그 어떤 산업보다도 로봇자동화 비율이 높은 조선업과 자동차산업. 국내에서도 로봇산업의 발전과 함께 관련 현장으로의 로봇적용률이 높아지고 있지만 여전히 부족한 상황이다. 이에 본 내용에서는 두 산업에서의 해외 로봇적용 사례를 살펴보도록 하겠다. <편집자 주>
조선업
코베제강소 현장의 용접로봇 시스템
높은 기술수준을 자랑하는 코베제강은 피복아크용접봉으로부터 자동·반자동 용접용 와이어, 플럭스에 이르기까지 약 800종목에 다양한 용접기술을 적용하고 있다. 이들이 자랑하는 용접로봇 시스템은 다음과 같다.
·철골 용접로봇 시스템
① 공간절약형 코어·맞춤 겸용 용접로봇 시스템
공장 내의 좁은 공간에서도 설치해 코어와 맞춤 플랜지 용접을 할 수 있는 철강용접로봇의 베스트셀러로, 노즐 오픈 체인저, 와이어 커터를 통해 무감시운전을 실현한다. 불과 2.5m×3.0m(맞춤 용접시는 3.5m×4.5m)의 설치공간을 요하는 이 시스템은 PC 화면을 통해 데이터 입력도 가능하다.
② 코어연결 용접로봇 시스템
코어 용접을 더 효율적으로, 한 번의 세팅으로 장시간 무감시로 연속적으로 생산하는데 최적인 시스템이다. 코어는 최대 9개까지 연결 가능하고, 패스분할 기능에 의해 일괄중간 슬러그 제거나 패스 간 온도관리가 간단하고 확실하다.
③ 주대조립 용접로봇 시스템
각종 타입의 기둥에 적용할 수 있도록 한 이 시스템은 기둥관통 타입에 필요한 횡형 등 다양한 용접자세를 선택 사용할 수 있다. 또한 풍부한 어플리케이션 소프트웨어로 장시간 무감시 운전을 지원하며, 콤팩트 설계를 통해 7~20(7, 10, 15, 20)톤까지 4개의 대표기종에서 최적의 시스템을 선택 사용할 수 있다.
④ ARCMAN 주대조립 2아크용접로봇 시스템
2아크화로 저렴한 가격과 단납기, 고품질을 실현한 아크용접로봇 시스템은 2대의 로봇이 동기하면서 용접을 실시해 생산성을 2배로 올린다.
지금까지 수동으로 해왔던 작업을 자동화함으로써 용접개시 후 아크 스타트 성능을 비약적으로 높일 수 있으며, 자동 슬러그 제거 기능을 옵션화해 생산성도 높였다.
·교량 용접 로봇 시스템
① 문형트윈 용접 로봇 시스템
트윈로봇에 의한 고능률 용접을 실현한 이 시스템은 트윈용접에 의해 고품질인 모퉁이 권용접이 가능하고, 자동프로그래밍·자동 간섭체크 기능을 탑재했다.
또한 트윈/싱글의 2가지 모드로의 변환과 함께 최대 20패널의 연속용접이 가능하다.
② 문형싱글 용접 로봇 시스템
싱글로봇에 의해 고적용률을 실현한 로봇시스템으로 자동프로그래밍·자동간섭체크 기능을 탑재하고 있다.
동작패턴 등록기능에 의해 유저에 의한 커스터마이즈가 가능하고, 최대 20패널의 연속용접도 할 수 있다.
③ 콤팩트 싱글용접로봇 시스템
로봇 좌우·전후 이동장치로 구성한 콤팩트 시스템으로 대화식 소프트에 의한 간단 조작이 가능하다.
CAD 데이터 링크에 의한 자동프로그래밍도 할 수 있으며, 적용 워크, 설치 스페이스에 응한 시스템 설계가 가능하다.
자동차
B&R 산업자동화가 소개하는 ‘Motoman Robotics’의 용접로봇 시스템
공정과 제조를 위한 새로운 로봇기술 개발에 힘쓰고 있는 Motoman Robotec사는 표면 처리, 마무리 공정과 원활한 기계 작동에 중요한 초점을 맞추고 있다.
회사는 MIG/MAG, TIG, CMT를 이용한 철과 알루미늄 용접 로봇 장비와 스폿용접 절차, 알루미늄 다이캐스팅과 플라스틱 캐스팅 기계, 어셈블리, 그라인딩과 표면 처리, 팔레타이징의 개발과 생산을 마쳤다.
·로봇의 수요
최근 대부분의 프로젝트는 CIMOS를 위한 로봇장비의 개발과 장비셋업이며 로봇장비는 Audi Q5에 설치된 뒷 유리 부분을 용접한다.
이러한 맞춤 용접장비의 요구사항은 매우 다양하고 복잡하다.
장비는 고품질로 하루에 4000개를 용접해야 함으로 각각의 용접되는 파트의 사이클 타임은 18초보다 빨라야 한다. 시스템은 레이저 3각 측량을 이용하여 그 시간 안에 완성된 시각 품질 조사를 수행하며 교대마다 오직 한 사람만이 전체 작동을 관리한다.
·다양성
뒷문을 열기 위한 두 종류의 메커니즘은 로봇에 의해 왼쪽과 오른쪽이 동시에 용접된다.
그것이 부품의 위치 결정과 클램핑을 위해 4개의 다른 용접설비가 필요한 이유이다.
