[B&R 산업자동화] 빛에서 태어난 혁신

[월간 무인화기술 4월호]

 

B&R 산업자동화, 빛에서 태어난 혁신

 

“누가 레이저 쇼 동안에 이루어지는 역학적 원리의 복잡한 상호 작용에 매료되지 않겠는가?
많은 사람들이 프로세스 산업에서 같은 원리로 작용하는 것을 모를 수도 있다.
그런데 이 경우에 쇼는 무대를 가로질러 춤추는 화려한 조명과 아무 상관이 없다.
하지만 더 정확히 말하자면 훨씬 더 높은 전력, 최고의 정밀도 및 극도의 안전 요건 하에서
많은 여러 가지 유형의 구성 요소를 처리한다.
회사 LASERVORM GmbH는 이 기술의 모든 형식에서 전문가이다.”

 

이 회사는 최첨단 기술보다는 휴가지로 유명한 독일의 지역인 중앙 작센(Saxony) 지방에 있다.그러나 겉모습으로 판단하기는 이르다.우수한 기술 대학 (응용과학 대학)과 공작 기계 제조에 관련된 다수의 기업을 자랑하는 도시, 미트바이다(Mittweida)는 과학 연구 및 비즈니스의 중심지로 발전했다.LASERVORM는 이 지역에 있는 회사 중 하나이다. “우리의 레이저 보조 협력업체를 통해 새로운 기술과 재료로 인해 생겨나는 요구들을 잘 알게 되었다.” 라고 LASERVORM의 부장 Thomas Kimme는 설명한다.

 

“우리는 다양한 산업 분야에서 절단, 표준 용접 및 표면 레이어 용접에 사용할 수 있는 최첨단 레이저 시스템을 제작하기 위한 방식으로 우리가 얻은 지식을 사용한다.” 표준 응용 사례를 정밀 엔지니어링과 제약 분야를 제외한 자동차 분야에서 찾을 수 있다. 제약 분야? 하고 의문을 가질 것이다. “이 산업은 우리의 유연성을 보여줄 수 있는 경우이다.”라고Kimme는 설명한다. "여기에서, 우리는 백신의 제조를 위해 알을 부화하는 클린룸 환경에서 CO2 레이저를 사용할 수 있다. 특히 유럽과 미국의 모든 제약 산업에서 정한 다양한 기준에 부합하기 위해 해볼 만한 것이다.” LASERVORM는 이 분야의 다른 기업들과 매우 긴밀하게 협력하며, FASKAN 그룹을 형성하고 레이저와 관련된 모든 서비스를 제공한다. 이 협력은 LASERVORM가 대단히 폭넓은 레이저 가공 작업을 다루는데 사용할 수 있는 기본 개념을 개발할 수 있게 했다.

우리 기계는 보다 모듈화되고 더욱 복잡하고 강력해지고 있다. 동시에, 안전에 대한 요구가 점점 더 복잡해지고 있지만 동시에 이것은 기술적 가능성에 관한 기대를 증가시킨다. 따라서 솔루션은 프로그램이 가능한 안전 기능과 통합된 시스템이 필요하다.레이저 가공 기계는 복잡성 및 여러 구성 요소와 인터페이스의 조립에서 두각을 나타낸다.
게다가 주요 구성 요소에 - 레이저 소스, 광학 및 모션 시스템 - 쿨링, 인클로저, 클램핑 및 안전이 필요한 다양한 주변 기기들에 통합된다. 이 유형의 기계 방식은 처음에는 간단히 보이게 만든다.

레이저 소스에서 생성된 높은 외부 에너지 빔은 필요조건에 의해 결정으로 형성되기 전에 고 정밀 편향을 거쳐 스캐닝 시스템에 가벼운 도체를 통해 전송된다. CNC 컨트롤러는 고정된 제품에 빔을 정렬하고 수작업에 따라 가이드된다. 안전 기술은 레이저 광선이 잘못 편향된 경우에 수 밀리 초 이내에 꺼질 수 있도록 보장해야 한다.mm² 당 7 kW 급의 광 전력은 15 년 전에 가능했던 반면, 오늘날140 kW 급은 표준이다.

현재 50 μm의 초점 직경과 10 kW 급의 광 전력으로 mm² 당 5,000 kW 급의 전력을 발생하는 것이 가능하다. 광 전력의 총량은 사용 가능한 양이 700 배 이상 증가했다! 이것은 다시  한 번 이러한 응용 사례와 관련된 위험을 강조하고, 순식간에 더욱 강한 인클로저에 침투하기에 충분한 정도 이상이다.  동시에, 빔 크로스 섹션은 스캐너 제어 메커니즘에서 상당한 정밀도를 필요로 하는 것이 감소되었다. “우리의 고객들이 원하는 요구는 우리가 필요한 것이 차츰 발전돼야 한다는 것을 의미한다.”라고 Kimme는 말한다. "구체적으로 이것은 우리가 고객에게 맞춤 솔루션을 제공하기 위해 가능한 가장 높은 요구 사항을 처리할 수 있어야한다는 뜻이다."

이것은 또한 기존의 시스템 구조에서 또 다른 형태를 가지고 정밀도, 유연성 및 통합에 대해 증가하는 요구에 가장 적합한 부품을 찾는 이유였다.이 프로세스의 첫 번째 부분은 서로 다른 기술 프로세스의 다양한 측정값에 의해 결정되는 광 전력의 다른 수준을 처리할 수 있는 컨트롤러를 찾는 것이 수반된다.첫 번째 단계는 안전 지향적인 작업을 다룰 때 동일한 성능을 제공하면서 지터의 최소화로  동기된 작동이 가능한 레이저 가공 기계에 사용되는 여러 가지 구성 요소를 찾기 위한 서로 다른 버스 시스템을 평가하는 것도 중요했다. 거의 모두 알려진 이더넷 기반 버스 시스템, 전용 POWERLINK와 엄격한 사이클릭 작동 그리고 지터가 1 μs미만인 것은 각각의 모든 수요를 충족할 수 있었다.

LASERVORM의 특수 기계는 제약 산업에서 찾을 수 있다.그들이 사용하는 응용 프로그램은 백신의 개발 및 제조에서 중요한 알을 부화하는 것을 포함한다.POWERLINK를 사용하기로 결정된 후, 하드웨어를 평가하는 시간이 되었다. 대부분의 경우, 시스템 설계의 유연성을 방해하지 않을 표준 부품의 사용을 고려했다. 이 특수한 분야에 제공될 수 있는 향상된 솔루션을 찾으려고, LASERVORM는 IMM 회사와 함께 새 연결 모듈을 개발했다. 이 모듈은 런타임에 기술적인 요구 사항을 맞출 수 있는 빔 형태와 32개의 하위 사이클에서 레이저 빔의 파워와 위치를 제어할 수 있게 만들어 준다. 이 뿐만 아니라 미래의 요구를 처리하는 데 필요한 최대의 유연성과 정밀도를 보장한다.

표준 구성 요소 차례에 왔을 때, LASERVORM는 다시 한 번 B & R과 같이 하기로 했다."의사 결정 과정에서 우리에게 결정적인 요소는 운동학, 오픈 프로토콜 인터페이스, 특히 CNC, 안전 및 전체 시스템에 통합된 제어까지 시스템 개방성이었다."라고 Kimme는 설명한다. B&R은 자동화 기술의 모든 범위에 대한 공급 업체이며, 매우 폭넓은 POWERLINK 구성 요소를 제공하며, 통합된 안전 및 CNC 기능의 제공은 실제로 결정을 아주 쉽게 만들어 준다.