잘 아시다시피 ISO 10360-1의 주 내용은 10360 표준 전체에 대한 용어 설명입니다. 이 중에는 3차원 측정기에서 규정하는 각 오차에 대한 설명도 포함되어 있습니다. 오차의 허용 범위를 최대 허용 오차(MPE, Maximum Permissible Error) 라고 합니다. 이번 시간에는 3차원 측정기와 관련된 오차의 종류가 얼마나 많은지 살펴보겠습니다.
1. 사이즈 측정 오차 : E
이 오차는 CMM에서 두 점간의 크기를 측정할 때 발생하는 오차 입니다. 주로 게이지 블록을 이용하여 E를 측정합니다. 최대허용오차는 MPEE 로 나타냅니다. 가장 대표적으로 알려진 오차입니다.
2. 프로빙 오차 : P
이 오차는 CMM체 부착된 프로브의 형상 오차를 나타냅니다. 기준구를 측정하여 진구도를 구하면 P가 됩니다. 최대허용오차는 MPEP 로 나타냅니다. 모양 편차 측정 시 직접적인 영향을 주기 때문에 매우 중요합니다.
3. 회전테이블 오차 : FR, FT, FA
CMM에 회전테이블을 부착하여 제 4의 축으로 사용할 때 나타내는 오차입니다.반경 방향(FR), 접선 방향(FT) 그리고 축 방향(FA)로 구분하여 표시합니다. 최대허용오차는 MPEFR, MPEFT, MPEFA 로 나타냅니다.
4. 스캐닝 프로빙 오차 : Tij
스캐닝 프로브를 부착하여 스캐닝 할 때 발생하는 오차입니다. 이 오차는 기준구를 스캐닝하여 구합니다. 최대허용오차는 MPETij 로 나타냅니다.
스캐닝 프로빙 오차를 구하는데 있어서는 몇 가지 사항을 고려하여야 합니다.
첫째는 스캐닝 하는 점의 간격(Point density)을 얼마나 촘촘하게 할 것이냐에 따라 저밀도(Low, i=L)냐 고밀도(High, i=H)냐를 구분합니다. 구분 기준은 각론에서 상세히 설명하겠습니다.
그 다음은 스캐닝 경로(Path) 지정 방식입니다. 스캐닝 경로 전체를 미리 지정하는 방식(Predefined path, j=P)과 경로 전체를 지정하지 않고 시작점 및 끝 점만 지정하는 방식(Non Predefined path, j=N)으로 구분하여 표시합니다.
이와 같이 스캐닝 프로브를 사용하는 경우에는 스캐닝 밀도와 스캐닝 경로 지정 방식에 따라 4가지로 시험 방식을 구분하고 각각의 오차를 구합니다.
즉, Tij는 THP, TLP, THN, TLN 이렇게 4가지가 되고 따라서 MPE 또한 MPETHP, MPETLP, MPETHN, MPETLN 4가지가 됩니다.
스캐닝 프로빙 시험 시 또 한가지 고려해야 할 것은 스캐닝 시간입니다. 측정기 제조자는 스캐닝 프로빙 오차를 제시할 때 스캐닝에 소요되는 시간을 같이 제시해야 합니다. 스캐닝 시간은 τ로 표시하고 단위는 초(s) 입니다. 최대 허용 시간(MPT, Maximum Permissible Time)은 MPTτ 로 표시합니다.(KS에는 MPEt 로 잘못 표기되어 있으니 혼돈하지 마시기 바랍니다.)
5. 고정식 다중 프로빙 시스템 오차 : MF, MS, ML
이 오차는 고정식 다중 프로빙 시스템의 오차를 나타냅니다. 고정식 다중 프로빙 시스템이란 회전 기능이 없으면서 여러 개의 프로브 또는 스타일러스가 조합된 프로빙 시스템을 의미합니다.(회전식 프로빙 시스템의 오차는 별도로 구분 합니다)
Zeiss(RDS 제외)나 Leitz 프로빙 시스템이 대부분 고정식 다중 프로빙 시스템에 속하고 Renishaw 제품인 경우 PH1, PH6(M), TP1S, MIP, MCP 등에 스타 프로브나 기타 여러 스타일러스를 조합해서 사용하는 경우를 생각하면 됩니다.
