CMM 기계란 무엇인가?

2021년 4월 5일
9 분에 읽음
9763
요약 

지금까지 수십 년 동안 매우 정확한 측정이 필요한 기업은 대개 CMM으로 전환했습니다. 그러나 최근에는 또 다른 솔루션이 등장했는데, 이 솔루션은 어디든지 가지고 다닐 수 있고, 사용하기 쉬우며, 물체의 표면에 안전하고 직접 접촉할 필요가 없으며 10~50배 더 빨리 측정할 수 있는 등 CMM에 비해 많은 매력적인 이점이 있습니다.

CMM의 장점
높은 정확도, 신뢰성, 내구성
CMM의 단점
비용, 느린 속도, 긴 학습 곡선
대안: 3D 스캐너
저렴한 가격, 신속성, 사용 편의성, 비접촉식

개요

정확한 선형 측정은 수천 년 동안 사회의 기초가 되어 왔습니다. 최초의 계측 기기는 손가락 너비, 발 또는 큐빗(팔꿈치부터 중지 끝까지의 거리) 등 인체 자체였습니다. 우리는 그 이후로 많은 진전을 이루었습니다.

결국 우리는 자, 캘리퍼 그리고 줄자를 발명했습니다. 이러한 도구는 오늘날에도 여전히 우리와 함께 있으며 계측 도구 상자에서 충분히 누릴 자격이 있는 좋은 자리를 차지하고 있습니다. 하기는 1950년대 후반에서 1960년대 초 사이에 최초의 3축 CMM이 시장에 출시되었습니다. 이후 1980년대 초에 측정 암이 장착된 휴대용 CMM이 등장했습니다.

해가 갈수록 기술이 더욱 발전하면서 현대식 CMM은 전 세계 수천 명의 사용자 사이에서 예로부터 애용하는 품질 검사 장치가 되었습니다.

품질 관리의 영역을 넘어 제어 또는 프로그래밍된 좌표 측정기는 또한 리버스 엔지니어링, 빠른 프로토타이핑 및 기타 분야에서 사용되고 있습니다.

CMM 기계 작동 방식

경화강 웜 기어의 CMM 측정

손가락을 사용하여 물체를 따라 추적한다고 상상해보십시오. 돌출된 기복 지도를 예로 사용해 보겠습니다. 깊은 계곡을 통해 산맥의 가장자리를 손가락 끝으로 밀며 가장 높은 봉우리까지 곧장 올라가십시오. 이렇게 하면 손가락 끝의 경도(X), 위도(Y) 및 고도(Z) 좌표가 이동하면서 바뀝니다.

요점

터치 트리거 프로브는 측정 중인 부품 또는 물체의 표면 전체에 걸쳐 포인트를 기록합니다.

좌표 측정기는 이와 비슷한 방식으로 작동합니다. 이를 설명하기 위해 현재 가장 널리 사용되는 좌표 측정기 프로브인 터치 트리거 프로브와 함께 CMM을 사용하는 데 초점을 맞추겠습니다. 이 고감도 프로브는 측정 중인 부품 또는 물체의 표면 전체에 걸쳐 포인트를 기록합니다.

프로브가 접촉하는 3개의 축(XYZ)은 CMM에서 기록하며, 종종 검사 목적으로 수십에서 수백 개의 다른 XYZ 측정값과 결합하여 물체나 부품을 정밀하게 측정하는 데 사용됩니다. 그런 다음 이러한 측정값을 규격과 비교하여 부품이 허용 기준을 준수하는지 확인합니다.

CMM 기계의 카테고리

CMM 기계의 네 가지 기본 유형에는 브리지, 캔틸레버, 갠트리 및 수평 암이 있습니다. 이 중 브리지 CMM은 의심의 여지 없이 가장 널리 사용되는 측정기로, 마이크로미터 단위의 정밀 측정 기능을 갖추고 있습니다. 이 측정기가 가격이 비교적 저렴한 것은 낮은 제조 비용 때문입니다.

