취출로봇에 대한 궁금증을 풀다
·플라스틱과 취출로봇
플라스틱은 열이나 압력을 더하는 것으로, 자유롭게 성형가공을 할 수 있는 ‘가역성’이 뛰어난 고분자 재료이다.
이러한 플라스틱을 크게 나누면, 열가소성 플라스틱과 열강화성 플라스틱으로 분류할 수 있는데, 그 중에서도 전자는 문자 그대로 열을 더하면 부드러워져 가공하기 쉬워지고 차게 하면 딱딱해지는 특성을 갖추고 있다.
이러한 플라스틱의 특성을 이용한 성형 방법 중 하나에 ‘사출성형’이라고 하는 공정이 있다. 고온으로 녹인 플라스틱을 금형에 주입한 후 냉각해 성형품을 제조하는 공정으로, 플라스틱 성형품의 대략 2/3 정도가 이 방법으로 만들어진다.
여기서 금형으로부터 플라스틱을 꺼내는 전용로봇을 ‘취출로봇’이라고 부르는데 현재는 대부분의 사출성형기에 탑재되고 있다. 그 기능도 성형품을 금형으로부터 꺼낼 뿐만 아니라, 후속 공정기나 출하용의 컨테이너, 골판지에의 스톡과 같이 그 기능이 더욱 다양해지고 있다.
·취출로봇의 탄생
최초 플라스틱 성형 공정에 있어서의 자동화에 대한 요구는 성형품의 수요 확대에 의한 일손부족 때문이었다. 따라서 당시 취출로봇 업계는 사출성형의 후속 공정의 자동화와 인력절감 등을 실현하는 취출로봇에 주목하여 개발했다.
이를 계기로 `60년대 초 일본에서는 플라스틱 성형공정의 효율화를 도모하기 위해 기계를 개발했고, 이는 금형 상부에 설치한 실린더의 상하 움직임으로 성형품을 금형으로부터 ‘떨어뜨리는’ 일을 중심으로 작업을 수행했다. 당시는 성형품이 상하지 않게 하기 위해 작업원이 성형품을 하나 하나 손으로 꺼내는 작업을 해오고 있었기에 이 기계의 개발로 ‘금형으로부터 성형품을 확실히 빼내고 싶다’라는 요구는 일단 채워졌다.
그러나 그 후, 성형기술의 진보로 보다 복잡한 형상의 성형도 가능하게 되어 성형품의 품질 향상도 요구되기 시작하면서 ‘떨어 뜨린다’로부터 ‘꺼낸다’의 의미가 맞을 정도의 고정밀 작업을 요하게 되었다. 즉, 단순 취출동작이 아닌 제품의 스톡, 반송 등의 후속공정에도 유연하게 대응하는 능력을 요하게 된 것이다. 이러한 요구에 응하기 위해 `60년대 후반부터 `70년대에 걸쳐 선회형, 횡형 등 여러 로봇메이커들이 다양한 모델을 개발하게 되었다.
또한 고속성형에 대한 생산효율 향상도 큰 이슈가 되었다. 따라서 로봇기업들은 다기능화, 고속화에 주목하여 이를 만족시키는 로봇을 선보이게 된 것이다.
·취출로봇, 우리 생활에 어떤 도움을 줄까?
일상생활에서 플라스틱 제품이 사용되고 있는 곳은 일용품을 비롯해 가전제품, 정보기기, 자동차 부품, 의료기구, 우주탐사 부품 등 수없이 많다. 조금 과장해서 플라스틱이 없으면 우리 사회는 성립되지 않는다는 말도 나오고 있다. 이처럼 다양한 플라스틱 성형품의 제조에 ‘취출로봇’은 필수아이템이 되었다.
특히, 최근 그 시장이 커지고 있는 광디스크 제품(CD, DVD 등)의 제조공정에 있어 성형 후 고속으로 꺼내야 하는 작업이 필수이기 때문에 취출로봇은 꼭 필요한 분야다.
또한 IT 시대의 전형적인 대량생산품 휴대전화도 케이스 및 도광판 후처리 등에서 성형라인의 안정성과 연속가동에 적합한 아이템으로 적용되고 있다.
