광학 계측이 움직이는 이유

최근에 자동화와 결합된 광학 계측의 힘이 인정받고 있습니다. 계측 작업 자동화가 중요한 이유는 무엇입니까?

계측을 품질 실험실에만 유지하는 것이 아니라 공정으로 옮기면 전반적인 품질이 향상되고 제조 자체의 자동화가 더욱 효율적으로 이루어집니다. "측정 최적화 제조(MOM)는 확실히 우리가 보고 있는 추세입니다." 그는 계측이 제조를 가능하게 하지 않는다는 점에 주의를 기울였습니다. 지금은 잘 작동하지만 더 잘 작동하도록 최적화합니다.

다양한 형태의 광학 계측은 다른 방법에 비해 속도가 빠르기 때문에 자동화를 향상시키는 가장 좋은 방법인 경우가 많습니다. 광학 방법의 다른 장점은 자동차 판금, 복합 부품 또는 섬세한 수술 임플란트와 같은 섬세한 표면을 표시하거나 변형하지 않고 측정할 수 있다는 점입니다. 또 다른 예는 계측 장치를 사용하여 로봇을 정밀하게 움직여 위치 정확도를 몇 밀리미터에서 100μm 이상으로 높이는 것입니다.

Wasilesky는 MOM을 확장하는 것은 고객 교육을 확장하는 것을 의미한다고 말했습니다. 오늘날 제조 엔지니어는 자신의 작업장이 얼마나 더 최적화될 수 있는지 알지 못할 수 있습니다.

"Metrology Optimized Manufacturing을 통해 비교 도약을 통해 특히 자동차 분야에서 제조 효율성을 높일 수 있는 잠재력이 있다고 생각합니다."라고 그는 말했습니다. 개념은 제조업체에 도달해야 하며, Wasilesky는 계측 시장의 자동화 측면이 연간 20% 가까이 성장하는 반면 품질 관련 시장의 나머지 부분은 약 6%로 성장하고 있다고 언급했습니다. 그는 이것이 고객이 접촉 프로브보다 광학 계측 방법을 더 많이 수용하기 때문이라고 말했습니다. 이는 많은 대화에서 다른 사람들이 공유하는 감정입니다. 기술이 향상되고 광학 방식을 선택할 수 있는 폭이 넓어지며 점점 더 빨라지는 컴퓨팅 플랫폼에서 호스팅되는 처리 소프트웨어가 크게 향상되었습니다. "원칙은 동일하지만 훨씬 더 유능해졌습니다."라고 그는 말했습니다.

더 빠른 광학, 더 나은 알고리즘 및 강력한 컴퓨팅의 이러한 수렴의 좋은 예는 Zeiss AIMax 클라우드 광학 3D 센서입니다. 구조화된 조명 시스템으로 분류되는 이 시스템은 하나의 프로젝터와 하나의 센서에만 의존합니다. 이것은 더 컴팩트한 감지 헤드를 만들지만 아마도 더 중요한 것은 시스템이 일반적으로 0.5초 미만(구멍, 슬롯, 리벳 또는 T-핀을 생각하면) 이내에 포인트 클라우드가 아닌 포인트 클라우드에서 피쳐를 빠르게 측정하도록 프로그래밍되어 있다는 것입니다. 최종 결과로 포인트 클라우드를 제공합니다. 이는 인라인 검사, 특히 자동차 판금 및 BIW(Body in White) 부품에 이상적인 시스템을 만듭니다. Wasilesky는 센서와 로봇 움직임을 포함한 시스템이 식스 시그마에 300μm 이상의 측정 정확도를 제공할 수 있다고 말했습니다.

Zeiss는 또한 니어라인 측정을 위한 솔루션을 제공할 뿐만 아니라 생산 지점과도 가까운 오프라인 측정을 위해 작업 현장에서 더 빠른 CMM의 광학 대체품을 제공합니다. AIBox는 품질 관리실에 가지 않고도 CMM 수준의 정확도를 얻는 것을 목표로 하는 완벽한 시스템입니다. AIBox는 표준 사진 측량 장치가 있는 디지털 프린지 투영 시스템을 모두 사용하여 VDI 2634 표준에 대해 40μm 미만의 구면 오차를 측정할 수 있습니다. 크기가 최대 2000mm이고 무게가 1000kg인 대형 부품용입니다.

