로봇의 효과적인 자동화 어셈블리를 달성한 Gocator 센서
LMI Technologies
오늘날의 산업용 로봇에는 프로그래밍된 모션 플랜이 필요하다. 부품이 정확한 위치에 배치돼 있어야만 머신 비전을 통해 로봇이 작업 공간에서 제 역할을 할 수 있다. 그러나 많은 어셈블리 응용 분야에서, 부품 공차 누적으로 인한 변형이 유발되어 로봇과의 효과적인 자동화 어셈블리를 달성하기 어렵다.
아크 용접 로봇에 3D 비전 추가
자동 아크 용접 어플리케이션에서 로봇은 용접 경로를 따르도록 정밀하게 프로그래밍 된다. 토치 위치 및 토치 각도는 공작물 셋업으로 인한 좁은 기계적 공차에 따라 지정된다. 고품질 용접을 달성하려면 공작물과 고정 지그의 기계적 편차를 방지해야 하며 모든 이음매 위치는 100% 정확해야 한다. 이 방식의 주요 난제는 고품질 용접 생성을 유지하기 위해 엄격한 공차를 충족시켜야 한다는 것이다.
스마트 3D 솔루션
LMI의 Gocator는 비접촉식 레이저 라인 프로파일링 기술을 이용한 콤팩트한 디자인으로 좁은 작업 영역에 적용된다. 센서의 가시 레이저광으로 초기 시스템 설정에 따라 로봇을 정확하게 위치시킬 수 있다. 센서 헤드는 유연성을 극대화하기 위해 이더넷을 통한 로봇 컨트롤러와 쉽게 통합되어 로봇에 비전 안내를 제공할 수 있다. 이는 부품 고정 문제를 단순화하고 용접 위치를 개선하여 조인트 품질을 향상시킨다.
Gocator 센서에는 프로세서와 온 보드 소프트웨어가 내장되어 있어, 센서 헤드의 신호를 보정된 디지털 데이터로 변환하고 용접 이음새의 실제 위치를 결정한다. 이음매 위치를 찾으면 그 위치가 로봇 컨트롤러에 직접 전달된다. 그런 다음 로봇은 실제 위치에 맞게 이동을 수정하며 완벽한 용접을 실행한다. 이 폐루프 시스템 성능으로 용접 품질이 크게 향상되고 재 작업, 트리밍 및 스크랩 비용이 최소화된다.
이 비전 가이드 로봇 시스템은 필릿, 맞대기 및 모서리/중첩 조인트와 같은 이음새를 처리할 수 있다. 로봇은 조인트 유형과 플레이트 두께와 같은 파라미터로 프로그래밍 된다. 검색 과정에서 조인트를 따라 용접 포인트를 2차원 또는 3차원으로 정의한다. 검색은 아크가 활성화되지 않은 상태에서 수행되며 실시간 높이(Z) 포지셔닝을 위한 거리 측정도 가능하다.
용접 환경
아크 용접 환경은 매우 까다롭다. 용접 작업으로 인해 용접 스플래터와 연기 그리고 먼지가 발생한다. 실제 용접 중에 센서를 보호하기 위한 센서 헤드 위의 공압 셔터는 기계적 보호 기능을 제공한다. 표준 냉각 및 공기 정화 시스템은 열악한 환경에서 최적의 기능과 신뢰성을 더욱 향상시킨다. 또한 IP67 등급의 알루미늄 하우징은 센서를 습기와 먼지 그리고 진동으로부터 보호한다.
스마트 3D: 자동차 도어 힌지 용접
8개의 이음매 경로 위치를 정확하게 파악하기 위해 8개의 레이저 가이드 시스템을 이용하여 도어 힌지를 차체에 아크 용접을 하는 로봇에 스폿 용접 프로세스를 안내한다.
Gocator 3D 센서로 구동되는 이 시스템은, 로봇이 1초 미만의 검색 시간 내에 도어 힌지를 올바르게 배치하도록 안내한다. 로봇은 3D 위치 데이터를 사용하여 ±0.1mm의 검색 정확도로 정확한 위치에 용접 팁을 배치한다.
