설계 순서 총정리
3. 제품 공급부터 자동화 공정까지 흐름 정리하기
먼저 전체 공정을 대략적인 기능으로 나눠보자.
투입 → 공급 → 정렬 → 이송 → 분리 → 조립/가공 → 검사 → 배출
내가 주로 다뤘던 파츠피더 시스템에서는 투입부터 분리까지를 파츠피더 영역으로 봤어.
파츠피더의 기본적인 흐름
호퍼 → 피더 → 이송장치 → 이스케이프 → 후공정
내가 주로 다뤘던 파츠피더 시스템의 대표적인 구성을 대략 기능별로 나누면,
벌크로 공급할 수 있는 호퍼
제품을 정렬할 수 있는 피더
제품을 이송할 수 있는 이송장치
제품을 집어 올릴 수 있게 분리하는 이스케이프
이렇게 나눌 수 있어.
이제 여기에 구동 방식에 따라
호퍼도 진동 호퍼, 컨베이어 호퍼, 클러치 호퍼처럼
진동 방식으로 할지, 기구적인 방식으로 할지에 따라 나뉘게 돼.
이후에는
격리된 제품을 집어서 옮기는 로더가 있고
공정별로 체결하거나, 용접을 하거나, 포장을 하거나 처럼 작업이 이어지게 된다.
📌 실제 사례
볼트 슈팅기는 어떻게 공급할까?
내가 다뤘던 볼트 슈팅기의 경우에는
진동호퍼에 볼트를 투입하면,
볼피더를 통해 벌크 상태의 제품을 원형으로 이동시키면서 정렬해서 라인피더로 이송했어.
이때 선별이 확률적으로 일어나기 때문에 선별이 지연됐을 때 완충해주는 역할이 필요한데,
여기서 라인피더가 일종의 버퍼 역할을 해.
볼트가 라인피더를 지나서 이스케이프에 도착하면 볼트들이 줄지어 붙어 있게 돼.
여기에서 볼트 한 개를 바로 떨어뜨리려고 하면 뒤에 있는 볼트에 걸릴 수 있어.
그래서 이스케이프에 도착한 1개를 떨어뜨리기 위해 옆으로 분리해서,
분리된 볼트를 호스에 떨어뜨려서 넣고 공압으로 밀어서 슈팅하게 돼.
* 슈팅 방식 ( 분리된 부품을 압축공기로 호스 내부를 통과시켜 다음 공정까지 보내는 방식 )
* 볼피더 ( Bowl Feeder, 진동을 이용해 벌크 상태의 제품을 원형 트랙을 따라 이동시키면서 정렬하는 장치 )
* 라인피더 ( Linear Feeder, 정렬된 제품을 직선 방향으로 이송하는 진동식 공급장치 )진동호퍼 → 볼피더 → 라인피더 → 이스케이프 → 슈팅호스 → 체결기
내가 경험했던 프로젝트에서는 파츠피더 시스템의 범위를 주로 여기까지로 구분했고,
다음 공정에서는 공급된 볼트를 이용해 실제 체결 작업을 하게 돼.
어디까지 자동화할 것인가?
공급·정렬만 자동화 / 조립까지 자동화 / 완전 무인 자동화
내가 경험했던 장비를 단순하게 나눠보면,
파츠피더로 정렬만 해서 사람이 조립하는 공급·정렬만 자동화가 있고,
여기에서 조금 더 가면,
라인을 만들어서 호퍼에 벌크로 공급해서 기계가 조립하는 공급부터 조립까지 자동화도 있어.
이 경우에는 관리하는 작업자는 자재 보충과 관리를 하며 여러 부분을 볼 수도 있게 돼.
마지막으로 작업자 개입을 크게 줄인 완전 무인 자동화 라인도 있어.
제품 투입부터 조립·검사·배출까지 자동화하고 로봇을 이용해 공정 간 이송까지 처리하는 방식이야.
검사와 NG 배출도 공정에 포함하기
정상:
이송 → 검사 → 이송 → 완제품 배출
불량:
이송 → 검사 → NG 배출
내가 주로 경험했던 장비에서는,
검사 공정이 항상 기본으로 포함되지는 않았고, 고객의 품질 요구사항에 따라 추가되는 경우가 많았어.
요청 시 견적에 추가해서 진행했었는데,
검사 장비를 추가하는 경우에는 NG 배출 공정을 생각해야 해.
제품 이송 과정에 분기점을 만들어서 실린더로 경로를 바꿔서 밀거나 떨어뜨리는 방식이야.
📌 실제 사례
① 너트 용접 후 비전검사
판금 부품에 너트를 용접하는 자동화 라인을 작업한 적이 있었어.
진동호퍼 → 볼피더 → 라인피더를 통해 판금 부품을 지그로 공급했어.
