계측 및 CAD
ITER는 PolyWorks® 를 사용하여 거대한 구성 요소를 최고의 정밀도로 조립합니다
ITER는 오늘날 세계에서 가장 야심찬 에너지 프로젝트 중 하나입니다. 프랑스 남부에서는 35개국이 협력하여 세계 최대의 토카막을 만들고 있습니다. 토카막은 태양과 별에 동력을 공급하는 것과 동일한 원리를 기반으로 하는 대규모 무탄소 에너지원으로서 핵융합의 타당성을 입증하기 위해 설계된 자기 핵융합 장치입니다.
과제
현재 ITER 원자로 조립이 진행 중입니다. 세 대륙에 걸쳐 수백 개의 공장에서 공급된 토카막 부품은 이 국제 프로그램의 현장에서 조립됩니다. ITER 기구는 7명의 프로그램 담당자들이 현장으로 보낸 모든 구성 요소를 통합하고 조립하는 일을 담당합니다. 그러나 이러한 구성 요소를 조립하는 것은 단순히 부품을 끼우는 것 이상입니다. 구성 요소는 복잡하고 많으며 공차는 밀리미터 이내로 매우 엄격합니다.
솔루션
구성 요소를 완벽하게 맞추려면 디지털 요소를 기반으로 한 분석이 필요합니다. 계측 전문가의 데이터 수집은 필수적인 예비 단계입니다. 이들의 목표는 각 부품을 측정하여 규정 준수 여부를 확인한 후 리버스 엔지니어링 전문가에게 정확한 데이터를 제공하는 것입니다. 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. “시중의 다른 소프트웨어는 포인트가 매우 많은 경우 이를 분석하는 데 한계가 있습니다. 대신 우리는 수 많은 포인트가 포함된 데이터를 신속하게 분석할 수 있는 PolyWorks|Inspector를 선택했습니다.”라고 리버스 엔지니어링을 담당하는 CAD 초안 담당자 Hani Gagueche가 덧붙였습니다.
장점
2020년 5월에 토카막 조립 피트에 저온 유지 장치 베이스를 설치했습니다. ITER 팀과 파트너 팀은 이 저온 유지 장치 베이스를 설계, 제작, 납품, 조립하고 최종적으로 용접하는 데 10년이 걸렸습니다. 높이가 약 6미터, 직경이 30미터, 무게가 1,250톤에 달하는 이 저온 유지 장치 베이스를 이동 및 배치하기 위해 이 장치를 통합하려면 장치 조정을 위해 측정 및 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|Inspector를 사용하여 식별한 매우 중요한 영역이 있으며 이 구성 요소를 약 30cm에 걸쳐 가장 가까운 밀리미터로 움직이려면 도구가 필요하다는 것을 파악했습니다. 여러 도구가 사내에서 개발되었습니다. PolyWorks|Inspector를 통해 가장 적합한 것을 선택할 수 있었습니다.” 라고 Hani Gagueche가 말했습니다. Lionel Poncet은 이 경우 PolyWorks를 통해 설치 순서를 12시간 미만으로 최적화할 수 있었다고 덧붙였습니다.
저온 유지 장치 베이스의 설치가 간단하지는 않았지만 계측 및 리버스 엔지니어링 전문가에게는 훨씬 더 복잡한 과제가 기다리고 있습니다. 물론, 곧 출시될 구성 요소는 더 작지만 해당 영역은 이제 복잡하고 공차는 더욱 엄격해졌습니다. 그리고 작업 날짜도 촉박합니다!
최종 조립을 위해 토카막 피트로 내리기 전 저온 유지 장치의 위치 지정.
복잡한 작업
"이번 여름에는 사전 조립 도구에 토카막 진공 챔버의 첫 번째 섹터를 설치하는 것이 어려웠습니다."라고 Hani Gagueche는 말했습니다. 자석, 열 차폐물, 진공 챔버 섹터는 가장 중요한 지점에서 단 20mm의 간격으로 조립해야 했습니다. 센서를 통합하기 위해 우리는 PolyWorks의 렌더링을 사용하여 이러한 요소를 서로 상대적으로 재배치해야 했습니다."
Lionel Poncet는 "강화 링(프리스트레싱 링)도 완전히 스캔했습니다." 라고 말했습니다. 향후 조립 패키지를 예상하여 CAD 소프트웨어에 통합하기 위해 모델이 생성되었습니다. 보정 코일도 PolyWorks를 사용하여 스캔했습니다. 획득한 모델에서 심(shim)은 향후 인터페이스와 일치하도록 설계해야 합니다. 또한 도착 예정인 향후 구성 요소와 충돌이 있는지 확인하기 위해 여러 파이프를 특성화하고 측정해야 합니다. 게다가 이를 통해 향후 용접 및 절단 작업을 위한 연결 부분을 알 수 있습니다.”
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|Inspector는 여러 장비를 연결할 수 있는 계측 전용 범용 모듈입니다. 표준 또는 프리미엄 패키지로 제공되므로 데이터 수집 시 조밀한 포인트 클라우드의 후처리가 가능하며 실시간으로 "품질"이 표시됩니다. 예를 들어, 계측 측면 외에도 이 소프트웨어를 사용하면 간격에 대한 매핑을 얻을 수 있습니다." 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|Modeler의 새로운 자동 면적 계산 알고리즘은 곧 ITER 팀에서 테스트할 예정입니다. 이 알고리즘은 재구성 시간을 상당히 단축할 수 있습니다!
