자동차 부품의 청정도 평가

1. 배경

자동차의 전체적인 품질은 모든 부품의 총합과 같으며, 이에 따라 자동차 제조사들은 모든 구성 부품에 엄격한 기준을 적용하여 품질을 유지합니다. 이 뿐만 아니라 제조사들은 배기가스 감소, 연비, 장기 내구성, 규제 표준 등의 요건도 고려해야 합니다. 자동차 부품들이 날로 복잡해짐에 따라 제조사들은 소재 특성, 장착 오차, 기술 청결도 등 최종 제품의 장기 내구성, 내구성, 예상 수명에 영향을 미치는 요소들도 강조해야 합니다.

입자 오염물은 부품 신뢰성, 특히 여러 공급 업체에 공급하는 여러 구성부품으로 이루어진 부품을 조립할 때 부품의 품질에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 시스템과 구성부품의 크기가 작아질 수록 작은 입자로 인해 심각한 고장이 발생할 수 있기 때문에 기술 청결도와 구성부품 및 액체의 무결성을 평가하는 것이 매우 중요합니다.

2. 애플리케이션

생산 공정에서 제조된 금속 부품은 절단, 연마, 디버링의 공정을 거칩니다. 절단, 연마, 디버링 공정 중 발생한 금속 조각 및 기타 이물질을 주요 시스템에서 올바르게 제거하지 않을 경우 시스템 전반에 영향을 미치는 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. (예: 크랭크샤프트 베어링 클램프, 밸브 마개, 노즐, 인젝터, 필터, 전자 부품 등) 연료 시스템, 브레이크 시스템, 유압 회로, 전자 부품이 청결도 요건을 충족하지 못할 경우, 시스템 전체가 고장에 노출됩니다.

부품과 시스템의 청결도를 보장하기 위해 먼저 입자 오염물은 클린룸의 추출 캐비닛을 통해 분리됩니다. 이후 액체 샤워 또는 초음파 욕조 세척을 통해 제거됩니다. 세척 헹굼액은 막을 사용한 필터링을 통해 입자를 걸러냅니다. 필터는 이후 분석을 위해 홀더에 고정되어 건조됩니다. 건조 후 현미경 스테이지에 올려 이미지 획득 및 검사를 진행합니다.

전용 배율이 카메라의 시야를 제한할 수 있기 때문에 큰 입자는 2개 이상의 이미지로 나누어서 관찰하기도 합니다. 각 입자가 오직 한번만 탐상되도록 하기 위해 각 입자는 다양한 매개변수를 통해 설명됩니다. 이러한 매개변수 중 가장 중요한 매개변수는 최대 페렛 직경과 등가 원 직경으로, 두 매개변수 모두 입자의 길이를 계측합니다. 입자의 면적, 형체, 반사도를 계측하기 위해 다른 입자 매개변수도 사용할 수 있습니다. 이러한 특징들은 섬유 및 반사 입자와 같은 특수 입자군을 인식하는데 사용됩니다. 금속 및 비금속 입자를 구분하는 방법은 반사되는 빛의 거동을 기준으로 합니다.

각 입자의 크기(일반적으로 최대 페렛 직경)를 강조하는 입자 탐상 공정 결과. . 입자들은 크기 등급으로 분류되어 보고서를 간소화시키고 계측값을 보다 높은 수준으로 비교할 수 있게 해줍니다. 입자 수의 절대값 또는 추정값은 반드시 기준값을 기준으로 정규화시켜야 합니다. 사용되는 표준과 테스트되는 필터에 따라 입자 수는 비교값으로 정규화됩니다. 이를 통해 사용자들은 샘플 크기가 서로 다른 경우라도 여러 계측값을 비교할 수 있습니다. 분류 매개변수와 등급 분류는 다양한 국제 표준에서 정의하고 있습니다. 자동차 산업의 크기 등급은 최소 및 최대 입자 크기로 정의됩니다. 각 입자는 1개 등급으로 분류됩니다. 차등 크기 등급을 가진 일반적인 표준은 VDA 19.1입니다.

• D 등급: 최대 페렛 직경이 25µm 이상 50µm 미만인 모든 입자
• E 등급: 최대 페렛 직경이 50µm 이상 100µm 미만인 모든 입자
• F 등급: 최대 페렛 직경이 100µm 이상 150µm 미만인 모든 입자

이 표준을 기준으로 75 µm의 직경을 가진 입자는 E 등급으로 분류되고, 시스템은 계측 결과와 필터막에 대한 데이터가 포함된 보고서를 생성합니다.

