발루프, 혁신을 이루는 자동화 도입 사례 선보여
  • 인더스트리뉴스 기자
  • 승인 2018.12.29 13:24
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

유압 실린더 조립 라인에서 IO-Link는 간결한 와이어링, 빠른 시작 및 유연한 생산을 의미한다.

유압 실린더 조립라인에 적용된 IO-Link

[발루프 제공] IO-Link는 처음으로 경험하는 사용자에게 다양한 설치 이점뿐만 아니라 엄청난 시간과 비용 절약으로 깊은 인상을 준다. 그러나 IO-Link를 사용한 결합된 자동화 또한 매우 유연성 있는 설정과 생산 콘셉트 개념을 구현할 수 있다.

WEBER-HYDRAULIK사와 발루프는 함께 다양한 유압 실린더를 논스톱으로 반자동화 시스템을 만들었다. 여기에 도입된 IO-Link는 프로세스 레벨부터 모든 신호를 수집한다. IO-Link를 경험해 본 WEBER-HYDRAULIK사는 IO-Link보다 더 나은 대안은 없다고 말했다.

[사진=발루프]
WEBER-HYDRAULIK사와 발루프는 함께 다양한 유압 실린더를 논스톱으로 반자동화 시스템을 만들었다. 여기에 도입된 IO-Link는 프로세스 레벨부터 모든 신호를 수집한다. [사진=발루프]

다양한 통신 표준 IO-Link 사용해 시스템 개발 구축
무수한 생산 기지, 드라이브 및 컨베이어 시스템에 의해 생성된 다성 사운드스케이프가 공장에 가득 채운다. WEBER-HYDRAULIK사의 유압 실린더 조립은 최근까지 여전히 수동 프로세스를 따르는 가장 큰 부분이었다. 오늘날 가로 10미터, 세로 6미터 그리고 높이 3미터의 U자 모양 시스템이 이 기능을  대신해 3명의 작업자를 지원하고 있다.

앞쪽에 실린더 튜브와 피스톤 로드가 워크피스 캐리어에 쌍으로 유입돼 위치하고 다른 끝에서 품질 검사가 완료되고 나면 개별적으로 다른 끝에서는 정밀가공이 진행된 후 품질 검사를 완료한 별도 표기된 실린더다. WEBER-HYDRAUIK사는 다양한 통신 표준인 IO-Link를 사용하면서 이 시스템을 개발 및 구축했다.

독일 Güglingen에 본사를 두고 있는 WEBER-HYDRAULIK사는 고객 맞춤주문형 유압 솔루션에 집중하고 있다. 75년 이상의 가족경영회사인 WEBER-HUDRAULIK는 모바일 기기, 상용차, 머신 툴 및 구조 장비용 고품질 실린더, 컨트롤 블록, 스티어링(Steering) 및 서스펜션(Suspension) 시스템, 벨브 및 파워 유닛을 생산해 오고 있다. 본사를 포함해 11개의 해외 세계 지사에에서 근무하는 2,100여명의 임직원들이 이런  혁신적인 특수 애플리케이션 시스템 솔루션을 제공하고 있다.

몇 년 전까지만 해도 주안점은 여전히 설비조명기 고정 장치 및 생산 장비 건물설비 구축이었으나 WEBER-HYDRAULIK사는 그들의 자체 생산 기지 구축으로 새로운 지평을 열었다.

설비조명기 니콜라이 벵겔(Nikolai Wengel) 설비 구축 책임자는 “2013년에 우리는 더욱 효율적이고 경제적인 유압 실린더 조립을 위한 목표를 세웠으며 단시간에 약 25가지의 다른 실린더 유형을 조립할 수 있는 반자동화 생산 라인을 계획했다”고 설명했다.

공장 레이아웃이 어떻게 보이든 설계 전문 지식에 대한 보완점은 없었다. 그럼에도 불구하고 실린더 튜브와 피스톤 로드를 조립 프로세스를 통해 가능한 자동으로 이동하기 위해서는 다양한 센서 및 액추에이터가 현장에서 필요하다는 것이 분명해졌다.

발루프와 WEBER-HYDRAULIK사는 장기간 파트너십을 유지해 왔다. 그래서 프로세스 레벨이 연계될 때 발루프 본사인 노이하우젠에 있는 자동화 분야의 전문가와 컨설팅을 하는 것이 가능했다. 발루프의 허버트 프랭크(Herbert Frank) 지역 영업 매니저는 WEBER-HYDRAULIK사를 수년간 알아왔고 그들이 원하는 바를 즉각적으로 이해했다.

그는 “함께 초안을 만들었고 질의 사항 및 미해결 이슈를 명확히 하고 시퀀스를 최적화하고 세부사항을 변경했다”며, “사실은 이것은 IO-Link만이 이 모든 것을 가능케 할 수 있다는 것”이라고 강조했다.

표준 케이블과 센서 허브 통해 연결
IEC 61131-9 인증받은 Point-to-Point 통신 인터페이스는 방해 없는 데이터 교환 및 버스 레벨 아래에 높은 기능성을 제공한다. 모든 액추에이터와 센서는 한결 같은 M12 표준 케이블과 센서 허브를 통해 연결된다.

또한 이들은 IO-Link 마스터를 통한 프로피넷을 통해 버스 및 컨트롤 레벨에 접속된다. 다루기 힘든 와이어링, 특수 케이블 또는 슬랏 카드를 대신한 오류가 없는 프리 플러그인으로 필드부터 컨트롤 캐비닛까지 시스템 개요를 명확하게 표시한다.

