커먼 레일 시험을 위한 헬륨 진공 시스템

시험 기술을 전문으로 하는 시스템 제조사도 시스템의 자체 누설 검출기와 관련하여 종종 외부 노하우가 필요하다. 자동화된 시험 시스템 제조사인 Lippok & Wolf는 수년 전부터 Inficon의 가스 시험 장치를 생산한다. 이 장치는 산업용 제조 플랜트에 사용하기 위해 개발되었다.

산드라 자이츠(Sandra Seitz): Inficon GmbH 자동차 누설 검출기 마켓 매니저

Liwo Prüfautomation 은 통합 시스템 솔루션의 기술 리더이다. 자동차 산업의 생산 라인에서 이루어지는 시험 작업이 주요 적용 분야이다. 1976년에 설립된 Lippok & Wolf GmbH는 독일 슈투트가르트에서 멀지 않은 벨츠하임에 위치하고 있다. 이 업체는 폭넓게 형성된 다양한 시험 기술 포트폴리오와 자체 제작을 통해 고객들에게 시험 프로세스와 시험 자동화를 위한 개별 솔루션을 제공한다. 이 특수 기계 제조사의 성공에는 오래 동안 유지해온 긴밀한 파트너십과 포괄적인 자동화 파트너들의 네트워크가 기여하고 있다.

이 업체의 오래된 파트너 가운데 하나는 쾰른에 위치한 Inficon GmbH이다. Inficon은 전세계적으로 선도적인 누설 시험과 기구 장치 생산자이며 공급자이다. Inficon의 주요 고객은 에어컨과 냉각 장치 제조사, 서비스 업체, 자동차 산업, 자동차 부품업체, 반도체 업체 그리고 누설 시험 시스템 제조사들이다.

누설 시험 시스템

Liwo는 시험 기술에 완전히 특화되어 있는 회사이다. Liwo가 제작하는 시험 시스템의 절반 이상은 누설 시험에 이용된다. Liwo R&D 부서장인 에드가 셰퍼의 설명이다. „우리는 헬륨 질량 분광법으로 1980년대부터 Inficon과 함께 일하고 있습니다. 1990년대에 이르러 많은 사용 시나리오에서 차압 방식 시험이 충분하지 않아, 헬륨 시험 가스를 이용한 산업적 질량 분광법이 더욱 중요해졌습니다. Inficon이 1990년대 말에 산업용 LDS 1000을 출시한 것은 진보적인 큰 행보였습니다. 그 장치는 미세한 누설률을 식별할 수 있을 뿐만 아니라 견고성에서 중요한 발전이었습니다.“

Liwo와 Inficon는 관계가 수 십 년이 이어지면서 더욱 견고해졌다. „Inficon은 30년 동안 우리 회사와 함께 하고 있습니다. 우리는 파트너를 바꿀 생각을 한 번도 한 적이 없습니다. 우리의 협력은 해가 지날수록 강화되었고, 일방 통행이 아니었기 때문에 더욱 견고했습니다.“(에드가 셰퍼) 두 업체의 시험기술 전문가들간의 지속적인 정보 교환이 파트너십에 중요한 역할을 했다. 에드가 셰퍼는 다음과 같이 설명한다. „우리 같은 중견 기업들에게는 믿을 수 있는 오래된 파트너가 중요합니다. 당사 시험 시스템에 Inficon 장치를 통합하고 그 잠재력을 십분 활용하기 위해서는 Inficon 장치를 정확하게 알아야 하고, 지속적인 경험 공유는 서로에게 개선을 위한 중요한 정보를 제공합니다.“

현재는 LDS1000에서 LDS2010, 최신 LDS3000에 이르기까지 Inficon의 LDS 시리즈 장치를 장착한 100여 개의 Liwo 시험 시스템을 사용하고 있다. 이 시스템 대부분은 5년 이상 된 것이지만 LDS1000 시리즈는 그 중에 몇 개 없다. „제조업체들 대부분이 운영 중인 시스템에 손을 대는 것을 꺼려하지만, LDS1000은 3 ~ 4년 내에 완전히 사라진다고 볼 수 있습니다.“

