분주한 공장 현장으로 걸어가거나 정밀 제조 시설을 방문한 적이 있다면 아마도 레이저 로봇이 실제로 작동하는 것을 본 적이 있을 것입니다. 이 유연하고 빠른 작업대는 섬세한 자동차 부품 용접부터 극강의 내구성을 위한 산업용 부품 클래딩까지 모든 작업을 처리합니다. 이러한 시스템의 공급업체로서 저는 신규 고객이 묻는 가장 일반적인 질문 중 하나가 성능이나 정밀도에 관한 것이 아니라 다음과 같다는 것을 알게 되었습니다.이 중 하나를 설치하려면 실제로 얼마나 많은 공간이 필요합니까?이는 공정한 질문입니다. 공간을 잘못 설정하면 지연, 안전 위험 또는 더 나쁜 경우 의도한 대로 움직일 수 없어 성능이 저하되는 기계를 보게 됩니다. 저는 소규모 작업장부터 대형 항공우주 공장까지 수백 개의 제조업체와 협력한 후 모든 유형의 시스템에 대해 고려해야 할 주요 요소와 함께 레이저 로봇의 설치 공간 요구 사항을 분석했습니다.
먼저, 레이저 로봇 설치에 실제로 무엇이 포함되는지 명확히 합시다. 로봇 팔 자체만이 아닙니다. 조작기(레이저 헤드를 움직이는 팔), 레이저 소스(고출력 레이저 빔을 생성하는 소형 상자), 프로세스 챔버 또는 작업대(부품이 로드되는 곳), 제어 캐비닛, 안전 장벽 및 종종 연기 추출기 또는 냉각 시스템과 같은 보조 장비가 있습니다. 이러한 각 부분은 전체 설치 공간에 추가되며 작은 구성 요소라도 간과하면 공간 계획이 실패할 수 있습니다.
사용 사례에 따라 필요한 공간이 많이 다르기 때문에 가장 일반적인 레이저 로봇 구성부터 시작해 보겠습니다. 금속 부품을 정밀하게 접합하려는 경우 아마도 로봇식 레이저 용접기 시장에 있을 것입니다. 용접용 표준 6축 로봇 팔은 정지 상태에서 너비가 약 1.5m, 깊이가 0.8m이지만, 부품 고정 장치, 안전 울타리, 레이저 소스 캐비닛을 포함한 작업셀을 고려하면 최소 설치 공간은 4m x 3m입니다. 이는 단일 작업셀에 대한 것입니다. 다른 부품이 처리되는 동안 부품을 실행하려면 길이에 2미터를 더 추가하는 이중 스테이션 설정이 필요할 수 있습니다. 차체 패널과 같은 대형 부품의 경우 더 긴 리치 암(최대 2미터)과 더 큰 회전 포지셔너를 갖춘 레이저 용접 로봇 시스템을 선택하여 최소 셀 크기를 5미터 x 4미터로 늘릴 수 있습니다.
귀하의 작업이 유압 실린더, 터빈 블레이드 또는 건설 장비 부품과 같은 부품에 단단하고 내마모성 층을 추가하는 것이라면 레이저 클래딩 기계가 적합합니다. 클래딩에는 분말 전달 시스템(금속 분말과 같은 클래딩 재료를 레이저 헤드에 공급하는 구성 요소)과 과잉 분말을 포착하기 위한 전용 연기 추출 시스템을 위한 작업 영역 주변에 추가 공간이 필요합니다. 6축 로봇이 있는 표준 레이저 클래딩 셀은 최소 4.5m x 3.5m가 필요하며 매우 큰 부품(예: 2m 긴 샤프트)을 처리하는 경우 로봇의 도달 범위를 확장하고 길이를 1m 더 추가하려면 선형 축이 필요합니다. 나는 고객에게 유지 관리 중에 접근할 수 있도록 전체 셀 주위에 0.5미터의 간격을 두도록 클래딩을 계획할 것을 항상 조언합니다. 기술자는 파우더 노즐을 교체하거나 필터를 청소할 수 있는 공간이 필요하며 클래딩 재료 부스러기는 좁은 모서리에서 청소하기 까다로울 수 있습니다.
