XTS 무버로 비접촉식 에너지 및 데이터 전송을 가능하게 하다

 No Cable Technology: XTS 기능 확장을 통해 기계 유연성의 새로운 차원 실현

No Cable Technology(NCT)가 적용된 XTS 무버는 이동식 취급 또는 처리 스테이션의 역할을 할 수 있다.

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지능형 이송 시스템인 XTS는 2012년에 출시된 이후 광범위한 어플리케이션에서 제품 이송 및 기계의 컨셉을 혁신해 왔다. 그 결과, 기계의 유연성 및 효율성이 향상되고 크기가 작아졌다. Beckhoff는 이 분야에서 가능성의 경계를 더욱 넓히기 위해 No Cable Technology를 사용한 혁신적인 비접촉식 에너지 및 데이터 전송 솔루션을 개발했다. NCT가 적용된 XTS 무버를 통해 이제 무버에 부착된 디바이스로의 연속적인 전력 공급 및 동기화된 실시간 데이터 통신이 가능해졌다.

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NCT가 적용된 XTS는 기계 유연성 측면에서 또 다른 혁신적 도약을 위한 토대가 되었다. 또한, 제조업체들에게는 까다로운 시장 개발에 도움이 되고, 고도의 유연한 시스템을 구현할 새로운 기회를 제공한다. 점점 더 많아지는 제품의 종류, 짧아지는 제품 수명 사이클, 제한적인 생산 공간으로 인해 매우 높은 기계 민첩성이 요구되는데, 이는 복잡한 기계 구성품을 대체하는 XTS의 강력한 기전공학적 및 소프트웨어 기능을 통해 가능하다. NCT를 활용하면 이전부터 가능했던 동적 제품 이송 이외에도 추가적인 공정 시퀀스를 이동 중이거나 정지 상태에 있는 무버에 직접 구현할 수 있다.

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이제 NCT를 통해 공정이 실행되고 있는 동안 처리 단계 및 품질 관리를 XTS 무버 자체에 구현할 수 있게 되었다. TwinCAT 제어 시스템에 대한 충분한 전력 공급과 신속한 통신으로 이제 센서와 액추에이터를 더욱 쉽게 연결할 수 있게 되었다. 각 무버와의 데이터 통신이 실시간으로 이루어지고 EtherCAT과 함께 시스템 전반의 이벤트를 µs 수준의 정밀도로 동기화할 수 있기 때문에, 정확히 정의된 시간과 위치에서 특정한 이벤트를 트리거할 수 있다. 이와 같은 변화는 특히 제품 이송에 수반되는 제품 취급, 가공, 측정 분야와 관련하여 그리고 급속히 변화하는 생산 배치에 맞게 생산 기계를 수정할 때 사용자를 위한 새로운 엔지니어링 기능을 활용할 수 있는 가능성을 열어준다. 이러한 솔루션의 예시는 아래에서 살펴볼 수 있다.

예를 들어, 처리 스테이션 역할을 하는 무버를 통해 제품 또는 작업물 홀더의 공정 지향적 정렬과 제품 처리, 회전, 조작이 가능하다.

생산 처리량을 늘려주는 이동식 처리 스테이션

액추에이터를 통해 다양한 모션 시퀀스를 무버에 바로 구현하기 위해 NCT는 전력을 무버에 전송할 수 있다. 이를 통해 무버는 동작 중에도 제품을 직접 조작할 수 있다(예: 포장 상자 배치, 캡 고정). 이러한 방식으로 무버는 제조 공정의 중요 요소로서 사실상 이동식 처리 스테이션의 역할을 하게 된다. CNC 기반 모션 시퀀스가 무버의 포지셔닝과 실시간으로 동기화된다. 이 뿐만 아니라, TwinCAT의 소프트웨어 집중화 접근 방식을 통해 외부 처리 스테이션과의 간단한 동기화가 가능하다.

실제로 예를 들어, 회전 동작을 활용하여 제품을 정렬할 수 있다. 이 덕분에 대안 처리 스테이션에서의 인피드 및 아웃피드에 소요되었던 시간을 절약할 수 있게 되었으며 더 이상 제품 흐름을 중단할 필요도 없게 되었다. 따라서 기계 효율 및 산출량도 증가한다.

XTS 무버는 이제 이동식 취급 시스템의 역할을 수행하여 제품 픽업 앤 플레이스 작업을 수행할 수 있다.

점유 공간을 줄여주는 고도로 유연한 멀티 로봇 시스템

NCT를 적용하면 모든 무버가 이동식 핸들링 시스템이 된다. 전동 그리퍼, 전자석 리프터 또는 진공 석션 컵과 같은 툴을 추가함으로써 무버가 제품 픽업 앤 플레이스, 이송 및 쌓기 작업을 수행할 수 있게 할 수 있다. 정렬되지 않은 불규칙한 제품 흐름으로부터의 개별적인 픽업 작업과 후속 정렬 작업(예: 합격품/불합격품 분류, 최종 포장 내 제품 정렬)도 가능하다.

XTS는 로봇 암에 필요한 뛰어난 정렬 기능을 순환 이송 움직임을 통해(즉, 제품 흐름의 순방향으로) 구현한다. 통합 제품 픽업 기능을 갖춘 다수의 무버를 사용하면 추가 공간 없이도 처리량을 늘릴 수 있다. 각 무버는 X, Y, Z 방향으로 제품을 정렬할 수 있는 다축 동작을 수행할 수 있으며, 이때 하나의 축은 이미 무버의 이송 동작에 의해 대체된다. 회전 동작을 통해 추가 자유도를 구현할 수 있다. TwinCAT은 CNC 기능을 통해 축 간의 상호 작용을 모니터링한다. 이러한 통합을 통해 XTS는 필요 설치 공간을 최소한으로 줄이면서 분류 성능을 향상시키는 유연한 멀티 로봇 시스템으로 전환된다.

