[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 네덜란드 업체인 IMS는 완전 자동화 전자 모듈 조립 시스템을 위한 정밀 이송 시스템을 찾던 중에 Beckhoff의 솔루션이 적합하다는 사실을 알게 됐다. 10µm 수준의 반복성을 지닌 XTS 리니어 이송 시스템은 제품 포지셔닝과 관련한 높은 요구 조건을 충족한다. 또한 광범위한 모듈형 XTS 구성품은 변화하는 생산 요구 사항에 맞춰 시스템을 쉽게 적응시킬 수 있는 기반을 제공한다.

네덜란드 알멜로(Almelo)에 소재하는 IMS는 10년에 걸친 기간 동안 스마트폰에 사용되는 광학 모듈과 같은 소형 구성품의 미세 조립을 위한 첨단 생산 라인을 개발해 오고 있다. IMS의 Henri Paus 기술 이사는 “아시아에 있는 우리 고객 중 한 회사는 이제 이러한 시스템의 시장에서 선도기업이 됐다”면서, “이는 여러 세대의 스마트폰에 사용되는 카메라 모듈이 IMS 조립 라인 중 하나에서 생산될 가능성이 높다는 의미”라고 말했다.

길어진 공정 시간에도 불구하고 동일한 생산량 구현

해마다 스마트폰 제조사들은 다수의 새로운 모델을 출시한다. 이와 같이 짧은 개발 주기를 유지하기 위해서는 변화하는 생산 조건에 쉽게 적응할 수 있는 유연한 생산 시스템이 필요하다. 게다가 스마트폰에는 점점 더 많은 첨단 구성품이 탑재되고 있다. Henri Paus는 1세대 IMS 생산 라인이 더 이상 이러한 요구 조건을 충족하지 못함이 명백해짐에 따라 조치가 필요했다고 설명했다. 그는 “스마트폰의 구성품이 점점 더 많아지고 소형화됨에 따라 개발을 위해 다른 조립 접근법을 활용해야 한다”면서, “또 다른 인자는 이제 공정 단계가 이전의 평균 사이클 시간(2초)보다 약 두 배의 시간(4~5초)이 필요하다는 점”이라고 전했다.

2초의 사이클 시간은 연간 생산량 약 1,000만개에 해당하는 수치다. 기존 시스템 설계로 오늘날의 광학 디바이스에 요구되는 투사 횟수를 충족하기 위해서는 급격한 생산량 축소가 불가피하다. 결국 완전한 순차 생산 시스템에서는 가장 느린 링크가 전체 성과를 결정한다.

Henri Paus 이사는 “산출량을 절반으로 줄이는 것은 한마디로 생각조차 할 수 없는 선택지”라며, “결국 빈번하게 발생하는 제품 변경 및 더 느린 공정 단계에 대처할 수 있는 유연한 생산 플랫폼을 개발해야 했다”고 말했다. 라인을 따라 배치되는 개별 공정 모듈 및 워크스테이션은 충분한 성능을 발휘했다. 약간의 개선만으로도 정확도를 크게 향상시킬 수 있었다는 뜻이다. Henri Paus 이사는 “가장 큰 장애물은 해당 지점까지 사용되는 이송 시스템”이라며, “IMS는 Beckhoff의 XTS(eXtended Transport System), 특히 모듈 방식 및 높은 수준의 소프트웨어 기능을 통해 해결 방법을 찾을 수 있었다”고 밝혔다.

Henri Paus는 XTS와 기존의 자체 개발 시스템 간의 차이에 대해 “무버가 서로 연결되지 않아 개별 서보 축처럼 독립적으로 작동할 수 있다”면서 “덕분에 IMS는 빠른 공정 단계 후에 무버를 완충하는 동시에 다수의 무버를 상대적으로 느린 워크스테이션으로 진입시킬 수 있게 됐다”고 설명했다. 느린 하위 공정에도 불구하고 높은 생산량을 유지할 수 있게 된 것이다.

