메탈 시트(판금) 검사를 최적화하는 방법

메탈 시트(판금) 검사를 최적화하는 방법

판 모양의 얇은 강판을 '메탈 시트' 또는 '판금'이라고 부르며, 철판이나 알루미늄판, 스테인리스판 등의 금속 재료로 부품이나 구조물을 제작하는 공정을 '메탈 시트 가공' 또는 '판금 가공'이라고 부릅니다. 메탈 시트(판금) 가공은 우리 주변의 가전제품 케이스나 자동차 차체, 그 외 건축물 외벽, 항공기 외장 등 다양한 분야에 이용되고 있으며, 제품 생산에 없어서는 안 될 가공 방법 중 하나입니다.
또한 메탈 시트(판금) 가공에서는 절단이나 펀칭, 절곡, 용접 등 다양한 가공 방법이 복합적으로 이용되어 최종적인 부품이나 구조물이 됩니다.

따라서 복잡한 형상의 제품도 많고 용접 등의 가공도 포함되어 변형이나 휨 등이 발생하기 쉽기 때문에 형상 및 치수 검사가 어렵다는 과제도 있었습니다. 이 페이지에서는 그러한 메탈 시트(판금) 가공의 기초 지식과 더불어 메탈 시트(판금) 검사를 최적화하는 방법 등에 대해 설명합니다.

메탈 시트(판금) 가공에 대하여

메탈 시트(판금) 가공은 금속 판재를 절단하거나, 구부리거나, 용접하거나, 표면을 가공함으로써 목표했던 형상으로 제조하는 가공 방식입니다. 그 가공 방법은 목표하는 형상에 따라 차이가 있지만, 일반적인 메탈 시트(판금) 가공의 흐름은 아래와 같습니다. 먼저, 재료가 되는 금속 판재를 절단기를 이용하여 필요한 치수로 잘라낸 후, NC 터릿 펀치 프레스로 펀칭 가공합니다. 그 후에 프레스 브레이크라는 가공기를 이용하여 임의의 형상으로 구부리고 스폿 용접 등으로 판을 접합합니다. 필요에 따라 구멍 뚫기나 연마, 세척, 도장 등을 하여 제품 케이스로 완성합니다.

①
판재
②
절단 가공
③
터릿 펀치 프레스 가공
④
프레스 브레이크
⑤
스폿 용접
⑥
홀 뚫기·연마
⑦
세척·도장

메탈 시트(판금) 가공의 주요 공정

위에서도 설명했듯이 메탈 시트(판금) 가공에서는 '절단 가공/펀칭 가공', '굽힘 가공', '용접' 등의 공정을 거쳐 제품이 완성됩니다. 여기에서는 각각의 가공에 대해 설명합니다.

절단 가공/펀칭 가공

절단 가공/펀칭 가공은 전개도에 맞춰 금속 판재를 잘라내거나 뚫는 가공입니다. 일반적으로는 절단기나 레이저 가공기 등을 이용하여 잘라내거나, 터릿 펀치 프레스 등을 이용하여 뚫습니다. 또한 펀칭 가공을 영어로 'Blanking(블랭킹)', 펀칭 가공한 금속 판재를 '블랭크재'라고 부르기 때문에 이 공정을 '블랭크 가공'이라고도 합니다.

굽힘 가공

굽힘 가공은 절단 가공/펀칭 가공을 한 금속 판재를 구부려 임의의 형상으로 성형하는 가공 방법입니다. 메탈 시트(판금) 가공에서는 프레스 브레이크라고 불리는 벤더를 이용하여 굽힘 가공을 합니다. 일반적으로 펀치/다이 등의 금형을 이용하여 성형하므로 공정으로서는 프레스 가공과 동일합니다.

판금 용접

굽힘 가공을 한 판재끼리 접합할 필요가 있으므로 메탈 시트(판금) 가공에서는 용접도 이용됩니다. 또한 메탈 시트(판금)에서의 용접을 '판금 용접'이라고도 부릅니다. 아래는 판금 용접에서 이용되는 기법입니다.

