月: 2023年12月

스칼라 로봇이란?

스칼라 로봇은 수평으로 움직이는 회전축을 3축, 상하로 움직이는 1축을 갖춘 수평 다관절형 산업용 로봇입니다.

‘Selective Compliance Assembly Robot Arm’의 머리글자를 따서 ‘SCARA형 로봇’을 통칭 ‘스칼라 로봇’이라고 부릅니다.

스칼라 로봇은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

• 수평 방향의 동작을 빠르게 수행할 수 있다.
• 비교적 저렴한 가격이다.
• 상하 방향의 기계적 강성이 높다 (회전축 3축이 모두 수직으로 배치되어 있기 때문에).

이러한 특징을 살려 스칼라 로봇은 부품 삽입 및 배치, 나사 조임 등의 조립 작업 용도로 활용되어 생산 현장의 자동화에 기여하고 있습니다.

스칼라 로봇의 사용 용도

스칼라 로봇은 식품이나 전자기기 등의 제조 라인에서 사용되는 경우가 많습니다. 이 외에도 부품 등의 Pick & Place 작업, 압입 작업, 디스펜서를 이용한 도포 작업, 조립 작업 등 다양한 용도가 있습니다.

1. 식품 제조 라인에서의 사용 용도

벨트 컨베이어에서 흘러나온 식품(개별 포장된 과자 등)을 플라스틱 트레이에 포장하는 작업
레토르트 포장된 식품을 배송용 케이스에 포장하는 작업

2. 전자 기판 제조 라인에서의 사용 용도

부품 피더로 개별적으로 적재된 부품을 정렬한 후, 트레이에 부품을 픽&플레이스하는 작업
트레이에 있는 전자부품(커넥터 등)을 전자기판 위에 배치하는 작업
조립이 완료된 전자기판을 검사기에 세트하고, 검사 후 기판을 다음 공정에 세트하는 작업

3. 기타 사용 용도

나사 조임 : 로봇의 전동드라이버로 여러 곳의 나사를 조이는 작업
골판지 포장 풀기 : 테이프를 잘라 골판지를 개봉하는 작업
라벨 부착 : 로봇 끝에 전용 라벨 부착용 핸드를 부착하는 작업

스칼라 로봇의 원리

스칼라 로봇은 기본적으로 3축의 회전 동작과 1축의 상하 동작, 총 4축의 동작축으로 구성되어 있으며, 3축의 회전축은 모두 팔의 끝부분을 수평으로 이동시키기 위해 사용됩니다. 이러한 구성으로 볼 때, 스칼라 로봇은 수평방향 동작에 특화된 로봇이라고 할 수 있습니다.

3축의 회전축으로 로봇 끝부분을 수평으로 이동시켜 공작물 바로 위까지 고속으로 이동시킨 후, 상하축을 이용해 로봇 끝부분을 공작물 바로 위로부터 접근합니다. 그리고 공작물을 잡는 등의 작업을 수행합니다.

스칼라 로봇의 팔 끝에는 작업에 따라 다음과 같은 공구를 장착할 수 있습니다.

• 에어 흡착 패드
• 공압 그리퍼
• 전동 그리퍼
• 나사 조임 장비
• 디스펜서

스칼라 로봇을 움직이기 위해서는 동작을 가르치는(티칭) 작업이 필요합니다. 지금까지는 티칭 펜던트라는 전용 툴을 사용하는 것이 일반적이었습니다. 최근에는 PC에서 티칭이 가능한 기종이나 다이렉트 티칭이라는 초보자도 쉽게 티칭할 수 있는 기종도 있어, 사용 편의성을 중시한 스칼라 로봇도 증가하고 있습니다.

스칼라 로봇의 기타 정보

1. 고속 스칼라 로봇

스칼라 로봇에는 고속 동작을 목적으로 한 제품도 존재합니다. 로봇이 고속으로 동작함으로써 라인 전체의 생산성 향상에 기여합니다.

