자동차 파워트레인 제조공정에 적용된 머신 비전 솔루션
자동차 제조 업체는 증가하는 소비자 수요, 맞춤형 제조 증가, 공급망 변동성, 전기 자동차(EV) 수요 증가 등 오늘날의 난제에 대응하기 위해 지속적으로 발전해야 한다. 머신 비전 기술은 오랫동안 자동차 산업에 사용되어 엔진 블록 검사에서 타이어 및 휠 식별에 이르기까지 여러 프로세스를 자동화하는 데 도움을 주었다. 그러나 복잡한 프로세스에는 새로운 솔루션이 필요하다.
자동차 제조 공정이 발전함에 따라 기업이 생산성과 효율성을 높이고 궁극적으로 생산 및 수익 목표를 달성하는 데 도움이 되는 기술도 발전해야 한다. 오늘날의 자동차 회사는 무수히 많은 움직 이는 부품에 대한 실시간 식별, 정밀한 생산 라인, 보다 적은 수의 작업자로 더 많은 작업을 수행하는 자동화가 필수적이다.
Zebra Technologies는 2D 카메라, 3D 카메라, 바코드 판독기, 스마트 카메라, 머신 비전 및 딥 러닝 소프트웨어 등으로 오늘날의 모든 자동차 제조 프로세스 및 과제를 해결하기 위한 강력한 이미지 처리 및 캡처 구성 요소를 포함한 완벽한 머신 비전 솔루 션을 제공한다. 이 기사에서는 품질, 안전 및 생산 표준을 유지하기 위해 머신 비전에 의존하는 가장 일반적인 자동차 제조 및 조립 핵심 애플리케이션 중 파워트레인에 대해 살펴본다.
주조 부품부터 엔진 조립까지 검사
금속 주조: 자동차 파워 트레인(power train, 동력전달장치)의 구성 요소의 조립에 사용되는 많은 자동차 부품은 일반적으로 용융 금속(예를 들어 아연, 알루미늄 또는 마그네슘 등)을 형틀 또는 다이(die)에 부어 만드는 금속 주조 공정에 의해 제조된다. 자동차 주조에 사용되는 기술은 일반적으로 생사(green sand) 또는 로스트 폼(lost foam)이며 후자는 폼 모델을 사용하여 모래 형태로 금속의 위치를 유지한다. 로스트 폼은 더 정확하고 복잡한 형태를 제공하는 반면 생사는 더 저렴하고 수행하기 쉽다. 어떤 방 법을 사용하든 부품 유형에 따라 2D 또는 3D 이미징 기술로 검사를 수행할 수 있다.
주조 후 대부분의 부품은 접합 또는 밀봉 표면을 생성하거나 나사 구멍 또는 각 부품 고유의 기타 특성과 같은 장착 기능을 추가 하기 위해 정밀하게 가공된다. 이 프로세스 전반에 걸쳐 제조업체는 부품이 올바르게 조립되고 허용 오차 내에 있으며 결함이 없는지 확인해야 한다. 머신 비전 시스템은 이러한 검사를 자동화하고 결과를 개선하는 데 도움이 된다.
매끄럽고 정밀한 표면을 만들기 위해 주조 부품을 연마하거나 기계 가공할 때 작은 공극이나 이물질이 기계 가공 표면에 구멍이나 결함을 만들 수 있다. 추가 결함으로서는 특히 날카로운 모서 리의 균열과 부품 표면의 연삭 또는 가공 흔적 등이다. 경우에 따라 엔진 블록의 원통형 보어 내부와 같은 내부 기능에서 표면 품질을 검사해야 하며 2D 카메라와 특수 광학 장치 또는 3D 보어 스코프(bore scope)를 사용하여 수행할 수 있다.
그러나 표면 결함 크기는 매우 작을 수 있으므로 고해상도 카메라의 머신 비전 시스템이 애플리케이션에 필요할 수 있다. Zebra의 AltiZ와 같은 3D 센서 또는 구조화 조명 또는 측광 스테레오 기능이 있는 2D 카메라는 많은 표면 품질 검사 작업을 수행할 수 있다.
가공 공정 후에 요구되는 또 다른 일반적인 육안 검사는 주조 부품의 가공된 특징을 정밀하게 측정하는 것이다. 이것은 부품이 허용 오차 내에 있도록 하기 위해 수행된다. 허용 오차를 벗어난 (OOT, out-of-tolerance) 부품은 조립 시 결합되지 않거나 필요에 따라 작동하지 않을 수 있으므로 리콜 또는 악화를 포함한 문제로 이어질 수 있다. 강력한 머신 비전 소프트웨어와 결합된 고해상도 카메라로서 이러한 작업을 능숙하게 처리할 수 있다.
결함이 있는 다이 몰드와 같은 문제는 과도한 재료(예: 플래시) 가 있는 주조 부품을 생성하거나 너무 적은 재료로 인해 주조에 공동(voids)를 생성할 수 있다. 예를 들어 브레이크 제어 또는 파워 스티어링 시스템에 들어가는 가공 부품은 이러한 결함이 있는지 검사해야 한다. 주조 공정에서 불완전하거나 이러한 결함 조건이 있는 부품은 부품 가공 전에 감지해야 한다. 로봇이 휴대하는 스마트 카메라는 이러한 검사를 위한 좋은 후보다. 가공 공정 후머신 비전 시스템으로 검사해야 하는 주조 부품은 다음과 같다.
