자율 용접 솔루션: 전문가 비교 분석 및 인사이트

GarLine & SharpTrack - '자율 용접'을 위한 최첨단 심 추적 솔루션

제조업은 점점 더 자동화되고 있으며 사용하기 쉬운 솔루션에 대한 요구도 커지고 있습니다. 용접 분야에서는 자격을 갖춘 용접 인력 부족으로 인해 자동화 및 로봇 용접 솔루션에 대한 수요가 높고 동시에 제조업체와 제작자에게 더 비용 효율적으로 변하고 있습니다. 기존 많은 용접 솔루션은 '반자동화'로 간주될 수 있으나, 이러한 솔루션은 지속적인 작업자 개입, 긴 용접 설정 기간, 고도로 숙련된 작업자를 필요로 합니다. 완전히 자동화된 로봇 용접은 '자동 용접'이라 부를 수 있습니다. 그러나 작업자 개입이 거의 없고 설정 작업이 크게 단순화된다면 이 솔루션을 '자율'이라 부를 수 있습니다. 하지만 최소한의 작업자 활동으로 자율성을 달성하기는 어렵습니다. 로봇 용접 솔루션은 공정 개선을 통해 언제든 최적의 용접 전략을 실행할 수 있는 적절한 통합 지능을 가진 레이저 심 추적/탐색 센서를 통해 진정한 자율 또는 무인 운영이 가능해집니다.

자동화 또는 반자동화 용접을 위한 가용 기술

Motoman.com 웹사이트에 2022년 3월 31일 게재된 기사에서 Joshua Leath가 자동화 용접의 다양한 옵션을 안내했습니다. 그는 다섯 가지 일반적인 범주를 식별했습니다: 터치 센싱, 와이어 센싱, 아크 센싱, 레이저 포인트 센싱, 레이저 프로파일 센싱. 또한 자동화 작업을 심 찾기와 심 추적으로 구분했습니다:

심 찾기 vs 심 추적

"심 찾기와 심 추적의 차이는 무엇인가?" 그리고 "언제 심 찾기를 쓰고 언제 심 추적을 써야 하는가?" 이는 우리 로봇 용접 전문가들이 자주 받는 질문입니다. 이를 염두에 두고 로봇 용접 공정 진행 시 고려해야 할 몇 가지 사항을 정리했습니다:

심 찾기

로봇이 용접 시작 전 용접 조인트를 정밀하게 위치시키기 위해 고속 심 찾기 또는 조인트 찾기가 권장됩니다. 공작물은 필연적으로 어느 정도의 변동 범위를 가지지만, 목표는 사양에 맞는 부품과 지그로 그 변동을 최소화하고 용접 와이어 반경의 절반 이내로 조인트 심에 들어가는 것입니다. 이 과정은 다양한 기술을 통해 여러 방식으로 수행될 수 있으며, 로봇이 용접 조인트를 찾게 합니다. 보통 부품상의 두 개 이상의 알려진 지점을 찾아 심을 발견하면, 로봇이 프로그램 경로를 이동시켜 용접을 완료합니다. 필요한 심 찾기 유형은 예상 사이클 타임과 조인트 유형이라는 두 가지 주요 요인에 의해 결정됩니다. 심 찾기는 가장 인기 있는 용접 기능 중 하나이며, 주로 다음의 접촉 및 비접촉 옵션으로 달성됩니다:

터치 센싱 - 단순 조인트와 형상을 가진 부품의 방향 찾기에 이상적입니다. '와이어 터치'로도 알려진 이 방법은 토치 끝의 용접 와이어가 용접할 부품의 전도성 표면에 물리적으로 접촉해 감지하는 방식입니다. 로봇의 느린 속도와 최종 접촉으로 와이어를 통해 공급되는 저전압 회로가 완성됩니다. 일부 시나리오에서는 토치 노즐로도 가능합니다. 자동화용으로 설계된 용접 전원의 내장 기능을 통해 완료되며, Yaskawa의 Touch Sense 패키지 같은 시스템은 저속 탐색 중 저전압 회로를 사용해 용접 조인트의 최적 위치를 결정합니다.

