로봇 대 갠트리 레이저 시스템

레이저 공정을 자동화할 때 가장 기본적인 장비 결정 중 하나는 로봇 또는 갠트리 기반 모션 플랫폼을 사용할지 여부입니다. 각각은 뚜렷한 장점을 제공하며, 어느 쪽이 보편적으로 더 낫다고 할 수는 없습니다.

올바른 선택은 여러 가지 요인에 따라 달라집니다. 여기에는 프로세스 자체의 특성, 필요한 처리량, 허용 가능한 비용 및 다양한 통합 제약 조건이 포함됩니다.

여기에서는 로봇 및 갠트리 레이저 시스템의 작동 방식을 설명하고 주요 장단점을 살펴봅니다. 이를 통해 각자의 애플리케이션에 가장 적합한 선택을 내리는 데 도움이 될 것입니다.

로봇 레이저 시스템

이러한 형태의 자동화는 다축 산업용 로봇 팔을 사용하여 부품과 관련하여 레이저 가공 헤드를 이동합니다. 로봇 팔은 프로그래밍된 경로를 따르며 최대 6자유도까지 헤드를 움직일 수 있어 부품에 대한 다양한 위치와 방향에서 레이저 가공을 수행할 수 있습니다.

레이저 자체는 로봇 팔 끝에 장착되거나 고정된 광원에서 광섬유를 통해 전달될 수 있습니다. 로봇팔 끝 툴링(EOAT)에 통합된 빔 전달 광학장치에는 공정에 따라 고정 초점 광학장치, 워블 헤드 또는 스캔 헤드가 포함될 수 있습니다.

일부 시스템에서는 부품이 고정된 베이스 또는 회전 테이블에 고정된 툴링에 장착됩니다. 또는 인라인 생산을 위해 로봇 팔을 컨베이어 시스템 옆에 배치할 수도 있습니다. 이 경우 팔 동작을 부품에 맞게 조정할 수 있으며 틸트 또는 회전축과 같은 보조 포지셔너를 사용하여 접근성을 높이거나 일관된 빔 방향을 유지할 수 있습니다.

갠트리(직교 모션) 레이저 시스템

갠트리 레이저 시스템은 모션 플랫폼을 사용하여 레이저 빔 또는 부품을 선형 X, Y 및 (경우에 따라) Z 축을 따라 이동합니다. 모션은 직선부터 곡선까지 다양한 프로그래밍된 경로를 따릅니다. 그러나 빔의 각도는 일반적으로 고정된 상태로 유지되며 일반적으로 부품 표면에 수직입니다.

대부분의 갠트리 시스템에서 레이저는 갠트리 외부에 위치하며 광섬유 케이블을 통해 전달됩니다. 갠트리의 빔 전달 광학 장치에는 공정에 따라 고정 초점 렌즈, 워블 헤드 또는 스캔 헤드가 포함될 수 있습니다. 스캔 헤드를 사용하면 고속 즉석 레이저 용접에 특히 유용한 온더플라이(OTF) 처리 기능을 사용할 수 있습니다.

갠트리 시스템은 강철 또는 화강암 작업 플랫폼 위에 구축되는 경우가 많습니다. 이는 정밀한 작업을 가능하게 하는 매우 안정적인 기반을 제공합니다.

결정 요인

로봇 시스템과 갠트리 시스템이 레이저 빔을 이동하는 데 사용하는 다양한 방법은 기능, 비용 및 실제 구현 측면에서 뚜렷한 특징을 가지고 있습니다. 일부 애플리케이션은 두 가지 방식이 똑같이 잘 작동할 수도 있지만, 대부분의 경우 한 가지 기술이 확실한 이점을 제공합니다. 이러한 결정은 일반적으로 다음 요소를 고려하여 내릴 수 있습니다:

유연성
정밀도
속도
통합 고려 사항
프로그래밍
비용

각각에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

유연성

로봇 레이저 시스템은 갠트리 시스템보다 훨씬 더 유연하게 움직일 수 있습니다. 로봇 팔은 거의 모든 각도에서 부품에 접근할 수 있으므로 부품의 여러 면에 위치한 복잡한 3차원 형상이나 특징을 처리하는 데 이상적입니다. 이 기능은 동일한 로봇이 불규칙하거나 평면이 아닌 표면을 가진 부품을 처리해야 하는 자동차 조립과 같은 애플리케이션에서 특히 유용합니다.

