MPC, 코그넥스 Checker 비전 센서 통해 조립 결함 방지 및 생산성 증대
세계적인 자동차 제조업체들에게 부품을 공급하기 위해서는 어떠한 결함도 허용되지 않는다. 이러한 이유로 MPC(Miniature Precision Components)는 미국 위스콘신 주 푸레리 두 치엥(Prairie du Chien)에 위치한 설비에서 오일 캡 자동 조립 결함 방지를 위해 3개의 비전 센서를 사용하고 있다.
자료제공 | 코그넥스코리아(www.cognex.com)
10만 평방피트에 25톤에서 550톤 크기에 이르는 41개의 몰딩 머신들 설치된 공장에 약 450명의 직원들이 근무하고 있다. MPC의 4개의 제조설비에서는 연간 약 1억 6천 7백만개의 자동차 및 상업 분야에 공급되는 고품질 인젝션 몰딩 부품 및 조립품이 생산된다. MPC에게 품질은 기본이다. 실제로 1989년부터 Ford Q1 우수공급업체로 선정되었으며, GM 및 닛산, 할리 데이비슨, 크라이슬러와 같은 업체로부터 수많은 공급업체 상을 수상한 바 있다. 오일 캡과 더불어 이 설비에서는 PCV 밸브 및 써모스탯 하우징, 배출 가스 제어장치용 퀵-커넥트 포트 등 다수의 다른 열가소성 부품 및 조립품들도 생산하고 있다.
자동화를 통한 품질개선
MPC의 제조 엔지니어링 매니저인 셰인 하르샤는 “자동화를 통해 품질을 달성했으며, 머신 비전은 지난 7년 동안 우리의 자동화 전략의 핵심 요소였다”고 설명했다.
자동화된 오일 캡 조립 시스템은 이에 가장 부합하는 사례다. MPC의 자동화 및 툴링 엔지니어인 브라이언 챔피언은 최근에 기존의 툴링 및 센서 기술을 코그넥스의 Checker 비전 센서로 강화시켰다. 업그레이드는 매우 경제적이었으며, 보다 효율적으로 결함 없는 오일 캡을 생산할 수 있도록 재연성을 크게 개선하였다.
하르샤는 “Checker 비전 센서는 설정이 매우 간단하고 설치가 용이하다”며, “따라서 기존 센서만으로는 안정적이지 못하거나 모든 특성을 갖춘 비전 시스템을 구축하기에는 비용 부담이 너무 큰 검사 애플리케이션에서 매우 비용 효율적인 솔루션”이라고 설명했다.
수백만 개의 오일 캡 제조
MPC 오일 캡 조립 시스템은 몰딩된 열가소성 캡에 오링 씰을 부착한 다음, 캡의 상단에 인쇄를 한다. 이에 직경이 약 4피트에 이르는 2개의 진동볼 피더가 사용되는데, 이 중 하나는 오링을 공급하고 다른 하나는 프로세스 안에 오일 캡을 피드한다.
진동 볼 피더는 측면 위쪽으로 나선형으로 경사가 진 대형 볼로 이뤄져 있다. 이 볼이 진동함에 따라 부품은 인라인 컨베이어로 경사면을 따라 하나씩 내려간다. 인라인 컨베이어의 끝에서 픽&플레이스 로봇 팔이 오링을 회전조립 다이얼 상의 첫 번째 스테이션으로 이송한다. 오링이 다이얼 설비에 적재되면, 두 번째 스테이션과 인덱스된다. 여기에서 또 다른 인라인 컨베이어는 빈 캡을 다른 진동 볼 피더에서 적재된 씰의 상단에 캡을 압착시키는 두 번째 픽&플레이스 로봇 팔로 피드한다. 그런 다음 조립된 캡과 씰은 회전 다이얼 상에서 계속해서 공정을 완료하기 위해 패드 프린팅 및 최종 검사 스테이션을 통과하게 된다.
부품의 방향 제어
오링 및 캡 방향을 엄격하게 제어하는 것은 최종 오일 캡이 의도대로 기능하도록 씰을 올바르게 부착하는데 있어 매우 중요하다. 또한 엄격한 품질 요건에 부합하기 위해 패드 프린팅 이전에 반드시 캡의 방향이 올바르게 있어야 한다.
캡 조립 시스템의 하드 툴링 및 기존 센서가 불안정했기 때문에 MPC는 적절한 오링 및 캡의 방향을 유지하기 위해 3개의 Checker 비전 센서를 채택했다. 첫 번째는 진동 피더 볼과 인라인 컨베이어 사이에서 반전된 오링을 검출하고, 두 번째 비전 센서는 캡을 압착하기 전에 오링이 다이얼 설비에 적절하게 위치하고 있는지를 확인하며, 세 번째는 조립 및 프린팅 이전에 캡의 방향이 올바르게 되어 있는지를 확인한다.
뒤집힌 오링 제거
각 오링의 한쪽 면에는 씰링 비드가 있는데, 씰이 조립 다이얼 쪽으로 적재된 경우 반드시 아래쪽으로 향하고 있어야 한다. 만약 그렇지 않은 경우 머신이 중단되기 때문에, 작업자는 머신을 재가동하기 전에 씰을 확인하고 위치를 변경해야 한다.
피더 볼의 기계장치 툴링은 오링이 공정에 투입될 때 뒤집어지지 않도록 설계되었다. 하지만 MPC의 툴링 엔지니어인 챔피언에 따르면 안정적이지 못했다. 따라서 약간씩 틀어지거나 완벽하게 편평하지 못한 오링은 툴링에서 벗어나 거꾸로 뒤집혀 적재되면서 머신 가동을 중단시킨다.
