항공우주 정밀 드라이브, 혁신적인 예술 창작을 이끌다

항공우주 산업이 항공기 한 대당 수천 개의 구멍을 뚫어야 한다는 것은 잘 알려진 사실입니다. 하지만 최근 몇 년간 산업용 로봇을 이용한 드릴링이 제조 비용을 절감하고 생산성, 신뢰성, 정확성을 높이는 데 기여했습니다. 핵심은 로봇을 사용해 이 수준의 자동화를 어떻게 달성하느냐입니다.

최근 우리는 동일한 자동 드릴링 기술을 멋진 예술 작품 창작에 적용하는 프로젝트에 참여했습니다.

이제 자동 로봇 드릴링은 예술 및 디지털 아트 프로젝트에서도 찾아볼 수 있습니다. 이는 네오셋 디자인(Neoset Designs)의 제작 스튜디오가 예술가 로버트 롱고(Robert Longo)를 위해 만든 작품의 경우입니다.

이 글에서는 높은 수준의 자동 로봇 드릴링을 달성하기 위해 사용된 몇 가지 단계를 공개합니다.

독특한 예술 작품

예술가 로버트 롱고가 디자인한 데스 스타 2018(Death Star 2018)이라는 구조물을 만들기 위해 맞춤형 자동 드릴링 시스템이 구축되었습니다.

이 작품은 4만 개의 광택 처리된 구리 탄피로 이루어진 떠 있는 지구본으로, 지난 25년간 미국에서 발생한 총기 난사 사망자 수의 증가를 나타냅니다. 총기 폭력 감소 노력을 지원하기 위해 '데스 스타 II' 판매 수익의 20%는 '에브리타운 포 건 세이프티(Everytown for Gun Safety)'에 기부됩니다.

기술적 과제: 정확한 로봇 드릴링

이 작품은 네오셋 디자인의 제작 스튜디오에서 제조되었습니다. 최신 로봇 드릴링 기술을 사용하여 4만 개의 구멍을 0.150mm 공차 내에서 2주도 안 되어 뚫을 수 있었습니다.

단순히 구멍을 뚫는 것은 쉽습니다. 하지만 빠르고 정확하게 구멍을 뚫는 것은 도전 과제입니다. 주요 과제는 정확한 위치에 뚫으면서 원하는 공차를 유지하고 시간을 낭비하지 않는 것입니다.

로봇은 비용 효율적인 솔루션으로 프로세스를 가속화할 수 있습니다. 그러나 로봇은 정확하지 않다는 것이 잘 알려져 있습니다.

이 시스템에는 시장에서 가장 큰 쿠카(KUKA) 타이탄 로봇, 머시닝 스핀들, 바이스(WEISS) 턴테이블이 사용되었습니다. 크레아폼(Creaform) C-트랙 측정 시스템도 원하는 정확도 수준에 도달하기 위해 사용되었습니다. 로보디케이(RoboDK) 소프트웨어는 캘리브레이션과 오프라인 프로그래밍에 사용되었습니다. 로봇을 0.150mm 미만으로 캘리브레이션할 수 있었는데, 이는 4만 개의 구멍 각각을 배치하는 데 필요한 공차였습니다.

무대 뒤의 혁신

산업용 로봇에 관해서 네오셋 디자인에게 너무 큰 과제는 없습니다. 그들은 이 독특한 예술 작품을 만들기 위해 적절한 팀과 장비를 구성했습니다.

이 1톤 무게의 탄피 구를 만들기 위해 구를 두 개의 반구로 나누어야 했습니다. 각 반구는 주강으로 만들어졌습니다. 이는 로봇 머시닝과 드릴링을 더 안정적으로 만들기 때문에 로봇 드릴링 공정에 중요합니다. 드릴링 전에 각 반구는 정확하고 완벽하게 둥근 구형 표면을 갖도록 가공되었습니다.

내부 구조와 I-빔 골격은 프롭투그룹(Proptogroup)이 설계했습니다.

전직 NASA 엔지니어가 네오셋 팀이 3D 공간에서 각 탄피(구멍)의 위치를 설명하는 포인트 목록을 만드는 것을 도왔습니다. MATLAB에서 만든 맞춤형 알고리즘을 사용하여 모든 탄피 사이의 간격이 균일하게 유지되도록 했습니다.

진동을 최소화하기 위해 특수 제작된 드릴링 도구도 설계되었습니다. 이 도구는 로봇 플랜지에 장착된 미니 3축 CNC처럼 작동합니다.

마지막으로 네오셋은 로보디케이 소프트웨어를 사용하여 쿠카 타이탄 로봇을 캘리브레이션하고 4만 개의 포인트(구멍 좌표)를 드릴링하기 위해 적응형 로봇 제어를 구현했습니다. 파이썬 스크립트와 로봇 드라이버로 로보디케이에서 실시간 로봇 보정이 가능했습니다. 이는 드릴링 사이클이 시작되기 전에 측정 시스템으로 정확도가 검증됨을 의미합니다. 정확도가 충분하지 않으면 C-트랙 6D 측정(위치 및 방향 보정)을 사용하여 로봇 위치가 보정됩니다. 이 보정은 각 구멍을 뚫기 전에 적용되어 0.100mm 미만의 정확도를 얻었습니다.

로보디케이, MATLAB, 파이썬 API를 사용하여 네오셋 팀과 함께 이 독특한 드릴링 시스템을 구축하는 데 직접 참여하게 된 것은 영광입니다.