로봇 용접 용접 토치, 와이어 피더 및 센서 시스템이 장착된 프로그래밍 가능한 기계 암을 사용하여 지속적인 사람의 개입 없이 자동으로 금속 공작물에 대한 접합 작업을 수행하는 것입니다. 로봇은 사전 프로그래밍되거나 적응적으로 감지된 경로를 따라 제어된 속도, 각도 및 에너지 입력으로 용접 아크 또는 빔을 전달하여 인간 용접공이 물리적으로 유지할 수 없는 생산 속도로 반복 가능한 고품질 용접을 생성합니다.
2024년에는 글로벌 로봇 용접 시장 가치는 대략 83억 달러 2030년까지 140억 달러를 초과하여 연평균 9% 이상의 성장률을 기록할 것으로 예상됩니다. 자동차, 중장비, 조선, 가전제품 제조업체가 채택을 주도했지만, 협업 로봇 플랫폼이 진입 비용과 복잡성을 줄임에 따라 기술은 이제 중소기업으로 빠르게 이동하고 있습니다.
로봇 용접 작동 방식: 핵심 시스템 구성요소
A 로봇 용접 system 일관된 용접을 생성하기 위해 동시에 작동해야 하는 5가지 주요 하위 시스템의 통합 어셈블리입니다.
1. 로봇 팔(매니퓰레이터)
매니퓰레이터는 모든 기계의 기계적 기초입니다. 로봇 용접 시스템. 대부분의 용접 로봇은 6축 다관절 팔을 사용하여 인간의 팔과 손목을 합친 것과 동일한 3차원 공간에서 완전한 움직임을 제공합니다. 일반적으로 도달 범위는 다음과 같습니다. 500mm ~ 3,500mm 이상 응용 프로그램에 따라 반복성이 있습니다. 플러스 마이너스 0.02~0.08mm 인간 용접공은 8시간 교대 근무를 일관되게 할 수 없습니다.
2. 용접 전원
전원은 열 입력과 비드 프로필을 결정하는 아크 전압, 전류량 및 파형을 공급하고 조절합니다. 현대 로봇 용접 전원은 로봇 컨트롤러와 디지털 방식으로 통신하므로 토치가 다양한 형상이나 재료 두께의 조인트 주위를 이동할 때 프로그램이 실시간으로 아크 매개변수를 조정할 수 있습니다.
3. 로봇 컨트롤러
컨트롤러는 용접 프로그램을 실행하고, 6개 축 모두를 동시에 조정하고, 로봇 동작을 포지셔너 또는 컨베이어와 동기화하고, 안전 인터록을 관리합니다. 최신 컨트롤러는 수백 개의 용접 프로그램을 저장하고 2초 이내에 부품 번호 간을 전환할 수 있어 공유 라인에서 유연한 생산이 가능합니다.
4. 고정 장치 및 포지셔너
고정 장치는 로봇 좌표계를 기준으로 알려진 반복 가능한 위치에 공작물을 고정합니다. 포지셔너는 로봇 작업 범위를 확장하고 복잡한 조립품에서도 최적의 평면 또는 수평 위치에서 용접을 수행할 수 있도록 하여 용접 품질을 향상시키고 왜곡을 줄입니다.
5. 감지 및 솔기 추적
고급 로봇 용접 systems 레이저 비전 센서, 아크 전압 감지 또는 아크 통과 감지를 통합하여 실제 솔기 위치를 실시간으로 감지하고 작업물이 이동한 경우 토치 경로를 수정합니다. 솔기 추적은 다음의 맞춤 공차를 수용합니다. 플러스 마이너스 1~3mm 생산을 중단하지 않고.
로봇 용접에는 어떤 유형의 용접 공정이 사용됩니까?
로봇 용접 프로그래밍 가능한 매개변수를 통해 제어할 수 있는 모든 아크, 빔 또는 저항 기술의 자동화입니다. 6개의 프로세스가 상업용 설치를 지배합니다.
MIG/MAG(GMAW) 로봇 용접
가스 금속 아크 용접은 가장 일반적인 공정입니다. 로봇 용접 전세계 시스템으로 추정됩니다. 전체 로봇 아크 용접 설치의 65~70% . 지속적으로 공급되는 소모성 와이어 전극은 와이어 전달이 기계적으로 일관되고 증착 속도가 높기 때문에 자동화를 단순화합니다. GMAW 로봇은 자동차 차체, 구조용 강철 제조 및 농업 장비 제조를 지배합니다.
