높은 무결성을 달성하고 고광택의 자동차 마감 작업을 이뤄 내는 것은 여러 층 사이의 코팅을 적절하게 경화시키는 데 크게 좌우됩니다. 다음 코팅층을 도포하기 전에 건조 및 화학 반응이 완료되도록 하려면 경화 시간이 필요합니다. 가스 촉매 적외선(IR)은 경화에 선호되는 열원으로 부상하고 있지만, 최대 경화는 IR 빔의 가시선에 직접 존재하는 영역으로 제한됩니다. 애리조나주에 본사를 둔 코팅 및 자동화 전문 기업인 U.S. Autocure는 IR 빔을 윤곽이 있는 자동차 표면에 고르게 전달하는 자동화 시스템을 개발했지만, 스프레이 부스에 엄격한 안전 규정을 준수하면서 중금속 붐과 셔터를 원활하고 조용하게 움직이는 주된 문제를 극복해야 했습니다.
IR 경화의 혁신
프라이머, 페인트 또는 클리어 코트에 분사한 후 대부분의 차량 코팅 작업을 할 때에는 부스 내부의 공기를 가열하여 각 층을 경화하는데, 코팅마다 시간이 30분 이상 걸릴 수 있으며 약 60퍼센트만 경화된 상태에서 다른 작업으로 프로젝트를 보냅니다. 이렇게 하면 일반적으로 두 번째 코팅을 도포할 수 있을 정도로 경화되지만, 이상적인 방식은 아닙니다. 그러나 점점 더 많은 차체 공장에서 전체 스프레이 부스를 가열하는 대신 IR 파장으로 코팅을 직접 가열하기 시작했습니다. 이 새로운 방식은 코팅 시간을 단축할 수 있지만, 한 가지 중대한 결점이 있습니다.
대다수 IR 열 램프는 정해진 위치에 고정되고 IR 빔은 주로 시야에 바로 들어오는 부분을 가열하기 때문에 윤곽이 있는 자동차 표면이 고르지 않게 가열됩니다. 휴대용 IR 램프는 보다 유연하지만, 기술자가 더 많은 시간을 할애하고 수동으로 위치를 지정해야 해서 균일하게 처리되지 않을 수 있습니다.
그러나 U.S. Autocure의 Phoenix 1000 경화 시스템은 도어 상단, 로커 패널, 독립형 부품 상하부, 범퍼 등 전체 차량을 균일하게 경화하는 작업을 최적화하기 위해 13개의 축을 통해 IR 열 램프의 움직임을 자동화하는 이동식 갠트리 프레임워크로 이 문제를 해결합니다.
U.S. Autocure의 엔지니어인 Mark Abel에 따르면, “당사 프레임워크는 차체 공장의 스프레이 부스에 딱 맞고, 바닥에 있는 두 개의 트랙으로 운반됩니다. 앞뒤로 스캔할 때 IR 램프가 포함된 붐이 위아래로 움직여 차량 높이의 변화에 따라 조정해 줍니다. 이와 동시에 프레임워크 각 측면에 있는 셔터 하우징 히터는 필요한 경우 윤곽에 맞출 수 있도록 사전 프로그래밍된 시퀀스에 따라 접히고 펼쳐집니다. 이를 통해 각 측면의 카메라도 위아래로 움직여 차량의 너비와 높이를 판독하고, 위치 데이터를 다시 제어 장치로 보내는 자동 실행 옵션이 지원됩니다.”
U.S. Autocure의 Phoenix 1000 경화 시스템은 완전히 자동화된 디지털 로봇 시스템으로, 자동차 코팅층의 경화 작업을 최적화하는 인공 지능(AI)을 사용합니다.
소음 극복
수많은 부품이 움직이고 있는 상황에서 Phoenix 1000 시스템을 조용하고 진동이 최소화된 상태로 유지하는 것은 중요한 문제였습니다.
