공차와 측정 정도에 대해서
여기에서는 공차·측정 정도의 의미와 역할, 관계성에 대해서 설명합니다.
공차란
공차란 일정한 기준을 바탕으로 허용되는 치수(사이즈) 오차의 최대값과 최소값의 차이입니다.
예를 들어 길이 40 mm인 원통을 제조할 때 「공차는 ±0.1 mm」라고 지정된 경우,
±0.1 mm까지의 오차를 허용 범위로 규정한다는 뜻입니다.
이 경우 39.9 mm~40.1 mm의 길이가 허용 범위가 되어 합격품으로 인정받는 기준값에 해당합니다.
공차를 지정하는 이유는 도면상에서 길이 40 mm를 지정해도 실제 제품이 모두 한 치의 오차 없이 40 mm로 완성되는 일은 거의 없기 때문입니다. 아무리 고정도의 가공 기기를 이용해도 39.996 mm, 40.037 mm와 같이 미세한 오차가 발생합니다.
따라서 제품의 규정 길이 40 mm에 추가로 공차 ±0.1 mm를 지정합니다. 그리고 제품의 길이가 허용 범위 이내인 길이로 완성되었는지 여부, 즉 합격 여부를 판정하기 위해 제품을 측정합니다.
그러나 치수가 공차 내인지 아닌지 검사하기 위한 측정 시에도 변동 요소가 영향을 미쳐 측정값에 편차가 발생하고 맙니다.
측정값의 변동 요소는 기온이나 습도의 변화에 따른 재질 팽창/수축, 측정 시의 접촉 압력으로 인한 변형 등 다양합니다.
이처럼 제조 공정이나 검사 공정에서는 설계값에 대한 오차를 고려해야 합니다. 만일 이런 공차들을 허용하지 않는다면 대부분의 제품이 불합격으로 처리되어 손실만 늘어나게 됩니다. 설계값을 바탕으로 각 공정에서 나타나는 편차를 고려해 오차의 허용 범위(=품질을 유지할 수 있는 범위)를 설정하는 것이 공차의 역할입니다.
측정 정도란
제조 현장에서 말하는 정도는 측정이나 가공 등을 할 때의 정확도·정밀성의 수준·척도를 뜻합니다.
이 척도를 측정에 적용한 것이 「측정 정도」입니다. 사용하는 측정 기기의 정도를 바탕으로 얼마나 정확한 결과를 얻을 수 있는지 판단하는 척도(지표)입니다. 측정기의 측정 정도가 높을수록 정확하게 측정된다고 할 수 있습니다.
측정기의 사양에서 정도를 나타내는 항목과 그 의미는 아래와 같습니다.
- 반복 정도
- 반복 정도란 동일한 조건에서 동일한 대상 물체의 정점을 1대의 측정기로 반복 측정했을 때의 편차를 나타냅니다. 이 값이 작을수록 반복 정도가 높아 높은 정도로 안정적으로 측정할 수 있다는 의미입니다.
단, 레이저 변위 센서 등 비접촉 측정기의 반복 정도는 센서 헤드와 대상 물체가 모두 완전히 정지한 상태에서의 편차를 나타냅니다. 원리상 빛의 반사를 통해 측정할 때는 대상 물체 표면의 미세한 거칠기나 광택의 차이에 영향을 받기 때문에, 사양만 보고 실제 운용상의 반복 정도를 판단하는 것은 어렵습니다. - 대상 물체의 표면 상태에 따른 오차·편차를 해결하는 대책은 여기에서
- 직선성
- 직선성(리니어리티)은 측정기의 성능을 나타내는 지표입니다. 이상값과 실제 측정 결과의 차이, 즉 오차의 최대값을 나타냅니다. 측정기 사양에서는 이 값을 「±○○％ of F.S.」라고 표시합니다.
- 직선성에 관한 자세한 설명은 여기에서
- 종합 정도
- 종합 정도란 다양한 요인으로 인해 측정 시스템 전체에서 발생하는 모든 오차를 포함한 종합적인 오차를 고려한 정도를 말합니다. 측정 결과에 포함되는 모든 오차 성분을 종합한 값을 사용해 산출합니다.
- 표시 정도
- 표시 정도란 측정기의 측정 범위 내 모든 영역에서 정확한 측정값과 비교했을 때의 최대 오차를 나타냅니다. 실제값에 대해 측정기가 허용하는 오차 범위 등을 표시합니다.
공차와 측정 정도의 관계
길이가 40 mm, 공차가 ±0.1 mm인 원통을 제조(39.9 mm~40.1 mm가 합격)할 때 다음과 같은 측정기로 검사한다고 가정합시다.
- 측정기 A: 정도 ±0.001 mm
- 측정기 B: 정도 ±0.01 mm
- 측정기 C: 정도 ±0.03 mm
이때 합격으로 판정되는 범위는 각각 다음과 같습니다.
- 측정기 A: 39.901 mm~40.099 mm를 합격으로 판정
- 측정기 B: 39.910 mm~40.090 mm를 합격으로 판정
- 측정기 C: 39.930 mm~40.070 mm를 합격으로 판정
상기의 예를 통해 측정기의 정도가 높을수록 더욱 정확한 결과를 얻을 수 있다는 사실을 알 수 있습니다. 반면에 요구되는 공차에 비해 측정기의 정도가 낮은 경우에는 공차 내인 합격품을 불합격으로 잘못 판정하여 손실이 증가하고 수율이 저하됩니다.
이처럼 정도가 높은 측정기로 측정하면 잘못된 합격 여부 판정으로 인한 손실을 줄일 수 있어 결과적으로 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 매일 발생하는 손실로 인해 낭비되는 비용을 고려하여 고정도 측정기 도입에 따른 비용 대비 효과를 검토하는 것이 측정기 선정 시 매우 중요하다고 하겠습니다.