동작의 자유도가 더 제한적인 갠트리 시스템은 일반적으로 평평한 표면에서 처리하는 데 가장 적합합니다. 수직 또는 회전 동작을 허용하기 위해 추가 모션 단계를 추가할 수 있지만 로봇 팔로 달성할 수 있는 동작 범위에는 미치지 못합니다.

부품이 복잡한 3D 형상을 가지고 있거나 동일한 셀에서 다양한 부품 유형 또는 방향을 처리해야 하는 경우 로봇 시스템이 더 나은 선택이 될 수 있습니다.

정밀도

갠트리 레이저 시스템은 일반적으로 로봇 툴에 비해 뛰어난 정밀도와 반복성을 제공합니다. 견고한 직선 운동 단계, 낮은 이동 질량, 단순화된 운동학 덕분에 매우 정확한 경로 제어가 가능합니다. 이는 갠트리와 부품이 매우 안정적인 플랫폼에 함께 장착될 때 더욱 향상됩니다.

반면 로봇 시스템은 조인트 편향, 백래시, 캘리브레이션 드리프트 등으로 인해 기계적 변동이 더 많이 발생합니다. 이로 인해 갠트리 시스템에 비해 정확도와 반복성이 크게 떨어집니다.

로봇 시스템의 정확도는 비전 시스템이나 보정 도구를 추가하여 향상시킬 수 있습니다. 하지만 이렇게 하면 움직임이 느려지고 비용과 복잡성이 증가합니다.

로봇 레이저 시스템은 많은 레이저 절단, 용접 및 청소 작업에 충분한 정밀도를 제공하지만, 정확도가 제한적이기 때문에 공정 시간이 단축될 수 있습니다. 따라서 일반적으로 가장 까다로운 전자 제품, 의료 기기 또는 배터리 제조 분야에는 적합하지 않습니다.

속도

로봇과 갠트리 시스템의 상대적인 속도 또는 소요 시간은 애플리케이션에 따라 크게 달라집니다. 그러나 일반적으로 갠트리 시스템은 고속의 반복 동작이 필요한 작업에서 로봇보다 성능이 뛰어납니다.

갠트리 플랫폼은 속도를 정밀하게 제어하면서 직선 및 곡선 경로를 따라 빠르게 이동할 수 있습니다. 따라서 연속적인 윤곽선을 따라 마킹, 절단 또는 용접하는 데 이상적입니다. OTF 프로세싱을 사용하면 처리량을 더욱 높일 수 있습니다.

반면 로봇 시스템은 복잡한 3D 또는 다중 평면 경로를 탐색하는 데 탁월합니다. 하지만 시작-정지 작업이 느리고 급격한 방향 전환 시 안정성이 떨어집니다. 더 큰 이동 질량과 여러 관절로 인해 갠트리 시스템에 비해 가속 및 감속 속도가 떨어집니다.

평평한 부품 위에서 부드럽고 연속적인 동작이 필요한 애플리케이션의 경우 갠트리가 더 나은 사이클 시간을 제공합니다. 그러나 다중 면 접근 또는 3D 윤곽 추종 작업의 경우 로봇은 부품 위치 변경이나 보조 고정 장치가 필요 없기 때문에 전체적으로 더 빠를 수 있습니다.