TIG(GTAW) 로봇 용접
가스 텅스텐 아크 용접은 스패터가 없고 정밀한 열 제어를 통해 모든 아크 공정에서 최고 품질의 용접을 생산합니다. 로봇식 TIG는 스테인리스 스틸 식품가공 장비, 항공우주 부품, 의료기기 등에 사용된다. 일반적인 이동 속도 100~300mm/분 MIG보다 느리지만 로봇 자동화는 수동 TIG를 노동 집약적으로 만드는 기술 병목 현상을 제거합니다.
스폿(저항) 로봇 용접
저항 점용접은 자동차 차체 제조에서 지배적인 접합 방법입니다. 일반적인 승용차에는 다음이 포함됩니다. 3,000~5,000개의 개별 점용접 , 사실상 모두 로봇에 의해 만들어졌습니다. 스팟당 사이클 시간은 1~3초이며, 로봇 시스템은 시간당 400~600개의 스팟을 연속적으로 수행할 수 있습니다.
레이저 로봇 용접
로봇식 레이저 용접은 열 영향을 받는 부분을 최소화하고 최대 이동 속도로 좁고 깊은 용접을 생성합니다. 분당 10미터 얇은 게이지 강철용. 이는 밀봉 씰, 전기 자동차의 배터리 팩 결합 및 왜곡을 최소화해야 하는 정밀 전자 인클로저에 탁월합니다.
플럭스 코어 아크 용접(FCAW)
FCAW는 관형 플럭스 충전 와이어를 사용하여 가스 차폐가 불가능한 실외 환경의 두꺼운 구조 부분에 높은 증착 속도를 가능하게 합니다. 로봇식 FCAW는 해양 구조물, 건설 장비, 철도 차량 제조에 널리 사용됩니다.
플라즈마 아크 용접(PAW)
플라즈마 아크 용접은 침투 능력이 더 뛰어나고 이동 속도가 더 빠른 TIG의 고에너지 변형입니다. 로봇 플라즈마는 단일 패스 완전 관통 용접이 다중 패스 절차를 대체하는 티타늄 항공우주 부품, 스테인레스 스틸 파이프 및 압력 용기의 키홀 용접에 사용됩니다.
| 프로세스 | 일반적인 이동 속도 | 필러 필요 | 스패터 수준 | 최고의 소재 | 1차산업 |
|---|---|---|---|---|---|
| MIG/MAG(GMAW) | 400~1,200mm/분 | 예(와이어) | 낮음에서 중간까지 | 강철, 알루미늄 | 자동차, 구조 |
| TIG(GTAW) | 100~300mm/분 | 선택사항 | 없음 | 스테인레스, 티타늄 | 항공우주, 의료 |
| 스팟(저항) | 400~600스팟/시간 | 아니요 | 없음 | 강판 | 자동차 차체 |
| 레이저 | 최대 10,000mm/분 | 선택사항 | 없음 | 스틸, EV 배터리 | 전기차, 전자제품 |
| FCAW | 300~900mm/분 | 예(플럭스 와이어) | 중간에서 높음 | 두꺼운 구조용 강철 | 무거운 제작 |
캡션: 일반적인 이동 속도, 필러 요구 사항, 스패터 수준, 가장 적합한 재료 및 1차 산업 응용 분야를 보여주는 로봇 용접 시스템에 사용되는 용접 프로세스를 비교합니다.
로봇 용접과 수동 용접: 직접적인 비교
사이의 결정은 로봇 용접 수동 용접은 근본적으로 볼륨, 반복성 및 경제성의 문제입니다. 어느 쪽도 보편적으로 우월하지 않습니다.
| 요인 | 로봇 용접 | 수동 용접 |
|---|---|---|
| 아크 온 시간 | 85~95%의 교대 | 교대 근무의 20~35% |
| 반복성 | /- 0.02~0.08mm | /- 0.5~2.0mm(기술에 따라 다름) |
| 처리량 | 수동 속도의 3~5배(일반) | 기준선 |
| 용접 결함률 | 0.1~0.5%(최적화된 셀) | 2~5%(평균 용접공) |
| 설정 유연성 | 낮음(대량에 적합) | 높음(모든 관절에 적응) |
| 최소 배치 크기 | 50~500개 이상의 부품(ROI 임계값) | 1부 |
| 초기투자 | $80,000 - $500,000 이상 | $5,000 - $30,000(장비만 해당) |
| 노동 기술 필요 | 로봇 프로그래머 및 기술자 | 공인 용접공(3~5년 훈련) |
| 작업자 안전 위험 | 낮음(셀 외부 운영자) | 높음(연기, 아크 플래시, 화상) |
캡션: 제조 의사 결정자와 관련된 9가지 성능 및 경제적 요소에 걸쳐 로봇 용접과 수동 용접을 직접 비교합니다.