와이어 센싱 - 토치의 와이어가 부품에 촉각적으로 접촉한다는 점에서 터치 센스와 유사하지만, 이 옵션은 토치의 서보 모터를 사용해 와이어를 상하로 빠르게 움직이면서 로봇이 부품을 가로지르게 합니다. 이로써 랩 조인트를 쉽게 위치시킬 수 있고, 재료 높이와 간극 같은 항목도 측정할 수 있습니다.

레이저 포인트 센싱 - 터치 센싱보다 2~5배 빠르며, 용접 토치에 장착된 기본 레이저 도트 센서가 부품의 위치와 방향을 레이저 발사 속도만큼 빠르게 포착해 빠르고 정확한 심 찾기를 제공합니다.

Fanuc과 통합된 Garmo GarLine R 센서

레이저 심 찾기(탐색) - 레이저 도트 센서보다 단일 스캔으로 더 많은 특성을 포착할 수 있으며, Yaskawa의 MotoEye™ SF 같은 프로파일 레이저 인터페이스(소프트웨어 옵션)를 활용하면 극도로 빠른 조인트 측정이 가능합니다. FANUC America Corporation도 R901 SW 옵션이라는 유사한 기능을 제공합니다. 이 솔루션은 3D 멀티 레이저 레인지 이미징 광학을 사용하는 센싱 장치와 잘 작동해 용접 시작 전 로봇에 필요한 측정/조인트 갭 데이터를 제공합니다.

장점:

• 모든 조명 조건에서 다양한 재료에 작동
• 매크로 잡으로 쉽게 티칭 가능
• 조인트 갭 데이터 제공
• 긴 초점 거리; 아크에서 떨어져 장착 가능
• 2.5D 위치 파악; 오프셋과 깊이
• 컴팩트하고 독립적
• I/O 인터페이스로 구형 컨트롤러에 개조 가능

단점:

• 중~고복잡도; 비전 시스템 교육 권장
• 부품/툴링 접근 제한 가능
• 40~50mm FOV로 큰 오프셋 시 다중 탐색 필요

심 추적

종종 프로그래밍을 단순화하는 이 옵션은 혁신적인 기술을 사용해 로봇이 용접 공정 중 실시간으로 용접 위치를 추적할 수 있게 합니다. 심 추적은 용접 중 부품 왜곡이 발생하거나 중량 주물 부품 애플리케이션에서 인기가 있으며, 주로 다음 방법으로 수행됩니다:

아크 센싱 심 추적 - 부품마다 다른 길거나 곡선 심에 최적입니다. Yaskawa의 ComArc LV(저전압) 같은 아크 센싱 심 트래커는 용접 전원 근처에 장착된 고체 상태 센서를 사용해 용접 시퀀스 중 아크 특성을 능동적으로 측정합니다. 이는 로봇의 티칭된 경로와 실제 심 경로 간의 차이를 결정합니다.

레이저 심 추적 - 가장 빠른 사이클 타임을 요구하는 가변 심이 있는 재료에 권장됩니다. 이 방법은 고성능 레이저와 고속 컨트롤러를 결합해 부품이 용접되는 동안 실시간으로 심과 부품 위치를 찾습니다. 이는 고혼합 저량 부품 생산처럼 잡샵 환경에서 발견되는 이상적인 솔루션입니다. 이 접근법은 반자동화 또는 자동화 용접 접근법보다 적은 지그를 필요로 합니다. 전용 프로그램이 부품이 이동해도 경로를 보상하고, 심 위치와 변형에 맞춰 용접 파라미터를 조정합니다.