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TwinCAT 제어 시스템에 직접 연결된 오픈 인터페이스를 통해 다양한 센서 및 액추에이터를 무버에 쉽게 연결할 수 있다(이 경우 초음파 센서를 통한 거리 제어가 가능하다).

즉석 측정 기술을 통한 효율성 및 품질 향상

NCT가 적용된 XTS 무버에 공급되는 전압을 가열 및 냉각에 사용하여 이송 중 정확한 제품 온도를 유지할 수 있다. 물리적 수량을 생성하는 것 이외에도 생산이 진행되는 중 라인에서 뿐만 아니라 공정 중과 처리 스테이션과 병행하여 혹은 이송 중에도 측정 작업을 수행할 수 있다. 이러한 목적을 위해 무버에는 측정된 변수를 기록하는 센서가 장착된다. 결과를 제품과 쉽게 연계할 수 있는데, 이러한 기능은 주문 접수에서 생산 공정 및 납품에 이르기까지 완전한 추적성을 뒷받침한다.

예를 들어 제품 중량을 기록하는 로드셀을 사용하여 완전한 모니터링 및 제어가 이루어지는 주입 공정을 구현할 수 있다. 또한 전송된 공정 데이터를 활용하여 목표 및 실제 충전량을 실시간으로 비교할 수도 있다. 이와 같은 100% 모니터링 기능은 이상을 조기에 탐지하여 신속하고 적절한 대책을 시행할 수 있게 해준다. 충전 곡선이 너무 평평한 경우 이를 통해 유량이 급감한 충전 스테이션을 즉시 인지할 수 있다. 게다가 완전 충전도 당연히 가능하다. 영향을 받은 충전 스테이션은 후속 유지보수가 수행되어 해당 공정 전체에 걸쳐 제품 품질 및 생산 성능이 보장될 때까지 생산 공정에서 잠금 상태를 유지하게 된다. 이러한 즉각적인 품질 보증 조치 덕분에 추가적인 공정 단계가 필요하지 않으며, 전제 생산 공정에 걸쳐 제품이 무버 상에 그대로 있기 때문에 기계 효율성이 크게 향상된다.

측정 작업을 처리 스테이션과 병행하여 혹은 이송 중에 즉석에서 수행할 수 있다. 센서를 무버에 장착하면 연속적인 공정 모니터링이 가능하다.

다양한 공정 솔루션을 구현할 수 있는 오픈 인터페이스

No Cable Technology는 무버의 전자 부품에 대한 통합 데이터 통신 및 접근성을 구현해준다. 생산 데이터 또는 시스템 구성을 메모리에 직접 저장할 수 있어 무버와 툴 그리고, 제품이 확실하게 식별된다. 무버는 무버로 운반되는 툴의 상태를 모니터링하는 기능도 제공한다.

이에 더해, 무버의 데이터 통신은 TwinCAT 제어 시스템과 직접 연결된 오픈 인터페이스도 제공한다. 따라서 동작 중에도 표준 디바이스를 무버에 연결할 수 있다. 한 가지 예로, RS485 통신 인터페이스를 통해 초음파 센서로부터 사이클 데이터를 검색하고, 이를 사용하여 거리 제어가 가능하다. 센서 및 액추에이터를 포함한 광범위한 전체 제품 포트폴리오를 무버에 통합할 수 있다.

정렬되지 않은 불규칙한 제품 흐름에서 동적으로 제품 픽업을 수행한 후 질서정연하게 저장할 수 있다. 다양한 무버를 사용하면 XTS를 매우 유연한 멀티 로봇 시스템으로 전환할 수 있다.

완전한 호환이 가능한 모듈형 XTS 시스템의 확장

무버에 장착할 수 있는 특수 모터 모듈과 전자 장치를 포함하도록 모듈형 XTS 시스템을 No Cable Technology에 맞게 확장하였다. NCT에 필요한 하드웨어가 모터 모듈에 완전히 통합되는데, 기존 기능 및 간소한 디자인이 그대로 유지된다. 추가 연결이나 공급 라인이 필요하지 않다. 또한 모든 NCT 구성품이 이전 시스템의 구성품과 완전히 호환되기 때문에, 필요할 경우 이전 버전과도 통합할 수 있다.

Thomas Beckhoff, XTS 제품 관리자, Beckhoff Automation

​No Cable Technology

Beckhoff가 개발한 No Cable Technology(NCT) 솔루션은 에너지 및 데이터를 비접촉 방식으로 이동 객체에 전송할 수 있다. 75 W의 피크 출력 및 35 W의 정력 출력과 TwinCAT 제어 시스템과의 빠른 통신(250 µs의 사이클 타임)을 통해 센서 및 액추에이터를 매끄럽게 연결할 수 있다. 데이터 통신이 실시간으로 이루어지며 EtherCAT과 연동하여 시스템 전반에 걸쳐 µs의 정확도로 이벤트를 동기화할 수 있다. 모터 모듈로 구성된 액티브 이송 경로를 사용하여 공급 전력으로부터 하나 이상의 이동 객체에 대한 독립적인 유도 결합을 생성할 수 있다. 에너지가 제어되고 위치 종속적인 방식으로 시스템 내의 요구되는 지점으로만 전송되기 때문에 전체 시스템에 걸쳐 매우 높은 에너지 효율을 구현할 수 있다. 따라서 요구되는 경우 전송 에너지의 프로파일을 경로에 따라 조정할 수 있다.

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[원본] FA VISION 23년도 7월호