Volvo와 함께하는 측정의 자유

AT960, LAS-XL 및 T-Scan 5로 프로토타입 제작 시 생산성이 높아집니다.

 

자동차 판금 공구

스웨덴 올로프스트롬에 위치한 Volvo Car Body Components(VCBC)는 매년 수백만 개의 차체 부품을 생산하는 자동차 생산 플랜트로, 2,400여 명의 직원이 일하고 있습니다. 이 시설에서는 후드,루프, 도어 및 서브 어셈블리 등 차량의 중요 판금 부품을 제작하여 전체 또는 부분적으로 조립한 후 최종 조립 및 마감 작업을 하는 전 세계 Volvo 자동차 공장으로 보냅니다.  

올로프스트롬에 위치한 이 최첨단 친환경 공장의 역사는 약 300년 전으로 거슬러 올라갑니다. 1735년에 철조공장으로 첫 설립 되었으며, 1927년부터는 Volvo의 모든 자동차에 대한 차체 부품 를 공급하고 있습니다. 1969년 Volvo가 인수한 이래로 지난 50년 동안 Volvo의 모든 차량 및 Volvo 트럭, Ford, Land Rover 등의 외주 고객을 위한 차체 부품의 프레스 및 파트 조립을 전담 하고 있습니다.

Volvo의 차량 설계 프로세스의 초기 생산 단계는 올로프스트롬의 공구 및 다이(Tool and Die)팀에 의해 설계 및 제조하는 판금 스 탬핑 툴의 개발 상황에 큰 영향을 받습니다. 이 공구 및 다이팀은 차량 프로젝트에 필요한 최대 80개의 공구를 구비하여 4~5개월 정도 소요되는 공구 프로토타입 제작을 담당하고 있습니다. 각 프로젝트는 일반적으로 1년 동안 진행되며 그 외의 시간에는 수십만 개의 차체 부품을 프레스하는 데 사용하는 최종 공구를 생산합니다.

The Leica Absolute Tracker AT960 is used to measure car body parts2018년에는 이 공구 프로토타입 제작 및 생산의 생산성을 향상하기 위해 최신 계측 솔루션을 도입하기로 결정했습니다. 팀은 첨단 측정 장치를 도입했을 때 이득을 얻을 수 있는 설계, 생산 및 검증 프로세스의 몇 가지 주요 단계를 파악했습니다.  또한, 대규모 첨단 품질실을 보유하고 있기에 수평 암 CMM부터 구조광 스캐너에 이르는 다양한 종류의 계측 하드웨어를 사용하는 데도 익숙합니다. 현재 시장에 출시되어 있는 다양한 시스템을 고려 대상으로 삼을 수는 있으나, 최우선 사항은 품질실에 있는 장비처럼 현장에서 편하게 쓸 수 있는 솔루션을 찾는 것이었습니다.

이미 올로프스트롬 플랜트의 주요 부품 생산 지역에서는 여러 Absolute Tracker 시스템을 사용하고 있었는데, 현장의 주요 기술에 Absolute Tracker 시스템의 장점인 이동성과 유연성이 쓰이고 있었고 그렇다 보니 자연스레 헥사곤의 레이저 트래커 시스템을 추가로 도입하게 되었습니다.

초기 캐스팅 개선

설계된 프로토타입 또는 최종 공구를 생산하는 첫 번째 단계는 주조 처리된 원자재 블록을 정밀 밀링하는 것입니다. 주조는 정밀한 공정이 아닌 데다 주조 부품에는 일반적으로 원료가 과도하게 많이 사용되므로 CNC 밀링 기계를 사용해서 정확한 크기와 형상으로 밀링해야 합니다.

밀링할 주조 부품을 셋업할 때 중요한 단계는 밀링 기계와 부품이 충돌하지 않도록 하는 것입니다. 밀링을 시작하기 전에 이미 자리에 위치하기 때문입니다. 이러한 충돌이 발생할 경우 CNC 밀링 기계는 비용과 시간 소모적인 손상을 입을 수 있습니다. 따라서 작업 자는 셋업시 안전계수를 적용해야 합니다. 즉, 밀링 기계를 자재와 충돌 위험이 전혀 없는 멀리 떨어진 곳에 배치해야 합니다. 하지만, 이 작업을 육안으로 직접 수행하는 것은 쉽지 않으며, 밀링 기계를 프로그래밍하는 데 많은 시간이 소요된다는 뜻이기도 합니다.

