생산 기계 장비의 필요에 따른 측정 기술 설정

기계 장비와 관련 공정의 발전에 따라 중간 규모 이상의 선반 부품 제조 회사들은 진동수, 피쳐 측정, 생산 통계 등에 관한 검사가 크게 많아지고 정확도도 함께 높여야 하는 상황에 있습니다.

측정 기술은 지난 5년 동안 많은 방법이 제시되었으며, 이제 엄격한 검사 요건을 충족하는 공구들이 많이 나왔습니다. 물론, 올바른 솔루션은 최종 사용자의 특정 수요에 달려 있습니다. 이제 중간 규모 이상의 생산 환경에서 선반 파트의 자동 측정에 관한 효과적인 세 가지 다른 접근 방법을 살펴볼 것 입니다. 

비 접촉 선반 부품 측정 센터

치과 임플란트 산업이 광 전자 비 접촉 측정 시스템을 사용하는 주목할 만한 사례입니다. 제조 업체들은, 대량 생산 환경에서 CNC 기술을 사용해 수행되는 회전/나사 깎기 치과 임플란트 주요 ‘핵심’ 부품을 기술로 다양한 크기와 모양으로 생산하고 있습니다. 보철술로 알려져 있는 임플란트는 인체용 부품이기 때문에 품질이 매우 중요합니다. 모든 기능적 치수는 100% 검사되어야 합니다.

이 부품들은 직경이 4mm 이하로 매우 작기 때문에, 여러 치수들은, 옵티컬 프로젝터, 현미경이나 마이크로미터 같은 휴대용 공구 등의 전통적인 측정 방법으로는 측정하기 어렵고 시간이 많이 소모됩니다. 생산이나 품질 요구 수준이 매우 높고, 높은 측정 기준으로 생산된 부품의 양과 다양성을 지닌, 비 접촉 측정 시스템은 이 계측 산업의 차세대 선구자입니다. 

오늘날, TESASCAN 25 같은 싱글 비 접촉 자동 회전 프로파일 측정기기는 한 가지 제품 유형을 생산하는 2 또는 3셀의 CNC 선반 전용입니다. 측정 대상 물체가 회전 굴대에 고정되어 회전시키면, 빛이 프로파일을 수집 센서 어레이에 투사시키고 여기서 이미지를 디지털화 합니다. 다음에 소프트웨어가 디지털화된 이미지를 가이드로 사용해 사전 프로그램 된 특성을 측정합니다. 부품의 12 가지 치수에 대한 사이클 시간은 대개 28초입니다. 일반적으로 생산 엔지니어가 온라인 및 오프라인 부품 프로그래밍을 담당하고, 작업자는 부품을 자동으로 검사하기 위해 측정 시스템을 사용합니다. CNC 작업자는 하나의 장비로 모든 중요한 외부 치수를 검사할 수 있습니다. TESASCAN 같은 프로파일 기기는 전체적인 정확도, 속도, 측정 물체의 타입 등의 측면에서 레이저 시스템보다 편리합니다. 

모든 부품이 측정되면, 결과가 수치와 그래픽으로 표시되어, 공장에서는 히스토그램, 컨트롤 차트, 능력 보고서의 형태로 측정 데이터를 통계적으로 분석할 수 있습니다. 이전의 수동 검사 방법에서는 불가능했던 이런 기능은 공정 흐름과 개별 기기의 조정을 결정하기 위한 통계적 기초를 제공합니다. 또 작업자가 입력한 배치(batch) 번호와 기계 공구 식별 번호를 사용해 각 기기마다 측정 데이터를 추적할 수 있는 장점도 있습니다. 

기계가, ‘나사각 보상’이라는 가공된 나사 측정을 보다 정확하게 측정하기 위해 부품을 파트를 기울이는 회전 기기를 통합하면, 자동 나사 측정을 할 수 있습니다. 

이런 유형 공구의 또 다른 이점은 확장성입니다. 선반 부품을 생산하는 공장이 다양한 규격의 최종품을 생산할 능력이 되는 경우, 직경 500mm에서 800mm까지의 더 큰 선반 부품을 수용할 수 있는 선반 부품 센터를 구입할 수 있습니다. 그러나 이런 타입의 공구는 한계가 있습니다. 일반적으로 그런 공구들은 한 번에 한 가지 부품만 수용할 수 있고, 측정 사이클이 자동이더라도 로드/언 로드는 수동으로 해야합니다. 가공된 채널 프로파일 측정 물체가 프로파일에서 볼 수 없다면, 그것은 측정될 수 없는 것입니다. 