자동화 및 부품

자동화 시스템에 임베딩하기 위한 보다 유용한 광학 계측 장치 중 하나는 Nikon iNEXIV 시리즈와 같은 정밀 이동 테이블의 비디오 시스템입니다. Nikon Metrology(미국 미시간주 브라이튼)의 제품 관리자인 Nate Frost에 따르면 측정 시스템에는 카메라가 포함되어 있기 때문에 비전 작업에 쉽게 적용할 수 있어 오늘날 부품에서 흔히 볼 수 있는 바코드 또는 QR 코드를 읽는 것과 같은 새로운 가능성을 열어줍니다. . "또한 부품의 부품 번호나 부품과 함께 제공될 수 있는 인쇄 용지의 텍스트 데이터를 읽을 수 있습니다." 바코드를 읽고 부품을 식별하면 장치가 올바른 측정 프로그램을 호출하고 해당 개별 부품에 대한 보고서에 결과를 자동으로 기록할 수 있기 때문에 자동화가 한 차원 높은 수준입니다.

이는 스마트 팩토리와 산업용 사물 인터넷이 계속 발전함에 따라 특히 유용할 수 있습니다. "이것은 전통적인 자동화 작업이 아닙니다."라고 Frost는 말했습니다. “측정 시스템의 자동 부품 로딩은 모든 계측 공급업체가 수용할 수 있는 것이어야 합니다. [바코드 판독은] 대신 결정을 내리는 것과 관련이 있습니다.”라고 그는 말했습니다. 품질을 높이면서 인적 요소를 제거합니다.

부품 프로그램을 생성하는 효율적인 수단도 마찬가지로 중요합니다. 업계의 일반적인 추세에 따라 이제 오프라인에서 CAD 모델을 읽고 프로그램을 만드는 것이 Nikon의 CMM-Manager 3.6에서 가능합니다. Nikon의 비전 시스템용 지원 소프트웨어의 최신 버전입니다. "이전 소프트웨어는 프로그램을 티치인하는 데 조이스틱만 사용했습니다."라고 Frost가 말했습니다. "이것은 비디오 측정 프로그램에 상당히 새로운 것입니다." 왜요? 접촉 프로브 또는 레이저 라인 센서를 오프라인으로 프로그래밍하는 것과 달리 비디오 프로그램은 조명, 가장자리 효과, 반사 표면의 반짝임 및 비디오 고유의 기타 효과를 고려해야 하기 때문입니다. “시뮬레이션을 실행하고 검사 결과를 실시간으로 확인할 수 있습니다. 실제로 CAD 모델이 더 완성될수록 검사 프로세스가 더 효율적입니다.”라고 Frost는 말했습니다. "비전, 자동 초점 레이저, 회전식 인덱서 및 촉각 입력을 통해 기존의 비전 시스템에서는 볼 수 없는 형상과 형상도 측정할 수 있습니다."

그는 왜 자동화에 대한 추진력이 있다고 생각합니까? Frost는 "공통 분모는 기업이 직원과 운영에 부담을 주고 있다는 것입니다."라고 말했습니다. “그들은 직원들이 더 유연하기를 기대합니다. 그들은 CNC 밀과 계측 시스템을 운영할 수 있기를 원합니다. 우리는 이것을 전반적으로 보고 있지만 특히 직원들이 모든 분야의 잭이 되어야 하는 작업장에서 그렇습니다.” 계측을 자동화하면 이 작업이 훨씬 쉬워집니다.

대량 자동차

Jenoptik(Rochester Hills, MI)의 영업, 마케팅 및 서비스 담당 부사장인 Andreas Blind는 "광학 측정 기술의 정밀도와 속도는 자동화에 매우 적합합니다."라고 동의했습니다. Jenoptik은 주로 공정 내 제어용이 아닌 광범위한 계측 센서를 제공합니다. 여기에는 공기 게이지 및 접촉 측정은 물론 고급 고속 광학 센서까지 포함됩니다. “각각의 자리가 있습니다. 광학 기술은 더럽거나 기름진 환경에서는 잘 작동하지 않는 경향이 있지만 광학 기술은 훨씬 더 유연하며 부품을 만질 수 없거나 속도가 필요할 때 특히 유용합니다.”라고 그는 말했습니다.