VCBC 올로프스트롬의 공구 및 다이 작업자를 맡고 있는 Kim Tingstedt는 이렇게 설명합니다. “초기 취득하는 스캔 데이터는 시간 낭비하는 일이 없도록 해주는 것입니다.  밀링 프로그램을 자재의 실제 크기에 맞춰 최적화할 경우, 기계가 공기를 통과하든 재질을 통과하든 그 속도는 동일하므로 시간이 많이 절약됩니다. 이제 밀링 기계의 리드 타임이 향상되었으므로 더 많은 부품과 공구를 사용할 수 있습니다."

 이 최적화는 이미 이전에 수행되었지만 LAS-XL에서 제공하는 포괄적인 스캔 데이터를 사용하면 작업이 훨씬 쉬워집니다. "스캔을 하면 제작자는 포인트만 주는 기존 CMM 솔루션에 비해 더 많은 정보를 얻을 수 있어 더 많은 정보를 볼 수 있습니다."라고 Kim Tingstedt가 설명합니다. "제작자는 이 데이터를 CNC 기계로 가져오기 할 수 있고, 부품을 실제로 볼 수 있기 때문에 밀링 부품을 훨씬 쉽게 최적화할 수 있습니다." 
이제 밀링 기계의 나은 리드 타임이 향상되었습니다. 이 주조 스캔 데이터는 생산 향상을 위해 다른 방법으로 활용할 수도 있습니다. 공구 주조는 매우 무겁고 이동하기 어려우므로, 무게를 가볍게 만든다면 사용 편의성이 향상되고 주물을 만드는 데 필요한 원자재의 양도 줄어듭니다. 즉, 최대한 작게 만들어야 하지만 너무 작게 만들수도 없습니다. 공구 외부와 정밀 금형 내부 사이에 자재가 충분히 들어있지 않으면 반복적인 고압 스탬핑을 견딜 만큼의 강성이 생기지 않기 때문입니다.

주조품에서 얻은 스캔 데이터를 사용하면 후속 프로토타입의 주조와 최종 공구를 다듬을 수 있으므로 공구의 구조적 무결성을 훼손하지 않으면서 무게와 원료 사용량을 최소화할 수 있습니다. 또한, 밀링 기계가 각 반복 작업을 통해 최종 부품 형상에 더 가깝게 작업을 시작할 수 있어 매 단계마다 시간을 절약할 수 있습니다.

라이카 Absolute Scanner LAS-XL은 이 스캔 프로세스에 완벽한 공구입니다. 넓은 스캔 라인과 대형 스탠드오프를 통해 주조 부품을 매우 빠르게 스캔할 수 있으므로 밀링 시 대규모 안전계수를 구현할 때도 빠른 대안으로 스캐닝을 사용할 수 있습니다.

또한 시장을 선도하는 LAS-XL의 측정 스탠드오프를 통해서 자재 사용량과 최종 중량을 줄이기 위해 공구 내부에 만들어져 있는 공동의 숨겨진 포인트를 측정할 수 있습니다. LAS-XL과 같은 대형 스탠드오프 스캐너를 사용하면 이러한 공정을 정확하게 측정할 수 있으므로 공구 및 다이팀은 공구의 기능을 손상시키지 않으면 서 자재 사용량과 중량을 최대한 줄일 수 있습니다.

Volvo improves the initial casting with laser scanning technology최종 공구 품질 검사

생산 공정의 밀링 단계가 완료되면 최종 공구의 정확성을 확인해야 합니다. 이 단계에는 LAS-XL보다 정밀한 측정이 필요합니다. 하지만 Absolute Tracker AT960은 여러 가지 호환 가능한 스캔 솔루션을 제공하므로, 팀은 추가적인 동적 스캐너에 투자하는 것만으로 이러한 요구를 충족할 수 있었습니다.

라이카 Absolute Scanner를 사용하면 밀링 공구의 금형 영역과 모든 테스트 프레싱을 신속하게 검사하고 CAD와 정확하게 비교할 수 있습니다. 이로써 프로세스 속도가 이전보다 훨씬 빨라졌습니다. 프로토타입 반복 횟수를 줄이고 생산한 부품을 인라인에 투입하여 프로토타입 제작 시 소모적인 반복을 크게 줄였기 때문입니다.

