[Beckhoff 인터뷰] Free-floating 평면 무버를 이용한 새 드라이브 시스템 ‘플라잉 모션’에 관한 Uwe Prüßmeier와의 인터뷰

Free-floating 평면 무버를 이용한 새 드라이브 시스템 ‘플라잉 모션’에 관한 Uwe Prüßmeier와의 인터뷰

XPlanar, 6 자유도로 포지셔닝의 유연성을 최대화하다

평면 타일 바닥 위를 자유롭게 떠다니며 원하는 패턴을 만들 수 있는 평면 무버를 통해 Beckhoff의 최첨단 XPlanar 시스템은 생산 기기와 플랜트 설계의 능률화를 위한 무한한 잠재력을 제공한다. 이번 인터뷰에서 드라이브 기술 수석 제품 책임자인 Uwe Prüßmeier는 탁월한 유연성과 함께 무버의 위치를 정교하고 역동적으로 위치 설정할 수 있는 시스템이 제안하는 독창적인 가치에 대해 논의하고자 한다.

- 6자유도, - x, y, z 이동, - α, ß, γ 방향

Q. 플라잉 모션 원리를 기반으로 한 새로운 XPlanar 드라이브 시스템의 특징은 무엇입니까?

Uwe Prüßmeier : XTS 리니어 이송 시스템과 마찬가지로 XPlanar도 단순한 드라이브 시스템이 아닙니다. 제품 운반을 극도로 유연하게 만들기 위해 설계된 종합 솔루션입니다. XTS와 비교하면 XPlanar는 2차원의 움직임이 추가되었습니다. 이를 통해 무버는 바닥 타일 위를 부양하며 서로를 추월할 수 있고, 버퍼 존에서 멈추거나 우회할 수 있습니다. 또한 free-floating 평면 무버는 무접점 드라이브 원리 덕분에 조용하며 마모가 전혀 없다는 중요한 이점을 지닙니다.

Q. 이송 업무를 위해 이 시스템은 어떠한 기능을 제공합니까?

Uwe Prüßmeier : 기본적으로 이송 시스템은 하나의 처리장에서 다음 처리장으로 제품을 이동합니다. 즉 A에서 B로, B에서 C로, C에서 D로 제품을 운반합니다. XPlanar의 경우 이러한 처리장을 선형으로 배치할 필요가 없으며 고정된 순서로 방문할 필요가 없습니다. 즉, 주어진 제품이 처리에 필요한 해당 처리장으로만 이동하면 된다는 의미입니다. 2차원의 움직임을 통해 XPlanar는 생산 흐름에서 개별 무버를 방출하거나 처리 순서를 최적화하기 위해 특별 대기 존을 생성하는 능력을 포함해 여러 다른 옵션을 제공합니다. 빠른 무버가 느린 무버를 추월하게 함으로써 하위 프로세스를 동시에 그리고 신속하게 실행할 수 있습니다. 각 평면 무버를 단일 축으로 개별 제어할 수 있을 뿐만 아니라 필요한 경우 다른 무버와 정교하게 동기화할 수도 있습니다.

드라이브 테크놀로지 수석 제품 책임자 Uwe Prüßmeier : “XPlanar는 비접촉 제품 운반, 2차원 포지셔닝, 3차원에서의 추가 이동 기능의 조합으로 머신 구축 분야에서 전혀 새로운 가능성을 제공합니다.”

<사진: Beckhoff Automation>

Q. 무버는 6자유도로 이동할 수 있습니다. 처리장에서의 이점은 무엇입니까?

Uwe Prüßmeier : 무버는 처리장으로 이동할 뿐만 아니라 처리장 안으로도 이동할 수 있습니다. 또한 3개 축을 통해 나르고 있는 하중을 회전시켜 어떠한 방향에서도 쉽게 처리 또는 검사할 수 있도록 회전할 수 있습니다. 또한 무버를 약간 들어 올리거나 내릴 수 있으며 기울일 수도 있습니다. 이 약간의 경사는 액체로 가득 찬 컨테이너를 운반하는 동안 신속하게 가속할 때 액체가 쏟아지는 현상을 방지할 수 있습니다.

