1. 머리말

coatmaster AG사는 스위스 빈터툴시에 설립된 비접촉식 막후계 시스템 제조업체로 ZHAW(=Zurich Uni-ver-sity of Applied Sciences and Art, 취리히 응용과학대학)에서 교편을 잡고 있던 Nils A. Reinke 교수(물리학 박사), Andor Bariska 박사(전자공학, 수학) 두 사람에 의해 2011년에 설립됐다. 동사가 개발한 비접촉식 막후계는 2023년 현재, 세계 50개국 이상, 1,000개 이상의 회사 제조업자에서 채용되어 도장 품질 향상에 크게 기여하고 있다.

CORRENS 주식회사는 독일인 클라우스 코렌스에 의해 1948년 설립된 산업기계상사로 유럽업체를 중심으로 200여 개 업체와 대리점 계약을 맺고 있으며, 그 분야는 금속가공, 플라스틱가공, 유리가공, 식품제조, 탄광 관련, 자동차산업 등 다양하다. 단순한 기계 수입 ·판매에 그치지 않고 기술서비스부원이 자사에 속해 있으므로 기계의 설치부터 유지보수 · 사후관리까지 일관 제공할 수 있는 것이 강점이다. coatmaster AG사와는 2020년 3월 정식으로 대리점 계약을 체결했다.

 

2. coatmaster사 제품에 대하여

 

2.1 비접촉식 막후(膜厚) 측정 시스템의 개발・메이커 설립

Reinke 교수와 Bariska 박사는 취리히 응용과학대학 재직 중 발명·고안한 xenon lamp를 이용한 비접촉식 막후 측정방법에 대해 북미, EU권 등에서 특허를 취득한 후 벤처기업으로 출범했다. 그 후 빈터툴시의 벤처기업에 대한 산업진흥조성금 제도를 받아 법인화되었다. 또한, 동사는 유망한 기업으로 현지 TV에서도 방영됐으며 현재 제품은 분체도장업계, 자동차산업, 의료기구, 인쇄가공 등에 폭넓게 채용되고 있다.
 

 

coatmaster의 측정원리는 광열 방사법의 원리를 이용하고 있다. 코팅층(표면)은 xenon lamp(자연광)의 여기(励起)에 의해 일단 데워진 후 코팅층 및 모재(母材)의 깊이에 따라 확산함으로써 온도가 낮아진다. 표면열의 발생은 코팅층 고유의 물성에 따라 다르며, 이러한 변위를 적외선 방사로 측정하고, coatmaster AG사가 개발한 연산 시스템으로 막후 값을 변환하고 있다.

연산 및 측정은 도막의 “경화 전”에 이루어지지만 표시되는 막후는 “경화 후”를 예측 연산하기 때문에 접촉식에 의한 경화 후의 막후측정과 비교해도 오차가 없으며, 생산현장의 오퍼레이션을 고려하여 설계되었다.

상기 측정원리에 의해 도장 막 두께는 경화 전, 경화 후 어느 쪽이든 측정할 수 있지만, 현장에서 사용되는 것은 대부분 경화 전 측정이다.

적외선을 이용하는 측정기인데 그 안전성은 스위스 연방계측 · 인정국(Federal Institute of Metrology METAS)의 검사를 통해 확인되고 있다. 실측된 적외선 선량은 1,000nm 미만으로 극히 미미하여 위험 폭로치는 넘지 않으며 인체(눈이나 피부)에 미치는 영향은 없는 측정기로 인정받았다.

 

2.2 독자 기술에 의한 비접촉식 측정/경화 전막후(膜厚) 가시화

종래의 막후측정은 도막 경화 후에 「접촉식」 막후계로 하는 방식밖에 없었다. 따라서 도장하고 약 1시간의 건조 · 냉각 공정을 거친 뒤 막후를 측정할 수밖에 없어 규정 막후에 못 미치는 불량품 발생은 크거나 작거나 불가피한 것이었다. 종래형 막후 관리는 대부분을 도장작업자의 숙련도·경험치에 맡겨져 있고 숙련자의 인재육성 · 확보가 모든 제조업자에서 이루어지는 것은 아니어서 안정적인 양품률을 유지하기 어려웠다. 막후 부족으로 인한 불량품이 나왔을 경우 재도장 · 재건조가 필요해 작업시간 증가 · 소비에너지 증가로도 이어지기 때문에 기업 측의 비용 부담뿐만 아니라 환경부하에도 영향을 주었다.

그러나 coatmaster사의 비접촉식 측정기술의 등장으로

① 도장→ ② 비접촉 측정→ ③ 막후 부족하면 리코트(재도장)

이라는 일련의 측정관리가 가능해짐으로써 도장품을 건조공정에 보내는 “경화 전”에 막후 값을 파악할 수 있어 박막에 의한 불량품을 대폭 삭감할 수 있게 되었다.

언뜻 단순해 보이는 이 일련의 흐름이 지금까지의 상식을 뒤엎는 차세대 막후 관리 방법을 만들어내고 있다.

 

2.3 coatmaster만이 할 수 있는 비접촉 · 비파괴 측정

coatmaster 측정기술을 이용하면 기존에 파괴검사를 할 수밖에 없던 원통 부분의 내면 도막 측정도 비접촉 · 비파괴로 측정할 수 있게 되었다.

<그림 3>과 같은 CYRA 콘이라는 옵션 부품을 이용하면 조사광이 프리즘에서 90도 굴절함으로써 원통 내부의 막후를 측정할 수 있다. 이러한 개소는 종래 제품을 절단하여 접촉식 막후계로 측정할 수밖에 없었다. 또 전수검사는 불가하고 발췌검사까지만 가능했는데 coatmaster는 제품 전체를 비파괴 · 비접촉으로 측정할 수 있다. 항공기 · 선박 · 차량과 같은 절대적인 안전성 확보가 요구되는 분야에서의 활용이 상정된다. 