장점:

• 박판 랩 조인트 안정적 추적
• 고속 이동 지원(>100 IPM)
• 추적과 함께 위빙 모션 가능
• 추적이 용접 설정에 영향받지 않음
• 조정 모션 지원
• 이더넷 인터페이스 사용 가능
• 용접 아크에 강화된 카메라
• 적응형 용접 기능; 속도와 용접 설정

단점:

• 고복잡도 및 때때로(항상 그런 건 아님) 고비용
• 비전 시스템 교육 필요
• 토치 장착 센서로 타이트한 공간의 조인트 접근 제한
• 추적 반경 40~60mm로 제한
• 한 시스템당 두 대 로봇으로 제한

GarLine 심 추적 및 심 찾기 레이저 프로파일 센서 사용의 이점

Leath 씨의 상세한 분석에서 볼 수 있듯 용접 자동화를 제공하는 방법은 여러 가지입니다. 하지만 많은 기법이 진정한 자율성, 즉 무인 운전, 적응 제어, 높은 사용 용이성에는 미치지 못합니다. Leath 씨가 제시한 마지막 솔루션은 레이저 프로파일 심 추적/찾기입니다. 이는 심을 앞서 보며 로봇 경로를 정의해 용접을 수행하고, 온보드 프로세서(가 GarLine)로 빠른 신호 처리와 측정된 폭이나 깊이에 기반한 필요 용접의 실시간 조정이 가능해 가장 높은 자율성을 제공합니다.

스페인 사라고사의 Garmo Instruments는 많은 다양한 용접 애플리케이션과 광범위한 재료에 견고함, 유연성, 적응성을 갖춘 레이저 프로파일링 용접 심 센서 제품군 #GarLine을 개발했습니다.

용접 자율성이 제조업체에 주는 이점 요약:

작업 환경 개선

GarLine 센서로 작업자들은 더 안전한 환경에서 일하며, 용접 가까에서 일할 필요가 없어 기존의 건강 관련 및 인체공학적 용접 위험을 피할 수 있습니다.

단납기 생산을 위한 빠른 체인지오버

GarLine 센서는 개인용 컴퓨터나 로봇/코봇 티칭 펜던트에 통합된 매우 사용자 친화적인 메뉴 기반 설정으로 Fanuc, ABB Robotics, #Universal Robotics(UR) 등 다양한 브랜드와 모델을 지원합니다. 이는 작업자 교육을 단순화하고 부품 생산 변경에 따른 빠른 프로그램 변경을 가능하게 합니다. GarLine은 고혼합 저량의 잡샵에 이상적이며, 다양한 메뉴 옵션과 본질적 용접 적응으로 광범위한 부품 크기와 형태에도 유용합니다.

제품 품질 향상

GarLine의 광학 정밀도와 자동 보정이 매우 높은 비율로 로봇에 전달되므로, GarLine 용접 솔루션은 더 나은 품질의 용접, 더 빠른 용접, 불필요한 폐기물 비율 감소, 따라서 재작업과 생산 손실을 피하면서 더 짧은 시간에 더 높은 완제품 비율을 달성함으로써 제조업체에 이익이 됩니다.

생산성 향상

'적은 것이 더 많다'는 개념의 단순함은 용접 분야 제조업체를 포함한 모든 비즈니스의 목표입니다. 기계 설정과 부품 지그에 투자되는 시간을 줄이면서도 고품질 결과를 얻으면 전반적인 생산성(OEE)이 향상됩니다.

GarLine C로 UR 코봇 설정 및 작동

GarLine 센서의 특징

견고한 센서

GarLine은 IP67 절연 등급을 초과하며 -20°C/70°C 작업 범위에서 성공적으로 작동합니다. 설계에는 항공우주용 소재가 적용돼 TIG 용접 공정을 포함한 최적의 EMI 절연을 보장합니다.

스마트 전자장치

전자장치는 4개의 병렬 프로세서와 4GB RAM으로 구성돼 초당 42프레임의 풀 해상도 이미지 처리가 가능합니다. 또한 다양한 재료 표면 조건을 포함하는 애플리케이션에서 반사 문제를 보정하기 위한 센서 및 레이저 파라미터의 동적 적응을 위한 혁신적인 알고리즘을 포함합니다. 레이저 대역폭은 용접 아크가 생성하는 어떤 빛 대역폭보다 훨씬 바깥에 있습니다.

쉬운 유지보수

GarLine은 일회용 폴리카보네이트 보호 쉴드와 내부 고릴라 글라스 윈도우를 갖추고 있습니다. 센서는 공랭식이며 이는 센서 면을 가로지르는 에어 커튼 역할도 해 추가 보호를 제공합니다. 매우 뜨거운 환경을 위한 수랭 옵션도 있습니다. 수랭 쿨러는 마운팅 플레이트에 통합돼 있으며 ARC-Swiss 고정 방식을 사용합니다. 이 솔루션은 필요한 경우 신속하고 쉬운 센서 교체를 가능하게 합니다.