측정 기술의 견고함이 결정적이다

모듈형 헬륨 누설 탐지기 Inficon LDS3000은 산업용 시험 시스템에 사용하기 위해 고안되었다

고객에게 자사 시스템에 타사의 누설 시험장치 사용을 권할 수 있지만, Liwo의 경우 LDS 시리즈, 특히 최신 LDS3000에 확신을 갖고 있어서 이 제품을 사용할 것을 권장한다. “제조 산업에서 라인이 멈추는 것은 일종의 재난과 같습니다. 이러한 측면에서 정비와 서비스 품질이 중요하다. 다행스럽게도 Inficon의 LDS 시리즈에서는 고장이 거의 없습니다. 2010년부터 이 장치는 더욱 견고해졌습니다. 전극이 타버리는 경우도 없고, 필라멘트를 교체하지 않아도 됩니다. 수리가 필요한 경우는 거의 없었습니다. 이러한 신뢰성은 고객들에게 중요한 품질 특성입니다.“(에드가 셰퍼) 그럼에도 불구하고 Liwo는 고객들과 함께 가능한 대체 부품 시나리오를 상의하였다. „고객이 LDS3000 장치를 장착한 시스템을 많이 사용하고 있다면, 자체적으로 대체 부품을 보유하는 것을 권장합니다. 필요한 경우 신속하게 직접 대체 부품이나 대체 장치를 공급합니다. 누설 시험 장치는 표준 구성요소가 아니기 때문에, 재고를 준비해야 합니다.“

원격 정비와 진단을 이용한다

Liwo의 시험 시스템은 이미 전세계적으로 사용되고 있다. „우리는 기계가 안정적으로 작동하기 위해 일년에 한 번 현장에서 정비하는 것으로 충분합니다. 그리고 꼭 필요한 경우에만 당사 시험 시스템을 현장으로 보내며, 사전에 모든 관련 파라미터를 점검합니다.“(에드가 셰퍼) Liwo는 원격 정비과 원격 진단을 이용한다. „일단 오류가 발생하면 90% 정도는 현장에 가기 전에 원격 진단으로 상태를 미리 파악합니다. 비상 상황에서 빠르게 대처할 수 있습니다.“

전통적으로 Liwo 고객은 주로 자동차 산업 분야이지만, 이 누설 시험 시스템을 앞세워 다른 업계에도 진출을 모색하고 있다. „의료 기술과 제약 분야에도 수요가 있지만, 그 분야는 아직도 상대적으로 불안정한 메틸렌블루 염색 시험법을 사용하고 있으며, 아직 시험 가스기술이 많이 알려져 있지 않습니다.“(에드가 셰퍼) 규제가 강한 제약 분야에서는 다른 규칙이 적용되고 전문용어도 많이 다르다. „자동차 산업에서는 검사해야 할 누설률을 mbar×l/s 단위의 유량으로 결정합니다. 하지만 제약 분야에서는 마이크로미터 단위로 홀 크기를 결정합니다. 홀 크기가 1μm일 때 박테리아 불침투성이 보장되기 때문입니다.“ 이는 10-4 mbar×l/s 크기의 헬륨 진공 누설률에 해당한다.

에드가 셰퍼는 가스와 수도 설치 기술에 가스 기반 테스트를 적용할 수 있는 잠재력이 있다고 한다. 이 분야는 아직까지도 60 ~ 70% 정도 메틸렌블루 염색 시험법으로 시험하고 있다. 기포 시험이라고 하는 메틸렌블루 염색 시험법에는 단점이 있다. 검사자가 컨디션에 따라 올라오는 기포를 감지하거나 감지하지 못하는 경우가 있다. 실제 시험에서 누설은 약 5 × 10-2 mbar×l/s 크기까지만 식별할 수 있고, 시험편을 건조해야 하는 경우가 많다.

특수 기계 제조사들은 신뢰할 만한 공급자가 필요하다

„대부분의 독일 기계 제조사들과 마찬가지로 Lippok & Wolf도 중견 기업에 속해, 특수 기계 제작에 어려움이 많습니다.“(에드가 셰퍼) 따라서 입증된 공급업체와의 관계가 더욱 중요하다. „제품의 품질과 견고함 외에 특별히 신뢰할 수 있는 Inficon과의 관계가 매우 중요합니다.“(에드가 셰퍼)

MM 체크리스트

자동화 스니퍼 누설 시험의 다섯 가지 걸림돌

 많은 제조 공정에서 요구되는 제품 품질을 보장하기 위해 스니퍼 누설 시험을 포기할 수 없다. 최신 스니퍼 누설시험은 추적 가스가 누설 지점에서 새어 나오는지 확인하고, 누설 정도와 위치를 산출할 수 있다. 이러한 시험이 로봇 암을 통해 자동화하는 경우, Inficon의 체크 목록이 제시하는 다음의 특정 사항에 유의해야 한다.

