쌀. 3. 왼쪽 캐비닛에 보관된 일체형 컵 공급식 퀵 체인지 공구는 장비의 방향과 분리를 제어하여 장비의 적절한 정렬과 위치를 보장합니다. 오른쪽 캐비닛에는 다양한 모루와 셔틀이 보관됩니다.
Haeger North America의 영업 및 서비스 관리자인 론 보그스는 2021년 팬데믹 이후 회복하는 동안 제조업체로부터 비슷한 전화를 계속 받고 있습니다.
"그들은 계속해서 '잠금 장치가 빠졌어요'라고 말했어요."라고 보그스는 말했다. "알고 보니 인력 문제였죠." 공장에서 신입 직원을 채용할 때, 경험이 부족하고 숙련되지 않은 사람들을 기계 앞에 세워 장비를 삽입하는 경우가 많았습니다. 때로는 걸쇠를 놓치기도 하고, 때로는 잘못된 걸쇠를 끼우기도 했습니다. 고객이 돌아와서 설정을 완료합니다.
높은 수준에서 하드웨어 삽입은 로봇 공학의 성숙한 응용 분야로 보입니다. 궁극적으로 공장은 터렛, 부품 제거, 그리고 어쩌면 로봇 벤딩까지 포함한 완전한 펀칭 및 성형 자동화를 구축할 수 있을 것입니다. 이러한 모든 기술은 수동 설치 분야의 상당 부분을 담당하게 될 것입니다. 이 모든 것을 고려할 때, 장비 설치를 위해 기계 앞에 로봇을 배치하는 것은 어떨까요?
지난 20년 동안 Boggs는 로봇 삽입 장비를 사용하는 여러 공장에서 작업해 왔습니다. 최근에는 Haeger의 수석 엔지니어 Sander van de Bor를 포함한 그의 팀과 함께 코봇을 삽입 공정에 더욱 쉽게 통합할 수 있도록 개발해 왔습니다(그림 1 참조).
그러나 Boggs와 VanderBose는 로봇 기술에만 집중하면 하드웨어 삽입이라는 더 큰 문제를 간과할 수 있다고 강조합니다. 안정적이고 자동화되며 유연한 설치 작업을 위해서는 공정의 일관성과 유연성을 포함한 여러 요소가 필요합니다.
그 노인은 끔찍하게 죽었습니다. 많은 사람들이 이 격언을 기계식 펀치 프레스에 적용하지만, 수동 공급 장비가 있는 프레스에도 적용됩니다. 주로 그 단순함 때문입니다. 작업자는 패스너와 부품을 프레스에 수동으로 삽입하기 전에 하단 지지대에 놓습니다. 페달을 밟습니다. 천공기가 내려와 작업물에 닿으면 장비를 삽입하기 위한 압력이 발생합니다. 물론, 문제가 생기기 전까지는 매우 간단합니다.
"작업자가 주의를 기울이지 않으면 공구가 실제로 압력을 가하지 않고 떨어져 작업물에 닿을 수 있습니다."라고 반 드 보르는 말했습니다. 정확히 무엇이 문제일까요? "이전 장비는 실수로 피드백을 제공하지 않았고, 작업자는 그 사실을 전혀 몰랐습니다." 작업자는 전체 사이클 동안 페달에서 발을 떼지 못했고, 이는 프레스 안전 시스템의 작동으로 이어질 수 있었습니다. "상단 공구는 6볼트이고, 하단 공구는 접지되어 있으며, 프레스는 압력을 가하기 전에 전도도를 감지해야 합니다."
구형 인서트 프레스에는 장비가 제대로 삽입될 수 있는 압력 범위인 소위 "톤수 윈도우"가 없습니다. 최신 프레스는 이 압력이 너무 낮거나 너무 높다고 느낄 수 있습니다. 보그스(Boggs)는 구형 프레스에는 톤수 윈도우가 없기 때문에 작업자가 밸브를 조정하여 압력을 조절하여 문제를 해결하는 경우가 있다고 설명했습니다. "어떤 프레스는 너무 높게, 어떤 프레스는 너무 낮게 조정합니다."라고 보그스 씨는 말했습니다. "수동 조정은 다양한 용도로 활용할 수 있습니다. 너무 낮으면 하드웨어를 잘못 설치한 것입니다." "과도한 압력은 실제로 부품이나 패스너 자체를 변형시킬 수 있습니다."
반 데 보어는 "이전 기계에는 미터가 없어서 작업자가 패스너를 잃어버릴 수도 있었습니다."라고 덧붙였다.
