리딩 엣지 검사를 통한 이륙
MTU Aero Engines, 검사 프로세스를 최적화하기 위해 PolyWorks|Inspector™ 선택
550mph의 속도로 30,000피트 상공을 비행할 때 신뢰할 수 있는 제트 엔진의 중요성을 그 어느 때보다 더 잘 알게 됩니다. 독일 최고의 제트 엔진 제조업체인 MTU Aero Engines는 고객의 안전을 최우선으로 생각합니다. Daimler/Chrysler 계열사는 제품의 전체 품질을 보장하기 위해 제품 개발/제조 과정의 모든 단계에 엄격한 검사 프로세스를 확립했습니다. 검사 기술의 범위를 최적화 및 확대하기 위해 MTU는 세계 최고의 포인트 클라우드 검사 소프트웨어 솔루션인 PolyWorks|Inspector를 선택했습니다. PolyWorks|Inspector가 MTU의 터빈 블레이드 검사 시간을 85% 이상 크게 줄이면서 품질 엔지니어에게 전보다 더 많은 부품 품질 정보를 제공한 방법을 알아봅니다.
과제
MTU - 세계의 추진력
MTU Aero Engines GmbH는 민간 및 군용 항공기 엔진 부품, 조립품, 산업용 가스 터빈의 수리 개발 서비스를 제공하는 독일 최고의 개발 및 제조업체이면서 제공업체입니다.
이 회사는 Pratt & Whitney, General Electric, Rolls-Royce, Snecma, Volvo 및 FiatAvio 등 세계 최고의 시스템 통합업체 및 제조업체와 지속적인 협력 벤처에 참여하고 있습니다.
MTU는 엔진에 관한 모든 것에 첨단 기술을 사용하는 것으로 유명합니다. 개발, 제조, 검사 모두에서 최첨단 기술을 사용합니다. MTU의 품질 엔지니어인 Karl-Heinz Dusel 박사는 “이를 통해 고객이 기대할 수 있는 최고급 제품을 공급할 수 있습니다.”라고 말했습니다.
제트 엔진의 복잡성
제트 엔진은 조립 전에 반드시 면밀히 검사해야 하는 수백 개의 부품으로 구성됩니다. MTU가 전통적으로 사용해 온 검사 프로세스는 사용된 기술의 속도와 복잡성으로 인해 생산 과정에서 병목 현상을 일으키는 것으로 확인되었습니다. 속도 제한 외에도 3차원 측정기(CMM)와 같은 검사 장비는 범위가 제한되어 품질 엔지니어가 부품의 제한된 형상에만 집중하게 되므로 귀중한 정보를 사용할 수 없게 됩니다.
제트 엔진은 비행기를 앞으로 나아가게 하는 데 사용됩니다. 이륙하여 하늘을 날기 위해 비행기의 제트 엔진은 배기 가스를 엔진 뒤쪽으로 뿜어냅니다. 이 엄청난 에너지(추력)를 만들어내기 위해 엔진은 전면 팬을 사용하여 연소용 공기를 흡입합니다. 압축기는 공기를 압축하여 연소기로 밀어 넣습니다. 연료는 유입되는 압축 공기와 혼합되어 연료-공기 혼합물이 지속적으로 연소됩니다. 이렇게 생성되는 열에 의해 가스가 부피의 배수로 팽창되어 고에너지 흐름으로 연소기에서 빠져나옵니다. 그런 다음 가스는 터빈 블레이드를 통해 유입되어 블레이드를 회전시키고 압축기와 팬을 구동하는 데 필요한 에너지를 생성합니다.
터빈은 여러 단계로 이루어져 있으며 각 단계에는 한 줄의 고정 안내 날개와 한 줄의 움직이는 블레이드가 사용됩니다. 블레이드는 새빨갛게 빛나며 고속 회전으로 인한 원심 하중을 견딜 만큼 강해야 합니다. 이러한 조건에서는 결함이 있어서는 절대 안됩니다! 모든 부품은 가장 엄격한 설계 사양을 충족해야 합니다.
전통적인 검사 프로세스
MTU는 전통적으로 CMM 기반 검사 프로세스를 사용하여 블레이드를 측정했습니다. 이 공정에 의해 제조 공정의 리드 타임이 크게 증가합니다.
- CMM 데이터 수집 프로세스는 각 블레이드에 대해 최대 80분이 소요됩니다.
- 제조 공정 중에는 블레이드의 현장 스캐닝이 불가능하므로 MTU가 부품을 디지털화 스테이션으로 가져와야 합니다.
- 측정 포인트 수가 제한되어 있어(100 포인트) 글로벌 서페이스 검사가 불가능합니다.
- CMM을 운영하는 것은 시간이 많이 걸리는 작업이므로 매우 숙련된 기술자의 지속적인 감독이 필요합니다.
- 데이터 처리, 측정, 비교 및 레포트 생성은 긴 프로세스이며 여러 소프트웨어 패키지가 필요합니다.
솔루션
PolyWorks|Inspector로 음속 장벽을 허물다
모든 제품의 품질을 보장하기 위해 MTU는 독일의 최첨단 3D 디지털화 솔루션 제공업체이자 PolyWorks® 유통업체인 Duwe 3D와 긴밀히 협력하여 항공우주 산업의 가장 엄격한 요구 사항에 맞는 맞춤형 검사 솔루션을 개발했습니다.
이제 MTU는 품질 관리 프로세스의 일부로 PolyWorks와 함께 3D 레이저 스캐너 시스템을 사용함으로써 많은 장점을 누리고 있습니다. 터빈 블레이드 검사를 위해 MTU는 관절형 암에 장착된 레이저 스캐너(FARO GoldArm 및 3DScanners의 ModelMaker)를 사용하여 현장에서 직접 부품을 스캔하고 숨겨진 영역에 있는 형상등 모든 형상을 캡처합니다.