제조업체가 로봇 용접을 채택하는 이유: 주요 이점
비즈니스 사례 로봇 용접 생산량이 증가함에 따라 더욱 두드러지는 6가지 복합적인 이점에 기초합니다.
규모에 따른 일관된 용접 품질
A 용접 로봇 부품 번호 1과 부품 번호 10,000에서 동일한 토치 각도, 이동 속도, 와이어 공급 속도 및 아크 매개변수를 동일하게 실행합니다. 수동 용접에서 로봇 MIG 용접으로 전환하는 자동차 Tier 1 공급업체에 대한 연구에서 문서 결함률 감소 60~80% 재작업 비용도 40~60% 절감됩니다.
더 높은 아크 온 시간 및 처리량
숙련된 수동 용접공은 교대 근무 중에 아크 온 시간을 20~35% 달성하고 나머지 시간은 배치, 검사, 치핑 및 휴식에 사용합니다. 에이 로봇 용접 cell 조정된 포지셔너와 부분 로딩 작업 흐름을 통해 아크 온 시간을 유지합니다. 85~95% , 근무 시간당 용착된 용접 금속의 3~5배를 제공합니다.
작업자 안전 개선
용접은 직업적으로 가장 위험한 제조 공정 중 하나입니다. 아크 플래시는 영구적인 망막 손상을 유발합니다. UV 및 IR 방사선은 노출된 피부에 화상을 입힙니다. 용접 흄에는 6가 크롬, 망간 및 호흡기 질환과 관련된 기타 화합물이 포함되어 있습니다. 로봇 용접 작업자를 아크 영역 밖으로 완전히 이동시킵니다. 미국 노동통계국은 대략적으로 기록합니다. 매년 용접 관련 부상 560,000건 인력 내에서 자동화는 이러한 노출을 직접적으로 줄입니다.
부품당 인건비 절감
자격증을 갖춘 용접공이 지휘하는 시간당 $25~$45 혜택과 간접비를 포함하여 북미와 유럽에서는 $150,000 올인 가격의 중급 로봇 MIG 셀이 2교대로 운영되며 일반적으로 18~36개월 두 개의 수동 용접 위치를 교체할 때.
연중무휴 24시간 운영 가능
A 로봇 용접 system 휴식이 필요하지 않고, 병가를 내지 않으며, 3교대 근무에 대한 초과 근무 수당이 필요하지 않습니다. 3교대로 로봇 셀을 운영하면 하루 21시간의 생산 시간을 얻을 수 있는데, 이는 수동 용접기의 7~8시간에 비해 동일한 바닥 공간에서 용량이 3배 증가한 것입니다.
재료 효율성
왜냐하면 로봇 용접 프로그래밍된 열 입력과 와이어 볼륨을 정확하게 전달하므로 용접 크기가 커지는 현상이 제거됩니다. 구조용 강철 제조에 대한 연구에 따르면 로봇 셀은 와이어 소비를 다음과 같이 줄입니다. 15~25% 동일한 도면에서 수작업으로 작업하는 것에 비해 조인트당 재료 비용과 용접 후 왜곡이 직접적으로 줄어듭니다.
어떤 산업에서 로봇 용접을 사용하고 어떤 용도로 사용합니까?
