정밀 측정 입문: 제조 우수성을 위한 필수 계측학

항공우주 블레이드, 자동차 실린더 헤드, 인공호흡기 밸브를 만들든 제조에서 정밀함은 필수입니다. 제조업의 정밀 측정에 대해 알아야 할 것을 정리했습니다.

정밀 측정의 필요성은 인간이 이동하고 물건을 만들기 시작한 이래로 존재해 왔습니다. 그것이 없었다면, 군대가 행군한 거리, 당신이 쌓은 피라미드의 높이, 경작지의 너비를 자랑할 방법이 없었을 것입니다.

그러나 인간이 교환 가능한 부품을 대량 생산하기 시작할 때까지—주로 총기와 기계 부품—정확도는 제조업체와 그들의 제품을 사용하는 사람들에게 동등하게 중요해졌습니다.

정확도? 정밀도? 차이점이 무엇일까요? 일반적인 비유를 빌리자면, 정밀한 궁수는 표적의 같은 부위를 반복적으로 맞출 수 있습니다. 그 자리가 불스아이가 아니더라도 말이죠. 반면 정확한 샷은 다음 샷이 빗나가더라도 불스아이를 맞히는 것입니다. 상을 타는 사람은 둘 다—정밀도와 정확도—를 달성하는 사람입니다. 이는 양궁장뿐만 아니라 생산 현장에서도 마찬가지입니다.

측정의 국제 언어

이러한 논의는 계측학, 즉 측정의 과학 영역에 속합니다. 계측학자들은 어떤 물체의 정확도(목표에 얼마나 가까웠는지)와 그것을 제조하는 데 사용된 공정의 정밀도(그 성능을 얼마나 자주 반복할 수 있는지)를 결정하려면 보편적으로 인정된 표준 시스템이 필요하다고 말합니다.

또한 불변하지만 잘 이해된 물리적 현상에 추적 가능한 측정 단위가 필요합니다. 예를 들어, 국제단위계(SI)는 1미터를 빛이 진공에서 1/299,792,458초 동안 이동하는 거리로 정의하며, 시간, 온도, 질량 등에 대해서도 유사한 표준이 있습니다.

이러한 품질 표준과 조직이 광범위하게 존재합니다. 미국기계학회(ASME)는 치수 계측 분야의 미국 국가 표준인 B89를 장려합니다. 마찬가지로 미국국가표준협회(ANSI), ASTM 인터내셔널, 국제표준화기구(ISO)의 다양한 표준이 있습니다. 여기에 인치법 대 미터법 논의(일명 미국 대 나머지 세계)까지 더해지면, 계측학과 부품 측정이 전문가들에게도 다소 혼란스러울 수 있는 이유를 금방 알 수 있습니다.

이러한 표준을 충족하려면 노력이 필요합니다. 모든 규모와 전문 분야의 제조업체는 매년 ISO 9001:2015 품질 인증 달성을 위해 열심히 노력합니다. 항공우주 산업에 있다면 AS9100도 준수해야 하는데, 이는 자동차기술자협회(SAE)와 유럽항공우주산업협회(AECMA)가 발행한 문서입니다. 의료기기 제조업체는 ISO 13485에 설명된 품질 표준을 충족해야 하며, 자동차 제조업체는 오랫동안 ISO/TS 16949를 따라왔지만(이제 국제자동차태스크포스의 IATF 16949 표준으로 전환해야 합니다). 인증이나 이 표준 준수 없이는 일이 없습니다.

측정 기술의 극적인 변화

대부분의 제조 활동과 마찬가지로 계측학은 복잡한 분야입니다. 숍들이 약간의 조화와 단순화를 환영할 수 있지만, 강력한 품질 표준 준수의 중요성에 대해 이의를 제기하는 곳은 없을 것입니다. 그것이 없으면 부품이 맞지 않고, 제품이 실패하며, 회사 성장(때로는 사람의 생명)이 위태로워집니다. 그래서 제조업체는 자신이 만드는 부품 유형과 서비스하는 산업에 적용되는 표준을 이해하고 준수하기 위해 부지런히 노력해야 합니다. 관련 문서를 읽고, 가능한 경우 수업이나 세미나를 듣고, 자발적 품질 가이드라인을 충족하고, 필요에 따라 전문가에게 의존하는 것을 의미합니다.

그 전문가 중 한 명이 댄 스큘런입니다. 레니쇼(Renishaw Inc.)의 산업 계측 총괄 매니저인 그는 제조업체들이 더 적은 것으로 더 많은 것을 하려고 노력하면서 측정 기술이 극적인 변화를 겪고 있다고 말합니다.

