사전 구성된 레이저 시스템과 맞춤형 레이저 시스템 비교

프로세스를 자동화하는 것은 크고 작은 많은 제조업체에게 중요한 결정입니다. 그러나 이러한 선택은 단순히 기술 역량과 초기 자본 비용 이상의 의미를 갖습니다. 오히려 제품 생산 방식, 생산 라인의 유연성, 시장에서 경쟁할 방법을 결정하는 전략적 결정입니다.

자동화 경로를 선택하면 어느 정도는 전체 기능, 제약 조건 및 향후 옵션 세트를 구매하는 것입니다. 올바른 결정은 품질을 개선하고, 처리량을 늘리고, 비즈니스 성장의 발판을 마련할 수 있습니다.

잘못된 선택으로 인해 요구 사항이 변경될 때 업그레이드하기 어렵거나 비용이 많이 드는 시스템에 갇힐 수 있습니다. 또는 사용하지도 않을 기능에 과도한 비용을 지출할 수도 있습니다.

레이저 시스템과 관련하여 시중에서 판매되는 제품은 일반적으로 사전 구성된 시스템과 맞춤형 시스템이라는 두 가지 큰 범주로 나뉩니다. 이는 실제로는 스펙트럼의 양쪽 끝에 불과하지만, 이 구분은 주요 의사 결정 기준을 설명하는 데 유용합니다.

이 도움말은 비즈니스에 적합한 결정을 내리는 데 도움을 드리기 위한 것입니다.

사전 구성된 레이저 시스템이란 무엇인가요?

사전 구성된 레이저 시스템은 일반적으로 낮은 진입 가격대를 제공하기 위한 것으로, 정의되고 제한된 범위의 작업을 수행하도록 설계됩니다. 이러한 시스템은 맞춤형 엔지니어링에 소요되는 시간과 비용을 들이지 않고 용접, 청소 또는 절단과 같은 일반적인 레이저 프로세스를 자동화하려는 제조업체를 대상으로 합니다.

사전 구성된 시스템은 특히 중소규모 제조업체나 표준적이고 반복 가능한 프로세스를 위해 용량을 빠르게 추가하려는 대규모 사업장에 매력적입니다. 이 시스템의 매력은 단순성에 있습니다. 안정적이고 설치가 쉬우며 빠르게 배포할 수 있도록 설계되었습니다.

사전 구성된 시스템은 일반적으로 작업자의 안전을 보장하기 위해 출입문, 인터록 또는 라이트 커튼이 완비된 클래스 1 레이저 안전 인클로저에 들어 있는 독립형 장치입니다. 일반적으로 완전 자동화된 생산 라인의 구성 요소가 아닌 독립형 작업 셀 또는 워크스테이션으로 작동하도록 설계되었습니다.

대상 애플리케이션과 부품 크기에 따라 사전 구성된 시스템은 갠트리(직교) 모션 또는 로봇 팔을 활용할 수 있습니다. 갠트리 시스템은 일반적으로 강철 또는 화강암으로 제작된 작업 플랫폼 위에 구축되어 정밀한 작업을 위한 안정적인 기반을 제공합니다. 로봇 시스템에는 가장 일반적으로 6축 산업용 로봇이 통합됩니다.

공급업체가 사전 구성된 시스템을 옵션으로 제공하는 경우는 드물지 않습니다. 여기에는 다양한 레이저 소스, 빔 전달 광학 장치, 심지어 비전 또는 프로세스 모니터링 시스템까지 포함될 수 있습니다.

특히 마킹 시스템에는 트레이나 회전식 마운트와 같은 다양한 부품 고정 및 장착 인터페이스도 자주 사용됩니다. 컨베이어 로딩이나 턴테이블과 같은 반자동 로딩 또는 언로딩을 위한 인터페이스도 사용 가능한 경우가 있습니다.

사전 구성된 레이저 시스템의 주요 특징은 단순성과 사용 편의성입니다. 인간-기계 인터페이스(HMI)는 일반적으로 사전 설정된 프로그램이나 레시피 파라미터로 액세스가 제한된 깔끔한 메뉴 중심의 제어 환경을 제공합니다. 따라서 최소한의 전문 교육만 받은 현장 직원도 사용할 수 있습니다. 프로세스 엔지니어의 경우, 프로그래밍 기술이 부족한 사람도 새 작업을 생성하는 것이 비슷하게 단순화되고 접근하기 쉽습니다.

