동일한 로봇을 사용하는 두 가지 용접 자동화 셀 제안은 범위가 매우 다를 수 있습니다. 그 차이는 거의 팔 자체에 있지 않습니다. 포지셔너, 지그, 전원 장치, 안전 보호 장치 및 시운전 책임 주체에 있습니다. 로봇만 비교하는 사람은 결과에 가장 적게 영향을 미치는 항목을 비교하는 셈입니다.
이 글에서는 각 구성 요소, 가장 많이 사용되는 레이아웃, 그리고 견적 요청 전에 확정되어야 할 사항 목록을 설명합니다. 용접 공정을 자동화할지 여부를 결정하는 이전 단계의 내용은 용접 자동화 가이드를 참조하십시오.
용접 로봇과 셀: 차이점
용접 로봇은 6 축 팔과 컨트롤러로 구성됩니다. 용접 자동화 셀은 점접된 부품을 받아 용접 완료된 부품을 출력하며, 사이클 시간이 명확하고 안전성이 문서화된 완전한 시스템입니다. ISO 10218 기준으로는 개별 로봇이 아닌 이러한 적용 사례 전체가 설계되고 검증되어야 합니다.
구성 요소별 상세 분석
| 구성 요소 | 셀 내 기능 | 제안서에서 확인할 사항 |
|---|---|---|
| 용접 로봇 | 프로그래밍된 궤적을 따라 토치를 유도함 | 조립된 지그 위의 부품에 대한 도달 범위, 반복 정밀도 |
| 컨트롤러 및 패널 | 로봇 및 외부 축 제어, 비상 정지 및 메인 스위치 포함 | 동기화된 움직임으로 제어하는 외부 축의 수량 |
| 용접 전원 및 와이어 피더 | 안정된 파라미터로 아크를 공급함 | 로봇 컨트롤러와의 통합 통신, 공정 및 듀티 사이클 |
| 토치 및 클리닝 스테이션 | 와이어, 가스, 전류를 전달하며 스테이션은 노즐을 청소함 | 전류 및 듀티 사이클과 호환되는 냉각 방식 |
| 고정 지그 | 이음부가 항상 동일한 위치에 있도록 보장함 | 설계 주체, 제조 주체 및 부품 로딩 방식 |
| 포지셔너 | 접근성 및 용접 위치 확보를 위해 부품을 회전 및 경사시킴 | 축 수, 하중, 로봇과의 동기화 |
| 레일 | 긴 부품을 따라 로봇을 이동시킴 | 하중 등급 및 반복 정밀도 |
| 보호 장치 및 인터록 | 로봇 작동 중 위험 구역 접근을 차단함 | 안전 적용 범위 및 한국어 문서 제공 여부 |
| 연무 배기 시스템 | 용접 지점에서 발생하는 연무를 포집함 | 범위에 포함되는지 또는 고객 부담인지 여부 |
| 조작 인터페이스 | 프로그램 선택, 시작, 진단 | 생산 실적 및 알람 기록 |
QJAR 라인에서는 로봇, 제어 패널, 디지털 용접 전원, 포지셔너 및 레일이 동일 제조사에서 공급되며, 용접 전원은 로봇 컨트롤러와 통합 통신 기능을 갖추고 있습니다.
어떤 용접 로봇을 선택해야 하는가
아크 용접에서는 공구가 가볍다. 최종 결정은 도달 범위와 반복 정밀도가 좌우한다.
| 모델 | 가반 하중 (kg) | 작업 반경 (mm) | 반복 정밀도 (mm) | 본체 중량 (kg) |
|---|---|---|---|---|
| QJRH4-1A | 4 | 1,410.5 | ±0.03 | 150 |
| QJR6-1400H | 6 | 1,456 | ±0.08 | 150 |
| QJR6-2000H | 6 | 2,014 | ±0.08 | 230 |
약 1.4 m와 2 m의 도달 범위 차이는 사소한 문제가 아니다. 도달 범위가 넓으면 더 큰 부품이나 레일 없이 두 개의 스테이션을 커버할 수 있다. 도달 범위가 좁으면 셀이 컴팩트해지고 작은 부품 위에서 팔이 더 유리한 자세로 작업할 수 있다. 해답은 지그와 포지셔너에 이미 조립된 부품의 외형 치수(envelope)에서 도출된다. 사양표 읽기의 일반적인 기준은 산업용 로봇 가이드를 참조하라.
