TRUMPF의 코봇을 이용한 자동 용접 시스템

TRUMPF의 TruArc Weld 1000으로 자동화된 아크 용접을 시작할 수 있다. 조작법이 간단하여 누구나 수 분 내에 용접이 가능하며, 통합된 코봇이 재현성과 경제성을 지원한다. 이 시스템은 용접 분야에서 숙련 인력 부족과 품질 요건에 대한 해답이 될 수 있다. 이런 이유로 로보틱스 &자동화 부문의 Best of Industry Award 2021(MM 본사에서 진행하는 수상식)이 TruArc Weld 1000에게 돌아갔다.

빅토리아 존넨베르크(Victoria Sonnenberg)

판금 가공의 기본 원리는 절단과 굽힘 그리고 접합 등 공정이 유사하다. 판금은 커팅기나 펀칭기를 통해 절단되고, 벤딩기를 통해 성형되며 용접 과정을 통해 접합된다. 이러한 공정 체인은 단순하고 크게 문제가 없어 보이지만 접합 단계에 특별한 주의가 필요하다. 이를 짧은 사례를 통해 알아보자. 두께가 1mm인 스테인리스 스틸 소재는 가공 후에도 외관 품질이 우수해야 한다. 일반적으로 이 소재는 30초 안에 절단되고 벤딩되는데 이는 이미 최적화된 공정이다. 이렇게 정확하게 절단하고 정밀하게 구부러진 소재는 수동으로 용접된다. 이 단계는 아무리 숙련된 용접공이라 하더라도 시간이 소요되고 후작업도 필요하게 된다.

판금을 접합하고 용접하는 대에는 대략 10분 정도 시간이 소요되며, 여기에 연삭과 연마가 이루어지며 후작업도 15분 정도 소요된다. 따라서 용접 과정이 모든 처리 과정에서 대부분의 시간을 차지한다. 숙련 인력 부족도 이러한 상황을 더 어렵게 만든다. 잘 교육된 용접공을 찾기가 점점 어려워지고 있으며, 젊은 세대에게 용접 작업이란 그렇게 매력적이지 않아, 이러한 추세는 더욱 심화될 것이다.

또 다른 문제는 품질 변동이며, 이는 숙련된 용접공에서도 나타나는 문제이다. 그리고 용접 분야에서도 품질 문제가 까다로워지고 있어 이러한 요건을 충족하기에는 갈수록 어려워지고 있다. 용접심 품질에 대한 사람들의 기준이 다르기 때문에, 품질을 유지하려면 후작업에 많은 투자가 필요하다. 여기에 생산 단위도 점점 작아지는 추세이다.

통합 코봇이 자동으로 용접한다

용접 토치에 있는 조작 유닛의 버튼으로 용접심의 시작점과 끝점을 입력한다. 수동으로 간단하게 중간 포인트에서 그다음 포인트로 코봇 팔을 옮긴다. 용접 프로그램의 용접 매개변수와 템플릿이 저장된다.

TRUMPF는 시장의 이러한 여러 요건들을 수용하여 TruArc Weld 1000에 구현하였다. 통합된 협동 로봇이 부품 가공을 안내하고 이어서 용접심을 자동으로 용접하여 사용자는 이를 통해 힘들이지 않고 자동 아크 용접을 시작할 수 있다.

이 기계를 개발할 때에 초점은 경제성과 간편성이었다. 경제성이라 함은 용접 품질이 재현 가능하게 개선되어 고객 불만과 후작업을 줄이는 것이다. 간편성이라 함은 사전에 특수한 프로그래밍 지식 없이도 작업자를 통해 프로그램을 작성하고 누구든 프로그램을 선택하여 기계를 조작할 수 있기 때문이다. 익숙한 부품을 예로 들면 프로그래밍의 직관성이 잘 드러난다. 처음에는 간단한 용접심을 선택하고, 판금 두께와 재질, 접합 유형, 용접 방향 그리고 위치에 따라 올바른 매개변수 세트를 선택하여 프로그램에 입력한다. TRUMPF는 이 기계에 표준 용접과 옵션 CMT(Cold Metal Transfer)에 대해 광범위한 용접심 매개변수 모음을 제공한다. 데이터 베이스에는 이미 300개가 넘는 매개변수 세트가 담겨 있으며, 이는 계속 업그레이드되고 있으며, 사용자는 자신만의 매개변수를 사용할 수 있다.

