나사 또는HOLE 가공시의 손상 검사시스템 도입 시 검사의 고정도화와 효율화에 관하여
1.나날이 중요시되는 품질검사
제품의 품질검사는 종래에는 품질의 안정과 향상 때문에 실시되어 왔읍니다.
그러나,최근에는 USER와 고객기업의 품질에 대한 요구가 강화되고, 법 규제의 강화 및 제품의 결함에 따른 사고로 기업이미지의 실추등을 피할 수 없기 때문에 검사공정의 중요 도는 나날이 증가되고있습니다.
검사의 주류는 “目視”(목시) 또는 “測定”(측정)이 중심으로서 검사원의 질및양을 확보하지 않으면 안되게 되어 비용이 증가하기 때문에, 많은 제조현장에서는 省人化(성인화) , 省力 化(성력화) 때문에 검사의 기계화를 도입하고있는 추세입니다.
2.자동화하기 어려운 나사 또는HOLE가공의 검사
검사를 자동화 하는 경우,사람의 눈에 해당되는 “센서”를 사용합니다.
일반적으로 길이 또는 중량을 계측하는 센서, 위치를 결정하는 센서,외관을 판별하는 센 서(화상센서), 등이 이용되고 있습니다.
그러나 나사 또는HOLE가공의 내부검사는 상기의 센서로서는 측정불가로서 더욱이 자동 화하기 어려운 검사공정으로서, 나사게이지 나 내시경으로서 작업자가 검사를 해 오고있 습니다.
나사게이지 나 내시경으로서의 검사는, 기계적으로 게이지를 삽입하거나 내시경을 HOLE 에 삽입하여 전체를 판단하는 작업으로서 시간도 소요되며, 게이지의 삽입 시 자세에 따 라 결과가 달라지거나, 검사가 누락되거나 하는 검사원 개개인의 자질에 따라 검사결과가 좌우되는 굉장히 정도와 효율에 나쁜 검사방법으로 이루워져 왔읍니다.
나사 는 각종기계부품의 체결에서 없어서는 않되는 부위입니다.
또한, 각종 금속제품의 HOLE가공에서는 반드시 정확하게 가공되어야 하며, 특히 주조부 품에서는 품질관리상 반드시 작은HOLE의 발생을 발견 할 필요가 있습니다
이와 같이 고정도로서 효율이 좋은 검사방법이 없는 것은 생산현장에 있어서 큰 문제가 되고있습니다.
3.고정도. 고 효율화의 검사를 할 수 있는 시스템
당사의 “나사 또는HOLE 가공시의 손상 검사시스템 은 이러한 종래의 문제점을 해결하는 획기적인 신 기술입니다.
프로브의 원주 360도를 계측 가능한 센서와 이를 해석하는 콘트롤러의 조합으로서 1.서브미크론의 정도로서 내부계측이 가능
2.良品(양품) 과의 차를 길이로서 얻어내기 때문에 틀림없는 검사가 가능 3.검사시간이 단시간(1개소 1초이하)이기 떼문에 고속으로 검사가 가능
4.자동화시스템으로서 省人化(성인화) , 省力化(성력화) 로서 안정된 검사가 가능
자동차부품의 새로운 검사기술 제안
그림2
최근,일반소비자의 품질에 대한 요구는 아주 지독할 정도로 요구되고있으며, 특히 제품의 결함에 대하여는 과민할 정도로 반응을 하며,경우에 따라서는 기업의 경영을 좌지우지하는 정도까지 오고있는 실정에 있습니다.
자동차업계에 있어서도 ,안전성과 환경대응의 요구는 높아져만 가고있으며, 기능의 집적과 소형화에 따라 부품정도의 高度化(고도화), 그 위에 부품공동 화에 의해 TROUBLE발생시 리스크의 증대등,고객품질의 대한요구는 높아져 만 가고있는 실정입니다.
품질의 보증 때문에 완성차 업계 ,부품업계 양측 모두 검사공정을 충실하게 대응하고 있습니다만,현재 검사의 주류는 “目視”(목시) 또는 “測定”(측정)이 중심으로서 검사원의 질 및 양을 확보하지않으면 안되게 되어 비용이 증가 하기 때문에, 많은 제조현장에서는 省人化(성인화) , 省力化(성력화) 때문에 검사의 기계화 .자동화를 도입하고있는 추세입니다.
