PC 기반 제어를 통한 워터젯 절단 시스템

 완벽한 윤곽을 얻기 위한 정확하고 빠른 방법

워터젯 절단 시스템에는 제어 시스템에 대한 몇 가지 매우 구체적인 요구 사항이 있다. IGEMS는 Beckhoff의 PC 기반 제어를 사용하여 이러한 요구 사항을 충족한다. © Jamie Steinbichler

제어 시스템은 워터젯 절단을 포함한 모든 형태의 생산 기술에서 매우 구체적인 요구 사항을 가진다. 스웨덴의 IGEMS는 이 공정을 정밀도와 속도 측면에서 새로운 수준으로 끌어올리겠다는 목표를 세웠고, PC 기반 제어를 통해 이를 달성했다. 머신 빌더인 Kimtech와 같은 사용자들이 현재 이로 인한 결과의 혜택을 누리고 있다.

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워터젯 절단은 금속, 플라스틱, 유리, 세라믹, 석재, 복합재 등 다양한 재료를 절단하기 위한 효과적이고 다재다능한 공정이며 생선 필레 및 디저트 케이크 분할과 같은 비정형적인 어플리케이션 분야에서도 사용할 수 있다. 스웨덴 보로스에 본사를 둔 워터젯 절단 시스템용 CAD/CAM 소프트웨어 전문 업체 IGEMS의 기술 매니저 Jesper Kimblad는 다음과 같이 말한다. "워터젯 절단은 다용도성, 정밀성, 청결성, 친환경성, 비용 효율성이 좋기 때문에 저희는 워터젯 절단을 선호합니다." 하지만 완벽한 절단을 위해서는 이러한 기술력 이상의 것이 필요하다. Jesper Kimblad는 다음과 같이 덧붙였다. "우리는 워터젯의 물리학을 심도 있게 연구하고 끊임없이 변화하는 특성을 고려한 CNC 소프트웨어를 개발했습니다." "워터 절단에는 구체적인 CAD 및 사전 제작 소프트웨어뿐만 아니라 최적화된 제어 시스템도 필요합니다." TwinCAT 3는 다양한 기능과 기타 Beckhoff 구성 요소들이 탑재되어 있으며, IGEMS 제어 플랫폼의 기반을 형성한다.

많은 축이 존재함에도 불구하고 컨트롤 캐비닛은 AX8000 다축 서보 시스템(아래)과 C6030 초소형 산업용 PC(위)로 콤팩트하고 깔끔하게 정리되어 있다. © Jamie Steinbichler

유연성과 개방성이 제공하는 이점

Jesper Kimblad에 따르면, 다른 어떤 시스템도 필요한 유연성과 기능을 제공하지 못했다. "기존 제어 시스템의 문제점 중 하나는 노즐이 경로를 이동하는 동안 디지털 출력을 충분히 빠르고 동기화된 방식으로 제어할 수 없다는 것입니다." 그러나 워터젯 절단은 바로 이 수준의 제어를 필요로 한다. 아주 잠깐의 멈춤이나 지연도 절단면에 자국을 남길 수 있기 때문에 물과 연마재는 정밀하게 계량되어야 한다. Jesper Kimblad는 Beckhoff의 PC 기반 제어 기술이 제공하는 또 다른 장점으로 다른 어떤 제어기도 작동 중에 공급 속도를 분당 밀리미터에서 역시간으로 전환할 수 없다는 점을 꼽았다. 이 기능은 파이프 절단이나 5축 작업에서 특히 유용하다.

IGEMS는 다른 제어 공급업체와 총 네 번의 시행을 거친 끝에 마침내 PC 기반 제어 및 TwinCAT 3의 개방형 접근 방식으로 적합한 플랫폼을 찾았다. Jesper Kimblad는 다음과 같이 말한다. "우리는 다른 시스템에서 필요한 적응을 구현할 수 없었습니다. 또한 다른 공급업체들은 하드웨어의 종류가 제한적이어서, IGEMS의 제어 시스템 사용자들은 항상 필요한 추가 제어 구성 요소를 다른 공급업체로부터 구매하여 직접 통합해야 했습니다."

PC 기반 제어는 오프컷을 최적화하는 데 도움이 된다. 패널의 윤곽을 카메라로 캡처하여 제어 시스템으로 읽어들일 수 있다. 그런 다음 기계 작업자는 사용자 인터페이스에서 보류 중인 생산 주문의 영점을 설정할 수 있다. © Jamie Steinbichler

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하드웨어 및 소프트웨어의 단일 소싱

하지만 Beckhoff는 광범위한 기술을 보유하고 있기 때문에 전 세계 어디에서든 워터젯 절단기에 필요한 모든 전기 구성 요소를 공급할 수 있다고 Jesper Kimblad는 설명한다. 이는 워터젯 절단 시스템을 전 세계에 판매하는 IGEMS 고객들에게 매우 중요하다. Jesper Kimblad는 다음과 같이 말한다. "가장 중요한 것은 TwinCAT 3는 프로그램이 실행되는 동안 기계를 멈출 필요가 없기 때문에 한 번의 작업으로 여러 절단 작업을 수행하고 직선 절단을 보장할 수 있다는 점입니다."

