로봇 용접이란?- 공정 및 응용

용접은 가열, 혼합 및 냉각을 통해 두 가지 재료가 함께 융합되어 재료 및/또는 충전재를 냉각하여 강력한 접합을 형성하는 과정입니다. 아크 용접에서 스폿 용접에 이르기까지 신규 및 중고 용접 로봇은 일반적으로 필요한 용접이 반복적이고 품질과 속도가 중요한 용접 공정에 사용됩니다. 로봇 용접은 효율성, 일관성 및 ROI를 높이는 자동화된 프로세스입니다.

 

로봇용접이란?

로봇 용접은 용접을 수행하고 부품을 처리하여 용접 프로세스를 완전히 자동화하는 기계화 프로그래밍 가능한 도구(로봇)를 사용하는 것입니다. 가스 금속 아크 용접과 같은 프로세스는 자동화되는 경우가 많지만 작업자가 용접할 재료를 준비하는 경우가 있기 때문에 로봇 용접과 반드시 ​​동일하지는 않습니다.

로봇 용접은 자동차 산업과 같은 대량 생산 응용 분야에서 저항 스폿 용접 및 아크 용접에 일반적으로 사용됩니다.

로봇 용접은 로봇이 1960년대에 미국 산업에 처음 도입되었지만 로봇 공학의 비교적 새로운 응용 분야입니다. 용접에서 로봇의 사용은 자동차 산업이 스폿 용접에 로봇을 광범위하게 사용하기 시작한 1980년대까지 시작되지 않았습니다.

그 이후로 산업에서 사용되는 로봇의 수와 응용 분야의 수가 크게 증가했습니다. 2005년에는 120,000대 이상의 로봇이 북미 산업에서 사용되었으며 그 중 절반은 용접에 사용되었습니다. 성장은 주로 높은 장비 비용과 그에 따른 대량 생산 애플리케이션에 대한 제한으로 인해 제한됩니다.

로봇 아크 용접은 최근에 빠르게 성장하기 시작했으며 이미 산업용 로봇 애플리케이션의 약 20%를 차지합니다. 아크 용접 로봇의 주요 구성 요소는 로봇의 "두뇌" 역할을 하는 매니퓰레이터 또는 기계 장치와 컨트롤러입니다.

머니퓰레이터는 로봇을 움직이게 하며, 이러한 시스템의 설계는 기계의 팔을 지시하기 위해 서로 다른 좌표계를 사용하는 SCARA 및 직교 좌표 로봇과 같은 몇 가지 일반적인 유형으로 분류될 수 있습니다.

로봇은 사전 프로그래밍된 위치를 용접하거나 머신 비전 또는 두 가지 방법의 조합으로 안내할 수 있습니다. 그러나 로봇 용접의 많은 이점은 많은 OEM 제조업체가 정확도, 반복성 및 처리량을 높이는 데 도움이 되는 기술로 입증되었습니다.

서명 이미지 처리 기술은 1990년대 후반부터 자동화된 로봇 용접에서 수집된 전기 데이터를 실시간으로 분석하여 용접 최적화를 가능하게 하기 위해 개발되었습니다.

 

 

로봇 용접 장비

로봇 용접은 용접, 로봇, 센서 기술, 제어 시스템 및 인공 지능을 결합합니다. 구성 요소에는 특정 프로그래밍이 있는 소프트웨어, 용접 전원에서 공작물로 에너지를 전달하는 용접 장비, 장비를 사용하여 용접을 수행하는 로봇이 포함됩니다.

로봇의 프로세스 센서는 용접 프로세스의 매개변수를 측정하고 기하학적 센서는 용접의 기하학적 매개변수를 측정합니다. 센서로부터 입력 정보를 수집하고 분석함으로써 제어 시스템은 프로그램에 정의된 용접 절차 사양을 기반으로 로봇화된 용접 프로세스의 출력을 조정합니다.

