측정기 사용법

측정을 못 하면 품질도 없습니다

"이 정도면 됐겠지"는 제조업에서 통하지 않아요. 도면에 φ20 ±0.03 이라고 적혀 있으면 19.97 ~ 20.03 안에 들어야 합니다. 0.01mm는 머리카락 굵기의 1/8이에요. 눈으로는 절대 알 수 없습니다.

버니어 캘리퍼스 — 가장 많이 쓰는 측정기

측정 범위가 넓고 외경·내경·깊이·단차를 하나로 다 잽니다.

읽는 법 (0.05mm 눈금 기준)

1. 어미자(주척) 에서 부척 0의 왼쪽 눈금을 읽는다 → 정수 mm
2. 아들자(부척) 눈금 중 어미자와 일직선으로 겹치는 곳을 찾는다 → 소수점

어미자에서 부척 0이 32와 33 사이  → 32mm
부척의 7번째 눈금이 딱 겹침       → 0.35mm  (7 × 0.05)
                                   ───────
                          측정값 = 32.35mm

주의사항

• 측정력을 일정하게. 세게 조이면 작게, 약하면 크게 나옵니다
• 조(jaw) 뿌리 쪽으로 물어야 정확해요. 끝으로 물면 벌어집니다
• 사용 전 0점 확인 — 조를 닫고 0이 아니면 그만큼 보정하거나 교정 의뢰

마이크로미터 — 정밀도 0.01mm

캘리퍼스보다 10배 정밀해요. 대신 측정 범위가 25mm 단위(0~25, 25~50…)로 나뉩니다.

읽는 법

슬리브(고정) 눈금  : 7.5mm  (위 눈금 7 + 아래 0.5)
심블(회전) 눈금    : 0.28mm (28번째)
                     ─────────
            측정값 = 7.78mm

핵심 — 래칫(rachet)을 반드시 쓰세요

심블을 손으로 끝까지 조이면 사람마다 값이 달라져요. 래칫이 "딸깍" 3번 소리 날 때까지 돌리면 항상 같은 힘으로 측정됩니다. 이것만 지켜도 측정 편차가 확 줄어요.

다이얼 게이지 — 차이를 잰다

절대 치수가 아니라 기준면 대비 변위를 봅니다.

• 진원도, 흔들림(런아웃), 평행도
• 선반 척에 물린 소재의 편심 확인
• 스핀들 축방향 유격

측정자(스핀들)를 피측정면에 수직으로 대야 해요. 기울면 코사인 오차가 생깁니다.

하이트 게이지

정반(surface plate) 위에서 높이와 금긋기에 씁니다. 정반의 평면도가 기준이므로, 정반에 흠집이 나면 모든 측정이 틀어져요. 정반 위에 공구를 떨어뜨리지 마세요.

측정기 관리 — 공통 수칙

• 사용 전 0점 확인
• 사용 후 기름칠 후 케이스에 (녹 방지)
• 떨어뜨렸으면 반드시 신고 — 겉이 멀쩡해도 틀어집니다
• 교정 스티커 유효기간 확인 (보통 1년)
• 절삭유·칩을 닦고 측정
• 가공 직후 뜨거운 제품은 식힌 뒤 측정 (열팽창)

어떤 측정기를 쓸 것인가 — 1/10 법칙

> 측정기의 최소 눈금은 공차의 1/10 이하여야 합니다.

공차 ±0.03  →  전체 공차 0.06
0.06 ÷ 10 = 0.006  →  0.01mm 눈금(마이크로미터)도 빠듯
                      → 0.001mm 급 측정기 권장

공차 ±0.5   →  전체 1.0 → 0.1 이하 → 캘리퍼스(0.05)로 충분

캘리퍼스로 ±0.01 공차를 재고 있다면, 그 데이터는 신뢰할 수 없어요.

재지 않고 판정만 하는 도구

측정기는 값을 알려주고, 게이지는 합격/불합격만 알려줍니다. 값이 필요 없고 판정만 빠르게 해야 하는 양산 현장에서는 게이지가 훨씬 효율적이에요.

