인터뷰: 용접로봇에 Friction Spot Joining 도입해 시장 확대
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제2회부산국제용접&절단&레이저설비산업전시회
용접로봇에 Friction Spot Joining 도입해 시장 확대
한국가와사키머신시스템㈜ 기술영업팀 강병길 부장
자동차의 경량화로 인해 차체 소재로 알루미늄을 적용하기 위한 움직임이 나타나고 있다. 가와사키는 이러한 추세에 맞춰 알루미늄을 용접하는 로봇을 개발했다. 게다가 현재 철판까지 용접할 수 있도록 하기 위한 테스트 단계에 있어 앞으로 시장에서 큰 폭으로 확대, 적용될 것으로 예상한다.

1. 자동차, 조선, 중장비 등 주요 산업에서 용접로봇의 적용 실태는?
용접로봇이 활성화되기 시작한 것은 80년대 중후반부터다. 이전까지 경영진들이 비용 때문에 자동화설비 투자를 부담스러워했지만 당시 노사분규에 심각성을 느끼고 자동화를 도입하게 된 것이다. 용접로봇이 80년대 후반부터 본격적으로 적용되기 시작하면서 90년대 초입에 널리 확산됐다. 게다가 인건비가 상승하고 설비, 특히 로봇의 가격이 점점 내려가면서 더 큰 메리트가 생겼다.
자동화로봇을 도입하는 목적 중의 하나로 노사분규가 없어 생산관리가 용이하다는 점을 꼽을 수 있다. 또한 용접공정 이전의 공정에서 품질이 좋아야만 자동화시킬 수 있는데 때문에 전체적으로 품질이 안정화되면서 상승되는 효과를 낳는다. 그 대신에 자동화에서는 유지보수관리가 매우 중요하다. 이전에 사람이 직접 작업을 했을 때는 유지보수에 특별히 문제될 것이 없다. 그러나 자동화를 하게 되면 여러 가지 기계들이 복합적으로 서로 엮어 있기 때문에 한 문제만 생겨도 전 라인이 멈춰버린다. 때문에 유지보수관리 수준을 높이고 인력을 키워야 한다. 그런데 대기업들은 자체적으로 대응할 수 있는 능력이 되기 때문에 문제가 없지만 중소업체에서는 그런 인력을 키우기가 힘들어 로봇메이커에 많이 의지한다. 이런 점 때문에 중소업체의 자동화가 조금 더 힘들다.
그렇지만 90년대 초창기 로봇과 비교하면 3분의 1이상 가격이 하락해 유저 입장에서는 로봇 적용에 대한 메리트가 커졌다. 대기업에서 로봇 한 대 사용하는 데 따른 설비투자 회수기간이 감가상각으로 과거 3년에서 요즘은 한두 달로 급격히 줄었다. 주변에서도 많이 사용하는데다 로봇을 적용하면서 기술이 향상되기 되기 때문에 도입하려는 움직임이 활발하다.