후속 확장이 가능한 유연성과 정밀한 포지셔닝

Henri Paus 이사는 다른 장점들을 설명한다. 그는 “XTS는 당사 고객들이 생산하는 복잡한 제품에 적합할 뿐만 아니라 모듈형 이송 시스템 자체가 매우 유연하다”면서, “조립 라인을 새 제품에 맞게 조정할 필요가 있을 때, 즉시 확장이 가능하다”고 말했다. 새 셀을 생산 시스템에 연결하고 추가 워크스테이션을 설치하기만 하면 된다. 이러한 목적에 필요한 이송 시스템 확장은 그리드 치수가 250 mm에 불과한 모듈형 XTS 시스템을 통해 쉽게 수행할 수 있다. 결과적으로 단지 몇 시간 내에 개조된 시스템으로 생산을 재개할 수 있다.

Beckhoff의 XTS 전문가와 협력해 사전 조립 및 테스트를 거친 모듈을 HepcoMotion의 GFX 가이드 레일 시스템에 통합하는 고객 맞춤 솔루션을 설계했다. Henri Paus 이사는 “이 솔루션은 신속하게 분리할 수 있어야 하는 단순한 기계 장치가 아니다”라며, “정확한 커넥터 및 터미널로 분리가 이루어질 수 있도록 하는 전자 장치 및 제어 장치가 준비돼 있어야 한다. IMS는 소프트웨어를 해당 모듈에 개별적으로 할당함으로써 이러한 측면에서도 유연성을 제공했다”고 말했다.

장착되는 광학 모듈은 일반적으로 소형(5~18 mm)으로 적어도 50µm 수준의 이송 포지셔닝 정확도를 요구한다. 이런 정확도를 실현하기 위해서는 XTS 무버의 온도 및 미세 진동과 같이 영향을 미치는 인자 또한 고려해야 한다. Beckhoff 엔스헤데(Enschede) 지사의 책임자인 Bernard Gerdes는 “XTS를 Beckhoff의 제어 아키텍처에 심층적으로 통합함으로써 그와 같은 영향 인자들을 쉽게 보정할 수 있다”고 말했다. 예를 들어 IMS는 추가 센서를 사용하여 온도 영향을 보정해 왔다. 장비가 온도 제어 클린룸에 위치하지만 XTS 이송 시스템의 온도는 변한다. 이러한 변화를 보정해야 한다. Henri Paus는 “IMS는 Beckhoff 및 Hepco와 함께 매우 높은 수준의 이송 방향 정밀도 뿐만 아니라 높이 측면에서도 매우 높은 제품 포지셔닝 정확도를 구현하는 데 성공했다”며, “IMS는 이제 진동 감쇠 및 전술한 온도 보정을 통해 10µm라는 탁월하게 우수한 정확도로 캐리어를 워크스테이션에 위치시킬 수 있게 됐다”고 말했다.

탁월한 유연성 증명

IMS는 2세대 광학 모듈 생산 라인에 대해 높은 기대를 하고 있다. Henri Paus 이사는 “향후 몇년 내에 적어도 1세대 시스템만큼 많은 3PX를 출시할 수 있을 거라 기대한다”고 강조했다. 이러한 기대는 스마트폰에 장착되며 모니터, 드론 및 자동차에도 점차적으로 많이 사용되는 소형 광학 구성품에서 기인한다. IMS 플랫폼의 유연성, 모듈성 및 확장성 또한 완전히 다른 조립 어플리케이션(예: 의료 기술 및 제약 산업용 구성품 생산)에 매력적인 요소이다. IMS는 이미 첫 시스템을 통해 3PX생산 플랫폼이 얼마나 유연한지 증명해 왔다. Henri Paus 이사는 “선적 준비가 거의 끝날 즈음 고객은 당초 지정한 것보다 훨씬 더 큰 제품에 시스템을 사용할 수 있는지 문의해 왔다”면서, “그럼에도 전면적인 시스템 재설계는 필요하지 않았고, 일부 부품을 약간 더 크게 만드는 것만으로 충분했다. 몇 주 후에 재설계된 기계의 선적 준비를 마쳤다”고 말했다.

