현장 계측 혁신: 워크업(Walk-Up) 서비스로 정밀 부품 검사 실현

공작기사가 몇 개 부품을 가공하거나 초기 가동 준비를 하면서 몇 개 부품이나 몇 가지 중요 피처를 확인해야 할 때가 많습니다. 표면을 스팟 체크해야 하고, 원도나 동심도를 확인해야 합니다. 핸드 게이지로 될 때도 있지만, 부품 복잡성이 증가하고 일정이 빡빡해지면서 더 능력 있는 기계가 필요해지는 경우가 많습니다.

"커터를 연마하거나 특수 성형 공구를 만드는 툴메이커가 단순히 반경만 측정하고 싶을 수 있습니다."라고 스타렛 키네메트릭 엔지니어링(라구나 힐스, CA) 제너럴 매니저 마크 아레날은 말합니다. 그런 경우, 다양한 측정을 실행할 수 있고 적응 가능한 워크업 계측기가 필요합니다. "우리가 만드는 많은 기기가 작업장 워크업 계측용으로 훌륭하게 작동합니다."라고 그는 말했습니다. 좋은 예가 스타렛의 AVR 및 MVR 라인 2D 비전 시스템입니다. 수동부터 풀 CNC까지 다양합니다. 툴메이커가 걸어와 파트를 스테이지의 장치에 놓고, 커터의 반경을 이미지화해 빠르게 측정할 수 있다고 아레날은 설명합니다. "아주 단순합니다. 한 피처, 한 측정, 데이터를 얻고 적고 떠납니다."

이 개념의 핵심, 특히 CNC 기계에서는 기계 자체만큼 소프트웨어에 달려 있습니다. "시스템 소프트웨어가 그런 시나리오에서 비교적 단순하게 사용할 수 있게 해줍니다. 최소한의 교육으로 가능합니다. 화면에서 보는 피처를 터치해 측정할 수 있습니다."라고 그는 설명했습니다.

하지만 진정한 비용 효율성을 위해 기계는 대량 생산에도 적응 가능해야 합니다. "예를 들어, 검사원이 여러 부품(예: 10~20개)에 대해 100% 초도품 검사를 하고 싶을 수 있습니다. 그 검사원이 같은 기계에서 파트 프로그램을 작성하고, 필요한 모든 데이터와 리포트 포맷으로 첫 번째 부품을 측정하는 측정 시퀀스를 생성합니다. 완료되면 파트 프로그램을 저장하고 이후 나머지 배치 부품을 측정할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. "이 장비는 [여러 사용자와 그들의 작업을 검사할 수 있도록] 수용하면 회사에 더 가치 있게 됩니다."

아레날에 따르면 스타렛의 특히 생산적인 장치는 2017년 출시된 HVR100-FLIP입니다. 이 벤치탑 비전 측정 시스템은 수직 또는 수평 방향으로 사용할 수 있으며, 최대 90mm까지 정확한 시야 측정을 위한 고해상도 디지털 비디오와 정밀 광학을 특징으로 합니다.

편의성과 정확성

비전 및 멀티 비전 시스템 사용의 또 다른 강력한 이유는 칼 자이스 인더스트리얼 메트롤로지 테크놀로지 LLC(메이플 그로브, MN)의 제품 관리 매니저 데이비드 윅이 설명합니다. "워크업 계측을 원하는 사람들은 일반적으로 마지막 1/10 미크론을 추구하지 않습니다."라고 그는 말했습니다. 사용성이 정확성보다 보통 더 중요합니다. "이는 패러다임의 변화입니다. 중요한 것은 사용 편의성과 반복정밀도입니다."라고 그는 말했습니다. 그는 워크업 계측이 원, 반경, 슬롯 같은 일반적인 피처를 인식할 수 있는 시스템을 필요로 한다고 지적했습니다. "그래서 버튼을 클릭하고, 빠르게 측정을 설정하고, 치수와 공차를 입력하면 바로 갈 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. 그는 자이스 O-셀렉트 라인 같은 비전 시스템이 워크업 계측에 이상적이라고 동의했습니다. 자이스 비전 시스템은 일반적인 피처 식별과 파트 프로그램 생성을 위한 완벽한 소프트웨어 스위트를 포함합니다.