하드웨어를 수동으로 삽입하는 것은 쉬워 보이지만, 그 과정을 수정하기는 어렵습니다. 설상가상으로, 하드웨어 작업은 가치 사슬 후반부, 즉 격차가 메워지고 형성된 후에 발생하는 경우가 많습니다. 장비 문제는 분체 도장 및 조립 공정에 큰 타격을 줄 수 있는데, 이는 성실하고 부지런한 작업자가 저지르는 작은 실수가 골칫거리로 이어지는 경우가 많기 때문입니다.
그림 1. 협동로봇이 프레스에 장비를 삽입하여 부품을 보여줍니다. 프레스에는 4개의 볼과 4개의 독립 셔틀이 있어 장비를 프레스에 공급합니다. 이미지: 해그리드
수년에 걸쳐 하드웨어 삽입 기술은 이러한 변동성의 원인을 파악하고 제거함으로써 이러한 문제를 해결해 왔습니다. 장비 설치 담당자가 근무 종료 후 집중력을 약간 잃었다고 해서 그렇게 많은 문제의 원인이 되어서는 안 됩니다.
피팅 설치 자동화의 첫 단계인 볼 피딩(그림 2 참조)은 공정에서 가장 번거로운 부분, 즉 수동으로 피팅을 잡고 공작물에 배치하는 작업을 없애줍니다. 기존의 탑 피드 구성에서는 컵 피드 프레스가 패스너를 셔틀로 보내 하드웨어를 탑 툴로 이송합니다. 작업자는 공작물을 하단 툴(앤빌)에 놓고 페달을 밟습니다. 진공 압력을 이용하여 펀치를 내리면 하드웨어가 셔틀에서 들어 올려 공작물 가까이에 닿습니다. 프레스가 압력을 가하면 사이클이 완료됩니다.
간단해 보이지만, 자세히 살펴보면 미묘한 복잡성을 발견할 수 있습니다. 첫째, 장비를 작업 공간에 제어된 방식으로 투입해야 합니다. 바로 이 부분에서 부트스트랩 도구가 중요한 역할을 합니다. 이 도구는 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 하나는 위치 지정을 담당하며, 볼에서 나오는 장비의 위치를 ​​정확하게 조정합니다. 다른 하나는 장비의 적절한 분할, 정렬 및 배치를 담당합니다. 여기서 장비는 파이프를 통해 셔틀로 이동하여 상단 도구로 장비를 공급합니다.
문제는 다음과 같습니다. 자동 공급 도구(방향 및 분할 도구, 셔틀)는 장비를 교체할 때마다 교체하고 작동 상태를 유지해야 합니다. 다양한 하드웨어 종류가 작업 영역에 전원을 공급하는 방식에 영향을 미치므로, 하드웨어별 도구는 사실상 필수 요소이며, 설계 과정에서 제외될 수 없습니다.
컵 프레스 앞에 있는 작업자가 더 이상 장비를 들어 올리거나(아마도 내려놓거나) 설치하는 데 시간을 허비하지 않기 때문에 인서트 교체 간격이 크게 단축됩니다. 하지만 이러한 모든 하드웨어별 공구 외에도, 피드 볼은 변환 기능도 제공합니다. 832번 너트를 자동으로 조이는 공구는 632번 너트에 적합하지 않습니다.
기존의 투피스 볼 피더를 교체하려면 작업자는 오리엔테이션 툴이 분리형 툴과 제대로 정렬되어 있는지 확인해야 합니다. "볼 진동, 에어 타이밍, 호스 위치도 확인해야 했습니다."라고 보그스는 말했습니다. "셔틀과 진공 정렬도 확인해야 합니다. 간단히 말해, 작업자는 툴이 제대로 작동하는지 확인하기 위해 여러 가지 정렬을 확인해야 합니다."
판금 작업자는 접근 문제(좁은 공간에 장비를 삽입하는 경우), 특수 장비, 또는 둘 다로 인해 고유한 장비 요구 사항을 갖는 경우가 많습니다. 이러한 유형의 설치에는 특수 설계된 일체형 도구가 사용됩니다. Boggs는 이를 바탕으로 표준 컵 프레스용 올인원 도구가 개발되었다고 말합니다. 이 도구에는 방향 설정 및 선택 요소가 포함되어 있습니다(그림 3 참조).
"빠른 전환을 위해 설계되었습니다."라고 반 데 보어는 말합니다. "공기 및 진동, 시간 등 모든 제어 매개변수가 컴퓨터로 제어되므로 작업자가 별도의 전환이나 조정을 할 필요가 없습니다."
