Case Study

CERN의 LESS 로봇 혁신

레이저 엔지니어링 표면 구조용 로봇 공학

이 문서에서 확인하세요:

CERN에서 현장 표면 처리를 가능하게 한 LESS 로봇: Waygate Technologies에서 개발한 LESS 로봇은 대형 강입자 충돌기(LHC) 빔 스크린 내부에서 레이저 엔지니어링 표면 구조(LESS) 처리를 수행하여 양성자 빔 성능을 저하시키는 전자 구름을 제거합니다.
제한된 공간을 위한 정밀 로봇 공학: 로봇은 공압으로 구동되는 인치웜 모션과 정밀 제어되는 회전 처리 헤드를 사용하여 매우 좁은 접근 지점(15cm 슬롯)과 긴 빔 스크린(최대 15미터) 내에서 작동합니다.
고정밀 레이저 조각: 이 시스템은 10마이크론 정밀도로 금속 표면에 미세한 나선형 패턴을 새겨 전자를 가두어 LHC 진공 챔버 내부의 구름 형성을 방지하는 텍스처를 생성합니다.
CERN 및 학계와의 협업 혁신: 이 프로젝트는 CERN, 던디 대학교, 과학기술시설위원회(STFC)가 공동으로 참여하여 학제 간 엔지니어링의 힘을 보여줬습니다.
입자가속기 유지보수의 획기적인 발전: LESS 로봇은 세계에서 가장 복잡한 과학 장비 중 하나인 입자가속기의 비침습적이고 고정밀 표면 수정을 가능하게 하는 고에너지 물리학용 로봇 유지보수 분야의 획기적인 발전입니다.

LESS

대형 강입자충돌기(LHC)는 세계에서 가장 크고 강력한 입자 가속기입니다. 2008년 9월 10일에 처음 가동을 시작했으며, CERN의 가속기 단지 중 가장 최근에 추가되었습니다. LHC는 27킬로미터 길이의 초전도 자석 고리로 구성되어 있으며, 입자의 에너지를 높이기 위한 여러 가속 구조물로 이루어져 있습니다.

던디 대학교와 과학기술시설위원회(STFC)의 연구진이 공동으로 개발한 이 기술은 LESS(레이저 엔지니어링 표면 구조)로 알려져 있으며, 가속기를 순환하는 기본 양성자 빔의 성능을 저하시킬 수 있는 음입자 구름인 이른바 '전자 구름'을 제거하여 LHC에서 가능한 실험의 범위를 넓혀줍니다.

이 현장 표면 처리는 비교적 길고(최대 15미터) 좁은 파이프에서 수행되어야 하므로 레이저 광선을 매우 제한된 공간에서 장거리에 걸쳐 전달해야 합니다. LHC 자석의 현장 처리를 위해 빔 스크린에 대한 접근은 플러그인 모듈이라고 하는 탈착식 상호 연결 장치의 일부를 해체하여 만든 15cm 길이의 진입 슬롯으로 제한됩니다. 또한 선택한 홈 패턴은 치료 헤드의 움직임에 높은 정밀도(10 마이크로미터)를 요구합니다. 이러한 모든 요구 사항으로 인해 빔 전달 시스템을 갖춘 광섬유, 광섬유를 운반하고 빔 스크린 내부에서 치료를 제공하는 로봇, 전체 프로세스를 관리하는 제어 시스템 등 정교한 하드웨어 및 소프트웨어 개발이 필요했습니다.

LESS 처리된 표면의 단면

LESS 처리된 표면의 평면도.

실제로 보기

프로젝트 목표

LESS 처리 로봇은 LHC 빔 스크린의 현장 처리를 위해 웨이게이트 테크놀로지스 로보틱스에서 설계 및 제조한 새로운 솔루션입니다. 로봇의 치수는 상호 연결 입구 슬롯과 빔 스크린 단면 모양에 의해 세로로 제한됩니다. 로봇은 공압 구동 클램핑 시스템을 통해 인치웜 이동 원리를 사용하여 빔 스크린을 따라 이동합니다. 빔 스크린을 따라 로봇이 움직이는 것은 정밀 구동 스크류와 결합된 전기 모터에 의해 수행되는 처리 헤드의 움직임에서 분리됩니다.
LESS 구조화 동안 로봇은 빔 스크린에 단단히 고정된 상태로 회전하는 처리 헤드만 세로로 움직이며 빔 스크린에 나선형 패턴을 조각합니다.

테스트 결과 LHC 진공 챔버의 금속 표면을 현미경으로 보면 음악 스튜디오에서 볼 수 있는 사운드 패딩과 유사한 디자인으로 재구성할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 표면은 전자를 가두어 챔버를 구름으로부터 깨끗하게 유지할 수 있습니다. 던디 대학교는 LHC 주입기인 슈퍼 양성자 싱크로트론의 초기 테스트에서 전자 구름이 완전히 제거되어 LESS 방식이 전자 수율을 제어하는 데 매우 효과적이라는 것을 보여주었다고 말했습니다.