프랭크 매니저는 “혁신적인 양쪽방향 Point-to-Point 연결은 프로세스 레벨에서 데이터 교환을 단순하고 투명하게 그리고 절대적으로 신뢰할 수 있게 현대적인 공장에 크게 기여한다”고 강조했다. 기계와 시스템 구축에 있어 IO-Link는 10년 동안 시간과 비용 절약 콘셉트를 지키며 설치, 파라미터 세팅 그리고 진단에 긍정적인 영향을 미쳤다.

[사진=발루프]
IO-Link RFID 기록/판독 헤드 [사진=발루프]

처음 IO-Link는 미지의 영역을 나타냈다. 벵겔 책임자는 “간결한 와이어링 처리방법, 모듈러 시스템 구성, 개별 세그먼트의 간결한 결합, 시간과 비용 절약 구축 및 가동은 이 산업에서 매우 설득력 있는 논쟁거리다”고 언급했다. 

전체적인 시스템은 다양한 근접 및 마그네틱 필드자기장 센서, 9개의 IO-Link 센서/액추에이터 허브, 12개의 RFID 기록/판독 헤드, 6개의 프로피넷용 네트워크 모듈 그리고 7개의 스마트라이트, 스텍 라이트을 보유하고 있으며 모두 발루프 제품으로 구성돼 있다. 이들은 표준 3심 케이블로 모두 IO-Link를 통해 간단하게 연결돼 있다.

툴홀더에 내장돼 있는 칩 안에 저장돼 있는 정보를 이용해 RFID 리더는 어느 실린더 형태가 시스템에 가동 중인지를 확인할 수 있다. 수행될 작업과 필요한 조립 파트는 그에 맞춰 완벽한 정확도로 정의된다. 

첫 번째 단계에서 구면 베어링은 컨베이어 벨트에 수동으로 위치하게 된다. 아주 멀리서도 가시성이 있는 발루프의 스마트라이트는 운영자에게 자동·수동 모드, 전체 양호, 결함, 운영자 중재 요청, 보충 요청 등 현재 스테이션의 상황을 표시한다. 스마트라이트의 유일무이한 특징으로 IO-Link는 자유롭고 간결하게 프로그램할 수 있으며 색상 및 구역을 원하는 대로 할당할 수 있다. 필요에 따라 세그먼트, 레벨, 런라이트 그리고 플렉스 모드는 다양한 범위의 컬러를 사용해 표시될 수 있다.

유압 설비는 구면 베어링을 실린더 튜브와 피스톤 로드의 눈구멍을 통해 완전히 자동으로 입력한다. 위치 센서는 시작 위치를 모니터링하고 압력 센서는 정확한 압력을 가해 그 결과를 컴퓨터 레벨에 전달해 문서화한다. 롤러 벨트는 한 쌍의 실린더와 피스톤 로드를 연이어 뒤따르는 조립 스테이션에 가져온다. 그런 다음 운영자는 가이드 링, 부싱 및 베어링을 장착한다. 카메라가 모든 파트가 올바르게 설치됐는지를 체크하는 동안 운영자는 마그네틱 그립퍼를 사용해 튜브를 회전시킨다.

만일 모든 것이 정상이라면 실린더튜브와 피스톤로드는 영구적으로 결합된다. 발루프의 거리 측정 시스템은 조립 프로세스가 진행되는 동안 실린더 튜브의 올바른 위치를 모니터한다. 작업자는 마지막 위치에서 수동으로 스냅링을 잠그고 플러그를 닫는다. 그 다음 자동화된 유압 스테이션은 최대 275bar의 저/고압력 테스트를 사용해 각 실린더의 품질과 기능을 점검한다. 이상 발생 또는 씰 고장이 난다면 RFID칩에 기록되고 실린더는 NOK(Not OK) 파트로 분리된다.

컨베이어 벨트의 유도 검사 [사진=발루프]
컨베이어 벨트의 유도 검사 [사진=발루프]

프로세스가 끝나면 레이저는 추적 및 다른 사용을 위해 레이저로 개별 일렬 번호를 새긴다. 최종적으로 RFID 판독 헤드는 워크피스 캐리어가 실질적으로 OK 파트를 전달하는지 여부를 확인한다.

WEBER-HYDRAULIK사에서 실현된 이 시스템은 지능형인 제조에 의해 알려져 있는 바를 여러 면에서 나타내고 있다. 워크피스 캐리어에 내장된 RFID 칩이 각 조립 스테이션에 필요한 정보 즉 유압 실린더의 모델은 무엇인지, 어느 파트와 어떤 작동을 요구하는지 마지막 검증에 필요한 허브는 어느 것인지 등을 정확하게 포함한다.

새로운 실린더 모델이 조립라인에 오게 되면 그 시스템을 먼저 완벽하게 비워야 할 필요가 없다. 단지 중앙에 저장된 파라미터 방법으로 센서와 액츄에이터를 통해 즉시 변경이 가능하다.

벵겔 책임자는 “IO-Link로 우리는 유연하고 오버사이즈가 아닌 표준화를 구축하게 됐다”며, “발루프는 우리가 필요한 바를 매우 심오하게 받아들이고 우리를 더 나은 미래로 이끌어줄 수 있는 우리만의 솔루션을 개발해 주었다”고 요약했다.