로봇과 전자산업, 상호발전을 통한 성장 예상
전자산업은 우리나라의 핵심 산업으로서 향후에도 그 위치를 공고히 해 갈 것임은 분명하다.
그리고 현재는 반도체, 휴대폰 등 IT 산업이 주류를 이루고 있지만, 향후에는 나노, 바이오, 콘텐츠 등 여러 가지 기술과 융합(Fusion, Convergence)되어 새로운 기술을 창출해가면서 발전을 하게 될 것으로 보인다.
그러나 로봇이 몇몇 분야에서 새로운 시장으로 넓혀가고 있다고는 하지만, 아직 시작단계에 불과하다. 그럼에도 불구하고 로봇이 주목받는 이유는 이것이 국가의 핵심 산업으로 성장하여 휴대폰, 컴퓨터보다 우리 일상생활과 더욱 밀접한 관계를 가지게 되고, 많은 국가의 부를 창출하는데 큰 역할을 하게 될 것으로 전망되기 때문이다.
로봇이 IT, 소프트웨어, 디지털 기술들이 향후 로봇기술과 접목되어 인간의 역할을 일정부분 대신하는 단계까지 성장해 갈 것이라는 사실은 이제 모두가 인지하고 있다.
전자산업에 적용되는 로봇 매니퓰레이터의 종류와 구조
로봇을 사용하는 것은 대부분 매니퓰레이터의 기능을 이용하기 위함인데, 아직까지 많은 부분에 있어 직렬형 매니퓰레이터가 주로 사용되고 있다.
직렬형은 로봇을 구성하는 조인트 또는 관절이 로봇베이스(Robot base)에서 끝(End- effector)까지 직렬로 연결되어 있어(Open Loop 구성) 엔드이펙터에서 아래쪽 베이스로 이동함에 따라 운동이 증폭되는 특성을 가지고 있다.
또한 직렬형 매니퓰레이터를 구성하는 조인트는 크게 직선운동을 하는 프리즈메틱 조인트(Prismatic Joint, 직선축)와 회전운동을 하는 로테이셔널 조인트(Rotational Joint, 회전축)로 구분되는데, 이 두 가지의 조인트가 각각 몇 개가 사용되었는지, 그리고 어떻게 연결되었는지에 따라서 로봇의 타입이 정해지고 구조적운동 특성이 결정된다.
·픽 앤 플레이스 로봇(Pick and Place Robot)
ABB와 아뎁트로 대표되는 이 로봇은 최근 들어 그 사용범위가 넓어지며, 큰 관심을 모으고 있고, 얼마 전에는 한국훼스토에서도 그들의 공압기술을 이용한 같은 기능의 로봇시스템을 선보인 바 있다.
먼저 ABB는 빠르고 유연한 IRB340 FlexPicker를 선보이고 있는데, 이는 대상물을 한 번에 빠르고 정확하게 한 지점에서 다른 지점으로 이동시켜야 하는 작업에 가장 이상적인 솔루션이다.
거미형태를 가진 IRB340은 분당 150회를 피킹할 수 있는 엄청난 속도가 특징으로, SA의 경우 부식방지 특수도료로 마감되어 물세척이 가능하며, 밀봉처리 및 저압수의 세제를 이용한 세척이 용이하도록 4축이 슬라이드 베어링으로 구성되어 있다.
또, Wash, down 버전은 육류나 유제품, 가공식품 등과 같은 식료품 포장에 적합하며, 보다 엄격한 기준을 통과하기 위해서 스테인리스를 적용하고 있다.
다음으로 아뎁트는 지난해 초 세계최초로 4 leg Type의 Parallel Robot(델타로봇)의 신제품인 ‘Adept Quattro’를 선보여 눈길을 끌었다. 이 제품은 제과, 가공식품, 화장품, 의료제품, 솔라셀, 반도체 등 IT 부품의 초고속 패키징 및 핸들링을 정열장치 및 피더 없이 컨베이어를 정지하지 않고 연속적으로 분당 120개(2kg 가반하중)를 초고속도로 이송 및 Kitting, Assembly 작업을 수행할 수 있어 델타로봇 응용의 새로운 전기를 마련해갈 것으로 예상된다.
파워 앰프 및 컨트롤러가 로봇 몸체 내에 장착되어 컨트롤러에 따르는 케이블이 없어 설치를 용이하게 할 뿐 아니라, 케이블에 의한 고장의 원인을 제거하였고, 로봇시스템이 차지하는 공간을 현격히 줄였다.