엔지니어링된 기계 부품 배치

작은 물체와 부품을 작업하도록 설계된 캔틸레버 CMM은 일반적으로 3면이 개방되어 있어 작업자가 편안하게 사용할 수 있는 작업 현장에서 사용하기에 적합합니다. Gantry CMM은 브리지 CMM 수준의 최상 정밀도를 제공하지만 크고 무거운 부품에 적합합니다. 갠트리 기계는 바닥에 설치하기 때문에 설치하려면 단단한 토대가 필요합니다.

수평 암 CMM은 정확도가 가장 낮지만, 특히 자동차, 운송 및 철도 산업에서 흔히 볼 수 있는 것과 같이 생산량이 증가하는 경우 큰 물체와 부품을 검사할 때 여러 가지로 이점이 있습니다. 중요 공차 규격이 선택한 CMM의 성능을 초과하지 않는 한 수평 암은 비용 효율적인 검사 솔루션이 될 수 있습니다.

CMM 프로브의 종류

터치 트리거 프로브, 변위 측정 프로브, 근접 프로브 및 다중 센서 프로브를 포함한 다양한 유형의 CMM 프로브가 있습니다.

터치 트리거 프로브부터 살펴보도록 하겠습니다. 좌표를 CMM의 프로세서로 다시 전송하려면 프로브를 측정 대상 물체의 표면에 접촉해야 합니다. 변위 측정 프로브는 부품 또는 구성 요소를 스캔하여 작동하며, 프로브는 표면 측정 데이터 스트림을 CMM에 전달합니다.

근접 프로브는 프로브를 물체에 물리적으로 접촉할 필요가 없다는 점에서 변위 측정 프로브와 유사한 방식으로 작동합니다. 근접 프로브가 다른 점은 변위 측정 프로브가 사용하는 광전자 센서가 아니라 레이저 또는 비디오 기술을 사용한다는 점입니다.

자동차 부품을 캡처하는 CMM 기술자와 로봇

CMM 기계의 장점

계측 저널을 조금 읽다 보면 CMM은 다양한 형상에서 놀라운 1mm 이하의 정확도와 정밀도를 제공할 수 있다는 사실을 알게 될 것입니다. 아울러 주요 좌표 측정기는 수년간 계속 사용될 것입니다. 이러한 기술에 대한 투자는 10년 이상 장비를 보유할 것을 예상하는 관점에서 볼 수 있습니다.

요점

CMM은 다양한 형상에서 놀라운 1mm 이하의 정확도와 정밀도를 제공할 수 있습니다.

좌표 측정기는 생산 전, 생산 공정 또는 최종 검사 중 부품 및 구성 요소를 점검하는 데 효과적인 솔루션이 될 수 있습니다. 설정된 품질 검사 작업 흐름 내에서 사용할 경우, CMM은 1mm 이하 범위로 정확하게 측정할 수 있는 안정적인 기능을 갖추고 있어 시간과 비용을 절약하고 소송 및 재해 발생을 예방할 수 있습니다.

단점

비용, 설치, 프로그래밍

품질 좋은 좌표 측정기의 가격대는 기능과 성능에 따라 약 50,000달러에서 최대 250,000달러 이상까지 커질 수 있습니다. 10년에 한 번 구매한다 해도 이는 여전히 상당한 비용일 수 있습니다. 설치 또한 반드시 고려해야 하는 부차적인 비용입니다. CMM은 환기가 적절하게 이루어지는 실내에서 진동 감쇠 슬라브에 설치하고 압축 공기를 지속해서 공급해야 합니다.

CMM으로 엔진 블록 검사

대체로, 장비 구매 및 설치 비용은 신뢰할 수 있는 중간 가격대 좌표 측정기의 경우 가격은 그 이상은 아니더라도 50만 달러 선까지 올라갈 수 있습니다. 그리고 사용 방법에 대한 교육도 받아야 합니다. CMM은 계측 기구로서 기술적으로 필요한 능력을 갖춘 전문가가 조작해야 합니다. 이를 위해서는 시간과 교육이 모두 필요합니다. 또한 이러한 숙련된 기술자는 업계 전반에 걸쳐 수요가 높습니다.

CMM 기계가 설치되고 작동할 준비가 되면 자격을 갖춘 작업자와 함께 초기 보정 외에 정기적으로 측정할 부품 및 물체의 유형에 맞게 기계를 프로그래밍해야 합니다. 특이한 구성 요소의 일회성 검사는 일반적으로 미리 특수 프로그래밍을 사용하기 때문에 설정하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다.

