정밀 제조에서 계측(메트롤로지)의 결정적 역할: 품질과 컴플라이언스 보장

많은 제조 산업에서 완성 부품 납기 속도가 최우선입니다. 하지만 스크랩 부품은 완성 부품이 아닙니다. 산업 또는 컴플라이언스 기반 사양으로 제작된 부품의 정확성과 품질도 똑같이 중요합니다. 계측 전문가들과 이야기하며 기술이 품질을 보장하는 방식과 그 시점을 더 잘 이해해봅니다.

오늘날 계측 분야에서 무슨 일이 일어나고 있나요? 부품 사양이 점점 더 정밀해짐에 따라, 그 부품의 정확성과 품질 측정도 그만큼 정밀해지고 있습니다. 예: 자동차 산업에서 많은 부품이 빈번하게 모델 연식 변경을 겪으며 다양한 부품이 존재합니다. 부품 사양이 조금이라도 바뀔 때마다 새로운 CAD 데이터, 새로운 다이 또는 금형, 잠재적 새 툴, 측정 변경이 필요합니다.

실시간 인프로세스 프로빙 및 측정부터 컨트롤러에 내장된 사용하기 쉬운 지능형 측정 기능까지, 오늘날의 계측은 기업이 스크랩을 줄이고 부품 제작 공정 초기에 더 정확해지도록 돕습니다. 더 정교한 검사 장비가 CNC 그라인더 가까이에, 즉 툴 제작 공정이 일어나는 바로 그곳으로 이동하고 있습니다.

제조업에서 계측의 진화

하이프로덕션 제조의 모든 것처럼, 계측도 시대에 맞춰 변화해왔습니다. 추세는 현장에서 사용하기 간단하면서 매우 정확한 정보를 제공하는 더 정밀한 게이징을 얻는 것입니다.

"공차가 점점 더 타이트해지고 있어, 오늘날 오퍼레이터들은 현장에서 꽤 정밀한 측정을 수행해야 합니다."라고 마르(Mahr)의 정밀 게이지 디렉터 조지 슈츠(George Schuetz)는 말합니다. 그는 마르에서 42년 근무했습니다. "과거엔 부품을 중앙 검사 구역으로 보냈지만, 이제는 대형 CNC 기계 오퍼레이터에게 품질 관리 역할도 맡기는 경우가 많습니다."

일부 기업은 여전히 랩을 품질 검사에 활용하지만, 작업자들은 부품 품질을 알기 위해 큐에서 대기해야 합니다. 시간이 돈인 상황에서 플랜트 매니저들은 품질 검사와 부품 제작 수정을 업스트림으로 이동시킬 방법을 찾습니다. 이는 랩이 전혀 쓰이지 않는다는 게 아니라, 생산 압박이 현실이라는 뜻입니다.

린 제조 관점에서 계측은 인더스트리 4.0과 산업용 사물인터넷을 가장 적극적으로 수용하는 영역 중 하나입니다. 오늘날 계측에 사용되는 기술은 '인프로세스(In-process)'와 '포스트프로세스(Post-process)' 양쪽에서 진화했습니다.

포스트프로세스 계측은 수동 또는 자동화 기술로 수행되며, 몇 개 부품 제작 후 다양한 핸드헬드, 오퍼레이터 중심 툴을 사용합니다. 인프로세스 계측은 로봇 팔 프로브, 데이터 캡처 센서, 자동 보정 조치(네트워크 소프트웨어와 프로그래밍 활용)를 사용해 기계 내부에서 일어납니다. 가장 진보된 인프로세스 계측은 실시간으로 코스 보정이 가능합니다.

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사이클 타임을 넘어 스크랩 감소·회피·제거

사용 기술이 무엇이든, 또는 공식적으로 인더스트리 4.0 명칭에 속하든, 계측 대변인들은 이에 동의합니다: 스크랩이 적입니다. 생산률은 항상 최대로 밀어붙여집니다. 특히 항공우주, 자동차, 오일&가스 등 산업에서. 하지만 불량 부품은 시간을 더하고 납기를 지연시킵니다. 불량 부품 발생 시점을 아는 것이 생산을 원활히 유지하는 열쇠입니다. 심지어 공정 시간을 약간 더 추가하더라도 말입니다.

"측정 결과부터 공정 모니터링, 필드 네트워킹까지, 그 모든 정보가 하나로 통합되어야 합니다. 그것은 필수적입니다."라고 미쓰도요 아메리카(Mitutoyo America)의 분산 제품 영업 부사장 패트릭 하크니스(Patrick Harkness)는 말합니다. "소형 수공구부터 머신 센터, 3차원 측정기, 비전 시스템까지, 데이터 관리를 통합해 비용과 인력을 줄이고 스크랩을 거의 또는 전혀 없는 정확한 부품을 보장하는 스마트 팩토리를 만들 수 있습니다."

블룸-노보테스트(Blum-Novotest) 사장 릴리안 바로(Lilian Barraud)는 자동차 산업에서 일어나는 일을 전했습니다:

"[과거엔] 사이클 타임과 생산만 이야기했습니다... 이제 그들은 인프로세스 검사를 포함해 사이클 타임이 약간 증가하는 것을 기꺼이 받아들입니다. 왜냐하면 모든 부품이 공차 내에서 생산되도록 보장하는 가장 효율적이고 지능적인 방법이기 때문입니다. 스크랩, 스크랩 재활용을 피할 수 있습니다..."

