Application Story
PC 기반 제어 플랫폼이 로봇 운동 역학을 통합하다
크림 빵의 속을 채우는 로봇이 제빵의 자동화된 제조를 능률화하다
옛날에는 숙련된 제빵사만이 크림 호른 빵의 반죽에 속을 채울 수 있었으나, 지금은 음식 산업에서 가격 압박이 너무 심해서 이러한 공정은 신속하고 경제적으로 수행되어야 한다. 독특한 포장 및 제품 처리 솔루션의 구현으로 유명한 스위스 회사 Pamatech System AG는, 크림 호른 빵의 속을 채우기 위한 완전 자동화된 로봇 시스템을 공급하기로 계약을 체결했다. 호른 빵에 균일하게 속을 채워야 한다는 요구뿐만 아니라, 빵의 모양, 크기 및 일관성에 적용되는 엄격한 공차를 감안할 때, 이것은 아주 힘든 작업이다.
스위스 취리히 근처 아폴테른에 본사를 둔 Pamatech System AG는 음식 산업용 포장 기계 및 특수 기계를 전문으로 한다. 다양한 식품의 일차 및 이차 포장용 특수 조립기계 및 상자 포장 이외에도, 25년 된 이 회사의 광범위한 포트폴리오에는 베이킹 시트의 가공에서부터 롤미트 제품의 포장에 이르는 다양한 공정을 위한 모든 기계를 포함한다. “우리는 많은 경쟁업체들이 감히 도전해보지 않는 아주 까다로운 프로젝트를 자주 다루어보았습니다”라고 Pamatech System의 전무이사인 David Weber는 사업 모델을 설명한다.
PC 제어가 Pamatech에게 개방성 및 유연성을 제공하다
포장 재료의 잦은 변경뿐만 아니라 처리해야 할 다양한 상품 및 제품을 고려해볼 때, 포장 기계는 아주 유연할 것이라고 기대한다. “예를 들어, 우리는 기하학적 형태의 큰 제품을 포장하는 것뿐만 아니라, 다양한 모양(원형, 타원형, 사각형, 이중 포장 등등)으로 가공할 수 있으며, 한 번의 버튼 터치로 1분 내에 자동으로 전환 할 수 있는 상자 슬리브 기계를 생산해오고 있습니다. PC 기반 자동화는 더 높은 수준의 작업 데이터를 직접 포맷 데이터와 연결함으로써 심지어 더 높은 수준으로 이 기능을 확장합니다. 모션 제어 및 심지어 HMI를 통합하는 Beckhoff의 PLC 제어 기술은 아주 유연한 솔루션을 제공합니다”라고 David Weber는 설명한다.
그는 “우리가 Beckhoff의 자동화 솔루션을 선택한 중요한 이유는 드라이브의 선택과 관련하여 개방성이었습니다. 우리의 많은 고객들은 선호하는 공급 업체가 있어서 자동화 플랫폼이 기본적으로 다른 업체의 통합에 개방적이어야 한다는 것은 우리에게 중요합니다. 기계 수준에서, 우리는 더 높은 수준의 프로그래밍에 어떤 노력도 기울이지 않고서 스테퍼 모터나 대형 서보 드라이브를 사용할 수 있습니다. 이것은 우리 전문가들이 높은 수준의 언어로 프로그램 할 수 있으며 더 낮은 수준의 드라이브 시스템에 완전히 독립적이라는 의미입니다”라고 덧붙였다.
David Weber의 추가 설명에서처럼, 프로그래밍 작업의 복잡성이 쉽게 이해할 수 있는 코드로 표현될 수 있어서 이전에 그랬든 것처럼 Pamatech는 외부 전문가들에게 의지할 필요가 없다는 것이 중요하다.
페이스트리 반죽은 특정 높이 및 특정 간격으로 수직으로 충전 기계에 공급된다.
Pamatech시스템 AG의 매니저 David Weber
충전 스테이션의 제어 시스템은 EHEDG 인증 스테인리스 스틸 하우징을 가진 AM8831 서보모터를 통합한다.