맞춤형 레이저 시스템이란 무엇인가요?

맞춤형 레이저 시스템은 사전 구성된 시스템의 기능을 벗어나는 특정 생산 요구 사항을 충족하도록 처음부터 설계됩니다. 각 맞춤형 시스템은 본질적으로 고유합니다.

그러나 맞춤형 레이저 시스템은 몇 가지 공통된, 심지어 표준화된 빌딩 블록으로 구성되는 경향이 있습니다. 여기에는 다음이 포함될 수 있습니다:

자동화된 자재 관리
부품 고정 및 툴링
부품 모션 및 포지셔닝
레이저 소스 및 빔 전달
비전, 감지 및 프로세스 모니터링
컨트롤러 및 관련 소프트웨어
통신 모듈(MES, PLC 또는 기타 공장 자동화 제어 시스템과 인터페이스하기 위한)
안전 및 인클로저

이러한 요소는 거의 모든 방식으로 결합할 수 있으며, 높은 수준의 복잡성과 정교함을 구현할 수 있습니다. 모션 시스템에는 여러 로봇 팔, 갠트리, 리니어 스테이지 또는 로터리 테이블이 포함될 수 있습니다. 때로는 독립적으로 작동하여 부품을 병렬로 처리하기도 합니다. 때로는 필요한 도달 범위, 정밀도 및 속도를 달성하기 위해 조율하기도 합니다.

사용자 경험(UX) 측면에서 보면, 맞춤형 시스템은 일반적으로 더 심층적인 제어 및 모니터링 기능을 제공하는 맞춤형 HMI를 갖추고 있습니다. 운영자와 프로세스 엔지니어는 고급 진단 도구, 사용자 지정 가능한 프로세스 매개변수, 레시피 관리 또는 대량 생산을 지원하는 인터페이스에 액세스할 수 있습니다. 일반적으로 이러한 도구를 실행하려면 상당한 수준의 프로그래밍 및 자동화 전문 지식이 필요합니다.

맞춤형 레이저 시스템은 독립형 작업 셀일 수도 있지만, 시설 전체 자동화 시스템 및 생산 라인에 통합되도록 설계되는 경우가 많습니다. EtherNet/IP, Profinet 또는 OPC UA와 같은 표준 산업 프로토콜을 사용하여 PLC 네트워크, MES 플랫폼 및 SCADA 시스템에 연결할 수 있습니다.

사전 구성된 레이저 시스템과 맞춤형 레이저 시스템 중 선택하기

레이저 자동화에 대한 올바른 접근 방식을 선택하려면 여러 가지 요소를 고려하고 균형을 맞춰야 합니다. 자본 및 운영 비용, 사용 가능한 바닥 공간과 같이 명백한 요소도 있습니다. 공급업체 지원의 품질과 업그레이드 가능성처럼 명확하지 않은 요소도 있습니다.

변수가 너무 많으면 의사 결정이 부담스러울 수 있습니다. 이 프로세스를 간소화하려면 성공과 실패를 결정할 가능성이 가장 높은 핵심 문제를 파악하고 이에 집중하는 것이 도움이 됩니다. 시스템 기능만 놓고 보면 일반적으로 이 7가지 요소가 가장 중요하다는 것을 알 수 있습니다.

애플리케이션 적합성

이것이 의사 결정 과정의 기초이자 출발점입니다. 먼저 프로세스를 정의한 다음 레이저가 최상의 결과를 제공할 수 있는지 결정해야 합니다.

이러한 평가를 하려면 속도, 정밀도, 열 입력 감소 또는 운영 비용 절감 등 레이저가 제공하는 이점을 이해하고 성공을 측정할 방법을 결정해야 합니다. 작업이 무엇인지, 무엇이 성공을 구성하는지에 대한 명확한 정의가 없다면 성공을 달성할 가능성이 거의 없습니다.

이때 레이저 자동화 파트너의 애플리케이션 개발 서비스가 도움이 될 수 있습니다. 이상적으로는 레이저 프로세스를 식별, 테스트 및 최적화할 수 있는 장비와 경험을 갖추고 있어야 합니다.

부품 크기

이는 평범한 고려 사항처럼 보일 수 있지만 매우 중요한 역할을 합니다. 레이저 시스템은 작동 범위의 제약을 받습니다.