용도에 따라 로봇은 로봇 팔 또는 로봇 포털이 될 수 있습니다. 일반적으로 3축 하부암과 3축 손목으로 구성된 6축 산업용 로봇은 용접 토치를 손목에 장착하여 3차원 용접에 필요한 모든 위치를 얻을 수 있기 때문에 사용됩니다.

시스템은 로봇과 통합되어야 하고 용접 장비는 로봇 용접과 호환되어야 하고 바람직하게는 로봇 용접을 위해 특별히 설계되어야 합니다. 그러면 모든 프로세스가 로봇에 의해 제어될 수 있기 때문입니다.

 

로봇 용접의 작동 원리

모든 프로세스에 로봇을 사용할 때 자동화를 수용할 수 있도록 방법을 수정해야 합니다. 매뉴얼에 없는 여러 도구를 사용하는 용접도 마찬가지입니다. 로봇 용접공이 하는 방식으로 프로그래밍할 필요가 없습니다.

로봇 자체에는 직선형의 경우 3차원으로 움직일 수 있고 관절형 버전이 있는 더 많은 평면을 통과할 수 있는 팔이 있습니다. 와이어 피더는 용접 작업에 필요할 때 로봇에 필러 와이어를 보냅니다. 암 끝에 있는 고열 토치가 금속을 녹여 용접 공정을 가능하게 합니다. 온도가 수천도에 달하기 때문에 이 과정에 로봇을 사용하면 사람들을 더 안전하게 보호할 수 있습니다.

인증된 인간 작업자는 여전히 로봇과 가까이 있어야 합니다. 이 작업자는 수동 용접기뿐만 아니라 로봇 용접 암 작업자를 인증하는 미국 용접 협회(AWS)의 인증을 보유해야 합니다. 작업자는 티치 펜던트를 사용하여 컨트롤러를 프로그래밍합니다. 이 장치는 새 프로그램을 설정하고 암을 이동하며 프로세스에 대한 매개변수를 변경합니다. 용접을 시작하기 위해 작업자는 조작 상자의 버튼을 사용합니다.

로봇 팔의 도구는 원하는 조각을 결합하기 위해 금속을 녹이기 위해 가열합니다. 필요에 따라 와이어 피더가 암과 토치에 더 많은 금속 와이어를 전달합니다. 다음 부품이 용접될 때까지 암은 토치를 청소기로 이동하여 암에서 금속 튄 자국을 청소합니다. 이 과정 없이는 제자리에 고형화될 수 있습니다.

로봇 용접기를 사용하는 주된 이유 중 하나는 작업자를 보호하는 것이기 때문에 이러한 자동화 시스템에는 여러 안전 기능이 있습니다. 아크 실드는 고열 아크가 산소와 혼합되는 것을 방지합니다. 밀폐된 영역은 온도와 밝은 빛으로부터 작업자를 보호합니다.

 

로봇 용접의 장점

더 빠르고 일관된 주기 시간, 생산 중단 없음, 더 나은 용접 품질을 포함하여 용접 로봇으로 공장을 자동화하면 몇 가지 이점이 있습니다. 기본적으로 용접로봇 자동화를 이용하여 공정에 소요되는 시간이 단축되고, 제조사는 직접 인건비 및 안전 비용을 절감하고 자재를 절약할 수 있습니다.
로봇 용접 셀은 아크 눈부심, 과도한 분무, 로봇 및 부품과의 직접적인 접촉을 크게 줄여 더욱 안전한 작업 환경을 제공합니다. 로봇 용접기는 더 일관성이 있고 한 용접에서 다음 용접으로 빠르게 이동할 수 있어 전체 프로세스의 속도를 높일 수 있습니다.

시간 단축
로봇 용접 시스템은 작업을 신속하게 완료합니다. 새 용접 로봇이든 중고 용접 로봇이든 수동 용접보다 실수가 적습니다. 노동자와 달리 로봇은 휴식, 휴가 등이 필요하지 않습니다. 귀하의 작업은 24시간 중단 없이 계속될 수 있습니다. 그러면 처리량과 생산성이 향상됩니다.