엔진 블록: 엔진 블록 검사는 거칠기/매끄러움, 결합 표면의 품질, 가공된 표면, 특히 중요한 밀봉 표면과 실린더 보어의 공극, 균열 또는 구멍과 같은 결함의 존재 여부를 확인한다. 머신 비전 시스 템은 관통 구멍 및 나사산 구멍과 같은 수많은 다른 가공 기능의 존재도 확인해야 한다. 이러한 형상의 위치와 크기는 종종 형상 주변의 가공된 표면 품질과 함께 측정된다.
실린더 헤드: 엔진 블록과 마찬가지로 실린더 헤드는 표면 품질, 결함 및 가공된 기능을 확인하기 위해 검사해야 한다.
트랜스미션/기어박스 하우징 및 밸브 본체: 이러한 구성 요소의 복잡한 가공에는 종종 주조 또는 가공 결함에 대한 100% 검사가 필요 하다. 가공된 형상의 위치 및 측정을 검사하는 것도 일반적이다.
브레이크 로터: 브레이크 로터의 표면은 성능에 매우 중요하며 표면 가공 품질 및 피트, 보이드 및 균열과 같은 결함에 대해 검사해야 한다.
▲ 자동차 제조의 파워 트레인 단계에는 엔진 블록의 면밀한 검사를 포함한 몇 가지 중요한 머신 비전 검사가 필요하다.
▲ 머신 비전 시스템은 기어와 같은 가공 부품의 추적 및 추적에 도움이 될 수 있다.
▲ 추적 목적으로 가공된 장비의 바코드를 읽는 스마트 카메라
파워 트레인 구성요소의 조립 전 검사
엔진, 트랜스미션, 스티어링, 제동 및 배기 시스템 최종 조립에 앞서, 자동차 파워 트레인 조립에 사용되는 다양한 부품을 검사해야 한다. 예를 들어 변속기 본체에서 기어 및 샤프트 어셈블리의 올바른 위치 확인, 클러치/토크 컨버터 확인, 어셈블리의 조기 고장을 유발할 수 있는 결함에 대한 변속기 기어 톱니 검사가 포함된 다. 추가 작업에는 클러치 플레이트 기어/개스킷과 같은 올바른 구성 요소가 설치되었는지 확인하고 촉매 변환기의 촉매 연소기와 같은 하위 구성 요소를 측정하는 작업이 포함된다. 3D 이미징 으로 수행되는 촉매 변환기 검사를 제외하고 이러한 작업의 대부 분은 2D 머신 비전 시스템에서 수행된다.
많은 파워 트레인 부품에는 조립 전에 결합 표면에 실란트 또는 개스킷 비드가 있다. 이러한 구성 요소로서 엔진 또는 변속기 오일 팬, 드라이브 트레인 및 차동 장치 어셈블리, 변속기 및 브레이크 밸브 본체가 있다. 실란트/개스킷 비드는 건너뛰기, 너비, 경우에 따라 높이와 프로필을 확인하기 위해 검사해야 한다. 이 검사는 2D 이미징으로 제조 시 종종 검사되는 O-링 및 개스킷 밀봉으로 확장될 수도 있다. 비드 검사는 Zebra 스마트 카메라 또는 로봇에 탑재된 3D 센서를 사용하여 수행할 수 있다.
▲ 딥 러닝 소프트웨어는 밸브 헤드를 포함한 다양한 자동차 부품을 인식하고 분류할수 있다.
엔진 조립 및 부품 검증
엔진의 최종 조립에서 프로세스 전반에 걸친 많은 구성 요소와 여러 가지 가능한 검사 등을 수행한다. 머신 비전은 실린더 헤드 밸브 어셈블리(때로는 밸브 리프터, 밸브 스프링 및 리테이너)의 결함을 감지하고 부적절한 밸브 스프링 리테이너 키퍼 삽입을 수정할 수 있다. 제조업체는 일반적으로 2D 이미징 장치를 사용하여 밸브 리테이너와 키퍼를 검사하지만 3D 센서는 리테이너의 평면성 또는 높이를 확인하여 적절한 조립과 올바른 구성 요소가 사용 되었는지 확인하는 검사가 필요할 때 유용하다.
머신 비전 시스템은 또한 피스톤과 피스톤 링, 캠축과 리프터, 점화 플러그를 검사하여 올바른 구성 요소가 조립되고 있는지 확인하는 데 도움을 준다. 적절한 조명과 함께 사용하면 딥 러닝 기반 머신 비전 소프트웨어와 2D 카메라가 이러한 검사를 수행하기에 좋은 후보가 된다.
추가 검사에는 엔진의 올바른 배선 구성 요소 및 연결 무결성, 적절한 호스 및 클램프 어셈블리 확인, 엔진에 조립될 때 부품의 전반적인 존재/부재 및 적절한 위치(예: 케이블 라우팅) 확인이 포함된다. 다시 말하지만, 딥 러닝은 이러한 검사에 적합한 기술이며 1D 또는 2D 코드 판독 기술도 종종 사용된다.
Zebra 소프트웨어는 여러 딥 러닝 도구와 바코드 판독 센서 및 카메라를 제공한다.
자료제공: ZEBRA(www.zebra.com)
