로봇과 기계 컨트롤러 사이에 신호를 전송함으로써 사용자에게 개방형 생산 시스템을 보장하는 Euromap 67 로봇 인터페이스를 표준으로 제공한다. 이를 통해 고객이 선택한 새로운 로봇을 손쉽게 추가할 수 있어 프로세스를 최적화하고 투자비용을 줄일 수 있다. 또한 사출기 고정판 상단에 로봇을 쉽게 장착할 수 있도록 설계했다. 

 

4. 사출성형 자동화에 적합한 다관절 로봇
시바우라기계는 사출기와 로봇을 모두 제작하는 종합기계메이커로, 특히 사출성형 자동화에 적합한 다관절 로봇 라인업을 보유하고 있다. 그중 주목할 만한 라인업으로는 TVL 시리즈를 들 수 있는데, 해당 기종은 500, 700㎜의 암 길이를 지원하며 0.3초대의 사이클 타임 및 ±0.01㎜의 반복정밀도를 구현해 성형품 핸들링에 최적의 성능을 구현할 수 있다.

 

시바우라기계의 플라스틱 사출 및 가식 공정 자동화 데모 (사진. 로봇기술)

 

더 넓은 작업 반경이 요구될 때에는 TV 시리즈도 좋은 선택이다. 시바우라기계는 TV 시리즈를 이용해 지난 2018 도시바솔루션페어에서 사출성형 및 가식 공정 자동화 데모를 선보인 바 있다. 

 

필자


엑트엔지니어링(주) 최영수 대표이사

정대상 기자
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