광학 부품 생산의 강자 토치기 니콘은 니콘이 제공하는 엑스레이 컴퓨터 단층 촬영(CT) 기술을 통해 정밀 플라스틱 사출 성형의 세계를 변화시킨 획기적인 솔루션을 개발할 수 있었습니다.
일본의 토치기 니콘은 업계 전반이 가진 문제에 직면했습니다. 카메라 렌즈와 같은 원통형 플라스틱 부품을 제조하는 것은 가능한 한 완벽에 가까운 고도로 정확한 원이 필요하기 때문에 힘든 작업이었습니다. 이를 위해 금형 모양을 수정하는 작업은 노동 집약적이고 시간이 많이 소요되며, 숙련된 기술자와 여러 번의 수정 주기가 필요한 경우가 많습니다.
현재, 토치기 니콘은 니콘의 CT 기술을 사용하여 금형 보정 프로세스를 간소화함으로써 놀랍도록 짧은 시간에 상당한 비용 절감과 효율성 향상을 달성했으며, 토치기 니콘 엔지니어들은 단 3개월 만에 새로운 패러다임에 적응할 수 있었습니다.
1961년 니콘의 100% 지분 소유 자회사로 설립된 토치기 니콘은 글로벌 니콘 그룹 내에서 광학 부품과 모듈을 생산하고 있습니다. 토치기 니콘은 정밀 렌즈 가공 분야의 첨단 생산 기술을 바탕으로 전 세계 산업 분야에서 사용되는 다양한 광학 렌즈를 개발해 왔습니다.
토치기 니콘 내에서 제1생산 엔지니어링 부문은 미러리스 카메라의 교체용 렌즈에 주력하고, 엔지니어링 부문은 미러리스 카메라의 교체용 렌즈를 포함한 레진 사출 성형 부품의 대량 생산을 담당하고 있습니다.
교체용 렌즈의 레진 사출 성형 부품은 가능한 한 완벽하게 둥글게 유지해야 합니다. 그러나 업계의 한계로 인해 이러한 부분은 완벽한 원이 아닌 상태로 형성되어 더 많은 주의가 필요합니다.
이 문제를 해결하기 위해 금형 모양을 수정하여 원형이 아닌 플라스틱 부품을 수정하여 완벽한 원형에 가깝게 만듭니다. 이 “금형 보정” 과정은 일반적으로 두세 번 반복되며, 시간과 노력을 통해 점차 정확도가 향상됩니다.
니콘의 CT 이미징으로 금형 보정 향상
하지만 이것만이 문제가 아니었습니다. 최근 레진 사출 성형 부품은 작은 크기, 경량화, 향상된 기능성으로 인해 모양이 더욱 복잡해지고 있습니다.
측정 프로그램과 금형 수정 지침 작성으로 인해 전체 작업량이 증가하여 시간과 비용이 훨씬 더 많이 들기 때문에 기존의 CMM 및 이미지 측정기로 이러한 부품을 측정하는 것조차 간단하지 않습니다.
이러한 과제에 대한 솔루션을 찾던 토치기 니콘은 니콘의 MCT225를 사용하게 되었고, 이 제품으로 즉시 금형 교정 프로세스를 간소화하여 비용을 절감하고 효율성을 높일 수 있는 방법을 찾게 되었습니다.
“우리가 니콘의 산업용 엑스레이 CT를 선택한 이유 중 하나는 니콘이 세계에서 가장 큰 시장인 마이크로포커스 엑스레이 소스 클래스에서 점유율 1위를 차지하고 있기 때문입니다.”라고 토치기 니콘 엔지니어 미야모토 쇼타는 설명합니다.
니콘의 MCT(측정 컴퓨터 단층촬영)는 니콘에서 개발 및 제조한 고출력 마이크로포커스 엑스레이 소스로, 높은 이미지 품질과 긴 작동 수명을 보장합니다. 이를 최대한 활용한 니콘의 MCT225는 하나의 거친 재료 샘플을 측정할 때 9+L/50μm의 정확도로 매우 정확한 측정 기능을 제공합니다.
주요 장점 중 하나는 물리적 접촉이나 제한 없이 제품의 내부 및 외부 치수를 효율적으로 측정할 수 있다는 점이라고 미야모토는 설명합니다. 이 비접촉 측정 방식은 독일 기술자 협회에서 정한 VDI/VDE2630 표준을 준수하여 신뢰할 수 있고 정밀한 치수 측정을 보장합니다.
니콘의 MCT225로 금형 측정 자동화
금형 보정의 목적은 금형에서 생산된 부품의 치수를 의도한 치수와 일치하도록 수정하는 것입니다. 과거에는 시제품을 제작한 후 금형 교정 과정에서 디지털 마이크로미터, 핀 게이지 및 기타 도구를 사용한 수동 측정과 CMM 및 이미지 측정기의 자동 측정 결과를 사용했습니다.