통합 고려 사항

로봇 레이저 시스템의 구성은 본질적으로 복잡하거나 공간이 제약된 생산 환경에 통합할 수 있는 유연성을 제공합니다. 로봇 툴을 컨베이어 옆에 배치하거나 소형 작업 셀 내에 배치하거나 여러 스테이션에 서비스를 제공하도록 구성할 수 있습니다. 따라서 부품 흐름, 툴링 레이아웃 또는 공정의 다양성으로 인해 적응형 동작이 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

갠트리 시스템은 견고한 구조 프레임과 오버헤드 모션 시스템으로 인해 더 큰 전용 설치 공간이 필요한 경향이 있습니다. 부품 접근은 일반적으로 수직으로 이루어지기 때문에 시스템이 업스트림 또는 다운스트림 공정과 통합되는 방식이 제한될 수 있습니다. 그러나 간단한 독립형 작업의 경우 갠트리가 더 쉽게 구현할 수 있는 경우가 많습니다.

프로그래밍

레이저 자동화 시스템에 사용되는 프로그래밍 환경은 제조업체마다 다르므로 보편적인 진실을 말하기는 어렵습니다. 하지만 일반적으로 갠트리 시스템은 프로그래밍과 제어가 더 쉬우며, 특히 CNC 장비에 익숙한 사용자에게는 더욱 그렇습니다.

대부분의 갠트리 플랫폼은 표준 G코드 또는 CAD-to-path 소프트웨어를 사용합니다. 이러한 소프트웨어는 고정된 기계 기준 프레임 내에서 절대 선형 좌표로 공구 경로를 생성합니다.

즉, 프로그래밍된 경로가 부품의 물리적 위치와 직접적으로 일치합니다. 따라서 프로그래밍이 매우 간단하고 직관적입니다.

반면 로봇 시스템에는 더 복잡한 경로 계획이 필요합니다. 특히 3D 애플리케이션이나 도구가 다양한 각도에서 접근해야 하는 경우 더욱 그렇습니다.

로봇 시스템 프로그래밍에는 일반적으로 3D 모델이 통합됩니다. 모션은 부품과 로봇의 운동학적 구조를 기준으로 정의해야 합니다.

여기에는 조인트 각도, 도구 방향, 도달 범위 및 충돌 회피를 해결하기 위한 수학적 변환이 포함됩니다. 따라서 로봇 시스템에는 더 많은 고급 소프트웨어 도구와 더 높은 수준의 교육이 필요합니다.

다행히도 가상 엔지니어링 및 시뮬레이션 도구와 기술을 사용하면 로봇 레이저 용접 프로젝트의 위험과 복잡성을 줄일 수 있습니다.

다른 로봇 레이저 시스템에 비해 코봇 레이저 시스템은 프로그래밍과 작동이 훨씬 더 쉽게 설계되었습니다. 부품 프로그래밍이 비교적 간단하기 때문에 레이저 기반 코봇을 작동하는 데 로봇 경험이 있는 직원이 필요하지 않습니다.

비용

갠트리 시스템은 일반적으로 높은 정밀도가 요구되는 단순하고 평평한 부품 가공에 더 비용 효율적입니다. 기계적으로 단순하고 자동화에 널리 사용되기 때문에 대량 생산에 비교적 저렴하게 사용할 수 있습니다.

로봇 레이저 시스템은 초기 투자 비용이 더 많이 들 수 있습니다. 특히 다축 로봇의 경우, 안전 인클로저와 프로그래밍 도구가 비용에 포함될 경우 더욱 그렇습니다.

로봇 레이저 시스템은 일반적으로 유연하거나 다목적 애플리케이션에서 더 나은 가치를 제공합니다. 툴 체인저를 사용하여 가공 헤드를 로봇 팔로 교체하여 하나의 셀로 절단, 용접 또는 기타 작업을 수행할 수도 있습니다. 이를 통해 추가 장비의 필요성을 줄이고 다양한 생산 환경에서 ROI를 개선할 수 있습니다.