영상 시스템
생산 기계의 경우, 영상 측정 기술의 장점 중 하나는, 피스톤 밸브 자동차 어플리케이션과 같은 처리량 속도입니다. 예를 들면 전통적인 방법으로 측정할 때 피스톤 밸브는 부품 측정을 받기 위해 약 한 시간 남짓 걸립니다. 게다가 검사 시간에는 대부분의 이런 부품에 필요한 데이터 편집과 통계 분석은 포함되지 않습니다. 빠른 영상 측정 시스템 도입으로, 검사 전 공정이 부품 당 51분에서 10분 이하로 줄어들 수 있습니다. 

피스톤 밸브 같은 부품은 형상이 특이하고, 여러 반지름 혼합을 갖고 있어 검사가 필요합니다. 영상 측정 기술은 올바른 솔루션을 제공합니다. 프로파일링 계산 공구를 사용함으로써, 매우 복잡한 커브 측정 작업이 간단한 프로파일 추적으로 줄어듭니다. 계산 툴을 사용에 단순성을 더한 것은 CAD가 PC-DMIS Vision 같은 소프트웨어 패키지를 참조하도록 지원하는 기능입니다. 간단한 몇 단계로 CAD 모형이 실제 부품에 접근해서 복잡한 프로파일 측정에서 마우스 이용을 지원할 수 있습니다. 이런 과정이, 프로파일 오차가 마이크로 단위인 작은 의료 부품이나 서브마이크론 수준의 간격과 높이를 측정하는 전자 부품 같은 여러 종류의 타입 부품에 대해 가능합니다. 

영상 계측이 적합한 여러 타입의 부품이 많이 있습니다. 파트 데이터는 대개 몇 초 안에 수집되고, pick-and-place tray가 지원되어 작업자의 수고를 최소화합니다. 물체 위치와 모양을 취득한 데이터로부터 측정될 수 있습니다. 이런 시스템의 가격 범위는 보통 기능, 속도, 정확도에 따라 다양한 예산에 맞도록 시스템이 구비되어 있습니다. Brown & Sharpe Optiv 1 Classic 같은 영상 시스템은 초기 단계 예산에 적합합니다. 반면 Brown & Sharpe Optiv 3 Performance는 마이크론 미만의 초정밀 측정을 제공합니다. 영상 계측은 진정한 미래의 마이크로 계측 공구라 할 수 있습니다. 

비전 측정기는 계속 발전하고 있습니다. 쌍 방향 멀티 센서의 도입은 영상 시스템을 기반으로 하는 3D 측정 수행에 혁명을 일으켰습니다. 다양한 센서가 비전 시스템을 확장 및 강화시키기 위한 빌딩 블록을 제공합니다. 이런 발전은 오차를 몇 마이크론 이하로 떨어뜨리고 필요하면 분절 (articulation)을 제공하는 터치 프로브 같은 접촉식도 해당 됩니다. 분절은 영상 센서로, 정렬되어 있지 않은 물체의 측정을 가능하게 합니다. 또 레이저나 백광 스캐닝 프로브 같은 비 접촉 센서는 정밀도를 마이크론 이하로 낮출 수 있으며, 아주 특수한 경우에는 옹스트럼(angstrom) 수준까지 정밀도를 나타낼 수 있습니다. 레이저는 실시간 회전 또는 경사 축을 이용해 측정 모양을 선택적으로 지원할 수 있습니다. 백색광 센서 기술은 작은 스텝 및3D 형상 같은 매우 작은 물체에 적합합니다. 광학 센서와의 결합에서 이런 센서들의 상관 관계로 속도와 영상 시스템의 민첩성에서 독보적인 이점을 제공해 주는 것입니다. 

터치 프로브 시스템
생산 기계의 최종 솔루션은 최고 처리량을 자랑하며, 선반 센터에 측정 터치 프로브를 결합한 것입니다. 다음 회사들이 그런 시스템에서 혜택을 보았습니다. 영국 럭비의 Davromatic Precision Ltd는 우주 항공, 국방, 중장비 산업의 후발 그룹 공급자입니다. 어느 날 이 회사는 정밀 선반 부품 제조사로서 균형을 유지해야 할 상황에 직면합니다. 한편으로는 +/- 8마이크론의 정밀 선반 가공 부품을 생산해야 하고, 또 한편으로는 비용을 최소한으로 줄여야 합니다. 통합된 터치 프로브가 있는 선반 가동 센터에 대한 투자가 가장 경제적인 것으로 나타났습니다. 


