편탄도 측정 방법: 전문가를 위한 직관적인 안내

편탄도란?

평탄도는 표면 형태의 척도로 해당 표면의 모든 점이 동일한 평면에 있는지 여부를 나타냅니다. GD&T(Geometric Dimensioning and Tolerancing)에서 평행 사변형으로 상징되는 평탄도는 두 표면을 함께 결합해야 할 때 특히 유용합니다.

편탄도 허용오차는 주어진 표면이 가상의 완벽하고 평행한 두 개의 표면 내에 위치하도록 결정됩니다. 즉, 허용오차 구역은 측정 중인 표면의 평면 전체에서 허용 가능한 가장 높은 점과 가장 낮은 점 사이입니다.

편탄도 측정 방법

편탄도 측정은 표면이 얼마나 완전하게 평평하지 않은지를 발견하는 표면 분석으로 구성됩니다. 이를 위한 첫 번째 단계는 표면에서 두 평행 평면의 엔빌로프를 찾을 수 있는 포인트를 획득하는 것으로 이 평행 평면들에는 이러한 포인트들이 모두 포함되어 있어야 합니다. 다음 단계는 방향과 관계없이 가능한 가장 작은 평면을 찾는 것입니다(이 평면은 공간에서 자유롭게 움직일 수 있기 때문에). 가장 먼 두 포인트의 거리가 평탄도에 해당됩니다. 따라서 이 두 평면 사이의 거리가 좁을수록 평면은 더욱 평평합니다.

평탄도를 측정하는 검사 방법에는 어떤 것들이 있을까요?

간극 게이지와 높이 게이지는 전통적인 두 측정 공구입니다. 이들은 확실히 비용상의 장점을 가지며 사용 편의성이 높지만 측정 정확도는 사용자의 조작, 설정 및 측정이 진행되는 환경에 크게 의존합니다.

부품 평탄도를 검사하는 첫 번째 방법은 사전 정의된 평탄도로 CMM 대리석 위에 부품을 놓는 것입니다. 그 다음 사용하여 두께가 이미 특정화된 스트립으로 구성된 간극 게이지를 사용하여 다양한 두께의 스트립을 부품 아래에 삽입해봅니다. 일단 대리석 위에 포지셔닝된 표면은 세 개의 가장 높은 포인트에서 평형으로 안착한다는 것을 알고 있기 때문에 그 평탄도를 찾을 수 있습니다.

동일한 측정 방법은 다이얼 인디케이터 홀더가 있는 높이 게이지를 사용하는 방법이 있습니다. 부품이 대리석 위에 놓이면 표면에서 루비를 이동시켜 최대 포인트와 최소 포인트를 찾아 평탄도를 찾아낼 수 있습니다. 위에서 설명한 바와 같이 엔빌로프는 표면의 평탄도에 해당합니다.

이 두 도구의 장점은 일반적으로 매우 저렴한 전통적인 도구 가격 외에는 거의 비용이 들지 않는다는 것입니다. 그러나 이러한 접근 방식의 단점은 최대값 및 최소값이 사용자가 표면에서 게이지를 어디로 이동시키는지에 따라 달라진다는 점입니다. 게이지가 부품에서 실제로 가장 높은 포인트와 가장 낮은 포인트에 해당되는 포인트를 통과해 이동하지 않는 경우 발견된 평탄도는 부정확합니다. 더욱이 이 두 방법은 접근 가능한 면적의 평탄도만 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 간극 게이지를 사용해 CMM 대리석 위의 4ft x 8ft 평면을 측정하는 경우 이렇게 큰 표면의 중앙에 도달할 수 있는 간극 게이지가 없기 때문에 중앙이 아닌 평면 외곽선에서만 측정할 수 있습니다.

다른 평탄도 측정 도구 중 하나는 전통적인 CMM, 이동식 CMM 및 3D 레이저 스캐너가 있지만 터치 프로브에서도 전통적인 도구와 같은 문제가 발생합니다. 실제로 최대값과 최소값이 잘못 확인되는 경우 분석은 왜곡됩니다. 그러나 3D 레이저 스캐너는 전체 표면을 스캔하기 때문에 더 높은 포인트 밀도를 획득하여 가장 높은 포인트와 가장 낮은 포인트를 측정할 가능성이 무한하게 큽니다.

평탄도 측정이 중요한 이유

3D 스캐닝을 통해 획득된 공칭 모델(CAD)과 포인트 클라우드가 있으면 스캔 데이터를 CAD 모델에 등록하여 이 둘을 상관시키는 것이 문제가 됩니다. 이를 위해 기준 엔터티인 데이텀을 사용할 수 있습니다. 계측에서 평면은 CAD에 측정 포인트를 등록하는 데 널리 사용되는 엔터티입니다. 실제로 CAD와 비교하여 잘못된 부분을 이해하기 위해 부품을 분석해야 하는 경우 계측은 가장 일반적으로 세 평면으로 구성된 정렬을 사용합니다.

