산업기술
산업 제조
용접은 두 재료를 가열, 혼합, 냉각하여 강력한 이음부를 형성하는 공정입니다. 아크 용접부터 스팟 용접까지, 신품 및 중고 용접 로봇은 반복적인 용접이 필요하고 품질과 속도가 중요한 공정에 일반적으로 사용됩니다. 로봇 용접은 효율성, 일관성, ROI를 높이는 자동화 공정입니다.
로봇 용접은 기계화된 프로그래밍 가능 도구(로봇)를 사용하여 용접 공정을 완전히 자동화하는 것으로, 용접 수행과 부품 핸들링을 모두 로봇이 담당합니다. 가스 금속 아크 용접 같은 공정은 종종 자동화되지만, 작업자가 용접할 재료를 준비하는 경우가 있어 로봇 용접과 반드시 동일하지는 않습니다.
로봇 용접은 저항 스팟 용접과 아크 용접에 고생산 응용 분야(자동차 산업 등)에서 흔히 사용됩니다.
로봇 용접은 로봇 공학의 비교적 새로운 응용 분야입니다. 로봇이 1960년대 미국 산업에 도입되었음에도 불구하고, 용접에 로봇 사용이 본격화된 건 1980년대 자동차 산업이 스팟 용접에 로봇을 광범위하게 사용하면서부터입니다.
그 이후 산업에서 사용되는 로봇 수와 응용 분야가 크게 증가했습니다. 2005년 북미 산업에서 120,000대 이상의 로봇이 사용되었으며, 그중 약 절반이 용접용이었습니다. 성장은 주로 높은 장비 비용과 그에 따른 고생산 응용 분야로의 제한에 의해 제약됩니다.
로봇 아크 용접은 최근 빠르게 성장하기 시작했으며, 이미 산업용 로봇 응용 분야의 약 20%를 차지합니다. 아크 용접 로봇의 주요 구성 요소는 매니퓰레이터(기계 유닛)와 컨트롤러(로봇의 "두뇌")입니다.
매니퓰레이터가 로봇을 움직이게 하며, 이러한 시스템의 설계는 SCARA와 직교 좌표 로봇 등 여러 일반적인 유형으로 분류될 수 있습니다. 이들은 서로 다른 좌표계를 사용하여 기계 팔을 제어합니다.
로봇은 사전 프로그래밍된 위치에서 용접하거나 머신 비전의 안내를 받거나 두 방법을 결합할 수 있습니다. 그러나 로봇 용접의 수많은 이점은 많은 원자재 제조업체가 정확도, 반복성, 처리량을 높이는 데 도움이 되는 기술임이 입증되었습니다.
서명 영상 처리 기술은 1990년대 후반부터 자동화된 로봇 용접에서 실시간으로 수집된 전기 데이터를 분석하기 위해 개발되어 용접 최적화를 가능하게 했습니다.
로봇 용접은 용접, 로봇 공학, 센서 기술, 제어 시스템, 인공지능을 결합합니다. 구성 요소에는 특정 프로그래밍이 된 소프트웨어, 용접 전원에서 공작물로 에너지를 전달하는 용접 장비, 장비를 사용해 용접을 수행하는 로봇이 포함됩니다.
로봇의 공정 센서는 용접 공정 매개변수를 측정하고, 기하 센서는 용접의 기하학적 매개변수를 측정합니다. 센서에서 입력 정보를 획득하고 분석하여, 제어 시스템은 프로그램에 정의된 용접 절차 사양을 기반으로 로봇화된 용접 공정의 출력을 조정합니다.
용도에 따라 로봇은 로봇 팔이나 로봇 포털이 될 수 있습니다. 보통 3축 하부 암과 3축 손목으로 구성된 6축 산업용 로봇이 사용되며, 용접 토치를 손목에 장착해 3차원 용접에 필요한 모든 위치를 달성할 수 있습니다.
시스템은 로봇과 통합되어야 하고, 용접 장비는 로봇 용접용으로 호환되고 가급적 특별히 설계되어야 합니다. 그러면 모든 공정을 로봇이 제어할 수 있습니다.
로봇을 어떤 공정에 사용하든 자동화를 수용하도록 방법을 수정해야 합니다. 용접도 마찬가지인데, 수동 방식에는 없는 여러 도구를 사용합니다. 사람은 로봇 용접기처럼 프로그래밍이 필요하지 않습니다.
로봇 자체는 직교 타입의 경우 3차원으로 이동할 수 있는 팔을 가지고 있고, 관절 타입은 더 많은 평면을 통해 이동할 수 있습니다. 와이어 피더가 용접 작업에 필요할 때 필러 와이어를 로봇에 공급합니다. 팔 끝에 있는 고열 토치가 금속을 녹여 용접 공정을 가능하게 합니다. 수천 도의 온도에 달하므로 이 공정에 로봇을 사용하면 사람을 더 안전하게 보호할 수 있습니다.
