항공우주 산업에서의 TubeInspect

항공우주 산업에의 튜브 제조 요건은 다른 업계 부문에서보다 상당히 까다롭습니다. 이 부문에서 광학 튜브 측정 시스템인 TubeInspect를 사용하는 것이 적합할지 판별하기 위해, PFW Aerospace AG에서 광범위한 측정 시스템 분석을 수행하였습니다. 

이 테스트를 수행한 PFW 프로젝트 엔지니어인 Martin Seibt는 시스템의 높은 반복 가능성만 확인하는 데 그치지 않았습니다. 이 시스템은 재현성까지 높아, 경쟁사 측정 시스템 중 하나에 비해서는 다섯 배나 월등했습니다. 테스트 결과 PFW의 주요 고객인 Airbus에서 TubeInspect가 7°를 초과하는 튜브 벤딩을 측정하는 데 적합한 측정 시스템이라고 인증하였으며, PFW는 생산 단계에 TubeInspect를 도입할 수 있다는 공식 승인을 받아냈습니다.

항공우주 산업의 특수 요건

항공우주 산업 내에서의 튜브 제조란 겉으로 비춰지는 것보다 훨씬 복잡한 작업입니다. 밖에서는 보이지 않지만, 수많은 구부러진 튜브로 구성된 고도로 발달된 시스템이 현대식 항공기 하나하나를 채우며, 날개 끝부터 착륙장치까지 마치 혈관처럼 배치되어 있는 것입니다. 여러 가지 튜브 시스템 중에는 예를 들어 연료, 유압 오일, 공기와 산소 튜브 등이 있습니다. 

독일 슈파이어(Speyer)에 본사를 둔 PFW Aerospace AG는 전 세계에서 1500명이 넘는 직원을 고용하고 있으며, 항공산업 분야에서 튜브 시스템 제조의 업계를 선도하는 기업입니다. 이 회사의 유명한 추천 고객으로는 EADS/Airbus, Boeing, Bombardier와 Eurocopter 등이 있습니다. 

튜브 시스템은 하나도 빠짐없이 모두 엄격한 품질 제어의 대상이 됩니다. 조금이라도 정확도가 떨어지면 참사를 불러올 수 있기 때문입니다. 벤딩되지 않은 튜브는 특별히 자격을 획득한 공급업체에서만 구할 수 있으며, 이들 업체에서 각각의 부품에 따로 인증서를 발행합니다. 그러므로 이러한 튜브에 추가로 가공을 할 때에는 엄격한 공차 규격을 반드시 지켜야 합니다. PFW Aerospace AG에서는 튜브 벤딩 공정에서 완벽한 기하학적 형상을 위해 매우 까다로운 요건을 충족해야 합니다. 

하지만 회사의 입장에서 수익을 내려면 폐기량은 최소로 하면서 소량의 튜브를 만들 수 있어야 합니다. PFW의 프로젝트 엔지니어 Martin Seibt가 그 이유를 설명했습니다. "저희 목표는 만들어야 하는 장비 한 대로 배치 생산, 즉 간헐적으로 생산을 하더라도 수익을 내면서 제조하는 것입니다. 저희 고객들은 부품을 하나만 만들어달라고 의뢰하는 경우도 잦거든요. 위성 제작을 예로 들어 보죠. 여기에 필요한 튜브는 아주 독특하고, "하나밖에 없는" 물건입니다. 이 튜브 하나만을 만들기 위해 PFW에 의뢰하는 것입니다."

항공기에 쓰이는 연속 부품이라고 해도 열 개 미만의 수량으로 주문할 수 있습니다. 이러한 생산 공정에는 거의 예외 없이 티타늄, 스테인리스 스틸 또는 인코넬(비부식성 니켈 합금) 등 고가의 소재가 쓰이고, 폐기량은 반드시 최소 수준으로 유지해야 합니다. Martin Seibt는 이렇게 말합니다. "지금 시점에서 PFW는 폐기량을 최소로 해서 구성 부품 20,000개를 즉시 생산해야 하는 상황입니다. 첫 합격품이 나오기 전에 튜브 시제품을 두 개 이상 폐기해야 되면 저희 입장에서는 감당할 수 없는 비용이 들죠." 

항공우주 업계에서는 제품이 다양해야 하고 시제품을 여러 개 제작해야 하므로, 어디에서나 적용할 수 있는 측정 시스템이 이상적인 선택이라 할 수 있습니다. 수동 게이지와 같은 제작 방식은 더 이상 경제적인 해결책이라 볼 수 없습니다. 튜브마다 각기 다른 변경 사항에 맞게 조정해야 하고, 그에 더해 몇 년 동안 보관해두기까지 해야 하기 때문입니다. PFW는 효율성을 보다 향상시키기 위해 처음으로 광학식 측정 시스템의 잠재력을 분석했으며, 지금까지 제조된 튜브를 검사하는데 사용해 온 접촉식 시스템과 그 결과를 비교해 보았습니다.