다웰을 사용하면 모든 것이 한 줄로 정렬됩니다(그림 4 참조). "작업자는 변환 시 정렬에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 모든 것이 제자리에 고정되기 때문에 항상 수평을 유지합니다."라고 Boggs는 말했습니다. "공구는 나사로 고정하기만 하면 됩니다."
작업자가 철판 프레스에 시트를 올려놓을 때, 특정 직경의 패스너에 맞게 설계된 앤빌로 구멍을 정렬합니다. 새로운 직경에는 새로운 앤빌 도구가 필요하다는 사실 때문에 수년간 대량 생산이 어려웠습니다.
최신 절삭 및 굽힘 기술, 빠른 자동 공구 교환, 소량 생산, 심지어 완전 생산까지 갖춘 공장을 상상해 보세요. 부품은 하드웨어 인서트에 들어가고, 다른 종류의 하드웨어가 필요한 경우 작업자는 대량 생산으로 넘어갑니다. 예를 들어, 50개 부품을 일괄적으로 삽입하고, 앤빌을 교체한 후, 새 하드웨어를 올바른 구멍에 삽입할 수 있습니다.
터렛이 있는 하드웨어 프레스는 현장을 바꿔 놓습니다. 작업자는 이제 한 가지 유형의 장비를 삽입하고, 터렛을 회전하고, 색상으로 구분된 컨테이너를 열어 다른 유형의 장비를 수용할 수 있습니다. 이 모든 것을 하나의 설정으로 수행할 수 있습니다(그림 5 참조).
"부품 수에 따라 하드웨어 연결을 놓칠 가능성이 줄어듭니다."라고 반 드 보어는 말했습니다. "전체 구간을 한 번에 처리하기 때문에 마지막 단계에서 한 단계도 놓치지 않습니다."
인서트 프레스에서 컵 피드와 터렛을 결합하면 하드웨어 부서에서 키트 취급이 현실이 될 수 있습니다. 일반적인 설치 환경에서 제조업체는 볼 공급을 일반 대형 장비에만 제공하고, 사용 빈도가 낮은 장비는 작업 영역 근처에 색상으로 구분된 용기에 담아 보관합니다. 작업자가 여러 개의 하드웨어가 필요한 부품을 집어 올리면 기계의 경고음(새 하드웨어가 필요한 시기임을 나타냄)을 듣고, 앤빌 턴테이블을 돌리고, 컨트롤러에서 부품의 3D 이미지를 확인한 후 다음 하드웨어 부품을 삽입하여 부품을 연결합니다.
작업자가 자동 ​​공급 기능을 사용하여 장비를 하나씩 삽입하고 필요에 따라 앤빌 턴테이블을 돌리는 상황을 상상해 보세요. 그런 다음 상단 공구가 셔틀에서 자동 공급 패스너를 잡아 앤빌의 작업물 위로 떨어지면 턴테이블이 멈춥니다. 컨트롤러는 작업자에게 패스너 길이가 잘못되었음을 경고합니다.
Boggs는 "설정 모드에서 프레스는 슬라이더를 천천히 내리고 위치를 기록합니다. 따라서 프레스가 최대 속도로 작동하고 고정구가 공구에 닿으면 시스템은 고정구 길이가 지정된 [[공차]]와 일치하는지 확인합니다. 범위를 벗어나거나, 너무 길거나, 너무 짧으면 패스너 길이 오류가 발생합니다. 이는 패스너 감지(일반적으로 하드웨어 공급 오류로 인해 상단 공구에 진공이 없음)와 톤수 창 모니터링 및 유지 관리(작업자가 밸브를 수동으로 조정하는 대신)를 통해 검증된 안정적인 자동화 시스템을 구축하기 때문입니다.
"자가 진단 기능을 갖춘 하드웨어 프레스는 로봇 모듈에 큰 이점이 될 수 있습니다."라고 Boggs는 말했습니다. "자동화된 설정에서 로봇은 용지를 올바른 위치로 옮기고 프레스에 신호를 보내, '제 위치가 맞습니다. 프레스를 시작하세요.'라고 말합니다."
하드웨어 프레스는 판금 가공물의 구멍에 설치된 앤빌 핀을 깨끗하게 유지합니다. 상단 펀치의 진공 상태는 정상이며, 이는 고정 장치가 있음을 의미합니다. 이 모든 사실을 인지한 프레스는 로봇에 신호를 보냈습니다.
