좌표 측정기(CMM), 자동화 역량으로 시장 점유율 확대

전통의 좌표 측정기(CMM), 자동화 역량으로 인력난 해소하며 여전히 강세

CMM 입장에선 호시절이 계속된다. "지난 3~4년 사이 우리가 출하하는 CMM 물량이 엄청나게 늘어난 게 놀랍습니다. 시장이 정말 폭발하고 있습니다." 앵거스 테일러(Angus Taylor) 헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스 북미 사장(로드아일랜드주 노스 킹스타운) 말이다.

왜 지금일까?

여러 이유다. 오늘날 CMM은 더 넓은 온도·진동 범위 허용, 더 견고하고 작아졌으며 더 정밀해졌다. 측정 속도도 역대 최고. 쇼플로어도 예전 같지 않다. "제조 공장 자체가 더 깨끗해지고 있습니다." 테일러 설명. 오늘날 정밀 가공·제조가 더 깨끗한 환경 요구, 이는 CMM에도 친화적 환경 조성.

아마 가장 중요한 건 사람 문제일 수 있다.

"제조사들이 숙련 인력 구하기 어려워 CMM을 '자동화된 측정 시스템'으로 보기 시작했습니다. 한 사람이 [컴퓨터 제어] CMM 20대용 측정 프로그램을 짤 수 있습니다." - 앵거스 테일러

이로 인해 오퍼레이터 필요 기술이 파트 로드/언로드(정밀 지그 활용 가능), 올바른 측정 프로그램 호출법 알기로 축소된다. 헥사곤은 쇼플로어용 3종 CMM(4.5.4SF, 7.10.7SF, 최신 티고 SF) 제공.

바코드와 로봇 자재 핸들링으로 로드/언로드도 자동화 가능.

"측정 기술이 '제조 작업의 일부'가 되는 트렌드도 있습니다." - 마이클 마리아니(Michael Mariani), 헥사곤 매뉴팩처링 인텔리전스 전략 개발 디렉터. 헥사곤 최근 시연한 클로즈드루프 제조 셀: 파트 가공→로봇이 CMM으로 이송→CMM이 가공 조정에 필요한 정보 자동 제공해 공차 유지.

센서 다양화와 성장

공급사들 센서 다양화로 CMM 유용성 확대. 헥사곤 자체 프로브 제품군에도 반영: 터치 프로브, 스캐닝 프로브, 표면 거칠기 측정, 간섭계 레이저 기술 기반 HP-O 광학 센서.

프로브·센서가 주력인 렌쇼(Renishaw PLC, 일리노이주 웨스트 던디·영국 글로스터셔 뉴 밀스)는 CMM 대중화 원동력 된 터치 트리거 프로브 발명사. PH10 3축 프로브에 5축 고속 PH20과 레보(Revo) 헤드 추가해 CMM 처리량 개선. CMM 메커니즘 정지 상태에서 로컬 움직임으로 데이터 수집해 이동 질량 감소·데이터 수집 가속. 단, 시스템 강성 저하·에러 증가로 측정 속도 저하 강요.

프로브·센서가 꼭 CMM에만 있을 필요 없다. 렌쇼 이퀘이터(Renishaw Equator) 같은 플렉시블 게이징이나 머신 툴 내장도 가능. 하지만 CMM은 제품이 정확히 제조되고 있음을 보증해야 한다. 머신 툴은 공차 이탈 가능하다고 마이클 리트윈(Michael Litwin) 렌쇼 CMM 제품 비즈니스 매니저는 말했다. "NIST 표준 아티팩트 추적성 필요. 여전히 CMM이 독립적 검증 역할 해야 합니다."

렌쇼도 업계 표준 터치·스캐닝 아날로그 프로브가 모든 니즈 충족 못 함 인식. 2018년 2월 REVO 5축 측정 시스템용 CMM 전용 SFP2 표면 마감 측정 프로브 출시. "스캐닝과 표면 마감 측정 간 전환 가능하게 해 표면 마감 검사를 CMM 측정 필수 부분으로 만듭니다." SFP2는 2μm 반경 다이아몬드 스타일러스 팁 장착 스키드 프로브. Ra 기준 6.3μm~0.05μm(250μin~2μin) 표면 측정 범위.

렌쇼는 레보-2(Revo-2) 헤드용 비전 시스템 RVP 비전 프로브도 출시. 리트윈에 따르면 2D 이미지 에지 디텍션으로 특징 측정, 여러 각도 이미지 캡처·후처리로 3D 데이터 도출. "촉각 측정에 적합하지 않은 특징 측정 새 경로 제공. 예: 터빈 블레이드 미세 냉각 홀, 복잡한 3D 지오메트리 시트메탈 파트."

