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산업 현장에서의 용접 산업 - 용접 로봇 전문 기업 클루스의 제품 공급 사례
글 / Dipl.-Ing. Walter Lutz(Freelance Journalist)
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모든 좋은 것들은 숫자 3으로 일어난다
강한 진동은 사람과 기계 사이에 많은 문제점을 야기시킬 수 있다.
특수 진동 댐퍼기를 개발하고 이 분야 세계 최고의 전문가가 속해 있는 GERB 그룹은 진동 기술에 관한 개별 기계뿐 아니라 전체 구조물 시장을 지배하고 있다.
독일과 프랑스 공장 사이 생산 기술 분야에서의 최적화된 네트워킹을 위해 베를린 공장에서는 오프라인 프로그래밍이 접목된 세 대의 클루스 용접 로봇을 이용함으로써 전자 메일을 통하여 간편하게 용접 프로그램을 교환하고 있다.
독일 의회에서의 방문객석과 자동차 공급업체의 빠르게 가동하는 편심 사이의 공통점은 무엇일까?
그들 모두 원하지 않는 유해한 진동을 안전하게 경감시키기 위해서 베를린 제조업체 GERB社의 특수 진동 댐퍼기를 적용한 시설을 갖추고 있다는 점이다.
이 베를린 회사의 백 년 이상 지속된 성공 스토리의 시초는 spring elements(스프링 엘리먼트)의 강한 진동으로부터 작업장과 기계 모두를 환경 친화적으로 만들고 보호하고 싶어했던 회사의 창립자인, William Gerb의 아이디어에서부터 시작되었다.
“오늘날 발전소 건설 현장을 예로 들면, 전체 건물을 통하는 기계 공학 또는 길게 뻗은 트랙에 발생되는 진동은 GERB의 기술적 해결책에 의해 감소될 수 있다”고 전무 이사, Christoph von Waldow는 설명한다.
방진의 특수한 방법의 하나는 진동 소거이며, 그 예로 GERB社에 의해 진동 소거기가 설치된 무게 140톤의 고층 블록을 들 수 있다.
“이러한 사실은 이 복잡하고 다양한 문제를 해결할 수 있는 전 세계 몇 안 되는 제조업자 중 한 업체로 만들었다”
1. 스프링 엘리먼트의 하중은 최대 210톤까지
베를린에서 근무하고 있는 140명의 직원을 포함하여 독일, 프랑스, 브라질, 인도, 중국에서 일하고 있는 약 400명의 GERB 그룹의 직원들은 매년 적어도 40만 유로의 생산 매출액을 달성하고 있다.
“만약 설계자가 발생하는 진동을 과소평가했을 경우, 때때로 우리는 소방관 놀이를 해야만 했다.
” 오늘날 영국의 밀레니엄 브릿지 위로 지나 다닐 수 있다는 사실 그리고 독일 의회에서의 방문객석으로부터 흔들림 없는 텔레비전 영상이 전해질 수 있다는 사실은 GERB社의 능력을 대변해 주고 있다. 베를린에서 개발된 특수 진동 감소기가 현재 수많은 건물에서 사용되고 있다.
스프링과 댐퍼 엘리먼트는 바닥 1250mm x 850mm과 높이 650mm 크기로 디자인됐으며, 이러한 부품들의 무게는 최대 1.5톤으로 최대 210톤까지 적재 가능하다.
이에 대해 “특수 VISCO짋 감폭 장치의 디자인의 경우, 정확하게 일치하는 댐퍼 기하학과 함께 진동은 효과적으로 휴식을 가져다 준다는 사실을 보장하고 있다”고 생산 부장인 Torsten-Uwe Tag는 설명한다.
2. 용접 프로그램은 전자메일로 전해진다
회사는 베를린 공장의 생산량이 충분치 않을 경우, 업무 작업장을 프랑스 공장으로 연장하여 작업한다. “우리는 이러한 작업을 가능하게 만들기 위해서 두 대의 동일한 용접 로봇을 이 곳에 설치했으며, 뿐만 아니라 유연한 업무 처리를 위해 이 곳 Saint Nazaire에도 한 대의 용접 로봇을 설치하였다”고 생산 부장 Tag는 덧붙였다.
클루스 로봇은 로보플랜 소프트웨어가 구축되어 있기 때문에 용접 프로그램을 오프라인 상태로도 사용할 수 있으며, 전자 메일에 의해 다른 위치에서도 전송 가능하다.
이에 대해 Tag는 “PC상에서 CAD 설계에 따라 실제 프로그래밍의 90%까지 완성 가능하다”고 덧붙였다.
한편, 남아있는 좌표와 용접 파라미터들은 로봇으로 직접 입력된다. “우리는 성공적으로 시운전을 마친 후에 전자메일을 통해 해당 용접 프로그램을 프랑스로 전송한다” 로봇 내 기억 소자가 ‘독일에서 전송된 데이터’를 밀리미터로 받아들이기 시작하면 본래의 장소에서 조정 값은 최소치가 된다.
스프링 엘리먼트(Spring elements) 하우징은 GERB社 CAD 장비로부터 클루스 로보플랜 시스템으로 전달될 것이며 그 후 용접공정을 위해 가동될 것이다.