인증된 인간 작업자는 여전히 로봇 가까이 있어야 합니다. 이 작업자들은 미국 용접 협회(AWS) 인증을 보유해야 하는데, AWS는 수동 용접사뿐만 아니라 로봇 용접 팔 작업자도 인증합니다. 작업자는 티치 펜던트를 사용해 컨트롤러를 프로그래밍합니다. 이 장치는 새 프로그램을 설정하고, 팔을 움직이며, 공정 매개변수를 변경합니다. 용접을 시작하려면 작업 상자의 버튼을 사용합니다.
로봇 팔의 도구가 가열되어 금속을 녹여 원하는 부품을 결합합니다. 필요에 따라 와이어 피더가 더 많은 금속 와이어를 팔과 토치에 공급합니다. 다음 용접할 부품을 기다릴 때 팔은 토치를 클리너로 이동해 팔에서 금속 스패터를 청소합니다. 이 과정 없이 제자리에 굳을 수 있기 때문입니다.
로봇 용접기의 주된 이유 중 하나가 인간 작업자 보호이므로, 이러한 자동화 시스템에는 여러 안전 기능이 탑재되어 있습니다. 아크 실드는 고열 아크가 산소와 섞이는 것을 방지합니다. 밀폐된 영역은 작업자를 온도와 강한 빛으로부터 보호합니다.
용접 로봇으로 공장을 자동화하면 여러 이점이 있습니다: 더 빠르고 일관된 사이클 타임, 생산 중단 없음, 더 나은 용접 품질. 기본적으로 용접 로봇 자동화를 사용하면 공정 시간이 단축되고, 제조업체는 직접 인건비와 안전 비용을 절감하며 자재를 절약할 수 있습니다.
로봇 용접 셀은 더 안전한 작업 환경을 제공하여 아크 눈부심, 오버스프레이, 로봇 및 부품과의 직접 접촉을 크게 줄입니다. 로봇 용접기는 더 일관되고 한 용접에서 다음 용접으로 빠르게 이동하여 전체 공정을 가속화합니다.
일부 기업은 단일 용접 셀로 시작해 천천히 완전 자동화 용접 공정으로 전환하며 로봇 용접 응용을 점진적으로 도입합니다. 부품 접근이 제한적이거나 닿기 어려울 때 로봇이 도움이 될 수 있습니다. 제조업체는 가느다란 로봇 팔로 더 작은 영역에 도달할 수 있는 설계를 만들었습니다.
로봇 용접 시 한 가지 문제는 전류와 공기 등에 사용되는 케이블과 호스가 로봇 손목의 이동 능력을 제한하는 경향이 있다는 점입니다.
이 문제의 해결책은 스위벨로, 압축 공기, 냉각수, 전류, 신호를 단일 회전 유닛 내에서 통과시킵니다.
스위벨 유닛은 모든 케이블과 호스를 로봇 팔의 정의된 경로를 따라 라우팅할 수 있게 하여 오프라인 프로그래밍도 가능하게 합니다.
로봇 용접의 기타 한계:
용접은 높은 수준의 교육과 기술이 필요합니다. 그러나 전문 용접사 수가 업계 수요를 충족하지 못합니다. 미국 용접 협회에 따르면 2022년까지 업계는 450,000명의 용접사 부족을 겪을 것입니다. 이 작업자들이 완료했을 중요한 프로젝트가 뒤처지게 두는 대신 로봇이 그 빈자리를 메울 수 있습니다.
로봇은 공정을 자동화하여 더 높은 정확도, 더 적은 낭비, 더 빠른 작업을 보장합니다. 다양한 기계 덕분에 로봇은 아크, 저항, 스팟, TIG 등 다양한 용접 공정에 적응할 수 있습니다.
로봇 용접에서 가장 일반적인 유형 중 하나는 아크 공정입니다. 이 방법에서 전기 아크가 최대 6,500°F(약 3,593°C)의 극한 열을 생성하여 금속을 녹입니다. 용융 금속이 부품을 결합하고 냉각 후 안정한 연결로 고체화됩니다. 대량의 정확하게 결합된 금속이 필요한 프로젝트에서 아크 용접은 이상적인 응용입니다.
프로젝트에 열처리나 비용 절감 방법이 필요할 때 로봇은 저항 용접을 사용할 수 있습니다. 이 공정에서 전류가 두 금속 베이스 사이를 통과하며 용융 금속 풀을 생성합니다. 이 용융 금속이 금속 조각들을 결합시킵니다.
