항공기 제작에서의 디지털 정밀도

설계부터 생산까지의 디지털 공정 체인

이 프로젝트의 목표는 설계부터 생산까지 이어지는 연속적인 디지털 스레드를 구축하는 것입니다. 좌석 간격 및 이에 따른 수하물 보관함의 새로운 위치와 같은 객실 디자인 변경 사항은 디지털 설계 데이터에 직접 기록되며, 생산 계획으로 자동 전송됩니다. 시뮬레이션을 통해 실제 부품을 제작하기 전에 이러한 변형을 검증할 수 있습니다. 디지털 검증이 완료되면 즉시 생산을 시작할 수 있습니다.

이 디지털 공정을 가시화하기 위해 항공기 프레임 구조 모형에 드릴링 위치를 표시하는 자동화 시스템을 개발하였습니다. 이 공정에서는 여러 네트워크 시스템이 함께 작동합니다: 자율 주행 로봇(AMR)이 프레임에 접근하여 목표 구역 근처에 자리를 잡습니다. 자율 주행 로봇(AMR)에 탑재된 경량 로봇이 3D 카메라가 포함된 마킹 유닛을 데이터 획득 위치로 이동시킵니다. 이 시점에서 Ensenso 카메라가 정밀 정렬을 담당합니다. 통합 제조 실행 시스템(MES)이 모든 하위 공정을 제어합니다.

3D 카메라의 역할

사용된 Ensenso N36 카메라는 환경을 3차원 포인트 클라우드로 캡처하여 항공기 프레임의 CAD 데이터와 대조합니다. 이러한 방식으로, 목표 모델과 실제 형상 사이의 아주 작은 편차도 감지할 수 있습니다. 시스템은 이 데이터를 사용하여 정밀한 보정 값을 계산하며, 이 값들은 상위 MES로 전송됩니다. 통신은 표준화된 OPC UA 인터페이스를 통해 이루어지며, 카메라, 로봇 및 제어 시스템 간의 신뢰할 수 있고 안전한 데이터 교환을 보장합니다. MES는 획득한 데이터를 로봇을 위한 구체적인 제어 명령으로 변환하며, 이후 로봇은 드릴링 위치 마킹을 수행합니다.

자율 로봇은 약 5밀리미터의 위치 정확도를 달성합니다. 이를 통해 카메라가 충돌 위험 없이 획득 위치에 도달할 수 있습니다.

Ensenso 카메라는 디지털 설계와 실제 제조 사이의 핵심 연결 고리가 됩니다: 이 시스템은 국소적 형상(이 경우 여러 개의 리벳과 그 리벳이 체결된 표면)을 인식하고, 캡처된 포인트 클라우드를 CAD 참조 데이터와 비교합니다. 이 비교는 핸드-아이 캘리브레이션과 반복 최소화 공정 과정을 통해 가능해집니다. 그 결과로 드릴링 위치에 필요한 보정값을 정밀하게 기술하는 변환 행렬이 생성됩니다. 이 보정값을 적용함으로써 드릴링 위치를 정밀하게 설정할 수 있습니다.

작업자가 차량을 따라가며 표시된 지점에서 즉시 구멍을 뚫습니다. 이 프로세스는 각 설치 지점마다 반복되며, 그동안 로봇과 작업자는 서로 아주 가까운 거리에서도 안전하게 함께 작업할 수 있습니다.

이러한 항공기 제조 애플리케이션에서는 촬영 위치에서 드릴링 위치까지의 이동 경로를 최대한 짧게 유지하기 위해 작동 거리가 매우 짧고 컴팩트한 카메라가 필요합니다. 이는 높은 정확도를 유지하는 데 도움이 되며 로봇의 과도한 움직임을 방지합니다. Ensenso N36은 이러한 요구 사항을 충족합니다. Ensenso N 시리즈는 까다로운 환경 조건에서 사용하기 위해 특별히 개발되었습니다. 컴팩트한 디자인 덕분에 이 카메라는 고정된 위치에 설치하거나 로봇 암에 장착하는 등 공간을 절약하는 방식으로 설치할 수 있습니다. 이러한 특징 덕분에 이동 중인 물체와 정지된 물체 모두를 3D로 캡처하는 데 적합합니다. 내장형 프로젝터는 까다로운 조명 조건에서도 높은 대비의 텍스처를 보장합니다. 무작위 도트 패턴의 패턴 마스크를 사용하여 물체 표면에 추가적인 구조를 투사하며, 이를 통해 누락되거나 취약한 특징을 보완합니다. 모든 카메라는 공장에서 사전 캘리브레이션을 거쳐 출고되므로, 빠르고 간편하게 설치하여 바로 가동할 수 있습니다.

제조 과정에서의 이점

이 디지털 공정은 DLR(독일 항공우주 센터)에 여러 가지 장점을 제공합니다. 카메라 기반 정렬은 정밀도와 반복성을 크게 향상시킵니다. 동시에, 지속적인 데이터 수집을 통해 모든 공정 단계에 대한 완전한 문서화와 이력 추적이 가능해집니다. 로봇이 시간이 오래 걸리는 위치 결정 작업을 대신 수행함에 따라 조립 인력들은 부담을 덜게 되었으며, 숙련된 작업자들은 실제 조립 작업에 더 집중할 수 있게 되었습니다. 또한 수동 측정이나 재조정이 더 이상 필요하지 않아 생산 시간이 크게 단축됩니다.