터치스크린의 햅틱 품질검사 서비스를 위한 스토브리 다관절 로봇
  • 인더스트리뉴스
  • 승인 2019.01.11 19:39
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섭씨 -40~85C° 온도 범위 내에서 품질을 검사하는 터치스크린은 검사 장비, 특히 로봇에 높은 수준의 요구 사항을 부여하는데 스토브리 6축 로봇은 최초로 보호 커버를 사용하지 않고 이 문제를 해결했다.

높은 수준을 요구하는 검사 자동화 솔루션

[스토브리] 터치스크린은 현재 많은 스위치와 제어판을 대체하고 있다. 이 현대적인 디스플레이 장치는 다양한 신차에 장착된다. 인포테인먼트 시스템의 작동, 맞춤화 가능한 모든 차량의 관리, 운전자 보조 시스템 및 오일 수준의 모니터링은 점점 더 터치스크린을 사용해 수행되고 있다. 

시리즈 생산 승인 전에 터치스크린은 엄격한 내구성 검사를 거쳐야 한다. 독일 바이에른 프라히센도르프(Priesendorf)의 Kübrich Ingenieurgesellschaft가 설계하고 제작한 완전히 자동화된 시스템에서 이 검사 절차가 얼마나 복잡한 지 알 수 있다. 품질검사 전문 플랜트 제조업체인 쿠브리히(Kübrich)는 파나소닉이 정한 엄격한 사양, 즉 섭씨 40~85C°까지의 온도 범위 및 95%까지의 습도에서 다양한 햅틱 작동 기능을 시뮬레이션 한 로봇 셀을 완벽하게 구현했다.

다양한 강도의 조작력 하에서 디스플레이의 기능을 시뮬레이션하기 위해 로봇 핑거에는 힘/토크 센서가 장착돼 있다. [사진=스토브리]
다양한 강도의 조작력 하에서 디스플레이의 기능을 시뮬레이션하기 위해 로봇 핑거에는 힘/토크 센서가 장착돼 있다. [사진=스토브리]

어려운 조건 : 환경 챔버에서의 로봇

혁신적인 검사 셀은 본질적으로 다양한 작동 핑거가 장착된 스토브리 TX60L 로봇의 HE(Humid Environment) 버전이 터치 스크린의 햅틱 작동을 시뮬레이션하는 고성능 환경 챔버로 구성되며 검사 셀과 그 구성 요소는 쿠브리히의 자체 Actere 소프트웨어에 의해 제어된다.

고정밀도, 우수한 동력학 등 그 중에서도 열적강인성이 로봇을 선택하는 주요 기준이었다. 포스와 포지셔닝의 관점에서 손가락 압력이 사양에서 최소한으로 벗어나지 않아야 해 정밀함이 필요하다. 파나소닉은 검사 주기가 급격한 온도와 습도의 극단적인 변화에서 실행되기 때문에 로봇 손가락이 터치, 드래그 및 스와이프 제스처 상황에 대해 초당 1미터의 속도에 도달해야 한다고 규정했다.

엔지니어링 회사의 크리스티앙 쿠브리히(Christian Kübrich) CEO는 “여러 해 동안 스토브리 로봇을 환경 챔버 검사 시스템에 통합한 사실과 관계없이 이 애플리케이션의 경우 스토브리를 제외하고는 실용적인 대안은 없었다”며, “스토브리 로봇만이 습도 레벨에서 섭씨 -40C°에서 +85도까지의 조건에서 보호 덮개 없이 작동할 수 있기 때문에 이 환경에서 유일무이한 로봇이다”고 말했다.

이 혁신적인 검사 셀은 슈투트가르트의 Automotive Testing Expo에서 최초 공개했다. [사진=스토브리]
이 혁신적인 검사 셀은 슈투트가르트의 Automotive Testing Expo에서 최초 공개했다. [사진=스토브리]

쿠브리히 경험에 따르면 영구적으로 단단한 보호 커버는 없다. 커버 사이가 느슨해지면서 주입된 따뜻한 공기가 빠져나올 수 있다. 이는 비생산적이며 측정 결과를 달리하고 누출된 공기 또한 습도가 다르기 때문에 정의된 검사 조건을 일정하게 유지하는 것을 어렵게 만든다. 로봇이 보호 커버와 함께 작동하는 환경 챔버 검사 중에 이러한 종류의 누출이 곧 표면에 결로 또는 서리 형태로 나타나고 보호 커버는 로봇의 움직임을 제한할뿐만 아니라 에어컨 및 로봇의 연간 유지보수 및 서비스 비용을 증가시킨다.

