기획특집/ 국내 용접로봇의 시장 현황과 업체별 특징
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제2회부산국제용접&절단&레이저설비산업전시회
국내 용접로봇의 시장 현황과 업체별 특징
취재.정리 / 월간 웰딩코리아 취재부
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  • 인터뷰 ②: 대원통상 하상기 대표이사 (인터페이스 개념을 벗어난 신 용접로봇으로 생산성 높여)
    용접로봇은 자동차산업에서 압도적으로 많이 사용되는데 특히 아크용접로봇은 자동차부품산업에서 가장 많은 수요가 있다. 자동차에는 계기판, 의자, 도어 프레임, 머플러, 임팩트바 등을 용접
  • 인터뷰 ①: 다이헨한국㈜ 카와노 토오루 대표(용접자동화 하면 OTC이라는 인식 형성에 노력)
    용접로봇을 더욱 편리하게 오퍼레이터들이 사용할 수 있도록 Off-line Teaching S/W 『AX-ST』를 개발했다. 무엇보다 용접기, 로봇, 토치, 와이어 송급장치를 모두 자체적으로 개발하고 생산, 판매
  • 인터뷰 ③: 한국가와사키 강병길 부장 (용접로봇에 Friction Spot Joining 도입해 시장 확대)
    자동차의 경량화로 인해 차체 소재로 알루미늄을 적용하기 위한 움직임이 나타나고 있다. 가와사키는 이러한 추세에 맞춰 알루미늄을 용접하는 로봇을 개발했다.
  • 인터뷰 ④: 두산메카텍㈜ FA사업부(용접로봇 높은 응용기술력으로, 수주 대부분 Turn-key 방식)
    두산메카텍 FA사업부는 용접로봇 경력만 25년으로 많은 자동화설비 프로젝트를 수행해 왔다. 자동차부품을 생산하는 자동화설비를 자동차 3사에 납품한 많은 경험을 보유하고 있다.
  • 인터뷰 ⑤: 한국화낙㈜ 임종식 부장(용접로봇 다운타임을 최소화하기 위한 기술개발에 박차)
    최근 새로운 기종의 로봇이 개발되어 나오면서 가장 변화가 빠른 부분이 인터페이스다. 한국화낙은 용접기메이커와 로봇메이커에서 서로 사용할 수 있는 커넥터를 꽂아 단번에 인터페이스를 끝낸다.
  • 인터뷰 ⑥: 현대중공업 유명렬 과장(용접로봇 독자적인 자체 모델을 개발 국산화하여 현장 적용)
    아크용접로봇은 용접선 추적 및 시작점과 끝점을 자동으로 인식 및 최적의 경로 추적을 하기 위한 레이저 센서, 시각센서, 토치 자동 보정 기능, Arc Sensing, Positioner 동기 등 다양한 부가기능
  • 국내 자동차 생산라인에 용접로봇을 최초로 도입한 1978년을 기점으로 로봇 불모지였던 우리나라에 로봇산업이 형성되기 시작했다.
    1987년 자동화산업 육성 및 부품소재 국산화에 대한 정부의 지원이 활발해지면서 자동화산업이 급성장했고 로봇 시장이 본격적으로 확대되었다.
    현재 한국은 2005년 기준 3,619억원, 2006년 기준으로 3,110억원의 시장 규모를 자랑하고 있으며 일본, 북미, EU에 이어 세계 5위의 산업용 로봇 국가로 자리 잡았다.

    1. 국내 용접로봇의 시장 현황
    1) 용접로봇의 시장 규모
    2006년 전 세계에서 판매된 산업용 로봇의 총 대수는 11만 2,000대로 그 중 아시아에서만 6만 1,700대의 로봇이 판매된 것으로 「IFR World Robotics 2007」은 보고하고 있다.
    한편 한국은 2006년 5,802대의 산업용 로봇을 생산하고 508대를 수출했으며 5,462대를 수입했다. 그리하여 산업용 로봇으로 자그마치 1만 756대가 국내에 설치됐다.
    통계청의 조사는 「IFR World Robotics 2007」의 수치보다 밑도는 2005년 출하액 2661억원, 2006년 출하액 2189억원이었다.

    2006년 세계 제조업용 로봇은 아시아 및 북미지역에서의 판매 감소와 자동차산업을 중심으로 한 설비투자 축소 등의 영향으로 총 11만2,000대가 설치되어 전년대비 11% 감소하였다. 이에 따라 전세계 제조업용 로봇 시장규모는 58억달러(5조5000억원)로 전년대비 3% 감소하였다. 지역별로는 아시아와 북미지역의 경우 급격한 감소를 보인 반면 유럽지역은 2005년의 약세에서 벗어나 회복세를 보였다.

    한국은 2004년 세계 제조업용 로봇 시장규모 6위에서 2005년 5위로 한 단계 상승하였으며, 2006년에는 17%의 감소에도 불구, 2005년과 동일한 5위를 기록하였다. 세계의 용접로봇은 2005년 3만6,567대에서 2006년 3만1,124대로 전년대비 15% 감소했다. 지역별로는 용접로봇 중 70%가 한국, 중국 일본, 미국, 독일 등 주요 자동차 생산국에 설치되었다.
    지난 2006년 자동차 분야의 로봇 수요는 전체 제조업용 로봇의 36%를 차지했는데 이는 2005년 대비 17% 감소한 수치다. 지역별로는 미국, 아시아, 유럽이 각각 42%, 6%, 14% 감소했다. 하지만 이는 2005년의 대규모 투자에 의한 상대적 감소이며 유럽의 경우 지난 3년간 지속적인 감소세를 나타냈다.

    「IFR World Robotics 2007」 보고서에 따르면 2006년에 국내에 설치된 전체 로봇 중 39%로 가장 높은 비중을 차지한 핸들링 로봇의 뒤를 이어 용접로봇이 22%를 나타내며 2위에 올랐다. 이는 전년의 25%에 비해 낮아진 수치이다. 이 중 아크용접로봇이 840대로 전년의 1,496대에 비해 43.8% 감소했으며 스폿용접로봇은 1,514대로 2005년 1,676대에 비해 9.7% 감소했다. 이에 따라 2005년 대비 전체 용접로봇의 소비는 26.1% 감소했다.



