정확성과 반복성을 향상하는 새로운 직접 스캐닝 전략

Leica Absolute Tracker ATS600이 출시되면서 이 시스템의 획기적인 직접 스캐닝 기능이 새로운 측정 등급 검사 응용 분야의 폭을 넓혔습니다. 이전에는 불가능했던 측정을 쉽게 수행할 수 있어 대규모 제품의 품질 관리가 그 어느 때보다 쉬워졌기 때문입니다.

헥사곤의 레이저 트래커팀은 2022년에 한 유명 항공우주 고객으로부터 현재 사용 중인 측정 프로세스(트래커 및 반사경 측정 프로세스 포함)를 ATS600의 직접 스캐닝으로 바꾸고 싶다는 연락을 받았습니다. 기존 프로세스는 작업자가 부품의 표면 포인트의 목록을 받은 다음 각 포인트의 위치로 반사경을 가져가서 측정을 수행해야 합니다. 그리고 이 포인트는 반사경이 좌표에 닿아야만 기록되었습니다. 측정할 부품의 크기 때문에 측정 시에 필요한 비계 및 안전 장비의 위치도 여러 번 바꾸어야 했습니다. 따라서 이 프로세스에는 시간이 매우 많이 소요되었기 때문에 직접 스캐닝으로의 전환을 고려하게 된 것입니다.

그러나 이 항공우주 기업은 과연 ATS600의 직접 스캐닝 성능이 공차 요건을 충족할 수 있을 것인가 하는 걱정이 있었습니다. 그래서 헥사곤은 반사경 검사에 비해 정확도는 떨어지지만 직접 스캐닝이 훨씬 더 편리하다는 점을 밝혔습니다. 현지 헥사곤팀과 시연 부서는 반사경을 사용하지 않은 측정 결과가 항공우주 분야의 엄격한 공차를 충분히 충족할 수 있을지 알아보기 위해 테스트를 실시했습니다.

테스트에서 반사경과 직접 스캐닝을 사용한 첫 번째 측정 결과는 서로 일치하지 않았습니다. 이처럼 차이가 발생한 이유는 표면의 품질 때문이라는 의견이 나왔습니다. 표면에 이전의 제조 공정에서 긁히면서 생긴 자국이 있었던 것입니다. 현지팀은 직접 스캐닝이 요구되는 수준을 충족할 능력이 부족한 게 아니라 가변성 문제라고 여기고, Absolute Tracker 제품군의 설계 및 구축을 담당하는 헥사곤 스위스 본사의 레이저 트래커 전문가팀에 연락하여 도움을 요청했습니다.

본사팀은 브러시드 강판을 사용해 ATS600으로 다양한 거리 (2~15m)와 입사각(0°~60°)에서 측정하는 실험을 실시했습니다. 처음에는 1.5인치 반사판을 사용해 각 거리와 입사각으로 강판을 측정했는데, 21개의 포인트를 획득하여 평면을 맞추는 데 사용했습니다. 이어서 직접 스캐닝으로 측정한 결과 현지팀이 항공우주 고객과 함께 현장에서 발견했던 것과 동일한 가변성 문제가 발견되었습니다.

Figure 1. 테스트에 사용된 브러시드 강철 인공물. (left) | 포인트의 평균값을 생성하는 데 사용된 측정 그리드. (right)

헥사곤 팀은 문제를 연구한 후 표면 비교 포인트 측정이라는 새로운 측정 전략을 개발했습니다. 이 개념은 촘촘한 간격으로 이루어진 포인트 측정 그리드를 만들고 그 결과를 사용하여 그리드의 중심점에 대해 평균 좌표 값을 계산합니다.

특정 표적 개체에서 100개의 불연속 포인트를 측정해야 한다고 가정해봅시다. 이 포인트의 좌표는 소프트웨어로 가져올 수 있으며 각 포인트 주위에는 반사경을 사용하지 않은 작지만 밀도가 높은 측정 포인트의 그리드가 자동으로 생성됩니다. 사용자가 “측정” 를 클릭하면 ATS600이 그리드의 각 포인트를 스캔한 다음 원하는 좌표를 나타내는 평균값을 계산합니다. 이 프로세스는 자재 표면의 스크래치로 발생하는 이상치를 제거합니다. 그리드의 권장 반경은 4~8mm 사이이며, 레이저 빔 직경이 증가하여 측정 거리가 길수록 반경을 키우는 것이 좋습니다.

정확도가 2배 개선되고 반복성은 10미크론으로 대폭 감소했습니다.

그 결과, 반사경 측정에 비해 상당한 시간 절약 효과를 제공하면서도 뛰어난 정확도와 반복성 결과를 제공하고 상대적으로 훨씬 더 간편한 새로운 측정 전략이 탄생했습니다.

헥사곤의 레이저 트래커 엔지니어들이 실시한 광범위한 테스트 결과에 따르면 이 전략은 정확도를 2배 개선하고 반복성은 10 미크론으로 대폭 감소시킨 것으로 나타났습니다. 이 새로운 측정 방식은 ATS600 인터페이스가 있는 측정 소프트웨어 패키지에서 쉽게 사용할 수 있으며, 이 새로운 측정 전략의 도입에 관심이 있는 고객은 현지 헥사곤 담당자에게 문의해야 합니다.

Figure 2. 단일 포인트 직접 스캐닝을 사용한 측정 결과. (left) | 0.5mm x 0.5mm 단일 포인트 직접 스캐닝을 사용한 측정 결과.  (right)

이러한 결과를 바탕으로 이 항공우주 회사는 ATS600 장비 3대에 새로 투자했습니다. 기존의 설정 및 예열 워크플로에 비하면 검사 시간이 2.5시간에서 45분으로 단축됩니다.

또한, 직접 스캐닝 방식에는 고소 작업이 더 이상 필요하지 않으므로 작업자의 안전이 보장됩니다. 뿐만 아니라 ATS600은 반사경을 사용하거나 사용하지 않는 측정을 모두 수행할 수 있으므로, 현재 반사경을 사용하여 실시하는 자동화 윙 조인 루틴도 계속 할 수 있으며, 번거로운 기술적 설정이나 분해 없이 바로 새로운 비접촉 스캐닝 검사 루틴으로 전환할 수 있습니다.