Q. XPlanar가 지원하는 모든 복잡한 모션 옵션에도 불구하고 이 시스템은 사용자 입장에서 설치 및 배치가 간단합니다. 여기에서 핵심 요소는 무엇입니까?

Uwe Prüßmeier : 개발 프로세스를 시작하는 시점에서 우리는 시스템이 모두 통합되어야 하고, 사용자는 2개의 케이블, 즉 데이터 통신을 위한 EtherCAT G케이블과 전원 공급을 위한 케이블만 연결하면 되어야 한다고 판단했습니다. 그 결과 모든 기능이 모듈에 완벽하게 통합되었습니다. 또한 이 모듈은 초소형으로 설계되어 각 평면 타일의 작업 표면과 캐리어 프레임 간 거리는 불과 4 cm입니다.

Q. 그렇다면 개별적인 XPlanar 구성요소를 선택하는 것도 간단한가요?

Uwe Prüßmeier : 네, 시스템은 하나의 기본 구성품인 24 x 24 cm 규격의 평면 타일에 구축됩니다. 이 표준 타일 외에도 머지않아 모양과 크기가 동일한 다른 버전이 출시될 예정입니다. 이를 통해 평면 무버는 360° 즉, 자유롭게 회전할 수 있습니다. 이용 가능한 무버는 크기와 그에 따른 부하 용량에서만 차이가 있습니다. 현재 95 x 95 mm의 부하 용량은 최대 0.4 kg, 275 x 275 mm의 경우 6 kg입니다.

Q. TwinCAT 소프트웨어 역시 시스템 사용 편의성에서 중요한 역할을 합니다. 여기에서 주목할만한 점은 무엇입니까?

Uwe Prüßmeier : 우리의 주 목표는 사용자가 평면 모터 시스템을 쉽게 관리할 수 있도록 만드는 것입니다. TwinCAT에서 평면 무버는 기본적으로 모든 6자유도를 지지할 수 있는 서보 축만큼이나 간단하게 보입니다. 그러나 6개 방향의 움직임이 가능한 자유도가 현실적인 관점에서 항상 필요한 것은 아니라는 점을 고려했을 때(적어도 XPlanar 시스템에서는 아니지만) TwinCAT은 이러한 복잡성을 줄일 수 있는 방법을 제공합니다. 각각의 무버가 처리장에 도달했을 때 리프팅, 틸팅, 터닝과 같은 다른 차원의 이동 옵션을 1차원 축으로 재현함으로써 이를 구현할 수 있습니다. 즉, XPlanar 바닥에서 초기에 원하는 경로나 트랙을 설정하는 것만으로도 충분하며 이를 통해 작동을 대폭 간소화할 수 있습니다.

Q. 복잡한 모션 시퀀스를 실행할 때 TwinCAT Track Management는 어떠한 역할을 합니까?

Uwe Prüßmeier : XPlanar의 탁월한 유연성에서 핵심 요소는 제품을 운반할 수 있는 능력이 앞서 언급한 단일 트랙에만 한정되어 있지 않다는 점입니다. 추가 트랙을 정의할 수 있으며 무버를 이 사이에서 전환할 수 있습니다. 여러 트랙을 사용할 때에도 사용자의 편의를 위해 TwinCAT은 동일한 트랙에서 느린 무버를 추월하거나 무버를 대기 영역에 쌓아 놓을 수 있는 기능을 포함해 복잡한 모션 시퀀스를 지원하도록 설계된 사용자 중심의 툴인 트랙 매니지먼트(Track Management)를 제공합니다. 이를 통해 사용자는 XPlanar 바닥에서 병렬 노선을 정의하거나 다른 플랜트 영역으로 우회하거나 이동할 수 있습니다. 트랙 매니지먼트를 이용해 무버는 짧은 병렬 영역을 통과해 트랙 사이를 원활하게 전환할 수 있습니다. 이러한 모든 움직임은 “스위치 트랙”이라는 명령으로 가능하며 사용자는 특정 흐름의 통합이나 분리 또는 충돌 방지를 걱정할 필요가 없습니다. 무버는 또한 사전 설정된 트랙을 따르지 않고 완전히 자유롭게 위치될 수 있습니다. 트랙 매니지먼트를 이용해 무버는 지정된 XPlanar 바닥 공간 내에서 다른 무버와의 충돌 위험 없이 특정 좌표로 전송됩니다.