그러나 나사 또는HOLE가공의 내부/외부 검사는 자동화하기 어려운 검사공 정으로서 본 제안에서는 이번에 , 나사 또는HOLE가공의 신 기술을 제안 합 니다.
지금까지 “目視”(목시) 또는 “測定”(측정)의 검사방법 나시게이지와 내시경
하기의 그림은 본 시스템에 사용하는 센서의 구조입니다
그림1
1. 품질검사의 현상과 문제점
1.1 자동화하기 어려운 검사공정
검사공정의 중요성과 자동화의 필요성에 관하여는 십분 인식되어 왔던 것으로서,검사 중에서 대단히 자동화가 어려운 검사도 있습니다.
나사 또는HOLE가공의 내부검사는 이하의 방법으로 일반적으로 하고있습 니다.
1. 보아스코프등의 “目視”(목시) (수동)
2. 管內(관내) 검사용 카메라에 의한 화상검사 (자동)
3. AIR MICROMETER ,LAZER등의 센서에 의한 비 접촉계측(수동 자동) 4. 나사게이지.CALIPWERS ,MICROMETER등의 접촉측정(수동 자동)
상기와 같이 ,기본적으로는 화상으로서 결함을 발견하거나,길이로서 얻 어진 결함을 발견하거나 둘 중에 하나 였습니다.
4번의 방법으로서는,기본적으로 검사원이 검사를 행하기 때문에 이 방법 으로서는 자동화는 검사속도의 한계가 있고,메커니즘도 복잡하게 되는 경우가 많습니다.
2번의 화상검사는 ,조건을 달아 정리하면 꽤 유효한 방법이나,재질 및 절 삭 후에 검사를 하는 것을 고려하면 조건을 정리하는 것이 괘 어려운 것으로서,홀의 깊은 부분 등을 검사 하는 것은 어려우며 제약도 많이 있 습니다.
3번의 방법은 길이로서 얻어지는 것으로써, 결함이 있으면 정확하게 검 출하는 것이 가능합니다.그러나 센서형상에 따라 검사가 불가능한 제품 도 있고 검사시간이 상당히 걸리는 문제점이 있습니다.
1. 2 나사 또는HOLE가공검사의 필요성
예를 들어 ,자동차 부품 안에는 엔진 스티어링 , 브레이크등 중요한 부품 에서는 반드시 기계가공에 의한 나사 홀 가공이 되어있습니다.
또한 ,자동차에 한하지않고 일반적인 부품결합에는 많아 나사가 사용되고 있습니다.
특히나 각종 발브는 나사가공 및 홀 가공의 공정이 많이 있습니다.
나사 홀 가공의 결함으로서는 이하의 내용이 있습니다
1.나사가공의 불량(유효 경,유효나사길이,나사산의 찌그러짐,틀린 피치,) 2.절삭 후 이물질의 잔류
3.가공 후 재질 문제로 인한 결함(나사표면의 손상 )
홀 가공의 결함으로서는 이하의 내용이 있습니다 1. 홀의 길이 및 형상
2. 표면의 손상이나 바리
3. 주물부품의 경우 홀 누락이나 적은 홀 4. 절삭 후 잔류물
상기의 결함은 완성품의 품질에 직결되어 ,공정에서 결함이 배제 가능한 경우를 제외,반드시 가공 후에 검사가 이루어져야 합니다.
2.
나사 또는HOLE가공검사시스템의 소개
그림3
2.1 개요
당사에서는 여러 가지 방법을 연구 하던 중 미국의 오토메이션사가 획기 적인 방법으로서 검사하는 시스템을 개발한 것을 알게 되어 한국에서 총 대리점 계약을 체결하였습니다.
동사의 센서를 사용, 시스템(콘트롤러 및 컴퓨터 ,프로그램)을 이용하여 , 하나의 시스템장치를 제공하여 오고 있습니다.
본 시스템은 상기에서 기술한 문제점을 근본에서부터 해결하여,비 접촉 으로 서브 미크론의 고 정도까지 1개소에 1초 이하의 고속으로 검사가 이루어지는 획기적인 시스템을 소개하고자 합니다.
계측의 입력은 독자적으로 개발설계된 360도 검출형의 정전 용량형 센서 에 의해 이루어집니다.