직접 노동 및 안전 비용 절감
수동 용접의 비용은 가파를 수 있습니다. 시간, 기술 및 집중력이 필요합니다. 또한 위험합니다. 플래시, 연기, 스파크 및 열은 수동 용접을 힘들고 위험한 작업으로 만듭니다. 로봇 용접으로 작업자를 보호하고 비용을 절감할 수 있습니다. 이러한 시스템은 위험을 견디며 종종 생산량을 증가시킵니다. 보험 및 사고 관련 비용도 크게 절감됩니다.

재료 절약
가장 숙련된 용접공도 실수를 합니다. 그러나 신규 및 중고 용접 로봇의 경우 전원 및 전선을 포함한 모든 것이 규제됩니다. 자동화된 중고 용접 로봇 시스템은 일관되게 작동하여 에너지를 절약합니다(더 적은 시동). 또한 생성된 용접이 더 일관됩니다. 로봇 시스템의 정확성은 낭비되는 재료와 시간이 적다는 것을 의미합니다. 재료를 절약하고 동시에 제품 품질을 높이십시오!

일부 회사는 단일 용접 셀에서 시작하여 완전히 자동화된 용접 프로세스로 천천히 전환하여 점차적으로 로봇 용접 응용 프로그램으로 전환합니다. 로봇은 부품에 대한 접근이 제한적이거나 접근하기 어려울 때 도움이 될 수 있습니다. 제조업체는 가느다란 로봇 팔이 더 작은 영역에 도달할 수 있는 디자인을 만들었습니다.

 

제한 사항

로봇으로 용접할 때의 한 가지 문제는 전류 및 공기 등에 사용되는 케이블과 호스가 로봇 손목의 이동 용량을 제한하는 경향이 있다는 것입니다.

이 문제에 대한 해결책은 단일 회전 장치 내에서 압축 공기, 냉각수, 전류 및 신호의 통과를 허용하는 스위블입니다.

스위블 유닛은 또한 모든 케이블과 호스가 로봇 팔의 정의된 경로를 따라 라우팅될 수 있으므로 오프라인 프로그래밍이 가능합니다.

로봇 용접의 기타 제한 사항
▷ 사용자 친화적이지 않고 전문가만을 위한 복잡한 최종 사용자 프로그래밍
▷ 간단한 변경을 복잡하게 만드는 제한된 API
▷ HMI(Human Machine Interface)가 실제로 작동하지 않습니다. 시스템에는 사용자 지정 및 교육이 필요합니다. 로봇 용▷ 접 시스템을 사용자 정의하기 어렵습니다.
▷ 연결 문제, 상호 연결 가능한 표준 부족
▷ 인간의 노동을 대체
▷ 기술이 시대에 뒤떨어진다.

 

로봇 용접 공정

용접에는 높은 수준의 교육과 기술이 필요합니다. 그러나 전문 용접공의 수는 업계의 요구를 충족시키지 못합니다. 미국용접협회(American Welding Society)에 따르면 2022년까지 업계에서 450,000명의 용접공이 부족할 것이라고 합니다. 중요한 프로젝트를 완료하는 대신 이 작업자가 뒤처지게 놔두는 대신 로봇이 그 여유를 메울 수 있습니다.

로봇은 프로세스를 자동화하여 더 높은 정확도, 더 적은 낭비, 더 빠른 작업을 보장합니다. 다양한 기계를 사용할 수 있으므로 로봇은 아크, 저항, 스폿, TIG 등을 포함한 다양한 용접 프로세스에 적응합니다.

1. 아크 용접
로봇 용접의 가장 일반적인 유형 중 하나는 아크 프로세스입니다. 이 방법에서 전기 아크는 최대 화씨 6,500도의 극한 열을 발생시켜 금속을 녹입니다. 용융 금속은 부품을 함께 결합하여 냉각 후 안정적인 연결로 응고됩니다. 프로젝트에 정확하게 결합된 많은 양의 금속이 필요한 경우 아크 용접이 이상적인 응용 분야입니다.

