[논문]복잡한 형상의 소재를 이송하기 위한 갠트리 로더 시스템과 지그 개발에 대한 연구

공정리

doi:10.14775/ksmpe.2019.18.12.067

복잡한 형상의 소재를 이송하기 위한 갠트리 로더 시스템과 지그 개발에 대한 연구
A Study on the Development of Gantry Loader Systems and Jigs for Transferring Complexy Shaped Materials 원문보기

한국기계가공학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, v.18 no.12, 2019년, pp.67 - 72

공정리 (한국폴리텍대학 로봇캠퍼스설립추진단)

Abstract ▼ AI-Helper

In manufacturing sites that process and produce parts in large quantities for the automotive and electronics industries, users require the reducing of costs and shortened delivery times. To meet these demands, an increase in the number of processes and an decrease in assembly times need to be addressed. Gantry loaders currently on the market in Korea are mostly used for processing lightweight and simple shapes and are not suitable for conveying and processing complex shapes such as automobile engines and aircraft parts. This makes it difficult to mount the material in place. This study aims to smoothen the transportation of complex shapes through the development of jigs and various approaches in the installation of the feed shaft by researching the gantry loader system for transporting multiple materials with complex shapes.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구는 복잡한 형상을 가진 다수의 소재를 이송하기 위한 갠트리 로더 시스템을 연구함으로써 지그 개발과 이송축에 대한 다양한 접근으로 복잡한 형상물의 원활한 이송을 목적으로 하고 있다.
본 연구에서는 복잡한 형상 소재의 이송을 위한 갠트리 로더 시스템에 관한 연구를 수행하였다. 에어실린더와 모터, L/M Guide를 이용하여 적합한 지그를 개발하면서 Jaw를 퍼즐형태로 세분화하여 복잡한 형상의 소재와 다양한 형상에 맞추어 활용이 가능한 지그를 개발하였다.
이러한 이유로 많은 업체들이 원가절감을 위하여 불량을 줄이기 위한 노력을 해왔고, 지금도 하고 있다. 이에 본 연구는 2D 설계에서 범할 수 있는 설계의 불량인 부품 누락, 치수 누락 등의 오류를 줄이기 위하여 3D 설계로 조립도 및 부품 설계 작업을 하였으며 자동화 기기인 갠트리 로더 시스템의 특성상, 각종 브라켓과 같은 비표준 부품이 많은 관계로 비표준 부품들을 모델링하는데 많은 시간을 투자하였다. 각 부품을 조립하고 누락된 부품과 잘못 기입된 치수, 치수누락 등의 설계의 불량을 찾아 재설계와 검증의 절차를 반복하였다.

가설 설정

갠트리 로더 축 이송의 견고함과 진동의 최소화를 위해 가이드 바와 슬라이드 프레임을 설계하였으며 유저의 요구에 맞는 이송속도는 Table 2의 사이클론 모터와 에어실린더의 사양별 접근으로 산출하였다. 동적시스템의 응답은 전달함수와 입력신호, 그리고 초기상태가 어떠한가에 따라 달라진다. 실제 시스템에 있어서, 제어시스템에 입력되는 신호는 시간에 따라 불규칙하게 변하므로 예측할 수 없다^[5].

