빠른 프로토타이핑 검사 가속화
O'Fallon Casting에서는 PolyWorks® 를 통해 빠른 프로토타이핑 검사 작업의 속도를 높였습니다.
1969년에 설립된 O'Fallon Casting은 미주리주 세인트루이스에서 서쪽으로 20분 거리에 빠른 프로토타입 및 생산 주조를 공급하는 시설을 갖춘 비철 정밀 주조 회사입니다. 2006년부터 O'Fallon Casting은 3D 스캐닝 및 PolyWorks® 소프트웨어 솔루션을 사용하여 패턴 및 주조 부품에 포인트 클라우드 기반 검사를 수행해 왔습니다.
미주리주 세인트루이스에 있는 O'Fallon Casting은 까다로운 최종 사용자 응용 분야에 적합한 고품질의 경쟁력 있는 가격으로 주조 제품을 만들어 온 것으로 명성이 자자한 최고의 비철 정밀 주조 회사입니다. 이 회사는 50,000평방피트 규모의 시설에서 다양한 알루미늄, 구리 기반 및 실리콘 카바이드 금속 매트릭스 복합 합금을 전문적으로 주조하며 또한 주물만 공급하거나 고객 사양에 맞게 가공된 주물을 공급합니다.
Global CMM, Metris XC50 레이저 스캐너, PolyWorks 소프트웨어를 사용하여 O'Fallon Casting의 Ben Galmiche(왼쪽) 및 Ted Schnarre(오른쪽)와 함께 부품 검사.
과제
O'Fallon Casting은 군용 미사일 및 전자 포장 시장, 밸브 및 펌프, 의료 및 치과 장비, 고속 자동화 정밀 기계, 하드웨어, 사무용 기기, 로봇 공학, 광학 및 레이저 장비, 실리콘 웨이퍼 처리 장비, 반도체 제조 장비 등 다양한 시장에 서비스를 공급합니다.
이 회사의 성장 영역 중 하나는 빠른 프로토타이핑 작업이었습니다. CAD 파일의 3D 모델에서 생성한 소모형 패턴을 사용하여 신속하고 비용 효율적으로 부품을 생산하고 생산 툴링을 구축하기 전에 설계를 검증합니다.
"최근 몇 년 동안 패턴 서페이스 마감 품질, 패턴 정확도 및 패턴 소재 대안이 많이 개선되었으며 오늘날의 패턴은 정밀 주조 공정에서 거의 최종형상근접(Near-net shape)하게 만들어 공급하므로 더욱 사용자 친화적입니다."라고 O'Fallon Casting, 품질 엔지니어인 Ben Galmiche는 말했습니다. 이렇게 개선했으므로 주조 부품의 빠른 프로토타핑은 전체 툴링 비용을 줄이고 제품을 신속하게 출시하려는 고객에게 매우 좋습니다.
품질 검사는 주조 사업에서 중요한 부분이며, 터치 기반 방법을 사용하는 기존 검사 방법은 빠른 프로토타이핑에 적합하지 않았습니다.
“과거에는 솔리드 모델을 검사하는 효과적이고 효율적인 방법이 없었습니다. 우리에게는 오래된 캔틸레버형 3차원 측정기가 있으며 터치 트리거 프로브를 사용하여 치수 데이터를 수집했습니다. 이 프로세스는 느렸으며 우리는 새로운 대안을 찾고 있었습니다.”라고 Galmiche는 말했습니다.
솔루션
빠른 프로토타입 검사 프로세스의 처리 시간을 줄이기 위해 O'Fallon Casting에서는 3D 스캐닝 및 포인트 클라우드 기반 검사로 바꾸었습니다. O'Fallon Casting에서는 기존 CMM을 Hexagon Metrology의 Global CMM으로 교체하고 모든 방향에서 최적의 포인트 분포를 제공하는 부품 형상 검사용으로 설계된 고속 다중 스트라이프 3D 레이저 스캐너인 Metris XC50 크로스 스캐너를 설치했습니다. 이 새로운 3D 측정 시스템은 PolyWorks 범용 3D 계측 소프트웨어 플랫폼과 함께 제공되었습니다.