    한국공작기계공업협회는 2006년 국내 로봇업체들이 441.87억원치 스폿용접로봇을 생산했으며 47.6억원 가량의 아크용접로봇을 생산한 것으로 조사 발표했다.
    이에 따르면 레이저용접 등의 기타 다른 용접로봇은 전량 수입하고 있는 것으로 나타난다. 2006년에는 생산액이 스폿용접로봇 19.8%, 아크용접로봇 23.2%로 전년대비 감소했으며 출하 역시 각각 11.1%, 27.8% 감소한 것으로 보고되었다.
    2006년 한국의 로봇 생산은 1,080억원으로 전년대비 12% 감소했으며, 수입 역시 2,260억원으로 25% 감소했다.
    전체 로봇시장에서 가장 큰 수요는 자동차산업으로 약 45%를 차지하고 있으며 용접로봇 역시 자동차 및 자동차부품 산업에 수요를 크게 의존하고 있다. 이외에 전기.전자산업이 23%를 차지한다.






    2) 용접로봇의 활성화
    용접로봇이 활성화되기 시작한 것은 80년대 중후반부터다. 이전까지는 비용에 대한 부담으로 업계에서는 자동화설비에 대해 과감히 투자하지 않았다. 그러나 노사분규가 심각해지고 임금이 급등하면서 자동화설비에 대한 경영진들의 관심과 의지가 커졌고 80년대 후반부터 용접로봇이 현장에 적용되기 시작하면서 90년대 초입에 널리 확산됐다. 한국가와사키머신시스템㈜의 강병길 부장은 “특히 로봇 가격이 점점 내려가면서 업체들이 더 큰 메리트를 느꼈다”고 말했다.

    두산메카텍㈜ FA사업부의 정창일 팀장은 “용접로봇을 적용하여 생산라인을 자동화함으로써 제품의 생산 주기를 확보하고 작업자가 직접 용접하는 것보다 품질을 균일화할 수 있다”며 용접로봇이 갖는 장점을 언급했다. 이처럼 용접로봇의 초기 목적은 사람이 하던 단순 반복 작업이나 3D 작업을 대신하는 데 있었다. 그러나 이제 이는 물론이고 더 빠르고, 더 높은 품질로, 더 멋진 고품격의 용접을 하기 위해 용접로봇을 적용하고 있다.

    자동차 및 자동차부품 관련산업은 용접로봇을 가장 많이 적용하고 있는 분야다. 때문에 이러한 변화에 발맞춰 용접로봇도 크게 개선되어 왔다. 대원통상㈜의 하상기 대표이사는 “우리나라나 일본의 자동차부품 회사들의 경우 과거에는 한 업체에만 납품을 했으나 지금은 자동화를 통해 여러 업체에 동시에 납품하는 것이 가능해졌다”고 최근의 사례를 들려주었다. 이처럼 용접로봇을 막 사용하기 시작하던 때와 지금의 용접로봇에는 많은 차이가 생겼다.

    현재의 아크용접로봇은 용접선 추적 및 시작점과 끝점을 자동으로 인식하여 최적의 경로를 추적하기 위해 레이저 센서, 시각 센서 등을 적용하고 있다. 이밖에 토치 자동 보정 기능, Arc Sensing, Positioner 동기 등 다양한 부가 기능과 장비를 통해 보다 나은 용접 품질을 실현한다. 스폿용접로봇은 기존의 공압 건 방식에서 서보 건, DC 인버터 용접기, 서보 건 체인지, Equailizerless 공압 건 등 다양한 주변설비를 이용해 로봇의 작업 수준을 개선하고 있다.

    3) 새로운 방식의 용접로봇 개발
    용접로봇에는 주로 아크용접과 스폿용접을 적용한다. 그런데 최근 새로운 용접방식을 다양하게 적용하려는 움직임이 일고 있어 로봇업계에서 촉각을 곤두세우고 있다. 이러한 대표적인 용접방식이 바로 레이저용접이다. 한국화낙㈜ 임종식 부장과 두산메카텍㈜ 정창일 팀장은 입을 모아 “레이저용접이 시장 도입기에 왔다”고 말한다. OTC다이헨의 카와노 토오루 대표이사도 “Tailored Blank Welding에 레이저를 적용하는 등 새로운 형태의 용접방식이 나타나고 있다”며 이러한 견해에 힘을 실었다. 아직 후판을 용접할 수 있을 정도의 고출력 레이저는 상용화되지 못하고 있지만, 주로 자동차 산업에서 사용되는 박판용접 등에 적용 할 수 있을 정도의 레이저들은 많이 출시되고 있다.

    또 레이저용접은 기존의 다른 용접들보다 청결하고 조용한 작업환경과 빠른 속도로 인한 높은 생산성 뿐만 아니라 많은 부가적인 장점을 가지고 있다. 이밖에 현대중공업㈜ 유명열 과장은 “레이저용접 외에도 마찰교반용접, Seam용접 등의 로봇이 국내 자동차 연구소 수준에서 검토 중”이라고 근황을 전했다.

    전 세계적으로 자동차 업계의 경향이 경량화로 가고 있다. 자동차 판넬이나 부품에 높은 강성을 가진 박판을 적용하려는 것이다. 이에 알루미늄이나 마그네슘 또는 플라스틱이 이러한 조건을 만족시킬 수 있는 새로운 소재로 부상했다. 특히 각광받는 재질은 알루미늄으로, 세계적인 자동차사에서 고급 차량이나 스포츠카, 또는 연료전지차, 하이브리드카에 알루미늄을 적용하는 사례가 늘고 있다. 국내에서도 소량이긴 하지만 일부 차종에 알루미늄을 사용하고 있는 상황이다. 이러한 알루미늄 소재에 레이저용접이 높은 용접품질을 보이고 있다. 한국화낙㈜ 임종식 부장은 “특히 글로벌기업인 G사의 경우 한국에서 생산하는 차를 전 세계로 판매하고 있어 벤더들에게 레이저용접을 권유하고 있다”고 말했다.

