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3D 스캐닝을 통한 대형 주조물의 가공 여유량 식별

3D 스캐닝을 통한 대형 주조물의 가공 여유량 식별

Jan 13, 2025

주조물의 정밀 가공을 위해 가공 여유량을 정확히 관리하는 것은 필수적입니다. 부적절한 가공 여유량은 작업량 증가뿐만 아니라 재료, 도구, 에너지 낭비로 이어질 수 있습니다.

스캔테크는 휴대용 3D 레이저 스캐너, 인체 3D 스캐너, 자동화 3D 측정 시스템 등 다양한 제품을 제공하는 최첨단 3D 스캐너 제조업체입니다. 효율적인 3D 솔루션을 통해 고객사의 작업 효율성과 품질 관리를 향상시키는 데 집중하고 있습니다.

이 응용 사례에서는 대형 주조물의 전체 데이터를 캡처하고 추가 가공을 위한 여유량을 분석하는 방법을 소개합니다. 이번 사례에서는 대형 물체를 위한 비접촉식 3D 스캐너인 TrackScan-P를 활용했습니다.

 

주조물 가공 여유

 

주조 가공 최적화

동방전기공사(Dongfang Electric Corporation) 산하의 Dongfang Turbine Co., Ltd.는 대형 발전소 장비의 연구, 설계 및 제조를 전문으로 하는 첨단 기술 기업입니다. 회사의 제품에는 석탄 화력 증기 터빈, 원자력 증기 터빈, 가스 터빈, 산업용 터빈뿐만 아니라 터빈 개조 및 유지보수, 신소재, 신에너지 제품 등이 포함됩니다.

고객은 주조 가공을 최적화하기 위한 방안을 모색하고 있었습니다. 주조물을 3D 스캐닝하여 CAD 모델과 비교함으로써 추가 가공에 충분한 여유량이 있는지 분석하는 것을 목표로 합니다. 일부 표면에 가공 여유가 없는 경우, 해당 표면이 나중에 가공 가능한지 분석해야 합니다. 조정이 불가능한 경우, 가공 여유보다 얇은 영역을 식별하고 필요한 수리 용접량을 결정해야 합니다.

검사가 완료되면 캡처한 데이터는 CNC 기계의 가공 기준과 위치 설정을 위한 참고 자료로 활용됩니다.

이번 사례의 주조물은 지름 약 6미터의 증기 배기 후드로, 비교적 대형 구조물입니다. 전체 영역을 스캔한 후 가공 기준점과 20개 구멍의 위치를 마킹해야 합니다.

 

증기 배기 후드 점검

 

전통적인 수동 마킹의 문제점

고객은 주조물을 수동으로 마킹하여 충분한 여유량이 있는지 확인하고 기준점을 찾기 위해 경험에 의존하였습니다.

기존의 전통적인 방법은 비효율적이며 최적의 기준점을 찾는 데 실패할 가능성이 높습니다. 작업자가 부품의 위치를 조정할 때마다 새로운 기준점을 찾아야 하므로 불필요한 시간이 많이 소요됩니다.

정확한 3D 모델에서 가상 마킹을 통해 사용자는 정확한 여유량을 식별하여 마킹할 수 있습니다. 수작업 마킹은 가상 마킹에 비해 정확성이 훨씬 떨어지며, 이로 인해 일부 적합한 제품이 부적합하거나 불량으로 판단될 수 있습니다.

 

수동 측정

 

3D 스캐닝이 주조물 제조에 미치는 영향

이 회사는 작업 사이클 시간을 단축하기 위해 SCANTECH에 문의하여 가공 여유량을 식별하고, 마킹을 최적화하며, 주조물 가공을 가속화하였습니다.

다음 단계는 SCANTECH의 3D 솔루션이 이 프로젝트에서 어떻게 활용되었는지를 보여줍니다.

1단계: 스캔 (약 1시간 소요)

광학 트래킹 3D 스캐너인 TrackScan-P를 사용하여 엔지니어가 주조물의 전체 데이터를 스캔하고 고정밀 3D 모델을 얻었습니다.