 

3. 제품 채용 기업의 평가

3.1 불량품률 대폭 절감, 도장작업자 기술 향상, 시간 단축 효과

상술한 경화 전 측정관리로 coatmaster 제품 채용 기업에서는 막후에 관한 품질관리 향상, 불량품의 대폭 삭감에 성공했다. 또 도입 효과는 제품뿐만 아니라 작업자(기술 향상)에게도 이어진다. 종래의 접촉식 막후계에서는 도장 ~ 막후측정 사이에 1시간 정도의 시차가 있었기 때문에 도장 감각을 익히기가 어려웠다. 그러나 coatmaster를 도입함으로써 도장 후 즉시 막후측정이 가능해져 어느 정도의 양을 도포하면 어느 정도의 막 두께가 형성되는지 즉시 알 수 있게 되었다. 따라서 coatmaster는 단순한 막후측정기가 아니라 도장 현장의 트레이닝 보조기구로서도 유용한 역할을 하고 있다.

또 분체도장기의 파라미터 체크를 시행할 때에도 시간 단축 역할을 하고 있다. 지금까지 도장기 테스트에서는 건 설정이나 도포량의 파라미터를 변경할 때마다 테스트 워크의 열처리 · 막후측정을 시행했지만 coatmaster를 이용하면 열처리 공정은 불필요해져 막후측정만으로 충분하다. 막후측정 후 에어블로우로 분체도료를 날리면 즉시 다음 파라미터 테스트로 넘어갈 수 있다. 지금까지 3~5일 걸리던 테스트량을 하루 만에 할 수 있을 정도의 시간 단축 효과를 coatmaster는 가지고 있다.

 

3.2 막후측정기록의 자동화, 이력추적의 간이화

coatmaster에 의한 막후측정에서는 측정기록은 모두 자동 저장된다. <그림 4 참조>

지금까지 손으로 쓴 기록이나 PC 등에 입력했던 기업도 많지만, 기록을 자동화할 수 있고 추적이 쉬운 점도 채용 기업에서의 평가 중 하나가 되고 있다.

측정실행 일시 · 측정 막후가 모두 저장되어 CSV 파일로 PC에 외부 출력도 가능하므로 클라이언트 기업에 품질관리 자료로서 제출할 수 있다.

4. 측정기 종류 및 기술 개발

 

4.1 측정기의 종류

coatmaster AG사에서는 현재 다음 4타입의 비접촉식 막후계를 제조 · 판매하고 있다.

① 핸디 타입 「coatmaster FLEX」

② 연구실 등에서 사용하는 「coatmaster ATLINE」

③ 로봇 등에 장착해 측정을 자동화할 수 있는 「coat-master INLINE」

④ 코팅 막후측정 개소를 종래의 스폿 범위에서 가공 면 전체를 한 번에 계측할 수 있고, 측정 결과를 서모그래피 형태로 표시할 수 있는 「coatmaster 3D」 (4.2 참조)

4.2 3D 측정기술의 개발

coatmaster사의 비접촉식 측정의 3D 기술을 이용하면 도장작업의 광범위를 수초에 측정할 수 있다.

측정원리는 다른 기종과 마찬가지로 광열 방사법이지만 xenon lamp(자연광)를 다 면적으로 조사함으로써 막후(膜厚)의 농담을 서모그래피처럼 표시할 수 있다. 또한, 마우스 포인터를 측정데이터 상에서 이동시키면 임의 부분의 막후를 파악할 수도 있어 규정 막후에 부족한 부분을 한눈에 알아볼 수 있다. <그림 6 참조>

유럽에서는 이미 자동차 관련 기업에서 채용되고 있어 향후 일본 내에서도 품질 공정의 에너지 절약화 · 효율화가 요구되는 생산현장에서의 활약이 기대된다. 

광원량에 따라 측정 가능 범위가 달라지기 때문에 고객의 제품 크기에 맞는 사양의 제품을 라인업하고 있다. <그림 7 참조>

5. CORRENS의 향후 전개, 대응

 

CORRENS는 최근 3년간 수십 개 기업에 coatmaster 제품을 판매해 왔지만, 비접촉 막후측정이 요구되는 생산현장은 아직도 존재하므로 기술 주지의 확대와 제품의 확판이 요구된다. 지금까지의 영업활동은 핸디 타입 FLEX의 판매가 주류였지만 앞으로는 더 실용성이 높은 coatmaster 3D의 판매에도 주력할 것이다. 2023년 5월에는 coatmaster AG사의 현지 시찰도 시행해 메이커와 같은 마케팅 전략을 공유하고 있다.

 

6. 맺음말

 

이상과 같이 coatmaster AG사의 비접촉식 막후측정기술의 등장으로 막후의 품질관리는 큰 과도기를 맞이하고 있다. 도막 경화 전 비접촉 막후측정기는 생산현장에서 수십 년 전부터 요구되던 제품이었는데 최근 몇 년 만에 겨우 완성한 실용성이 높은 고정밀도 coatmaster가 일본 시장에서도 채용되게 되었다. 

지금까지 측정할 수 없는 것이 당연시되었던 경화 전 막후는 coatmaster에 의해 쉽게 측정할 수 있다. coatmaster 제품의 보급으로 일본 생산현장에서의 품질관리가 향상되어 불량품 삭감, 인력 부족 해소에 기여할 것으로 기대한다. 

 

[참고문헌]

1) JIS K5600 「도료 일반시험방법 제1부: 통칙(Testing methods for paints-Part 1: General rule」