2. 저항 용접
프로젝트에 열처리 또는 비용 절감 방법이 필요한 경우 로봇은 저항 용접을 사용할 수 있습니다. 이 과정에서 전류는 두 금속 베이스 사이를 통과할 때 용융 금속 풀을 생성합니다. 이 용융 금속은 금속 조각을 함께 결합합니다.

3. 스폿 용접
일부 재료는 전류에 저항하여 다른 형태의 용접을 방지합니다. 이러한 상황은 자동차 차체의 부품을 함께 연결하는 자동차 산업에서 자주 발생합니다. 이 문제를 극복하기 위해 로봇 용접기는 저항 용접의 변형을 사용하여 한 쌍의 얇은 금속 시트를 단일 지점에 연결합니다.

4. 티그 용접
높은 수준의 정밀도를 요구하는 로봇 용접 애플리케이션에는 TIG 용접이 필요할 수 있습니다. 이 방법은 또한 가스 텅스텐 아크 용접 또는 GTAW라는 용어로 사용됩니다. 전기 아크는 텅스텐 전극과 금속 베이스 사이를 통과합니다.

5. 미그 용접
GMAW 또는 MIG라고도 하는 가스 금속 아크 용접은 높은 수준의 증착을 사용하는 빠르고 간단한 방법입니다. 와이어가 용접기의 가열된 팁으로 계속 이동하여 와이어를 녹여서 베이스를 다른 조각에 결합하기 위해 베이스에 다량의 용융 금속이 떨어집니다.

 

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6. 레이저 용접
용접 프로젝트에서 많은 양의 부품에 대한 정확도가 필요한 경우 레이저 용접이 선호되는 금속 접합 방법입니다. 보석이나 의료 부품과 같은 작은 부품은 종종 레이저 용접을 사용합니다.

7. 플라즈마 용접
플라즈마 용접은 작업자가 노즐을 통과하는 가스의 속도와 온도를 쉽게 변경할 수 있기 때문에 가장 큰 유연성을 제공합니다.

 

로봇 용접 응용

로봇 용접은 시간 절약 효과와 높은 생산성으로 인해 금속 및 중공업, 특히 스폿 및 레이저 용접을 사용하는 자동차 산업에서 중요해지고 있습니다.

용접 공정에서 지속적인 교대 및 변경이 필요하지 않은 곡면과 반복 가능하고 예측 가능한 동작이 있는 짧은 용접에 가장 적합합니다. 외부 축의 도움으로 로봇은 조선 산업과 같은 긴 용접에도 적합합니다.

로봇용접은 효율과 양이 중요한 대량생산에 주로 사용되지만, 어떤 필요에든 프로그램을 만들 수 있으며, 로봇공학은 높은 비용 효율성을 유지하면서 소규모 및 일회성 생산에도 활용할 수 있습니다.

 

로봇 vs. 수작업 용접

수동 용접은 여전히 ​​현대 제조 분야에서 한 자리를 차지하고 있습니다. 사용되는 용접 스타일을 신속하게 변경하기 위해 전문가가 필요한 프로젝트의 경우 수동 용접이 최선의 선택이 될 것입니다. 전문 용접공은 자신이 하는 일을 즉시 변경할 수 있지만 로봇은 불확실한 상황에 빠르게 적응하지 못합니다.

수동 용접은 여전히 많은 회사에서 필요한 프로세스이기 때문에 전문 용접공이 곧 사라지지 않을 것입니다. 사실 위에서 언급한 용접공이 부족한 상황에서 여러 기업이 로봇에 투자하더라도 자격증을 소지한 사람은 쉽게 일자리를 찾을 수 있다.

수동 용접기를 로봇으로 교체한다고 해서 AWS가 인증 사업에서 제외되는 것은 아닙니다. 대부분의 로봇 용접기 운영자는 이 분야의 로봇 측면에서 인증을 보유해야 하며, AWS에서도 인증을 제공합니다. 용접에 대해 알고 있는 로봇 전문가가 있으면 프로젝트가 가능한 한 빠르고 비용 효율적으로 완료되도록 적절하게 프로그래밍됩니다.