일관성도 중요합니다. "누가 만졌든 기계가 좋은 측정을 내주길 원합니다."라고 윅은 말했습니다. 이는 그의 견해로는 ISO 표준 준수와 파트 프로그램에서 일상적 측정을 포착하는 능력을 의미합니다. "O-셀렉트는 ISO 10360-7 표준으로 캘리브레이션됩니다."라고 그는 설명했습니다. "자동 초점, 조명, 동일 부품 여러 개 처리 가능합니다."라고 그는 말했습니다. 재사용성도 중요합니다. "어제 새로운 평면 2D 객체 5개 치수를 측정하는 퀵 프로그램을 만들었고, 오늘 시제품 6개가 왔습니다. 기계에 올리고 버튼 누르면 기계가 6개를 차례로 모두 측정합니다."라고 그는 설명했습니다. "그런 경우를 자주 봅니다."

QVI(로체스터, NY) 수석 부사장 팀 모리아티도 최신 비디오 시스템이 더 사용하기 쉽다고 동의했습니다. 그는 작업장용으로 마이크로미터나 옵티컬 컴퍼레이터처럼 교육이 거의 필요 없는 핸드 툴과 경쟁한다고 지적했습니다. 따라서 단순함이 강조됩니다. "우리 측정 시스템 중 일부는 누구나 말 그대로 걸어와 아무 위치에나 부품을 놓고, 고정구 없이 버튼을 누르면 부품에 대한 일련의 측정을 즉시 얻을 수 있습니다. 심지어 초도품이나 공정 중 부품도요."라고 그는 말했습니다.

모리아티는 다른 인터뷰이들과 동의하며 그런 사용 편의성이 공정 관리와 기록 보관을 위한 쉬운 데이터 전송으로 이어진다고 했습니다. 사용하기 쉬운 비디오 시스템의 장점은 다른 워크업 장치에 비해 본질적으로 정확하고 빠르다는 것입니다. "우리는 캘리퍼스 집거나 컴퍼레이터에 부품 올리는 경험을 개선하려 합니다."라고 그는 말하며, 더 빠르고 정확한 측정을 제공한다고 했습니다. 그는 QVI 스냅(Snap) 시리즈 같은 비디오 측정 시스템이 0.0001~0.0002인치(0.00254~0.00508mm) 정확도를 쉽게 제공한다고 언급했습니다.

"우리의 새로운 대시야(LFOV) 비디오 측정 기계 스냅 라인이 이 수요를 충족합니다."라고 그는 말했습니다. 스냅은 100mm FOV, 피처 추출, 자동 부품 ID, 0.0001인치 이상의 정확도를 특징으로 합니다. 모델은 벤치탑 스냅100(직경 100mm FOV, 이동 스테이지 없음)부터 대용량 스냅 350(350×350mm 측정 범위 이상)까지 다양합니다.

세 번째 차원

워크업 계측 시나리오에서도 세 번째 차원에서 더 완전한 측정이 바람직하거나 필요할 때가 있습니다. 이에 대해 모리아티는 자사의 QVI 퓨전 400을 지적합니다. LFOV 멀티센서 측정 시스템으로 3D 측정을 자동화합니다. 350×250×250mm 측정 부피를 가지며 비디오 측정과 사용 가능한 트리거 및 스캐닝 프로브로 멀티센서 기능이 있습니다. 텔레스타 플러스 간섭계 TTL 레이저를 포함합니다.

비전 시스템은 2차원에 이상적이고, 비전 기반 멀티센서 시스템은 2.5차원에 이상적이지만, 때로는 완전한 3D 측정이 필요합니다. "그게 블루 라이트 스캐너가 이 워크업 계측 개념에 이상적인 이유입니다."라고 윅은 말했습니다. 자이스는 블루 라이트 기술 기반 코멧(Comet) 라인 3D 스캐너를 제공합니다. "3D 공작물이나 부품을 로터리 테이블에 놓고, 랩톱에서 버튼을 누르면 로터리 테이블이 돌고, 공작물을 스캔해 3D 모델을 만듭니다."라고 그는 말했습니다. 중요 치수와 공차 측정에는 사용 가능한 CAD 모델이 필요합니다. 하지만 그게 있다면 워크업 계측 개념의 궁극적 형태일 수 있습니다.

