비즈니스 속도에 맞춘 검사 방법 업데이트
InnovMetric과 3D Scan IT, Eifel Inc.의 사출 금형 납기 기간을 절반으로 단축하며 수익성 유지에 기여하다.
Eifel Inc.는 자동차 인테리어 부문의 생산 및 프로토타입 금형 분야를 선도하는 기업입니다. 또한 의료 및 항공우주 산업용 금형도 공급하고 있으며,
제품 개발 단계부터 생산용 금형 제작에 이르기까지 전문성을 보유하고 있습니다.
Eifel은 스티어링 휠, 에어백 하우징 유닛, 센터 콘솔, 헤드램프, 시트백 패널과 애프터마켓 부품 등의 제품을 위한 금형을 제작합니다.
Eifel은 1차 공급업체가 엔지니어링 협의 또는 공급 계약 협상이 장기화되어 생산 착수가 지연되었거나, 해외 공급업체의 실수로 인해 발생한 문제를 수정할 수 없어서
대체 금형 제작이 필요할 때, 엔지니어링과 설계, 금형 제작에 관한 지원이 필요할 경우 주로 연락을 받습니다.
과제
스캐닝과 포인트 클라우드 기반 검사가 도입되기 이전에는, 금형 제작자들이 제조업체들을 위해 개발된 점 단위의 측정 방식에 의존해야 했습니다. 하지만 이러한 방식은 금형과 성형 부품 검사에는 충분하지 않았으며, 표면의 99% 이상을 검사하지 못한 채 그대로 남겨두는 문제가 있었습니다.
접촉식 프로빙은 CMM를 이용해 한 번에 하나의 3D 포인트씩 데이터를 수집하기 때문에, CMM에서 결과를 얻는 데는 며칠씩 소요되었습니다. Eifel Inc.의 사장 리처드 헤커(Richard Hecker)는 이렇게 말합니다. "수백 개의 접촉식 프로빙 포인트만으로는 금형 캐비티의 표면에서 발생할 수 있는 모든 잠재적 문제를 잡아낼 수 없습니다. 특히 요철이나 처짐 현상, 매끄럽게 이어져야 하는 인접 표면 간의 뚜렷한 경계선 같은 부분은 더욱 그렇습니다." 또한 그는 덧붙여 말합니다. "이러한 이유 때문에 저는 기존의 CMM을 처분하고, Class A 표면 검사를 위해 3D Scan IT와 PolyWorks®를 사용하게 된 것입니다."
Eifel과 그 고객들은 자동차 업계에서 흔히 ‘Class A 표면’이라 부르는 부분, 즉 자동차 전시장에서 고객들이 직접 눈으로 확인할 수 있는 표면 품질에 특히 집중하고 있습니다. 경쟁이 치열한 자동차 산업에서는 스타일링이 무엇보다 중요합니다. 넷 셰이프(net-shape) 가공 방식은 고정밀 기계장비와 컴퓨터 수치 제어(CNC)를 사용하여 CAD 데이터, 즉 부품을 정의하는 수학적 모델에 따라 금속을 정밀하게 가공하기 때문에, 손으로 폴리싱하거나 벤치 작업을 하는 과정이 거의 필요 없어졌습니다.
리처드 헤커(Richard Hecker)는 다음과 같이 설명합니다. "금형 제작에서 변한 점은 Class A 표면을 이제 측정할 수 있게 되었다는 것입니다. 이는 곧 금형 제작자가 사양에 따라 정밀 검사를 할 수 있게 되었으며, 넷 셰이프 가공이 실제 금형 제조를 위한 현실적인 해결책이 되었음을 의미합니다."
이러한 변화는 Eifel에게 새로운 기회를 제공했습니다. 이에 헤커는 설계 및 엔지니어링으로 회사의 서비스 범위를 넓히는 한편, 에어백과 스티어링 휠 분야로 사업의 초점을 집중시키고, 일상적인 작업 전반에 고밀도의 포인트 클라우드 검사 기법을 적용했습니다.
스캐닝 기반의 검사는 Eifel에서 이 모든 프로세스를 하나로 통합해 주는 핵심 역할을 하고 있습니다.
솔루션
Autoliv를 위한 Eifel의 솔루션
Eifel은 Autoliv를 위해 금형 설계 및 엔지니어링 서비스를 제공하고 있으며, 운전석 에어백 시스템의 모든 6가지 구성품에 대한 금형을 제작하고 있습니다. 각 금형 프로그램에는 에어백 인클로저, 스티어링 휠의 장식용 베젤, 그리고 크루즈 컨트롤 및 오디오 시스템용 버튼이 포함됩니다.
