PI, ADMAS 프로젝트에 항공기 제조를 위한 헥사포드 개발
지난 6월, 국제 항공 우주 전시회인 ILA Berlin 2024에서 Physik Instrumente(PI)는 LuFo VI-1: ADMAS (Advanced Machining and Sealing) 연구 프로젝트 파트너로 소개되었다. Airbus가 주도 하는 이 프로젝트에 PI는 30년 이상의 헥사포드 개발 전문 지식을 기여했다. 이 프로젝트는 독일 연방 경제 및 기후 보호부의 공공 자금 지원을 받아 진행되었으며, DLR 항공 연구 프로젝트 관리 기관의 감독하에 2024년 4월 말에 성공적으로 완료되었다.
공동 프로젝트의 일환으로, PI는 항공기 제조에서 동적인 보상 기구를 위한 고성능 헥사포드 H-900K101을 개발했다. 목표는 RTM(수지 이송 성형) 제조 공정에서 CFK(탄소 섬유 강화 플라스틱) 부품의 가공 및 밀봉 정밀도를 향상시키고, 제조 시간과 공정 비용을 줄이는 것이다. CFK는 가벼운 무게와 높은 강성을 가지고 있어, 항공기 에서 에너지 효율성과 CO2 절감에 중요한 역할을 한다.
▲ ADMAS system at IFAM in Stade: PI(Physik Instrumente)의 헥사포드가 장착된 MABI Robotic의 관절 로봇이 CFK 부품을 가공한다. (Photo: Fraunhofer IFAM)
가공력의 동적 보상
동적 보상의 핵심은 CFK로 제작된 Wing of Tomorrow의 단일 통로 항공기 날개 외부를 밀링과 디버링으로 형태를 가공한 후 밀봉 및 드릴링을 수행하는 것이다. 이를 위해 PI 헥사포드는 관절 로봇과 결합하여 가공 및 밀봉 도구를 정밀하게 포지셔닝하는 데 활용 된다. PI의 H-900K101 헥사포드는 XY 평면에서 최대 40kg의 가반하중과 최대 1.2G의 가속도를 갖춘 동적인 시스템이다. 이 시스 템은 밀링 과정 중 가공력의 영향을 받는 고주파 경로 편차를 동적 으로 보상할 수 있다. 헥사포드 시스템은 특정한 애플리케이션 환경을 고려하여 설계되었으며, 항공 우주 산업의 엄격한 공차 요구를 충족하면서도 신속한 제조 공정에 적합하게 최적화되었다.
도구의 정밀 포지셔닝
헥사포드 시스템은 EtherCAT 인터페이스 사용 시 낮은 지연 시간, 컨트롤러와 드라이버 전자 장치 간의 광섬유 데이터 전송, IP54 등급의 컴포넌트를 제공한다. 광섬유 데이터 전송을 통해 최대 100m 거리에서 드라이버 전자 장치를 제어하면서 다양한 인터페이스를 손상시키지 않고 헥사포드 컨트롤러를 프로세싱 셀 외부의 제어 캐비닛에 효율적으로 배치할 수 있다. 또한, PI 컨트 롤러와 드라이버 아키텍처에 EtherCAT 기능을 통합하여 에지 감지 센서 시스템과 관절 로봇 및 헥사포드 간의 경로 오차 보상을 위한 복잡한 제어 루프에 최소한의 지연 시간을 제공한다. 헥사포 드의 위치 요청과 위치 응답 간의 EtherCAT 제어 루프 응답 시간은 1.5ms이다. ADMAS LuFo 프로젝트는 최근 가속도 센서를 사용하여 각 헥사포드 스트럿의 마모를 감지하는 방법을 연구했다. 스트럿 내 진동의 주파수 스펙트럼을 분석함으로써 드라이브 구성 요소의 고유 주파수를 파악하고 시스템의 변화를 감지할 수 있다.
▲ 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 구성된다. 컨트롤러와 드라이버는 광섬유 데이터 전송을 통해 통신한다. 헥사포드와 드라이버는 CFK 먼지, 냉각수 및 윤활제로부터 보호하기 위해 IP54 등급으로 밀폐되어 있다.
모듈 시스템
헥사포드는 협소한 공간에서 6자유도를 제공한다. 산업 애플리케이션을 위해 절대 위치 센서, 소프트웨어, 모션 컨트롤러의 조합을 통해 복잡한 모션 프로파일을 제어할 수 있다. 모든 구동 기술은 맞춤형으로 제공된다.
PI의 정밀 헥사포드는 1kg에서 250kg까지의 하중과 ±0.06µm 의 반복성을 갖춘 스탠다드 구성을 제공한다. 맞춤형 정밀 헥사 포드는 2t을 초과하는 하중도 지원한다. 이동 범위는 몇 밀리미 터에서 수백 밀리미터까지 가능하며, 나노미터 단위의 정밀도 및 0.1mm/s에서 500mm/s의 속도를 제공한다. PI 헥사포드는 전세계적으로 실리콘 포토닉스, 자동화, 의료 기술, 천문학, 연구 분야에서 사용되고 있다. 요구 사항에 따라 IP54, 실험실, 클린룸, 고진공, 초고진공 등의 환경에 맞게 지정할 수 있다.
자료제공: 피아이코리아(www.pikorea.co.kr)
※ 참고문헌: PI, Airbus 주도 ADMAS 프로젝트(네이버블로그)
