완벽한 핏을 찾아서
Daimler AG, 최적의 부품 피팅을 위해 InnovMetric과 Leica의 솔루션 채택
Daimler AG는 마이크로카부터 퍼포먼스 쿠페, 세단, 왜건, 다목적 밴, 상용차에 이르기까지 폭넓은 제품 포트폴리오를 보유하고 있습니다. 독일 내에서 두 번째로 큰 다임러 AG 공장인 브레멘 공장은 약 14,000명의 직원을 고용하고 있으며, 약 85만 제곱미터의 생산 면적을 자랑합니다. 이곳에서는 SL과 SLK 로드스터를 비롯해 C-클래스 전 차종(세단, 왜건, 쿠페, 컨버터블)이 생산되고 있습니다.
Daimler AG의 세련되고 초현대적인 브레멘 공장의 끝이 보이지 않는 듯한 복도를 따라 걸으면 가장 먼저 눈에 띄는 것은 사람의 모습이 거의 없다는 점입니다. 수백 대의 로봇들이 외과 수술과 같은 정밀함으로 각종 금속 판재를 위치에 맞춰 배치하고, 용접하며, 완성된 부품을 다음 공정으로 옮기고, 공간 활용을 극대화하기 위해 완제품을 천장 위로 이송합니다. 멀리서 바라보면 이 모든 로봇들이 마치 춤을 추는 듯한 착각을 일으킵니다. 가끔 마주치는 소수의 작업자들은 공장 이곳저곳을 자전거로 빠르게 오가며, 최첨단 기술과 전통적인 방식이 공존하는 독특한 풍경을 연출합니다.
제조 공정의 기술 발전은 디자이너의 스케치에서 생산 라인으로 보다 대담한 차체 디자인이 현실화될 수 있게 만들었습니다. 불과 얼마 전까지만 해도 자동차는 비교적 단순하고 각진 형태를 갖추고 있었으며, 각 부품들은 비교적 직선적인 라인을 따라 서로 맞물렸습니다. 반면, 최 자동차는 과거와 비교할 수 없을 정도로 복잡하고 유려한 곡선미를 자랑합니다. 이에 따라 개별 부품들이 서로 어떻게 정밀하게 결합되는지를 검사하는 작업 또한 점점 더 복잡하고 정밀해지고 있습니다.
바디 인 화이트(Body-In-White, BIW) 롤아웃 및 공정 최적화 부서는 바로 이 과제를 담당합니다. 이 부서는 다양한 차체 부품들이 서로 얼마나 정밀하게 결합되는지를 검사하는 업무를 맡고 있으며, 그보다 더 중요한 역할은 측정 결과를 기반으로 생산 시설에 피드백을 제공하여, 각 공정에서 사용하는 툴에 대해 구체적이고 정밀한 조정이 이뤄질 수 있도록 지원하는 것입니다.
다임러 AG 브레멘 공장의 측정 기술자인 디르크 노프케(Dirk Noffke)는
메르세데스 SLK 바디 인 화이트(BIW)의 좌측 펜더에 대한 치수 정확도를 검사합니다.
실제 측정 데이터와 CAD 데이터 간의 비교 결과는 PolyWorks|Inspector™ 소프트웨어를 통해 실시간으로 표시됩니다.
과제
BIW 측정 및 검사 업무를 담당하고 있는 운영 엔지니어 헤닝 지머스(Henning Siemers)는 다음과 같이 설명합니다. “저희의 역할은 전체 바디 인 화이트의 치수 정확도를 보장하는 것입니다. 물론 BIW는 수많은 개별 부품으로 구성되어 있으며, 이 모든 부품들이 완벽하게 맞물려야 합니다. 저희의 주요 업무는 전체 BIW 즉, 개별 부품뿐만 아니라 차량 전체에 대해 패널 간격을 포함한 모든 요소를 검사하고, 그 데이터를 분석하는 것입니다. 분석 결과를 바탕으로 다시 생산 현장으로 돌아가 툴을 조정하고, 모든 부품이 완벽하게 맞물리는 차량이 생산되도록 하는 것이 저희의 책임입니다.”