스칼라 로봇이 작업을 빨리 끝낼 수 있다면 후공정에 더 빨리 공작물을 전달할 수 있습니다. 그 결과 하나의 제품을 생산하는 시간이 단축된다. 스칼라 로봇의 고속화로 라인 전체의 생산성이 향상되는 이유입니다.

고속 동작이 가능한 스칼라 로봇을 구현하기 위해서는 다음과 같은 방법이 효과적입니다.

• 모터의 출력을 높인다.
• 팔을 경량화한다.
• 관절의 강성을 높인다.
• 로봇의 진동을 억제하는 제어를 한다.

2. 카메라를 이용한 스칼라 로봇

카메라에서 얻은 정보를 스칼라 로봇에 전송하여 로봇 자체의 성능을 향상시킬 수 있습니다. 스칼라 로봇으로 공작물에 나사를 조이는 경우를 생각해 봅시다. 공작물은 개별적으로 교차점을 가지고 있고, 엄밀히 말하면 각각 미묘하게 크기가 다릅니다.

따라서 나사를 잡은 스칼라 로봇이 교시 위치로 이동해도 공작물의 나사 구멍과 스칼라 로봇 끝부분의 나사 끝의 위치가 맞지 않는 상황이 발생할 수 있습니다. 이런 상황에서는 나사 조임에 실패하는 경우가 많습니다.

이때 카메라로 나사 구멍을 촬영하여 기준 위치에 대한 오차량을 계산합니다. 그리고 그 오차량을 스칼라 로봇에 전송하여 원래의 교시점에 오프셋을 주어 위치를 보정합니다.

이를 통해 카메라의 촬영 범위 내라면 어느 위치에 나사 구멍이 있더라도 스칼라 로봇이 나사 조임 작업을 할 수 있게 됩니다. 이러한 구조를 ‘영상 위치 보정’이라고 하며, 공장 자동화에 널리 활용되고 있습니다.

시트 검사 장치란?

시트 검사 장치(영어: sheet inspection device)는 시트나 필름의 제조 시 발생하는 결함을 검사하는 장치입니다.

일상생활에서 식재료, 가전제품, 생활용품 등 모든 분야에서 필름이나 시트가 사용되고 있습니다. 한편, 이들은 대부분 매우 얇게 만들어져 있는 것이 대부분입니다. 하지만 충분히 강도가 있어 쉽게 찢어지지 않습니다.

시트 검사 장비를 제조 공정 라인에 추가하여 제조 중 결함을 검사하여 시트의 표준을 준수할 수 있도록 합니다.

시트 검사 장비의 사용 용도

시트 검사 장비는 주로 시트 제조 공정에서 다양한 결함 및 불량 발생 여부를 확인 및 검사하는 용도로 사용됩니다. 시트 제조 공정에서 다양한 공정에 검사 장비를 설치합니다.

제막 공정에서는 기판의 수지 오염 및 피쉬아이 검사, 라미네이션 공정에서는 혼입물 및 주름 검사, 코터 공정에서는 약액 도포 검사, 슬리터 공정 및 검반 공정에서는 최종 출하 검사를 각각 수행합니다. 제조 공정에서 각종 결함을 찾아내어 제품의 품질 유지 및 후공정 불량 방지, 불량률 저하 방지, 생산성 향상 등에 효과적입니다.

최근에는 광학시트, 다층시트, 고기능성 시트, 코팅지, 바닥재, 유리판, 금속박시트, 부직포 등 외관상 눈으로 확인하기 어려운 결함 검사에도 활용되고 있습니다.

시트 검사 장비의 원리

명확한 정의는 없지만, 시트와 필름의 차이는 그 두께로 구분하는 경우가 많다. 여기서는 모두 ‘시트’에 대해 설명합니다.

1. 시트의 제조

시트는 폴리에틸렌 등의 수지를 압출기를 사용하여 제조합니다. 이때 시트는 T 다이에서 슬릿 모양으로 얇게 펴지고, 냉각 롤에 의해 냉각되고, 권취기에 의해 감겨져 제품으로 완성됩니다.

