도장로봇은 도색을 위한 로봇이지만, 단순히 페인트칠 작업만이 아닌 방수처리 분야까지 분사기로 액체를 분사하는 모든 형태의 작업을 하는 로봇이다.
이 도장로봇은 자동차산업을 중심으로 적용되다 최근에는 일반 산업기계나 전자산업으로의 요구도 높아지며 작업환경을 획기적으로 개선하고 있다. <편집자 주>
도장로봇의 필요성과 특성
·도장로봇의 필요성
도장작업은 3D 요소를 가진 대표적인 작업으로, 여러 가지 위험 및 환경의 열악함을 가지고 있다.
특히, 도장작업을 위하여 필요한 도료, 유기용제 등은 고압이 걸려 취급되고 있으므로 이를 처리하는 기기를 취급할 때 각별한 주의를 요하며, 더욱이 화재의 위험을 항상 내포하고 있다.
또, 휴대폰 도장 등에서 사용되는 이액형 도료의 경우 독성을 가지고 있기 때문에 취급 및 도장작업시 항상 방독 마스크와 의복을 착용해야 한다.
따라서 이러한 환경은 작업자에게 작업성의 저하를 가져오며, 작업자들이 가장 기피하는 작업으로 확산되어 숙련된 도장작업자들의 확보가 어려워지고 있다.
도장작업은 단시일에 숙련이 되는 단순작업이 아닌 현장경험을 쌓아 습득해야 하는 기능작업으로 도장작업자의 숙련도에 따라 도장품질이 변하는 것이 도장공정의 문제점이다.
이러한 도장작업에 도장로봇을 이용하면 사람이 직접 작업할 때보다 정밀하고 빠르게 도장작업을 수행할 수 있으며, 부가적으로 도장품질의 안정과 경제성을 추구할 수 있다.
·도장로봇의 특성
도장로봇의 일반적인 특징은 위험한 환경에서 사용되기 때문에 방폭구조가 필요하다는 것으로, 복잡한 3차원 고속으로 도장건을 이동시키기 때문에 간단한 교시법과 높은 경로정밀도, 편리한 유지보수가 필요한 것이 특징이다.
일반적으로 도장로봇에서 방폭구조는 점화원을 가진 전기기기에 대해 점화원이 되는 부분을 주위의 폭발성 분위기에서 보호기체에 의해 격리시켜 폭발성 분위기와 점화원을 차단시키는 구조를 말한다.
이를 위해 공기압 배관과 내압용기 방폭에 필요한 제어시스템 등이 필요한데, 방폭구조의 채용시 제품의 가격상승 요인으로 작용한다.
도장로봇은 사용자가 복잡한 3차원 곡선이 되는 도장건의 경로를 간단히 교시할 수 있으면서 고속, 고가속도로 움직이는 도장작업 궤도에 대해 충분한 경로정밀도를 얻을 수 있어야 한다.
또한 도장로봇은 휴대폰 연속생산라인 등에 투입되기 때문에 새로운 작업대상물이 라인에 추가되면 세팅작업과 경로생성 등 교시작업시간 확보에 어려움이 있을 수 있어 조작 및 데이터 수정이 편리해야 한다.
산업현장에서는 도장의 편의를 위해 다양한 형태의 도장장치를 사용해왔으며, 이러한 장치들에 제어공학이나 정밀기계공학, 전자공학기술 등이 결합되어 최근에는 도장용 로봇이 많은 도장작업을 수행하고 있다.
도장용 로봇으로는 관절형 로봇이 대부분인데, 이들은 상하좌우, 회전 등의 운동을 하기 때문에 여러 대의 로봇을 정렬하여 도장작업을 해야 하는 현장에서는 작업공간을 많이 차지하게 되는 문제가 존재한다.
따라서 도장에 따른 피도장체의 이송거리가 길어지고 작업의 진행속도도 지연되어 작업의 생산성이 좋지 못한 문제가 있다.
이와 같은 문제로 인하여 관절형 로봇 중에서도 점유면적에 비하여 작동영역이 크고, 섬세한 운동이 가능하여 도장작업을 수행함에 있어 작업공간의 효율성을 높일 수 있고, 미세한 부분까지 도장이 가능한 특징을 가지고 있는 다관절 로봇을 사용하기도 한다.