오늘날 자동차 디자인의 복잡성과 점점 더 정밀해지는 공차요구는 기존의 전통적인 측정 장비들로는 한계에 도달하게 만들었습니다.
과거에는 지머스(Siemers) 씨의 부서에서도 수동 측정 장비에 의존해 작업을 수행했습니다. 그는 “돌이켜보면 예전의 자동차는 거의 사각형에 가까운 단순한 부품들로 구성되어 있었기 때문에, 부품 간 결합도 큰 어려움 없이 잘 맞아떨어졌습니다. 하지만 요즘 자동차는 훨씬 더 곡선 중심의 디자인을 가지고 있으며, 곡면이 갑자기 형태를 바꾸거나 다양한 각도와 라인에서 다른 패널과 만나는 구조입니다. 게다가 개별 패널 사이의 거의 이음새 없는 정밀한 결합이 요구되면서 매우 엄격한 공차 내에서 작업해야 합니다.”라고 설명했습니다.
솔루션
차량 디자인이 점점 더 복잡해짐에 따라, 지머스(Siemers) 씨와 그의 팀은 이러한 변화를 충족시킬 수 있는 새로운 기술을 지속적으로 모색해 왔습니다. 그는 이렇게 설명합니다. “매년 저희 품질 엔지니어인 칼-하인츠 뵈커(Karl-Heinz Boecker)는 독일 진스하임(Sinsheim)에서 열리는 CONTROL 산업 박람회에 참석합니다. 몇 년 전, 그는 이 박람회에서 처음으로 Leica T-Scan 시스템을 접했는데, 당시에는 아직 프로토타입 단계였습니다. 발표된 사양을 보고 이 기술이 저희에게 적합할 수 있다는 생각은 들었지만, 제품이 시장에 완전히 준비되었다는 확신이 들 때까지 기다리기로 했습니다. 많은 스캐닝 솔루션을 검토해 본 결과, 대부분의 문제는 하드웨어가 아니라 소프트웨어에 있다는 것을 알게 되었습니다. 측정 포인트를 수집하는 것 자체는 상대적으로 간단합니다. 그러나 그 이후가 문제입니다. 많은 제조사들이 하드웨어에는 많은 관심을 쏟지만, 소프트웨어에는 그만큼의 중요성을 두지 않는 듯한 인상을 받았습니다.” 몇 달 전, 뵈커 씨의 팀은 자사 시설에서 Leica Geosystems의 제품 시연을 주최했고, 최상위 조합인 Leica LTD840 레이저 트래커, Leica T-Probe, Leica T-Scan이 결합된 시스템을 선택했습니다. 그리고 Leica 시스템은 기대를 뛰어넘는 성능을 보여주었습니다.
CAD 데이터와의 편차는 PolyWorks|Inspector 소프트웨어를 통해
시각적으로 표시되며, 편차는 컬러 맵 또는 벡터 형식으로 나타납니다.
이러한 정보를 분석하여 공정에 필요한 보정 지침을 도출하고,
해당 지침은 곧바로 생산 툴에 적용되어 조정이 이루어집니다.
Leica T-Scan과 PolyWorks® 소프트웨어의 결합은 매우 강력한 솔루션임이 입증되었습니다!
“Leica T-Scan이 훌륭한 센서라는 것은 이미 알고 있었고, PolyWorks 소프트웨어가 이에 걸맞은 훌륭한 조합이라는 것도 직접 확인했습니다. 이 소프트웨어는 매우 강력하며, 저희가 올바른 방향으로 가고 있다는 확신을 주었습니다.”라고 지머스(Siemers)는 말했습니다.
긍정적인 변화
시스템이 도입된 이후로 Leica T-Probe/T-Scan 시스템은 패널 간격 측정, 부품 곡률 검사, 기준 홀 점검 등 다양한 용도로 활용되고 있습니다. 지머스(Siemers)는 Leica T-Scan 시스템의 다양한 응용 가능성을 테스트하느라 바쁜 시간을 보내고 있습니다. 그는 이렇게 설명합니다.
