계측 및 CAD
ITER, PolyWorks®를 통해 초대형 부품들을 최고 수준의 정밀도로 조립하다
ITER는 현재 세계에서 가장 야심찬 에너지 프로젝트 중 하나로, 프랑스 남부에서 35개국이 협력하여 태양과 별의 에너지원인 핵융합을 대규모 탄소 중립 에너지원으로 실현하기 위해 세계 최대의 토카막(Tokamak) 장치를 건설하고 있습니다.
과제
현재 ITER 원자로의 조립이 진행 중입니다. 전 세계 세 개 대륙의 수백 개 공장에서 제작된 토카막 부품들이 현장에서 조립되고 있습니다. ITER 조직은 이들 부품의 통합과 조립을 책임지고 있으며, 이는 단순한 조립 이상의 복잡한 작업입니다. 부품들은 복잡하고 수가 많으며, 밀리미터 단위의 매우 엄격한 공차를 요구합니다.
해결책
부품들이 완벽하게 맞물리도록 보장하기 위해 디지털 요소 기반의 분석이 필요합니다. 측정 전문가들의 데이터 수집은 필수적인 초기 단계로, 각 부품을 측정하여 그 정확성을 검증한 후 리버스 엔지니어링 전문가들에게 정밀한 데이터를 제공합니다. 계측 및 리버스 엔지니어링이라는 두 단계 모두에서 PolyWorks 소프트웨어 가 사용됩니다.
노미널 부품의 편차를 매핑하여 저온 유지 장치의 전체 스캔.
“저는 ITER에 오기 전에 대규모 프로젝트에서 PolyWorks|Inspector™ 를 사용했습니다. 소프트웨어 내에서 직접 대규모 포인트 클라우드를 얻을 수 있는 이 소프트웨어를 계속 사용하고 싶었습니다.”라고 ITER 계측 그룹의 엔지니어인 Lionel Poncet는 말합니다. "시장에 나와 있는 다른 소프트웨어들은 대량의 포인트를 분석하는 데 한계가 있습니다. 우리는 PolyWorks|Inspector™를 선택했으며, 이는 대량의 데이터에 대한 신속한 분석 요구를 충족시킵니다."라고 리버스 엔지니어링을 담당하는 CAD 초안 담당자 Hani Gagueche가 덧붙였습니다.
성과
2020년 5월, 토카막 조립 구덩이에 저온 유지 장치 베이스를 설치하는 작업이 수행되었습니다. 이 크라이오스타트 베이스는 높이 약 6미터, 직경 30미터, 무게 1,250톤에 달하며, 이를 이동하고 정확하게 위치시키는 작업은 정밀한 측정과 3D 재구성이 필요했습니다.
“계측 분야에서는 우리는 갖고 있는 레이저 스캐닝 장비 와 함께 PolyWorks|Inspector를 직접 사용합니다. 일단 오브젝트를 스캔하면 수집 프로세스 중 사용할 수 있는 도구 덕분에 매우 정확하고 품질이 뛰어난 포인트 클라우드와 폴리곤 모델이 생성됩니다.” 라고 Lionel Poncet은 설명합니다. “데이터가 수신되면 우리가 갖고 있는 중요한 조립 영역이 표시된 레포트를 이용하여, 완성된 구성 요소와 치수가 알려진 주변의 구성 요소를 고려하여 분석하고 서로 잘 작동하는지 확인합니다. 저온 유지 장치 베이스의 경우, PolyWorks|Inspector™를 사용하여 매우 중요한 영역을 신속하게 파악했고, 이 부품을 약 30센티미터 이동시키는 데 밀리미터 단위의 정밀도가 필요한 도구가 필요하다는 것을 알게 되었습니다. 여러 도구를 자체적으로 개발했으며, PolyWorks|Inspector™를 통해 가장 적합한 도구를 선택할 수 있었습니다."라고 덧붙입니다. Lionel Poncet는 이 경우 PolyWorks를 통해 설치 순서를 12시간 이내로 최적화할 수 있었다고 강조합니다.