각각의 마지막 상품은 큰 것과 작은 것 2개의 부품으로 구성되어 있는데, 작은 부품의 모양은 정확히 똑같아 보이며 다른 점이라면 왼쪽이 만들어졌는지 오른쪽이 만들어졌는지 정도이다.
제조공정에 있는 제품들은 진동 출력단에 일렬로 정렬되고 하나씩 장비로 들어간다.
작업자는 단지 진동 출력단에 원료만 공급하면 되며, 큰 부품들은 기계에 의해 효과적으로 정리되고 정확한 위치에 정렬될 수 없기 때문에 손으로 장비에 옮겨져야 한다.
이러한 목적 때문에 작업자가 부품들을 놓고 장비에 옮기는 곳에 위치결정 홀더가 있는 특수한 회전 테이블이 개발되어 15분 동안 모든 장비의 자동화가 가능하다.
·용접준비, 2×2
2개의 로봇은 지그에 원료를 넣고 다른 2개의 로봇은 부품을 용접한다.
CMT 용접 같은 모든 작동, 용접 검사와 용접된 부품의 품질 제어와 관리를 위한 3각 측량 시각 시스템은 각각 어느 정도의 시간이 요구된다.
그러므로 공정은 장비 사이클의 예상되는 작동 속도를 확실하게 하기 위해서 4개의 로봇 사이에서 이루어져야 한다. 2개의 로봇은 CMT 용접을 실행하고 다른 2개의 로봇은 부품이나 상품을 다룬다.
로봇 장비에 의해 이러한 공정이 가능한 이유는 공급과 용접의 동기 제어에 의한 두 개의 용접설비 때문이다. 두 설비 모두 회사의 고유한 노하우로 개발되었다.
그 노하우는 용접 장비의 핵심이고 한 제품에서 다른 제품으로의 빠른 이행을 가능하게 한다.
각각의 용접 장비는 위치결정과 다른 종류의 제품들의 고정을 위한 요소를 갖춘 용접 네스트를 가지고 있다.
한 종류의 제품에서 다른 종류의 제품 이행은 고정 장치가 자동적으로 180°로 회전해야 하는 것을 요구한다.
장비는 용접 작업 중 틸팅이 가능하며 두 용접 장비 모두 시스템이 고정 장치의 위치와 제조 공정에 있는 제품의 인입뿐만 아니라, 제품의 종류까지도 파악할 수 있는 센서가 장착되어있다.
·용접검사 & 품질제어
용접검사와 품질제어는 가장 기본적인 작동 요소이다.
스폿터링 없이 Thin metal sheet의 용접이 가능하므로 Cold metal transfer(CMT) 기술이 적용되었다.
특별한 운전과 특별한 용접건은 용접 전류의 증대와 진동에 의한 와이어를 맞추기 위해 로봇암에 설치된다.
이것은 에너지의 절약을 가능케 하며 용접에 열이 남아있어 더 좋은 품질을 보장할 수 있다.
CMT 용접 방법이 스폿터링 없이 용접을 확실히 한다 할지라도 시각적으로 증명되어야 한다.
3각 측량 제어 시스템은 지름이 0.5mm 보다 큰 물방울들을 발견해야 한다.
너무 많은 물방울들이 발견되면 품질은 적정레벨보다 낮은 것이다. 자동화된 시각적 조사는 ‘Vitronic’에서 공급되는 레이저 3각 측량에 의해 수행된다.
스폿터링 외에도 제어 시스템은 용접의 길이, 넓이와 높이를 인식한다.
이러한 파라미터 값이 허용 오차를 초과한다면 로봇은 제조 공정에 있는 제품을 축출한다.
·하드웨어 & 소프트웨어 구성
공급과 용접 작동은 분리되어 있기 때문에 컨트롤러 또한 분리되어 있다.
1개의 컨트롤러가 용접로봇을 조정하고 다른 하나는 공급로봇과 용접장치 회전을 위한 축을 제어한다.
두 컨트롤러는 한 세트로 구성되어 있지만 일은 각자 독립적으로 한다.
“이것 때문에 두 어플리케이션은 간략해질 수 있고 컨트롤러는 각각 그리고 동시에 프로그램 될 수 있다”고 시운전과 품질 관리 부서에서 용접 로봇의 프로그래밍을 맡고 있는 매니저 Robert Bolha는 말했다.
모든 파트(로봇, 주변장치, 툴 등)의 작동은 CP474 CPU와 B&R 2003 PLC에 의해 제어된다.
I/O 모듈과 함께 기본 컨트롤러를 제외하고 각 장치는 CAN 통신에 의해 컨트롤러에 연결된다.
각 장치는 화면 상태, 진단 툴과 용접용 비전장비(Vitronic)를 위한 툴(tool)을 포함한 모든 파트를 제어하고 감독하는 2개의 산업용 PC로 구성되며 B&R의 IPC는 RS232와 PVI를 통하여 컨트롤러에 연결된다.
·최상의 디지털 환경
작동상태를 확인하기 위해 시뮬레이션이 사용되며 그리퍼, 툴, 기구부를 개발하는 부서에서 개발한 기구 장치에 대한 3D 모델은 로봇 그리퍼와 용접물의 접근과 어떤 가능한 충돌에 대해서도 감지하고 판단하기 위해 Catia 프로그램에 사용된다.
3D 모델은 Off-line 프로그래밍과 로봇 시뮬레이션 동안 툴의 접근과 충돌 가능성에 대한시뮬레이션을 위해 Motoman 프로그램-MotoSimEG(Rotsy) 내부에서 함께 사용된다.
* 자료참고 : 코베제강기술보, B&R 산업자동화
