정밀 판금·부품 분석을 위한 가속화된 2D/3D 검사 및 역설계

테이블 기반 광학 측정은 평평하거나 접힌/성형된 판금 부품, 가스켓, 씰, O-링, 라미네이션, 종이, 아세테이트, 전자 도면, 기타 불투명 및 반투명 평면 소재를 측정하고 역설계하는 빠르고 간단하며 정확한 방법이다.

InspecVision Ltd.의 Planar 측정 시스템의 기본 요소는 LED 백라이트 테이블과 그 위에 위치한 최대 5000만 화소 카메라다. 카메라는 테이블 위에 무작위로 놓인 하나 이상의 부품 가장자리를 '본다'. 약 30초 만에 부품 스냅샷을 촬영해 CAD 파일과 비교 검사하거나, 역설계를 위해 DXF 또는 DWG CAD 파일로 출력한다.

이 시스템의 일반적인 사용자는 X/Y CNC, 레이저, 플라즈마, 펀치, 워터젯 절단 및 성형 기계를 사용하는 판금 가공업체로, 자동차, 항공우주, 전자, 통신 등 다양한 산업에 부품을 공급한다.

2D 검사

Exact Metrology(일리노이주 몰린) 제너럴 매니저 조 라이트(Joe Wright)는 펀치 프레스 그룹 근처 공장 바닥에 시스템이 설치된 일반적인 검사 시나리오를 설명했다. 움직이는 부품이 없고 데이터 캡처 속도가 초당 약 400만 화소이므로 진동의 영향을 받지 않는다고 한다. 즉, 부품 검사 중에도 프레스를 계속 가동할 수 있다.

펀치 프레스 작업자는 바코드를 스캔해 CAD 파일을 기계에 업로드할 수 있다. 통합 컴퓨터가 구멍 크기 및 위치, 선형 치수, 반경 등 원하는 치수로 프로그래밍되면 공인 기술자가 측정을 위해 필요하지 않다.

작업자는 완성된 부품(들)을 꺼내 테이블 위에 아무 고정구 없이, 특정 방향 상관없이 놓는다. 제어 소프트웨어가 부품을 가상으로 정렬한 뒤 CAD 파일과 비교한다. 측정 정확도는 소형(500mm × 330mm) 테이블 기준 12마이크론, 대형(2355mm × 1570mm) 테이블 기준 50마이크론 범위다.

주요 특징:

• 동일한 여러 부품을 동시에 스캔 가능. 예: 10개 부품을 올려놓고 5번 구석 부품이 불합격하면 화면에서 해당 부품을 분리 표시.

• 부품을 접촉하지 않고 측정하므로 O-링에도 사용 가능. 촉각식 측정기(CMM)나 캘리퍼스로 O-링을 측정하면 변형시켜 오류를 낼 위험이 있다.

• 테이블이 유리로 되어 있지만 흠집은 보정되어 측정에 영향을 주지 않는다.

• 자동으로 리포트 생성(측정 데이터, 공칭 데이터, 각 항목 PASS/FAIL 표시).

• CAD 데이터와 측정 데이터를 비교한 컬러 편차 다이어그램 표시/인쇄.

• 편차를 증강현실로 부품 자체에 투영 가능.

• SPC 데이터 출력으로 분석 지원.

2D 역설계

역설계는 두 가지 범주로 나뉜다. 첫째는 이미 제조된 부품을 이미징하는 것이고, 둘째는 종이, 아세테이트, 전자 이미지 파일을 CAD 파일로 변환하는 것이다.

“나는 중서부에 있는데 펀치 공정이나 레이저 절단을 하는 가게들이 있다. 농부가 와서 ‘이게 부러졌는데, 테이블에 올려놓고 새걸로 잘라줘’라고 할 수 있다. 내 고객은 테이블로 데이터를 얻어 절단을 제어한다. 예전 방식처럼 줄자와 캘리퍼스로 도면을 그리고 CAD를 만들어야 했던 단계를 건너뛸 수 있다”라고 라이트는 말했다.

