갠트리 로봇으로 구현한 타이어 비드 자동화 시스템 도입 사례
타이어, 고무, 석유, 가스, 전선 및 케이블 산업을 위한 고정밀 산업용 제조장비를 공급하는 글로벌 기업 Bartell Machinery Systems(바텔 머신 시스템즈)는 75년 이상의 업력과 8500대 이상의 장비 제작 실적을 보유하고 있는 기업이다.
현재는 자동 이송 및 저장 시스템, 비드 처리 시스 템, 비드 측정 장비 등 다양한 자동화 솔루션도 함께 제공 하고 있다.Bartell은 최근 타이어 및 고무 산업용 장비에 필요한 픽앤플레이스 구성 요소로 Rollon의 맞춤형 Y-Z 축 갠트리 로봇을 채택했다.
이 장비는 철심 케이블에 고무를 코팅해 특정 형상으로 감아 제작되는 ‘타이어 비드(TireBead)’를 생산하는데 사용된다.Rollon의 갠트리 로봇이 탑재된 이 시스템은 완성된 타이어 비드를 생산라인 끝단의 자동 카트로 이송하는 역할을 수행한다. Bartell이 이 공정을 자동화한 배경에는 약 1분당 4사이클이라는 빠른 기계 사이클 속도가 있었다. 이 속도는 작업자가 수작 업으로 대응하기에는 지나치게 빠르기 때문에 자동화가 필수적이었다.
완전 맞춤형 시스템 구현
Bartell은 고객의 애플리케이션 요구사항과 생산라인 배치 조건을 충족 하기 위해 자사 장비를 모두 맞춤 설계한다. 타이어 비드 제조 공정에서 사용되는 픽앤플레이스 시스템 역시 예외는 아니었다. 이 로봇 시스템은 생산환경에 따라 완전한 커스터마이징이 가능해야 했다.이를 위해 Bartell은 다양한 옵션을 검토했으며, 그 결과 Rollon의 다축 시스템이 최적의 솔루션이라는 결론을 내렸다.
Rollon의 Y-Z 축 갠트리 로봇은 수평 방향으로 약 12피트에서 최대 20피 트, 수직 방향으로는 6피트에서 8피트까지 이동이 가능하다. 타이어 비드 제조 공정에서는 벨트 구동이 아닌 액추에이터를 사용할 것과 고객의 까다로운 소음 기준을 충족할 수 있을 만큼 조용한 것이 중요한 요건이었다.
이전에 사용되던 벨트 구동 액추에이터는 높은 추력(Thrust Force)을 견디지 못해 고장이 발생한 바 있다. 또한 장거리 이송이 요구되는 만큼 볼스크류 방식 역시 적용이 어려웠다.이러한 조건을 종합적으로 고려한 결과, 랙앤피니언(Rack and Pinion) 방식이 요구 하중을 안정적으로 처리할 수 있다는 판단이 내려졌고, 이에 따라 Rollon의 Tecline 액추에이터가 해당 작업에 최종 채택되었다.
정밀하고 안정적인 동작 성능 확보
이번 갠트리 로봇에 적용된 Rollon의 Tecline 액추에이 터는 랙앤피니언(Rack and Pinion) 방식을 채택하고 있어, 벨트 방식에서 발생할 수 있는 미끄러짐이나 파손 우려가 없다. 대신, 경화 처리된 경사진 톱니 형태의랙이 고정밀 구동과 높은 안정성을 보장한다.또한 장비 운전 시 소음 수준은 Bartell이 제시한 최대 허용 기준인 75dB를 크게 밑도는 수준으로, 생산 현장의 정숙성 요구도 만족시켰다.
기계 크기 측면에서도, 수직 Z축 길이 2m라는 요구 조건을 무리 없이 충족했으며, 필요한 비틀림 강성(torsional rigidity)도 확보되었다. Rollon은 표준 빔 길이 기준 최대 12m까지 지원하며, 이보다 긴 구성은 조인트 방식으로도 제공이 가능하다.이번 적용 사례에서는 2m/s²의 가속도와 222ft-lb의 추력 요구가 있었지만, Rollon 시스템은 최대 10m/s²의 가속도와 높은 하중 한계를 지원하기 때문에 이 조건도 넉넉히 충족됐다. 더불어, 중앙 집중식 윤활 시스템이적용 되어 유지보수 부담도 최소화되었다.
다양한 산업에 적용 가능한 유연성
Rollon은 다양한 산업 애플리케이션 요구에 부합하는 맞춤형 리니어 모듈을 자체 생산하고 있으며, 그 중 Tecline 랙앤피니언 액추에이터는 5kg부터 최대 2000kg까지의 페이로드를 처리할 수 있도록 설계되어 있다.Bartell의 타이어 비드 이송 시스템 외에도, Tecline 액추에이터는 로봇 시스템, 팔레타이징 장비, 생산라인, 물류 및 카테시안 축 기반 제조 장비 등 다양한 응용 분야에 손쉽게 통합이 가능하다.
Tecline 액추에이터는 경쟁 제품 대비 △빠르고 간편한 조립 △유지보수 간소화 △ 다양한 통합 솔루션 제공 △완전 맞춤형 설계 가능 △신뢰할수 있는 기술 지원 등의 주요 장점을 제공한다.Tecline 액추에이터는 고강도 압출 알루미늄 프로파일로 제작된 솔리드빔 구조를 기반으로 하며, 공구 조립을 위한 사전 가공 알루미늄 주조 합금 플레이트, 편심 부시를 통해 조정 가능한 고정 및 진동 롤러 슬라이드를 포함하고 있다. 이외에도 다음과 같은 고급 사양이 적용되어 있다.
케이지드 볼 롤러 슬라이드(Caged ball roller sliders): 슬라이드와 가이드 레일 사이의 마찰을 줄이고, 내구성을 높이며 윤활 유지보수 요구를 최소화해주는 구조가 기본 적용돼 있다. 정밀 정렬 기능(Perfect alignment): 모든 프로파일 고정부는 정확하게 정렬되어야 하며, 리니어 축을 병렬로 장착할 경우 축 간 평행도 및 헤드 표면 간 정확한 동일 평면성(coplanarity)을 확보할 수 있도록 설계됐다.
영구 윤활 시스템(Permanent lubrication): 롤러 슬라이드 및 V형 롤러 에는 영구 윤활 시스템이 탑재되어 있어, 적절한 사용 조건 하에서는 정기 적인 유지보수가 불필요하며, 픽앤플레이스 같은 핸들링 시스템의 평균수명을 크게 연장시켜준다.
자료제공: Rollon(www.rollon.com)
