용접 구조물에 자동화 3D 비접촉 검사 통합

By Rodrigo Alfaia, Associate Director Laser Tracker, Hexagon’s Manufacturing Intelligence division

Integrating automated non contact 3D inspection for welded structures

Engineering Reality 2024 volume 1

Accelerate Smart Manufacturing

Vlassenroot Group은 생산 효율성을 개선하고 비용을 절감하기 위해 헥사곤의 직접 스캐닝 레이저 트래커 기술을 기반으로 한 현장 측정 솔루션에 투자했습니다.

벨기에, 독일, 폴란드에 생산 현장을 두고 있는 Vlassenroot Group은 맞춤형 복합 강철 구조 및 부품을 공급하는 선도적인 공급업체입니다. 절단 및 절곡뿐만 아니라 리프팅, 레일, 에너지 및 크레인 생산과 같은 다양한 산업에 사용되는 고급 철강 부품의 용접, 가공, 조립 및 도장 분야에서도 역량을 발휘합니다. 크레인 산업에 주로 벤딩 하프 셸을 공급하는 가족기업으로, 고객의 요구에 따라 완전 용접된 텔레스코픽 붐, 섀시 및 턴테이블을 공급하며 지금의 규모로 성장했습니다.

Vlassenroot가 구체적으로 문제를 겪고 있는 영역은 텔레스코픽 붐 생산에 있습니다. 최대 16m 길이의 붐이 크레인 제조업체가 요구하는 텔레스코픽의 탄성 거동 및 하중 지지 용량의 높은 기준을 충족하려면 서로가 틈 없이 맞물려야 합니다.

Vlassenroot의 독일 공장은 생산 처리량을 늘리고 택트 시간을 줄이기 위해 ARGON 측정 솔루션을 사용하여 생산 공정 중간에 신뢰할 수 있는 3D 검사 솔루션을 실시하기로 했습니다.

ARGON이 제안한 솔루션은 헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스 사업부의 Leica Absolute Tracker ATS600 직접 스캐닝 레이저 트래커를 기반으로 하며, 향상된 측정을 위한 표준 전기 팔레트 스태커인 측정 트롤리에 장착됩니다.

제조업체에 중대한 과제를 제시하는 붐 생산

이동식 크레인 산업에 사용하는 기다란 텔레스코픽 붐을 생산하기 위해서는 여러 단계를 거쳐야 합니다. 주요 구성요소는 벨기에의 브뤼셀 공장에서 나오는 강철 하프셸입니다. 이 셸은 하이브리드 용접 방식으로 하나의 튜브로 결합되어 텔레스코픽 붐의 한 요소를 구성합니다.

“우리 용접공들은 각자의 업무에서 전문가이지만, 우리는 검사 루틴을 강화하고 각 작업자의 정확도에 대한 의존도를 낮추고 싶었습니다.”라고 Vlassenroot의 산업 디렉터인 Philippe Dudzik 은 설명합니다. 정확하게 검사해야 하는 세부 사항에는 용접 이음새의 품질과 유도 열이 재료 변형에 미치는 영향이 포함됩니다.

“우리는 아직 이러한 재료 변형의 영향, 즉 이전 생산 단계의 어떤 매개변수가 재료 뒤틀림 수준에 영향을 미치는지 자세히 이해하지 못했습니다.”라고 Dudzik은 설명합니다. “이제 여러 생산 단계에 걸쳐 ATS600에서 수신하는 디지털 데이터를 통해 중요한 파라미터를 정의하고 붐의 변형에 대응할 수 있습니다.”

Figure 1. The production of large steel components causes dust, dirt and vibrations, which means equipment in the Vlassenroot facility needs to be able to withstand a harsh production environment.

대형 철강 부품을 생산하면 먼지, 오물, 진동이 발생하기 때문에 Vlassenroot 시설의 장비는 열악한 생산 환경을 견딜 수 있어야 합니다.

블라센루트에서 가장 많은 시간이 소요되는 생산 단계는 붐을 곧게 펴는 작업입니다. 붐의 직선화 작업은 수동 측정 절차를 통해 수행할 경우 많은 노력이 필요합니다. 숙련된 작업자가 게이지, 캘리퍼 및 숙련된 눈을 사용하여 붐의 모양 편차를 포착합니다. 그 후 붐은 교정기에 고정되고 유압 액추에이터를 사용하여 측정된 편차에 따라 소성 변형 정도에 따라 곧게 펴집니다.

“이 전체 프로세스에는 직원들의 많은 시간과 경험이 필요합니다.” 라고 Dudzik은 말합니다. “잘 정의된 품질 게이트가 있는 품질 프로세스를 설치하면 교정 프로세스를 거칠 필요가 없는 붐을 감지할 수 있습니다. 그런 붐의 경우 어디를 교정해야 하는지 즉시 알 수 있습니다. 이렇게 하면 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 또한 더 빠르고 안정적으로 측정함으로써 편차의 근본 원인을 더 잘 이해하여 편차를 더 잘 예측하고 방지할 수 있습니다.”

효율성 향상을 위한 품질 게이트 구축

Vlassenroot는 ARGON과 함께 생산 공정 중에 여러 품질 게이트를 구축했습니다. 이를 바탕으로 ARGON은 Vlassenroot용 턴키 솔루션을 개발하여 ARGON 측정 트롤리에 직접 스캐닝 Leica Absolute Tracker ATS600이 탑재된 시스템을 제안했습니다.

 Figure 2. In the past, checking deviations on the boom was a purely manual task — using gauges and callipers, an experienced employee captures shape deviations along the boom.