로봇 용접 거의 모든 금속 제조 산업에 침투했습니다. 아래 표는 채택률이 가장 높은 곳과 투자를 주도하는 애플리케이션을 보여줍니다.
| 산업 | 주요 로봇 용접 응용 분야 | 지배적인 프로세스 | 채택 수준 |
|---|---|---|---|
| 자동차 | 바디 인 화이트, 섀시, 배기 장치 | 스팟, MIG, 레이저 | 매우 높음(90% 이상 자동화) |
| 중장비 | 프레임, 붐, 버킷, 차축 | MIG, FCAW | 높음 |
| 항공우주 | 티타늄 구조물, 연료 탱크 | TIG, 플라즈마, 레이저 | 중간에서 높음 |
| 조선 | 선체 패널, 보강재, 파이프 | 톱, FCAW | 중간 |
| 가전제품 | 인클로저, 배터리 팩 | 레이저, 마이크로TIG | 높음 |
| 석유 및 가스 | 파이프라인 둘레 용접, 압력 용기 | TIG, 미그, PAW | 중간 |
캡션: 주요 응용 분야, 주요 프로세스 및 각 부문의 상대적 자동화 채택 수준을 갖춘 로봇 용접 시스템을 사용하는 산업입니다.
로봇 용접 시스템의 비용은 얼마입니까?
총 비용 로봇 용접 설치는 프로세스, 처리량, 통합 복잡성에 따라 크게 달라집니다. 정확한 비즈니스 사례를 위해서는 전체 비용 상황을 이해하는 것이 필수적입니다.
- 보급형 코봇 MIG 셀: $50,000 ~ $90,000. 협동로봇 팔(일반적으로 6~10kg 페이로드), MIG 전원, 기본 토치 패키지 및 간단한 테이블 고정 장치가 포함되어 있습니다. 중소기업의 소량의 간단한 조인트 형상에 적합합니다.
- 표준 산업용 MIG 셀: $120,000 ~ $250,000. 완전한 산업용 6축 로봇, 디지털 전원, 자동 와이어 절단기 및 토치 클리너, 안전 펜스, 기본 포지셔너 및 프로그래밍. 대부분의 중간 규모 제조 애플리케이션을 포괄합니다.
- 대량 생산 트윈 스테이션 셀: $250,000 ~ $500,000. 서보 포지셔너가 포함된 2스테이션 레이아웃으로 한 스테이션에서 로드를 수행하고 다른 스테이션에서는 용접을 수행하여 아크 온 시간을 90% 이상 유지할 수 있습니다. 하루 500개 이상의 부품을 생산하는 자동차 Tier-1 및 구조 제작의 표준입니다.
- 레이저 로봇 셀: $400,000 ~ $1,500,000. 파이버 레이저 소스(일반적으로 2~10kW), 고정밀 로봇, 레이저 안전 인클로저, 비전 안내 및 연기 추출. EV 배터리 접합 및 정밀 전자 장치에 필요합니다.
- 컨베이어와 비전을 갖춘 완전 자동화 라인: $1,000,000 ~ $10,000,000 이상. 자동화된 부품 공급, 인라인 검사 및 MES 통합을 갖춘 다중 로봇 라인입니다. 자동차 차체 공장 및 백색 가전 제조에 일반적입니다.
프로그래밍, 시운전, 운영자 교육 및 지속적인 유지 관리는 운영 첫 3년 동안 매년 장비 비용의 15~25%를 추가합니다. 이를 고려하면 장비 가격만 고려하는 것보다 더 현실적인 투자 회수 계산이 가능합니다.
로봇 용접에 대해 자주 묻는 질문
Q: 로봇 용접은 어떤 분야에 가장 적합합니까?
로봇 용접 일관된 부품 형상과 예측 가능한 맞춤을 통해 대량의 반복 용접 접합에 최고의 가치를 제공합니다. 이상적인 적용 분야에는 부품 수가 200~500개 이상인 배치 크기, 모든 부품에 걸쳐 반복되는 용접 접합 유형, 들어오는 부품의 치수 일관성이 있습니다. 이 프로필과 일치하는 산업은 가장 강력한 ROI를 달성합니다. 소량, 고도로 맞춤화된 또는 일회성 제작은 일반적으로 로봇 자동화의 설정 비용을 정당화하지 않습니다.
Q: 새 부품에 대한 로봇 용접 셀을 프로그래밍하는 데 시간이 얼마나 걸리나요?
프로그래밍 시간은 부품 복잡성에 따라 다릅니다. 4개의 짧은 용접으로 이루어진 간단한 브래킷은 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다. 2~4시간 티치펜던트 방식을 사용합니다. 여러 평면에 30개의 조인트가 있는 복잡한 구조 용접물에는 다음이 필요할 수 있습니다. 2~5일 . 로봇에 다운로드하기 전에 컴퓨터에서 용접 경로를 시뮬레이션하는 오프라인 프로그래밍(OLP) 소프트웨어는 로봇 내 프로그래밍 시간을 60~80%까지 줄일 수 있으며 혼합 환경의 복잡한 부품에 대한 표준 관행입니다.