요점

항공 우주, 자동차, 심지어 고고학에서 흔히 볼 수 있는 것과 같은 큰 물체들을 충분히 측정하는 것은 지나치게 시간이 오래 걸릴 수 있습니다.

CMM에서는 측정 전에 부품을 제대로 배치하고 나서 제자리에 고정해야 하므로 작업자는 각 물체에 대해 이러한 추가 시간을 고려해야 합니다. 또한 항공 우주, 자동차, 심지어 고고학에서 흔히 볼 수 있는 것과 같은 큰 물체들을 충분히 측정하는 것은 지나치게 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 이로 인해 작업자는 쉽게 피로해질 수 있습니다.

느린 측정, 작업자 피로, 손상 위험

이에 대한 한 가지 예는 해양 고고학자들이 CMM 기계(Faro Arm)를 사용하여 바이킹 시대의 선박에서 8m 길이의 선박 목재를 정확하게 측정하려고 했을 때입니다. CMM 기계로 각 목재를 측정하는 데 2시간 이상 걸렸습니다. 측정할 목재가 228개나 있었으므로 4인조 팀이 CMM 기계로 모든 것을 처리하는 데 1년 이상 걸렸을 것입니다.

Artec Eva로 고대 목조 선박 목재를 캡처하는 해양 고고학자

기한이 빠르게 다가오자 고고학자들은 3D 스캐닝에 의지해 이 작업을 하기로 했습니다. CMM 기계와는 달리 이들이 선택한 휴대용 3D 스캐너는 단 한 달 만에 228개 목재 모두를 고해상도 컬러로 캡처하고 처리했습니다. 각 목재를 단 5~10분 만에 캡처하였습니다. 그리고 스캔의 세밀도는 연륜 연대학 분석을 통해 고대 목재가 유래한 곳을 구체적으로 파악하기에 충분했습니다.

측정 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 가장 일반적인 유형의 프로브를 사용하여 CMM 기계로 부품을 검사할 때 프로브를 측정할 모든 표면에 접촉해야 합니다. 이는 특히 부품의 일부 단면이 차단되어 있거나 접근하기 어려운 곳에 있는 경우 어려울 수 있습니다. 이로 인해 해당 표면을 측정하지 못하고 나중에 소프트웨어를 통해 그것을 다시 만들어야 할 수 있습니다. 결과적으로 정확도가 떨어집니다.

자동차 부품의 치수를 측정하는 CMM 기계

마찬가지로 CMM 기계가 접촉해야 하기 때문에 여러 애플리케이션에서 이를 사용할 수 없습니다. 측정 프로브가 고무나 부드러운 부품에 닿을 때 이들을 변형시켜 부정확한 결과를 초래할 뿐만 아니라 CMM 프로브가 다양한 재료에 손상을 입히는 경우도 드물지 않습니다. 긁힌 자국, 문지른 자국 및 기타 표면 결함이 쉽게 발생할 수 있습니다.

이러한 이유로 3D 스캐닝과 같은 비접촉식 측정 방법은 리버스 엔지니어링 및 고고학, 품질 관리 및 역사적 보존, 법의학 등의 다양한 분야에서 사용되는 최적의 측정 솔루션입니다. 전 세계의 전문가들은 가치가 큰 물체나 결정적 증거가 위태로울 경우, 만회할 수 없는 손상이 발생할 가능성을 남겨서는 안 된다는 것을 알고 있습니다.

실행 가능한 대안으로서의 3D 스캐닝

위에서 언급한 바와 같이 휴대용 및 데스크톱 3D 스캐너는 가장 까다로운 품질 보증, 검사 또는 리버스 엔지니어링 작업에도 효과적인 솔루션이 될 수 있습니다. 작업 현장, 하역장 또는 기타 장소에 상관없이 생산 작업 흐름의 모든 단계에서 이러한 스캐너는 견고하게 고정된 CMM 기계가 측정하는데 1시간 이상 걸릴 수 있는 것을 단 몇 분 만에 1mm 이하의 3D로 캡처할 수 있습니다.