이 센서로부터 나사. 홀의 입구에서부터 바닥면까지 서브미크론의 분해능 력으로 길이를 측정하여 콘트롤러에서 해석하여 빠르게 합부 판정을 합 니다.
센서는 온도와 제품의 재질에 영향을 받지않기 때문에 폭 넓은 분야에서 활용이 가능합니다.
또한,콘트롤러1대에 8개의 다른 센서를 입력가능하도록 설계되어 센서를 同期(동기)에서도 非同期(비동기)에서도 사용 가능 합니다.
그러므로 하나의 시스템에서 하나의 부품 안에 있는 8개의 나사 및 홀을 각각 검사하기도 하며 8개의 다른 부품을 동시에 검사도 가능합니다.
콘트롤러는 WINDOW BASE의 전용PC을 중심으로 구축되어,조작성도 아 주 뛰어납니다.
그림1은 시스템에 사용되는 센서의 모형도로써 그림2는 센서를 결합 사 용하는 일례입니다.
본 시스템을 이용한, 무엇보다도 일반적인 용도로서 나사의 내면검사를 하는 경우를 하기와 같이 소개 드립니다.
그림3은 良品(양품)을 검사한 경우의 검사대상과검사데이터(그라프)를 표 시했습니다.그라프의 종축은 정전용량센서의 앰프에서 얻어진 아나로그로 로출력되는 전압 또는 스캐닝 된 거리를 표시합니다.
본 사례에서는 센서주변360도까지 검출범위를 갖고 있는 프로브이기 때 문에 그 검출범위 내에서 프로브와 제품의 거리가 멀리되게되면 그 정도 를 아나로그 전압 치로 표시되며, 아나로그 전압 치는 크게 됩니다.(즉 지름이 크다는 것을 표시합니다)
다른 한편 횡축은 샘플링 수 또는 시간을 표시합니다.
그라프 중심을 경계로 센서의 이동구간을 표시합니다.그라프상의 3선중, 맨 윗선과 맨 아래선은 검사대상의 공차(검사판정시의 上下限 (상하한 치))를표시,중심에있는 파형선은 良品(양품)을 검사한 경우의 그라프의 괘 적입니다.
그림처럼 홀의 입구에 센서가 도착하면 센서의 검출 범위 내로 되어 거기 서부터 검사가 시작됩니다
센서가 나사 홀 내경 입구에서 1회 왕복한 순간에 검출범위에서 벗어나면 검사는 종료됩니다.
이 사이 측정타임은 악츄레타 속도에 의존합니다.
상기의 良品(양품)의 검사데이터에 대하여 그림4는 불량품을 표시합니다 그림4처럼 나사부에 있어서 이상 데이터가 그림4 그림처럼 길이의 변화에 따라 감지되는 것이 가능합니다.
같은 설명대로 홀 가공 검사에 있어서도 홀 원통부에 내면의 길이의 변화 가 표현되는 것처럼 결함이 있으면(바리,적은 홀,이물질의 잔류) 그 변화를 잡아서 합부의 판정을 본 시스템에서는 가능하게 되며 여러 가지 용도에 응용이 가능합니다.
그림4
2.2 시스템 사례
본 시스템은 ,1989년 이래 미국에서 많은USER에 채용되어 그 수는 1000기를 넘고있다. 본 장에서는 그 일례를 소개하고자 합니다
많은 검사공정은,유저와의 기밀유지 계약상 최신의 검사 내역은 공개가 불가능 하기 때문에 본 사례도 수 년 전의 것으로 합니다.
시스템의 처리속도,소트트웨어의 조작성 등에 있어서 현재는 패션업되어 메 커니즘도 현재는 이송과 위치결정에 쓰는 간단한 상품도 있지만 기본이 되 는 검사계측 기술의 콘트롤러는 공통이기 때문에 참고로 합니다.
본 사례는 미국의 모사에서 (ABS 브레이크내부 나사검사)의 개요로 있다 검사시스템의 중요한 구성은 “MODEL6500 CONTROLER 나사검사시스템 (PC/프로세서/소프트웨어)” “정전용량 프로브” “디스플레이”DIGITAL I/O”자 동이송장치”이 됩니다
센서를 공작물에 투입하여,검사하는 메카니즘은 공작물을 고정치구와 센서를 상하로 이동시키는 정밀 리니어 악츄레타(본사례에서는스태핑모터)을 주체로 구성되어있음 그림5
이때의 유의점은 센서와 공작물검사 홀의중심과 얼라이먼트,센서와 공작물의 충돌방지가 요구된다.
