ILA Berlin 2024: PI, 항공기 제조를 위한 동적 보상 기구 개발

ADMAS system at IFAM in Stade:: PI(Physik Instrumente)의 헥사포드가 장착된 MABI Robotic의 관절 로봇이 CFK 부품을 가공합니다. (Photo: Fraunhofer IFAM)

LuFo VI-1를 위해 개발된 Physik Instrumente (PI) 포지셔닝 시스템: ADMAS 연구 프로젝트를 위해 개발된 포지셔닝 시스템은 컨트롤러(왼쪽), 헥사포드(가운데) 및 드라이버 전자 장치(오른쪽)로 구성됩니다. 컨트롤러와 드라이버는 광섬유 데이터 전송을 통해 통신합니다. 헥사포드와 드라이버는 CFK 먼지, 냉각수 및 윤활제로부터 보호하기 위해 IP54 등급으로 밀폐되어 있습니다.

공동 프로젝트의 일환으로, PI는 항공기 제조에서 동적인 보상 기구를 위한 고성능 헥사포드 H-900K101을 개발했습니다. 목표는 RTM(수지 이송 성형) 제조 공정에서 CFK(탄소 섬유 강화 플라스틱) 부품의 가공 및 밀봉 정밀도를 향상시키고, 제조 시간과 공정 비용을 줄이는 것이었습니다. CFK는 가벼운 무게와 높은 강성을 가지고 있어, 항공기에서 에너지 효율성과 CO2 절감에 결정적인 기여를 합니다.

가공력의 동적 보상

보상 기구의 초점은 CFK로 만든 Wing of Tomorrow의 단일 통로 항공기 날개 외부를 밀링과 디버링을 통해 윤곽을 가공하고 이후 밀봉 및 드릴링을 하는 것입니다. 대략적인 포지셔닝을 위한 관절 로봇과 결합된 PI 헥사포드는 가공 및 밀봉 도구의 정밀 포지셔닝에 사용됩니다. PI의 Parallel Kinematics 기술 개발 책임자인 Dr. Christian Sander은 “새로운 H-900K101 헥사포드를 통해 최대 40kg의 하중을 XY 평면에서 최대 12,000mm/s²로 가속할 수 있는 매우 동적인 시스템을 구현했습니다. 이 시스템은 밀링 중 가공력의 영향을 받아 고주파 경로 편차를 동적으로 보상할 수 있습니다”라고 설명했습니다. 새로 개발된 헥사포드 시스템은 애플리케이션의 특정한 환경 조건을 고려하여 설계되었으며, 항공 우주 산업의 엄격한 공차 기준을 만족시키면서도 신속하게 제조해야 하는 공정에 최적화되었습니다.

도구의 정밀 포지셔닝

동적인 성능 외에도 헥사포드 시스템은 헥사포드 컨트롤러와 드라이버 전자 장치 간의 광섬유 데이터 전송, EtherCAT® 인터페이스 사용 시 매우 낮은 지연 시간, IP54 등급의 컴포넌트를 제공합니다. 광섬유 데이터 전송을 통해 최대 100m 거리에서 드라이버 전자 장치를 제어하면서 다양한 인터페이스를 손상시키지 않고 헥사포드 컨트롤러를 프로세싱 셀 외부의 제어 캐비닛에 편리하게 위치시킬 수 있습니다. EtherCAT® 인터페이스의 경우, PI 컨트롤러와 드라이버 아키텍처에 EtherCAT® 기능을 통합했습니다. 그 결과, PI 포지셔닝 시스템은 에지 감지 센서 시스템, 관절 로봇 및 헥사포드 간의 경로 오차 보상을 위한 복잡한 제어 루프에 최소한의 지연 시간만 제공합니다. 헥사포드의 위치 요청과 위치 응답 간의 EtherCAT® 제어 루프 응답 시간은 1.5ms입니다.

최근 ADMAS LuFo 프로젝트는 상태 모니터링의 맥락에서 개별 헥사포드 스트럿의 마모 감지를 위한 가속도 센서의 사용을 조사했습니다. 단일 스트럿 내 진동의 주파수 스펙트럼은 드라이브 구성 요소의 고유 주파수에 매핑되어 시스템 변화의 지표를 제공합니다.

모듈 시스템

헥사포드는 작은 공간에서 6자유도를 제공합니다. 산업 애플리케이션을 위해 절대 위치 센서, 소프트웨어, 모션 컨트롤러의 조합을 통해 복잡한 모션 프로파일을 제어할 수 있습니다. 모든 구동 기술은 맞춤형으로 제공됩니다.

PI의 정밀 헥사포드는 1kg에서 250kg까지의 하중과 ±0.06µm의 반복성을 갖춘 스탠다드 구성을 제공합니다. 맞춤형 정밀 헥사포드는 2,000kg을 초과하는 하중도 지원합니다. 이동 범위는 몇 밀리미터에서 수백 밀리미터까지 가능하며, 나노미터 단위의 정밀도 및 0.1mm/s에서 500mm/s의 속도를 제공합니다. PI 헥사포드는 전 세계적으로 실리콘 포토닉스, 자동화, 의료 기술, 천문학, 연구 분야에서 사용되고 있습니다. 요구 사항에 따라 IP54, 실험실, 클린룸, 고진공, 초고진공 등의 환경에 맞게 지정할 수 있습니다.

About Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG

독일 Karlsruhe에 본사를 둔 Physik Instrumente(PI)는 산업 자동화, 반도체 산업, 포토닉스, 현미경, 생명과학 등 고정밀 포지셔닝 기술과 피에조 애플리케이션의 시장 및 기술 선두주자입니다. PI의 약 1,500명의 전문가는 국제 고객과의 긴밀한 협력을 통해 50년 이상 지속적으로 기술적인 한계를 극복하고 표준 및 맞춤형 솔루션을 개발해 왔으며 508개의 특허를 보유하고 있습니다. PI는 유럽, 북미, 아시아에 9개의 생산 시설과 16개의 판매 및 서비스 자회사를 운영하고 있습니다.