한계 게이지 (GO / NO-GO)

가장 중요한 개념입니다.

구멍 φ20 +0.03/0  을 검사한다면

GO 측    = φ20.00 (최소 허용치수)  →  들어가야 한다 ✅
NO-GO 측 = φ20.03 (최대 허용치수)  →  들어가면 안 된다 ❌

판정:  GO 통과 + NO-GO 불통과  →  합격
       GO 불통과               →  구멍이 작음 (불합격)
       NO-GO 통과              →  구멍이 큼 (불합격)

축을 검사할 때는 반대예요. 링 게이지의 GO 측이 최대치수, NO-GO가 최소치수입니다.

주의

• NO-GO를 억지로 밀어 넣지 마세요. 게이지가 마모되고 제품도 상합니다
• GO 측은 자주 통과하므로 NO-GO보다 빨리 마모돼요. 정기 교정 필수

핀 게이지

0.01mm 단위로 굵기가 다른 핀 세트예요. 구멍 지름을 핀을 바꿔 끼워보며 확인합니다. 캘리퍼스가 들어가지 않는 작은 구멍에 유용해요.

블록 게이지 (게이지 블록)

길이의 기준이 되는 정밀 블록입니다. 측정기 교정, 하이트 게이지 세팅에 씁니다.

링잉(wringing)

블록 두 개를 밀착시켜 비틀면 기름막 분자력으로 딱 붙어요. 이렇게 조합해 원하는 치수를 만듭니다.

32.372mm 를 만들려면
  1.002 + 1.37 + 10 + 20 = 32.372
  → 되도록 적은 개수로 조합 (오차 누적 방지)

취급

• 맨손 금지 — 체온으로 열팽창, 땀으로 부식. 장갑 또는 핀셋
• 사용 후 방청유 도포
• 20℃ 항온실 기준 — 온도가 다르면 보정 필요

나사 게이지

• 플러그 게이지: 암나사(탭 구멍) 검사
• 링 게이지: 수나사 검사
• 역시 GO/NO-GO 방식

나사는 지름만이 아니라 유효경·피치·각도가 종합적으로 맞아야 해서, 캘리퍼스로는 판정이 불가능해요.

기타 자주 쓰는 게이지

게이지 관리

게이지도 측정기와 동일하게 교정 대상입니다. 마모되면 불량품을 합격시켜요.

• 교정 유효기간 확인
• 사용 빈도 높은 GO 측 마모 점검
• 떨어뜨린 게이지는 즉시 격리
• 온도가 안정된 곳에 보관

같은 제품을 3번 재면 3번 다 다릅니다

이건 측정기가 고장 나서가 아니에요. 모든 측정에는 오차가 있습니다. 중요한 건 오차를 없애는 게 아니라, 크기를 알고 관리하는 것이에요.

두 가지 오차

계통 오차는 정확도(accuracy), 우연 오차는 정밀도(precision) 에 영향을 줍니다.

정확도 높고 정밀도 낮음 : 과녁 중심 주변에 흩어짐
정확도 낮고 정밀도 높음 : 한쪽에 몰려서 찍힘  ← 계통 오차
둘 다 높음              : 중심에 촘촘히      ← 목표

주요 오차 원인 5가지

1. 시차(Parallax) — 읽는 각도

눈금을 비스듬히 보면 값이 달라져요. 반드시 눈금과 수직으로 봅니다. 아날로그 계기에서 흔한 오차입니다.

2. 온도

금속은 온도가 오르면 늘어나요.

길이 변화 = 원래 길이 × 선팽창계수 × 온도차

강(steel) 100mm, 20℃ → 30℃ (10℃ 상승)
= 100 × 11.7×10⁻⁶ × 10
= 0.0117mm  ≈ 0.012mm 증가

±0.01 공차 부품이라면 온도 10℃ 차이만으로 불합격 판정이 뒤집힙니다. 그래서 정밀 측정은 20℃ 항온실이 표준이에요.