결론
아크 용접과 같은 조립 작업을 자동화하려면 하나 이상의 정확한 위치를 결정할 수 있어야 한다. 이 정보를 로봇 제어기에 전달함으로써 로봇이 경로를 수정하며 품질을 완성하기 때문이다. 이러한 로봇 조립 응용 분야에서, 스마트 센서는 내장 툴 및 통신 프로토콜을 사용하여 비전 안내를 함으로써 솔루션을 제공한다.
사례 연구: 항공기 섹션 조립에서의 리벳 홀 검사 자동화
어플리케이션
항공기 생산은 대형 제품과 복잡한 결합 프로세스 그리고 조립 작업에 대한 알맞은 구성과 같은 다양한 기술적인 난제들을 내포하고 있다. 엄격한 공차를 시행하고 작은 배치 크기를 관리한다.
과제
항공기 후미 섹션의 조립에서 압력 격벽은 섹션 배럴에 장착된다. 두 명의 작업자가 불편한 위치에서 정확한 조립 품질 표준을 유지하면서 공동 작업해야 한다.
해결책
ZeMA는 항공기 섹션 조립을 최적화하기 위해 반자동 접근법을 고안했다. 이는 인간-로봇-협업을 직관적 인간-기계-상호작용 운영 패러다임과 함께 사용하여 솔리드 리벳을 위한 혁신적인 리벳팅 프로세스를 통해 달성되었다. ZeMA의 솔루션은 작업을 보다 효율적으로 완료하기 위해 인간과 로봇 간의 협업을 활용한다.
첫째, 해결책은 섹션 배럴 안에 로봇을 배치하는 것이다. 그런 다음 로봇의 작업 공간을 리프팅 장치 위에 장착함으로 확장하여 앤빌(anvil)을 벌크 헤드 앞에 배치할 수 있다. 동시에, 사람은 솔리드 리벳을 삽입하고 섹션 배럴 외부에서 리벳팅 해머를 작동시키는, 보다 복잡한 작업을 수행한다.
이 어플리케이션에 사용되는 로봇 시스템을 만들기 위해, Gocator 3D 레이저 라인 프로파일 센서를 로봇 플랜지에 장착하고 보정한다(hand eye calibration). 이를 통해 센서는 모든 측정 포인트의 3D 좌표를 제공할 수 있게 된다. 온보드 데이터 처리 및 내장 측정 도구를 사용하여 센서는 항공기의 프레임 또는 쉘의 구멍을 감지하여 리벳팅 프로세스를 최대의 정확성과 효율성으로 완료할 수 있다.
리벳팅 프로세스는 인간과 로봇의 작업으로 나뉘어진다. 인간은 지정된 구멍을 감지하여 리벳을 삽입하고 리벳팅 해머를 위치시킨 후 해머를 활성화하여 협업 프로세스를 시작한다. 이와 병행하여 구멍의 위치를 확인한 후, 로봇은 프로세스 실행 중에 앤빌을 위치시키고 리벳팅을 수행한다.
ZeMA의 연구원인 Tobias Masiak은 “LMI 센서는 로봇 어플리케이션에 매우 빠르고 유연하게 통합 될 수 있고 온보드 데이터 처리가 가능하다. 빠른 아이디어 구현과 및 타당성 조사에 큰 이점이 있기 때문에 LMI 센서를 선택했다. LMI는 온보드 데이터 처리 외에도 센서 원시 데이터에 대한 액세스가 가능하다."고 말했다.
결과
Gocator 레이저 삼각 측량 센서의 도입으로 리벳과 앤빌 사이의 거리는 더 이상 사람의 판단에 달려 있지 않다. 센서의 측정 정밀도, 로봇 위치 및 공구의 보정(예: 앤빌, 추가 생산 장비)에 따라 다르다. 이 복잡한 프로세스를 자동화 결과 어셈블리 오류와 편차가 크게 줄어들었다.
향후 연구개발된 프로세스 툴과 통합 로봇 시스템의 장기 스트레스 테스트와 솔루션의 개선이 진행 중이다.
또한 테스트 시리즈에는 Gocator의 데이터 융합, 카메라 및 힘 토크 데이터를 사용한 품질 검사와 작업자 경험에서 수집한 정보가 포함된다. 인공 지능 알고리즘과의 데이터 결합은 향후 소개될 것이다.
자료 제공: LMI Technologies(www.LMITechnologies.com)