    그러나 레이저용접에 대한 관심이 크게 늘고는 있지만 아직 활성화된 단계는 아니다. 레이저 발진기는 외형이 매우 크기 때문에 용접로봇을 사용해 용접할 경우 레이저 전송에 문제가 생긴다. 빛의 직진성을 이용, 거울이나 광섬유 등을 통해서 목적지점까지 전송하게 되는데 이것은 레이저의 효율을 급격히 감소시키기 때문이다. 그런 이유로 레이저용접은 대부분 전용 자동화기기를 사용해 용접을 수행하고 특별히 필요한 경우에만 로봇에 사용한다.

    게다가 로봇에 적용하기에 레이저장비가 워낙 고가라는 점 역시 시장 확대의 걸림돌로 작용하고 있다. 또 “레이저 용접로봇에서 로봇은 레이저발생기를 잡고 움직여 주는 역할만 수행하고 레이저발생기가 로봇보다 중요하기 때문에 로봇메이커로서는 큰 메리트가 없다. 나중에 로봇메이커가 레이저용접에 손을 대더라도 레이저발생기 메이커와 조인을 하는 형태로 움직일 것”이라는 한국가와사키머신시스템㈜ 강병길 부장의 이야기는 대부분의 로봇메이커에서 공감하는 내용이다.

    하지만 레이저용접이 향후 자동차산업에서 획기적인 생산 방법을 불러올 수 있는 차세대 핵심 기술로 자리 잡을 것임은 자명하다. 현재 레이저용접은 스폿용접이나 아크용접의 영역을 점점 잠식해가고 있다. 때문에 각 업체에서는 향후 시장의 니즈에 대응하기 위해 나름의 방안을 강구하고 있다. 현대중공업㈜은 레이저 용접로봇을 기술개발 과제로 추진해 응용기술 개발에 심혈을 기울이고 있으며, 파나소닉에서도 자사에 레이저사업부를 두고 시장의 변화에 준비 중에 있다. 이밖에 한국가와사키머신시스템㈜은 알루미늄을 용접할 수 있는 FSJ(Friction Spot Joint)라는 용접로봇으로 새로운 시장을 창출하려 한다.

    그러나 아직까지 대부분의 유저들이 기존의 용접방식을 여전히 고수하고 있다. 대원통상㈜ 하상기 대표는 “같은 조건의 재질이더라도 각 업체들이 보유한 장비나 숙달된 기술에 따라 다른 용접방식을 채택하고 있다”며 “업체 스스로 가장 익숙하고 편한 것을 사용하려는 것”이라고 덧붙여 설명했다. 레이저용접도 마찬가지다. 다만 현재의 용접로봇으로 해결할 수 없을 때 레이저용접로봇이 업체의 선택을 받을 것이다. 때문에 앞으로 시장이 레이저 용접로봇으로 재편되기까지는 많은 시간이 걸릴 것으로 예상된다.

    4) 국내 용접로봇 시장 축소 기미
    2006년 국내 산업용 로봇 시장은 전년대비 17% 감소했다. 자동차를 포함해 전기/전자(FPD, LCD, 반도체) 분야의 설비투자가 줄었기 때문이다. 이에 따라 로봇시장 규모는 3,620억원에서 3,110억원으로 14% 감소했다. 2006년 한국의 로봇 생산은 5,802대(1,080억원)으로 전년대비 12% 감소했으며, 수입 역시 5,462대(2260억원)로 25% 감소했다.

    용도별로는 2006년 전체 설치로봇 중 핸들링용 39%, 용접용 22%, 조립용 18%의 비중을 차지했다. 용접로봇의 점유율은 22%로 전년의 25%에 비해 감소했으며, 아크용접로봇 역시 840대로 전년의 1,496대 대비 43.8% 감소했다. 이에 따라 2005년 대비 전체 용접로봇의 소비는 26.1% 감소했다. 한편 스폿용접로봇은 1,514대로 2005년 1,676대에 비해 9.7% 감소했다.

    2007년 역시 크게 개선되지 않았다. 국내 자동차사의 신규 투자가 줄면서 특히 용접로봇은 크게 수요가 줄었다. 작년 상반기 국내 자동차사에서 일부 투자가 있었으나 후반기에는 GM대우를 제외하고 투자가 거의 없었다. 제조업용 로봇은 자동차와 관련된 시장이 80% 이상으로 매우 높은 비중을 차지한다. 그러나 이미 국내 자동차와 자동차관련 산업에서 용접로봇이 그만큼 적용되는 것으로 나타난다. 게다가 지금처럼 자동차와 관련된 투자가 감소하거나 투자처가 해외로 이동하면 국내 로봇의 절대적인 수요가 줄어들 수 밖에 없다. 이에 대해 로봇메이커로서 대체수요를 찾고 시장이 어떻게 흘러갈 지에 대해서도 충분한 고민이 필요한 시점이다.

    자동차산업과 관련된 용접로봇을 주로 취급하는 두산메카텍㈜의 정창일 팀장은 “여러 언론사에서 국내 자동차산업의 용접로봇 수요 감소를 보도해 왔으며 실제로 지난해 신차 개발이 2006년 대비 감소했다”고 전했다. “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 치열해지고 있다”며 한국가와사키머신시스템㈜의 강병길 부장은 향후 용접로봇 시장에 대해 우려를 금치 못했다.

    다행히 로봇업체들이 올해 매출목표를 전년보다 크게 높여 잡고 있다. 반도체, LCD산업의 대규모 설비투자가 로봇 수요를 창출하면서 국내 산업용 로봇시장이 긴 침체기에서 벗어나 활황세로 돌아섰다는 판단이다. 그러나 로봇 시장의 양대 축인 차량용 로봇 수요가 지난해에 이어 올해도 계속 침체될 것으로 예상된다. 현대자동차의 해외공장 프로젝트가 끝나면서 주력제품인 차량용접로봇의 신규 수요가 뚝 끊겼기 때문이다. 게다가 일본에서 국내로 수백 대에 달하는 엄청난 양의 중고로봇이 수입되면서 중소업체들이 신형 로봇 대신 이를 저가로 구매하는 실정이다. 이렇게 수입되는 중고로봇이 신규 시장을 약 10% 정도 잠식하면서 수요가 더 줄어들고 있다.

