육안으로 잘 볼 수 없는 작은 오염물질로 인해 시스템의 수명 단축과 오작동이 유발되고 고장이 발생할 수 있는 항공우주 산업에서는 청정도 분석이 매우 중요합니다. 특히 터빈, 연료관, 연료 탱크와 같은 오염에 민감한 시스템의 경우 더욱 그 중요성이 큽니다. 현미경으로 제조된 항공우주 구성 요소의 미립자 오염을 감지하는 작업은 이러한 위험을 방지하는 기본적인 품질 관리 활동이 되었습니다.
이 게시물에서는 청정도 데이터의 신뢰성을 높이는 동시에 손쉽게 검사 워크플로를 수행할 수 있는 솔루션을 소개하고 항공우주 산업에서
사용되는 청정도 분석 표준과 프로세스에 대해 자세히 알아보겠습니다.
항공우주 분야를 위한 기술적 청정도 표준
제품 성능 및 안전과 관련된 잠재적 위험에 대한 인식이 높아지면서 엄격한 기술적 청정도 표준(기업 특정 표준과 국제적 표준 모두 포함)이 개발되었습니다. 이러한 표준은 제조된 구성 요소에서 발견되는 미립자 오염의 특성과 수량에 대한 상세한 정보를 요구합니다.
이를 충족하기 위해 많은 우주항공 구성 요소 제조사들은 기술적 청정도 평가를 위해 특별히 설계된 현미경 시스템으로 관심을 돌렸습니다. 이 시스템은 생산 환경의 청정도 모니터링을 지원하여 생산 다운타임과 자원 및 에너지 낭비를 최소화합니다.
현미경 기반 기술적 청정도 시스템의 예.
항공우주 부품의 청정도 평가 방법
청정도 분석 프로세스의 첫 단계는 일반적으로 생산 라인에서 무작위로 부품을 선택하는 것입니다. 이러한 부품들은 분석을 위해 부품 표면에서 입자를 제거하는 추출 프로세스를 수반하는 샘플링 과정을 거칩니다.
간단히 말해, 추출 프로세스는 다음과 같은 단계로 구성됩니다.
- 입자가 세척액에 씻기도록 부품을 세척합니다.
- 입자가 막을 통해 걸러집니다.
- 건조 후 막의 무게를 측정하여 세척된 부품의 오염도를 평가합니다.
막의 무게 측정을 통해 얻을 수 있는 정보는 제한적이라는 점에 유의해야 합니다. 입자의 유형과 크기 등 미립자 오염에 대한 세부 정보를 얻기 위해 광학 현미경으로 분석을 수행합니다.
이러한 분석을 통해 얻은 결과는 국제 표준에 따라 입자를 분류하는 데 사용되므로 매우 중요합니다. 형태, 크기 분포 및 각 입자 종류의 오염도 등 이러한 입자의 특성에 대한 상세 보고서가 작성됩니다.
금속 입자 및 다른 입자 유형에 대한 정보 수집
입자의 특성에 관한 정보는 또한 섬유 및 비섬유 그리고 금속 및 비금속 입자를 구분하는 데 중요하게 사용됩니다. 많은 청정도 분석에서 금속 입자 식별이 중요한 이유는 두 가지입니다.
- 금속 입자는 비금속 입자보다 단단하기 때문에 테스트 중인 구성 요소에 잠재적으로 더 유해할 수 있습니다.
- 금속 입자는 기계적 및 전기적 자산에 큰 영향을 끼칠 수 있습니다.
예를 들어, 내연 기관의 금속 입자는 연소되지 않기 때문에 시간이 흐르면서 이러한 금속 입자는 내연 기관의 수명을 단축할 수 있습니다. 또한 금속 입자는 금속 물질의 높은 전기 전도성으로 인해 리튬이온 배터리의 생산 과정에서 위험을 유발합니다. 특히, 생산 과정에서 금속 불순물이 존재하면 단락을 유발하고 배터리 고장을 일으킬 수 있습니다.
현미경 분석 결과 이러한 종류의 입자 수가 지정된 한도를 초과하는 것으로 나타나면 테스트된 부품은 청정도 분석을 통과하지 못합니다.
항공우주 구성 요소 청정도 분석을 위한 기타 샘플링 기법
입자 세척이 바람직하지 않거나 불가능한 부품을 검사하는 항공우주 산업 검사자는 대안적인 샘플링 방법을 사용할 수 있습니다.
