유니버설 로봇은 기존의 제조용 로봇과 차별화되는, 플렉시블하고 소프트한 어플리케이션에 강점을 보이고 있어, 최근 세계 시장에서 유니버설 로봇을 이용한 어플리케이션이 더욱 증가하고 있는 추세이다. 본문에서는 유니버설 로봇이 적용된 자동차부품제조기업 리어社의 공정 어플리케이션을 소개한다.

제조업에서 사용되고 있는 적기공급생산방식(Just-in-time, 이하 JIT)이란 공정의 효율화와 부품 단순화 등을 통해 필요한 시점에 필요한 부품만 들여오는 시스템이다. JIT 방식은 실제 수요에 기반한 유연 생산을 통해 리드타임(Lead Time)을 단축시키고 재고량을 대폭 줄일 수 있기 때문에 생산성 향상은 물론 상당한 비용 절감 효과를 가져 온다.

그러나 이 시스템의 효과적인 구현을 위해서는 최대한의 생산과 효율을 내기 위한 작업장 및 안정적인 생산 공정이 반드시 갖춰져야 하기 때문에 자동차 시트 시스템과 온 보드(On-board)전자장치를 생산하는 세계적인 자동차부품제조업체 리어(Lear Corporation)社는 자동차 시트제조에 JIT를 도입하기 위해 유니버설 로봇의 제품을 제조 공정에 투입했다.

인간과 협업할 수 있는 안전성과 직관적인 프로그래밍

독일 베시그하임(Besigheim)에 소재한 리어의 제조공장 관계자는 “공장 내부에서 작업자들과 함께 일할 수 있도록 작고 이동이 편리하며 프로그래밍이 간단한 로봇의 도입이 시급했다”며, “자동차 시트 제조 공정에서 가장 중요한 핵심인 제품의 품질을 보장하면서도 빠르고 유연하게 작업하기 위해 제조 공정에 유니버설 로봇의 UR5 제품을 도입하고 있다”고 설명했다.

유니버설 로봇의 제품 UR5는 무게가 20㎏도 안되는 경량의 6축 로봇암으로, 5㎏의 하중을 지지할 수 있고 작업반경은 85㎝이다. 또한 사용자 친화적인 그래픽 유저 인터페이스(GUI)를 도입하여 기존의 로봇들보다 프로그래밍이 간단하다. 이로 인해 기존에 로봇을 작동한 경험이 없는 작업자도 스스로 프로그래밍하여 현장에서 30분 안에 로봇을 작동시킬 수 있으며, 초기 프로그래밍 역시 설명서만으로 간단하게 할 수 있기 때문에 전문적인 기술 또한 필요로 하지 않는다.

UR5는 수동으로 작업된 제품을 이동시키는 컨베이어 벨트 상단에 설치되어 자동차 좌석에 나사의 위치를 잡고, 측정하며, 조이는 등의 과정에 투입되어 자동차 좌석을 조립한다.

더불어 유니버설 로봇은 다른 제조용 로봇들과 달리 안전장치를 필요로 하지 않는다. 작업자는 아무런 안전장치 없이 로봇과 함께 일할 수 있으며, ISO 표준 인증 10218을 준수하는 최첨단 ‘정지력(Stop-force)’을 가진 안전기능으로 150N 이상의 힘을 받게 되면 로봇이 자동으로 멈추게 된다. 이는 작업장 내에서 발생할 수 있는 위험한 사고의 빈도를 크게 감소시켜 작업자들이 로봇과 함께 안전하게 일할 수 있는 협업의 효율성을 높여준다.

실시간 오류 판독으로 품질향상에 기여

유니버설 로봇의 UR5는 지난 2011년 1월부터 리어의 베시그하임 공장에서 최종 조립 전 가장 중요한 마지막 단계인 시트와 나머지 프레임을 나사로 연결하는 생산단계에 투입되었다. UR5는 3교대 작업에 적용돼 매일 약 8,500회의 나사를 체결하고 있다. 시트에는 개별적/인식별 데이터가 저장되어 있는 트랜스폰더(Transponder)가 탑재되어 있어 시트가 로봇 아래쪽에 도착하면 트랜스폰더로 판독이 되고, UR5는 최대 35뉴턴미터의 토크(Torque)로 미리 설정된 회전각 안에서 자동차 시트 양쪽의 나사를 조인다. 물론 이 모든 과정은 UR5에 연결된 전기스크류드라이버를 통해 기록된다.

수작업을 거치는 제조 공정상, 물건의 위치가 약간 달라질 수도 있기 때문에 UR5는 50×50㎜의 범위 안에서 나사의 위치를 감지할 수 있어야 한다. UR5는 시스템통합기업인 파우데아우토마티지어룽스테히닉(Faude Automatisierungstechnik)社에서 개발한 카메라로 2D 측정을 사용하는 플렉스비전(Flexvision) 영상처리시스템을 통해 정확하게 위치할 수 있어 보다 정밀한 작업이 가능하다. 또한, UR5의 6축 조인트 덕분에 이동성이 뛰어나 정확한 회전각을 빨리 추정할 수 있다.

나사를 조이는 과정은 디지털 방식으로 모니터링 되기 때문에 UR5의 자체영상처리시스템을 통해서 오류를 즉시 발견이 가능하다. 예를 들어 좌석에 나사가 없다면 UR5가 문제의 제품을 확인하고 오류 통보수단으로 경고 신호를 보낸다. 그러면 작업자가 재작업 시설에서 이 과정을 수동으로 처리하는 것이다. UR5는 최종 조립 전에 이미 엄청난 수량의 나사를 조이고 모니터링하기 때문에 품질보장과 오류예방에 크게 기여한다.

비용대비 효율적인 투자로 사업 확장 잠재력 확보

유니버설 로봇의 제품들은 투자비용에 대한 회수기간이 짧다. UR5를 포함한 이 로봇시스템 역시 조달 비용인 약 5만 유로(약 6,250만 원)를 단기간에 회수했다. 로봇 암은 그 힘과 움직임을 결정하기 위해 비싼 센서기술 대신 특허 받은 기술을 활용해서 조인트의 전류를 측정하는데, 이러한 혁신기술 덕분에 다른 자동화솔루션보다 더 낮은 가격에 제품을 공급할 수 있다.

UR5의 효율적인 에너지 운용 덕분에 제품의 운영비용 또한 저렴해졌다. 베시그하임의 제조공장 관계자는 “유니버설 로봇의 UR5의 도입으로 엄격한 품질 요건을 충족시키는 동시에 제품 생산기간을 단축시키는 것이 가능하게 되었다”며, “이로 인해 납기일을 준수함은 물론 제조과정에서 정확도와 신뢰성을 높여 생산성을 대폭 향상시킬 수 있게 되었다”고 전했다.

현재, 리어는 독일 공장에서 도입하고 있는 자동차 시트의 나사를 조이는 자동화 과정을 유럽 전역의 제조 공정에 도입할 수 있을지 검토 중에 있다. 뿐만 아니라 결합, 접착 및 톱질공정과 같은 새로운 애플리케이션의 활용 방안 또한 긍정적으로 검토되고 있다.

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