    하지만 내수 시장의 위축에도 불구하고 로봇메이커들의 전망이 어둡지만은 않다. 국내 자동차사가 진출한 해외 생산기지에 기대를 걸고 있는 것이다. 두산메카텍㈜의 정창일 팀장은 “국내 자동차사에서 중국, 인도, 러시아, 멕시코 등 해외 공장에 대한 투자를 늘리고 있어 해외에서의 자동차 생산라인이 대폭 신설될 것”이라는 예상을 밝혔다. 이에 따라 해외까지 포함해 국내 자동차사의 연간 생산량이 400~500만대에 달할 것으로 전망된다.

    특히 올해 기아자동차의 미국 조지아 공장에 신규로 용접로봇이 들어감에 따라 로봇메이커들이 이 시장에 눈독을 들이고 있다. 현재 국내 용접로봇의 소비는 고점에 다다랐다고 업계에서는 분석한다. 앞으로 해외 공장에서의 판매가 더 늘 것이며 마찬가지로 자동차사의 해외 공장 투자분이 국내보다 많은 비중을 차지할 것으로 보인다.

    또 아크용접로봇의 대명사인 OTC다이헨 카와노 토오루 대표는 “작년이 2006년보다 오히려 상황이 좋았다”고 전하며 “올해 현대.기아자동차나 GM대우에서 슬로바키아, 체코, 미국 앨라배마, 조지아 등 해외 공장에 계속 투자하고 있어 자동차부품 회사도 같이 따라가기 때문에 수요가 더 증가할 것”이라는 전망을 내놓았다. 단순 반복 작업을 정확하게 해내는 로봇의 특성은 2015년경에 이르면 사람이 하는 작업의 대부분을 로봇이 대신하게 되는 패러다임으로 바뀌어 갈 것이다. 그렇기 때문에 업계에서는 용접시장의 볼륨이 줄어들기 보다는 오히려 확대될 것으로 내다보고 있다.

    2. 국내 용접 로봇의 개발 추이
    용접로봇은 1970년대에 자동차의 차체조립 라인의 스폿용접부터 본격적으로 도입됐고, 다른 분야로 확장하면서 현재에 이르고 있다. 스폿용접은 자동차 생산라인에서 가장 기본이 되는 접합공정이다. 자동차부품에서부터 차체에 이르기까지 거의 모든 판재의 접합이 스폿용접을 통해 이뤄진다. 스폿용접을 위해서는 주로 공압 또는 모터로 제어되는 Spot Gun이 필요하다.

    얼마 전까지도 대부분의 Spot Gun은 공압으로 제어됐으며 매우 무겁고 컸다. 또 이것은 용접전류를 위한 변압기 Spot Gun에서 멀리 떨어져 설치할 수 없었기 때문에 로봇에 부착해 사용됐다. 그렇기 때문에 스폿용접로봇은 큰 가반중량을 가지는 것이 보통이다. 그러나 최근에는 기술의 발달로 서보 모터를 이용한 Servo Gun 등과 같이 보다 작고 가벼운 스폿용접로봇의 생산이 가능해졌다.
    아크용접로봇은 용접 토치의 자세 제어나 위치 결정, 용접선의 궤적정밀도에 높은 정밀성이 요구된다. 또 위빙이나 용접 이상 검출 등의 특수 기능에도 고도의 기술을 요구한다.

    다른 공정에 비해 아크용접은 자동화하기가 까다로운 생산 공정이다. 하지만 최근 개발돼 나온 아크용접로봇의 수준은 높은 정밀도로 작업에 필요한 수준에 도달했다. 또한 이를 기반으로 아크센서나 레이저 비전센서 등을 통해 용접품질을 향상시키고자 하는 연구가 한창 진행되고 있다.

    (1) 용접로봇의 주요 기능
    용접로봇은 다른 용도로 쓰이는 로봇과 유사한 기능을 갖고 있으며 이외에도 다양한 부가기능을 필요로 한다. 그 대표적인 예로 용접기의 On/Off, 와이어 송급, 통전시간 등을 제어하기 위한 용접기와의 인터페이스 기능을 꼽을 수 있다.

    이에 따른 하드웨어로 용접토치 및 와이어 송급장치가 필수적이며, 스폿용접의 경우에는 Spot Gun 등의 장비 및 기능이 필요하다. 이외에도 다양한 기능을 지원하는 용접로봇을 만들기 위해 로봇메이커는 기술개발에 힘쓰고 있다.

    1) 전용 접촉 센싱 기능
    용접대상물의 위치가 로봇이 교시된 위치와 다른 곳에 있는 경우에 이를 바로 잡아주지 않으면 용접상태에 불량이 생기거나 전혀 용접이 안 될 수도 있다. 이런 문제점을 극복하기 위한 방법의 하나로, 용접 시작점에서 위치 오차를 찾아내 용접토치의 위치를 변경시켜 주기 위한 접촉 센싱이 사용된다.
    이것은 용접와이어 또는 용접토치의 노즐에 수 십 볼트 이상의 전압을 가한 후 통전여부를 확인하게 된다. 접촉 센싱을 2곳 이상 센싱하면 용접점의 위치를 정확하게 파악할 수 있다. 이런 접촉 센싱은 용접 지그 등이 정확하지 않은 경우에 매우 편리한 기능이기는 하나, 작업시간이 많이 걸려 생산성에 영향을 주게 되는 단점이 있으므로 반드시 필요한 공정에서만 사용해야 한다.

