‘Difficult’한 상황에는 ‘Different’한 대응으로!
국제용접전시회를 맞이하여 용접로봇시장의 오늘과 내일을 짚어보는 자리를 마련하였다.
세계적인 경기침체로 자동차 산업 위기설까지 대두되며 국내 자동차 산업은 물론 용접로봇업계에까지 영향을 미치고 있다.
전반적인 투자 감소로 어려움을 느끼는 국내 용접로봇기업들이 이 위기를 타파해나가기 위해서 어떤 방안을 갖고 있는지 스폿용접로봇, SI업체, 아크용접로봇을 중심으로 현 상황과 그에 대한 대응책을 들어보았다.
사진_2007년 국제용접전시회
* 자료참고 : 용접 자동화와 산업용 로봇_한양대학교공과대학교수 이세헌
자동차산업의 레이저 하이브리드 용접기술_한국과학기술정보연구원 김환태
용접로봇시장의 어제와 오늘
1960년대 후반 이후 세계적으로 증가한 로봇의 사용은 주로 자동차업계에 적용되었고, 이와 함께 용접기술 또한 꾸준히 개발되어 왔다.
우리나라에서는 1980년대 몇몇 자동차 업계에서 소수의 로봇을 도입하여 자동차 용접 라인에 시험용으로 사용한 것을 시작으로 자동차 산업과 관련하여 용접로봇이 발전해왔다고 할 수 있겠다.
스폿용접의 자동화
용접용 로봇은 과거 선진국의 경우 1970년대에 자동차의 차체조립 라인의 스폿용접 부문에서부터 본격적으로 도입되었고, 그 이후 다른 분야로 확장되면서 현재에 이르고 있다.
자동차생산 라인에서 스폿용접은 가장 기본이 되는 접합공정으로, 자동차부품에서부터 차체에 이르기까지 거의 모든 판재의 접합이 스폿용접을 통해 이뤄진다.
스폿용접은 저항용접의 한 종류로 2개의 전극 사이에 접합대상을 두고 가압하면서 보통 10kA 이상의 큰 전류를 통전해서 용접하는 방법이다.
스폿용접 부문에 로봇을 도입하여 가장 먼저 자동화되었던 이유는 바로 자동차 생산라인에서 스폿용접의 비중이 매우 컸기 때문이라는 것과 중간 수준의 정밀도만으로도 기술구현이 가능했다는 점에 있다.
용접을 제어하기 위한 매개변수의 수도 5개 정도에 불과했고 이것을 정량화해 제어하는 것이 상대적으로 다른 부문에 비해 쉬운 편이었던 것이다.
또한 최근에는 용접기의 발달로 서보모터를 이용한 서보 건 등과 같이 보다 작교 가벼운 스폿용접용 로봇의 생산이 확산되고 있다.
아크용접의 자동화
아크용접은 용접 토치의 자세제어나 위치결정 및 용접선의 궤적정밀도에 높은 정밀성이 요구되고, 여러 용접조건의 설정이 어떤 일정한 규칙을 가지지 않아 로봇으로의 기술구현이 간단하지 않다.
또 위빙이나 용접이상 검출 등의 특수 기능에도 고도의 기술이 요구되므로 그 보급 및 실용화가 더디게 진행되고 있다.
그러나 아크용접은 그 작업환경이 매우 열악하기 때문에 로봇을 이용한 자동화가 어느 분야보다 절실히 필요하다.
현재 대표적으로 자동차·조선·중방비 등의 업계에서 아크용접용 로봇을 사용하고 있다.
예전에는 다른 공정에 비해 자동화하기가 몹시 까다로운 생산 공정인 까닭에 자동화 라인임에도 불구하고 비교적 높은 불량률을 나타냈지만, 최근에 개발된 로봇들은 아크용접에 필요한 수준의 정밀도를 갖출 만큼 발달했고, 처리용량도 예전의 수치계산용 컴퓨터 정도의 성능을 갖게 됐다.
이렇게 발전된 로봇을 기반으로 아크 센서나 레이저 비전 센서 등을 통해 용접품질을 향상시키고자 하는 연구가 여전히 진행되고 있다.
레이저용접의 자동화
레이저란 단일 파장과 높은 에너지를 수반한 빛을 의미한다.
현재 각 분야에 걸쳐 이러한 고 에너지를 이용한 응용이 진행되고 있다.
최근에는 주로 자동차 산업에서 사용되는 박판용접 등에 적용할 수 있을 정도의 많은 레이저가 출시되고 있다.
레이저 용접은 기존의 다른 용접들보다 청결하고 조용한 작업환경과 빠른 속도로 높은 생산성과 부가적인 장점을 갖고 있다.
그러나 상대적으로 고가인데다 고정밀도를 요구하기 때문에 레이저 자체가 상용화된 부문은 많지 않다.