속도, 사용 편의성, 휴대성

이것에 대한 생생한 실례는 한 2인조 팀이 단 몇 주 만에 400개 이상의 고대 마야 기념물의 깨지기 쉬운 19세기 석고 조각을 캡처하는 업무를 맡았을 때 대영 박물관에서 일어났습니다. 물리적인 접촉식 측정은 시간 제약은 말할 것도 없고 손상의 위험 때문에 생각도 할 수 없었습니다. 실제와 같은 가상의 3D 프린팅 모형을 애타게 기다리는 연구자와 박물관에 1mm 이하의 정확도는 필수적이었습니다.

요점

전문 3D 스캐너는 작동하기 쉽고 아주 까다로운 품질 보증, 검사 또는 리버스 엔지니어링 작업에도 빠르고 효과적인 솔루션이 될 수 있습니다.

각 중대형 석고 모형은 단 10분 만에 스캔되었습니다. 깊고 접근하기 어려운 판화와 곡선 가장자리를 포함한 모든 표면이 고해상도 컬러 3D로 꼼꼼하게 캡처되었습니다. CMM 기계가 안전 선택이었다 하더라도, 각 주물에 필요한 시간은 1시간을 훨씬 넘어 긴급한 프로젝트가 몇 달씩 기한을 넘겼을 것입니다.

대영 박물관에서 Artec Eva로 Maya 기념물의 주물 3D 스캐닝

이 최고의 3D 스캐너는 조작이 아주 용이하고, 1~2시간만 교육을 받으면 완전 초보자도 3D 숙련도를 향상할 수 있습니다. 이는 기존 직원도 충분히 기술을 습득하여 품질 검사 작업에 사용할 수 있다는 것을 의미합니다.

저렴한 가격, 직관적인 소프트웨어, 표면 친화적인 데이터 캡처

CMM과 달리 3D 스캐너는 설치 비용이 들지 않고 일반적으로 교육이 포함되어 있으며, 최종 가격표는 비교 비용의 일부입니다. 가볍고 휴대하기가 간편하여 사무실 주변과 가까운 곳이나 먼 곳의 고객 현장에서 사용할 수 있는 고품질 3D 스캐너는 수년 동안 사용할 수 있도록 제작되었습니다.

선택한 장치에 해상도와 정밀도를 배가시키는 정기적인 스캔 소프트웨어 개선 기능을 보강해주면 수년 후에도 스캐너는 포장에서 꺼낸 첫날보다 더 나은 결과를 제공할 것입니다.

같은 스캐너인 Artec Eva로 만든 금속 부품의 3D 모형. HD 모드를 지원하는 Artec Studio로 업그레이드하면 결과가 대폭 개선됩니다.

특히 검사를 위한 물체의 명확하고 확실한 데이터 캡처에 관한 한, 선택한 전문 3D 스캐너에는 표면 거리 매핑과 같은 간단한 시각적 보고 기능과 함께 사용하기 쉬운 스캔 처리 소프트웨어가 있어야 합니다. 또한 Control X와 같은 모든 기능을 갖춘 검사 패키지와 통합하면 상당한 장점이 있습니다.

100% 비접촉식 스캐닝은 어떤 물체를 작업하든 손상의 위험이 전혀 없다는 것을 나타냅니다. 이는 공차가 엄격한 실리콘 항공우주 부품, 수천 년 된 화석, 범죄 현장의 중요한 법의학 수사 증거물, 귀중한 박물관 소장품 등에 해당될 수 있습니다. 특히 과거에 접촉식 측정으로 인한 손상 때문에 후유증을 앓아야 했던 보험 회사 직원, 품질 검사원 및 박물관 직원이라면 이제 이에 대해 안도의 한숨을 내쉬어도 되는 많은 사람 중 한 명일 것입니다.

케냐에서 Artec Eva로 고대의 화석화된 악어 캡처

출시 시간 단축, 수많은 애플리케이션, 자동화 가능성

최근 몇 년 동안 휴대용 3D 스캐닝 솔루션은 모든 분야의 제조업체 사이에서 발판을 다졌습니다. 이러한 기술을 통해 경영진은 생산 주기 초기에 신중하게 정의한 표준을 달성할 수 있습니다. 이를 통해 설계-제조-테스트 주기의 수를 최소한으로 최적화하여 상당한 시간과 비용을 절약함과 동시에 고객 반품을 없애고 소송을 피할 수 있습니다.