이러한 개별 용접을 지속적으로 모의 시험함으로써 초기 정밀화 및 최적화를 달성시킬 수 있는 것이다. 이를 위해서 지연이 적을수록 최적의 용접 심 생산이 가능한 용접 절차를 고려하여 로봇 팔의 움직임 및 워크피스 포지셔너의 spring elements(스프링 엘리먼트) 하우징을 설정하여야 한다.
프로그램은 로봇 컨트롤이 할 수 있는 좌표를 자동적으로 계산하고는 ‘fed’ 상태가 된다. 클루스 로보플랜 시스템 사용 시, 간단한 운영 방법뿐 아니라 일반 PC에서 작동 가능한 점이 큰 장점이라고 할 수 있다. “프로그램은 풍부한 CAD 지식 없이도 예측되는 일정 훈련 기간 후에 사용될 수 있다”라고 Torsten-Uwe Tag는 강조한다.
3. 30mm 두께의 자재에서 2mm까지의 심 공차 발생 가능
강철 타입 S235와 S355를 포함하고 있는 스프링 엘리먼트의 상부 및 하부 부분은 11축의 ROMAT짋 로봇 시스템의 MAG 공법으로 용접할 수 있다.
용접 구조물의 개별 파트는 최대30mm 두께의 자재로 구성되어 있다. 그것들은 프레임 절단 공법에 의해 만들어지며 클루스 용접 기술과 지능적인 심 트랙킹 기능 덕분에 Gerb는 공차 발생을 철저하게 파악하고 있다.
스프링 하우징의 개별 파트는 정확하게 측정 된 자석 꽂이와 함께 로봇의 턴 기울기 테이블 옆에 고정되어 있으며 최초 작업 단계에서 함께 결합된다.
그리고 CLOOS 로봇 ROMAT짋 350은 하우징이 완성되기 전에 spring elements(스프링 엘리먼트) 하우징 내부를 용접하고 외부 용접 심 추적 작업이 뒤를 잇는다.
“디자인과 하우징 구조에 따라, 시스템은 한 작업물에서 약 1~2시간 심지어 30분 정도로 바쁘게 작업한다”고 말하며, Torsten-Uwe Tag는 작업 시간을 계산하고 있다.
또한 그는 “오랫동안 사람의 손으로 하는 수동 용접은 요구되는 일정한 심 품질을 어렵게 달성해 왔다”고 말을 덧붙였다.
4. 로봇은 작업장에 안정감을 부여하는 중요한 기여를 했다.
Tag는 이러한 사실은 고용주에게 있어 매우 중요한 동시에 로봇과 작업자를 연결하는 장치로써 용접 시 매 시간 15.000m³ 공간의 공기를 깨끗하게 할 수 있도록 집진 장치를 설치 하여 근로자가 보다 깨끗한 작업 환경에서 업무 가능하게 되었다는 사실 또한 지적하고 있다.
“우리 작업장의 내부 공기는 대부분의 도시 공기보다 더 깨끗하다”며 헌신적인 엔지니어인 그가 말했다.
C시리즈의 소형 로봇 용접 셀은 6m x 6m의 바닥 면적이 요구되며 워크피스 포지셔너, ROMAT짋 350 로봇, 와이어 송급 시스템 및 클리닝 장치 등을 충분하게 갖추고 있다.
최적화된 운영을 위해 컨트롤 캐비닛과 용접 프로그램이 내장된 펄스 아크 용접기 GLC 353 MC3는 외부에 위치하고 있다. “우리는 수동 용접이 요구되는 작업이 가능하도록 이미 또 다른 한 대의 MC3를 설치했다”고 생산 이사가 언급한다.
이 MC3 3호기는 로봇의 펄스 아크 용접기를 대체해야 할 경우를 대비하여 여분의 시스템으로 사용되고 있다. 6축 로봇 ROMAT짋 350은 기반하중 15kgs이며 오차 범위가 0.1mm 이하의 정확도를 유지하며 지속적인 작업을 하고 있다. ROMAT짋 350 로봇은 로봇 팔이 최적의 조건으로 GERB社의 부재가 위치하고 있는 용접 트랙에 내부와 외부에서 모두 닿을 수 있도록 작업장 내에 위치하여 천정에 위치한 C 기둥에 매달려 있다.
작업물을 정교하게 조작하기 위한 외부 5축은 용접 로봇의 가동성을 증가시켜주었다. 로봇의 따로 분리된 벽을 가지고 있는 회전반은 두 스테이션 사이에서 효율적인 운용이 가능하도록 만들어주었다.
“로봇이 한 쪽에서 작업물을 용접하고 있는 동안, 당사 작업자는 다음 용접될 spring elements(스프링 엘리먼트)를 준비하거나 다른 작업장의 용접이 끝난 elements(엘리먼트)를 제거할 수 있다”고 Torsten-Uwe Tag는 설명했다.
또한 그는 “우리는 3대의 로봇 시스템으로 최고의 그리고 안정적인 용접 품질을 달성했음은 물론 동시에 당사 직원들의 큰 부담을 덜어줄 수 있었다.
게다가 오프라인 프로그래밍을 이용하여 용접 데이터를 당사 작업장 사이 단순하고 안전한 방법으로 전송 가능하도록 해주었다는 사실을 고맙게 생각하고 있다”고 말을 끝맺었다.
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