이 새로운 검사 기술을 통해 MTU에서는 터빈 블레이드의 포인트 클라우드를 획득하고 처리하는 시간을 크게 줄일 수 있었습니다. Dusel 박사는 “PolyWorks의 가장 큰 장점 중 하나는 모든 종류의 디지털화된 시스템에 적응할 수 있는 유연성입니다.”라고 말했습니다. “이를 통해 우리는 우리의 요구 사항에 가장 적합한 솔루션을 자유롭게 실험하고 식별할 수 있습니다. 이러한 시간 절약 외에도 PolyWorks를 사용한 고밀도 포인트 클라우드 검사를 통해 새로운 측정 응용 분야를 많이 적용할 수 있습니다.”
글로벌 서페이스 검사
MTU는 터빈 블레이드의 특정 영역을 분석하기 전에 디지털화된 각 포인트를 기본 레퍼런스 포인트(CAD 오브젝트)와 비교하여 제조된 부품의 품질을 전체적으로 평가합니다. 품질 엔지니어가 해당 공차를 설정하면 편차의 크기를 나타내기 위해 컬러맵이 생성됩니다. 이 기술을 통해 부품의 전반적인 품질을 개략적으로 파악하고 전문가는 추가 분석을 위해 미리 결정된 공차를 벗어난 영역에 집중할 수 있습니다. 기존의 CMM 기반 검사 기술의 경우 품질 엔지니어는 이러한 귀중한 정보를 확보할 수 없었습니다. PolyWorks의 강력한 비교 기능을 사용하여 부품의 변형을 식별할 수 있으며 또한 품질 엔지니어가 제조 공정에서 문제의 원인을 파악하고 수정할 수 있습니다.
PolyWorks의 포인트-CAD 비교 기술은 완전히 사용자 정의가 가능하며 출시된 다른 어떤 포인트 클라우드 처리 소프트웨어 솔루션보다 더 정확합니다.
프로파일 분석
프로파일은 가스 흐름에 직접적인 영향을 미치기 때문에 블레이드에서 가장 중요한 지오메트리입니다. 단면은 각 블레이드의 공기역학을 계산하는 데 사용됩니다.
프로파일 분석은 PolyWorks의 정교한 단면 분석 기능을 사용하여 수행됩니다. 부품의 단면은 오브젝트 서페이스와 평면을 교차하여 얻은 2D 프로파일로서 오브젝트의 "슬라이스"라고 합니다. 각 슬라이스에 대해 데이터 프로파일과 레퍼런스(CAD) 프로파일이 모두 생성됩니다. 각 프로파일을 정확하게 분석하기 위해 PolyWorks에는 로컬 정렬 기능(로컬 베스트핏)이 있습니다.
단면 컬러맵은 사용자 정의 공차에 따라 생성됩니다. PolyWorks는 CAD 및 데이터 프로파일과 함께 공차 범위도 표시합니다.
PolyWorks의 한 가지 중요한 장점은 단면과 서페이스 법선 사이의 각도에 관계없이 "실제" 편차를 제공할 수 있다는 것입니다.
리딩 엣지 검사: 가상 측정
PolyWorks는 3D 캘리퍼를 통해 고유한 가상 측정 기능을 제공합니다. 이러한 도구는 3D 공간에 배치되고 포인트, 삼각형 또는 NURBS 서페이스에 닿을 때까지 확장되는 솔리드 원통입니다. 이 경우 캘리퍼는 블레이드의 "리딩 엣지"에 있는 전략적 포인트의 정확한 위치를 얻는 데 사용됩니다. 리딩 엣지는 가스 흐름의 공기 역학에 영향을 미치는 중요한 요소입니다.
Dusel 박사는 “PolyWorks는 일반적인 물리적 게이지 검사 프로세스를 거의 완벽하게 모방합니다.”라고 말했습니다. "PolyWorks의 측정 기능은 동일한 정확도와 정밀도를 유지하면서 기존의 물리적 측정 방법보다 훨씬 짧은 시간에 귀중한 리딩 엣지 정보를 제공합니다."
자동 조종 장치에 제어를 맡김
Dusel 박사는 “PolyWorks를 통해 우리는 모든 것을 감독 및 통제할 수 있습니다.”라고 말했습니다. “PolyWorks를 사용하면 자신만의 공차를 정의하고 작업을 모니터링할 수 있도록 지속적으로 피드백을 받을 수 있습니다. PolyWorks의 고급 매크로 프로그래밍 언어 기능을 사용하면 첫 번째 정렬부터 최종 레포트까지 전체 검사 순서를 단 몇 분 만에 쉽게 프로그래밍할 수 있습니다. 그런 다음 크루즈 제어 장치를 켜고 우리의 사양에 맞게 마우스 클릭 한 번만으로 PolyWorks가 전체 검사 프로세스를 수행하도록 했습니다.”
장점
PolyWorks를 사용하여 관찰된 장점은 다음과 같습니다.
- 품질 엔지니어에게 더 많은 정보를 제공하고 데이터 분석, 계산 등에 필요한 시간을 줄일 수 있습니다.
- 검사 부품 수를 늘려 제품의 전반적인 품질과 신뢰성을 더욱 높일 수 있습니다.
- 사용자는 CMM과 같은 특정 영역뿐만 아니라 전체적인 수준(전체 부품)에서 측정을 수행할 수 있습니다.
- 중앙 검사 센터의 병목 현상을 줄여 생산 라인의 가동 중지 시간을 줄일 수 있습니다.
