플라스틱 부품의 3D 품질 관리

독일의 Wirthwein社는 자동차에 들어가는 플라스틱 구성 부품, 철도, 전자 제품과 가전제품은 물론 의료 장비도 제조하는 회사입니다. 이곳에서는 AICON 스캐너를 사용하여 자사에서 생산한 구성 부품의 3D 데이터를 기록해 두었다가 기하학적 형상, 모양과 위치의 허용오차 등을 평가하고 CAD 비교 작업을 수행하고 있습니다.

목표와 측정 대상

Wirthwein에서 스캐너를 활용하는 분야는 초도품 검사부터 공정 최적화, 나아가 생산 라인 무작위 품질 검사에 이르기까지 다양합니다. 이번 프로젝트에서 수행하는 작업은 자동차 도어(200 x 140 x 30mm)에 들어가는 구성 부품의 3D 측정 데이터를 생성하여 특수 3D 검사 소프트웨어로 내보내는 것입니다. 

이 측정 대상은 표면이 반투명하며, 특히 “클립”이라 불리는 구성 부품을 매우 정확하게 캡처해내는 것이 주요 목표입니다. 클립은 그늘진 영역과 언더컷은 물론 가장자리도 많아 기하학적 형상이 복잡하기 때문에 기존의 디지털화 시스템에는 특히 까다로운 난제입니다.

해상도와 특징별 정확도 및 유연성 면에서 유난히 까다로운 요건에 세 가지 삼각측량 각도로도 접근하기 어려운 부분을 동시에 스캔해야 한다는 점까지 겹쳐진 상황에서 Wirthwein은 AICON의 최고급 측정 시스템인 StereoScan을 도입하기로 했습니다. 이 디지털화 공정은 사실상 완전 자동식으로 진행하고자 했기 때문에, 스캐너에 턴테이블(옵션 사양으로 이용 가능)을 장착해 활용했습니다.

작업 흐름

우선 측정 대상이 반투명하기 때문에 후에 떼어낼 수 있는 반사광 방지 분말로 대상을 코팅하여 준비합니다. 측정 대상의 기하학적 형상이 복잡해서 특정 영역을 30° 각도로는 효율적이면서 정확하게 캡처할 수 없는 경우(예를 들어 좁은 구조물이나 깊은 구멍, 홈이 파인 부분 등)에는 20° 및 10° 각도 옵션을 이용하면 데이터 획득 시간을 대폭 절감할 수 있습니다. 

스캔 작업이 진행되는 동안 AICON 소프트웨어인 OptoCat이 각각의 스캔 이미지를 한데 모아 정렬한 다음 하나의 다각형 그물망 형태로 병합해냅니다. 두 번째 단계에서는 이렇게 생성된 데이터를 지정된 검사 소프트웨어(PolyWorks/Inspector)로 내보냅니다. 

자세한 내용은 다음과 같습니다:

1. 디지털화 및 데이터 평가

• 회전 장치인 TurnTable을 사용하여, 측정 공정이 (반)자동화 방식으로 이루어집니다.
• 측정 대상을 StereoScan으로 3차원 디지털로 측정합니다.
• 대상의 기하학적 형상을 계산하고 시각화합니다.
• 3D 데이터를 검사 소프트웨어에 전송합니다.

2. PolyWorks/Inspector로 검사

• CAD 기준 데이터를 가져옵니다.
• CAD 모델을 근거로 검사 기준을 정의합니다: 즉 트리밍 선, 중요 표면 기준 지점, 드릴링 구멍, 스터드, 클립과 플레인 등의 구체적인 특징, 위치 기준, 직경, 평행성, 직사각형 형태도 등이 이에 포함됩니다.
• 스캔 데이터를 로드합니다.
• 측정 결과 보고서를 작성하고 아카이브에 저장하는 등 자동 정렬 및 검사 공정을 마칩니다.
• 2D 및 3D로 색상 표시를 하고 공칭값 및 허용오차, 절단면 등을 표로 나타내 마음껏 구성할 수 있도록 시각적으로 표현합니다.

결론

StereoScan 에 턴테이블 회전 장치를 조합하여 최첨단 광학식 3D 검사 기술을 사용하고 강력한 분석 소프트웨어를 활용한 결과 Wirthwein에서는 자사의 플라스틱 부품과 구성 부품의 품질을 자동화, 3차원 방식으로 검사할 수 있었습니다. 이렇게 전체론적인 검사 방식을 이용하면 엄청난 용량의 데이터를 처리하는 경우에도 효율적이고 신뢰도 높은 검사 흐름을 보장할 수 있습니다. 측정 평가 결과는 곧바로 다시 제조 공정에 투입되어 제품 효율성을 즉각 증진하는 효과가 있습니다. 나아가 최종적으로 Wirthwein 플라스틱 부품이 들어가는 모든 자동차의 품질을 우수한 수준으로 보장할 수도 있게 됩니다. 

 
이 자리를 빌어 해당 프로젝트를 위해 아낌없이 지원해주고 협조해준 협력업체에 진심으로 감사의 말씀을 드립니다.