[공정소개] 접촉식 3차원 측정: 정밀한 부품 검사와 품질 보증의 열쇠

_실제 GSP 공장 3차원제품 측정영상

1. 접촉식 3차원 측정의 기본 원리

접촉식 3차원 측정은 탐침이 물체의 표면을 하나씩 접촉하면서 해당 지점의 X, Y, Z 좌표를 측정하는 방식입니다. 이 좌표들은 물체의 형상, 크기 및 기하학적 특성을 디지털화하여 3D 모델을 생성하는 데 사용됩니다. 측정 과정은 일반적으로 다음과 같은 단계를 거칩니다:

  • 탐침 접촉: CMM 장비에 장착된 탐침이 물체의 표면에 접촉합니다. 이 접촉 지점에서 해당 지점의 3D 좌표를 수집합니다.
  • 좌표 수집: 탐침은 여러 지점을 접촉하며, 그 지점들의 3D 좌표를 연속적으로 기록합니다. 이를 통해 물체의 전체 형상을 정확하게 추적할 수 있습니다.
  • 데이터 처리: 수집된 좌표 데이터를 기반으로 소프트웨어는 물체의 기하학적 특성이나 치수를 분석합니다.

2. 접촉식 측정 장비: CMM (Coordinate Measuring Machine)

CMM은 접촉식 3차원 측정을 위해 가장 널리 사용되는 장비입니다. CMM의 주요 특징은 다음과 같습니다:

  • 구조: CMM은 X, Y, Z 축을 따라 움직일 수 있는 기계적 구조를 갖추고 있습니다. 이 구조는 물체의 표면을 다양한 각도에서 측정할 수 있도록 해줍니다.
  • 탐침: CMM에 장착된 탐침은 측정 대상과 접촉하여 3D 좌표를 기록합니다. 탐침은 보통 기계적으로 또는 전자적으로 움직일 수 있으며, 접촉 시 물체의 표면에 밀착하여 좌표 데이터를 수집합니다.
  • 소프트웨어: CMM은 전용 소프트웨어와 연결되어 측정 데이터를 처리하고 분석합니다. 이 소프트웨어는 치수 검사, 형상 검증, 공차 분석 등 다양한 작업을 자동화하여 수행합니다.

3. 접촉식 3차원 측정의 과정

접촉식 3차원 측정은 일반적으로 다음 단계로 이루어집니다:

  1. 물체 준비: 측정하려는 물체를 CMM 장비 위에 올려 놓고, 정확하게 고정시킵니다. 물체가 움직이거나 흔들리면 측정 결과에 오차가 생길 수 있으므로 고정이 매우 중요합니다.

  2. 측정 경로 설정: CMM 소프트웨어를 통해 물체를 측정할 경로를 설정합니다. 이 경로는 물체의 주요 부위나 측정이 필요한 부분을 대상으로 합니다.

  3. 탐침 접촉: 탐침이 설정된 경로에 따라 물체의 표면을 접촉하여 좌표 데이터를 수집합니다. 각 접촉 지점에서 X, Y, Z 좌표가 기록되고, 이 데이터를 바탕으로 물체의 형상이 추적됩니다.

  4. 데이터 분석: 수집된 3D 좌표 데이터는 CMM 소프트웨어에서 분석됩니다. 치수 검사, 기하학적 형상 검사, 공차 분석 등을 통해 부품이 설계 규격에 맞는지 확인합니다.

4. 접촉식 3차원 측정의 장점

접촉식 3차원 측정은 여러 가지 장점을 가지고 있습니다:

  • 높은 정확도: 접촉식 측정은 매우 정밀한 데이터를 제공하며, 특히 작은 오차를 감지하는 데 매우 유효합니다. 이는 치수 측정에서 중요한 역할을 합니다.
  • 복잡한 형상 측정 가능: 기하학적으로 복잡한 부품의 형상을 정밀하게 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 복잡한 곡면이나 내면의 치수를 정확하게 측정할 수 있습니다.
  • 검증 및 품질 관리: 접촉식 측정은 품질 관리 및 제품의 검증을 위한 핵심 도구입니다. 설계된 규격에 맞는지 확인하고, 생산 과정에서 발생할 수 있는 문제를 조기에 발견할 수 있습니다.

5. 접촉식 3차원 측정의 단점

접촉식 3차원 측정에도 단점이 존재합니다:

  • 시간 소요: 탐침이 표면을 하나씩 접촉하면서 데이터를 수집하기 때문에, 대체로 비접촉식 측정보다 시간이 오래 걸립니다. 복잡한 부품을 측정할 경우 시간이 더 소요됩니다.
  • 부품 손상 가능성: 탐침이 직접 물체의 표면에 접촉하므로, 민감한 부품이나 표면에 손상을 줄 수 있습니다. 특히 표면이 부드럽거나 미세한 부품일 경우 주의가 필요합니다.
  • 제한된 측정 속도: 측정 속도가 느려서, 대량 생산에 적합하지 않을 수 있습니다. 고속으로 많은 부품을 측정해야 하는 환경에서는 비접촉식 측정 방식이 선호될 수 있습니다.

6. 접촉식 3차원 측정의 활용 분야

접촉식 3차원 측정은 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다:

  • 자동차 산업: 자동차 부품의 치수와 형상 측정에 사용됩니다. 엔진 부품, 차체 부품 등에서 고도의 정밀도가 요구되기 때문에 접촉식 3D 측정이 필수적입니다.
  • 항공 우주 산업: 항공기 부품의 고정밀 측정에 사용됩니다. 공차가 매우 작은 부품들의 정밀 검사를 위해 접촉식 측정이 효과적입니다.
  • 전자기기: 전자 부품이나 회로 기판의 치수 및 형상 측정에 사용됩니다. 특히, PCB나 다른 미세 부품의 정확한 측정이 필요합니다.
  • 기계 부품: 정밀 기계 부품에서 치수 정확도와 기하학적 형상 검증을 위해 사용됩니다.