또한 레이저 발진기는 외형이 매우 크기 때문에 용접로봇을 사용해 용접할 경우, 레이저의 효율을 급격히 감소시킨다.
그렇기 때문에 레이저 용접은 대부분 전용 자동화기기를 사용하여 용접을 수행하고, 특별히 꼭 필요한 경우에만 로봇을 사용했다.
그렇지만 최근 레이저 용접은 빠른 속도로 스폿용접이나 아크용접의 영역으로 확장해 나가고 있으며, 이에 발 맞춰 레이저 용접에 로봇을 적용하기 위한 많은 연구들도 동시에 진행되고 있다.
용접용 로봇의 기능
용접용 로봇은 다양한 부가기능을 필요로 한다.
그 대표적인 예로 용접기의 On/Off·송급·통전시간 등을 제어하기 위한 용접기와의 인터페이스 기능 등을 꼽을 수 있다.
이에 따른 하드웨어로 용접 토치 및 심선 송급 장치, 스폿용접의 경우에는 스폿용접용 건 등의 장비 및 기능이 필요하다.
이외에도 많은 용접용 로봇들이 전용접촉 센싱 기능, 전용아크 센싱, 전용레이저비전센서 추적기능, OLP(Off-Line Programming), 외부 축 동기제어 기능 등을 지원한다.
용접용 로봇별 현황과 개발방향
오늘날 ‘생산력과 능률향상’, ‘품질 안정화’, ‘성력화와 성인화’를 목적으로 용접시공을 자동화와 로봇화 하는 경향이 있다.
용접로봇으로서 여러 가지 형태의 로봇이 세간에서 활약하고 있으며, 해가 갈수록 증가하는 경향으로 각 로봇기업들은 각기 비슷한 듯 다른 방향으로 개발을 진행하고 있다.
먼저 아크용접로봇 기업은 자동차 산업에서의 기술발전과 함께 용접기술에 대한 기술력 향상도 요구되고 있다며 저전압으로 안정된 고속 용접을 실현하는 기술과 적용 부위에 맞춘 자유로운 입열과 비드 형상 조절이 가능한 기술을 선보이며 기술 발전을 위해 노력하고 있다.
그리고 스폿용접로봇 기업은 자동차 산업의 정체와 함께 자동차 산업과 떼려야 뗄 수 없는 스폿용접로봇 산업에 대한 신규 설비투자도 절감되고 있는 상황임을 전해왔다.
특히, 현실적으로 기존 로봇의 O/HAUL 재활용과 모든 로봇메이커 견적 참여 등이 시행되며 가격경쟁력을 기본으로 중고로봇에 대한 시장성도 고려되고 있는 실정이다.
이러한 로봇들을 시스템화하는 SI업체에서는 최근 용접품질문제 대두로 용접 건이 에어 건에서 서보 건으로 바뀌어가는 트렌드를 보였다.
또한 생산라인 공용화와 생산라인 축소를 통해 고객의 요구에 유연한 대응이 가능하도록 하고 있다.
<단위 : 백만원>
|
구분 |
생산 |
출하 | ||
|
08.1~12 |
09.1 |
08.1~12 |
09.1 | |
|
아크용접 |
3,429 |
572 |
19,024 |
1,762 |
|
스폿용접 |
39,920 |
4,409 |
105,918 |
8,339 |
|
레이저용접 |
0 |
0 |
211 |
211 |
|
기타용접작업 (초음파, 가스,플라즈마) |
0 |
62 |
298 |
107 |
제조업용 로봇의 생산과 출하현황
<대수, 백만엔>
|
구분 |
1분기 |
2분기 |
3분기 |
4분기 |
2008년 전체 | ||||||
|
대수 |
금액 |
대수 |
금액 |
대수 |
금액 |
대수 |
금액 |
대수 |
금액 |
원화환산 (백만원) | |
|
아크용접 |
235 |
540 |
233 |
587 |
458 |
905 |
360 |
742 |
1.286 |
2,774 |
29,866 |
|
스폿용접 |
223 |
565 |
456 |
1,180 |
334 |
827 |
127 |
323 |
1.140 |
2,895 |
31,168 |
|
레이저용접 |
0 |
0 |
3 |
7 |
1 |
3 |
0 |
0 |
4 |
10 |
108 |
산업별 일본 로봇 수입 현황
<단위 : 백만원>
|
로봇단품 및 주요 부품 |
수입국 |
합계 | ||||||
|
일본 |
미국 |
독일 |
중국 |
스웨덴 |
대만 |
기타 | ||
|
아크 용접용 로봇 단품 |
21,343 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
21.343 |
|
스폿 용접용 로봇 단품 |
7,176 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
7.176 |
|
레이저 용접용 로봇 단품 |
- |
- |
- |
150 |
- |
- |
- |
150 |
