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| 기술 분야 | 로봇 기술, 생산 기술 |
| 기술 키워드 | 생산성 향상, 에너지 절약, 소형화, 고품질화, 자동화, 고속화, 고효율화, 효율화, 공간 절약화, 비용 절감, 환경 부하 경감, 유지 보수 향상, 로봇 |
2024년 12월 6일
2030년까지 지속가능하고 더 나은 세계를 목표로 하는 국제 목표인 SDGs 달성을 위해, 제조업에서도 에너지 절약과 탄소 중립에 대한 노력이 요구되고 있으며, 공장의 에너지 소비의 삭감은 달성해야 하는 중요한 항목입니다.
제조 공장에서 '도장 공정'은 가장 에너지 소비가 큰 공정 중 하나이며, 그 80%를 도장 부스가 차지하고 있습니다. 특히 자동차 부품과 같은 높은 의장성이 요구되는 대형 복잡한 형상의 수지 부품의 도장 공정에서는 고품질을 확보하기 위한 「추가 도장」이나 「불량품의 재도장」이 불가피하고, 이것이 도장 부스의 공조 에너지 소비를 증가시켜 공장 전체의 에너지 소비 증대의 요인이 되고 있습니다. 이 때문에, 「도장 공정」에서는, 1회의 도장만으로 할 수 있는 고품질의 도장에 가세해, 도장 부스의 축소화와 도장 시간의 단축이 요구됩니다.
이러한 과제 해결을 위해, 당사는 그림 1에 나타낸 독자적인 도장 시스템을 제안해 왔습니다. 기존의 연속 컨베이어 시스템에서 바카라 사이트 오리지날의 셀 생산 방식으로 바꾸는 것으로 도장 부스의 축소가 가능하게 되어, 에너지 소비의 삭감과 도장 효율·품질의 향상을 실현할 수 있는 것을 2장에서 설명합니다. 자세한 내용은 2023년 10월 발행 기술 보고서※1에서 당사 독자적인 도장 시스템의 근본이 되는 「MOTOFEEDER TILT의 컨셉」을 소개하고 있으므로 봐 주세요.
이번에는, 이 컨셉의 효과를 더욱 높이는 「협조 도장」을 3장으로 소개합니다. 「협조 도장」은 당사 발안의 기술이며, 카본 뉴트럴 실현에의 공헌과 생산성 향상을 한층 더 진행하는 기술이 됩니다.
그림 1 당사 독자적인 도장 시스템의 제안
※1 공개 중인 기술 보고서란
테크니컬 리포트 2023 No.7
"도장 공정 전체의 에너지 절약화 및 생산 시간 단축에 기여하는 도장 시스템~도장 용도 워크 공급 장치 겸 포지셔너 MOTOFEEDER TILT의 개발~"
당사는 1980년대부터 도장 로봇의 제조·판매를 실시해, 도장 공정 전체의 소비 에너지 삭감의 과제 해결을 위해, 워크 공급 반송 장치 겸 포지셔너(제품명: MOTOFEEDER TILT)를 개발해 2020년에 시장 투입했습니다.
그림 2는 MOTOFEEDER TILT를 사용하는 시스템의 예를 보여준다. 이 시스템은 기존의 연속 컨베이어 이송 방식에 비해 부스 축소와 택트 타임 단축에 의한 대폭적인 에너지 절감, 워크 자세 제어에 의한 고품질 도장을 실현합니다.
또, 그림 3과 같이, MOTOFEEDER TILT에 도장 로봇(도장 건을 움직이는 로봇)을 탑재해 사용해, 도장 로봇의 컨트롤러로 동작하는 선회·경동·회전축으로 워크의 반출입과 도장시의 워크 자세의 제어를 실시하면, 한층 더 부스 에리어의 축소, 에너지 삭감도.
이 제안을 통해 다음과 같은 개념을 제시하여 문제를 해결합니다.
그림 2 MOTOFEEDER TILT를 이용한 셀 도장 시스템의 예
그림 3 도장 로봇을 탑재한 MOTOFEEDER TILT
공작물의 각도를 3차원적으로 바꾸어 도장에 최적의 자세를 취하고 중력 방향으로 불어 넣으면 균일한 도장면과 도장 효율이 향상됩니다.
반송 중 공작물 자세의 자유도를 높이고, 간섭 회피 영역 등의 도장 이외에 필요한 영역을 축소하여 방대한 공기조화 에너지를 줄입니다.
워크 자세 제어를 통해 에어 컷(자세 변경) 시간을 줄일 수 있으므로 기존의 도장 방식(컨베이어 방식)에 비해 부스 사용 시간이 단축됩니다. 또, 고품질·고효율 도장의 실현에 의해 불량품이 삭감해, 재도장 시간의 단축에도 연결됩니다.