IGEMS는 Beckhoff TwinCAT 소프트웨어, 특히 TC1200 (PLC), TF5000 (NC PTP), TF5060 (NC FIFO 축) 기능을 사용하여 모터의 궤적을 계산하고, 드라이브 및 움직임을 제어하며, 축 보간을 수행하고, I/O 변경 사항을 추적하고, 이 모든 데이터를 TwinCAT에 통합된 FIFO(선입선출) 버퍼로 전송한다. 모든 데이터는 Beckhoff의 EtherCAT 네트워크 프로토콜을 통해 실시간으로 통신된다.

알려진 바와 같이, 틸터의 한 축은 소형 AM8000 서보모터로 구동된다. © Jamie Steinbichler

Jesper Kimblad는 다음과 같이 말한다. "TwinCAT의 개방성을 매우 높이 평가합니다. 이 소프트웨어는 변화하는 위치와 관련된 어려운 작업을 매우 빠르게 처리하며 정확하고 완벽한 절단을 보장합니다. 이는 값을 모니터링하는 데 이상적이며 산업용 PC에서 실행되므로 노트북에서 전체 개발 과정을 수행할 수 있습니다. 워터젯 절단 시스템을 설정하고 프로그래밍하는 데 걸리는 시간은 5분에서 30분이면 충분할 정도로 매우 빠릅니다."

또한 PC 기반 제어의 개방성 덕분에 머신 빌더는 추가 기능을 제어 시스템에 쉽게 통합하고 이를 Beckhoff 하드웨어로 자동화할 수 있다.

IGEMS 자체에서는 이러한 유연성을 옵션 기능, 예를 들어 작업을 준비하고 교정을 수행할 때 사용한다. 대부분의 경우, 남은 판금 조각은 다음 주문을 위해 보관되고 절단 시스템에 여러 번 고정된다. 절단 시스템 위에 옵션으로 장착되는 카메라가 이러한 조각을 스캔하여 이미지를 제어 시스템으로 전송한다. 제어 시스템에서 윤곽선의 크기가 조정되고 향후 처리 프로그램의 "절단 패턴"에 표시된다. 그런 다음 기계 작업자는 이미지에서 직접 NC 프로그램의 영점을 설정하고 필요한 경우 부품의 위치를 조정할 수 있다. 또한 IGEMS는 시스템 교정 기능을 제어 시스템에 통합하여 옵션인 IGEMS 라운더와 함께 X, Y, Z 방향의 편차를 측정하고 보정한다. Jesper Kimblad는 다음과 같이 개방형 제어 아키텍처의 이점을 강조한다. "머신 빌더들은 이 교정을 위해 반나절에서 하루 종일 걸리곤 했는데, 우리 소프트웨어와 측정 헤드를 사용하면 9분이면 충분합니다."

시리즈의 매우 역동적인 리니어 모터는 AX8000 다축 서보 시스템과 TwinCAT 3를 통해 제어된다. © Jamie Steinbichler

부문 세분화를 통해 머신 빌더가 얻는 이점

스톡홀름에 위치한 Kimtech은 현재 IGEMS의 제어 시스템을 갖춘 15대의 기계를 설치했으며, Beckhoff로부터 30대의 완전한 시스템을 추가로 주문했다. CEO Gustaf Kimblad는 다음과 같이 말한다. "워터젯 절단에 특별히 맞춤화된 제어 시스템에 만족합니다. 제어 시스템은 운영, 모니터링, 원격 유지보수를 최적화합니다. 또한 정밀한 보정이 가능하고 프로그래밍과 관련된 작업량을 줄일 수 있습니다. HMI는 사용자 친화적이며 통합된 도구는 직관적입니다. 전반적으로 제어 시스템은 워터젯 절단기의 구조를 단순화하고 복잡성을 줄여 줍니다." Gustaf Kimblad는 Beckhoff의 One Cable Technology(OCT)를 예로 들었다. "OCT는 단 하나의 케이블만으로 드라이브를 연결할 수 있게 해주고 부품이 더 적게 필요하여 경쟁력을 크게 높여줍니다. 이제 머신 빌더로서 우리가 가장 잘하는 일에 더 집중할 수 있게 되었습니다." 또한 Kimtech만이 아니라 미국과 중국의 다른 프로젝트들도 IGEMS와 Beckhoff가 제공하는 완전한 제어 시스템과 단일 연락 파트너로부터 혜택을 받고 있다. Jesper Kimblad는 이 점을 언급한다.

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Beckhoff 스웨덴의 모션 부문 수석 영업 전문가 Stefan Hanhela가 Kimtech의 CEO Gustaf Kimblad, IGEMS의 Jesper Kimblad(왼쪽에서 오른쪽 순서)와 함께 HMI를 제공하는 CP3921 스테인리스 스틸 멀티 터치 컨트롤 패널이 장착된 워터젯 절단 시스템 앞에서 포즈를 취하고 있다. © Beckhoff

[원본] 월간컨트롤 24년도 12월호