이를 T 다이법이라고 하는데, 이 외에도 공기를 이용하여 냉각 후 공기로 부풀려서 두 장의 시트가 겹쳐진 형태로 만드는 인플레이션 방식도 한 가지 방법입니다.

2. 시트의 결함 검사

이러한 시트 제조 과정에서 두께의 편차, 색의 불균일, 피쉬아이, 쓰레기나 기름 등의 이물질 부착, 주름, 주름, 스크래치, 핀홀, 얼룩, 충진 불량 등 다양한 결함이 발생하게 된다. 이러한 결함을 검출하는 것이 시트 검사 장비입니다.

카메라에 의한 검사에는 검사할 영역 전체를 카메라로 비추는 영역 카메라와 검사 대상 라인을 한 번에 검사하는 라인 카메라가 사용됩니다. 시트가 흐르는 라인에서 연속적으로 검사하는 경우에는 라인 카메라가 가장 적합합니다.

고해상도 라인 카메라를 시트 폭 방향으로 여러 대를 설치하고, 시트의 지형 변동에 따라 각 카메라의 감도 임계값을 설정합니다. 또한, 하나의 스캔 카메라를 사용하여 고속 스캔으로 검사하는 방법도 있습니다.

또한, 레이저 광과 반사형 레이저 변위계를 이용하여 두께를 검사하는 장치 등 검사하는 대상에 따라 검사 장치를 선택하는 것이 중요합니다.

시트 검사 장비의 기타 정보

1. 시트 검사 장비의 목적

판재 검사장비를 설치하는 목적은 검사의 기계화를 통한 결함의 확실한 검출, 인적 오류를 줄여 제품의 품질 향상, 생산성 향상 등입니다.

2. 판재 검사장비의 검사 사례

시트 결함의 고속 검사

3대의 라인 카메라, 투과형 및 반사형 LED 라인 조명 등으로 구성되며, 2대의 카메라로 시트의 표면과 뒷면을 검사하고, 1대의 카메라로 투과형 및 반사형 LED 라인 조명을 사용하여 검사하여 결함을 고속으로 검출하는 방식입니다.

도장 불균일 결함 검출

시트에 도장할 때, 미세한 두께의 차이로 인해 불균일 결함이 발생합니다. 다파장 카메라를 사용하는 시트 검사 장비를 사용하면 색 성분의 차이가 나타나기 때문에 도장 불균일을 선명하게 검출할 수 있습니다.

주름 결함 검출

투명 시트를 제조할 때, 시트가 흔들리면서 주름 결함이 발생하는 경우가 있습니다. 주름 결함은 평면부와 결함의 차이가 작기 때문에 흑백 영상으로는 결함 검출이 어렵습니다. 다파장 카메라를 사용하여 RGB 이미지를 획득하면 주름 결함을 선명하게 검출할 수 있습니다.

이물질과 기포 판별

시트의 접합을 할 때, 미세한 기포와 이물질을 구분해야 합니다. 흑백 검사에서는 광택이 있는 이물질과 기포는 동일한 명결함이기 때문에 구분이 불가능합니다.

그러나 다파장 카메라로 검사하면 색조 정보의 차이를 감지할 수 있기 때문에 판별이 가능합니다.

항온조란?

항온조는 주로 과학 실험에 사용되는 장비의 일종으로, 장시간 온도를 일정하게 조절할 수 있는 용기입니다.

주로 온도를 변화시키는 타입과 수온을 변화시키는 타입(항온수조)이 있습니다. 탁상에서 사용할 수 있는 타입, 대형 냉장고와 같은 타입, 한 방을 항온조처럼 조절할 수 있는 타입까지 용도와 목적에 따라 크기와 사양이 다양합니다.

항온조 사용 용도

일반적으로 실험실 등에서 많이 사용되는 항온조는 물/오일조 및 항온건조기가 많이 사용되고 있습니다.
항온수/오일조는 주로 화학/생물 실험에서 플라스크 내에 시료를 넣고 교반하면서 온도를 일정하게 유지할 때 등에 사용합니다.