헤커(Hecker)는 다음과 같이 말합니다. “Eifel은 1차 협력사의 점점 커지는 요구를 충족시키고 있습니다. 이들은 초기 스케치 단계(비록 그것이 봉투 뒷면에 간략히 그려진 수준일지라도)에서부터 부품 조립 라인 까지, 프로젝트 전체를 신속하게 진행할 수 있는 금형 공급업체를 원하고 있습니다.” 그는 자사의 통합된 설계 및 제조 사업을 ‘동시 제품 개발 및 제조(Simultaneous Product Development and Manufacturing, SPDM)’라고 표현하면서 다음과 같이 강조합니다. “저희는 단순히 독립적인 금형 제작 업체나 설계 회사가 아니라, 하나의 제품 개발 센터입니다.”
금형 제작의 핵심은 실제 제조가 불가능한 금형 설계를 피하는 것입니다. 이를 위해서는 금형 설계자, 엔지니어 및 기계 가공 담당자들이 각 프로젝트에 대해 긴밀히 협력하며 지속적으로 소통해야 합니다. 이러한 협업은 Eifel에서 SPDM(동시 제품 개발 및 제조)의 가장 핵심적인 요소입니다.
SPDM은 모든 금형 제작 단계에서 철저한 검사를 통해 각 공정을 검증해야 하므로, 3D Scan IT는 전체 설계 및 제조 과정에서 매우 중요한 역할을 수행합니다. 3D Scan IT는 듀얼 카메라 방식의 Imetric-IScan 화이트 라이트 스캐너를 활용하여 모든 주요 공정 단계에서 금형 가공 작업을 검사합니다:
알루미늄 프로토타입 금형
금형 시범 제작 및 초기 소량 생산
대량 생산용 스틸 금형
"이러한 검사를 통해 모든 치수가 정확하게 진행되고 있다는 확신을 얻기 때문에, 고객분들께도 안심하셔도 된다고 자신 있게 말씀드릴 수 있습니다."
번 필립스(Vern Phillips), 북미 Autoliv 에어백 및 스티어링 휠 부문 수석 엔지니어
Eifel을 위한 3D Scan IT의 솔루션
화이트 라이트 스캐닝과 포인트 클라우드 기반 검사는 헤커(Hecker)의 SPDM 사업 전략에 있어 모든 의사 결정 단계에서 핵심적인 역할을 합니다. 이러한 검사 방식은 Eifel의 엔지니어들과 고객들이 중요한 금형 결정을 내릴 때 근거가 되는 데이터를 제공합니다.
3D Scan IT의 사장 밥 스콰이어(Bob Squier)는 이렇게 설명합니다.
"각 공정별 검증 단계는 금형 제작 속도를 높이고 신뢰성을 향상시킵니다. 부품이 생산되기 전에 미리 문제를 해결할 수 있으므로, 나중에 발생할 수 있는 혼란과 시간 낭비를 방지할 수 있습니다."
3D Scan IT를 위한 InnovMetric의 솔루션
1분도 채 걸리지 않는 시간 안에, 스캐닝은 검사 대상 표면 위에 수백만 개의 3D 포인트를 생성합니다. 3D Scan IT의 사장 밥 스콰이어(Bob Squier)는 이렇게 설명합니다. “저희의 경우 PolyWorks가 중첩된 모든 스캔 데이터를 하나의 단일 폴리곤 모델로 변환해줍니다. 단 몇 분 만에 3D 포인트 데이터가 95% 이상 감소하여 관리 가능한 파일 크기로 압축됩니다. 이후 생성된 이 폴리곤 모델은 고객의 CAD 시스템에서 받은 수학적 모델과 비교 검사를 진행합니다.”
금형 품질을 평가하기 위한 수백만 개의 포인트
데이터는 Imetric IScan V 화이트 라이트 디지타이징 시스템을 이용하여 수집되었습니다. 스캐닝 시스템은 150mm 볼륨으로 캘리브레이션되어 있으며, 포인트 분해능은 0.080mm로, 이는 제곱 밀리미터당 150포인트 이상의 해상도입니다.
IScan V 스캐너는 일종의 3D 카메라처럼 작동합니다. 카메라의 각 픽셀에 대해 3D 좌표가 계산됩니다. 따라서 각 3D 사진이나 스캔에서는 약 130만 개의 포인트를 측정할 수 있습니다. 부품의 모든 형상을 한 번의 시점에서 볼 수 없기 때문에, 여러 개의 스캔 데이터를 수집한 후 공통의 기준점을 이용하여 정렬합니다.
PolyWorks의 포인트 클라우드 기반 검사
실물에 대한 100% 스캔을 수행한 후, 데이터는 하나의 폴리곤 모델로 병합되었습니다. IMMerge 기능을 통해 포인트 클라우드의 크기를 크게 축소하여 보다 빠르고 원활한 검사가 가능했습니다. 이렇게 생성된 폴리곤 모델은 IGES 형식으로 제공된 CAD 모델과 비교 검사를 진행하였습니다. 이 과정에서 부품의 기준점 정렬(datum alignment) 방식과 더불어 최적 맞춤 정렬(best-fit alignment) 기법이 사용되었습니다. 또한 매크로 기능의 뛰어난 유연성을 활용하여, 모든 부품에 대해 상호작용이 가능한 검사 매크로를 수행함으로써 검사 과정의 반복성을 확보하고 검사 속도를 향상시켰습니다.
