자동차 부품 품질 검사를 위한 자동화 3D 스캐닝 시스템

전기차로의 전환, 경량화 소재의 채택, 그리고 스마트하고 효율적인 제조 방식에 대한 수요가 증가하면서, 자동차 산업은 빠른 변화를 겪고 있습니다. 이러한 흐름 속에서 품질 관리와 정밀 계측의 중요성은 날로 커지고 있으며, 제조사는 모든 부품이 엄격한 기준을 만족하도록 관리해야만 성능, 안전, 그리고 각종 규제를 충족시킬 수 있습니다. 하지만 기존의 검사 방식은 Industry 4.0이 요구하는 속도, 복잡성, 디지털 통합에 효과적으로 대응하기 어려운 경우가 많습니다.

자동차 부품 제조업체 – CIE Automotive

CIE Automotive는 전 세계 자동차 업계를 대상으로 다양한 부품과 하위 조립품을 설계·제조하는 선도적인 기업입니다. 이 회사는 파워트레인, 기어박스, 섀시, 조향 시스템, 구조 부품 등에 이르기까지 다양한 부품을 공급하고 있으며, 주요 자동차(OEM)을 위한 서비스를 제공하고 있습니다. 단조 강, 알루미늄, 복합소재, 프레스 금속판 등 다양한 소재를 기반으로 부품을 생산하고 있으며, 이들은 승용차부터 상용차, 오프로드 차량에 이르기까지 폭넓은 차량 플랫폼에 적용되고 있습니다.

 자료:CIE Automotive

CIE 그룹 산하의 주요 생산 공장인 CIE Pemsa Norte는 프레스 가공 공정을 중심으로 운영되고 있습니다. 이 공장은 정밀도와 효율성에 대한 요구가 높아짐에 따라, 특히 구조적 완성도와 최종 조립 품질에 핵심적인 프레스 금속 부품의 정밀 검사 능력을 강화하는 것이 주요 과제입니다.

검사 대상 프레스 부품의 특징

이 프로젝트의 주된 목표는 여러 프레스 시트를 정밀하게 측정함으로써 제품 수율과 생산 효율을 향상시키는 것입니다. 해당 부품들은 대체로 얇고 복잡한 형상으로 구성되어 있으며, 다양한 구멍과 모서리, 정밀한 형상 요소를 포함하고 있어 높은 수준의 치수 측정이 요구됩니다. 이러한 부품들은 차량 조립 시 구조적 강성과 정밀한 체결에 직결되므로, 미세한 오차 하나로도 조립 불량, 진동 문제, 혹은 장기 내구성 저하를 초래할 수 있습니다.

자료:CIE Automotive

기존 측정 방식의 한계

자동화 3D 스캐닝 솔루션을 도입하기 전, CIE Pemsa는 물리적 검사 지그나 좌표 측정기(CMM)와 같은 전통적인 검사 방식에 의존하고 있었습니다. 이러한 방법들은 일정 부분 역할을 했지만, 속도와 대량생산, 디지털 연계성이 요구되는 현대 제조 환경에서는 많은 제약이 있었습니다.

지그는 각 부품 형상에 맞게 개별 제작되어야 했기 때문에 높은 제작 비용, 넓은 설치 공간, 낮은 유연성이라는 단점이 있었습니다. 또한 수작업 기반이기 때문에 작업자에 따른 편차가 발생할 수 있고,, 부품 전체의 3D 데이터를 얻을 수 없다는 점에서 정밀한 품질 검토에 한계가 있었습니다. 설정과 측정에 시간이 오래 걸려 품질 피드백이 지연되는 문제도 발생했습니다.

CMM은 정확도 측면에서 우수하지만, 느린 측정 속도, 복잡한 프로그램 설정, 깊거나 비정형 구조의 형상 측정의 어려움 등의 제약이 있었습니다. 숙련된 작업자에게 의존해야 하고, 프로빙 중 충돌 위험이 있어 작업 지연과 측정 주기 증가로 이어졌습니다. 특히 복잡하거나 대형 부품의 경우에는 검사 시간이 더욱 길어지고, 병목 현상이 자주 발생했습니다.

이러한 기존 방식의 한계는 실시간 의사결정 지연, 디지털 제조 시스템과의 통합 어려움, 검사 범위와 유연성 부족을 초래해 품질 이슈에 즉각 대응하거나 검사 공정을 확장하는 데 큰 제약이 되었습니다.