YAG 레이저 용접

YAG 레이저 용접은 이트륨(Yttrium)/알루미늄(Aluminum)/가넷(Garnet)의 머리글자를 딴 용접 방법입니다. 피삭재에 가해지는 열 영향이 적고 얇은 강판에 대한 변형도 적어 정밀 판금 가공에 이용됩니다. 또한 균일한 비드로 마감이 아름답다는 특징도 있습니다.

반자동 용접

반자동 용접은 수작업으로 해야 하지만 와이어가 자동으로 공급되는 용접 방법입니다. 와이어 공급이 자동이어서 용접 속도가 빠르다는 특징이 있습니다. 또한 사용하는 실드 가스의 종류에 따라 'CO2 용접', 'MAG 용접', 'MIG 용접'으로 분류됩니다.

TIG 용접

TIG 용접은 텅스텐(Tungsten)/비활성(Inert)/가스(Gas)의 머리글자를 딴 용접 방법입니다. 실드 가스로 아르곤을 사용하며 스테인리스나 알루미늄 등 재료에 상관없이 접합할 수 있다는 것이 특징입니다. 또한 용접 후 마감이 아름다워 미관이 요구되는 제품에 많이 이용됩니다.

스폿 용접

스폿 용접은 전극으로 부재를 끼우고 점으로 접합하는 용접 방법입니다. 상하 전극봉에 전기를 흘려 겹쳐진 판에 열을 발생시켜 융해하여 용접하므로 판재 접합에 적합합니다. 단, 두꺼운 판의 경우에는 적합하지 않을 수도 있습니다.

스터드 용접

스터드 용접은 스터드라고 불리는 볼트나 너트를 금속판에 접합하는 용접 방법입니다. 용접에 필요한 시간이 비교적 짧고 모재에 미치는 영향이 적다는 것이 특징이며 생산성이 뛰어납니다.

메탈 시트(판금) 가공과 프레스 가공의 차이

메탈 시트(판금) 가공과 프레스 가공의 차이에 대해 설명하겠습니다. 메탈 시트(판금) 가공과 프레스 가공은 모두 소성 변형을 이용한 가공 방법입니다. 따라서 넓은 의미에서는 메탈 시트(판금) 가공은 프레스 가공의 일종 또는 프레스 가공을 이용한 성형이라고 할 수 있습니다. 단, 메탈 시트(판금) 가공에서는 주로 범용 금형을 사용하여 굽힘 가공만 합니다. 반면 프레스 가공은 전용 금형을 이용하여 복잡한 형상의 제품을 성형한다는 차이가 있습니다.
참고로 프레스 가공에는 다품종 소량 부품에 대해 작업자가 수작업으로 피가공재를 세팅하여 1공정씩 프레스하는 '단발 프레스'와 코일 형태의 피가공재를 세팅하여 여러 프레스 공정을 순차적으로 진행하는 '순차 이송 프레스', 그 외에 단발 프레스와 순차 이송 프레스의 장점을 도입하여 자동으로 연속 가공하는 '트랜스퍼 프레스' 등이 있습니다.

단발 프레스

단발 프레스는 피가공재를 사람의 손으로 프레스기에 세팅하고 가공이 끝나면 가공재를 사람의 손으로 프레스기에서 꺼내는 가장 일반적인 방법입니다. 대형 가공품의 소량 생산에 적합하지만, 1회의 프레스로 1개의 가공을 하므로 연속 가공/자동 가공은 불가능합니다.

순차 이송 프레스

순차 이송 프레스는 여러 공정분의 요철이 설치된 금형을 사용하여 코일 형태로 감은 피가공재를 프레스기에 세팅하고 조금씩 흘려보내며 순차적으로 가공합니다. 트랜스퍼 프레스에 비해 피가공재를 이송하는 장치가 불필요하고 가공이 빠르며, 복잡한 가공을 1공정으로 마칠 수 있어 생산 효율이 높은 프레스 가공입니다. 또한 '프로그레시브 프레스'라고도 불리며, 'PRG'로 약칭되기도 합니다.