    2) 전용 아크센서 추적기능
    아크센서란 위빙 용접을 하는 중에 용접전류, 전압 등의 주요 용접변수를 실시간으로 분석하여 용접토치의 중심점이 용접선으로부터 좌우로 얼마나 벗어났는지를 판별, 용접선을 자동으로 추적하는 방법이다. 아크센서는 용접전류를 구하는 방법에 따라서 두 가지가 있다. 첫 번째는 용접기에서 로봇 제어기로 보내 주는 전류를 분석하는 방법이며, 두 번째는 외부장치를 설치해서 용접전류를 직접 검출하는 방법이다.

    외부검출법에서 용접전류량은 Hall-Sensor를 사용하여 검출하며, 이렇게 검출된 전류를 외부장치에서 분석, 이를 로봇 제어기로 전송하면 로봇은 전송되어진 정보에 따라서 용접선을 추적하게 된다. 따라서 외부검출법은 추가비용이 발생한다. 그러나 이에 반해 내부검출법은 원래 사용되는 정보를 활용하기 때문에 소프트웨어 개발비 이외의 추가비용이 발생 하지 않는다.
    최근에는 위빙을 하지 않고도 센싱하는 방법이 개발됐고, 또 이를 사용하는 곳도 있다. 하지만 아크센서는 박판에서 적용되기 힘들고, 특성상 용접선의 위치를 미리 알 수 없기 때문에 용접선의 변화가 심한 경우에는 안정적인 추적이 힘들게 된다.

    3) 전용 레이저 비전센서 추적기능
    아크센서를 적용하기 어려운 경우에 효과적으로 사용할 수 있는 방법이 레이저 비전센서를 이용한 추적이다. 용접토치 진행방향의 앞부분에 레이저 센서를 부착하면 레이저 평면이 용접대상물에 조사되는데, 레이저와 용접대상이 만나서 만들어지는 레이저 무늬의 형상을 분석하면 용접대상물의 위치 및 갭 등의 용접조건을 검색할 수 있다.

    이러한 값을 기준으로, 용접선을 추적할 수 있을 뿐만 아니라 전압, 전류, 속도 등의 용접변수를 제어하는 것도 가능하다. 또, 아크센서와는 달리 시작점 및 종료점을 미리 검색하며 진행할 수 있다는 장점도 지니고 있다. 레이저 비전센서는 그 적용범위가 넓고 많은 장점을 가지고 있으나, 다른 센서들에 비해 고가이고 현장에 적용할 때 높은 기술력을 필요로 해 아직 많은 보급이 이뤄지진 못한 편이다.
    하지만 레이저 및 부대 장비들의 가격하락과 기술의 발전으로 앞으로 용접자동화 분야에서도 더욱 사용이 증가될 것으로 전망된다.

    4) OLP(Off-Line Programming)
    용접대상물과 용접로봇을 비롯한 용접시스템의 3차원 시뮬레이션을 이용, 독립된 컴퓨터에서 모의로 용접한 후에 문제점을 시정하거나 혹은 매개변수들을 설정한 뒤 실제용접에 적용하는 것이 OLP의 목적이다. 용접대상물을 설계할 때 사용된 CAD 정보를 직접 이용하여 용접정보를 입력하면, OLP는 이 정보를 바탕으로 시각적으로 시뮬레이션을 하고 해당 작업을 수행하기 위한 로봇 프로그램을 자동으로 생성하게 된다.

    현재 사용되고 있는 많은 로봇은 Play-Back 방식으로 용접대상물의 설계에 관계없이 현장에서 다시 작업자가 교시하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이 교시과정은 많은 시간을 낭비한다. 반면 OLP 기능은 설계할 때 사용된 CAD 정보를 통해 작업계획에서부터 용접교시까지 자동으로 할 수 있으므로 높은 생산성을 얻을 수 있다. 앞으로는 IT 기술과도 접목되어 생산성 향상에 큰 기여를 하게 될 것이다.

    OLP의 개발은 크게 3차원 시뮬레이터의 개발과 OLP 언어를 특정 로봇 언어로 변환시켜 주는 Post-Processor 개발로 나눌 수 있다. 3차원 시뮬레이터를 개발하는 데 필요한 기술은 일반적으로 잘 알려진 3차원 CAD 처리기술과 흡사하다. 이전에는 계산능력의 한계로 Wire Frame만 지원하는 경우도 많았지만, 최근 들어 컴퓨팅 파워의 향상으로 대부분 보다 현장감이 있고 판독하기 편리한 Solid Graphic을 사용하고 있다.

    Post-Processor란 OLP의 GUI 화면에서 작성된 로봇 프로그램이 OLP용 일반 언어로 작성되었다면, 이 일반 언어를 특정 로봇에서 사용할 수 있는 로봇 언어로 변환하여 주는 것이다. Post-Processor가 특정 로봇을 위해 개발되면 OLP상에서 개발된 로봇 프로그램을 직접 사용할 수 있게 된다.

    5) 외부 축 동기제어 기능
    현재 많은 용접작업이 용접로봇의 외부 축과 동시동작을 필요로 하는 경우가 많다. 따라서 많은 용접 전용 로봇메이커들은 이것을 위해서 회전 테이블이나 회전각 변화가 가능한 지그 등을 로봇과 같이 판매하고 있다. 이것은 로봇 제어기에서 같이 제어되고 프로그래밍이 된다. 제어기는 로봇과 외부 축을 동시에 제어하는데, 이러한 경우 로봇과 외부 축의 시간을 일정하게 맞추면서 작업하게 된다. 이것을 동기제어라고 하는데, 주로 복잡한 작업물을 용접하는 데 사용 된다.

    최근의 제어 기술, 소프트웨어 기술, 센서 기술의 진보에 의해 고도의 용접작업을 숙련용접공 대신 로봇이 수행토록 함으로써 생산성과 품질 및 안정성 향상에 기여할 수 있게 됐다. 용접에 관한 다양한 기능 이외에도 생산성을 높이기 위해 로봇의 동작을 고속화 하거나, 용접품질을 향상시키기 위해 인간의 감각 대신 센서를 사용하는 등 상황을 판단하는 지능화의 대응이 점점 더 요구되고 있다.