"생산 엔지니어와 조작자가 생산 공정 중간 단계에서 좋은 측정을 해야 하는, 생산 현장에 더 가까이서 검사해야 하는 오퍼레이터들의 명확한 트렌드를 봅니다."라고 크레아폼(Creaform Inc., 레비, CA) 제품 관리 디렉터 댄 브라운은 말했습니다. 그는 3D 측정을 포착하려면 크레아폼의 핸디스캔 3D, 핸디프로브, 메트라스캔 3D 장치 같은 3D 장치가 필요하다는 데 전적으로 동의했습니다. 그는 이 장치들의 이상적 정확도 범위인 25~75µm 측정 범위에서 3D 계측 측정에 대한 큰 수요가 있다고 언급했습니다.

"캘리퍼스는 아주 좋지만 복잡한 부품을 3D로 빠르게 측정하기엔 충분치 않습니다."라고 그는 말했습니다. CMM은 정확하지만 보통 파트 프로그램이 필요하고, 적절히 작동하려면 상당한 전문성이 필요합니다. 그게 일반적인 스캐너의 사용 편의성과 휴대성이 중간 정밀도가 요구되는 애플리케이션에서 이상적인 이유입니다. 속도 자체가 사용 편의성을 제공합니다. 블루 라이트 스캐너를 포함한 3D 광학 스캐너(크레아폼 및 기타)는 보통 초당 10만~100만 포인트의 높은 데이터 수집률을 보입니다. 일반적인 CMM보다 훨씬 빠르고 워크업 유틸리티를 제공합니다.

그가 보는 또 다른 핵심 포인트는 휴대성입니다. "일부 고객은 스캐너 사용을 위한 지정된 장소가 있어 부품을 가져옵니다."라고 그는 말했습니다. "하지만 때로는 장치를 사용 현장으로 가져가기도 합니다." 이는 일종의 역 워크업 계측입니다. 장치를 중앙에 두면 통제된 환경이라는 장점이 있습니다. 이동 가능하면 유연성이 장점입니다.

브라운은 워크업 계측이 일반적인 계측과 공유하는 또 다른 보편적 이슈, 즉 교육 요구사항과 사용하기 쉽고 이해하기 쉬운 기술 간의 상호작용을 지적했습니다. "어떤 계측 작업이든 측정과 검사 두 부분으로 나눌 수 있습니다."라고 그는 설명했습니다. 측정은 3D 포인트를 취해 컴퓨터로 가져오는 것입니다. 원하는 피처를 측정하기 위해 정보를 추출하려면 검사 소프트웨어가 필요합니다. 그의 요점은 어떤 제조 작업이든 측정과 검사 양면에 훈련된 사람이 필요하다는 것입니다. 더 좋은 건 측정과 검사 시스템 및 소프트웨어가 모두 똑같이 사용하기 쉬운 경우입니다. "훈련된 계측 전문가를 찾기 어렵습니다."라고 그는 말하며, 크레아폼이 사용하기 쉬운 검사 소프트웨어와 측정 장비 개발에 중점을 두는 이유를 설명했습니다.

3D 측정을 제공하는 또 다른 장치는 키엔스 아메리카(이타스카, IL)의 XM 시리즈 핸드헬드 CMM입니다. "어디서든 어떤 환경에서든 사용 가능하도록 설계되었고, 사용자가 걸어가 빠른 답을 얻도록 허용합니다."라고 키엔스 지역 제품 영업 디렉터 스티브 치리첼라는 말했습니다. 회사는 이를 휴대용 CMM으로 홍보합니다. 카메라가 핸드헬드 프로브의 7개 마커에서 방출된 근적외선을 포착해 스타일러스 팁 위치를 결정합니다. "이동 부품이 없습니다."라고 그는 설명했습니다. "인코더나 마모되는 다른 것들을 없애 기계가 내구성 있고 유지보수와 재캘리브레이션 필요성을 제거했습니다." 부품은 이동식 스테이지에 놓입니다. 시스템은 3×2×1피트(0.9144×0.6096×0.3048m) 범위 부품용으로 설계되었음을 유의하세요.

특정 파트 프로그램을 요구하지 않으면서 측정이 가능하지만, 장치는 증강현실을 사용해 프로그램을 캡처할 수 있습니다. 프로브 팁에 작은 카메라가 있어 대상의 외부 모습뿐 아니라 측정 설명과 측정값도 표시합니다. 소프트웨어에는 프로브 팁 카메라에서 찍은 사진과 함께 리포트를 생성하는 기능이 포함됩니다. 모든 측정 지점에서 장치는 요소 이름과 번호, 측정 결과를 실시간으로 모니터 앞 화면에 표시된 카메라 캡처 사진 위에 표시합니다. "가끔 고객들이 XM 장치를 중앙 위치 대신 카트에 올려 작업장으로 가져갑니다."라고 그는 말했습니다. 소량 고혼합 복잡 부품을 생산하는 기계 공장에서 특히 유용합니다.