저온 유지 장치 베이스의 설치는 단순하지 않았지만, 측정 및 리버스 엔지니어링 전문가들은 더욱 복잡한 도전에 직면하고 있습니다. 향후 부품들은 크기가 작아지지만, 공간은 더욱 협소해지고 공차는 더욱 엄격해지며, 작업 수행 기한도 촉박해지고 있습니다!
최종 조립을 위해 토카막 피트로 내리기 전 저온 유지 장치의 위치 지정.
복잡한 작업
"올해 여름, 토카막 진공 챔버의 첫 번째 섹터를 사전 조립 도구에 설치하는 작업이 까다로웠습니다."라고 Hani Gagueche는 말했습니다. "자석, 열 차폐막, 진공 챔버 섹터를 조립해야 했으며, 가장 중요한 지점에서의 여유 공간은 20밀리미터에 불과했습니다. 센서 통합을 위해 이러한 요소들을 서로 재배치해야 했으며, PolyWorks의 렌더링을 활용했습니다."
Lionel Poncet는 "프리스트레싱 링도 완전히 스캔되었습니다. 향후 조립 패키지를 대비하여 CAD 소프트웨어에 통합하기 위한 모델이 생성되었습니다. 또한, PolyWorks를 사용하여 보정 코일도 스캔했습니다. 얻어진 모델에서 향후 인터페이스에 맞는 시임(shim)을 설계해야 합니다. 또한, 향후 도착할 부품들과의 충돌이 없도록 여러 파이프를 특성화하고 측정해야 합니다. 이를 통해 향후 용접 및 절단 작업을 위한 연결 부분을 파악할 수 있습니다."라고 설명합니다.
토카막 피트에서 저온 유지 장치 베이스를 조립.
마지막으로 토카막 피트에 배치하는 동안 충돌 가능성을 나타내는 PolyWorks|Inspector의 컬러 매핑.
내부 팀 뿐만 아니라 계약업체도 포인트 클라우드를 확보할 때 PolyWorks를 사용합니다. “PolyWorks|Inspector™는 다중 장비 연결이 가능한 범용 측정 모듈로, 표준 또는 프리미엄 패키지로 제공되어 밀집된 포인트 클라우드의 후처리를 가능하게 하며, 데이터 획득 시 실시간으로 '품질' 지표를 제공합니다. 또한, 소프트웨어는 예를 들어 여유 공간 매핑을 수행할 수 있도록 지원합니다." 라고 PolyWorks 개발사인 InnovMetric의 자회사인 PolyWorks Europa의 영업 관리자인 Thibaut Hehlen은 말합니다. "PolyWorks와 같은 소프트웨어를 사용하는 것은 마치 수퍼 컴퓨터로 간단한 산수를 계산하는 것 같습니다!" 라고 Hani Gagueche는 말합니다.
중요한 사례에 대해 수행된 특정 3D 재구성을 얻기 위해 리버스 엔지니어링 전문가는 모델링 및 리버스 엔지니어링 솔루션인 PolyWorks|Modeler™ 를 사용합니다. “이 모듈을 사용하면 매우 정밀한 메쉬로 서페이스를 재구성할 수 있으며 PolyWorks나 강력한 컴퓨터가 없어도 누구나 사용할 수 있는 CAD 파일을 제공할 수 있습니다. 따라서 ITER 프로그램에 참여하는 많은 CATIA 사용자는 우리가 만든 파일을 사용할 수 있습니다.” 라고 Hani Gagueche는 말합니다.
PolyWorks|Modeler에 새롭게 추가된 자동 면적 계산 알고리즘은 곧 ITER 팀에 의해 테스트될 예정입니다. 이 알고리즘은 재구성 작업 시간 측면에서 상당한 비용 절감 효과를 가져올 수 있을 것으로 기대됩니다.
