용접자동화 시스템이란?
용접은 산업 전반에 걸쳐 활용된다. 과거에는 용접사들이 용접을 했다면 오늘날에는 사람이 직접 하던 작업들이 점차 자동화 돼가는 과정에 있다. 이는 용접분야가 훨씬 다양해졌음을 의미함과 동시에 용접이 이용되는 산업의 규모가 사람이 하기에는 벅찰 정도로 커졌다는 것을 뜻한다. 일반적인 수동 용접은 인간이 직접 안면 등 보호 장비를 착용한 채 건을 들고 직접 용접을 하는 것을 뜻한다. 그리고 자동용접은 조작자가 계속해서 조작하지 않고 연속적으로 용접을 진행하도록 장치를 사용해서 하는 용접의 총칭으로, ‘용접자동화 시스템’이란 이러한 자동용접이 가능토록 하는 시스템을 말한다. 산업용 로봇에 용접기를 부착하여 지그에 고정된 피용접물을 용접하는 시스템으로, 크게 6관절 로봇과 지그를 이용한 용접자동화 시스템으로 나뉜다.

용접자동화 시스템의 분류
용접자동화 산업은 자동화의 방법 또는 현장에서 쓰이는 용도에 따라 크게 용접캐리지, 용접로봇, 그리고 용접모니터링 시스템 등 세가지로 나눌 수 있다. 모두 해당 산업에서 중요한 장비로 각광받고 있지만 각각의 장단점은 있다.

(1)용접캐리지
용접 캐리지란 일반 자동화와 로봇 자동화의 중간 단계로, 모터를 1~2개 정도 사용한 기계 설비를 말한다. 이론적으로 모터가 3개 이상 사용되는 기계장치는 모두 로봇이라 할 수 있다. 하지만 현재 시판되는 용접 로봇은 대부분이 6~7개의 모터를 장착하고 있다. 그러므로 용접 캐리지의 경우, 자동화에서 로봇으로 가는 중간 단계에 있다고 보면 된다. 현재 국내 용접자동화 분야 중에서도 특히 용접캐리지는 우리나라가 세계 최상위에 있다고 해도 과언이 아니다.
용접캐리지는 용접 작업 시 반드시 필요한 설비 중의 하나이며, 특히 용접로봇과 더불어 실제 생산 공정에서 용접자동화로 널리 이용되고 있다. 그래서 어떻게 보면 용접캐리지도 로봇의 일종이 아니냐는 생각을 할 수도 있다. 그러나 앞서 언급했다시피, 용접캐리지와 용접로봇은 모두 모터로 움직인다는 공통점은 있긴 하지만, 기능과 기술적 측면에서 보면 용접캐리지보다 한 단계 더 나아간 것이 용접로봇이다. 즉, 용접자동화 과정에서 로봇으로 가는 과도기적 과정에 위치한 것이 바로 용접캐리지인 것이다. 용접캐리지는 설비 구성 상 1~2개의 모터를 이용하여 특정 생산 공정에 배치하여 용접을 하는 기계 설비다. 모터 1~2개로 작동하기 때문에 크기가 로봇에 비해 훨씬 작고 무게도 덜 나간다. 그래서 생산 공정 곳곳에 배치하여 사용하기에 무척 편리하다는 이점이 있다.
하지만 국내 용접캐리지의 시장은 그리 넓지 않다. 용접캐리지는 설계 제작하는데 많은 인원이 필요하지 않다. 고도로 전문화된 인원 몇 명이면 문제 없기 때문이다. 그러다보니 기업을 굳이 크게 키울 필요가 없고 그에 따라 대기업으로 확장할 필요가 없는 상황이 되어, 현재 국내외적으로 용접캐리지에 종사하는 기업을 보면 중소기업 중심으로 이루어져 있는 것이다. 그리고 이는 이후에 이야기 할 용접모니터링 시스템에도 똑같이 나타난다. 회사의 덩치를 굳이 키울 필요가 없음은 기업입장에서는 달리 보면 좋게 작용할 수 있다. 기업을 유지함에 있어 많은 자금을 필요로 하지 않기 때문이다. 하지만 이것이 언제나 좋은 쪽으로만 작용하지는 않는 듯하다. 중소기업이다 보니 우수인재들이 오기를 꺼려한다는 이유가 그것. 회사에 입사하고자 하는 구직자 입장에서는 아무래도 중소기업보다는 규모가 더 큰 대기업에 가고 싶은 것이 당연한 이치다. 이 때문에 비단 용접캐리지 산업뿐만 아니라 용접산업 전문에서 고급인력을 확보하는데 어려움을 갖고 있다.
현재 세계적으로 용접자동화의 선두를 이끌고 국내 용접캐리지는 앞으로 무한한 가능성을 내포하고 있다. 크기는 더욱 작아지고 기능은 더욱 추가되어서 날이 갈수록 발전의 발전을 거듭하고 있다. 그리고 현재 전 산업에 걸쳐 용접자동화가 가속화 되고 있는 추세여서 용접캐리지 분야에 더욱 확실한 기술적 투자가 요구되는 시점임은 확실하다. 세계 최고의 자리에서 더욱 박차를 가하여 누구도 넘볼 수 없는 기술력과 제품의 우수성으로 똘똘 뭉친 용접캐리지 산업에 주력해야 할 것이다. 그리고 이와 더불어 중소기업으로의 입사를 꺼려하는 사회적 풍토 역시 개선돼야 할 것이다.