이 투자는 올바른 선택이었으며 빠르게 성과를 거두었습니다. 특히 2008년 O'Fallon Casting이 Boeing 787 Dreamliner의 통합 날개 끝부분 조명 하우징을 검사해 달라는 요청을 받았을 때 더욱 그렇습니다.
O'Fallon에서 빠른 프로토타이핑 프로세스의 모든 단계에서 포인트 클라우드 기반 분석을 성공적으로 통합한 방법은 다음과 같습니다.
- 날개 끝부분 조명 하우징의 패턴은 SLA(광조형술) 및 SLS(선택적 레이저 소결)를 사용하여 고객 부품의 3D CAD 모델로부터 생성되었습니다.
- 그런 다음 패턴이 부품의 레퍼런스 CAD 모델과 일치하는지, 수축을 고려하여 적절하게 비율이 조정되었는지 확인하기 위해 패턴을 시각적 및 수동으로 검사했습니다.
- PolyWorks 검사 프로세스를 통해 패턴이 검증되고 승인되면 O'Fallon Casting에서 빠른 프로토타입 패턴을 중심으로 세라믹 쉘을 제작했습니다.
- 패턴이 있는 세라믹 쉘은 번아웃 과정을 거쳐 패턴이 기화되어 세라믹 몰드만 남습니다. 이 부품은 T6 조건으로 인위적으로 노화된 A356 알루미늄으로 주조되었습니다.
- 그런 다음 Global CMM과 Metris 레이저 스캐너를 사용하여 부품을 측정했습니다. 이 과정에서 수집된 포인트 클라우드 데이터는 회사 내부 네트워크를 통해 전자적으로 PolyWorks로 전송되었습니다.
©Boeing
PolyWorks IMAlign™ 모듈의 스캔 정렬 및 중복 감소.
전체 과정에서 O'Fallon Casting에서는 3D 디지털화과 PolyWorks를 사용하여 폼 패턴과 고유의 알루미늄 부품을 모두 검사했습니다. Galmiche 씨는 “우리는 치수 데이터를 PolyWorks 소프트웨어의 IMAlign™ 모듈로 가져와서 스캔 경로가 베스트핏 알고리즘을 사용하여 자동으로 정렬되어 부품의 포인트 클라우드 모델이 생성됩니다.”라고 말했습니다. “이 시점에서 우리는 모델을 주의 깊게 살펴 해당 모델과 고객의 CAD 모델을 정확하게 비교하는 데 필요한 모든 데이터가 있는지 확인합니다. 필요한 경우 CMM에서 부품의 방향을 바꾸고 다른 뷰에서 치수 데이터를 수집할 것입니다.”라고 그는 말했습니다.
이러한 프로토타입 부품에 대해 치수 데이터를 수집할 때 O'Fallon Casting에서는 매우 느린 스캔 속도로 형상 세부 사항을 세밀하게 캡처합니다. 이 과정에서 초과 데이터가 수집됩니다. “우리는 IMAlign 중첩 감소 기능을 사용하여 스캔 중첩 영역의 초과 부분을 자동으로 제거하고 이러한 영역에서 부품의 치수를 정확하게 정의하는 단일 데이터 포인트 세트를 생성합니다.”라고 그는 말했습니다.
다음으로, 정렬된 스캔을 PolyWorks IMMerge™ 모듈을 사용하여 병합하여 디지털화된 부품의 매우 정확하고 세밀한 폴리곤 메쉬 모델을 만들었습니다.
컬러맵을 이용한 전역 편차 분석.
벽 두께, 틈새, 3D 각도 및 평탄도 분석은 PolyWorks IMInspect 모듈을 사용하여 수행됩니다.
