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김재영
(한국기계연구원 나노융합장비연구부 유연전자R2R장비연구실)
2023-05-02
독일 하노버에서 2023년 4월 17일부터 21일까지 개최하는 하노버 메세 (Hannover Messe 2023) 산업 박람회에 참석하였다. 본 박람회에 참석하여, 제조시스템 구축 설계/제작/제어/측정 기술 동향 습득 및 분석, 첨단 기계분야의 최신동향 파악, 기술 및 시장에 대한 정보 습득 및 분석 (자동화, 모션 및 드라이브, 디지털 생태계, 엔지니어링 부품 및 솔루션 등 기술 개발 동향), 미래 산업과 사회에서 변화를 이끌어 낼 수 있는 차세대 제조 시스템 검토, 세계 유수의 자동화 업체들과 교류 및 네트워킹 플랫폼 구축 및 최신 연구분야 및 응용분야에 대한 자료 수집과 향후 차세대 자동화 시스템 구축 기획 내용을 얻고자 한다. Hannover Messe 2023은 유럽에 있는 산업체뿐만 아니라 전 세계 유수 기업들이 참가하는 최대 규모의 박람회이며 많은 부스와 전시회장이 설치되어 있었다. 전시회는 각 Hall별로 전시제품 구역이 나누어져 있었으며, Drive Technology & Process Automation/Robotics, Digital Industires Full Solution 및 Industrie 4.0 & Industrial Transformation을 집중적으로 관람을 하였다 [1].  Hiwin에서는 구동기 및 관련 Linear guide, Single-axis robot, Multiple-axis robot, Controller, Motor driver 등 스테이지 통합 시스템 구축을 위한 많은 제품을 출시하였다. 특히 Stage를 사용하여 정밀하게 Motion control을 가능하도록 설계구조부터 모터 드라이버, 제어기 통합 시스템을 구성하여 다양한 데모를 확인할 수 있었다.  NPS 스테이지 경우 ±0.2um Repeatability 그리고 ±1um Absolute Accuracy 수준의 정밀도를 가지고 구동하는 것을 확인할 수 있었으며, Multiple-axis 스테이지 같은 경우 Flatness 1um, Straightness 1um, Pitch/Yaw Error 2 arc sec, Velocity Ripple 0.1%@ 100mm/s 수준으로 정밀 구동하는 것을 확인할 수 있었다 [2].  Hiwin 스테이지 중, 스테이지 아랫단에 Cooling system을 구축하여 빠른 정밀 구동 시 발열요소를 최소화하여 구동기뿐만 아니라 기구부의 과열 부하를 차단해 줄 수 있는 구성이었으며 향후 스테이지 설계 및 구축 시 필요할 수 있는 유용한 아이디어로 판단되었다.  THK Co.에서는 선형타입의 구동기를 이용하여 스테이지를 구동하는 데모를 열었다. 선형타입 구동기가 Magnetic force를 만들어 스테이지를 구동시키고 스테이지 위치정보를 엔코더로 획득하여 정밀 피드백 구동을 시연하였으며, Connector box를 이용하여 복잡한 전선 케이블을 정리하여 외관상으로도 깔끔한 시스템을 구축하였다. Maximum speed는 약 3m/s (4m/s for GLM10 only) 이고 Acceleration/deceleration은 약 19.6m/s2 (2G)으로 확인하였다 [3].  THK Co.에서는 선형타입의 구동기뿐만 아니라 LM Guide (with ball-screw type)을 이용하여 축 방향으로 스테이지 구동 시 높은 강성을 유지하는 컴팩트한 디자인을 선보였다. 본 제품은 Move tooling in fully automated wire strippers, Electric robot grippers, Screw tightening machines, and dispensers에 사용될 수 있으며, 9개의 다른 크기로 제품을 출시하였다. (Range from 15 to 65) [3]  Micro-epsilon에서 출시된 Laser displacement sensors는 비접촉 타입의 센서로 2 – 1000mm까지 정밀 측정할 수 있는 센서이다. 본 제품은 Deflection of strip material, Vibration measurement of a roller, Planarity of IC pins, Double sheet detection 등에 쓰일 수 있다. 본 제품의 사양은 Measuring ranges (mm) 10 | 25 | 50 | 100, Linearity from 10µm, Repeatability from 1µm, Measuring rate 2kHz, Compact size with integrated electronics, 3m integrated sensor cable with open ends, Scalable analog output, Trigger input, Interfaces: RS422, PROFINET, EtherNet/IP이다 [4].  Micro-epsilon에서 출시된 Confocal chromatic sensors는 Laser sensor와 비슷한 비접촉 타입의 센서로 진공 환경에서도 정밀 측정이 가능한 센서이다. Confocal sensor에 따른 Controller를 연결하였을 때 6.5kHz measuring rate 수준을 얻을 수 있으며, Sensor 타입마다 다르지만, 최소 0.1 mm–최대 30 mm까지 측정 할 수 있다. Displacement를 측정할 수 있을 뿐만 아니라 Thickness까지 측정 할 수 있는 센서이며 스테이지 구동 시 발생할 수 있는 Tilt나 외부에서 구동 거리를 정밀 측정할 수 있을 거라 판단된다 [4].  