2. 스폿과 아크 분야 이외의 국내 용접로봇의 생산, 판매 상황은?
가와사키중공업에서는 FSJ(Friction Spot Joint)라는 종래의 스폿용접을 뛰어넘는 새로운 용접로봇을 개발했다. 이는 경량화를 위해 자동차나 철도차량 등에서 소재를 철에서 경합금으로 전환하는 데 착안하여 개발한 새로운 용접방식이다. 특히 FSJ는 알루미늄 합금의 박판 구조에서 많이 사용된다.
지금까지 용접로봇은 거의 철판으로 된 자동차 판넬을 다뤄왔다. 그러나 철판은 무거운 것이 큰 단점이었고 이에 새로운 재질로 알루미늄 판넬의 도입이 활발히 이뤄지고 있다. 아직은 알루미늄의 가격 때문에 고급차종에만 쓰고 있으나 국내 차종에도 부분적으로 조금씩 적용하고 있는 상황이다. 일본에서는 2006년부터 마쯔다나 도요타 자동차가 생산하는 스포츠카, 고급차, 연료전지차, 전기차 그런 쪽에 많이 들어가고 있으나 아직까지 국내에서 적용한 적은 없다. 현재로서는 자동차사에 FSJ 적용을 위한 사전 테스트를 해 주는 단계다. 품질에는 만족하지만 알루미늄 소재 자체를 많이 쓰고 있지 않기 때문이다. 앞으로 신차종이 개발되면 알루미늄 용접을 적용하는 사례가 늘면서 FSJ를 적용하지 않을까 생각한다.
이외에 다른 용접분야로 레이저용접에 대한 관심도 커지고 있다. 조금씩 레이저용접을 하는 데도 있으나 그렇게 활성화된 수준은 아니다. 또 레이저용접로봇에서 로봇은 레이저발생기를 잡고 움직여 주는 역할만 수행하고 레이저발생기가 로봇보다 중요하기 때문에 로봇메이커로서는 큰 메리트가 없다. 나중에 로봇메이커가 레이저용접에 뛰어들더라도 레이저발생기메이커와 조인을 하는 형태로 움직일 것이다.
그러나 가와사키중공업은 레이저용접보다는 FSJ에 치중할 계획이다. 여러 분야를 동시에 해서는 메리트가 없다는 판단으로 한 분야를 집중적으로 연구, 개발하려 한다.

3. 용접기와 로봇이 전체적으로 잘 이뤄져야 좋은 용접이라고 할 수 있다. 그런 점에서 가와사키의 로봇과 용접기의 인터페이스는 어느 정도 수준인가?
일반적으로 로봇과 용접기는 서로 신호를 서로 주고받으면서 작업을 한다. 그러나 가와사키는 신호만 주고받는 수준이 아니라 용접기를 컨트롤할 수 있는 보드가 로봇 컨트롤 안에 내장돼 있어 그 안에서 모든 것이 제어되는 시스템이다. 이처럼 용접기와 로봇이 일체화된 시스템은 속도가 빨라지면서 생산성이 향상되고 작업능률을 더욱 높인다. 그러나 이런 시스템은 국내에서는 금액 때문에 가격 경쟁력이 없어 일반 판매는 하지 않고 있으며 일본에서 도요타 자동차 등에 공급하고 있다.

4. 용접로봇은 고도의 다양한 기술을 필요로 한다. 이와 관련한 가와사키의 기술개발 현황은?
어느 업종이나 마찬가지지만 한 라인에서 생산량을 최대로 늘리는 것이 자동차 메이커들의 바람이다. 그리고 생산량을 늘리기 위해서는 사이클 타임을 줄여야 한다. 그러려면 지금까지 로봇 한 대가 10초에 용접하던 것을 5초에 하도록 하면 된다. 때문에 가와사키는 작업속도를 가속화하기 위한 기술개발에 매진하고 있다.
그 중의 한 분야가 바로 제어 기술이다. 최적의 조건을 찾아 단시간에 용접이 될 수 있는 파라미터를 찾는 것이다. 또 작업속도가 빨라지면서 용접품질 역시 좋아져야 한다. 그래서 일반 AC트랜스로 제작하던 용접기를 인버터로 대체한다든지 에어 실린더로 용접하던 것을 서보 모터를 구동해 서보 건을 사용하는 식으로 많이 바꿔가고 있다.
센서도 예전에는 단순한 2차원 비전센서를 이용했는데 이제는 3차원 스테레오 비전이나 레이저 비전을 사용해 용접대상물이 제대로 세팅됐는지 확인한다. 일반적으로 국내 용접로봇의 비전은 비전 컨트롤러가 따로 있어 로봇에 신호를 전송해 로봇이 위치를 수정하도록 한다. 그런데 가와사키는 로봇 컨트롤러에 아예 비전 보드가 장착돼 있어 컨트롤러 자체 내에서 다 처리하기 때문에 처리 속도가 엄청 빠르다. 타메이커가 한 단계 거치는 시스템이라면 가와사키는 컨트롤러 자체 내에서 계산해 로봇이 바로 움직이기 때문에 단계가 하나 축소된다. 그만큼 속도가 비약적으로 빨라지는 것이다.

