3D 형상 측정기란
3D 형상 측정기는 표면 형상을 서브미크론 단위로 측정할 수 있는 장비입니다.
서브미크론은 미크론 이하를 의미하며, 미크론은 1mm의 1/1,000의 크기를 의미하며, 3D 형상 측정기에서는 부품의 형상을 3차원으로 파악하여 다양한 측정이 가능합니다.
전자부품의 기판이나 반도체 등의 표면 거칠기, 높이, 두께 측정 등에도 사용된다. 고속, 고해상도, 고정밀도가 특징입니다.
또한, 3D 형상 측정기는 설치 방법과 측정 방식에 따라 다양한 종류가 있습니다. 설치 방식으로는 고정형, 휴대용, 측정 방식으로는 접촉형, 비접촉형, 레이저 트래커, 레이아웃 머신 등이 있습니다.
3D 형상 측정기의 사용 용도
3D 형상 측정기의 사용 용도는 다음과 같습니다.
1. 선조도 측정
3D 형상 측정기에서는 촉침식 표면 거칠기 측정기와 마찬가지로 Ra, Rz 등 대표적인 표면 거칠기 파라미터를 측정할 수 있습니다.
2. 면 거칠기 측정
3D 형상 측정기에서는 면 전체를 측정함으로써 면과 면 사이의 요철이나 면과 면 사이의 단차 등을 고정밀도로 측정할 수 있습니다. 구체적인 예로는 와셔의 와셔 요철 평가, 블록 게이지의 단차 측정 등이 있습니다.
3. 평면 측정
두 점 사이의 거리, 직선, 원심 사이의 거리 등 다양한 평면 측정에 사용됩니다. 의료기기, 고고학, 성형, 시계 산업 등 모든 산업에서 사용되고 있습니다.
3D 형상 측정기의 원리
많은 3D 형상 측정기는 백색 간섭 방식을 채택하고 있습니다. 백색 간섭 방식은 백색 간섭계를 이용한 측정 방식입니다. 빛의 간섭이란 대상물 표면에서 어떤 지점까지의 빛의 거리에 차이가 발생하여 발생하는 현상입니다. 광간섭계는 이 현상을 이용하여 표면의 요철 상태 등을 측정하는 데 사용됩니다.
빛의 간섭에 의해 시료 표면의 요철에서 발생하는 광로 차이로 인해 줄무늬가 나타납니다. 이 줄무늬의 개수가 시료 표면의 요철 높이를 나타냅니다. 실제로는 간섭렌즈라는 참조 거울이 내장된 대물렌즈를 사용하고, 백색광을 참조 거울과 대물렌즈에 조사하여 대물렌즈를 상하로 움직이면서 카메라로 간섭 신호를 관찰합니다.
또한 고감도 CMOS를 탑재한 제품도 있는데, CMOS는 렌즈에서 들어온 빛을 전기 신호로 변환하는 반도체를 의미하며, CMOS를 이용한 고체 이미지 소자를 통해 형상과 동시에 외관 사진을 촬영할 수 있어 표면 관찰과 측정이 동시에 가능합니다. 분석 내용은 3D 모델처럼 데이터화하여 CAD로 볼 수 있습니다.
3D 형상 측정기 기타 정보
1. 3D 형상 측정기의 기능
현재 시판되고 있는 3D 형상 측정기에는 최신 기술이 적용되어 기존에는 불가능했던 측정도 자유자재로 할 수 있게 되었습니다. 가상의 원점에서 특정 지점의 3차원 좌표는 캘리퍼스나 마이크로미터와 같은 일반적인 측정기에서는 어려운 것으로 알려져 있습니다.
또한, 가상점이나 가상선을 이용한 측정이나 기하공차도 다른 측정기에서는 측정하기 어렵지만, 3D 형상 측정기라면 측정이 가능합니다. 최근에는 시제품의 형상을 3차원으로 읽어내고 이를 3D 프린터를 이용해 3차원 물체를 만들어 실물과 동일한 방식으로 형상 확인도 가능합니다.
2. 3D 형상 측정기의 문제점과 해결방안
3D 형상 측정기의 고정밀 측정 기술과 측정 데이터 처리 속도가 향상되면서 측정 작업의 효율성이 비약적으로 향상되었지만, 다음과 같은 문제점도 있습니다.
- 도입 비용이 비싸다.
- 설치 공간이 넓고, 유지보수에 대한 부담이 크다.
- 3D 형상 측정기 자체의 크기에 제한이 있어 측정할 수 있는 대상물의 크기도 제한된다
이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 바로 다관절 암 방식의 3D 형상 측정기입니다. 원래 의수, 의족 제조업체를 위해 개발된 기술을 이용해 운반이 가능한 3D 형상 측정기가 사용되기 시작했습니다.
측정자 마음대로 팔을 움직일 수 있게 됨으로써 측정할 수 있는 범위가 더욱 넓어졌습니다. 또한, 레이저를 이용해 측정하는 비접촉식이 도입되어 대형 물체도 측정할 수 있게 되었습니다.