유니버설 로봇 코봇으로 야간 근무 자동화 성공 사례

래피드 디자인 솔루션의 트로이 오얄레토(왼쪽)가 초기 애플리케이션을 개발한 후, 툴크래프트(Toolcraft)의 자동화 엔지니어 브라이언 라울라이넨은 UR 아카데미를 통한 교육과 오얄레토와의 몇 시간 실습 교육을 보충하여, 유니버설 로봇(UR)의 코봇인 UR5e의 애드온으로 부품 린싱 및 건조 스테이션을 개발하는 것 외에도 일상 운영을 처리할 수 있게 되었습니다.

시애틀의 소규모 머신 샵인 툴크래프트는 CNC 머신 내에서 까다로운 3단계 머신 텐딩 작업을 자동화해야 했습니다. 유니버설 로봇의 새로운 플래그십 코봇인 UR5e의 30미크론 반복정밀도와 힘/토크 감지 기능에 깊은 인상을 받아, 이 과제를 맡았고 생산 비용 23% 절감과 처리량 43% 증가를 달성했습니다.

자동화 결정의 계기

이 움직임을 촉발한 결정적 순간은 대량 주문으로 툴크래프트가 24/7 생산을 위해 3교대를 추가해야 했을 때였습니다. "여기서 아무도 3교대를 하고 싶어하지 않습니다."라고 운영 이사 스티브 위튼버그(Steve Wittenberg)는 말합니다. 3% 실업률 지역에서 구인 광고에 대한 반응이 거의 없었습니다. 그는 다양한 자동화 옵션을 검토하기 시작했고, 처음에는 전통적인 산업용 로봇을 고려했습니다.

하드웨어만 보면 전통적인 로봇이 더 비용 효율적인 솔루션인 것 같았습니다. 위튼버그 씨는 말합니다. "하지만 안전 케이지를 세우지 않아도 되는 절감 효과와 사용 편의성으로 인한 시간 절약, 복잡한 프로그래밍을 피할 수 있다는 점을 고려하기 시작하자, 유니버설 로봇이 올바른 솔루션이 되었습니다."

코봇이 야간 근무를 담당하다

이 투자를 촉발한 주문은 의료 기기용 멀티스레드 부품이었습니다. 이 부품은 3교대 동안 가동될 3단계 CNC 가공 작업에 적재되어야 했습니다. 툴크래프트는 유니버설 로봇의 인증 시스템 통합업체인 래피드 디자인 솔루션과 이 과제를 논의했습니다.

"다중 작업 정밀 가공을 할 때 정확도 요구사항이 훨씬 높아집니다."라고 래피드 디자인 솔루션의 소유자 트로이 오얄레토는 말합니다. "UR5e의 반복정밀도가 30미크론까지 내려간다는 말을 들었을 때 우리는 매우 흥분했습니다. 그건 정말 전통적인 산업용 로봇과 같은 공간에서 경쟁하는 것이어서, 우리에게는 엄청난 것이었습니다. 원자재가 들어가고 완성된 정밀 부품이 나오는 이런 다중 작업 부품을 이 수준의 정밀도로 다루는 다른 코봇을 본 적이 없습니다."

구현 6개월 후, 위튼버그 씨는 샵이 즉시 생산 증가를 보았다고 말합니다. "우리는 그 3교대를 인원으로 채울 수 있었고, 주당 255개 생산에서 주당 370개로 늘었습니다. 그와 함께 연간 생산을 7주 일찍 마칠 수 있었고, 그 머신을 다른 작업용 부품 생산에 활용할 수 있게 되었습니다." 그는 툴크래프트가 약 12개월의 ROI를 기대한다고 덧붙입니다.

인간의 손길을 가진 로봇

유니버설 로봇 플래그십 라인의 새로운 기능 중 하나는 모든 관절의 힘 피드백으로, 이는 부품이 머신 툴의 고정 장치에 단단히 맞도록 하는 데 핵심입니다. "X, Y 및 회전 Z축에서 자유로운 힘 모션을 사용하여, 우리는 부품을 거기에 강제로 넣고, 흔들고, 그 순응성을 매우 쉽게 프로그래밍하여 기본적으로 로봇으로 인간의 손길을 구현할 수 있습니다."라고 오얄레토 씨는 말합니다. 그가 말하는 동안 툴크래프트 소유자 칼 니멜라(Karl Niemela)가 들러 회사가 로봇 이름을 클라렌스(Clarence)로 짓기로 했다고 보고합니다. "정교한 로봇에 어울리는 정교한 이름이지요."라고 그는 미소 지으며 말합니다.

"UR의 프리드라이브 기능은 로봇 포인트 티칭 시간을 크게 단축합니다."라고 오얄레토 씨는 말합니다. UR 코봇은 단순히 암을 원하는 웨이포인트를 통해 움직여 티칭 펜던트의 프로그램에 추가하는 티칭 방법으로 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다. 코봇이 사용 중일 때, 툴크래프트는 UR 시뮬레이터를 사용하여 부품 린싱 및 건조 스테이션의 전체 프로그램을 오프라인으로 생성하고, 프로그램을 티칭 펜던트로 전송하면서 웨이포인트를 삽입했습니다.