"기계 앞에 서서 마이크로미터를 들고 있는 사람의 시대는 가고 있습니다."라고 스큘런은 말합니다. "점점 더 많은 숍들이 CMM(3차원 측정기)과 이퀘이터(Equator) 같은 다목적 게이징 시스템을 현장에 배치하거나, CNC 공작기계의 터치 프로브를 가공 공정의 필수적인 부분으로 사용하고 있습니다."

기계 및 공장 자동화, 3D 프린팅, 툴링, 기계 기반 계측 및 분석의 발전이 어떻게 생산 출력을 높이는지 이 영상에서 알아보세요:

이러한 자동화 검사 기술은 유연성을 높이는 동시에 비용을 절감한다고 그는 덧붙입니다. 단일 장치가 여러 측정을 수행할 수 있어 업계에서 오랫동안 사용해 온 전용 하드 게이징의 필요성이 줄어듭니다. 그리고 이러한 시스템은 사람이 하는 실수—부품 형상 확인을 잊거나 치수 기록을 빠뜨리는 것—를 하지 않으므로, 품질 관리 공정이 더 일관되고 신뢰할 수 있습니다. 또한 치수 피드백이 자동이고 즉각적입니다. 값이 공칭값에서 벗어나면 사람에게 경고하여 조치를 취하게 하거나, 필요한 경우 장치가 공작기계를 셧다운할 수도 있습니다.

미쓰토요 아메리카의 전략적 유통 영업 전문가 패트릭 설리번은 조금 다르게 봅니다.

"자동화는 수년간 지속된 트렌드지만, 그런 유형의 제조가 모든 사람이나 모든 부품에 적합한 것은 아닙니다."라고 그는 말합니다. "숙련된 기계공이 공작기계를 조작하고 수동 측정 공구로 정확한 판독값을 얻어, 로봇이 할 수 없는 즉석에서 올바른 결정을 내릴 수 있는 자리는 매우 많습니다. 오늘날의 기계공은 데이터 수집 전송기의 도움으로 현장 공정을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 품질 부서도 좋고 신뢰할 수 있는 데이터를 받아 제조 과제를 더 적극적으로 해결할 수 있습니다."

계측 기술: 최신 디지털 발전

더 많은 자동화 검사 장치만 극적인 변화의 전부는 아닙니다. 부품도 변하고 있습니다.

"자동차는 배터리, 모터, 센서 등 우리가 이전에 측정해 본 적 없는 것들이 있는 전기차로 전환하고 있습니다."라고 미쓰토요의 영업 부사장 마이클 크레니가 말합니다.

"동시에 여러 주요 산업이 요구 사항을 강화하고 있습니다. 의료 제조업체의 경우, FDA 가이드라인을 충족하기 위해 전자 서명, 감사 추적, 특정 로그인 자격 증명이 필요합니다."라고 크레니는 계속합니다. "항공우주 산업은 디지털 트윈과 모델 기반 엔지니어링을 강력하게 추진하고 있습니다. 이로 인해 점점 더 많은 CAD 모델에 제품 제조 정보(PMI)가 포함되어, 우리가 미저링크(MeasurLink), 마이캣 플래너(MiCAT Planner) 및 기타 품질 소프트웨어에서 이를 활용할 수 있게 되었습니다."

또 다른 약어가 등장합니다: QIF, 품질 정보 프레임워크(quality information framework). 크레니는 QIF를 DMIS(치수 측정 인터페이스 표준)의 후계자로 생각할 수 있다고 제안합니다. CMM 및 기타 자동 측정 장비가 오랫동안 운영되어 온 준표준입니다. 하지만 이 수십 년 된 언어는 a) 측정 시스템이 더 자동화되고, b) 더 풍부한 디지털 정보가 사용 가능해짐에 따라 진화하기 시작했습니다.

"DMIS는 모두가 다르게 해석하는 사양이며, 디지털 제조 환경에 필요한 견고함이 부족합니다."라고 그는 말합니다. "하지만 QIF는 완전히 다른 세계입니다. CAD 파일을 가져와 품질 소프트웨어가 관련 치수 및 공차 데이터를 추출하고, 이를 사용하여 자동 측정 루틴을 생성하는 능력—이것은 엄청난 발전이며, 우리는 이를 전적으로 지지합니다. QIF는 모든 것을 바꿀 것입니다."

즉석 설문조사: 정밀 측정 보장

제조에서 정확한 측정 없이는 부품이 맞지 않고, 제품이 실패하며, 고객이 위험에 처할 수 있습니다.

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