와이어 하니스·압착 단자의 관찰과 정량 평가
전자 기기 및 자동차 등 일렉트로닉스의 발전과 함께 수요가 확대되는 동시에 소형화·경량화 등 기능 및 품질 관련 요구도 고도화되고 있는 와이어 하니스.
그 품질 보증에는 외관 검사 항목이 반드시 필요합니다. 확대 관찰 및 측정, 검사, 평가의 정량화와 작업 효율 향상을 실현하는 새로운 4K 디지털 마이크로스코프의 최신 사례를 소개합니다.
중요도와 요구가 늘어나는 와이어 하니스
와이어 하니스(wiring harness)는 케이블 하니스(cable harness)라고도 하며, 전자 기기 간의 전기적인 접속(전원 공급 및 신호 통신)에 필요한 여러 배선을 하나로 묶은 것입니다. 여러 접점을 모은 커넥터로 접속의 간이화와 동시에 접속 오류를 방지합니다. 예를 들면, 한 대의 자동차에 500~1500개나 되는 와이어 하니스가 사용된다고 하며, 인간으로 비유하면 혈관이나 신경과 같은 역할을 합니다. 와이어 하니스의 불량 및 파손은 제품의 품질·성능은 물론 안전 면에 큰 영향을 미칩니다.
최근에는 전기 제품 및 전자 기기의 소형화·고밀도화 외에 자동차에서는 EV(전기 자동차) 및 HEV(하이브리드 자동차), 센싱 기술에 의한 운전 지원 기능 및 자율 주행 등 기술적인 약진이 나타나고 있습니다. 그와 함께 와이어 하니스의 수요가 증가하는 동시에 다품종화·소형화·경량화·고기능화·고내구성화 등 다양한 요구에 부응하는 제품의 연구 개발·제조가 필요한 시대가 되었습니다. 이러한 요구에 맞춰 고품질의 신제품 및 개량 제품을 신속하게 공급하려면 연구 개발 시의 평가 및 제조 공정에서의 외관 검사 등에 관한 정확성과 속도가 중요합니다.
품질의 핵심, 전선의 단자 접속과 외관 검사
와이어 하니스의 제조 공정에서 커넥터나 튜브, 프로텍터, 클립, 클램프 등의 조립 전에 실시하는 것이 품질에 중요한 공정 중 하나인 전선의 단자 접속입니다. 일반적으로 단자의 접속 공정에는 「압착(코킹)」·「압접」·「납접(납땜)」이 이용됩니다. 각 접속 방법에서 접속이 미비한 경우, 전도 불량 및 심선 이탈 등 트러블의 원인이 됩니다.
와이어 하니스의 품질 검사로는 「하니스 체커(도통 검사기)」를 이용하여 전기적인 단선 및 단락 여부 등을 조사하는 방법이 있습니다.
그러나 각종 시험 후 및 트러블 시의 구체적인 상태·원인을 검사하려면 현미경 및 마이크로스코프의 확대 관찰에 의한 단자 접속부의 외관 검사와 평가가 중요합니다. 각 접속 방법의 외관 검사 항목은 아래와 같습니다.
압착(코킹)에 대한 외관 검사 항목
와이어와 시스(피복)를 각각 단자의 각 배럴 소성에 따라 압착합니다. 공구 또는 라인 상의 자동 기기로 「코킹」하여 배럴을 구부려 접속합니다.
- 【외관 검사 항목】
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- ①심선 돌출
- ②심선 돌출 길이
- ③벨 마우스량
- ④피복 돌출 길이
- ⑤컷오프 길이
- ⑥-1벤드 업 / ⑥-2벤드 다운
- ⑦트위스트
- ⑧롤링
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- Tips압착 단자 코킹 품질의 판단 기준 「크림프 하이트(압접 높이)」
- 단자의 압착(코킹) 후 와이어나 피복을 코킹하는 배럴 단면의 높이가 「크림프 하이트」입니다. 크림프 하이트가 규정에 맞는 높이로 코킹되지 않은 경우, 전도 불량 또는 와이어 이탈의 원인이 됩니다.
