최근, 세계적인 온난화나 다양한 환경문제가 발생하여 SDGs나 탄소 중립의 대처가 주목을 받고 있다. 기업들이 친환경의 지속 가능한 개발에 힘쓰고 있어 당사에서도 중요한 개발 요소가 되고 있다. 그런 가운데 최근 주목받고 있는 것이 분체도장이다.
유기용제를 사용한 용제도장에 비해 VOC가 배출되지 않아 사람에게도 친환경적이다. 또한, 용제도장에 비해 분체도장은 주변 환경의 영향을 받지 않아 숙련 작업자가 아니더라도 용이하게 양호한 도장품질을 얻을 수 있다. 당사에서도 듀얼 전계 방식을 채용한 도장 건의 출시를 계기로 분체도장기기・시스템의 점유율을 확대해 왔지만 향후 새로운 수요 확대를 예측해 도장기기 및 자동 도장시스템의 개발에 주력하고 있다.
2. 분체 자동 도장시스템의 개요
<그림 1>에 분체 자동 도장시스템의 기본 구조를 설명한다. 작업자는 도료 탱크에 사용할 분체도료를 공급한다. 도료 탱크 내의 분체도료는 항상 적당량의 공기와 혼합함으로써 유동 상태가 되며 탱크 부근에 설치된 반송 장치에 의해 reciprocator나 로봇 등의 자동기기에 탑재한 도장 건으로 반송된다. 반송된 분체도료는 건 끝에서 정전기를 띠고, 건 끝에서 형성되는 전계를 타고 피도물에 부착된다.
부착되지 않은 도료는 도장 부스 하부에서 덕트를 통해 회수장치로 흡인된다. 그 후 회수장치 필터에 부착된 분체도료를 압축 에어로 회수장치 하부에 떨어뜨리고, 모아진 분체도료를 반송 장치로 도료 탱크에 되돌림으로써 부착되지 않은 분체도료의 재사용이 가능해진다.
3. 3D 형상인식 도장시스템 개발
3.1 시스템 개요
분체 자동 도장시스템의 대부분은 건을 상하로 요동시키면서 컨베이어에 의해서 반송되는 피도물을 도장하는 reciprocator 도장을 채용하고 있다.
<그림 2>와 같이 일반 reciprocator 도장은 도장 부스 입구에 설치된 센서로 피도물 여부를 감지, 컨베이어 중심에서 가장 두께가 두꺼운 부분 D1에 맞추어 도장 건의 스프레이 거리를 조정하여 도장하기 때문에 요철이 큰 피도물에서는 D2의 거리가 떨어져 도착효율이 저하되어 결과적으로 많은 보정작업이 필요하다.
새로운 3D 형상인식 도장시스템에서 부스 입구에 설치된 3D 센서를 통과한 워크는 자동으로 형상 인식된다. <그림 3>의 베이스 전‧후진과 각 건의 전‧후진, 2개의 전‧후진을 탑재한 트윈 무버 reciprocator를 제어함으로써 D1·D2 모두 자동으로 워크 도장 면과 적정한 스프레이 거리를 유지할 수 있으며, 대폭적인 도착효율 향상과 보정작업을 줄일 수 있다.
3.2 효과 설명
절곡 판을 통상의 reciprocator 도장, 트윈 무버 reci-procator로 도장한 막 두께의 비교 데이터를 <그림 4>에 나타낸다. 좌측 그래프와 같이 일반 reciprocator 도장에서 스프레이 거리가 가장 가까운 곳에서 막 두께를 조정한 경우, 스프레이 거리가 멀어질수록 막 두께는 저하되어 보정작업이 필요하다. 반대로 스프레이 거리가 먼 부분에서 막 두께를 조정하면 스프레이 거리가 가까운 부분에서 과잉 막 두께로 인한 도료 사용량 증가나 후막(厚膜)으로 인한 도막 품질 불량 등을 일으킬 수 있다.