생산량이 많기 때문에, 생산 중단이나 선반 센터의 수동 조정이 생산성과 업무 수익성에 영향을 미칩니다. 오차가 적게 품질을 확보하고, 공정 드리프트를 예방하기 위해서는, 기계 변수의 계속적인 모니터링과 조정을 위한 통합 계측 솔루션이 필요합니다. 

Davromatic은 M&H Inprocess Messtechnik GmbH의 고정식 적외선 터치 프로브는 시스템을 채택하였습니다. 이 시스템은 움직이는 헤드가 있는 선반 기계로 선반 가공된 윤곽을 검사 할 수 있게 해 주며, 부품은 카운터 스핀들의 기계 위에 정지되어 있습니다. 터치 프로브는 치수 측정을 위한 절삭 된 작업물을 카운터 스핀들에 의해 터치 프로브로 이동시키기 위해, 주 스핀들 헤드 가까이에 고정된 마운팅 브라켓에 장착되어 있습니다.

헥사곤 단면의 외경, 길이, 폭 및 가공된 표면 같은 주요 치수를 측정하는 것은 몇 초면 가능합니다. 측정 공정이 카운터 스핀들 위에서 일어나기 때문에, 생산에 대한 영향을 더 줄이는 일은 주 스핀들에서 별도로 행해질 수 있습니다.

Davromatic은 공구 마모와 조기 오류의 모니터링에서도 이점이 있는 것을 알게 되었습니다. 생산에 사용된 어떤 합금으로 인해 공구가 일관성 없이 울퉁불퉁하게 마모되었고, 이것이 생산을 오차 밖으로 빨리 벗어나게 하는 원인이 되었습니다. 모든 부품의 표본 추출이 이 상황의 실시간 모니터링이 가능하게 하였고, 값 비싼 재료를 많이 버리거나 생산 시간이 손실되기 전에 부속품을 바꿀 수 있었습니다. 

종합적으로, 100% 표본 추출을 자동으로 달성하고 기계 공구에 공정 중 조정을 할 수 있는 기능 덕분에, Davromatic은 생산성을 약 20% 높이고 스크랩을 실제로 제로로 줄일 수 있었습니다.

이 시나리오는 공정 중 측정의 특별한 성공 사례를 보여주는 것입니다. 그러나 이 기술에는 중요한 한계가 있습니다. 첫째, 이 방법은 터치 프로브를 사용하기 때문에 측정되어야 할 모든 물체를 터치해야 합니다. 측정할 부품에 따라, 어떤 물체는 너무 작아 터치할 수 없기도 하고 싱글 사이즈 터치 프로브는 검사되어야 할 모든 것을 적절하게 검사할 수 없습니다. 복잡한 도형은 그런 시스템으로는 검사할 수 없습니다. 둘째, 부품 품질의 독립적 검증을 보여주지 못합니다. 기계 자체가 정확하지 않다면 결과는 의심스럽습니다. 일부 품질 프로그램이나 고객은 결과에 대한 독립적 검증을 요구합니다. 최종 검증을 위한 오프라인 솔루션과 결합하여 생산을 모니터하고 통제하는 데 사용하는 것이 한가지 옵션이 될 수 있습니다.

전망

좋은 소식은, 선반 부품을 검사하기 위해, 오프라인에서부터 공정 중 및 기술과 장비를 결합한 하이브리드 솔루션까지, 그 어느 때보다 더 많은 선택이 있다는 것입니다.

결론적으로, 오늘날에는 원통형 부품의 생산이 계속 발전되고 확장됨에 따라, 다양한 계측 시스템들이 품질 요건과 업계의 구체적 예산적 요구를 충족하고 있습니다. 접골 나사에서부터 밸브, 플라스틱 부품까지 모든 것을 신뢰 있게 측정할 수 있습니다. 오늘날의 생산 표준이 속도와 더 높은 정확도를 요구하는 것은 사실입니다. 측정 산업은 확실한 솔루션을 제공할 준비가 되어 있습니다. 검사 시간 감소와 공정관리 개선은 제조 회사의 수익률 향상에 크게 기여하고 있습니다.
 

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