이러한 점을 보증 하기 위하여 후로팅 헤드라고 불리 우는 얼라이먼트 기구 와 에어스프링에 의해 과부하 방지기능을 겸비하게 되어 본 사례에서는 얼 라이먼트정도가+-0.025NM로 고 정도장치입니다.
위치 흔들림 대응폭은+-3.175MM 충돌시 부하는약680g(1.5lb 50ST)의 사 양으로 되어있습니다. 본기구가 없어도 시스템 구축은 가능하나,얼라이먼트 와 충돌방지에 충분한 배려가 필요하다
검사순서
1. 공작물 셋트
2. 이송장치 기동(정밀 리니아 악츄레타하강) 3. 검사 홀 내에 투입(아나로그가 ON/검사개시) 4. 센서 최하점 도착
5. 센서 원래의 점으로 복귀(검사종료/검사데이터 출력) 6. 공작물 교환
본 시스템의 특징은 검사 홀의 중앙에 센서를 출입하여, 1 스켄 중에서 나사홀 내부360도 전부 스케닝한게된다. 본 사례에서는 이동속도가 1.5 초 이하로 되어있습니다.
센서에서 시스템으로 검사결과를 출력 할 때까지의 시간은 수MSEC로서 있기 때문에,이 검사시간은 주로 장치측의 센서투입의 이송속도에 의존된 다.
다른 사례에서는 센서의 다채널화(표준시스템에서는8챠넬까지사용가능) 와 장치의 고속화에 의해 시간당72만개 까지 검사를 할 수 있는 실적도 있습니다.
따라서 검사속도는 화상센서를 준비한 경우와 비교해서 비약적으로 고속 화가 가능하다.
2.3 본 사례에서의 검사 상황
검사하기 전 우선 검사품의 길이 등 규격을 티칭 ,설계치를 설정 하지않 으면 않됩니다.
본 사례에서는 M10*1.0의 나사를 검사 하게 된다. 우선10개의 제품을 장치에 걸어 두어 데이터를 얻는다. 이 데이터에서 시스템은 평균 포아진 분포등을 연산하여 상한하한치의 선을 형성하여 디스플레이 장치에 표시 한다.이 선은 실제의 분포와 제품의 공차.검사기준등에 기초하며 유저측 에서 조정 가능하다
여기서 설정한 상한 하한 치로 검사가 행하여지며, 그 결과는 양품의 경 우 그림6과같이 표시된다(좌가 현재의 검사결과 우측이 바로 전의 검사 결과 그라프 중심의 괘적이 실측치, 상하의 괘적이 상하한치로 표시) 전압 출력의 경우 계측대상과 가깝게 있는 경우는 낯게 멀리 있는 경우 는 높게 표시된다 ( 공기 중에서는10V. 센서와 접촉하면 0V)
즉 길이가 크게 되는 NG는 그라프의 상측에 표시 되고,작게 되는 NG는 하측에 표시된다.
그림7은 M10의 내경(D1)가 공차로부터0.05MM작은8.867MM의 내경나 사를 측정 한 결과이다.
종축의 출력이 전체적으로 작게,나사의 경이 작은 경우의 검사결과의 특 징을 표시한다.
이런 류의 미세한 차이에서도 문제 없이 출력이 가능하다(그라프상에서 실측치는 하한치의 선의 밑으로 굵게 표시되어있다)
아직 상하한치와의 비교는 검사영역전체에 있어서 행하여지고 있기 때문 에 그림8처럼 아래의 홀에 가까운 하나의 나사산이 없는 부분적인 검출 이 가능하다. (그라프 중심의 괘적이 실측치 하부영역에서 상한치를 상회 하고있다)
그라프 횡축은 센서의 위치를 표시 ,이것으로 결함장소의 特定(특정)이 가능하다.
또한 본 사례에서는 같은 프로브로 M11*1.5의 나사를 검사한다 그림9와 같이 나사 경이 큰 부분은 출력의 전압치도 높게 된다 .일반적인 나사 검 사의 경우 , M10-M12등 2MM정도의 폭으로 가공되어있으면 있으면 프 로브 겸용 사용도 가능하다.