(2) 용접로봇
로봇산업은 기계 및 전자산업의 첨단기술이 결합된 시스템 산업으로, 21세기 메카트로닉스 산업 부문 중 가장 유망한 산업으로 부각되고 있다. 로봇은 크게 산업용 로봇과 서비스 로봇으로 나눌 수 있다. 산업용 로봇은 산업자동화에서 장소에 따라 고정되거나 혹은 유연성 있게 이동하면서 자동제어 및 재프로그램, 다용도 그리고 3축 혹은 이 이상의 축으로 조종 프로그램이 가능한 장치로 정의된다. 그리고 세부적으로 산업용 로봇은 크게 제조업 부문과 비제조업 부문으로 구분할 수 있다. 일반적으로 산업용 로봇은 자동차, 전기?전자 등 제조업 부문에 이용되며 비제조업 부문인 농업, 임업 등 1차 산업과 건설업 등을 포함한다.

* 산업용 로봇의 구분 

산업용 로봇은 지난 1961년 미국의 Unimate 사에 의해 최초로 소개된 이래 거의 모든 산업부문에서 생산 자동화의 주역이 되고 있다. 특히 1960년대 후반 이후부터 세계적으로 증가한 로봇의 사용은 주로 자동차 산업에 적용됐고, 또 이로 인해 꾸준히 개발돼 왔다. 초기에 로봇은 주로 자동차 차체의 점 용접에 사용됐다. 그리고 그 이후에는 열악한 작업환경을 가진 아크 용접이나 도장 라인 등에 적용됐다. 우리나라에서는 1980년대 일부 자동차 업계가 소수의 로봇을 도입, 자동차 용접 라인에 시험용으로 사용하면서 보편화되기 시작한 것으로 전해졌다.
용접용 로봇은 과거 선진국의 경우, 1970년대에 자동차의 차체조립 라인의 점 용접 부분부터 본격적으로 도입됐고 다른 분야로 확장돼 현재에 이르고 있다. 자동차 생산라인에서 점 용접은 가장 기본이 되는 접합공정이다. 자동차 부품에서부터 차체에 이르기까지 거의 모든 판재의 접합은 점 용접을 통해 이뤄진다. 점 용접은 저항용접의 한 종류로 2개의 전극 사이에 접합대상을 두고 가압하면서 보통 10kA 이상의 큰 전류를 통전해서 용접하는 방법이다. 점 용접 부분에 로봇을 도입해 먼저 자동화됐던 이유는 바로 자동차 생산라인에서 점 용접의 비중이 매우 컸기 때문이다. 그리고 중간 수준의 정밀도만 있어도 구현이 가능했던 것도 중요한 이유였다. 또한 용접용 로봇은 다른 용도의 로봇과 같은 기능 이외에 다양한 부가기능을 필요로 한다. 그 대표적인 예로 용접기의 ON/OFF 송급 통전시간 등을 제어하기 위한 용접기와의 인터페이스 기능 등을 꼽을 수 있다. 이에 따른 하드웨어로 용접 토치 및 심선 송급장치, 점 용접의 경우에는 점 용접용 건 등의 장비 및 기능이 필요하다.
산업용 로봇을 이용하는 경우 이외에 도관이나 특정한 물체를 용접하는 것을 자동화하는 전용기들이 존재한다. 이들은 주로 레일이나 작교 로봇에 의해서 용접 토치를 이송하여 원하는 작업을 수행하게 된다. 이전에 산업용 로봇이 비교적 고가이고 사용하기 어려웠을 때에는 이러한 전용기들의 수요가 많았다. 하지만 시간이 갈수록 생산제품의 종류가 늘고 유연한 생산공정의 필요성이 증대되면서 전용기들의 수요는 점차 감소했다. 또 산업용 로봇의 관련 기술도 발전을 거듭하여 점점 더 저렴한 가격에 쓰기 쉬우며 성능도 뛰어난 산업용 로봇이 생산되고 있어 전용기들이 점차 산업용 로봇으로 바뀌어 가고 있는 게 현 추세다.