고정 지그: 품질이 시작되는 곳
로봇은 토치를 항상 같은 위치로 가져간다. 용접 이음이 그 위치에 있도록 보장하는 것은 지그의 몫이다. 지그는 안정된 기준면으로 부품을 위치시키고, 열로 인한 변형을 견디며 용접 후 부품을 고착하지 않아야 하며, 토치가 접근할 수 있는 경로를 확보해야 한다.
제안서를 평가하는 데 도움이 되는 세 가지 질문은 다음과 같다: 누가 지그를 설계하는가, 작업자는 부품을 어떻게 상차하고 검사하는가, 다른 제품으로 교체하는 데 얼마나 시간이 걸리는가. 부품 패밀리에서는 교체 가능한 부분을 갖춘 지그가 이러한 교체 시간을 단축한다.
포지셔너
포지셔너는 두 가지 이유로 존재합니다. 각 용접 이음매를 가장 유리한 용접 위치, 즉 ISO 6947 기준의 평면 위치(PA)로 이동시키는 것과, 작업자가 부품을 뒤집지 않고도 토치에 접근할 수 있도록 하는 것입니다.
| 유형 | 작동 방식 | 전형적인 부품 |
|---|---|---|
| 1축 | 서보 모터가 장착된 헤드스톡 및 테일스톡 | 자체 길이 축을 중심으로 회전하는 긴 부품 |
| 2축 | 회전 및 기울임 | 평면 위치에서 용접되는 입체형 부품 |
| L타입 | 부품 주변에 자유로운 접근이 가능한 L자형 팔 구조의 2축 | 여러 면에 용접 비드가 있는 부품 |
| 3축 | 스테이션 전환: 로봇이 한쪽을 용접하는 동안 작업자가 다른 쪽을 적재함 | 수동 적재를 통한 연속 생산 |
포지셔너를 공정상의 필수 요소로 만드는 것은 동기화된 움직임입니다. 로봇과 포지셔너는 함께 움직이며, 부품이 회전하는 동안에도 토치는 이음매에 대해 일정한 속도와 각도를 유지합니다.
트래킹 레일
부품 길이가 로봇의 도달 범위를 초과할 경우, 암(arm)은 추가 축 역할을 하는 레일 위를 이동하게 됩니다. 해당 라인의 레일은 헬리컬 기어 랙(rack), 서보 모터 및 리니어 가이드로 구성되며, 다음 세 가지 등급으로 분류됩니다.
| 등급 | 총 하중 (kg) | 손목 하중 (kg) | 반복 정밀도 (mm) |
|---|---|---|---|
| 경량 | 최대 1,000 | 최대 50 | ±0.08 |
| 중량 | 최대 3,000 | 최대 300 | ±0.10 |
| 고중량 | 최대 10,000 | 최대 1,000 | ±0.15 |
용접 시 레일의 반복 정밀도는 로봇의 반복 정밀도와 함께 고려됩니다. 따라서 레일 등급은 단순히 암의 무게뿐만 아니라 부품과 공정에 따라 선택됩니다.
가장 많이 사용되는 레이아웃
| 레이아웃 | 적용 시점 | 주의 사항 |
|---|---|---|
| 고정 테이블을 갖춘 단일 스테이션 | 재배치 없이 용접되는 소형 부품 | 부품 교체 중 로봇 대기 시간 발생 |
| 2개 스테이션 | 수동 로딩이 포함된 연속 생산량 | 용접 진행 중인 스테이션과 로딩 진행 중인 스테이션 간 분리 |
| 헤드 및 테일스톡 | 빔, 축, 섀시 및 기타 긴 부품 | 전체 길이 방향에 걸친 지그의 강성 |
| 2축 또는 L형 | 여러 면에 용접 비드가 있는 부품 | 부품 및 지그 조립체의 하중과 무게 중심 |
| 레일 위 로봇 | 로봇 도달 범위를 초과하는 더 긴 부품 | 레일 등급 및 케이블링 |
레이아웃은 조합하여 사용할 수 있습니다. 긴 부품을 위한 셀에는 레일과 헤드 및 테일스톡이 모두 포함될 수 있습니다. 대량 생산 셀에는 각각 포지셔너가 장착된 2개의 스테이션이 포함될 수 있습니다.
안전 및 환경
용접 셀은 이동하는 로봇의 위험과 아크의 위험(방사선, 스패터 및 연기)을 합산합니다. 실무적으로는 아크 방사선을 차단하는 밀폐 구조, 인터록 도어 또는 존재 감지 장치로 보호되는 로딩 접근 경로, 전체 구역 시야 확보 후 리셋, 그리고 용접 지점에서의 배기 장치를 의미합니다.
