국내 자동차 업계에 새로운 접합 솔루션에 대한 관심이 높아지고 있다. 차량 경량화를 위해 강판 대신 알루미늄, 복합재료 등 새로운 차체 소재가 적용됨에 따라 기존의 용접으로는 접합에 대응하기 힘든 상황이기 때문이다. 이러한 움직임은 향후 전기자동차 등 차세대 자동차 시장의 개화와 함께 더욱 가속화될 것으로 보인다. 이에 최근 새로운 차체 접합 솔루션으로 거론되고 있는 아트라스콥코 핸롭의 SPR을 소개한다.
(좌측부터)아트라스콥코 코리아 이창원 부장, 윤형철 이사, 범승규 사원
국내 전시회 최초 참가
지난 ‘2017 대구국제로봇산업전’에서 아트라스콥코 산업용 공구사업부문 브랜드인 헨롭(Henrob, 이하 아트라스콥코 헨롭)의 이종 소재 접합 솔루션이 국내 박람회에 최초로 전시됐다.
최근 글로벌 자동차 메이커들이 주행성능 향상 및 에너지 절감을 위한 키워드로 차량경량화를 꼽으면서 이종 소재간의 접합을 위한 기술이 중요해지고 있다. 아트라스콥코 헨롭과 한국야스카와전기의 협업을 통해 선보여진 이 시스템은 최근 새로운 체결 솔루션으로의 패러다임 전환을 준비하고 있는 국내 자동차 업계에서 활발하게 연구되고 있는 기술이다.
아트라스콥코 코리아는 이날 전시회를 통해 핸롭이 자랑하는 매거진 타입의 SPR(Self Pierce Riveting) 기술을 소개했다.
2017 대구국제로봇산업전에서 공개된 아트라스콥코 코리아 핸롭과 한국야스카와전기의 콜라보레이션
알루미늄·복합재료 접합의 대안
SPR 접합은 상판에 리벳을 관통시켜 끼운 다음 하판에 구멍을 뚫지 않은 채로 리벳을 하판 내에 고정함으로써 두 개 이상의 재료판을 체결하는 데 사용되는 냉간 접합 공정이다. 스폿용접보다 강도가 우수하고, 또한 변위대비 강도 유지성도 좋다. 영국의 글로벌 자동차 메이커 J社에 실제로 적용된 SPR은 차세대 자동차 체결 시스템으로 각광받고 있다.
아트라스콥코 코리아 핸롭의 윤형철 이사는 “현재 국내 자동차 업계에서는 아직까지 생소한 공정이지만, 차량경량화를 위해 알루미늄 등 이종소재 적용이 더욱 확대될 것으로 예상되어 향후에는 SPR의 적용 빈도가 증가할 것으로 예상된다”고 전망했다.
SPR 접합 과정(사진. 아트라스콥코 핸롭 홈페이지)
로봇과 높은 시너지 기대
아트라스콥코 핸롭과 야스카와의 인연은 일본에서부터 시작됐다. 아트라스콥코 핸롭 일본 지사에서 이미 야스카와 로봇을 이용한 SPR 자동화 시스템을 사용하고 있고, 아트라스콥코 코리아 쇼룸에도 동일한 시스템이 마련되어 있다. 윤 이사는 “당사의 SPR 시스템은 로봇과의 시너지가 타 SPR 솔루션보다 우수하다”며 “로봇 구매와 관련해 한국야스카와전기와 논의하던 중 한국야스카와전기로부터 2017 대구국제로봇산업전 참가에 대한 제안을 받았고, 중부이남 지역에 SPR 솔루션을 소개할 수 있는 좋은 기회라고 생각해 함께 참가하게 됐다”고 이번 전시회에 참여한 계기를 밝혔다. 한국야스카와전기 전시 부스에 새로운 콘텐츠를 제공하고, 아트라스콥코 코리아 핸롭은 새로운 고객들에게 솔루션을 노출함으로써 윈-윈할 수 있다는 것이 그의 설명이다.
실제로 2017 대구국제로봇산업전에 참가한 한국야스카와전기의 부스에는 아트라스콥코 코리아 핸롭의 SPR 시스템을 참관하기 위한 고객들이 다수 몰리기도 했다.
아트라스콥코 코리아 쇼룸에 전시된 핸롭의 로봇 SPR 시스템
용이한 툴 체인징
핸롭은 SPR 부문의 선두주자로, 알루미늄을 비롯해 신뢰성 있게 용접할 수 없는 혼합 재료들을 접합하는데 적절한 기계식 체결 공정을 제안해왔다. 지난 2014년 글로벌 엔지니어링 그룹 아트라스콥코에 인수되어 아트라스콥코 산업용 공구부문 내 도포 솔루션을 담당하는 SCA와 함께 아트라스콥코 자동차 접합 분야 토털 솔루션의 한 축을 담당하고 있다.