Micro-epsilon에서 출시된 Industrial displacement and position sensors는 LVDT, Inductive type식 센서이며, 본 제품은 자동차 모형을 기준으로 Position sensors를 직접 Contact 하였을 때 측정할 수 있는 데모를 하였다. 자동차 오른쪽 기준으로 5개의 센서 및 왼쪽 기준 1개의 센서를 설치하여 위치를 측정하였으며 상당한 수준의 정밀도를 보여주었다. 본 센서의 사양은 다음과 같다. Measuring ranges (mm): ± 1 | 3 | 5 | 10, Linearity max. ± 0.003mm, Repeatability max. 0.15µm, Diameter ø8mm, Options with pneumatic push, Low cost especially for a large number of pieces [4].  Micro-epsilon에서 출시된 Draw-wire displacement sensor는 Wire를 이용하여 변위를 측정하는 센서이며 50mm to 50,000mm의 변위까지 측정이 가능하다. 본 시연은 지게차 모형에서 Load의 위치를 Wire sensor로 측정하여 위치 및 정밀도를 보여주는 시연을 하고 있으며, 본 데모뿐만 아니라 Rotor stress tests, Displacement measurement in hydraulic diving platforms, Monitoring the extension of pipelines, Lift height measurement in heavy-duty lifters 등에 사용될 수 있다 [4].  Delta motion에서 출시된 RMC motion controller 중 RMC200을 이용하여 Hydraulic 방식의 Stewart platform을 구현하였다. 상당한 사이즈의 Platform임에도 불구하고 고정밀의 Force control 및 Position control이 되는 것을 확인하였으며, 다축(Multiple-axes)임에도 불구하고, 드라이버 단의 사용자 편의가 잘 되어있는 프로그램을 이용하여 제어알고리즘을 간편하게 설계할 수 있는 것을 확인하였다. 본 제품은 18-axes of control까지 가능하며, 125µs 수준의 Loop time을 설정할 수 있어 Control on fast-responding systems 이 가능하다 [5].  R+W에서 출시된 Coupling은 Bellows, Safety, Elastomer, Servo disc pack의 종류가 있으며, 본 전시회에서 보여준 데모는 Coupling 구조 안에 Torque sensor가 내장되어 있어 롤러가 돌아가는 상태에서 Torque를 측정할 수 있고, 롤러 안에 Encoder가 있어 속도 측정까지 가능하였다. 본 시연을 통하여, 롤러의 토크, 속도 등의 측정값을 한 번에 정밀하게 측정할 수 있다면 장비 측면에서 여러 효율적인 부분을 검토할 수 있으며 추후 장비 지능화 측면을 고려하였을 때 선택할 수 있는 좋은 제품이라 생각된다 [6].  icotek 사에서 출시된 제품들은 케이블 매니지먼트 및 엔트리 시스템이며 기계 및 장비의 연결이 필요한 곳에 안전한 솔루션을 제공한다. 특히 케이블에 열악한 환경인 물, 먼지, 진동, 극한 기온 등의 조건에서도 사용 가능하며, 장비 관련 연구를 하는 분야에서는 필수로 사용되는 제품이라고 할 수 있다 [7].  Siemens에서 소개된 배터리 제조용 롤투롤 (Roll-to-Roll) 시스템은 양극재, 분리막, 음극재를 롤투롤 생산제조시스템을 이용하여 생산할 수 있는 솔루션을 제공하였다. 롤투롤 제조공정 시스템은 고속/저가 생산에 탁월한 제조공정 시스템이며 본 솔루션 중 눈에 띄었던 것은 기본적인 롤러구조가 아닌 3축으로 나누어진 롤러 형태를 구축하여 양극재 및 음극재를 제품 크기에 맞게 자를 수 있고 와인딩 구동과 동기화하여 실제 시스템 구동 중에도 정밀한 크기로 생산이 가능하였다. 공압을 이용하여 한 축당 Slitting 크기를 설정할 수 있는 부분도 흥미로웠다 [8].  전 세계의 Digitalization 영향으로 인한 디지털 트윈 시스템 구축에 많은 기업이 투자하고 있는 것으로 확인되었다. 장비를 구축 전 최적화된 제품 양산을 위한 시뮬레이션 모델이나 장비에서 발생할 수 있는 여러 엔지니어링 문제점을 개선하기 위해 디지털 트윈 구축을 하는 것으로 파악되며, 실제 시스템과 똑같이 묘사하고 데이터 송수신을 통해 가상현실 플랫폼 안에서 사용자가 시스템 이해 및 구동을 확인할 수 있었다 [9-10]. 또한, 실제 생산라인을 최적화하는 곳에서도 사용되어 추후 장비를 이용한 제품생산에 큰 패러다임이 올 것으로 기대된다. Hannover Messe 2023을 통해 세계 각국의 차세대 제조시스템 및 첨단기계 분야 기술들을 접할 수 있었고, 이를 통해 현재 국내 기술의 한계점과 미래 기술에 대한 방안들을 생각할 수 있었다. 차세대 제조 장비 시스템 구축을 위한 설계/제작/제어/측정 기술 동향 습득 및 분석을 할 수 있었으며 다양한 최적화 솔루션들을 얻을 수 있었다. 그 외 요소 부품 및 Digitalization 결과물들을 파악할 수 있었으며 앞으로 미래산업의 방향성을 파악하였고 이를 위해 기존의 장비구축뿐만 아니라 소프트웨어 개발을 통한 디지털 트윈 구축을 큰 꼭지로 진행해야 할 필요성을 느꼈다. 산업 전시회 참관을 통한 모션 및 드라이브, 디지털 생태계, 엔지니어링 부품 및 솔루션 등 글로벌 기업들의 기술 개발 동향을 파악할 수 있었으며, 본 박람회 참석을 통하여 향후 차세대 자동화 구축 기획에 큰 도움이 될 것으로 생각된다  |
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