브라질에서의 기준은 NR-12이며, 이는 로봇 시스템에 대한 ISO 10218을 인정합니다. 규정이 요구하는 세부 항목별 내용은 NR-12 in robotic cell에서 확인할 수 있습니다. 제안서에 안전 범위와 한국어 문서가 포함되어 있는지 여부를 확인하는 것이 좋습니다.
견적 요청 전 확정해야 할 사항
비교 가능한 제안서는 완전한 요청에서 출발합니다:
- 부품 도면 또는 3D 모델, 용접 이음매 위치 표기 포함.
- 소재, 두께 및 현재 용접 공정.
- 부품당 총 용접 비드 길이.
- 연간 생산량, 로트 크기 및 교대 근무 횟수.
- 부품당 목표 사이클 타임.
- 용접 공정에 투입되는 부품의 허용 오차.
- 용접 비드 합격 기준 및 적용 규격.
- 가용 면적 및 층고.
- 현장 유틸리티: 3상 전원, 압축 공기, 가스 및 배기 시스템.
- 지그 제공 주체 및 셀 운영 주체.
이러한 데이터가 확보되면 논의의 초점은 로봇 자체에서 결과물(교대당 생산량, 품질, 가동 개시 일정)으로 전환됩니다. 각 항목이 투자 비용에 미치는 영향은 산업용 로봇 가격에서 확인 가능하며, 수행 업체 평가 기준은 로봇 통합업체 관련 기사에 자세히 설명되어 있습니다.
이 단계에서 자주 발생하는 네 가지 오류는 다음과 같습니다:
- 포지셔너 및 지그 사양을 확정하기 전에 로봇을 먼저 선정하는 경우;
- 용접 공정에 투입되는 부품의 허용 오차를 명시하지 않고 견적을 요청하는 경우;
- 배기 및 안전 사항을 나중에 해결할 항목으로 취급하는 경우;
- 단일 부품 기준으로만 설계를 진행하여 이후 도입될 제품군을 고려하지 않는 경우.
자주 묻는 질문
로봇 용접 셀은 어떤 구성 요소로 이루어져 있나요?
컨트롤러가 포함된 용접 로봇, 와이어 피더가 장착된 용접 전원, 클리닝 스테이션이 있는 토치, 고정 장치, 포지셔너 또는 테이블, 인터록 기능이 있는 안전 보호 장치, 연무 배기 시스템 및 조작 인터페이스로 구성됩니다. 부품에 따라 레일과 두 번째 로딩 스테이션이 추가될 수도 있습니다.
용접 로봇과 로봇 용접 셀의 차이점은 무엇인가요?
용접 로봇은 컨트롤러가 포함된 암을 의미합니다. 반면 셀은 생산 시스템 전체를 지칭하며, 로봇, 전원, 토치, 포지셔너, 고정 장치, 안전 장치 및 조작 인터페이스를 포함합니다. 로봇 사양만으로는 동일해 보이는 제안서들이 다른 항목들에서 차이가 나는 경우가 많습니다.
셀에 포지셔너가 필요한 경우는 언제인가요?
부품에 여러 면에 걸친 용접 비드가 있거나 품질상 평면 자세 용접이 요구될 때 필요합니다. 포지셔너는 부품을 회전하고 기울여 각 이음매를 최적의 위치로 가져오며, 수동 재배치 없이 토치 접근성을 확보합니다.
하나의 셀에서 서로 다른 부품을 용접할 수 있나요?
가능합니다. 각 부품마다 전용 고정 장치와 프로그램이 있으며, 교체 과정은 설계 단계에서 계획됩니다. 유사한 부품군은 동일한 포지셔너와 일부 고정 장치를 공유하여 교체 시간을 단축할 수 있습니다.
로봇 용접 셀은 NR-12를 준수해야 합니까?
예. NR-12는 기계로서 셀 전체에 적용되며, 12.1.12항은 ISO 10218-1, ISO 10218-2 및 ISO/TS 15066을 따르는 로봇 시스템을 적합성 있는 것으로 인정합니다. 해당 규격은 보호 장치, 인터록, 비상 정지 기능 및 포르투갈어 매뉴얼을 요구하며, 고용주에게 책임이 귀속되는 교육 요건은 프로젝트 범위에 포함하여 협의하는 것이 좋습니다.
BR Robotics 상담 문의
BR Robotics는 브라질에서 QJAR 로봇을 사용한 용접 셀을 설계하고 통합합니다. 부품, 생산량 및 원하는 사이클 시간을 보내주시면 적합한 모델, 셀 레이아웃 및 견적을 포함한 답변을 드립니다. BR Robotics에 문의하기 또는 로봇, 포지셔너 및 레일 보기.