시뮬레이션과 실제 기계 간의 오차 축소로 위치 보정 작업을 대폭 줄일 수 있어 설비 시동 및 조정 시간을 단축할 수 있습니다. 또, 일정 방향(중력 방향)의 도포에 의해 부스 벽이나 로봇의 오염을 저감할 수 있어, 청소 시간이 감소합니다.
워크측의 자세 제어를 가능하게 하는 「MOTOFEEDER TILT 컨셉」을 실현하는 셀 도장의 시스템 예를 그림 4에 나타냅니다.
그림 4 자세 제어를 이용한 셀 도장 시스템 예
MOTOFEEDER TILT를 이용한 워크의 자세 제어 방식을 그림 4(a)에 나타냅니다. 도장 중에 워크 반송하기 때문에 로스 타임이 거의 없습니다. 단, MOTOFEEDER TILT분의 기기 구성이 늘어납니다.
MOTOFEEDER TILT 를 사용하지 않고 이재 로봇(워크를 움직이는 로봇)으로 도장 컨셉을 실현하는 자세 제어 방식을 그림 4(b)에 나타냅니다. 이재 로봇으로 자세 제어를 실시하기 위해 ①보다 자세 제어하기 쉽습니다만, 워크 반송중의 도장은 할 수 없게 되기 때문에 ①의 방식보다 로스 타임이 많아집니다.
자세한 내용은 게시 중인 기술 보고서※1을 참조하세요.
도료를 미세화하여 분무하는 도장기(도장 건)를 사용한 도장 시스템의 문제에는 다음과 같은 것이 있으며, 종래의 도장 로봇에서는 해결할 수 없는 것이었습니다.
① 도장 건의 동작 속도에 반비례하여 저하되는 도장 품질·도착 효율
② 도포 방향과 도포 거리의 영향을 받아 저하되는 도장 품질·도착 효율
이러한 문제를 해결하기 위해서는 워크의 도포면에 대하여 도포 방향이 중력 방향이고 면직하게 되도록 자세 제어하고, 도장 건의 이동 속도를 느리게 하면서 생산 전체의 택트 타임을 올려 간다는 상반되는 과제를 해결할 필요가 있습니다.
그림 5 협조 도장의 동작 이미지
우리는 위의 문제를 해결하는 방법으로 '협조 도장'을 제안합니다.
「협조 도장」이란, 도 5에 나타내는 바와 같이, 워크를 도장 로봇의 동작과 상반되는 동작을 시키는 것으로, 도장 건과 워크의 상대 속도와 도장 궤적을 유지하면서 도장하는 당사 독자적인 제어 방식입니다.
그림 6은 협조 도장의 두 가지 제어 방법을 보여준다. 그림 6(a)는 도장건의 속도를 반감함으로써 기류의 흐트러짐을 억제하고 워크를 도장건과 상반되는 방향으로 움직임으로써 도장건과 워크의 상대속도를 유지하며 택트타임을 바꾸지 않고 도장품질을 향상시키는 방식이다. 또한 그림 6(b)는 도장건의 속도는 같고 상반되는 동작을 하는 워크도 같은 속도로 하고, 도장건과 워크의 상정속도를 올리면 품질을 바꾸지 않고 생산 전체의 택트타임을 올릴 수 있는 방식입니다.
이 때 도장 방향을 중력 방향으로 분사하는 것이 포인트입니다.
그림 6 협조 도장시의 건 속도와 도착 효율
또한, 로봇은 상대적인 좌표계(한 좌표계 원점으로부터 임의의 XYZ 방향으로 구성되는 좌표계)로 변환하는 기능을 가지므로, 도장 로봇과 이재 로봇 공통의 좌표계내에서 도장 동작을 작성할 수 있어 로봇간의 캘리브레이션을 해 두면, 공통화한 좌표계로 양자를 동작할 수 있습니다. 이로써 로봇의 설치 어긋남이 있어도, 수정하지 않고 같은 지령으로 동일한 궤적에서의 도포가 가능하게 되어, 생산 준비 시간을 대폭 단축할 수 있습니다.
이 "협조 도장"에는 다음과 같은 특징이 있습니다.
협조 도장은 면직하고 중력 방향으로 도장할 수 있으므로 도장 품질을 향상시킵니다. 또, 일정 방향의 도포이므로, 도료 미스트의 확산 오염을 저감할 수 있습니다. 게다가, 이송 로봇과 도장 로봇이 좌표계를 공유하므로, 도장 건과 워크와의 위치 관계의 재현성을 높일 수 있어 도장 품질이 안정됩니다. 정전 도장에서는, 이 위치 정밀도의 향상이 근접 벨의 능력을 최대한으로 발휘시켜, 균일한 막두께 도장이 가능해져, 매끄러운 도장에 의한 색조나 피부를 향상시킬 수 있습니다.