한편, 우측의 트윈 무버 reciprocator로 도장한 그래프에서는 모든 도장 면에서 가까운 막 두께를 얻을 수 있다. 이는 각 도장 면에 대해 적정한 스프레이 거리를 유지한 결과로 보정작업이 불필요해졌다.
<그림 5>와 같은 박스 형상 내면을 도장한 경우로 비교해도 모서리부나 오목부에의 침입이 좋아지고, 막 두께가 63% 향상, 보정작업을 대폭 줄일 수 있다.
4. Box Smart Teaching의 개발
4.1 시스템의 개요
분체 도장된 강철가구나 제어판 프레임의 사용자는 동형상(同形狀) 워크 중에서 세세하게 세로×가로×깊이가 다르고, 그 워크 종류는 수백 종류에 달한다. 전술한 reciprocator 도장 후 보정작업을 도장로봇으로 자동화 검토하는 사용자는 많지만, 보정 작업자를 줄이기 위해 로봇 도입을 검토해도 나중에 발생하는 방대한 로봇 티칭 수정시간과 작업자 육성이 장벽이 되고 있었다.
Box Smart Teaching은 그러한 과제에 대응하기 위해 상자 모양의 내면에 특화되어 가로×세로×깊이 사이즈를 <그림 6>과 같이 데이터 입력만으로 내면 도장용 베이스 프로그램에서 자동으로 로봇 궤적을 확대 축소하는 것이 가능하다. 또한, 자동생산 중에는 외부로부터 수치 입력을 받아 생산 기종에 맞춰 자동으로 도장 동작을 변경할 수 있어 대폭적으로 작업 시간을 단축할 수 있다.
4.2 효과 설명
종래 로봇 티칭 방법의 경우 라인 정지 시 작업자가 부스 내로 들어가 피도물 형상에 맞게 교시점 1포인트씩 수정해야 하며 수정 후 동작 확인 작업도 발생한다. 티칭에 능숙한 작업자라도 작업 개시로부터 반나절 이상, 일반적으로는 8시간~12시간 정도의 시간이 필요해 피도물 종류가 많으면 작업 시간은 방대해진다.
한편, Box Smart Teaching은 베이스 프로그램을 바탕으로 하는 피도물 크기를 변경하는 것만으로 수정이 완료된다. 수정 후의 확인도 오프라인 소프트에서 확인할 수 있으므로 종래의 방법과 시간을 비교했을 때 <그림 7>과 같이 90% 이상의 수정시간을 단축할 수 있다. 또한, 3D 형상인식 도장시스템과 조합하면 상자형상 내외 면의 대부분을 자동 도장할 수 있으므로 성인화(省人化)나 보정 작업자의 부담 경감으로 이어진다.
5. 분체 자동 도장시스템의 향후
지금까지 분체도장의 장점이나 분체 자동 도장시스템을 소개했는데 분체도장에는 과제도 있다. ① 회수 재사용을 위해서 큰 설비가 필요 ② 회수 도료 모두 재사용할 수 없다 ③ 색상 교체 작업 시간이 길어 실제 가동이 감소하고 작업 부담도 크다 ④ 도료의 열처리 건조온도가 높아 매우 큰 에너지를 사용하는 등의 과제에 대해 관련 회사도 새로운 개발을 하고 있다.
도장 라인 전체의 가동시간 단축이나 효율화를 실시하는 것이 환경부하 저감이나 노동환경 개선으로 이어진다. 당사에서도 도장기기‧도장시스템의 도착효율‧가동률을 최대한으로 높여 공정 단축, 성인화(省人化)‧작업 부담 경감으로 이어지는 개발을 추진한다.
가토 게이타(加藤啓太：Kato Keita)
ASAHI SUNAC 주식회사 도장기계사업부 개발부 도장기술본부 시스템개발과
2003년 ASAHI SUNAC 주식회사 입사, 제조부문, 자동도장시스템의 설치・납입(納入)업무를 거쳐 개발부문에 이동, 현재 자동 도장시스템 개발에 종사.