사전 구성된 시스템은 의료 기기의 작고 정밀한 부품이나 일반 산업용 중간 크기 어셈블리 등 특정 산업의 일반적인 부품 치수를 기준으로 설계됩니다. 부품이 더 크거나 비정상적인 모양 등 이러한 표준을 벗어나는 경우 맞춤형 또는 대폭 수정된 시스템이 필요한 경우가 많습니다.

처리량 요구 사항

처리량 기능은 일반적으로 사전 구성된 맞춤형 솔루션이 차별화되는 영역입니다. 생산성이 자동화의 주요 목표라는 점을 고려할 때, 이것이 결정적인 요소인 경우가 많습니다.

사전 구성된 시스템은 일반적으로 단일 스테이션 워크셀 또는 워크스테이션으로 설계됩니다. 따라서 일반적으로 처리량이 낮거나 중간 정도인 경우에 가장 적합합니다. 특히 부품 로딩 및 언로딩이 수동으로 수행되는 경우 사전 구성된 시스템의 속도를 제한하는 요인이 되는 경우가 많습니다.

예를 들어, 즉석 용접과 같은 기술은 분당 1000개 이상의 용접 속도를 달성할 수 있습니다. 이는 EV-Cube와 같은 독립형 워크스테이션에서도 처리량을 높일 수 있지만, 생산 라인으로 이송 및 통합하면 처리량을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

반면, 맞춤형 레이저 시스템이 달성할 수 있는 속도는 비용 투자, 공간 제약 또는 비레이저 병목 현상으로 인해 제한되는 경우가 많습니다. 맞춤형 시스템은 여러 레이저 소스 또는 광학 장치, 여러 종류의 시스템 모션 또는 비레이저 프로세스를 병렬로 실행하여 매우 높은 처리량을 달성할 수 있습니다.

요구 사항에 따라 더 큰 맞춤형 라인에 투자하는 것보다 여러 개의 표준 시스템을 설치하는 것이 더 비용 효율적일 수 있습니다.

일부 사전 구성된 시스템은 자동화된 부품 적재 옵션 또는 컨베이어 벨트와 통합하는 기능을 지원합니다. 이렇게 하면 부품을 적재하거나 하역하는 동안 시스템 유휴 시간을 최소화하여 처리량을 높일 수 있습니다.

툴링

부품 로딩에 대해 더 자세히 살펴보면 부품이 어떻게 고정되어 레이저에 전달되는지도 살펴볼 필요가 있습니다. 표준 시스템에는 일반적으로 제한된 범위의 부품 고정 옵션이 있습니다. 여기에는 고정 클램프, 로케이팅 핀, 수동 또는 공압 척(원형 부품용), V블록 등이 포함될 수 있습니다. 이로 인해 복잡한 용접 경로를 실행하거나 여러 각도에서 가공해야 하는 3D 형상의 부품을 작업하는 데 시스템의 기능이 제한될 수 있습니다.

부품에 복잡한 위치 지정, 동적 고정 또는 외부 시스템과의 상호 작용이 필요한 경우 툴링을 그에 맞게 설계해야 합니다. 물론 이는 맞춤형 로봇 시스템을 통해 얻을 수 있습니다. 그러나 제조업체의 역량과 의지가 있다면 사전 구성된 툴의 기능을 확장할 수도 있습니다.

허용 오차 및 품질

툴링은 공정 정확도와 반복성을 결정하는 데 중요한 역할을 하지만, 다양한 센서, 특히 비전 시스템으로 보강할 수 있습니다. 이러한 센서는 시스템이 부품 간 변형을 더 잘 수용하거나 툴링의 위치 일관성의 한계를 보완하는 데 도움이 될 수 있습니다.

일부 사전 구성된 시스템에는 비전 시스템과 공정 모니터링이 표준 옵션으로 포함될 수 있습니다. 예를 들어, 인라인 용접 모니터링을 위한 LDD 실시간 레이저 용접 측정 시스템과 함께 IPG LaserCell 플랫폼의 용접 구성을 사용할 수 있습니다.

그러나 부품 복잡성과 허용 오차 요구 사항의 조합으로 인해 사전 구성된 시스템에서 수용할 수 있는 범위를 초과하는 요구 사항이 발생할 수 있습니다. 이 경우 솔루션은 맞춤형 또는 반맞춤형 설계로 전환됩니다.

레이저 출력(Laser Power)

표준 레이저 시스템은 특정 레이저 출력 범위를 수용하도록 제작됩니다. 이는 일반적으로 도구의 광학, 안전 시스템, 냉각 요구 사항, 심지어 전력 요구 사항에 따라 결정됩니다.