Q. 사용자 관점에서 개별 타일로 XPlanar 바닥을 구축하는 이점은 무엇인가요?

Uwe Prüßmeier : 여기에서 또 한 번 우리는 중요한 위치에 유연성을 배치했습니다. 타일은 벽이나 천정을 포함해 어떠한 모양으로도 배열할 수 있기 때문에 XPlanar 시스템을 주어진 적용 요구조건에 완전히 부합하도록 구성할 수 있습니다. 예를 들어, 타일 바닥 내에 간격을 두어 처리장을 수용하거나 플랜트 구성요소 주변에 트랙을 배치할 수 있습니다. 여기에서 사용자는 비용 최적화된 방식으로 이송 시스템을 설정하고 동시에 기기 크기를 최소화할 수 있습니다. 또한 새로운 처리장을 추가하거나 곡선을 통과하는 최적화 모션을 위한 여분의 공간을 확보하기 위해 필요에 따라 더 많은 타일을 추가함으로써 평면 모터 시스템을 간편하게 수정할 수 있습니다.

Q. 사용자는 이러한 광범위한 혁신 가능성을 어떻게 활용할 수 있습니까?

Uwe Prüßmeier : XPlanar는 기기와 시스템 설계를 위한 새로운 장을 열었습니다. 사용자는 말 그대로 시스템의 새로운 가능성을 직접 경험해야 하기 때문에 시장에서 XTS에서와 같이 사용이 간편한 스타터키트을 제공하고 있습니다. 스타터키트은 소프트웨어가 내장된 산업용 PC를 비롯해 4개의 무버와 소형 컨트롤 캐비넷, 필수 전기 구성품과 함께 캐리어 프레임에 설치된 6개 또는 12개의 평면 타일로 구성됩니다. 이는 기기 구축자에게 이상적인 기본 키트을제공하며 이 키트을 바탕으로 고유 환경에서 XPlanar를 시험한 후 나중에 실제 환경에서 사용할 수 있습니다. 또한 이러한 사전 구성된 시스템을 제공함으로써 Beckhoff 지원팀은 발생 가능한 모든 질문에 훨씬 쉽게 답변할 수 있습니다.

Q. 어떠한 기계 엔지니어링 분야나 사용 사례가 XPlanar에 가장 적합합니까?

Uwe Prüßmeier : XPlanar는 생산 플랜트나 기기와 함께 사용하는 데는 거의 제한이 없습니다. 유일한 요구사항은 제품의 중량과 부피가 평면 무버가 나를 수 있는 제한 내에 있어야 한다는 점입니다. 이를 충족하는 경우라면 사용자는 모든 시스템의 고도로 유연한 포지셔닝 기능으로부터 이점을 얻을 수 있습니다. 특히 위생과 청결성, 무공해 또는 저소음과 관련한 특수한 요구조건을 가진 분야에서 매우 흥미로운 기술입니다. 그러한 분야에는 식품, 제약 산업, 연구실 환경이나 진공이 요구되는 공정(반도체 생산 등) 등이 있습니다. 특히 마지막 두 분야는 제품이 부유하는 무버 위에서 마찰이나 오염이 없는 상태에서 운반된다는 사실로부터 이점을 얻을 수 있습니다. 주어진 분야에서의 요구조건에 따라 사용자는 플라스틱, 스테인리스강 호일 또는 유리판을 XPlanar 표면에 적용해 잔여물 없는 청결하게 유지할 수 있습니다.