사용법은 간단하며, 기기에 설치된 탱크에 물 또는 오일을 넣고 온도 설정을 하는 방식입니다. 단, 장시간 실험을 진행하기 때문에 물탱크의 경우 물의 증발에 의한 감소에 주의해야 하며, 오일탱크의 경우 100℃ 이상에서 주로 사용하게 되므로 화상에 주의해야 합니다.

또한 항온건조기, 항온고습조는 반도체 건조나 미생물 배양, 실험 외에도 기구의 건조에도 사용됩니다.

사용법은 간단하며, 문을 열고 시료를 넣고 승온 속도, 목적 온도, 유지 시간 등을 설정한 후 건조 및 시료 관찰을 하면 됩니다. 또한, 가열뿐만 아니라 저온 실험에도 사용할 수 있는 냉각기능이 부착된 장비도 있습니다. 단, 냉매로 프레온 등을 사용하는 경우가 있으므로 전문 업체에 위탁하는 것이 필요합니다.

한편, 최근에는 펠티에 소자를 사용한 항온조도 있습니다. 펠티에 소자는 전류의 방향을 바꾸어 냉각과 가열을 할 수 있다. 저전력, 프레온이 없고, 소형이며 미세한 온도 조절이 가능한 것이 특징입니다.

그림 1. 항온조의 방열 및 냉각

항온조의 원리

항온조는 기본적으로 온도를 유지하는 용기, 가열(또는 냉각)기, 온도센서와 온도제어장치로 구성되어 있습니다. 습도를 조절하는 경우 가습기나 제습기, 용기 내 온도를 균일하게 하기 위한 팬이나 교반기 등이 용도에 따라 설치됩니다. 가습기, 냉각기, 제습기에 의해 온도를 변화시키고, 온도 센서에 의해 원하는 온도를 유지합니다.

항온조는 주로 온도를 일정하게 유지하도록 설계되어 있지만, 용도에 따라 온도를 일정 시간마다 상승, 하강을 반복하거나 일정한 경사로 상승, 하강하도록 프로그램을 설정하는 것도 가능합니다.

임의의 프로그램 설정 시 항온조 본체의 플러그 램 장치에 의존하기 때문에 개별 제품의 기능에 따라 달라집니다. 또한, 통신 인터페이스가 내장된 제품이라면 PC를 이용하여 원격 조작도 가능하다. 데이터 기록에 있어서도 항온조 내장 메모리에 직접 기록할 수 있는 타입과 외부 기기에 저장할 수 있는 타입이 있으므로 사용 용도에 따라 사양을 선택해야 합니다.

항온조 구조

그림 2. 항온조의 구조

항온조는 대략 한 변이 30cm~수m 정도의 크기로 실험실 등에 설치가 가능합니다.

일반적인 구조는 탱크의 외곽 프레임, 일부 기기에서는 주변 온도 변화의 영향을 막기 위해 문이나 단열재가 부착되어 있어 탱크 내부를 외부와 차단할 수 있는 구조로 되어 있습니다. 또한, 장시간 동안 온도를 일정하게 유지하기 위한 제어장치가 설치되어 있습니다.

개별 기기에 초점을 맞추면, 항온수조의 경우 수조 전체가 외곽 프레임으로 덮여 있는 것과 그렇지 않은 것으로 나뉩니다. 두 경우 모두 물을 담는 케이스가 설치되어 있으며, 물의 증발 온도 이하로 온도 조절이 이루어집니다. 또한 100도 이상의 실험을 할 경우 물로는 온도를 유지할 수 없기 때문에 오일로 가열을 하는 장치도 있습니다.

그 외 항온건조기 등에서는 타이머나 승온 프로그램이 도입되어 실험 용도에 맞는 온도와 승온 속도를 설정할 수 있습니다.