- 제품, 러너의 자동취출 : 작업자 혼자서 성형기 5대~20대 담당
- 꺼낸 제품의 팔레타이징 : 꺼낸 제품의 방향정렬 또는 상자 안으로 이동, 보관 및 운반, 후속공정에 유리
- 게이트 컷 : 특별한 커터로 제품과 러너를 절단
- 간단한 조립이나 가공 : 성형 직후, 제품이 아직 따뜻할 때 일부를 굽히거나 조합해 성형기만으로 어려운 작업 가능
- 인서트 성형 : 라벨이나 쇠장식, 보강 부품 등의 공급 장치를 붙여 작업단계 단축
- 자동화 라인 : ‘성형기→ 취출로봇→ 조립 장치(→ 포장 장치)’까지의 자동 라인을 만들면, 제품에 사람의 손이 접하지 않기 때문에 쓰레기나 세균생성을 줄여 청결을 요하는 의료기기나 식품 용기, 정밀기기 등의 제조에 도움
취출로봇에게 요구되는 필수조건
·고속
플라스틱 성형품 중에서 특히 식품용기, 의료용기, 광디스크 등은 얇은 성형품의 양산품목이며, 생산 효율화의 요구가 극히 높은 분야이다.
그 때문에 성형 공정에 대한 취출로봇의 ‘고속화’는 토탈 사이클 단축이 가능하여 주요 테마로 주목받는다. 단 몇 초의 사이클 차이가 공장 전체의 생산성에 큰 차이를 가져오기 때문이다.
더욱이 일단 시스템을 스타트한 다음에는 몇 만회라도 연속으로 에러없는 가동이 필수적이다. 이 같은 환경에서 초고속 동작을 보여주는 전용기가 바로 ‘취출로봇’이다.
IT 시장의 급속한 확대로 CD, DVD 등의 광디스크 분야는 0.069초의 취출속도를 보이기도 하는 등 점차 그 기술력이 높아지고 있다.
·고정도
플라스틱 사출 성형기로부터 성형품을 꺼내는 전용 장치로서 진화해 온 취출로봇이 최근에는 ‘인서트 성형’으로 불리는 특수성형법에 대한 관심이 높은 상태다.
쇠장식 등을 미리 금형에 삽입한 후에 녹은 수지를 충전해 쇠장식과 일체화한 성형품을 만드는 공법인 ‘인서트 성형’은 높은 정도가 요구되는데, 사람의 수작업만큼의 고정도를 요한다.
따라서 취출로봇 기업들은 ±0.05mm의 고정도로 반복운동을 완료하고 있다. 이를 위해 서보모터의 필요성도 높아지고 있고, 이 드라이브 기술과 노하우에 대한 관심도 높아졌다.
·성인, 성력화
금형기기에서 성형품을 꺼내기 위한 취출 자동화는 이제 다른 산업과 마찬가지로 사람을 필요로 하지 않는 완전자동화의 길로 가고 있다.
사출 성형 후의 제품 취출에서부터 출하에 이르는 전공정의 FA기기 제어와 생산정보 관리를 통합해 실시하는 시스템 패키지 소프트웨어가 등장하며, 이를 가능케 하고 있다.
이 같은 생산정보의 일원 관리에 의해 철저한 코스트 삭감을 실현해 노동 집약형이라고 말해지는 성형공장을 생산성의 높은 차세대 성형 공장으로 발전시키고 있는 것이다.
· 조작편의
누구라도 쉽고 편리하게 취출로봇을 운용할 수 있게 하는 티칭펜던트를 위한 기술도 날로 발전하고 있다. 대형화면의 터치패널을 채용함은 물론이고, 문자보다는 아이콘을 표시하며 도움말 기능을 강화해 간단히 조작, 설정할 수 있도록 하는 것이다.
또한 글로벌 시대에 맞춰 세계 여러 나라의 언어를 내장해 지역적인 한계도 이미 넘어섰다.
