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비전 센서 오류 방지 오일 캡 어셈블리

cognex camera inspecting miniature precision components

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부품 검사, 식별 및 가이드 작업에서 최상의 성능을 제공합니다.

MPC는 Cognex Checker 비전 센서를 사용하여 어셈블리 결함을 방지하고 생산성을 향상시킵니다.

세계 최고의 자동차 회사에 부품을 공급하는 데는 한치의 오차도 허용되지 않습니다. 바로 이점이 MPC(Miniature Precision Components Inc.)가 자사 프레리더신(Prairie du Chien) WI 공장에서 자동화된 오일 캡 어셈블리의 오류를 방지하기 위해 세 가지 비전 센서를 사용하는 이유입니다.

규모 25 ~ 550톤 범위의 모델링 기기 41대가 설비된 100,000 제곱피트 면적의 이 공장의 직원 수는 약 450명입니다. MPC의 네 개 제조 공장에서 매년 1억6천7백만 달러($167 M) 규모의 고품질 사출 성형 부품 및 어셈블리를 자동차 산업과 각종 상업 분야에 공급하고 있습니다.

MPC에서 품질은 기본입니다. 실제로 MPC는 1989년 이래 Ford Q1가 선정한 우수 공급업체이며 GM, Nissan, Harley Davidson, Chrysler 등의 기업으로부터 수없이 많은 공급업체 상을 수상한 바 있습니다.

이 공장에서는 오일 캡 외에 PCV 밸브, 온도조절기 하우징, 배기 제어 시스템용 쾌속 연결 포트를 포함하여 다양한 열가소성 부품 및 어셈블리도 제조합니다.

자동화를 통한 품질 개선
"저희는 자동화를 통해 품질 목표를 달성하는데, 머신 비전은 지난 7년간 MPC의 자동화 전략에서 핵심 부분이었습니다"라고 MPC 제조 엔지니어링 책임자인 Shane Harsha는 설명합니다.

자동화된 오일 캡 어셈블리 시스템은 좋은 사례입니다. MPC Automation and Tooling Engineer Brian Champion은 최근에 Cognex Corp에서 생산하는 Checker 비전 센서를 사용하여 기존의 툴링(Tooling) 및 센서 기술을 확장했습니다.

이 업그레이는 비용면에서 매우 효율적이였으며, 대폭 향상된 반복성을 제공하여 무결함 오일 캡 생산 효율을 높였습니다.

"Checker 비전 센서는 셋업과 설치가 매우 간편하며, 재래식 센서로는 신뢰도가 부족하지만 너무 고가인 최첨단 비전 시스템까지는 필요하지 않은 분야의 검사용으로 최고의 저렴한 솔루션을 제공한다"라고 Harsha는 소개합니다.

수백만 개 단위로 오일 캡 제조
MPC 오일 캡 어셈블리 시스템은 O-링 씰을 성형된 열가소성 캡에 설치한 다음, 캡 상단에 인쇄합니다. 시스템은 직경 4ft 정도의 진동 보울 피더 2개를 사용합니다. 하나는 O-링을, 다른 하나는 오일 캡을 프로세스로 공급합니다.

진동 보울 피더는 측면에 나선형 램프가 있는 대형 보울 한 개로 구성됩니다. 보울이 진동함에 따라 부품들이 각각 램프를 따라 이동하며 인라인 컨베이어로 올라갑니다. 인라인 컨베이어 끝에서는 픽앤플레이스(pick-and-place) 암이 O-링을 로터리 어셈블리 다이얼의 첫 지점으로 보냅니다.

다이얼 고정구에 끼워진 후에 O-링은 두 번째 지점으로 인덱싱됩니다. 거기에서 다른 인라인 컨베이어가 빈 캡을 나머지 진동 보울 피더에서 끼워진 씰의 상단에서 캡을 눌러주는 두 번째 픽앤플레이스 암으로 보냅니다.

그러면 조립된 캡과 씰이 로터리 다이얼에서 패드 인쇄 및 최종 검사 지점까지 계속 이어지면서 공정을 완료합니다.

부품 방향 제어
O-링 씰이 제자리에 안착되어 완성된 오일 캡이 제대로 작동하려면 O-링과 캡 방향을 정밀하게 제어하는 것이 중요합니다. 또한 패드 인쇄에 앞서 캡을 올바른 방향으로 조정해야 엄격한 품질 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

캡 어셈블리 시스템의 하드 툴링 및 기존 센서의 신뢰성이 이미 입증되었기 때문에 MPC는 적절한 O-링 및 캡 방향을 유지하기 위한 수단으로 Checker 202 비전 센서 3대를 선택했습니다.

첫째 센서는 진동 보울 피더와 인라인 컨베이어 사이에서 뒤집힌 O-링을 탐지합니다. 둘째 비전 센서는 캡을 눌러 안착시키기 전에 다이얼 고정구에 O-링이 제대로 놓여졌는지 검사합니다. 셋째 센서는 조립 및 인쇄에 앞서 캡 방향이 올바른지 확인합니다.

뒤집힌 O-링 제거
각 O-링의 한 면에 씰링 비드가 하나씩 있습니다. 씰을 어셈블리 다이얼에 끼울 때 씰링 비드가 아래쪽을 향해야 합니다. 그렇지 않으면 기계가 꺼집니다. 그러면 운전자가 다가가 씰의 위치를 조정한 후 기기를 다시 가동해야 합니다.

피더 보울의 기계적 툴링은 뒤집힌 O-링이 공정으로 들어가는 것을 방지하도록 설계되었습니다. 하지만 Champion에 따르면 툴링은 신뢰성이 없었습니다. 약간 접혔거나 완전히 평평하지 O-링 때문에 툴링을 지나치거나 뒤집혀진 상태로 끼워지는 사태가 때로 발생하면서 기계가 꺼지기도 합니다.
 