모든 유형의 자율 용접(코봇, 산업용 로봇, PLC 작동 기계)에 대해 GarLine 심 찾기 센서는 플러그 앤 플레이 솔루션입니다. 인터페이스가 로봇 용접 시스템의 펜던트에 직접 표시되므로 추가 컴퓨터나 기타 특수 소프트웨어, 케이블, 추가 장치가 필요 없습니다.

심 추적 및 심 찾기 기능 외에도 GarLine 센서는 자율 용접에서 매우 요구되는 다른 유용한 기능들도 포함합니다.

GarLine 심 추적 및 탐색 레이저 센서 기능

심 탐색: 토치를 심 쪽으로 이동시키기 위한 보정의 실시간 룩어헤드 계산. 센서는 용접 전 용접 조인트의 올바른 티칭 포인트를 찾아 부품 편차를 보상합니다.

위치 결정 기능: GarLine이 공작물의 4개 지점을 스캔해 형상을 포착하고 평면에 배치합니다. 이 스캔과 위치 결정 과정은 터치 센스 기능만 사용할 때보다 10배 빠릅니다. GarLine은 각 3축의 회전과 이동을 측정해 총 6개 심 위치를 계산합니다.

다중 패스: 다층 용접을 위한 쉬운 프로그래밍 기능.

종단 감지 추적: 센서가 심의 끝을 감지하고 용접을 중단합니다.

사전 태그 회피 설정: 센서를 설정해 조인트를 따라 직진 용접하면서 사전 프로그래밍된 간극을 건너뛸 수 있습니다.

위빙 및 적응형 위빙: GarLine 센서의 '룩어헤드' 비전 덕분에 토치 궤적이 심의 폭에 맞춰 지그재그로 간극을 채웁니다.

컬럼 및 빔 솔루션

용접 시장의 니즈를 알기에 Garmo Instruments는 SharpTrack 솔루션으로 올인원 이지 용접 키트도 개발해 자율 용접 애플리케이션을 위한 궁극의 맞춤형 편의 솔루션을 제공합니다.

SharpTrack 시스템과 GarLine 센서로 손쉬운 용접 자동화

QUIRÓS INGENIERÍA Y AUTOMATIZACIÓN S.L과 협력해 Garmo Instruments는 사용자가 다음을 보장하는 플러그 앤 플레이 키트를 개발했습니다:

• 다양하고 유연한 PLC 프로그래밍 옵션 접근
• 애플리케이션 요구사항에 맞춘 SHARPtrack 커스터마이징(슬라이드 모델 선택, PLC 브랜드(Siemens, Rockwell, Panasonic PLC 현재 지원), 드라이버, 케이블 길이, 애플리케이션에 맞춘 맞춤형 인클로저 캐비닛 기능)
• 펜던트에서 모든 용접 기능 접근(용접 심 추적, 실시간 모니터링, 수동 슬라이드 이동, 라이브 오프셋 제어, 용접 속도 및 소스 관련 파라미터 설정)

GarLine의 룩어헤드 기능은 정확한 실시간 심 추적과 용접 토치 궤적의 미세 보정을 보장합니다. GarLine 센서는 육안으로 식별 불가능한 속도로 궤적 보정을 수행합니다. 이 정밀도는 흠결 없는 품질의 용접을 제공할 뿐만 아니라 최종 제품의 깨끗한 인식 가치를 보장합니다.

SHARPtrack은 이미 사전 정의되고 개인화 가능한 프로그래밍을 포함해 용접 자동화를 플러그앤플레이로 만듭니다. 간단한 설치, 광범위한 프로그래밍 불필요.

용접 애플리케이션 업그레이드를 고려 중이신가요?

GarLine 센서와 SharpTrack 시스템에 대한 더 많은 정보를 원하시면 Garmo Instruments 팀에 문의하십시오.

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