7. 결론

접촉식 3차원 측정은 고정밀 측정을 통해 기계 부품, 자동차 부품, 전자 기기 등에서 품질을 보장하고 규격에 맞는지 검증하는 데 중요한 역할을 합니다. 정확하고 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하지만, 측정 시간이 오래 걸리고 부품 손상의 위험이 있다는 단점도 있습니다. 이러한 특성을 고려하여, 접촉식 측정은 복잡한 형상과 높은 정확도가 요구되는 경우에 적합합니다.

 

1. Basic Principle of Contact-Based 3D Measurement

The basic principle of contact-based 3D measurement is that a probe comes into direct contact with the surface of the object to record the X, Y, and Z coordinates of specific points. These coordinates are then used to reconstruct the object’s geometry, dimensions, and other characteristics in 3D space. The process generally follows these steps:

  • Probe Contact: The probe of the CMM contacts the object’s surface, recording the coordinates of that point.
  • Coordinate Collection: The probe moves across the object, touching multiple points and recording the 3D coordinates at each contact.
  • Data Processing: The collected coordinate data is processed by software, which analyzes the object’s geometric features, dimensions, and tolerances.

2. Contact-Based Measurement Equipment: CMM (Coordinate Measuring Machine)

The CMM is the most widely used equipment for contact-based 3D measurement. Key features of CMM include:

  • Structure: CMMs have a moving structure along the X, Y, and Z axes, which allows them to measure an object from various angles and positions.
  • Probe: The probe is a tool attached to the CMM, which comes into contact with the object’s surface to record its coordinates. The probe can be mechanical or electronic and may vary in design, depending on the application.
  • Software: The CMM is connected to specialized software that processes and analyzes the collected data. The software automates tasks like dimensional inspection, geometric analysis, and tolerance verification.

3. Process of Contact-Based 3D Measurement

The process of contact-based 3D measurement typically follows these steps:

  1. Object Preparation: The object to be measured is placed on the CMM machine, and it must be properly fixed in place. If the object moves during measurement, the data will be inaccurate.

  2. Measurement Path Setup: The measurement path is set up through CMM software. The path is designed to measure the key points of the object or the areas requiring inspection.

  3. Probe Contact: The probe moves along the defined path and contacts various points on the object’s surface. The 3D coordinates of these points are recorded, which helps in creating a digital representation of the object’s shape.

  4. Data Analysis: The collected 3D coordinate data is processed by the software. The data is then used to inspect the object’s dimensions, geometric features, and verify if the object meets design specifications and tolerances.

4. Advantages of Contact-Based 3D Measurement

Contact-based 3D measurement offers several advantages:

  • High Accuracy: This method provides precise data, especially for detecting small deviations in dimensions or shape. It is highly reliable for dimensional measurements.
  • Capability to Measure Complex Shapes: Contact-based measurement can accurately measure complex geometries and shapes, such as intricate curves or internal features of an object.
  • Quality Control and Verification: Contact-based measurement is essential for quality control, ensuring that manufactured parts adhere to design specifications and identifying defects or deviations early in the production process.

5. Disadvantages of Contact-Based 3D Measurement

However, contact-based 3D measurement also has some limitations:

  • Time-Consuming: Since the probe must contact each point individually, the process can be slow, especially for large or intricate parts.
  • Potential for Surface Damage: The probe physically contacts the object’s surface, which may cause damage to delicate or soft materials. Careful handling is required for sensitive parts.
  • Limited Speed: The measurement process is generally slower than non-contact methods, making it less suitable for high-throughput, mass-production environments where speed is a priority.

6. Applications of Contact-Based 3D Measurement

Contact-based 3D measurement is widely used across various industries for precise inspection and quality control:

  • Automotive Industry: Used for measuring the dimensions and shapes of automotive parts. Components like engine parts, chassis, and body panels require high precision, making contact-based measurement an essential tool.
  • Aerospace Industry: Critical for measuring aerospace components, where precision is paramount. Parts like engine components, turbine blades, and structural elements are commonly inspected using CMMs.
  • Electronics Industry: Used for inspecting electronic components, such as printed circuit boards (PCBs) and other small, precise parts. Ensuring the correct dimensions and geometry is vital for proper functionality.
  • Precision Machinery: Used in the manufacturing and inspection of precision mechanical parts. The high accuracy required for gears, shafts, and other mechanical components makes contact-based measurement indispensable.

7. Conclusion

Contact-based 3D measurement is a highly accurate and reliable method for inspecting the dimensions and geometry of objects. It plays a critical role in industries such as automotive, aerospace, electronics, and precision machinery, where dimensional accuracy and quality control are essential. While it can be time-consuming and may cause surface damage to sensitive parts, its precision makes it indispensable for applications requiring the highest levels of accuracy.

문 의 하 기

GPS는 중국 현지 자체 공장에서 경쟁력 있는 단가와 납기로 고객사들에게 우수한 품질의 제품을 제공합니다. 이를 통해 글로벌 시장에서의 경쟁력을 강화하며, 고객의 요구에 맞춘 신속하고 효율적인 서비스로 만족을 드리고 있습니다. 최신 기술을 바탕으로 고품질의 부품을 합리적인 가격에 제공함으로써 고객사의 생산성 향상에 기여하고 있습니다 - GPKOREA

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_출처: 유튜브(minkrappa) 

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