이 검사 매크로는 최적 맞춤 정렬(Best-fit Alignment), 기준 모델과의 비교(Comparison to Reference), 스냅샷 보고서 이미지(Snap Shot Report Images, 미리 정의된 시점에서 촬영), GD&T 요소(GD&T elements, 관련된 모든 기준점 정렬 수행), 개별 포인트 비교(Comparison Points, CMM 방식의 개별 포인트 검사 결과 제공), 경계 및 에지 포인트 검사(Boundary & Edge points, 오류 주석 기능 사용)와 같은 검사 항목을 수행했으며, 모든 결과는 PolyWorks의 EZLayout 보고 도구를 사용하여 보고되었습니다.
검사 매크로는 EZLayout 도구를 사용하여, 보고된 모든 검사 요소를 표준화된 검사 레포트 레이아웃에 자동으로 삽입했습니다. 이 레포트는 인쇄되어 검토용 PDF 파일로 배포되었습니다.
Imetric IScan V 디지털화 시스템
성과
실수에 대한 허용 범위가 거의 없는 1차 자동차 부품 산업에서, 스캐닝과 포인트 클라우드 기반 검사가 Eifel의 SPDM 비즈니스 전략에 미치는 영향력은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. SPDM은 정확한 표면 데이터에 의존하며, 이러한 데이터가 없다면 Eifel이 보유한 다른 모든 시스템과 기술들의 효율성이 크게 떨어질 것입니다.
포인트 클라우드 기반 검사의 속도, 포괄성 및 정확성 덕분에
해외의 금형 제작업체들이 따라올 수 없는 빠른 납기가 가능해졌습니다.
헤커(Hecker)는 스캐닝과 포인트 클라우드 검사 방식 덕분에 "항상 완벽하게 검증된 데이터를 보유하게 되어 가공 중인 표면에 대해 항상 확신을 가질 수 있습니다. 즉, 우리가 제작하는 금형이 마스터 모델에 정확히 부합하고, 성형된 부품의 치수와 공차가 정확하며, 매끄럽게 연결되어야 할 표면에 경계선이 존재하지 않는다는 것을 확실히 알 수 있습니다."라고 말합니다.
그는 또한 "스캐닝은 엔지니어링 변경 사항에도 쉽게 대응할 수 있도록 합니다. 수정된 부품을 빠르게 재스캔하여 기존의 3D 형상과 비교할 수 있기 때문입니다. 이와 같이 신뢰할 수 있는 비교 데이터 덕분에 중요한 일정 관리도 개선됩니다. 우리와 고객 모두 정해진 일정에 맞춰 작업이 완료될 것임을 확신할 수 있습니다."라고 덧붙였습니다.
비즈니스 혁신의 진행에 대한 보장
Eifel은 SPDM과 검사 프로세스를 통해 막대한 비즈니스 성과를 거두고 있습니다. 매우 까다로운 시장 환경 속에서도 매출이 꾸준히 증가하고 있으며, 납품 기간은 절반으로 단축되었고, 수익성도 유지하고 있습니다.
헤커(Hecker)가 강조하는 스캐닝과 포인트 클라우드 기반 검사의 성과는 다음과 같습니다:
- 금형 제작에 있어 중요한 결정을 내릴 수 있는 시간을 크게 늘려, 충분히 생각하고 대응할 수 있는 여유 확보
- 서페이스 결함을 하나도 놓치지 않는 품질 보증 능력 향상
- 수축과 뒤틀림 계산에서 자주 실수하거나 중요한 세부 사항을 놓치는 저비용 노동력 기반 금형 제작 업체들과의 경쟁에서 절실히 필요했던 경쟁력 확보
- 정확하고 신속하며 비교 가능한 데이터를 통해 주요 일정 관리의 효율성 향상
- Autoliv와의 신뢰관계 강화 및 Eifel의 신뢰성 확고히 구축
Autoliv, 인상적인 큰 성과의 달성
Phillips는 이를 다음과 같이 요약했습니다:
- PolyWorks의 컬러맵을 통해 최종 성형된 부품과 마스터 CAD 모델을 비교하여 부품의 수축이 실제로 어떻게 발생했는지를 정확히 평가
- 모든 단계에서 100% 검사를 실시하여 정보의 피드백 루프를 완벽히 구축함으로써, 재료 수축에 대한 금형의 정확성을 확실히 보장
- 자동차 업계가 치수 검증을 위해 주로 사용하는 검사 고정장치에서 발생할 수 있는 클램핑에 의한 왜곡 없이 표면을 검사
- Autoliv에 대한 고객의 높은 신뢰도 유지
헤커(Hecker)는 결론적으로 다음과 같이 말합니다. "Eifel은 SPDM 비즈니스 전략이 계획대로 진행되도록 하고, 그 성과를 확실히 거둘 수 있도록 스캐닝과 포인트 클라우드 기반 검사에 지속적으로 주목하고 있습니다."