그림 7 패스 피치 비교
그림 8 가감속 시간과 택트 타임의 비교
협조 도장은, 도장 건의 대지 속도를 감소(상대 속도는 유지) 시키는 것으로, 도장 막 두께가 넓고 평활(도 7(b))이 되어 도착 효율이 향상하기 때문에, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이 패스 피치를 넓힐 수 있습니다. 또, 그림 8에 나타내는 지정 속도까지의 가감속 시간이 반감(상대 속도 제어의 절반의 속도까지의 가속으로 좋다)하고, 도 9에 나타낸 바와 같이 오버스프레이가 적어집니다. 이상의 특징에 의해, 도장 공정의 택트 타임 단축과 도료 소비량(런닝 코스트)의 삭감이 가능해집니다.
그림 9 오버 스프레이 비교
그림 10 손목 동작과 도장 범위의 비교
도장 로봇과 이송 로봇의 좌표계를 공유하기 때문에 실제 라인 설치 등에 오차가 있어도 도장 궤적을 일치시킬 수 있어 품질이고 작업을 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 위치 보정 등의 조정 작업도 없어지므로 생산 준비 시간을 대폭 단축할 수 있습니다.
또한, 협조 도장은 워크의 자세 제어를 실시하므로, 도 10에 나타낸 바와 같이 종래의 도장 방식에 비해 로봇의 손목 동작이 반감하여 도료가 흩어지는 도장 퇴적 영역을 좁게 할 수 있어, 메인터넌스 공수를 삭감할 수 있습니다. 게다가 도장기기의 호스나 파이버 케이블, 저전압 케이블 등의 수명이 연장되어 메인터넌스 코스트를 삭감할 수 있습니다.
도장 건의 속도가 800mm/s 정도를 초과하면 도장 품질이 저하됩니다. 협조 도장의 효과를 검증하기 위해, 도장 품질이 저하되는 상대 속도 1200mm/s의 조건으로 2패턴의 검증을 실시했습니다. 동일 형상의 워크에 도장을 실시하고, 동일 장소에서 워크에 도착한 도료의 막 두께를 측정했습니다(도 11(a)).
● 도장 조건 : 상대 속도 1200mm/s, 일왕복 동작, 도료 토출량 일정
● 검증 패턴
① 워크+도장 상반 동작(협조 도장): 도장측 800mm/s, 워크측 400mm/s
② 도장측만 동작·워크 고정(종래의 도장): 도장측 1200mm/s, 워크측 0mm/s
그림 11(b)에 막두께 측정 결과를 나타냅니다. 종래의 도장(②)에 대해, 협조 도장(①)에서는, 막 두께가 증가할 수 있어, 협조 도장에 의해 도착 효율이 향상할 수 있었던 것을 알 수 있습니다. 이 검증을 통해 기존에 사용할 수 없었던 1200mm/s라는 상대속도에서도 균일하게 막두께를 향상할 수 있어 현재 많이 진행되고 있는 로봇 단체의 도장과 비교하여 택트타임의 단축을 실현할 수 있는 것으로 나타났습니다.
종래의 도포 속도의 한계 이상의 속도로 도장할 수 있는 한편, 기류의 혼란도 억제할 수 있어, 도착 효율과 품질, 택트 타임을 향상시킬 수 있습니다.
그림 11 동일 조건 하에서의 막 두께 측정 결과
이와 같이 도장 건과 공작물을 강조하고 움직이는 '협조 도장'은 공장에서 가장 에너지 소비가 큰 공정 중 하나인 '도장 공정'에서 에너지를 대폭 줄이고 고품질 도장을 실현할 수 있습니다.
당사 발안의 복수 로봇에 의한 협조 도장 시스템은, MOTOFEEDER TILT의 컨셉의 효과를 더욱 높여, 높은 의장성이 요구되는 도장 공정에서도 고품질 도장이나 택트 타임 단축, 도장 부스 축소를 실현했습니다. 이를 통해 탄소 중립에 대한 대처에서 큰 과제가 되고 있는 도장 공정의 에너지 소비 삭감에 크게 공헌할 수 있습니다.
현재, 「협조 도장」에 대응할 수 있는 신형의 MOTOFEEDER TILT를 개발하고 있어, 당사 도장 시스템의 라인 업을 더욱 충실하게 해 나갈 것입니다.
앞으로도 페인트 품질 향상과 생산 택트 타임 단축 등 고객의 요구에 부응하는 시스템을 제안하여 탄소 중립 실현에 기여할 것입니다.
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