트랜스퍼 프레스

트랜스퍼 프레스는 단발 프레스를 조합한 프레스 방식으로 'TRF 프레스'라고도 불립니다. 하나의 가공이 끝나면 다음 공정으로 피가공재를 이송하므로 순차 이송 프레스에 비해 생산성은 떨어지지만 수율이 좋고 비교적 큰 가공재를 다룰 수 있다는 것이 장점입니다.

정밀 판금 가공이란?

메탈 시트(판금) 가공에서는 주로 14mm 정도의 금속판을 사용하지만, 그중에서도 특히 0.13mm 정도의 얇은 금속판을 사용한 가공을 '정밀 판금 가공'이라고 부릅니다. 주로 높은 치수 정밀도가 요구되는 전자기기나 통신기기, 반도체 제조 장비의 부품 등에 이용되며, 절곡이 많은 복잡한 부품이나 고정밀도 구멍 뚫기가 필요한 부품에 채용됩니다. 또한 가공뿐만 아니라 검사에서도 높은 정밀도가 요구됩니다.

기존 메탈 시트(판금) 검사의 과제

메탈 시트(판금) 가공에서는 '절단 가공/펀칭 가공', '굽힘 가공', '용접' 등 여러 공정을 거쳐 제품을 성형하기 때문에 복잡한 형상이 많고 각 공정에서 변형이나 휨 등이 발생할 수도 있어 치수 검사 등이 까다로워집니다. 또한 정밀 판금 가공에서는 높은 치수 정밀도가 요구되므로 검사가 더욱 어려워진다는 과제가 있었습니다.

캘리퍼스에 의한 측정 과제

치수 측정에 많이 사용되는 캘리퍼스지만, 복잡한 메탈 시트(판금) 가공품의 경우 전체 형상을 파악하기 어렵고 구체적으로 어떤 형상 차이가 있는지 특정하기 어렵다는 과제가 있었습니다. 또한 측정자에 따른 오차 등도 발생하므로 정밀 판금 가공품에는 적합하지 않습니다.

용접에 의한 변형 등의 평가

메탈 시트(판금) 가공에서는 용접에 의한 접합도 이루어지지만, 용접 시의 열로 인해 변형이나 휨, 요철 등이 발생합니다. 특히 얇은 강판의 경우 변형이나 휨, 요철이 발생하기 쉽습니다. 하지만 이처럼 용접으로 인해 발생하는 전체적인 변형량을 정량적으로 평가하는 것은 버니어 캘리퍼스나 다이얼 게이지 등 일반적인 측정 방법으로는 어렵습니다. 버니어 캘리퍼스로는 특정 지점의 변형이나 휨, 요철은 판단할 수 있어도 면 전체, 나아가 제품 전체의 측정이 어려워 실시할 경우에는 측정 부위를 늘리는 등 수고와 시간이 많이 걸렸습니다.

기존 메탈 시트(판금) 검사의 과제

메탈 시트(판금) 가공품 검사의 과제를 해결하려면 전체 형상과 치수를 정확하게 파악해야 합니다. 그러한 과제를 해결하고 검사를 최적화하는 방법이 바로 KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'입니다. 'VL 시리즈'는 스테이지 위에 놓인 대상 물체를 최고 속도 8초 만에 원샷 360° 스캔하여 고정밀도로 3차원 형상을 측정할 수 있습니다. 메탈 시트(판금) 가공품의 전체 모습을 파악하여 검사를 최적화합니다.
또한 설계한 3D-CAD 데이터와 비교할 수 있고, 차이를 컬러로 표시하여 분석 시간을 대폭 단축할 수 있습니다. 그 밖에도 동일 제품의 데이터끼리 비교하는 실물 비교 측정, 대상 물체의 두께 측정, 기하 공차 측정 등도 가능하여 지금까지 발견하지 못했던 차이도 한눈에 알 수 있습니다. 또한 2종류의 렌즈를 표준 탑재하고 고배율 렌즈를 선택하면 대형 대상 물체를 통째로 3D 측정하고, 정밀 판금 가공품의 미세 형상도 고해상도로 3D 측정할 수 있습니다.