"운전자가 씰을 제대로 뒤집고 기계를 재가동해야 하면 당연히 효율은 저하된다"라고 Harsha는 설명합니다. "만약 시간당 캡 생산률이 360개에서 200개로 떨어지면 가동 중단으로 인한 비용이 년간 2만 달러($20,000.00) 수준입니다. 최대 생산 볼륨에 근접하게 되면 그 비용이 년간 12만 달러($120,000.00) 수준으로 증가할 수도 있습니다."

월워스, WI의 MPC 본사에서 Harsha 팀이 신개발 Cognex Checker 비전 센서를 소개한 바 있습니다. Harsha와 Champion은 새 비전 센서가 이 애플리케이션용으로 완벽함을 확인했습니다.

시연을 마친 후, Checker의 개별 검사 센서를 바로 출력에 결합하여 보다 복잡한 애플리케이션을 쉽게 해결하도록 해주는 단순하지만 강력한 그래픽 형태의 래더 로직을 사용한다는 이유로 Checker 202 비전 센서를 채택했습니다.

"소형 내장 조명, 변수 작동 거리, 래더 로직, 자유로운 작동 역량 덕분에 장치를 쉽게 설치할 수 있습니다. 배선없이 PLC에 연결하고 트리거 센서를 설치 및 배선할 필요도 없으며, 4단계 셋업을 통해 지금까지 사용했던 그 어느 비전 센서보다 간단히 셋업할 수 있다"라고 Champion은 말하며 덧붙입니다. "과거에 사용했던 비전 시스템과는 달리, Checker 센서를 사용하면 불과 몇 분만에 전체 검사 시스템을 셋업할 수 있습니다."

간단한 셋업, 강력한 성능
Checker를 사용하는 일은 내장 부품 검출 센서를 선택한 후 검사할 피처에 검사 센서를 장착하는 것 만큼이나 일입니다. 다양한 산업 분야의 수많은 애플리케이션을 해결할 수 있는 세 가지 유형의 검사 섹션이 장치에 포함되어 있습니다.

  • 밝기 센서는 밝은 영역과 어두운 영역을 검사합니다.
  • 대비 센서는 날짜 코드, 스레드, 바코드 등의 밝은 영역과 어두운 영역이 포함된 피쳐를 검사합니다.
  • 패턴 센서는 피처의 형상을 파악한 다음 포착되면 신호를 보내도록 설계되었습니다.

이 애플리케이션에서 뒤집힌 O-링이 탐지하기 위해 Champion은 먼저 부품 검출 센서가 이미지의 O-링을 조사하도록 설정하여 Checker 202를 셋업합니다. 그런 다음, 패턴 센서를 올바른 위치에 장착하여 씰링 비드의 존재 여부를 검사합니다.

패턴 센서는 O-링의 씰링 비드 패턴을 조사하다가 탐지되면 신호를 보냅니다. 패턴 센서는 부품 검출 센서를 기준으로 상대적 고정 위치를 유지함으로써 씰링 비드의 형태를 조사할 수 있는 위치를 유지합니다.

씰링 비드가 빠지고 없는 경우, 비전 센서가 라인에서 뒤집힌 O-링을 강한 송풍으로 빼내서 재순환되도록 피더 보울로 보내는 공압 솔레노이드로 광학 커플러를 통해 출력을 전송합니다.

간편하고 비용 효율이 높은 솔루션이면서 최초 비전 센서를 셋업 및 설치하는 데 1시간도 채 걸리지 않기 때문에 Champion은 두 대를 더 추가하여 오일 캡 어셈블리 공정의 오류 완전하게 방지하기로 결정했습니다.

장착된 O-링 위로 캡을 압착할 다음 지점에서 두 센서를 모두 사용합니다. 한 대는 움직이는 픽앤플레이스 암에 장착되고, 나머지 한 대는 캡을 공정으로 주입하는 인라인 컨베이어 위에 고정합니다.

두 대의 추가 비전 센서
Champion은 피더 보울로부터 들어오는 뒤집힌 O-링을 조사하기 위한 셋업 방법과 매우 유사한 방식으로 움직이는 암에 비전 센서를 장착하는데, 이는 먼저 부품 검출 센서를 사용하여 이미지의 O-링을 조사한 다음 패턴 센서를 사용하여 씰링 비드의 존재 여부를 확인하는 방식입니다. 그 결과 캡이 압착되기 전에 O-링이 제자리에 끼워지도록 비전 센서가 지원할 수 있습니다.

마지막 비전 센서는 공정으로 캡을 주입하는 인라인 컨베이어 위, 어셈블리 다이얼에 장착된 O-링으로 캡을 압착시키는 픽앤플레이스 암 위쪽에 탑재합니다.

이 비전 센서는 캡의 방향의 검사합니다. 하지만 먼저 오일 캡의 모서리 반경을 인식하도록 부품 검출 센서를 조정한 다음 오일 캔 핸들 및 오일 낙하 그래프를 인식하도록 두 대의 패턴 센서를 조정하는 것과 거의 동일한 방법으로 셋업됩니다.

두 패턴 센서를 조정함으로써 비전 센서가 캡 방향을 판별할 수 있습니다. 설치하기에 올바른 방향이 아니면 비전 센서가 픽액플레이스 암 컨트롤러로 신호를 보내서 어셈블리 다이얼에 장착하기에 앞서 캡을 180도 회전시키도록 합니다.

"“Checker 비전 센서는 제조 공정에서 파손률을 낮추고 결함률 제로를 달성하는 데 일조했다"라고 Harsha는 강조합니다. 당사의 수많은 검사 및 오류 방지 애플리케이션에 완벽한 솔루션입니다."

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