• 가공 직후 뜨거운 제품은 식힌 뒤 측정
• 겨울철 외부 반입 자재는 실온에 두고 측정
• 손으로 오래 쥐고 있어도 체온이 전달됩니다

3. 측정력

캘리퍼스를 세게 조이면 값이 작게 나와요. 마이크로미터의 래칫이 이걸 해결합니다.

4. 아베(Abbe) 원리 위반

> 측정축과 피측정물의 축이 일직선상에 있어야 한다

캘리퍼스는 측정축이 어긋나 있어 구조적으로 오차가 큽니다. 마이크로미터는 일직선이라 더 정확해요. 이게 정밀도 차이의 이유 중 하나입니다.

5. 측정기 자체 오차

• 조(jaw) 마모, 스핀들 유격
• 교정 주기 초과

반복 측정으로 우연 오차 줄이기

5회 측정: 20.01, 20.03, 20.02, 20.01, 20.03
평균 = 20.02
범위(R) = 0.02  ← 측정 산포

산포가 공차 대비 크면 그 측정 방법 자체를 못 믿는다는 뜻이에요. MSA(Gage R&R)로 정량 평가합니다.

현장에서 지킬 것

• 눈금은 정면에서 읽는다
• 마이크로미터는 래칫 3딸깍
• 제품과 측정기를 같은 온도로
• 중요 치수는 3회 측정 후 평균
• 사용 전 0점 확인
• 다른 사람과 값이 다르면 둘 다 다시 재고 방법을 맞춘다

> 검사자에 따라 값이 다르면 그건 사람 문제가 아니라 측정 방법이 표준화되지 않은 것입니다. 어디를, 어떤 힘으로, 몇 회 재는지 작업표준에 적혀 있어야 해요.

캘리퍼스로 잴 수 없는 것을 잽니다

CMM(Coordinate Measuring Machine)은 X·Y·Z 좌표를 읽어 점의 위치를 알아내는 장비예요. 개별 치수뿐 아니라 형상 공차(진직도·평면도·위치도·동심도) 를 측정할 수 있다는 게 결정적 차이입니다.

원리 — 점을 모아 형상을 만든다

CMM은 길이를 재는 게 아니라 점의 좌표를 수집합니다.

평면  → 최소 3점
직선  → 최소 2점
원    → 최소 3점  (실무는 4~8점 권장)
원통  → 최소 6점  (2단면 × 3점)
구    → 최소 4점

점이 많을수록 형상 오차를 더 정확히 잡아내요. 다만 시간이 늘어납니다.

좌표계 정렬(Alignment) — 가장 중요한 단계

측정 결과가 틀리는 원인의 대부분이 정렬 실수예요. 3-2-1 원칙을 씁니다.

1차 기준(평면)  3점 → Z축 방향 결정 (2 자유도 구속)
2차 기준(직선)  2점 → 회전 결정     (2 자유도)
3차 기준(점)    1점 → 원점 결정     (1 자유도)
                    ─────────────
                    총 6 자유도 구속

도면의 데이텀(A, B, C)과 정렬 순서가 일치해야 합니다. 데이텀을 무시하고 임의로 정렬하면 위치도 값이 완전히 달라져요.

프로브 관리

• 프로브 교정(qualification): 기준구(reference sphere)를 측정해 팁 지름과 위치를 보정. 매일 시작 전 또는 팁 교체 시 필수
• 스타일러스가 길고 가늘수록 휨 오차 증가 → 되도록 짧고 굵게
• 접촉식 측정 시 접근 방향과 속도를 일정하게

접촉식 vs 비접촉식

GD&T 측정 예

위치도(Position) 는 CMM 없이는 사실상 측정이 불가능해요.