(3) 용접모니터링
용접이라는 공정은 사람이 제어할 수 있는 전압, 전류, 가압력, 용접속도 등의 인자를 제외한 다른 습도, 온도, 바람 등의 환경적인 요인들에 의해서도 많은 영향을 받는다. 따라서 용접품질은 시시각각으로 변하게 된다. 항상 환경이 변하고 있는 상황에서 용접품질을 일정하게 유지하기 위해서는 용접을 한 후 품질검사를 하는 것이 필수이다. 특히 자동차와 같이 사람의 생명과 직결되는 경우, 더욱 검사가 중요해진다. 많은 용접결함들은 용접된 내부에 존재한다. X-Ray 등의 비파괴 검사법을 사용해 결함을 찾는 것이 가장 좋으나, 검사시간이 오래 걸리고 검사장비도 고가라는 단점이 있다. 그래서 대부분 작업자의 시각에 의존하는 검사를 하게 된다. 이때 용접결합은 용접된 부분의 외관을 검사함으로써 찾아낼 수 있다. 하지만 사람의 눈에 의한 검사만으로는 객관적이기 어렵고 검사한 정보를 처리할 수 없는 문제점이 발생한다. 따라서 용접품질을 자동으로 검사할 수 있는 시스템이 반드시 필요하다. 가능하다면 용접 전체에 대한 검사까지 할 수 있어야 하고, 이 정보를 데이터베이스화하여 향후 제품의 품질향상에 적용할 수 있으면 더욱 좋다. 
용접 분야에서도 이제는 용접이 가능한가 어떤가의 여부보다는 품질과 생산성이 기업의 부가가치 창출에 있어서 중요한 요소로 대두되고 있다. 특히 자동 생산 설비나 로봇을 써서 생산할 경우에는 작업자가 직접 현장에서 용접품질을 감시하고 있지 못하기 때문에 품질의 자동감시, 즉 품질 모니터링의 중요성이 점차 강조되고 있는 실정이다. 또한 제조물 책임보험의 확대 작용에 따라 정상적인 용접 품질이 얻어지고 있다고 하는 것과 정상적인 공정에 의하여 제품이 용접되었다고 하는 것을 기록으로 남기게 되는 것이 점차 중요하게 되었다.
수동 용접이나 반자동 용접 공정에서는 작업자의 기능과 용접기의 성능에 따라 용접 품질이 결정된다고 볼 수 있다. 즉 작업자의 수준 평가와 용접기의 정확한 성능 평가 없이는 요구 되는 품질을 연속적으로 얻기가 힘들게 된다.
오늘날 제품의 질적 향상을 위해 모니터링이 얼마나 중요한 역할을 하는지 잘 알 수 있다. 그리고 이는 향후 용접자동화가 이뤄지는 모든 부분에서 용접 모니터링의 중요성이 더욱 중요해 질 것을 함께 시사한다고 볼 수 있다.