작업자는 이 시점부터 로봇 터치패드뿐만 아니라 발 버튼 또는 토치에 있는 버튼으로 모든 로봇 축을 활성화할 수 있어, 두 손을 자유롭게 사용하여 간단하게 로봇을 조정할 수 있다. 사용자는 각 중간 포인트로 로봇을 조정하고, 버튼을 한 번 더 누르면 용접심 시작점을 저장할 수 있다. 여기에서 토치와 용접심이 이루는 올바른 각도를 아는 용접공의 지식도 중요한 역할을 한다. 이때 버튼에 지속적으로 켜져 있는 불빛은 용접 프로세스가 활성화되어 있음을 의미한다. 두 번째 지점에서 프로세스를 종료하려면 버튼을 다시 누르면 된다. 이렇게 프로그래밍을 끝내고, 용접 프로세스를 시작할 수 있다.

이 두 지점 사이에 원하는 개수만큼 포인트를 프로그래밍하여 윤곽을 용접할 수 있다. 아무리 복잡한 가공물이라도 원리를 동일하다. 용접심이 25개라 할지라도 절차는 동일하여 한 경로에 접근 진입하여 시작과 정지 그리고 다음 트랙으로 이동한다.

TRUMPF가 TruArc Weld 1000에 큰 가치를 둔 것은 직관적 조작이다. 직접 토치로 작업하고 해당 광신호가 사용자에게 직접 피드백을 제공하기 때문에 프로그래밍이 아주 쉽다. 누구든 버튼을 눌러 간단히 프로세스를 시작할 수 있고 중앙 조작 유닛에서 자동 모드를 터치 패드로 활성화 또는 비활성화할 수 있다. 반복작업이 가능하고 계획하고 조정 가능한 품질이 목적이다.

셋업과 용접을 동시에

이 기계의 또 다른 장점은 작업 범위를 분할할 수 있다는 점이다. 이를 위해 내부에는 오르내릴 수 있는 분리벽이 있다. 이런 방식으로 큰 공작물은 싱글 스테이션 모드로, 작은 두 개의 공작물은 더블 스테이션 모드로 가공할 수 있다. 로봇이 싱글 스테이션 모드에서 최대 2000mm x 600mm x 600mm 크기의 부품을 용접하고, 더블 스테이션 모드에서는 600mm x 600mm x 600mm 크기의 부품을 용접할 수 있다. 공작물 크기에 따라 로봇 접근성이 결정되기 때문이다.

또 다른 점은 크기가 크지 않은 테이블이지만 셋업 면적이 넓게 제공되는 공간이다. 이 공간은 예를 들어 매우 큰 공작물을 처리할 수 있는 유연성을 제공한다. 더블 스테이션 모드에서는 앞쪽에서 로딩과 언로딩을 할 수 있는 반면, 싱글 스테이션 모드에서는 크레인으로 로드할 수 있다.

기계는 프로그래밍된 경로를 용접하고 두 가지 신호를 탐색한다. 1. 도어가 닫혀 있는지? 2. 분리벽이 아래에 있는지? 두 신호 모드 포지티브이면, 로봇이 기계 다른 편으로 이동하여 시작 버튼이 누를 때까지 프로세스를 반복한다. 로봇이 용접하는 동안 왼쪽 도어가 열리고 공작물을 꺼내 새로운 공작물을 삽입할 수 있다. 따라서 기계 한편에서는 용접을 진행하고 다른 한 편에서는 로딩과 언로딩이 진행되어 빠르게 생산 모드에 도달할 수 있다. 누구나 간단하게 교육받고 공작물을 더블 스테이션 모드로 생산할 수 있다. 따라서 숙련된 용접공이 설정된 프로세스를 다른 사람에게 넘기고, 자신은 복잡한 공작물을 위해 전문 지식을 활용할 수 있다.

TruArc Weld 1000은 간단할 수도 있고 복잡할 수도 있다

TruArc Weld 1000에는 두 개의 스테이션이 설비되어 있다. 분리벽을 내릴 수 있어 기계에서 큰 부품을 가공할 수 있고, 작은 부품 다수를 생산 시간이 병행되게 가공할 수도 있다.

TruArc Weld 1000은 프로그래밍을 위한 수동 모드와 경로를 익히기 위한 테스트 모드 그리고 공작물을 가공하는 자동 모드의 세 가지 모드가 있으며 이를 키 스위치로 전환할 수 있다. 자동화된 용접에 거의 경험이 없는 그룹에 초점을 두었지만, 복잡한 작업에도 사용할 수 있다. 직선 경로는 버튼 몇 번으로 프로그래밍할 수 있지만, 반경과 원형 경로 또는 토치의 진자 운동도 가능하도록 유사한 매크로가 사전 설치되어 있다. 간단한 공작물인 경우 빠르게 계산할 수 있지만, 복잡한 공작물인 경우 생산량이 커야 수익성이 있다.

TruArc Weld 1000의 새로운 특성은 파이프를 간단하게 용접하기에 적합한 3조 척을 채용한 회전축이다. 이를 통해 파이프를 쉽게 클램핑할 수 있을 뿐만 아니라 표준 구멍 패턴의 플레이트도 클램핑하여 하향 용접할 수 있다.