제조용 도면을 만들려면 부품을 테이블에 놓고 30초 내에 이미지 파일을 얻는다. 소프트웨어로 구멍 크기 표준화, 가장자리 정리, 버 제거 등 데이터 편집과 정리가 가능하다.

라이트에게 제조업체가 달성할 수 있는 공차가 어느 정도인지 물었다. 그는 시스템 자체의 12~50마이크론이 최고라고 답했다. 제조 부품에 필요한 공차를 정하려면 여러 부품을 겹쳐서 일반적인 샘플 조각의 치수 변동성을 보면 된다. 예를 들어 역설계하려는 부품에 대해 30개 샘플 연구가 있다면 그 30개를 겹쳐 공정 편차를 구해 공차를 지정하는 데 도움을 받을 수 있다.

도면에서 CAD 파일로

종이나 아세테이트에 축척된 도면이 있다면 역시 테이블에 놓고 이미징해 CAD 파일을 만들 수 있다. 로고 등 그래픽 재현용 파일 생성에도 쓸 수 있다. 도면을 백라이트 테이블에 놓는다. 빛이 투과되고 흑백 인쇄라면 가장자리로 인식된다. 단, 도면은 축척 가능해야 한다(1:1 또는 고정 비율). 손으로 그린 그림만으로는 안 된다. 스캔 후 DXF 파일 포맷으로 임포트된다.

2.5D 검사

펀칭 머신 제품에는 루버나 작은 벤드 같은 특징이 포함될 수 있다. 추가 SurfScan 프로젝터가 피사체에 구조광을 비춘다. 시스템 소프트웨어와 통합되어 2D 형상과 '2.5D' 특징을 한 번 클릭으로 정확하게 검사할 수 있다.

3D 검사

Opti-Scan 검사 시스템은 표면과 가장자리를 3D로 측정한다. 이 비접촉 구조광 백색광 스캐닝 시스템은 고속 고해상도 카메라와 LED DLP 프로젝터를 사용해 물체 표면을 스캔한다.

프로젝터에서 빛 무늬를 부품에 조사해 무아레 무늬를 생성한다. 무아레 데이터는 카메라로 기록되어 스캔 표면의 3D 포인트 클라우드 또는 다각형 메시를 생성하는 데 사용된다. 처리된 이미징 데이터는 사실상 모든 3D 검사 또는 역설계 소프트웨어 패키지에서 사용할 수 있는 여러 파일 유형으로 전송 가능하다.

2D 이미징은 한 번 촬영으로 전체 그림을 얻지만, 3D는 여전히 시선(line-of-sight) 방식이라 물체를 회전·기울여 모든 각도에서 데이터를 얻으려면 3축 테이블이 필요하다. 데이터는 이어 붙여 전체 3D 이미지를 얻는다.

Opti-Scan 3D는 기존 Planar 시스템에 추가할 수 있어 Planar를 완전한 2D 및 3D 측정 시스템으로 변환한다.

주요 특징:

• 원클릭 자동 검사.

• 백색광 스캐닝 기술.

• 3D 표면 및 가장자리 측정.

• 텍스처 매핑 — 풀컬러 텍스처 매핑된 포인트 클라우드 생성 가능.

• 초당 약 250,000회 측정 속도.

요약

Planar 시스템은 제작된 판금 부품을 빠르고 정확하며 견고하게 측정하도록 설계되었다. 초도품 검사, 품질 리포팅, 역설계에 적합하다. 쇼플로어 사용에 이상적이다. 인근 기계 진동의 영향을 받지 않으며, 작업자 개입이 최소화되고, 속도와 정확성 덕분에 다양한 응용 분야에서 생산 처리량을 높일 수 있다.

이 기사는 Photonics & Imaging Technology 부편집장 에드 브라운(Ed Brown)이 작성했습니다. 자세한 정보는 여기 .