    (2) 각 업체의 용접로봇 개발 방향
    앞에서 언급했던 바와 같이 용접로봇은 용접기의 On/Off, 와이어 송급, 통전시간 등을 제어하기 위해 로봇과 용접기와의 인터페이스가 원활히 이뤄져야 한다. 과거에는 이러한 인터페이스가 로봇과 용접기가 서로 신호를 서로 주고받으며 작업하는 아날로그 방식이었다. 그러나 용접기와 로봇이 발전하면서 송신해야 할 데이터가 많아짐에 따라 고전적인 인터페이스 방식으로는 통신 내용이나 응답성에 많은 제약이 따랐다. 그러면서 통신 형태가 디지털 방식으로 바뀌었다. 그 중에 가장 보편화되어 있는 통신은 RS-232식으로 많은 용접로봇메이커들이 채택하고 있는 방식이다.

    지금도 새로운 기종의 로봇이 개발되어 나오면서 가장 변화가 빠른 부분이 바로 인터페이스로 여러 가지 포맷들이 현장에서 쓰이고 있다. 이밖에도 새로운 형태의 용접로봇과 주변기기, 소프트웨어 개발로 많은 업체들이 치열하게 경쟁하고 있어 향후 한국의 용접로봇 시장 패권을 누가 잡게 될 지 한 치 앞을 내다보기 어렵다.

    파나소닉, 용접기와 로봇의 인터페이스 개념 사라져
    대원통상㈜이 공급하는 파나소닉의 용접로봇 역시 로봇과 용접기가 하나로 융합되어 인터페이스 개념이 사라진 형태라고 할 수 있다. 여기에 대원통상㈜의 하상기 대표는 “과거에는 자동차메이커가 자동차와 관련 부품의 재질을 바꾸면 벤더들도 그에 맞춰 설비를 전부 바꿔야 했다. 그런데 로봇과 용접기가 융합되어 나온 용접로봇인 TAWERS는 소프트웨어만 교체해 주면 일반적인 재질부터 스테인리스, 알루미늄까지 다양한 재질의 아크용접이 가능하다”며 차별화된 경쟁력을 확보했다고 말한다. 용접기종합메이커 파나소닉(Panasonic)에서 개발, 출시한 TAWERS는 ‘용접기와 로봇의 융합’이라는 새로운 컨셉 아래, 자체적으로 용접 파형을 제어하도록 한 용접전원 융합형 아크용접로봇으로 용접기와 로봇의 새로운 관계를 구현한 혁신적인 제품이다.

    무엇보다 TIG 용접방식과 함께, 파나소닉만의 특허기술인 DIP-Pulse를 다시 한 번 진화시켜 단락의 타이밍을 정확히 컨트롤하는 동시에 단락개방시의 스패터를 극한까지 저감시킬 수 있는 새로운 방식의 HD-Pulse를 기본 용접으로 채택하면서 주변기기의 교체만으로 MAG, MIG 용접도 가능하도록 만든 세계 최초의 용접로봇으로 주목받고 있다.

    TAWERS는 인버터주파수를 비약적으로 향상시켜, 하드웨어에 의존하던 종래 기기의 용접특성을 최소화하여 소프트웨어화시키는 데 성공한 제품이다. 또한 아크용접용으로 특성화된 동급 최고속도의 고성능 매니퓰레이터를 자랑하는 TAWERS에는 6축의 모터가 각각 과부하를 검출하여 순간적으로 최저 토르크로 절환할 수 있는 고감도 충돌검출 및 유연 제어 기능도 추가되어 작업 안전성을 높였다. 게다가 TAWERS는 용접 전용기로서의 기능을 특성화하기 위하여 고성능 AC 서보모터의 송급 장치와 간결한 케이블 배선 등의 기능을 탑재하고, 토치 케이블의 간섭을 없앤 케이블 내장형의 Line Up을 구축하였다.

    특히 리프트 스타트 기능과 리프트 엔드 기능은 일반적인 아크 스타트 시 발생하는 다량의 스패터를 감소시키고, 아크 종료 시의 택 타임을 단축시켜 용접 시종부의 품질을 향상하고, 고속처리를 실현했다. 또한 용접상태를 감시해 신호로 이상 여부를 알려주는 편리한 용접품질 관리기능으로 용접 품질 향상에 보탬이 되고 있다.
    “일반 용접로봇의 단점을 극복하고, 장점만을 채택했다”는 대원통상㈜ 하상기 대표의 표현처럼 주된 사용자인 자동차부품업계의 니즈를 전폭적으로 연구개발에 반영한 결과물로 평가받고 있다.

    OTC 다이헨 용접기, 로봇 외에 주변기기까지 한 번에
    OTC다이헨의 가장 큰 장점은 용접기, 로봇 뿐만 아니라 주변기기까지 다 생산하고 있다는 점이다. 때문에 인터페이스 측면에서 용접기의 기능을 로봇이 완전히 구현하도록 함으로써 유저들의 용접 기능에 대한 만족도를 높이고 있다.
    더불어 터치센서, 아크센서, TIG 아크센서, 레이저 검출 방식 등 다양한 로봇용 센서 시스템을 개발해 적용하면서 유저의 요구를 충족시켜주고 있다. OTC다이헨의 용접로봇, Almega AX 시리즈는 케이블 내장형 로봇으로 용접 대상물과의 접근성을 높인 제품이다. 케이블로 인해 속도가 떨어지고 좁은 안쪽까지 용접이 용이치 않았던 기존 로봇의 단점을 어느 정도 해결한 장비로 OTC다이헨의 용접기와 같이 사용하면 우수한 아크 스타트성을 볼 수 있다.
    용접 대상물에 와이어가 닿으면서 전기가 흐르면 다시 와이어를 뒤로 잡아당겨 아크를 발생시키기 때문에 스타트시의 스패터를 줄이고 고품질의 용접을 실현시켰다. 또한 스타트가 나빠 생산 라인이 멈추거나 생산 이후에 발생하는 후처리 공정을 줄일 수 있다.

