[인터뷰] 고정밀 IT 장비 로봇의 핵심은 모션컨트롤 기술

김효규 수석, 삼성전자 메카트로닉스센터

Q. IT 장비 분야의 산업 동향은  어떻습니까?

한마디로 정밀화, 고속화 그리고 개방화를 들 수 있습니다.

LCD, PDP등 디스플레이를 포함한 반도체 계열 산업에서는 PCB 정밀 실장 정밀도 등에서 고집적도가 진행중이고, 부품도 소형화로 가고 있습니다. 반도체 회로선폭에서도 마이크로에서 나노 단위인 서브 미크론으로 가고 있는 중입니다.

그러면서도 LCD 등과 같이 생산제품에서의 대형화 추세도 제조장비의 정밀화 속에서 가능해지고 있습니다. 정밀도의 향상은 고속화를 수반할 때에 의미가 있죠. 개방화의 측면에서는 필드버스 등의 네트워크를 지원하는 게 현재의 추세입니다.

향후 더 필요한 부분이 있다면 지능화를 들 수 있겠죠. 모션에서의 지능화란 센서 기반 컨트롤을 의미합니다. 이러한 지능화된 센서 기반의 퓨전 컨트롤이 컨트롤러 분야로 들어와야 하는 것입니다. 컨트롤러쪽으로 들어오지 않고 따로 있으면 단순한 센싱이 되지만 컨트롤러로 들어오면 컨트롤러가 움직이는데 센서가 리얼타임으로 사용되는 것이죠. 이러한 센서 기반의 컨트롤이 바로 모션에서의 지능화라고 할 수 있는 것입니다.

Q. 모션컨트롤 기술의 흐름속에서 IT 제조용 로봇의 동향은?

모션컨트롤의 기술적인 변화들이 IT의 이슈와 함께 흐르고 있다고 할 수 있습니다. 특히 저희 삼성전자의 경우에는 LCD, 반도체, 휴대폰 생산라인을 중심으로 성장하고 있습니다. LCD의 경우에는 제품의 대형화에 따라 로봇도 대형화되어야 하고, 장비에 있어서는 고속화와 정밀화가 이뤄져야 하죠. 이것이 하나의 트렌드라고 할 수 있습니다. 또한 IT 분야는 제품 특성상 크린을 많이 요구합니다. 크린화로 가야 한다는 것이죠.

저희는 주로 300mm 웨이퍼나 7세대 LCD라인, 휴대폰 및 컴퓨터 라인의 공정자동화에 로봇을 투입하고 있습니다. 이들 분야가 바로 우리나라 산업을 주도하고 있는 분야라고 할 수 있습니다.

물론 조선과 철강 산업도 있죠. 조선 및 철강 분야를 보면 주로 개방화를 추구합니다. 조선이나 철강은 대형물이기에 컨트롤 하는데 있어서 컨트롤 할 수 있는 사이트나 센서들이 멀리 떨어져 있을 수밖에 없습니다. 그래서 네트워크에 의존하고 개방화에 관심이 많은 것이죠.

자동차 로봇의 경우에는 좀 다르겠지만 IT분야 로봇은 개방화 뿐만 아니라 정밀화 고속화가 동시에 요구되고 있는 분야입니다.

Q. IT 제조용 로봇에서 모션컨트롤 기술이 차지하는 의미는 무엇입니까?

생산성 향상을 위한 공정 시간을 단축하는 게 모션컨트롤 기술이 가지는 의미중에서 가장 크다고 봅니다. 지금은 얼마나 많은 제품을 빠른 시간 내에 생산하느냐 하는 생산성이 경쟁력이고 돈이니까요.

특히 기구나 시스템을 설계하다 보면 우리가 설계하는 기구나 시스템에 맞는 컨트롤러를 잡아줘야 하는데 범용 컨트롤러 가지고는 어려움이 따르게 됩니다. 단순 컨트롤에서는 문제가 안되겠지만 IT 로봇과 같은 경우에는 진동도 잡아줘야 하고 나름대로 기구에 맞는 특수한 모션들이 있어야 합니다. 여기에 범용 컨트롤러를 사용한다는 것은 바람직하지 못한 선택입니다.

모션이 들어가는 컨트롤 컨셉을 위해서는 진동을 억제하는 알고리즘, 반응시간을 빠르게 해서 센서 데이터가 들어오자마자 바로 동작을 하는 알고리즘 그리고 기구학적인 보상 및 동력학적인 보상도 필요합니다.

그 다음에 모션 자체의 인터페이스가 원활하게 진행됨으로서 앞서 제시한 고속 고정밀, 개방화로 나가는 것입니다. 모션 컨트롤러가 개방적이 됨으로서 임의의 센서나 상위의 시스템과 원활한 연결이 되고 그것이 바로 최적의 모션 컨트롤이라 할 수 있는 것입니다.

Q. 모션컨트롤에 있어서 네트워크 개방화에 대한 연구개발은 어떻게 진행되고 있습니까?

네트워크들이 어디에 응용되느냐에 따라서 많은 부분이 달라진다고 봅니다. 저희는 모션 네트워크 분야에 SERCOS를 채택하고 있는데 이를 채택한 이유는 리얼타임 기능 때문입니다.