그리고 트랜스퍼 구조에서 진공 흡착(Vacuum)으로 잡아 용접 포인트로 이송시켜 놓고,
슈팅장치를 이용해 용접 포인트로 너트를 바로 공급했어.
이 장비의 트랜스퍼 구조에는 두 개의 진공 흡착(Vacuum) 패드가 있는데,
지그에 있는 판금 부품과 용접된 부품을 동시에 잡아서 판금 부품은 용접 포인트로,
용접된 부품은 검사 포인트로 동시에 이송하도록 구성했어.
그래서 마지막 검사 포인트에서 비전으로 너트가 정상적으로 용접되었는지 검사했어.
정상 제품은 그대로 배출하고,
불량으로 판정되면 배출 슈트를 뒤집어서 슈트 아래로 배출하도록 구성했었지.
판금 부품: 진동호퍼 → 볼피더 → 지그 → 트랜스퍼 이송 → 용접 포인트
너트: 진동호퍼 → 볼피더 → 너트 공급 → 용접 포인트
용접 부품: 용접 포인트→ 검사 포인트 → 반전 슈트 → 불량/양품
* 비전검사 ( 카메라와 영상처리를 이용해 제품 상태를 판별하는 검사 방식 )
* 트랜스퍼 구조 ( Transfer, 제품을 공정에서 다음 공정으로 순차적으로 옮기는 구조 )
📌 실제 사례
② NG 제품을 다시 호퍼로 돌려보내기
스프링을 공급하는 장비에서는 조금 다른 방식을 사용한 적도 있어.
호퍼 → 스프링 분리기 → 고속피더 → 컨베이어 → 비전검사
순서로 제품을 공급하고, 컨베이어를 이동하는 동안 비전으로 스프링이 겹쳐 있는지 검사했어.
정상 제품은 그대로 다음 공정으로 보내고,
겹쳐진 제품은 에어블로우로 밀어 리턴 컨베이어로 떨어뜨린 다음 다시 호퍼로 보내는 구조였어.
즉 NG라고 해서 반드시 폐기하는 것은 아니고,
검사 목적에 따라 다시 공급 공정으로 돌려보내는 방법도 사용할 수 있어.
* 에어블로우 ( Air Blow, 압축 공기를 불어 제품을 이동시키거나 제거하는 방식 )앞으로 제품을 안정적으로 공급하는 파츠피더 시스템을 중심으로 하나씩 이야기해볼게.
💡 핵심 정리
공정 흐름을 잡을 때는 정상적으로 흘러가는 제품만 생각하면 안 돼.
공급 실패, 검사 NG, 재투입, 배출 같은 비정상 흐름도 처음부터 같이 생각해야 해.
제품이 투입돼서 최종적으로 어디까지 이동하고,
문제가 생겼을 때 어디로 갈 것인지까지 그려보면 필요한 유닛도 자연스럽게 보이기 시작해.
4. 제품 공급 방법 결정하기
(⭐ 여기가 Happy Purple Bear의 전문성을 보여주는 부분. )
자 이제 제품을 분석했던 내용과 검토된 컨셉에 맞는 공급 방법을 선택해야 해.
진동 피더 방식과 기계식 피더 방식
자동화 공정 흐름에서도 잠깐 이야기 했는데 진동 방식과 기구적인 방식이 있어.
조금 더 구분해서 이야기하면 진동을 사용한 진동 피더와 모터나 실린더를 이용한 기계식 피더야.
진동 피더 vs 기계식 피더 표
| 항목 | 기계식 피더 | 진동 피더 |
|---|---|---|
| 기본 방식 | 기구의 반복 동작으로 이송 | 진동으로 연속 이송 |
| 정렬 방식 | 기구·센서 등을 이용해 제어 | 제품 형상과 트랙 구조로 선별 |
| 공급 특성 | 위치·피치·타이밍 제어에 유리 | 벌크 공급과 연속 정렬에 유리 |
| 유지보수 | 베어링에 구리스 등 관리 필요 | 스프링, 전자석 등의 상태 확인 필요 |
| 동력원 | 모터, 실린더 등 | 전자석, 압전소자 등 |
진동 피더의 특징은
진동이기 때문에 소음이 있고
진폭이나 주파수 등을 조절해 공급량을 조정할 수 있지만
제품 형상과 정렬 방식에 따라 안정적으로 확보할 수 있는 공급속도에는 한계가 있어.
기계식 피더의 특징은
구조에 따라 진동 피더보다 진동과 소음을 줄이기 유리하고,
모터를 이용하면 공급속도를 제어하기도 편해.
하지만 움직이는 부분은 모터나 체인 부분에 안전카바가 필요해.
곰 대리의 설계 메모
진동 피더는
제품이 움직이는 과정에서 원하는 방향의 제품을 선별해서 보내는 방식이야.