"CMM은 보통 큰 특징용이지 반드시 큰 부피용은 아닙니다. 많은 시장이 더 작은 특징과 비접촉 기술 요구하는 역량으로 밀고 있습니다." - 네이트 로즈(Nate Rose), 퀄리티 비전 인터내셔널(QVI, 뉴욕주 로체스터) 신제품 개발 매니저

최신 5축 머신 툴과 적층 제조 시스템으로 복잡·미세 특징 부품 제작 가능해졌고, 그 치수·위치 검증 필요. "때론 그런 특징이 큰 촉각 프로빙 분석용 포인트 수집 일환으로 광학 비접촉 센서로 측정하는 게 최선."

그래서 QVI는 CMM 라인에 비디오 시스템, 라인 스캔 레이저, 레인보우 백색광 센서, 텔레스타(TeleStar) 레이저 프로브 외 렌쇼 TP20, TP200, SP25 접촉 프로브 제공.

"버사플렉스(VersaFlex) 멀티센서 헤드로 PH10에 최대 3개 센서 동시 사용해 사실상 모든 방향 특징 도달. 작은 특징은 위치 제어 안 될 때 촉각법 부적합. 비전 센서 활성화로 특징 먼저 찾고 레퍼런스 삼아 촉각 측정. 포인트 레이저 센서로 고해상도 표면 프로파일 확보." - 네이트 로즈

다른 CMM OEM들처럼 웬젤 아메리카(Wenzel America Ltd., 미시간윅스옴)도 렌쇼 촉각 프로브와 자사 2종 센서 제공. 웬젤 피닉스(Phoenix) 센서: 구조광(화이트 라이트 기술)로 3D 포인트 클라우드 캡처. CMM 프로브 헤드 장착 가능한 경량 화이트 라이트 센서. 다른 센서: 셰이프트레이서(ShapeTracer) 레이저 라인 스캐너, 표준 렌쇼 프로브 헤드 장착.

머신과 통합

CMM은 제조 생태계 내 존재. 드루 셰멘스키(Drew Shemenski) 웬젤 아메리카 사장: "측정 장비 소유권 변화 목격. 실험실에서 품질 그룹이 통제하던 머신이 제조 팀으로 넘어가 장비 소유자·관리자 되는 실질적 변화."

5월 웬젤 SF 87 쇼플로어 CMM 출시. 셰멘스키 강조: 멀티센서 대응, 웬젤·렌쇼 모든 프로브 호환. 800×700×700mm 측정 볼륨이 일반적인 금속 절삭·성형 머신 크기와 정렬. 고속·고가속으로 측정 가속. 온도 안정 구조, 오염 방지 가이드·스케일로 쇼플로어 레디 강화. 측정 공간 3면 개방, 옵션 웬젤 자동화 인터페이스로 타 자동화와 통합.

"오늘날 CMM 시장 강력합니다." - 진 행크스(Gene Hancz), 미쓰토요 아메리카(Mitutoyo America Corp., 일리노이주 오로라) CMM 제품 스페셜리스트. 미쓰토요: 브리지, 암, 수평 타입 CMM에 표준·고정밀·초고정밀 제공. "표준 정밀도 브리지 CMM이 우리 머신 주력."

CMM 활용 변화 체감? "확실히, 지속적 쇼플로어 진출." 워크업 머신[범용]이든 로봇 셀 통합이든. 통합 설치는 단순 수동 배치부터 완전 자동(로봇 셀 자동 피딩·측정 프로그램 실행)까지 다양.

타 CMM 공급사들처럼 미쓰토요도 쇼플로어 배치용 CMM 제공: 마하(Mach) 시리즈 3개 모델. 마하-3A: 인라인 측정용 수평 암(공간 절약). 마하-V 시리즈: 제조 라인용, 머신 툴 가공 조정용 사전/사후 피드백 제공.

흥미로운 접근: 마하 코가메(Mach Ko-Ga-Me), 마운터블 CMM. "어떤 픽스처 디자인에도 마운트 가능, CNC 밀링 머신 내부에도." 측정 범위 120×120×80mm, 이동 속도 최대 340mm/초, 정확도 최대 2μm로 소형 부품에 이상적.

"프로브 기술 지속 확장, 가용한 것 모두 제공. 최고 인기: 렌쇼 SP25 스캐닝 아날로그 프로브, 100mm/초 데이터 수집. 스키드 타입 표면 거칠기 측정 프로브도 제공. CMM 서프테스트 프로브는 미쓰토요 휴대용 표면 마감기 SJ-210/310 시리즈 파생. 5종 프로브: 표준, 소구경, 초소구경, 딥 그루브, 기어 톱니 디텍터." - 진 행크스

"의료·항공우주 분야 수요 증가, 특히 멀티센서 시스템." 데이비드 윅(David Wick) 칼 자이스 인더스트리얼 메트롤로지(Carl Zeiss Industrial Metrology LLC, 미네소타주 메이플 그로브) 제품 관리 매니저. 자이스 4월 거칠기 측정 프로브 로토스(Rotos) 센서 출시. 기존 CMM 터치·스캐닝·광학 비접촉 센서군 보강. 비접촉 센서: 카메라 센서, 공초점 백색광 센서.