Q: 로봇 용접이 인간 용접기를 완전히 대체합니까?
로봇 용접 인간의 용접 전문 지식이 필요하지 않습니다. 로봇을 프로그래밍하고, 용접 절차를 검증하고, 초도품 검사를 수행하고, 예외 부품을 처리하고, 장비를 유지 관리하려면 숙련된 용접공이 필요합니다. 이전에는 3~5명의 수동 용접공이 필요했던 작업을 단일 로봇 기술자 또는 용접 엔지니어가 감독합니다. 미국, 유럽, 일본의 숙련된 용접공 부족은 실제로 이러한 현상을 가속화하는 주요 요인 중 하나입니다. 로봇 용접 경험이 풍부한 용접공 인구가 새로운 참가자가 그들을 대체하는 것보다 더 빨리 은퇴하기 때문에 채택됩니다.
Q: 용접 로봇과 용접 코봇의 차이점은 무엇입니까?
전통적인 산업 용접 로봇 안전 울타리가 있는 셀 내부에서 고속으로 작동하며 작동 중에 사람이 작업 범위에 들어가면 심각한 부상을 초래할 수 있습니다. 협동 용접 로봇(cobot)은 힘 토크 감지 및 전력 제한 관절을 사용하여 하드 가드 없이 사람 옆에서 안전하게 작동합니다. 코봇은 속도를 일부 희생하지만 설치 비용과 설치 공간을 크게 줄입니다. 코봇은 현재 대략적으로 전체 용접 로봇 설치의 5~10% 하지만 이 부문은 매년 20% 이상 성장하고 있습니다.
질문: 로봇 용접으로 알루미늄과 스테인리스강을 처리할 수 있습니까, 아니면 연강만 처리할 수 있습니까?
로봇 용접 알루미늄, 스테인리스강, 티타늄, 듀플렉스 스테인리스, 니켈 합금은 물론 연강 및 고강도강에 광범위하게 사용됩니다. 각 재료에는 특정 프로세스 매개변수 세트와 보호 가스 구성이 필요하지만 로봇 하드웨어는 재료에 구애받지 않습니다. 알루미늄의 높은 열 전도성과 다공성 경향을 관리하는 데 필요한 일관된 토치 각도와 이동 속도는 용접공이 긴 접합부나 높은 부품 부피를 유지하기 어렵기 때문에 특히 알루미늄은 로봇식 MIG 용접의 이점을 얻습니다.
로봇 용접이 금속 제조의 미래인 이유
로봇 용접 대형 자동차 조립업체만이 접근할 수 있는 기술에서 중형 제조업체와 점점 더 작은 규모의 상점에도 경제적으로 실행 가능한 기술로 전환되었습니다. 산업용 로봇 팔 가격은 약 하락했습니다. 지난 20년 동안 실질 가치로 50% , 숙련된 인건비가 계속 상승하고 용접공 부족 현상이 심화되고 있습니다. 문서화된 용접 품질에 대한 고객 요구가 증가함에 따라 자동화에 대한 필요성이 매년 더욱 커지고 있습니다.
미래를 내다보면 차세대 로봇 용접 technology 세 가지 융합 개발에 의해 형성되고 있습니다. 이전에는 인간의 판단이 필요했던 열악한 핏업을 처리하는 적응형 AI 기반 솔기 추적; 물리적 부품이 만들어지기 전에 전체 용접 프로그램을 검증하는 디지털 트윈 시뮬레이션; 선박, 압력 용기, 풍력 타워 섹션과 같은 대형 고정 구조물에 용접 자동화를 제공하는 모바일 로봇 플랫폼입니다.
여부를 평가하는 제조업체의 경우 로봇 용접 작업에 적합하다면 실질적인 출발점은 부품당 용접 접합 수, 연간 수량, 현재 재작업 비율, 수동 용접 인건비 등 생산 데이터입니다. 이 4가지 숫자를 사용하면 신뢰할 수 있는 ROI 모델을 몇 시간 안에 구축할 수 있으며 오늘날 대부분의 중간 규모 제조 환경에서 이 숫자는 결정적으로 자동화를 선호합니다.