표준을 소개하기에 앞서 일반적으로 측정자의 입장에서 생각을 해 보겠습니다.
다중 프로빙 시스템을 사용하는 주된 목적은 동일한 데이텀으로부터 모든 항목을 측정하기 위한 것입니다. 따라서 다중 프로빙 시스템에 포함된 모든 스타일러스는 각각의 형상, 지름 그리고 각 스타일러스 간의 상대위치에 대한 정보가 정확해야 측정 오차를 줄일 수 있습니다.
우선 여러 개의 스타일러스를 사용해서 각각 측정할 때 앞의 2에서 언급한 프로빙 오차 P가 얼마나 발생할지 가 궁금합니다. 즉, 각각의 스타일러스를 사용하여 P를 측정했을 때 가장 큰 P 값이 얼마가 될까 하는 점입니다.
그 다음은 각각의 스타일러스를 교정해서 측정하는 경우 동일한 제품을 각 스타일러스로 측정하면 동일한 차수가 나오겠느냐 하는 점입니다. 각각의 스타일러스로 기준구를 측정했을 때 기준구의 지름이 모두 동일하게 나올 수 있을까요?
물론 오차가 발생하겠죠. 그렇다면 측정기 제조자는 그 오차가 최대 얼마까지 허용된다는 것을 명시해야 합니다. 즉, 프로브 교정 시 스타일러스 지름이 제대로 산출되었느냐 하는 점을 점검하는 것이 됩니다.
마지막으로 각 스타일러스 간의 상대 거리를 생각할 수 있습니다. 각각의 스타일러스로 기준구를 측정했을 때 기준구의 중심 위치가 동일하게 나오느냐 하는 점입니다. 다중 프로빙 시스템을 사용하는 경우에는 이 오차의 초대 허용 범위도 표시되어야 합니다.
ISO에서는 10360에서는 다중 프로빙 시스템의 사용 목적에 따라 오차를 규정하고 있습니다.
고정식 다중 프로빙 시스템을 사용하는 경우 각 스타일러스의 형상 오차를 MF, 치수 오차(지름 오차)를 MS 그리고 각 스타일러스 간의 거리 오차를 ML로 표시합니다. 또한 각각의 최대 허용 오차는 MPEMF, MPEMS, MPEML 로 표시 합니다.
6. 회전식 프로빙 시스템 오차 : AF, AS, AL
이 오차는 회전식 프로빙 시스템의 오차를 나타냅니다. 회전식 프로빙 시스템이란 프로브 헤드가 회전할 수 있고 지정된 위치를 반복해서 찾아갈 수 있는 프로빙 시스템입니다(ISO 원문에는 “Articulating Probing System”이라고 되어 있는데 여기서는 “Articulating”을 “회전”이라고 번역했습니다).
Renishaw 제품 중 PH10T, PH10M, PH10MQ, PHS1 그리고 Zeiss의 RDS 등이 여기에 속하는 프로빙 시스템입니다.
고정식 다중 프로빙 시스템과의 차이점은, 고정식은 프로브나 스타일러스가 여러 개로 구성되는데 비해 회전식은 프로브 헤드의 회전을 통해 한 개의 스타일러스로 여러 방향을 결정 할 수 있다는 것입니다. 이 점 이외에는 오차를 규정하는 개념은 두 시스템이 동일합니다.
즉, 회전 프로빙 시스템의 오차도 형상, 지름, 상대 거리에 대해 규정하고 단지 표기만 Articulating의 약자를 따서 AF, AS, AL로 합니다. 최대 허용 오차는 MPEMF, MPEMS, MPEML 로 표기 합니다.
지금까지 ISO 10360-1에서 설명하고 있는 각 오차의 종류에 대해서 살펴 보았습니다. 자, 어떠세요, 복잡한 느낌이 드십니까? 하지만 앞에서도 말씀 드렸듯이 우리가 생각하는 상식 범위 내에 있는 내용 들입니다. 단지 정리만 해 놨을 뿐이고요.
다음 시간부터는 각 오차의 측정 원리, 사용되는 게이지 그리고 구체적인 오차 표기 방법 등에 대해서 알아보겠습니다.