제안 방법

지그의 이송을 위해 에어실린더와 로터리실린더를 각각 이용하여 이송거리를 산출하였다. 갠트리 로더 축 이송의 견고함과 진동의 최소화를 위해 가이드 바와 슬라이드 프레임을 설계하였으며 유저의 요구에 맞는 이송속도는 Table 2의 사이클론 모터와 에어실린더의 사양별 접근으로 산출하였다. 동적시스템의 응답은 전달함수와 입력신호, 그리고 초기상태가 어떠한가에 따라 달라진다.
복잡한 형상을 정확한 위치에서 장착 및 상향 이송하는 갠트리 로더 시스템을 개발하기 위하여 필요한 가공소재를 임의로 선택하고 가공소재에 맞는 지그의 개념설계를 하였다. 정확한 위치결정을 위해서 Jaw를 설계하고 Table 1과 같이 상용화 되어있는 볼 부시, 가이드 샤프트, 록킹 핀, 서포트브라켓의 사양을 분석한 내용을 바탕으로 설계한 Jaw와 결합하여 지그의 개념설계를 하였다.
시스템의 전달함수는 주파수영역에서 제어시스템을 해석하고 계산할 수 있는 기본식이 되며, 시간영역에서는 역 Laplace 변환을 이용하여 주어진 전달함수로부터 시스템의 시간응답을 구할 수 있다^[4]. 본 연구에서는 지그 제어시스템의 설계 방법으로 시간영역 접근법으로 해석하여 시간응답을 구하였으며 갠트리 로더 시스템의 공압 시스템을 연구에 활용하면서 Laplace 변환식(1), 역 Laplace 변환식(2)를 대입하여 시간응답을 구하여 Fig. 1과 같은 지그 컨셉 설계를 수행하였다.
2와 같이 진행하였다. 사이클론 모터에 피니언 기어와 웜기어를 결합함으로써 긴 거리를 이송 시에도 계속적인 운동이 전달되고 방향성을 유지할 수 있는 갠트리 로더 시스템을 개발하였다.
본 연구에서는 복잡한 형상 소재의 이송을 위한 갠트리 로더 시스템에 관한 연구를 수행하였다. 에어실린더와 모터, L/M Guide를 이용하여 적합한 지그를 개발하면서 Jaw를 퍼즐형태로 세분화하여 복잡한 형상의 소재와 다양한 형상에 맞추어 활용이 가능한 지그를 개발하였다. 2D 설계의 오류는 3D 설계로 보완하였으며 3D 설계를 통하여 조립과 시뮬레이션을 수행하면서 설계의 불량을 최소화할 수 있었다.
복잡한 형상을 정확한 위치에서 장착 및 상향 이송하는 갠트리 로더 시스템을 개발하기 위하여 필요한 가공소재를 임의로 선택하고 가공소재에 맞는 지그의 개념설계를 하였다. 정확한 위치결정을 위해서 Jaw를 설계하고 Table 1과 같이 상용화 되어있는 볼 부시, 가이드 샤프트, 록킹 핀, 서포트브라켓의 사양을 분석한 내용을 바탕으로 설계한 Jaw와 결합하여 지그의 개념설계를 하였다. 지그 설계 시 공압 시스템을 기반으로 활용하였다.
정확한 위치결정을 위해서 Jaw를 설계하고 Table 1과 같이 상용화 되어있는 볼 부시, 가이드 샤프트, 록킹 핀, 서포트브라켓의 사양을 분석한 내용을 바탕으로 설계한 Jaw와 결합하여 지그의 개념설계를 하였다. 지그 설계 시 공압 시스템을 기반으로 활용하였다. 초기의 공압 제품들은 신뢰성확보가 최우선 과제였기 때문에 견고한 구조를 지녔고 제품의 종류도 다양하지 못하였으나 현재는 소비자들이 각자의 응용분야에 맞는최적의 제품을 요구함에 따라 다양한 제품이 개발되고 있다^[3].
지그의 이송을 위해 에어실린더와 로터리실린더를 각각 이용하여 이송거리를 산출하였다. 갠트리 로더 축 이송의 견고함과 진동의 최소화를 위해 가이드 바와 슬라이드 프레임을 설계하였으며 유저의 요구에 맞는 이송속도는 Table 2의 사이클론 모터와 에어실린더의 사양별 접근으로 산출하였다.