특히 복잡한 3D 형상을 절단하려면 3D 로봇 레이저 절단기가 필수적입니다. 로봇의 팔이 불규칙한 부분 주위를 자유롭게 움직여야 하고 레이저 빔 전달 시스템(종종 광섬유 케이블이지만 때로는 빔 가이드)은 작업 영역 위와 아래에 여유 공간이 필요하기 때문에 공간 요구가 까다로울 수 있습니다. 일반적인 3D 레이저 절단 셀에는 최대 직경 1.2m의 부품을 수용할 수 있는 작업대가 있으며 로봇 팔의 최대 작동 범위는 1.8m입니다. 즉, 셀 자체의 길이는 최소 5미터, 너비는 4미터, 높이는 2.5미터 이상이어야 합니다. 많은 제조업체는 수직 공간을 간과합니다. 레이저 절단 헤드는 완전히 확장되었을 때 로봇 베이스 위로 최대 0.5m까지 확장될 수 있으므로 천장이 2.7m에 불과한 경우 로봇을 더 낮게 장착하거나 더 작은 리치 암을 선택해야 하므로 절단 용량이 제한됩니다. 트럭 프레임이나 농업 장비 구성 요소와 같은 더 큰 부품의 경우 갠트리 로봇 시스템이 자주 사용됩니다. 여기에는 수평 갠트리를 따라 이동하는 움직이는 암이 있으므로 갠트리 레일을 따라 추가 선형 공간(때로는 10미터 이상)과 작업 영역 및 안전 시스템을 위한 동일한 간격이 필요합니다.
이제 기계 유형 외에도 많은 고객들이 놓치고 있는 타협할 수 없는 세 가지 공간 요소가 있습니다. 첫째, 안전. 레이저 로봇은 제대로 밀봉되지 않으면 눈에 손상을 주거나 화상을 입을 수 있는 고출력 레이저(모델에 따라 1kW ~ 6kW)를 사용합니다. OSHA 및 글로벌 제조 안전 표준에서는 레이저 작업 셀을 물리적 장벽(일반적으로 열면 레이저를 차단하는 연동 게이트가 있는 금속 울타리)으로 둘러싸야 하며 로봇의 최대 작업 영역에서 1미터 이내에 액세스 지점이 없어야 합니다. 즉, 로봇 팔이 반경 2미터만 커버하더라도 로봇 팔 주위 반경 3미터를 울타리로 막아야 한다는 의미입니다. 고객이 더 짧은 장벽을 사용하여 공간을 절약하려고 시도하는 것을 본 적이 있지만 이는 안전 위반이며 기계 보증도 무효화됩니다. 둘째, 서비스 접근입니다. 모든 레이저 로봇에는 레이저 다이오드 교체, 로봇 팔 교정, 빔 경로 청소 또는 필터 교체 등 연간 유지 관리가 필요합니다. 즉, 제어 캐비닛과 레이저 소스의 모든 측면에 최소 0.8미터의 간격이 있어야 하고, 로봇의 전원 및 데이터 케이블을 뽑으려면 셀 후면에 1미터의 간격이 있어야 합니다. 셀을 벽에 밀어 넣으면 기술자가 특수 도구를 가져오거나 유지 관리를 위해 다른 날 다시 방문하도록 하는 데 추가 비용을 지불하게 됩니다. 이는 기계 수명에 걸쳐 빠르게 증가합니다. 셋째, 유틸리티 액세스입니다. 레이저 로봇에는 전용 전력선(공장 바닥의 콘센트뿐만 아니라 안정적인 전압(보통 북미에서는 480V, 유럽에서는 400V)의 3상 전원이 필요함), 레이저 소스 냉각을 위한 물 공급(대부분의 시스템에는 분당 10~20리터가 필요함), 압축 공기 연결(레이저 헤드를 퍼지하고 오염 물질로 인해 광학 장치가 손상되는 것을 방지하기 위해)이 필요합니다. 이러한 유틸리티는 모두 셀에서 2미터 이내에 있어야 하므로 공장 바닥에 추가 라인을 설치할 필요가 없습니다. 이는 걸려 넘어질 위험이 있으며 로봇 제어 시스템에 신호 간섭을 일으킬 수 있습니다.