 

광학 측정 시스템 Trackscan-p

 

2단계: 비교 분석 (약 10분 소요)

캡처된 데이터는 주조물에서 발생한 편차를 파악하는 데 도움을 주었습니다. 엔지니어는 스캔 데이터를 CAD 모델과 신속히 비교한 뒤 3D 소프트웨어로 결과를 분석했습니다:

● 가공 여유량이 충분한지 확인합니다.

● 여유량이 충분한 영역에서는 데이터를 활용해 최적의 가공 기준점을 설정합니다.

● 여유량이 부족한 영역에서는 수리해야 할 부분을 찾아내고 필요한 용접량을 설정합니다.

 

컬러맵을 통한 편차 식별

 

3단계: 마킹 (약 2시간 소요)

소프트웨어를 사용하여 고객은 주조물에 선을 그리기 전에 마킹을 시뮬레이션했습니다. 이를 통해 마킹 위치를 정확하게 계산하고 잠재적인 문제를 미리 파악할 수 있었습니다. 엔지니어는 분석을 바탕으로 주조물과 가공이 필요한 구멍들을 마킹했습니다.

 

3d 데이터 마킹

 

4단계: 가공

가공을 위한 정확한 기준점을 설정하고 구멍의 위치를 설정합니다.

 

정확한 마킹

 

SCANTECH의 3D 솔루션의 특징

SCANTECH의 광학 측정 시스템 TrackScan-P는 휴대용 3D 스캐너와 트래커로 구성되어 있습니다.
이 시스템은 부품의 실제 형상을 정밀하게 측정하여 생산 작업에서 충분한 가공 여유를 보장하며, 기존의 마킹 작업을 대체합니다.
또한, 캡처된 데이터를 기반으로 가공 경로를 최적화하여 적응형 가공에 필요한 데이터 기반을 제공합니다.

 

3D 스캐너의 인체공학적 설계

휴대용 3D 스캐너는 사용자가 원하는 방향에서 부품을 스캔할 수 있어 조작이 간편합니다. 3D 스캐너는 축구공 같은 프레임에 장착되어 있으며, 프레임 위에 배치된 마커들은 3D 스캐너를 모든 방향으로 위치시킬 수 있게 해줍니다. 항공우주 소재로 제작되어 강도를 유지하면서 가볍습니다. 또한, 인체공학적 설계 덕분에 손목 피로를 최소화하면서 장시간 스캔 작업이 가능합니다. 온도의 영향을 받지 않아 안정적인 성능을 보장합니다.

 

E-Track의 실용적인 설계

E-Track은 두 대의 카메라로 구성된 듀얼 카메라 시스템을 특징으로 하며, 카메라 간 거리가 900mm로 대형 부품의 측정이 가능합니다.

TrackScan-P 측정 시스템의 광학 트래커인 E-Track의 다이내믹 트래킹 기능 덕분에 3D 스캐너와 부품 간의 위치를 자유롭게 변경할 수 있어 비접촉식 3D 스캐닝의 효율이 크게 향상됩니다. 또한, 진동에 관계없이 작동하여 유연하고 안정적인 성능을 자랑합니다.

 

무선 휴대용 CMM Probe

무선 프로브는 다양한 길이의 프로브를 제공하며, 이를 사용하여 휴대용 프로브로 접촉식 측정을 수행하고 고정밀 3D 데이터를 신속하게 획득할 수 있습니다. 이를 통해 단순히 프로브를 사용하는 것만으로도 마킹의 정확도를 확인할 수 있습니다.

 

프로젝트 의의

3D 레이저 스캐너는 부품의 전체 영역을 스캔할 수 있으며, 가공 여유를 신속하게 분석하고 이에 따라 가공 설정을 최적화할 수 있어 생산 효율성을 높입니다.
이 솔루션은 수리 용접이 필요한 영역을 식별하여 제품의 불량률을 줄이고, 이를 통해 비용 절감에 기여합니다.
소프트웨어의 가상 마킹 기능을 통해 마킹 효율이 향상되며, 분석 결과에 따라 가공 기준을 조정하여 모든 가공 표면에 충분한 여유를 확보함으로써 주조물의 불량률 감소에 도움을 줍니다.
또한, 이 솔루션은 제조업체가 부품 가공이 요구된 사양을 충족하도록 보장하는 데 유용합니다.