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ㆍ제품: 갠트리 시스템(Gantry System)

ㆍ해석목적: 리니어 핸들링 축의 구조 진동 분석을 위한 디지털 트윈 모델 구축

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제품의 경량화는 에너지 저감, 제품 효율 개선과 같은 장점을 갖고 있지만, 구조적인 강성의 저하 및 구조적 진동으로 인해 위치 정밀도에 영향을 줄 수 있다. 따라서 제품의 높은 정밀도를 유지하기 위해서는 시스템에 작용하는 힘과 동작 간의 복잡한 관계에 대해 보다 깊은 이해가 필요하다. 이러한 이유로, 스위스에 위치한 산업용 자동화 로봇 생산업체인 규델(Güdel)은 유연 다물체 동역학 소프트웨어인 RecurDyn을 이용하여 개발 프로세스를 개선하기로 결정하였다.

Process

① 해석 시간을 단축하기 위해, 갠트리 시스템을 최소한 의 파라미터를 이용하여 모델링

② 갠트리 시스템의 풋 홀더(Foot holder)와 캐리지(carriage)의 모드 형상을 계산하고 이를 RFlex (Reduced Flexible)를 이용하여 유연체로 표현

③ 축(axIs)은 빔요소로, 툴 센터 포인트(tool-center point)는 강체로 모델링

④ RecurDyn의 MachineTool 툴킷을 이용하여, 랙 피니언 기어와 관련된 힘과 모션의 복잡한 관계를 정확하고 효율적으로 시뮬레이션

주요 해석 기술(Technical Description)

ㆍ 시스템의 위치 정확도와 진동을 평가하기 위해 시스템의 변형을 고려할 수 있는 MFBD 해석 기술

ㆍ Güdel 제품의 다양한 설정값들에 대한 임의의 조합을 손쉽게 모델링할 수 있게 하는 직관적인 UI와 MachineTool

Toolkits

ㆍRecurDyn/Professional

ㆍRecurDyn/RFlex

ㆍRecurDyn/RFlexGen

ㆍRecurDyn/Machine Tool

고객이 직면한 문제점

• 고가의 시제품 제작을 줄이면서도 새로운 아이디어를 적용하고 평가할 수 있는 새로운 방법의 필요성

• 위치 정확도에 대한 요구 수준을 달성하면서 복잡한 모션과 힘에 의한 진동 현상을 잘 이해하기 위해 시스템의 모든 요소를 모델링해야만 했음

해결

• RecurDyn의 RFlex와 MachineTool을 이용하여, 전체 시스템을 간소화된 프로세스로 모델링 및 시뮬레이션을 수행하고, 실험 데이터와 일치하는 결과 획득

• 모든 요소를 손쉽게 모델링할 수 있었으며, 이를 통해 시스템의 거동을 예측

성과

• 이전에는 잘 알지 못했던 요인들에 대해 이해할 수 있게 되었으며, 이를 통해 얻은 정보와 갠트리 시스템 실험 결과를 종합하여 제품 설계 개선

활용 및 해석사례

◀ 산업용 로봇팔의 해석

ㆍ제어 시스템이 포함된 로봇팔의 동역학적 거동을 확인

ㆍ주요 포인트의 진동, 가해지는 하중 등을 분석하여 안정적인 제조공정 구축

ㆍ로봇 시스템의 설계 조건이나 액츄에이터의 동작 조건을 변경했을 때 달라지는 여러가지 하중 조건을 구조 해석에 활용

◀ RecurDyn/MachineTool을 이용한 Circularity Test

ㆍISO circularity test와 같은 표준 동작을 위한 기능 지원

ㆍ모터와 제어기를 함께 모델링한 해석

ㆍ볼스크류 모션 드라이브, 리니어 가이드, 베어링 등의 해석