Jenoptik의 Opticline 시리즈 장치는 샤프트 측정을 위해 고속 자동화 캐비닛에 패키징된 섀도우그래프 기법의 좋은 예입니다. Shadowgraph 시스템은 캠축 및 크랭크축과 같이 축대칭이 아닌 경우에도 회전하는 부품을 측정하는 데 이상적입니다. 회사는 크거나 작은 조각을 측정하기 위한 다양한 크기와 기능으로 전 세계적으로 2500개 이상의 Opticline 시스템이 설치되어 있다고 말합니다. 예를 들어, 해당 공장에서 선택한 SPC 시스템을 사용하여 신속한 모니터링을 위한 통계적 프로세스 제어(SPC) 인터페이스가 있는 일련의 Opticline 스테이션이 있습니다. 정확도는 MPe로 보고되며 80mm/s의 빠른 측정 속도로 직경을 측정할 때 (1.5 +L/200) μm입니다.

Blind에 따르면 광학 공정 중 제어의 또 다른 중요한 기능은 표면 결함 감지입니다. "우리의 Optisense 기술은 고유한 센서, 조명, 자동화 및 소프트웨어의 조합을 사용하여 표면과 부품의 가장 작은 결함도 감지하는 데 도움이 됩니다."라고 그는 말했습니다. 오늘날의 연비와 배기가스 배출에 초점을 맞춘 엔진 실린더 보어의 표면 결함을 감지하는 것은 특히 중요합니다. 알루미늄 블록의 더 두껍고 무거운 강철 슬리브를 대체하는 플라즈마 스프레이 보어의 출현으로 표면 결함 감지가 특히 중요해졌습니다. "우리의 IPS 라인 보어 센서는 사용할 센서의 종류에 따라 4에서 150mm까지 다양한 보어 크기로 제공됩니다."라고 Blind는 말했습니다. "그들은 30μm까지의 결함을 감지할 수 있으며 일반적으로 자동화되지만 반자동 버전에서도 사용할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. 그는 자동화가 자동차 부문에서 특히 중요하다고 언급했습니다. "현재 우리 장비의 80%가 자동차에 사용되고 있습니다."라고 그는 말했습니다.

새로운 센서, 더 많은 자동화

계측 공급자에게 또 다른 불쾌한 현실은 품질 검사가 종종 비용으로 간주될 수 있으며 단순히 생산 시간 손실로 간주될 수 있다는 것입니다. Alicona(오스트리아 그라츠 소재)의 사장 겸 CEO인 Stefan Scherer의 말입니다. 그는 계측이 가치를 더할 수 있다고 말했습니다. "만약 그들이 도량형을 사용하여 제조 공정을 조정하여 제조를 선제적으로 개선하고 더 유연하게 만들 수 있다는 것을 보여줄 수 있다면 그것이 큰 차이를 만들 것이라고 생각합니다." 그는 특히 계측의 결과가 성장하는 스마트 제조 또는 인더스트리 4.0 운동에 필수적이라고 믿습니다. "우리는 기계에 스마트한 눈을 제공해야 합니다."라고 그는 말했습니다.

Alicona는 Focus Variation이라고 하는 비교적 새로운 측정 원리를 기반으로 설립된 혁신적인 회사입니다. 이 기술은 색상 데이터도 제공하기 때문에 공초점 이미징 또는 광학 단면화와 유사하지만 고급인 제한된 초점 심도를 사용하여 고해상도 표면 데이터를 제공합니다. 회사에 따르면 표면 형태와 거칠기를 모두 측정하며 생산 환경에서 특히 유용합니다. Scherer는 "우리 기술은 공차가 20μm 이하일 때마다 미세 또는 정밀 제조와 같이 고정밀 또는 비교적 작은 형상을 가진 작은 형상을 측정하는 데 유용합니다."라고 말했습니다. 최적으로 작동하려면 Focus Variation에 9나노미터 이상의 Ra 표면 거칠기가 필요합니다. 데이터 속도는 초당 최대 170만 포인트입니다.

절삭 공구의 에지 준비 측정에 처음 성공을 거둔 후, 회사는 센서를 자동화하여 제품을 확장했습니다.