약 20년 미쓰도요 근무, 설계 엔지니어로 경력 시작한 하크니스는, 계측을 주요 데이터 허브로 하는 스마트 네트워크 팩토리가 제조사를 예측 가능하게 만드는 방식을 설명합니다. 올바른 데이터는 부품을 몇 사이클 생산할 수 있는지, 스크랩 발생 전 정확히 언제 조정을 해야 하는지 알려줍니다.

"디지털 툴에서 진짜 측정값이 나오면, 그 판독값들이 시간에 따라 공정 제어 변경을 지시할 수 있습니다."라고 하크니스는 말합니다. "계측이 제공하는 올바른 통계 분석으로, 언제 들어가 툴 교체를 할지 알고 스크랩을 완전히 피할 수 있습니다."

계측에서 흔히 쓰이는 정밀 게이지 유형

오퍼레이터 레벨 생산에 가장 좋은 게이지는 무엇일까요? 조건에 따라 다릅니다. 구멍을 측정하는 방법은 수천 가지지만, 공정 엔지니어와 기계 오퍼레이터는 올바른 계측 도구를 선택하기 전 올바른 질문들을 이해해야 합니다.

공차는 얼마이고 어디에 있는가? 물량은? 매번 같은 기계인가? 기계 내부와 현장 조건은? 온도는?

부품이 정확하고 적절한 품질인지 아는 것 이상으로, 표면 조도도 고려해야 합니다. 특히 자동차 부품에서 그렇습니다. 슈츠는 설명합니다. 구멍이 하중을 받나? 내부에서 움직이는 부품이 있나? 유체나 오일이 통과하나? 아마도 초정밀해야 할 수도 있습니다.

간단한 것부터 복잡하고 데이터 중심인 것까지, 흔한 정밀 게이지 4가지를 소개합니다.

고(Go), 노고(No-Go)

"고, 노고" 링은 오랫동안 사용돼왔지만 품질을 평가하진 않습니다. 슈츠는 말합니다. "부품이 통과하면 그 부품이 좋다는 것을 알지만, 그냥 강철 조각일 뿐입니다."라고. 부품 품질을 알려주는 게 없고, 크기가 맞다는 것만 알 수 있습니다.

캘리퍼스, 마이크로미터

더 넓은 범위의 부품에서 조금 더 많은 정보를 원하면 오퍼레이터들은 캘리퍼스와 마이크로미터를 씁니다. 슈츠는 이 유형의 수공구가 어느 정도 다용도성을 주지만, 오퍼레이터 영향이 매우 크다고 말합니다. 제대로 잡아야 하고 부품을 너무 세게 조이지 않는지 확인해야 하기 때문입니다.

"그래서 이들은 좋은 범용 툴이고 매우 가치가 있습니다. 기계공에게 훌륭하지만, 오늘날 요구되는 측정을 수행하기에 충분하지 않을 수 있는 공차들도 있습니다."라고 슈츠는 말합니다.

가변 게이지(Variable Gages)

이들은 'ID'(내경) 또는 'OD'(외경) 측정을 위해 조정 가능한 소형 벤치 게이지입니다. "마스터가 있어 그에 맞춰 설정할 수 있고 인디케이터가 있으며, 그 게이지를 특정 치수 측정용으로 설정합니다."라고 슈츠는 말합니다. "마이크로미터보다 훨씬 빠릅니다. 이미 그 크기로 설정돼 있으니까요. 꽤 좋은 분해능을 가지며 디지털 인디케이터가 있을 수 있습니다. 가변 게이지의 이점은 측정값을 얻기 때문에 통계적 공정 관리(SPC)를 시작할 수 있다는 점입니다.

"한번 가지면 부품이 얼마나 좋은지 나쁜지 알 수 있습니다. 그래서 오퍼레이터에게 측정 능력을 주는 또 한 단계 진전입니다."라고 슈츠는 말합니다. "이 데이터를 이동 평균으로 사용해 기계가 무엇을 생산하는지 알 수 있어 부품 추세를 볼 수 있습니다. ... 측정 정보를 기록하기 시작하면 더 현명한 결정을 내릴 수 있게 됩니다."

고정 가변 게이지(Fixed Variable Gages)

이들은 특정 치수 측정을 위해 제작되며, 본질적으로 오퍼레이터 영향의 기회를 제거합니다.

"자동차를 예로 들어보죠. 워터 펌프 부품에 매우 정밀한 구멍들이 있을 수 있는데, 수백만 개가 제조됩니다... 매우 좋은 판독값을 줄 수 있습니다."라고 슈츠는 말합니다. "그래서 이건 현장에서 랩 수준의 매우 정밀한 측정을 하는 사실상 풀프루프(foolproof) 방식입니다."

계측 전문가들이 지적하는 주요 변화 중 하나: 무선 툴. 최신 게이지와 핸드헬드 툴 다수가 선을 끊었는데, 이는 기능 희생 없이 오퍼레이터의 시간과 노력을 절약합니다.

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