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피복부 크림프 하이트에 관한 OK/NG 사례 
양품(규정 공차 내) 
압착 부족 
압착 과다 - 크림프 하이트가 규정보다 높은 경우, 「압착 부족」으로 전선에 인장력이 걸렸을 때 이탈이 발생합니다. 한편, 규정보다 낮은 경우는 「압착 과다」로 배럴이 심선에 파고들어 손상이 발생합니다.
- 크림프 하이트는 어디까지나 피복과 심선의 상태를 추측하기 위한 판단 기준입니다. 와이어 하니스의 소형화·사용 재료의 다양화가 진행되는 최근, 코킹 공정에서 발생한 불량을 놓치지 않기 위해서는 압착 단자의 단면을 통해 심선 상태를 정량적으로 검사할 필요가 있습니다.
압접의 외관 검사 항목
시스(피복) 전선을 슬릿으로 밀어 넣어 단자에 접속합니다. 전선을 밀어 넣을 때 슬릿에 설치된 칼날과 접촉하여 시스가 벗겨져 도통 가능 상태가 되므로 피복 박리 공정을 겸할 수 있습니다.
- 【외관 검사 항목】
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- ①전선 오버런
- ②전선 선단의 틈
- ③압접편 전후로 돌출된 도체
- ④압접 센터 어긋남
- ⑤하우징의 흠집
- ⑥압접편의 흠집·변형
- A: 하우징
- B: 압접편
- C: 전선
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납접(납땜)에 관한 외관 검사 항목
대표적인 단자의 형상 및 와이어 통과 방법으로 단자 내에 전선을 통과시키는 「솔더 포트」와 구멍에 와이어를 통과시키는 「아일릿」이 있습니다.
- 【외관 검사 항목】
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- ①심선 돌출
- ②납땜의 전도 불량(가열 부족)
- ③땜납 브릿지(납땜 과다)
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와이어 하니스 외관 검사·평가의 최신 사례
와이어 하니스의 소형화가 진행되면서 확대 관찰에 의한 외관 검사 및 평가는 난이도가 높아지고 있습니다.
KEYENCE의 초고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」를 이용하면 기존 현미경의 과제를 해결하고 고도의 확대 관찰·외관 검사·평가를 실현하는 동시에 작업 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다.
입체 물체에 풀 포커스를 맞추는 심도 합성
와이어 하니스는 입체적인 형상이기 때문에 기존 현미경으로는 일부에만 초점이 맞아 대상 물체 전체를 종합적으로 관찰하거나 평가하기가 어려웠습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「내비게이션 라이브 합성」을 통해 자동으로 심도를 합성하기 때문에 대상 물체 전체에 풀 포커스가 맞는 초고해상도 4K 화상으로 정확하고 효율적인 확대 관찰·외관 검사·평가를 간편하게 실시할 수 있습니다.
와이어 하니스의 휨 측정
기존에는 측정 시에 현미경뿐만 아니라, 여러 측정기를 활용하는 등 측정 공정이 많아 번거롭고 시간이 오래 걸렸습니다. 또한, 측정값을 그대로 데이터로 기록하지 못하는 등 작업 효율 및 신뢰성 면의 과제가 있었습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「2D 치수 측정」의 풍부한 툴에 의해 하니스 각도를 비롯하여 압착 단자 단면의 크림프 하이트 등 다양한 측정을 간단한 조작으로 실행할 수 있습니다. 따라서 측정의 정량화가 실현되는 동시에 화상·수치·촬영 조건 등의 데이터를 저장·관리할 수 있어 작업 효율이 비약적으로 향상됩니다. 또한, 데이터 저장 후에도 앨범에서 과거의 화상을 선택하여 다른 부분이나 항목을 나중에 측정할 수도 있습니다.
