높은 정확도가 필요한 상황에서는 로봇의 반복성이 중요한 요소다. 과거에는 로봇의 정확도가 표준 생산공정이 요구하는 수준에 미치지 못했다. 패스닝·드릴링 등 우주항공 제조 기술에 필요한 엄격한 공차 요건을 충족하지 못했음은 물론이다. 기체 어셈블리 패스닝의 일반적인 공차는 ±0.030″ 범위였다.
자료 | 레니쇼 코리아(www.renishaw.co.kr)

오늘날에는 고 정밀 응용에 대한 요구가 점차 증가하고 있다. 이에 대응하고자 하는 기업의 움직임 또한 분주하다. 화낙은 자사의 로봇에 레니쇼의 RESOLUTE 로터리 엔코더를 장착하여 높은 정밀도와 시스템 강성이 필요한 중요 공정에서 로봇의 정확도를 개선했다.

로봇 정확도와 반복성 
제조과정에서 로봇 정확도와 반복성이 우수하면 공정이 변경되더라도 결과를 예측할 수 있으며 부품을 정밀하게 가공할 수 있다. 이러한 이유로 드릴링·패스닝·디버링·트리밍 등 우주항공 제조와 비 파괴 검사, 코팅 및 복합 레이업 등 다양한 분야 내의 많은 공정에서 높은 정확도의 로봇이 중요한 도구로 각광받고 있다. 반복 가능한 로봇 경로와 도구 실행으로 제거 응용 분야에서 재료비용을 상당히 절감할 수 있다.

부가적인 이점으로, 로봇 공정은 반복이 가능해 공정 매개변수의 제어와 예측이 더 원활해진다. 따라서 구성품 품질에 영향을 미치는 공정 매개변수를 더 쉽게 파악하고 이를 미세하게 조정할 수 있다. 여기에 더해 로봇이 복잡하거나 반복적인 공정을 매우 빠른 속도로 실행할 수 있다. 

최근 제조업계에서는 잦은 유지보수와 교체가 필요하고, 동일하게 제조된 부품으로 매끄럽게 교체해야 하는 고 마모 부품을 요구하고 있다. 교체 부품의 가공 또는 조립에 대한 일관성과 정확성이 떨어지면 트리밍, 디버링 또는 기타 조정으로 인해 시간이 낭비될 수 있다.

패스너 공차를 줄이면 조립된 구성품의 재현성이 개선될 뿐 아니라 패스너 크기와 무게를 줄여 전체적인 구조물 무게를 줄일 수 있다. 정밀하게 형성된 부품을 가공 또는 조립하여 조정 작업을 없애면 교체주기를 쉽게 예측할 수 있고, 시기적절한 교체를 실현한다. 따라서 비용과 가동 중단이 감소하고 생산 중단 없이 반복적으로 부품을 교체할 수 있다. 제조 공정에 정밀한 로봇을 활용하면 교체 작업이 매끄럽고 비용 효율적이며 정확하게 이루어지며, 작업 시 제조 공정이 중단되지도 않는다.

로봇에 엔코더를 달다 
우주항공 제조에서 시장의 판도를 바꾸는 가장 중요한 공정은 탄소 섬유 레이업이다. 이 공정에서 탄소 섬유는 수지 또는 에폭시 재료와 결합되어 가볍지만 튼튼한 합성물을 만든다. 이 재료는 강도나 내구성 저하 없이 연비 절감을 실현하기 위해 항공기 무게를 줄일 수 있다. 우주항공 분야에 적합한 이유다. 

이 공정은 구성품의 구조적 무결성을 위해 탄소 섬유 가닥을 서로에 상대적으로 배치하는 작업이 필수적이다. 따라서 로봇 정확도가 아주 중요하다.

화낙 로봇은 높은 정확도를 얻기 위해 레니쇼의 RESOLUTE 시리즈 엔코더를 적용했다. 레이저 트래커를 통한 검증을 마친 이 방법은 전방향 반복 정도를 0에 가깝게 줄여주며 이동하는 모든 축이 결합된 효과를 활용할 수 있다. 

컨트롤러에 직접 연결된 RESOLUTE 엔코더는 각 축 구동 트레인의 출력 쪽에 설치되어 각 축의 실제 위치를 측정하고 제어한다. 따라서 로봇이 백래시로 인한 오차 없이 위치를 제어할 수 있으며, 명령한 위치로 로봇이 이동하는 성능이 개선된다. 이는 외부 힘을 보상해야 하거나 높은 정밀도가 요구되는 분야에 적합하다.

굽힘은 로봇의 기계적 구성 품에 가해지는 토크 때문에 발생하는 일반적인 문제다. 화낙의 로봇은 RESOLUTE 엔코더의 장점을 활용한 스케이트 보상을 바탕으로 굽힘 현상을 교정한다. 또한 공정 도중 가해지는 외부 힘에 의한 로봇 편향을 줄인다.

절대형 엔코더 시스템 
RESOLUTE는 이물에 대한 내성이 뛰어난 절대형 미세 피치 광학식 엔코더 시스템이다. 위치 피드백의 새 지평을 여는 이 제품은 고속에서 공구의 절대 위치를 결정하고 스위치가 켜질 때 절대 위치에 놓일 수 있도록 설계된 맞춤형 이미지 센서가 포착하는 데이터 분석을 위해 최신 DSP(Digital Signal Processor)를 채택하고 있다.

또한 진단과 설치를 도와주는 셋업 LED를 내장하고 있다. 또한 기본적으로 제공되는 위치 확인 알고리즘이 계산 값을 일정하게 모니터링한다. 이를 바탕으로 다른 엔코더의 계산 오류나 알람을 유발하는 오일 자국의 광 산란 효과를 극복할 수 있다. 결과적으로 안전하고 안정적인 작업을 수행한다.
RESOLUTE는 36000rev/min에서 32비트 분해능을 지원하는 세계 최초의 절대형 엔코더다. SDE(Sub-Divisional Error)가 매우 낮고 지터가 각각 최대 ±40㎚수준에 10㎚RMS 미만이다. 매끄러운 벡터 제어와 높은 위치 안정성을 자랑한다.

RESOLUTE 엔코더는 또한 산업자동화에서 널리 사용되는 폭넓은 직렬 프로토콜과 호환할 수 있다.