Q. XPlanar는 2018년 11월 뉘른베르크에서 개최된 SPS IPC Drive 전시회에서 처음으로 선보였습니다. 이러한 혁신 기술에 대한 방문객들의 반응은 어떠했습니까?

Uwe Prüßmeier : 전시회에서 방문객들은 XPlanar에 상당한 관심을 보였습니다. 많은 사용자들은 오랫동안 생산 설비에서 특정 운반 문제를 해결하기 위한 유연한 솔루션을 찾고 있었기 때문에 각자의 분야에 적용 가능한 다양한 아이디어를 떠올릴 수 있는 계기가 되었습니다. 예를 들어, 식품 가공 분야와 관련해 고품질 제과류 생산에서 초콜릿 코팅 색상에서 항상 미세한 차이가 있습니다. 이는 개별 초콜릿 상자 내에 차이가 없는 경우라면 문제가 되지 않습니다. 그러나 분 당 100개 생산 속도에서 각 포장에 동일한 색상을 가진 초콜릿 10개씩 선택하는 것은 기존 방식으로는 매우 까다로운 일입니다. 모든 초콜릿을 확인하고 분류하기 위한 여러 대의 로봇이 필요하기 때문에 시간, 바닥 공간, 처리량 속도 대비 큰 비용이 요구됩니다. 이러한 문제는 단일 바닥에서 운영되는 개별적으로 제어되는 평면 무버를 이용해 훨씬 효율적으로 해결할 수 있습니다. 개별 초콜릿을 운반하는 무버는 초콜릿의 특정 색상에 따라 생산 라인 끝에서 초콜릿을 손쉽게 분류할 수 있습니다. 또는 무버가 전체 박스를 한 번에 운반하도록 설계된 경우 각 무버는 적절한 초콜릿 색상을 위한 시스템 배출 지점으로 자동으로 이동해 제품을 가져올 수 있습니다. 두 접근법 모두 앞서 언급한 로봇 솔루션보다 더 적은 공간이 요구되는 조건에서 훨씬 더 신속하게 작업을 진행할 수 있습니다.

Q. XPlanar가 제공하는 고도의 유연성을 활용할 수 있는 다른 예를 알려주실 수 있습니까?

Uwe Prüßmeier : 우리는 이미 분석 유연성을 극대화하는 데 상당한 관심이 있는 연구소 자동화 분야로부터 구체적인 문의를 받았습니다. 대부분 동일한 물질의 샘플을 시험했지만 개별 진단을 위해 다소 공통적이지 않은 분석을 진행해야 합니다. 질량 분석조차도 XPlanar는 개별 샘플을 추출할 수 있는 탁월한 방법을 제공합니다. 특정 샘플을 간편하게 방출하거나 교체함으로써 보다 엄격한 품질 보증을 제공합니다. 화장품 산업에서도 유사한 요구가 있습니다. 향수의 경우 개별적으로 라벨을 부착하고 포장해야 고객이 지정한 병에 선택적으로 채워야 합니다.

Q. XPlanar와 XTS 이송 시스템은 사용 상 어떠한 차이가 있습니까?

Uwe Prüßmeier : XPlanar 무버는 기계식 가이드 레일이 필요하지 않기 때문에 앞서 언급했듯이 이동과 관련한 훨씬 더 큰 유연성을 제공합니다. 그러나 XTS의 기계식 가이드도 이점이 있습니다. 평면 무버의 자기 반발력과 비교했을 때 가이드레일은 특히 매우 협소한 곡선에서 하중을 나를 때에 우수한 동역학과 높은 속도를 제공합니다. 적용 분야에 따라 어떤 시스템이 더 적합한지를 결정할 수 있습니다. 결론적으로 XPlanar와 XTS는 상호보완적인 관계입니다.

XPlanar : 평면 무버 기술 데이터

- 최대 속도: 4 m/s

- 최대 가속도: 20 m/s2 (하중 없음)

- 4가지 크기: 95 x 95 mm, 155 x 155 mm,

155 x 275 mm, 275 x 275 mm

- 무버 두께: 12 mm

- 최대 하중(가장 큰 무버): 6 kg (저속도)

- 최대 부양 높이(하중 없음): 5 mm

- 최대 부양 높이(1 kg 하중): 1 mm

- 최대 회전각 (±): 360°, ±15°

- 최대 기울기각: 5°