금속면 광택의 영향을 받지 않는 심선 코킹 관찰
금속면에서 반사가 일어나 기존 현미경으로는 관찰하기 어려운 경우가 있었습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「헐레이션 제거」·「링 제거」 기능을 통해 금속면의 광택에 따른 반사를 제거하여 심선 코킹 상태를 정확하게 관찰·파악할 수 있습니다.
와이어 하니스 코킹 부분의 줌 촬영
기존의 현미경을 이용한 외관 검사에서는 소형인 동시에 입체적인 와이어 하니스의 코킹 부분 등 작은 부분이나 미세한 흠집은 초점 조정과 관찰이 어려웠습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 전동 리볼버와 고분해능 HR 렌즈로 20~6000배까지 자동 전환할 수 있는 「심리스 줌」을 실현합니다. 마우스나 콘솔의 간단한 조작으로 신속하게 확대 관찰할 수 있습니다.
입체 물체의 관찰을 효율화하는 프리 앵글 관찰 시스템
기존에는 와이어 하니스와 같은 입체적인 제품의 외관을 관찰할 때 대상 물체의 각도를 바꿔 고정하고 각도마다 초점을 조정해야 했습니다. 일부분에만 초점이 맞았으며, 고정하기 어려워 관찰할 수 없는 앵글도 있었습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 「프리 앵글 관찰 시스템」과 「고정도 X·Y·Z 전동 스테이지」를 이용하여 기존에는 불가능했던 헤드 및 스테이지의 유연한 움직임에 대응합니다.
3축(시야·회전축·경사축)을 쉽게 맞출 수 있는 조정 기구에 의해 자유로운 앵글로 관찰할 수 있게 되었습니다. 또한, 기울이거나 회전시켜도 시야에서 벗어나지 않는 유센트릭성을 실현하여 입체적인 물체의 외관 관찰을 크게 효율화합니다.
압착 단자의 평가를 정량화하는 3D 형상 해석
지금까지 압착 단자의 외관 관찰에서는 입체적인 대상 물체에 부분별로 초점을 맞춰야 했으며, 판정 누락이나 사용자에 따른 평가의 편차가 있었습니다. 또한, 입체적인 대상 물체라도 2D 치수 측정으로만 평가해야 했습니다.
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 선명한 4K 화상에 의한 확대 관찰이나 2D 치수 측정 외에 3D 형상 취득 및 3D 치수 측정, 임의 단면의 프로파일 측정을 실시할 수 있습니다. 사용자의 숙련도와 관계없이 간단한 조작으로 3D 형상의 해석·측정을 실시할 수 있어 압착 단자 외관 평가의 고도화와 정량화, 작업 효율화가 동시에 실현됩니다.
코킹 와이어 단면의 자동 계측
4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 풍부한 계측 툴을 이용하여 촬영한 단면 화상으로 다양한 자동 계측을 간단하게 실행할 수 있습니다.
예를 들어, 아래의 화상과 같이 심선 코킹 단면의 심선부만 자동으로 면적을 계측할 수 있습니다. 따라서 크림프 하이트의 측정 및 단면 관찰만으로는 알아내지 못했던 코킹부 심선 상태까지 빠르게 정량적으로 검사할 수 있습니다.
시장의 요구에 빠르게 응답하기 위한 최신 툴
앞으로 와이어 하니스의 추가적인 수요 확대뿐만 아니라, 시장 요구의 고도화에 대응하려면 신속하고 정확한 검사 데이터에 기반한 연구 개발 및 품질 개선, 제조 공정 확립이 요구됩니다.
고해상도 4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」를 도입하면, 기존 현미경에 비해 비약적인 작업 효율화나 기존에는 불가능했던 고해상도의 관찰·해석·계측·측정·평가가 한 대로 완결됩니다. 그 밖에도 여러 최첨단 기능을 탑재한 「VHX 시리즈」는 품질과 속도가 모두 요구되는 향후의 업계에서 효과적인 툴이 될 것입니다.
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