터치 프로브를 활용한 교육 비용이 0인 교육 시스템이란?

노동력 부족과 작업 효율성 향상으로 인해 가공 및 검사 공정에서 인간과 함께 작업할 수 있는 "협업 로봇"이 점차 도입되고 있습니다.
최근 들어 로봇은 운반과 같은 단순한 작업뿐만 아니라 절단 및 용접과 같은 더욱 복잡한 작업까지 수행해야 하는 상황에 놓였습니다.

METROL 로봇용 3D 터치 프로브 [K3M 시리즈]를 개발 및 판매합니다.
이 센서들은 20년 이상 다양한 산업용 로봇, 공작기계 및 로봇 시스템 통합업체에서 사용되어 왔습니다.

*본 기사에서 소개하는 시스템은 로봇 시스템 통합업체인 타카마루 코교 주식회사 와의 협력을 통해 개발되었습니다.

로봇 용 터치 프로브 K3M 의 주요 특징

먼저 터치 프로브 K3M을 소개하겠습니다.

【 주요 용도에 대하여】

• 가공 또는 용접 전에 공작물의 위치를 감지합니다.
• 가공물의 구멍 위치 및 깊이 확인
• 공작물의 위치 보정
• 내경, 외형 및 평행도 확인
  

【 주요 특징】

• 로봇과 프로브는 가공 전에 부품의 위치를 자동으로 조정합니다.
• 로봇용 터치 프로브는 고속으로 작동하는 중에도 감지할 수 있어 작업 효율을 향상시킵니다.
• 사용자의 정밀도 요구에 따라 다양한 제품 라인을 이용할 수 있습니다.
  

【설치될 장비 】

• 용접 로봇
• 레이저/플라즈마 절단기
• 협동 로봇(범용 로봇)
• CNC 연삭기

접점구조	NO (통상 열림)
동작점 반복성	0.01 - 0.03mm (작동 속도에 따라 다름)
보호 구조	IP67
접점 정격	DC5V - DC24V 정상 전류 10mA 이하 (돌입 전류 20mA 이하)

로봇용 터치 프로브 설치 방법

METROL 터치 프로브 설치와 관련하여 시스템 통합 업체를 소개해 드리게 되어 기쁩니다.

위 사례 연구 외에 다른 활용 방안을 고려하고 계시다면 언제든지 저희에게 연락 주시기 바랍니다.
Zoom, Skype 또는 기타 온라인 서비스를 통한 온라인 기술 상담도 가능합니다.

자동화 및 무인 동작 의 임무

• 생산 라인의 24시간 가동(생산성 향상)
• 노동 변동성을 없애고 작업 효율성과 품질을 향상시키세요.
• 위험 작업에 필요한 노동력을 확보함으로써 채용 및 운영 비용을 절감합니다.
• 근로자들이 부가가치가 높은 업무에 집중할 수 있도록 함으로써 자원을 확보하십시오.

이러한 목표를 달성하기 위해 용접 로봇과 같은 산업용 로봇이 점점 더 많이 도입되고 있습니다.
최근 들어 노동력 확보가 점점 어려워지고 이러한 작업들이 위험하고 부담스러워짐에 따라 "인간에서 산업용 로봇으로의 전환" 필요성이 증가하고 있습니다.

특히, 다음 작업들은 구현의 예시입니다.

【로봇 구현 목적】
・운송 업무
・ 용접 작업
• 절단 및 드릴링 작업
・밀봉
・코팅/도장

산업용 로봇 도입 후 과제

자동화에는 로봇이 작업 동작을 기억하도록 하는 "학습" 과정이 필요합니다.
하지만 교육은 어려운 일이기에 로봇 작동 프로그램을 제작하지 못하거나 교육 인력이 부족한 문제가 종종 발생합니다.

간단한 운반 및 수송 작업의 경우, 로봇은 직접 학습을 통해 동작을 기억할 수 있습니다.
반면, 가공 지점 위치 지정 및 센싱 작업과 같이 정밀도가 요구되는 작업에는 고급 티칭이 필요합니다. 이러한 티칭을 외부에 위탁하는 것은 어려운 작업이며 비용도 많이 듭니다.

어려운 교육 과제에서 노동력과 시간을 절약하는 것이 정말로 가능할까요?

【목표】 로봇을 이용하여 작업을 자동화하는 것.