    이밖에도 OTC다이헨은 용접로봇의 주변장치인 소형 서보 토치에 모터로 제어하는 push-pull 기능이 있다. 와이어 송급장치에서 와이어를 밀어내고 소형 서보 토치에서는 와이어를 잡아당겨 와이어 송급이 정확히 이뤄지게끔 하는 것이다. 이처럼 OTC다이헨은 용접이 잘 되도록 로봇과 용접기, 와이어 송급장치, 토치 등을 설계해 제공하고 있다.

    FSJ(Friction Spot Joint)로 새로운 시장 창출
    한국가와사키머신시스템㈜의 강병길 부장은 “한 라인에서 생산량을 최대로 늘리는 것이 자동차 메이커들의 바람”이라고 말한다. 그리고 생산량을 늘리기 위해서는 사이클 타임을 줄이는 것이 관건이다. 때문에 한국가와사키머신시스템㈜은 작업속도를 가속화하기 위한 기술개발에 매진하고 있다. 그 중의 한 분야가 바로 제어 기술이다. 최적의 조건을 찾아 단시간에 용접이 될 수 있는 파라미터를 찾는 것이다. 작업속도가 빨라지면서 동시에 용접품질 역시 월등히 향상해야 한다. 그래서 일반 AC트랜스로 제작하던 용접기를 인버터로 대체하고 공압 건에서 서보 모터로 구동하는 Servo Gun을 사용하는 식으로 많이 바꿔가고 있다.

    또한 용접대상물이 제 위치에 있는 확인하는 센서 역시 단순한 2차원 비전센서에서 3차원 스테레오 비전센서나 레이저 비전센서를 적용하고 있다. 게다가 한국가와사키머신시스템㈜의 비전 보드는 로봇 제어기에 장착돼 있어 자체적으로 다 처리한다. 일반적으로 국내 용접로봇의 비전이 비전 컨트롤러를 별도로 두고 로봇에 신호를 전송해 위치를 수정하도록 하는 데 반해 속도가 비약적으로 빨라진 것이다. 다른 용접로봇이 한 단계 거치는 시스템이라면 한국가와사키머신시스템㈜의 용접로봇은 로봇 제어기가 자체적으로 계산해 로봇이 바로 움직이기 때문에 단계가 하나 축소된다.

    비전 컨트롤러 외에도 한국가와사키머신시스템㈜의 용접로봇은 용접기를 컨트롤할 수 있는 보드가 로봇 제어기에 내장돼 있어 그 안에서 모든 것이 제어되는 시스템으로 용접기와 로봇이 일체화되어 있다. 이처럼 용접기와 로봇이 일원화되면서 시스템의 속도가 빨라지고 생산성이 향상되어 작업능률이 증가하는 것이다.
    이렇게 일원화된 용접로봇으로 최근 개발, 출시된 한국가와사키머신시스템㈜의 FSJ를 꼽을 수 있다. FSJ는 일반적인 용접시스템과 달리 Gun의 2개 제어축이 서보 모터로 되어 로봇 컨트롤러에서 제어되기 때문에 Gun을 구동하기 위한 별도의 전원공급장치나 제어장치가 필요 없다. 또 때문에 A/S가 발생할 소지가 없고 금액적인 면에서도 메리트가 있다. 게다가 알루미늄 뿐만 아니라 스틸까지 용접할 수 있도록 테스트 단계에 있다고 해 기대가 크다.

    비전이라면 역시 화낙
    용접작업에서 로트나 용접대상물이 바뀌거나 또는 로봇은 이미 현장에서 용접을 하는 상태에서 새로운 제품이 들어가야 되는 경우가 빈번하게 발생한다. 그럴 때 시운전 기간을 줄여 다운타임을 최소화해야 하는데 여기서 한국화낙㈜의 장점이 발휘된다.

    한국화낙㈜은 용접에 비전 기능을 개발, 접목시켰다. 보통은 로트가 바뀌면 기존의 제품을 미리 더 많이 생산해 두고 새로운 제품을 티칭하거나 오프라인 프로그래밍을 통해 신규 모델에 대응한다. 그런데 이런 경우 실제로 맞는지 확인하는 작업에 꽤 오랜 시간이 소요된다. 하지만 한국화낙㈜은 새로운 용접대상물이 오더라도 비전카메라를 장착한 로봇이 대상물을 바로 읽어 프로그램을 수정한다. 실제로 새로운 로트로 다양한 제품들을 생산할 때 비전을 응용하는 한국화낙㈜의 기술은 큰 장점으로 다가온다.

    또한 한국화낙㈜이 갖고 있는 전통적인 제품 중 하나가 고속 토치 Recovery 기능이다. 특히 아크용접을 하다 보면 토치가 틀어지는 경우가 있다. 이럴 때 얼마나 빨리 복구하느냐가 생산성과 직결된다. 사람이 기계적으로 토치를 조정해 줄 수도 있지만 품질에 민감한 부분이기 때문에 정도를 높이기 위해 작업자가 토치 프로그램을 수정해 줄 수 밖에 없다. 그런데 한국화낙㈜은 소프트웨어 방식으로 토치를 복구한다. 로봇이 토치의 원래 형상을 기억하고 있다 토치가 틀어지면 스스로 프로그램을 수정하는 것이다.

    이처럼 비전을 응용하거나 토치 틀어짐을 신속하게 복구하는 것 이런 것들이 한국화낙㈜의 강점이다. 특히 자동차 1,2차 벤더는 기본적으로 양으로 승부하는 경향이 있었는데 이제는 차종의 수명이 짧아지고 한 라인에 A, B, C 차종을 같이 용접해야 하는 경우도 생겼다. 그러면 시간 단위로 차종을 달리해 생산해야 한다. 한국화낙㈜은 이처럼 많은 변화를 요구하는 상황에서 민첩하게 대응할 수 있도록 준비되어 있다.