자동화 3D 스캐닝 솔루션

이러한 한계를 극복하기 위해 CIE Pemsa Norte는 SCANTECH의 첨단 3D 기술이 적용된 자동화 검사 솔루션을 도입했습니다. 시스템의 핵심은 TrackScan Sharp-S 트래커 3D 스캐너로, 3개의 레이저 모드를 활용한 고정밀 스캐닝 기술을 탑재하고 있습니다. 이 장비는 초당 최대 480만의 측정 속도를 제공하여, 검사 속도는 물론 정확도 면에서도 뛰어난 성능을 자랑합니다. 특히 구멍, 슬롯, 날카로운 엣지 등 복잡한 형상 요소도 빠르고 정확하게 측정할 수 있어, 프레스 부품과 같이 정밀 제어가 필요한 부품 검사에 매우 적합합니다.

이 3D 스캐너는 리니어 가이드와 협동 로봇과 연동되어, 자동화된 이동과 유연한 부품 검사를 가능하게 합니다. 스캐너는 약 30~40cm 거리에서 안전하게 작동하여 충돌 위험을 줄이고 작업자에게 보다 안전한 작업 환경을 제공합니다. 또한, 작동 중 접근을 제한하는 존 센서를 통해 안전성이 더욱 강화됩니다.

이 시스템은 3D Infotech의 소프트웨어 제품군을 통해 더욱 향상되었습니다:

• Part-ID 소프트웨어는 고해상도 카메라를 이용해 스캔 전에 부품의 방향을 식별하고 검증합니다.
• Streamline 자동화 소프트웨어는 로봇 동작, 스캐너 작동, 리니어 가이드의 위치를 하나의 흐름으로 매끄럽게 연결합니다.
• 스캔이 완료되면 수집된 포인트 클라우드는 메쉬(mesh)로 변환되며, PolyWorks를 통해 분석합니다. 이 과정에서 GD&T 치수는 자동으로 추출되고, CAD 모델과 비교됩니다. 최종 검사 결과는 PDF 및 CSV 형식으로 생성되어 즉시 활용할 수 있습니다.

이 모든 기술이 결합되어, Industry 4.0 시대에 맞는 완전 자동화된 스마트 검사 시스템을 구현합니다.

3D 스캐닝 솔루션의 장점

3D 스캐닝 솔루션 도입으로 CIE Pemsa Norte에 가져온 주요 효과는 다음과 같습니다.

• 검사 시간이 40~70% 단축되어 생산 효율성이 크게 향상되었습니다.
• 부품 식별과 배치 과정에서 발생할 수 있는 수작업 오류를 완전히 제거했습니다.
• 복잡한 프레스 부품의 형상을 높은 정밀도로 측정할 수 있게 되었습니다.
• 시스템 초기 설정 이후에는 작업자 개입이 거의 필요 없어 운영 비용이 절감되었습니다.
• 실시간 품질 정보를 통해 즉시 문제를 파악하고 대응함으로써 공정 안정성을 강화했습니다.
• 별도의 치구 교체 없이 다양한 부품을 신속하게 검사할 수 있는 유연한 검사 환경을 구축했습니다.

또한, 완전히 디지털화된 검사 프로세스는 향상된 관리와 더 쉬운 디지털 제조 시스템 연동, 그리고 데이터 기반의 품질 개선을 지원합니다.

결론

SCANTECH의 최신 3D 스캐닝 및 자동화 기술을 도입한 결과, CIE Pemsa Norte는 노동 집약적이고 치구에 크게 의존했던 기존 검사 방식을 빠르고 정확하며 디지털화된 프로세스로 전환하였습니다. 이 솔루션은 비용 절감과 생산성 향상은 물론, 보다 스마트한 의사결정을 지원하며 산업계의 주요 과제를 해결합니다.

자동차 산업이 효율성 강화와 디지털 통합을 향해 나아가는 가운데, SCANTECH과 같은 혁신적인 측정 솔루션은 제조업 미래를 이끌 중요한 역할을 담당할 것입니다. CIE Pemsa Norte에서의 성공적인 도입 사례는 첨단 3D 기술이 실제 산업 현장의 요구에 부응할 때 어떤 성과를 낼 수 있는지 잘 보여줍니다.