그래서 원하는 방향의 제품이 얼마나 높은 확률로 나오는지가 중요해.
기계식도 선별에 확률이 중요하지만, 사용할 수 있는 방식에는 한계가 있어.
그래서 제품 방향을 센서로 판별한 뒤 리턴시키거나,
회전시키는 등 확실한 동작을 조합하는 것이 중요했어.
제품 공급 방식을 검토할 때 생각해볼 조건
예를 들면 이런 식이야.
제품 별 선택 예시표
| 제품 특징 | 우선 검토할 방향 |
|---|---|
| 공급량 적음 | 작업자가 직접 투입 |
| 방향성이 단순 | 기계식 피더 |
| 속도가 매우 빠름 | 기계식 피더 |
| 제품 형상으로 정렬 가능 | 진동 피더 |
| 제품이 여러 종류 | 교체식 또는 전환 구조 |
※ 실제 공급 방식은 제품 형상, 재질, 요구 속도, 공급 자세, 수량, 설치 공간 등을 함께 검토해서 결정해야 해.그럼 왜 호퍼가 꼭 필요할까?
호퍼는 작업자가 공급해야 하는 주기와 관련이 있어.
피더나 정렬기는 제품을 정렬하는 기구라서
가득 채워서 동작하면 문제가 생기는 경우가 많아.
CT가 2 sec/EA이고 작업자가 2시간마다 제품을 보충한다고 가정하면,
단순 계산으로 2시간 동안 3,600개의 제품이 필요해.
하지만 실제로는 제품의 벌크 상태에서 생기는 빈 공간,
호퍼의 유효 용량 등을 함께 고려해야 해.
제품을 정렬하지 않고 넣기 때문에 제품 사이에 생기는 빈 공간까지 고려하지 않고
부피만 계산하면 실제 필요한 호퍼 용량보다 작게 산정될 수 있어.
여기에 제품의 실제 벌크 밀도와 호퍼의 유효 용량까지 고려해서 최종 크기를 결정해야 해.
컨베이어 공급이 더 적합한가?
컨베어 vs 라인피더 표
| 구분 | 컨베이어 | 라인피더 |
|---|---|---|
| 이송 방식 | 벨트, 체인 등의 연속 이동 | 진동에 의한 전진 |
| 이송 속도 | 상대적으로 빠른 이송에 유리 | 상대적으로 제한적 |
| 이송 거리 | 장거리 이송 가능 | 비교적 짧은 거리 |
| 제품 정렬 | 벨트 마찰로 인해 불리 | 진동으로 정렬에 유리 |
| 지그 도착 | 제어로 일정 간격 가능 | 대부분 이스케이프 필요 |
| 소음 | 모터 구동 소음 | 소음 약간 발생 |
| 적합한 경우 | 고속·장거리 연속 이송 | 정렬된 제품의 이송 및 완충 |
제품을 이송할 때는 필요한 이송 속도도 공급 방식 선정의 중요한 기준이 돼.
라인피더는 제품을 정렬하면서 이송하기에는 유리하지만, 이송 속도에는 한계가 있어.
특히 제품을 빠르게 연속 이송해야 하는 경우에는
라인피더보다 컨베이어가 유리한 경우가 많다.
예를 들어 제품을 200 mm/sec의 속도로 지속적으로 이송해야 한다면,
특별한 고속 라인피더가 필요한 경우를 제외하고는
컨베이어 방식부터 검토하는 것이 일반적이야.
하지만 복잡한 형상의 제품이나 아주 작은 제품에는
이송 속도가 조금 낮더라도 라인피더가 더 적합할 수 있다.
즉, “얼마나 빠르게 보내야 하는가?”와 “어떤 상태로 보내야 하는가?”를 함께 판단해야 해.
작업자가 직접 투입하는 게 나은 경우도 있다.
만약에 사이클 타임이 2 min/EA 같은 경우에 20분마다 공급하는 계획이면,
작업자가 정렬해서 10개를 올리는 게 나을 수도 있어.
자동화한다고 모든 것을 기계로 만들 필요는 없어.
필요한 생산량을 만족하면서 가장 단순하고 안정적인 방법을 찾는 것도 설계야.
곰 대리의 설계 메모
자동화한다고 무조건 복잡하게 만들 필요는 없었어. 요구되는 위치 정밀도와 속도, 제어 조건을 실린더로 충분히 만족할 수 있다면 굳이 더 복잡한 구동 방식을 선택할 필요도 없고.
작업자가 몇 분에 한 번 제품을 올려놓으면 되는 공정이라면 자동 공급 장치를 추가하지 않는 게 더 나을 수도 있어.
오히려 같은 성능을 낼 수 있다면, 간단하고 쉽게 만드는 것이 안정적이고 경제적인 방법이었어.