그런 다음 금형을 수정하고 측정 및 도구 보정 주기를 반복하여 부품의 정확도를 점차적으로 높였습니다.
“MCT225를 사용하면 성형 부품에 대한 측정 프로그램을 만들 때 CAD 데이터만으로 측정 프로그램을 만들 수 있습니다.”라고 미야모토는 설명합니다. “실물 샘플을 준비할 필요가 없다는 점 외에도 부품 세팅을 위한 정밀한 지그가 필요하지 않다는 점도 큰 솔루션이라고 생각합니다.”
“또한 숙련이 필요한 여러 프로브 자세를 사용하여 측정 프로그램을 만들거나 측정 상태를 확인하면서 프로그램을 재작업할 필요가 없어져 업무량이 크게 줄었습니다.”
금형 보정 워크플로우 간소화
MCT225로 캡처한 데이터는 일괄 처리를 통해 자동으로 STL 포맷으로 변환됩니다. STL 데이터와 측정 프로그램은 서버에 저장됩니다. 작업자는 기록 조건을 읽고 부품을 배치하기만 하면 되므로 엑스레이 CT 스캔에 소요되는 시간이 5분으로 단축됩니다.
“이제 서버에서 STL 데이터와 측정 프로그램을 읽고 책상에서 측정을 수행할 수 있어 이전 시스템에 비해 작업자의 업무량과 시간이 크게 줄었습니다.”라고 미야모토는 말합니다. “토치기 니콘은 원통형 측정에 특화된 자체 매크로를 개발하여 측정 부품 프로그램 생성 시간과 프로그램 수정 시간을 기존 방식에 비해 최대 50%까지 단축했습니다.”
MCT225로 얻은 STL 데이터를 3D 측정 소프트웨어 Polyworks Inspector와 함께 사용하면 컬러 맵으로 시각화된 3D 데이터에서 금형 보정량을 결정할 수 있어 측정 후 분석을 크게 간소화할 수 있습니다. 미야모토는 MCT225 덕분에 엔지니어 팀이 단 3개월 만에 측정 작업을 수행할 수 있게 되었다고 말합니다.
“또한 금형 보정을 위한 측정 프로그램 작성과 금형 보정 지침서 작성을 간소화하여 금형 보정 완료에 필요한 시간을 최대 8주까지 단축했으며, 이는 30%의 단축에 해당합니다.”
측정 프로세스에 혁신을 가져온 니콘의 MCT225
MCT225를 사용하면 좁은 공간에서도 어떤 형태의 3D 데이터도 누락된 요소 없이 측정할 수 있습니다. 이 기능은 레진 사출 성형 부품을 측정할 때 매우 유용합니다. 예를 들어, 렌즈 기능 측면에서 중요한 평면 부품이 중앙에 위치하지 않으면 CMM으로 측정하기 어려워집니다.
“MCT225는 전체 이미지를 3D 공간으로 변환하며, 측정 시 형상 제한이 없고 측정 자유도가 높으며 누락 데이터는 0입니다.”라고 미야모토는 말합니다. “전용 지그 도구 없이도 접촉이나 구속 없이 촬영할 수 있으며, 촬영 자체에 전문 기술이 필요하지 않습니다. 기존 측정값은 물론 Microsoft Excel에서도 사용할 수 있습니다. MCT225가 측정 프로세스에 상당한 혁신을 가져왔다고 생각합니다.”
토치기 니콘은 2020 회계연도 실적에서 약 80%의 비용 절감을 달성했는데, 이는 측정 프로그램 생성 시간 단축, 보정 기간 단축, 다숙련 직원, 하청 비용 절감 등의 효과를 통해 얻은 결과입니다.
“앞으로는 볼륨 그래픽으로 지오메트리를 보정하는 자유형 표면 처리 작업을 하고 싶습니다.”미야모토는 라고 말합니다. “리버스 엔지니어링 CT 측정, 형상 보정 및 다이 가공을 통해, 자유형 표면을 가공하여 부품의 정밀도를 높이고 3D의 효과적인 사용을 통해 효율성을 개선할 수 있습니다.”
플라스틱 사출 금형 제조의 미래는 기존 CMM과 이미지 측정기에서 보다 진보되고 측정 가능한 엑스레이 CT 기술로의 전환에 힘입어 큰 변화를 맞이할 것입니다. 토치기 니콘과 같은 제조업체는 이러한 혁신적인 접근 방식을 채택함으로써 생산성을 획기적으로 향상시켜 점점 더 요구가 까다로워지는 글로벌 시장에서 경쟁력을 강화할 수 있는 유리한 위치에 서게 되었습니다.
