진원도 측정: 일반적인 문제에 대한 이해

가장 단순한 예로 진원도 측정에는 스타일러스 요소와 함께 프로브 및 프로브 암이 포함됩니다. 이상적인 원 또는 선형 경로를 따라 이동하면서 프로브의 움직임에 따른 데이터를 수집합니다. 일반적으로 분석은 아주 간단합니다. 측정된 데이터 점이 필터링되고, 수학 연산이 수행되어 결과가 결정됩니다. 다양한 제조 공정을 지원하는 가장 기본적인 측정 중 하나이지만, 종종 일부 단계가 잘못 수행됩니다. 특히 필터와 프로브 요소 선택에서 잦은 오류가 발생합니다.

잘못된 필터의 사용
기록에 따르면, 50 upr은 진원도 측정의 표준 값으로 여겨져 왔습니다. 이 필터는 다양한 분야에 적합할 수 있지만, 모두가 해당하지는 않습니다.  새로운 DIN EN ISO 1101:2017-09을 이용하면 도면에서 각 형상 공차에 따라 적합한 필터 설정을 지정할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고, 올바른 필터 선택은 측정요소에 달려 있습니다. 요구 사항과 관련된 필터 설정을 정의하고, 이 설정을 사내 표준에 기록하고, 모든 내/외부 공급업체에게 해당 설정을 규정하는 일은 설계, 작업 계획 및 품질 관리의 담당입니다.

현실적으로, 형상 측정은 형상 편차를 측정하는 과정입니다. 전통적으로 이 작업은 에어컨 시설이 완비된 실험실에서 숙련된 자격을 갖춘 전문가에 의해 실시되었으나, 요즘에는 방대한 종류의 작업을 맡은 직원이 생산 현장에서 직접 수행하는 경우가 종종 있습니다. 형상 측정이든, 거칠기 측정이든 절차는 본질적으로 똑같습니다. 특정 표면 측정은 일반적으로 많은 샘플링 점을 사용해 전체 표면을 나타냅니다. 그런 다음, 이러한 점을 필터링해서 원하는 데이터만 획득합니다. 예를 들어 표면 거칠기를 테스트할 경우, 분석을 위해서 더 짧은 파장 데이터가 유지되는 반면, 형상 관련 데이터는 필요하지 않기 때문에 파기됩니다. 이와 대조적으로, 형상 측정에서는 형상을 나타내는 긴 파장을 사용해 데이터를 측정할 수 있도록 짧은 파장을 가진 데이터가 필터링되어 제거됩니다. 이것이 많은 사용자들에게 오차를 발생시키는 첫 번째 지점입니다: 미묘한 필터링 차이를 언제나 쉽게 이해할 수 없으므로 잘못된 필터를 선택할 수 있습니다.

형상 측정을 위한 다양한 필터는 많은 측정기술자들에게 혼동을 줍니다. 예를 들어, 표면 거칠기 측정을 논의할 때 필터 설정은 밀리미터 또는 인치 단위로 언급됩니다. 필터를 0.8 mm로 설정하면 일반적으로 0.8 mm 미만의 표면 편차가 표면 거칠기로 간주되는 반면, 0.8 mm 이상의 요소는 표면 형상 편차로 간주됩니다.

그러나 거칠기 측정의 형상 필터는 일반적으로 길이나 거리가 아닌 각도 크기로 지정됩니다. 훨씬 더 혼동을 주는 요소는, 사양이 각도 단위로 직접 표현되지 않고 ‘회전당 굴절' 또는 UPR이라고 하는 단위로 표시된다는 점입니다. 많은 사용자들이 일반적인 기본값으로 50 UPR을 선택합니다. 즉, 필터의 길이가 원의 1/50인 7.2도임을 뜻합니다.

필터 선택을 위해 측정물 지름을 고려
그러나 원 객체의 표면에서 7.2도에 해당하는 호 길이는 객체의 지름(d)에 따라 바뀝니다. 원통형 원주의 단순 공식: π * d. 지름이 4 mm인 원통형은 원주가 12.57 mm입니다. 따라서 7.2도는 표면을 따라 0.25 mm의 호 길이를 절단합니다. 반면, 지름이 20 mm인 원통형은 원주가 62.83 mm입니다. 따라서 7.2도는 1.26 mm의 호 길이와 같아집니다. 따라서 동일한 50 UPR 필터 설정이 측정기기에서 유지될 경우, 더 큰 부품에서는 형상과 표면 거칠기 특성 사이의 경계에서 5배 더 큰 표면 편차가 발생합니다. 실제로 모든 측정기기에서 필터 설정은 소프트웨어의 버튼을 클릭해서 간단히 변경할 수 있습니다. 그러나 많은 기기들이 UPR 의미를 이해하지 못하므로 기본 설정을 변경하지 않습니다.

때로는 그 반대가 적용될 수 있습니다. 측정기술자들이 분석을 위해 필터링할 데이터와 유지할 데이터에서 필터 설정이 커다란 영향을 미친다는 것을 이해하지 못한다면 다른 설정을 선택하게 될 수 있습니다. 그러나 다른 값을 선택하면 결과가 바뀌므로 결과가 "더 나아 보이지만" 실제로는 측정물의 크기에 올바른 값이 아닙니다. 핵심은 해당하는 측정 객체에 대해 필터를 올바로 설정해야 한다는 점입니다.

스타일러스 요소의 잘못된 크기
두 번째의 공통된 실수는 사용자가 측정물 크기에 상관없이 단일 스타일러스 요소 크기만을 의존해 모든 부품을 측정한다는 것입니다. 실제로 스타일러스 요소의 스타일러스 볼 자체는 기계적 필터이며, 측정물의 크기와 측정할 수 있는 회전수당 최대 굴절 수에 따라 선택해야 합니다.

이 문제는 지름이 4 mm인 작은 구성품을 예로 들어 확실히 설명할 수 있습니다: 매우 큰 스타일러스 요소를 가진 프로브를 사용해 측정 표면을 스캔할 경우, 프로브가 표면을 따라 원활하게 이동할 수 없고 팁과 골짜기의 위/아래를 정밀하게 따라갈 수 없습니다. 프로브에서 측정물 지름 크기와 가까운 스타일러스 요소를 사용할 경우, 표면을 올바로 평가하기가 매우 어렵게 됩니다. 여기서 이 스타일러스 요소를 사용하면 수학적 필터링이 발생하기도 전에 기계적 필터링이 발생하게 됩니다. VDI/VDE 2631 시트 3은 사용자가 UPR 설정, 최대 예상 개별 파장 깊이 및 측정물 지름을 토대로 올바른 스타일러스 요소를 선택하기 위한 가이드를 제공합니다.

결론
형상 측정이 다양한 제조 프로세스를 지원하기 위한 기본 작업 중 하나이지만, 많은 사용자들이 잘못된 방법으로 측정하는 경우가 많습니다. 이는 측정의 품질과 최종 제품의 전체 품질 모두에 영향을 줄 수 있습니다. 상황에 맞는 적절한 필터 적용, 측정물에 적합한 데이터를 결정하는 등의 몇 가지 기본적인 단계를 따르면 정확한 결과가 보장됩니다. 해당 분야에 정밀하게 치수가 맞춰진 스타일러스 볼 등 가장 적합한 부속품을 사용하면 사용자가 향상된 측정 데이터 품질을 얻을 수 있어 궁극적으로 한층 더 높은 측정물 품질이 보장됩니다.