구멍 실측 중심: X = 30.02, Y = 19.98
이론 위치     : X = 30.00, Y = 20.00

편차 = √(0.02² + 0.02²) = 0.0283
위치도 = 2 × 0.0283 = 0.0566mm

도면 ⌖ φ0.1 (M)  →  0.0566 < 0.1  →  합격

(M) 최대실체조건이 붙으면 실제 구멍이 클수록 보너스 공차를 받습니다. 이걸 반영하지 않으면 합격품을 불합격 처리하게 돼요.

환경 조건

• 20℃ ± 1℃ 항온 유지 (정밀 등급은 ±0.5℃)
• 제습, 방진 — 진동이 있으면 값이 흔들립니다
• 측정물 온도 안정화: 반입 후 최소 2~4시간 대기 (두꺼운 소재는 더 길게)

프로그램 운영 팁

• 양산품은 자동 측정 프로그램(DMIS) 작성 → 반복 측정 시간 대폭 단축
• 측정 결과는 SPC 시스템과 연동해 추세 관리
• 프로그램 변경 시 버전 관리 — 도면 개정과 짝을 맞춰야 합니다

"우리 측정을 믿을 수 있는가"를 숫자로 답하는 것

공정 데이터가 이상하게 흔들릴 때, 원인이 공정인지 측정인지 구분해야 해요. 측정이 흔들리는 거라면 공정을 아무리 개선해도 소용없습니다.

MSA(Measurement System Analysis)는 IATF 16949 5대 핵심도구 중 하나예요.

측정 산포의 구성

전체 관측 산포² = 공정 실제 산포² + 측정 시스템 산포²

측정 시스템 산포 = 반복성(EV)² + 재현성(AV)²
                    ↑              ↑
              같은 사람이       사람이 바뀌면
              같은 제품을       값이 달라짐
              여러 번 재도
              값이 달라짐

• 반복성(Repeatability, EV): 장비의 문제 — 측정기 자체의 산포
• 재현성(Reproducibility, AV): 사람의 문제 — 작업자 간 차이

Gage R&R 실험 설계

표준 방식은 3명 × 10개 × 3회 = 90회 측정이에요.

1. 실제 공정 범위를 대표하는 부품 10개 선정 (일부러 좋은 것만 고르면 안 됩니다)
2. 부품 번호를 작업자가 모르게 가림
3. 작업자 3명이 무작위 순서로 측정
4. 이를 3회 반복

판정 기준

%GRR = (측정시스템 산포 ÷ 전체 산포) × 100

ndc (구별 범주 수)

ndc = 1.41 × (부품 산포 ÷ 측정 산포)

5 이상이어야 측정기가 제품 간 차이를 구별할 수 있다고 봅니다.

결과 해석과 대책

> AV가 크다는 건 대개 "어디를 재는지"가 표준에 없다는 뜻이에요. "외경을 측정한다"가 아니라 "끝단에서 5mm 지점, 90° 간격 2방향 측정 후 평균"처럼 구체적이어야 합니다.

계수형(합격/불합격) 데이터의 MSA

GO/NO-GO 게이지나 육안 검사처럼 값이 아니라 판정만 나오는 경우는 다른 방법을 씁니다.

• 교차표(Cross-tab) 분석 또는 Kappa 계수
• Kappa ≥ 0.75면 양호, 0.4 미만이면 불량한 측정 시스템
• 작업자 간 일치도, 기준값과의 일치도를 함께 봅니다

외관 검사는 재현성이 특히 낮아요. 한도견본(限度見本) 을 만들어 두는 게 가장 효과적입니다.

편의(Bias)·선형성·안정성

Gage R&R은 산포만 봅니다. 다음도 확인해야 완전해요.

• 편의(Bias): 참값과 평균의 차이 — 교정으로 보정
• 선형성: 측정 범위 전체에서 편의가 일정한가 (작은 값에선 맞는데 큰 값에서 틀리는 경우)
• 안정성: 시간이 지나도 유지되는가 — 관리도로 추적

언제 MSA를 하나

• 신규 측정기 도입 시
• 신제품 양산 이행 시 (PPAP 제출 항목)
• 측정기 수리·교체 후
• 연 1회 정기 (고객 요구 시 더 자주)