대안적 개념

치리첼라는 키엔스 IM 비디오 측정 시스템도 워크업 개념에 맞을 수 있다고 언급했습니다. 이 시스템은 옵티컬 컴퍼레이터를 대체하거나 21세기로 가져오기 위해 설계되었습니다. 워크업 가능하다고 홍보되는 다른 장치들과 달리, IM 시리즈는 이를 위한 파트 프로그램이 필요합니다. "기계는 속도와 거의 고통스러울 정도의 단순함을 위해 만들어졌습니다."라고 그는 설명했습니다. 운영자가 부품을 스테이지에 놓고 박스를 그리면 편리하게 측정하는 '자동 측정' 기능도 있어 워크업 패러다임에 더 잘 맞습니다. 치리첼라는 한 회사가 품질 연구실에서 공장 곳곳에 흩어진 6~7대 기계용 프로그램을 작성해 사용자들이 검증된 파트 프로그램에 빠르게 접근하게 한다고 전했습니다.

수동 CMM 같은 검증된 다른 장치들도 워크업 계측 개념에 부합한다고 미쓰토요 아메리카(오로라, IL)의 CMM 제품 전문가 진 행츠는 말했습니다. 그는 검사 부서 의존에서 벗어나 작업자가 자기 작업을 확인할 수 있도록 계측 장치를 접근 가능하게 만드는 추세에 동의했습니다. 그는 오늘날 CMM 판매 대부분이 CNC 제어이지만, 수동 CMM이 단순 단일 치수 측정에 가치를 제공한다고 언급했습니다. "수동 CMM은 두 가지 방식으로 사용될 수 있습니다."라고 그는 설명했습니다. "하나는 자주 쓰이는 매우 특정 검사를 위한 파트 프로그램을 쓰는 경우. 다른 하나는 프로그램 없이 누군가가 와서 단일, 2~3차원 체크를 하고 수동으로 설정하는 경우." 이는 워크업 계측의 정의에 정확히 부합합니다.

좋은 예가 미쓰토요 크리스타-플러스 M 시리즈 196-매뉴얼-플로팅 타입 CMM으로, 700×1000×600mm 부품까지 측정합니다. 행츠는 일상 작업, 예를 들어 공작기계 셋업 후 초기 부품 확인에 이상적이라고 말했습니다.

마지막으로, 워크업 계측 맥락에서 가장 단순한 도구들도 무시해선 안 됩니다. "하이트 게이지와 표면 플레이트는 작업장에서 가장 흔한 아이템입니다."라고 미쓰토요 영업 부사장 마이크 크리니는 말했습니다. "대부분 전원이나 공기 필요 없고, 괜찮은 수학 실력만 있으면 누구나 부품을 측정, 검사, 평가해 공차 합격 여부를 판단할 수 있습니다. 하이트 스탠드, 테스트 인디케이터로 하는 옛날 방식이 여전히 통하며 가장 저렴합니다." 가장 좋은 건 핸드 툴이 가장 초보 사용자에게도 쉽게 가르칠 수 있다는 점입니다. 미쓰토요의 핸드 툴 신개발품으로는 퀀투마이크(QuantuMike) 고속 마이크로미터, 0.0001mm 해상도의 MDH 마이크로미터가 있습니다. "이게 세계 최고 해상도를 작업장으로 가져옵니다."라고 그는 말했습니다.

크리니는 미쓰토요가 제공하는 다른 검증된 장치들, 프로파일 프로젝터, 표면 거칠기 측정기 등도 지적했습니다. 이들은 작동에 약간의 추가 지식이 필요합니다. 자동화된 CNC 장치도 워크업 시나리오에서 완전히 배제해선 안 됩니다. "전형적인 방식은 퀵 지그나 고정구를 측정 장치에 마운트해 CNC 시스템을 쓰는 것입니다."라고 크리니는 말했습니다. "여러 선반을 쓰면 중앙에 원도 측정 시스템을 둘 수 있습니다. 모니터링 단계에서 부품을 센터링하는 전용 마운팅 고정구가 있으면 원통형 공작물을 고정구에 넣고 손으로 조이고 버튼만 누르면 됩니다. 몇 분 만에 원도와 오프셋을 평가하거나 선반 셋업을 수정할 수 있습니다."

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