일부 재료는 전기 저항이 있어 다른 용접 형태에서 배제됩니다. 이 상황은 자동차 차체 부품을 결합할 때 자동차 산업에서 자주 발생합니다. 이 문제를 극복하기 위해 로봇 용접기는 저항 용접의 변형을 사용해 얇은 금속 시트 한 쌍을 한 지점에서 연결합니다.
높은 정밀도가 필요한 로봇 용접 응용에는 TIG 용접이 필요할 수 있습니다. 이 방법은 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)이라고도 합니다. 전기 아크가 텅스텐 전극과 금속 베이스 사이를 통과합니다.
가스 금속 아크 용접(GMAW 또는 MIG)은 높은 증착률을 사용하는 빠르고 직관적인 방법입니다. 와이어가 용접기의 가열된 팁으로 지속적으로 이동하여 와이어를 녹여 많은 양의 용융 금속이 베이스로 떨어져 베이스와 다른 조각을 결합시킵니다.
용접 프로젝트에 많은 부품에 대한 정확성이 필요할 때 레이저 용접이 금속 결합의 선호되는 방법입니다. 보석이나 의료 부품 같은 작은 부품에 레이저 용접이 자주 사용됩니다.
플라즈마 용접은 노즐을 통과하는 가스 속도와 온도를 작업자가 쉽게 변경할 수 있어 가장 큰 유연성을 제공합니다.
시간 절약 이점과 높은 생산성 덕분에 로봇 용접은 금속 및 중공업, 특히 스팟 및 레이저 용접을 사용하는 자동차 산업에서 중요해졌습니다.
짧은 용접에 가장 적합하며 곡면과 반복 가능하고 예측 가능한 동작에 적합합니다. 외부 축의 도움으로 조선 산업의 긴 용접 등에도 적합합니다.
로봇 용접은 주로 효율과 수량이 필수적인 대량 생산에 사용되지만, 프로그램을 어떤 필요에 맞게든 만들 수 있고, 로봇 공학을 소규모 및 일회성 생산에도 활용하면서 높은 비용 효율성을 유지할 수 있습니다.
수동 용접은 여전히 현대 제조업에서 자리가 있습니다. 사용되는 용접 스타일을 빠르게 변경해야 하는 프로젝트에서는 수동 용접이 최선의 선택입니다. 전문 용접사는 자신이 하는 일을 즉시 변경할 수 있지만, 로봇은 불확실한 상황에 그만큼 빨리 적응하지 못합니다.
수동 용접이 많은 회사에서 여전히 필요한 공정으로 남아 있으므로 전문 용접사는 당분간 사라지지 않을 것입니다. 사실 위에서 언급한 전문 용접사 부족으로 인해 인증 보유자는 여러 기업이 로봇에 투자하더라도 쉽게 일자리를 찾을 수 있습니다.
수동 용접사를 로봇으로 대체해도 AWS의 인증 사업이 사라지지는 않습니다. 대부분의 로봇 용접기 작업자는 이 분야의 로봇 공학 쪽 인증을 보유해야 하며, AWS도 이에 대한 인증을 제공합니다. 용접을 아는 로봇 전문가가 있으면 프로젝트가 가능한 한 빠르고 비용 효율적으로 마무리되도록 제대로 프로그래밍됩니다.
산업기술
용접은 두 소재를 가열·교반·냉각해 필러 유무와 관계없이 강한 접합을 만드는 공정입니다. 아크 용접부터 스팟 용접까지, 용접 로봇(신품/중고)은 반복성이 요구되고 품질·속도가 중요한 공정에 주로 투입됩니다. 로봇 용접은 효율·일관성·ROI를 높이는 자동화 공정입니다. 로봇 용접이란? 로봇 용접은 기계화된 프로그래머블 도구(로봇)를 써서 용접 수행과 공작물 핸들링을 완전 자동화하는 것입니다. 가스 금속 아크 용접(GMAW) 등도 자동화되지만, 사람이 소재 준비까지 하면 로봇 용접과 동일시하긴 어렵습니다. 로봇 용접은 저항 스팟 용접
스프레이 용접이란? 스프레이 용접은 열분사 형태의 여러 용접 공정을 지칭합니다. 분말 또는 와이어를 압축 가스로 고속 분무하여 금속 표면에 분사하는 산업 활동입니다. 스프레이 용접에는 산업용 플라즈마, 화염, 폭발 건, 아크 분사, 고속 산소연료가 사용됩니다. 스패터 용접으로 인한 상당한 열 발생으로 인해 사람과 환경에 해를 끼치지 않도록 절차와 규정을 신중하고 일관되게 따라야 합니다. 관련: 용접이란? 스프레이 용접 작동 원리 열분사는 여러 코팅 공정을 나타내는 일반적인 용어입니다. 전체 용접은 코팅 재료(봉, 분말, 와이어 등)