Abel은, “커튼과 셔터 하우징은 판금이라서 움직일 때 진동과 소음이 발생할 가능성이 있습니다. 커튼에는 네 개의 히터가 있고, 셔터에는 세 개의 히터와 다양한 모터, 배선, 가스 및 배관 설비가 있습니다. 이처럼 무거운 구조물이 움직이면 진동이 발생해서 전기 구성 요소와 히터, 센서를 손상시킬 수 있습니다. 부품 수명이 주된 문제죠."라고 설명했습니다.
이 문제를 해결하기 위해 U.S. Autocure 엔지니어들은 스크류 샤프트와 노출된 볼 스크류 등의 여러 모션 제품을 테스트했지만, 자동차 유통업체가 Thomson Industries의 선형 모션 시스템을 제안할 때까지 시도한 모든 노력이 너무 큰 진동을 일으키거나, 충분히 빠르게 이동하지 않거나, 무게를 지탱하지 못하거나, 아니면 다른 문제를 안고 있었습니다.
U.S. Autocure 관리 파트너인 Mickey Meyer는, “Thomson을 만나기 전에 살펴본 모든 제품은 금속-금속(metal-on-metal) 접촉면이 필요했습니다. 이는 소음, 진동, 마모 측면의 문제였을 뿐만 아니라 안전 문제이기도 합니다. 우리는 Class 1 Division 2 환경에 있으며, 스파크를 일으킬 수 있는 모든 종류의 마찰은 분무된 페인트 증기를 점화할 수 있습니다. Thomson의 선형 장치를 통해 플라스틱 너트를 사용할 수 있게 되어 마모와 에너지 사용량도 감소했습니다."라고 설명했습니다.
Thomson Movopart MG-K 선형 장치를 배포함으로써 U.S. Autocure는 오버헤드/측면 IR 열 램프를 조용하고 원활하게 이동시켜 윤곽이 있는 모터 차량 표면에 맞게 조정할 수 있었습니다.
Abel은 안정성에 대한 Thomson의 명성이 동일한 등급과 크기의 다른 선형 모션 시스템보다 비용이 저렴하다는 사실과 마찬가지로 선택하는 데 일조했다고 언급했습니다. 맞춤화할 수 있다는 점도 한 가지 요인이었습니다. Thomson 응용 분야 엔지니어는 U.S. Autocure 팀과 긴밀하게 협력하여 원하던 최적의 속도 프로파일을 얻기 위해 설계에서 기어 톱니 수를 변경했습니다.
Abel은, “빔이 너무 느리게 이동하면 마감재를 태울 수 있습니다. 또 너무 빠르게 이동하면 화학 반응이 일어나지 않죠. 우리는 각 차량의 코팅 조합에 가장 좋은 위치를 찾기 위해 조정할 수 있어야 했습니다. 일관되지 않게 도포되면 엉성한 부분이나 칠해지지 않은 부분이 생길 수도 있습니다.”라고 언급했습니다.
경화된 상태로 배달
U.S. Autocure는 서로 다른 세 가지 크기의 Thomson Movopart® MG-K 선형 모션 시스템을 구현했습니다. Movoparts는 볼 스크류 드라이버와 장치 상단을 따라 움직이는 새들을 사용합니다. 커버 밴드가 장치 전체에 걸쳐 이어져 있어 스크류와 가이드를 오염 물질로부터 보호하고 마모 시 장력을 조정할 필요가 없습니다.
Movopart 장치는 Thomson RediMount™모터 장착 어댑터 키트를 통해 시스템의 스테퍼 모터에 연결되는데, 이 키트에는 단 몇 분 안에 원활하게 설치할 수 있는 모듈식 구성 요소가 있습니다.
Abel은, “Thomson의 빠른 장착 기술은 모듈식으로 작업하는 데 도움이 됩니다. 당사는 공장에서 기계를 조립하고 셔터와 커튼을 제거한 후 레일과 함께 트레일러에 모두 넣어 고객에게 배달합니다. 레일을 설치한 후 그곳에서 전부 다시 조립하죠. 여섯 조각을 다시 합치기만 하면 됩니다.”라고 설명했습니다.
