[Beckhoff 제공] 섬유 레이저는 빔의 뛰어난 품질 때문에 금속 시트를 미세하게 절단하는데 쓰이는 핵심기술 중 하나다. 특히 섬유 레이저는 매우 좁은 면도 정밀하게 절단할 수 있으며 빠른 속도로 작동한다. 따라서 제조업체 ‘Power-Tech’는 자신들의 레이저 절단기에 이 섬유 레이저를 사용하고 있으며, 기계를 효과적으로 제어하기 위해 Beckhoff의 강력한 자동화 기술에 의존한다.

Eagle 레이저 절단기는 금속판을 거의 모든 모양으로 절단할 수 있다. 이 절단기는 광원으로 섬유 레이저를 사용하는데, 절단면이 적기 때문에 다양한 두께의 금속판 가장자리를 깨끗하고 정확하게 절단한다. Power-Tech는 레이저 커팅머신의 세 가지 변형을 제공하고 있다. 작업 영역이 1,500×3,000㎜ 인 ‘Esmart 모델’과, 작업 영역이 최대 2,500×6,000㎜인 ‘Evision’ 모델, 그리고 ‘Inspire’ 모델 등이 그것이다.

모든 절단기들은 손쉬운 작동, 높은 신뢰성 및 콤팩트한 크기를 특징으로 한다. 또한 고성능 Eagle 레이저 헤드가 장착돼 있어 최대 60㎜ 두께의 금속판을 절단할 수 있다. 고객은 필요사항에 따라 가장 적합한 레이저 출력을 선택할 수 있으며, 출력이 높을수록 절단 속도도 빠르다.

분당 최대 150 미터의 속도

Power-Tech는 레이저 절단기의 성능을 지속적으로 개선해왔다. 먼저 2013년에는 6㎾ 레이저가 장착된 기계를 시장에 출시했고, 그 이후 2016년에는 재료 두께와 절삭속도를 크게 높인 12㎾ 기계로 생산 효율을 크게 높일 수 있었다. 또한, 2018년에는 이전에 개발된 Inspire 1530과 함께 분당 150미터의 속도로 동적 절단 공정이 가능한 최고 성능의 15㎾의 레이저 절단기를 출시했다.

Power-tech 상무이사인 Janusz Marcin Ejma는 “이러한 개선은 레이저 절단기의 생산성에 결정적인 영향을 미치기 때문에 우리는 지속적으로 레이저를 더욱 강력하게 만들기 위해 노력해야 한다”고 말했다. Power-Tech는 15㎾의 기계는 4㎾의 기계보다 시간당 4배 많은 모양을 잘라내어 공작물 당 제조 비용을 크게 줄일 수 있다. 그리고 모션 속도와 정확도 측면에서 필요한 기계 매개 변수를 달성하기 위해서 Power-Tech는 강력한 제어 및 데이터 통신 시스템을 사용한다.

통합 제어 플랫폼으로 PC 및 EtherCAT 기반 제어 사용

Power-Tech는 2010년부터 Beckhoff와 협력해왔다. Power-Tech의 CNC/PLC 시스템을 담당하는 Marcin Masternak는 “우리는 시장을 신중하게 분석한 후 Beckhoff를 제어 시스템 공급 업체로 선정했다”며, “그 당시 Beckhoff를 선택하게 된 결정적 요인은 EtherCAT 때문이었다”고 말했다. Beckhoff가 2003년에 도입한 고속 필드 버스 시스템은 뛰어난 성능으로 인해 세계적인 표준이 됐다.

당시 Power-Tech는 자신들의 기계와 관련된 대다수의 부품 공급 업체들도 EtherCAT을 사용하고 있었기 때문에 부품 선택에 있어서 큰 유연성을 제공받을 수 있었다. Power-Tech는 Beckhoff의 산업용 PC 및 TwinCAT 자동화 소프트웨어를 모든 기계의 표준 제어 플랫폼으로 사용한다. 특히 CNC 보간법 통합처럼 PC 기반 제어 시스템의 개방성과 모듈화를 통합함으로써 각 기계의 기능을 매우 유연하게 확장할 수 있었다. 또한 자체 독점 솔루션을 기반으로 하는 시각화 시스템 등 Power-Tech의 솔루션도 통합해냈다.

Inspire 1530 레이저 절단기는 제어 플랫폼으로 인텔 코어 TM i7 프로세서가 장착된 C6930 산업용 캐비닛 PC를 사용한다. 3개의 AX5000 EtherCAT 서보 드라이브(단일 및 이중 채널)로 축을 제어하기 위해 X축, Y축 및 Z축은 CNC 보간을 통해 연결돼 있다(X축은 갠트리 시스템의 일부로 구현됨). 레이저 빔 또는 커팅 헤드, 진공 흡입 시스템과 같은 다양한 기계 모듈은 IP20 및 IP67 등급의 아날로그 및 디지털 EtherCAT I/O 모듈을 통해 통합된다. 프로세스 및 기계 매개 변수는 실시간으로 처리되며, 데이터 교환 시간도 마이크로초(㎲) 범위에서 처리된다. 또한 통합 안전 솔루션은 Beckhoff 구성 요소들로 구현돼 있다.

EtherCAT을 사용하면 레이저 절단 도중에 최대 분당 150미터의 속도로 대용량 데이터의 빠른 교환에 관한 요구사항을 충족할 수 있다. Marcin Masternak은 “Power-Tech는 Beckhoff 제어 전문가로부터 도움을 받아 모든 축에 대해 단일 축 포지셔닝의 속도를 초당 4미터와 5~6미터를 동시에 달성할 수 있었다”며, “가장 빠른 기계는 6g의 가속 속도를 특징으로 하며, 이는 레이저 절단 업계에서 최고 수준”이라고 말했다.

고장 없는 로딩 및 언 로딩 시스템 통합

한편, Power-Tech의 레이저 절단기에는 반자동 또는 완전 자동 및 로딩 및 언 로딩 시스템이 옵션으로 장착돼 있다. 완전히 자동화되고 완전히 통합된 시스템인 Crane Master는 로딩 프레임을 통해 금속판을 들어서 절단기의서 팔레트 체인저(Pallet changer)에 올려놓고, 절단된 부품을 콤 컨베이어로(comb conveyor)로 제거한다. 로딩 및 언 로딩 시스템은 EK1100 EtherCAT 커플러를 통해 절단기의 컨트롤러에 연결돼 데이터 통신을 단순하게 만든다.

김관모 기자 다른기사 보기