Boggs는 이렇게 말합니다. "프레스 기계는 기본적으로 모든 것을 확인하고 로봇에게 '괜찮아요.'라고 말합니다. 로봇은 스탬핑 사이클을 시작하여 패스너의 존재 여부와 길이가 올바른지 확인합니다. 사이클이 완료되면 하드웨어 삽입에 사용된 압력이 적절한지 확인하고, 로봇에게 프레스 사이클 완료 신호를 보냅니다. 로봇은 이 신호를 수신하여 모든 것이 깨끗하다는 것을 확인하고 작업물을 다음 구멍으로 옮길 수 있습니다."
원래 수동 작업자를 위해 고안된 이러한 모든 기계 검사는 사실상 추가 자동화를 위한 좋은 기반을 제공합니다. Boggs와 van de Boor는 시트가 앤빌에 달라붙는 것을 방지하는 특정 설계와 같은 추가적인 개선 사항을 설명합니다. Boggs는 "때로는 스탬핑 사이클 후에 패스너가 달라붙는 경우가 있습니다."라고 말했습니다. "이는 재료를 압축할 때 발생하는 근본적인 문제입니다. 재료가 하단 공구에 끼면 작업자는 보통 작업물을 약간 돌려서 빼낼 수 있습니다."
그림 4. 다웰 핀이 달린 셔틀 볼트. 설치가 완료되면 셔틀이 장비를 상단 공구로 이송합니다. 상단 공구는 진공 압력을 이용하여 장비를 고정하고 가공물까지 운반합니다. 앤빌(왼쪽 하단)은 네 개의 터렛 중 하나에 있습니다.
안타깝게도 로봇은 인간 작업자의 기술을 갖추고 있지 않습니다. "그래서 이제는 작업물을 제거하고, 패스너를 공구에서 밀어내는 데 도움이 되는 프레스 설계가 있어서 프레스 사이클 후 눌어붙는 현상이 발생하지 않습니다."
일부 기계는 로봇이 작업 영역을 드나들며 작업물을 쉽게 이동할 수 있도록 목 깊이가 다릅니다. 프레스에는 로봇(그리고 수동 작업자)이 작업물을 안전하게 배치할 수 있도록 지지대가 포함될 수도 있습니다.
궁극적으로 신뢰성이 핵심입니다. 로봇과 코봇은 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며, 이를 통해 통합을 더욱 쉽게 만들 수 있습니다. 보그스는 "협동 로봇 분야에서 공급업체들은 로봇을 기계와 최대한 쉽게 통합할 수 있도록 큰 진전을 이루었습니다."라고 말하며, "인쇄기 제조업체들은 적절한 통신 프로토콜을 확보하기 위해 많은 개발 작업을 수행해 왔습니다."라고 덧붙였습니다.
하지만 스탬핑 기법과 작업장 기술, 특히 공작물 지지대, 명확하고 문서화된 작업 지침, 그리고 적절한 교육 또한 중요한 역할을 합니다. 보그스는 하드웨어 부서에서 여전히 패스너 분실 및 기타 문제에 대한 문의 전화를 받고 있으며, 이러한 문의는 대부분 신뢰할 수 있지만 매우 오래된 기계에서 처리된다고 덧붙였습니다.
이 기계들은 믿을 만할 수 있지만, 장비 설치는 숙련되지 않았거나 전문가가 아닌 사람에게는 적합하지 않습니다. 잘못된 길이를 발견한 기계를 떠올려 보세요. 이 간단한 점검을 통해 작은 오류가 큰 문제로 커지는 것을 방지할 수 있습니다.
그림 5. 이 하드웨어 프레스는 정지 장치와 4개의 스테이션이 있는 턴테이블을 갖추고 있습니다. 또한, 이 시스템에는 작업자가 손이 닿기 어려운 곳에도 쉽게 접근할 수 있도록 특수 앤빌 도구가 있습니다. 이 경우, 피팅은 후면 플랜지 바로 아래에 삽입됩니다.
The FABRICATOR의 수석 편집자인 팀 헤스턴은 1998년부터 금속 제작 업계에 종사해 왔으며, 미국 용접 협회(American Welding Society)의 Welding Magazine에서 경력을 시작했습니다. 그 이후로 이 잡지는 스탬핑, 굽힘, 절단부터 연삭 및 연마까지 모든 금속 제작 공정을 다루어 왔습니다. 그는 2007년 10월 The FABRICATOR에 합류했습니다.
FABRICATOR는 북미 최고의 철강 제작 및 성형 전문 잡지입니다. 이 잡지는 제조업체의 업무 효율 향상을 위한 뉴스, 기술 기사, 성공 사례를 게재합니다. FABRICATOR는 1970년부터 업계에 종사해 왔습니다.
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