따라서 평면-평면-평면 정렬이 얻어진 경우 컬러맵을 수행하여 엔터티가 올바른 위치에 있는지와 형상이 올바른지를 결정할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우 가공 프로그램이 조정되어야 합니다.

그러나 실제로는 평평하지 않지만 평평하다고 가정된 표면을 기반으로 CAD 모델에 데이터를 등록하는 경우 기준 표면을 제외한 부분만 제대로 가공되는 상황이 발생합니다. 이러한 경우 기준 표면 때문에 발생한 오류가 전체 부품에 투영되기 때문에 부품의 모든 측면이 잘못되었다는 오류 메시지가 표시됩니다. 이로 인해 잘못 가공된 부분은 데이텀과 정렬 엔터티에 불과함에도 부품이 잘못 제조되었으며 거부되어야 한다고 믿게 됩니다. 이러한 경우 하나 또는 두 개의 표면을 재가공하면 부품을 폐기하지 않아도 됩니다. 이는 막대한 비용 절감으로 이어질 수 있습니다.

따라서 평면을 데이텀으로 선택할 때는 평탄도를 먼저 확인하는 것이 좋습니다. 이를 통해 중요한 문제가 제거됩니다. 이는 양호한 평탄도와 직각도를 가져야 하는 첫 번째, 두 번째, 세 번째 데이텀 모두에도 적용됩니다. 이를 통해 부품에서 오류가 발견된 경우 이 오류는 정렬 엔터치에 투영된 오류가 아니라 반드시 가공 오류일 수 있습니다.

즉, 평면은 모든 계측 정렬에서 가장 많이 사용되는 기하학적 요소이지만 올바르게 가공되지도 않고 평탄도가 나쁘면, 다른 모든 기하학적 요소 역시 잘못 포지셔닝됩니다.

평탄도는 언제 측정해야 할까요?

평탄도 측정은 품질 관리에서 정의된 기하학적 요소 또는 프로토타입을 검사하여 부품의 문제를 파악하기 위해 수행할 수 있습니다. 그러나 프로토타이핑의 첫 번째 단계에 평탄도 해결보다 더 큰 문제가 있을 수 있습니다. 모양을 컨트롤하는 최적의 표면과 주요 문제를 확인하는 첫 번째 컬러맵은 프로토타입을 컨트롤하기에 충분할 수 있습니다. 결국 개발 초기 단계에는 주로 부품의 일반적인 모양을 보고 모든 것이 대체로 올바른지 확인합니다.

어떤 베어링 표면이 첫 번째 데이텀이 될 것인지는 초기 프로토타이핑 단계가 완료된 후에야 결정할 수 있습니다. 그 다음에는 서로에 대한 표면의 포지셔닝을 확인하기 위해 정렬과 두 번째 컬러맵이 이어집니다. 두 번째 컬러맵 도중 수집되고 분석되는 데이터 역시 부품이 다른 부품과 올바르게 조립될 수 있는지 여부에 대한 흥미로운 정보를 엔지니어에게 제공하기 때문에 이는 품질 관리 도중 매우 중요합니다.

두 개의 부품이 함께 조립되는 경우 올바른 기준 표면을 선택하는 것이 중요합니다. 일반적으로 지지점을 통해 물리적으로 접촉할 표면이 선택됩니다. 특정한 지지면의 경우 제조 공정의 반복 가능성이 해당 지지면의 평탄도에 따라 결정되기 때문에 그 평탄도를 컨트롤하는 것이 중요합니다. 따라서 컬러맵에서 나타나는 불규칙성은 위에서 설명한 바와 같이 투영된 오류가 아니라 실제 오류를 수정해야 한다는 경고 신호입니다. 그러면 툴링을 변경하고 가공 프로그램을 다시 실행하는 것이 필요하고 정당합니다.

가능한 최악의 상황은 식별된 문제가 평면이 아니었던 엔터티의 정렬 오류에 불과하지만 툴링의 일부를 수정해야 하는 것입니다. 이렇게 특수한 경우에는 평탄도를 측정하지 않은 것에 대해 후회하게 됩니다. 따라서 평탄도를 올바르게 측정하는 것이 중요합니다. 정렬 엔터티에 대한 결정은 많은 비용을 초래할 수 있기 때문입니다.

결과적으로 평탄도를 측정하는 것은 부품 내에서 주요한 구조적 역할을 수행하는 지지 표면에 중요합니다. 그러나 이 표면이 미적 아름다움만을 위한 것으로 나중에 플라스틱 등으로 가려지는 경우에는 평탄도 계산이 덜 중요합니다. 중요성은 용도, 각 표면의 기능성 특성 및 최종 어셈블리에서 부품이 수행하게 되는 역할에 따라 다릅니다.