하르샤는 “작업자가 이러한 씰을 직접 처리하거나 머신을 재가동하게 되면서 효율이 상당히 저하되었다”며, “만약 캡 생산율이 시간당 360개에서 200개까지 떨어지면, 가동중단으로 인한 손해 비용은 연간 약 2만 달러에 이른다. 최대 생산량에서 이 비용은 연간 12만 달러로 증가하게 된다”고 설명했다.
미국 위스콘신 주 월워스에 위치한 MPC 본사가 먼저 새로운 코그넥스 Check 비전 센서를 하르샤와 그의 팀에게 소개했고, 하르샤와 챔피언은 코그넥스의 비전 센서가 그들의 애플리케이션에 가장 적합한 솔루션이라고 판단했다. 데모를 진행한 후, Check 비전 센서를 선택한 이유는 간단하지만 강력한 그래픽 형식의 래더 로직을 갖췄기 때문이었다. 이는 보다 복잡한 애프리케이션들을 쉽게 처리할 수 있도록 Checker의 개별 검사 센서들을 직접 출력과 결부하도록 한다.
챔피언은 “작은 사이즈, 통합 조명, 가변 작업거리, 래더 로직 및 자유로운 구동 능력으로 매우 손쉽게 장치들을 설치할 수 있었다”며, “PLC와의 배선작업도 필요하지 않았고, 트리거 센서를 설치하거나 연결할 필요도 없었으며, 설정 또한 4단계로 간단했다”고 말했다.
또한 그는 “지금까지 사용했던 그 어떤 비전 센서 비교해 가장 간편했다”며, “과거에 사용했던 비전 시스템과 달리, Checker로 전체 검사 설정을 불과 수분 만에 처리할 수 있었다”고 설명했다.
간단한 설정, 강력한 성능
Checker는 간단하게 통합 부품 확인 센서를 선택한 다음, 검사할 특성 위에 검사 센서를 배치해 사용하면 된다. 또한 여러 산업 분야에 걸쳐 매우 다양한 애플리케이션을 처리할 수 있는 3가지 종류의 검사센서가 장착되어 있다.
① 휘도 센서는 밝고 어두운 영역을 찾아낸다.
② 명암 센서는 날짜 코드나 스레드, 바코드와 같이 밝고 어두운 영역이 포함되어 있는 특성을 확인한다.
③ 패턴 센서는 특성이 어떻게 보여지는지 알 수 있도록 트레이닝한 다음, 확인이 되면 신호를 보낸다.
챔피언은 애플리케이션에서 반전된 오링을 검출하기 위해 먼저 이미지에 있는 오링을 찾도록 부품 확인 센서를 트레이닝해 Checker 센서를 설정했다. 그리고 씰링 비드의 유무를 검증하기 위해 패턴 센서를 적절한 위치에 배치했다.
패턴 센서는 오링 상의 씰링 비드의 패턴을 확인한 다음, 검출이 되면 신호를 보낸다. 이 패턴 센서는 부품 확인 센서와 연계되어 항상 씰링 비드의 모양을 찾는데 적절한 위치에 놓여지도록 위치가 고정되어 있다.
만약 씰링 비드가 누락되어 있으면 광 커플러를 통해 공압 솔레노이드로 출력을 내보냄으로써 라인에서 반전된 오링을 분출시키거나 재순환되도록 피더 볼로 돌려보낸다.
처음으로 도입한 Checker 비전 센서가 매우 간단하고 경제적인 솔루션일 뿐만 아니라 한 시간도 채 걸리지 않아 설치와 설정을 할 수 있었기 때문에, 챔피언은 센서 2개를 더 추가해 완벽한 무결함 오일 캡 조립 공정을 구축했다. 두 개 모두 적재된 오링 위에 캡을 압착하는 다음 작업대에 사용되었다. 하나는 움직이는 픽&플레이스 로봇 팔 위에 탑재되었고, 다른 하나는 공정 라인으로 캡을 피드하는 인라인 컨베이어 위에 고정되었다.
2개의 비전 센서 추가
챔피언은 피더 볼에서 나오는 반전된 오링을 찾기 위해 설정한 것과 거의 동일한 방법으로 움직이는 로봇 팔 상의 비전 센서를 설정했다. 먼저 부품 확인 센서를 이용해 이미지에 있는 오링을 찾은 다음, 패턴 센서로 씰링 비드의 유무를 검증했다. 그리고 이를 통해 비전 센서가 캡이 압착되기 전에 오링이 적절하게 적재하도록 했다.
마지막 비전 센서는 조립 다이얼 상에서 적재된 오링 위에 캡을 압착하는 픽&플레이스 로봇 팔의 위쪽인, 공정 라인으로 캡을 피드하는 인라인 컨베이어 위에 탑재되었다. 이 비전 센서는 캡의 방향을 검증한다. 그러나 오일 캡의 코너 반경을 확인하기 위해 부품 확인 센서를 먼저 트레이닝한 다음, 오일 캔 처리 및 기름방울 그래픽을 확인하기 위해 2개의 패턴 센서를 트레이닝하는 것과 거의 동일한 방법으로 설정되었다.
2개의 패턴을 트레이닝함으로써 비전 센서는 캡의 방향을 결정한다. 설치에 적합한 방향이 아닌 경우, 비전 센서는 조립 다이얼 상에 배치하기 전에 캡을 180도 회전하도록 픽&플레이스 로봇 팔 컨트롤러에 신호를 보낸다.
하르샤는 “Checker 비전 센서는 제조 공정에서 무결함율을 달성하고 폐기물을 줄이는데 큰 도움이 되었다”며, “Checker는 우리의 여러 다양한 검사 및 결함 방지 애플리케이션에 가장 완벽한 솔루션”이라고 피력했다.