주목받는 취출로봇 기술, ‘인서트’를 알아보자
사출성형은 재료를 투입하면 1공정(사출 성형)으로 거의 최종 부품이 되는 고효율 가공 방법이지만 부가가치가 높은 제품을 취급하는 경우, 자유 낙하에 의한 성형품의 손상을 방지하기 위하여 인서트(아웃서트) 장치라 불리는 로봇을 병용한다.
·두 종류의 성형품 취출
사출 성형기는 횡형과 입형의 두 종류로 대별된다.
횡형의 경우 성형 후 금형을 열면 자연히 성형품이 낙하하여 금형 외부로의 배출이 가능하지만 제품의 정밀도나 외관이 엄격히 관리되는 제품에 있어서는 장치에 의한 취출이 필요하다.
또, 입형의 경우 기계를 자동으로 가동하기 위해서는 제품 및 런너의 자동 취출이 필요한데 취출 장치의 종류로서는 런너용·성형품용 등이 있고, 고동 방식으로서 캠·에어 실린더·서보 모터 구동이 있다. 런너 취출용으로는 에어 구동이 압도적으로 많이 사용되고 있고 성형품 취출로는 서보 모터 또는 펄스 모터 구동 장치가 많이 사용되고 있다.
부가가치가 높은 성형품의 경우 성형품을 금형에서 취출한 후 다음공정의 박스나 지그 또는 팔레트에 정렬하는 경우가 많아 서보 모터 장치가 필요하게 된다.
성형품의 게이트 방식에 따라서는 취출장치 핸드부에 게이트 커트 장치를 장비하여 취출과 동시에 게이트 처리를 하는 타입도 유리하다.
·인서트(아웃서트)의 종류
①후프(리본)성형
생산성이 높은 자동 인서트의 대표적인 성형방법이다. 성형 전공정에서 뽑기·굽히기 가공을 한 긴 리본 형태의 인서트 워크(금속박판, 헝겊, 종이 등)를 연속적으로 성형용 금형 내에 공급하는 성형 방법이다.
자동화를 위한 장치로는 후프 이송장치가 필요하다. 평단열·평복열 및 입단열·입복열 등의 종류가 있지만 장치의 기본 구조는 같다.
장치의 기본 구성은 텐션부, 이송부, 클램프부로 분류되고 부속 장치로는 오토릴(언코일러)가 사용된다.
②각편 인서트(아웃서트) 성형
인서트와 아웃서트의 구별로서는 수지에 워크가 포함될 경우 인서트성형, 반대로 워크의 일부에 수지를 성형할(프레스 된 판의 부분 부분에 가이드부 등을 성형) 경우 아웃서트로 된다.
인서트 워크의 종류로서는 기계 가공품(샤프트 및 나사·너트 등), 프레스 부품(단자·접점 및 기반), 성형품, 기타(저항기반·소자·유리·헝겊·나일론 필터·종이 등)가 있다.
이러한 인서트 성형을 자동화하는 경우 워크의 공급방법을 어떤 방법으로 행할지 핸들링 방법, 위치 결정 방법 등을 충분히 검토한 후 장치의 구성을 결정할 필요가 있으며, 장치 본체의 종류로서는 캠구동 Ｐ＆Ｐ·에어구동 Ｐ＆Ｐ·로봇·수평 다관절·수직 다관절·원통좌표계 로봇 등 각종 종류가 있다.
이를 위한 자동화에 초창기는 캠 구동이 많이 사용되었으나 시대의 흐름에 따라 에어구동으로 이행되고 최근에는 서보 모터 구동 장치가 주류로 되었다.
·인서트 방식의 2색(２중) 성형
수지를 인서트 워크로서 사용하는 경우의 방식으로서는 다른 공정(전공정)에서 배치로 성형하는 방법이 일반적이나 제품의 품질이나 효율을 고려할 경우 성형한 워크를 취출한 후 직접 다음 금형에 인서트하는 방법이 있다.