그러나 공정 속도 요구 사항이 증가하거나 재료가 두꺼우면 더 높은 출력의 레이저가 필요할 수 있습니다.

이러한 제한 사항 중 일부는 업그레이드나 확장이 쉽지 않습니다. 따라서 애플리케이션이 표준 시스템에서 제공할 수 있는 것보다 더 높은 레이저 출력을 절대적으로 요구하는 경우 맞춤형 레이저 솔루션을 구축해야 할 수도 있습니다.

운영자 상호 작용

시스템 기능 외에 또 다른 중요한 고려 사항은 얼마나 쉽게 프로그래밍하고 운영할 수 있는지입니다. 이는 사전 구성된 시스템과 사용자 지정 시스템이 크게 다른 경향이 있는 또 다른 영역입니다.

사전 구성된 시스템은 예측 가능하고 간단한 상호 작용을 위해 구축되며 일반적으로 제한된 작업만 지원합니다. 새로운 작업의 프로그래밍은 종종 단순화되며 때로는 레이저 용접 코봇 시스템과 같이 드래그 앤 드롭 기능으로 축소되기도 합니다.

이 모든 것이 운영자와 프로세스 엔지니어 모두의 교육 요건을 완화합니다. 또한 일반적으로 시스템을 설치한 후 거의 즉시 프로덕션에 가동할 수 있다는 의미이기도 합니다.

맞춤형 로봇 레이저 시스템에는 작업자를 위한 간소화된 사용자 인터페이스가 포함될 수 있습니다. 하지만 그 아래에는 일반적으로 훨씬 더 정교한 소프트웨어 환경이 있습니다.

이러한 정교함의 장점은 사실상 무한한 기능을 제공한다는 것입니다. 여기에는 다른 공장 자동화 시스템과 통합할 수 있는 기능이 포함되는 경우가 많습니다.

그러나 이는 일반적으로 더 복잡하고 프로그래밍하기 어렵기 때문에 더 많은 전문 지식이 필요하다는 의미이기도 합니다. 특히 외부 시스템과의 광범위한 상호 작용이 필요한 경우 새로운 시스템이나 프로세스를 온라인 상태로 전환하는 데 시간이 더 오래 걸리는 경우가 흔합니다.

기타 고려 사항

앞서 언급했듯이 레이저 시스템 구매는 이분법적인 선택이 아닙니다. 일부 공급업체의 경우 사전 구성된 시스템으로 시작하여 옵션을 추가하여 맞춤형 시스템이 될 때까지 수정할 수 있습니다. 다른 공급업체의 경우, 사전 구성된 시스템은 딱딱하고 좁은 범위의 작업에 최적화되어 있습니다.

사전 구성된 로봇 레이저 시스템은 일반적으로 완전 맞춤형 도구보다 비용이 저렴하고 제조업체에서 더 빨리 배송할 수 있습니다. 또한 사전 구성된 시스템을 설치하는 경우 제조업체가 이미 다양한 생산 환경에서 상당한 사용 경험을 보유하고 있기 때문에 학습 곡선이 적을 가능성이 높습니다.

표준 시스템을 수정하여 시스템 기능을 확장하는 것은 일반적으로 완전히 사용자 지정 시스템을 통해 동일한 기능을 확보하는 것보다 점진적으로 비용이 적게 증가합니다. 하지만 이것이 보편적으로 적용되는 것은 아닙니다. 사전 구성된 시스템에는 한계가 있어 광범위한 수정을 수행하면 처음부터 다시 시작하는 것보다 비용이 더 많이 들 수 있습니다.

물류 및 재정적인 문제도 있습니다. 이미 프로덕션 환경에서 사용 중인 사전 구성된 시스템을 수정하면 해당 도구가 오프라인 상태가 됩니다. 이러한 다운타임은 영향을 미칩니다. 그러나 이러한 수정 비용은 운영 비용에서 발생할 수 있는 반면, 새로운 시스템 구매는 항상 자본 비용입니다.

마지막으로, 특정 공급업체는 제한된 제품 범위만 제공할 수 있다는 점을 기억하세요. 이는 공급업체가 기존 제품이나 기능의 솔루션으로 사용자를 유도하는 동기가 될 수 있습니다. 안타깝게도 이 제품은 애플리케이션에 가장 적합한 제품을 제공하지 못할 수도 있습니다.