NASA, RoboDK 소프트웨어로 코봇 프로그래밍 자동화해 동체 검사 혁신

로봇으로 공정을 자동화하면 많은 이점이 있지만, 로봇에는 프로그래밍이 필요하며 이는 통상 수동 과정으로 복잡하고 충돌 같은 값비싼 문제를 야기할 수 있습니다. NASA 첨단 복합재 프로젝트는 유니버설 로봇의 협동로봇(코봇)으로 비행기 동체 검사를 자동화할 뿐만 아니라, 로봇 소프트웨어 시뮬레이션 개발사 RoboDK의 소프트웨어로 코봇 프로그래밍까지 자동화하는 프로세스를 개발 중입니다. 이 시스템은 완전 수동 검사 공정보다 더 나은, 더 일관된 결과를 제공하면서 시간과 비용을 절약할 잠재력을 가집니다.

적외선 열화상 검사 자동화로 대형 복합재 구조물 전수 검사

NASA 첨단 복합재 프로젝트는 복합재료와 구조물의 개발 및 인증 타임라인을 단축하고 방법, 도구, 프로토콜을 개선하는 작업을 합니다. 목표 중 하나는 복합 구조물 검사를 가속화하고 검사 절차가 구조물의 어떤 영역도 놓치지 않게 해 측정 결과를 개선하는 것입니다. 한 검사 방법은 적외선 열화상으로, 정밀한 빛 플래시로 열 펄스를 생성합니다. 소재가 냉각되면서 연구자들은 열이 부품을 어떻게 통과하는지 분석해 숨은 결함과 비정상 하부 구조를 손상 없이 밝혀냅니다. 그러나 적외선 검사 장비는 크고 무거우며, 부품 안팎의 전체 표면을 가로질러 이동해야 해 포괄적 검사를 보장합니다. 비행기 동체 같은 대형 복합 제품의 수동 검사는 여러 운영자가 장시간 작업해야 해 비용과 복잡성이 가중됩니다.

RoboDK API로 파이썬 등 범용 언어로 로봇 프로그래밍 자동화

이 과정을 자동화하기 위해 NASA 랭리 연구센터는 RoboDK 소프트웨어로 유니버설 로봇의 UR10 코봇 두 대의 검사 패턴 프로그래밍을 자동화하는 방법을 테스트 중입니다. 연구자들은 소프트웨어로 검사할 부품의 컴퓨터 모델, 검사 패턴, 검사 툴 움직임을 생성했습니다. 소프트웨어에는 파이썬, C#, C++, Matlab, Visual Basic 등 범용 프로그래밍 언어로 로봇을 프로그래밍할 수 있는 API(애플리케이션 프로그래밍 인터페이스)가 있습니다.

오프라인 프로그래밍과 시뮬레이션으로 충돌 방지, 다중 로봇 협업 검증

검사 공정이 캘리브레이션되고 코봇이 부품에 대해 적절히 위치하면, 코봇은 사전 프로그래밍된 경로를 따라 검사 장비를 동체 주변 정확한 위치로 이동시키고 운영자가 데이터를 회수하는 동안 장비를 제자리에 고정합니다.

소프트웨어는 알고리즘으로 커스터마이징해 검사 패턴을 표면에 투영해 시뮬레이션하고 검사 프로그램을 생성하는 등 일부 작업을 자동화할 수 있습니다. 알고리즘은 완전 또는 부분 자동화로, 운영자나 로봇 프로그래머가 수정할 수 있는 특정 파라미터에 따라 툴 경로를 생성합니다. 완전 자동화된 커스텀 알고리즘으로는 로봇을 단 몇 초 만에 프로그래밍할 수 있다고 RoboDK CEO 알버트 누비올라는 말합니다. NASA 첨단 복합재 프로젝트는 동체 표면을 따라 로봇이 따라갈 툴 경로를 생성해 창문과 구멍을 피하는 알고리즘을 사용합니다.

소프트웨어의 API로 사용자는 프로그램을 오프라인으로 생성하고 시뮬레이션한 후 로봇에 다운로드할 수 있습니다. "로봇의 오프라인 프로그래밍은 로봇 시스템을 격납고나 다른 장소로 이동하기 전 계획 작업을 해야 할 때 매우 유용합니다."라고 NASA 해석 역학 어소시에이트 조슈아 브라운은 말합니다. 시뮬레이션 기능도 도움이 되는데, 축 한계와 충돌 같은 잠재적 문제를 확인할 수 있어 다중 코봇 사용 시 특히 중요합니다. "여러 로봇을 스테이션에 가상으로 가져와 실제 금속이 날아다니기 전에 함께 작동하게 하는 게 꽤 간단했습니다."라고 브라운 씨는 말합니다. 프로그램이 생성되고 시뮬레이션되면 로봇에 다운로드해 추가 셋업 없이 검사를 시작할 수 있습니다.

단일 운영자로 검사 감독, 신뢰성과 일관성이 핵심 가치

시스템은 초기 개발 단계로, 브라운 씨는 검사 시스템 프레임워크를 갖추고 세부 사항을 다듬는 것이 목표라고 말합니다. 현재는 코봇을 동체 주변 다른 영역으로 수동 이동시키고 해당 영역 표면에 기반해 스캔을 수행하기 전 재캘리브레이션해야 합니다. 다음 개발 단계에서는 시스템 도달 범위를 약 3미터로 확장하는 리니어 스테이지에 코봇을 장착할 예정입니다. 그 리니어 스테이지는 또 다른 리니어 스테이지나 한 쌍의 리니어 스테이지에 장착해 다른 축이나 평면으로 시스템 도달 범위를 더 확장할 수도 있습니다.

이 시스템은 단일 운영자가 검사 공정을 감독할 수 있게 해 시간과 비용을 절약할 잠재력이 있습니다. 프로그래밍과 시뮬레이션으로 로봇이 항공기 주변에서 가장 실용적이고 포괄적인 경로로 이동해 효율성을 보장합니다. 시뮬레이션으로 잠재적 고비용 문제도 예방할 수 있습니다. 또한 코봇은 사람과 접촉 시 감속 모드로 전환하고 정지하는 안전 시스템이 있어 사람과 가까이 작업할 수 있어 적외선 검사 중 다른 검사나 제조 공정도 병행 가능합니다. 이 방법은 검사 결과 품질도 개선할 잠재력이 있는데, 부품 전체가 검사되도록 보장할 수 있기 때문입니다.

그러나 브라운 씨는 이 시점에서 이 시스템이 제공할 수 있는 신뢰성이 가능한 시간과 비용 절감보다 더 가치 있다고 말합니다. "로봇을 사용하면 일관성과, 인간 오류 없이 정확히 같은 방식으로 정확히 같은 지점에서 검사를 반복할 수 있습니다. 인간 운영자는 로봇처럼 움직일 수 없고 그게 우리가 이 기술에 투자하는 이유입니다."