완전한 전용기의 경우는 사출 2, 형체 1의 구조로 인서트 장치를 간소화하는 방법도 있고, 한 번의 인서트로 성형이 곤란한 성형품의 경우 공정을 2공정으로 분할하여 인서트 성형을 하는 경우도 있다. 1차 성형에서는 인서트 워크의 핸들링을 간단히 하도록 하고, 2차 성형에서 최종 형상의 성형품을 성형하는 방법이다.
·인서트 성형시 성형품 취출
자동 인서트 시스템에서 사용하는 성형품 취출 장치의 경우 인서트 장치 본체에 취출용 핸드를 부착하여 효율 좋은 시스템으로 많이 하고 있다. 팔레트 스토커와 수직 다관절 로봇을 조합한 자동 인서트·취출·팔레트 수납 시스템으로 한 장치도 실용화되어 있다.
국내외에서 주목받는 취출로봇 트렌드
◆현대중공업, 대형 사출성형기의 취출은 다관절 로봇에 맡겨라!
·사출성형기와 다관절 로봇의 결합… 대형 사출로봇의 시장변화 유도
다관절 로봇이 결합된 대형 사출성형기는 2~3년 전 해외전시회에서 선보인 적은 있었으나 국내 전시회에서는 현대중공업과 우진세렉스의 긴밀한 협조로 진행되었다.
지금까지 소형에서부터 대형까지 광범위한 제품을 다루는 사출기의 경우 직교좌표형 전문 취출로봇이 이 시장에 대응해왔지만 15~20kg 이상의 제품을 취출해야 할 경우 로봇 역시 상당한 크기를 필요로 하여 공간적인 면이나 가격적인 면에서 큰 부담을 가져오는 것이 사실이다.
따라서 대형 사출성형기에 있어서 기존의 범용 다관절 로봇을 이용한 취출을 생각하게 되었고, 가격과 성능면에서 사용자의 만족을 이끌어내고 있다.
·간편한 조작법 또한 고객에게 큰 매력… 플라스틱 성형시장 타깃
우진세렉스의 ‘Two Platen 대형 정밀 사출성형기’와 함께한 현대중공업의 범용 다관절로봇 HX 400S/200S 시리즈는 200~400kg까지의 가반중량을 자랑하기 때문에 일반적으로 15~30kg의 제품이 대형에 속하는 사출성형에 대응하기에는 충분하다.
물론 대형 사출성형기의 경우 연간 40~50여대의 시장으로 매우 작은 규모이지만, 다관절 로봇으로의 시장이 열리면 꾸준한 수요가 예상되기 때문에 이 제품에 대한 고객들의 반응을 살펴봐야 한다. 실제로 지난 「2007 Molding Korea」기간 동안 높은 관심을 가진 참관객들의 문의가 상당했고, 적극적인 대응을 위해 노력하고 있다.
또한 ‘기존에 직교좌표형 취출로봇을 사용해오던 고객들이 다관절 로봇을 사용하는데 무리는 없을까’라는 생각을 갖기도 하는데, 이는 우려에 지나지 않는다.
일반 현장 작업자의 경우 하루, 이틀 정도의 교육만으로 충분히 컨트롤할 수 있으며, 펜던트 자체가 한글화되어 있고 햅틱 형식으로 되어 있어 게임을 하듯 포인트를 찍는 티칭으로 매우 간단하기 때문이다.
◆유신세이키, ‘iREX 2007’에서 선보인 취출로봇 기술
사출 성형기용 취출로봇 전문 메이커의 유신세이키는 인 몰드 라벨링 시스템의 실연과 광디스크 전용 취출로봇 ‘DRD’의 데모 전시를 실시했다.
이 시스템은 취출로봇이 미리 인쇄된 라벨을 금형에 삽입하는 것과 동시에 라벨과 용기가 일체가 된 완성품도 꺼내는 것이다. 전시회장에서는 일련의 시스템 동작을 고속으로 실연해 관심을 모았다.
DRD는 동사가 ‘보다 빠르고, 보다 안정적으로, 보다 간단하게’를 목표로 해 개발한 CD 및 DVD 등의 광디스크 전용의 초고속 취출로봇이었다.
* 자료참고 : 유신세이키(www.ype.co.jp), 세일러(www.sailer.co.jp)