이 회사의 SPR 시스템이 다른 SPR 전문 기업과 차별화되는 특징적인 강점은 매거진 타입의 피딩 시스템을 제안한다는 점이다. 이 매거진 SPR 로봇 시스템은 리벳을 충진하는 튜브가 필요 없어 로봇 모션의 간섭을 최소화한다. 매거진 내 리벳은 로봇 툴 체인징 시 핸롭의 공구 행거에서 재충진된다.
체결 결과 모니터링 기능(사진. 아트라스콥코 핸롭 유투브 동영상 갈무리)
매거진은 툴 양쪽에 장착할 수 있으며, 하나의 매거진으로 두 종류의 리벳을 사용할 수 있다. 또한 로봇 ATC처럼 공구 행거를 통해 다양한 매거진을 교체 사용함으로써 사용 가능한 리벳의 종류를 대폭 확장시킬 수도 있다. 아울러 용접을 응용한 REW(Rivet Element Welding) 등에도 유리하다.
윤 이사는 “튜브로 리벳을 충진하는 방식의 경우 로봇의 툴 체인징 또는 움직임에 따라 튜브의 꼬임, 단선 등이 발생될 수 있다. 그러나 툴에 매거진이 장착되어 리벳을 피딩하는 당사의 시스템은 별도로 리벳을 충진하는 튜브가 필요 없어 자유로운 툴 체인징이 가능하다.”며 “기존에 구축된 로봇 용접 자동화 라인에 SPR을 접목해 시스템을 구축하거나, 또는 풀 알루미늄 차체와 같이 다양한 리벳 사이즈 및 경도를 요구하는 공정에서 한 대의 로봇으로 공정을 커버하는데 특히 강점을 보인다”고 설명했다.
유압·서보 자동화 지원
자동화 시스템을 구축할 경우, 유압과 서보/전동의 두 가지 자동화를 모두 실현할 수 있다.
동사는 검증된 수동 시스템을 기반으로 자동화용 첨단 유압 패키지를 사용하고 있으며, 이 패키지에는 산업용 통신과 HMI 스크린을 탑재하기 위한 대형 컨트롤 캐비닛이 포함되어 있다.
핸롭의 SPR 시스템과 로봇의 통합(사진. 아트라스콥코 핸롭 유투브 동영상 갈무리)
아울러 로봇을 이용한 자동화 수요에 대응하기 위해 동사는 기술적으로 진보된 전동 리벳 세터를 출시, 디지털 서보 기술을 통한 수준 높은 자동화를 실현했다. 이 전동 리벳 세터는 보다 많은 모터 출력을 요구하는 토크 기반 액추에이터 시스템과 비교해 작고, 경량화되어 있으며, 발열 감소 설계를 통해 100% 듀티 사이클로 작동할 수 있다.
외부 스트로크는 최대 200㎜이며, 모든 종류의 리벳 및 재료 조합에 있어 고품질 ‘자동차 표준 접합’이 이뤄지도록 하는 독특한 클램핑 노즈를 사용한다.
이와 더불어 모듈 타입으로 설계된 전동 리벳 세터는 유압 리벳 세터와 완벽하게 상호 교환이 가능하고, 이 두 리벳 세터는 모두 C 프레임 및 피드 시스템과 호환되며, 프로토 타임 제작 단계에서 생산 단계에 이르는 모든 구간에서 쉽게 업그레이드가 가능해 경제적 이점을 기대할 수 있다.
자동차 접합의 新패러다임
해외 완성차 업계에서는 이미 레퍼런스를 확보하고 있지만, 아직까지 국내에서 아트라스콥코 핸롭의 인지도는 높지 않다.
윤 이사는 “국내의 경우 일부 차종에 적용되기는 했지만 접합 강도가 중시되는 공정이 아니었다”며 “반면 몇 년 후 본격적으로 생산에 돌입하게 될 전기자동차나 알루미늄 자동차 등은 접합 강도가 중요한 요소로 작용하며, 이 시기가 본격적으로 SPR 메이커들이 경쟁하는 기점이 될 것으로 예상된다”고 전했다.
또한 그는 “아트라스콥코 산업용 공구 사업부문은 접합·체결 분야와 관련된 토털 솔루션을 제공하는 기업이 될 것”이라며 “이에 따라 당사 역시 다양한 시스템 파트너를 발굴함으로써 국내 접합 시장에 보다 많은 시스템을 공급하도록 노력할 것”이라고 밝혔다.