자체 개발한 드라이브 기술로 불가능을 가능하게 만들다

스토브리 로봇이 극한의 온도에서도 안정적으로 작동할 수 있는 이유는 고유한 설계에서 찾을 수 있다. 그것은 로봇팔 내의 모든 케이블 및 윤활제의 체계적인 라우팅, 케이싱, 공기 가압 기능과 무엇보다도 특허 받은 독점적인 드라이브 기술이다.

극한의 기후 조건에서는 로봇 축을 최대 성능으로 유지하는 것이 중요하다. 스토브리의 USP는 오일 배스에 기어박스가 달린 우수한 JCM 드라이브 기술로서 결정적인 이점을 제공한다. 접합부 옆에 있는 알루미늄 유도 가열 링은 -40°C의 온도까지 로봇의 효과적인 성능을 보장하기에 충분하며 기존의 기성품인 기어박스가 장착된 산업용 로봇은 이러한 극한 온도 하에서 따뜻하게 보호돼야 하며 고장을 일으킬 수 있다.

공기 조절이 결정적인 역할

검사 셀의 품질 및 비용 효율성에 대한 결정적인 기여는 Weiss Klimatechnik이 제공한 환경 챔버에 의해 이뤄진다. 검사 사이클에 대해 정의된 값까지 가열, 냉각, 가습 및 건조는 매우 빠르지만 매우 정확하다. 플랜트 제조업체는 Weiss Klimatechnik 제품 범위의 다양한 챔버 클래스 중에서 선택할 수 있다. 또한 검사 요구사항에 따라 이러한 장치는 분당 20켈빈의 속도로 냉각될 수 있다.

쿠브리히가 만든 터치스크린 검사 셀에서 수정된 표준 환경 챔버가 이상적인 솔루션이다. 이 장치는 약 5k/min의 속도로 -40°C까지 냉각할 수 있으며 검사 구성을 위한 충분한 내부 공간을 제공하며 소형 스토브리 6축 TX60L HE는 한 번에 6개의 디스플레이 화면을 쉽고 안정적으로 검사할 수 있으며 시험실에 작동자가 장애물 없이 검사 상황을 볼 수 있도록 하기 위해 창을 추가했다.

특히 터치스크린 검사 셀의 수동 로드의 경우 챔버의 상부가 전동 액추에이터에 의해 상승된다. 이로써 작동자는 스크린과 로봇에 대한 클램프에 자유롭게 접근할 수 있고 검사는 정의된 주기의 변화하는 기후 조건에서 최대 6가지 디스플레이 유형에 대해 서로 다른 기준으로 수행할 수 있다.

로봇에 장착된 핑거는  쿠브리히의 독점적인 설계다. [사진=스토브리]
로봇에 장착된 핑거는 쿠브리히의 독점적인 설계다. [사진=스토브리]

플랜트 설계로 유연성 극대화
오프라인으로 프로그래밍 된 유연한 시스템 컨트롤러는 또한 단일 또는 다중 손가락 조작으로 개별 디스플레이에 대해 서로 다른 검사 프로그램을 실행할 수 있게 한다. 수많은 지정된 위치에 접근해 정확히 지정된 매개 변수로 검사하며 검사 기준 중 하나는 핑거 압력이 가해져 0.1~10 뉴턴 범위의 힘/토크 센서로 감지할 수 있다. 아울러 드래그 및 스와이프 동작뿐만 아니라 화면상의 특정 위치에 대한 빈번한 누름으로 인한 땀에 대한 노출 및 장갑 착용 경우를 고려해 시뮬레이션 된다.

물론 항목을 검사할 온도, 습도 및 공급 전압을 개별적으로 지정할 수도 있다. 다양한 열 조건 및 공급 전압에서 디스플레이 당 50가지 검사 매개 변수를 사용하면 결과가 신속하게 평균 수천개까지 추가되고 쿠브리히가 개발한 평가 소프트웨어로 결과를 기록하고 사용자 친화적인 형식으로 제공한다.

쿠브리히 CEO는 디스플레이 검사의 새로운 표준을 설정하고 있는 이 시스템의 혁신적인 특성을 강조했다. 그는 “보호 커버 없이 이러한 극한의 기후 조건에서 안정적으로 작동하는 스토브리 로봇의 비교할 수 없는 성능 덕분에 새로운 수준의 경제성과 유연성을 보장하는 동시에 품질 측정의 공차를 최적화하고 탁월한 효율성을 실현할 수 있다”고 설명했다.