디바이스넷 등의 필드버스들은 실제로 리얼타임성을 보장하지 못합니다. 따라서 디바이스넷 같은 경우에는 일반적으로 I/O나 부가 축을 연결하는데 사용하고, IT 설비의 경우에는 동기 제어축을 위한 필드버스의 한 종류로서 SERCOS를 채택하고 있는 것이죠.

씨멘스의 경우에는 여기에 프로피버스를 쓰고 있는데요. 전 세계적으로 필드버스는 표준이 통일되지 않고 있기 때문에, 기계사용 컨트롤에서 가장 보편적이고 참여기업이 많은 프로토콜을 추구하게 되는 것입니다.

앞으로는 SERCOS 등의 필드버스도 이더넷 기반으로 통일이 될 것이라는 생각입니다. 필드버스를 컨트롤러에 사용할 경우 상당한 배선절감을 가져올 수 있습니다. 특히 LCD 장비 1개에만도 16개 이상의 서보가 들어가는데 서보간을 링타입으로 연결한다는 게 배선절감의 차원에서 상당히 매력적이라고 볼 수 있습니다.

모션의 진정한 의미는 내부장비의 부가가치를 주는데 있습니다. LCD, 반도체, 휴대폰 등의 제품을 잘 만들고 부가가치를 낼 수 있도록 하는 생산장비를 만드는 혁신기술이 모션컨트롤 기술인 것이죠.

Q. 국내 모션컨트롤 관련 기술력은 어느 정도라고 보십니까?

반도체 및 LCD 라인 로봇 응용에서의 모션 분야에서는 선진국과 동등한 기술을 가지고 있다고 봅니다. 왜냐하면 현재 국내 LCD 라인이 세계 최대이고 세계 최초이지 않습니까. 거기 들어가는 생산장비도 일본업체가 되었든, 국내업체가 되었든, 저희 삼성이 되었든간에 서로 경쟁해서 장비를 납품하고 있습니다. 같은 수준의 기술이 확보되어 있어야지 경쟁이 될 수 있다고 보며, 실제로도 충분한 경쟁을 하고 있다고 봅니다.

반면에 일반적인 모션 기술을 기준으로 비교한다면 차이가 많이 있겠죠. 화낙이나 PMAC 등과 같은 모션 전용 컨트롤러 기술과 비교한다는 것은 어렵다고 봅니다. 큰 의미가 없는 것이죠. 그러나 이러한 범용의 모션 기기들을 쉽게 LCD용 로봇에 적용하기에는 오히려 문제가 많을 수도 있다고 생각합니다.

또한 단순한 모션 컨트롤에 있어서는 기술이 일반화 되어 있기에 큰 의미가 없겠고, 초정밀 모션 분야에서는 선진국과의 기술적인 차이가 상당하다는 생각입니다. 나노 단위의 지원이 이루어져야 하고 기구적인 보정도 되어야 하기에 범용 모션기기로 일반적인 사업을 진행한다면 기술적인 갭이 있을 수밖에 없다고 봅니다.

Q. 삼성전자 IT 제조용 로봇 개발에서의 가장 큰 성과는 무엇이라고 보십니까?

가장 큰 성과라면 선진사와 견줄만한 LCD용 로봇을 만들었다는 것이죠. 전체 로봇 개발 분야에서 우리나라의 기술수준은 빠르게 발전하고 있기는 하지만, 아직은 최고 선진기술과는 다소 격차를 보이고 있는 것이 현실입니다.

그 속에서 IT용 로봇, 특히 LCD 로봇에 있어서의 기술 수준은 세계 최고 수준에 도달했다고 봅니다. 지금은 고속화와 개방화를 추구하는 컨트롤 부분을 추가로 개발중에 있으며, 이는 국내 최초의 LCD용 첨단 로봇이 될 것입니다.

또한 개방화와 관련한 네트워크 부문에서는 국내 최초로 차세대 SERCOS 기반의 네트워크 컨트롤러의 개발도 완료 단계에 있습니다. 차세대 SERCOS는 이더넷 하드웨어 기반의 완전 개방형 네트워크 프로토콜로 아직 세계적으로도 실용화 개발이 이루어지지 않은 분야이어서 더욱 의미가 있습니다.

Q. 끝으로 기술개발에서의 어려움이나 제언이 있다면 부탁드립니다.

로봇 기술, 특히 모션컨트롤 기술은 사업적인 기술이라기 보다는 산업사회 발전을 위한 핵심기술입니다. 산업장비에 들어가는 가장 핵심이 되는 것이 모션인 것입니다.

그렇기 때문에 자본의 논리에 의해서 연구개발을 진행할 분야가 아니라 정책적이고 통일된 국산화 노력이 필요한 분야입니다. 각 기업들간의 기술정보를 공유하고 관련 인력개발에 공동으로 노력해 나가는 집중과 선택이 요구됩니다. 예전의 CNC 컨트롤러 국산화 개발과 같은 오류를 다시 밟아서는 안 될 것입니다.

2004년 기사 작성