삼차원 측정기의 개요와 측정법

1. 삼차원 측정기란 무엇인가

삼차원 측정기(CMM, Coordinate Measuring Machine)는 물체의 길이, 직경, 평면도, 직각도, 형상 오차 등을 정밀하게 측정하는 장비입니다. 이 장비는 X, Y, Z 축을 기준으로 3차원 좌표 데이터를 수집하며, 산업 전반에서 품질 관리 및 검사 용도로 활용됩니다. 기계, 전자, 자동차, 항공 등 다양한 산업에서 품질 검사를 위해 필수적으로 사용되며. 삼차원 측정기는 프로브(Probe)를 이용해 측정 대상의 좌표값을 수집하고, 이를 통해 길이, 직경, 평면도, 직각도 등의 치수를 계산합니다. 삼차원 측정기의 측정 방식은 크게 두 가지로 나뉩니다.
✔ 접촉식 측정(Contact Type): 프로브가 물체에 직접 닿아 좌표를 기록
✔ 비접촉식 측정(Non-Contact Type): 레이저, 광학 센서 등을 이용해 측정

2. 접촉식 측정법

① 수동 측정 (Manual CMM)

• 오퍼레이터가 프로브를 조작하여 원하는 측정 지점에서 데이터를 수집하는 방식입니다
• 측정 속도가 느리지만 비교적 간단한 구조의 부품을 검사할 때 유용 합니다

측정 방법

1. 측정기 초기 설정: 측정 전 기기의 좌표계를 원점으로 설정 (기준 위치 설정) 합니다
2. 프로브 이동: 오퍼레이터가 직접 프로브를 조작하여 측정 지점에 접촉합니다
3. 좌표값 획득: 프로브가 접촉한 지점의 X, Y, Z 좌표를 기록합니다
4. 측정값 분석: 측정된 좌표 데이터를 소프트웨어에서 분석합니다

② 자동 측정 (CNC CMM, Programmable CMM)

• 컴퓨터 프로그램을 통해 자동으로 측정이 이루어지는 방식입니다
• 반복 측정이 필요한 경우 효율적이며, 사람의 개입을 최소화하여 오차를 줄일 수 있습니다

측정 방법

1. 측정 프로그램 작성: 측정할 부품의 CAD 모델과 측정 지점을 설정합니다
2. 프로브 경로 설정: 측정해야 할 위치를 미리 입력하여 자동 측정 경로 생성 합니다
3. 자동 측정 실행: CNC CMM이 설정된 경로에 따라 자동으로 측정 수행 합니다
4. 결과 분석: 측정 데이터를 자동으로 분석 및 기록합니다

③ 스캐닝 측정 (Scanning Mode Measurement)

• 프로브가 연속적으로 이동하면서 표면을 따라 좌표값을 수집하는 방식입니다
• 형상 분석, 곡면 검사 등에 사용됩니다

측정 방법

1. 연속 측정 모드 선택: 일반적인 개별 포인트 측정이 아닌, 연속 데이터 수집 모드 설정 합니다
2. 프로브 이동: 프로브가 표면을 따라 이동하면서 다량의 데이터를 획득합니다
3. 형상 분석: 측정된 연속 좌표 데이터를 기반으로 표면 형상 평가 합니다

✅ 활용 분야: 자동차 부품, 항공기 날개, 복잡한 곡면이 있는 부품 검사 등에  활용됩니다

3. 비접촉식 측정법

① 레이저 측정 (Laser Scanning CMM)

• 레이저 빔을 이용해 표면을 스캔하는 방식입니다
• 접촉식보다 빠르며, 연약하거나 정밀한 부품에도 적용 가능 합니다

측정 방법

1. 레이저 빔 조사: 물체 표면에 레이저를 조사합니다
2. 반사광 분석: 물체 표면에서 반사된 빛을 센서가 감지하여 거리 데이터 수집 합니다
3. 3D 형상 생성: 측정된 데이터를 이용해 3D 모델로 변환합니다

✅ 활용 분야: 자동차 차체, 반도체 웨이퍼, 문화재 디지털 복원하는데 활용됩니다

② 광학 측정 (Optical Measurement, Vision CMM)

• 카메라 및 영상 처리 기술을 활용하여 형상을 측정합니다
• 매우 작은 부품이나 정밀 부품에 적합합니다

측정 방법

1. 고해상도 카메라로 촬영: 측정 대상물을 카메라로 스캔합니다
2. 이미지 분석: 촬영된 이미지를 분석하여 길이, 곡률 등을 측정합니다
3. 데이터 비교: 측정값을 CAD 데이터와 비교하여 품질 검사합니다

✅ 활용 분야: 전자부품, 마이크로칩, PCB 기판 검사

4. 삼차원 측정기의 측정 항목 및 계산 방법

삼차원 측정기로 측정할 수 있는 대표적인 항목은 다음과 같습니다.

① 위치 측정 (Position Measurement)

• 특정 기준점(Reference Point)과 비교하여 부품이 올바른 위치에 있는지 검사합니다
• 좌표 데이터(X, Y, Z)를 통해 정밀한 위치 확인합니다

② 평면도 검사 (Flatness Measurement)

• 평면이 얼마나 고르게 가공되었는지 확인합니다
• 여러 개의 측정 좌표를 수집한 후, 평균 평면과의 편차 분석 합니다

③ 원형도 검사 (Roundness Measurement)

• 원형 부품(베어링, 축 등)의 원형 오차 검사 합니다
• 다수의 점을 측정하여 이상적인 원과의 차이 계산 합니다

④ 직각도 검사 (Perpendicularity Measurement)

• 두 개의 면이 90도를 이루는지 평가합니다
• 기준 평면과 측정 대상 평면 사이의 각도를 계산하여 오차 분석 합니다