 조선산업서 용접 자동화 활성화
우리나라는 21세기 조선강국이다. 그리고 자동화는 21세기 들어 가장 빠르게 그리고 획기적으로 발전된 산업 분야 중 하나다. 그럼에도 불구, 조선산업에는 이러한 자동화가 크게 발전하지 못했다. 하지만 최근 들어서는 타 산업에 비해 자동화가 어려운 선박건조에도 점차 용접 로봇을 비롯한 자동화 장비 적용을 확대하고 있다. 로봇 운영에서는 작업 프로그램을 사전에 준비하는데, 이 과정이 3차원 CAD 및 정보 기술을 토대로 한 가상 시뮬레이션 기술 적용의 한 분야이다. 3차원 가상 모델을 대상으로 작업프로그램을 오프라인 상태에서 사전 시뮬레이션하여 간섭을 피할 합리적인 작업 경로를 설정하여야 한다. 이 과정에 부분적으로 3차원 모델링 기술을 적용하고 있으며 종국에는 설계정보에서 로봇 오프라인 프로그램까지 일관된 정보 공유체계를 수립해야 한다.
조선 산업에서 쓰는 로봇은 여타 산업에서 쓰는 것과 차이가 있다. 일반 산업용 로봇은 조직적이고, 유기적이고, 정교하며 예측 가능하게 만들어진 공장 안에서 작동하도록 설계한다. 또한 수많은 반복 작업을 하고 한번의 프로그래밍으로 각 분야에 따라 며칠에서 몇 주일간 작업을 지속하도록 설계한다. 반면 선박은 일반 산업 로봇이 작업하기 적합한 정도 범위를 벗어나며 좁은 폐위 공간 작업이 많아 작업 프로그래밍이 상대적으로 어렵다. 따라서 조선 산업에서 로봇 적용에 오프라인 시뮬레이션 역할이 상대적으로 크며, 완전하게 제 기능을 발휘하려면 선박 설계, 공정 계획과 건조 과정에 대한 체계적 통합 시스템이 필요하다.

국내 용접자동화 산업이 발전하지 못하는 가장 큰 이유는 기술력 보다는 국내 산업 시장에 문제가 있다는 전문가의 의견이 많다. 만약 용접자동화 산업의 국내 시장이 지금보다 훨씬 크다면 산업에 기꺼이 뛰어들 우수 인재도, 세계 정상에 설 가능성도 충분히 있을 것으로 보인다. 현재 우리나라는 IT에 대해 심각할 정도로 집착하고 있는 듯하다. 그런 반면, 그토록 중요시하는 IT산업 등의 기초가 되고 있는 뿌리산업에는 참으로 무심하다. 앞서 밝혔듯 육성코자 하는 의지는 보이려고 한 것 같으나 실제 업체들이 느끼는 체감온도는 아직까지도 쌀쌀할뿐더러 그에 대한 직접적인 성과도 뚜렷하게 나타나지 않고 있는 실정이다.
산업의 발전을 위해서는 정부차원에서의 어느 정도 지원은 반드시 필요할 것으로 보인다. 세금혜택 등과 같은 자금 지원과 더불어 정부 프로젝트에 참여할 수 있는 기회가 중소업체에게도 많이 주어지는 것도 하나의 방법일 수 있다. 현재까지는 대형업체 중심의 성격이 강했던 것이 사실이다. 하지만 중소업체에도 기회가 주어진다면 이는 중소업체의 기술력 향상 뿐만 아니라, 시장의 확대도 함께 가져다 줄 것으로 기대된다.


출처: 메탈넷코리아