여기에서는 'VL 시리즈'를 사용하여 메탈 시트(판금) 가공품 검사를 최적화하는 장점에 대해 일부만 간단히 소개합니다.

장점 1: 용접에 의한 변형량의 정량 평가가 가능하다

기존 검사 방법에서는 캘리퍼스나 다이얼 게이지 등으로 측정했지만 부분적으로만 측정할 수 있어 제품 전체의 용접에 의한 변형량 등의 측정이 어려웠습니다. KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'를 사용하면 대상 물체 전체를 스캔하고 3D-CAD 데이터와 비교하여 용접에 의한 변형을 정량적으로 평가할 수 있습니다.

장점 2: 좌표 측정으로 치수 측정도 간단하게 할 수 있다

복잡한 형상의 메탈 시트(판금) 가공품의 경우, 3차원 형상에 구멍 뚫린 부분 등도 있어 치수 측정에 수고가 많이 들었습니다. KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'라면 취득한 데이터로 기존 측정기로는 어려웠던 임의의 부위를 측정할 수 있습니다. 또한 XYZ 좌표 정보를 이용한 좌표 측정에도 대응합니다. 그 밖에 기하 공차 측정 또한 가능하여 단시간에 정확한 검사를 실현합니다.

장점 3: 절곡부 등 작은 R도 정확하게 측정할 수 있다

기존 측정 방법으로는 작은 R 등의 측정이 어려웠습니다. 하지만 KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'라면 절곡부 등 작은 R도 정확하게 측정할 수 있으며, 3D-CAD 데이터나 측정한 실물과 비교하는 것도 가능합니다. 예를 들어 힌지용 판금 부품의 내구성 시험 후 변형 평가 등도 간단하게 할 수 있습니다.

메탈 시트(판금) 검사를 최적화하여 정확하고 간단하게 비교할 수 있어 대폭적인 효율화가 가능

기존 측정 방법으로는 어렵거나 시간이 많이 걸렸던 메탈 시트(판금) 가공품도 KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'를 사용하면 간단하게 측정할 수 있어 검사 최적화를 실현합니다. 3D-CAD 데이터와의 비교도 쉬워져 검사 정밀도도 높아지고 공수 절감에도 기여합니다.

  • 최고 속도 8초 만에 원샷 360° 스캔이 가능하여 측정에 걸리는 시간을 대폭 단축할 수 있습니다.
  • 스캔 데이터를 자동으로 CAD 데이터로 변환하여 치수를 측정할 수 있어 효율적입니다.
  • 대형 성형품도 원샷으로 측정할 수 있어 대상 물체의 크기에 상관없이 검사할 수 있습니다.
  • 캘리퍼스 등이 들어가기 어려운 복잡한 형상도 3D 스캐너라면 각 부의 치수를 측정할 수 있습니다.
  • 작은 R의 절곡도 정확하게 측정할 수 있어 정밀 판금 가공품 검사에도 적합합니다.
  • 전체를 한 번에 스캔하여 측정할 수 있으므로 용접에 의한 변형량 등의 정량적인 평가에 최적입니다.

KEYENCE의 3D 스캐너형 측정기 'VL 시리즈'라면 원샷 최고 속도 8초 만에 스캔이 완료되며, 그 데이터를 바탕으로 메탈 시트(판금) 가공품 검사도 간편하게 할 수 있습니다. 복잡한 형상이나 대형 가공품에도 대응하므로 1대로 다양한 검사에 대응하며, 3D-CAD 데이터와의 비교도 간단하여 검사를 최적화합니다.

INDEX

031-789-4300