작업반경은 1,300mm이며, 상하작업 반경은 500mm, 그리고 180° 회전반경을 갖고, 25mm Up·Down, 305mm 반복운동으로 정의된 Adept 사이클 타임은 0.5kg 작업물은 0.3초 이내, 2kg은 0.5초의 초고속도를 실현한다. 또한 ±0.1mm의 위치 반복정밀도, 0.4°의 각도정밀도를 보유하고 있다.
Inverted Type의 로봇설치와 IP55/IP65 안전규격 승인 및 UL, CE 인증의 작업자 안전성 및 위생성 높은 로봇제품인 ‘Adept Quattro’는 국내에서 기술지원, 프로그래밍, 교육 및 서비스를 모두 제공받을 수 있다.
·갠트리로봇(Gantry Robot)
비교적 큰 작업영영을 가지는 작업에 적합한 로봇으로, 천장부근의 공간을 최대로 활용한다는 장점이 있다.
Z축의 아래나 위에 Y축을 붙이면 가장 일반적인 갠트리 형상이지만, 엔드이펙터 부분에 작은 로봇(Mini Robot)을 붙여 사용하기도 하는데, 이는 갠트리의 느리고 큰 동작과 미니로봇의 빠르고 정교한 동작을 접목했다는 점이 특징이다.
이런 경우를 매크로-미니 시스템(Macro-mini System)이라 하며, 갠트리 로봇을 적용하는 큰 메리트가 된다.
또한 미니로봇이 작업 대상에 대한 상대적위치가 고정되어 있지 않고 이동이 가능하기 때문에 설치조건에 제한을 받지 않으며, 주로 공장의 물류 반송, 기계내부의 이동작업, 용접작업 등에 이용되고 있다.
·직각좌표 로봇(Cartesian Coo-rdinate Robot)
직교좌표 로봇은 직선운동을 하는 직선축의 조합으로 이루어진 로봇으로, 직선축을 X, Y, Z축으로 조립한 것이다. 최근에는 Z축에 회전축을 붙여 4축으로 사용하는 경우도 있다.
인간과 가장 익숙한 직각좌표계이므로 사용자가 쉽게 티칭할 수 있다는 점이 가장 큰 장점이며, 직선운동을 기본으로 하기 때문에 각 운동방향으로 완전히 독립되어 있다는 것 또한 이 로봇의 특징으로 꼽힌다.
따라서 작업영역의 모든 위치에서 기구학과 동역학이 변하지 않으므로 균일한 제어특성을 가지며 제어가 간단하고, 위치에 따른 반복정밀도가 우수하다.
또, 모듈별로 판매되므로 쉽게 적용할 수 있기에 산업현장에서 많이 쓰이는 로봇이며, 전자부품의 조립, 용접, 납땜, 기계내부의 물체 반송 등 여러 분야에 이용되고 있다.
·수평다관절 로봇 (Horizontal Articuated Robot)
SCARA 로봇(Selectively Compliant Arm for Robotic Assembly)으로 알려진 이 로봇은 1, 2축이 중력의 방향으로 평행하고 3축이 Z방향으로만 움직이는 운동 특성을 갖는다.
따라서 두 회전축에 직각인 수평면에서의 운동은 매우 빠르다는 장점이 있고, 직교좌표로봇보다는 처음 두 회전축의 직각인 평면에서의 운동이 더 빨라 사이클링 타임이 짧아 더 높은 생산성을 가진다.
또 가반중량을 크게 가져갈 수 있어 상대적으로 무거운 물건의 반송도 가능하며, 자동차공장의 라인과 라인사이에 부품반송, 유리공장의 유리 반송 등에 쓰인다.
·수직다관절 로봇(Vertical Articulated Robot)
제조용 로봇을 떠올렸을 때 가장 먼저 생각나는 수직다관절 로봇은 모든 축이 회전축으로 구성되어 있어서 비교적 빠른 속도를 갖는다.
용접과 도장 등의 작업에 가장 많이 쓰이는 이 로봇은 전체 6자유도를 갖는 것이 대부분인데, 이는 물체가 공간상에서 최대 6개의 자유도를 가지기 때문이다. 따라서 어떠한 위치 또는 방향으로의 자세가 가능하다.
회전축으로만 구성되어 있는 특징 때문에 제어와 티칭에 어려움이 있지만, 설치면적과 몸체의 부피가 작고 속도가 빠르다는 장점 때문에 수요가 많이 늘고 있다.