【과제】 자동화를 위한 복잡한 프로그램을 개발해야 합니다.
사내 제작: 강사진 없음, 교육에 시간 소모적
외부 통합업체에 아웃소싱: 높은 비용

【필요사항】 교육 시간 최소화

어떠한 교육 과정도 필요로 하지 않는 간소화된 교육 시스템이란 무엇일까요?

다음은 티칭 과정 없이 당사의 터치 프로브 K3M을 사용하여 미러 플레이트(곡면 가공물)를 절삭하는 예입니다.

기존 방식에 의한 자동화의 어려움

일반적으로 다음 방법(1)과 (2)가 사용되었습니다.

(1) 공작물의 3차원 표면에 수동으로 절단 구멍선을 그린 후 용접 및 절단합니다.
(2) 3D CAD를 사용하여 가공할 공작물의 데이터를 준비하고, 데이터를 프로그래밍하고, 로봇을 사용하여 공작물을 용접 및 절단합니다.

기존 방식에 의한 자동화에는 세 가지 과제가 있습니다.

• 다양한 제품을 소량 생산하는 특성상 패턴 제작에 어려움이 있습니다.
• 가공물의 CAD 도면과 실제 가공물의 치수 사이에 오차가 있습니다.
• 3D CAD 도면을 그리고, 도면 내에서 로봇을 작동시키는 복잡한 프로그램을 만들어야 할 필요성.

타카마루 엔지니어링 주식회사의 "제로 티칭 시스템" 개요

조작 패널에 2D(평면) 치수 데이터만 입력하면 기계가 곡면 가공물에 대한 마킹 및 절단 작업을 수행할 수 있습니다.
별도의 교육 과정이 필요하지 않습니다.
핵심은 용접 로봇과 METROL 터치 프로브를 사용하여 3D 정보를 얻는 것입니다.

터치 프로브로 공작물의 곡면을 접촉하면 원하는 구멍의 "높이 좌표"가 감지됩니다.
이를 통해 기계는 절삭 구멍의 2D 입력 데이터로부터 3차원 구멍을 뚫는 가공 프로그램을 자동으로 생성하고 실행할 수 있습니다.

이 시스템은 "터치 프로브 K3M"을 사용합니다.

【시연 영상】터치 프로브를 활용한 간소화된 교육 시스템

타카마루 코교가 개발한 교육 시스템은 별도의 교육 과정 없이 "엔드 플레이트 홀 드릴링" 작업 프로그램을 자동으로 생성하고 실행합니다.

*영상에서는 플라즈마 토치 대신 "스크라이버"를 사용하고 있습니다.

1단계: 가공된 구멍의 평면 정보 입력

(1)부터 (3)까지의 2D 데이터를 입력하고 구멍의 절단 위치와 크기를 확인합니다.

(1) 각도 정보를 입력하십시오
가공된 구멍의 중심은 가공물의 중심선에 대해 몇 도의 각도를 이루고 있습니까?

(2) 거리 정보를 입력하십시오
가공물의 중심에서 "뚫으려는 구멍의 중심"까지의 거리.

(3) 가공된 구멍의 직경 정보를 입력하십시오.

2단계: 3차원(높이) 정보 획득

가공해야 할 구멍은 평평한 표면이 아니라 공작물의 3차원 곡면에 있습니다.
따라서 로봇은 3D 데이터와 동작으로 자동 프로그래밍되어야 합니다.

여기서는 곡면에서 접촉 프로브를 이용하여 접촉을 감지함으로써 가공된 구멍의 높이 좌표를 얻습니다.

【영상 해설: 작업 순서】

1. (단계의 각도 정보를 바탕으로) 턴테이블이 회전합니다.
2. 센서 물체의 높이를 측정하면 로봇은 절단할 구멍의 중심을 감지합니다.
3. 센서를 사용하여 원이 지나가는 원주상의 5개 지점에서 높이 정보를 측정합니다.
4. 3번에서 측정한 정보를 바탕으로 중심선을 계산하고 실제로 (교차)선을 그립니다.
5. 센서를 이용하여 원형 궤도의 높이를 9개 지점에서 측정합니다.

1단계부터 5단계까지의 과정을 통해 3차원 공간을 통과하는 평면 원의 좌표(높이) 정보를 획득합니다.

3단계: 구멍 가공

로봇은 구멍을 3D 형태로 재구성하는 작업을 수행합니다.
절삭 구멍이 3D 곡면으로 대체되었습니다. (빨간색으로 표시된 영역)
*시연 영상에서는 빨간색 표시를 위해 손전등 대신 스크라이버를 사용했습니다.

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