품질 부서의 Johanna Persson은 “이 공구는 첫 번째 부품의 스탬핑용으로 생산됩니다. 부품을 스캔하는 이유는 부품이 올바른지 확인하기 위해 하는 것인데 만약 잘못되었다는 걸 알게 되었다면 그 원인은 무엇일까요? 트래커와 스캐너를 사용하면 
그 문제를 쉽게 알아낼 수 있습니다. 이 스캔 데이터를 사용하면 초기 단계에서 훨씬 더 많은 것을 확인할 수 있으며 다시 재구축할 필요도 없습니다.”라고 설명합니다.

스캐너는 또한 부품의 정확성을 확인하고 공구 유지보수를 위해 생산 라인에 추가로 적용할 수 있습니다. 부품은 품질 검사를 위해 정기적으로 부품과 다이팀으로 이동되며 Absolute Scanner를 사용해 빠르게 스캔됩니다. 지속적인 공구 유지 관리는 다른 팀이 담당하고 있지만, 현재는 문제를 진단할 때 공구 및 다이팀의 새 장비를 사용합니다. 생산 라인에 이미 설치되어 있고 불만족스러운 부품 공구도 Absolute Tracker 및 Absolute Scanner의 이동성 덕 분에 작업 현장에서 빠르게 검사할 수 있습니다.

제조 결함 원인을 신속하게 파악하는 능력은 품질실에 설치된 검사 솔루션과 차별화되는 시간 절약법입니다. 특히 자동차 판금 공구처럼 이동하기 어려운 부품인 경우 그 진면목이 부각됩니다.

다양한 기능을 가진 스캐너 사이를 전환하고 이러한 시스템을 광범위한 검사 응용 분야에 적용하는 기능은 올로프스트롬의 공구 및 다이팀이 Absolute Tracker 시스템에 투자를 결정하게 된 주요 이점 중 하나였습니다. Volvo Group의 IT 아키텍트 R&D 및 구매 담당자 Håkan Nilsson은 다음과 같이 설명합니다. "우리는 수많은 스캐닝 시스템을 알아봤는데, 사용 유연성이 저희에게 가장 중요한 요소였습니다.”

공구 및 다이팀은 대형 프레스 기계의 초기 정렬에 Absolute Tracker AT960을 사용할 수도 있었습니다. 이 일회성 공정은 트래커 및 반사경과 AT960의 중력 방향 전환 기능을 사용하여 매우 쉽게 완료할 수 있었습니다.

실습을 통해 숙련하기

트래커 및 스캐너 시스템을 수령한 후 헥사곤 지원팀의 도움을 받아 빠르게 업무를 진행했습니다. Volvo Car의 프로토타입 제작 엔지니어인 Fredrik Sjöberg는 "Absolute Tracker는 이미 Volvo에 잘 알려져 있고 오랫동안 사용했기 때문에 장치에 대해 자세히 알고 있습니다."라고 설명합니다.

Volvo in Olofstrom uses a Leica Absolute Tracker with the LAS-XL laser scanner“헥사곤은 몇 가지 기본적인 교육을 제공해주었는데, 우리가 처음에 무엇을 하게 될 지 이미 알고 있었습니다. 우리는 이미 PolyWorks와 함께 수동 스캐너를 보유하고 있기에 새로운 시스템이더라도 그 개념은 이미 잘 알고 있습니다."

이후에는 새로운 팀원도 내부 교육 리소스만으로 장비 사용법을 쉽게 터득했습니다. 이 시스템은 사용이 매우 간단하여 문서화된 교육 시스템이 필요하지 않습니다. 즉, 시연만으로 초보자가 사용법을 배울 수 있습니다. 대신, 감독이나 조언을 위해 선임 사용자와 함께 작업해야 합니다.

측정의 미래
 
올로프스트롬에 위치한 Volvo Car Body Components Center의 공구 및 다이팀은 새로운 헥사곤 스캐너 시스템의 구현에 깊은 감명을 받아, 부서에 더 진보된 측정 장치를 도입하기 위한 논의를 진행 중입니다.

팀은 품질실에서 다수의 대형 CMM을 운영 중이며, 다양한 애플리케이션에 프로그래밍할 수 있는 자동 시스템으로 업그레이드가 가능한지 검토하고 있습니다. Absolute Tracker로 작동되는 구조광 스캐너부터 로봇 시스템에 이르기까지 생산성을 지속적으로 향상시킬 수 있는 다양한 옵션을 헥사곤과 논의할 것입니다.

사례 연구: Volvo Car Body Components (VCBC), Olofström, Sweden

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