간단한 PolyWorks IMInspect™ 도구를 사용하여 고객의 CAD 모델과 관련하여 부품의 공차 범위를 빠르게 확인할 수 있습니다." Ben Galmiche, O'Fallon Casting
그런 다음 실제 치수 검사 프로세스를 위해 폴리곤 메쉬 모델을 PolyWorks의 IMInspect™ 모듈로 내보냈습니다. 이 패키지는 제한된 베스트핏을 포함한 강력한 데이터-CAD 정렬 기술과 형상 및 레퍼런스 포인트 기반 기술을 사용합니다. 여기에는 서페이스 및 단면 편차, 형상 치수 및 GD&T 제어, 간격, 두께를 완벽하게 분석하기 위한 비교 및 측정 도구가 포함되어 있습니다. 이 특정 프로젝트에서 O'Fallon Casting은 날개 끝부분 조명 하우징을 검증하기 위해 다섯 가지 특정 IMInspect 도구를 사용했습니다.
- 각 디지털화된 포인트와 해당 CAD 레퍼런스 간의 편차를 계산하여 전체 비교를 수행했습니다. O'Fallon Casting에서 설정한 공차에 따라 컬러맵이 표시되었습니다.
- 광선이 간섭 없이 투사될 수 있도록 두 평면 사이의 3D 거리를 비교하여 부품의 간격을 측정했습니다.
- 두 포인트 사이의 3D 거리를 계산하여 벽 두께를 계산했습니다. 이를 통해 견고성을 보장하고 부품이 설계 요구 사항을 충족하는지 검증합니다.
- 두 평면(데이텀 A와 데이텀 B) 사이의 평탄도와 3D 각도는 PolyWorks의 GD&T 엔진을 사용하여 계산되었습니다. 설정된 공차에 따라 합격/불합격 결과가 제공되었습니다.
Galmiche 씨는 PolyWorks 소프트웨어의 레포트 생성 기능을 사용하여 AS9102 서식을 사용하여 검사 레포트를 준비했습니다. “데이터 외에도 고객이 공차를 벗어난 부품을 빠르게 확인할 수 있도록 모델 비교 스냅샷도 넣습니다. 또한 공차가 다르면 색상을 다르게 표시함으로써 부품이 공차를 약간 벗어나거나 크게 벗어난 위치를 나타낼 수도 있습니다. 마지막으로 무료 뷰어 소프트웨어인 PolyWorks|Viewer™를 사용하면 고객은 자신이 사용하는 워크스테이션에서 검사 프로젝트를 3D로 시각화할 수 있습니다.”
©Boeing
장점
Global CMM, Metris XC50 레이저 스캐너 및 PolyWorks 소프트웨어를 함께 사용하여 O'Fallon Casting에서는 부품 프로토타입을 빠르게 처리하는 데 걸리는 시간을 크게 단축했습니다. Galmiche는 "전 세계적으로 우리는 이 새로운 포인트 클라우드 기반 검사 프로세스에 매우 만족하고 있습니다."라고 말했습니다. “일반적인 부품의 경우 필요한 치수 데이터를 약 하루 안에 수집할 수 있으며 PolyWorks 소프트웨어를 사용하여 12시간 이내에 데이터 분석을 수행할 수 있습니다. 이는 과거에 비해 시간을 약 50% 단축한 것입니다. 또한 데이터 시각화를 통해 고객은 검사 레포트를 더 빠르게 검토하고 치수 데이터 분석의 의미를 이해할 수 있습니다.
추가
O'Fallon Casting에서는 또한 CMM/레이저 스캐너/PolyWorks 소프트웨어를 함께 사용하여 자체 금형과 압축 교정 툴링을 검사하고 설계에 맞는지 확인합니다. PolyWorks|Inspector는 툴링이 마모되었거나 공차에서 약간 벗어난 위치를 정확하게 보여줍니다.
Galmiche 씨는 또한 새로운 검사 제품군을 위한 또 다른 가능성 있는 응용 분야를 보고 있습니다. “어떤 고객이 열과 같은 주변 조건으로 인해 오작동이 발생하는지 확인하기 위해 시스템의 특정 구성 요소를 검사해 달라고 요청했습니다. 우리는 PolyWorks 소프트웨어를 사용하여 부품을 스캔한 후 부품의 실제 치수 데이터를 설계 의도와 비교하여 이를 신속하게 수행할 수 있습니다. 이런 방식은 우리에게 새로운 사업이 될 수 있습니다.”