“최근 저희가 새롭게 발견한 응용 사례 중 하나는 인라인 캘리브레이션입니다. 과거에는 BIW를 그리드 스테이션에 고정한 뒤 전통적인 CMM 장비로 측정했었습니다. 하지만 150개의 팔레트를 높은 정밀도로 측정하려고 하면, 기존 방식은 곧 한계에 부딪히게 됩니다. 그래서 저희는 팔레트와 툴을 모두 인라인에서 실시간으로 측정할 수 있기를 원했고, 바로 이 지점에서 Leica T-Scan 시스템이 강력한 역할을 할 수 있습니다. 또한 저희가 관심을 갖고 있는 또 다른 응용 분야는 로봇 경로 전체의 검사입니다. 이 부분은 가까운 시일 내에 본격적으로 추진할 계획입니다.”
성과
Leica T-Scan 시스템과 PolyWorks를 도입한 이후 어떤 변화가 있었는지에 대한 질문에 지머스(Siemers)는 매우 명확하게 답합니다. “스캐닝 기술을 활용하게 되면서 훨씬 더 유용한 정보를 얻을 수 있게 되었습니다. 부품 분석의 품질이 향상되었고, 문제의 근본 원인에 더 빠르게 도달할 수 있어 그에 따라 정확한 솔루션을 제시할 수 있게 되었습니다. 예를 들어 PolyWorks에서 분석된 결과를 바탕으로 특정 지점의 툴에 개입해 필요한 조정 값을 적용하는 식입니다.”
Leica T-Probe/T-Scan과 PolyWorks 시스템을 사용하는 데 있어 얻을 수 있는 이점은 다양합니다. 지머스(Henning Siemers)는 “저희는 특히 장비의 휴대성이 매우 만족스럽습니다. Leica Geosystems 장비를 사용하면 필요한 정보를 단 2~3시간 안에 모두 수집할 수 있고, 분석은 이후에 별도로 진행할 수 있습니다. 이 방식 덕분에 생산 라인을 오래 중단시키지 않아도 되며, 한 명이 측정을 진행하는 동안 다른 한 명은 이미 결과를 정리하는 작업에 착수할 수 있어 병렬 작업이 가능해졌습니다.”라고 설명합니다.
Leica T-Probe/T-Scan 조합은 최대 15미터 범위 내에서 측정이 가능하며, 이로 인해 약 30미터의 작업 공간을 확보할 수 있습니다. 이는 향후 측정 요구가 바뀌더라도 Henning Siemers와 그의 팀이 여러 대의 BIW를 동시에 다룰 수 있을 만큼 넉넉한 측정 볼륨에서 안정적으로 작업할 수 있음을 의미합니다.
시스템이 모듈식이라는 점은 지머스(Siemers) 팀에게 매우 중요한 요소입니다. 그는 이렇게 설명합니다. “Leica T-Scan을 도입할 때 Leica T-Probe도 함께 구매했습니다. 후드처럼 쉽게 비틀릴 수 있는 부품을 측정할 때는 무선 방식의 접촉식 측정이 큰 장점입니다. 저희는 Leica T-Probe를 사용해 빠르게 몇 포인트만 측정함으로써 해당 부품의 상태를 대략적으로 파악합니다. 스캐닝부터 시작했다면 후드가 비틀어졌다는 사실을 알아차리는 데 시간이 더 걸렸을 겁니다. 하지만 T-Probe는 단 몇 개의 점만 측정해도 부품 상태를 바로 확인할 수 있도록 도와줍니다.그리고 이 모든 작업은 PolyWorks 내에서 이뤄지며, 단순히 Leica T-Probe와 Leica T-Scan 간에 모드만 전환하면 됩니다.”
Leica T-Scan 시스템은 최대 15미터 범위 내에서 측정이 가능한 넓은 작동 볼륨을 제공하며, Leica 레이저 트래커의 재배치 없이 바디 인 화이트(BIW) 한쪽 전체 측면을 검사할 수 있습니다.
작업자는 차량을 따라 앞뒤로 자유롭게 이동할 수 있으며, 그동안 Leica 레이저 트래커는 측정 범위 전체에 걸쳐 Leica T-Probe 또는 T-Scan을 정확하게 추적하며 잠금을 유지합니다.