그러나 이러한 다관절 로봇은 관절 간 계산이 복잡하고 정밀도가 낮아 작동오차율 및 위치측정 오차율이 크게 발생한다.
만약 로봇이 잘못하여 오동작을 하게 되면 제대로 작업을 수행하지 못할 뿐 아니라 매우 위험한 상황을 초래할 수도 있다.
자동차산업의 도장로봇 어플리케이션
· 자동차 도장 공정(Paint Shop)
자동차의 도장의 목적은 첫째 녹이나 부식으로부터 소재를 보호하는 기능, 둘째 아름다운 색채로 외관을 향상하는 기능, 셋째 채색물의 기능, 의미, 소속 등 다른 것과 구별되는 식별기능을 가진다.
자동차는 세계 각지에서 다양한 기후와 환경조건에서 장기간 사용되기 때문에 대단히 높은 수준의 품질과 기술수준을 요구하고 있으며, 그 특징은 다음과 같다.
① 양산방식으로 설비장비율이 높다.
② 양산품으로서의 형상이 비교적 크고 복잡하며 도색사양도 많다.
③ 도막의 요구 성능은 방청성, 외관성, 내구성 등 대단이 엄격하다.
- 10년 이상의 사용기간의 내구성을 유지해야 한다.
- 겨울철 눈이 내리는 지역에서는 염화칼슘에 의한 외판부식방지가 요구된다.
- 자외선에 의한 도막결합의 파괴
- 인접차의 도어 개폐시 손상
- 낙석, 화물에 의한 손상 및 새똥, 산성비 등 화학물질에 의한 변색 등 다양한 사용조건에 견디는 품질을 확보해야 한다.
대부분의 자동차의 도막은 약 100μ(0.1mm)로서 전처리(1~2μ), 하도(20~25μ), 중도(20~40μ), 상도(40~50μ)로 이루어지는데 전처리와 하도는 방청을, 중도는 마무리나 외관향상을 위한 표면조정을, 상도는 마무리나 외관으로 내구성을 확보한다.
·도장 공정 순서
도장공장의 공정을 순서대로 나열해보면 전처리(Pre-Treatment), 전착(E.D; Electro Deposition)코팅, 실링(Sealing), 언더 코팅(Under Coating), 드라이 샌딩(Dry Sanding), 중도(Surface), Wet Sanding, 상도(Top Coat), 페인트 피니쉬(Paint Finish), 리페어 라인(Repair Line)의 순이 된다.
① 전처리(Pre-Treatment)
전처리 공정은 방청을 주목적으로 하기 위한 공정이다.
이곳은 차체공장에서 차체 제작시 묻은 각종 오물이나 유지분을 깨끗이 세척하고, 차체표면을 피막화성 으로 처리하여 차체의 내식성 및 전착도료인 페인트의 부착성을 향상시키기 위한 공정이다.
② 전착(E.D; Electro Deposition)
전착공정은 차체(Body)를 전착도료가 담긴 탱크에 완전히 담궈 외판은 물론 차체 내부까지 균일하게 도장하는 공정으로 방청성을 향상시켜 차체의 부식을 방지하기 위한 매우 중요한 공정이다.
이외에 먼지와 부식방지를 위하여 바디의 패널이 겹치는 부분 등에 방청, 방진, 방열을 목적으로 실러를 도포하는 실링공정, 주행시 소음과 진동을 부드럽게 하기 위하여 차체 바닥이나 도어 내부에 언더 코팅하는 공정 등이 있다.
③ 중도(Surface)
하도도막의 보호와 상도도막의 부착성 향상을 위하여 중간에 위치한 공정으로서 자동정전도장기로 도장하는 공정이다. 이공정은 강판의 방청성을 향상시키고, 표면의 하자를 말끔하게 마무리하고 평활하게 하며, 밀착력을 강화시킨다.
④ 상도(Finish/Top Coating)
도장의 최종 공정으로서 광택도, 선영성, 내구성을 향상시키며, 자동차의 차체표면에 미관 색체감을 고려하여 외관품질을 결정하는 공정
이밖에 차체공정에서 긁힘 등의 상처가 생겼을 때 이를 부분적으로 마무리 끝손질을 하는 터치 업(Touch Up) 등의 공정이 있다.