5. 지난해 자동차산업에서 사용되는 산업용 로봇의 수요가 감소했다. 이와 관련 향후 용접로봇의 수요 증감에 대한 전망은?
용접로봇에서 자동차산업은 워낙 큰 고객이다. 그런데 자동차사가 해외 공장만 짓고 국내 투자는 거의 하지 않는데다 기존 라인을 개보수하는 데 그치고 있다. 로봇 중에서도 용접로봇의 물량이 제일 크다. 그런데 이 물량이 줄어 판매 대수가 크게 감소하자 로봇메이커의 경쟁이 더욱 치열해진 것이다.
그나마 용접로봇 교체주기가 와서 대기업에서 연간 50대에서 많게는 100대 정도 교체하고 있다. 그러나 일본에서 국내로 수백 대에 달하는 엄청난 양의 중고로봇이 수입되면서 중소업체들이 신형 로봇 대신 이를 저가로 구매하는 실정이다. 게다가 가격이 워낙 저렴하기 때문에 문제가 생겨도 중고로봇을 새로 사들인다. 이렇게 수입되는 중고로봇이 신규 시장을 약 10% 정도 잠식하면서 수요가 더 줄어드는 것이다. 또 국내 업체들이 브라운관 사업을 접으면서 거기서 사용하던 로봇이 일반 시장으로 흘러나오고 있다. 이런 중고로봇의 여파로 가와사키는 작년 매출 목표의 70%에 그쳤다. 그러나 올해 기아자동차의 미국 조지아 공장과 그 협력업체들에도 활발하게 영업을 펼치고 있어 700대에서 최대 1000대 이상까지 판매를 노리고 있다.

6. 타사와 차별화된 귀사만의 경쟁력은 무엇인가?
대부분의 로봇메이커는 하나의 링크로 이루어진 시리얼 링크를 스폿용접로봇에 적용하고 있다. 그 중 H사는 로봇의 기본 축에 축 하나를 보태 뒤에서 받쳐주도록 하는 Parallel 링크를 적용했다. 이러한 Parallel 링크는 부하의 안정성과 위치의 정확성이 향상되지만 동작 영역이 좁은 것이 큰 단점으로 지적된다. 가와사키는 이러한 단점을 완전히 극복한 하이브리드 링크를 개발, 특허를 획득했다. 앞뒤로 완전히 젖혀지도록 링크를 구성해 시리얼 링크와 똑같은 동작 영역을 구현한 것이다. 또 하이브리드 링크는 시리얼 링크의 20% 이상 전력 소모를 줄인다. 가와사키는 하이브리드 링크로 타사와 차별화되는 가장 큰 경쟁력을 확보했다고 자신한다.

7. 올해 용접로봇 매출을 늘리기 위한 방안은?
올해 가장 큰 목표는 기아자동차의 조지아 공장이며 이와 함께 동반 진출하는 협력업체에도 용접설비를 수주하기 위해 전력을 다할 것이다. 이 부분의 여하에 따라 목표치인 1000대 판매가 결정된다. 이밖에 신제품 FSJ를 한두 대 가량 납품하는 것도 올해 설정해 둔 목표 중 하나다.
FSJ는 일반적인 용접시스템과 달리 Gun의 2개 제어축이 서보 모터로 되어 로봇 컨트롤러에서 제어되기 때문에 Gun을 구동하기 위한 별도의 전원공급장치나 제어장치가 필요 없다. 또 때문에 AS가 발생할 소지가 없고 금액적인 면에서도 메리트가 있다. 이러한 장점을 백분 발휘해 시장 공략에 적극적으로 나설 것이다.
아직까지는 FSJ가 알루미늄에만 적용된다는 한계를 안고 있으나 철판까지 용접하기 위한 테스트 단계에 있어 이에 대해 기대를 걸고 있다. FSJ는 가와사키의 특허 제품으로 다른 메이커에서는 제조할 수 없게 되어 있다. 때문에 앞으로 이러한 기능까지 개발하게 되면 국내 자동차메이커에서 그 수요가 엄청나게 늘어날 것으로 예상된다.
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