코봇이 청소도 하다

코봇이 24/7 생산 구현을 성공적으로 도왔지만, 여전히 코봇의 잠재력을 다 활용하지 못하고 있었습니다. 가공 사이클은 총 56분이지만, UR5e는 부품 텐딩에만 6분 동안 바쁩니다. "나머지 시간엔 코봇이 그냥 다음 사이클을 기다리며 놀고 있었습니다. 우리는 그것을 바쁘게 만들고 싶었습니다."라고 위튼버그 씨는 말합니다. 코봇의 시간을 더 많이 차지하기 위해, 샵은 부품 린싱 및 세척 스테이션을 추가했습니다.

30미크론 반복정밀도를 가진 UR5e는 멀티스레드 부품을 고정 장치에 정밀하게 삽입할 수 있었습니다. CNC 사이클은 수직 머시닝 센터에서 3단계 작업을 포함합니다: 바이스 고정구에서의 두 작업과 4축 로터리 유닛에서의 한 작업.

UR5e가 CNC에서 가공된 부품을 꺼내면, 그것을 린싱 용액에 담그고, 에어 제트를 통과시키고, 세척되고 건조된 부품을 출하용 랙에 놓습니다. 머신 샵은 또한 UR5e의 I/O 인터페이스를 통해 공압 고정구와 도어 액추에이터를 제어할 수 있었습니다. "이것은 CNC 배선 필요성을 크게 줄이고 CNC의 모든 표준 안전 기능을 보존합니다."라고 오얄레토 씨는 설명합니다.

프로그래밍 학습

툴크래프트는 초기 애플리케이션을 가동하기 위해 시스템 통합업체의 도움을 받았지만, 머신 샵은 린싱 및 건조 스테이션을 스스로 프로그래밍하고 설치할 수 있었습니다. "우리를 가능하게 한 건 유니버설 로봇이 제공하는 모든 무료 온라인 지원입니다."라고 위튼버그 씨는 말합니다. "우리 자동화 엔지니어가 온라인 UR 아카데미 과정을 수강한 후, 통합업체와 몇 시간을 보내고 그 스테이션을 코봇 사이클에 추가할 수 있었습니다."

처음에 위튼버그 씨는 코봇이 정기적인 머신 텐딩 업무에서 떨어져 나가는 동안 린싱 스테이션 프로그래밍 단계에서 생산이 감소할 것을 우려했습니다. 그러나 팀은 UR 시뮬레이터를 사용해 코봇이 계속 작동하는 동안 사이클에 대한 추가 사항을 거의 전체를 오프라인으로 프로그래밍할 수 있음을 발견했습니다. 오프라인 프로그램은 단순히 USB를 통해 UR5e의 티칭 펜던트로 직접 로드됩니다. "사무실에서 한 프로그램에서, 저는 그냥 빈 웨이포인트를 설정했습니다. 일단 코봇 옆에 있게 되자, 프리드라이브 모션을 사용해 로봇을 올바른 위치로 빠르게 이동시키고 새로운 웨이포인트를 티칭할 수 있었습니다."라고 라울라이넨 씨는 말합니다.

툴크래프트는 PHD의 PneuConnect 그립퍼를 UR5e의 엔드오암 툴링으로 선택했습니다. UR+ 인증이란 그립퍼가 UR 코봇과 원활하게 작동하도록 인증되었으며, 모든 프로그래밍 소프트웨어가 UR 코봇의 티칭 펜던트에 직접 통합되어 있음을 의미합니다.

"툴크래프트에서는 로봇 경험이 전혀 없었습니다."라고 툴크래프트의 자동화 엔지니어 브라이언 라울라이넨은 말합니다. "UR 아카데미는 매우 직관적이고 상호작용적이며 재미있는 과정이었습니다. 그냥 책 읽는 것보다 배우는 게 훨씬 흥미로웠습니다."

UR5e로 툴크래프트는 수작업 대비 연간 생산을 7주 일찍 마칠 수 있었습니다.

또 한 해, 또 한 대의 코봇

첫 번째 성공적인 코봇 설치 후, 툴크래프트는 앞으로 매년 한 대씩 추가 코봇을 설치할 계획입니다. "우리 자신의 자동화 엔지니어가 이제 발생하는 문제를 해결할 수 있게 된 것이 이 목표 달성의 핵심이 될 것입니다."라고 위튼버그 씨는 말합니다. 그가 샵 플로어에서 다음으로 자동화할 것으로 예상하는 작업은 수평 머시닝 센터 텐딩입니다. "그건 잠재적 도전인데, 그 밀이 로터리 톰스톤을 사용하고 그것이 밀링 머신 안팎으로 교체되기 때문에 고정구에 약간의 어려움이 생깁니다. 하지만 우리는 유니버설 로봇과 고정구의 혁신으로 그 문제들을 해결할 수 있다고 확신합니다."