자동화는 스마트 아이에 대한 Scherer의 비전에 매우 중요하며 회사는 이를 위해 협동 로봇 또는 코봇으로 눈을 돌렸습니다. 왜 협동로봇인가? “우리는 더 높은 정밀도와 더 적은 양을 향한 변화를 보고 있습니다. 이전에는 제조업체가 백만 개의 부품을 만들 수 있었습니다. 오늘날 그들은 한 종류의 부품으로 50,000개를 만든 다음 다른 부품으로 75,000개를 생산하는 것으로 전환할 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. 그는 협동로봇이 이러한 유연한 제조 환경에서 작업자를 가능하게 하여 유용하고 가치를 더한다고 믿습니다. "우리는 모바일 플랫폼에 코봇을 장착하여 머시닝 센터로 더 쉽게 이동할 수 있도록 했습니다."라고 그는 말했습니다. 사용자는 다음 부품 번호 세트를 만들기 위해 기계를 설정하기 위해 몇 가지 주요 매개변수를 확인하고 다음 작업으로 넘어갑니다.

Alicona의 최신 제품은 정의된 애플리케이션을 위한 두 가지 새로운 협동로봇 제품으로, 하나는 긴 원형 도구용이고 다른 하나는 터빈 디스크용입니다. 이 도구 솔루션은 바퀴 달린 휴대용 플랫폼에서 9축 측정을 통해 가장자리 준비 측정에 대한 Alicona의 전문성을 확장합니다.

Alicona 디스크 솔루션을 사용하면 측정 센서가 부착된 로봇 팔이 작업자가 원하는 표면 위치로 조작됩니다. 통합 조이스틱이 있는 두 개의 핸들이 센서에 장착되어 있습니다. 앱을 통해 스마트폰은 수동 또는 자동 정밀 위치 지정 및 측정을 위한 라이브 뷰를 표시합니다.

표준 솔루션, 유연한 자동화

또 다른 일반적인 추세는 기존 계측 장치를 중심으로 표준 자동화 솔루션을 개발하는 것입니다. 계측 회사는 이제 로봇, 인클로저 및 고정 장치를 통합하는 표준 솔루션을 제공하고 있습니다. 일반적으로 일련의 문제를 대상으로 하며 제조업체의 처리량 및 허용 오차 요구 사항을 충족하도록 조정할 수 있습니다.

2014년, Hexagon Manufacturing Intelligence(North Kingston, RI)는 WLS(백색광 스캐너) 구조 조명 장치를 사용하여 360 스마트 인라인 측정 시스템 또는 360 SIMS를 도입했습니다. Hexagon에 따르면 WLS 주위에 구축된 인라인 시스템은 WLS가 주변 진동에 상대적으로 둔감하기 때문에 자동차 차체 생산에 이상적입니다. WLS는 밀리초 단위로 데이터를 수집합니다. Hexagon 제품 관리자인 Amir Grinboim에 따르면 360 SIMS는 갭 앤 플러시 또는 구멍과 같은 일부 기능만 수집하여 더 빠르게 만듭니다.

Hexagon은 이제 2016년 9월에 처음 도입된 360 Flexible Measurement Cell 또는 360 FMC와 함께 인라인 제품에 추가되었습니다. “기성 솔루션은 설치, 통합 및 통합 안전 프로토콜과 관련하여 강력하고 비용 효율적입니다. "라고 그린보임이 말했다. "이를 한 번 수행하면 엔지니어링 및 설계의 전체 비용이 절감됩니다." 360 FMC의 안전 프로토콜은 ANSI RIA 15.06-2012 표준을 충족합니다. 부품 크기는 길이가 최대 2.2m이고 무게가 최대 1500kg입니다.

기본 360 FMC 구성은 CoreView 소프트웨어 패키지로 구동되는 Hexagon WLS400A 센서를 장착하는 단일 FANUC M-710iC/50 로봇이 장착된 인클로저입니다. 선택한 구성에 따라 1개, 2개 또는 3개의 개별 턴테이블에 고정된 부품을 측정합니다. "모듈식의 유연한 솔루션을 통해 고객은 셀을 계측뿐만 아니라 처리량 처리에도 사용할 수 있습니다."라고 Grinboim은 설명합니다. "우리는 전체 제조 수명 주기 동안 변화하는 조건에 적응하기를 원했습니다." Grinboim에 따르면 고객은 대대적인 재설계 또는 재통합 노력 없이 턴테이블의 수를 추가하거나 줄일 수 있습니다. "턴테이블 추가 또는 제거는 플러그 앤 플레이입니다."

360 FMC는 보정 프로그램이 있는 로봇 동작에 의존하여 부품에 기준 타겟이 필요하지 않습니다. Grinboim은 "피처 유형에 따라 100–150 μm의 정확도로 측정되며 이는 일반적인 자동차 판금 응용 분야에 적합합니다."라고 말했습니다.