과거에는 붐의 편차를 확인하는 작업은 숙련된 직원이 게이지와 캘리퍼를 사용하여 붐의 모양 편차를 캡처하는 수작업으로 이루어졌습니다.

ARGON 측정 솔루션의 CEO인 Geert Creemers는 "우리의 ' 커피 머신 원리'에 기반한 생산 현장 측정 솔루션과 직접 스캐닝 Leica Absolute Tracker ATS600의 성능이 결합하면서 이제 Vlassenroot는 언제 어디서나 원하는 단계에서 부품을 빠르고 안정적으로 측정할 수 있습니다."라고 설명했습니다.

추가적인 품질 점검을 통해 블라센루트는 재작업되는 붐의 수를 획기적으로 줄이는 것을 목표로 합니다. 모든 붐의 기본이 되는 양쪽 하프 쉘의 품질을 확인하는 것이 첫 번째 품질 관문입니다. 생산 시설에 다양한 생산 단계의 붐 측정 절차를 전담하는 새로운 공간이 마련되었습니다. 이곳에서 트롤리에 장착된 ATS600 은 다양한 부품 크기에 따라 필요에 따라 유연하게 배치할 수 있습니다.

두 번째 품질 게이트에서는 용접된 붐이 용접 공정이 재료에 영향을 미쳤는지, 열로 인해 변형이 발생하여 앞서 언급한 재료 변형의 원인이 되는지 여부를 확인하기 위해 용접된 붐이 검사됩니다. 세 번째 품질 게이트는 직선화 공정 직전에 설치되었습니다. “ 교정 직전에 제가 의도한 것은 모든 변형을 상세한 데이터와 함께 보여주는 컬러맵으로 측정 결과를 받는 것이었습니다.”라고 Dudzik 은 말합니다. “그런 다음 데이터를 사용하여 용접 공정 중 변형을 방지하기 위한 고정 장치를 설계합니다.”

직선 가공 프로세스를 마친 후에는 최종 조립 및 도색 작업이 이루어집니다. 네 번째 품질 게이트에서 ATS600은 부착된 잠금 디스크 및 유압 스터드 부착 장치의 위치와 같은 기능을 검사합니다.

Figure 3. With the ATS600 laser tracker mounted on its measurement trolley, ARGON created a highly mobile shop-floor solution for Vlassenroot.

ARGON은 측정 트롤리에 ATS600 레이저 트래커를 장착하여 Vlassenroot를 위한 이동성이 뛰어난 작업 현장 솔루션을 개발했습니다.

Figure 4. Vlassenroot specialises in producing telescopic crane booms with lengths of up to 16 metres. Image: ©Argon

Vlassenroot는 최대 16m 길이의 텔레스코픽 크레인 붐을 생산하는 전문 업체입니다. 이미지: © Argon

Dudzik과 그의 팀은 이미 한 수 앞을 내다보고 있는 중입니다. " 우리는 더 많은 품질 게이트를 구축하고 수집한 데이터를 활용할 방법을 찾을 계획입니다. 하프 셸의 점검이 끝나면 벨기에 공장과 데이터를 공유하여 벤딩 기계를 조정하고 붐을 보다 정확하게 생산할 수 있습니다. 품질 게이트와 ATS600 현장 솔루션에 투자한 이유는 한 번에 제대로 생산하고 재작업을 방지하기 위해서입니다."

견고하면서도 이동성이 뛰어난 측정의 필요성

ARGON과 함께 Vlassenroot는 새로운 시스템을 구축하기 위해 빠르고 정확하면서 생산 환경에 맞출 수 있을 정도로 탄력적인 측정 장치를 찾기 시작했습니다. “우리 시설에서는 먼지, 오물, 진동을 처리해야 합니다.”라고 Dudzik은 설명합니다. “이러한 환경을 처리할 수 있는 디바이스를 찾는 데 의구심이 들었습니다.”
"이제 ATS600가 여러 생산 단계에서 보낸 디지털 데이터를 통해 붐의 주요 매개변수를 정의하고 변형에 대응할 수 있습니다."
Philippe Dudzik
산업 이사
Vlassenroot Group
그래서 현장에서 쓸만한 여타 기술들을 평가해봤지만 설정 프로세스에 시간이 많이 걸리거나 붐 한 개의 측정 및 후처리 시간에 최대 90분이 소요되는 등 용납할 수 없는 한계가 있는 것으로 드러났습니다.
그러던 중 Vlassenroot는 혹독한 조건에서도 탄력적일 뿐만 아니라 설정 및 통합에 유연하며 즉시 사용 가능한 결과를 빠르게 생성할 수 있는 솔루션인 Leica Absolute Tracker ATS600을 발견했습니다.

과거에 비해 새로운 ATS600 기반 작업 현장 솔루션으로 측정하는 데 걸리는 시간은 90분이 아닌 12분에 불과하며, 검사 시간이 80%까지 단축되고 측정 오류도 발생하지 않습니다. “결과는 매우 훌륭했습니다.”라고 Dudzik은 말합니다. “그리고 이 모든 것이 최소한의 교육만으로 가능합니다.”
Figure 5. During the fourth quality gate, after final assembly and painting, the ATS600 inspects features such as the position of the attached locking disc and hydraulic stud attachments.
네 번째 품질 게이트에서 ATS600은 부착된 잠금 디스크 및 유압 스터드 부착 장치의 위치와 같은 기능을 검사합니다.
Figure 6. When mounted upside down, the ATS600 can also detect low spots on the boom.
반대로 매달면 ATS600의 레이저로 붐의 아랫부분도 감지할 수도 있습니다.

Engineering Reality 2024 volume 1

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