수직으로 장착된 두 가지 Thomson M100 선형 모션 시스템은, 시스템이 앞에서 뒤로 움직일 때 오버헤드 히터를 운반하는 붐을 위아래로 움직입니다. 두 가지 Thomson MG07 장치는 수평으로 장착되어 최대한 넓은 범위에 적용하기 위해 램프를 비스듬히 움직일 때 셔터의 모션을 지시하고 거울처럼 튀어나와 있는 구성 요소를 피해 갑니다. 추가로 제공되는 두 가지 Thomson M100 장치는 수직으로 장착되어 차량 치수를 모니터링하는 카메라 모션을 위아래로 조정하고 위치 데이터를 모션 제어 구성 요소로 전송합니다.
선형 모션 시스템을 조합하여 히터를 10개 배치함으로써 차량 지붕과 측면, 후면 전체에 걸쳐 완벽한 적용 범위를 제공합니다. 경화 주기가 완료되면 모든 부품이 균일하게 노출되어 그을리거나, 엉성하거나, 도포되지 않은 부분 없이 고르게 마감 처리됩니다.
Thomson Movopart 선형 모션 시스템은 스테퍼 모터의 전력을 프로그래밍 가능한 상하 모션으로 변환하여 IR 열 램프가 차량 상단에서 적정한 거리를 유지할 수 있도록 합니다.
코팅 정보 관리
모션의 기본은 Thomson 선형 모션 시스템에 전력을 공급하는 서보 모터와 연결된 PLC에서 수행되는, 사전 프로그래밍된 루틴입니다. 이는 각 차량에 관한 수정 사항과 프로세스에 사용되는 다양한 소재에 대해 저장된 코팅 루틴입니다. 또한 다양한 코팅 레시피에 저장된 제조업체의 온습도 매개변수를 기준으로 가열 거리를 조정할 수 있는 기상 관측소가 연결되어 있습니다. 개별 도장공이 개인적인 루틴을 저장하고 검색할 수도 있습니다.
작업자는 기본 패널의 HMI와 태블릿을 통해 시스템과 상호 작용하며, 터치스크린의 위아래 화살표를 사용하여 시스템의 움직임을 즉각적으로 제어하고 스캔 매개변수를 제어합니다. 카메라 이미지는 차량이 부스의 어느 위치에 놓여 있는지 정확하게 보여 줍니다.
상단 셔터 후면에 장착된 Thomson 선형 장치를 통해 작업자는 윤곽이 있는 차량 바퀴집과 관련해 최적화된 위치에 열 램프를 배치할 수 있습니다.
자동 코팅, 만능 해결책
Phoenix 1000을 사용하면, 기존 방법으로 30분이 소요되었던 자동차 경화 도포 작업을 대개 불과 10분 만에 더 높은 품질로 완료할 수 있습니다. 이를 통해 스프레이 부스 면적을 더 넓히지 않고도 공장의 생산력을 확대할 수 있으며, 잠재적으로 단 9~12개월 만에 투자금을 회수할 수 있습니다.
현재 설치된 U.S. Autocure 시스템은 차체 공장의 시스템 가치를 입증했습니다. 이제 5년 차로 접어든 이 회사는 자동차 생산 설비 모델을 개발하고 소재 기술을 연구하며 미국 전역으로 확장해 나가고 있습니다. 또한 이 회사는 중공업 분야의 주목을 끌며 새로운 공장/조립 라인 응용 분야용 기계도 두 가지 설계했습니다.
Thomson Movopart 장치가 지닌 안정적이고 원활하며 조용한 성능 덕분에 U.S. Autocure의 기본 선형 모션 제공업체로 지정되었습니다. 해당 사업이 성장함에 따라 Thomson 제품도 함께 성장할 가능성이 높습니다.