CO2 배출량 저감을 위한 노력의 일환으로 자동차 제조업체는 알루미늄 및 탄소 복합재와 같은 경량 소재와 고강도 및 초고강도 강철을 결합하여 차체를 제작하고 있다. 이러한 다양한 재료를 함께 결합하는 난제를 해결하고자 EJOT는 B&R 기술로 구현된 새로운 EJOWELD 프로세스를 개발해 특허를 획득했다.
차체 제작과정에서 수행되는 스팟 용접 공정은 매우 까다롭다. 조인트 강도와 달성 가능한 사이클타임은 용접 조인트 부위와 동일한 요건이 적용된다. 또한 다양한 소재 조합을 정확하게 준수하고 문서화해야 하는 다양한 기술 조건도 있다. 더욱이, 로봇 유도 공구들이 충돌없이 차체의 모든 소요 위치에 도달할 수 있어야 한다.
초정밀 마찰 용접
EJOWELD 솔루션에 사용되는 마찰 용접 공정은 비교적 간단해 보인다. 세팅 공구는 4단계 공정에서 접합 요소를 누르고 회전시켜, 더 부드러운 외부 소재를 관통한다. 그 결과 마찰을 통해 접합 요소가 최대 약 1,100°C까지 가열되어 보다 단단한 하단의 소재와 영구적으로 결합된다. 하지만, 악마는 디테일에 있다. 우선, 전체 공정에 소요되는 시간이 0.7 ~ 1.8 초에 불과하다.
“공정 파라미터를 매우 정확하게 준수하지 않으면 연결상태가 유지되지 않으며 오래지 않아 해당 레이어가 분리되기 시작할 것입니다.” 슈로트(Schrodt) 씨의 설명이다. 공정을 모니터링하고 품질 보증을 위한 결과를 저장하고자 개별 용접 공정 동안 최대 30,000개의 데이터 요소가 기록된다. “이는 제어 시스템으로도 상당히 실행하기 어려운 작업입니다. B&R의 Automation PC, ACOPOSmulti 및 POWERLINK 기술은 이러한 난제를 극복하는데 탁월한 역할을 수행합니다.” EJOWELD 개발 팀장 로베르트 하일란트 (Robert Heiland) 씨의 설명이다.
글로벌 사용 가능성
“전 세계 어디서나 솔루션을 구축하려면 드라이브 기술의 전원 공급장치가 주 전원 공급과 독립적이어야 합니다. 이는 각 전력망 유형별로 상이한 구성요소를 설치하지 않고도 일관된 처리 조건을 보장하는 데 중요합니다.” B&R이 ACOPOSmulti 드라이브 시스템의 전원 공급 장치 모듈을 설계하여 광범위한 주 전원 전압 및 주파수에 걸쳐 일정한 750 VDC를 DC 버스에 공급하도록 설계한 이유가 바로 여기에 있다. 무효 전력은 cos φ = 1로 조절되는데, 이는 최적화된 주 전원 재생에 중요하다.
드라이브 정밀도로 최적의 품질 보장
마찰 용접 공정 중에는 다양한 제어 공정 간의 실시간 전환이 필요하다. “해당 제어 공정으로 전환하려면 마찰 요소가 불과 몇 마이크로초의 정밀도로 더욱 단단한 재질에 도달하는 순간을 식별할 수 있어야 합니다.” 개발자 하일란트 씨의 말이다. 서보 드라이브는 별도의 축동력 센서의 값을 읽고, 이를 전류 제어 루프의 추가 입력 파라미터로 시시각각 동적으로 적용한다. 추가 제어 신호는 주변 장치에서 통합되며 마이크로초 단위로 처리되어야 한다.
이들 신호는 해당 공정에 바로 인접한 설정 도구에 장착된 B&R X67 I/O 모듈에서 판독되며 POWERLINK를 통해 드라이브 및 컨트롤러로 직접 전송된다.
모듈식 상호 운용 하드웨어로 유연성 확보
결합 소재의 차이가 클수록 다양한 요구사항에 부합하려면 자동화 시스템의 유연성이 향상될 필요가 있다. “B&R과 더불어, 호환성 문제없이 이러한 적응을 완벽하게 구현할 수 있는 제품을 보유한 파트너가 있습니다.” 하일란트 씨의 말이다. 로봇을 비롯한 여타 생산 장비와의 통합에 필요한 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 인터페이스는 B&R 제품 포트폴리오의 기본 사양이다.
B&R의 통합 안전 기술 덕분에, 안전 솔루션 역시 같은 수준의 적응이 가능한 셈이다. 끝으로 중요한 것은 B&R의 X20 PLC 및 Automation PC가 완벽히 상호 운용되는 까닭에 EJOT에서 소프트웨어 어플리케이션을 조정할 필요 없이 요건에 따라 솔루션을 조정할 수 있다는 점이다. “당사의 시스템을 강력한 산업용 PC로 손쉽게 업그레이드함으로써 보다 진보된 프로세스 제어가 가능합니다.” 세일즈 매니저는 향후 개발 계획을 이렇게 전망했다. 또 다른 목표는 더 한층 소형화된 모터로 세팅 툴 설계를 보다 최적화하는 것이다.
이와 같이, EJOT는 자동차 제조를 보다 환경 친화적으로 만드는 경량 소재의 사용에 중요한 공헌을 하고 있다.