휴대용 및 데스크톱 3D 스캐너의 높은 이동성과 빠른 캡처 시간을 통해 여러 부서에서 이러한 장치를 공유할 수 있습니다. 기업이 3D 스캐너를 고정밀 품질 검사 이외에도 리버스 엔지니어링, VR/AR 교육, 빠른 프로토타이핑 등에 사용할 수 있다는 것을 인식하자마자 해당 기술의 투자 수익률을 최대로 끌어올릴 수 있습니다.

최근 AI와 3D 스캐닝 기술의 발전으로 자동화된 3D 스캐닝 솔루션이 전면에 부각되었습니다. 사람이 입력할 필요가 거의 없이 이상적인 스캐닝 경로를 사용하여 동일하고 매우 복잡한 물체 및 부품의 배치가 캡처되어 최고의 정확도로 빠르고 완벽한 표면 캡처가 이루어집니다. 검사 측면에서 사전 생산이든 사후 생산이든 전문 데스크톱 및 로봇 암 3D 스캐닝 솔루션을 통해 모든 변형과 결함을 정확하게 찾아내는 동시에 소요 시간을 단축할 수 있습니다. 결과적으로 재료비가 적게 들고 반품이 적으며 품질 표준이 우수하여 작업 흐름이 원활하고 간결해졌습니다.

결론

Artec Leo: 무선 자동 온보드 처리 기능을 갖춘 빠른 1mm 이하 정밀도의 3D 스캐너

틀림없이 CMM 기계는 오늘날의 계측 작업 흐름에 효과적인 솔루션이 될 수 있습니다. 그러나 구매를 결정하기 전에 다른 측정 기술을 신중하게 고려해야 합니다. 위에서 설명한 바와 같이 많은 기업 및 조직에 대해 최신 휴대용 및 데스크톱 3D 스캐닝 솔루션은 CMM보다 다양한 이점을 제공합니다.

요점

많은 기업 및 조직에 대해 최신 휴대용 및 데스크톱 3D 스캐닝 솔루션은 CMM보다 다양한 이점을 제공합니다.

결정하는 가장 좋은 방법은 직접 보는 것입니다. 애플리케이션의 요구 사항에 따라 휴대용 또는 데스크톱 전문 3D 스캐닝 솔루션 가까이서 CMM 기계 시연을 계획하여 시작하십시오. 요구 사항 목록을 미리 작성하십시오. 그런 다음 각 시연이 끝난 후에 각 솔루션에 대한 견적서를 검토하고 작업자 비용과 회사 내 다른 부서의 장치 사용 가능성을 고려하십시오.

요약하면, 누구나 전문 휴대용 및 데스크톱 3D 스캐닝 솔루션을 통해 전문 교육에 관계없이 CMM 기계에 대한 비용과 지속적인 유지 보수 책임의 일부만으로 휴대용 1mm 이하 디지털 캡처 및 계측 수준의 측정을 수행할 수 있습니다.

목차
글: 

Matthew McMillion

기술 기자

이 기사가 도움이 되었습니까?

학습 센터에서

더 자세히 알아보기

3D 스캐닝은 현재 그 어느 때 보다 인기를 누리고 있으며 전 세계의 기업들은 생산성을 높이고 불필요한 비용을 줄이며 새롭고 흥미로운 제품과 서비스를 창출하기 위해 이 다목적 기술을 채택하고 있습니다.

3D 스캐닝의 세계에서 시작하는 것은 겁이 날 수 있지만, 잠시 시간을 내어 이면에 있는 기술을 이해하는 순간 모든 것이 명확해집니다. 자신의 눈(원래의 스캐너!)에서 시장에 나와 있는 최신 3D 스캐너에 이르기까지 모든 기능이 다음과 같이 작동합니다.

구조 광 3D 스캐너를 사용할 때는 모든 전문가가 알아야 할 특정 규칙과 요소가 있습니다. 이 기사에서는 스캔을 시작하기 전에 물체와 환경을 준비하는 방법, 다양한 기술 그리고 물체에 대한 최상의 3D 스캔을 얻기 위한 몇 가지 비결을 보여줍니다.