항온조의 종류

주요 종류는 인큐베이터, 항온건조기, 항온수조, 환경시험기(사이클 시험기, 항온항습조 등)가 있다. 인큐베이터는 과학 실험에서 미생물이나 세포를 배양하는 데 사용됩니다. 또한 산업 분야에서는 알을 부화시키기 위한 부화기, 의료 분야에서는 저체중아의 체온을 적절히 유지하기 위한 인큐베이터도 인큐베이터에 포함됩니다. 항온건조기, 항온수조, 환경시험기는 생화학 분야, 유기화학 분야 등 폭넓게 사용되며 다양한 목적으로 분석 시험에 사용됩니다.

압력 스위치란?

압력 스위치는 공기나 액체 등의 유체에 의한 압력을 감지하는 센서의 일종입니다. 압력의 절대값의 크고 작음에 따라 스위치를 작동시키거나, 임의의 압력 값에 대한 변화량의 크기에 따라 스위치를 작동시키기도 합니다.

압력 스위치의 센서에는 내장된 압전소자에 흐르는 전류량, 전압의 변화를 바탕으로 압력 변화를 감지하는 반도체 피에조 저항 확산형 압력 센서와 가동극이 달린 커패시터가 내장되어 외부 압력에 의한 커패시터의 커패시턴스 변화로 압력 변화를 감지하는 커패시턴스형 압력 센서가 있습니다.

압력 스위치의 사용 용도

압력 스위치는 다양한 용도로 사용됩니다. 프레스 기계, 성형기기 등의 제어에 사용되며, 자동차의
엔진오일, 기차의 제동압력 제어에도 사용됩니다.

또한, 부식성, 독성이 있는 화학물질과 접촉하는 가혹한 장소에서도 압력 스위치를 사용할 수 있습니다. 이 외에도 가연성 물질을 취급하는 곳에서 사용하는 방폭형 압력 스위치도 판매되고 있습니다. 화학 산업, 석유, 가스 산업 등 화학물질을 일상적으로 취급하는 현장에서 이러한 압력 스위치가 사용됩니다.

이외에도 에어컨의 컴프레서나 냉각가스, 진공청소기의 흡입 등 풍량 관리, 생산 장비의 펌프나 컴프레서의 압력 관리 등에도 압력 스위치가 활용되고 있습니다.

압력 스위치의 원리

압력 스위치의 원리 압력 스위치는 압력의 변화를 전기 신호로 변환합니다. 압력의 변화를 표현하는 방법은 세 가지가 있는데, 첫 번째는 대기압을 기준으로 양압과 음압으로 표기하는 방법, 두 번째는 압력의 절대값으로 표기하는 방법, 세 번째는 임의의 압력에 대한 변화인 차압으로 표기하는 방법입니다.

압력을 전기 신호로 변환하는 방법은 두 가지가 있는데, 첫 번째는 반도체 피에조 저항 확산형 압력 센서입니다. 이는 특정 물질에 압력을 가하면 전압이 발생하는 ‘압전 효과’를 이용한 것으로, 압력의 변화량 크기에 따라 전압의 변화량도 결정되기 때문에 전압의 변화량으로 압력의 변화량을 구할 수 있습니다. 이 센서에 압력을 가하면 가동극이 변형되어 커패시터의 커패시턴스가 변화합니다. 이 변화량으로 압력의 변화량을 구할 수 있습니다.

압력 스위치의 종류

압력 스위치는 설치하는 환경, 접촉하는 유체의 종류, 감지하고자 하는 압력의 크기에 따라 사용하는 기기가 달라집니다. 유체가 공기의 경우 공기용 압력 스위치를 사용하고, 유체가 액체의 경우 범용 유체용 압력 스위치를 사용합니다. 또한 유기용제, 천연가스와 같은 가연성 물질과 접촉하는 환경에서는 방폭형 압력 스위치를 사용합니다.

그 외 부식성, 독성이 강한 물질과 접촉하는 환경에서는 내약품성 압력 스위치를 사용합니다. 유해성이 높은 물질이 존재하는 곳에서 사용하는 경우, 센서 내부뿐만 아니라 스위치의 각 부품의 내약품성 여부를 확인하는 것이 좋습니다.