광학식 측정에 의한 튜브 검사

PFW는 현재 시중에 출시된 완벽한 광학식 측정 시스템 중에서 유일하게 벤딩 튜브 전문인 AICON의 TubeInspect를 선택하여 분석했습니다. TubeInspect는 고해상도 디지털 카메라 여러 대를 사용하여 튜브의 기하학적 형태를 대단히 정밀하게 측정합니다. 이외에도, 셋업과 보정데이터를 산출하여 벤딩머신으로 전송합니다. 튜브 검사에는 짧은 시간이 소요됩니다. 연료 튜브의 경우 측정 데이터를 3초 이내에 얻어낼 수 있으며, 벤딩이 40개가 넘는 복잡한 브레이크라인을 관리하는 경우라도 20초 이내에 완료할 수 있습니다. TubeInspect는 고비용의 기계식 검사지그를 완전히 대체할 수 있습니다.

두 가지 절차를 사용한 측정 시스템 분석

첫 번째 절차

측정 시스템 분석을 수행하기 위해, PFW는 최신 기술 표준이라 할 수 있는 두 번의 절차를 사용했습니다. 첫 번째 테스트는 측정 능력 테스트로, 측정 시스템의 편향성과 오차 등을 작업자의 영향을 배제한 상태로, 캘리브레이션 마스터를 참조하여 평가하는 것입니다. 평균적인, 기준 편차와 편향을 측정 테스트 시퀀스에서 계산할 수 있습니다. 

PFW는 항공우주 산업에서 튜브 벤딩의 요건을 나타내는 측정 시스템 적합성 테스트를 수행하기 위해 참조 기준으로 독일 표준방식으로 검정된 튜브를 사용하였습니다. 이것은 50번 측정되었으며, 튜브를 측정 셀에서 빼냈다가 다음과 같은 측정을 수행할 때마다 다시 제자리에 돌려놓는 방식으로 수행하였습니다. Martin Seibt는 이러한 결과 값을 가지고 측정된 값이 기존의 캘리브레이션된 튜브의 기준값과 일치하는지 평가하고, 측정 결과가 서로 어떤 식으로 관련되었는지(즉, 측정 결과에 어느 정도로 편차가 있는지) 평가하였습니다. 

첫 번째 절차의 결과: TubeInspect의 편차가 접촉식 시스템의 편차보다 훨씬 나은 것으로 드러났습니다.

 결과는 담당자에게 확실히 신뢰감을 부여하여 TubeInspect는 항공우주 산업용 측정 시스템으로 적합한 것으로 판명되었습니다. 즉, 측정된 벤딩 지점 전체의 99.7%에서 실제값과 비교하여 0.36mm(목표 값: 0.50mm) 미만으로 차이가 벌어졌던 것입니다. 반복성 면에서도 현저히 월등했습니다. 무작위 오차는 ±0.09mm(3시그마)였는데, 이는 이전에 사용되던 측정 방법에서 검출된 값에 비해 상당히 낮은 값입니다. 

Martin Seibt는 이 결과를 이렇게 평가했습니다. "TubeInspect는 편차가 극히 낮아서 최적의 상태에서 특히 진가를 발휘합니다. 경쟁 시스템과 비교할 때 정밀도가 아주 높죠."

두 번째 절차 

두 번째 절차는 게이지 R&R-연구(게이지 반복성 및 재현성)입니다. 이 측정 절차로는 생산 조건에서 작업자의 영향을 감안하여 측정 과정의 반복성과 재현 가능성을 파악할 수 있습니다. 결과에 따라 해당 측정 과정이 측정 작업에 적합한지 결정을 내리게 됩니다. 

이 분석을 위해 TubeInspect와 접촉식 시스템 둘 다 사용되어, 세 가지 고정 시스템을 각각 갖춘 장비 설정기 네 대로 완전히 서로 다르게 만든 튜브 네 개를 측정했습니다. 시스템 하나에 총 48번의 측정이 기록되었습니다. 

두 번째 절차의 결과: TubeInspect 가 접촉식 시스템에 비해 5배 월등했습니다. 

이 조사의 결과에 대해 Martin Seibt는 이렇게 말했습니다. "반복성 면에서 TubeInspect 시스템의 탁월한 성능에 놀랐습니다. AICON의 시스템이 접촉식 측정 시스템보다 다섯 배는 나았거든요. 고정 시스템을 근거로 한 접촉식 측정의 설정이 튜브의 형상을 바꿔 버린다는 사실을 깨달았습니다. 이런 현상은 엄청난 오류를 초래하는 원인이 되더군요. TubeInspect는 광학식 위치제어 보조 기능을 활용해서 튜브 하나하나를 두 가지 위치에서 측정합니다. 따라서 이 시스템은 반복성을 훨씬 개선한 결과를 얻을 수 있습니다."

결론

PFW는 이러한 측정 결과를 자사의 가장 중요한 고객 업체 중 하나로 손꼽히는 Airbus에 전달했습니다. 신뢰성 있는 결과물 덕분에 PFW는 Airbus로부터 TubeInspect를 생산에 도입해도 좋다는 공식 승인을 받아냈습니다. 이제 이 시스템은 슈파이어의 공장에 설치되어 매일 애용되고 있습니다. Martin Seibt는 이렇게 결론을 맺었습니다. "AICON의 측정 시스템은 항공우주 업계의 점점 늘어나는 수요를 충족시키기에 좋은 가장 현대적인 공법입니다. 여타 측정 시스템 제조업체는 기술적인 한계에 직면하고 있는 상황입니다. 저희는 TubeInspect 도입에 대단히 만족하고 있습니다."