3.결론
3-1 본 시스템에 의한 검사공정의 혁신성
이상으로 표시한 것과 같이,본 시스템을 사용함으로써,나사에 관하여는 거의 모든 문제점을 순간적으로 검출 판정하는 것이 가능합니다.
또한 홀 내면에서의 길이가 표현되는 것으로서, 결함이 있으면,적은 홀의 손상,검출 및 ,이물질의 검출도 가능 하게 됩니다.
이런 점으로 볼 때 하기와 같은 검사가 가능하게됩니다.
1. 홀 가공.나사가공부의 전수검사 2. 홀 내면의 보기 어려운 점을 검사 3. 시간당 수 만개 레벨의 대량검사
등,目視(목시) 검사에서는 생각할 수 없을 정도의 고속으로서, 대량으로 나사 또는 홀의 검사가 고 정도로써 할 수 있게 되며,고객품질향상.불량 품의 외부유출을 막는 획기적인 효과를 올리는 제품으로 확신 합니다.
3-2 본 시스템의 가능성
본 시스템의 중심으로 있는MODEL6500 CONTROLER는 아니로그 출력 을 가진 여러 가지 센서를 접속 가능한 “계측시험 종합콘트롤러”로 불리 우는 시스템 입니다.센서에서 입력치를 연산하여 상하한치를 설정,합부의 판정,검사결과의 기록 등을 할 수 있게 됩니다.
특히 상하한치의 설정은 나사검사의 예를 본 바와 같이 단순히 상하한의 설정 없이, 공작물과 센서의 위치정보를 同期(동기)에 의해 다양하게 설 정이 가능합니다.
응용 예로서는 표준으로 8 채널의 입력이 가능하기 때문에,나사검사와 외 형(내형)검사를 하나의 센서로 동시에 할 수 있으며, 결과를 전부 표시하 는 것도 가능 하게 됩니다.
또한 프레스 압입 공정에 있어서 로드 셀에서 신호를 입력,압입 개시에서 종료까지 하중의 변화를 正規品(정규품)과 비교하여 압입력의 상하한관리 만이 아니라 POINT로서 관리가 가능합니다.그외 아나로그 출력을 가진 센서가있으면,음향시험등도 응용이 가능합니다.
또한 최근 센서를 구동하는 악츄레타계도 진보하여 그림10과같이 로보트 에 수 종류의 센서를 부착 하여 복잡한 형상검사도 응용하고 있습니다.
또한 검사데이터 보존도 하드 디스크이외에 기업서버에도저장이가능하다 그외 접속 가능한 센서로서는
과 전류식 센서(금속의 크랙 ,금속의 변위) 레이져 변위센서(수지계제품의길이.제품외경) 적외선센서(두께,온도분포)
초음파센서(거리,유량,용적)
접촉식 각종 게이지 및 스케일(길이)
INSPECTION SYSTEM 6500 CONTROLER의 개요 및 주요사양
CONTROLER의 개요
센서입력: 8 CH (증설 최대 512CH)
외부 I/O :SSR24점 RS232C 외부프린터 포트 PC사양: IBM호환기( OS win XP)
기억장치: HDD 혹은 3.5INCH FD 디스플레이: LCD
상기사양은 PCMAKER에 따라 예고 없이 변경될 수 도 있습니다.
CONTROLER의 사양
SAMPLING : 최대 2GHZ(2,000MHZ) 아나로그 분해 능력: 16bit
분석시간:2msec이하 사용온도범위:0-40도 사용습도범위:10-80%
센서의 사양
INSPECTION SYSTEM 6500에 사용하는 센서는 0~10v의 아나로그 출력을 가진 센서로 있으면 어느 것의 센서라도 사용이 가능합니다.이하의 내용은 사 홀 가공검사시스템에 주로 사용하는 센서의 대표적인 사양입니다.
(정전 용량형) 용도 : 나사검사 .홀 가공 길이검사 용도
최소분해능 25nm 360도 全周(전주)검사형
검출거리 0.5~1.5mm 최소 제작크기 M4 재질 SUS (과 전류형) 용도: 미세한 작은 홀 , 크랙 .기스
최소분해능 25nm
4. 어플리케이션 사례 그림11에서 그림14