[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 제어시스템은 워터젯 절단을 포함한 모든 형태의 생산 기술에서 매우 중요하다. 스웨덴의 IGEMS는 이 공정을 정밀도와 속도 측면에서 새로운 수준으로 끌어올리겠다는 목표를 세웠고, PC 기반 제어를 통해 이를 달성했다.

워터젯 절단은 금속·플라스틱·유리·세라믹·석재·복합재 등 다양한 재료를 절단하기 위해 아주 효과적인 공정이다. 뿐만 아니라 생선 필레 및 디저트 케이크 분할과 같은 비정형적인 어플리케이션 분야에서도 사용할 수 있다.

스웨덴 보로스에 본사를 둔 워터젯 절단 시스템용 CAD/CAM 소프트웨어 전문업체 IGEMS의 Jesper Kimblad 기술 매니저는 “다용도성, 정밀성, 청결성, 친환경성, 비용 효율성이 좋기 때문에 워터젯 절단을 선호한다”고 말했다.

간단해 보이지만 완벽한 절단을 위해서는 기술력 이상의 것이 필요하다. Jesper Kimblad는 “우리는 워터젯의 물리학을 심도 있게 연구하고 끊임없이 변화하는 특성을 고려한 CNC 소프트웨어를 개발했다”면서, “워터 절단에는 구체적인 CAD 및 사전 제작 소프트웨어뿐만 아니라 최적화된 제어시스템도 필요하다”고 전했다.

Beckhoff의 TwinCAT 3는 다양한 기능과 함께 IGEMS 제어 플랫폼의 기반을 형성했다.

유연성으로 작동 중에도 공급속도 전환

Jesper Kimblad에 따르면, 다른 어떤 시스템도 필요한 유연성과 기능을 제공하지 못했다. Jesper Kimblad는 “기존 제어시스템은 노즐이 경로를 이동하는 동안 디지털 출력을 충분히 빠르고 동기화된 방식으로 제어할 수 없었다”고 말했다.

하지만 아주 잠깐의 멈춤이나 지연도 절단면에 자국을 남길 수 있기 때문에 워터넷 절단 공정에서 물과 연마재는 정밀하게 제어돼야 한다.

Jesper Kimblad는 Beckhoff의 PC 기반 제어 기술이 제공하는 또 다른 장점으로 다른 어떤 제어기도 작동 중에 공급속도를 분당 밀리미터에서 역시간으로 전환할 수 없다는 점을 꼽았다. 이 기능은 파이프 절단이나 5축 작업에서 특히 유용하다.

IGEMS는 다른 제어 공급업체와 총 네 번의 시행을 거친 끝에 마침내 PC 기반 제어 및 TwinCAT 3의 개방형 접근 방식으로 적합한 플랫폼을 찾았다.

Jesper Kimblad는 “우리는 다른 시스템에서 필요한 적응을 구현할 수 없었고, 또 다른 공급업체들은 제한적인 하드웨어의 종류로 항상 필요한 추가 제어 구성요소를 다른 공급업체로부터 구매해 직접 통합해야 했다”고 전했다.

하드웨어 및 소프트웨어의 단일 소싱

하지만 Beckhoff는 광범위한 솔루션을 보유하고 있기 때문에 전 세계 어디에서든 워터젯 절단기에 필요한 모든 전기 구성요소를 공급할 수 있었다.

Jesper Kimblad는 “이는 워터젯 절단 시스템을 전 세계에 판매하는 IGEMS 고객들에게 매우 중요하다”고 강조했다.

이어 그는 “가장 중요한 것은 TwinCAT 3는 프로그램이 실행되는 동안 기계를 멈출 필요가 없기 때문에 한 번의 작업으로 여러 절단 작업을 수행하고 직선 절단을 보장할 수 있다는 점”이라고 설명했다.

IGEMS는 Beckhoff TwinCAT 소프트웨어, 특히 TC1200(PLC), TF5000(NC PTP), TF5060(NC FIFO 축) 기능을 사용해 모터의 궤적을 계산하고, 드라이브 및 움직임을 제어하며, 축 보간을 수행한다.

또 I/O 변경사항을 추적하고, 모든 데이터를 TwinCAT에 통합된 FIFO(선입선출) 버퍼로 전송한다. 모든 데이터는 Beckhoff의 EtherCAT 네트워크 프로토콜을 통해 실시간으로 통신된다.

Jesper Kimblad는 “TwinCAT의 개방성을 매우 높이 평가한다”면서, “이 소프트웨어는 변화하는 위치와 관련된 어려운 작업을 매우 빠르게 처리하며 정확하고 완벽한 절단을 보장했다”고 말했다.

이어 그는 “값을 모니터링하는데 이상적이고 산업용PC에서 실행되므로 노트북에서 전체 개발 과정을 수행할 수 있다”며, “워터젯 절단 시스템을 설정하고 프로그래밍하는데 걸리는 시간은 5분에서 30분이면 충분할 정도로 매우 빠르다”고 설명했다.

PC 기반 제어의 개방성 덕분에 머신빌더는 추가 기능을 제어시스템에 쉽게 통합하고 이를 Beckhoff 하드웨어로 자동화할 수 있었다고 밝혔다.

IGEMS 자체에서는 이러한 유연성을 옵션 기능, 예를 들어 작업을 준비하고 교정을 수행할 때 사용한다. 대부분의 경우 남은 판금 조각은 다음 주문을 위해 보관되고 절단 시스템에 여러 번 고정된다. 절단 시스템 위에 옵션으로 장착되는 카메라가 이러한 조각을 스캔해 이미지를 제어시스템으로 전송한다.

제어시스템에서 윤곽선의 크기가 조정되고 향후 처리 프로그램의 ‘절단 패턴’에 표시된다. 그런 다음 기계 작업자는 이미지에서 직접 NC 프로그램의 영점을 설정하고 필요한 경우 부품의 위치를 조정할 수 있다.

또한 IGEMS는 시스템 교정 기능을 제어시스템에 통합해 옵션인 IGEMS 라운더와 함께 X, Y, Z 방향의 편차를 측정하고 보정한다. Jesper Kimblad는 “머신빌더들은 이 교정을 위해 반나절에서 하루 종일 걸리곤 했는데, 우리 소프트웨어와 측정 헤드를 사용하면 9분이면 충분했다”고 개방형 제어 아키텍처의 이점을 강조했다.

부문 세분화를 통해 머신빌더가 얻는 이점

스톡홀름에 위치한 Kimtech은 현재 IGEMS의 제어시스템을 갖춘 15대의 기계를 설치했으며, Beckhoff로부터 30대의 완전한 시스템을 추가로 주문했다.

Gustaf Kimblad CEO는 “워터젯 절단에 특별히 맞춤화된 제어시스템에 만족한다”면서, “제어시스템은 운영, 모니터링, 원격 유지보수를 최적화한다. 또한 정밀한 보정이 가능하고 프로그래밍과 관련된 작업량을 줄일 수 있다”고 말했다.

이어 그는 “HMI도 사용자 친화적이며 통합된 도구는 직관적”이라며, “전반적으로 제어시스템은 워터젯 절단기의 구조를 단순화하고 복잡성을 줄여 줬다”고 말했다. Gustaf Kimblad는 One Cable Technology(OCT)를 예로 들었다.

또 그는 “Beckhoff의 OCT는 단 하나의 케이블만으로 드라이브를 연결할 수 있게 해줘, 적은 부품으로 경쟁력을 크게 높여줬다”면서, “이제 머신빌더로서 우리가 가장 잘하는 일에 더 집중할 수 있게 됐다”고 강조했다.

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