    두산메카텍 용접 로봇의 원년 멤버, 경력만 25년
    두산메카텍㈜은 용접로봇 경력만 25년으로 많은 자동화설비 프로젝트를 수행해 왔다. 자동차부품 중에서도 블랙바디라고 불리는 로암, 서스펜션, 크로스밸브 등 아크용접을 해야 하는 부품을 생산하는 자동화설비를 자동차 3사에 납품한 많은 경험을 보유하고 있다. 정창일 팀장은 “정해진 시간 안에 빨리 생산하되 용접할 때 변형이 일어나는 것을 방지하는 기술이 매우 중요”하다며 이에 관한 유사한 설비를 많이 해 오면서 단기간에 수행할 수 있는 기술력을 확보해 왔다.

    또한 스폿용접을 하는 화이트바디의 경우에는 응답속도가 빨라 로봇이 용접기에 맞춰 신속하게 작업하고 진동을 억제해야 스폿을 찍을 때 정확하게 포지션을 찍을 수 있다. 그런 면에서 두산메카텍㈜에서 취급하는 야스카와 로봇은 속도, 용접동작, 자세가 탁월하고 진동 억제 기능이 뛰어나다. 그 외에 두산메카텍㈜은 스폿용접로봇의 주변설비를 이끌어 갈 수 있는 응용기술력이 높고 인적자원이 축적돼 주로 Turn-key로 수주를 받아내고 있다.

    현대중공업 5년 연속 1000대 이상 로봇 판매
    현대중공업㈜의 엔진로봇영업팀은 주로 자동차사에 들어가는 스폿용접로봇에 전문성을 갖고 있다. 현대중공업㈜의 유명열 과장은 “HA006 모델이 아크용접에 많이 쓰이고 있으며 HX165 모델이 스폿용접에 많이 사용되고 있어 지난 해 현대자동차사의 슬로바키아 공장에 340대 정도 납품한 바 있다”고 전했다.

    현대중공업㈜의 로봇이 갖는 장점은 범용성이다. 유명열 과장은 “어느 분야에서나 적용하는 데 전혀 문제가 없다”며 특히 특수한 부분에 대해서는 자체 개발실을 통해 대응함으로써 유저들의 니즈를 충족시켜 주고 있다. 특히 개발실은 타사에서는 찾아 볼 수 없는 가장 큰 강점이다. 왜냐하면 다른 메이커에서는 국내 업체에 적합한 기술개발을 거의 하고 있지 않기 때문이다.
    반면에 현대중공업의 엔진로봇영업부는 자체 개발실을 두고 있어 자동차사 등에서 필요한 사항을 요청하면 바로 개발실에서 그러한 기능들을 보완해 툴을 제공한다.

    또한 국내 영업망으로 대구, 천안, 광주, 안산, 서울 등에 사무소를 지정해 자체적으로 운영하고 있다. 각 사무소마다 A/S 직원을 둠으로써 타사보다 A/S망을 강화한 것이다. 이로써 2003년부터 2007년까지 5년 연속 로봇 1000대 이상 판매라는 실로 엄청난 기록을 달성했다.

    (3) 2008년 업체들의 매출신장 전략
    2008년, 무자년을 맞이하는 로봇메이커들의 각오는 새롭다. 한국화낙㈜의 임종식 부장은 “지금까지 화낙은 CNC나 다른 사업군의 영향 때문에 보수적이라는 평을 얻었다”며 새해에는 달라진 모습으로 고객에게 다가갈 수 있도록 노력할 것이라는 말을 전했다. 특히 올해 한국화낙㈜은 로봇사업에 의욕적으로 나설 계획이다.

    로봇메이커들이 서비스로봇, 의료용 로봇 등으로 사업영역을 폭넓게 늘리고 있는데 반해 한국화낙㈜은 산업용 로봇에 역량을 집중하면서 전문성을 높여갈 생각이다. 한국가와사키머신시스템㈜은 올해 가장 큰 목표를 기아자동차 미국 조지아 공장에 두고 있다.
    또한 기아자동차와 함께 동반 진출하는 협력업체에도 용접설비를 수주하기 위해 전력을 다할 계획이다. 강병길 부장은 “수주의 여하에 따라 목표치인 1000대 판매가 결정된다”며 사활을 걸고 경쟁에 뛰어들 것임을 암시했다.

    이밖에 한국가와사키머신시스템㈜이 올해 설정해 둔 목표 중 하나는 신제품 FSJ를 국내 자동차사에 납품하는 것이다. 현재 현대중공업㈜은 잠재 고객을 늘리기 위해 세미나 개최를 통해 장비를 체계적으로 소개하고 있다. 또한 로봇 어플리케이션 동영상, 신기술 개발현황 자료를 로봇 홍보에 적극 활용해 시장 개척에 적극 나서고 있다. 현대중공업㈜ 역시 올해 조지아 공장의 용접로봇 수주에 적극적으로 나설 것으로 밝혀 관련업체들의 경쟁이 치열할 것으로 예상된다.

    OTC다이헨은 엔드유저의 만족을 최종목표로 내세웠다. OTC다이헨의 카와노 토오루 대표는 판매를 확대하기 위한 정책의 일환으로 파트너인 대리점과의 긴밀한 협조를 강조했다. 기술영업을 더욱 활발하게 추진할 것이라고 밝힌 카와노 토오루 대표는 “앞으로도 지금처럼 좋은 제품을 개발해 생산하고, 용접 프로세스에 대한 연구도 병행해 나가면서 영업인력은 기술을 익혀 유저들에게 더욱 좋은 아이디어와 제품을 제안해 나갈 것”이라고 전했다.

    이에 덧붙여 “OTC다이헨이 갖고 있는 많은 자료와 경험을 세미나와 교육 자료를 통해 고객에게 제공해 나갈 것”이라고 말했다. 이처럼 올해 시장 쉐어를 늘리기 위해 로봇메이커들이 박차를 가하고 있어 고객에 대한 서비스와 제품의 품질이 나날이 개선될 것으로 예상된다.

    <취재.정리: 메탈넷코리아 취재부 김 현 미 기자>
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