그림 1. 검사 대상 오염 입자 추출

3. Olympus 금속 및 비금속 솔루션

현대 산업과 VDA 19.1 및 ISO 16232 등의 국내 및 국제 표준에서 정의하는 청결도 요건을 충족하기 위해 설계된 OLYMPUS CIX100은 마이크론 크기 오염물과 2.5 µm 수준의 입자를 카운팅, 분석, 분류하기 위한 전문 턴키 시스템입니다. 이 시스템의 올인원 스캔 솔루션은 금속 및 비금속 입자를 동시에 탐상하기 때문에 타 검사 시스템 대비 2배 빠른 속도로 스캔 작업을 완료할 수 있습니다. 카운팅 및 분류를 마친 입자들은 라이브로 표시되며, 강력한 성능의 도구들은 검사 데이터를 쉽게 수정할 수 있게 해줍니다. 시스템의 직관적인 소프트웨어는 공정의 각 단계별 세부 지침을 제공하여 미숙한 작업자도 쉽고 빠르게 청결도 데이터를 획득할 수 있게 해줍니다. 지금까지의 금속 입자 감지는 2개의 이미지를 획득할 필요(시간 많이 소요되는 작업)가 있었으나, OLYMPUS CIX 시스템의 경우, 분석기를 90° 회전시키는 것으로 1번의 스캔으로 반사 및 비반사 입자를 동시에 인식합니다.

그림 2: 필터막과 비금속 입자의 입사광이 분산됩니다. 입사광에 관계 없이 '반사'되는 빛은 편광되지 않습니다. 입사광이 편광된 경우라도 편광화 분석에는 영향을 미치지 않습니다. 필터막은 항상 필터 상의 입자보다 밝습니다.

그림 3: 입사광이 금속 입자에 비춰지면 실제 반사가 생성됩니다. 금속 표면에서 반사된 빛은 빛의 편광을 바꾸지 않습니다. 이러한 차이는 '전통'적인 청결도 검사 방식에서 사용합니다. 반사광의 편광화는 카메라 및 소프트웨어를 사용하여 분석할 수 있습니다. 편광기와 분석기가 서로 병렬되게 설정된 경우 금속 입자는 매우 밝아집니다.

OLYMPUS 시스템은 다르게 작동합니다. (그림 4) 입사광도 편광화됩니다. 빛의 스펙트럼 밴드 중 하나의 편광화가 지체판을 사용하여 변경됩니다. 그 결과, 입사광의 편광화가 서로 다른 색에서 다르게 진행됩니다. (그림 5)

그림 4a: 비금속 입자 또는 필터막의 반사광 분산이 전통적 설정과 동일합니다. 반사광은 모든 색 범위에서 비편광화되며 분석할 필요가 없습니다. 필터막은 필터 상의 어두운 입자보다 밝습니다.

그림 4b: 금속 입자의 반사광은 전통적 방식의 원리를 따르며 빛의 편광화를 보존합니다. 하지만 각 색의 편광화가 이미 알려져 있기 때문에 금속 입자를 컬러 이미지에서 직접 탐상하는 것이 가능합니다. 금속 입자는 특수한 색에서만 밝아집니다.

그림 5: 반사(금속)와 비반사(비금속) 입자를 구분하는데 필요한 컬러 이미지는 단 하나입니다. 두번째 스캔이 불필요하므로 시간을 절약할 수 있습니다. 이에 더해, 기계 부품의 경우 회전할 필요가 없으므로 기구의 마모 및 손상을 방지할 수 있습니다.

검사 시 라이브 및 개요 이미지를 포함한 모든 관련 데이터가 하나의 화면에 표시되기 때문에 작업자는 필터막에 오염물이 너무 많이 확인되는 경우 검사를 중단하는 것이 가능합니다. (그림 6) 시스템은 검사 구성 및 선택 표준을 기준으로 반사 및 비반사 입자를 카운팅한 후 크기 등급으로 분류합니다. OLYMPUS CIX100 시스템은 자동차 산업에서 사용되는 주요 국제 표준을 지원합니다.

• ISO 16232-10 (A) (N) (V)
• VDA 19.1 (A) (N) (V)
• ISO 4406
• ISO 4407
• ISO 12345
• NAS 1638
• NF E48-651
• NF E48-655
• SAE AS4059

통계 제어 차트 기능은 입자 등급 컴플라이언스 수준을 시각적으로 표시하여 신뢰도를 향상시킵니다. 시스템이 탐상한 모든 오염물의 섬네일 이미지는 입체 계측과 링크되어 데이터 검토를 용이하게 해줍니다. 사용자는 특정 오염물에 대한 정보를 쉽게 획득할 수 있습니다.

OLYMPUS CIX100 시스템은 검사 공정 전반에 걸쳐 높은 성능과 생산성을 제공합니다. 직관적인 워크플로우와 단계별 세부 지침은 사이클 시간, 테스트 비용, 작업자 오류를 최소화합니다. 스마트 보고 도구는 산업 표준을 준수하는 사전설정 템플릿을 사용합니다. 결과는 Microsoft Word 2016 형식으로 생성되며, PDF 형식으로도 내보내기가 가능합니다. (그림 7) 템플릿은 경험이 부족한 사용자도 실수를 저지르지 않게 도와주며, 모든 작업자의 니즈에 맞춰 쉽게 변경하는 것이 가능합니다. 스캐닝된 필터막의 이미지는 재처리 또는 재계산을 위해 자동으로 저장됩니다.