로봇, 전자산업에 어떻게 사용되나
전자산업이라는 광범위한 개념에 로봇의 어플리케이션을 이야기하기란 상당히 어려운 일이다. 기본적으로 우리가 강세를 보이고 있는 디스플레이, 반도체 산업에서의 로봇은 생각보다 다양하게 그 적용처를 넓힌 상태다.
먼저 전자, 정보통신산업 분야를 살펴보면 로봇을 이용한 나사체결 장비는 휴대폰, 디지털카메라, MP3, 내비게이션, 소형가전, 자동차 부품 등의 나사체결 조립을 가능케 하고, PCB 기판의 라운팅과 디스펜싱을 하는 PCB 라우팅 장비, 디스펜싱(언더필) 장비, 렌즈조립 장비 등이 사용되고 있다.
별개로 자동차 산업분야에서도 자동차 조립생산 공정상의 정밀압입공정(서보프레스), 너트정밀조립(DC 너트 런너) 등에서 활용도를 높이고 있음은 물론이다.
특히, 최근의 전자산업에서는 반도체산업과 식품, 제약 등에서의 클린룸 사양에 대한 요구도 높아져 이를 만족시키는 로봇들도 속속 선보이는 등 업그레이드 되고 있는 추세를 보이고 있다.
·칩 마운터… 삼성테크윈 세계 3대 SMT 장비 업체를 꿈꾸다
얼마 전 삼성테크윈이 기존 칩 마운트 외에 표면실장장비(SMT) 일괄공정에 필요한 스크린프린터와 검사장비를 개발해 SMT 매출을 오는 2010년 5300억 원으로 올해보다 2배 이상 확대, 세계 3대 SMT 장비 업체로 도약한다는 계획을 밝혀 화제가 되었다.
삼성테크윈은 그동안 스크린프린터와 검사장비를 보유하지 못해 외부에서 구매해 자사 칩 마운터와 함께 공급해왔다.
이들은 최근 직접 설계한 스크린프린터 SMP 400를 출시했으며 내년 하반기에는 자체 기술로 검사장비를 선보일 계획이라며, 스크린프린터와 검사장비, 고속 칩 마운터를 모두 갖추게 되면 최적의 SMT 라인을 구성할 수 있어 시너지 효과가 기대되는 만큼 오는 2010년 이분야에서 세계 3위권에 진입할 수 있을 것으로 기대된다고 전했다.
스크린프린터 장비는 PCB 위에 부품을 실장하기 전에 솔더페이스트(납땜소재)를 인쇄하는 장비로 칩 마운터, 검사장비와 함께 SMT 3대 핵심 장비다.
이로써 직교좌표 로봇의 활용도가 상당한 칩 마운터 시장의 성장도 기대하게 되었다.
·솔더링 로봇… 커스터 메이드(Custer Made)에 대한 요구로 콘텐츠 질 높여
PCB(인쇄회로기판)에 부품을 실장한 후 회로를 구성하기 위하여 Solder(땜납)를 이용하여 용접하는 과정인 솔더링은 작업자가 인두를 가지고 하나씩 납땜하는 경우도 있지만, 최근에는 장비를 통해 납땜하는 것이 일반적으로 되었다.
이 같은 자동 솔더링 장비를 통해 자연스레 데스크탑 로봇장비의 시장이 성장했는데, 소형, 고집적화 되어가는 반도체 칩에 대응하기 위하여 상당한 정밀도가 요구될 뿐만 아니라, PCB의 대량생산을 위하여 빠른 작업속도 또한 필수적이기에 계속해서 발전하고 있는 분야이기도 하다.
이와 관련한 솔더링 기업은 주로 일본 메이커를 수입하여 시스템을 구성해 판매하는 방법으로 시장을 확대하고 있으며, 고객의 요구에 따른 커스터 메이드에 대응하는 기술력과 노하우를 갖고 시장을 공략하고 있다.
·도장로봇… 저가 시장을 공략하다
로봇시스템을 사용하고자 하는 고객들의 마음 속에는 ‘저가의 생산성 높은, 안전한 시스템’을 바라는 마음이 있는데, 도장로봇 시스템에 있어서는 직교좌표형 도장로봇이 충분히 만족시키고 있다.
이 도장로봇 시스템은 무엇보다 가격을 가장 큰 경쟁력으로 꼽다. 1kg당 상당한 가격을 갖는 도료이기 때문에 민감한 사항일 수밖에 없는데, 기존의 스핀들라인과 달리 동사의 도장로봇 시스템은 필요 부분만 도장을 하기 때문에 도료를 절감하고 있는 것이다.
또한 5축으로 대응하는 직교좌표형 도장로봇 시스템으로 그 적용범위를 넓히고 있다.
