3차원 측정기란?
3차원 측정기는 부품의 다양한 형상 정보를 3차원 위치 정보로 파악하여 입체적으로 파악할 수 있는 측정기입니다.
부품의 형상을 서로 직교하는 X축, Y축, Z축에 대해 어떤 기준점의 위치로부터의 거리로 표현하여 입체적으로 측정합니다. 예를 들어, 금형의 모서리 R 형상과 같이 버니어 캘리퍼스 등으로 측정할 수 없는 형상도 측정할 수 있습니다.
치수 외에도 3차원 위치 정보를 소프트웨어로 분석하여 각 부위의 위치 관계, 윤곽 형상, 기하 공차를 구할 수 있습니다. 측정을 통해 형상을 3차원 정보로 디지털화하면 후처리로 다양한 분석을 할 수 있습니다.
3차원 측정기를 통한 측정은 일반적으로 정밀 측정의 범주에 속합니다. 정밀 측정은 온도 팽창으로 인한 오차를 피하기 위해 일정한 온도로 관리되는 방에서 이루어집니다. 일반적으로 20℃로 관리되는 경우가 많습니다.
측정하는 제품도 충분히 오랜 시간을 두고 측정 온도에 도달해야 합니다. 3차원적으로 정확한 결과를 얻기 위해서는 전문적인 기술이 요구되기도 합니다.
3차원 측정기의 사용 용도
3차원 측정기는 주로 자동차 부품 등의 형상 측정에 사용되고 있습니다. 또한 제품뿐만 아니라 제품을 만들기 위한 금형의 치수 측정에도 사용됩니다.
3차원 측정기는 3DCAD 등으로 설계한 형상과 실제 제작된 부품을 3차원 측정기로 측정한 형상을 비교하여 설계 도면대로 잘 만들어졌는지 확인할 수도 있습니다. 이 조사 방법을 리버스 엔지니어링이라고 합니다. 이외에도 도면이 없는 타사 제품 등의 부품 형상을 3차원 모델로 디지털 데이터화할 수도 있습니다.
단순한 길이뿐만 아니라 각도나 기하공차도 구할 수 있습니다. 또한 둥글게 가공된 모서리 R형상 등 버니어 캘리퍼스나 마이크로미터 등으로 측정할 수 없는 형상의 측정에도 3차원 측정기가 활약합니다.
기존에는 접촉식 3차원 측정기가 주류를 이루었으나 최근에는 비접촉식도 많이 개발되고 있습니다. 접촉식은 측정 정밀도와 신뢰성이 높은 반면, 고도의 기술이 필요하거나 몇 가지 제약이 있었습니다. 이 점에 대해서는 아래에서 설명하겠습니다.
3차원 측정기의 원리
3차원 측정기에는 ‘접촉식’과 ‘비접촉식’이 있는데, 각각 원리가 크게 다릅니다.
1. 접촉식 3차원 측정기
접촉식 3차원 측정기는 스타일러스라는 측정자를 측정 대상에 직접 접촉시켜 점의 좌표 위치 정보를 기록합니다. 오래전부터 사용되어 온 방식이며, 올바른 작업을 통해 신뢰할 수 있는 측정을 할 수 있습니다. 스타일러스에는 온도에 따른 열팽창이 거의 없는 세라믹이나 루비 등이 사용됩니다.
스타일러스를 접촉시키기 때문에 측정 대상물이 고무 등 부드러운 제품인 경우 접촉력으로 인해 변형이 발생할 수 있습니다. 접촉을 수반하기 때문에 접촉면에 흠집이 생길 가능성도 있습니다. 또한, 스타일러스의 팁 직경보다 작은 R형상에 대해서는 정확한 측정이 불가능합니다.
2. 비접촉식 3차원 측정기
비접촉식 3차원 측정기는 대략적으로 말하면, 측정 대상물에 레이저 등을 비추어 측정물의 3차원 좌표 형상을 기록하는 방식입니다. 비접촉식이기 때문에 측정부가 손상될 염려가 없습니다. 또한 단시간에 측정할 수 있어 최근 수요가 증가하고 있습니다.
접촉식에서는 측정 포인트를 하나하나 스타일러스를 접촉시켜 3차원 위치 정보를 기록하기 때문에 측정 시간이 길다는 것이 단점 중 하나였습니다. 일반적으로 접촉식 측정이 비접촉식 측정보다 정확도와 신뢰성이 높다고 알려져 있습니다.
하지만 기술의 발전으로 비접촉식도 접촉식과 다를 바 없는 정확도와 신뢰성을 확보할 수 있게 되었습니다. 비교적 고도의 기술을 필요로 하는 접촉식에 비해 비접촉식은 숙련된 기술 없이도 측정이 가능합니다. 측정 목적에 따라 구분하여 사용해야 합니다.
접촉식, 비접촉식 모두 고도의 영상처리 기술이 적용되어 다양한 분석이 가능해졌습니다. 분석 결과의 표시도 입체적인 모델 등으로 시각적으로 이해하기 쉽게 출력할 수 있습니다.
3차원 측정기의 기타 정보
1. 3차원 측정기의 장점
3차원 측정기의 장점은 캘리퍼스나 마이크로미터와 같은 계측기로는 측정할 수 없는 복잡한 형상이나 윤곽, 기하공차를 측정할 수 있다는 점입니다. 대형 부품도 측정할 수 있습니다. 특히 접촉식의 경우 취급에 숙련이 필요하지만, 프로그램 측정을 통해 야간에 자동으로 측정할 수 있도록 하는 것도 가능합니다.
2. 3차원 측정기의 단점
3차원 측정기의 단점은 장비가 크고 넓은 설치 공간이 필요하다는 점, 다른 측정기에 비해 취급에 기술이 필요하다는 점입니다. 비접촉식은 비교적 다루기 쉬운 반면, 측정물이 거울면이나 도금 등 광택이 있는 경우 측정이 불가능할 수 있습니다. 또한, 장비의 가격이 상당히 고가라는 점도 도입 시 고려해야 할 사항입니다.