상용 차량의 기어 변속기 케이싱 3D 품질 검사

ZF-Friedrichshafen_Scanning

ZF Friedrichshafen社는 상용 차량의 기어 변속기 제조 업계를 선도하는 회사입니다. 이곳에서는 전 세계 드라이브 라인과 섀시 기술에 적용할 새로운 기술을 개발하고 만들어내고 있습니다. 

상용 차량에 쓰이는 복잡한 형태의 기어 변속기 케이싱은 가압 다이캐스팅이라는 방식을 사용하여 알루미늄으로 만들어집니다. 다이캐스트 주형은 CAD 시스템에서 생성된 케이싱 디자인을 기초로 제작되어 케이싱 구성 부품의 형태를 잡는 주형 역할을 합니다. 실제 생산 공정에는 자재 주입량, 압력, 온도 변화, 타이밍과 공구 디자인 등 다양한 매개변수가 금형 제작되는 부품의 상태에 영향을 미칩니다. 다이캐스트로 제작되는 부품의 품질을 일관성 있게 유지하려면 공정 동안 지정된 허용오차가 유지되고 있는지 꾸준히 확인하고 검증해야 합니다. 바로 이때 AICON 3차원 측정 장비가 진면목을 발휘합니다. 

AICON에서 개발하여 자사 제품에 도입한 광학식 측정 기법은 초도품 검사 또는 연작 생산 분야에서 품질 검사를 수행할 때 더없이 이상적인 해결책을 제공합니다. 이 기법의 응용 분야는 연구소 측정 작업부터 자동화 공정 솔루션에 이르기까지 매우 다양합니다. 따라서 공장 현장에서 바로 실행하더라도 대단히 정밀한 데이터를 정확하게 획득할 수 있습니다.

ZF-Friedrichshafen_getriebegehaeuse 목표와 측정 대상

ZF에서 알루미늄 다이캐스트로 만든 기어 변속기 케이싱에 수행하는 검사 작업은 다양하게 수행됩니다. 우선, 시제품 단계에 필요한 품질 수준을 확인하기 위해 정밀한 3차원 데이터가 초도품 검사에서 요구됩니다. 이 구조물의 목적과 목표는 균형 잡힌 자재 투입 방식을 사용하면서 케이싱의 강도를 최고 수준으로 만드는 것입니다. 

연작 생산 공정 중에 품질 기준을 좌우하는 가장 큰 요인은 바로 정밀도입니다. 이때 케이싱의 형태가 정확한지 검사하고 표면에 손상이나 변형된 부분이 없는지 살펴보게 됩니다. 이 경우에 사용되는 특별한 검사 매개변수는 벽 두께이며, 벽 두께는 사용되는 자재의 안정성과 사용량이 최적의 수준으로 되어 있어야 합니다. 

마지막으로, 생산 공정에서 사용된 공구를 정기적으로 검사해야 사용으로 인한 마모의 징후를 보이는지 확인합니다. 이렇게 해야 기준에 미달하는 불량품 생산을 미리 막을 수 있기 때문입니다. 

검사 공정은 모두 수동으로 턴테이블에서 수행할 수도 있고, 연속 검사의 경우 로봇을 활용하여 자동화 방식으로 수행할 수도 있습니다.

측정 시스템 및 준비

초도품 검사에서는 AICON의 측정 시스템 중에서도 측정 영역이 큰 SmartScan 가 사용됩니다. 변속기 케이싱의 데이터 획득 작업을 부분적으로 자동화하여 수행하기 위해 센서 준비 과정에 중량이 무거운 측정 대상용으로 특별히 설계된 회전 장치인 TurnTable-300을 장착하였습니다.

스캔 공정이 진행되는 동안 우선 각각의 스캔 이미지가 생성되고 정렬된 다음 AICON OptoCat 소프트웨어를 통해 하나의 단일한 다각형 그물망으로 병합됩니다. 그 다음 생성된 데이터를 검사 소프트웨어 PolyWorks/Inspector로 가져와 측정 대상의 기하학적 형상을 평가합니다. 

자세한 내용은 다음과 같습니다. 

영역 기반 스캔 시스템의 일반적인 삼각측량 각도를 사용해서는 골이 깊은 구조를 원하는 정확도로 캡처할 수 없는 경우가 빈번합니다. SmartScan 시리즈는 센서를 유연하게 구성할 수 있기 때문에 삼각측량 각도를 30°, 20°, 10°로 달리하여 스캔 작업을 수행할 수 있습니다. 따라서 기존의 센서를 사용하면 대개 캡처하기 아주 까다로운 대상 영역이라도 매우 정밀한 측정 데이터를 생성할 수 있습니다. 

1. 측정 준비 및 디지털화

  • 센서, 턴테이블 및 측정 대상을 준비합니다.
  • 덤벨 아티팩트(dumbbell(Ball Bar) artifact)에 따라 센서를 캘리브레이션하고 검증(VDI 2634/2)합니다.
  • 변속기 케이싱을 측정합니다(스캔 공정 및 시각화).
  • 3D 데이터세트를 생성합니다(형식: STL 또는 PLY).

 
2. CAD 데이터와의 비교

  • 지정된 내용에 따라 검사 매개변수를 정립합니다(특징, 교차, 스케일링(기준화) 등).
  • 공칭/실제 값을 비교합니다(CAD 데이터와 색상 편차 비교).
  • 검사 보고서를 생성하고 평가합니다.
  • 다이캐스팅 금형을 최적화하고 제품 매개변수를 변경합니다.

 
ZF-Friedrichshafen_Scan-getriebe CAD 데이터가 이미 있는 경우, 그 데이터를 기준으로 바로 로드합니다. 일반적으로, 목표값과 실제값 사이의 오차가 측정되어 그 결과가 의사 색상 매핑 방식으로 알아보기 쉽게 표시됩니다. 이렇게 하면 측정 결과를 곧바로, 간편하게 해석할 수 있으며 다이캐스트 금형 공구나 공정 매개변수를 최적화하기 위해 바로 사용할 수도 있습니다. 결과적으로 조건이 까다로운 환경에서라도 일관성 있게 능률적인 공정으로 제품생산 부서를 운영할 수 있으며 나아가 우수한 품질의 기어 변속기 케이싱 제작을 보장할 수 있게 됩니다. 

AICON SmartScan-HE는 기존의 좌표 측정 기술에 비해 훨씬 쉽고 빠르게 측정 결과를 평가할 수 있게 해줍니다. 이러한 장점은 특히 측정 대상의 표면이 자유곡면인 경우 두드러지게 나타납니다. 게다가 사용자에게 훨씬 포괄적인 데이터베이스가 제공되므로 이어지는 공정에서 요긴하게 쓸 수 있고, 시제품을 개발하는 경우 시장 주기를 대폭 단축할 수 있습니다. 

 
이 자리를 빌어 해당 프로젝트를 위해 아낌없이 지원해주고 협조해준 ZF Friedrichshafen社에 진심으로 감사의 말씀을 드립니다.

AICON SmartScan

The AICON SmartScan captures even complex surface geometries and fragile or deformable parts quickly and highly accurately. The white light scanner operates on the fringe...

 
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