TFT LCD 글라스를 핸들링하는 수직 다 관절 로봇 고온의 영향성 및 모션 부하 율 분석을 통한 수명 증대 연구

Abstract

4차 산업혁명 시대에 도입되면서 글로벌 생산 체계가‘Industry 4.0’로 전환에 따른 산업용 Robot 수요 급증하고 있다. 그에 따른 생산시설 현대화, 자동화, 에너지 효율화, 신소재 활용, Cycle Time 단축, 품질개선 노력 等으로 인해 전 세계적으로 산업용 Robot 수요가 늘고 있다. 또한 多 품종 소량 생산 도입관련 산업용 Robot 역할이 증대되었으며, 산업용 Robot의 수명 증대가 생산성 향상, 원가 절감 큰 영향을 미치게 되었다. 그 중에서도 자동화 공정에 널리 사용되는 수직 多 관절 Robot의 고온의 영향성, 부하율 분석 및 최적 Motion 연구를 통한 속도 향상을 하면서 동시에 Robot 수명도 향상시킬 수 있는 연구를 하고자 한다. 당사는 TFT-LCD 용 글라스는 생산하는 회사로 250 ~ 400 ℃ 고열의 용해로에서 생산된 글라스를 절단하여 Robot으로 Handling하는 프로세스로 구성되어 있다. 최근에 제조 원가 절감을 위해 용해로 Flow Rate지속 상향 및 두께 감소(0.5 → 0.3t)를 추진해 왔다. 그와 동반하여 설비의 생산속도 올라가게 되었다. 그 결과 고열 지역에서 동작하는 Robot의 수명 저하를 가져오게 되었으며 교체 주가가 빨라짐에 따른 Line Time 증가로 심각한 생산성 손실로 이어지게 되었다. 이러한 생산 손실을 막기 위해 동역학적 해석 및 Simulation을 기반으로 한 Robot 동작 분석을 통해 현재 운영중인 Motion의 부하 율을 사전에 예측하고, 극한 속도 운영 및 부하 율도 최소화를 모두 만족할 수 있는 최적Motion을 개발하는 것이 본 논문의 연구 목적이다. 당사에 가장 극한조건에서 운영중인 Robot을 모델로 선정하고 J1~6축 별 Motor 부하율과 실제 동작을 Matching하여 서로 관련성을 확인하고 전체 Motion에 대해 Simulation을 통해 부하율 과 Motion의 관계에 대한 연관성, 발생 인자, 발생 요인에 대해 분석을 진행하였다. 결론적으로 Robot 속도 및 Motion 과 부하율은 어떠한 상관성에 대해 분석을 진행하였으며, 최적Motion의 조건과 Motion에 따른 부하율을 사전 예측 Solution을 연구 및 적용을 통한 Robot 수명 연장에 기여를 하였다.; Recently, for the purpose of manufacturing cost reduction, the flow rate of the melting has been continuously increased and thickness decreased (0.5 → 0.3t). In conjunction with that, the equipment cycle time was increased. As a result, it has been decrease of lifetime of a robots operating in the high temperature area and as the period has quickened from 2.5 years (4 → 1.5 years)which increased of line time has been led to significant productivity losses. This research was carried out for the purpose of increasing the robot life by analyzing the dynamic load and the load ratio of the vertical articulated robot used in our company. The fact that I learned from the research that vertical articulated robot J1 ~ J6 has the highest load ratio of J3 axis and It has a great influence on the Robot life. Therefore, we have analyzed cause of the decrease life time of the J3 axis reducer through various analyses and simulation. Two problems were identified. The first that the robot used at the high temperature area in our company is affected by the radiant heat of more 200 degrees. Grease deterioration and oxidation occur due to rising temperature of reducer. As a result, the damage in reducer is caused because it is not lubricious. In order to solve this problem, we plan to select and optimize the design through the analysis and simulation of each type. Second, it can be seen that the robot load ratio according to moving distance of robot arm changes even if the robot applied to J6 axis of the robot implements the motion within the robot locus due to increasing weight and change of the center of gravity and moment of inertia. In order to solve this problem, we developed the “auto payload setting” and “robot motion cooperatively” and its name is “Circle Motion System". The core technology of this motion originally eliminated the collision by application of Idea which realistic trajectory and position tracking of three robots. Through this study, it was possible to develop two technologies related to the life span of the robot. By applying the technology in the future, it is planned to contribute to the improvement of the productivity of the equipment and the reduction of the process failure, and thereby to secure the cost competitiveness.