• 1. 로봇은 사람이 아니다

수동으로 스니퍼 누설 시험을 실시할 때에는 조작자가 측정 프로브를 구성품 표면에 접촉하거나 구성품 표면이 상하지 않도록 측정하기에는 최대한 가깝게 측정 프로브를 구성품 표면 쪽으로 가져갈 수 있다. 로봇도 특정 안전 거리를 유지하면서 새어 나오는 추적 가스를 감지할 수 있어 가깝게 로봇을 프로그래밍 해야 한다.

• 2. 움직임이 시험 상황을 변화시킨다

거리가 너무 멀어서 생기는 문제는 측정 프로브가 넓은 면적 위를 움직여야 하는 경우 이를 감지하지 못한다. 누설률이 비교적 적은 경우(약 10–3 mbar×l/s) 속도, 표면 거리 그리고 가스 흐름이 결정적인 요소이다. 가스 흐름 60sccm(standard cubic centimeter per minute)으로 작동하는 종래의 스니퍼 누설 검출기는 측정 팁이 누설 지점 위에 정지 상태로 머물 경우 표면 거리 6mm에서 오일 누설을 감지하지 못한다. 가스 흐름 3000sccm의 장치는 동적 스니퍼 누설 시험 시 이러한 누설을 100% 감지한다.

• 3. 낮은 한계 누설률 = 느린 속도

특정 적용 사례에서는 10–3 내지 10–4 mbar×l/s의 누설률에 대한 시험이 필요하다. 그런 경우 측정 프로브의 속도를 낮추는 것이 적절할 수 있다. 경험 상 표면과의 안전 거리가 6mm인 경우, 이송 속도가 10cm/s를 넘지 않는 것이 좋다. 누설 탐지기가 가스 흐름 3000sccm으로 작동하는 경우에도 그러하다.

• 4. 사용 목적에 맞는 올바른 추적 가스

가장 많이 사용되는 추적 가스는 포밍 가스와 헬륨이다. 포밍 가스의 장점은 적은 비용에 비해 우수한 가용성이다. 하지만 사용 시나리오가 많을 경우 헬륨을 선택하는 것이 좋다. 헬륨 가스를 이용하면 더 빠른 이송 속도를 실현할 수 있다. 따라서 저렴한 추적 가스 비용이 중요한지, 빠른 공정 속도가 중요하지, 이에 우선 순위를 선택해야 한다.

• 5. 인클로저만이 공기 유입을 막는다

많은 생산 환경에서 어느 정도 공기 유입이 있을 수 있다. 이는 스니퍼 누설 검출에 악영향을 준다. 자동화된 동적 시험인 경우, 로봇암은 안전을 위해 하우징으로 둘러 싸지만, 수동 검출의 신뢰성은 테스트 스테이션의 인클로저를 통해 훨씬 높아진다.

MM 측정 원리

헬륨을 이용한 진공 시험

진공 챔버 내에서 이루어지는 통합 누설시험에서 대부분 헬륨을 추적 가스로 사용한다. 진공법의 원리는 시험편이 진공된 후 헬륨으로 채워 이 추적 가스가 시험 편의 내부에서 누설 지점을 통해 빠져 나가는 점을 이용한다. 이때 질량 분석기기가 시험 챔버의 진공에서 이 헬륨을 검출하고, 누설 지점을 확인한다. Inficon은 LDS 시리즈의 모듈형 누설 검출기를 특별히 헬륨을 이용하는 진공 시험을 고안하였다. 이 검출기는 특히 연속 생산의 자동화된 시험 시스템에 사용하기에 적합하다. 진공법의 장점은 높은 민감도, 짧은 시험 사이클 그리고 빠른 택트 타임이다. 제작되는 각 부품이 라인에서 통합 누설 시험을 거쳐야 하는 경우, 진공법의 빠른 속도가 장점이 된다. 또한 진공 챔버 내에서 헬륨 시험은 모든 추적 가스 방법 중에서 가장 민감한 방법이다. Inficon의 헬륨 누설 검출기는 최적의 조건에서 1 x 10-12 mbar×l/s의 누설률을 산출한다.