또한 고객이 공간을 계획할 때 흔히 저지르는 실수에 대해서도 이야기하고 싶습니다. 한 가지 큰 문제는 향후 확장을 고려하지 않는 것입니다. 작은 부품을 위한 단일 레이저 용접 셀로 시작했지만, 내년에는 더 큰 부품을 위한 셀을 추가하고 싶을 수도 있습니다. 셀 사이에 추가 공간(각 셀 사이 최소 2미터)을 계획하는 경우 전체 바닥을 재배치하지 않고도 새 기계를 쉽게 추가할 수 있습니다. 또 다른 실수는 머리 위 장애물을 간과하는 것입니다. 덕트, 스프링클러 시스템 또는 오버헤드 크레인이 있는 공장 천장은 로봇 팔에 사용할 수 있는 수직 공간을 제한할 수 있습니다. 나는 항상 바닥에서 작업 영역의 가장 낮은 머리 위 물체까지의 수직 간격을 측정한 다음 로봇의 최대 수직 도달 거리(보통 0.5미터)를 빼서 필요한 최소 천장 높이를 얻는 것을 권장합니다. 예를 들어, 천장에 바닥에서 2.4m 높이의 덕트가 있는 경우 최대 수직 도달 범위가 2.5미터인 3D 절단 로봇은 적합하지 않습니다. 더 작은 도달 거리 모델이 필요합니다.
귀하의 공간이 확실하지 않은 경우 저희 팀과 저는 잠재 고객을 위한 무료 공간 평가를 제공합니다. 우리는 귀하의 시설을 방문하여 사용 가능한 바닥 공간과 천장 높이를 측정하고, 처리할 부품을 검토하고, 귀하의 공간과 요구 사항에 맞는 올바른 레이저 로봇 구성을 선택할 수 있도록 도와드립니다. 소규모 작업장을 위한 소형 로봇식 레이저 용접기 또는 중공업 부품용 대용량 갠트리 로봇 시스템을 찾고 계시다면, 우리는 귀하가 과도하게 구매하거나 공간을 낭비하지 않도록 보장해 드릴 것입니다.
결국, 레이저 로봇에 적합한 공간은 단지 기계를 장착하는 것이 아니라 최대 성능으로 작동하고 안전하게 유지하며 향후 몇 년 동안 쉽게 유지 관리할 수 있는지 확인하는 것입니다. 레이저 로봇은 큰 투자이며, 공간 계획을 생략하는 것은 투자를 골칫거리로 만드는 가장 쉬운 방법 중 하나입니다. 귀하의 공간과 생산 요구 사항에 어떤 레이저 로봇 시스템이 적합한지 알아볼 준비가 되셨다면 저희 팀이 공간 계획부터 설치 지원까지 모든 단계를 안내해 드립니다. 클래딩, 절단 또는 용접 응용 분야에 중점을 두고 있는지 여부에 관계없이 제품 페이지를 통해 다양한 레이저 로봇 시스템에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.
참고자료
- 산업용 레이저 시스템에 대한 OSHA 안전 표준(2022)
- 로봇 작업셀 설치 요구 사항에 대한 산업용 로봇 협회(IRA) 가이드(2021)
- LIA(Laser Institute of America) 고출력 레이저 제조에 대한 안전 지침(2020)
- 대형 로봇 작업셀에 대한 GRA(Gantry Robot Association) 기술 사양(2022)