[미니인터뷰] Beckhoff 혁신 기술 XTS, 개발 10주년 맞아

42년이라는 오랜 시간동안 쌓아온 기술력을 기반으로 Beckhoff가 개발한 수많은 혁신 기술 중 임베디드 PC와 XTS 두 제품이 2022년에 각각 개발 20주년 및 10주년을 맞았다. DIN 레일에 장착 가능한 임베디드 PC인 CX1000은 20년 전 자동화 시장에 첫 선을 보인 후로 현재까지 다수의 제조업체에서 소형 컨트롤러로 확고히 자리를 잡은 디자인의 토대가 됐다. 10년 전 출시된 XTS 지능형 이송 시스템도 마찬가지로 제품 처리 분야에서 혁명적인 기술을 입증해 왔다. XTS 분야에서 10년의 경력을 가진 XTS 기술 전문가 Uwe Prüßmeier와의 인터뷰를 실는다.

XTS 지능형 이송 시스템의 아이디어를 뒷받침하는 기술은?

고객과의 파트너십 및 신뢰를 바탕으로 Beckhoff는 기계 및 시스템에 대한 인사이트 정보를 얻는다. 이러한 교류는 미해결 과제와 미충족 요건을 파악할 수 있게 해준다. 구체적으로 Beckhoff는 Bosch Packaging을 위한 테스트 시스템에 사용되는 몇 가지 구성품을 개발하는 데 성공했다. 프로젝트는 기술적으로 성공적이었지만, 실용적인 비즈니스 모델을 식별하는 데는 어려움을 겪었다. Beckhoff는 경제적 요건을 보다 면밀히 살피고, 추가로 기술적 최적화를 진행한 다음 완전히 새로운 콤팩트 시스템을 개발할 수 있었다.

XTS로 완료된 프로젝트는 대략 어느 정도인가?

현재 Beckhoff는 평균적으로 매일 네대 이상의 XTS 시스템을 납품하고 있다. 해당 수요는 개별 산업 부문에만 국한된 것이 아니고, 식품, 제약, 자동차 산업 전반에 걸쳐 분포돼 있다. 원래 목표 시장이었던 포장 산업의 경우 Beckhoff의 최대 시장으로 성장했다.

사용자 입장에서 XTS의 가장 중요한 특징과 기능적 강화 요소는?

Beckhoff는 소프트웨어를 통해 다수의 기능을 강화하는 데 성공했다. 기계 생산 수율을 높여주는 XTS의 출시 이후에 TwinCAT의 성능은 지속적으로 향상되고 있다. 이에 더해 프로그래밍의 단순화에도 많은 노력을 기울였다. 또한 이제 시뮬레이션을 사용해 설계 단계도 단축시킬 수 있다. 하드웨어의 경우 모터 출력을 배가하고 곡선 반경을 늘려 XTS 시스템을 추가적인 어플리케이션 분야로 통합한 것이 주목할 만한 강화 조치의 예다.

현재 준비중이거나 출시예정인 솔루션이 있다면?

여러 가지 광범위한 강화 조치 외에 Beckhoff의 최우선 과제는 고객을 위해 전반적인 비용을 절감하는 것이다. XTS 시스템은 훨씬 더 쉽게 조립할 수 있어야 한다. 또한 고객이 원하는 구성에 적합한 사전 조립 및 테스트를 거친 버전을 제공하는 것이 Beckhoff의 목표다. 툴의 시운전 및 추가 구성품을 시스템에 통합하는 작업을 통해 앞으로 XTS를 더욱 콤팩트하게 하고 더욱 쉽게 이용할 수 있도록 편의성을 대폭 강화할 예정이다.

최종윤 기자 다른기사 보기