성능/효과

에어실린더와 모터, L/M Guide를 이용하여 적합한 지그를 개발하면서 Jaw를 퍼즐형태로 세분화하여 복잡한 형상의 소재와 다양한 형상에 맞추어 활용이 가능한 지그를 개발하였다. 2D 설계의 오류는 3D 설계로 보완하였으며 3D 설계를 통하여 조립과 시뮬레이션을 수행하면서 설계의 불량을 최소화할 수 있었다. 본 연구로 자동화기기의 특성상 비표준 부품들의 데이터베이스를 구축하여 자동화기기 연구에 활용할 예정이며 갠트리 로더 시스템의 가공 정밀도를 높이고 조립 공정시간을 단축할 것으로 기대된다.
공정시간을 측정한 결과 복잡한 형상의 소재에는 소재에 맞는 지그를 장착한 갠트리 로더가 적합하다는 것을 알 수 있었다.
단, 대기 및 보관 시간과 가공시간은 측정시간에서 제외하였다. 기존 장비는 단순한 형상 소재의 로딩, 언 로딩 시 빠른 속도를 보인 것과 달리 복잡한 형상의 소재를 이송하기 위해서는 로딩에 필요한 고정구를 장착하고 가공 전 고정구를 탈착하는 시간이 소요되어 공정 중 3분3초(183초)가 소요되었고 기존 장비와 달리 지그를 장착한 갠트리 로더 시스템은 42초가 소요되었다. 이 결과 기존 갠트리로더 시스템이 지그를 장착한 갠트리로더 시스템보다 대기 장소에서 보관 장소까지의 이송 시간이 4배 이상의 시간이 소요되었음을 알 수 있었다.
기존 장비는 단순한 형상 소재의 로딩, 언 로딩 시 빠른 속도를 보인 것과 달리 복잡한 형상의 소재를 이송하기 위해서는 로딩에 필요한 고정구를 장착하고 가공 전 고정구를 탈착하는 시간이 소요되어 공정 중 3분3초(183초)가 소요되었고 기존 장비와 달리 지그를 장착한 갠트리 로더 시스템은 42초가 소요되었다. 이 결과 기존 갠트리로더 시스템이 지그를 장착한 갠트리로더 시스템보다 대기 장소에서 보관 장소까지의 이송 시간이 4배 이상의 시간이 소요되었음을 알 수 있었다.

후속연구

2D 설계의 오류는 3D 설계로 보완하였으며 3D 설계를 통하여 조립과 시뮬레이션을 수행하면서 설계의 불량을 최소화할 수 있었다. 본 연구로 자동화기기의 특성상 비표준 부품들의 데이터베이스를 구축하여 자동화기기 연구에 활용할 예정이며 갠트리 로더 시스템의 가공 정밀도를 높이고 조립 공정시간을 단축할 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	갠트리로더는 어떠한 역할을 하는가	이에 갠트리 로더의 다양한 변화가 필요한 상황이다. 갠트리로더는 소재를 적재한 랙에서 가공물을 집어 올려 CNC선반, 머시닝센터 등의 공작기계에 장착하고,가공 완료된 부품을 척에서 탈착시켜 가공품을 적재한다. 가공정밀도를 위해 소재를 장착하기 전에 공기분사 공정을 거쳐 척에 남아 있는 칩을 제거해야하며 칩을 제거한 소재가 장착되면 공작기계는 자동으로 가공을 시작한다[2].
	무인화 기계장치인 갠트리 로더 도입이 증가하게된 배경은 무엇인가	전자기기부품, 자동차부품과 같이 대량으로 부품을 가공, 생산 제조하는 현장에서는 유저의 비용절감과 납기단축 요구가 늘어나고 있으며, 요구에 대응하기 위해서는 구조의 복합화에 따른 가공공정증가와 조립시간 증가가 문제 되고 있다. 이에 무인화 기계장치인 갠트리 로더 도입이 증가하고 있는 추세이다.
	생산기계의 무인 자동화의 장점은 무엇인가	이에 무인화 기계장치인 갠트리 로더 도입이 증가하고 있는 추세이다. 생산기계의 무인 자동화에 의해서 제품코스트 및 생산능력을 향상시킬 수 있으며 제품의 품질을 균일화하고 코스트를 대폭적으로 감소시켜 수출경쟁력을 획득함에 있어서 산업체에서는 무인자동화하려는 경향이 강해지고 있다[1]. 이에 갠트리 로더의 다양한 변화가 필요한 상황이다.

참고문헌 (6)

Sam, J. I., Design and Manufacture of Automation Equipment, Gijeon-yeongusa, pp. 22, 2000.
Park, I. H., "Robot Gantry Loader-Three-axis gantry loaders are easy to install and maintain.", MFG, Vol. 453, pp. 23, 2012.
Shin, H. Y., Pneumatics Control, Bogduchulpansa, pp. 200, 2018.
Park, J. S., Control System Simulation and Design, Gijeon-yeongusa, pp. 41-42, 2018.
Park, J. S., Control System Simulation and Design, Gijeon-yeongusa, pp. 70, 2018.
Go, J. C., Finite Element Method, Onsia-Publisher, pp. 96, 2018.

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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