1. 항공우주 구성 요소 테이프 리프트 샘플링
한 예로, 테이프 리프트 기법을 들 수 있습니다. 테이프 리프트 방법은 ASTM E1216-11 표준에 자세히 설명되어 있으며, 오염물질을 수집하기 위해 부품의 표면에 압력에 민감한 테이프를 적용합니다. 그리고 이와 같이 추출된 입자를 현미경으로 분석하여 오염도에 대한 상세한 정보를 얻습니다. 그 다음, (입자가 부착된) 테이프를 특수 홀더에 장착하고 현미경을 통해 입자 수를 셉니다.
현미경으로 청정도 분석을 위해 테이프 리프트 샘플을 준비하는 작업자.
그런 후, 관찰된 영역의 입자 수를 1,000cm² 면적에 해당하는 수로 변환하여 비교 가능한 값을 얻습니다. 그 결과 입자 수는 청정도 또는 표면 청정도 지수(surface cleanliness index, SCI)로 계산할 수도 있습니다.
SCI의 경우, 입자 크기를 기반으로 입자 측정 결과에 가중치가 적용되는데 그 이유는 큰 입자의 손상 가능성이 작은 입자보다 훨씬 더 크기 때문입니다. 각 크기 등급의 입자 수에 이 가중치 계수를 곱하여 크기 등급당 SCI를 얻습니다. 그 다음, 각 등급의 SCI를 더하여 검사 전체의 SCI를 얻습니다(아래 스크린샷 참조).
표면 청정도 지수를 보여주는 현미경 시스템으로 얻은 테이프 리프트 샘플의 청정도 분석 결과
2. 오염에 민감한 항공우주 부품 샘플링
또 다른 예에서 IEST-STD-CC1246E 표준은 오염에 민감한 항공우주 부품의 표면 청정도 명시 및 결정 방법을 정의합니다. 이 표준도 1000 cm²의 구성 요소 표면을 참조합니다.
테스트의 경우, 이 표준은 먼저 입자를 세척하여 대상 표면에서 분리하고 막으로 여과한다고 설명합니다. 이러한 방법에서 벗어나 IEST-STD-CC1246E 표준 분류에 따라 테이프 리프트 방법을 사용하여 표면에서 제거된 입자를 확인할 수도 있습니다.
다양한 추출 방법과 입자 분석 결과 제시 방법을 조합하여 활용할 수 있습니다. 이러한 방식으로 기술적 청정도 검사를 품질 기준과 기술적 조건에
맞게 변형할 수 있습니다.
항공우주 부품 청정도 검사 자동화
턴키 자동화 솔루션의 도입으로 항공우주 구성 요소의 청정도 검사를 간소화되고 데이터의 신뢰성이 높아지고 있습니다. 예를 들어, Evident의 CIX100 검사 시스템은 샘플 장착부터 전문적이고 규정을 준수하는 보고서 생성까지 전 과정을 간소화하도록 설계되었습니다.
ASTM E1216-11 표준에 따른 테이프 리프트 샘플의 표면 청정도 지수를 보여주는 보고서 예시.
사용자가 샘플을 장착하면 CIX100 시스템은 가이드형 워크플로에 따라 자동으로 검사 속도를 높입니다. 이러한 기능은 샘플 오염의 가능성을 줄이면서 작업자 독립적 측정을 지원합니다. 이 시스템은 한 번의 스캔으로 2.5µm까지 오염물질을 감지하고 금속 입자, 비금속 입자 그리고 섬유를 구분할 수 있습니다.
또한 이 소프트웨어는 필터 막, 테이프 리프트 샘플 또는 입자 트랩 등 샘플 유형에 따라 검사 영역과 이미지 설정을 최적화합니다. 그리고 결과를 생성하고 선택된 표준에 따라 보고서를 작성하여 다양한 산업의 다양한 검사 목적에 맞게 시스템의 유연성을 대폭 향상합니다. 전문 보고서는 클릭 한 번으로 생성할 수 있습니다.
데이터 무결성 및 추적 가능성이 필수적인 산업에서는 사용자 권한 관리와 같은 기능이 필수적입니다. CIX100 시스템이 제공하는 이 기능을 통해 특정 사용자가 다음과 같은 주요 매개변수에 액세스하는 것을 제한할 수 있습니다.
- 보정
- 검사 구성 및 표준 변경
- 보고서 템플릿 맞춤화
이러한 제한으로 인해 워크플로가 간단해지므로 초보 작업자라도 해당 표준에 따라 신뢰할 수 있고 반복 가능한
청정도 검사를 수행할 수 있습니다. 샘플링부터 보고까지 간소화된 프로세스의 원리를 알아보려면 지금 Evident 팀에 문의하여 데모를
요청하세요.
