FMS를 활용해 프리폼을 디지털화해 결함 지점을 포착했다.

수많은 비즈니스 분야에서 무게를 줄여 에너지 소비를 절감하는데 관심을 갖고 있다. 경량 구조는 이 문제에 대한 솔루션 중 하나다.
상용 금속 엔지니어링과 다르게 텍스타일 섬유 복합소재를 이용한 경량 구조는 에너지 효율의 새로운 가능성을 열어준다.
섬유 복합소재는 기지재(Embedding Matrix)와 강화 섬유로 구성된다. 이 두 가지 구성 요소의 결합으로 무게는 가벼워지면서 내구성은 강화된다. 다양한 방향에서의 안정성은 섬유의 방향과 특성에 의해 결정된다. 섬유강화플라스틱(FRP)으로 이뤄진 제품을 만들기 위해 개별 섬유를 이용하는 대신, 보통은 사전 직조된 메쉬 또는 코어를 사용하고, 지속적인 가공으로 기지재와 결합한 뒤 단일 제품으로 융착한다.

FRP 생산의 목표는 전 공정의 안전 확보
FRP로 만든 부품은 내구성이 있고, 혁신적이면서도 저렴한 경량 구조물 콘셉트를 구현하는 데 필수적이다. 이러한 고성능 소재의 품질 보증은 수작업 기술을 이용해 주로 수행돼 왔지만, 시장의 요구 사항에 부응하려 애쓰는 과정에서 신뢰도와 비용 문제가 커지고 있다.
FRP 생산에서 품질 보증 목표는 전체 공정 단계의 안전 확보에 있다. 이것은 자동화된 검사와 제어 절차의 통합을 통해 수행할 수 있다.
아헨 공과대학교의 Machine Tool Lab(WZL)에서는 FRP 생산에 관련된 반제품 텍스타일 제품의 생산 오류를 감지 및 분류하기 위한 로봇 기반 센서 시스템인 섬유 계측 시스템(FMS : Fiber Measurement System)을 개발했다.
FMS의 센서 정보는 생산 공정 내에서 공정 변수를 수정하기 위한 실시간 품질 보증의 일부로 사용된다. 시스템의 모듈식 구조는 공정 여건 변경에 따른 융통성 있는 조정을 허용한다. 카메라는 시스템의 중요한 요소로서 표면 구조 검사를 처리하고 생산 오류를 파악한다. 시스템 개발자는 표준 GigE 인터페이스를 지원하며 쉽게 통합할 수 있는 에어리어 스캔 카메라를 구상했다.

FMS, 섬유 강화 플라스틱 부품 생산 최적화
아헨 공과대학교 Machine Tool Lab은 액티브 및 패시브 광학 계측 프로세스에서 얻어진 센서 데이터 융합을 기반으로 한 프로시저를 개발했다.
3D 형태 기록에는 특수 레이저 계측 기법이 사용됐으며, FRP 구조물의 섬유 방향 감지에는 고해상도 에어리어 스캔 카메라인 바슬러 파일럿(Basler Pilot) piA2400-17gm이 사용됐다.
이 제품은 카메라에 확산광 조명을 이용해 고르면서 음영이 적은 시야를 제공하면서도 반사광은 최소화한다. 원하는 계측 사이클 속도와 가능한 설치 장소에 따라 화상 처리 및 분석은 호환되는 FPGA 보드나 산업용 PC 시스템에서 실시간 수행된다. 따라서 FMS는 발생하는 모든 품질 보호 오류 및 반제품 텍스타일 제품의 섬유 방향을 3차원으로 감지하며, 이 모두를 실시간으로 수행하는 위치에 배치된다.
다양한 사람/기계, 또는 기계/기계 콘셉트 개발은 수작업 공정에서까지 분석된 센서 정보의 효율적이고 효과적인 추적을 가능하게 한다. 결과적으로 FMS는 섬유 강화 플라스틱 부품의 생산에서 공정 최적화를 위한 중요한 토대를 확립하며, 품질 보증에 있어 결정적인 혜택을 제공한다.
아헨에서 개발된 시스템은 이미 다양한 용도로 활용되고 있다.
이러한 용도의 한 가지 예로는 소위 드레이핑 공정(Draping Process)을 기반으로 한 프리폼(Preform)의 3D 디지털화를 들 수 있다. 드레이핑 공정에는 2D 섬유 매트를 3D 형태로 변환하는 과정이 포함되기 때문에 프리폼에서 기체와 주름으로 인한 일정한 결함은 불가피하다. 이러한 결함이 안전과 연관된 부분에서 발생하면 부품의 구조적 무결점을 더 이상 보장할 수 없게 된다.

	아헨 공과대학교의 WZL에서 개발한 섬유 계측 시스템

FMS를 이용하면 3D 형태 및 3D 섬유 방향 감지를 통해 결함을 조기에 탐지할 수 있다. 기준 형태를 이용해 목표와 실제 상태를 비교하면서 3D 모델에서의 결함에 컬러를 표시할 수도 있다.
혁신적인 실시간 품질 보증을 폭넓게 사용할 경우 FRP 생산의 처음부터 끝까지 투명하게 들여다볼 수 있다. FRP 공정에 대한 정량적 평가 덕분에 FMS를 이용한 지속적인 품질 감시가 생산 중 거절해야 할 부품과 문제점을 감지한다.
생산 공정에 제어 프로세스를 직접 통합함으로써 생산 공정의 생산 능력과 안정성도 크게 향상된다. FMS는 상용 생산 공정의 최적화를 극대화하기 위한 필수 요소로 발전된 계측 시스템이다.
아헨 공과대학 WZL 생산 계측 기술학 석사인 사라 에카냐케(Sarah Ekanayake)는 이 시스템에 채택한 카메라에 매우 흡족해하며, “바슬러 파일럿 카메라는 최고 수준의 이미지와 다양한 구성을 제공한다”고 언급했다.

바슬러 제공

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