TwinCAT 동역학의 변형과 통합 로봇 제어
현재, Pamatech는 식료품 마켓을 운영하는 스위스 회사 Coop을 위해 달콤한 크림으로 페이스트리 반죽 속을 채우는 기계를 개발하는 프로젝트를 진행하고 있다. “지금까지, 호른 모양의 크림빵은 항상 수동으로 채워졌습니다. 이 작업을 자동화하기 위해서, 우리 공장은 델타 동역학 로봇을 사용하도록 설계했습니다”라고 David Weber는 말한다. “문제는 빵 반죽이 다양한 크기로 나온다는 것입니다. 빵 반죽이 명시된 공차 내에서 똑같은 수준으로 크림을 끝까지 채워져야 하며, 크림이 붕괴되거나 분리되지 않도록 빵 반죽의 가장자리를 준수해야 합니다.”
Pamatech는 빵 반죽이 기계 안으로 어떻게 들어갈지를 주의 깊게 위치선정하고 일정한 방향을 향하도록 하고, 그런 다음 델타 로봇을 사용하여 위에서부터 반죽 속을 채움으로써, 이 문제를 해결했다. 지속적으로 움직이는 컨베이어 벨트와의 동기화와 더불어, 로봇은 반죽의 부서지기 쉬운 표면을 손상시키지 않고서 반죽의 가장자리 주위에서 원을 그리는 동작을 실행해야 한다. 공장 엔지니어에게 더 큰 어려움은 고객이 요구하는 충전율을 달성하는 것과 예산 범위 내에 머물러야 한다는 것이다. David Weber는 아직 더 많은 개발이 진행 중인 그의 충전 기계에 아주 만족한다. “우리의 시험 충전은 아주 고무적인 결과를 달성했습니다. 필수 충전 깊이는 Baumer 초음파 센서가 제공하는 높이 측정을 사용해서 달성되었습니다.”
Pamatech의 기계는 음식 산업의 엄격한 위생 요구사항을 따르는 Majatronic 델타 로봇을 사용한다. David Weber는 로봇이 자동화 플랫폼에 통합된 방법에 대해 설명한다. “로봇은 Beckhoff의 서보 모터 및 서보 드라이브에 의해 제어됩니다. 시스템은 또한 스테인리스 스틸 하우징 및 EHEDG 인증을 가진 AM8831을 통합합니다. 델타 로봇을 제어 시스템 플랫폼에 통합하기 위해서, 우리는 TwinCAT 소프트웨어 라이브러리 동역학 변환(TS5112)을 사용했습니다.” TwinCAT NC I는 다양한 충전 방법이 프로그래밍 될 수 있도록 G 코드로 지정된 필요한 윤곽과 함께 충전 과정의 유연한 서술을 제공한다.
크림 호른 빵에 덧붙여, 추가적인 공급 및 충전 개념은 기계가 작고 둥근 파이 안에 속재료를 주입하거나 달콤한 크림으로 도넛을 채우는 것을 가능하게 한다. 충전이 아주 깊게 될 필요가 없으며 빵 반죽이 정확하게 보내지거나 컨베이어 벨트 위에 일정한 방향으로 향하게 할 필요가 없는 것을 제외하면, 절차는 호른 빵의 반죽 속을 채우는데 사용된 것과 유사하다.
David Weber는 이것에 대해 추가 설명한다. “이 작업을 해결하기 위해서, 우리는 각 페이스트리 반죽의 정확한 위치를 감지하는 인커밍 벨트 위에 탑재된 2가지 형태의 센서를 가지고 있습니다. 이 전송된 좌표가 주어지면, 로봇은 각각의 빵 반죽 속을 정확하게 채울 수 있습니다.”
“우리의 모듈 시스템 개념 덕분에, 기계는 다른 어플리케이션 에서 재사용할 수 있는 충분한 유연성을 제공합니다”라고 David Weber는 덧붙여 말한다. “일단 순서나 배치가 완성되면, 우리는 원하는 대로 시스템을 개조할 수 있습니다. 소프트웨어를 수정함으로써 포맷에 필요한 변경이 간단하게 이루어집니다.”