로토스 표면 측정 프로브: 스키드리스 접촉 표면 텍스처 센서, LVDT 디텍터, 연속 회전/틸트 2축. 측정 머신·스타일러스 따라 Ra 0.03μm까지, 0.25~1.0mm/s 속도 범위 측정 가능.

자이스 쇼플로어 생산용 CMM 라인: 게이지맥스(GageMax), 센터맥스(CenterMax), 듀라맥스(DuraMax). 윅: 듀라맥스 4개 별도 모델(듀라맥스 LTE, 듀라맥스 CNC, 로터리 테이블 장착 듀라맥스 CNC, 듀라맥스 HTG)로 확장. HTG: 100°F(38°C) 환경용. 스캐닝 프로브 탑재, 소형 풋프린트, 측정 볼륨 쉬운 접근성.

센터맥스는 브리지 스타일 CMM으로 자동차 파워트레인·항공우주 부품 같은 고도로 엔지니어링된 부품 대량 생산에 특히 유용. "새 표면 거칠기 측정 프로브[로토스] 센터맥스에 추가. 원셋업으로 지름·보어 등 특징 측정 후 핵심 표면 거칠기 측정 가능."

단일 프로브, 단일 머신

복수 센서 장착 CMM 유용성 찾는 고객 늘지만, 알리코나(Alicona Corp., 일리노이주 바틀렛)는 단일 센서 더 많은 용도 찾기로 차별화. 핵심 기술: 초점 변화(Focus Variation) 활용 비접촉 센서.

이 기법: 제한적 초점 심도로 고해상도 표면 데이터 획득. 공초점 이미징이나 광학 섹셔닝과 유사하지만 더 진보해 컬러 데이터도 제공. 표면 형상과 거칠기 동시 측정. 생산 현장 특히 유용.

알리코나, 이 기술로 형상·지오메트리 대체 측정 수단으로 적용 확대. 레인지가 부족해 대형 물체 위 정밀 이동으로 형상 측정 필요해 정밀 3축 스테이지 '마이크로 CMM(μCMM)'에 3D 포커스-베리에이션 측정기 장착. 모터라이즈드 로테이션 유닛 '어드밴스드 리얼3D 로테이션 유닛(Advanced Real3D Rotation Unit)' 추가로 원하면 5축 시스템 구성 가능. ISO10360:8 사양 기준 EMPE = (0.8 + L/600) μm 정확도 데이터 공개.

"우리 센서 고유 특징으로 CMM계 점점 흔해지는 '단일 CMM 프레임에 다중 센서 통합' 전략 안 따라도 됩니다. 초점 변화 특징으로 단일 센서만 써도 됩니다. [다중 센서 만지작거릴 필요 없어] 더 견고하고 덜 깨지기 쉬우며 더 사용자 친화적." - 셰러(Scherer)

CMM의 맥락

자이스 윅은 CMM 더 큰 미래 본다. "새 툴과 확장된 멀티센서 역량 성장하겠지만, 생태계 내 어떻게 적합하냐가 중요해지고 있습니다. 특히 유럽에서 고객들 CMM과 인근 머신 툴 연동해 정보 교환 사례 많습니다."

CMM이 머시닝 센터에 오프셋 제공하는 것 유용하지만, 추가 통합과 머신 협업 기회 더 있다고 봄. 전 세계적으로 CMM을 소위 인더스트리 4.0 같은 스마트 팩토리에 통합한 완전 구현 사례 아직 많지 않음.

"미국은 더 뒤처져 있습니다. 하지만 곧 바뀔 수 있습니다. 향후 1~2년 내 CMM 벤더들 머신에 더 많은 자동화 옵션 제공 예상. 프로피넷(ProfiNet)이나 프로피버스(ProfiBus) 연결 애드온 박스 같은. 머신 레벨 정보 교환으로 스마트 팩토리 도래." - 데이비드 윅

웬젤 셰멘스키: CMM 프로그래밍 업스트림 통합도 중요해질 것. "GD&T를 CAD 모델 초기에 부착하는 모델 기반 설계 기술 현실화. 해결할 매듭 있고 업스트림 설계자들 책임 증가 인식 필요하지만 주시할 트렌드."

"유효한 GD&T가 유효한 CAD 모델에 부착돼 있는 한 측정 프로그램 자동 생성 자동화 열립니다. 'GD&T 부착 CAD 모델로부터 측정 프로그램 자동 생성' 흥미로운 트렌드." - 진 행크스 동의. 본 기사 인터뷰한 모든 OEM 공급사 자사 CMM용 파트 프로그램 생성 메트롤로지 소프트웨어 보유. 현재는 잘 안 쓰이는 역량이지만, 다음 트렌드는 업스트림 설계 프로세스에서 설계자들이 GD&T를 다르게 생각하기 시작하는 것일 수 있습니다. 지켜봅시다.